專利名稱：一種集成電路封裝用AuSn20合金釬料的制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種貴金屬合金釬料的制備技術，尤其是一種集成電路封裝用AuSn2tl 合金釬料的制備方法和用途。
背景技術：
AuSn20作為一種低溫釬料，被用來封裝半導體晶體管可伐鍍金殼。該合金釬料具 有低的熔點)和蒸氣壓，良好的浸潤性和流動性，而且還具有優良的耐腐蝕性及高 的導熱性。用此合金釬料焊接的接點，強度不受熱沖擊的影響。由二元合金相圖可以看出，AuSn2tl合金在278°C形成共晶，在固態由六方晶格的ξ 相和金屬間化合物AuSn所組成。鑄造狀態及退火狀態的AuSn2tl合金都很脆，很難加工。現有AuSn2tl釬料是采用Au片Sn片熱復合，再軋制成型。釬料是非合金狀態，熔點 不穩定，熔化時間長并且需要使用助焊劑，焊接后的電子器件需要清洗。而合金釬料熔點為 278°C，熔化時間短，不需要使用助焊劑，不需要清洗，器件的性能和壽命均有所提高。現AuSn2tl合金釬料由鑄錠到帶材的加工難度極大。用復合法生產的釬料易加工， 可以直接軋制到所需的厚度。而合金釬料由于晶體內部由ξ相和金屬間化合物構成，材料 的延展性差、易碎，只能允許少量加工。因此采用急冷甩帶技術，得到接近所需厚度的箔帶， 再經少量軋制整形，加工到所需的厚度。
發明內容
本發明的目的是提供一種集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法和用途，其 制得的集成電路用合金釬料可靠性高，并由此方法制得的AuSn2tl合金釬料可以進一步加工 為合格性能的箔帶材和多種規格的深加工制品。為實現上述目的，本發明采取以下設計方案一種集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法，其方法步驟如下1)按Sn 20% 士 1%，Au 余量的配比范圍計算、稱重，準備高純金和高純錫材料；2)將金和錫放入真空熔鑄爐的氧化鋁坩堝中；
3)封爐，抽真空至4 6Pa ；4)升溫，控制升溫速度25 35°C /分鐘；5)待金和錫全部熔化后，控制熔體的溫度在500 600°C之間，精練4 6分鐘， 使其充分合金化，并充分脫氣；6)澆注，澆注溫度在500 600°C之間，澆注在石墨模中，冷卻后得到AuSn2tl合金 棒；7)將得到的AuSn^l合金棒放入真空急冷甩帶機的帶底孔石英管中，采用高頻感應 圈加熱；8)封爐，抽真空至4 6Pa ；9)升溫，控制升溫速度50 60°C /分鐘；
10)待AuSn2tl合金棒熔化后，控制熔體的溫度在500 600°C之間，并精煉2 3 分鐘，使金屬在熔化狀態下各組分充分混合并合金化。11)使用真空急冷甩帶機甩帶，讓熔融的合金液體接觸高速旋轉的銅輥，合金液體 急速冷卻凝固在甩帶機中的銅輥表面，形成很薄的帶材；甩帶時熔體的溫度控制在500 600°C之間，由石英管上口通入高壓氮氣，氮氣壓力10 15大氣壓，使AuSn2tl合金熔體從石 英管底孔噴出；采用急冷甩帶技術加工成AuSn2tl合金帶材釬料。還可將得到的AuSn2tl合金帶材釬料軋制加工，制成符合設定厚度要求的箔帶材。 進一步可將軋制的AuSn2tl合金合格的合金箔帶材按照設定的尺寸規格進行沖壓加工，制備 對應規格的片或環狀的深加工制品。還應進一步對得到的AuSn^l合金箔帶材或深加工制品用酸性清洗液或堿性清洗 液通過浸泡法或攪拌法進行清洗。一種集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的用途，它是用AuSn2tl合金通過急冷甩帶再 經壓力加工制成高可靠集成電路用合金釬料帶。一種集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的用途，它是用AuSn2tl合金通過急冷甩帶再 經壓力加工制成高可靠集成電路用合金釬料預成型制品。對AuSn2tl合金材料宜采用真空熔鑄方法獲得合金。這樣可去除合金中的氣體和低 熔點易揮發元素，這對高可靠電子器件封裝十分重要。本發明的AuSn2tl合金帶材采用沖壓技術制備出制品。本發明的AuSn2tl合金箔帶材和深加工制品，要經過酸洗和堿洗等表面處理工序去 除氧化皮。本發明是利用真空熔鑄技術先獲得AuSn2tl合金鑄錠，在通過急冷甩帶及軋制技 術，沖壓和表面處理技術，解決了 AuSn2tl合金鑄錠合金脆性大，難加工，不易制成帶材和制 品的問題，滿足了集成電路封裝焊接的要求。