DE102013000057B4 - ALLOY WIRE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents

ALLOY WIRE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF Download PDF

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Abstract

Kaltbearbeitungsverformter, temperbehandelter Legierungsdraht, welcher aus einem Material hergestellt ist, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung, wobei der Legierungsdraht eine polykristalline Struktur eines kubisch-flächenzentrierten Gitters aufweist und eine Vielzahl an Körnern umfasst; ein zentraler Teil des Legierungsdrahts schmale Körner (18) oder equi-axiale Körner (12) umfasst und die anderen Teile des Legierungsdrahts aus equi-axialen Körnern (12) bestehen; und eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassen, 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des Legierungsdrahts beträgt, wobei die Stapelfehlerenergie der Legierung weniger als 100 erg/cm2 beträgt.Cold working deformed, tempered alloy wire made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy, and a silver-gold-palladium alloy, wherein the alloy wire has a polycrystalline structure of a face-centered cubic lattice and comprises a plurality of grains; a central part of the alloy wire comprises narrow grains (18) or equi-axial grains (12) and the other parts of the alloy wire consist of equi-axial grains (12); and an amount of the grains comprising temper gems is 20 percent or more of the total amount of the grains of the alloy wire, the stacking defect energy of the alloy being less than 100 ergs / cm 2.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft Legierungsdrähte und deren Herstellungsverfahren und insbesondere Legierungsdrähte, welche zum Drahtbonden von Baugruppen elektronischer Vorrichtungen verwendet werden, und deren Herstellungsverfahren.The invention relates to alloy wires and their production methods, and more particularly to alloy wires used for wire bonding of electronic device assemblies and their manufacturing methods.

Beschreibung vom Stand der TechnikDescription of the prior art

Drahtbonden ist ein außerordentlich wichtiger Schritt in den Packaging-Prozessen von Halbleitervorrichtungen und Leuchtdioden (LED). Bonddrähte stellen nicht nur eine Signalübertragung und Stromübertragung zwischen Chips und Chipträgern (Substraten) sondern auch eine Wärmeableitungsleistung bereit. Deshalb ist es für Metalldrähte zum Drahtbonden notwendig, nicht nur eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit sondern auch eine ausreichende Festigkeit und Duktilität aufzuweisen. Die Härte der Metalldrähte kann nicht zu hoch sein, um zu verhindern, dass Chips während eines Heißpressens in dem Drahtbonden-Schritt brechen, und einen guten Kontakt zwischen den Metalldrähten und den Bondpads aufzuweisen, um eine hervorragende Verbindbarkeit aufzuweisen. Weiterhin ist es notwendig, dass die Metalldrähte eine gute antioxidative Wirkung und Korrosionsbeständigkeit aufweisen, weil die Polymerverkapselungsstoffe für das Packaging im Allgemeinen korrosive Chloridionen und eine hygroskopische Eigenschaft aufweisen, Feuchtigkeit aus der Umgebung absorbierend. Zudem leitet der Metalldraht ein hohes Volumen an Wärme zu dem ersten Bond (Ballbond), wenn der Ballbond von dem geschmolzenen Zustand auf Raumtemperatur abkühlt, und folglich wird eine wärmebeeinflusste Zone in dem Metalldraht bei dem Ballbond gebildet. Bei dem Metalldraht findet in der wärmebeeinflussten Zone aufgrund der Wärmebildung ein Kornwachstum statt, was zur Bildung von lokalen groben Körnern führt. Die lokalen groben Körner stellen eine niedrigere Festigkeit bereit, und folglich bricht der Metalldraht in der wärmebeeinflussten Zone während des Drahtziehtests, was die Bindefestigkeit negativ beeinflusst. Beim Vollenden der Packaging-Prozesse der Halbleitervorrichtungen oder der Leuchtdioden aktiviert die hohe Stromdichte durch die Metalldrähte möglicherweise Atome in den Metalldrähten und erzeugt folglich eine Elektronenwanderung während der Verwendung der verpackten Produkte. Als eine Folge werden Löcher an dem Anschluss der Metalldrähte gebildet, was zu einer Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit und sogar zu dem Auftreten von gebrochenen Drähten führt.Wire bonding is an extremely important step in the packaging processes of semiconductor devices and light emitting diodes (LED). Bonding wires provide not only signal transmission and power transfer between chips and chip carriers (substrates) but also heat dissipation performance. Therefore, for metal wires for wire bonding, it is necessary to have not only excellent electrical conductivity and thermal conductivity but also sufficient strength and ductility. The hardness of the metal wires can not be too high to prevent chips from cracking during hot pressing in the wire bonding step, and to have good contact between the metal wires and the bond pads to have excellent bondability. Furthermore, it is necessary for the metal wires to have a good antioxidant effect and corrosion resistance because the packaging polymer encapsulants generally have corrosive chloride ions and a hygroscopic property of absorbing moisture from the environment. In addition, the metal wire conducts a high volume of heat to the first ballbond when the ballbond cools from the molten state to room temperature, and hence a heat-affected zone is formed in the metal wire at the ballbond. In the metal wire, grain growth occurs in the heat-affected zone due to heat generation, resulting in the formation of local coarse grains. The local coarse grains provide a lower strength, and consequently, the metal wire breaks in the heat-affected zone during the wire drawing test, adversely affecting the bond strength. When completing the packaging processes of the semiconductor devices or the light-emitting diodes, the high current density through the metal wires possibly activates atoms in the metal wires and thus generates electron migration during use of the packaged products. As a result, holes are formed at the terminal of the metal wires, resulting in a decrease in electrical conductivity and thermal conductivity, and even the occurrence of broken wires.

Die in der gegenwärtigen Elektronikindustrie verwendeten Bonddrähte stellen hauptsächlich reines Gold und reines Aluminium dar. Kürzlich werden reine Kupferdrähte (unter Bezugnahme auf US20060186544A1 und US 4986856 ) und Verbundmetalldrähte wie beispielsweise Kupferdrähte mit Goldplattierung (unter Bezugnahme auf US 7645522B2 ), Kupferdrähte mit Palladiumplattierung (unter Bezugnahme auf US 20030173659A1 ), Kupferdrähte mit Platinplattierung (unter Bezugnahme auf US 20030173659A1 ) und Aluminiumdrähte mit Kupferplattierung (unter Bezugnahme auf US 6178623B1 ) ebenfalls für die Bonddrähte verwendet. Die inneren Strukturen der herkömmlichen Metalldrähte zum Drahtbonden stellen alle equi-axiale feine Körner dar. Die herkömmliche feinkörnige Struktur kann eine ausreichende Bruchfestigkeit und Duktilität bereitstellen. Es gibt jedoch eine Menge Großwinkelkorngrenzen, welche zwischen den feinen Körnern vorhanden sind. Die Großwinkelkorngrenzen streuen die Elektronenübertragung und erhöhen folglich den elektrischen Widerstand der Metalldrähte und verringern gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit der Metalldrähte. Andererseits weisen die Großwinkelkorngrenzen eine höhere Grenzflächenenergie auf und stellen vorteilhafte Wege zur umgebungsbedingten Oxidation, Sulfurierung und Chloridion-Korrosion bereit, was die Zuverlässigkeit der verpackten elektronischen Produkte verringert. Zudem neigt die wärmebeeinflusste Zone dazu, in dem Metalldraht mit einer feinkörnigen Struktur nahe des ersten Bonds (Ballbond) während des Drahtbondens gebildet zu werden. Die Drahtbonden-Festigkeit wird daher verringert, und eine Elektronenwanderung neigt dazu, bei dem Metalldraht mit einer feinkörnigen Struktur während der Verwendung von verpackten Halbleitervorrichtungen und Leuchtdioden aufzutreten, welche alle Hauptfaktoren darstellen, welche die Verschlechterung der Qualität und Zuverlässigkeit von herkömmlichen verpackten Produkten unter Verwendung der Drahtbonden-Technologie verursachen.The bonding wires used in the current electronics industry are mainly pure gold and pure aluminum. Recently, pure copper wires (with reference to FIG US20060186544A1 and US 4986856 and composite metal wires such as gold plated copper wires (with reference to FIG US 7645522B2 ), Copper wires with palladium plating (with reference to US 20030173659A1 ), Copper wires with platinum plating (with reference to US 20030173659A1 ) and aluminum wires with copper plating (with reference to US 6178623B1 ) also used for the bonding wires. The internal structures of the conventional metal wires for wire bonding are all equi-axial fine grains. The conventional fine-grained structure can provide sufficient break strength and ductility. However, there are a lot of large angle grain boundaries existing between the fine grains. The large angle grain boundaries scatter the electron transfer and thus increase the electrical resistance of the metal wires while reducing the thermal conductivity of the metal wires. On the other hand, the large angle grain boundaries have a higher interfacial energy and provide beneficial environmental oxidation, sulfurization, and chloride ion corrosion pathways, reducing the reliability of the packaged electronic products. In addition, the heat-affected zone tends to be formed in the metal wire having a fine-grained structure near the first bond (ball-bonding) during wire bonding. The wire bonding strength is therefore reduced, and electron migration tends to occur in the metal wire having a fine-grained structure during the use of packaged semiconductor devices and light-emitting diodes, which are all major factors which impair the quality and reliability of conventional packaged products using the Create wire bonding technology.

US 2011/0011619 betrifft einen Halbleiter-Vorrichtungs-Bonddraht, umfassend ein Kernelement, welches aus einem elektrisch leitfähigen Metall gebildet ist, und eine darauf ausgebildete Hautschicht, welche hauptsächlich aus einem von dem Kernelement verschiedenen kubisch-flächenzentrierten Metall besteht. US 2011/0011619 relates to a semiconductor device bonding wire comprising a core member formed of an electrically conductive metal and a skin layer formed thereon which mainly consists of a cubic face centered metal other than the core member.

US 2004/0014266 betrifft einen Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung, bestehend aus einem Kerndraht, einer Peripherie, und einer dazwischen ausgebildeten Diffusionsschicht oder Zwischenschicht. US 2004/0014266 relates to a bonding wire for a semiconductor device consisting of a core wire, a periphery, and a diffusion layer or intermediate layer formed therebetween.

WO 2009/032984 offenbart Verfahren zur Herstellung von Multi-Element-, feinteiligen Legierungspulvern, die Silber und wenigstens zwei nicht-silberhaltige Elemente enthalten und die Verwendung dieser Pulver in keramischen piezoelektrischen Vorrichtungen. WO 2009/032984 discloses methods of making multi-element, finely divided alloy powders containing silver and at least two non-silver containing elements and the use of these powders in ceramic piezoelectric devices.

Es werden daher Legierungsdrähte und deren Herstellungsverfahren benötigt, um die beschriebenen Probleme zu lösen.Therefore, alloy wires and their manufacturing methods are needed to solve the problems described.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Eine Ausführungsform der Erfindung stellt einen kaltbearbeitungsverformten, temperbehandelten Legierungsdraht nach Anspruch 1 bereit.An embodiment of the invention provides a cold working deformed, tempered alloy wire according to claim 1.

Bei dem Legierungsdraht ist es bevorzugt, dass die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst, die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst, und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst.In the alloy wire, it is preferable that the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 wt% of gold and balance of silver, the silver-palladium alloy 0.01 to 10.00 wt% of palladium, and balance of silver and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium and silver balance.

Ein Drahtdurchmesser des Legierungsdrahts liegt bevorzugt zwischen 10 μm und 50 μm.A wire diameter of the alloy wire is preferably between 10 μm and 50 μm.

Eine Ausführungsform der Erfindung stellt einen kaltbearbeitungsverformten, temperbehandelten Legierungsdraht nach Anspruch 4 bereit, welcher einen Basisdraht und eine oder mehrere Schichten einer Metallbeschichtung umfasst. Bei dem Legierungsdraht ist es bevorzugt, dass die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst, die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst, und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst.An embodiment of the invention provides a cold working deformed, tempered alloy wire according to claim 4 comprising a base wire and one or more layers of a metal coating. In the alloy wire, it is preferable that the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 wt% of gold and balance of silver, the silver-palladium alloy 0.01 to 10.00 wt% of palladium, and balance of silver and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium and silver balance.

Ein Drahtdurchmesser des Legierungsdrahts liegt bevorzugt zwischen 10 μm und 50 μm. Die Metallbeschichtung ist bevorzugt zwischen 0,1 μm und 5 μm dick.A wire diameter of the alloy wire is preferably between 10 μm and 50 μm. The metal coating is preferably between 0.1 μm and 5 μm thick.

Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren eines Legierungsdrahts nach Anspruch 8 bereit.An embodiment of the invention provides a manufacturing method of an alloy wire according to claim 8.

In dem Herstellungsverfahren des Legierungsdrahts stellen die Kaltbearbeitungsformschritte bevorzugt Drahtziehschritte, Extrusionsschritte oder deren Kombination dar.In the manufacturing method of the alloy wire, the cold working form steps preferably represent wire drawing steps, extrusion steps or their combination.

In dem Herstellungsverfahren des Legierungsdrahts kann die Bereitstellung des dicken Drahts Schritte Schmelzen von Rohmaterialien des Materials des dicken Drahts, gefolgt von Gießen zur Bildung eines Barrens, und Durchführen einer Kaltbearbeitung an dem Barren zur Fertigstellung des dicken Drahts umfassen. Die Bereitstellung des dicken Drahts kann alternativ Schritte Schmelzen von Rohmaterialien des Materials des dicken Drahts, gefolgt von einem Stranggießverfahren zur Bildung des dicken Drahts umfassen.In the manufacturing method of the alloy wire, the provision of the thick wire may include steps of melting raw materials of the material of the thick wire, followed by casting to form a billet, and performing cold working on the billet to finish the thick wire. The provision of the thick wire may alternatively comprise steps of melting raw materials of the thick wire material followed by a continuous casting process to form the thick wire.

