一种合金键合丝及其制备方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种合金键合丝及其制备方法，所述合金键合丝的成分和重量含量为：金5-10%，铝1-5%，镍0.5-5%，其余为纯度≥99.999wt%的银。本发明提供的合金键合丝成本低廉、键合性能优良、在高速键合条件下不断线、机械性能强，可用于集成电路、大规模集成电路、分立器件、LED封装。
【专利说明】一种合金键合丝及其制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金键合丝，属于封装材料【技术领域】，本发明还涉及所述合金键合丝的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]键合丝是用于集成电路或晶体管芯片管芯与引线框架连接的关键引线材料。传统键合丝主要由纯金材质制成。纯金材质的键合丝具有较佳的延展性及导电性等物理性质。但是，随着LED及IC产品市场竞争的日趋激烈，产品销售价格大幅下降，如何开发出一种能达到纯金焊线的功效，并可大幅降低材料成本的金属键合丝成为封装企业迫在眉睫的任务。
[0003]中国专利文献CN102418011A公开了一种键合金丝，所述金丝中加入银，还加入元素Ca、Pd、Cu、In、Sn、N1、La、Sc、Ce中一种或几种，其中键合金丝中银的重量百分含量为10% _25%，金的重量百分含量约为74%-89%。该技术方案仍以金为基材，键合丝的成本仍然很高。
[0004]中国专利文献CN101569968B公开了一种封装导线用的银合金焊线，该银合金焊线的组成成分包含:重量百分比为90.00~99.99%的银成分；重量百分比为0.0001~
9.9997%的金成分；以及重量百分比为0.0001~9.9997%的铜成分。该技术方案所述的银合金焊线的焊接效果不理想、高速键合条件下易断线。
[0005]综合上述分析，如何提供一种成本低廉、键合性能优良、高速键合条件下不断线的键合丝及其生产工艺是现有技术中还没有解决的技术难题。
【发明内容】
[0006]为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种成本低廉、键合性能优良、高速键合条件下不断线、机械性能强的键合丝及其制备方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0008]本发明提供一种合金键合丝，该合金键合丝包括:金5_10wt%，铝l_5wt%，镍
0.5-5wt%，其余为纯度≥99.999wt%的银。
[0009]作为一种优选，本发明提供一种合金键合丝，该合金键合丝的成分和重量含量为:金 6-9wt%，铝 2-4wt%，镍 l_4wt%，其余为纯度≥99.999wt% 的银。
[0010]作为一种优选，本发明提供一种合金键合丝，该合金键合丝的成分和重量含量为:金7-8wt%，铝3wt%，镍2-3wt%，其余为纯度≥ 99.999wt%的银。
[0011]作为一种优选,所述合金键合丝还添加Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种。
[0012]作为一种优选,所述合金键合丝添加重量含量为l_120ppm的Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种。
[0013]作为一种优选，所述合金键合丝添加重量含量为l_20ppm的Ca, l_20ppm的Se, l_20ppm 的 Rh, l_20ppm 的 Be, l_20ppm 的 Co, l_20ppm 的 In。
[0014]本发明还提供一种制备上述合金键合丝的方法，所述方法包括如下步骤:
[0015](1)将金属原料银、金、铝、镍置入于熔炉中进行熔铸，以制成银合金铸块；
[0016](2)将步骤(1)制成的银合金铸块进行拉丝加工，形成预定线径的银合金线材；
[0017](3)将步骤(2)制成的银合金线材进行退火工艺处理，制得所需合金键合丝。
[0018]其中，所述方法步骤(1)中金属原料为:金5_10wt%，$ l_5wt%，镍0.5_5wt%，其余为纯度> 99.999wt%的银；优选金6-9wt%，铝2-4wt%，镍l_4wt%，其余为纯度> 99.999wt%的银；更有选金7-8wt%，铝3wt%，镍2-3wt%，其余为纯度> 99.999wt%的银。
[0019]作为一种优选,所述方法步骤(1)中还包含加入微量金属原料Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种进行熔铸。
