無鍍層鈀網(wǎng)合金線及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明有關(guān)于一種無鍍層鈀網(wǎng)合金線及其制造方法。該制造方法是于一銀基線表面鍍上5nm-120nm的鈀層后，加熱至600-800℃的溫度，持續(xù)該溫度不超過4小時，使表層鈀完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格表面，由此形成含鈀的晶界帶。該無鍍層鈀網(wǎng)合金線是由上述方法制備得到的，也就是由銀基底與含鈀網(wǎng)格晶界帶所組成。與公知的銀系接合線相較下，本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線具有較佳的球部硬度、頸部強(qiáng)度以及熔斷電流密度，更具有極佳耐候性。本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線無須保護(hù)氣體可直接應(yīng)用在LED工藝中，不僅兼顧低阻抗且可避免公知接合線于實(shí)施使用時因凝固偏析所造成的歪球，頸部強(qiáng)度低，甚至保存時間短等應(yīng)用問題。
【專利說明】無鍍層鈀網(wǎng)合金線及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種無鍍層鈀網(wǎng)合金線及其制造方法，尤其是指一種無表面鍍層的銀或銀合金封裝導(dǎo)線，屬于電子工業(yè)中的封裝導(dǎo)線【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]低電阻率是一般電子產(chǎn)品封裝導(dǎo)線的基本要求，而對于高速運(yùn)作及高頻的集成電路組件而言(例如:高速放大器、震蕩器、電源管理集成電路、以及高速通訊組件等)，為了避免訊號延遲(signal delaying)及串音干擾(cross talk interference),對導(dǎo)線的電阻率要求更為嚴(yán)格；此外，為了確保產(chǎn)品在長時間及嚴(yán)苛條件下能夠維持正常壽命與功能(耐候性)，可靠度的考慮也極為重要；因此，封裝產(chǎn)業(yè)需要能夠兼顧低阻抗且高信賴的打線接合線材。
[0003]目前常見的封裝導(dǎo)線，有金線、銅線、銀線、合金線等，以銀線為例，銀是在所有材料中電阻率最低的元素，然純銀線在鋁墊上打線接合時也會生成脆性的介金屬化合物(Ag2Al或Ag4Al);此外，純銀線在含水氣的封裝材料內(nèi)部很容易發(fā)生電解離子遷移現(xiàn)象(1n migrat1n),亦即，純銀在含水氣環(huán)境會經(jīng)由電流作用水解溶出銀離子,再與氧反應(yīng)成為不穩(wěn)定的氧化銀(AgO)，此氧化銀因而會進(jìn)行脫氧化作用(deoxidize)形成銀原子，并向正極成長出樹葉紋理狀(leaf vein)的銀須，最后造成正負(fù)電極的短路；因此，目前純銀線并無法提供業(yè)界所需的成球性與穩(wěn)定性；因此有業(yè)者以銀為主的合金線(例如包括銅、鉬、錳、鉻、金等元素)作為封裝導(dǎo)線，但所形成的線材仍無法兼具低阻抗及高可靠度的性質(zhì)。
[0004]此外，為了解決純銀接合線亦氧化的問題，有業(yè)者提出于其表面鍍上其它金屬鍍層以改善易氧化及腐蝕的方法，請一并參閱新日鐵高新材料股份有限公司與日鐵微金屬股份有限公司所申請的一系列有關(guān)半導(dǎo)體裝置用合接線的中國臺灣發(fā)明專利，公告第1342809所揭露的“半導(dǎo)體裝置用合接線”、公告第1364806所揭露的“半導(dǎo)體裝置用合接線”、公告第1364806所揭露的“半導(dǎo)體用接合導(dǎo)線”、公開第201107499的“半導(dǎo)體用銅合金接合線”、公開第201140718的“半導(dǎo)體用銅接合線及其接合構(gòu)造”以及公開第201230903的“復(fù)數(shù)層銅接合線的接合構(gòu)造”;上述前案的接合線結(jié)構(gòu)大抵皆是于一芯材(可為銅、金、銀等金屬所構(gòu)成)表面設(shè)有一表皮層(可為鈀、釕、銠、鉬，以及銀所構(gòu)成)，導(dǎo)致上述接合線于實(shí)際實(shí)施使用時常產(chǎn)生下述缺點(diǎn):(a)因鍍金屬的線材其表面具有一表皮層，使得硬度偏高，且工藝電流控制不易，常導(dǎo)致鍍層厚度不均，造成封裝過程整體產(chǎn)出率差、良率偏低；(b)銀或銀合金鍍上鈕層于燒球成型(electric frame off,EF0)時，因表面的鈕層使得成球(free air ball, FAB)的球心硬度過硬,造成焊球上方頸部的強(qiáng)度不足,于打線(wirebonding, WB)后，常發(fā)生頸部斷裂問題，進(jìn)而導(dǎo)致接合界面剝離的問題發(fā)生；且鈀元素在焊球中也具偏析問題，該球部組織差異大影響打線條件。