In dem Herstellungsverfahren des Legierungsdrahts umfasst das Verfahren bevorzugt weiterhin Plattieren einer Metallbeschichtung, welche eine Oberfläche des dicken Drahts überzieht, unter Verwendung von elektrischem Plattieren, Bedampfen oder Sputtern vor den Kaltbearbeitungsformschritten. Die Metallbeschichtung wird bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichen reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung. Die Metallbeschichtung ist bevorzugt zwischen 0,1 μm und 10 μm dick.In the method of manufacturing the alloy wire, the method preferably further comprises plating a metal coating that coats a surface of the thick wire using electroless plating, vapor deposition, or sputtering before the cold working forming steps. The metal coating is preferably made of a material selected from one of a group consisting of substantially pure gold, substantially pure palladium, and a gold-palladium alloy. The metal coating is preferably between 0.1 μm and 10 μm thick.

In dem Herstellungsverfahren des Legierungsdrahts umfasst das Verfahren bevorzugt weiterhin Plattieren einer Metallbeschichtung, welche eine Oberfläche des dicken Drahts überzieht, unter Verwendung von elektrischem Plattieren, Bedampfen oder Sputtern nach dem Nten Schritt der Kaltbearbeitungsformschritte. Die Metallbeschichtung wird bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichen reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung. Die Metallbeschichtung ist bevorzugt zwischen 0,1 μm und 5 μm dick.In the method of producing the alloy wire, the method preferably further comprises plating a metal coating which coats a surface of the thick wire using electroless plating, vapor deposition or sputtering after the Nth step of the cold working form steps. The metal coating is preferably made of a material selected from one of a group consisting of substantially pure gold, substantially pure palladium, and a gold-palladium alloy. The metal coating is preferably between 0.1 μm and 5 μm thick.

In dem Herstellungsverfahren des Legierungsdrahts ist es bevorzugt, dass die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst, die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst. In the manufacturing method of the alloy wire, it is preferable that the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 wt% of gold and balance of silver, the silver-palladium alloy 0.01 to 10.00 wt% of palladium, and balance silver and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium and silver balance.

In dem Herstellungsverfahren des Legierungsdrahts liegt ein Drahtdurchmesser des dicken Drahts zwischen 5 mm und 10 mm, und liegt ein Drahtdurchmesser des dünnen Drahts zwischen 10 μm und 50 μm.In the manufacturing method of the alloy wire, a wire diameter of the thick wire is between 5 mm and 10 mm, and a wire diameter of the thin wire is between 10 μm and 50 μm.

Ein weiterer Umfang der Anwendbarkeit der Erfindung wird aus den hier nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibungen klar werden. Es sollte jedoch verstanden sein, dass die detaillierten Beschreibungen und spezifischen Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, nur beispielhaft angegeben sind, weil verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Wesens und Umfangs der Erfindung dem Fachmann aus den detaillierten Beschreibungen klar werden werden.A further scope of applicability of the invention will be apparent from the detailed descriptions given hereinafter. It should be understood, however, that the detailed descriptions and specific examples, while indicating preferred embodiments of the invention, are given by way of example only, as various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art from the detailed description.

Eine detaillierte Beschreibung wird in den folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.A detailed description will be given in the following embodiments with reference to the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung kann durch Lesen der anschließenden detaillierten Beschreibung und Beispiele unter Bezugnahmen, die auf die begleitenden Zeichnungen gemacht werden, vollständiger verstanden werden, wobei:The invention may be more fully understood by reading the following detailed description and examples with references made to the accompanying drawings, wherein:

1A, 1B und 1C einen Legierungsdraht einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei 1A schematisch ein Segment des Legierungsdrahts der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, 1B einen längsgerichteten Querschnitt des in 1A gezeigten Legierungsdrahts entlang einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des in 1A gezeigten Legierungsdrahts darstellt und 1C einen querverlaufenden Querschnitt des in 1A gezeigten Legierungsdrahts entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des in 1A gezeigten Legierungsdrahts darstellt; 1A . 1B and 1C show an alloy wire of a first embodiment of the invention, wherein 1A schematically shows a segment of the alloy wire of the first embodiment of the invention, 1B a longitudinal cross-section of the in 1A shown alloy wire along a direction parallel to the longitudinal direction of the in 1A represents and shows 1C a transverse cross-section of the in 1A shown alloy wire along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the in 1A represents the alloy wire shown;

2A, 2B und 2C einen Legierungsdraht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei 2A schematisch ein Segment des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, 2B einen längsgerichteten Querschnitt des in 2A gezeigten Legierungsdrahts entlang einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des in 2A gezeigten Legierungsdrahts darstellt und 2C einen querverlaufenden Querschnitt des in 2A gezeigten Legierungsdrahts entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des in 2A gezeigten Legierungsdrahts darstellt; 2A . 2 B and 2C show an alloy wire of a second embodiment of the invention, wherein 2A schematically shows a segment of the alloy wire of the second embodiment of the invention, 2 B a longitudinal cross-section of the in 2A shown alloy wire along a direction parallel to the longitudinal direction of the in 2A represents and shows 2C a transverse cross-section of the in 2A shown alloy wire along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the in 2A represents the alloy wire shown;

3 ein Ablaufdiagramm darstellt, welches ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; 3 Fig. 10 is a flowchart showing an example of a manufacturing method of the alloy wire of the first embodiment of the invention;

4 ein Ablaufdiagramm darstellt, welches ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; 4 Fig. 10 is a flowchart showing an example of a manufacturing method of the alloy wire of the second embodiment of the invention;

5 ein Ablaufdiagramm darstellt, welches ein anderes Beispiel eines Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; 5 Fig. 10 is a flowchart showing another example of a manufacturing method of the alloy wire of the second embodiment of the invention;

6 ein Ablaufdiagramm darstellt, welches ein Beispiel zur Bereitstellung des dicken Drahts in den in 3–5 gezeigten Ablaufdiagrammen zeigt; 6 FIG. 10 is a flowchart showing an example of providing the thick wire in the in. FIG 3 - 5 shows flowcharts shown;

7 schematisch ein anderes Beispiel zur Bereitstellung des dicken Drahts in den in 3–5 gezeigten Ablaufdiagrammen zeigt; und 7 schematically another example for providing the thick wire in the in 3 - 5 shows flowcharts shown; and

8A und 8B Röntgenbeugungsdiagramme darstellen, wobei 8A das Röntgenbeugungsdiagramm des Legierungsdrahts eines Beispiels der Erfindung zeigt und 8B das Röntgenbeugungsdiagramm eines herkömmlichen Drahts zeigt. 8A and 8B X-ray diffraction diagrams represent, wherein 8A the X-ray diffraction pattern of the alloy wire of an example of the invention shows and 8B shows the X-ray diffraction pattern of a conventional wire.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die folgende Beschreibung ist die beste in Erwägung gezogene Weise zur Ausführung der Erfindung. Die Beschreibung ist zu dem Zweck der Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gemacht und sollte nicht in einem einschränkenden Sinn ausgelegt werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche bestimmt.The following description is the best mode contemplated for carrying out the invention. The description is made for the purpose of illustrating the general principles of the invention and should not be construed in a limiting sense. The scope of the invention is best determined with reference to the appended claims.

Bemerke, dass die Konzepte und spezifischen Anwendungsweisen der Erfindung durch die Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben werden. In den Zeichnungen oder der Beschreibung werden ähnliche Elemente durch ähnliche Bezugsziffern und/oder -buchstaben angezeigt. Weiterhin kann die Elementform oder -dicke in den Zeichnungen der Einfachheit oder Anzeigezweckmäßigkeit halber aufgeweitet sein.Note that the concepts and specific embodiments of the invention will be described in detail by the embodiments and the accompanying drawings. In the drawings or description, similar elements are indicated by like reference numerals and / or letters. Furthermore, the element shape or thickness may be flared in the drawings for simplicity or display convenience.

Zudem können Elemente, welche nicht gezeigt oder beschrieben werden, jede Form aufweisen, die dem Fachmann bekannt ist.In addition, elements which are not shown or described may have any shape known to those skilled in the art.

Es ist klar, dass die folgende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Ausführung verschiedener Merkmale der Erfindung bereitstellt. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen werden nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Bemerke, dass diese nur Beispiele sind und nicht beabsichtigt sind, einschränkend zu sein. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder an einem zweiten Merkmal in der Beschreibung, welche folgt, Ausführungsformen einschließen, in denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt gebildet sind, und können ebenfalls Ausführungsformen einschließen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sind, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein können. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsziffern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen.It is understood that the following disclosure provides many different embodiments or examples for carrying out various features of the invention. Specific examples of components and arrangements will be described below to simplify the present disclosure. Note that these are just examples and are not intended to be limiting. For example, the formation of a first feature above or at a second feature in the description that follows may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact, and may also include embodiments in which additional features between the first and second features are formed so that the first and second features can not be in direct contact. In addition, the present disclosure may repeat reference numerals and / or letters in the various examples.

In der anschließenden Beschreibung bedeuten Formulierungen wie beispielsweise ”im Wesentlichem reines Gold”, ”im Wesentlichem reines Palladium” und usw..., dass erwartet wird, das sie reines Gold, reines Palladium und usw. ohne irgendwelche Verunreinigungen in der Ausgestaltung darstellen, weil es in der Praxis schwierig ist, mathematisch oder theoretisch reines Gold, reines Palladium und usw. aufgrund der Grenzen der angewandten Schmelz-, Veredelungs- und Filmbeschichtungsprozessen darzustellen, so ist es weniger möglich, Verunreinigungen aus den Rohmaterialien vollständig zu entfernen. Zusätzlich ist es, wenn eine Abweichung in einem annehmbaren Bereich eines entsprechenden Standards oder Spezifikation liegt, ebenfalls anerkannt, reines Gold, reines Palladium und usw. darzustellen. Von den Fachleuten wird erwartet, anzuerkennen, dass verschiedene Standards oder Spezifikationen von verschiedenen Eigenschaften und Bedingungen abhängen und folglich nicht speziell aufgelistet werden können.In the following description, phrases such as "substantially pure gold", "substantially pure palladium" and so on, mean that they are expected to be pure gold, pure palladium and so forth without any impurities in the embodiment because in practice, it is difficult to represent mathematically or theoretically pure gold, pure palladium, and so on, due to the limitations of the applied melting, refining, and film coating processes, so it is less possible to completely remove impurities from the raw materials. In addition, if a deviation is within an acceptable range of a corresponding standard or specification, it is also recognized to represent pure gold, pure palladium, and so on. It is expected by those skilled in the art to recognize that various standards or specifications depend on various characteristics and conditions, and thus can not be specifically listed.

Spezifische Ausführungsformen der Erfindung für Legierungsdrähte und deren Herstellungsverfahren werden beschrieben. Es wird bemerkt, dass die Konzepte der Erfindung auf irgendwelche bekannten oder neu entwickelten Legierungsdrähte und deren Herstellungsverfahren angewendet werden können.Specific embodiments of the invention for alloy wires and their method of manufacture will be described. It is noted that the concepts of the invention can be applied to any known or newly developed alloy wires and their method of manufacture.

Unter Bezugnahme auf 1A, 1B und 1C, welche einen Legierungsdraht 10 einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen, zeigt 1A schematisch ein Segment des Legierungsdrahts 10, stellt 1B einen längsgerichteten Querschnitt des in 1A gezeigten Legierungsdrahts 10 entlang einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des in 1A gezeigten Legierungsdrahts 10 dar, und stellt 1C einen querverlaufenden Querschnitt des in 1A gezeigten Legierungsdrahts 10 entlang einer Richtung senkrecht zu Längsrichtung des in 1A gezeigten Legierungsdrahts 10 dar.With reference to 1A . 1B and 1C , which is an alloy wire 10 show a first embodiment of the invention shows 1A schematically a segment of the alloy wire 10 , poses 1B a longitudinal cross-section of the in 1A shown alloy wire 10 along a direction parallel to the longitudinal direction of the in 1A shown alloy wire 10 represents and represents 1C a transverse cross-section of the in 1A shown alloy wire 10 along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the in 1A shown alloy wire 10 represents.

Wie in 1A gezeigt ist, ist der Legierungsdraht 10 der ersten Ausführungsform der Erfindung aus einem Material hergestellt, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung. Wie in 1B gezeigt ist, zeigt der längsgerichtete Querschnitt des Legierungsdrahts 10 eine polykristalline Struktur einer flächenzentrierten Phase und den Legierungsdraht 10, welcher eine Vielzahl an Körner umfasst. Die meisten der Körner stellen equi-axiale Körner 12 dar. Großwinkelkorngrenzen 14 befinden sich zwischen jedem equi-axialen Korn 12. Eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge 16 umfassen, beträgt 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des Legierungsdrahts 10. Zusätzlich zu den beschriebenen equi-axialen Körnern 12 können einige schmale Körner 18 in einem zentralen Teil des Legierungsdrahts 10 vorhanden sein.As in 1A is shown is the alloy wire 10 of the first embodiment of the invention made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy and a silver-gold-palladium alloy. As in 1B is shown, the longitudinal cross section of the alloy wire 10 a polycrystalline structure of a face centered phase and the alloy wire 10 which comprises a plurality of grains. Most of the grains provide equi-axial grains 12 dar. large angle grain boundaries 14 are located between each equi-axial grain 12 , A lot of grains, which are temperate twins 16 20 percent or more of the total amount of grains of the alloy wire 10 , In addition to the described equi-axial grains 12 can have some narrow grains 18 in a central part of the alloy wire 10 to be available.

