[发明专利]半导体封装用银合金线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种半导体封装用银合金线及其制备方法。

背景技术

LED发光管及半导体封装需要的内引线(也称键合丝)通常都采取高纯黄金制成的金线，其直径范围在Ф15μm～Ф50μm。随着金价的不断上升，封装成本越来越高。为此各封装厂商纷纷推出铜线键合来取代金丝键合，以缓解封装成本压力。与金丝相比，铜线具有更好的电学和机械特性，所以同样的产品可以使用直径更小的铜丝来进行键合，而且更适合于芯片焊盘小、间距窄和键合距离长的封装产品。然而使用铜导线时，由于封装用树脂与导线的热膨胀系数差异过大，随着半导体启动后温度上升，因热形成的体积膨胀对形成回路的铜接合线产生外部应力，特别是对暴露于严酷的热循环条件下的半导体组件，容易使铜接合线发生断线问题。另铜的稳定性远不及金，在保存和焊接过程中纯铜丝非常容易氧化。为了提高键合生产效率及产品可靠性，解决纯铜丝易氧化、寿命短的缺失，目前封装厂商主要采用镀钯铜丝作为键合丝。不过，镀钯铜线的表面硬度偏高，且镀钯层厚度不均，造成封装过程整体产出率差、良率偏低等问题。另镀钯铜线在半导体封装上也有焊球硬度偏大，芯片容易砸伤等问题。因此尽管目前市场上已经有了几种替代品出现来代替高纯黄金键合丝，但是由于其自身的局限，不能完全取代传统的键合金丝，致使现在还有相当一部分的LED及半导体封装仍然在使用昂贵的高纯黄金键合丝。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上替代品所存在的技术问题，提供一种新型银合金线，具备有金键合丝的特性，很好的解决了上述替代品(铜线，镀钯铜线等)存在的问题，同时还能够成功应用于半导体IC及器件封装，且成本相对较低。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种半导体封装用银合金线，，包括以下重量百分比的组分，0.1-1.5％金，0.5-6.0％钯，0.003-0.006％钴，其余为银补足100％。

一种半导体封装用银合金线的制备方法，包括以下步骤：

①将银原料电解提纯，制备纯度大于99.999％的高纯银；

②通过真空熔炼制备中间合金，包括含6-15％钯的银钯合金，含0.2-0.8％钴的银钴合金；

③将步骤①剩余高纯银在950～1100℃下熔炼，并在惰性气体氛围下加入步骤2)中所述银钯合金、银钴合金和高纯金粉搅拌精炼，然后进行铸造拉伸，拉伸速度为4.0～10mm/min，得到Φ5-8mm的银合金棒；所述银合金棒含0.1-1.5％金，0.5-6％钯，0.003-0.006％钴，余量为银；

④将步骤③中所述银合金棒进行预拉伸，在氮气保护氛围350℃-480℃下连续退火，再进行超细拉伸，直至直径为15μm-50μm的银合金线；

⑤将步骤④中所述的银合金线在450℃-550℃，35-65米/分钟速度下连续退火。

进一步地，如上所述的银合金线的制备方法，将步骤⑤中制得的银合金线进行绕线，其中绕线张力为2～15g，绕丝速度为50～60m/min，线间距为4.5～5.5mm。

进一步地，如上所述的银合金线的制备方法，还包括：

⑥在绕线之前进行表面处理：将步骤⑤的银合金线用浓度为1～2％的盐酸进行酸洗，随后进行高纯水冲洗，再进行高压水射流冲洗，最后烘干。

进一步地，如上所述的银合金线的制备方法步骤④中预拉伸后银线直径为50μm-100μm。

进一步地，如上所述的银合金线的制备方法步骤⑥中连续酸洗烘干速度为65m/min，烘干温度为140-160℃。

其中，采用含6-15％钯的银钯合金，含0.2-0.8％钴的银钴合金通过真空熔炼制备中间合金这个过程是中间合金过程，为了更好的实现最终产品配比的均匀性而设计的；由于最终的钯合金比例一般控制在1.8-4.8％之间中间合金比例控制在如上范围更便利与有效操作。

金属钴，晶格体系为六面晶格，与银、金的等金属可以形成有限固溶体；金属钴添加在金银系基体材料中，有强化晶界、增加晶界应力、稳定球形的作用。在本发明中所阐述的银合金键合丝体系中，通常采用添加钯等贵金属来调节性能，增加强度并抑制该体系键合丝在应用中的银离子迁移，但是本发明所述所添加的钯成分不能大于2％，否则该种键合丝将变得脆性增加而不具备应用特性；本发明由于添加了适量的钴，不仅使该种键合丝提高了抗拉强度，而且在客户应用过程中在不加烧球保护气的情况下仍然能很好的保持良好的球形，这样既降低了成本，又具备了比较好的应用特性，因此，本发明与现有金丝技术相比，本发明材料的优点在于：