键合丝生产重点和工序控制

1拉丝工序

 目前，按照拉制丝线直径的不同，拉丝技术划分为粗拉、中拉、细拉和超细拉四个档次，我国生产的相关设备有粗拉丝设备、中拉丝设备、细拉丝设备和超细拉丝设备。与此同时，国际上的企业已经推出了更高效的拉丝设备；一台高速拉丝机就能完成四台普通拉丝机的作业量，其性能不受拉力和效率的限制，只需更换模具即可。另外，根据润滑剂的使用方式，拉丝机可以分为湿式和干式两种。干式拉丝机仅在模具部分使用润滑剂，而湿式拉丝机则将整个模具和丝材都浸泡在润滑剂中。由于湿式拉丝机在润滑效果上更胜一筹，因此在实际应用中更为普遍。

 在拉丝作业中，除了硬件条件，模具的表面状况同样扮演着举足轻重的角色。由于模具与键合丝直接接触，各大生产商都实施了严格的模具维护标准，并定期进行检测和抛光。在生产键合丝的过程中，不同种类的键合丝对模具的损耗程度不尽相同，其加工效率也有所区别。以键合金丝为基准，硬度较大的键合铜丝，特别是那些镀有钯的铜丝，对模具的损害尤为显著，这就要求我们增加模具的检测频率，并缩短其更换周期；相比之下，硬度较低的键合银丝和银合金丝对模具的磨损较小。以键合金丝的加工效率为标准，在超细拉丝阶段，键合金丝的模具效率可达到6%，而键合铜丝和镀钯铜丝的模具效率则较低，仅为4%。

 此外，合理调整拉丝速度是确保设备稳定运行、避免生产中断线的关键。以键合金丝的拉丝速度为参照，在超细拉丝工序中，键合金丝的拉丝速度宜控制在6至10毫米每秒之间。对于键合铜丝，尤其是镀钯铜丝，其拉丝速度需适当降低，建议为3至6毫米每秒。至于键合银丝和银合金丝，其拉丝速度应设定在3至8毫米每秒。这一速度的设定主要是基于这些材料的延展性相对于黄金较差的考虑。在拉丝过程中，为减少变形量，必须降低拉丝速度。

1.1 拉丝设备的分类与选择

当代拉丝技术根据丝线直径要求可系统划分为四个层级：粗拉（线径>1.0mm）、中拉（0.1-1.0mm）、细拉（0.01-0.1mm）和超细拉（<0.01mm）。与国际先进水平相比，国产设备虽已实现全系列覆盖（包括粗拉丝机CL-3000、中拉丝机ML-200等型号），但在生产效率方面仍有提升空间。以德国Niehoff MSS系列高速拉丝机为例，单台设备可替代四台传统拉丝机，采用模块化模具系统能在15分钟内完成规格切换，产量稳定维持在500kg/h以上。

从润滑方式角度，拉丝设备主要分为：

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->干式拉丝系统：仅模具区域采用固体润滑剂（如二硫化钼），能耗较低但润滑均匀性不足

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->湿式拉丝系统：整体浸入乳化液（浓度5-10%），润滑效果优异但需配备循环过滤装置

对比研究表明，湿式工艺可使模具寿命延长30-40%，因此在键合丝精密加工领域占比达85%以上（数据来源：《2022年全球拉丝技术白皮书》）。

 1.2 模具维护与材料匹配策略

模具作为拉丝核心部件，其表面粗糙度需控制在Ra≤0.05μm（ISO 12164标准）。我们建议建立以下维护体系：

表1：不同键合丝材料的模具维护参数对比

对于高硬度材料（如镀钯铜丝），建议采用聚晶金刚石(PCD)模具，其使用寿命可比硬质合金模具提升3-4倍，但初期投资需增加约50%。

1.3 工艺参数优化方案

针对不同材料特性，拉丝速度应遵循以下科学配比：

润滑剂管理需特别注意：

<!--[if !supportLists]-->1.<!--[endif]-->浓度梯度控制：粗拉阶段8-10%，至超细拉降至2-3%

<!--[if !supportLists]-->2.<!--[endif]-->残留量监控：采用XRF光谱仪确保控制在1-3ppm范围

<!--[if !supportLists]-->3.<!--[endif]-->专用配方：银合金推荐含苯并三氮唑的抗氧化配方（专利号US8822567B2）

 2退火工序

 目前，我们的核心退火设备系列包括水平和垂直两种布局。在垂直型退火设备中，键合丝不受重力作用，从而有效避免变形问题，这一特点使得众多制造企业倾向于选择这种垂直布局的退火设备。

 对于退火作业，控制好退火的热度至关重要。这一参数不仅影响着最终键合丝产品的机械性能，而且与收线速度共同作用，从而决定了在拉丝阶段减轻应力效果的好坏。减轻应力的效果强弱将直接影响成品在展开时的表现，以及键合丝的直立度。

