CN102776408A - 一种银合金丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种银合金丝及其制备方法，由以下组分制备而成：Au0.5-10%、Pt0-1%、Pd1-6%、Rh0-1%、Cu0-1%、Ln0-500ppm、Ce0-200ppm、Al0-0.5%、Ti0.7-3%、Si0-0.2%、Zn0-0.3%、Sn0-1%、Be0-10%，余量为Ag。采用了定向连续拉铸工艺。制得的成品，克服了现有技术键合银丝易被硫化腐蚀的问题，并具有其他一系列优良特性。

Description

一种银合金丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种银合金丝并涉及其制备方法。

背景技术

键合丝(Bonding Wires)是半导体封装的关键材料之一，作为芯片与外部电路的主要连接材料，起着芯片与外部电路之间的电流传导作用。

现有的键合丝主要有键合金丝、键合铜丝、键合银丝等。键合金丝的耐腐蚀性、传导性高，被广泛用于微电子行业的中高档产品。但是金丝造价昂贵，为降低封装成本，相继推出了各种金丝的替代品。其中键合铜丝已经较为成熟，并且开始应用，但由于其易氧化和硬度较大等问题，只能应用于一些低端产品。银丝虽然弥补了键合铜丝的易氧化特性，但由于银离子易发生迁移，银丝也未能大规模的应用。

我公司曾申请过的专利号为200910017009.2的专利所公开的一种键合银丝较好地克服了银离子迁移的问题，但使用过程中发现，其还存在易被硫化腐蚀的问题，硫化生成的硫化银是半导体，会导致键合银丝的电阻增加，影响其性能。

常规的提高银的抗腐蚀能力的方法主要有两类：表面处理法和合金化法，表面处理是指在银表面镀上一层稳定的金属保护膜或在银表面生成致密氧化膜以及阴极钝化等，但这些方法对如此细微的键合丝不适用或很难做到，而且表面处理生成的膜较薄，一旦划伤，露出的银仍会硫化。要彻底阻止银键合丝硫化，需采取合金方式。而对于合金，国内外普遍认为，除了与其他贵金属合金外，没有好的方法可以完全防止硫化物的生成，且至少要求Pd为40%，Au为70%，Pt为60%，而由于键合丝还有焊接等其他方面的要求，所以国外曾经采用的是Ag为30%、Au为70%的金银合金键合丝，但成本降低有限，基本没有推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种银合金丝及其制备方法，通过合金技术来改善材料性能，以克服现有技术的键合银丝易被硫化腐蚀的问题。

本发明的技术方案如下。

一种银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 0.5-10%、Pt 0-1%、Pd 1-6%、Rh 0-1%、Cu 0-1%、Ln 0-500 ppm、Ce 0-200 ppm、Al 0-0.5%、Ti 0.7-3%、Si 0-0.2%、Zn 0-0.3%、Sn 0-1%、Be 0-10%，余量为Ag。

所述的银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 10%、Pd 6%、Rh 1%、Ln 500 ppm、Ti 3%、Sn 1%、Be 5ppm，余量为Ag。

所述的银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 7%、Pt 1%、Pd 1%、Cu 1%、Ln 100 ppm、Ce 200 ppm、Al 0.5%、Ti 1%、Si 0.2%、Zn 0.3%，余量为Ag。

所述的银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 0.5%、Pt 0.5%、Pd 2%、Rh 0%、Cu 0.8%、Ce 100 ppm、Al 0.2%、Ti 0.7%、Si 0.1%、Zn 0.1%、Sn 0.1%、Be 10 ppm，余量为Ag。

所述的银合金丝的制备方法，其特征在于，经过以下步骤制备而成：

a.银原料：选择纯度为99.999%以上的银作为原料；

b.熔铸：在银原料中按比例加入所述的各种金属，经过预合金、母合金和定向连续拉铸工艺，熔铸成圆棒；

c.拉丝：将圆棒通过拉丝机拉成丝线；

d.退火；

e.机械性能检测；

f.绕线：将丝线分绕成不同长度的小轴。

本发明的积极效果：

本发明在银材料为主的基础上，通过多元掺杂合金，加入一定比例的Au、Pt、Pd、Rh、Cu、Ln、Ce，一方面与银形成连续固熔体，减小晶界电压，从而减少电化学腐蚀；一方面也细化了晶粒，增强了机械性能，提高了自然时效软化的能力，同时可延缓与铝焊接时中间化合物的扩散速度。加入一定比例的Al、Ti，以钝化表面，使其在银表面形成致密的氧化层，进一步减少硫化腐蚀。加入一定比例的的Si、Zn、Sn、Be，可以减少含氧量，提高合金的润湿性和铸造性能。