Der ”zentrale Teil des Legierungsdrahts”, welcher in der ganzen Beschreibung beschrieben ist, meint den Legierungsdrahtteil in einem Bereich, welcher sich entlang der radialen Richtung des Legierungsdrahts von einer Achse des Legierungsdrahts zu Positionen mit einem Abstand von 30 Prozent des Legierungsdrahtradius von der Achse erstreckt. Der ”zentrale Teil des Legierungsdrahts” kann vollständig aus einer Vielzahl an schmalen Körnern 18 oder equi-axialen Körnern 12 zusammengesetzt sein, oder alternativ sowohl equi-axiale Körner 12 als auch schmale Körner 18 umfassen. Andere Teile des Legierungsdrahts jenseits des ”zentralen Teils des Legierungsdrahts” bestehen aus einer Vielzahl an equi-axialen Körnern 12. The "central part of the alloy wire" described throughout the specification means the alloy wire part in a region extending along the radial direction of the alloy wire from an axis of the alloy wire to positions at a distance of 30 percent of the alloy wire radius from the axis , The "central part of the alloy wire" can be made entirely of a variety of narrow grains 18 or equi-axial grains 12 or alternatively both equi-axial grains 12 as well as narrow grains 18 include. Other parts of the alloy wire beyond the "central part of the alloy wire" consist of a plurality of equi-axial grains 12 ,

Als Nächstes unter Bezugnahme auf 2A, 2B und 2C, welche einen Legierungsdraht 20 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen, zeigt 2A schematisch ein Segment des Legierungsdrahts 20 der zweiten Ausführungsform der Erfindung, stellt 2B einen längsgerichteten Querschnitt des in 2A gezeigten Legierungsdrahts 20 entlang einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des in 2A gezeigten Legierungsdrahts 20 dar, und stellt 2C einen querverlaufenden Querschnitt des in 2A gezeigten Legierungsdrahts 20 entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des in 2A gezeigten Legierungsdrahts 20 dar.Next referring to 2A . 2 B and 2C , which is an alloy wire 20 show a second embodiment of the invention shows 2A schematically a segment of the alloy wire 20 the second embodiment of the invention provides 2 B a longitudinal cross-section of the in 2A shown alloy wire 20 along a direction parallel to the longitudinal direction of the in 2A shown alloy wire 20 represents and represents 2C a transverse cross-section of the in 2A shown alloy wire 20 along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the in 2A shown alloy wire 20 represents.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung stellt einen Legierungsdraht 20 bereit, welcher einen Basisdraht 21 und eine Metallbeschichtung 25 umfasst. Der Basisdraht 21 ist aus einem Material hergestellt, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung. Der Basisdraht 21 weist eine polykristalline Struktur einer flächenzentrierten Phase auf und umfasst eine Vielzahl an Körnern, wobei die meisten der Körner equi-axiale Körner 22 darstellen. Großwinkelkorngrenzen 24 befinden sich zwischen jedem equi-axialem Korn 22. Eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge 26 umfassen, beträgt 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des Basisdrahts 21. Zusätzlich zu den beschriebenen equi-axialen Körnern 22 können sich einige schmale Körner 28 in einem zentralen Teil des Legierungsdrahts 20 befinden, sodass der zentrale Teil des Legierungsdrahts 20 schmale Körner 28, equi-axiale Körner 22 oder deren Kombination umfassen kann. Die Metallbeschichtung 25 ist plattiert, den Basisdraht 21 überziehend. Das Metall 25 kann aus einer einzelnen Schicht oder einer Vielzahl an Schichten aus Metallfilmen zusammengesetzt sein. Die Metallbeschichtung 25 ist aus einem Material hergestellt, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichen reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung. Der Basisdraht 21, welcher durch die Metallbeschichtung 25 bedeckt ist, kann aufgrund chemischer Inertheit des Materials der Metallbeschichtung 25 gegen Korrosion geschützt werden. Die Metallbeschichtung 25 kann ebenfalls als ein Schmiermittel während der Drahtziehschritte verwendet werden. Zudem ist die Metallbeschichtung 25 bevorzugt zwischen 0,1 μm und 5,0 μm dick. Die Kornstruktur der Metallbeschichtung 25 ist nicht in 2B und 2C gezeigt.A second embodiment of the invention provides an alloy wire 20 ready, which is a base wire 21 and a metal coating 25 includes. The base wire 21 is made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy, and a silver-gold-palladium alloy. The base wire 21 has a polycrystalline structure of a face centered phase and comprises a plurality of grains, most of the grains being equi-axial grains 22 represent. High angle grain boundaries 24 are located between each equi-axial grain 22 , A lot of grains, which are temperate twins 26 include 20 percent or more of the total amount of grains of the base wire 21 , In addition to the described equi-axial grains 22 can get some narrow grains 28 in a central part of the alloy wire 20 so that the central part of the alloy wire 20 narrow grains 28 , equi-axial grains 22 or their combination may include. The metal coating 25 is plated, the base wire 21 plating. The metal 25 may be composed of a single layer or a plurality of layers of metal films. The metal coating 25 is made of a material selected from one of a group consisting of substantially pure gold, substantially pure palladium, and a gold-palladium alloy. The base wire 21 passing through the metal coating 25 may be due to chemical inertness of the material of the metal coating 25 protected against corrosion. The metal coating 25 can also be used as a lubricant during the wire drawing steps. In addition, the metal coating 25 preferably between 0.1 μm and 5.0 μm thick. The grain structure of the metal coating 25 is not in 2 B and 2C shown.

Die Silber-Gold-Legierung, Silber-Palladium-Legierung und Silber-Gold-Palladium-Legierung, welche in der ganzen Beschreibung beschrieben sind, meinen Legierungen, die Silber als eine Hauptzusammensetzung mit dazu zugesetztem Gold und/oder Palladium umfassen, wobei die Gehalte an Gold und Palladium nicht größer als der Gehalt an Silber sind, welches als die Hauptzusammensetzung fungiert.The silver-gold alloy, silver-palladium alloy and silver-gold-palladium alloy, which are described throughout the specification, my alloys comprising silver as a main composition with added gold and / or palladium, wherein the contents of gold and palladium are not larger than the content of silver, which functions as the main composition.

Weiterhin liegen Drahtdurchmesser der Legierungsdrähte 10 und 20 der ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung zwischen 10 μm und 50 μm, welche für Drähte geeignet sind, welche beim Drahtbonden für Bauteile elektronischer Vorrichtungen verwendet werden. Bemerke, dass ein Nutzer ebenfalls die erfinderischen Legierungsdrähte auf andere technische Gebieten und Zwecke wie beispielsweise Audiodrähte, Signal- oder Stromübertragungsdrähte, Spannungsumwandlungsdrähte und usw. wie gewünscht anwenden kann. Der Drahtdurchmesser der erfinderischen Legierungsdrähte kann ebenfalls wie gewünscht modifiziert werden und ist nicht auf den beschriebenen Beispielbereich beschränkt.Furthermore, wire diameter of the alloy wires 10 and 20 of the first and second embodiments of the invention between 10 μm and 50 μm, which are suitable for wires used in wire bonding for electronic device components. Note that a user may also apply the inventive alloy wires in other technical fields and purposes such as audio wires, signal or power transmission wires, voltage conversion wires, and so forth as desired. The wire diameter of the inventive alloy wires may also be modified as desired and is not limited to the described example range.

Eine der Charakteristiken des Legierungsdrahts der Erfindung ist, dass der Legierungsdraht eine polykristalline Struktur aufweist und eine Vielzahl an Körnern umfasst.One of the characteristics of the alloy wire of the invention is that the alloy wire has a polycrystalline structure and includes a plurality of grains.

Der zentrale Teil des Legierungsdrahts umfasst schmale Körner, und die anderen Teile des Legierungsdrahts bestehen aus equi-axialen Körnern. Ein durchschnittlicher Durchmesser der Körner liegt zwischen 1 μm und 10 μm, leicht größer als der durchschnittliche Durchmesser eines herkömmlichen Drahts zum Drahtbonden, welcher zwischen 0,5 μm und 1 μm liegt. Als eine Folge ist die Dichte der Großwinkelkorngrenzen des erfinderischen Legierungsdrahts verringert, was Nachteile mindert, welche durch die vielen Großwinkelkorngrenzen zwischen feinen Körnern, vorstehend beschrieben, verursacht werden. Eine wichtigere Charakteristik des Legierungsdrahts der Erfindung ist, dass mindestens 20 Prozent der Körner des erfinderischen Legierungsdrahts eine Temperzwillingsstruktur darin umfassen. Die Zwillingsgrenzen der Temperzwillingsstruktur stellen zusammenhängende Kristallstrukturen dar, die zu Σ3 speziellen Korngrenzen mit niedriger Energie gehören. Die Grenzflächenenergie der Zwillingsgrenzen beträgt nur 5 Prozent von der üblicher Großwinkelkorngrenzen (unter Bezugnahme auf George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGRAW-HILL Book Company, 1976, S. 135–141). Die niedrigere Grenzflächenenergie der Zwillingsgrenzen verhindert, dass Zwillingsgrenzen Wege zur Oxidation, Sulfurierung und Chloridion-Korrosion darstellen und stellen folglich eine bessere antioxidative Aktivität und bessere Korrosionsbeständigkeit bereit. Weiterhin stellt die symmetrische Gitteranordnung der Temperzwillinge wenig Streuung zur Elektronenübertragung bereit und stellt folglich eine bessere elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit bereit. Ein solcher Effekt wurde in gepulsten elektrolytisch hergestellten Kupferfolien nachgewiesen (unter Bezugnahme auf L. Lu, Y. Shen, X. Chen, L. Qian, and K. Lu, Ultrahigh Strength and High Electrical Conductivity in Copper, Science, Bd. 304, 2004, S. 422–426). Die Zwillingsgrenzen der Niedrig-Energie-Zwillingsstruktur sind aufgrund niedrigerer Grenzflächenenergie stabiler als die üblichen Großwinkelkorngrenzen. Bei hohen Temperaturen ist es nicht nur leicht, die Zwillingsgrenzen nicht zu bewegen, sondern die Zwillingsgrenzen stellen ebenfalls einen Ankereffekt für die Großwinkelkorngrenzen um die Körner bereit. Als eine Folge können sich die Großwinkelkorngrenzen ebenfalls nicht bewegen, und kein sichtbares Kornwachstum tritt in der ganzen Kornstruktur auf. Sogar wenn der erste Bond (Ballbond) aus dem geschmolzenen Zustand auf Raumtemperatur während des Drahtbondens abkühlt, ist die ursprüngliche Korngröße des erfinderischen Legierungsdrahts immer noch in der Lage, gehalten zu werden, was verhindert, dass die wärmebeeinflusste Zone sich aufgrund von schnellem Kornwachstum bildet, welche aus Erstarrungswärme des Ballbonds resultiert, welche in dem herkömmlichen Feinkornstruktur-Metalldraht bei dem Ballbond gebildet wird, und was eine Abnahme der Festigkeit verhindert, welche aus dem Drahtziehtest resultiert. Andererseits ist eine Diffusionsrate von Atomen von oder durch die Zwillingsgrenzen außerordentlich niedrig, und das Auftreten der inneren Atombewegung in dem Legierungsdraht, eingeleitet durch eine hohe Stromdichte, ist ziemlich schwierig während der Verwendung der elektronischen Produkte. Das Elektronenwanderungsproblem, welches in den herkömmlichen Metalldrähten zum Drahtbonden auftritt, wie beschrieben, ist folglich gelöst. Es gibt eine Veröffentlichung, die belegt, dass die Zwillinge die Elektronenwanderung des Materials in dünnen Filmen aus Kupfer unterdrücken können (unter Bezugnahme auf K. C. Chen, W. W. Wu, C. N. Liao, L. J. Chen, and K. N. Tu, Observation of Atomic Diffusion at Twin-Modified Grain Boundaries in Copper, Science, Bd. 321, 2008, S. 1066–1069.). Um zusammenzufassen, der Legierungsdraht der Erfindung stellt eine bessere Qualität und Zuverlässigkeit als jene der herkömmlichen Metalldrähte bereit, wenn der Legierungsdraht der Erfindung als ein Draht zum Drahtbonden in Produkten von Halbleitervorrichtungen und Leuchtdioden verwendet wird.The central part of the alloy wire comprises narrow grains, and the other parts of the alloy wire are made of equi-axial grains. An average diameter of the grains is between 1 μm and 10 μm, slightly larger than the average diameter of a conventional wire bonding wire, which is between 0.5 μm and 1 μm. As a result, the density of the large angle grain boundaries of the inventive alloy wire is reduced, which reduces the drawbacks caused by the many large angle grain boundaries between fine grains described above. A more important characteristic of the alloy wire of the invention is that at least 20 percent of the grains of the inventive alloy wire include a tempering twin structure therein. Set the twin boundaries of the temperament twin structure coherent crystal structures belonging to Σ3 special low-energy grain boundaries. The interfacial energy of the twin boundaries is only 5 percent of the conventional large angle grain boundaries (with reference to George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGRAW-HILL Book Company, 1976, pp. 135-141). The lower interfacial energy of the twin boundaries prevents twin boundaries from providing routes for oxidation, sulfurization, and chloride ion corrosion, thus providing better antioxidant activity and better corrosion resistance. Furthermore, the symmetrical lattice arrangement of the tinted twins provides little scattering for electron transfer and thus provides better electrical conductivity and thermal conductivity. Such an effect has been demonstrated in pulsed electrolytically produced copper foils (with reference to L. Lu, Y. Shen, X. Chen, L. Qian, and K. Lu, Ultrahigh Strength and High Electrical Conductivity in Copper, Science, Vol. 304, 2004, pp. 422-426). The twin boundaries of the low energy twin structure are more stable than the usual large angle grain boundaries due to lower interfacial energy. At high temperatures, not only is it not easy to move the twin boundaries, but the twin boundaries also provide an anchor effect for the large angle grain boundaries around the grains. As a result, the large angle grain boundaries also can not move and no visible grain growth occurs throughout the grain structure. Even though the first bond (ballbond) cools from the molten state to room temperature during wire bonding, the original grain size of the inventive alloy wire is still able to be held, preventing the heat-affected zone from forming due to rapid grain growth. which results from the heat of solidification of the ball bond formed in the conventional fine-grain structure metal wire at the ball-bond, and which prevents a decrease in the strength resulting from the wire drawing test. On the other hand, a diffusion rate of atoms from or through the twin boundaries is extremely low, and the occurrence of the internal atomic motion in the alloy wire introduced by a high current density is quite difficult during the use of the electronic products. The electron migration problem which occurs in the conventional metal wires for wire bonding as described is thus solved. There is a paper demonstrating that the twins can suppress electron migration of the material in thin films of copper (with reference to KC Chen, WW Wu, CN Liao, LJ Chen, and KN Tu, Observation of Atomic Diffusion at Twin-Modified Grain Boundaries in Copper, Science, Vol. 321, 2008, pp. 1066-1069.). To summarize, the alloy wire of the invention provides better quality and reliability than those of the conventional metal wires when the alloy wire of the invention is used as a wire for wire bonding in products of semiconductor devices and light-emitting diodes.

