銀合金焊接導(dǎo)線的制作方法
【專利摘要】一種銀合金焊接導(dǎo)線，包含一銀合金組份，包括銀、鈀，及鍺，基于該銀合金組份的重量百分比為100wt%計(jì)，鈀的重量百分比不小于3wt%，且不大于4wt%，鍺的重量百分比不小于0.015wt%，且不大于0.1wt%。本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線通過鈀及鍺的特定比例的控制，除了可克服提升可靠性外，還可提升結(jié)球穩(wěn)定性及真圓性，更適于應(yīng)用在封裝【技術(shù)領(lǐng)域】的引線鍵合工藝中，有效提升引線鍵合工藝的成品率及穩(wěn)定性。
【專利說明】銀合金焊接導(dǎo)線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】的一種焊接導(dǎo)線，特別是涉及一種用于 半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】的銀合金焊接導(dǎo)線

【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】中，封裝工藝主要是將一 1C芯片設(shè)置于一印刷電路板，設(shè) 置方式是利用一焊接導(dǎo)線的兩端分別連接該1C芯片及該印刷電路板的一墊片（pad)，使得 該1C芯片可固設(shè)于該印刷電路板；接著，再將該印刷電路板置于一封裝座的一容置空間并 填充一樹脂，用于包覆該1C芯片，使其與外界隔離，而成一封裝件。
[0003] 由于金（Au)的導(dǎo)電率高且穩(wěn)定性佳，不易與其他種類的金屬反應(yīng)，所以以往的焊 接導(dǎo)線通常是以金線為主。然而，眾所皆知的是，金是極為貴重的金屬，當(dāng)所需焊接于印刷 電路板的半導(dǎo)體芯片數(shù)量大或所需焊接導(dǎo)線線路多時(shí)，將使得整體封裝件的成本高昂。據(jù) 此，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的研究人員轉(zhuǎn)往開發(fā)成本相對金而言較低的焊接導(dǎo)線。其中，因?yàn)殂y的導(dǎo) 電率高，而成為替代金焊接導(dǎo)線的主要材料。
[0004] 當(dāng)一焊接導(dǎo)線僅以單一銀金屬元素構(gòu)成，雖然其具備導(dǎo)電率高的特性，但該焊接 導(dǎo)線的線材強(qiáng)度及可靠度卻不盡理想。據(jù)此，日本專利公告案號JP11288962(下稱'962 案）揭示了一種銀合金焊接導(dǎo)線，并揭示將小于l〇wt%的鈀（Pd)及0. 001至0. Olwt%的鍺 (Ge)加入銀而成為銀合金焊接導(dǎo)線時(shí)，可以改善焊接導(dǎo)線的線材強(qiáng)度，且該日本專利公告 案還特別指出，當(dāng)鍺大于0. Olwt%時(shí)，反而導(dǎo)致該焊接導(dǎo)線的可靠度過低而不適合作為焊 接導(dǎo)線。
[0005] 然而，上述焊接導(dǎo)線雖然可改善可靠度，但在1C芯片的尺寸持續(xù)微縮的情況下， 發(fā)明人卻又發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生將在下面描述的另一個(gè)嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致該焊接導(dǎo)線在時(shí)無法在半 導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】中繼續(xù)被使用。
[0006] 本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，用于封裝小尺寸的1C芯片時(shí)，例如用于封裝100納米以下的半 導(dǎo)體工藝所制得的1C芯片，除了線材強(qiáng)度及可靠度外，線材的結(jié)球穩(wěn)定性更是維持該焊接 導(dǎo)線穩(wěn)定性高、不易傾倒、重力平衡的主要因素。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供結(jié)球穩(wěn)定性、拉線強(qiáng)度，及可靠度俱佳的銀合金焊接導(dǎo)線。
[0008] 本發(fā)明的銀合金焊接導(dǎo)線，包含一銀合金組份，該銀合金組份包括銀、鈀，及鍺，基 于該銀合金組份的重量百分比為l〇〇wt%計(jì)，鈀的重量百分比不小于3wt%，且不大于4wt%， 鍺的重量百分比不小于〇. 〇15wt%，且不大于0. lwt%。
[0009] 本發(fā)明的銀合金焊接導(dǎo)線，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. 05wt%。
[0010] 本發(fā)明的銀合金焊接導(dǎo)線，該銀合金組份還包括一添加劑，基于該銀合金組份的 重量百分比為l〇〇wt%計(jì)，該添加劑的重量百分比不小于0. 05wt%，不大于0. lwt%，且該添加 劑選自銅、鎳，及其組合。 toon] 本發(fā)明的銀合金焊接導(dǎo)線，該添加劑選自銅及鎳。
