一種銅銀合金鍵合絲及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種主要用在微電子封裝工序中的合金鍵合絲，具體涉及一種銅銀合金鍵合絲。本發明還涉及所述銅銀合金鍵合絲的制備方法。
【背景技術】
[0002]
隨著集成電路及分立器件向封裝多引線化、高集成度和小型化發展，半導體封裝要求用更細的鍵合絲進行窄間距、長距離的鍵合，半導體封裝企業對鍵合絲的技術指標提出了低長弧、耐高溫、超細高強等越來越高的要求。同時，為降低鍵合金絲高成本帶來的影響，各生產廠商加快了對低成本鍵合絲的研發步伐。
[0003]銅絲具有比金絲更優異的導熱、導電性能，斷裂負荷及剛性更強，在模壓和封裝過程中可以得到更優異的球頸強度和較高的弧線穩定性，金屬間化合物(IMC)生長緩慢，與基底間的結合穩定，成本低;但銅絲易氧化，長期使用降低了器件的可靠性。
[0004]目前常規用來解決銅絲氧化問題的是制備鍍鈀銅鍵合絲，利用鍍鈀層隔絕銅絲與空氣的接觸，降低其氧化速率，但在燒球鍵合過程中，由于鍍鈀層與基材銅絲的再結晶溫度不同，容易發生歪球等不良；且鍍鈀銅絲硬度高，鍵合時易對芯片造成傷害，導致硅彈坑和芯片開裂。因此，發明一種可以解決銅絲氧化問題的銅銀合金鍵合絲是十分必要的。
【發明內容】
[0005]
本發明所要解決的技術問題是，提供一種銅銀合金鍵合絲及其制備方法，所制備的鍵合絲強度高，導電、導熱性能好;硬度低，抗氧化性好;且具有更好的拉絲加工性能。
[0006]解決現本發明的技術問題所采用的技術方案如下:
一種銅銀合金鍵合絲，其特征在于:作為主合金的銀含量0.1?5 wt %，作為微量合金的稀土元素含量< 15ppm，余量為作為基底材料的銅。
[0007]作為微量合金的稀土元素含量優選為3?15ppm。
[0008]所述的銅銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于按照以下步驟制備而成:
1)、原料:選擇99.999%以上的原料;或利用提純工藝，使原料的純度達到99.999%以上；
2)、合金:將高純銅和高純銀，或者將高純銅、銀和微量合金元素混合，經過預合金和母合金，制備合金錠材料；
3)、拉鑄:經過真空連續拉鑄工藝，將合金錠材料熔鑄成銅銀合金棒；
4)、拉絲:將銅銀合金棒通過拉絲機拉成所需線徑的絲線；
5)、退火。
[0009]其中步驟2)合金中，合金溫度為1100?1600°C，兩步真空中頻合金，以保證合金的均勻性和產品穩定性。
[0010]其中步驟3)拉鑄中，拉鑄溫度為1080?1300°C，采用連續拉鑄方式，以保證后道合金絲的良好加工性能。
[0011]其中步驟5)的退火中，成品線徑合金絲的退火溫度為450?650°C。
[0012]本發明具有以下優點:
第一、鍵合絲基底材料為高純銅，強度高，導電、導熱性能好;合金主成分為銀，硬度低，抗氧化性好，降低了銅絲的氧化速率;微量合金摻雜，表面偏析鈍化，進一步降低銅絲氧化速率，且細化晶粒，增強了拉絲過程中的加工性能。
[0013]第二、銅銀合金鍵合絲強度高，能夠很好地適應窄間距、低長弧、耐高溫和超細高強的鍵合趨勢要求。
[0014]第三、與鍍鈀防氧化相比，銅銀合金鍵合絲在使用過程中燒球更均勻，不會因內外層金屬間結晶溫度不同導致歪球現象，且硬度低，降低了鍵合過程中對芯片的損傷，使用性能更穩定，適用范圍更廣泛。
【附圖說明】
[0015]圖1本發明實施例1、實施例2制備的銅銀合金鍵合絲與純銅絲的抗氧化性能對比效果圖。
【具體實施方式】
[0016]
下面結合實施例對本發明作進一步描述。
[0017]實施例1: 一種直徑為20ym(0.8mil)的銅銀合金鍵合絲，組成鍵合絲的材料各成分重量百分比為:
主合金Ag(銀)用量為0.5%，微量合金Ce(鈰)用量為5ppm，余量為基底材料Cu(銅)。
[0018]其制備方法包括以下步驟:
第一步，原料:選擇達到99.999%以上高純度的銅、銀、鈰原料；
第二步，合金:根據合金成分，在1250 ± 5°C下以氮氣為保護氣體，制備預合金、母合金；第三步，拉鑄:1200 土 5°C下進行真空連續拉鑄工藝，熔鑄成直徑為8 土 0.3mm的銅銀合金棒；
第四步，拉絲:將銅銀合金棒先通過粗拉設備拉制成直徑為1.55mm的合金絲，再通過中拉設備拉制成直徑為0.26mm的合金絲，最終利用細拉、超細拉設備拉制成直徑為20μηι的銅銀合金絲；
第五步，退火:在溫度為600 土 10°C的退火設備上對銀合金線進行退火處理，以消除合金絲的內應力，使之不產生扭曲、彎曲，調整機械性能，斷裂力BL>7gf、延伸率E/L 13?17%;第六步，繞線:根據產品長度要求，分繞成不同長度的小軸；
第七步，產品檢驗:用放大倍數為250倍的光學顯微鏡檢驗合金鍵合絲表面情況，觀察有無裂紋和雜質；用放線設備檢驗鍵合絲的放線和應力情況；用萬能材料試驗機檢驗鍵合絲的機械性能是否符合要求，其要求為:斷裂力B/L>7gf、延伸率E/L 13?17%;
