银合金焊接导线的制作方法
【专利摘要】一种银合金焊接导线，包含一银合金组份，包括银、钯，及锗，基于该银合金组份的重量百分比为100wt%计，钯的重量百分比不小于3wt%，且不大于4wt%，锗的重量百分比不小于0.015wt%，且不大于0.1wt%。本发明银合金焊接导线通过钯及锗的特定比例的控制，除了可克服提升可靠性外，还可提升结球稳定性及真圆性，更适于应用在封装【技术领域】的引线键合工艺中，有效提升引线键合工艺的成品率及稳定性。
【专利说明】银合金焊接导线
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于半导体封装【技术领域】的一种焊接导线，特别是涉及一种用于 半导体封装【技术领域】的银合金焊接导线
【背景技术】
[0002] 在半导体封装【技术领域】中，封装工艺主要是将一 1C芯片设置于一印刷电路板，设 置方式是利用一焊接导线的两端分别连接该1C芯片及该印刷电路板的一垫片（pad)，使得 该1C芯片可固设于该印刷电路板；接着，再将该印刷电路板置于一封装座的一容置空间并 填充一树脂，用于包覆该1C芯片，使其与外界隔离，而成一封装件。
[0003] 由于金（Au)的导电率高且稳定性佳，不易与其他种类的金属反应，所以以往的焊 接导线通常是以金线为主。然而，众所皆知的是，金是极为贵重的金属，当所需焊接于印刷 电路板的半导体芯片数量大或所需焊接导线线路多时，将使得整体封装件的成本高昂。据 此，所属【技术领域】的研究人员转往开发成本相对金而言较低的焊接导线。其中，因为银的导 电率高，而成为替代金焊接导线的主要材料。
[0004] 当一焊接导线仅以单一银金属元素构成，虽然其具备导电率高的特性，但该焊接 导线的线材强度及可靠度却不尽理想。据此，日本专利公告案号JP11288962(下称'962 案）揭示了一种银合金焊接导线，并揭示将小于l〇wt%的钯（Pd)及0. 001至0. Olwt%的锗 (Ge)加入银而成为银合金焊接导线时，可以改善焊接导线的线材强度，且该日本专利公告 案还特别指出，当锗大于0. Olwt%时，反而导致该焊接导线的可靠度过低而不适合作为焊 接导线。
[0005] 然而，上述焊接导线虽然可改善可靠度，但在1C芯片的尺寸持续微缩的情况下， 发明人却又发现其产生将在下面描述的另一个严重的问题，导致该焊接导线在时无法在半 导体封装【技术领域】中继续被使用。
[0006] 本案发明人发现，用于封装小尺寸的1C芯片时，例如用于封装100纳米以下的半 导体工艺所制得的1C芯片，除了线材强度及可靠度外，线材的结球稳定性更是维持该焊接 导线稳定性高、不易倾倒、重力平衡的主要因素。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供结球稳定性、拉线强度，及可靠度俱佳的银合金焊接导线。
[0008] 本发明的银合金焊接导线，包含一银合金组份，该银合金组份包括银、钯，及锗，基 于该银合金组份的重量百分比为l〇〇wt%计，钯的重量百分比不小于3wt%，且不大于4wt%， 锗的重量百分比不小于〇. 〇15wt%，且不大于0. lwt%。
[0009] 本发明的银合金焊接导线，锗的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. 05wt%。
[0010] 本发明的银合金焊接导线，该银合金组份还包括一添加剂，基于该银合金组份的 重量百分比为l〇〇wt%计，该添加剂的重量百分比不小于0. 05wt%，不大于0. lwt%，且该添加 剂选自铜、镍，及其组合。 toon] 本发明的银合金焊接导线，该添加剂选自铜及镍。
[0012] 本发明的银合金焊接导线，该添加剂为铜。
[0013] 本发明的银合金焊接导线，该银合金组份还包括一添加剂，基于该银合金组份的 重量百分比为l〇〇wt%计，锗的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. 05wt%，该添加剂的 重量百分比不小于〇. 〇5wt%，且不大于0. lwt%，该添加剂选自铜、镍，及其组合。
[0014] 本发明的有益效果在于：银合金焊接导线利用不小于3wt%且不大于4wt%的钯，配 合不小于0.015wt%且不大于0. lwt%的锗，显著地提升该焊接导线的可靠度及结球稳定性； 再配合特定比例的添加剂时，可进一步地增进可靠度、回路高度稳定性，及结球稳定性的功 效。
【具体实施方式】 [0015]
[0016] 在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的 编号来表不。
[0017] 本发明银合金焊接导线的一第一较佳实施例包含一银合金组份。
