TWI594336B - Insulation bonding wire - Google Patents

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Description

絕緣鍵合絲
本發明係關於一種絕緣鍵合絲，特別關於一種包含以二氧化矽作為主要成分之絕緣膜的絕緣鍵合絲。
在電子產業的應用發展下，封裝的小型化已成為了必然的趨勢，其中包含了焊線線徑與焊盤間距的微小化、焊線高密度化、焊線排列多層及交錯化等，甚至低長線弧的運用也是越來越廣泛，然而上述種種的演進，也在鍵合絲技術方面帶來了新的挑戰。
首先要注意的課題是，當線徑微小化的同時該如何維持鍵合絲良好的機械性與成弧性，以確定元件的可靠度得到保證，由於使用的線越來越細，通常小尺寸封裝容易造成焊線的機械性能不足或是頸部脆弱易斷，導致在可靠度測試中失效。再來要注意的是，焊線的高密度化意味著焊線必須排列的更緊密，彼此間的距離必須更小，然而隨後的灌膠製程無可避面地會對這些焊線施加所謂的模流壓力，這股壓力將會導致焊線發生偏移、歪斜、塌陷並觸碰到相鄰的焊線，最終形成元件短路、生產良率低下等隱憂。
因此在鍵合絲生產的領域中，唯有解決上述問題，才能夠順利推動高密度、小尺寸化的電子封裝技術繼續向前邁進。
有鑑於上述現有技術的缺失，本發明係提供一種絕緣鍵合絲，藉此改善傳統之鍵合絲不利於應用於高密度、小尺寸化的電子封裝技術領域的問題。
為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種絕緣鍵合絲，包含：一中心母線；以及一第一絕緣膜，其係包覆該中心母線的表面，且其主要成分係為二氧化矽。
上述之絕緣鍵合絲，其中該中心母線可選自由純金線、純銀線、金銀合金線及銅線所組成的群組。
上述之絕緣鍵合絲，其中該中心母線的橫截面直徑可為15-50微米。
上述之絕緣鍵合絲，其中可藉由磁控式濺鍍，使二氧化矽包覆該中心母線的表面，以形成該第一絕緣膜。
上述之絕緣鍵合絲，其中該第一絕緣膜的厚度可為0.005-0.02微米。
上述之絕緣鍵合絲，其中可藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該中心母線的表面，以形成該第一絕緣膜。
上述之絕緣鍵合絲，其中該第一絕緣膜的厚度可為0.01-0.03微米。
上述之絕緣鍵合絲，其中可進一步包含：一第二絕緣膜，其係包覆該第一絕緣膜的表面，且其主要成分係為二氧化矽， 其中可藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該第一絕緣膜的表面，以形成該第二絕緣膜。
上述之絕緣鍵合絲，其中該第二絕緣膜的厚度可為0.01-0.03微米。
本發明之絕緣鍵合絲，藉由包覆了表面絕緣膜可使焊線之間發生碰觸而不造成短路，當將其應用於高密度、小尺寸的封裝技術領域時，不只能使布線的設計更加彈性，還能提高元件生產上的量率與可靠度。此外，由於以二氧化矽作為主要成分的絕緣膜將鍵合絲表面與大氣進行了隔絕，還能進一步強化焊線抗氧化、抗硫化的能力。
10‧‧‧絕緣鍵合絲
12‧‧‧中心母線
14‧‧‧第一絕緣膜
20‧‧‧絕緣鍵合絲
22‧‧‧中心母線
24‧‧‧第一絕緣膜
30‧‧‧絕緣鍵合絲
32‧‧‧中心母線
34‧‧‧第一絕緣膜
36‧‧‧第二絕緣膜
〔圖1〕係為本發明實施例1之絕緣鍵合絲的側視圖。
〔圖2〕係為本發明實施例1之絕緣鍵合絲剖面圖。
〔圖3〕係為本發明實施例2之絕緣鍵合絲的側視圖。
〔圖4〕係為本發明實施例2之絕緣鍵合絲剖面圖。
