用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線的制作方法
【專利摘要】一種用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，包含一銀合金組份，包括銀、鈀，及一第一添加劑，基于該銀合金組份的重量百分比以100wt%計(jì)，鈀的重量百分比大于0且不大于2wt%，該第一添加劑的重量百分比不小于0.001wt%，且不大于2wt%，該第一添加劑選自銦、錫、鈧、鉍、銻、錳、鋅，及其中一組合。本發(fā)明通過預(yù)定比例的鈀及該第一添加劑，進(jìn)而有效提升經(jīng)引線鍵合后銀合金焊接導(dǎo)線所形成弧形的穩(wěn)定度，且不易傾倒。
【專利說明】用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種焊接導(dǎo)線，特別是涉及一種用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線。【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】中，封裝工藝主要是通過焊接的方式，將一焊接導(dǎo)線(或稱引線)以電連接半導(dǎo)體芯片(或稱IC芯片)的墊片(pad)，及印刷電路板(PCB)的導(dǎo)電線路，而成一封裝半成品；接著，將該封裝半成品設(shè)置于一封裝座的一容置空間，再在該容置空間填充一封裝樹脂，并使該封裝樹脂包覆該封裝半成品，使得該封裝半成品與外界隔離，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。
[0004]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(duì)金而言較低的焊接導(dǎo)線，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。中國(guó)臺(tái)灣專利公開案第201001652號(hào)便揭示一種銀合金導(dǎo)線，主要是將0.05?5wt.%鉬、銠、鋨、金、鈀添加于銀中提高高濕度環(huán)境下的可靠性，抑制含銀合金導(dǎo)線與半導(dǎo)體芯片接墊間的焊接面形成氧化膜及發(fā)生電蝕，以防止焊接面發(fā)生芯片裂紋并改進(jìn)焊接強(qiáng)度，并再進(jìn)一步添加鈣、鋇等改進(jìn)含銀合金焊接導(dǎo)線的可使用性及拉伸強(qiáng)度。
[0005]然而，在半導(dǎo)體芯片【技術(shù)領(lǐng)域】持續(xù)隨著Moore ' s定律微縮尺寸,相對(duì)地,焊接于半導(dǎo)體芯片的墊片的焊接導(dǎo)線的徑寬也愈小。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然銀合金導(dǎo)線出現(xiàn)，降低線材成本且解決銀導(dǎo)線塑性差的問題；然而，在導(dǎo)線線徑寬度必須越來越小的情況下，如何控制合金元素及含量使銀合金焊接導(dǎo)線在引線鍵合或引線鍵合后填充封裝樹脂后不易傾倒且維持回路高度穩(wěn)定性(也就是弧形穩(wěn)定性)，進(jìn)而避免電路短路的問題，成為一重要且亟待解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，包含一銀合金組份，該銀合金組份包括銀、鈀，及一第一添加劑，基于該銀合金組份的重量百分比以100被％計(jì)，鈀的重量百分比大于O且不大于2wt%,該第一添加劑的重量百分比不小于0.001wt%,且不大于2wt%,該第一添加劑選自銦、錫、鈧、鉍、銻、錳、鋅，及其中一組合。
[0007]本發(fā)明的用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，該銀合金組份還包括一第二添加齊U，基于該銀合金組份的重量百分比以100被％計(jì)，該第二添加劑的重量百分比不小于
0.001wt%，不大于2wt%，且該第二添加劑選自銅、鎳、鈷、鈮、鈦、釩，及其中一組合。
[0008]本發(fā)明的用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，該第一添加劑與該第二添加劑的重量百分比總和不大于2wt%。
[0009]本發(fā)明的用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，該第一添加劑選自銦、錫、鋅，及其中一組合。
[0010]本發(fā)明的用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，該第二添加劑選自銅、鎳，及其組
口 O
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:銀合金焊接導(dǎo)線的銀合金組份的鈀、該第一添加劑，及該第二添加劑具有特定的重量百分比時(shí)，可以使該銀合金導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度、伸線斷線率，及焊合后的回路高度穩(wěn)定性極佳，而極適合用于極小尺寸的半導(dǎo)體芯片的封裝工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】[0012]無【具體實(shí)施方式】