Weiterhin ist es notwendig, dass mindestens 20 Prozent der Körner des erfinderischen Legierungsdrahts eine Temperzwillingsstruktur darin umfassen, um die Effekte sichtbar zu machen. In den herkömmlichen Metalldrähten zum Drahtbonden kann die Temperzwillingsstruktur in seltenen Gelegenheiten gefunden werden. Die Menge an Körnern, welche die Temperzwillingsstruktur umfassen, beträgt jedoch 10 Prozent oder weniger der Gesamtkörner des herkömmlichen Drahts. Die herkömmlichen Metalldrähte können folglich nicht die vorstehend erwähnten Effekte bereitstellen, die von dem Legierungsdraht der Erfindung bereitgestellt werden.Furthermore, it is necessary that at least 20 percent of the grains of the inventive alloy wire include a tempering twin structure therein to visualize the effects. In the conventional metal wires for wire bonding, the tempering twin structure can be found on rare occasions. However, the amount of grains comprising the tempering twin structure is 10 percent or less of the total grains of the conventional wire. Consequently, the conventional metal wires can not provide the above-mentioned effects provided by the alloy wire of the invention.

Detaillierter kann, obwohl die Korngröße des Legierungsdrahts der Erfindung leicht größer als die Korngröße der herkömmlichen Metalldrähte ist, die Bewegung von Versetzungen ebenfalls blockiert werden, um das Material aufgrund von vielen der Körner in dem Legierungsdraht der Erfindung zu festigen, welcher Temperzwillinge mit unterschiedlichen Kristallorientierungen von der der Körner umfassen, wo sich die Temperzwillinge befinden. Der Festigungsmechanismus ist von dem der herkömmlichen Metalldrähte mit feinkörnigen Strukturen verschieden, welche Großwinkelkorngrenzen erfordern, um die Bewegung der Versetzungen zu blockieren, aber Probleme einführen, welche die Drahtbondqualität und -zuverlässigkeit negativ beeinflussen. Der Legierungsdraht zum Drahtbonden, welcher Temperzwillingsstrukturen umfasst, kann folglich eine Zugfestigkeit aufweisen, die ähnlich oder höher zu der der herkömmlichen Metalldrähte ist, welche feinkörnige Strukturen umfassen. Die Duktilität des Legierungsdrahts der Erfindung ist jedoch höher als die der herkömmlichen Metalldrähte, weil die Versetzungen sich an den Zwillingsgrenzen akkumulieren können. Die mechanischen Eigenschaften des Legierungsdrahts der Erfindung sind folglich besser als jene der herkömmlichen Metalldrähte.In more detail, although the grain size of the alloy wire of the invention is slightly larger than the grain size of the conventional metal wires, the movement of dislocations can also be blocked to strengthen the material due to many of the grains in the alloy wire of the invention, which contains temper twins having different crystal orientations of the grains where the temperate twins are located. The tightening mechanism is different from that of the conventional metal wires with fine-grained structures which require large angle grain boundaries to block the movement of the dislocations but introduce problems that adversely affect wire bond quality and reliability. The wire-bonding alloy wire comprising tempering twin structures may thus have a tensile strength which is similar to or higher than that of the conventional metal wires comprising fine-grained structures. However, the ductility of the alloy wire of the invention is higher than that of the conventional metal wires because the dislocations can accumulate at the twin boundaries. The mechanical properties of the alloy wire of the invention are thus better than those of the conventional metal wires.

Gemäß Mechanismen der Physikalischen Metallurgie (unter Bezugnahme auf George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGRAW-HILL Book Company, 1976, S. 135–141. R. W. Cahn, Physical Metallurgy, 1970, S. 1184–1185) wird eine Formänderungsenergie in dem Material während der Kaltbearbeitung aufgebaut und Atome in einigen Bereichen in einem Korn werden durch die Formänderungsenergie angetrieben und scheren folglich gleichmäßig zu Gitterpunkten unter Bildung von Spiegelsymmetrie mit den Atomen, welche nicht in das Korn scheren, wo sich die Atome befinden. Als eine Folge werden die Temperzwillinge gebildet, und deren symmetrische Grenzflächen stellen Zwillingsgrenzen dar. Die Temperzwillinge treten hauptsächlich in Materialien mit kubisch-flächenzentrierten (FCC) Gittern auf, welche die dichtesten in einer Kristallgitteranordnung darstellen. Die Zwillingsgrenzen sind Σ3 speziale Grenzen mit niedriger Energie, und deren Kristallorientierungen sind alle {111} Ebenen. Im Vergleich zu den Großwinkelkorngrenzen, welche durch übliche Rekristallisation aufgrund des Temperns gebildet werden, beträgt die Grenzflächenenergie der Zwillingsgrenzen nur 5 Prozent von der der Großwinkelkorngrenzen. Zusätzlich zu der FCC-Gitterstruktur ist es im Allgemeinen einfacher, die Temperzwillinge in Materialien mit weniger Stapelfehlerenergie zu bilden. Die Stapelfehlerenergien von Gold, Silber, Palladium, Silber-Gold-Legierungen, Silber-Palladium-Legierungen und Silber-Gold-Palladium-Legierungen, welche in dem Legierungsdraht der Erfindung verwendet werden, betragen alle weniger als 100 erg/cm2, und es ist folglich einfach, die Temperzwillinge zu bilden. Obwohl Aluminium ein Material mit einer FCC-Gitterstruktur darstellt, ist es außerordentlich wenig möglich, Temperzwillinge in Aluminium zu bilden, weil die Stapelfehlerenergie von Aluminium ungefähr 200 erg/cm2 beträgt. Als eine Folge passt Aluminium nicht zu den Bedingungen des Legierungsdrahts der Erfindung.According to mechanisms of physical metallurgy (with reference to George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGRAW-HILL Book Company, 1976, pp. 135-141, RW Cahn, Physical Metallurgy, 1970, pp. 1184-1185), strain energy is exhibited in the Material constructed during cold working and atoms in some areas in a grain are driven by the strain energy and thus shear evenly to lattice points to form mirror symmetry with the atoms that do not shear into the grain where the atoms are. As a result, the temperate gems are formed and their symmetric interfaces represent twin boundaries. The anneal twins occur primarily in materials with face centered cubic (FCC) grids, which are the densest in one Represent crystal lattice arrangement. The twin boundaries are Σ3 special low-energy boundaries, and their crystal orientations are all {111} planes. Compared to the large angle grain boundaries formed by conventional recrystallization due to annealing, the interfacial energy of the twin boundaries is only 5 percent of that of the large angle grain boundaries. In addition to the FCC lattice structure, it is generally easier to form the anneal twins in materials with less stacking fault energy. The stacking fault energies of gold, silver, palladium, silver-gold alloys, silver-palladium alloys, and silver-gold-palladium alloys used in the alloy wire of the invention are all less than 100 ergs / cm 2 , and is therefore easy to make the temperate twins. Although aluminum is a material having an FCC lattice structure, it is extremely incapable of forming anneal twins in aluminum because the stacking fault energy of aluminum is about 200 ergs / cm 2 . As a result, aluminum does not match the conditions of the alloy wire of the invention.

Der Legierungsdraht der Erfindung ist aus einem Material hergestellt, welches aus einem aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung. Die Stapelfehlerenergien der Silber-Gold-Legierung, der Silber-Palladium-Legierung und der Silber-Gold-Palladium-Legierung betragen alle weniger als 100 erg/cm2, unabhängig von dem Silbergehalt, Goldgehalt und Palladiumgehalt darin. Es ist bevorzugt, dass die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst, die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst, wenn andere Faktoren wie beispielsweise Rohmaterialkosten, Verfügbarkeit, Segregation während des Gießens, Formbarkeit während des Drahtziehens, Oxidationsbeständigkeit, Zugfestigkeit, Härte, Duktilität, Ballbondqualität beim Drahtbonden, Bindefestigkeit und usw. berücksichtigt werden.The alloy wire of the invention is made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy, and a silver-gold-palladium alloy. The stacking fault energies of the silver-gold alloy, the silver-palladium alloy and the silver-gold-palladium alloy are all less than 100 ergs / cm 2 regardless of the silver content, gold content and palladium content therein. It is preferable that the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00% by weight of gold and silver balance, the silver-palladium alloy comprises 0.01 to 10.00% by weight of palladium and silver balance, and the Silver-Gold-Palladium Alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium, and a balance of silver when other factors such as raw material cost, availability, segregation during casting, moldability during the Wire drawing, oxidation resistance, tensile strength, hardness, ductility, Ballbond quality in wire bonding, bond strength and etc. are taken into account.

Weiterhin ist eine Kaltbearbeitungsverformung vor der Temperbehandlung ebenfalls eine kritische Bedingung. Durch ausreichende Kaltbearbeitungsverformung aufgebaute Formänderungsenergie kann Atome antreiben, Temperzwillinge zu bilden. Wenn die Kaltbearbeitungsverformung jedoch zu groß ist, werden Kerne von rekristallisierten Körnern frühzeitig in der primären Rekristallisationsstufe der Temperbehandlung induziert werden. Folglich wird eine Vielzahl von feinen Körnern gebildet, und es ist weniger möglich, Temperzwillinge zu bilden. Im Gegenteil wird eine Struktur herkömmlicher Drähte gebildet. Die feinen Körner stellen eine gute Zugfestigkeit und Duktilität bereit. Die vielen Großwinkelkorngrenzen in den herkömmlichen Metalldrähten streuen jedoch den Elektronenfluss und Wärmetransfer und vermindern ebenfalls eine antioxidative Aktivität und Korrosionsbeständigkeit der Metalldrähte. Während des Ballbildens des ersten Bonds zum Drahtbonden werden die feinen Körner mit einer Vielzahl an Großwinkelkorngrenzen grobe Körner während schnellem Kornwachstums aufgrund des Empfangens von hoher Wärmeenergie von der Erstarrungswärme des geschmolzenen Free-Air-Balls (FAB). Als eine Folge wird das Problem der wärmebeeinflussten Zone, das schrecklichste Problem während des Drahtbondens, induziert. Die Festigkeit in dem Drahtziehtest wird vermindert. Anschließend wird oft eine Elektronenwanderung aufgrund Atomübertragung in dem Material des Metalldrahts eingeführt, welche durch Strom verursacht wird, wenn die elektronischen Produkte elektrisch geladen werden und arbeiten. Diese Faktoren beeinflussen außerordentlich negativ die Zuverlässigkeit von verpackten Produkten von Halbleitervorrichtungen und Leuchtdioden.Furthermore, cold working deformation before the annealing treatment is also a critical condition. Shaping energy built up by sufficient cold work strain can drive atoms to form temper twins. However, if the cold work strain is too large, nuclei of recrystallized grains will be induced early in the primary recrystallization step of the annealing treatment. As a result, a plurality of fine grains are formed, and it is less possible to form temper twins. On the contrary, a structure of conventional wires is formed. The fine grains provide good tensile strength and ductility. However, the many large angle grain boundaries in the conventional metal wires scatter electron flow and heat transfer and also reduce antioxidant activity and corrosion resistance of the metal wires. During the balling of the first bond for wire bonding, the fine grains having a plurality of large angle grain boundaries become coarse grains during rapid grain growth due to receiving high heat energy from the solidification heat of the molten free air ball (FAB). As a consequence, the problem of the heat-affected zone, the most terrible problem during wire bonding, is induced. The strength in the wire drawing test is reduced. Subsequently, electron transfer due to atom transfer is often introduced in the material of the metal wire which is caused by current when the electronic products are electrically charged and operate. These factors have an extremely negative influence on the reliability of packaged products of semiconductor devices and LEDs.

Folglich kann unter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm ein Beispiel des Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der ersten Ausführungsform der Erfindung die nachfolgenden Schritte 102, 104 und 106 umfassen.Consequently, with reference to the in 3 1 is a flowchart showing an example of the manufacturing method of the alloy wire of the first embodiment of the invention, the following steps 102 . 104 and 106 include.

In dem Schritt 102 wird ein dicker Draht bereitgestellt, welcher aus einem Material hergestellt ist, welches von einem aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung.In the step 102 there is provided a thick wire made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy, and a silver-gold-palladium alloy.