〔圖5〕係為本發明實施例3之絕緣鍵合絲的側視圖。
〔圖6〕係為本發明實施例3之絕緣鍵合絲剖面圖。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
本發明之絕緣鍵合絲，其中心母線是由一般鍵合絲材料所形成的導體，包含了金、銀、金銀合金與銅及其他微量元素等，在確保中心母線的機械性質、電性質良好的前提下，其表面再包覆了以二氧化矽作為主要成分的絕緣膜。根據表面鍍膜方式的不同，本發明之絕緣鍵合絲之絕緣膜可包含下列三種態樣：1.藉由磁控式濺鍍所形成之二氧化矽絕緣膜；2.藉由溶膠凝膠法所形成之二氧化矽絕緣膜；3.藉由磁控式濺鍍與溶膠凝膠法之複合二氧化矽絕緣膜。
以下，茲藉由具體實施例1-3詳細描述上述三種態樣之本發明之絕緣鍵合絲的製造方法。
實施例1：
實施例1之絕緣鍵合絲的製備方法，其步驟包含：A.採用多次拉伸的方式製備中心母線；B.採用磁控式濺鍍的方式，在該中心母線的表面鍍上主要成分為二氧化矽之絕緣膜；C.進行退火處理得成品。
其中，步驟(A)包括：選擇中心母線的原料，該原料係選自於由金、銀、銅及其他微量元素所組成之群組；將該原料進行熔煉、鑄造、拉伸成鑄棒；以及將該鑄棒進行多次拉伸直到預定的中心母線直徑。熔煉時，首先將真空爐腔體的壓力抽至高真空(1×10-1至1×10-7Pa)，再通入氮氣使腔體維持在低真空(1×105至3×103Pa)的氮氣環境下進形熔煉，此時爐內溫度約在1200℃左右，持續熔煉20分鐘，此過程中同時搭配自動攪拌以確保金、銀與微量元素能夠達到均 勻混合。熔煉後，採用連續鑄造的方式將熔融體壓製成6毫米左右的合金棒材。使用拉絲機將合金棒透過粗拉、中拉、細拉、微拉直到所需的線徑尺寸，中間過程視情況使用退火爐對線材之半成品進行退火，以消除冷加工過程中所產生之晶格扭曲、差排或應力集中等缺陷，這樣一來，可在後續進行細拉絲的過程中，避免線材出現容易斷裂的問題。較佳地，當該中心母線係為純金線時，用於製備該純金線的金的純度大於99.99%，該純金線中金的重量百分比含量為99.99wt%；當該中心母線係為純銀線時，用於製備該純銀線的銀的純度大於99.99%，該純銀線中銀的重量百分比含量為99.99wt%；當該中心母線係為金銀合金線時，用於製備該金銀合金線的金的純度大於99.99%，銀的純度大於99.99%，該金銀合金線中銀的重量百分比含量為55%-99.99wt%，金的重量百分比為44.99%-0.00wt%，且金和銀的重量百分比之和為99.99%；以及當該中心母線係為銅線時，用於製備該銅線的銅為純度大於99.99%的單晶無氧銅。
其中，步驟(B)包括：使用射頻式磁控式濺鍍機配合連續性鍍膜系統進行第一絕緣膜的濺鍍，其中該第一絕緣膜的鍍膜材料為環形石英靶，純度為99.99%，顆粒大小介於0.01-0.02微米。首先，先將鍍膜腔體抽至大約2 x 10-3Pa的真空，通入工作氣體(氬氣)通量約100-150sccm，並調整工作壓力為0.5-1.2Pa，射頻功率為100-200W。預先進行15分鐘的預濺鍍以去除靶材表面髒汙，隨後根據不同的成品線徑來設定連續鍍膜的走線速度與程序，在中心母線的表面鍍上一層厚度為0.005-0.02微米以二氧化矽作為主要成分的第一絕緣膜。較佳地，該第一絕緣膜中，二氧化矽之重量百分比係佔該第二絕緣膜的99.9-95.0%。
其中，步驟(C)包括：使用退火爐於400-600℃、氮氣環境下進行連續性退火，退火速率介於5000mm/min到50000mm/min之間，其作用在於消除 冷加工時外力對線材內層金屬所造成的變形、差排與應力，並促使其再結晶以達到所需的機械性能。同時，賦予額外能量給外層剛濺鍍完的第一絕緣膜，使其鍵結更完善並增加附著力與薄膜的緻密性。
