文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：前路漫漫

鍵合引線超過半年就必須丟棄嗎？本文深度解析ASTM針對(duì)金絲與鋁絲長(zhǎng)達(dá)兩年的老化研究，揭示退火態(tài)引線在恒溫存儲(chǔ)下的“硬核”穩(wěn)定性。從細(xì)線延伸率波動(dòng)到粗鋁絲的再結(jié)晶機(jī)理，為您拆解引線長(zhǎng)期貯存的性能演變，助力企業(yè)平衡物料成本與生產(chǎn)良率。

采用精益管理模式的大批量生產(chǎn)制造商，會(huì)按時(shí)接收運(yùn)送的鍵合引線，并在到貨后的一周至一個(gè)月內(nèi)完成使用，因此通常不會(huì)關(guān)注引線在保存期限內(nèi)的老化性能。但對(duì)于小型生產(chǎn)商，或是僅偶爾使用某種特定型號(hào)、規(guī)格引線的生產(chǎn)商而言，就需要重點(diǎn)關(guān)注多種型號(hào)鍵合引線的長(zhǎng)期貯存（老化）性能。部分生產(chǎn)商為避免因引線冶金性能變化，影響現(xiàn)有鍵合設(shè)備設(shè)置條件下的生產(chǎn)產(chǎn)量，會(huì)直接丟棄超過特定期限（如3個(gè)月或6個(gè)月）的引線。

20世紀(jì)80年代中期，ASTM（F1.07委員會(huì)）組織多家引線生產(chǎn)商，開展了針對(duì)線徑25μm（1mil）的鍵合金絲和鋁絲實(shí)際老化性能的系統(tǒng)研究。研究中將纏繞在5cm（2in）線軸上的引線，置于22.8℃±1.6℃（73°F±3°F）的溫度環(huán)境下貯存兩年，并定期進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)合更新后的ASTM鍵合引線標(biāo)準(zhǔn)，作者近期與多家引線生產(chǎn)商進(jìn)行了溝通，這些生產(chǎn)商均認(rèn)可當(dāng)前引線的常規(guī)老化特性，且預(yù)期現(xiàn)階段保存的引線仍能保持有效，其老化特性甚至應(yīng)與球形鍵合用金絲的主要冶金性能變化保持一致，下文將對(duì)此展開深入探討。

通常情況下，硬態(tài)、拉拔態(tài)引線的拉斷力會(huì)在生產(chǎn)后的6周內(nèi)快速下降（降幅在5%~15%之間），因此從可重復(fù)生產(chǎn)性的角度出發(fā)，大批量生產(chǎn)中幾乎不推薦使用硬態(tài)引線。當(dāng)貯存時(shí)間超過兩年后，由于引線在室溫下會(huì)發(fā)生自退火現(xiàn)象，拉斷力會(huì)持續(xù)下降，但老化速度會(huì)顯著放緩。而應(yīng)力消除態(tài)及退火態(tài)的所有鋁絲和金絲，在整個(gè)兩年的測(cè)試周期內(nèi)，其拉斷力始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

含1%硅的鋁絲，其延伸率特性相較于拉斷力更為不確定，可能出現(xiàn)升高或降低的情況，但始終處于規(guī)定的極限范圍內(nèi)，且通常在測(cè)試結(jié)束時(shí)會(huì)恢復(fù)至中間值。這些測(cè)試數(shù)據(jù)已被整理并發(fā)布于ASTM F487標(biāo)準(zhǔn)（鋁，1%硅）及F72標(biāo)準(zhǔn)（金合金，鈹、銅摻雜）中。圖1和圖2分別給出了（1%硅）鋁絲和（鈹摻雜量＜10ppm）金絲的老化數(shù)據(jù)；對(duì)于含1%鎂的鋁絲及含銅的金絲等其他引線，由于這類引線目前已很少使用，且已從ASTM標(biāo)準(zhǔn)中剔除，因此本文不再重復(fù)討論，相關(guān)資料可查閱ASTM最初的研究成果。若讀者需要了解更多關(guān)于鍵合引線規(guī)范和性能的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可直接查閱ASTM標(biāo)準(zhǔn)。

