本發(fā)明系有關(guān)于一種銀合金材料，尤指一種含銦的銀合金材料及其制備工藝，使得此特定的含銦的銀合金材料能夠用做光學(xué)高反射鏡、釬焊材料、含銀飾品的制作以及作為半導(dǎo)體封裝用的極細(xì)銀合金線。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品中芯片的打線技術(shù)，于早期為使用純金線，近年來(lái)為降低其成本，故業(yè)界紛紛尋找可替代的材料，例如銅線，但由于銅線容易氧化，極易造成芯片運(yùn)作的不穩(wěn)定，抑或使用銅線鍍上金、鈀或鉑等貴金屬來(lái)克服氧化的問(wèn)題，但在打線接合的過(guò)程中，其界面焊接處仍容易受到水氣的影響而產(chǎn)生腐蝕的情況。因此，業(yè)界開(kāi)始使用銅金等不同配比的合金線作為替代，另一方面，也嘗試以純銀線來(lái)取代金線作為打線材料。
由于銀線具有較佳的導(dǎo)電性，且價(jià)格較純金線便宜又不似銅線易于腐蝕。然而，銀線在大氣中雖然穩(wěn)定且不易氧化，但卻容易硫化，因此為克服硫化的問(wèn)題，銀線的使用亦開(kāi)始向合金化的方發(fā)展，藉由添加其他元素來(lái)改善銀材料的原先特性，例如:添加微量的鈀有助于抗氧化、硫化和電遷移的能力。
此外，同時(shí)添加多種不同的元素于合金之中，亦為合金研究發(fā)展的趨勢(shì)，早期如于1975年所申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)US4052531A中，提出一種含70重量％的銀(Ag)，其余為銦(In)、鋅(Zn)、硅(Si)及銅(Cu)的釬焊材料，或如臺(tái)灣專(zhuān)利公告號(hào)TWI316092B中，提出一種以銀為基礎(chǔ)的合金，并添加銦、錫(Tin)、銻(Sb)或鉍(Bi)于其中的多種金屬銀合金，或如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)第CN102312120A號(hào)中，提出一種含96至97.5重量％的銀，其余為銦及金(Au)的合金鍵合絲，或如臺(tái)灣發(fā)明專(zhuān)利公告第TWI404809B號(hào)中，提出一種含64至67.5重量％的銀及31.5至35重量％的銦的合金組成物，使其特性為高硬度、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度等。
由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，合金材料的應(yīng)用十分地廣泛，但現(xiàn)有技術(shù)往往需要添加二種以上的元素，且每種以特定比例及特定元素合成的合金僅具有相類(lèi)似的金屬特性，因此局限了其應(yīng)用的范圍，而多種元素的混合，亦可能造成合金成分不 均勻的現(xiàn)象。
是以，如何簡(jiǎn)化合金合成步驟及合成一泛用的合金材料，為本發(fā)明欲解決的技術(shù)課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所述的問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種銀合金材料及其制備工藝，其特征在于以所述銀合金的總重量為基準(zhǔn)，所述銀合金材料包含：65至95重量％的銀及5至35重量％的銦，使得所述銀合金材料具有固液共存區(qū)。
所述銀合金材料包含5至25重量％的銦。
所述銀合金材料可應(yīng)用于光學(xué)高反射鏡。
所述銀合金材料可應(yīng)用于釬焊材料。
所述銀合金材料可應(yīng)用于含銀飾品。
所述釬焊材料為線材，所述線材的直徑介于8mm至16μm之間。
所述銀合金材料的金屬延伸率為60％。
所述銀合金材料的屈服強(qiáng)度為58MPa。
所述銀合金材料的極限強(qiáng)度為300MPa。
本發(fā)明提供一種銀合金材料的制備工藝，包括下列步驟：
(a).提供銀金屬顆粒及銦金屬顆粒；
(b).混合所述銀金屬顆粒及所述銦金屬顆粒使其形成銀銦金屬混合物；
(c).對(duì)所述銀銦金屬混合物遂行真空加熱步驟，使所述銀銦金屬混合物融解成銀銦均勻熔融狀態(tài)；
(d).對(duì)所述銀銦金屬混合物遂行冷卻步驟使其形成銀銦合金初產(chǎn)物,所述銀銦合金初產(chǎn)物為銀銦固液共存的固態(tài)溶液；以及
(e).對(duì)所述銀銦合金初產(chǎn)物遂行退火步驟，使其形成銀合金材料，其中所述銀合金材料具有固液共存區(qū)。
所述步驟(a)中，以所述銀金屬顆粒與所述銦金屬顆粒的總重量為基準(zhǔn)，所述銀金屬顆粒占65至95重量％，所述銦金屬顆粒占5至35重量％。
所述步驟(a)中，所述銦金屬顆粒占5至25重量％。
所述步驟(c)中，所述銀銦金屬混合物置于容器中，以溫度1000至1030℃的 條件下，對(duì)所述銀銦金屬混合物進(jìn)行所述真空加熱的步驟。
所述步驟(d)中，所述銀銦金屬混合物置于真空裝置中進(jìn)行所述冷卻的步驟。
所述步驟(e)中，所述銀銦合金初產(chǎn)物置于真空裝置中進(jìn)行所述退火的步驟。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所提供的合成銀合金材料的實(shí)施步驟流程示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
步驟S11～S14
具體實(shí)施例
