CN107240551A - 一种银合金键合丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的温度为200～800℃。本发明通过采用银合金丝表面电镀金层，控制金的用量，并热处理退火，让金层扩散到银中轴的外层，使得银合金键合丝抗腐蚀，且具有长期的键合可靠性；反光性好，柔软度好和优异的推拉力。银合金键合丝暴露在H2S中没有观察到腐蚀点，通过LED的可靠性测试；经受实验室抗老化等效测试10000h的测试后，仍保持一定的键合强度；银合金键合丝的拉断力为8～12g，推球剪切力为35～45g。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装互连材料领域，尤其涉及一种银合金键合丝的制备方法。
背景技术
半导体元器件的焊接80％以上采用引线键合连接，随着集成电路及半导体器件向高密度、高集成度和小型化发展，军工产品、智能手机、无人驾驶汽车、物联网等众多领域对半导体封装工艺、技术、产品质量的要求越来越高，键合丝品质优劣决定了IC封装产品的性能。键合丝分为传统键合丝与非传统键合丝两大类，传统键合丝以金丝为代表、品质优良性能可靠，但因成本因素严重制约着金丝在中高端封装市场的垄断地位与占有率，非传统尤其是非传统高端键合丝虽有显著的成本优势、但因其品质问题制约着其全面替代传统键合丝的市场与应用；目前高端非传统键合丝的主要生产与供应商仅局限于国外少数实力强大的专业制造商，国内高品质非传统键合丝相对于国外尚属于一片空白、市场需求几乎100％依赖于进口，严重制约并影响国内封装产业的成本控制能力与竞争力，因此，研究开发具有自主知识产权的高端非传统键合丝已是当务之急。
非传统键合丝中的银合金键合丝主要用于LED封装，银电火花在自然空气形成球(FAB)的温度与金相似，是优良的键合材料。由于金属银的易迁移、易硫化、易氧化等缺陷，目前较少有单独使用银丝作为电子封装的互连材料，市场普遍采用银丝表面镀厚金再低温退火处理的办法来规避银金属本身存在的缺陷。但因需要加入质量分数多达40％的金材料才能有效缓解金属银的易腐蚀等缺陷，此工艺大大提高了银合金键合丝的成本，限制了其广泛应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种银合金键合丝的制备方法，该方法制备的银合金键合丝抗腐蚀和长期的键合可靠性。
本发明提供了一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；
所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；
所述退火的温度为200～800℃。
优选地，所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.2×103～1.0×103： 0.02～0.3。
优选地，所述镀金层的厚度为0.02～0.3μm。
优选地，所述银合金丝镀金后精拉丝至直径0.7～1.2mil。
优选地，所述退火的温度为350～800℃。
优选地，所述退火的时间为10～180min。
优选地，所述银合金丝包括0～10wt％的金、0～5wt％的铜和0～5wt％的钯；所述金、铜和钯的含量不同时为0。
优选地，所述银合金键合丝的外层为金银合金层；所述金银合金层的厚度为0.05～0.5μm。
优选地，所述退火在惰性气氛下进行。
本发明提供了一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的温度为200～800℃。本发明通过采用银合金丝表面电镀金层，控制金的用量，并热处理退火，让金层扩散到银中轴的外层，使得银合金键合丝抗腐蚀，且具有长期的键合可靠性。另外，该方法制备的银合金键合丝反光性好，柔软度好和优异的推拉力。实验结果表明：银合金键合丝暴露在H2S中没有观察到腐蚀点，通过LED的可靠性测试；经受实验室抗老化等效测试10000h的测试后，仍保持一定的键合强度；银合金键合丝的拉断力为8～12g，推球剪切力为35～45g。
附图说明
图1为本发明实施例1制备银合金键合丝过程的示意图；
图2为没有经过镀金处理的银键合丝和本发明实施例1制备的银合金键合丝的FAB显微图和腐蚀测试结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；
所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；
所述退火的温度为200～800℃。
本发明通过采用银合金丝表面电镀金层，控制金的用量，并热处理退火，让金层扩散到银中轴的外层，使得银合金键合丝抗腐蚀，且具有长期的键合可靠性。另外，该方法制备的银合金键合丝反光性好，柔软度好和优异的推拉力。
在本发明中，所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；优选为0.2×103～1.0×103：0.02～0.3。
在本发明中，所述镀金层的厚度优选为0.02～0.3μm。在本发明的具体实施例中，所述镀金层的厚度为0.17μm或0.28μm。
在本发明中，所述银合金丝镀金后优选精拉丝至直径0.7～1.2mil。在本发明的具体实施例中，所述银合金丝镀金后优选精拉丝至直径21μm或30μm。
在本发明中，所述退火的温度为200～800℃，优选为350～800℃。所述退火的时间优选为10～180min；在本发明的具体实施例中，所述退火的温度为 350℃或650℃；所述退火时间为30min或60min。
在本发明中，所述银合金丝包括0～10wt％的金、0～5wt％的铜和0～5wt％的钯；所述金、铜和钯的含量不同时为0。在本发明的具体实施例中，所述银合金丝由银90wt％、金5wt％、铜2wt％和钯3wt％组成；或所述银合金丝由银88wt％、金10wt％和铜2wt％组成；或所述银合金丝由银95wt％，金2wt％，铜2wt％和钯1wt％组成。
在本发明中，所述银合金键合丝的外层为金银合金层；所述金银合金层的厚度为0.05～0.5μm。
在本发明中，所述退火在惰性气氛下进行；所述惰性气氛优选为氮气或氩气。
