TWI578477B - 半導體封裝用之鋁合金導線及其製造方法 - Google Patents

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半導體封裝用之鋁合金導線及其製造方法
本發明係為一種半導體封裝用之鋁合金導線，特別是一種具有高耐熱性及高導電性的半導體封裝用之鋁合金導線。
習知技術中的半導體封裝用之鋁合金導線材料包含鋁(Al)、鈧(Sc)及鋯(Zr)，經由固溶處理使鈧(Sc)及鋯(Zr)均勻溶入鋁(Al)中，再利用時效處理使過量溶入鋁(Al)中的鈧(Sc)及鋯(Zr)析出，以強化鋁合金導線的硬度，惟，鋁-鈧及鋁-鋯之間的鍵結能(bonding energy)很大，溶入鋁(Al)中的鈧(Sc)及鋯(Zr)不易析出，造成鋁合金導線的硬度無法符合要求，因此需要提高時效處理的時間或提高鈧(Sc)的添加量以使鋁合金導線的硬度符合要求。
本發明之主要目的為提供一半導體封裝用之鋁合金導線，該鋁合金導線係由重量百分比0.05~0.14 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.01~0.1 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.01~0.1 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成，其中重量百分比0.01~0.1 wt% 的矽(Si)用以破壞鋁-鈧及鋁-鋯之間的鍵結能以及提高該鋁合金導線的硬度，使時效處理的時間或鈧(Sc)的添加量得以降低，進而降低製造成本。
本發明提供一半導體封裝用之鋁合金導線，其係具有高耐熱性及高導電性，該鋁合金導線係由重量百分比0.05~0.14 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.01~0.1 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.01~0.1 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成，其中該鋁合金導線具有60 % 以上IACS導電率及維氏硬度50HV以上，且該鋁合金導線可於攝氏200度以下環境下使用，在本實施例中，該鋁合金導線係由重量百分比0.10 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.06 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成，該鋁合金導線具有60.2 % IACS導電率及維氏硬度59.3HV。
請參閱第1圖，其為該鋁合金導線之製造方法10，該製造方法10包含「進行一熔融處理11」、「進行一鑄造處理12」、「進行一固溶處理13」、「進行一退火處理14」、「進行一塑性加工15」及「進行一時效處理16」。
請參閱第1圖，於「進行一熔融處理11」中，將高純鋁(Al)、鋁鈧母合金(Al-Sc)、鋁鋯母合金(Al-Zr)及鋁矽母合金(Al-Si)熔融成一鋁合金熔液， 該熔融處理溫度介於攝氏720-780度之間，熔融處理完成後，將對該鋁合金溶液進行除渣，以去除該鋁合金溶液中不必要之雜質，並於出爐前攪拌均勻，其中出爐溫度為攝氏750度，於本實施例中，該高純鋁選自於5N鋁。
請參閱第1圖，於「進行一熔融處理11」之後，進行該鑄造處理，於「進行一鑄造處理12」中，將該鋁合金熔液鑄造成一鋁合金材料，在本實施例中，該鋁合金材料為直徑76~100 mm的鑄錠。
請參閱第1圖，於「進行一鑄造處理12」之後，進行該固溶處理，於「進行一固溶處理13」中，將該鋁合金材料置於攝氏600~650度環境下進行該固溶處理，其中該固溶處理時間為12小時以上，以使該鋁合金材料中的鈧(Sc)、鋯(Zr)及矽(Si)均勻溶入鋁(Al)中，該固溶處理完成後，將該鋁合金材料以熱擠壓方式製備成一鋁合金圓桿，其中該鋁合金圓桿直徑為5~20 mm。在本實施例中，該鋁合金材料於攝氏645度環境下進行該固溶處理24小時，並將該鋁合金材料於攝氏250至300度環境下進行熱擠壓並製成直徑約5mm的該鋁合金圓桿。
請參閱第1圖，於「進行一固溶處理13」之後，進行該退火處理，於「進行一退火處理14」中，將經熱擠壓製成的該鋁合金圓桿置於攝氏250~500度環境之下進行該退火處理，該退火處理時間為5~72小時。
請參閱第1圖，於「進行一退火處理14」之後，進行該塑性加工，於「進行一塑性加工15」中，將該鋁合金圓桿加工成一鋁合金線材，其中該鋁合金線材具有維氏硬度25~35HV，該鋁合金圓桿可藉由擠壓、拉伸或抽製等塑性加工方式製備該鋁合金線材，在本實施例中，該鋁合金圓桿經冷抽方式抽製成直徑約0.03~1mm的鋁合金線材，該鋁合金線材具有維氏硬度30HV。
請參閱第1圖，於「進行一塑性加工15」之後，進行該時效處理，於「進行一時效處理16」中，將該鋁合金線材置於攝氏275度以上環境下進行該時效處理3~10小時，使該鋁合金線材轉換成一鋁合金導線，在本實施例中，該鋁合金線材置於攝氏300度環境下進行該時效處理3小時，其中該鋁合金導線係由重量百分比0.05~0.14 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.01~0.1 wt%鋯(Zr) 、重量百分比0.01~0.1 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成，在本實施例中，該鋁合金導線係由重量百分比0.10 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.06 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成。
請參閱下表，分別將不同金屬含量的含矽鋁合金導線與不含矽鋁合金導線進行該固溶處理及該時效處理，其中高鈧含量且不含矽鋁合金導線(#1)係由重量百分比0.15 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)及餘量的鋁(Al)所組成、低鈧含量且不含矽鋁合金導線(#2)係由重量百分比0.10 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)及餘量的鋁(Al)所組成、低鈧含量且含矽鋁合金導線(#3)係由重量百分比0.10 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.03 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成、低鈧含量且含矽鋁合金導線(#4)係由重量百分比0.10 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.06 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成以及中等鈧含量且含矽鋁合金導線(#5)係由重量百分比0.12 wt%鈧(Sc)、重量百分比0.05 wt%鋯(Zr)、重量百分比0.03 wt%矽(Si)及餘量的鋁(Al)所組成，將該含矽鋁合金導線及該不含矽鋁合金導線分別於攝氏645度環境下進行該固溶處理24小時後，並於攝氏300度環境下進行該時效處理3小時，如下表所示，該含矽鋁合金導線(#3及#4)之硬度大於該不含矽鋁合金導線(#2)，另外，中等鈧含量且含矽鋁合金導線(#5)之硬度大於高鈧含量且不含矽鋁合金導線(#1)，由此可知，本發明之該鋁合金導線中的矽(Si)可降低該時效處理的時間或鈧(Sc)的添加量以降低製造成本，同時維持該鋁合金導線之高耐熱性及高導電性。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
10‧‧‧鋁合金導線之製造方法
11‧‧‧進行一熔融處理
12‧‧‧進行一鑄造處理
13‧‧‧進行一固溶處理
14‧‧‧進行一退火處理
15‧‧‧進行一塑性加工
16‧‧‧進行一時效處理
第1圖：根據本發明之一實施例，一種半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法流程圖。
10‧‧‧鋁合金導線之製造方法
11‧‧‧進行一熔融處理
12‧‧‧進行一鑄造處理
13‧‧‧進行一固溶處理
14‧‧‧進行一退火處理
15‧‧‧進行一塑性加工
16‧‧‧進行一時效處理