In dem Schritt 104 wird ein Drahtdurchmesser des dicken Drahts stufenweise zur Bildung eines dünnen Drahts mit einem Drahtdurchmesser weniger als dem des dicken Drahts unter Verwendung von N Schritten an Kaltbearbeitungsformschritten verringert. In jedem der (N – 1)ten und Nten Schritte der Kaltbearbeitungsformschritte beträgt die Verformung zwischen 1% und 15% im Vergleich zu einem prozessinternen Draht aus seinem unmittelbar vorangehenden Kaltbearbeitungsformschritt, wobei N eine positive ganze Zahl gleich 3 oder größer ist.In the step 104 For example, a wire diameter of the thick wire is gradually reduced to form a thin wire having a wire diameter less than that of the thick wire by using N steps of cold working forming steps. In each of the (N-1) th and Nth steps of the cold working forming steps, the deformation is between 1% and 15% compared to an in-process wire from its immediately preceding cold working step, where N is a positive integer equal to 3 or greater.

In dem Schritt 106 werden N Schritte von Temperschritten an dem prozessinternen Draht jeweils zwischen jedem der Kaltbearbeitungsformschritte und nach dem Nten Schritt der Kaltbearbeitungsformschritte durchgeführt. Der (N – 1)te Schritt der Temperschritte zwischen dem (N – 1)ten und Nten Schritten der Kaltbearbeitungsformschritte wird bei einer Tempertemperatur zwischen 0,5 Tm und 0,7 Tm während einer Temperdauer zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden durchgeführt, wobei Tm ein Schmelzpunkt in der Kelvintemperaturskala des Materials des dicken Drahts darstellt. Der Nte Schritt der Temperschritte nach dem Nten Schritt der Kaltbearbeitungsformschritte wird bei einer Tempertemperatur zwischen 20 K und 100 K höher als die des (N – 1)ten Schritts der Temperschritte während einer Temperdauer zwischen 2 Sekunden und 60 Sekunden durchgeführt.In the step 106 For example, N steps of annealing steps are performed on the in-process wire between each of the cold working form steps and after the Nth step of the cold working form steps, respectively. The (N - 1) th step of the annealing steps between the (N - 1) th and Nth steps of the Cold working forming steps are carried out at a tempering temperature between 0.5 and 0.7 Tm for an annealing time between 1 second and 10 seconds, where Tm represents a melting point in the Kelvin temperature scale of the thick wire material. The Nth step of the tempering steps after the Nth step of the cold working form steps is performed at a tempering temperature between 20 K and 100 K higher than that of the (N-1) th step of the tempering steps for an annealing time between 2 seconds and 60 seconds.

Die Schritte 102, 104 und 106 führen zu dem dünnen Draht, welcher eine polykristalline Struktur einer flächenzentrierten Phase aufweist und welcher eine Vielzahl an Körnern umfasst und welcher Temperzwillinge in mindestens einigen der Körner bildet. Ein zentraler Teil des dünnen Drahts umfasst schmale Körner oder equi-axiale Körner, und die anderen Teile des dünnen Drahts bestehen aus equi-axialen Körnern. Eine Menge der Körner, welche die Temperzwillinge umfassen, beträgt 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des dünnen Drahts.The steps 102 . 104 and 106 lead to the thin wire which has a polycrystalline structure of a face centered phase and which comprises a plurality of grains and which forms temper twins in at least some of the grains. A central part of the thin wire comprises narrow grains or equi-axial grains, and the other parts of the thin wire are equi-axial grains. An amount of the grains comprising the tempered twins is 20 percent or more of the total amount of the grains of the thin wire.

Weiterhin kann in den N Schritten der in Schritt 106 beschriebenen Temperschritte eine Tempervorrichtung verwendet werden, welche gleich zu denen ist, welche zur Herstellung herkömmlicher Drähte verwendet werden. Die Schrittmenge und die Temperbedingungen der anderen Temperschritte vor dem (N – 1)ten Temperschritt können gemäß Erfordernissen, Vorrichtungsbedingungen und/oder anderen Faktoren genau bestimmt werden, während die Bedingung, dass ”N eine positive ganze Zahl gleich 3 oder größer” nicht übertreten wird. Folglich werden nur die charakteristischen Temperbedingungen der Erfindung beschrieben, und Details im Hinblick auf Tempervorrichtungen, Temperschritte und Schrittmenge und Temperbedingungen von anderen Temperschritten werden abgekürzt.Furthermore, in the N steps, the in step 106 described tempering used a tempering device, which is equal to those used for the production of conventional wires. The step amount and annealing conditions of the other annealing steps before the (N-1) th annealing step may be accurately determined according to requirements, device conditions and / or other factors, while the condition that "N is not positive integer equal to 3 or greater" will be exceeded , Consequently, only the characteristic annealing conditions of the invention will be described, and details with regard to tempering devices, annealing steps and stepping amounts and annealing conditions of other annealing steps will be abbreviated.

In den beschriebenen Schritten liegt ein Drahtdurchmesser des dicken Drahts bevorzugt zwischen 5 mm und 10 mm, und ein Drahtdurchmesser des dünnen Drahts liegt bevorzugt zwischen 10 μm und 50 μm. Der Legierungsdraht der Erfindung kann folglich für einen Draht zum Drahtbonden verwendet werden.In the described steps, a wire diameter of the thick wire is preferably between 5 mm and 10 mm, and a wire diameter of the thin wire is preferably between 10 μm and 50 μm. The alloy wire of the invention can thus be used for a wire for wire bonding.

In den beschriebenen Schritten stellt der Schmelzpunkt Tm der Silber-Gold-Legierung, der Silber-Palladium-Legierung und der Silber-Gold-Palladium-Legierung, welche als das Material des dicken Drahts fungieren, eine Temperatur für das Beginnen der Verflüssigung in der Kelvintemperaturskala der entsprechenden Zusammensetzung in dem betroffenen Gleichgewichtsphasendiagramm dar.In the described steps, the melting point Tm of the silver-gold alloy, the silver-palladium alloy and the silver-gold-palladium alloy, which function as the material of the thick wire, sets a temperature for starting liquefaction in the Kelvin temperature scale the corresponding composition in the affected equilibrium phase diagram.

In den beschriebenen Schritten bedeutet die ”Verformung” die Reduktionsrate der Querschnittfläche eines Materials während der Kaltbearbeitung.In the steps described, "deformation" means the rate of reduction of the cross-sectional area of a material during cold work.

Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm, wie es in 4 gezeigt ist, kann ein Beispiel des Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung Schritte 102, 103, 104 und 106 umfassen, wobei die Schritte 102, 104 und 106 die gleichen wie jene sind, welche in dem Beispiel des Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind. Der Schritt 103 wird vor dem in 3 gezeigten Schritt 104 durchgeführt. In dem Schritt 103 wird eine oder mehrere Schichten einer Metallbeschichtung eine Oberfläche des dicken Drahts unter Verwendung von elektrischem Plattieren, Bedampfen oder Sputtern überziehend plattiert. Die Metallbeschichtung wird bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches aus einem aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichen reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung. Weiterhin ist die Metallbeschichtung bevorzugt zwischen 0,1 μm und 10 μm dick. Als eine Folge ist die Erzeugung des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung vollendet.Referring to the flowchart as it is in 4 1, an example of the manufacturing method of the alloy wire of the second embodiment of the invention may be steps 102 . 103 . 104 and 106 include, the steps 102 . 104 and 106 are the same as those described in the example of the manufacturing method of the alloy wire of the first embodiment of the invention. The step 103 will be in front of the 3 shown step 104 carried out. In the step 103 For example, one or more layers of a metal coating are plated over a surface of the thick wire using electrical plating, vapor deposition, or sputtering. The metal coating is preferably made of a material selected from one of a group consisting of substantially pure gold, substantially pure palladium, and a gold-palladium alloy. Furthermore, the metal coating is preferably between 0.1 μm and 10 μm thick. As a result, the generation of the alloy wire of the second embodiment of the invention is completed.

Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm, wie es in 5 gezeigt ist, kann ein anderes Beispiel des Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung Schritte 102, 104, 106 und 108 umfassen, wobei die Schritte 102, 104 und 106 die gleichen wie jene sind, welche in dem Beispiel des Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind. Der Schritt 108 wird nach dem in 3 gezeigten Schritt 106 durchgeführt. In dem Schritt 108 wird eine oder mehrere Schichten einer Metallbeschichtung eine Oberfläche des dicken Drahts unter Verwendung von elektrischem Plattieren, Bedampfen oder Sputtern überziehend plattiert. Die Metallbeschichtung wird bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichen reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung. Weiterhin ist die Metallbeschichtung bevorzugt zwischen 0,1 μm und 5 μm dick. Als eine Folge der Durchführung des Beispiels des Herstellungsverfahrens des Legierungsdrahts der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Legierungsdraht der zweiten Ausführungsform der Erfindung fertiggestellt.Referring to the flowchart as it is in 5 12, another example of the manufacturing method of the alloy wire of the second embodiment of the invention may be steps 102 . 104 . 106 and 108 include, the steps 102 . 104 and 106 are the same as those described in the example of the manufacturing method of the alloy wire of the first embodiment of the invention. The step 108 will after the in 3 shown step 106 carried out. In the step 108 For example, one or more layers of a metal coating are plated over a surface of the thick wire using electrical plating, vapor deposition, or sputtering. The metal coating is preferably made of a material selected from one of a group consisting of substantially pure gold, substantially pure palladium, and a gold-palladium alloy. Furthermore, the metal coating is preferably between 0.1 μm and 5 μm thick. As a result of carrying out the example of the manufacturing method of the alloy wire of the second embodiment of the invention, the alloy wire of the second embodiment of the invention is completed.

In jedem beschriebenen Verfahren stellen die Kaltbearbeitungsformschritte in dem Schritt 104 bevorzugt Drahtziehschritte, Extrusionsschritte oder deren Kombinationen dar. In each method described, the cold working form steps in the step 104 preferably wire drawing steps, extrusion steps or combinations thereof.

In jedem beschriebenen Verfahren umfasst ein Beispiel eines Verfahrens zur Bereitstellung des dicken Drahts bevorzugt den nachfolgenden Gießschritt 202 und Kaltbearbeitungsschritt 204 unter Bezugnahme auf das in 6 gezeigte Ablaufdiagramm.In each method described, an example of a method of providing the thick wire preferably comprises the subsequent casting step 202 and cold working step 204 referring to the in 6 shown flow chart.

In dem Gießschritt 202 werden Rohmaterialien des Materials des dicken Drahts erhitzt und geschmolzen, gefolgt von Gießen zur Bildung eines Barrens.In the casting step 202 For example, raw materials of the thick wire material are heated and melted, followed by casting to form a billet.

In dem Kaltbearbeitungsschritt 204 führt der Schritt eine Kaltbearbeitung an dem Barren zur Fertigstellung des dicken Drahts durch. Genauso kann der Kaltbearbeitungsschritt 204 ebenfalls ein Drahtziehschritt, ein Extrusionsschritt oder deren Kombinationen sein.In the cold working step 204 The step performs cold working on the billet to complete the thick wire. Likewise, the cold working step 204 also be a wire drawing step, an extrusion step or their combinations.

In jedem beschriebenen Verfahren umfasst ein anderes Beispiel eines Verfahrens zur Bereitstellung des dicken Drahts bevorzugt den nachfolgenden Stranggießschritt 302 unter Bezugnahme auf die in 7 gezeigte schematische Zeichnung.In each described method, another example of a method for providing the thick wire preferably includes the subsequent continuous casting step 302 referring to the in 7 shown schematic drawing.

In dem Stranggießschritt 302 werden Rohmaterialien des Materials des dicken Drahts erhitzt und geschmolzen, gefolgt von einem Stranggießprozess zur Bildung des dicken Drahts.In the continuous casting step 302 For example, raw materials of the thick wire material are heated and melted, followed by a continuous casting process to form the thick wire.

In den beschriebenen Verfahren ist bevorzugt, dass die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst, die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst.In the described methods it is preferred that the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold and a balance of silver, the silver-palladium alloy 0.01 to 10.00 weight percent palladium and a balance of silver and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium and a balance of silver.

Zusätzlich zu den Bedingungen der beschriebenen Herstellungsverfahren ist, wenn ein Draht, der zu dem in der Beschreibung beschriebenen Legierungsdraht der Erfindung passt, durch andere Verfahren wie beispielsweise verschiedene Kaltbearbeitungsverfahren, verschiedene Kaltbearbeitungsverformungen, verschiedene Temperbedingungen und usw. hergestellt wird, der Draht ebenfalls in dem Schutzumfang Erfindung enthalten.In addition to the conditions of the described manufacturing methods, when a wire matching the alloy wire of the invention described in the specification is made by other methods such as various cold working methods, various cold working deformations, various annealing conditions and so on, the wire is also within the scope of protection Invention included.

