專利名稱：：一種銀基覆金的鍵合絲線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及微電子后道封裝工序用鍵合絲線產(chǎn)品的制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其指鍵合絲線產(chǎn)品的復(fù)合型結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
：微電子器件芯片的鍵合工序，是指在一定溫度下釆用超聲加壓的方式將鍵合絲線兩端分別焊接在芯片焊盤和引線框架引腳上，實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路與外部電路的連接。目前，傳統(tǒng)的鍵合絲線多由純金制成，它具有電導(dǎo)率大、耐腐蝕和韌性好的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但是，隨著黃金資源的曰益稀缺、價(jià)格持續(xù)攀升，微電子封裝成本大幅上升。為此同行們?cè)缫验_始尋求工藝性能好、價(jià)格低廉的金屬材料來替代昂貴的金絲材料；現(xiàn)已相繼出現(xiàn)了鋁絲、銅絲等連接材料，特別是銅絲產(chǎn)品由于在拉伸、剪切強(qiáng)度和延展性能優(yōu)于金絲，已經(jīng)成功應(yīng)用于如DIP、SOP和功率器件等低端產(chǎn)品的封裝生產(chǎn)，比較典型的產(chǎn)品如國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2008年9月24曰授權(quán)公告的ZL200610154487.4名稱為"鍵合銅絲及其制備方法"和2008年10月22日授權(quán)公告的ZL200610154485.5名稱為"一種鍵合銅絲及其制備方法"的發(fā)明專利，其鍵合銅絲價(jià)格低廉，且具有較好的機(jī)械性能和抗氧化性能，保證了鍵合封裝過程的流暢。但在QFP、QFN、BGA等中高端產(chǎn)品領(lǐng)域，由于銅絲所具備的易氧化發(fā)黑、硬度高易損傷芯片等原因，其應(yīng)用仍然受到限制。當(dāng)然，人們也在不斷地探索由銀絲替代金絲的方法，因?yàn)殂y的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能為各種金屬之冠，分別為金的1.30倍和1.35倍，可是由于無法克服銀基鍵合絲線存在的易氧化問題，直至本發(fā)明專利申請(qǐng)日仍未見有此類銀基鍵合絲線專利文獻(xiàn)在國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站公開。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有中高端微電子產(chǎn)品的鍵合絲線均由純金制成而存在的成本高和資源稀缺的缺陷和不足，向社會(huì)提供一種以銀絲線作為基層、外表覆有純金防氧化保護(hù)層的鍵合絲線產(chǎn)品及其制造方法，以充分利用銀導(dǎo)電率優(yōu)于金的特性，在承載相同額定電流的前提下，進(jìn)一步縮小鍵合絲線的直徑，縮短焊接間距，更加適用于高密度集成電路封裝；又由于基材金屬的替換，可以大幅降低中高端微電子器件芯片的封裝材料成本。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是銀基覆金的鍵合絲線以銀絲線為基材，銀絲線表面覆有純金防氧化保護(hù)層；按照重量百分比，金占1.8%-10.0%，其余為銀，兩者之和等于100%。所述鍵合絲線直徑為18(_tm-5(^m;銀的純度大于99.9995%,金的純度大于99.999%。本發(fā)明專利銀基覆金的鍵合絲線制造方法，包括以下步驟①提純將國家標(biāo)準(zhǔn)1號(hào)銀塊提純?yōu)榧兌却笥?9.9995%的高純銀，清洗、烘干備用；②制備單晶銀棒將高純銀置于金屬單晶連鑄室，連鑄得到cp5mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為1個(gè)的高純銀棒；③粗拔將cp5mm單晶銀棒拉拔成直徑小于lmm的銀絲線；④熱處理將直徑小于lmm的銀絲線退火；⑤表面鍍金對(duì)退火后的銀絲線電鍍純金防氧化保護(hù)層，電鍍用金的純度要求大于99.999%,鍍層厚度根據(jù)權(quán)利要求1所述金的重量百分比，經(jīng)換算確定；⑥精拔將前述電鍍有純金防氧化保護(hù)層的銀絲線，精密拉拔成cpl8[mi-50)im的銀基覆金鍵合絲線；⑦熱處理將銀基覆金鍵合絲線連續(xù)退火；⑧表面清洗先用酸液酸洗，再由高純水清洗、烘干；⑨分卷單卷定尺。