一种半导体封装用银合金线及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体封装用银合金线及其制造方法，银合金线包括：含0‑1％钯的银合金线主体；以及在银合金线主体上涂敷的一层包含纳米钯钌银合金和稳定剂的复合膜。稳定剂优选采用高分子聚乙烯吡咯烷酮，复合膜的厚度在11‑18纳米之间。纳米钯钌银合金中纳米颗粒中的钌、钯、银的原子比为1：1：2，纳米钯钌银合金中钯、钌、银可以采用液体还原法还原钯盐、钌盐和银盐获得，其中含有钯、钌、银的纳米颗粒的大小在2‑15nm之间。本发明专利技术提供了一种低电阻率、低硬度、高可靠性的银合金线，能够在高端封装领域取代金线，并降低封装成本。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体封装用银合金线及其制造方法
本专利技术涉及键合丝
，具体涉及一种半导体封装用，低阻抗、高可靠性的银合金线及其制造方法。
技术介绍
键合丝(bondingwire)是连接芯片与外部封装基板(substrate)和/或多层线路板(PCB)的主要连接方式。键合丝发展趋势从应用方向上主要是线径细微化、高车间寿命(floorlife)以及高线轴长度的产品，从化学成分上，主要有铜线(包括裸铜线、镀钯铜线、闪金镀钯铜线)在半导体领域大幅度取代金线，而银线和银合金线在LED以及部分IC封装应用上取代金线。与金线相比，银合金线主要的优势是产品成本低、电阻率小、线材软度与金线类同，打线时对IC损伤小。由于键合丝在连接芯片和基板后所起到的主要作用是电连接和热传导。在电连接方面分别为功率线(powerline)和信号线(signalline)。这两种作用都希望线材有低的电阻率，但由于纯银线存在以下主要的问题：1.线材机械强度不够，不能满足键合丝的需要；2.容易被卤素腐蚀，高温高湿可靠性差；3.表面容易硫化,出现变黑现象，影响出光率。目前，行业内的主要解决方法是采用含钯和金的银合金线，钯的含量在3％以上才能获得好的可靠性，有些还加入数量在3000ppm到9％不等的金来进一步优化可靠性、可拉丝性能。然而，虽然纯银线的电阻率是最小的，但当加入钯之后，其电阻率显著增加，且线材的FAB(Freeairball，自由空气球)硬度增加，从而限制了其在某些(例如记忆体)高端封装形式的应用。当线材的硬度低时，其FAB的硬度也相应的低，所以在球焊时对铝焊盘造成的铝挤效应弱，对于细间距的焊盘，不容易产生由于过度铝挤而导致的短路，符合电路小型化的发展趋势，另外在高端的存储器封装领域，芯片的铝焊盘上的铝厚较薄，软线不容易打坏焊盘下的脆弱介电层。因此，需要一种低电阻率、低硬度、高可靠性的银合金线，能够在高端封装领域取代金线，降低封装成本，并提高可靠性。
技术实现思路
本专利技术的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本专利技术而学习。为克服现有技术的问题，本专利技术提供一种半导体封装用银合金线及其制造方法，实现低电阻率、低硬度、高可靠性，能够在高端封装领域取代金线，降低封装成本，并提高可靠性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供一种半导体封装用银合金线，包括：含0-1％钯的银合金线主体；以及，在银合金线主体上涂敷的一层包含纳米钯钌银合金和稳定剂的复合膜。稳定剂可以采用聚乙烯醇(Polyvinylalcohol)；聚乙烯亚胺(Polyethylenimine)；聚丙烯酸(Poly(acrylicacid)；高分子聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)，其中优先采用高分子聚乙烯吡咯烷酮。优选地，复合膜的厚度在11-18纳米之间。根据本专利技术的一个实施例，纳米钯钌银合金中纳米颗粒中的钌、钯、银的原子比为1：1：2。根据本专利技术的一个实施例，纳米钯钌银合金中钯、钌、银采用液体还原法还原钯盐、钌盐和银盐获得，其中含有钯、钌、银的纳米颗粒的大小在2-15nm之间。其中纳米颗粒的大小可以受稳定剂的种类、用量、分子量的大小以及还原剂的种类影响，其中稳定剂的分子量越大，则获得的纳米颗粒的尺寸越小。根据本专利技术的另一个方面，提供一种半导体封装用银合金线的制造方法，包括：将纯度为4N或以上的银熔铸，加入重量比为0-1％的钯；经若干次拉丝获得18-50微米之间的键合丝，在拉丝过程中和结束后采取二次或以上的退火；清洗线材后，让线材穿过含有纳米钯钌银合金和稳定剂的胶液中；在高温环境下完成胶液的固化，得到复合膜，然后绕线。根据本专利技术的一个实施例，稳定剂采用高分子聚乙烯吡咯烷酮，或者聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、或聚丙烯酸；复合膜的厚度在11-18纳米之间。根据本专利技术的一个实施例，纳米钯钌银合金中纳米颗粒中的钌、钯、银的原子比为1：1：2。