[0012] 本發(fā)明的銀合金焊接導(dǎo)線，該添加劑為銅。
[0013] 本發(fā)明的銀合金焊接導(dǎo)線，該銀合金組份還包括一添加劑，基于該銀合金組份的 重量百分比為l〇〇wt%計(jì)，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. 05wt%，該添加劑的 重量百分比不小于〇. 〇5wt%，且不大于0. lwt%，該添加劑選自銅、鎳，及其組合。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于：銀合金焊接導(dǎo)線利用不小于3wt%且不大于4wt%的鈀，配 合不小于0.015wt%且不大于0. lwt%的鍺，顯著地提升該焊接導(dǎo)線的可靠度及結(jié)球穩(wěn)定性； 再配合特定比例的添加劑時(shí)，可進(jìn)一步地增進(jìn)可靠度、回路高度穩(wěn)定性，及結(jié)球穩(wěn)定性的功 效。

【具體實(shí)施方式】 [0015]
[0016] 在本發(fā)明被詳細(xì)描述前，應(yīng)當(dāng)注意在以下的說明內(nèi)容中，類似的元件是以相同的 編號來表不。
[0017] 本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線的一第一較佳實(shí)施例包含一銀合金組份。
[0018] 該銀合金組份包括銀、鈀及鍺?；谠撱y合金組份的重量百分比為100wt%計(jì)， 鈕1的重量百分比不小于3wt%，且不大于4wt%，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于 0· lwt%〇
[0019] 其中，該銀合金組份的重量百分比不小于3wt%且不大于4wt%的鈀，配合重量百分 比不小于0. 〇15wt%且不大于0. lwt%的鍺，除了提高該銀合金焊接導(dǎo)線具備良好的拉線強(qiáng) 度及可靠性外，還具備良好的結(jié)球穩(wěn)定性，既而供后續(xù)封裝工藝的穩(wěn)定性佳，及引線鍵合成 品率佳。以下，更進(jìn)一步地說明本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線。
[0020] 該銀合金組份的銀、鈀、鍺的排列方式皆為面心立方結(jié)構(gòu)（FCC)，且在鈀的重量百 分比不小于3wt%且不大于4wt%，及鍺的重量百分比不小于0. 015wt%且不大于0. lwt%時(shí)， 銀、鈀、鍺構(gòu)成該銀合金組份仍然維持面心立方結(jié)構(gòu)，并利用面心立方結(jié)構(gòu)自身在被塑形時(shí) 不易斷裂的特性，既而維持該第一較佳實(shí)施例銀合金焊接導(dǎo)線兼具有高拉線強(qiáng)度及塑形 穩(wěn)定性，此處所稱的塑形穩(wěn)定性包括經(jīng)引線鍵合工藝后焊接導(dǎo)線的回路高度穩(wěn)定性，及引 線鍵合工藝中焊接導(dǎo)線的結(jié)球穩(wěn)定性。
[0021] 特別地，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%且不大于0. 05wt%更佳。
[0022] 進(jìn)一步地，本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線的一第二較佳實(shí)施例與該第一較佳實(shí)施例相 似，其不同處在于該第二較佳實(shí)施例的該銀合金組份還包括一添加劑，該添加劑選自銅、 鎳，及其組合。
[0023] 基于該銀合金組份的重量百分比為lOOwt%計(jì)，鈀的重量百分比不小于3wt%，且不 大于4wt%，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. lwt%，該添加劑的重量百分比不 小于0. 05wt%，且不大于0. lwt%，再者，該銀合金組份除上述的鈀、鍺，及該添加劑外，余量 為銀。
[0024] 該添加劑的金屬元素的共同性質(zhì)在于其也是面心立方結(jié)構(gòu)，既而可在維持本發(fā)明 銀合金焊接導(dǎo)線為具有較多滑移系（slip system)的面心立方結(jié)構(gòu)的狀況下，進(jìn)而提升本 發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線的引線鍵合成品率及穩(wěn)定性。
[0025] 較佳地，該添加劑選自銅及鎳；更佳地，該添加劑為銅，而可具備良好的拉伸強(qiáng)度、 可靠度、回路高度穩(wěn)定性，及結(jié)球穩(wěn)定性。
[0026] 特別地，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%且不大于0. 05wt%更佳。
