一種銀合金鍵合絲的製備方法與流程
2023-10-23 10:14:12
本發明涉及電子封裝互連材料領域，尤其涉及一種銀合金鍵合絲的製備方法。
背景技術：
半導體元器件的焊接80％以上採用引線鍵合連接，隨著集成電路及半導體器件向高密度、高集成度和小型化發展，軍工產品、智慧型手機、無人駕駛汽車、物聯網等眾多領域對半導體封裝工藝、技術、產品質量的要求越來越高，鍵合絲品質優劣決定了ic封裝產品的性能。鍵合絲分為傳統鍵合絲與非傳統鍵合絲兩大類，傳統鍵合絲以金絲為代表、品質優良性能可靠，但因成本因素嚴重製約著金絲在中高端封裝市場的壟斷地位與佔有率，非傳統尤其是非傳統高端鍵合絲雖有顯著的成本優勢、但因其品質問題制約著其全面替代傳統鍵合絲的市場與應用；目前高端非傳統鍵合絲的主要生產與供應商僅局限於國外少數實力強大的專業製造商，國內高品質非傳統鍵合絲相對於國外尚屬於一片空白、市場需求幾乎100％依賴於進口，嚴重製約並影響國內封裝產業的成本控制能力與競爭力，因此，研究開發具有自主智慧財產權的高端非傳統鍵合絲已是當務之急。
非傳統鍵合絲中的銀合金鍵合絲主要用於led封裝，銀電火花在自然空氣形成球(fab)的溫度與金相似，是優良的鍵合材料。由於金屬銀的易遷移、易硫化、易氧化等缺陷，目前較少有單獨使用銀絲作為電子封裝的互連材料，市場普遍採用銀絲表面鍍厚金再低溫退火處理的辦法來規避銀金屬本身存在的缺陷。但因需要加入質量分數多達40％的金材料才能有效緩解金屬銀的易腐蝕等缺陷，此工藝大大提高了銀合金鍵合絲的成本，限制了其廣泛應用。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種銀合金鍵合絲的製備方法，該方法製備的銀合金鍵合絲抗腐蝕和長期的鍵合可靠性。
本發明提供了一種銀合金鍵合絲的製備方法，包括以下步驟：
將銀合金絲表面鍍金層，精拉絲，退火，得到銀合金鍵合絲；
所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；
所述退火的溫度為200～800℃。
優選地，所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.2×103～1.0×103：0.02～0.3。
優選地，所述鍍金層的厚度為0.02～0.3μm。
優選地，所述銀合金絲鍍金後精拉絲至直徑0.7～1.2mil。
優選地，所述退火的溫度為350～800℃。
優選地，所述退火的時間為10～180min。
優選地，所述銀合金絲包括0～10wt％的金、0～5wt％的銅和0～5wt％的鈀；所述金、銅和鈀的含量不同時為0。
優選地，所述銀合金鍵合絲的外層為金銀合金層；所述金銀合金層的厚度為0.05～0.5μm。
優選地，所述退火在惰性氣氛下進行。
本發明提供了一種銀合金鍵合絲的製備方法，包括以下步驟：將銀合金絲表面鍍金層，精拉絲，退火，得到銀合金鍵合絲；所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的溫度為200～800℃。本發明通過採用銀合金絲表面電鍍金層，控制金的用量，並熱處理退火，讓金層擴散到銀中軸的外層，使得銀合金鍵合絲抗腐蝕，且具有長期的鍵合可靠性。另外，該方法製備的銀合金鍵合絲反光性好，柔軟度好和優異的推拉力。實驗結果表明：銀合金鍵合絲暴露在h2s中沒有觀察到腐蝕點，通過led的可靠性測試；經受實驗室抗老化等效測試10000h的測試後，仍保持一定的鍵合強度；銀合金鍵合絲的拉斷力為8～12g，推球剪切力為35～45g。
