專利名稱：高端封裝銀合金鍵合絲及其制備方法
技術領域：
本發明涉及鍵合絲技術領域，具體涉及一種高端封裝(晶片級封裝CSP，即高密度，小巧扁薄的封裝設計例如FBGA，QFN,基板封裝等稱為高端封裝)用銀合金鍵合絲及其制備方法。
背景技術：
傳統的鍵合絲，通常采用純金材料，純金焊線具有伸長率和電導率更好的物理性能。然而，純粹的金焊線必然導致成本高。近幾年鋁鍵合絲的應用有進一步擴大的趨勢，但是鋁鍵合絲存在硬度高，容易氧化的風險，僅在中低端的封裝上引用比較廣。鍍鈀線是為了解決鋁線容易氧化的問題而推出的新的鍵合線，但是解決不了硬度高的問題，鍍鈀以后硬度反而更高，高端封裝沒有辦法應用。
發明內容
本發明針對現有技術的上述不足，提供一種高強度、低硬度，低長弧度的高端封裝銀合金鍵合絲。為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為一種銀合金鍵合絲，該銀合金鍵合絲包括金O. 0001% 20%，還可選包括鈀O. 0001% 20%、鉬O. 0001% 20%、鍺
O.0001% 0· 015%、鈣O. 0001% 0· 015%、鋁O. 0001% 1%中的一種或一種以上，其余為銀。上述各組分均為重量百分含量計算。本發明所要解決的另一技術問題是，提供上述銀合金鍵合絲的制備方法，該銀合金鍵合絲的制備方法，包括以下工藝步驟(I)用純度為99. 99wt%的銀電解提純出純度為99. 999wt%的高純銀；(2)將步驟(I)的高純銀進行熔煉，鑄錠成銀板，將銀板軋制成薄銀片；(3)制作中間合金，所述中間合金為鈣-銀中間合金、鍺-銀中間合金、鋁-金中間合金中的一種；所述中間合金包括以下制備步驟a.按重量百分比稱取步驟(2)得到的薄銀片959Γ95.5%，稱取鈣或鋁或鍺
4.5%"5% ；b.投料，用薄銀片將鈣或鋁或鍺捆包成小包，并將此小包放入坩堝中；c.真空熔煉；d.澆鑄，將熔煉后的合金液倒入石墨錠模中；以上步驟制作出一種中間合金，按同樣的工藝步驟制作出另外幾種中間合金；(4)豎式熔煉稱取99. 999%的銀、中間合金及其他金屬原材料，經成份分析和冶金配料計算，按照銀合金鍵合絲的成分比例投入熔煉爐中，在惰性氣體氬氣的保護下進行熔煉，熔煉溫度設定1100°C，保持溫度精煉15min，然后進行拉鑄，拉鑄速度40(T500rpm，形成8毫米銀棒；
(5)拉絲將熔鑄的銀棒在拉絲機上逐步拉細，直至要求的直徑；其拉絲過程中的模具延伸率為5°/Γ 8%，拉絲速度為3 15m/s ；(6)退火退火溫度為30(T60(TC，退火速度為O. 3^2m/s ；(7)分卷將銀合金鍵合絲纏繞于收線軸，繞絲張力廣20克，繞絲速度400 600rpm ；(8)真空包裝。本發明步驟(I)所述的電解為將銀作為陽極，掛于陽極導電棒上，不銹鋼材料作為陰極，掛于陰極導電棒上，保持陽極和陰極平行；在電解槽中加入濃度為8(Γ120克/升的硝酸銀溶液作為電解液，電流密度控制在250 300A/m2范圍，槽電壓控制在I. 5 2V范圍，電解溫度為35 45°C，同極間距150mm，進行電解；本發明步驟(I)所述的薄銀片厚度為O. Γ0. 3mm。本發明步驟(4)所述的其他金屬原材料為金，鈀，鉬中的一種或一種以上。本發明步驟(4)所述的中間合金為鈣-銀中間合金、鍺-銀中間合金、鋁-金中間合金中的一種或一種以上。本發明的銀合金鍵合絲與現有技術相比，具有以下顯著優點和有益效果I.本發明的合金元素選用金，鈀，鉬等金屬，金的加入能夠改善銀的成球性，保證FAB (鍵合絲球)的穩定性，鈀和鉬的加入能夠提高銀的強度，抗氧化性，以及阻礙金屬間化合物的增長。2.本發明的微量元素選用鈣、鋁或鍺，鋁能提高銀的焊接強度，提高材料的高溫強度；鍺主要是提高材料的斷裂負荷，降低銀合金線的熱影響區長度；鈣的加入提高銀合金鍵合絲的強度，鈣元素和鍺元素的添加與合理配比使制備出的銀合金鍵合絲在保證高強度的同時具有較好的低長弧度；滿足半導體行業對銀合金鍵合絲的高需要。3.本發明的制備方法具有制備出的銀合金鍵合絲產品成材率高，收線軸的纏繞長度長的優點。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但并不僅限于以下實施例。實施例I本發明銀合金鍵合絲按以下工藝步驟制備(I)用純度為99. 99wt%的銀電解提純出純度為99. 999wt%的高純銀；原料純度為99. 99wt%的銀為市售的普通國標I號銀，將此原料通過電解的方式提純到99. 999wt%,具體方法為將市售的銀作為陽極，掛于陽極導電棒上，不銹鋼材料作為陰極，掛于陰極導電棒上，保持陽極和陰極平行。