銀基鍵合絲的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及鍵合絲加工技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種銀基鍵合絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍵合絲作為半導(dǎo)體器件，大規(guī)模集成電路封裝業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料之一， 起聯(lián)結(jié)娃片電極與引線框架的外部引出端子的作用，并傳遞忍片的電信號、散發(fā)忍片 內(nèi)產(chǎn)生的熱量，是集成電路封裝的關(guān)鍵材料，鍵合絲材料的質(zhì)量好壞直接影響焊接質(zhì)量，從 而對器件的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。
[0003] 在元素周期表中過渡組金屬元素中銀、銅、金和侶四種金屬元素具有較高的導(dǎo)電 性能，其中，鍵合金絲因具備優(yōu)異的導(dǎo)熱、機械性能W及化學(xué)穩(wěn)定性，在鍵合絲使用中占主 導(dǎo)地位，但也存在其自身無法克服的缺點：價格昂貴，受市場金件大幅上漲影響較大，制約 了封裝成本的控制，導(dǎo)致終端產(chǎn)品的價格過高，不利于企業(yè)提高競爭力。鍵合銅絲價格優(yōu)勢 明顯，但是還存在一些缺點：如銅絲過硬引起的第二焊點容易縮絲，致使鍵合操作中斷，給 后續(xù)封裝工序造成困難，嚴(yán)重影響生成效率和成品率；銅的氧化溫度低，鍵合銅絲的高氧化 性，使得鍵合銅絲在開包后必須在較短時間內(nèi)用完，鍵合絲成品長度受限，并且保存需要真 空或保護氣體。
[0004] 鍵合銀絲價格便宜，導(dǎo)電性和散熱性都好，反光性好不吸光，一般采取多元滲雜合 金加入微量元素，減少金屬化合物的形成，降低結(jié)合性能的退化，使結(jié)合性能和金絲一樣穩(wěn) 定，銀基鍵合絲的制備總體是按照母合金制備-連續(xù)鑄造-拉絲-退火-繞線-包裝的工 藝流程來進行，但現(xiàn)有的銀基合金鍵合絲制備工藝為了防止鍵合絲氧化均需要在合金烙煉 過程中加氮氣保護，而且由于關(guān)鍵因素控制不當(dāng)很難實現(xiàn)合金烙合后的完全均勻化，制得 的銀基合金鍵合絲延伸率和拉伸強度等性能波動范圍大，影響焊接質(zhì)量，降低了器件的可 靠性和穩(wěn)定性，同時還影響了整個鍵合絲生產(chǎn)的流楊性，降低了生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種烙煉過程中不需加氮氣保護，合金烙液烙合均勻，抗氧 化性良好，性能穩(wěn)定的銀基鍵合絲的制備方法W解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0006] 本發(fā)明通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)發(fā)明目的： 一種銀基鍵合絲的制備方法，包括W下步驟： (一） 在純度高于 99. 999% 的 Ag 中添加 2. 0%-4. 0% Pd、3. 0%-5. 0% Ce 和 4. 0%-6. 0% Cu 混合為合金基材； (二） 使用金相砂紙對連鑄爐中的相蝸、結(jié)晶器W及牽引棒進行拋光后，將步驟一中的 合金金屬材料加入安裝有高溫分子篩的連鑄爐內(nèi)，然后抽真空升溫，使合金基材在真空度 為1. OX 10 2 MPa-2X 10 3 MPa,溫度為600°C -700°C的連鑄爐內(nèi)攬拌30 min-lh進行精煉， 并采用水溫溫控設(shè)備控制循環(huán)冷卻水的溫度； (=)升溫到ll〇〇°C -1200°C，持續(xù)攬拌10-20 min,將完全烙化好的合金金屬烙液注入 連鑄爐內(nèi)的儲液池保溫，W 4-8 cm/min的連鑄速度完成對合金金屬烙液的連鑄，烙鑄得到 合金銀棒材； (四） 將步驟=中的合金銀棒其投入連鑄爐中，重復(fù)步驟二和步驟=，制得均勻的合金 銀棒材； (五） 將上述直徑為8-10 mm的合金銀棒胚料粗拔至直徑為0. 5mm，然后進行拉 絲，拉絲溫度為32-36°C，拉絲環(huán)境為1000級或10000級，將前述金屬細絲加工至直徑 15 Jim-50 Jim，拉制速度控制在500 m/min，速度變化控制在10% W內(nèi)； (六） 采用超聲波將上述拉制好的銀基鍵合絲進行表面清洗后，氮氣保護下對銀絲 進行退火處理，熱處理溫度為400°C -420°C，處理時間為1. Os-2. 5s，退火時張力大小為 2. Og-2. Sg ； (屯）繞線，使用專用繞線機，將鍵合銀絲定長繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控 制在50m/min-100m/min，線間距約為5 mm,分卷長度為50米至1000米； (八）包裝，采用普通包裝，常溫保存。