[0005]此外，一般打線接合線材于端部熔融形成焊球的同時，是利用一輸氣裝置持續(xù)地供應(yīng)保護(hù)氣體(例如氮、氬或氮?dú)浠旌蠚?，以保護(hù)焊球成形，其中的氮、氬氣可包覆保護(hù)焊球避免氧化，而氮?dú)浠旌蠚庵械臍錃飧蛇€原焊球上已氧化的部份，有助于保護(hù)焊球的成型，最后，再將連接有焊線的焊球接合于晶?；蜉d體的焊墊上；然而，保護(hù)氣體的使用不僅增加制造成本，且當(dāng)保護(hù)氣體控制不當(dāng)，造成流量不穩(wěn)或紊流，會導(dǎo)致焊球燒球異常，使得進(jìn)行打線工藝后的質(zhì)量異常，造成電性和界面強(qiáng)度不足等問題；且純銀或銀合金接合線于無保護(hù)氣體的環(huán)境下，不具成球性，無法達(dá)到LED封裝產(chǎn)業(yè)工藝可靠度的質(zhì)量要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明主要目的為提供一種無鍍層鈀網(wǎng)合金線及其制造方法，尤其是指一種無表面鍍層的銀或銀合金封裝導(dǎo)線，其不僅有較佳的球部硬度、頸部強(qiáng)度以及熔斷電流密度，亦可解決傳統(tǒng)銀線于形成焊球的同時必需加入保護(hù)氣體所產(chǎn)生的問題。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法，其是于一銀基線表面鍍上5nm-120nm (厚度)的鈀層后，加熱至600-800°C的溫度，持續(xù)該溫度不超過4小時，使鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格表面(也就是銀基線晶界網(wǎng)格內(nèi))，由此形成含鈀晶界帶。
[0008]在上述制造方法中，優(yōu)選地，使鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格表面的溫度為 720 0C ο
[0009]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在上述制造方法中，優(yōu)選地，所述銀基線的成分可包含有l(wèi)-5wt.%的金元素(以所述銀基線的總重量為基準(zhǔn));更優(yōu)選為3wt.%的金元素。由此，所制備得到的無鍍層鈀網(wǎng)合金線可以具有更佳的球部硬度與熔斷電流密度。
[0010]本發(fā)明提供的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法，其是于一銀基線表面鍍上5nm-120nm (厚度)的鈀層后，加熱至600-800°C的溫度，持續(xù)該溫度不超過4小時，使鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格中形成含鈀晶界帶；其中，使鈀元素完全熱擴(kuò)散的溫度優(yōu)選為720°C ;與公知接合線相較下，本發(fā)明由于鈀粒子完全固態(tài)擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格內(nèi)，不僅能保有低電阻性，燒球后亦具有較小的球部硬度；經(jīng)打線工藝后，可避免如傳統(tǒng)常發(fā)生于頸部斷裂問題，進(jìn)而導(dǎo)致接合界面剝離的問題發(fā)生，且導(dǎo)線內(nèi)的電子可順利通過鈀網(wǎng)晶界而通過銀晶粒直接傳輸，因而具有較低的電阻率，相較非純銀線具有較大的熔斷電流密度；同時，本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線可避免傳統(tǒng)的接合銀線易氧化的缺失，于大氣潔凈環(huán)境中其抗氧化性亦達(dá)21天以上；再者，無鍍層鈀網(wǎng)合金線在無保護(hù)氣體的環(huán)境下，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)仍具良好的成球性，不僅可減少封裝制造成本，且亦無須顧及保護(hù)氣體的流量控制，降低工藝上會影響質(zhì)量的因素。
[0011]本發(fā)明還提供上述無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法所制備得到的無鍍層鈀網(wǎng)合金線。本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線由銀基底與含鈀網(wǎng)格晶界帶所組成。