在電解槽中加入硝酸銀溶液(濃度100克/升)作為電解液，電流密度一般控制在260A/m2范圍，槽電壓一般控制在2V范圍，電解溫度35_45°C，同極間距150mm ；(2)采用豎式熔煉·將部分99. 999%的高純銀(另一部分用于制作中間合金)放入坩堝內，將中間合金(中間合金制備方法采用發明內容公開的方法)放入合金槽內，裝好石英罩加上蓋，用密封膠將石英罩及上蓋密封好。開啟真空泵，開始升溫，待高純銀完全熔化后，投入中間合金(鈣-銀中間合金、鍺-銀中間合金、鋁-金中間合金中的一種或以上)及其他金屬原材料(包括金、鈀、鉬中的一種或一種以上)，在惰性氣體氬氣的保護下進行熔煉，完全熔化后保持溫度，精煉15min，保證高純銀、中間合金和其他金屬原材料充分混合均勻；啟動按鈕開始拉鑄，形成8毫米銀棒。(3)將熔鑄的銀棒在拉絲機上逐步拉細，直至要求的直徑；拉絲過程中的模具延伸率為8% 10%，拉絲速度為8 10m/s。(4)拉絲的成品線傳到退火工序退火，根據爐溫參考值設定退火爐加熱溫度進行退火。(5)將退火后的銀合金鍵合絲纏繞于收線軸進行分卷，根據不同客戶的要求選擇·不同繞線的程序。(6)將貼好標簽的銀合金鍵合絲，低軸每10軸、高軸每6軸放入塑料袋中進行真空包裝，用塑封封口機封好袋口，封口應平整、牢固，放入包裝盒內。實施例2按以下表I中指定的各組分含量重復實施例I的方法，在表I中列出了性能測試參數。表I實施例1-5產品組分含量以及產品性能指標
權利要求
1.一種高端封裝銀合金鍵合絲，其特征在于該銀合金鍵合絲包括金O. 0001°/Γ20%，還可選包括鈀 O. 0001% 20%、鉬 O. 0001% 20%、鍺 O. 0001% 0· 015%、鈣 O. 0001% 0· 015%、鋁O.0001°/Γ %中的一種或一種以上，其余為銀。
2.一種高端封裝銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于制備步驟包括 (1)用純度為99.99wt%的銀電解提純出純度為99. 999wt%的高純銀； (2)將步驟(I)的高純銀進行熔煉，鑄錠成銀板，將銀板軋制成薄銀片； (3)制作中間合金，所述中間合金為鈣-銀中間合金、鍺-銀中間合金、鋁-金中間合金中的一種； 所述中間合金包括以下制備步驟 a.按重量百分比稱取步驟(2)得到的薄銀片959Γ95.5%，稱取鈣或鋁或鍺4. 5%^5% ； b.投料，用薄銀片將鈣或鋁或鍺捆包成小包，并將此小包放入坩堝中； c.真空熔煉； d.澆鑄，合金液倒入石墨錠模中； 以上步驟制作出一種中間合金，按同樣的工藝步驟制作出另外幾種中間合金； (4)豎式熔煉稱取99.999%的銀、中間合金及其他金屬原材料，經成份分析和冶金配料計算，按照銀合金鍵合絲的成分比例投入熔煉爐中，在惰性氣體氬氣的保護下進行熔煉，熔煉溫度設定1100°C，保持溫度精煉15min，然后進行拉鑄，拉鑄速度40(T500rpm，形成8毫米銀棒； (5)拉絲將熔鑄的銀棒在拉絲機上逐步拉細，直至要求的直徑；其拉絲過程中的模具延伸率為5% 18%，拉絲速度為3 15m/s ； (6)退火退火溫度為30(T60(TC，退火速度為O.3^2m/s ； (7)分卷將銀合金鍵合絲纏繞于收線軸，繞絲張力f20克，繞絲速度40(T6(K)rpm ； (8)真空包裝。
3.根據權利要求2所述的高端封裝銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的電解為將銀作為陽極，掛于陽極導電棒上，不銹鋼材料作為陰極，掛于陰極導電棒上，保持陽極和陰極平行；在電解槽中加入濃度為8(Γ120克/升的硝酸銀溶液作為電解液，電流密度控制在250 300A/m2范圍，槽電壓控制在I. 5 2V范圍，電解溫度為35 45°C，同極間距150mm,進行電解。
4.根據權利要求2所述的高端封裝銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于步驟(I)所述的薄銀片厚度為O. Γ0. 3mm。
全文摘要
本發明公開一種高端封裝銀合金鍵合絲，其特征在于該銀合金鍵合絲包括金0.0001%~20%，還可選包括鈀0.0001%~20%、鉑0.0001%~20%、鍺0.0001%~0.015%、鈣0.0001%~0.015%、鋁0.0001%~1%中的一種或一種以上，其余為銀。本發明還公開一種上述高端封裝銀合金鍵合絲的制備方法，本發明高端封裝銀合金鍵合絲具有高強度、低硬度，低長弧度的優點。
文檔編號C22C5/06GK102912176SQ20121035361
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者李天祥, 鄭康定, 鄭芳, 鄭磊 申請人:寧波康強電子股份有限公司