本發明解決了 AuSn^1合金釬料箔帶材及其深加工制品難于加工的問題，研制出合 金成分均勻、焊接性能優良、尺寸符合要求的用于半導體集成電路封裝的優質AuSn2tl合金 釬料，實現產品的國產化，替代進口，將為我國軍民兩用高可靠集成電路提供優質的AuSn2tl 合金釬料箔帶材及其多種規格的深加工制品，促進我國微電子產業的發展。本發明制備AuSn2tl合金釬料的方法可保證制備的AuSn^1合金箔帶材及制品的質量 達到國家標準，即達到成分均勻、結構致密，焊接性能優良，滿足半導體集成電路封裝的使 用要求。本發明的優點是1、本發明的方法能夠制造出成分均勻、焊接性能優良且尺寸符合要求的用于半導 體集成電路封裝的優質AuSn2tl合金釬料的箔帶材及其多種深加工制品。2、本發明采用了急冷甩帶技術，不僅大大降低了由鑄錠到帶材的加工難度，且可 保證生產出的帶材產品更均勻、平整，表面更光滑。3、本發明AuSn2tl合金釬料具備優越的性能，可以應用于高可靠集成電路封裝焊 接。4、實現該產品的國產化，替代進口，完成了具有自主知識產權的技術儲備。
具體實施例方式利用本發明的方法可以通過急冷甩帶再經壓力加工將AuSn2tl合金釬料制成高可 靠集成電路用合金釬料帶或制成高可靠集成電路用合金釬料預成型制品。本發明采用的急冷甩帶技術必須借助于真空急冷甩帶機設備，該真空急冷甩帶機 是一種外購設備，主要用于生產非晶態合金帶。該設備雖為非標準產品，但國內有生產廠 家，型號為各廠家自定。高速旋轉的金屬輪(銅輥)是該設備的主功能裝置，在甩帶機中起 到冷卻作用。本發明借助該設備采用急冷甩帶技術，直接讓熔融的合金液體接觸高速旋轉 的金屬輪表面，在急速冷卻凝固和離心力的雙重作用下，可以使熔融狀態下的合金直接被 甩成薄帶材，從而使一些加工困難的合金避開了固體變形階段，更易加工至所需尺寸。通過 急冷甩帶技術的應用，獲得厚度為0. 05-0. 08mm,且形狀完整的合金薄帶材，為后續軋制整 型和沖壓加工各種規格的制品打下好的基礎。甩帶時熔體的溫度控制在500 600°C之間，由石英管上口通入高壓氮氣，氮氣壓 力10 15大氣壓，使AuSn2tl合金熔體從石英管底孔噴出；采用急冷甩帶技術加工成AuSn2tl 合金帶材釬料。實施例1 生產箔帶材1)按Sn 20% 士 1%，Au 余量的配比范圍計算、稱重準備高純(純度為5N)金和 高純(純度為5N，5N即99. 999% )錫材料；2)將金和錫放入真空熔鑄爐的氧化鋁坩堝中；3)封爐，抽真空至4Pa;4)升溫，控制升溫速度30°C /分鐘；5)待金和錫全部熔化后，控制熔體的溫度在500 600°C，精練5分鐘，使其充分 合金化，并充分脫氣；6)澆注，澆注溫度在500 600°C之間，澆注在石墨模中，冷卻后得到AuSn2tl合金 棒。7)采用急冷甩帶技術加工成帶材使用真空急冷甩帶機，將AuSn^l合金棒放入帶 底孔的石英管中，采用高頻感應圈加熱；8)封爐，抽真空至4Pa ；9)升溫，控制升溫速度50°C /分鐘；10)待AuSr^合金棒熔化后，控制熔體的溫度在500 600°C之間，并精煉2分鐘；11)甩帶，甩帶時熔體的溫度在500 600°C之間，利用石英管上口通入的高壓氮 氣使合金熔體從石英管底孔噴出。氮氣壓力10個大氣壓。所用石英管底孔直徑Φ 。銅 輥的線速度為35m/s，石英管底孔距銅輥表面距離2mm。12)利用上述制備方法得到化學成分符合標準的AuSn20合金薄帶材，厚度為 0. 05-0. 08mm。13)將合金帶材經過軋制整形，加工成厚度均勻的箔帶材。加工后厚度為 0. 05 + 0. 005mm。14)將加工好的AuSn2tl合金箔帶材用酸性清洗液、堿性清洗液通過浸泡法、攪拌法 進行清洗，去除加工過程中造成的污染，使材料表面清潔、光亮。實施例2 圓片合金制品
步驟1)至步驟12)同實施例1，先得到厚度為0. 05-0. 08mm的AuSn20合金薄帶 材；然后將其軋制整形，加工后厚度為0. 05士0. 005mm，在進行沖壓加工，制備成Φ2. 5mmX 厚度0. Imm的圓片制品。將加工好的AuSn2tl合金圓片制品用酸性清洗液、堿性清洗液通過 浸泡法、攪拌法進行清洗，去除加工過程中造成的污染，使制品表面清潔、光亮。實施例3 圓片合金制品步驟1)至步驟12)同實施例1，先得到厚度為0.05-0. 08mm的AuSn20合金薄 帶材；然后將其軋制整形，加工后厚度為0. 05士0. 005mm,在進行沖壓加工，制備成外徑 Φ 1. Omm-內徑Φ0. 6mm(或其他規格)圓環狀制品。將加工好的AuSn2tl合金圓環狀制品用 酸性清洗液、堿性清洗液通過浸泡法、攪拌法進行清洗，去除加工過程中造成的污染，使制 品表面清潔、光亮。采用急冷甩帶技術將AuSn20合金釬料加工成帶材是本發明的一個創造點，在具 體實施中，采用的石英管底孔直徑Φ0. 8 1.5mm，控制真空急冷甩帶機的銅輥的線速度 30 40m/s ；石英管底孔距銅輥表面距離1 4mm。上述各實施例中，各種不同型號甩帶機所設參數可能不同。上述各實施例可在不脫離本發明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應 視為例示性，而非用以限制本發明的申請專利范圍。
