含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法，尤其是指一種有別 于一般鍍層技術(shù)且適用于半導(dǎo)體封裝工藝或人體生醫(yī)級(jí)芯片的銀基導(dǎo)線及其制造方法，在 生醫(yī)級(jí)芯片的應(yīng)用領(lǐng)域上具有較高的細(xì)胞增長(zhǎng)率，可有效達(dá)到優(yōu)異的細(xì)胞兼容性，是一種 無(wú)鍍層表面熱誘發(fā)析出金合金層的銀基導(dǎo)線。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，銀質(zhì)導(dǎo)線的成本相較于金質(zhì)導(dǎo)線可降低約50%~70%，因而具有成本上的 優(yōu)勢(shì)，請(qǐng)參閱中國(guó)專(zhuān)利，公開(kāi)號(hào)為CN101667566的"一種銀基覆金的鍵合絲線的制造方法"， 其揭露一種以銀絲線為基材、表面覆有純金防氧化保護(hù)層的鍵合絲線產(chǎn)品，金占重量百分 比的1. 8%~10%，其余為銀，其材料成本不到純金鍵合絲線的1/3 ;然而，銀質(zhì)導(dǎo)線焊接至 鋁墊時(shí)卻存在有可靠性的問(wèn)題，主要是由于銀質(zhì)導(dǎo)線與鋁墊的焊接面容易發(fā)生腐蝕或出現(xiàn) 貼合不完全現(xiàn)象而嚴(yán)重削弱焊接的界面強(qiáng)度，此外，銀金屬與空氣中的二氧化硫反應(yīng)具特 有硫化現(xiàn)象亦嚴(yán)重影響產(chǎn)品的合格率；再者，銀基材料僅具有抑菌功能而無(wú)細(xì)胞親和性，在 生醫(yī)產(chǎn)品的應(yīng)用方面受到局限；由于合金線含金金屬可提升合金線的耐蝕性，含鈣金屬則 可使合金線具有生物親和性，并可有效提升銀金合金在打線接合的可靠度；因此，銀金鈣合 金導(dǎo)線遂被研發(fā)以解決上述的半導(dǎo)體封裝工藝與提升生醫(yī)應(yīng)用平臺(tái)所遭遇的問(wèn)題。
[0003] 請(qǐng)參閱中國(guó)臺(tái)灣發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)第201001652號(hào)的"半導(dǎo)體封裝的含銀合金導(dǎo) 線"，其揭露一種含銀合金導(dǎo)線，其所構(gòu)成的組成為〇. 05%~5%的金、3ppm~5%的鈣，以 及其余的銀，然而上述專(zhuān)利并未述及任何合金線的制備方法，不僅無(wú)從得知金金屬如何形 成于銀基線材中（目前銀線表面鍍金是被認(rèn)為一種高污染的工藝），亦無(wú)法詳細(xì)述明如何 將鈣金屬形成于銀金合金層之上；再者，目前已有技術(shù)使用涂布（coating)的技術(shù)將鈣金 屬鍍?cè)诟采w銀金屬層的金金屬層上，以達(dá)到降低導(dǎo)線斷裂風(fēng)險(xiǎn)與提高抗拉強(qiáng)度；然而，由于 銀鈣合金線成分控制不易，而鈣與金亦無(wú)法接合，因此以涂布的技術(shù)將鈣金屬鍍于含銀的 金金屬層上的技術(shù)無(wú)法有效達(dá)成，導(dǎo)致鈣金屬與金金屬層的接合度極差，工藝上有剝離的 可能，因此，以涂布的技術(shù)將鈣金屬鍍于金金屬層上無(wú)法達(dá)成；據(jù)此，為了有效確保銀金鈣 合金的導(dǎo)線在作為生醫(yī)級(jí)芯片導(dǎo)線使用時(shí)擁有良好的細(xì)胞兼容性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并在半導(dǎo) 體封裝工藝上可有效降低導(dǎo)線斷裂風(fēng)險(xiǎn)并提高抗拉強(qiáng)度，仍是現(xiàn)今本導(dǎo)體封裝工藝或生醫(yī) 級(jí)芯片用的銀基導(dǎo)線制造業(yè)者或研究人員需持續(xù)努力克服與解決的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要目的為提供一種含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法，尤其是指一 種有別于一般鍍層技術(shù)且適用于半導(dǎo)體封裝工藝或人體生醫(yī)級(jí)芯片的銀基導(dǎo)線及其制造 方法，在生醫(yī)級(jí)芯片的應(yīng)用領(lǐng)域上具有較高的細(xì)胞增長(zhǎng)率，可有效達(dá)到優(yōu)異的細(xì)胞兼容性， 是一種無(wú)鍍層表面熱誘發(fā)析出金合金層的銀基導(dǎo)線。
[0005] 為了達(dá)到上述實(shí)施目的，本發(fā)明人提出一種含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方 法，其步驟包括有：
[0006] 步驟一：準(zhǔn)備含有鈣離子、鈦離子或鋯離子其中之一金屬離子的水溶液；
[0007] 步驟二：將納米金粉加入上述水溶液內(nèi)，納米金粉于水溶液中形成多顆金粒子，利 用水熱法將金屬離子吸附于金粒子表面，以形成納米核殼復(fù)合金粒子；
[0008] 步驟三：過(guò)濾水溶液以獲得固相的納米核殼復(fù)合金粒子；
