CN102912176A - 高端封装银合金键合丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高端封装银合金键合丝，其特征在于：该银合金键合丝包括：金0.0001%~20%，还可选包括：钯0.0001%~20%、铂0.0001%~20%、锗0.0001%~0.015%、钙0.0001%~0.015%、铝0.0001%~1%中的一种或一种以上，其余为银。本发明还公开一种上述高端封装银合金键合丝的制备方法，本发明高端封装银合金键合丝具有高强度、低硬度，低长弧度的优点。

Description

高端封装银合金键合丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及键合丝技术领域，具体涉及一种高端封装（晶片级封装CSP，即高密度，小巧扁薄的封装设计例如FBGA,QFN,基板封装等称为高端封装）用银合金键合丝及其制备方法。
背景技术
传统的键合丝，通常采用纯金材料，纯金焊线具有伸长率和电导率更好的物理性能。然而，纯粹的金焊线必然导致成本高。近几年铝键合丝的应用有进一步扩大的趋势，但是铝键合丝存在硬度高，容易氧化的风险，仅在中低端的封装上引用比较广。镀钯线是为了解决铝线容易氧化的问题而推出的新的键合线，但是解决不了硬度高的问题，镀钯以后硬度反而更高，高端封装没有办法应用。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种高强度、低硬度，低长弧度的高端封装银合金键合丝。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种银合金键合丝，该银合金键合丝包括：金0.0001%~20%，还可选包括：钯0.0001%~20%、铂0.0001%~20%、锗0.0001%~0.015%、钙0.0001%~0.015%、铝0.0001%~1%中的一种或一种以上，其余为银。
上述各组分均为重量百分含量计算。
本发明所要解决的另一技术问题是，提供上述银合金键合丝的制备方法，该银合金键合丝的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）用纯度为99.99wt%的银电解提纯出纯度为99.999wt%的高纯银；
（2）将步骤（1）的高纯银进行熔炼，铸锭成银板，将银板轧制成薄银片；
（3）制作中间合金，所述中间合金为钙-银中间合金、锗-银中间合金、铝-金中间合金中的一种；
所述中间合金包括以下制备步骤：
a.按重量百分比称取步骤（2）得到的薄银片95%~95.5%，称取钙或铝或锗4.5%~5%；
b.投料，用薄银片将钙或铝或锗捆包成小包，并将此小包放入坩埚中；
c.真空熔炼；
d.浇铸，将熔炼后的合金液倒入石墨锭模中；
以上步骤制作出一种中间合金，按同样的工艺步骤制作出另外几种中间合金；
（4）竖式熔炼：称取99.999%的银、中间合金及其他金属原材料，经成份分析和冶金配料计算，按照银合金键合丝的成分比例投入熔炼炉中，在惰性气体氩气的保护下进行熔炼，熔炼温度设定1100℃，保持温度精炼15min，然后进行拉铸，拉铸速度400~500rpm，形成8毫米银棒；
（5）拉丝：将熔铸的银棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径；其拉丝过程中的模具延伸率为5%~18%，拉丝速度为3~15m/s；
（6）退火：退火温度为300~600℃，退火速度为0.3~2m/s；
（7）分卷：将银合金键合丝缠绕于收线轴，绕丝张力1~20克，绕丝速度400~600rpm；
（8）真空包装。
本发明步骤（1）所述的电解为：将银作为阳极，挂于阳极导电棒上，不锈钢材料作为阴极，挂于阴极导电棒上，保持阳极和阴极平行；在电解槽中加入浓度为80~120克/升的硝酸银溶液作为电解液，电流密度控制在250～300A/m2范围，槽电压控制在1.5～2V范围，电解温度为35~45℃，同极间距：150mm，进行电解；
本发明步骤（1）所述的薄银片厚度为0.1~0.3mm。
本发明步骤（4）所述的其他金属原材料为金，钯，铂中的一种或一种以上。
本发明步骤（4）所述的中间合金为钙-银中间合金、锗-银中间合金、铝-金中间合金中的一种或一种以上。
本发明的银合金键合丝与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：
1.本发明的合金元素选用金，钯，铂等金属，金的加入能够改善银的成球性，保证FAB（键合丝球）的稳定性，钯和铂的加入能够提高银的强度，抗氧化性，以及阻碍金属间化合物的增长。
2.本发明的微量元素选用钙、铝或锗，铝能提高银的焊接强度，提高材料的高温强度；锗主要是提高材料的断裂负荷，降低银合金线的热影响区长度；钙的加入提高银合金键合丝的强度，钙元素和锗元素的添加与合理配比使制备出的银合金键合丝在保证高强度的同时具有较好的低长弧度；满足半导体行业对银合金键合丝的高需要。
3.本发明的制备方法具有制备出的银合金键合丝产品成材率高，收线轴的缠绕长度长的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不仅限于以下实施例。