權利要求
1. 一種集成電路封裝用々舊！！^合金釬料的制備方法，所述的AuSn2tl合金釬料的成分組 成及質量百分比為Sn 20% 士 1%，Au 余量；其特征在于制備方法步驟如下1)按Sn:20%士 1%，Au:余量的配比范圍計算、稱重，準備高純金和高純錫材料；2)將金和錫放入真空熔鑄爐的氧化鋁坩堝中；3)封爐，抽真空至4 6Pa;4)升溫，控制升溫速度25 35°C/分鐘；5)待金和錫全部熔化后，控制熔體的溫度在500 600°C之間，精練4 6分鐘，使其 充分合金化，并充分脫氣；6)澆注，澆注溫度在500 600°C之間，澆注在石墨模中，得到AuSn2tl合金棒；7)將得到的AuSn2tl合金棒放入帶底孔的石英管中，采用高頻感應圈加熱；8)封爐，抽真空至4 6Pa;9)升溫，控制升溫速度50 60°C/分鐘；10)待AuSn2tl合金棒熔化后，控制熔體的溫度在500 600°C之間，并精煉2 3分鐘；11)使用真空急冷甩帶機甩帶，讓熔融的合金液體接觸高速旋轉的銅輥，合金液體急速 冷卻凝固在甩帶機中的銅輥表面，形成很薄的帶材；甩帶時熔體的溫度控制在500 600°C 之間，由石英管上口通入高壓氮氣，氮氣壓力10 15大氣壓，使AuSn2tl合金熔體從石英管 底孔噴出；采用急冷甩帶技術加工成AuSn2tl合金帶材釬料。
2.根據權利要求1所述的集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法，其特征在于 將得到的AuSn2tl合金帶材釬料軋制加工，制成符合設定厚度要求的箔帶材。
3.根據權利要求2所述的集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法，其特征在于 將軋制的AuSn2tl合金合格的合金箔帶材按照設定的尺寸規格進行沖壓加工，制備對應規格 的片或環狀的深加工制品。
4.根據權利要求2或3所述的集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法，其特征在 于進一步表面處理，將加工好的AuSn^l合金箔帶材或深加工制品用酸性清洗液或堿性清 洗液通過浸泡法或攪拌法進行清洗。
5.根據權利要求1所述的集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法，其特征在于 所述石英管底孔直徑Φ0. 8 1. 5mm，控制真空急冷甩帶機的銅輥的線速度為30 40m/s ； 石英管底孔距銅輥表面距離1 4mm。
6.根據權利要求1所述的集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的制備方法，其特征在于 所述高純金的純度為5N ；所述高純錫的純度為5N。
7. 一種集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的用途，其特征在于它是用AuSn2tl合金通過 急冷甩帶再經壓力加工制成高可靠集成電路用合金釬料帶。
8. 一種集成電路封裝用AuSn2tl合金釬料的用途，其特征在于它是用AuSn2tl合金通過 急冷甩帶再經壓力加工制成高可靠集成電路用合金釬料預成型制品。
全文摘要
一種集成電路封裝用AuSn20合金釬料的制備方法按配比備金和錫；將它們放熔鑄爐中；封爐，抽真空；升溫，待全熔化后，控制熔體的溫度在500～600℃間，精練，使其合金化并脫氣，澆注在石墨模中；將得到的AuSn20合金棒放入石英管中，加熱；封爐，抽真空至4～6Pa；升溫并控溫升；待合金棒熔化，控制熔體的溫度在500～600℃間，并精煉2～3分鐘；使用真空急冷甩帶機甩帶，甩帶時熔體的溫度控制在500～600℃之間，由石英管上口通入高壓氮氣，氮氣壓力10～15大氣壓，使該合金熔體從石英管底孔噴到真空急冷甩帶機高速旋轉的金屬輪上，得到帶材。還可再軋制加工，制成箔帶材或沖壓加工，制備對應規格的片或環狀的深加工制品。用該方法可制得集成電路性能優越的產品。
文檔編號B23K35/40GK102114584SQ200910244558
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者張昆, 章明溪, 黃小凱 申請人:北京有色金屬與稀土應用研究所