[0018] 该银合金组份包括银、钯及锗。基于该银合金组份的重量百分比为100wt%计， 钮1的重量百分比不小于3wt%，且不大于4wt%，锗的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于 0· lwt%〇
[0019] 其中，该银合金组份的重量百分比不小于3wt%且不大于4wt%的钯，配合重量百分 比不小于0. 〇15wt%且不大于0. lwt%的锗，除了提高该银合金焊接导线具备良好的拉线强 度及可靠性外，还具备良好的结球稳定性，既而供后续封装工艺的稳定性佳，及引线键合成 品率佳。以下，更进一步地说明本发明银合金焊接导线。
[0020] 该银合金组份的银、钯、锗的排列方式皆为面心立方结构（FCC)，且在钯的重量百 分比不小于3wt%且不大于4wt%，及锗的重量百分比不小于0. 015wt%且不大于0. lwt%时， 银、钯、锗构成该银合金组份仍然维持面心立方结构，并利用面心立方结构自身在被塑形时 不易断裂的特性，既而维持该第一较佳实施例银合金焊接导线兼具有高拉线强度及塑形 稳定性，此处所称的塑形稳定性包括经引线键合工艺后焊接导线的回路高度稳定性，及引 线键合工艺中焊接导线的结球稳定性。
[0021] 特别地，锗的重量百分比不小于0. 015wt%且不大于0. 05wt%更佳。
[0022] 进一步地，本发明银合金焊接导线的一第二较佳实施例与该第一较佳实施例相 似，其不同处在于该第二较佳实施例的该银合金组份还包括一添加剂，该添加剂选自铜、 镍，及其组合。
[0023] 基于该银合金组份的重量百分比为lOOwt%计，钯的重量百分比不小于3wt%，且不 大于4wt%，锗的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. lwt%，该添加剂的重量百分比不 小于0. 05wt%，且不大于0. lwt%，再者，该银合金组份除上述的钯、锗，及该添加剂外，余量 为银。
[0024] 该添加剂的金属元素的共同性质在于其也是面心立方结构，既而可在维持本发明 银合金焊接导线为具有较多滑移系（slip system)的面心立方结构的状况下，进而提升本 发明银合金焊接导线的引线键合成品率及稳定性。
[0025] 较佳地，该添加剂选自铜及镍；更佳地，该添加剂为铜，而可具备良好的拉伸强度、 可靠度、回路高度稳定性，及结球稳定性。
[0026] 特别地，锗的重量百分比不小于0. 015wt%且不大于0. 05wt%更佳。
[0027] 需特别说明的是，受限于目前提炼金属的技术程度，本发明所称的银、锗、钯，及该 添加剂的金属元素，指的是纯度为99. 99%以上的银、锗、钯，及该添加剂的金属元素。
[0028] 〈具体例及其测试结果〉
[0029] 下表1为本发明用于半导体封装的银合金焊接导线的具体例1?28及比较例1? 7的成分比例，及具体例与比较例所进行的测试结果；其中，具体例1?4兹属该第一较佳 实施例，具体例5?28兹属该第二较佳实施例。测试项目包括拉伸强度、压力锅蒸煮试验 (pressure cooker test,简称PCT，又称饱和蒸汽试验）、回路高度稳定性，及结球稳定性。
[0030] 首先，先准备表1所列出的纯度大于99. 99%的各原料，并依预设比例的银合金组 份的重量百分比混合；接着，经连续铸造工艺而成径宽为8?10_的银合金母线；继续，再 对该银合金母线施以连续且数次的粗拉线工艺及中拉线工艺，该银合金母线的径面积较拉 线工艺前的银合金母线的径面积缩小97%。
[0031] 由于该银合金母线在受到不间断的拉扯，并被施予铸造工艺及拉线工艺等大量加 工工艺后，该银合金母线也由于累积于内部的大量应力所造成的位错（dislocation)导致 硬化，大幅增加后续工艺的困难度，且难以继续进行后续所必须的细拉线工艺。
[0032] 因此，为了解决位错问题，在细拉线工艺前，先对该银合金母线进行温度为550°C 的退火热处理。接着，再对退火热处理后的银合金母线施予连续的细拉线工艺及超细拉线 工艺，得到最终线径的导线，而后再次进行温度为600°C退火热处理，制作本发明银合金焊 接导线。
[0033] 以下说明对所述具体例及比较例的测试方法。
[0034][拉伸强度]
[0035] 取10cm的一受测的银合金焊接导线，以型号为JIS Z2201的拉线机台，并通过每 分钟0. 1至lcm的速度拉伸该受测的银合金焊接导线，直到该受测的银合金焊接导线断裂， 而得到一个拉伸强度值。
[0036][压力锅蒸煮试验]
[0037] 首先，将100条受测的银合金焊接导线经引线键合工艺而与一垫片接合后，将所 述受测的银合金焊接导线放置于温度为120°C、湿度为100%R.H.，及压力为29.7psi的环 境达250小时；接着，对所述已接受高压、高湿及高热的受测的银合金焊接导线进行推球测 试。利用一厂牌为DAGE，型号为dage4000的推球试验机进行推球测试，其推球试验机的推 刀荷重为250g，当对该焊接导线进行推球测验所得到的推球值小于20g时，则判定失效。