[0009] 步驟四：將固相的納米核殼復(fù)合金粒子置入銀熔液內(nèi)，攪拌均勻并靜置室溫冷卻 以形成銀基材，藉此，納米核殼復(fù)合金粒子均勻分布于銀基材；
[0010] 步驟五：進(jìn)行二階段真空熱處理，使銀基材表面形成富金合金層；以及
[0011] 步驟六：將銀基材進(jìn)行抽線工藝以形成含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線。
[0012] 如上所述的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法，其中金屬離子為鈣離子時(shí)， 水溶液為添加硝酸鈣、醋酸鈣、磷酸鈣或碳酸鈣等其中之一的水溶液。
[0013] 如上所述的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法，其中水熱法是將水溶液加熱 至沸騰，使金屬離子吸附于金粒子表面，以形成納米核殼復(fù)合金粒子。
[0014] 如上所述的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法，其中二階段真空熱處理是于 真空環(huán)境下先進(jìn)行700°c~800°C的溫度熱處理30~90分鐘后，再以425°C~520°C的溫 度熱處理30~60分鐘。
[0015] 如上所述的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法，其中富金合金層是為 AgAu7Ca2 與 AgAu9Ca2,或 AgAuTi 與 AgAuTi2,或 AgAuZr 與 AgAuZr2 等其中的一種。
[0016] 此外，本發(fā)明另提供一種含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線，其是以上述方法制備而 成。
[0017] 如上所述的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線，其中含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線具 有至少90 %的細(xì)胞增長(zhǎng)率。
[0018] 如上所述的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線，其中含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線與 血漿反應(yīng)不生成鈣鹽層。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1 :本發(fā)明含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法的步驟流程圖，其中Sl表示 步驟一、S2表示步驟二、S3表示步驟三、S4表示步驟四、S5表示步驟五、S6表示步驟六。
[0020] 圖2 :本發(fā)明含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法的未經(jīng)熱處理的銀基導(dǎo)線顯 微鏡照片電子圖。
[0021] 圖3 :本發(fā)明含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法其一較佳實(shí)施例的經(jīng)熱處理 的銀金鈣導(dǎo)線顯微鏡照片電子圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 首先，請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線制造方法的步驟 流程圖，其制造方法主要包括有如下步驟：
[0023] 步驟一 Sl :準(zhǔn)備含有鈣離子、鈦離子或鋯離子等其中的一種金屬離子的水溶液； 在本發(fā)明其一較佳實(shí)施例中，當(dāng)金屬離子為鈣離子時(shí)，水溶液是添加硝酸鈣[Ca(NO3)2]、醋 酸鈣[Ca (C2H3O2)2]、磷酸鈣[Ca3(PO 4)2]或碳酸鈣（CaCO3)等其中的一種化合物；此外，鈦和 鋯等金屬離子亦可經(jīng)由將硝酸鈦、醋酸鈦、磷酸鈦、碳酸鈦或硝酸鋯、醋酸鋯、磷酸鋯、碳酸 鋯等其中的一種化合物添加于水溶液獲得；
[0024] 步驟二S2 :將納米金粉加入水溶液內(nèi)，納米金粉于水溶液中形成多顆金粒子，利 用水熱法將金屬離子吸附于金粒子表面，以形成納米核殼復(fù)合金粒子；在本發(fā)明其一較佳 實(shí)施例中，水熱法又稱(chēng)為水蒸汽法，是將水溶液加熱至沸騰l〇〇°C的溫度，則金屬離子會(huì)吸 附于金粒子表面，以形成納米核殼復(fù)合金粒子；
[0025] 步驟三S3 :過(guò)濾水溶液以獲得固相的納米核殼復(fù)合金粒子；在本發(fā)明其一較佳實(shí) 施例中，固態(tài)的納米核殼復(fù)合金粒子為一種純金外覆金鈣材質(zhì)的納米顆粒；
[0026] 步驟四S4 :將固相的納米核殼復(fù)合金粒子置入銀熔液內(nèi)，攪拌均勻并靜置室溫冷 卻以形成銀基材，藉此，納米核殼復(fù)合金粒子均勻分布于銀基材；在本發(fā)明其一較佳實(shí)施例 中，銀熔液的溫度為ll〇〇°C ;