在所述③粗拔步驟，是將cp5mm單晶銀棒拉拔成cp0.2mm的銀絲線。在所述⑤表面鍍金步驟，鍍層厚度控制在0.5^im-3pm。在所述⑥精拔步驟，將電鍍有純金防氧化保護(hù)層的銀絲線，精密拉拔成(p23pm的銀基覆金鍵合絲線。本發(fā)明專利產(chǎn)品及其制造方法，摒棄了傳統(tǒng)思維方式電鍍后直接應(yīng)用的落后工藝，而是先制成cp0.2mm的銀絲線后，電鍍一定厚度的純金防氧化保護(hù)層，其鍍層厚度則主要根據(jù)成品的鍵合絲線直徑而定，即成品直徑越小，拉拔率越大，則所需鍍層越厚，耗金多；反之成品直徑越大，拉拔率越小，所需鍍層越薄，耗金少；一般情況下，在電鍍后再經(jīng)多道次工序精密拉拔成(pl8pm-5(Vm等不同規(guī)格的銀基覆金鍵合絲5線。在將電鍍有純金防氧化保護(hù)層的銀絲線精密拉拔成銀基覆金鍵合絲線成品的過程中，其鍍金保護(hù)層的純金材質(zhì)更加致密、均勻，表面光滑、線型一致，且銀基表面與鍍金層之間金、銀分子互相交融、滲透，鍍金層與基材的結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，可以有效提升銀絲線的抗氧化性能，延長產(chǎn)品保質(zhì)期限。本產(chǎn)品線材硬度適中、焊接成球性好；材料成本大幅降低，不到純金鍵合絲線的1/3;在承載相同額定電流的前提下，可以進(jìn)一步縮小鍵合絲線的直徑，縮短焊接間距，更加適用于高密度集成電路封裝；本產(chǎn)品具備有良好抗氧化性，可以在常溫下長期保存。本發(fā)明專利制造方法具有構(gòu)思新穎、工序簡單、受益顯著的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于復(fù)合型結(jié)構(gòu)的鍵合絲線產(chǎn)品制造。圖1是本發(fā)明產(chǎn)品制造方法流程示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖通過對(duì)兩個(gè)實(shí)施例的描述，詳細(xì)敘述本發(fā)明銀基覆金的鍵合絲線及其制造方法過程的技術(shù)方案。實(shí)施例一①提純將硝酸銀溶液按l:4比例加高純水進(jìn)行稀釋，配制成電解液；以國家標(biāo)準(zhǔn)1號(hào)銀塊作為陽極浸入電解液，并確保有95%體積比的銀塊浸入電解液中；以高純銀箔作為陰極浸入電解液中，同樣確保有95%體積比的高純銀箔浸入電解液中；在陽極、陰極之間輸入7-9V、2.5-3.5A的直流電，以補(bǔ)充新鮮電解液方式維持電解液溫度不超過60'C;待陰極積聚純度大于99.9995%的高純銀，及時(shí)更換高純銀箔，再以清洗并烘干備用。②制備單晶銀棒在一個(gè)有氮?dú)獗Ｗo(hù)的水平連鑄金屬單晶的連鑄室，加入提純所得的純度大于99.9995%高純銀；應(yīng)用中頻感應(yīng)加熱至960-98(TC,待完全熔化、精煉和除氣后，將熔液注入連鑄室中間的儲(chǔ)液池保溫，在維持2-5L/min凈化氮?dú)饬髁康倪B鑄室中，完成對(duì)純銀熔液的水平單晶連鑄，得到cp5mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為l個(gè)的高純銀棒；單晶銀棒可有效降低銀絲線的電阻率、提高導(dǎo)電率，增強(qiáng)其抗氧化性能。本工序更為詳細(xì)的方法及其所應(yīng)用設(shè)備，可參閱國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2008年4月30曰授權(quán)公告的ZL200510023514.X名稱為"金屬單晶連鑄工藝的控制方法及裝備"發(fā)明專利技術(shù)，屬于公知技術(shù)范疇。③粗拔應(yīng)用常規(guī)拉拔設(shè)備和工藝，將cp5mm單晶銀棒經(jīng)多道次工序，拉拔成cp0.2mm的銀絲線。④熱處理將cp0.2mm的銀絲線置于退火爐中，在300°C溫度下保溫25min;保溫期間通以氮?dú)獗Ｗo(hù)，然后隨爐冷卻。