本发明提供了一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的温度为200～800℃。本发明通过采用银合金丝表面电镀金层，控制金的用量，并热处理退火，让金层扩散到银中轴的外层，使得银合金键合丝抗腐蚀，且具有长期的键合可靠性。另外，该方法制备的银合金键合丝反光性好，柔软度好和优异的推拉力。实验结果表明：银合金键合丝暴露在H2S中没有观察到腐蚀点，通过LED的可靠性测试；经受实验室抗老化等效测试10000h的测试后，仍保持一定的键合强度；银合金键合丝的拉断力为8～12g，推球剪切力为35～45g。
本发明在采用较少金用量，控制成本的前提下，提高银合金键合丝的抗腐蚀性和反光性，使其在LED封装领域具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的银合金键合丝的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在0.36mm的银合金丝(含银88wt％，金10wt％，铜2wt％)外层镀金，控制金层厚度为0.17μm，然后精拉丝到直径为21μm。随后在350℃氮气气氛下，进行热处理60min，得到镀金银基合金键合丝，即银合金键合丝。银合金键合丝的制备过程示意图如图1所示，图1为本发明实施例1制备银合金键合丝过程的示意图。由图1可以看出：在银基表面镀金层，通过拉丝和退火工艺，制得表层为金银合金层的银合金键合丝；实施例1所得银合金键合丝的表面颜色与无镀金层的银合金丝相当。
测试实施例1制备的银合金键合丝与常规银合金丝的线焊性能和可靠性，结果发现镀金银合金丝的焊接效果与常规银合金丝相似，但推拉力测试结果更为优异，分别为拉断力12g，推球剪切力45g。
将没有经过镀金处理的银键合丝和实施例1所得的银合金键合丝暴露在 H2S中，腐蚀结果如图2所示，图2为没有经过镀金处理的银键合丝和本发明实施例1制备的银合金键合丝的FAB显微图和腐蚀测试结果图，其中图2中a为没有经过镀金处理的银键合丝的FAB显微图；b为没有经过镀金处理的银键合丝的腐蚀测试结果图；c为实施例1所得的银合金键合丝的FAB显微图； d为实施例1所得的银合金键合丝的腐蚀测试结果图。由图2可以看到：经过本发明的方法镀金处理后，耐腐蚀能力大为提高，没有观察到腐蚀点，通过了LED的可靠性测试(图2中c和d)。相反，没有经过镀金处理的银键合丝第一焊点显示很严重的腐蚀(图2中a和b)，没有通过LED的可靠性测试。且镀金银合金丝的抗腐蚀大大高于常规银合金丝。更重要的是，经过此法所得键合丝具有长期的键合可靠性，可在经受实验室抗老化等效测试10000h的测试后，仍保持一定的键合强度。
实施例2
在0.75mm的银合金丝(含银90wt％，金5wt％，铜2wt％，钯3wt％) 外层镀金，控制金层厚度为0.28μm，然后精拉丝到直径为30μm。随后在 650℃氮气气氛下，进行热处理60min，得到银合金键合丝。
测试实施例2制备的银合金键合丝与常规银合金丝的线焊性能和可靠性，结果发现镀金银合金丝的焊接效果与常规银合金丝相似，但推拉力测试结果更为优异，分别为拉断力10g，推球剪切力38g。
实施例2所得银合金键合丝的表面颜色及键合可靠性与实施例1类似。
实施例3
在0.20mm的银合金丝(含银95wt％，金2wt％，铜2wt％，钯1wt％) 外层镀金，控制金层厚度为0.17μm，然后精拉丝到直径为21μm。随后在 350℃氮气气氛下，进行热处理30min，得到银合金键合丝。
测试实施例3制备的银合金键合丝与常规银合金丝的线焊性能和可靠性，结果发现镀金银合金丝的焊接效果与常规银合金丝相似，但推拉力测试结果更为优异，分别为拉断力8g，推球剪切力35g。
实施例3所得银合金键合丝的表面颜色及键合可靠性与实施例1类似。
由以上实施例可知，本发明提供了一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；所述退火的温度为200～800℃。本发明通过采用银合金丝表面电镀金层，控制金的用量，并热处理退火，让金层扩散到银中轴的外层，使得银合金键合丝抗腐蚀，且具有长期的键合可靠性。另外，该方法制备的银合金键合丝反光性好，柔软度好和优异的推拉力。实验结果表明：银合金键合丝暴露在H2S中没有观察到腐蚀点，通过LED的可靠性测试；经受实验室抗老化等效测试10000h的测试后，仍保持一定的键合强度；银合金键合丝的拉断力为8～12g，推球剪切力为35～45g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种银合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
将银合金丝表面镀金层，精拉丝，退火，得到银合金键合丝；
所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.1×103～1.5×103：0.01～0.5；
所述退火的温度为200～800℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银合金丝的直径和镀金层的厚度比为0.2×103～1.0×103：0.02～0.3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镀金层的厚度为0.02～0.3μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银合金丝镀金后精拉丝至直径0.7～1.2mil。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为350～800℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的时间为10～180min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银合金丝包括0～10wt％的金、0～5wt％的铜和0～5wt％的钯；所述金、铜和钯的含量不同时为0。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述银合金键合丝的外层为金银合金层；所述金银合金层的厚度为0.05～0.5μm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火在惰性气氛下进行。
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