實施例1之絕緣鍵合絲之成品係如圖1及圖2所示。圖1係為本發明實施例1之絕緣鍵合絲的側視圖；以及圖2係為本發明實施例1之絕緣鍵合絲剖面圖。如圖1及圖2所示，本發明實施例1之絕緣鍵合絲10，包含：一中心母線12；以及一第一絕緣膜14，其係包覆該中心母線12的表面，且其主要成分係為二氧化矽。實施例1係藉由磁控式濺鍍，使二氧化矽包覆該中心母線12的表面，以形成該第一絕緣膜14。
實施例2：
實施例2之絕緣鍵合絲的製備方法，其步驟包含：A.採用多次拉伸的方式製備中心母線；B.進行退火處理；C.採用溶膠凝膠法的方式，在該中心母線的外層鍍上二氧化矽膜；D.進行固化、烘烤得成品。
其中，步驟(A)包括：選擇中心母線的原料，該原料係選自於由金、銀、銅及其他微量元素所組成之群組；將該原料進行熔煉、鑄造、拉伸成鑄棒；以及將該鑄棒進行多次拉伸直到預定的中心母線直徑。熔煉時，首先將真空爐腔體的壓力抽至高真空(1×10-1至1×10-7Pa)，再通入氮氣使腔體維持在低真空(1×105至3×103Pa)的氮氣環境下進形熔煉，此時爐內溫度約在1200℃左右，持續熔煉20分鐘，此過程中同時搭配自動攪拌以確保金、銀與微量元素能夠達到均勻混合。熔煉後，採用連續鑄造的方式將熔融體壓製成6毫米左右的合金棒材。 使用拉絲機將合金棒透過粗拉、中拉、細拉、微拉直到所需的線徑尺寸，中間過程視情況使用退火爐對線材之半成品進行退火，以消除冷加工過程中所產生之晶格扭曲、差排或應力集中等缺陷，這樣一來，可在後續進行細拉絲的過程中，避免線材出現容易斷裂的問題。較佳地，當該中心母線係為純金線時，用於製備該純金線的金的純度大於99.99%，該純金線中金的重量百分比含量為99.99wt%；當該中心母線係為純銀線時，用於製備該純銀線的銀的純度大於99.99%，該純銀線中銀的重量百分比含量為99.99wt%；當該中心母線係為金銀合金線時，用於製備該金銀合金線的金的純度大於99.99%，銀的純度大於99.99%，該金銀合金線中銀的重量百分比含量為55%-99.99wt%，金的重量百分比為44.99%-0.00wt%，且金和銀的重量百分比之和為99.99%；以及當該中心母線係為銅線時，用於製備該銅線的銅為純度大於99.99%的單晶無氧銅。
其中，步驟(B)包括：使用退火爐於400-600℃、氮氣環境下進行連續性退火，退火速率介於5000mm/min到50000mm/min之間，其作用在於消除冷加工時外力對線材內層金屬所造成的變形、差排與應力，並促使其再結晶以達到所需的機械性能。
其中，步驟(C)包括：使用二氧化矽溶膠配合溶膠凝膠法進行二氧化矽鍍膜，首先將溶膠置入鍍膜槽中，利用連續性浸鍍的方式將其覆蓋於線材表面，根據不同的成品線徑來設定連續鍍膜的走線速度，使速度介於5000mm/min到50000mm/min之間。其中該溶膠由奈米二氧化矽顆粒與其他有機成分組成，其中奈米二氧化矽顆粒的中心粒徑D50介於5-10nm、其粒徑分布的跨度[(D90-D10)/D50]介於0.5-1.0，其他有機成分包含了偶聯劑、分散劑等，溶膠的總體固含量介於3%-20%之間。
其中步驟(D)包括：使用連續性UV固化與烘烤設備，設定溫度為180-300℃，走線速度介於5000mm/min到50000mm/min之間。其目的在於進一步促進其溶膠聚合反應的進行與溶劑揮發，當奈米二氧化矽顆粒與周圍的高分子形成網絡狀結構並進一步固化乾燥後，即形成厚度為0.01-0.03微米以二氧化矽作為主要成分的第一絕緣膜。較佳地，該絕緣膜中二氧化矽之重量百分比係佔該絕緣膜的99.9-80.0%。