⑤表面鍍金應(yīng)用常規(guī)電鍍?cè)O(shè)備和工藝，對(duì)退火后的cp0.2mm銀絲線電鍍純金防氧化保護(hù)層，電鍍用金的純度要求大于99.999%;電流密度l-1.2A/dm2,銀絲線速度為4-5m/min，鍍層厚度控制在0.5pm;鍍金后的銀絲線產(chǎn)品，按照純銀密度為10.5g/cm3、純金密度為19.3g/cn^換算，金的重量百分比為1.8%,其余為銀。⑥精拔應(yīng)用常規(guī)精密拉拔設(shè)備和工藝，將前述電鍍有純金防氧化保護(hù)層的cp0.2mm銀絲線，經(jīng)多道次工序，精密拉拔成cp23pm的銀基覆金鍵合絲線；對(duì)于此cp23pm的銀基覆金鍵合絲線，按照金屬壓延加工中體積不變定律，可能推斷任一截面上的金面積與銀面積之比維持不變，故可以換算出該成品的純金防氧化保護(hù)層厚度為0.05pm,此厚度鍍金層可以有效隔離銀絲線表面與空氣的接觸，大大增強(qiáng)成品抗氧化性能，延長產(chǎn)品保質(zhì)期。⑦熱處理將(p23)am銀基覆金鍵合絲線由退火爐在35(TC溫度下連續(xù)退火，鍵合絲線速度為65m/min。⑧表面清洗先用濃度為1-2%的酸液進(jìn)行酸洗，再由高純水清洗兩次，最后烘干；(D分卷以500m為單卷定尺，控制繞絲張力為8g,繞絲速度為60-65m/min,線間距4mm。實(shí)施例二步驟①至步驟④同實(shí)施例一。⑤表面鍍金應(yīng)用常規(guī)電鍍?cè)O(shè)備和工藝，對(duì)退火后的(p0.2mm銀絲線電鍍純金防氧化保護(hù)層，電鍍用金的純度要求大于99.999%;電流密度4-4.5A/dm2,銀絲線速度為3.5-4m/min,鍍層厚度控制在3pm;鍍金后的銀絲線產(chǎn)品，按照純銀密度為10.5g/cm3、純金密度為19.3g/cn^換算，金的重量百分比為10.0%,其余為銀。⑥精拔應(yīng)用常規(guī)精密拉拔設(shè)備和工藝，將前述電鍍有純金防氧化保護(hù)層的(p0.2mm銀絲線，經(jīng)多道次工序，精密拉拔成(p23pm的銀基覆金鍵合絲線；對(duì)于此(p23pm的銀基覆金鍵合絲線，按照金屬壓延加工中體積不變定律，可能推斷任一截面上的金面積與銀面積之比維持不變，故可以換算出該成品的純金防氧化保護(hù)層厚度7為0.33pm,此厚度鍍金層足以有效隔離銀絲線表面與空氣的接觸，大大增強(qiáng)成品抗氧化性能，延長產(chǎn)品保質(zhì)期。其余步驟⑦至步驟⑨也同實(shí)施例一。本發(fā)明銀基覆金的鍵合絲線制造方法，如實(shí)施例一和實(shí)施例二所述，摒棄了傳統(tǒng)思維方式電鍍后直接應(yīng)用的落后工藝；而是先制成cp0.2mm的銀絲線后，電鍍一定厚度的純金保護(hù)層，鍍層厚度則主要根據(jù)成品的鍵合絲線直徑而定，即成品直徑越小，拉拔率越大，則所需鍍層越厚；反之成品直徑越大，拉拔率越小，所需鍍層越??；一般情況下，金的重量百分比占1.8%-10.0%,其余為銀；電鍍后再經(jīng)多道次工序精密拉拔成(pl8pm-50pm等不同規(guī)格的銀基覆金鍵合絲線。在將電鍍有純金防氧化保護(hù)層的cp0.2mm銀絲線精密拉拔成銀基覆金鍵合絲線成品的過程中，其鍍金防氧化保護(hù)層的材質(zhì)更加致密、均勻，表面光滑、線型一致，且銀基表面與鍍金層之間金、銀分子互相交融、滲透，鍍金層與基材的結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，可以有效提升銀絲線的抗氧化性能，延長產(chǎn)品保質(zhì)期限。將按照實(shí)施例一和實(shí)施例二方法制造的兩種cp23pm銀基覆金鍵合絲線成品應(yīng)用于封裝工序時(shí)，其測試結(jié)果與純金絲線的對(duì)比結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上述對(duì)比結(jié)果表格可以得知，本發(fā)明專利方法制造的銀基覆金鍵合絲線產(chǎn)品，其封裝后的拉斷力和推球剪切力(鏟除焊點(diǎn)力)均明顯高于相同規(guī)格的純金鍵合絲線產(chǎn)品，與芯片焊盤、引線框架引腳的焊接牢固度更高，具備更加穩(wěn)定的剪切斷裂載荷。