一种高导电银铜铟合金键合丝及其制备方法与流程

本发明涉及集成电路ic及led器件封装用键合丝材料，具体的，涉及一种高导电银铜铟合金键合丝及其制备方法。

背景技术：

1、引线键合技术(wire bonding)又称为线焊技术，是一种通过加压、加热、超声波等能量并借助键合方法(球-劈或楔-楔等)采用金属键合丝将裸芯片电极焊区与电子封装的输入/输出引线或基板上的金属布线焊区相互连接的技术。目前，引线键合技术在电子封装内连接技术中仍占有主要地位。市场上主要使用的键合丝有金丝、铜丝、银丝及铝丝。其中，金丝由于其优良的化学稳定性，最早广泛应用于电子封装及led行业，但由于价格昂贵，后续发展难以持续，经过几十年的研究，关于金丝的开发已到瓶颈，封装行业急需寻求性能优异且价格低廉的键合丝。

2、与传统的金键合丝相比，铜键合丝材料价格成本低，价格优势明显。铜键合丝的导电导热性能及综合机械性能也优于金键合丝，可实现15微米以下超细线径键合丝以及低长弧度键合封装。铜键合丝工作中其电流传输信号不易失真，有利于芯片工作热量的导出，且在界面处铜铝金属间化合物等生长速度缓慢，可靠性高，芯片器件寿命长。近年来，键合铜丝发展迅速，其市场份额已达40％。但纯铜键合丝硬度高、易氧化、化学稳定性比金差，在形成自由空气球的过程中，纯铜的氧化会影响自由空气球的大小和形状，同时纯铜的再结晶温度低，形成的自由空气球晶粒尺寸较大及热影响区(haz)长，影响键合丝可靠性，并且其硬度较大，容易造成芯片的损坏，影响其成品率。虽然镀pd铜丝可以解决纯铜丝出现的氧化问题，但其成本相较于纯铜键合丝更高，且镀层不均匀可能会造成偏心球等问题。因此，键合铜丝及其镀pd铜丝只能在要求较低、芯片较厚的封装领域替代键合金丝。

3、银丝与金丝相比，具有更优异的导电、导热及反光性能以及相似的力学性能，且其成本只有金丝的五分之一左右。同时，银丝比铜丝的耐腐蚀性好，硬度更低，键合时可只需氮气保护，键合可靠性比铜丝和铝丝都好。因此，近年来银丝在发光二极管(led)封装和集成电路(ic)封装中的应用逐步增加。但纯银键合丝硬度较低，偏软，在拉丝和引线键合工艺中容易断裂，同时银丝容易受到环境氧、硫元素等的腐蚀，而电子器件微型化的需求使得键合丝线径越来越细，键合丝比表面积相应更大，也更容易受腐蚀。因此，需要提高键合丝的力学性能及其耐腐蚀性。提高银丝的耐腐蚀性，可在其表面增加如au等贵金属镀层，降低银丝与环境因素的接触。但该方法增加了电镀金属保护层等工艺环节，提高了其制作成本，还可能因镀层厚度不均匀而影响空气球(fab)的形成及键合可靠性。因此，采用合金化方法仍然是提高银丝力学性能、耐腐蚀性及可靠性的主要方法。

4、目前，银丝合金化的主要元素有pd、au、pt等贵金属元素，这些元素的加入可以有效改善纯银丝的力学性能、键合性能及抗腐蚀性等。现在市场上也形成了一系列的88ag、94ag以及98ag等产品。但pd、au、pt通常以固溶方式存在于ag基体中，会降低其导电导热性能，尤其是pd、au、pt等元素含量高时影响更大，例如ag97-pd3wt％、ag94-au2-pd4wt％、ag87-au9-pd4wt％合金的电阻率分别达到了2.6μω·cm、3.2μω·cm、4.7μω·cm，明显高于纯银的1.59μω·cm。同时，这些合金元素含量越高，其成本也大大增加，而且如果高含量的pd和au在银基材中固溶不均匀，会使ag-au-pd体系键合丝延伸率不稳定，会造成异常断线，球键合时还有可能形成“高尔夫球”，影响其键合效率。因此，提供一种高导电银铜铟合金键合丝及其制备方法对提高银合金线材的fab成球性能具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够提供稳定的断裂力及延伸率、满足不同电子封装的性能要求的高导电银铜铟合金键合丝及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种高导电银铜铟合金键合丝的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

3、按重量百分比计，将1％以下的第一金属辅料和99％以上的银混合后进行真空熔炼得到第一熔融体，其中，所述第一金属辅料中至少包含的金属元素为cu；

4、在保护气氛下向所述第一熔融体中加入1％以下的第二金属辅料进行精炼得到第二熔融体，其中，所述第二金属辅料中至少包含的金属元素为in；

5、将所述第二熔融体拉铸成圆棒，再将拉铸成型的圆棒依次进行大拉、中拉、细拉及微细拉工序，得到银铜铟合金键合丝；

6、按重量百分比计，所述第一金属辅料和第二金属辅料中包含的所有金属元素在所述银铜铟合金键合丝中的总含量≤1wt％。

7、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一金属辅料中还可包括金属元素pd和pt中的至少一种，所述第二金属辅料中还可包括金属元素y。

8、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一金属辅料可为单质铜、以及单质钯和单质铂中的至少一种，所述第二金属辅料可为单质铟和单质钇。

9、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一金属辅料可为ag-cu中间合金、以及ag-pd中间合金和ag-pt中间合金中的至少一种，所述ag-cu中间合金可为ag-1～10wt％cu合金，所述ag-pd中间合金可为ag-0.5～1.5wt％pd合金，所述ag-pt中间合金可为ag-0.5～1.5wt％pt合金；所述第二金属辅料可为ag-in中间合金和ag-y中间合金，所述ag-in中间合金可为ag-0.5～5wt％in合金，所述ag-y中间合金可为ag-0.5～1.5wt％y合金。

10、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述制备方法还可包括在熔炼前对原料进行预热的步骤，所述预热的温度为150～250℃，预热的时间为10～50min。

11、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述真空熔炼的温度可为1100～1350℃、时间可为10～30min、真空度可为1.1～2×10-2pa；所述精炼的温度可为1150～1250℃、时间可为5～10min；所述精炼还可包括采用电磁搅拌方式对第二熔融体进行搅拌。

12、在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述制备方法还可包括：在精炼完成后，将第二熔融体的温度降低至1100～1200℃静置5～10min的步骤。

13、本发明的另一方面提供了一种高导电银铜铟合金键合丝，所述高导电银铜铟合金键合丝可包括通过上述所述的高导电银铜铟合金键合丝的制备方法所制备出的产品，按质量百分比计可包括以下化学组成成分：1％以下的金属元素、99％以上银、以及不可避免的杂质，其中，所述金属元素至少包括cu和in。

14、在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述金属元素还可包括pd、pt和y中的至少一种。

15、在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述高导电银铜铟合金键合丝可包括：0.1～0.8wt％cu、0.001～0.005wt％pd、0.001～0.005wt％pt、0.02～0.3wt％in、0.0001～0.002wt％y和99.9～99.9999％银、以及不可避免的杂质；且所述高导电银铜铟合金键合丝的直径可为15～30μm。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中至少一项：

17、(1)本发明提出的高导电银铜铟合金键合丝的制备方法的制备过程简便，易操作；

18、(2)本发明提出的高导电银铜铟合金键合丝的制备方法能够提高银的抗硫化性能；

19、(3)本发明提出的高导电银铜铟合金键合丝的制备方法能够提高合金材料的焊接顺畅度，提高焊点可靠性。