[0027] 步驟五S5 :進(jìn)行二階段真空熱處理，使銀基材表面形成富金合金層；真空熱處 理?xiàng)l件是將含納米核殼復(fù)合金粒子的銀熔液置入真空連續(xù)爐內(nèi)，于真空環(huán)境下先進(jìn)行 700°C~800°C的溫度熱處理30~90分鐘后，再以425°C~520°C的溫度熱處理30~60分 鐘完成銀基材；在本發(fā)明其一較佳實(shí)施例中，含銀、鈣的富金合金層經(jīng)過(guò)第一階段的真空熱 處理?xiàng)l件730°C、60分鐘與第二階段的真空熱處理?xiàng)l件425°C、30分鐘后完成；此外，富金合 金層為 AgAu7Ca2 與 AgAu9Ca2,或 AgAuTi 與 AgAuTi2,或 AgAuZr 與 AgAuZr2 等其中的一種；以 及
[0028] 步驟六S6 :將銀基材進(jìn)行抽線工藝以形成含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線；在本發(fā) 明其一較佳實(shí)施例中，銀基材進(jìn)行抽線工藝后可獲得直徑約20微米（μπι)的可應(yīng)用于生醫(yī) 級(jí)芯片與半導(dǎo)體封裝工藝的銀金鈣精細(xì)線。
[0029] 此外，本發(fā)明另提供一種含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線，其是以上述實(shí)施例的方 法制備而成，亦即以上述方法制備而成的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線為直徑20 μ m且具 有富金合金層的銀基導(dǎo)線；再者，本發(fā)明的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線具有至少90%的 細(xì)胞增長(zhǎng)率（cell relative growth rate,簡(jiǎn)稱(chēng)RGR)，亦即本發(fā)明的含固相反應(yīng)的富金層 銀基導(dǎo)線具有優(yōu)異的細(xì)胞兼容性；在與血漿反應(yīng)的試驗(yàn)中，具有不生成鈣鹽層的特點(diǎn)，其中 本發(fā)明的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線與血漿反應(yīng)試驗(yàn)是以人工體液模擬血漿，將本發(fā)明 的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線浸置于仿真人體溫度37°C的人工體液中持續(xù)96小時(shí)后而 不生成鈣鹽層，即適合于生醫(yī)級(jí)芯片導(dǎo)線的應(yīng)用。
[0030] 再者，本發(fā)明是通過(guò)下列數(shù)個(gè)表格所列的多個(gè)實(shí)驗(yàn)例以證實(shí)本發(fā)明的功效；首先， 本發(fā)明其一較佳實(shí)施例是準(zhǔn)備一添加有硝酸鈣、醋酸鈣、磷酸鈣或碳酸鈣等其中的一種化 合物的含有鈣離子的水溶液；隨后，將納米金粉加入含有鈣離子的水溶液中，并以100 °C的 水熱法加熱水溶液使鈣金屬離子吸附于金粒子表面，以形成納米核殼復(fù)合金粒子；再者， 過(guò)濾水溶液以獲得固相的納米核殼復(fù)合金粒子；之后，將固相的納米核殼復(fù)合金粒子置入 一銀熔液內(nèi)，攪拌均勻并靜置室溫冷卻以形成一銀基材，藉此，納米核殼復(fù)合金粒子均勻分 布于銀基材；隨后，進(jìn)行真空熱處理，使銀基材表面形成一含銀、鈣的富金合金層（AgAu7Ca2與AgAu9Ca2);于此同時(shí)，本發(fā)明人嘗試各種不同的熱處理方式以找到合適的真空熱處理?xiàng)l 件并獲取最佳的參數(shù)值；最后，再將含銀、鈣的富金合金層的銀基材進(jìn)行抽線工藝以形成 20 μ m的含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線；如下表所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是未經(jīng)任何真空熱處理 條件所獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，其中，不論鈣含量的重量百分比（Wt. % )為何，無(wú)真空熱處理步驟 即未生成表面納米金鈣合金層，且七天細(xì)胞增長(zhǎng)率（RGR)的實(shí)驗(yàn)數(shù)值是介于82%~87%之 間，結(jié)果顯示無(wú)真空熱處理的銀基導(dǎo)線與細(xì)胞的兼容性低，無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的90%以上，該 含固相反應(yīng)的富金層銀基導(dǎo)線的外觀請(qǐng)參閱圖2所示，為本發(fā)明含固相反應(yīng)的富金層銀基 導(dǎo)線制造方法的未經(jīng)熱處理的銀基導(dǎo)線顯微鏡照片電子圖。
[0032] 此外，當(dāng)?shù)诙A段真空熱處理