實施例2之絕緣鍵合絲之成品係如圖3及圖4所示。圖3係為本發明實施例2之絕緣鍵合絲的側視圖；以及圖4係為本發明實施例2之絕緣鍵合絲剖面圖。如圖3及圖4所示，本發明實施例2之絕緣鍵合絲20，包含：一中心母線22；以及一第一絕緣膜24，其係包覆該中心母線22的表面，且其主要成分係為二氧化矽。實施例2係藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該中心母線22的表面，以形成該第一絕緣膜24。
實施例2之第一絕緣膜與實施例1之第一絕緣膜同樣係以二氧化矽作為主要成分，二者的主要差異在於，實施例1係藉由磁控式濺鍍，使二氧化矽包覆該中心母線的表面，以形成該第一絕緣膜，而實施例2則係藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該中心母線的表面，以形成該第一絕緣膜。
實施例3：
實施例3之絕緣鍵合絲的製備方法，其步驟包含：A.採用多次拉伸的方式製備中心母線；B.採用磁控式濺鍍的方式，在該中心母線的外表面鍍上第一層二氧化矽膜；C.進行退火處理； D.採用溶膠凝膠法的方式，在該中心母線的外層鍍上第二層二氧化矽膜；E.進行固化、烘烤得成品。
其中，步驟(A)包括：選擇中心母線的原料，該原料係選自於由金、銀、銅及其他微量元素所組成之群組；將該原料進行熔煉、鑄造、拉伸成鑄棒；以及將該鑄棒進行多次拉伸直到預定的中心母線直徑。熔煉時，首先將真空爐腔體的壓力抽至高真空(1×10-1至1×10-7Pa)，再通入氮氣使腔體維持在低真空(1×105至3×103Pa)的氮氣環境下進形熔煉，此時爐內溫度約在1200℃左右，持續熔煉20分鐘，此過程中同時搭配自動攪拌以確保金、銀與微量元素能夠達到均勻混合。熔煉後，採用連續鑄造的方式將熔融體壓製成6毫米左右的合金棒材。使用拉絲機將合金棒透過粗拉、中拉、細拉、微拉直到所需的線徑尺寸，中間過程視情況使用退火爐對線材之半成品進行退火，以消除冷加工過程中所產生之晶格扭曲、差排或應力集中等缺陷，這樣一來，可在後續進行細拉絲的過程中，避免線材出現容易斷裂的問題。較佳地，當該中心母線係為純金線時，用於製備該純金線的金的純度大於99.99%，該純金線中金的重量百分比含量為99.99wt%；當該中心母線係為純銀線時，用於製備該純銀線的銀的純度大於99.99%，該純銀線中銀的重量百分比含量為99.99wt%；當該中心母線係為金銀合金線時，用於製備該金銀合金線的金的純度大於99.99%，銀的純度大於99.99%，該金銀合金線中銀的重量百分比含量為55%-99.99wt%，金的重量百分比為44.99%-0.00wt%，且金和銀的重量百分比之和為99.99%；以及當該中心母線係為銅線時，用於製備該銅線的銅為純度大於99.99%的單晶無氧銅。
其中，步驟(B)包括：使用射頻式磁控式濺鍍機配合連續性鍍膜系統進行第一絕緣膜的濺鍍，其中該第一絕緣膜的鍍膜材料為環形石英靶，純度 為99.99%，顆粒大小介於0.01-0.02微米。首先，先將鍍膜腔體抽至大約2 x 10-3Pa的真空，通入工作氣體(氬氣)通量約100-150sccm，並調整工作壓力為0.5-1.2Pa，射頻功率為100-200W。預先進行15分鐘的預濺鍍以去除靶材表面髒汙，隨後根據不同的成品線徑來設定連續鍍膜的走線速度與程序，在中心母線的表面鍍上一層厚度為0.005-0.02微米以二氧化矽作為主要成分的第一絕緣膜。較佳地，該第一絕緣膜中，二氧化矽之重量百分比係佔該絕緣膜的99.9-95.0%。
