[發明專利]一種金合金鍵合絲及其制造方法

有效

• 申請號: 201610254657.X
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105908002B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 周振基;周博軒;彭政展
• 申請（專利權）人: 汕頭市駿碼凱撒有限公司
• 主分類號: C22C5/02
• 分類號: C22C5/02;C22F1/14;C22F1/02;H01L23/49;H01L21/60
• 代理公司: 汕頭市潮睿專利事務有限公司44230
• 代理人: 林天普,丁德軒

技術領域

本發明涉及IC、LED封裝用的鍵合絲，具體涉及一種適合于低弧度打線封裝用的金合金鍵合絲及其制造方法。

背景技術

鍵合絲（bonding wire，又稱鍵合線）是連接芯片與外部封裝基板（substrate）和/或多層線路板（PCB）的主要連接方式。鍵合絲的發展趨勢，從產品方向上，主要是線徑細微化、高車間壽命（floor life）以及高線軸長度；從化學成分上，銅線（包括裸銅線、鍍鈀銅線、閃金鍍鈀銅線）在半導體領域大幅度取代金線，而銀線和銀合金線在LED以及部分IC的封裝應用上取代金線，另外一個重要發展方向是發展金合金線來進一步降低成本，并且保持或提高鍵合過程的各項性能要求。

由于市場上電子產品小型化和細西場D薄化的發展要求，半導體行業通過芯片厚度減薄(Wafer thinning)，封裝采用芯片堆棧(Die stacking)、倒裝芯片(flip chip)、晶圓級封裝（wafer level packaging）、2.5D和3D封裝等方法來應對。然而，傳統的鍵合封裝（wire bonding）仍然是主流封裝形式，在芯片堆棧中得到大量的應用，其中如何獲得低弧高的打線仍然是獲得低厚度封裝的重要方式；在LED行業對于封裝體的低高度也是重要的訴求，封裝高度越低，則出光率越高，價值越高。以往這方面主要通過反向打線（SSB, standoff stitch bond）的方法來實現，但是該方法會降低生產效率，因為同正常的打線相比，SSB整個焊接過程多了一個球焊的過程（SSB需要先在正常第一焊點位置種上一個球，在原來的第二焊點位置進行球焊后，經過拉弧線到第一焊點種球上進行第二焊點的打線）。另外一種常見的做法是利用摻雜技術（Doping）來降低熱影響區（heat affected zone，簡稱HAZ）的長度，并通過正常鍵合過程來降低弧高。正常打線的拉弧線初始階段，瓷嘴通常需要向拉弧線的相反方向移動一段距離，再轉向正常的拉弧線方向，這種反向移動的一個重要作用就是要對熱影響區進行冷加工，使得熱影響區變硬而增加其直立性。顯然，熱影響區長度對最后的弧高有決定性的作用，而這種冷加工的硬化作用，使得線材在初始彎曲點的位置更加偏離到熱影響區的上部甚至超出熱影響區范圍（當熱影響區為60um時，弧高通常為70－80um）。

金線的合金化以降低成本，也是線材發展的一個方向。中國發明專利申請CN103155129提出了當合金元素Cu、Ag 、Pd 、Pt的含量在0.5－30%之間變化時，線材的伸長率（EL）在450－650℃的熱處理范圍內隨溫度的變化率會變得平緩，但沒有提及如何降低弧高，而且也沒有描述是否能滿足鍵合的其它基本性能要求（例如變形球的真圓度以及可靠性）。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種金合金鍵合絲以及這種金合金鍵合絲的制造方法，這種金合金鍵合絲可用于IC、LED 封裝中，熱影響區長度小，打線的弧高較低，變形球真圓度高，可靠性高，綜合打線性能優異。采用的技術方案如下：

一種金合金鍵合絲，其特征在于按重量計含有：鈀1－1.5%，銀20－24%，鈣、鈹和鈰中的一種和其中多種的組合2－200 ppm，余量為金。

上述金合金鍵合絲在線材結構上存在長軸晶區，其存在于以金合金鍵合絲中心軸線為對稱線、半徑為1/6R－1/4R的圓柱體內，其中R為金合金鍵合絲的半徑（也就是說，長軸晶區存在于以金合金鍵合絲中心軸線為對稱線、半徑為金合金鍵合絲的半徑的1/6－1/4的圓柱體內）；長軸晶區內以長軸晶為主，長軸晶在金合金鍵合絲剖面的FIB-SEM圖（FIB-SEM圖是指通過聚焦離子束沿線軸方向切割線材所得剖面在掃描電子顯微鏡下的放大圖像）上的面積比率占80%以上。長軸晶的定義為晶體的縱橫比（即晶體擬合橢圓的長度與短軸長度之比）大于2.5。

上述鈣(Ca)、 鈹(Be)、鈰(Ce)用以改進鍵合絲的機械性能。

本發明發現，在金合金鍵合絲中銀(Ag)含量在20－24%范圍時，僅僅添加含量在2－200 ppm之間的鈣(Ca)、 鈹(Be)和鈰(Ce)中的一種和其中多種的組合時，得不到打線性能優秀（具體指標是偏心球率、變形球真圓度合格率）的金合金鍵合絲，但在此基礎上加入含量在1－1.5%之間的鈀（Pd）時，能有效地提升打線性能，并改善封裝產品在熱沖擊試驗中的可靠性。本發明還發現，當金合金鍵合絲中含有一定寬度、連續的中間長軸晶時，能將HAZ的長度減小10um左右，從而能有效地降低打線弧高。本發明認為當金合金鍵合絲中存在長軸晶時，HAZ的形成機理發生了變化。