Die Erfinder studierten schwer über eine lange Zeitdauer und entdeckten geeignete Kaltbearbeitungsverformungsbedingungen unter Zusammenstellung optimaler Tempertemperaturen und Temperdauern, einen neuen Legierungsdraht fertigstellend, welcher eine Menge Temperzwillinge darin umfasst. Der neue Legierungsdraht stellt eine hohe elektrische Leitfähigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende antioxidative Wirkung und hervorragende Korrosionsbeständigkeit bereit. Es ist äußerst interessant, dass die Zwillingsgrenzen die Elektronenwanderung effektiv unterdrücken können. Die Zwillingsgrenzen stellen einen Ankereffekt für die Großwinkelkorngrenzen um die Körner bereit, und es ist folglich nicht leicht, die Großwinkelkorngrenzen zu bewegen. Deshalb wird ein Kornwachstum unterdrückt und wird nahezu keine wärmebeeinflusste Zone gebildet. Andererseits können Temperzwillinge ebenfalls die Bewegung von Versetzungen blockieren, weil die Kristallorientierung von den Temperzwillingen von dem Korn verschieden ist, wo sich die Temperzwillinge befinden, und stellen folglich einen Verfestigungseffekt für das Material bereit. Deshalb ist die Zugfestigkeit des Legierungsdrahts der Erfindung ähnlich zu oder höher als die der herkömmlichen Metalldrähte, aber die Duktilität des Legierungsdrahts der Erfindung ist höher als die der herkömmlichen Drähte. Diese Vorteile stellen hervorragende Resultate in einem Zuverlässigkeitstest für verpackte Halbleitervorrichtungen und verpackte Leuchtdioden beim Drahtbonden unter Verwendung des Legierungsdrahts bereit, welcher viele Temperzwillinge umfasst. Zum Beispiel kann das elektronische Produkt, welches den Legierungsdraht der Erfindung verwendet, mehr als 128 Stunden lang Bedingungen von Ta = 121°C, 100%RF und 2 atm in dem strengsten Pressure-Cooker-Test (PCT) überstehen, und die Dauer von 128 Stunden ist viel höher als die Dauer von 96 Stunden, welche von dem Zuverlässigkeitstest für übliche elektronische Produkte benötigt wird. Das elektronische Produkt, welches den Legierungsdraht der Erfindung verwendet, kann mehr als 128 Stunden lang Bedingungen von Ta = 148°C, 90% RF und einer Vorspannung von 3,6 Volt in einem außerordentlich strengen Highly Accelerated Stress Test (HAST) überstehen, und die Dauer von 528 Stunden ist viel höher als die Dauer von 96 Stunden, welche von dem Zuverlässigkeitstest für übliche elektronische Produkte benötigt wird.The inventors studied hard for a long period of time and discovered suitable cold working deformation conditions, assembling optimum annealing temperatures and annealing times, completing a new alloy wire comprising a lot of anneal twins therein. The new alloy wire provides high electrical conductivity, high thermal conductivity, excellent antioxidant properties and excellent corrosion resistance. It is extremely interesting that the twin boundaries can effectively suppress electron migration. The twin boundaries provide an anchor effect for the large angle grain boundaries around the grains, and thus it is not easy to move the large angle grain boundaries. Therefore, grain growth is suppressed and almost no heat-affected zone is formed. On the other hand, temper twins may also block the movement of dislocations because the crystal orientation of the temper quill is different from the grain where the quill gem is, and thus provides a solidification effect for the material. Therefore, the tensile strength of the alloy wire of the invention is similar to or higher than that of the conventional metal wires, but the ductility of the alloy wire of the invention is higher than that of the conventional wires. These advantages provide excellent results in a reliability test for packaged semiconductor devices and packaged light emitting diodes in wire bonding using the alloy wire, which includes many anneal twins. For example, the electronic product using the alloy wire of the invention can withstand conditions of Ta = 121 ° C, 100% RH and 2 atm in the strictest pressure cooker test (PCT) for more than 128 hours, and the duration of 128 hours is much higher than the 96 hours required by the reliability test for common electronic products. The electronic product using the alloy wire of the invention can withstand conditions of Ta = 148 ° C, 90% RH, and a bias voltage of 3.6 volts in an extremely severe Highly Accelerated Stress Test (HAST) for more than 128 hours, and the duration of 528 hours is much higher than the 96 hours required by the reliability test for common electronic products.

Beispiel 1example 1

Eine Silber-8 Gew.-%-Gold-3 Gew.-%-Palladium-Legierung wird durch elektrisches Hochfrequenz-Schmelzen geschmolzen, gefolgt von Stranggießen zur Bildung eines dicken Drahts mit einem Drahtdurchmesser von 6 mm. Der dicke Draht wird ein dünner Draht mit einem Drahtdurchmesser von 22,6 μm nach einer Vielzahl an Schritten einer Drahtziehdehnungs- und Temperbehandlung, gefolgt von einer Durchführung des zweitletzten Schrittes der Drahtziehdehnung, ein dünner Draht mit einem Drahtdurchmesser von 20 μm werdend. Als Nächstes wird der dünne Draht bei 530°C 1,5 Sekunden lang getempert, gefolgt von einer Durchführung des letzten Schritts der Drahtziehdehnung, ein dünner Draht mit einem Drahtdurchmesser von 17,5 μm werdend. Schließlich wird der letzte Schritt der Temperbehandlung an dem dünnen Draht bei einer Tempertemperatur von 570°C 4,8 Sekunden lang durchgeführt. Den letzten Schritt der Temperbehandlung vollendend, wird der dünne Draht gewickelt, und dann ist ein Legierungsdrahtprodukt zum Drahtbonden fertig.A silver 8 wt.% Gold-3 wt.% Palladium alloy is melted by high-frequency electrical melting followed by continuous casting to form a thick wire with a Wire diameter of 6 mm. The thick wire becomes a thin wire having a wire diameter of 22.6 μm after a plurality of steps of wire drawing-stretching and tempering treatment, followed by performing the second-last step of wire-drawing stretching, a thin wire having a wire diameter of 20 μm. Next, the thin wire is annealed at 530 ° C for 1.5 seconds, followed by performing the last step of the wire drawing elongation, a thin wire having a wire diameter of 17.5 μm. Finally, the final annealing step on the thin wire is carried out at a tempering temperature of 570 ° C for 4.8 seconds. Completing the final step of the annealing treatment, the thin wire is wound, and then an alloy wire product for wire bonding is finished.

Um zu prüfen, dass viele der Temperzwillingsstrukturen zu der hervorragenden Leistung des neuen Legierungsdrahts der Erfindung beitragen, wird die gleiche Legierung aus Silber-8 Gew.-%-Gold-3 Gew.-%-Palladium-Legierung verwendet, um einen dünnen Draht mit einem Drahtdurchmesser von 17,5 μm unter Verwendung herkömmlicher Drahtzieh- und Temperbedingungen zu bilden, welcher eine Kontrollgruppe in Bezug auf den Legierungsdraht mit vielen Temperzwillingsstrukturen der Erfindung darstellt. Es wird nicht erwartet, dass der Legierungsdraht der Kontrollgruppe viele Temperzwillingsstrukturen darin aufweist. Zudem werden die Eigenschaften des Legierungsdrahts ebenfalls mit jenen eines kommerziellen 4N reinen Golddrahts und einem Kupferdraht mit einer Palladiumbeschichtung verglichen.In order to test that many of the anneal twin structures contribute to the superior performance of the novel alloy wire of the invention, the same alloy of silver-8 wt.% Gold-3 wt.% Palladium alloy is used to form a thin wire to form a wire diameter of 17.5 μm using conventional wire drawing and annealing conditions, which is a control group relative to the multi-anneal wire alloy wire of the invention. It is not expected that the control group alloy wire has many tempering twin structures therein. In addition, the properties of the alloy wire are also compared with those of a commercial 4N pure gold wire and a copper wire with a palladium coating.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur entlang eines längsgerichteten Querschnitts des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts des Beispiel 1 zeigte, dass es einige schmale Körner gab, die in dem zentralen Teil des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts vorhanden waren und andere Teile des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts aus equi-axialen Körnern bestanden, wobei eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassten, mehr als 30 Prozent der Gesamtmenge der Körner des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts betrug.A photograph of a metallograph structure along a longitudinal cross-section of the inventive alloy wire of Example 1 showed that there were some narrow grains present in the central part of the alloy wire according to the invention and other parts of the alloy wire of the present invention consisted of equi-axial grains Amount of grains comprising tempered twins was more than 30 percent of the total amount of grains of the alloy wire of the present invention.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur entlang eines querverlaufenden Querschnitts des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts des Beispiels 1 zeigte, dass eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassten, mehr als 40 Prozent der Gesamtmenge der Körner des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts betrug, wie berechnet.A photograph of a metallograph structure along a transverse cross-section of the inventive alloy wire of Example 1 showed that an amount of the grains comprising temper gems was greater than 40 percent of the total grains of the alloy wire of the present invention as calculated.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur entlang eines längsgerichteten Querschnitts des herkömmlichen Legierungsdrahts der Kontrollgruppe zeigte, dass es einige schmale Körner gab, welche mit einigen groben Körnern gemischt waren, welche in dem zentralen Teil des herkömmlichen Legierungsdrahts vorhanden waren, und andere Teile des herkömmlichen Legierungsdrahts aus feinkörnigen Strukturen bestehen, wobei eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassten, nur weniger als 10 Prozent der Gesamtmenge der Körner des herkömmlichen Legierungsdrahts betrug.A photograph of a metallograph structure along a longitudinal cross section of the conventional control group alloy wire revealed that there were some narrow grains mixed with some coarse grains present in the central part of the conventional alloy wire and other parts of the conventional alloy wire fine grain structures, wherein an amount of the grains comprising temper gems was less than 10 percent of the total amount of the grains of the conventional alloy wire.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur entlang eines querverlaufenden Querschnitts des herkömmlichen Legierungsdrahts der Kontrollgruppe zeigt feinkörnige Strukturen, welche zeigten, dass eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassten, nur 15 Prozent der Gesamtmenge der Körner des herkömmlichen Legierungsdrahts betrug, wie berechnet.A photograph of a metallograph structure along a transverse cross section of the conventional control group alloy wire shows fine-grained structures which showed that an amount of the grains comprising temper gems was only 15 percent of the total grains of the conventional alloy wire as calculated.

Genauso wiesen nur wenige Körner Temperzwillingsstrukturen auf, wie in den Fotografien der Metallografie-Struktur entlang längsgerichteter und querverlaufender Querschnitte des kommerziellen 4N reinen Golddrahts und des Kupferdrahts mit einer Palladiumbeschichtung gezeigt ist.Similarly, only a few grains exhibited temperament twin structures, as shown in the photographs of the metallograph structure along longitudinal and transverse cross sections of commercial 4N pure gold wire and copper wire with a palladium coating.

Tatsächlich hat keine Veröffentlichung jemals offenbart, dass die vielen Temperzwillingsstrukturen der Charakteristika der Erfindung in herkömmlichen Metalldrähten zum Drahtbonden gefunden wurden (unter Bezugnahme auf George G. Harman, Reliability and Yield Problems of Wire Bonding in Microelectronics, National Institute of Standards and Technology, 1991 von der International Society for Hybrid Microelectronics.).In fact, no publication has ever disclosed that the many anneal twin structures of the characteristics of the invention were found in conventional metal wires for wire bonding (with reference to George G. Harman, Reliability and Yield Problems of Wire Bonding in Microelectronics, National Institute of Standards and Technology, 1991 of the International Society for Hybrid Microelectronics.).

8A und 8B sind Röntgenbeugungsdiagramme, wobei 8A das Röntgenbeugungsdiagramm des Legierungsdrahts des Beispiels 1 der Erfindung zeigt und 8B das Röntgenbeugungsdiagramm eines herkömmlichen Drahts zeigt. In 8A und 8B zeigt die X-Achse den Beugungswinkel an, und die Y-Achse zeigt die Beugungsintensität an, wobei die Einheit des Beugungswinkels ”Grad(e)” (°) darstellt, und die Einheit der Beugungsintensität üblicherweise eine ”Beliebige Einheit” darstellt, welche in den üblichen Röntgenbeugungsdiagrammen gekennzeichnet ist. 8A and 8B are X-ray diffraction diagrams wherein 8A the X-ray diffraction pattern of the alloy wire of Example 1 of the invention is shown and FIG 8B shows the X-ray diffraction pattern of a conventional wire. In 8A and 8B the x-axis indicates the diffraction angle, and the y-axis indicates the diffraction intensity, where the unit of the diffraction angle represents "degrees (e)" (°), and the unit of diffraction intensity usually represents an "arbitrary unit" which in the usual X-ray diffraction diagrams is characterized.

Weiterhin zeigte im Vergleich zu den in 8A und 8B gezeigten Analyseergebnissen das Diagramm des Legierungsdrahts des Beispiels 1 der Erfindung eine sichtbare Spektrallinie von {111} Kristallorientierung. Die {111}-Spektrallinie stellt eine typische Kristallorientierungsspektrallinie von Temperzwillingen dar. Es gab keine sichtbare {111}-Spektrallinie in dem Röntgenbeugungsdiagramm des herkömmlichen Legierungsdrahts der Kontrollgruppe. Es gab ebenfalls keine sichtbare {111}-Spektrallinie, welche in dem Röntgenbeugungsdiagramm der Proben des kommerziellen 4N reinen Golddrahts und des Kupferdrahts mit einer Palladiumbeschichtung gefunden wurde. Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass es viele Temperzwillingsstrukturen in dem Material des Legierungsdrahts des Beispiels 1 der Erfindung gab.Furthermore showed in comparison to the in 8A and 8B analysis results shown, the diagram of the alloy wire of Example 1 of the invention a visible spectral line of {111} Crystal orientation. The {111} spectral line represents a typical crystal orientation spectral line of anneal twins. There was no visible {111} spectral line in the X-ray diffraction pattern of the conventional control group alloy wire. There was also no {111} visible spectral line found in the X-ray diffraction pattern of samples of commercial 4N pure gold wire and copper wire with a palladium coating. As a result, it was confirmed that there were many tempering twin structures in the material of the alloy wire of Example 1 of the invention.

Um die hervorragenden Leistungen zu prüfen, die von dem Legierungsdraht mit vielen Temperzwillingsstrukturen der Erfindung bereitgestellt werden, um eine vollständige Darstellung der verbesserten Leistungen der Erfindung zu geben, wurde zuerst ein Zugtest durchgeführt. Die Testresultate zeigten, dass die Zugfestigkeiten des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingsstrukturen der Erfindung und des Legierungsdrahts der Kontrollgruppe ungefähr 7.5 g betrugen, welche ähnlich zu den Zugfestigkeiten (zwischen 6,6 g und 10,7 g) des kommerziellen 4N reinen Golddrahts und des Kupferdrahts mit einer Palladiumbeschichtung sind. Die Dehnung des Legierungsdrahts mit wenigen Temperzwillingsstrukturen der Kontrollgruppe betrug jedoch nur 2.5%. Die Dehnung des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingsstrukturen der Erfindung kann bei 4.5% liegen, was nahe an den Dehnungen (zwischen 4,0% und 6,0%) des kommerziellen 4N reinen Golddrahts und des Kupferdrahts mit einer Palladiumbeschichtung liegt.In order to test the excellent performances provided by the alloy core with many tempering twin structures of the invention to give a complete illustration of the improved performances of the invention, a tensile test was first performed. The test results showed that the tensile strengths of the alloy wire having many anneal twin structures of the invention and the control group alloy wire were about 7.5 g, similar to the tensile strengths (between 6.6 g and 10.7 g) of the commercial 4N pure gold wire and the copper wire a palladium coating are. The elongation of the alloy wire with few Temperzwillingsstrukturen of the control group, however, was only 2.5%. The elongation of the alloy mandrel having many anneal twin structures of the invention may be at 4.5%, which is close to the strains (between 4.0% and 6.0%) of the commercial 4N pure gold wire and the copper wire with a palladium coating.