其中，步驟(C)包括：使用退火爐於400-600℃、氮氣環境下進行連續性退火，退火速率介於5000mm/min到50000mm/min之間，其作用在於消除冷加工時外力對線材內層金屬所造成的變形、差排與應力，並促使其再結晶以達到所需的機械性能。同時，賦予額外能量給外層剛濺鍍完的第一絕緣膜，使其鍵結更完善並增加附著力與薄膜的緻密性。
其中，步驟(D)包括：使用二氧化矽溶膠配合溶膠凝膠法進行第二層二氧化矽鍍膜，首先將溶膠置入鍍膜槽中，利用連續性浸鍍的方式將其覆蓋於第一絕緣膜的表面，根據不同的成品線徑來設定連續鍍膜的走線速度，使速度介於5000mm/min到50000mm/min之間。其中該溶膠由奈米二氧化矽顆粒與其他有機成分組成，其中奈米二氧化矽顆粒的中心粒徑D50介於5-10nm、其粒徑分布的跨度[(D90-D10)/D50]介於0.5-1.0，其他有機成分包含了偶聯劑、分散劑等，溶膠的總體固含量介於3%-20%之間。
其中，步驟(E)包括：使用連續性UV固化與烘烤設備，設定溫度為180-300℃，走線速度介於5000mm/min到50000mm/min之間。其目的在於進一步促進其溶膠聚合反應的進行與溶劑揮發，當奈米二氧化矽顆粒與周圍的高分子形成網絡狀結構並進一步固化乾燥後，即形成厚度為0.01-0.03微米以二氧化 矽作為主要成分的第二絕緣膜。較佳地，該第二絕緣膜中二氧化矽之重量百分比係佔該第二絕緣膜的99.9-80.0%。
實施例3之絕緣鍵合絲之成品係如圖5及圖6所示。圖5係為本發明實施例3之絕緣鍵合絲的側視圖；以及圖6係為本發明實施例3之絕緣鍵合絲剖面圖。如圖5及圖6所示，本發明實施例3之絕緣鍵合絲30，包含：一中心母線32；一第一絕緣膜34，其係包覆該中心母線32的表面，且其主要成分係為二氧化矽；以及一第二絕緣膜36，其係包覆該第一絕緣膜34的表面，且其主要成分係為二氧化矽。實施例3係藉由磁控式濺鍍，使二氧化矽包覆該中心母線32的表面，以形成該第一絕緣膜34；以及其係藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該第一絕緣膜34的表面，以形成該第二絕緣膜36。
相較於實施例1，實施例3係進一步藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該第一絕緣膜的表面，以形成該第二絕緣膜。
本發明之絕緣鍵合絲，藉由包覆了表面絕緣膜可使焊線之間發生碰觸而不造成短路，當將其應用於高密度、小尺寸的封裝技術領域時，不只能使布線的設計更加彈性，還能提高元件生產上的量率與可靠度。此外，由於二氧化矽絕緣膜將鍵合絲表面與大氣進行了隔絕，還能進一步強化焊線抗氧化、抗硫化的能力。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧絕緣鍵合絲
12‧‧‧中心母線
14‧‧‧第一絕緣膜

Claims (4)

  1. 一種絕緣鍵合絲，包含：一中心母線；以及一第一絕緣膜，其係包覆該中心母線的表面，且其主要成分係為二氧化矽，其中係藉由溶膠凝膠法，使奈米二氧化矽粒子包覆該中心母線的表面，以形成該第一絕緣膜。
  2. 如請求項1所述之絕緣鍵合絲，其中該中心母線係選自由純金線、純銀線、金銀合金線及銅線所組成的群組。
  3. 如請求項1所述之絕緣鍵合絲，其中該中心母線的橫截面直徑係為15-50微米。
  4. 如請求項1-3中任一項所述之絕緣鍵合絲，其中該第一絕緣膜的厚度係為0.01-0.03微米。
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