一種封裝導線材料結構的製作方法
2023-10-10 20:36:59
一種封裝導線材料結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種封裝導線材料結構，由中間線芯和表面鍍層組成，中間線芯為鎢絲，表面鍍層為金。加工方法是：模壓，將鎢粉擠壓成一整根棒；預燒結，將棒放入氫氣燒結爐中，高溫使金屬顆粒凝聚，緻密性可到達約60%～70%；在垂熔爐中完全燒結，使鎢棒的緻密性達到約85％至95％，棒的內部鎢晶體開始形成；斷電，冷卻；擠鍛壓加工，採用錘鍛機捶打，直到直徑達到6350到2540微米；再通過拉絲模拉拔，使其直徑達到12.7微米，製成鎢絲；鎢絲鍍金：鍍金厚度約為2微米，製成具有內鎢外金結構的封裝導線材料。本實用新型避開了使用銅所衍生的問題，並減少金的使用量，降低成本。
【專利說明】一種封裝導線材料結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體及LED後段封裝技術，特別與一種封裝導線材料的結構有關。
【背景技術】
[0002]集成電路(Integrated Circuit ;IC)封裝內部接合方式,可分為打線接合、卷帶式自動接合與覆晶接合，其中，打線接合由於製程成熟、成本低、布線彈性高，是目前應用最廣的接合技術，約佔所有封裝產品90%。
[0003]打線接合使用的導線，分為金線、銅線與鋁線，目前以金線為主流，原因在於金具備穩定性高、質軟、延展性佳等物理特性優勢，用於IC封裝打線接合時，其良率、生產效率及線徑微細化等表現，皆相當不錯。然而，自1999年來，國際金價即一路走高，甚至在2009年金價突破每盎司1，000美元價位。金價高漲，使半導體封測業者與IC設計業者不得不正視金線高昂的成本，而積極投入其他金屬打線技術研發，並計劃導入量產。而銅打線技術發源於1980年代，除成本考慮外，銅的導電性、導熱性及強韌度皆較金為佳，因此自2001年起，即大量應用於大功率組件及離散組件等線徑粗、電負載量大的半導體產品。但受制於銅的硬度高於金，銅打線應用在IC封裝時，由於電路複雜、結構脆弱、接腳細且密，導致打線技術難度大增、研發與認證投資不易回收。
[0004]眾所皆知，銅線非常容易氧化，包括貯存及運輸均必須特別留意隔絕空氣，在打線接合過程更需要極嚴格的惰性氣體保護；更嚴重的是由於銅線的易氧化及腐蝕特性，將會導致打線接合產品的可靠度偏低，另一方面因為銅線的強度與硬度較高，使其焊線作業參數較窄、速度較慢及良率較差，尤其在最近相當熱門的迭球打線接合封裝，銅線遭遇極大困難，迫使封裝廠不得不採用「金銅混打」的變通方案，可是仍然不能完全克服迭球在金/銅界面所出現的質量不佳問題。
[0005]因應上述現存技術的缺點，本發明人對封裝導線材料進行改進，本案由此產生。實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於提供一種封裝導線材料結構，以避開了使用銅所衍生的問題，並減少金的使用量，降低成本。
[0007]為了達成上述目的，本實用新型的技術方案是:
[0008]一種封裝導線材料結構，由中間線芯和表面鍍層組成，中間線芯為鎢絲，表面鍍層為金，由此形成內鎢外金的結構。
[0009]其中，中間線芯的鎢絲直徑為12.7微米，表面鍍層的厚度為2微米。
[0010]採用上述方案後，本實用新型使用鎢線鍍金的方式來解決現有技術中的缺點，利用鎢的耐高溫、高韌性及延展性，高抗氧化能力(在常壓下，要達到400?500°C，才會產生氧化反應，但反應的生成物WO3會形成一表面保護膜，阻止氧化深入內部)，低電子遷移率，在高溫下加工，可以製造出比金線更細之鎢絲，但由於其高電阻值問題，故佐以表面鍍金以減少電阻，提高電子傳輸的能力，並且鎢絲鍍金後，其將更為耐高溫，抗腐蝕，熱膨脹係數低。由於本實用新型主要使用鎢絲為封裝打線接合材料，大大減少金的使用量，也避開了使用銅所衍生的問題，達到降低成本，並改善現存技術的缺點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本封裝導線材料的結構示意圖；
[0012]圖2是本封裝導線材料的加工方法流程圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本實用新型揭示的一種封裝導線材料結構，由中間線芯I和表面鍍層2組成，中間線芯I為鎢絲，鎢絲直徑優選為12.7微米，表面鍍層2為金，表面鍍層的厚度優選為2微米，由此形成內鎢外金的結構。
[0014]如圖2所示，本實用新型揭示的一種封裝導線材料是按如下步驟加工而成。
[0015]第一步，模壓。
[0016]將固定重量的鎢粉放進不鏽鋼模具中，擠壓成一整根棒。
[0017]第二步，預燒結。
[0018]將第一步的這根易碎的棒放置在難熔金屬器皿中，並放入氫氣燒結爐中，高溫1200?1600°C使金屬顆粒不斷地凝聚在一起；這一過程中，緻密性可到達約60%?70%，粒度不會增加。
[0019]第三步，完全燒結。
[0020]將鎢棒的兩端垂直夾持在垂熔爐的上下夾頭肩，採用低電壓、高電流供電(電壓9-12V，電流8000-12000A)，使鎢坯條自身升溫。通過增大電流提高燒結溫度，燒結溫度最高達3000°C左右，而產生的熱量會使鎢棒的緻密性達到約85%至95%，與此同時，棒的內部鎢晶體開始形成；斷電，通入循環水對上、下夾頭進行冷卻。
[0021]第四步，擠鍛壓加工。
[0022]第三步的鎢棒是比較結實的，但在常溫下還是比較脆的。本實用新型通過提高它的溫度到1200°C到1500°C，鎢棒可以變得更有韌性。在這一溫度下，採用錘鍛機捶打鎢棒，鎢棒被擠壓。錘鍛機是通過一種模具每分鐘10000次有規律地捶打鎢棒來減少鎢棒的直徑的裝置。通常，每捶打一次鎢棒的直徑會減少12%。通過擠鍛壓，使晶體結構拉成變成纖維結構。但要使成品的強度和柔韌性得到改善，鎢棒必須不斷地被重新加熱到1800?2500°C，且捶打要一直持續到鎢棒的直徑達到6350到2540微米。
[0023]第五步，拉拔。
[0024]第四步擠鍛壓過的鎢棒直徑偏粗，接下來要通過拉絲模拉拔使其直徑變得更細。絲被通過硬質合金拉絲模或金剛石拉絲模潤滑和拉拔，使其直徑達到12.7微米，製成鎢絲。
[0025]第六步，鎢絲鍍金。
[0026]對第五步已完成的鎢絲進行鍍金，鍍金厚度約為2微米，製成具有內鎢外金結構的封裝導線材料。
【權利要求】
1.一種封裝導線材料結構，其特徵在於:由中間線芯和表面鍍層組成，中間線芯為鎢絲，表面鍍層為金，由此形成內鎢外金的結構。
2.如權利要求1所述的一種封裝導線材料結構，其特徵在於:中間線芯的鎢絲直徑為.12.7微米，表面鍍層的厚度為2微米。
【文檔編號】H01L23/49GK204130521SQ201420355102
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】劉伯彥, 周斌, 鍾其龍, 王曉靁, 劉崇志 申請人:廈門潤晶光電有限公司