Dann wurde ein Test der elektrischen Eigenschaft durchgeführt. Die Testresultate zeigten, dass ein durchschnittlicher Wert des elektrischen Widerstands des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung ungefähr 5.0 μΩ·cm betrug, wobei der minimale Wert darin 4.1 μΩ·cm betrug, welcher weniger als 5.5 μΩ·cm eines durchschnittlichen Werts des elektrischen Widerstands des Legierungsdrahts mit wenigen Temperzwillingsstrukturen der Kontrollgruppe war. Weiterhin war der elektrische Widerstand des Legierungsdrahts der Erfindung leicht größer als jene des kommerziellen 4N reinen Golddrahts (2.3 μΩ·cm) und des Kupferdrahts mit einer Palladiumbeschichtung (1.9 μΩ·cm).Then a test of the electrical property was performed. The test results showed that an average value of the electrical resistance of the alloy wire having many tempered twin structures of Example 1 of the invention was about 5.0 μΩ · cm, the minimum value therein being 4.1 μΩ · cm, which is less than 5.5 μΩ · cm of an average value of electrical resistance of the alloy wire with few Temperzwillingsstrukturen the control group was. Furthermore, the electrical resistance of the alloy wire of the invention was slightly greater than that of the commercial 4N pure gold wire (2.3 μΩ · cm) and the copper wire with a palladium coating (1.9 μΩ · cm).

Um die Hochtemperaturstabilität des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingsstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung zu prüfen, wurden alle Arten der beschriebenen Drähte in einen Ofen mit Luftatmosphäre gelegt, welcher eine Wärmebehandlung bei 600°C 30 Minuten lang durchführte.In order to test the high-temperature stability of the alloy wire having many tempering twin structures of Example 1 of the invention, all kinds of the described wires were placed in an air-atmosphere furnace which was heat-treated at 600 ° C for 30 minutes.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingsstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung zeigte, dass die Korngröße nach der Wärmebehandlung nur leicht anstieg.A photograph of a metallograph structure of the alloy wire having many tempering twin structures of Example 1 of the invention showed that the grain size only slightly increased after the heat treatment.

Eine Fotografie der Metallografie-Struktur des herkömmlichen Legierungsdrahts der Kontrollgruppe zeigte, dass die Korngröße im Vergleich zu den ursprünglichen feinen Körnern abrupt anstieg und die angestiegene Korngröße größer als die des Legierungsdrahts des Beispiels 1 der Erfindung nach der Wärmebehandlung war.A photograph of the metallography structure of the conventional control group alloy wire showed that the grain size abruptly increased compared to the original fine grains and the increased grain size was larger than that of the alloy wire of Example 1 of the invention after the heat treatment.

Weiterhin zeigte eine Fotografie einer Metallografie-Struktur des kommerziellen 4N reinen Golddrahts ein abruptes Kornwachstum nach der Wärmebehandlung, wobei die Korngröße nahe bei dem Drahtdurchmesser lag.Further, a photograph of a metallograph structure of the commercial 4N pure gold wire showed abrupt grain growth after the heat treatment with the grain size close to the wire diameter.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur des Kupferdrahts mit einer Palladiumbeschichtung zeigte, dass der Kupferdraht mit einer Palladiumbeschichtung nach der Wärmebehandlung nahezu vollständig oxidiert war, was zeigt, dass der Zusatz der Palladiumoberflächenbeschichtung nicht die beste Lösung ist, um das Oxidationsproblem von Kupferleitungen zu lösen.A photograph of a metallographic structure of the copper wire with a palladium coating showed that the copper wire with a palladium coating after the heat treatment was almost completely oxidized, showing that the addition of the palladium surface coating is not the best solution to solve the oxidation problem of copper lines.

Um das Experiment zusammenzufassen, es wurde bestätigt, dass die Kornstruktur des Legierungsdrahts des Beispiels 1 der Erfindung die Bewegung der Korngrenzen aufgrund des Vorhandenseins von vielen Niedrigenergie-Zwillingen blockieren kann. Folglich zeigt im Vergleich zu dem herkömmlichen Legierungsdraht, dem kommerziellen 4N reinen Golddraht und dem Kupferdraht mit einer Palladiumbeschichtung der Legierungsdraht des Beispiels 1 der Erfindung eine hervorragende Hochtemperaturstabilität in Bezug auf die Bildung der wärmebeeinflussten Zone in dem Legierungsdraht nach dem Drahtbonden und eine hervorragende Zuverlässigkeitstestleistung.To summarize the experiment, it was confirmed that the grain structure of the alloy wire of Example 1 of the invention can block the movement of grain boundaries due to the presence of many low-energy twins. Consequently, as compared with the conventional alloy wire, the commercial 4N pure gold wire and the copper wire with a palladium coating, the alloy wire of Example 1 of the invention exhibits excellent high-temperature stability with respect to formation of the heat-affected zone in the alloy wire after wire bonding and excellent reliability test performance.

Free-Air-Balls (FAB) wurden durch eine Drahtbonden-Vorrichtung unter Verwendung des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingsstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung und des Legierungsdrahts mit wenigen Temperzwillingsstrukturen der, Kontrollgruppe hergestellt.Free Air Balls (FAB) were made by a wire bonding apparatus using the multi-annealed twin-wire alloy structure of Example 1 of the invention and the low anneal twin-structure alloy wire of the control group.

Eine Fotografie der Querschnitt-Metallografie-Struktur des Free-Air-Balls des Legierungsdrahts mit wenigen Temperzwillingsstrukturen der Kontrollgruppe zeigte, dass die wärmebeeinflusste Zone 60 μm betrug und die Korngröße auf mehr als 10 Mal zu der der ursprünglichen Korngröße in der wärmebeeinflussten Zone wuchs. A photograph of the cross section metallography structure of the free air ball of the alloy wire with few control twin temperament structures showed that the heat affected zone was 60 μm and the grain size grew more than 10 times that of the original grain size in the heat affected zone.

Eine Fotografie einer Querschnitt-Metallografie-Struktur des Free-Air-Balls des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingsstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung zeigte, dass die wärmebeeinflusste Zone nur ungefähr 15 μm betrug und die Korngröße auf weniger als 2 Mal auf die der ursprünglichen Korngröße in der wärmebeeinflussten Zone wuchs.A photograph of a cross-sectional metallographic structure of the free-air ball of the alloy twine with many tempering twin structures of Example 1 of the invention showed that the heat-affected zone was only about 15 μm and the grain size less than 2 times that of the original grain size in the heat affected zone grew.

Wie gezeigt, war die wärmebeeinflusste Zone in dem Legierungsdraht mit vielen Temperzwillingsstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung außerordentlich klein, und das Kornwachstum verschlechterte nicht die Festigkeit des Kontakts des Balls.As shown, the heat affected zone in the alloy mandrel having many anneal twin structures of Example 1 of the invention was extremely small, and the grain growth did not deteriorate the strength of contact of the ball.

Halbleitervorrichtungen, welche durch ein Verfahren unter Verwendung des Legierungsdrahts mit vielen Temperzwillingstrukturen des Beispiels 1 der Erfindung fertiggestellt wurden, um ein Drahtbonden durchzuführen, überbestanden alle eine Reihe von Zuverlässigkeitstests. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Halbleitervorrichtungen überstanden mehr als 128 Stunden lang Bedingungen des strengsten Pressure-Cooker-Tests (PCT), und die Dauer von 128 Stunden ist viel höher als die Dauer von 96 Stunden, welche für den Zuverlässigkeitstest für übliche elektronische Produkte erforderlich ist. Die Halbleitervorrichtungen überstanden mehr als 128 Stunden lang Bedingungen in einem außerordentlich strengen Highly Accelerated Stress Test (HAST), und die Dauer von 128 Stunden ist viel höher als die Dauer von 96 Stunden, welche für den Zuverlässigkeitstest für übliche elektronische Produkte erforderlich ist. Tabelle 1 TESTGEGENSTAND TESTBEDINGUNG RESULTAT 1. Vorbedingungstest Einbrenn-(125 + 5–0°C, 24 Stunden)temperatur und Feuchtigkeitstest (30°C, 60% RF, 192 Stunden) Reflow: (260 + 0/–5°C,3 Mal) bestanden 2. Pressure Cooker Test; PCT Ta = 121°C, 100% RF, 2 atm 96 Stunden bestanden 3. Temperaturwechseltest; TCT Ta = –65°C~150°C (Luft-zu-Luft-Wärmeschock), 15 Minuten/Kammer 1000 Durchläufe bestanden 4. Temperatur & Feuchtigkeitstest; THT Ta = 85°C, 85% RF, keine Vorspannung 1000 Stunden bestanden 5. Hochtemperaturlagertest; HTST Ta = 150°C 1000 Stunden bestanden 6. Niedrigtemperaturlagertest; LTST Ta = –40°C 1000 Stunden bestanden 7. Lötfähigkeitstest Dampfalterung: 93°C, 8 Stunden, Löttauchen: 245°C, 5 Sekunden bestanden 8. Highly Accelerated Stress Test; HAST Ta = 148°C, 90% RF, Vorspannung von 3,6 Volt 96 Stunden bestanden 9. Wärmeschocktest; TST Ta = –65°C~150°C, 5 Minuten/Kammer 1000 Durchläufe bestanden Semiconductor devices completed by a method using the multi-twin-lead alloy wire of Example 1 of the invention to perform wire bonding all passed a series of reliability tests. The results are shown in Table 1. The semiconductor devices survived conditions of the strictest pressure cooker test (PCT) for more than 128 hours, and the duration of 128 hours is much higher than the 96 hours required for the reliability test of common electronic products. The semiconductor devices withstood conditions in an extremely stringent Highly Accelerated Stress Test (HAST) for over 128 hours, and the duration of 128 hours is much higher than the 96 hours required for the reliability test for common electronic products. Table 1 TEST SUBJECT TEST CONDITION RESULT 1st precondition test Burn-in (125 + 5-0 ° C, 24 hours) temperature and humidity test (30 ° C, 60% RH, 192 hours) Reflow: (260 + 0 / -5 ° C, 3 times) passed 2. Pressure Cooker Test; PCT Ta = 121 ° C, 100% RH, 2 atm 96 hours passed 3. temperature change test; TCT Ta = -65 ° C ~ 150 ° C (air-to-air thermal shock), 15 minutes / chamber 1000 passes passed 4. temperature & humidity test; THT Ta = 85 ° C, 85% RH, no bias 1000 hours passed 5. high temperature storage test; HTST Ta = 150 ° C 1000 hours passed 6. low temperature storage test; LTST Ta = -40 ° C 1000 hours passed 7. Solderability test Steam aging: 93 ° C, 8 hours, soldering: 245 ° C, 5 seconds passed 8. Highly Accelerated Stress Test; HAVE Ta = 148 ° C, 90% RH, bias of 3.6 volts 96 hours passed 9. thermal shock test; TST Ta = -65 ° C ~ 150 ° C, 5 minutes / chamber 1000 passes passed

Beispiel 2Example 2

Eine Silber-8 Gew.-%-Gold-3 Gew.-%-Palladium-Legierung wird durch elektrisches Hochfrequenzschmelzen geschmolzen, gefolgt von Stranggießen, um einen dicken Draht mit einem Drahtdurchmesser von 6 mm zu bilden. Der dicke Draht wird ein dünner Draht mit einem Drahtdurchmesser von 22,6 μm nach einer Vielzahl von Schritten einer Drahtziehdehnungs- und Temperbehandlung, gefolgt von einer Durchführung des zweitletzten Schritts der Drahtziehdehnung, ein dünner Draht mit einem Drahtdurchmesser von 20 μm werdend. Als Nächstes wird der dünne Draht bei 650°C 10 Sekunden lang getempert, gefolgt von einer Durchführung des letzten Schritts der Drahtziehdehnung, ein dünner Draht mit einem Drahtdurchmesser von 17,5 μm werdend. Schließlich wird der letzte Schritt der Temperbehandlung an dem dünnen Draht bei einer Tempertemperatur von 700°C 60 Sekunden lang durchgeführt. Den letzten Schritt der Temperbehandlung vollendend, wird der dünne Draht gewickelt, und dann ist ein Legierungsdrahtprodukt zum Drahtbonden fertiggestellt.A silver-8 wt% gold-3 wt% palladium alloy is melted by high-frequency electric melting, followed by continuous casting to form a thick wire having a wire diameter of 6 mm. The thick wire becomes a thin wire having a wire diameter of 22.6 μm after a plurality of steps of wire drawing-stretching and tempering treatment, followed by performing the second-to-last step of wire-drawing elongation, becoming a thin wire having a wire diameter of 20 μm. Next, the thin wire is annealed at 650 ° C for 10 seconds, followed by performing the last step of the wire drawing elongation, becoming a thin wire having a wire diameter of 17.5 μm. Finally, the last step of the annealing treatment is performed on the thin wire at a tempering temperature of 700 ° C for 60 seconds. Completing the final step of the annealing treatment, the thin wire is wound, and then an alloy wire product for wire bonding is completed.

