[發(fā)明專利]一種銀合金鍵合絲及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210567250.8
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114657408A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭磊;孫君陽;陳周勇
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波康強(qiáng)電子股份有限公司
• 主分類號: C22C5/06
• 分類號: C22C5/06;B21C37/04;H01L21/48;H01L23/49
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銀合金鍵合絲及其制造方法。本發(fā)明銀合金鍵合絲包括芯線和包覆在芯線表面的鍍金層，芯線含有以下質(zhì)量百分比的組分：10~30%金，0.1~5.0%鈀，5~100ppm鈣，5~100ppm鈰，其余為銀，鍍金層的金含量為芯線中金含量總質(zhì)量的3~5%。通過熔鑄、拉絲、鍍金和退火工藝，得到具有良好力學(xué)性能和穩(wěn)定性的銀合金鍵合絲，可以在不更改或升級設(shè)備的情況下，直接用于中高端LED封裝和IC封裝。且傳統(tǒng)中高端產(chǎn)品封裝用的鍵合絲中金含量需達(dá)到60%~80%以上，而本發(fā)明銀合金鍵合絲中的金含量降低至10~30%，大大降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銀合金鍵合絲及其制造方法。

背景技術(shù)

鍵合絲作為電子封裝重要的基礎(chǔ)材料之一，其功能是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片與引腳的電連接，起著芯片與外界電流信號導(dǎo)入及導(dǎo)出的作用。電子產(chǎn)品小型化、模塊化以及高集成化的發(fā)展趨勢，要求鍵合絲具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能和加工性能等，理想的鍵合絲材料應(yīng)具備導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異、抗氧化性強(qiáng)、可塑性好以及不形成有害的金屬間化合物的特點(diǎn)。

鍵合絲目前主要由金絲、銅絲、鋁絲、銀絲、貴/賤金屬復(fù)合絲材組成，其中鋁絲、銅絲主要用于中低檔電路，貴金屬絲材占有中高檔產(chǎn)品超過80%的份額。金鍵合絲機(jī)械強(qiáng)度高、抗氧化性好、成球性穩(wěn)定、鍵合工藝簡單，在傳統(tǒng)電子封裝引線鍵合領(lǐng)域被廣泛使用，但是成本較高，與鋁板鍵合時容易出現(xiàn)紫斑和白斑，在界面處形成空洞，增大該處電阻，從而影響整個電子器件的使用。

相較于傳統(tǒng)鍵合金絲，銀鍵合絲價(jià)格低廉，具有出色的力學(xué)和電學(xué)特性，能夠在各種高端超微間距設(shè)備上使用，吸光反光性好且亮度高，可以在LED及部分IC(集成電路)封裝應(yīng)用上逐步取代金絲，是未來電子封裝高集成、高密度、高速度發(fā)展最有潛力的材料之一。然而，銀絲質(zhì)軟，本身強(qiáng)度較低，在高速鍵合條件下易斷線，又易被硫化、氧化，電敏感性高，在高密度、遠(yuǎn)距離鍵合時可能會出現(xiàn)塌絲和銀遷移的情況，且其延展性較差，很難加工成微米級細(xì)絲，多元素復(fù)合添加可以提升鍵合銀絲的力學(xué)性能、抗氧化抗硫化性能和加工性能。加入微量元素，可以減少金屬間化合物的形成，同時阻止界面氧化物和裂紋的產(chǎn)生，降低了結(jié)合性能的退化，使其結(jié)合性能和金絲一樣穩(wěn)定。

中國專利申請文件（公開號CN101667566A）公開了一種以銀絲線為基材、表面覆有純金防氧化保護(hù)層的鍵合絲線產(chǎn)品，按質(zhì)量百分比金占1.8%~10.0%，其余為銀，材料成本不到純金鍵合絲線的1/3，僅用于低端LED封裝。而傳統(tǒng)中高端LED封裝用的鍵合絲中金含量需達(dá)到60%~80%以上，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好力學(xué)性能和穩(wěn)定性的銀合金鍵合絲，可以在不更改焊線設(shè)備的情況下，替代純金絲封裝應(yīng)用的中高端LED封裝和IC封裝。

本發(fā)明技術(shù)方案中的一種銀合金鍵合絲，包括芯線和包覆在芯線表面的鍍金層，芯線含有以下質(zhì)量百分比的組分：10~30%金，0.1~5.0%鈀，5~100ppm鈣，5~100ppm鈰，其余為銀，鍍金層的金含量為芯線中金含量總質(zhì)量的3~5%。

銀（Ag）與金（Au）在液態(tài)和固態(tài)都能無限固溶，形成置換型固溶體，使合金基體晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生強(qiáng)化作用，相比傳統(tǒng)鍵合金絲，機(jī)械性能好，可靠性高，抗振動破斷性能優(yōu)異，導(dǎo)電性、散熱性、反光性好，亮度高，且Ag比Au價(jià)格便宜，使用大量Ag可以大幅度降低成本，鈀可以減少銀原子的遷移，提高抗氧化能力、抗硫化能力和可靠性，鈣可以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度，與鈰一起作為微量元素加入，可以減少金屬間化合物的形成，改善線材結(jié)構(gòu)組織，增強(qiáng)線材與芯片及基板的粘附性能，提升線材機(jī)械性能，同時阻止了界面氧化物和裂紋的產(chǎn)生，降低頸部短線的幾率，使所得銀合金鍵合絲的結(jié)合性能和金絲一樣穩(wěn)定。鍵合絲芯線中將金含量控制在10-30%，可以大大提高鍵合絲的可靠性和機(jī)械性能，滿足中高端產(chǎn)品（如中高端LED封裝和IC封裝）的高可靠性要求。若芯線中金含量過多則生產(chǎn)成本較大，但若金含量過少，則銀含量較多，嚴(yán)重影響鍵合絲的機(jī)械性能、抗氧化性能和抗硫化性能，導(dǎo)致鍵合絲的穩(wěn)定性變差。