從保存期限研究中可得出如下結(jié)論：通常而言，經(jīng)退火或應(yīng)力消除處理的細(xì)引線（非硬態(tài)、拉拔態(tài)），可在長(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間內(nèi)正常使用，且其拉斷力僅發(fā)生微小變化；盡管鋁絲的延伸率波動(dòng)相對(duì)較大，但仍處于整體規(guī)定的范圍之內(nèi)。需要特別注意的是，引線的貯存環(huán)境必須保持近乎恒定的室溫，同時(shí)需避免陽光直射、敞門通風(fēng)以及存在熱源的環(huán)境，防止引線性能提前老化。

即便在ASTM試驗(yàn)證實(shí)引線可長(zhǎng)期貯存后，仍有部分用戶傾向于處理掉貯存約6個(gè)月的引線，其主要原因有兩點(diǎn)：一是兩年貯存期內(nèi)，引線的存放環(huán)境和常規(guī)處理流程無法始終得到有效保證；二是自上次ASTM獲取老化數(shù)據(jù)以來，現(xiàn)代金絲的微觀冶金性能已發(fā)生改變，而目前尚未針對(duì)新型引線的老化特征開展相關(guān)研究。值得注意的是，這一期間細(xì)金絲的性能得到了大幅提升，變得更加穩(wěn)定、強(qiáng)度更高，且頸部和弧形特征更優(yōu)；與之相反，鋁絲仍主要采用含1%硅的合金，至今未發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，僅在性能一致性和可重復(fù)生產(chǎn)性方面有所改進(jìn)。

目前，針對(duì)線徑100μm（4mil）以上的粗鍵合引線，其等效老化性能的相關(guān)研究較為有限。但現(xiàn)階段，大部分用于功率器件的粗鋁絲，其成分為99.99%，且通常處于退火狀態(tài)（延伸率＞5%）?；谏鲜黾?xì)引線的老化性能測(cè)試結(jié)果，可以推測(cè)這類退火態(tài)粗引線的拉斷力在兩年貯存期內(nèi)的變化會(huì)非常微小。圖3給出了不同退火條件下粗引線的典型拉斷力和延伸率示例，該曲線反映了不同熱處理時(shí)間下引線的性能變化：曲線左側(cè)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)熱處理時(shí)間更短、溫度更低，例如，制備典型粗引線時(shí)，可在250℃條件下退火45min（99.99%鋁絲曲線可獲得約15%的延伸率）。通過不同時(shí)間和溫度條件的重復(fù)退火過程，繪制出完整的性能曲線。目前，大多數(shù)應(yīng)用中所使用的粗鋁絲，均處于曲線中高延伸率（＞5%）、拉斷力平緩的區(qū)域，且這類鋁絲在常規(guī)使用溫度下能夠保持性能穩(wěn)定。

部分粗引線會(huì)添加約50ppm的鎳作為摻雜元素，以改善其對(duì)包封塑料的耐腐蝕性。然而，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，大部分粗引線產(chǎn)品仍采用標(biāo)準(zhǔn)的99.99%鋁絲。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)主流使用的粗引線，線徑最高可達(dá)500μm（20mil），延伸率處于10%~20%之間，這也是現(xiàn)階段粗鍵合引線的主流應(yīng)用參數(shù)。

圖4所示為含1%硅、線徑25μm（1mil）鋁絲的退火曲線。硅摻雜的細(xì)線與粗線，其退火曲線差異顯著，這種引線的具體曲線形狀，會(huì)隨退火溫度、冷卻時(shí)間以及各生產(chǎn)商的工藝過程不同而發(fā)生變化，在某些情況下，引線延伸率的波動(dòng)幅度會(huì)比圖4中的波動(dòng)大幾倍。這種延伸率波動(dòng)的原因，與引線晶體結(jié)構(gòu)的變化相關(guān)，即引線軸向從拉拔態(tài)〈110〉向再結(jié)晶〈111〉（熱處理）過程的轉(zhuǎn)變。