[0007] 在烙鑄過程中，銀的表面因部分氧化生成的Ag2〇在600-700°C時已完成分解為單 質(zhì)銀和氧氣，經(jīng)過多次連續(xù)抽真空除去了合金內(nèi)部的氣泡，經(jīng)過上述工藝制得防氧化和合 金烙合均勻的銀基鍵合絲。
[0008]進一步地，步驟二中采用的高溫分子篩為ZSM-5分子篩，ZSM-5分子篩是美國 Mobil公司開發(fā)的高娃侶比沸石分子篩，其孔道結(jié)構(gòu)由截面呈楠圓形的直筒形孔道和近似 為圓形的Z字型孔道交叉組成，由于骨架中含有穩(wěn)定的五元環(huán)和高娃侶比而具有非常高的 熱穩(wěn)定性，在120(TC分子篩仍可保持結(jié)構(gòu)，在高溫烙鑄過程中吸附空氣中的水、氧氣和氮氣 分子，但不吸附銀分子，可W防止銀蒸發(fā)。
[0009] 進一步地，步驟二中水溫溫控設(shè)備控制循環(huán)冷卻水的溫度在18°C -22°C，通常連 鑄爐的冷卻水采用循環(huán)水冷卻，冷卻水的溫度會隨著使用頻次的變化W及氣溫的變化產(chǎn)生 變化，冬季冷卻水溫度最低可達到15°C，夏季連續(xù)多次使用后最高可達到29°C，運個溫度 差不影響金屬棒的結(jié)晶過程，但影響金屬棒結(jié)晶的程度，冷卻水溫度越低，結(jié)晶越充分，形 成晶粒越細?。粶囟仍礁?，晶粒越粗大，不同冷卻水溫度下生產(chǎn)的金屬棒由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不 同，會導(dǎo)致后期金屬絲性能相差較大，為了增加金屬棒生產(chǎn)的一致性與穩(wěn)定性，因此，增加 冷卻水溫控設(shè)備，將溫度控制在18~22°C范圍內(nèi)。
[0010] 進一步地，步驟二中金相砂紙的目數(shù)大于2000目，相蝸、結(jié)晶器W及牽引頭與金 屬液直接接觸，采用專用砂紙金相砂紙和潔凈布對相蝸、結(jié)晶器W及牽引頭進行拋光，W減 少金屬液、結(jié)晶金屬棒與接觸表面之間的摩擦，獲得表面光滑的銀基合金棒材。
[0011] 進一步地，超聲波清洗銀基鍵合絲的超聲波頻率為60W，由此，采用鍵合絲拉制過 程中的在線超聲波清洗，提高了鍵合絲生產(chǎn)的效率，同時調(diào)整超聲波頻率為60W，既能清除 鍵合絲表面的附著物，避免其在封裝后對鍵合絲表面腐蝕而降低電子器件的可靠性加速器 件的老化，又不會對危害人體和損傷線材表面。
[0012] 進一步地，拉絲過程中還采用了拉絲用水性潤滑劑，濃度為4%-8%，在拉絲過程中， 潤滑液的濃度對拉絲過程有嚴(yán)重的影響：濃度過低起不到潤滑的目的，增加模具的磨損，并 造成鍵合絲表面出現(xiàn)劃痕、溝槽等缺陷，起不到潤滑作用，致使拉制力增加、線徑變細，或者 造成線材表面缺陷并使?jié)櫥簹埩粼诰€材表面，給線材表面造成嚴(yán)重污染，此外，還會導(dǎo)致 模具加速磨損等，潤滑劑的稀釋采用去離子水，主要因為普通自來水中含有大量巧離子，巧 離子容易結(jié)堿且不易清除干凈。
[0013] 進一步地，步驟四中對步驟二和步驟=的重復(fù)次數(shù)為3-6次，經(jīng)過多次連續(xù)烙鑄， 使合金銀基鍵合絲完全烙合均勻。
[0014] 優(yōu)選地，步驟四中對步驟二和步驟=的重復(fù)次數(shù)為4次。
[0015] 本發(fā)明提供的銀基鍵合絲的制備方法，采用多次連續(xù)抽真空和使用高溫分子篩除 去烙煉過程中的空氣，防止合金銀基鍵合絲氧化，同時高溫分子篩還可W防止銀蒸發(fā)，并通 過反復(fù)烙鑄使合金銀基鍵合絲完全烙合均勻，制得的合金銀基鍵合絲延伸率和拉伸強度波 動小，性能穩(wěn)定，成本適中，是半導(dǎo)體器件和大規(guī)模集成電路封裝領(lǐng)域的首選材料。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0017] 本發(fā)明中采用常用的銀基鍵合絲的制備工藝做為對比例 對比例一 (一) 在純度高于99. 999%的Ag中添加2. 0% Pt 3. 0% Ce和4. 0%化混合為合金基材； (二） 使用2000目金相砂紙對連鑄爐中的相蝸、結(jié)晶器W及牽引棒進行拋光后，抽真空 升溫，使合金基材在真空度為1. OXlO 2 MPa-2 X 10 3 MPa,溫度為500°C的連鑄爐內(nèi)攬拌20 min進行精煉。
[0018](=)升溫到1000°C，持續(xù)攬拌lOmin，將完全烙化好的合金金屬烙液注入連鑄爐 內(nèi)的儲液池保溫，W 10 cm/min的連鑄速度完成對合金金屬烙液的連鑄，烙鑄得到合金銀棒 材； (四） 將步驟=中的合金銀棒其投入連鑄爐中，制得均勻的合金銀棒材； (五） 將上述直徑為10 mm的合金銀棒胚料粗拔至直徑為0. 5mm，然后進行拉絲，拉絲溫 度為40°C，拉絲環(huán)境10000級，將前述金屬細絲加工至直徑20 y m，拉制速度控制在400 m/ min，速度變化控制在10% W內(nèi)； (六） 采用超聲波