將按照實(shí)施例一和實(shí)施例二方法制造的兩種cp23pm銀基覆金鍵合絲線成品理化指標(biāo)與等徑的純金絲線對(duì)比結(jié)果如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上述對(duì)比結(jié)果表格可以得知，本發(fā)明專利方法制造的銀基覆金鍵合絲線產(chǎn)品，機(jī)械強(qiáng)度要高于純金鍵合絲線產(chǎn)品，線材硬度適中、焊接成球性好；材料成本大幅降低，不到純金鍵合絲線的1/3;在承載相同額定電流的前提下，可以進(jìn)一步縮小鍵合絲線的直徑，縮短焊接間距，更加適用于高密度集成電路封裝；本產(chǎn)品具備有良好抗氧化性，可以在常溫下長期保存。權(quán)利要求1、一種銀基覆金的鍵合絲線，其特征在于所述鍵合絲線以銀絲線為基材，銀絲線表面覆有純金防氧化保護(hù)層；按照重量百分比，金占1.8％-10.0％，其余為銀，兩者之和等于100％。2.如權(quán)利要求1所述銀基覆金的鍵合絲線，其特征在于所述鍵合絲線直徑為18jim-50jam。3.如權(quán)利要求1或2所述銀基覆金的鍵合絲線，其特征在于銀的純度大于99.9995%，金的純度大于99.999%。4.如權(quán)利要求1或2所述銀基覆金的鍵合絲線制造方法，包括以下步驟①提純將國家標(biāo)準(zhǔn)1號(hào)銀塊提純?yōu)榧兌却笥?9.9995%的高純銀，清洗、烘干備用；②制備單晶銀棒將高純銀置于金屬單晶連鑄室，連鑄得到cp5mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為l個(gè)的高純銀棒；③粗拔將cp5mm單晶銀棒拉拔成直徑小于lmm的銀絲線；熱處理將直徑小于lmm的銀絲線退火；⑤表面鍍金對(duì)退火后的銀絲線電鍍純金防氧化保護(hù)層，電鍍用金的純度要求大于99.999%,鍍層厚度根據(jù)權(quán)利要求1所述金的重量百分比，經(jīng)換算確定；精拔將前述電鍍有純金防氧化保護(hù)層的銀絲線，精密拉拔成(pl8iam-50^im的銀基覆金鍵合絲線；⑦熱處理將銀基覆金鍵合絲線連續(xù)退火；⑧表面清洗先用酸液酸洗，再由高純水清洗、烘干；(D分卷單卷定尺。5、-如權(quán)利要求4所述銀基覆金的鍵合絲線制造方法，其特征在于在所述③粗拔步驟，是將cp5mm單晶銀棒拉拔成(p0.2mm的銀絲線。6、如權(quán)利要求5所述銀基覆金的鍵合絲線制造方法，其特征在于在所述⑤表面鍍金步驟，鍍層厚度控制在0.5pm。7、如權(quán)利要求5所述銀基覆金的鍵合絲線制造方法，其特征在于在所述⑤表面鍍金步驟，鍍層厚度控制在3)am。8、如權(quán)利要求6所述銀基覆金的鍵合絲線制造方法，其特征在于在所述⑥精拔步驟，將電鍍有純金防氧化保護(hù)層的銀絲線，精密拉拔成(p23pm的銀基覆金鍵合絲線。9、如權(quán)利要求7所述銀基覆金的鍵合絲線制造方法，其特征在于在所述⑥精拔步驟，將電鍍有純金防氧化保護(hù)層的銀絲線，精密拉拔成cp23pm的銀基覆金鍵合絲線。全文摘要本發(fā)明公開了一種以銀絲線為基材、表面覆有純金防氧化保護(hù)層的鍵合絲線產(chǎn)品，按照重量百分比金占1.8％-10.0％，其余為銀；其制造方法包括提純、制備單晶銀棒、粗拔、熱處理、表面鍍金、精拔、熱處理、表面清洗和分卷等步驟。本發(fā)明技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)思維方式電鍍后直接應(yīng)用的落后工藝，而是先制成直徑小于1mm的銀絲線后，先電鍍一定厚度的純金防氧化保護(hù)層，然后再經(jīng)多道次工序精密拉拔成不同規(guī)格的銀基覆金鍵合絲線成品。本產(chǎn)品鍍金層材質(zhì)致密、均勻，與基材結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，有效延長了產(chǎn)品保質(zhì)期限；絲線硬度適中、焊接成球性好；材料成本不到純金鍵合絲線的1/3；本發(fā)明專利技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于復(fù)合型結(jié)構(gòu)的鍵合絲線產(chǎn)品制造。文檔編號(hào)H01L23/49GK101667566SQ20091015291公開日2010年3月10日申請(qǐng)日期2009年9月20日優(yōu)先權(quán)日2009年9月20日發(fā)明者馮小龍,李彩蓮,鄭康定申請(qǐng)人:寧波康強(qiáng)電子股份有限公司