实施例1
本发明银合金键合丝按以下工艺步骤制备：
（1）用纯度为99.99wt%的银电解提纯出纯度为99.999wt%的高纯银；原料纯度为99.99wt%的银为市售的普通国标1号银，将此原料通过电解的方式提纯到99.999wt%，具体方法为：
将市售的银作为阳极，挂于阳极导电棒上，不锈钢材料作为阴极，挂于阴极导电棒上，保持阳极和阴极平行。在电解槽中加入硝酸银溶液（浓度100克/升）作为电解液，电流密度一般控制在260A/m2范围，槽电压一般控制在2V范围，电解温度：35-45℃，同极间距：150mm；
（2）采用竖式熔炼：
将部分99.999%的高纯银（另一部分用于制作中间合金）放入坩埚内，将中间合金（中间合金制备方法采用发明内容公开的方法）放入合金槽内，装好石英罩加上盖，用密封胶将石英罩及上盖密封好。
开启真空泵，开始升温，待高纯银完全熔化后，投入中间合金（钙-银中间合金、锗-银中间合金、铝-金中间合金中的一种或以上）及其他金属原材料（包括金、钯、铂中的一种或一种以上），在惰性气体氩气的保护下进行熔炼，完全熔化后保持温度，精炼15min，保证高纯银、中间合金和其他金属原材料充分混合均匀；
启动按钮开始拉铸，形成8毫米银棒。
（3）将熔铸的银棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径；拉丝过程中的模具延伸率为8%~10%，拉丝速度为8~10m/s。
（4）拉丝的成品线传到退火工序退火，根据炉温参考值设定退火炉加热温度进行退火。
（5）将退火后的银合金键合丝缠绕于收线轴进行分卷，根据不同客户的要求选择不同绕线的程序。
（6）将贴好标签的银合金键合丝，低轴每10轴、高轴每6轴放入塑料袋中进行真空包装，用塑封封口机封好袋口，封口应平整、牢固，放入包装盒内。
实施例2
按以下表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，在表1中列出了性能测试参数。
表1实施例1-5产品组分含量以及产品性能指标
Figure BDA00002171181700041
表1各实施例的性能测试参数都说明，本发明的银合金键合丝都可以达到指标，具有高强度和低长弧度的特性。
本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种高端封装银合金键合丝，其特征在于：该银合金键合丝包括：金0.0001%~20%，还可选包括：钯0.0001%~20%、铂0.0001%~20%、锗0.0001%~0.015%、钙0.0001%~0.015%、铝0.0001%~1%中的一种或一种以上，其余为银。
2.一种高端封装银合金键合丝的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：
（1）用纯度为99.99wt%的银电解提纯出纯度为99.999wt%的高纯银；
（2）将步骤（1）的高纯银进行熔炼，铸锭成银板，将银板轧制成薄银片；
（3）制作中间合金，所述中间合金为钙-银中间合金、锗-银中间合金、铝-金中间合金中的一种；
所述中间合金包括以下制备步骤：
a.按重量百分比称取步骤（2）得到的薄银片95%~95.5%，称取钙或铝或锗4.5%~5%；
b.投料，用薄银片将钙或铝或锗捆包成小包，并将此小包放入坩埚中；
c.真空熔炼；
d.浇铸，合金液倒入石墨锭模中；
以上步骤制作出一种中间合金，按同样的工艺步骤制作出另外几种中间合金；
（4）竖式熔炼：称取99.999%的银、中间合金及其他金属原材料，经成份分析和冶金配料计算，按照银合金键合丝的成分比例投入熔炼炉中，在惰性气体氩气的保护下进行熔炼，熔炼温度设定1100℃，保持温度精炼15min，然后进行拉铸，拉铸速度400~500rpm，形成8毫米银棒；
（5）拉丝：将熔铸的银棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径；其拉丝过程中的模具延伸率为5%~18%，拉丝速度为3~15m/s；
（6）退火：退火温度为300~600℃，退火速度为0.3~2m/s；
（7）分卷：将银合金键合丝缠绕于收线轴，绕丝张力1~20克，绕丝速度400~600rpm；
（8）真空包装。
3.根据权利要求2所述的高端封装银合金键合丝的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的电解为：将银作为阳极，挂于阳极导电棒上，不锈钢材料作为阴极，挂于阴极导电棒上，保持阳极和阴极平行；在电解槽中加入浓度为80~120克/升的硝酸银溶液作为电解液，电流密度控制在250～300A/m2范围，槽电压控制在1.5～2V范围，电解温度为35~45℃，同极间距：150mm，进行电解。
4.根据权利要求2所述的高端封装银合金键合丝的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的薄银片厚度为0.1~0.3mm。
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