第八步，成品制備:將檢驗合格的銅銀合金鍵合絲產品按照要求進行包裝，檢驗不合格的廣品粘貼不合格標簽后報廢入庫。
[0019]實施例2:—種直徑為30ym(1.2mil)的銅銀合金鍵合絲，組成鍵合絲的材料各成分重量百分比為:
主合金Ag(銀)用量為4.0%，余量為基底材料Cu(銅)。
[0020]其制備方法包括以下步驟:
第一步，原料:選擇達到99.999%以上高純度的銅、銀原料；
第二步，合金:根據合金成分，在1200 ± 5°C下以氮氣為保護氣體，制備預合金、母合金；第三步，拉鑄:1150 土 5°C下進行真空連續拉鑄工藝，熔鑄成直徑為8 土 0.3mm的銅銀合金棒；
第四步，拉絲:將銅銀合金棒先通過粗拉設備拉制成直徑為1.55mm的合金絲，再通過中拉設備拉制成直徑為0.26mm的合金絲，最終利用細拉、超細拉設備拉制成直徑為20μηι的銅銀合金絲；
第五步，退火:在溫度為550 土 10°C的退火設備上對銀合金線進行退火處理，以消除合金絲的內應力，使之不產生扭曲、彎曲，調整機械性能，斷裂力BL>17gf、延伸率E/L 18-22%；
第六步，繞線:根據產品長度要求，分繞成不同長度的小軸；
第七步，產品檢驗:用放大倍數為250倍的光學顯微鏡檢驗合金鍵合絲表面情況，觀察有無裂紋和雜質；用放線設備檢驗鍵合絲的放線和應力情況；用萬能材料試驗機檢驗鍵合絲的機械性能是否符合要求，其要求為:斷裂力B/L>17gf、延伸率E/L 18?22%;
第八步，成品制備:將檢驗合格的銅銀合金鍵合絲產品按照要求進行包裝，檢驗不合格的廣品粘貼不合格標簽后報廢入庫。
[0021]本發明制備的銅銀合金鍵合絲，可以達到如下技術指標:
實施例1中，銅銀合金鍵合絲BL平均值可以達到9.8gf，EL平均值可以達到15.6% ；實施例2中，銅銀合金鍵合絲BL平均值可達18.3gf，EL平均值可以達到21.1%。在150°C，100%濕度下測試相同線徑鍵合絲的抗氧化性能如附圖1所示。由圖1可知，純銅絲在12小時后開始發生氧化反應，銅絲的重量明顯增加，反應速度較快，72小時后反應完全，重量不再增加。實施例1和實施例2在84小時以后開始發生氧化反應，反應速率明顯比純銅絲慢，168小時后銅絲的氧化比例約占50%，抗氧化性良好。
[0022]所述的熔鑄爐、拉絲機、退火爐、鍵合絲放線設備、萬能材料試驗機等設備，皆為常規鍵合絲生產制備和檢驗設備，其使用方法也為本領域普通技術人員所知悉。
【主權項】
1.一種銅銀合金鍵合絲，其特征在于:作為主合金的銀含量0.1?5wt %，作為微量合金的稀土元素含量< 15ppm，余量為作為基底材料的銅。2.如權利要求1所述的銅銀合金鍵合絲，其特征在于:作為微量合金的稀土元素含量3?15ppm03.如權利要求1或2所述的銅銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于按照以下步驟制備而成: 1)、原料:選擇99.999%以上的原料;或利用提純工藝，使原料的純度達到99.999%以上； 2)、合金:將高純銅和高純銀，或者將高純銅、銀和微量合金元素混合，經過預合金和母合金，制備合金錠材料； 3)、拉鑄:經過真空連續拉鑄工藝，將合金錠材料熔鑄成銅銀合金棒； 4)、拉絲:將銅銀合金棒通過拉絲機拉成所需線徑的絲線； 5)、退火。4.如權利要求3所述的銅銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于:其中步驟2)合金中，合金溫度為1100?1600°C，兩步真空中頻合金，以保證合金的均勾性和產品穩定性。5.如權利要求3所述的銅銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于:其中步驟3)拉鑄中，拉鑄溫度為1080?1300°C，采用連續拉鑄方式，以保證后道合金絲的良好加工性能。6.權利要求3所述的銅銀合金鍵合絲的制備方法，其特征在于:其中步驟5)的退火中，成品線徑合金絲的退火溫度為450?650°C。
【專利摘要】本發明是一種銅銀合金鍵合絲，作為主合金的銀含量0.1～5wt%，作為微量合金的稀土元素含量≤15ppm，余量為作為基底材料的銅。鍵合絲基底材料為高純銅，強度高，導電、導熱性能好；合金主成分為銀，硬度低，抗氧化性好，降低了銅絲的氧化速率；微量合金摻雜，表面偏析鈍化，進一步降低銅絲氧化速率，且細化晶粒，增強了拉絲過程中的加工性能。
【IPC分類】C22C9/00, C22C1/02
【公開號】CN105463237
【申請號】CN201510880814
【發明人】林良
【申請人】煙臺一諾電子材料有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月5日