本發(fā)明提供一種含銦的銀合金材料及其制作方式，請(qǐng)參閱圖1所示，為合成含銦的銀合金材料，首先需混合銀金屬顆粒及銦金屬顆粒(步驟S11)，使其形成銀銦金屬混合物，于步驟S11中，以銀銦金屬混合物的總重量為基準(zhǔn)，銀銦金屬混合物包含：65至95重量％的銀及5至35重量％的銦；于另一較佳實(shí)施方式中，銀銦金屬混合物可包含：75至95重量％的銀及5至25重量％的銦。
接著進(jìn)行真空加熱(步驟S12)，步驟S12將銀銦金屬混合物置于真空爐中，以1000至1030℃的溫度進(jìn)行真空加熱，使該銀銦金屬混合物融解成銀銦均勻熔融狀態(tài)(molten phase)。
之后進(jìn)行冷卻(步驟S13)，將真空加熱后的銀銦金屬混合物置于真空裝置中進(jìn)行冷卻，而獲得銀銦合金的初產(chǎn)物，此銀銦合金初產(chǎn)物為銀銦固液共存(solid-liquid coexistence)的固態(tài)溶液。
待冷卻完成后，進(jìn)行退火步驟(步驟S14)，將所獲得的銀銦合金初產(chǎn)物置于真空裝置中，進(jìn)行退火處理，使其形成含銦的銀合金材料。透過(guò)退火處理，可增加含銦的銀合金材料的柔軟性、延性和韌性，此外所述含銦的銀合金材料具有固液共存區(qū)(solid-liquid coexistence zone)。
首先進(jìn)行抗硫化的測(cè)試，將上述含銦的銀合金材料制成的光學(xué)高反射鏡與純銀制成的圓盤(pán)分別置于120℃、氣壓為1.01帕(Pa)的含硫蒸氣玻璃罐中，經(jīng)過(guò)1小時(shí)后，可以發(fā)現(xiàn)，以含銦的銀合金材料所制成的光學(xué)高反射鏡仍無(wú)硫化的情形 發(fā)生；相反的，純銀制成的圓盤(pán)于相同環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)1小時(shí)候，發(fā)現(xiàn)其與硫蒸氣產(chǎn)生反應(yīng)，于表面生成厚度約25μm黑色的硫化銀(Ag2S)。證明相較于純銀制成的圓盤(pán)硫化現(xiàn)象的發(fā)生，本案揭示65至95重量％的銀及5至35重量％的銦所合成的銀合金材料具有高度抗硫化的特性。
此外，以美國(guó)材料和試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)的標(biāo)準(zhǔn)，分別測(cè)試純金、純銀、鋁(Al)、標(biāo)準(zhǔn)成分的銀合金(包含：92.5重量％的銀及7.5重量％的銅)及本案合成的含銦的銀合金材料。
測(cè)試項(xiàng)目包括：屈服強(qiáng)度(Yields Tensile strength)、極限強(qiáng)度(Ultimate Tensile strength)及延伸率(Elongation)，測(cè)試圖表如下所示：
由上表所示可知，含銦的銀合金材料相較于鋁或標(biāo)準(zhǔn)成分的銀合金，其屈服強(qiáng)度僅有58MPa，因此，若以所述含銦的銀合金材料制成用于半導(dǎo)體芯片封裝的釬焊材料的線材，由于其屈服強(qiáng)度低，因此可降低打線接合工具(wire bonding tool)操作時(shí)的力量，避免對(duì)芯片的接合焊盤(pán)(bond pads)造成損害的機(jī)率。
由上表所示可知，含銦的銀合金材料相較于純金、純銀、鋁及標(biāo)準(zhǔn)成分的銀合金等材料，其極限強(qiáng)度高達(dá)300MPa，因此具有較高的抵抗及承受外力作用的特性，是以，以此線材封裝的半導(dǎo)體芯片的打線接合結(jié)構(gòu)下，可承受更多后續(xù)射出成型的加工沖擊力。而相較于先前技術(shù)如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN102312120A，本案所提出的含銦的銀合金材料其極限強(qiáng)度(300MPa＝300MN/mm2)亦優(yōu)于該前案 所提出的銀銦合金鍵合絲(極限強(qiáng)度為70MN/mm2)。
由上表所示可知，含銦的銀合金材料其延伸率高達(dá)60％，延伸特性可降低打線接合結(jié)構(gòu)于打線接合或射出成型等加工程序時(shí)，打線結(jié)構(gòu)因受外力作用而斷裂的現(xiàn)象。而相較于先前技術(shù)如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN102312120A，本案所提出的含銦的銀合金材料其延伸率亦優(yōu)于該前案所提出的銀銦合金鍵合絲(延伸率約為12％)。
而由于以純金或純銀制成的線材，其僅具有單一熔點(diǎn)(melting point)，如銀的熔點(diǎn)為961.93℃、金的熔點(diǎn)為1064℃，因此以純銀線材或純金線材進(jìn)行線材釬焊(brazing)過(guò)程中，需讓打線接合工具確實(shí)地維持在單一且穩(wěn)定的釬焊溫度，否則無(wú)法讓打線結(jié)構(gòu)穩(wěn)固地連接芯片與基板。相較于本案所提出的含銦的銀合金材料，由于其具有固液共存區(qū)，因此，當(dāng)使用所述含銦的銀合金材料制成的線材進(jìn)行釬焊接合時(shí)，僅需讓打線接合工具維持在固液共存區(qū)溫度的范圍內(nèi)工作即可，也因此提升了整體芯片封裝的速度及打線接合的良率。
綜上所述，本發(fā)明所提供僅以銀及銦合成的銀合金材料具有抗硫化、低屈服強(qiáng)度、高極限強(qiáng)度及高延展性等特性，使其可廣泛地應(yīng)用于光學(xué)高反射鏡、釬焊材料及含銀飾品的制作等，并可藉由其固液共存區(qū)的特性提升線材釬焊的良率；故，本發(fā)明實(shí)為極具產(chǎn)業(yè)價(jià)值之作。