[0020]作为一种优选，所述方法步骤(1)中还包含加入重量含量为l_20ppm的Ca, l_20ppm 的 Se, l_20ppm 的 Rh, l_20ppm 的 Be, l_20ppm 的 Co, l_20ppm 的 In 进行溶铸。
[0021]所述方法步骤(3)中退火工艺处理后的银合金线材还进行绕线工艺处理。
[0022]所述绕线工艺处理后的银合金线材还进行封装工艺处理。
[0023]所述步骤(2)中的拉丝工艺包括粗拉、中拉、细拉、超微细拉伸。
[0024]所述步骤(3)中的退火工艺处理包括有成品退火、性能测试过程。
[0025]上述任一种合金键合丝或上述任一种方法制备的合金键合丝有用于封装导线的用途。
[0026]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0027]1.本发明提供的合金键合丝，以高纯银材为基础，添加金、铝、镍等次要元素，还可添加微量金属元素Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种，并且经过合理分析和多次试验后选择出每种添加元素的最适宜含量，使得合金的各元素之间相互作用，达到最优效果。试验证明，本发明的合金键合丝的机械性能、物理性能均强于同等线径的传统键合金丝,且本发明的合金键合丝的材料成本仅为黄金线材的1/8，总体销售价格仅为同规格金线的1/5，大大降低了 LED及IC封装的制造成本。
[0028]本发明提供的合金键合丝的键合性能优良，在纯氮气保护条件下，可实现任何焊接技术要求，包括植球焊接，满足各项焊接测试要求，各项性能超过键合金丝。
[0029]本发明提供的合金键合丝在高速键合条件下不易断丝，断线率稍高于传统键合金丝线，且细线径的本发明合金键合丝的机械性能等同于或强于粗线径的传统键合丝。
[0030]本发明提供的合金键合丝的抗氧化性相较于纯银焊线更好，可实现植球焊接要求。本发明提供的合金键合丝与键合金丝相比:价格更加低廉，性能稳定，挑断力更高。
[0031]本发明提供的合金键合丝可用作封装导线，满足于多种封装要求，既适用于集成电路、大规模集成电路微型化封装，也适用于分立器件、LED封装。
[0032]2.本发明提供的合金键合丝制备方法，包括将金属原料银、金、铝、镍置入于熔炉中进行熔铸，以制成银合金铸块的步骤；将银合金铸块进行拉丝加工，形成预定线径的银合金线材的步骤；将制成的银合金线材进行退火工艺处理，制得所需合金键合丝的步骤。本发明提供的合金键合丝制备方法方便实用。
【具体实施方式】[0033]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0034]实施例1:
[0035]本发明提供一种合金键合丝，该合金键合丝的成分和重量含量为:5N金5wt%，铝2wt%,镍 lwt%, 5N 银 91.99wt%,微量金属原料约 0.01wt% ；
[0036]微量金属原料添加含量如下:
[0037]5ppm <|丐< 20ppm
[0038]2ppm <错< IOppm
[0039]20ppm <被< 50ppm
[0040]5卩卩111<钴< IOppm
[0041]3ppm <铟< IOppm
[0042]5ppm <硒< IOppm。
[0043]其中，5N金是指纯度为99.999%的金；5N银是指纯度为99.999%的银。
[0044]本发明还提供上述合金键合丝的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0045]I)将银、金、铝、镍及微量金属元素组成的母材置入于熔炉中进行熔铸，以制成银合金铸块；
[0046]总投料lOOOg，其中5N银材料，含量91.99wt%，计919.9g ;5N黄金5wt%，计50g ;铝2wt%,计20g ;镍lwt%,计IOg ;添加微量金属原料0.01wt%,计0.1g;
[0047]微量金属原料添加含量如下:
[0048]5ppm <|丐< 20ppm
[0049]2ppm ≤铑≤ IOppm
[0050]20ppm <被< 50ppm
[0051]5卩卩111<钴< IOppm
[0052]3ppm <铟< IOppm
[0053]5ppm <硒< IOppm
[0054]2)将步骤(1)制成的银合金铸块进行拉丝加工，形成预定线径的银合金线材；
[0055]3)将步骤(2)制成的银合金线材进行退火工艺处理，制得所需合金键合丝。
[0056]其中，本发明所述合金键合丝制备方法中，