根据本专利技术的一个实施例，纳米钯钌银合金中钯、钌、银采用液体还原法还原钯盐、钌盐和银盐获得，其中含有钯、钌、银的纳米颗粒的大小在2-15nm之间。根据本专利技术的一个实施例，胶液的固化在退火炉的氮气的氛围下，温度为110-150摄氏度之间进行。本专利技术提供了一种适于在半导体(尤其高端内存储芯片MemoryChip)以及LED等上使用的低硬度、低阻抗，高可靠性的含纳米钌钯银复合膜的银合金线。本专利技术在含0-1％钯的银合金线上涂敷上一层厚度在11-18纳米由纳米钯钌银合金和高分子聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)组成的复合膜。具体地说，该复合膜采用液体还原法同时还原钯盐、钌盐和银盐，得到的纳米颗粒的大小在2-15nm之间，其中的高分子聚乙烯吡咯烷酮做为稳定剂，来防止纳米颗粒之间的聚并，在本专利技术中同时也起到了粘结线材表面的作用，施加在键合丝的复合膜之厚度在11-18纳米之间。值得指出的是，钯-钌以及银-钌在常温固态下是完全不互溶的，会产生相分离现象,但如果在纳米颗粒的情况下却可以得到原子级别均匀混合的固体溶液。在本专利技术中当保持了纳米颗粒中的Ru:Pd:Ag(钯：钌：银)原子比为1：1：2时，因为同比例的Ru:Pd(1:1)在原子级别混合会出现Rh(铑)的特性，而同时同比例的Rh(铑)和Ag(2:2)的固体溶液会出现Pd(钯)的特性。因此本专利技术的纳米混合颗粒体现出Pd的特性，提高了银合金线的抗腐蚀能力。虽然在球焊电弧烧球(EFO,ElectricalFlameOff)过程中，上述纳米颗粒结构会消失，同时有机膜也会高温下挥发掉，但其中的高熔点的Ru(2334摄氏度)由于与银的不溶特性，会富集在自由空气球(FAB,Freeairball)的球面，尤其是最底部,在随后的压球过程中与焊盘的铝在超声摩擦和热的作用下，形成金属间的相互扩散，进而形成金属间化合物(IMC,Intermetalliccompound),由于Ru的存在,降低了铝向银球方向的扩散，因此IMC的形成速度降低，因而提升了可靠性。本专利技术的另外一个特点是不采用Rh(铑)这个非常贵的金属元素，而是通过Ru与Pd的固体溶液来获得同等Rh的特性，而后与同比例的Ag形成固体溶液，因而产生Pd的同等金属特性，是一个以三元纳米合金体系来完成获得单一钯金属的特征属性。大量的研究表明当Pd存在于线材表面或者FAB底部与焊盘之间的界面时，可以增强线材的抗腐蚀能力。但如何使得钯均匀地分布在FAB的四周，尤其是FAB的底部，一直是行业中研究的热点问题，至今没有很好的方法。本专利技术将纳米钌钯银颗粒与高分子聚乙烯吡咯烷酮所形成的复合膜直接涂敷在线材表面，该线材烧球过程中，由于有机高分子的炭化过程延缓了纳米银和钯向FAB的银主体的扩散或者是因为由于高熔点(2334℃)的钌的存在延缓了钯向主体FAB银中的扩散，使得大量的Ru和Pd会留在FAB的四周尤其是FAB的底部，从而提升了线材的可靠性。另一方面由于主体银合金中的钯含量降到了1％以下，其电阻率得到了很大提升，从而能够满足高端半导体和LED的封装需求。综上所述，本专利技术的银合金键合丝与现有技术相比，具有以下明显优点和实际效果：1、本专利技术采用厚度在11-18纳米的由纳米钌钯银合金和高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体封装用银合金线，其特征在于包括：含0‑1％钯的银合金线主体；在所述银合金线主体上涂敷的一层包含纳米钯钌银合金和稳定剂的复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种半导体封装用银合金线，其特征在于包括：含0-1％钯的银合金线主体；在所述银合金线主体上涂敷的一层包含纳米钯钌银合金和稳定剂的复合膜。2.根据权利要求1所述的半导体封装用银合金线，其特征在于，所述稳定剂采用高分子聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、或聚丙烯酸。3.根据权利要求2所述的半导体封装用银合金线，其特征在于，所述复合膜的厚度在11-18纳米之间。4.根据权利要求1所述的半导体封装用银合金线，其特征在于，所述纳米钯钌银合金中纳米颗粒中的钌、钯、银的原子比为1：1：2。5.根据权利要求4所述的半导体封装用银合金线，其特征在于，所述纳米钯钌银合金中钯、钌、银采用液体还原法还原钯盐、钌盐和银盐获得，其中含有钯、钌、银的纳米颗粒的大小在2-15nm之间。6.一种半导体封装用银合金线的制造方法，其特征在于包括：将纯度为4N或以上的银熔铸，加入重量比为0-1％的钯；经若干次拉丝获得18-50微...

【专利技术属性】
技术研发人员：周振基，周博轩，任智，
申请(专利权)人：汕头市骏码凯撒有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44