[0013]有關(guān)本發(fā)明前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下兩個(gè)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線的用途是在封裝工藝中以焊接的方式電連接半導(dǎo)體芯片的一墊片及一電路板的導(dǎo)電線路，而成一封裝半成品(圖未示出)。更詳細(xì)地說，在半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】中，焊接的方式是以引線鍵合為主。并在引線鍵合后將該封裝半成品設(shè)置于一封裝座的一容置空間中，再填充一封裝樹脂，而成一封裝件，并完成封裝工藝的主要步驟。
[0015]本發(fā)明用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線的一第一較佳實(shí)施例包含一銀合金組份，該銀合金組份包括銀、鈀，及一第一添加劑，該第一添加劑選自銦、錫、鈧、銻、鉍、錳、鋅，及其中一組合。以該銀合金組份的重量百分比以100被％計(jì)，鈀的重量百分比大于O且不大于2wt%，該第一添加劑的重量百分比不小于0.001wt%,且不大于2wt%。需說明的是，在該較佳實(shí)施例中，除了該銀合金組份的鈀及該第一添加劑外，其余含量為銀，且不以僅含有銀為限，若需增進(jìn)該銀合金焊接導(dǎo)線的其他種類的物性，例如導(dǎo)電率，也可視情況添加預(yù)定比例的合適元素。
[0016]其中該第一添加劑的添加量不多，且由相圖得知第一添加劑與銀固溶度高，易形成固溶強(qiáng)化，且該第一添加劑還具備輔助銀抗氧化的特性，使得本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線通過該預(yù)定比例的第一添加劑而提高韌性及回路高度穩(wěn)定性，進(jìn)而使引線鍵合于該半導(dǎo)體芯片的墊片與該印刷電路板的導(dǎo)線電路后的銀合金焊接導(dǎo)線所形成的弧形穩(wěn)定，既而解決在封裝工藝中填充封裝樹脂易傾倒的問題。
[0017]當(dāng)該第一添加劑的重量百分比高于2被％時(shí)，雖然可提高引線鍵合后的回路高度穩(wěn)定性(也就是弧形穩(wěn)定性)，卻易導(dǎo)致伸線斷線率過高；當(dāng)該第一添加劑的重量百分比低于0.001被％時(shí)，易由于該第一添加劑在該銀合金焊接導(dǎo)線中的含量過低而無法提高焊接導(dǎo)線的韌性及引線鍵合后的回路高度穩(wěn)定性。
[0018]本發(fā)明用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線的一第二較佳實(shí)施例與該第一較佳實(shí)施例相似，其不同處在于該銀合金組份還包括一第二添加劑，該第二添加劑選自銅、鎳、鈷、鈮、鈦、釩，及其中一組合?；谠撱y合金組份的重量百分比為100被％計(jì)，鈀的重量百分比大于O且不大于2wt%，該第一添加劑的重量百分比不小于0.001wt%，且不大于2wt%，該第二添加劑的重量百分比不小于0.001wt%，且不大于2wt%。[0019]該第二添加劑的原子尺寸小于銀的原子尺寸，而難以形成置換式固溶體；因此，該第二添加劑應(yīng)會(huì)插入銀原子間的間隙形成間隙性固溶，進(jìn)而產(chǎn)生間隙強(qiáng)化且與銀固溶，既而提升該銀合金導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)提升焊接后回路高度穩(wěn)定性。然而，當(dāng)該第二添加劑的重量百分比大于2wt%時(shí)，雖提高銀合金導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度但會(huì)使得引線鍵合工藝時(shí)無法形成穩(wěn)定且高弧高離散率的弧形的焊接導(dǎo)線；當(dāng)該第二添加劑的重量百分比小于
0.001wt%時(shí)，由于其含量太低，而無法有效提升抗拉強(qiáng)度。
[0020]較佳地，該第一添加劑與該第二添加劑的重量百分比總和不大于2wt%。
[0021]更佳地，該第一添加劑選自銦、錫、鋅，及其中一組合，該第二添加劑選自銅、鎳，及其組合。
[0022]還需說明的是，目前的金屬原料主要是經(jīng)提煉制得，所以就算是純銀，以現(xiàn)今的提煉技術(shù)，仍然難以避免地含有微量無法分離的微量雜質(zhì)，所以此處所稱的銀的純度為99.99%以上，并忽略其中的微量雜質(zhì)；此外，鈀、該第一添加劑，及該第二添加劑的純度也是99.99%以上。
[0023]<具體例及其測(cè)試結(jié)果>
[0024]下表1為本發(fā)明用在半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線的具體例I~14及比較例I~6的成分比例及所進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目。其中，具體例I~5茲屬該第一較佳實(shí)施例，具體例6~14茲屬該第二較佳實(shí)施例，并進(jìn)行伸線斷線率、抗拉強(qiáng)度，及回路高度穩(wěn)定性的測(cè)試。
[0025]具體例及比較例的制作方法主要是先以純度大于99.99%的銀、鈀，及第一添加劑、第二添加劑為原料。
[0026]首先，先準(zhǔn)備表1所列出的各原料的重量百分比例；接著，經(jīng)鑄造而成徑寬為8~IOmm的銀合金母線；繼續(xù)，再對(duì)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，使得該銀合金母線的徑面積較拉線工藝前的銀合金母線縮小97%。