附圖說明
圖1為本發明實施例1製備銀合金鍵合絲過程的示意圖；
圖2為沒有經過鍍金處理的銀鍵合絲和本發明實施例1製備的銀合金鍵合絲的fab顯微圖和腐蝕測試結果圖。
具體實施方式
本發明提供了一種銀合金鍵合絲的製備方法，包括以下步驟：
將銀合金絲表面鍍金層，精拉絲，退火，得到銀合金鍵合絲；
所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；
所述退火的溫度為200～800℃。
本發明通過採用銀合金絲表面電鍍金層，控制金的用量，並熱處理退火，讓金層擴散到銀中軸的外層，使得銀合金鍵合絲抗腐蝕，且具有長期的鍵合可靠性。另外，該方法製備的銀合金鍵合絲反光性好，柔軟度好和優異的推拉力。
在本發明中，所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；優選為0.2×103～1.0×103：0.02～0.3。
在本發明中，所述鍍金層的厚度優選為0.02～0.3μm。在本發明的具體實施例中，所述鍍金層的厚度為0.17μm或0.28μm。
在本發明中，所述銀合金絲鍍金後優選精拉絲至直徑0.7～1.2mil。在本發明的具體實施例中，所述銀合金絲鍍金後優選精拉絲至直徑21μm或30μm。
在本發明中，所述退火的溫度為200～800℃，優選為350～800℃。所述退火的時間優選為10～180min；在本發明的具體實施例中，所述退火的溫度為350℃或650℃；所述退火時間為30min或60min。
在本發明中，所述銀合金絲包括0～10wt％的金、0～5wt％的銅和0～5wt％的鈀；所述金、銅和鈀的含量不同時為0。在本發明的具體實施例中，所述銀合金絲由銀90wt％、金5wt％、銅2wt％和鈀3wt％組成；或所述銀合金絲由銀88wt％、金10wt％和銅2wt％組成；或所述銀合金絲由銀95wt％，金2wt％，銅2wt％和鈀1wt％組成。
在本發明中，所述銀合金鍵合絲的外層為金銀合金層；所述金銀合金層的厚度為0.05～0.5μm。
在本發明中，所述退火在惰性氣氛下進行；所述惰性氣氛優選為氮氣或氬氣。
本發明提供了一種銀合金鍵合絲的製備方法，包括以下步驟：將銀合金絲表面鍍金層，精拉絲，退火，得到銀合金鍵合絲；所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的溫度為200～800℃。本發明通過採用銀合金絲表面電鍍金層，控制金的用量，並熱處理退火，讓金層擴散到銀中軸的外層，使得銀合金鍵合絲抗腐蝕，且具有長期的鍵合可靠性。另外，該方法製備的銀合金鍵合絲反光性好，柔軟度好和優異的推拉力。實驗結果表明：銀合金鍵合絲暴露在h2s中沒有觀察到腐蝕點，通過led的可靠性測試；經受實驗室抗老化等效測試10000h的測試後，仍保持一定的鍵合強度；銀合金鍵合絲的拉斷力為8～12g，推球剪切力為35～45g。
本發明在採用較少金用量，控制成本的前提下，提高銀合金鍵合絲的抗腐蝕性和反光性，使其在led封裝領域具有廣闊的應用前景。
為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的銀合金鍵合絲的製備方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發明保護範圍的限定。
實施例1