[0027] 需特別說明的是，受限于目前提煉金屬的技術(shù)程度，本發(fā)明所稱的銀、鍺、鈀，及該 添加劑的金屬元素，指的是純度為99. 99%以上的銀、鍺、鈀，及該添加劑的金屬元素。
[0028] 〈具體例及其測試結(jié)果〉
[0029] 下表1為本發(fā)明用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線的具體例1?28及比較例1? 7的成分比例，及具體例與比較例所進(jìn)行的測試結(jié)果；其中，具體例1?4茲屬該第一較佳 實(shí)施例，具體例5?28茲屬該第二較佳實(shí)施例。測試項(xiàng)目包括拉伸強(qiáng)度、壓力鍋蒸煮試驗(yàn) (pressure cooker test,簡稱PCT，又稱飽和蒸汽試驗(yàn)）、回路高度穩(wěn)定性，及結(jié)球穩(wěn)定性。
[0030] 首先，先準(zhǔn)備表1所列出的純度大于99. 99%的各原料，并依預(yù)設(shè)比例的銀合金組 份的重量百分比混合；接著，經(jīng)連續(xù)鑄造工藝而成徑寬為8?10_的銀合金母線；繼續(xù)，再 對該銀合金母線施以連續(xù)且數(shù)次的粗拉線工藝及中拉線工藝，該銀合金母線的徑面積較拉 線工藝前的銀合金母線的徑面積縮小97%。
[0031] 由于該銀合金母線在受到不間斷的拉扯，并被施予鑄造工藝及拉線工藝等大量加 工工藝后，該銀合金母線也由于累積于內(nèi)部的大量應(yīng)力所造成的位錯(cuò)（dislocation)導(dǎo)致 硬化，大幅增加后續(xù)工藝的困難度，且難以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)所必須的細(xì)拉線工藝。
[0032] 因此，為了解決位錯(cuò)問題，在細(xì)拉線工藝前，先對該銀合金母線進(jìn)行溫度為550°C 的退火熱處理。接著，再對退火熱處理后的銀合金母線施予連續(xù)的細(xì)拉線工藝及超細(xì)拉線 工藝，得到最終線徑的導(dǎo)線，而后再次進(jìn)行溫度為600°C退火熱處理，制作本發(fā)明銀合金焊 接導(dǎo)線。
[0033] 以下說明對所述具體例及比較例的測試方法。
[0034][拉伸強(qiáng)度]
[0035] 取10cm的一受測的銀合金焊接導(dǎo)線，以型號為JIS Z2201的拉線機(jī)臺，并通過每 分鐘0. 1至lcm的速度拉伸該受測的銀合金焊接導(dǎo)線，直到該受測的銀合金焊接導(dǎo)線斷裂， 而得到一個(gè)拉伸強(qiáng)度值。
[0036][壓力鍋蒸煮試驗(yàn)]
[0037] 首先，將100條受測的銀合金焊接導(dǎo)線經(jīng)引線鍵合工藝而與一墊片接合后，將所 述受測的銀合金焊接導(dǎo)線放置于溫度為120°C、濕度為100%R.H.，及壓力為29.7psi的環(huán) 境達(dá)250小時(shí)；接著，對所述已接受高壓、高濕及高熱的受測的銀合金焊接導(dǎo)線進(jìn)行推球測 試。利用一廠牌為DAGE，型號為dage4000的推球試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行推球測試，其推球試驗(yàn)機(jī)的推 刀荷重為250g，當(dāng)對該焊接導(dǎo)線進(jìn)行推球測驗(yàn)所得到的推球值小于20g時(shí)，則判定失效。
[0038] 在測驗(yàn)100條銀合金焊接導(dǎo)線后，以"◎"表示0條銀合金焊接導(dǎo)線失效；以"〇" 表示1條銀合金焊接導(dǎo)線失效；以"Λ"表示2?3條銀合金焊接導(dǎo)線失效；以" X "表示不 小于4條銀合金焊接導(dǎo)線失效；其中，失效條數(shù)愈多，則可靠度愈低；0條銀合金焊接導(dǎo)線失 效表示可靠度極佳；1條銀合金焊接導(dǎo)線失效表示可靠度較佳；2?3條銀合金焊接導(dǎo)線失 效表示可靠度為普通程度；不小于4條銀合金焊接導(dǎo)線失效表示可靠度極差。
[0039][回路高度穩(wěn)定性]
[0040] 將待測的銀合金焊接導(dǎo)線焊合于一墊片上，總計(jì)分別焊合100條銀合金焊接導(dǎo) 線，并維持每一焊合后的銀合金焊接導(dǎo)線的弧高為1〇〇至200 μ m ;接著，以SEM(廠牌為 HITACHI，型號為S-3000N)觀察并挑選出在所述焊合后的銀合金焊接導(dǎo)線中，外貌與整體 銀合金焊接導(dǎo)線相較而言，其外貌差異較大的銀合金焊接導(dǎo)線。
[0041] 其中，以"◎"表示外貌差異大的銀合金焊接導(dǎo)線的數(shù)量為0條；以"〇"表示外貌 差異大的銀合金焊接導(dǎo)線的數(shù)量為1條：以"Λ"表示外貌差異大的銀合金焊接導(dǎo)線的數(shù)量 為2條；以" X "表示外貌差異大的銀合金焊接導(dǎo)線的數(shù)量不小于3條。其中，外貌差異大 的數(shù)量愈多，則回路高度穩(wěn)定性愈低；〇條銀合金焊接導(dǎo)線失效表示回路高度穩(wěn)定性極佳； 1條銀合金焊接導(dǎo)線失效表示回路高度穩(wěn)定性較佳；2條銀合金焊接導(dǎo)線失效表示回路高 度穩(wěn)定性為普通程度；不小于3條銀合金焊接導(dǎo)線失效表示回路高度穩(wěn)定性極差。