[0038] 在测验100条银合金焊接导线后，以"◎"表示0条银合金焊接导线失效；以"〇" 表示1条银合金焊接导线失效；以"Λ"表示2?3条银合金焊接导线失效；以" X "表示不 小于4条银合金焊接导线失效；其中，失效条数愈多，则可靠度愈低；0条银合金焊接导线失 效表示可靠度极佳；1条银合金焊接导线失效表示可靠度较佳；2?3条银合金焊接导线失 效表示可靠度为普通程度；不小于4条银合金焊接导线失效表示可靠度极差。
[0039][回路高度稳定性]
[0040] 将待测的银合金焊接导线焊合于一垫片上，总计分别焊合100条银合金焊接导 线，并维持每一焊合后的银合金焊接导线的弧高为1〇〇至200 μ m ;接着，以SEM(厂牌为 HITACHI，型号为S-3000N)观察并挑选出在所述焊合后的银合金焊接导线中，外貌与整体 银合金焊接导线相较而言，其外貌差异较大的银合金焊接导线。
[0041] 其中，以"◎"表示外貌差异大的银合金焊接导线的数量为0条；以"〇"表示外貌 差异大的银合金焊接导线的数量为1条：以"Λ"表示外貌差异大的银合金焊接导线的数量 为2条；以" X "表示外貌差异大的银合金焊接导线的数量不小于3条。其中，外貌差异大 的数量愈多，则回路高度稳定性愈低；〇条银合金焊接导线失效表示回路高度稳定性极佳； 1条银合金焊接导线失效表示回路高度稳定性较佳；2条银合金焊接导线失效表示回路高 度稳定性为普通程度；不小于3条银合金焊接导线失效表示回路高度稳定性极差。
[0042] [结球稳定性]
[0043] 首先，将穿过一焊合磁嘴的一待测的银合金焊接导线裸露的端部，利用一热声波 焊接机，以电极放电的方式，将该待测的银合金焊接导线的端部加热熔融成一球状形态的 金属球（free air ball,简称FAB)，而后冷却。其中，自电极放电至成烙球的过程又称放电 结球（Electric flame-off,简称EF0)，共重复对100条待测的银合金焊接导线的端部形成 金属球。接着，再观察所述金属球：自该银合金焊接导线的延伸方向俯视所述金属球，当其 中一金属球在一水平面的一第一方向的径宽与一垂直该第一方向的第二方向的径宽间的 比值小于〇. 95,或大于1. 05时，判定该金属球的结球稳定性失效。
[0044] 其中，以"◎"表示0个金属球的结球稳定性失效；以"〇"表示1个金属球的结球 稳定性失效：以"Λ"表示2至3个金属球的结球稳定性失效；以" X "表示4个金属球的结 球稳定性失效的数量。其中，金属球的结球稳定性失效的数量愈多，则金属球的结球稳定性 愈低；〇个金属球的结球稳定性失效表示结球稳定性极佳；1个金属球的结球稳定性失效表 示结球稳定性较佳；2个金属球的结球稳定性失效表示结球稳定性为普通程度；不小于3个 金属球的结球稳定性失效表不结球稳定性极差。
[0045] 表 1
[0046]
【权利要求】
1. 一种银合金焊接导线，其特征在于：该银合金焊接导线包含一银合金组份，该银合 金组份包括银、钯，及锗，基于该银合金组份的重量百分比为lOOwt%计，钯的重量百分比不 小于3wt%，且不大于4wt%，锗的重量百分比不小于0. 015wt%，且不大于0. lwt%。
2. 根据权利要求1所述的银合金焊接导线，其特征在于：锗的重量百分比不小于 0· 015wt%，且不大于 0· 05wt%。
3. 根据权利要求1所述的银合金焊接导线，其特征在于：该银合金组份还包括一添加 齐U，基于该银合金组份的重量百分比为l〇〇wt%计，该添加剂的重量百分比不小于0.05wt%， 不大于0. lwt%，且该添加剂选自铜、镍，及其组合。
4. 根据权利要求3所述的银合金焊接导线，其特征在于：该添加剂选自铜及镍。
5. 根据权利要求4所述的银合金焊接导线，其特征在于：该添加剂为铜。
6. 根据权利要求2所述的银合金焊接导线，其特征在于：该银合金组份还包括一添加 齐U，基于该银合金组份的重量百分比为l〇〇wt%计，锗的重量百分比不小于0.015wt%，且不 大于0. 05wt%，该添加剂的重量百分比不小于0. 05wt%，且不大于0. lwt%，该添加剂选自铜、 镍，及其组合。
7. 根据权利要求6所述的银合金焊接导线，其特征在于：该添加剂选自铜及镍。
8. 根据权利要求7所述的银合金焊接导线，其特征在于：该添加剂为铜。
【文档编号】C22C5/06GK104103615SQ201410033356
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2013年4月1日
【发明者】周永昌, 洪子翔 申请人:光大应用材料科技股份有限公司