金包铜复合微丝制备与加工过程中组织与缺陷的演化规律

金包铜复合微丝是一种可望取代金丝的高性能新型键合材料，在电子封装领域中具有广阔的应用前景。本项目以高性能金包铜复合微丝的制备与加工为基础，以具有连续柱状晶组织的纯铜杆为芯坯，采用反向凝固技术制备金包铜复合杆坯，通过多道次拉拔加工制备金包铜复合微丝。研究金包铜复合杆坯反向凝固过程的传质传热行为、组织与缺陷形成及演变规律，界面过渡区化学成分、相组成演变规律以及控制理论；研究复合丝材拉拔成形过程中芯材与复合层组织、缺陷形成与演变规律，界面结构形态、过渡区化学成分与相组成、界面缺陷形成与演化规律及其塑性变形机制；研究复合丝材退火过程中芯材与复合层组织缺陷、性能变化规律，界面相的形成及演化规律、扩散层的结构组成与厚度的变化规律；分析金包铜复合丝材制备与加工全过程工艺-组织-性能之间的关系，提出组织性能精确控制方法。本项目研究对推动高性能金包铜复合微丝的应用具有重要的实际意义。

金包铜复合微丝不仅具有优异的压焊性能、抗氧化和耐腐蚀性能，还具有更高的力学性能、更优的导电、导热性能，更低的密度与更低的成本等优点，是一种有望取代金丝的高性能新型键合材料。本项目开发了金包铜复合微丝高效短流程制备新工艺，即以连续定向凝固技术制备轴向连续柱状晶组织纯铜线作为芯材，采用反向凝固法制备金包铜复合线坯，通过直接拉拔加工，成功制备了Ф30～70μm的金包铜复合微丝。. 研制了双金属复合线材反向凝固实验设备；通过铜包铜线材反向凝固实验进行物理模拟，研究了走线速度、铜液温度对线材包覆层厚度、组织、缺陷和界面结合状态的影响规律，提出了反向凝固制备双金属复合线材包覆层厚度控制原理和方法，开发了基于约束成形的反向凝固新工艺及设备，实现了双金属复合线材包覆层厚度及均匀性精确控制。. 在物理模拟实验和温度场模拟的基础上，采用基于约束成形的反向凝固设备制备了表面质量良好、包覆金层厚度较薄且均匀、组织致密以及界面冶金结合良好的金包铜复合线材，研究了走线速度、金液温度对复合线材包覆层厚度、组织和界面结合状态的影响；金包铜复合线材包覆层金的含量沿径向呈现梯度变化，线材周向包覆层厚度及其成分分布的均匀性较好；初步揭示了金/铜界面形成机理。. 研究了金包铜复合线材的拉拔成形工艺，重点分析了拉拔加工过程中界面形貌、金层和铜芯变形量分配等变形行为的变化规律；研究金包铜复合线材退火工艺，重点分析了退火工艺对线材组织、界面扩散层和析出相以及电学性能和力学性能的影响规律。