CN113136542B - 一种金包银键合线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：以线径为15μm～30μm的银线坯作为坯料；将纳米金加入稳定溶剂中，超声30min～60min，制成纳米金浸镀液；将银线坯浸在纳米金浸镀液中，采用真空加热浸镀或红外加热浸镀的方式，使金银接触面形成稳定的合金层；采用真空加热烘干或真空红外烘干的方式处理上述浸镀后的银线坯，形成一体化的金包银键合线；对上述所得金包银键合线进行退火处理，即得。本发明制备方法使纳米金和银线进行纳米级别的接触，形成牢固的金银合金过渡层，制备的金包银键合线金层均匀可控、金银界面结合力强，且生产工艺环保，同时焊接性较好，抗氧化性优良，传导性优异，键合线的可靠性总体较优。

Description

一种金包银键合线的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金包银键合线的制备方法，属于电子封装领域。
背景技术
随着集成电路制造业和封装业的发展，作为半导体封装的四大基础材料之一的键合线(芯片和框架之间的内引线)的需求量越来越大。而微电子的蓬勃发展，使芯片向高性能、高密度、小型化不断推进，因此对芯片和框架之间的键合引线提出了更高的要求。传统键合金线，由于电化学性能出色、可靠性高等优点，成为封装业应用最多的键合引线，但是金键合线价格居高不下，为降低成本，寻找性能相当、价格低廉的产品已是迫在眉睫。
银具有良好的导电、导热和力学性能，是键合金线较好的候选替代产品。虽然银线具有较低的成本优势和较好的键合性能，但是其易氧化，氧化后银线的导电性变差，影响键合可靠性，进而限制了其在高端电子封装行业领域的应用。在银线表面镀上惰性金属，形成保护层，可在不降低银线键合性能的前提下，提高引线抗氧化性，在诸多惰性元素中，镀金性能尤佳。
目前银基键合线镀金工艺主要通过化学镀和电镀来完成，而现有工艺均存在一定的缺点，如：工艺污染环境，镀液成分含有酸碱离子，易残留在线体表面，影响键合线稳定性能等。另外通过固相复合技术也存在一些问题，如：金层厚度不易控制，金层不均匀等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种金包银键合线的制备方法，得到的金层均匀可控、金银界面结合力强，且生产工艺环保。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：
(1)银线坯：以线径为15μm～30μm的银线坯作为坯料；
(2)配制纳米金浸镀液：将纳米金加入稳定溶剂中，超声30min～60min，制成纳米金浸镀液；
(3)银线坯浸镀纳米金：将银线坯浸在纳米金浸镀液中，采用真空加热浸镀或红外加热浸镀的方式，使金银接触面形成稳定的合金层；
(4)真空处理：采用真空加热烘干或真空红外烘干的方式处理上述浸镀后的银线坯，形成一体化的金包银键合线；
(5)热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，即得。
纳米金的粒径≤80nm，纳米金在纳米金浸镀液的质量浓度为0.4％～15％。
稳定溶剂包括如下质量浓度的组分：稳定剂0.02％～2％，助剂0.5％～12％，表面活性剂0.05％～1％，余量为水。
稳定剂为四氢呋喃、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲酰胺、甲基胍胺中任一种或两种及以上的混合。
助剂为甲醛、甲醇、乙醇、丙酮中任一种或两种及以上的混合。
表面活性剂为非离子表面活性剂或/和嵌段共聚类表面活性剂；非离子表面活性剂为：烯丙醇聚氧烷基醚F-6或/和聚乙二醇1000；嵌段共聚类表面活性剂为：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、丙二醇嵌段聚醚L-64、丙二醇嵌段聚醚F68中任一种或两种及以上的混合。
步骤(3)真空加热浸镀或红外加热浸镀的温度为500℃～600℃，时间为5min～15min。
步骤(4)真空加热烘干或真空红外烘干的温度为80℃～120℃，时间为30s～5min。
步骤(5)退火温度为500℃～680℃，时间为5min～15min。
在步骤(4)真空处理前还包括，重复步骤(3)使浸镀后的银线坯再次浸在纳米金浸镀液中，完成再一次的浸镀，浸镀次数≥1次。
本发明有益效果：
