银合金线材制造技术

本发明专利技术公开一种合金线材。合金线材组成包含Ag

【技术实现步骤摘要】
银合金线材


[0001]本专利技术涉及一种合金线材，尤其涉及用于电子封装打线接合的合金线材。

技术介绍

[0002]打线接合为集成电路(IC)及发光二极管(LED)封装工艺的主要内连线(interconnection)方法。打线接合线材除了提供芯片与基材之间的信号与功率传输，亦可兼具散热功能。因此打线接合线材必须有高导电性、高导热性、足够的强度及延展性。但为了避免打线接合的热压过程导致芯片破裂，同时使线材与焊垫接触良好以确保良好的接合性，线材的硬度不能太高。由于封装的高分子封胶常含有腐蚀性氯离子，且高分子封胶本身具环境吸湿性，线材必须有良好的抗氧化性与耐腐蚀性。
[0003]在打线接合过程，首先要将线材末端以高压放电方式烧熔(Electric Flame Off,EFO)，利用表面张力形成结球(Free Air Ball,FAB)，再将结球经由瓷嘴焊针下压而与一焊垫接合形成第一焊点，而线材的另一端则会被牵拉至另一导电焊垫处，并与另一导电焊垫接合，形成第二焊点，由此构成一电路的导通。结球的形状决定后续第一球焊点(ball bond)的品质。此外，第一球焊点与半导体芯片焊垫的接合界面会形成介金属化合物(intermetallic compounds)。这些介金属化合物可确保界面接合性，但过量的介金属化合物会造成界面脆裂及产生科肯达孔洞(Kirkendall voids)。另外，线材本身的抗氧化及腐蚀性更是决定电子产品可靠度的要件。
[0004]当半导体或发光二极管封装完成，产品在使用过程，通过线材的高电流密度也可能带动内部原子产生电迁移现象(Electron Migration)，使得线材一端形成孔洞，因而降低导电性与导热性，甚至造成断线及产品失效；通电流也可能使封装线材局部烧熔，使电压急速上升，最后同样导致断线及产品失效，此问题对于高电压大电流电子产品的封装尤其严重，是影响这些电子产品可靠度的主要因素。
[0005]目前常见的封装导线，例如包括下列几种选择：
[0006](1)金线：金线可具有低电阻率，但是金线与铝垫打线接合界面会大量的形成脆性介金属化合物(包括Au2Al、AuAl4、Au5Al2等)，使得导电性降低。此外，金/铝界面介金属反应会伴随产生许多柯肯达孔洞(Kirkendall voids)，更加提高接合界面电阻率，而导致接点的可靠度降低。
[0007](2)铜线：近年来，封装产业开始采用铜线作为半导体及发光二极管打线接合的线材。铜线虽具有较佳的导电性，但却很容易氧化，故在线材储存及运送过程均需要密封保护，打线接合工艺更需要昂贵的氮气加氢气辅助，且在后续封装电子产品可靠度试验仍然会遭遇氧化及腐蚀性的问题。此外，铜线材质太硬，打线接合容易造成芯片破裂等问题。虽然在一些研究中提出在铜线表面镀上其他金属镀层以改善易氧化及腐蚀问题的方法(例如参照美国专利US 7645522B2、US 2003/0173659A1、US 7820913B2)，但由于铜线本身硬度高，造成打线接合步骤易失败，故仍无法达到高电压大电流电子产品封装时所需的可靠度。
[0008](3)银线：银是在所有材料中电阻率最低的元素，但是纯银在含硫的环境会有硫化
腐蚀的问题，同时纯银线在铝垫上打线接合时也会生成脆性的介金属化合物(Ag2Al或Ag4Al)。此外，纯银线在含水气的封装材料内部很容易发生电解离子迁移现象(Ion Migration)。也就是说，纯银在含水气环境会经由电流作用水解溶出银离子，再与氧反应成为不稳定的氧化银(AgO)，此氧化银因而会进行去氧化作用(Deoxidize)形成银原子，并向正极成长出树叶纹理状(leaf vein)的银须，最后造成正负电极的短路(请参考：H.Tsutomu,Metal Migration on Electric Circuit Boards,Three Bond Technical News,Dec.1,1986.)。此外，在一些研究中提出在银线表面镀上其他金属镀层以改善硫化腐蚀及银离子迁移的问题的方法(例如参照美国专利US 6696756)，但所形成的线材仍无法达到理想的可靠度及电阻率。
[0009](4)合金线：合金线例如包括以金为主的合金以及以银为主的合金。这些合金例如还包括铜、铂、锰、铬、钙、铟等元素，然而这些合金线仍然无法同时兼具低阻抗及高可靠度的性质。
[0010]综上所述，现有的各种纯金属线材、表面镀金属的复合线材、以及添加元素的合金线材在封装上无法满足全部的需求，因此，目前仍需一种具高可靠度的线材。

技术实现思路

[0011]本公开的目的在于提出一种合金线材，以解决上述至少一个问题。
[0012]本公开的一些实施例提供一种合金线材，其组成包含Ag
‑
Pt
‑
Ge三种元素，其中包括0.1至3wt％的Pt，1ppm至2wt％的Ge以及余量的Ag。
[0013]在一些实施例中，合金线材还包括取自Ca、Cu、In、Mg、Si、Ti或Sc中至少一个的添加元素，该添加元素的总添加量为1ppm至0.1wt％，且该添加元素的各别添加量小于Pt或Ge的含量。
[0014]在一些实施例中，合金线材为圆形线材。
[0015]在一些实施例中，合金线材的直径为10μm至300μm。
[0016]在一些实施例中，合金线材为扁带形线材。
[0017]在一些实施例中，合金线材的厚度为20μm至300μm。
[0018]在一些实施例中，合金线材的宽度为100μm至2000μm。
[0019]在一些实施例中，合金线材还包括表面镀层，该表面镀层含Au、Pd、Pt、其合金或其组合，且该表面镀层的厚度为0.01至10μm。
附图说明
[0020]以下将配合所附图示详述本公开的各面向。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。
[0021]图1为根据一些实施例，示出圆形合金线材的一部分线段。
[0022]图2A为根据一些实施例，示出被覆表面镀层的圆形合金线材的一部分线段。
[0023]图2B为根据一些实施例，示出沿着平行于图2A所示被覆表面镀层的圆形合金线材的长度方向的纵切面图。
[0024]图3为根据一些实施例，示出扁带形合金线材的一部分线段。
[0025]图4A为根据一些实施例，示出被覆表面镀层的扁带形合金线材的一部分线段。
[0026]图4B为根据一些实施例，示出沿着平行于图4A所示被覆表面镀层的扁带形合金线材的长度方向的纵切面图。
[0027]附图标记如下：
[0028]10:圆形合金线材；
[0029]20:圆形合金线材；
[0030]22:表面镀层；
[0031]30:扁带形合金线材；
[0032]40:扁带形合金线材；
[0033]42:表面镀层...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合金线材，其组成包含Ag
‑
Pt
‑
Ge三种元素，其中包括0.1至3wt％的Pt，1ppm至2wt％的Ge以及余量的Ag。2.如权利要求1所述的合金线材，其还包括取自Ca、Cu、In、Mg、Si、Ti或Sc中至少一个的添加元素，该添加元素的总添加量为1ppm至0.1wt％，且该添加元素的各别添加量小于Pt或Ge的含量。3.如权利要求1所述的合金线材，其中该合金线材为一圆形线材。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄安琪，蔡幸桦，
申请(专利权)人：乐金股份有限公司，
类型：发明
国别省市：