Eine Fotografie einer Metallografie-Struktur entlang eines längsgerichteten Querschnitts des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts des Beispiels 2 zeigte, dass der ganze erfindungsgemäße Legierungsdraht aus equi-axialen Körnern besteht, wobei eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassten, mehr als 30 Prozent der gesamten Menge der Körner des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts betrug.A photograph of a metallograph structure along a longitudinal cross-section of the inventive alloy wire of Example 2 showed that the whole alloy wire of the present invention consists of equi-axial grains, with an amount of grains comprising tinctillers being more than 30 percent of the total amount of grains Alloy wire according to the invention was.

Eine Fotografie einer Metallographie-Struktur entlang eines längsgerichteten Querschnitts des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts des Beispiels 2 nach Durchführung einer Wärmebehandlung in einem Ofen mit Luftatmosphäre bei 600°C 30 Minuten lang zeigte, dass die Korngröße nach der Wärmebehandlung nur leicht angestiegen ist.A photograph of a metallographic structure along a longitudinal cross-section of the alloy wire of Example 2 according to the present invention after performing a heat treatment in an air atmosphere furnace at 600 ° C for 30 minutes showed that the grain size after the heat treatment increased only slightly.

Während die Erfindung beispielhaft und in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen (wie sie dem Fachmann offensichtlich sein werden) abzudecken. Dem Schutzumfang der anhängenden Ansprüche sollte deshalb die breiteste Interpretation eingeräumt werden, um alle solche Modifikationen und ähnliche Anordnungen zu enthalten.While the invention has been described by way of example and in terms of preferred embodiments, it should be understood that the invention is not limited thereto. On the contrary, it is intended to cover various modifications and similar arrangements (as will be obvious to those skilled in the art). The scope of the appended claims should therefore be accorded the broadest interpretation so as to encompass all such modifications and similar arrangements.

Claims (16)

Kaltbearbeitungsverformter, temperbehandelter Legierungsdraht, welcher aus einem Material hergestellt ist, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung, wobei der Legierungsdraht eine polykristalline Struktur eines kubisch-flächenzentrierten Gitters aufweist und eine Vielzahl an Körnern umfasst; ein zentraler Teil des Legierungsdrahts schmale Körner (18) oder equi-axiale Körner (12) umfasst und die anderen Teile des Legierungsdrahts aus equi-axialen Körnern (12) bestehen; und eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassen, 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des Legierungsdrahts beträgt, wobei die Stapelfehlerenergie der Legierung weniger als 100 erg/cm2 beträgt.Cold working deformed, tempered alloy wire made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy and a silver-gold-palladium alloy, wherein the alloy wire is a polycrystalline structure of a face-centered cubic lattice and comprises a plurality of grains; a central part of the alloy wire narrow grains ( 18 ) or equi-axial grains ( 12 ) and the other parts of the alloy wire of equi-axial grains ( 12 ) consist; and an amount of the grains comprising temper gems is 20 percent or more of the total amount of the grains of the alloy wire, and the stacking failure energy of the alloy is less than 100 ergs / cm 2 . Legierungsdraht nach Anspruch 1, wobei die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst; die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst; und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst.An alloy wire according to claim 1, wherein the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold and a balance of silver; the silver-palladium alloy comprises 0.01 to 10.00 weight percent palladium and a balance of silver; and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium and silver balance. Legierungsdraht nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, wobei ein Drahtdurchmesser des Legierungsdrahts zwischen 10 μm und 50 μm liegt.An alloy wire according to claim 1 and / or claim 2, wherein a wire diameter of the alloy wire is between 10 μm and 50 μm. Legierungsdraht, umfassend: Einen kaltbearbeitungsverformten, temperbehandelten Basisdraht, welcher hergestellt ist aus einem Material, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung, wobei der Basisdraht eine polykristalline Struktur einer flächenzentrierten Phase aufweist und eine Vielzahl an Körnern umfasst, ein zentraler Teil des Basisdrahts schmale Körner (18) oder equi-axiale Körner (12) umfasst und die anderen Teile des Basisdrahts aus equi-axialen Körnern (12) bestehen, und eine Menge der Körner, welche Temperzwillinge umfassen, 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des Basisdrahts beträgt, wobei die Stapelfehlerenergie der Legierung weniger als 100 erg/cm2 beträgt; und eine oder mehrere Schichten einer plattierten Metallbeschichtung, welche den Basisdraht überzieht, wobei die Metallbeschichtung aus einem Material hergestellt ist, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichen reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung.An alloy wire, comprising: a cold working deformed, tempered base wire made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium alloy, and a silver-gold-palladium alloy wherein the base wire has a polycrystalline structure of a face centered phase and comprises a plurality of grains, a central part of the base wire has narrow grains ( 18 ) or equi-axial grains ( 12 ) and the other parts of the base wire of equi-axial grains ( 12 ), and an amount of the grains comprising temper gems is 20 percent or more of the total grains of the base wire, the stacking energy of the alloy being less than 100 erg / cm 2 ; and one or more layers of a plated metal coating overlying the base wire, wherein the metal coating is made of a material selected from one of a group consisting of substantially pure gold, substantially pure palladium, and a gold-palladium alloy , Legierungsdraht nach Anspruch 4, wobei die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst; die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst; und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst.The alloy wire of claim 4, wherein the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold and a balance of silver; the silver-palladium alloy comprises 0.01 to 10.00 weight percent palladium and a balance of silver; and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium, and silver balance. Legierungsdraht nach Anspruch 4 und/oder Anspruch 5, wobei ein Drahtdurchmesser des Legierungsdrahts zwischen 10 μm und 50 μm liegt.An alloy wire according to claim 4 and / or claim 5, wherein a wire diameter of the alloy wire is between 10 μm and 50 μm. Legierungsdraht nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Metallbeschichtung zwischen 0,1 μm und 5 μm dick ist.An alloy wire according to any one of claims 4 to 6, wherein the metal coating is between 0.1 μm and 5 μm thick. Herstellungsverfahren eines Legierungsdrahts, umfassend: Bereitstellung eines dicken Drahts mit einem Drahtdurchmesser zwischen 5 mm und 10 mm, welcher hergestellt ist aus einem Material, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus einer Silber-Gold-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung und einer Silber-Gold-Palladium-Legierung; stufenweises Verringern des Drahtdurchmessers des dicken Drahts zur Bildung eines dünnen Drahts mit einem Drahtdurchmesser zwischen 10 μm und 50 μm unter Verwendung von N Schritten an Kaltbearbeitungsformschritten, wobei in jedem der (N – 1)ten und Nten Schritte der Kaltbearbeitungsformschritte die Formveränderung zwischen 1% und 15% im Vergleich zu einem prozessinternen Draht aus seinem unmittelbar vorangehenden Kaltbearbeitungsformschritt liegt und wobei N eine positive ganze Zahl gleich 3 oder größer darstellt; und N Schritte an Temperschritten, welche an dem prozessinternen Draht jeweils zwischen jedem der Kaltbearbeitungsformschritte und nach dem Nten Schritt der Kaltbearbeitungsformschritte durchgeführt werden, wobei der (N – 1)te Schritt der Temperschritte zwischen den (N – 1)ten und Nten Schritten der Kaltbearbeitungsformschritte bei einer Tempertemperatur zwischen 0,5 Tm und 0,7 Tm während einer Temperdauer zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden durchgeführt wird, wobei Tm ein Schmelzpunkt in der Kelvintemperaturskala des Materials des dicken Drahts darstellt; und der Nte Schritt der Temperschritte nach dem Nten Schritt der Kaltbearbeitungsformschritte bei einer Tempertemperatur zwischen 20 K und 100 K höher als die des (N – 1)ten Schritts der Temperschritte während einer Temperdauer zwischen 2 Sekunden und 60 Sekunden durchgeführt wird, was zu dem dünnen Draht führt, welcher eine polykristalline Struktur einer flächenzentrierten Phase aufweist und eine Vielzahl an Körnern umfasst, wobei ein zentraler Teil des dünnen Drahts schmale Körner oder equi-axiale Körner umfasst und die anderen Teile des dünnen Drahts aus equi-axialen Körnern bestehen, und Bilden von Temperzwillingen in zumindest einigen der Körner, wobei eine Menge der Körner, welche die Temperzwillinge umfassen, 20 Prozent oder mehr der Gesamtmenge der Körner des dünnen Drahts beträgt, und die Stapelfehlerenergie der Legierung weniger als 100 erg/cm2 beträgt.A method of producing an alloy wire, comprising: providing a thick wire having a wire diameter between 5 mm and 10 mm, which is made of a material selected from one of a group consisting of a silver-gold alloy, a silver-palladium Alloy and a silver-gold-palladium alloy; gradually reducing the wire diameter of the thick wire to form a thin wire having a wire diameter between 10 μm and 50 μm using N steps of cold working forming steps, wherein in each of the (N-1) th and Nth steps of the cold working forming steps the shape change is between 1% and 15% compared to an in-process wire from its immediately preceding cold working step, and where N represents a positive integer equal to 3 or greater; and N steps of annealing steps performed on the in-process wire between each of the cold working form steps and after the Nth step of the cold working form steps, wherein the (N-1) th step of the tempering steps is between the (N-1) th and Nth steps of the cold working step steps at a tempering temperature between 0.5 Tm and 0.7 Tm, for a tempering period between 1 second and 10 seconds, where Tm represents a melting point in the Kelvin temperature scale of the thick wire material; and the Nth step of the annealing steps after the Nth step of the cold working form steps is performed at a tempering temperature between 20 K and 100 K higher than that of the (N-1) th step of the annealing steps for an annealing time between 2 seconds and 60 seconds, resulting in the thin A wire having a polycrystalline structure of a face centered phase and comprising a plurality of grains, wherein a central part of the thin wire comprises narrow grains or equi-axial grains and the other parts of the thin wire of equi-axial grains, and forming Temper twins in at least some of the grains, wherein an amount of the grains comprising the temper mill twins is 20 percent or more of the total amount of the grains of the thin wire, and the stacking fault energy of the alloy is less than 100 ergs / cm 2 . Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kaltbearbeitungsformschritte Drahtziehschritte, Extrusionsschritte oder deren Kombination darstellen.The method of claim 8, wherein the cold working form steps are wire drawing steps, extrusion steps or combinations thereof. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder Anspruch 9, wobei die Bereitstellung des dicken Drahts die Schritte: Schmelzen von Rohmaterialien des Materials des dicken Drahts, gefolgt von Gießen zur Bildung eines Barrens; und Durchführen einer Kaltbearbeitung an dem Barren zur Fertigstellung des dicken Drahts umfasst.Method according to claim 8 and / or claim 9, wherein the provision of the thick wire comprises the steps: Melting raw materials of the thick wire material, followed by casting to form a billet; and Performing a cold work on the ingot to complete the thick wire comprises. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder Anspruch 9, wobei die Bereitstellung des dicken Drahts Schritte Schmelzen von Rohmaterialien des Materials des dicken Drahts, gefolgt von einem Stranggießprozess zur Bildung des dicken Drahts umfasst.The method of claim 8 and / or claim 9, wherein providing the thick wire comprises steps of melting raw materials of the thick wire material followed by a continuous casting process to form the thick wire. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, weiterhin umfassend Plattieren einer Metallbeschichtung, welche eine Oberfläche des dicken Drahts überzieht, unter Verwendung von elektrischem Plattieren, Bedampfen oder Sputtern vor den Kaltbearbeitungsformschritten, wobei die Metallbeschichtung aus einem Material hergestellt wird, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichem reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung.The method of any one of claims 8 to 11, further comprising plating a metal coating overlying a surface of the thick wire using electroless plating, vapor deposition or sputtering prior to the cold working forming steps, wherein the metal coating is made of a material selected from a from a group consisting essentially of pure gold, essentially pure palladium and a gold-palladium alloy. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, weiterhin umfassend Plattieren einer Metallbeschichtung, welche eine Oberfläche des dicken Drahts überzieht, unter Verwendung von elektrischem Plattieren, Bedampfen oder Sputtern nach dem Nten Schritt der Kaltbearbeitungsformschritte, wobei die Metallbeschichtung aus einem Material hergestellt wird, welches ausgewählt ist aus einem aus einer Gruppe, bestehend aus im Wesentlichen reinem Gold, im Wesentlichem reinem Palladium und einer Gold-Palladium-Legierung. The method of any of claims 8 to 12, further comprising plating a metal coating overlying a surface of the thick wire using electroless plating, vapor deposition or sputtering after the Nth step of the cold working form steps, wherein the metal coating is made of a material selected from is one of a group consisting of substantially pure gold, essentially pure palladium and a gold-palladium alloy. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Silber-Gold-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold und einen Ausgleich an Silber umfasst; die Silber-Palladium-Legierung 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst; und die Silber-Gold-Palladium-Legierung 0,01 bis 30,00 Gewichtsprozent Gold, 0,01 bis 10,00 Gewichtsprozent Palladium und einen Ausgleich an Silber umfasst.A method according to any one of claims 8 to 13, wherein the silver-gold alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold and a balance of silver; the silver-palladium alloy comprises 0.01 to 10.00 weight percent palladium and a balance of silver; and the silver-gold-palladium alloy comprises 0.01 to 30.00 weight percent gold, 0.01 to 10.00 weight percent palladium and silver balance. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Metallbeschichtung zwischen 0,1 μm und 10 μm dick ist.A method according to any one of claims 8 to 14, wherein the metal coating is between 0.1 μm and 10 μm thick. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Metallbeschichtung zwischen 0,1 μm und 5 μm dick ist.The method of claim 15, wherein the metal coating is between 0.1 μm and 5 μm thick.
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