[发明专利]一种银合金键合丝及其制造方法

说明书

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种银合金键合丝及其制造方法。本发明银合金键合丝包括芯线和包覆在芯线表面的镀金层，芯线含有以下质量百分比的组分：10~30%金，0.1~5.0%钯，5~100ppm钙，5~100ppm铈，其余为银，镀金层的金含量为芯线中金含量总质量的3~5%。通过熔铸、拉丝、镀金和退火工艺，得到具有良好力学性能和稳定性的银合金键合丝，可以在不更改或升级设备的情况下，直接用于中高端LED封装和IC封装。且传统中高端产品封装用的键合丝中金含量需达到60%~80%以上，而本发明银合金键合丝中的金含量降低至10~30%，大大降低了成本。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种银合金键合丝及其制造方法。

背景技术

键合丝作为电子封装重要的基础材料之一，其功能是实现半导体芯片与引脚的电连接，起着芯片与外界电流信号导入及导出的作用。电子产品小型化、模块化以及高集成化的发展趋势，要求键合丝具有更加优异的力学性能和加工性能等，理想的键合丝材料应具备导电导热性能优异、抗氧化性强、可塑性好以及不形成有害的金属间化合物的特点。

键合丝目前主要由金丝、铜丝、铝丝、银丝、贵/贱金属复合丝材组成，其中铝丝、铜丝主要用于中低档电路，贵金属丝材占有中高档产品超过80%的份额。金键合丝机械强度高、抗氧化性好、成球性稳定、键合工艺简单，在传统电子封装引线键合领域被广泛使用，但是成本较高，与铝板键合时容易出现紫斑和白斑，在界面处形成空洞，增大该处电阻，从而影响整个电子器件的使用。

相较于传统键合金丝，银键合丝价格低廉，具有出色的力学和电学特性，能够在各种高端超微间距设备上使用，吸光反光性好且亮度高，可以在LED及部分IC(集成电路)封装应用上逐步取代金丝，是未来电子封装高集成、高密度、高速度发展最有潜力的材料之一。然而，银丝质软，本身强度较低，在高速键合条件下易断线，又易被硫化、氧化，电敏感性高，在高密度、远距离键合时可能会出现塌丝和银迁移的情况，且其延展性较差，很难加工成微米级细丝，多元素复合添加可以提升键合银丝的力学性能、抗氧化抗硫化性能和加工性能。加入微量元素，可以减少金属间化合物的形成，同时阻止界面氧化物和裂纹的产生，降低了结合性能的退化，使其结合性能和金丝一样稳定。

中国专利申请文件（公开号CN101667566A）公开了一种以银丝线为基材、表面覆有纯金防氧化保护层的键合丝线产品，按质量百分比金占1.8%~10.0%，其余为银，材料成本不到纯金键合丝线的1/3，仅用于低端LED封装。而传统中高端LED封装用的键合丝中金含量需达到60%~80%以上，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好力学性能和稳定性的银合金键合丝，可以在不更改焊线设备的情况下，替代纯金丝封装应用的中高端LED封装和IC封装。

本发明技术方案中的一种银合金键合丝，包括芯线和包覆在芯线表面的镀金层，芯线含有以下质量百分比的组分：10~30%金，0.1~5.0%钯，5~100ppm钙，5~100ppm铈，其余为银，镀金层的金含量为芯线中金含量总质量的3~5%。

银（Ag）与金（Au）在液态和固态都能无限固溶，形成置换型固溶体，使合金基体晶格发生畸变，产生强化作用，相比传统键合金丝，机械性能好，可靠性高，抗振动破断性能优异，导电性、散热性、反光性好，亮度高，且Ag比Au价格便宜，使用大量Ag可以大幅度降低成本，钯可以减少银原子的迁移，提高抗氧化能力、抗硫化能力和可靠性，钙可以提高材料的结构稳定性和强度，与铈一起作为微量元素加入，可以减少金属间化合物的形成，改善线材结构组织，增强线材与芯片及基板的粘附性能，提升线材机械性能，同时阻止了界面氧化物和裂纹的产生，降低颈部短线的几率，使所得银合金键合丝的结合性能和金丝一样稳定。键合丝芯线中将金含量控制在10-30%，可以大大提高键合丝的可靠性和机械性能，满足中高端产品（如中高端LED封装和IC封装）的高可靠性要求。若芯线中金含量过多则生产成本较大，但若金含量过少，则银含量较多，严重影响键合丝的机械性能、抗氧化性能和抗硫化性能，导致键合丝的稳定性变差。