Claims (9)

  1. 一種半導體封裝用之鋁合金導線，其係具有高耐熱性及高導電性，該鋁合金導線係由下列成份所組成：重量百分比0.05~0.14wt%鈧(Sc)、重量百分比0.01~0.1wt%鋯(Zr)、重量百分比0.01~0.1wt%矽(Si)，其餘為鋁(Al)，其中該鋁合金導線具有維氏硬度50HV以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體封裝用之鋁合金導線，其中該鋁合金導線可於攝氏200度以下環境下使用。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體封裝用之鋁合金導線，其中該鋁合金導線具有60%以上IACS導電率。
  4. 一種半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法，其包含：進行一熔融處理，將高純鋁(Al)、鋁鈧母合金(Al-Sc)、鋁鋯母合金(Al-Zr)及鋁矽母合金(Al-Si)熔融成一鋁合金熔液；進行一鑄造處理，將該鋁合金熔液鑄造成一鋁合金材料；進行一固溶處理，將該鋁合金材料置於攝氏600~650度環境下進行該固溶處理，並將該鋁合金材料以熱擠壓方式製備成一鋁合金圓桿；進行一塑性加工，將該鋁合金圓桿加工成一鋁合金線材；以及進行一時效處理，將該鋁合金線材置於攝氏275度以上環境下進行該時效處理，使該鋁合金線材轉換成一鋁合金導線，其中該鋁合金導線係由下列成份所組成：重量百分比0.05~0.14wt%鈧(Sc)、重量百分比0.01~0.1wt%鋯(Zr)、重量百分比0.01~0.1wt%矽(Si)，其餘為鋁(Al)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法，其中該熔融處理溫度介於攝氏720~780度之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法，其中該固溶處理時間為12小時以上。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法，其中該時效處理時間為3~10小時。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法，其中在該固溶處理及該塑性加工之間另包含一退火處理，將該鋁合金圓桿置於攝氏250~500度環境之下進行該退火處理，該退火處理時間為5~72小時。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之半導體封裝用之鋁合金導線之製造方法，其中該鋁合金線材具有維氏硬度50HV以上。
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