[0012]本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線不僅可解決傳統(tǒng)銀線于形成焊球的同時必需加入保護(hù)氣體所產(chǎn)生的問題和降低線材冶金偏析，亦具有較佳的熔斷電流密度與抗氧化功效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實(shí)施例1的無鍍層鈀網(wǎng)合金線熱處理后鈀元素完全擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格內(nèi)的顯微鏡組織圖。
[0014]圖2為實(shí)施例2的無鍍層鈀網(wǎng)合金線熱處理后鈀元素完全擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格內(nèi)的顯微鏡組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的目的及其結(jié)構(gòu)功能上的優(yōu)點(diǎn)，將依據(jù)以下附圖，配合具體實(shí)施例予以說明，以對本發(fā)明有更深入且具體的了解。
[0016]首先，本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線適用于IC封裝、LED封裝等的電子工業(yè)零件的封裝導(dǎo)線；其具體實(shí)施例1的制造方法是于一銀基線表面鍍上5nm-120nm厚度的鈀層后，加熱至600-800°C的溫度，持續(xù)該溫度至多4小時，使鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格內(nèi)，由此形成含鈀的晶界帶，使得本發(fā)明的無鍍層鈀網(wǎng)合金線由銀基底與含鈀網(wǎng)格晶界帶所組成，與公知銀系接合線相較下，具有較佳的球部硬度、頸部強(qiáng)度以及熔斷電流密度，更具有極佳耐候性；請參閱圖1所示，其為本發(fā)明實(shí)施例1的無鍍層鈀網(wǎng)合金線其鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格中的顯微鏡組織圖；其中，優(yōu)選的加熱溫度為720V ;請參閱表1所示，其是于銀基線(18 μ m)表面鍍上厚度分別為5nm、60nm、120nm以及140nm的IE層，加熱至720°C時，持續(xù)30分、I小時、2小時、3小時以及4小時后，于銀基線表面量測鈀層殘留厚度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；可清楚得知，厚度為5nm-120nm的鈀層，在溫度為720°C持續(xù)30分-4小時后，銀基線表面的鈀層將完全擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格內(nèi)，亦即表面無鈀層的殘留。
[0017]表1
[0018]

【權(quán)利要求】
1.一種無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法，其是于一銀基線表面鍍上5nm-120nm的鈀層后，加熱至600-800°C的溫度，持續(xù)該溫度不超過4小時，使鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格表面，由此形成含鈀的晶界帶。
2.如權(quán)利要求1所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法，其中，所述銀基線的成分包含有l(wèi)_5wt.%的金元素。
3.如權(quán)利要求2所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法，其中，所述銀基線的成分包含有3wt.%的金元素。
4.如權(quán)利要求1所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法，其中，使鈀元素完全熱擴(kuò)散至銀基線晶界網(wǎng)格表面的溫度為720°C。
5.一種由權(quán)利要求1所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法制備的無鍍層鈀網(wǎng)合金線。
6.一種由權(quán)利要求2所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法制備的無鍍層鈀網(wǎng)合金線。
7.一種由權(quán)利要求3所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法制備的無鍍層鈀網(wǎng)合金線。
8.一種由權(quán)利要求4所述的無鍍層鈀網(wǎng)合金線的制造方法制備的無鍍層鈀網(wǎng)合金線。
【文檔編號】H01L21/48GK104183503SQ201310203920
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】呂傳盛, 洪飛義 申請人:呂傳盛, 洪飛義