[0057]步骤(1)将金属元素组成的母材置入于熔炉中进行熔铸，所述熔铸过程可以在真空条件下进行。
[0058]步骤(2)中的拉丝工艺包括有中拉、细拉、超微细拉伸，将合金线材拉伸至预定线径。例如在银合金线材铸造完成后，进行线径拉伸，首先经过第一粗伸线机拉伸，将线径由8_拉伸至1_，拉伸速度为0.lm/s，再将银合金线材依序经过第二细伸线机、极细伸线机、及超极细伸线机拉伸，其中，第二细伸线机(例如日本SKAWA公司生产的SS21BC)将线材由Imm拉伸至0.1mm,拉伸速度为0.5m/s,极细伸线机(例如日本SKAWA生产的WSS21BC)将线材由0.1拉伸至0.05mm，拉伸速度为lm/s，以及超极细伸线机(例如日本SKAWA生产的WSS21BC)将银合金线材进一步拉伸为预定线径23 μ m、25 μ m的特定银合金键合丝，拉伸的速度为3_6m/s。
[0059]步骤(3)中的退火工艺处理包括有成品退火、性能测试处理过程。[0060]退火机械性能对比如下
[0061]
【权利要求】
1.一种合金键合丝，其特征在于:该合金键合丝包括:金5-10wt%，铝l-5wt%，镍0.5-5wt%，其余为纯度> 99.999wt%的银。
2.根据权利要求1所述的合金键合丝，其特征在于:所述合金键合丝包括:金6-9wt%,铝2-4wt%，镍l_4wt%，其余为纯度> 99.999wt%的银。
3.根据权利要求1所述的合金键合丝，其特征在于:所述合金键合丝的成分和含量为:金7-8wt%，铝3wt%，镍2-3wt%，其余为纯度> 99.999wt%的银。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的合金键合丝，其特征在于:所述合金键合丝还添加Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的合金键合丝，其特征在于:所述合金键合丝添加重量含量为l_120ppm的Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的合金键合丝，其特征在于:所述合金键合丝添加重量含量为 l-20ppm 的 Ca, l_20ppm 的 Se, l_20ppm 的 Rh, l_20ppm 的 Be, l_20ppm 的Co, l_20ppm 的 In。
7.一种制备权利要求1-6任意一项所述合金键合丝的方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: (1)将金属原料银、金、铝、镍置入于熔炉中进行熔铸，以制成银合金铸块； 其中，所述金属原料包括:金5-10wt%，铝l-5wt%，镍0.5-5wt%，其余为纯度≥ 99.999wt% 的银； (2)将步骤(1)制成的银合金铸块进行拉丝加工，形成预定线径的银合金线材； (3)将步骤(2)制成的银合金线材进行退火工艺处理，制得所需合金键合丝。
8.根据权利要求7所述的合金键合丝制备方法，其特征在于:所述方法步骤(1)中还包含加入微量金属原料Ca、Se、Rh、Be、Co、In中的一种或其中的几种进行熔铸。
9.根据权利要求7或8所述的合金键合丝制备方法，其特征在于:所述方法步骤(1)中还包含加入重量含量为l_20ppm的Ca, l_20ppm的Se, l_20ppm的Rh, l_20ppm的Be,l-20ppm 的 Co, l-20ppm 的 In 进行熔铸。
10.根据权利要求7-9任一项所述的合金键合丝制备方法，其特征在于:所述方法步骤(3)中退火工艺处理后的银合金线材还进行绕线工艺处理。
11.根据权利要求10所述的合金键合丝制备方法，其特征在于:所述绕线工艺处理后的银合金线材还进行封装工艺处理。
12.根据权利要求7-11任一项所述的合金键合丝制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的拉丝工艺包括粗拉、中拉、细拉、超微细拉伸。
13.根据权利要求7-12任一项所述的合金键合丝制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中的退火工艺处理包括有成品退火、性能测试过程。
14.权利要求1-6任一项所述的合金键合丝或权利要求7-13任一项所述方法制备的合金键合丝可用于封装导线的用途。
【文档编号】H01L23/49GK103789568SQ201410054839
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】周钢, 薛子夜, 赵义东 申请人:浙江佳博科技股份有限公司