[0027]而后，對(duì)該銀合金母線進(jìn)行退火熱處理，再對(duì)該退火后的銀合金母線施以連續(xù)且數(shù)次的細(xì)拉線工藝及超細(xì)拉線工藝而成一銀合金焊接導(dǎo)線；最后，再對(duì)該銀合金焊接導(dǎo)線進(jìn)行退火熱處理，而成為本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線。其中，對(duì)拉線工藝后的該銀合金母線或銀合金焊接導(dǎo)線進(jìn)行退火熱處理的原因是由于粗拉線工藝、中拉線工藝、細(xì)拉線工藝及超細(xì)拉線工藝屬于連續(xù)加工工藝，當(dāng)一銀合金線材經(jīng)不斷地變形及受拉扯后，將在線材內(nèi)部聚積大量的應(yīng)力，且受拉扯的母線也因?yàn)樾纬晌诲e(cuò)(dislocation)而硬化，所以通過退火熱處理供銀合金線材的原子重新排列，并釋放應(yīng)力，既而軟化該銀合金焊接導(dǎo)線。
[0028]以下說明具體例與比較例的測(cè)試方法。其主要是以拉伸強(qiáng)度顯示本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線的機(jī)械性質(zhì)，以伸線斷線率及回路高度穩(wěn)定性顯示本發(fā)明銀合金焊接導(dǎo)線的質(zhì)量。
[0029][拉伸強(qiáng)度的測(cè)試方法]
[0030]準(zhǔn)備長(zhǎng)度為IOcm的一待測(cè)焊接導(dǎo)線，將該待測(cè)焊接導(dǎo)線以每分鐘0.1~I厘米的速率在大氣環(huán)境下拉至斷線，且使用JIS Z2201標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)范測(cè)量該焊接導(dǎo)線的拉伸強(qiáng)度。
[0031][伸線斷線率的測(cè)試方法]
[0032]測(cè)量經(jīng)退火熱處理的該銀合金母線在細(xì)拉線工藝中的斷線發(fā)生次數(shù)。該銀合金母線進(jìn)行細(xì)拉線工藝而將該細(xì)線長(zhǎng)度拉至大于5000m，并測(cè)量斷線發(fā)生的次數(shù)。
[0033]在表1中，以“ ◎”表示斷線O次；以“ O ”表示斷線I次；以“Λ”表示斷線2~3次；以“ X ”表示斷線不小于4次；其中，斷線O次表示斷線率極低；斷線I次表示斷線率較低；斷線2~3次表示斷線率為普通程度；斷線不小于4次表示斷線率高。
[0034][回路高度穩(wěn)定性的測(cè)試方法]
[0035]將該銀合金焊接導(dǎo)線焊接于一墊片上而成一焊線，共重復(fù)形成100條焊線，并維持每一焊線的弧聞為100 μ m。特別地，在本測(cè)試方法中，是統(tǒng)一所述焊線的弧聞為IOOym,當(dāng)然，也可通過100條弧高為200 μ m的焊線，或所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中慣用的弧高所形成的焊線測(cè)試回路高度穩(wěn)定性。
[0036]接著，以廠牌為OLYMPUS，型號(hào)為BX51M的光學(xué)顯微鏡(OpticalMicroscope，簡(jiǎn)稱0M)檢測(cè)所述焊線的外貌差異。
[0037]在表1中，以“◎”表示有O條外貌差異較大的焊線；以“〇”表示有I條外貌差異較大的焊線；以“八”表示有2條外貌差異較大的焊線；以“ X ”表示有不小于3條外貌差異較大的焊線；其中，有O條外貌差異較大的焊線表示回路高度穩(wěn)定性極佳；有I條外貌差異較大的焊線表示回路高度穩(wěn)定性較佳；有2條外貌差異較大的焊線表示回路高度穩(wěn)定性普通；有不小于3條外貌差異較大的焊線表示回路高度穩(wěn)定性極差。
[0038]表1
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(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，及一第一添加劑，基于該銀合金組份的重量百分比為100被％計(jì)，鈀的重量百分比大于O且不大于2wt%，該第一添加劑的重量百分比不小于0.001wt%,且不大于2wt%，該第一添加劑選自銦、錫、鈧、銻、鉍、錳、鋅，及其中一組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于:該銀合金組份還包括一第二添加劑，基于該銀合金組份的重量百分比為100被％計(jì)，該第二添加劑的重量百分比不小于0.001wt%，不大于2wt%，且該第二添加劑選自銅、鎳、鈷、鈮、鈦、釩，及其中一組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于:該第一添加劑與該第二添加劑的重量百分比總和不大于2wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于:該第一添加劑為銦、錫、鋅，或其中一組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于半導(dǎo)體封裝的銀合金焊接導(dǎo)線，其特征在于:該第二添加劑選自銅、鎳，及其組合。
【文檔編號(hào)】H01L23/49GK103985687SQ201410040467
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】黃威智, 洪子翔, 彭政展, 鄭惠文 申請(qǐng)人:光洋應(yīng)用材料科技股份有限公司