[0042] [結(jié)球穩(wěn)定性]
[0043] 首先，將穿過一焊合磁嘴的一待測的銀合金焊接導(dǎo)線裸露的端部，利用一熱聲波 焊接機(jī)，以電極放電的方式，將該待測的銀合金焊接導(dǎo)線的端部加熱熔融成一球狀形態(tài)的 金屬球（free air ball,簡稱FAB)，而后冷卻。其中，自電極放電至成烙球的過程又稱放電 結(jié)球（Electric flame-off,簡稱EF0)，共重復(fù)對100條待測的銀合金焊接導(dǎo)線的端部形成 金屬球。接著，再觀察所述金屬球：自該銀合金焊接導(dǎo)線的延伸方向俯視所述金屬球，當(dāng)其 中一金屬球在一水平面的一第一方向的徑寬與一垂直該第一方向的第二方向的徑寬間的 比值小于〇. 95,或大于1. 05時(shí)，判定該金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效。
[0044] 其中，以"◎"表示0個(gè)金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效；以"〇"表示1個(gè)金屬球的結(jié)球 穩(wěn)定性失效：以"Λ"表示2至3個(gè)金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效；以" X "表示4個(gè)金屬球的結(jié) 球穩(wěn)定性失效的數(shù)量。其中，金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效的數(shù)量愈多，則金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性 愈低；〇個(gè)金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效表示結(jié)球穩(wěn)定性極佳；1個(gè)金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效表 示結(jié)球穩(wěn)定性較佳；2個(gè)金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效表示結(jié)球穩(wěn)定性為普通程度；不小于3個(gè) 金屬球的結(jié)球穩(wěn)定性失效表不結(jié)球穩(wěn)定性極差。
[0045] 表 1
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該銀合金焊接導(dǎo)線包含一銀合金組份，該銀合 金組份包括銀、鈀，及鍺，基于該銀合金組份的重量百分比為lOOwt%計(jì)，鈀的重量百分比不 小于3wt%，且不大于4wt%，鍺的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. lwt%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：鍺的重量百分比不小于 0· 015wt%，且不大于 0· 05wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該銀合金組份還包括一添加 齊U，基于該銀合金組份的重量百分比為l〇〇wt%計(jì)，該添加劑的重量百分比不小于0.05wt%， 不大于0. lwt%，且該添加劑選自銅、鎳，及其組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該添加劑選自銅及鎳。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該添加劑為銅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該銀合金組份還包括一添加 齊U，基于該銀合金組份的重量百分比為l〇〇wt%計(jì)，鍺的重量百分比不小于0.015wt%，且不 大于0. 05wt%，該添加劑的重量百分比不小于0. 05wt%，且不大于0. lwt%，該添加劑選自銅、 鎳，及其組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該添加劑選自銅及鎳。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于：該添加劑為銅。
【文檔編號】C22C5/06GK104103615SQ201410033356
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月1日
【發(fā)明者】周永昌, 洪子翔 申請人:光大應(yīng)用材料科技股份有限公司