本发明采用稳定剂、助剂及表面活性剂组成稳定溶剂，使纳米金颗粒稳定悬浮在溶液，其中纳米金颗粒尺寸越大，需要的建合作用越大，对于表面活性剂的要求越高，纳米金颗粒尺寸越大，一般单次浸镀后，金镀层厚度越大。本发明表面活性剂选用聚醚、聚醇及多聚烷烃类物质，其分子上的活性基团能够和纳米材料间形成化学键合作用，使纳米金颗粒能够稳定存在于溶液中。同时添加稳定剂辅助表面活性剂，使助剂、表面活性剂、纳米金颗粒之间的兼容性更好，使溶液稳定性更好，稳定的金溶液，经过浸镀工艺，银线柸外面的金层均匀性好。真空处理和热稳定处理工艺，是为了金层和银柸结合更牢固，提高金包银键合线的综合性能。
本发明制备方法使纳米金和银线进行纳米级别的接触，通过金银接触面处理，金银元素间相互扩散，形成牢固的金银合金过渡层，使镀金层和银线坯形成一体。采用一次或多次浸镀相结合，包金层厚度可控，包覆致密，且生产设备简单，生产工艺绿色环保。制备的金包银键合线***格大幅降低，键合工艺兼容性强；同时焊接性较好，抗氧化性优良，传导性优异，键合线的可靠性总体较优。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1纳米金浸镀液的配制
1#：将0.5mg N-甲基吡咯烷酮、12.5mg丙酮、1.25mg聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123，溶入水中，制成总重2.5g的稳定溶剂。选取10～30nm的纳米金10mg，加入上述稳定溶剂中，超声30min，制成纳米金浸镀液1#。
2#：将0.5mg N-甲基吡咯烷酮、0.3mg甲基胍胺、100mg丙酮、1mg聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123和5mg丙二醇嵌段聚醚F68，溶入水中，制成总重2.5g的稳定溶剂。选取10～30nm的纳米金25mg，加入上述稳定溶剂中，超声30min，制成纳米金浸镀液2#。
3#：将0.3mgN-甲基吡咯烷酮、0.3mg二甲基亚砜、0.4mg四氢呋喃、50mg丙酮、50mg甲醛、4mg丙二醇嵌段聚醚L-64、3mg聚乙二醇1000，溶入水中，制成总重2.5g的稳定溶剂。选取30～50nm的纳米金50mg，加入上述稳定溶剂中，超声60min，制成纳米金浸镀液3#。
4#：将0.5mg N-甲基吡咯烷酮、0.5mg二甲基亚砜、0.5mg甲酰胺、50mg丙酮、20mg甲醛、8mg聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、6mg丙二醇嵌段聚醚L-64和6mg丙二醇嵌段聚醚F68，溶入水中，制成总重2.5g的稳定溶剂。选取30～50nm的纳米金100mg，加入上述稳定溶剂中，超声45min，制成纳米金浸镀液4#。
5#：将0.5mg N-甲基吡咯烷酮、1mg四氢呋喃、1mg甲基胍胺、100mg甲醇、200mg乙醇、10mg烯丙醇聚氧烷基醚F-6和10mg聚乙二醇1000，溶入水中，制成总重2.5g的稳定溶剂。选取30～80nm的纳米金300mg，加入上述稳定溶剂中，超声60min，制成纳米金浸镀液5#。
实施例2金包银键合线的制备
一种纳米金层包覆银坯的金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：
(1)新鲜银线坯：将线径为15μm的新鲜超细银线坯作为坯料；
(2)配制纳米金浸镀液1#：采用实施例1方法配制纳米金浸镀液1#；
(3)银线坯浸镀纳米金：将新鲜银线坯浸在纳米金浸镀液1#中，500℃真空加热浸镀15min，使金银接触面形成稳定的合金层；
(4)真空处理：100℃真空红外加热烘干30s，使镀金层和银线坯接触更紧密，形成一体化的金包银键合线；
(5)热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，退火温度为500℃，时间为5min，所得金层厚度为50nm～80nm。
实施例3金包银键合线的制备
一种纳米金层包覆银坯的金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：
(1)新鲜银线坯：将线径为15μm的新鲜超细银线坯作为坯料；
(2)配制纳米金浸镀液2#：采用实施例1方法配制纳米金浸镀液2#；
(3)银线坯浸镀纳米金：将新鲜银线坯浸在纳米金浸镀液2#中，550℃真空加热浸镀15min，使金银接触面形成稳定的合金层；
(4)真空处理：80℃真空加热烘干3min，使镀金层和银线坯接触更紧密，形成一体化的金包银键合线；
(5)热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，退火温度为550℃，时间为5min，所得金层厚度为150nm～200nm。
实施例4金包银键合线的制备
一种纳米金层包覆银坯的金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：
