随着电子器件趋于多功能化、小型化,使得电子封装朝高集成、高密度发展,对电子封装用键合丝材料导电性提出更高的要求。银键合丝由于具有成本较低和导电导热性能较好等优点,在电子封装领域具有可观的应用潜力。银作为导电性最好的金属,近几年被作为高端新型键合丝材料研究及应用,国外研究起步较早,但其详细制备参数不对外公开,为打破国外垄断,我国开展了国家重点研发计划——高性能键合丝及其微细材加工关键技术研究与产业化(2016YFB0402602)研究。课题组根据项目要求研究了Ag-Au、Ag-Au-Cu、Ag-Au-Ce、Ag-Au-Cu-Ce和Ag-Au-X等系列银合金,考察其作为新型键合丝的可能性。作为项目任务之一,本文主要对上述银合金在制备和应用过程的组织、力学和腐蚀等性能进行研究,获得其在此过程中组织性能变化规律,以期望能对该类新型银合金键合丝的设计及应用提供参考。通过金相观察、差示量热扫描、X射线衍射、电化学腐蚀、硬度检测等分析测试技术研究了连铸Ag-Au、Ag-Au-Cu、Ag-Au-Ce、Ag-Au-Cu-Ce合金的组织性能,考察合金元素Au、Cu、Ce对银合金金相组织、熔点、相结构、硬度和耐腐蚀性的影响,探讨合金元素在合金中的存在方式及作用机理。利用电子背散射衍射技术分析Ag-Au-X合金在变形过程中的织构演变,并借助电子扫描显微镜、推拉测试、高低温循环等手段研究烧球参数对Ag-Au-X合金键合丝无空气焊球形貌的影响,分析Ag-Au-X合金焊线元件键合强度大小和键合元件的可靠性。铸态合金组织性能研究表明,Ag-Au、Ag-Au-Cu、Ag-Au-Ce、Ag-Au-Cu-Ce连铸合金没有出现相结构转变,结合XRD及相图分析,合金元素Au,Cu,Ce主要以固溶方式存在于合金中,固溶强化效果Ag-Au-Cu合金>Ag-Au合金Ag-Au-Ce合金>Ag-Au-Cu-Ce合金,其点阵常数分别为:4.10028,4.09656,4.09219和4.09094nm。在组织方面,Ag-Au连铸合金与试样轴线平行方向呈连续粗大柱状晶,垂直于轴线方向组织分布不均匀,无明显规律,平均晶粒尺寸为1.20mm。单独添加合金元素Cu和Ce后,Ag-Au合金组织得到改善,分布较均匀,晶粒得到细化,Ag-Au-Cu、Ag-Au-Ce横截面平均晶粒尺寸分别为0.77mm和0.66mm。复合添加Cu和Ce的Ag-Au-Cu-Ce合金出现晶粒尺寸差异较大现象,0.2?0.4mm的晶粒份额占到55%以上,但所占面积约为全部晶粒的四分之一。Ag-Au-Cu合金的自腐蚀电位为-77.3mV,较Ag-Au合金耐腐蚀性能得到改善;Ag-Au-Cu合金硬度相对较高为65.42Hv,是细晶强化和固溶强化共同所致。Ag-Au-X合金组织性能研究表明,Ag-Au-X合金硬度随应变的而增大,真应变为0,0.82,1.20,1.83和2.41的合金硬度分别为62.3,86.2,93.6,97.2和100.3Hv。随着拉拔进行,Ag-Au-X合金晶粒逐渐朝冷拉方向转动,最终与拉拔方向平行呈纤维状分布;合金中心区域最终形成<110>+<111>+<100>三织构组分,在此过程中,合金主要存在滑移和孪生两种变形机制,以滑移为主的低角度界面主要存在试样中心处,以孪生为在主的高角度界面主要存在试样表面和1/4表面处。Ag-Au-X合金键合丝应用性能研究表明,25μmAg-Au-X合金键合丝在优选参数55mA,1.0ms下FAB形貌良好,成球性能稳定,FAB平均直径为46.06μm,平均偏心角度为2.7°;键合丝元器件推拉强度高,平均挑断力值为13.62g,剪切力值30.02g;拉断断口主要集中焊球颈部、线弧最高点、第二焊点颈部位置,属于有效键合;25μmAg-Au-X合金键合丝纵截面金相组织沿键合丝轴向方向晶粒较多,具有低电阻特征,键合后第一焊点处合金元素扩散较充分,形成良好的冶金结合;键合丝键合元件高低温循环失效样品失效原因主要为正极第二焊点键合不充分所致。