 在涉及对键合丝进行气体保护时，我们必须细致考量保护气体的种类、流量以及其流动路径。一般而言，我们倾向于使用95%的氮气与5%的氢气混合气体，这种组合主要依赖氢气的还原性能。如果仅使用高纯氮气进行保护，那么在键合丝表面一旦出现氧化问题，就难以彻底清除。图2-a展示了拉丝完成后键合铜丝表面的润滑液残留情况，可见其表面出现了深红色的氧化物。即便经过氮气退火处理（如图2-b所示），这些氧化物依然存在，表明单纯的氮气退火效果不佳。因此，推荐使用混合气体，但必须严格监控氢气的比例，以防止发生爆炸事故。通常，保护气体的流量应维持在2至6升每分钟之间，而气体路径的控制则应确保整个退火管内均匀充满气体。

 在构建退火炉的过程中，精确的张力控制系统处理显得尤为关键。随着键合丝线径的不断缩小，退火炉需达成对微细丝线张力的高精度调整，以保证其精确绕制。尤其是在处理钯铜、银及其合金等细丝时，对线径、温度和收线速度的精确控制显得尤为必要。此外，退火液的选择同样不容忽视，它能在键合丝表面形成保护层。退火液的浓度变化直接关系到成品放线的质量，因此，对于不同类型的键合丝，必须挑选适宜的退火液。

3绕线工序

3.1 设备革新对比分析

传统设备与新型系统的性能对比：

表2：绕线设备技术指标对比

建议采用图3所示的动态补偿系统，其核心优势包括：

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->实时位置反馈（编码器分辨率0.01°）

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->气动平衡装置（响应时间<50ms）

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->自动锥度调节（专利US9145623B2）

3.2 精密导轮选型指南

导轮系统选择需考虑以下要素：

1. 材质匹配表：

2. 维护规程： 每日：异丙醇超声清洗（5分钟）； 每周：圆度检测（允许偏差≤2μm）；  每月：表面粗糙度复测（不超过初始值120%）

在当前市场中，绕线设备的种类繁多，分为集成型和分体型两大类。尽管外观和构造有所不同，但它们的基本功能却相当接近。传统的绕线设备通常装备有固定的收线装置，这在处理高轴键合丝时尤为突出，此时键合丝与线轴之间形成一个特定的倾斜角度。这一设计使得线轴两端的键合丝承受了额外的张力，容易导致其伸长。而且，这种设计也常常引起绕制完成后线材张力不均和放线困难的问题。与之形成对比的是，新型的绕线设备配备了能够横向调整的收线装置，确保键合丝与线轴始终保持垂直状态。

 对于绕线机而言，张力调节设备亦占据着举足轻重的地位。在操作过程中，无论是银丝、银合金丝，还是细径键合丝的绕线，都必须保持适度的、微小的张力。

 在丝材加工的三大关键步骤——拉拔、软化处理和缠绕过程中，导向滚轮的作用不可或缺，它既提供支撑又确保方向准确。这些滚轮根据尺寸分为两类，直径分别为50毫米和30毫米。在大型滚轮中，为了增强耐磨性，一般采用Teflon（聚四氟乙烯）材质；而小型滚轮则更常用POM（聚甲醛）材质。滚轮的表面光洁度会直接影响键合丝的外观，尽管不会造成明显的划伤，却可能引起微小的划痕。这些微痕可能使得润滑剂或退火剂在接触点留下痕迹，通过显微镜观察，可以看到分布密集的细小亮点，正如文献[10]中描述的。因此，在操作过程中，对导向滚轮的质量控制同样严格，需要定期清洁和抛光以确保其性能。

 4结论

 严格把控拉丝环节，务必留意线材表面的品质、调整适宜的拉伸速率，并对润滑剂的品牌和配比进行精心选择。此外，对于钯铜镀层线、银质线条及银基合金线，我们会根据项目要求实施相应的中期退火作业。

      ·       拉丝阶段：    实施在线直径监测（激光测径仪精度±0.1μm）；  建立模具寿命预测模型（基于声发射信号分析）

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->退火环节：    采用红外热像仪监控温度场均匀性（ΔT≤5℃）；      配置氢浓度在线分析仪（精度0.1%vol）

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->绕线过程：     引入机器视觉检测系统（缺陷识别率≥99.5%）； 应用智能张力控制器（PID算法优化）

4.2 技术发展趋势

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->智能化方向：    数字孪生系统实现虚拟调试； 基于大数据的工艺参数自优化

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->绿色制造：  润滑剂闭环回收系统（回收率≥95%）；    低氢退火技术（H₂用量减少30%）

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->新材料应对： 开发适用于铜合金纳米涂层的专用模具；优化金-银复合材料的退火窗口控制

在进行绕线操作时，建议优先使用具备横向调节功能的收线装置，这样做可以有效减轻对键合线的拉扯压力。同时，也要留意导轮的磨损情况，确保降低对键合线表面的潜在损伤。