(1)新鲜银线坯：将线径为30μm的新鲜超细银线坯作为坯料；
(2)配制纳米金浸镀液：采用实施例1配制纳米金浸镀液1#和3#；
(3)银线坯浸镀纳米金：将新鲜银线坯先浸在纳米金浸镀液3#中，600℃真空加热浸镀15min，然后在纳米金浸镀液1#中600℃真空加热浸镀15min，使金银接触面形成稳定的合金层；
(4)真空处理：100℃真空红外烘干1min，使镀金层和银线坯接触更紧密，形成一体化的金包银键合线；
(5)热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，退火温度为580℃，时间为5min，所得金层厚度为400nm～500nm。
实施例5金包银键合线的制备
一种纳米金层包覆银坯的金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：
(1)新鲜银线坯：将线径为20μm的新鲜超细银线坯作为坯料；
(2)配制纳米金浸镀液4#：采用实施例1方法配制纳米金浸镀液4#；
(3)银线坯浸镀纳米金：将新鲜银线坯浸在纳米金浸镀液4#中，550℃真空加热浸镀15min，使金银接触面形成稳定的合金层；
(4)真空处理：120℃真空加热烘干5min，使镀金层和银线坯接触更紧密，形成一体化的金包银键合线；
(5)热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，退火温度为600℃，时间为10min，所得金层厚度为350nm～450nm。
实施例6金包银键合线的制备
一种纳米金层包覆银坯的金包银键合线的制备方法，包括以下步骤：
(1)新鲜银线坯：将线径为30μm的新鲜超细银线坯作为坯料；
(2)配制纳米金浸镀液5#：采用实施例1方法配制纳米金浸镀液5#；
(3)银线坯浸镀纳米金：将新鲜银线坯浸在纳米金浸镀液5#中，500℃真空加热浸镀5min，使金银接触面形成稳定的合金层；
(4)真空处理：100℃真空加热烘干5min，使镀金层和银线坯接触更紧密，形成一体化的金包银键合线；
(5)热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，退火温度为680℃，时间为10min，所得金层厚度为100nm～300nm。

Claims (4)

1.一种金包银键合线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）银线坯：以线径为15μm~30μm的银线坯作为坯料；
（2）配制纳米金浸镀液：将纳米金加入稳定溶剂中，超声30 min ~ 60 min，制成纳米金浸镀液；
所述纳米金的粒径≤80nm，纳米金在纳米金浸镀液的质量浓度为0.4%~15%；
稳定溶剂包括如下质量浓度的组分：稳定剂0.02%~2%，助剂0.5%~12%，表面活性剂0.05%~1%，余量为水；
稳定剂为四氢呋喃、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲酰胺、甲基胍胺中任一种或两种及以上的混合；助剂为甲醛、甲醇、乙醇、丙酮中任一种或两种及以上的混合；
表面活性剂为非离子表面活性剂或/和嵌段共聚类表面活性剂；非离子表面活性剂为：烯丙醇聚氧烷基醚F-6或/和聚乙二醇1000；嵌段共聚类表面活性剂为：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、丙二醇嵌段聚醚L-64、丙二醇嵌段聚醚F68中任一种或两种及以上的混合；
（3）银线坯浸镀纳米金：将银线坯浸在纳米金浸镀液中，采用真空加热浸镀或红外加热浸镀的方式，使金银接触面形成稳定的合金层；
所述真空加热浸镀或红外加热浸镀的温度为500℃~600℃，时间为5min~15min；
（4）真空处理：采用真空加热烘干或真空红外烘干的方式处理上述浸镀后的银线坯，形成一体化的金包银键合线；
（5）热稳定性处理：对上述所得金包银键合线进行退火处理，即得。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）真空加热烘干或真空红外烘干的温度为80℃~120℃，时间为30 s~5 min。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）退火温度为500℃~680℃，时间为5 min~15 min。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤（4）真空处理前还包括，重复步骤（3）使浸镀后的银线坯再次浸在纳米金浸镀液中，完成再一次的浸镀，浸镀次数≥1次。
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