另外，通过采用定向连续拉铸的工艺，改进合金取向，使所有晶粒，包括枝晶，取向接近一个方向，形成柱状结构，使柱状晶沿拉丝方向生长，降低横向晶界和位错，减少了原子在晶界附近的扩散和流动，大大提高了拉丝等加工性能，减少加工硬化，提高持久性和蠕变抗力。

本发明银合金丝克服了现有技术键合银丝易被硫化腐蚀的问题，并具有其他一系列优良特性，证明所述有益效果的实验数据请见附图和具体实施例部分。

附图说明

图1为挑断试验结果折线图；

图2为剥离试验结果折线图；

图3为抗腐蚀检测结果折线图；

图4为对照组银合金丝腐蚀60小时后的表面腐蚀图；

图5为本发明实施例3腐蚀60小时后的表面腐蚀图；

图6为本发明实施例2腐蚀60小时后的表面腐蚀图；

图7为本发明实施例1腐蚀60小时后的表面腐蚀图；

图8为本发明实施例3键合效果图；

图9为本发明实施例2键合效果图；

图10为本发明实施例1时键合效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。

按照表1所列的配比（余量为银）制备银合金丝，

表1 原料配比实施例

制备工艺均按照以下步骤进行：

a.银原料：选择纯度为99.999%以上的银；

b.熔铸：在80%的银原料中按比例加入所述的各种金属，经过预合金、母合金和定向连续拉铸工艺，熔铸成圆棒；

c.拉丝：将圆棒通过拉丝机拉成丝线；

d.退火；

e.机械性能检测；

f.绕线：将丝线分绕成不同长度的小轴。

以200910017009.2号专利实施例3制备的键合银丝为对照组，对上述实施例的成品进行检测，检测数据如表2、图1、图2、图3。

表2  本发明的银合金丝与对照组键合银丝的机械性能对比表：

检测条件：Sample Length：10mm；Pull Speed：10mm/min；M/C：Istron  4301。由表2可知，本发明的断裂负荷与延伸率更适合封装要求。

挑断试验结果见图1，检测条件：0.8mil，高温200℃储存，0-300小时；检测速度：100um/sec  检测数量：50。由图1可知，与对照组相比，本发明的挑断力量更大，强度更高。

剥离试验结果见图2，检测条件：0.8mil，高温200℃储存，0-300小时，检测速度：100um/sec  检测数量：50。由图2可知，与对照组相比，本发明的剥离强度更适合于键合的应用。

抗腐蚀检测结果见图3，检测条件：0.1mol/L  硫化钠水溶液，0-200小时。由图3可知，与对照组相比，本发明的抗腐蚀能力更强。

以上系列实验说明，本发明银合金丝克服了现有技术键合银丝易被硫化腐蚀的问题，并具有其他一系列意想不到的优良特性。

Claims (5)

1.一种银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 0.5-10%、Pt 0-1%、Pd 1-6%、Rh 0-1%、Cu 0-1%、Ln 0-500 ppm、Ce 0-200 ppm、Al 0-0.5%、Ti 0.7-3%、Si 0-0.2%、Zn 0-0.3%、Sn 0-1%、Be 0-10 ppm，余量为Ag。

2.如权利要求1所述的银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 10%、Pd 6%、Rh 1%、Ln 500 ppm、Ti 3%、Sn 1%、Be 5ppm，余量为Ag。

3.如权利要求1所述的银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 7%、Pt 1%、Pd 1%、Cu 1%、Ln 100 ppm、Ce 200 ppm、Al 0.5%、Ti 1%、Si 0.2%、Zn 0.3%，余量为Ag。

4.如权利要求1所述的银合金丝，其特征在于，由以下组分制备而成：Au 0.5%、Pt 0.5%、Pd 2%、Rh 0%、Cu 0.8%、Ce 100 ppm、Al 0.2%、Ti 0.7%、Si 0.1%、Zn 0.1%、Sn 0.1%、Be 10 ppm，余量为Ag。

5.如权利要求1或2或3或4所述的银合金丝的制备方法，其特征在于，经过以下步骤制备而成：

a.银原料：选择纯度为99.999%以上的银作为原料；

b.熔铸：在银原料中按比例加入所述的各种金属，经过预合金、母合金和定向连续拉铸工艺，熔铸成圆棒；

c.拉丝：将圆棒通过拉丝机拉成丝线；

d.退火；

e.机械性能检测；

f.绕线：将丝线分绕成不同长度的小轴。

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