在0.36mm的銀合金絲(含銀88wt％，金10wt％，銅2wt％)外層鍍金，控制金層厚度為0.17μm，然後精拉絲到直徑為21μm。隨後在350℃氮氣氣氛下，進行熱處理60min，得到鍍金銀基合金鍵合絲，即銀合金鍵合絲。銀合金鍵合絲的製備過程示意圖如圖1所示，圖1為本發明實施例1製備銀合金鍵合絲過程的示意圖。由圖1可以看出：在銀基表面鍍金層，通過拉絲和退火工藝，製得表層為金銀合金層的銀合金鍵合絲；實施例1所得銀合金鍵合絲的表面顏色與無鍍金層的銀合金絲相當。
測試實施例1製備的銀合金鍵合絲與常規銀合金絲的線焊性能和可靠性，結果發現鍍金銀合金絲的焊接效果與常規銀合金絲相似，但推拉力測試結果更為優異，分別為拉斷力12g，推球剪切力45g。
將沒有經過鍍金處理的銀鍵合絲和實施例1所得的銀合金鍵合絲暴露在h2s中，腐蝕結果如圖2所示，圖2為沒有經過鍍金處理的銀鍵合絲和本發明實施例1製備的銀合金鍵合絲的fab顯微圖和腐蝕測試結果圖，其中圖2中a為沒有經過鍍金處理的銀鍵合絲的fab顯微圖；b為沒有經過鍍金處理的銀鍵合絲的腐蝕測試結果圖；c為實施例1所得的銀合金鍵合絲的fab顯微圖；d為實施例1所得的銀合金鍵合絲的腐蝕測試結果圖。由圖2可以看到：經過本發明的方法鍍金處理後，耐腐蝕能力大為提高，沒有觀察到腐蝕點，通過了led的可靠性測試(圖2中c和d)。相反，沒有經過鍍金處理的銀鍵合絲第一焊點顯示很嚴重的腐蝕(圖2中a和b)，沒有通過led的可靠性測試。且鍍金銀合金絲的抗腐蝕大大高於常規銀合金絲。更重要的是，經過此法所得鍵合絲具有長期的鍵合可靠性，可在經受實驗室抗老化等效測試10000h的測試後，仍保持一定的鍵合強度。
實施例2
在0.75mm的銀合金絲(含銀90wt％，金5wt％，銅2wt％，鈀3wt％)外層鍍金，控制金層厚度為0.28μm，然後精拉絲到直徑為30μm。隨後在650℃氮氣氣氛下，進行熱處理60min，得到銀合金鍵合絲。
測試實施例2製備的銀合金鍵合絲與常規銀合金絲的線焊性能和可靠性，結果發現鍍金銀合金絲的焊接效果與常規銀合金絲相似，但推拉力測試結果更為優異，分別為拉斷力10g，推球剪切力38g。
實施例2所得銀合金鍵合絲的表面顏色及鍵合可靠性與實施例1類似。
實施例3
在0.20mm的銀合金絲(含銀95wt％，金2wt％，銅2wt％，鈀1wt％)外層鍍金，控制金層厚度為0.17μm，然後精拉絲到直徑為21μm。隨後在350℃氮氣氣氛下，進行熱處理30min，得到銀合金鍵合絲。
測試實施例3製備的銀合金鍵合絲與常規銀合金絲的線焊性能和可靠性，結果發現鍍金銀合金絲的焊接效果與常規銀合金絲相似，但推拉力測試結果更為優異，分別為拉斷力8g，推球剪切力35g。
實施例3所得銀合金鍵合絲的表面顏色及鍵合可靠性與實施例1類似。
由以上實施例可知，本發明提供了一種銀合金鍵合絲的製備方法，包括以下步驟：將銀合金絲表面鍍金層，精拉絲，退火，得到銀合金鍵合絲；所述銀合金絲的直徑和鍍金層的厚度比為0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的溫度為200～800℃。本發明通過採用銀合金絲表面電鍍金層，控制金的用量，並熱處理退火，讓金層擴散到銀中軸的外層，使得銀合金鍵合絲抗腐蝕，且具有長期的鍵合可靠性。另外，該方法製備的銀合金鍵合絲反光性好，柔軟度好和優異的推拉力。實驗結果表明：銀合金鍵合絲暴露在h2s中沒有觀察到腐蝕點，通過led的可靠性測試；經受實驗室抗老化等效測試10000h的測試後，仍保持一定的鍵合強度；銀合金鍵合絲的拉斷力為8～12g，推球剪切力為35～45g。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。