半导体封装用银合金线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体封装用银合金线及其制备方法，涉及金属材料技术领域。组成此银合金线的材料各成分的重量百分比为：0.1-1％金，1-5％钯，0.003-0.006％钙，0.0015-0.003％铈，其余为银补足100％。本发明专利技术制备的银合金线成本低廉，在半导体器件上进行焊接应用的物理性能稳定，抗氧化性能好，能替代昂贵的键合金丝在半导体封装上应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料
，特别涉及一种半导体封装用银合金线及其制备方法。 
技术介绍
LED发光管及半导体封装需要的内引线(也称键合丝)通常都采取高纯黄金制成的金线，其直径范围在Ф15μm～Ф50μm。随着金价的不断上升，封装成本越来越高。为此各封装厂商纷纷推出铜线键合来取代金丝键合，以缓解封装成本压力。与金丝相比，铜线具有更好的电学和机械特性，所以同样的产品可以使用直径更小的铜丝来进行键合，而且更适合于芯片焊盘小、间距窄和键合距离长的封装产品。然而使用铜导线时，由于封装用树脂与导线的热膨胀系数差异过大，随着半导体启动后温度上升，因热形成的体积膨胀对形成回路的铜接合线产生外部应力，特别是对暴露于严酷的热循环条件下的半导体组件，容易使铜接合线发生断线问题。另铜的稳定性远不及金，在保存和焊接过程中纯铜丝非常容易氧化。为了提高键合生产效率及产品可靠性，解决纯铜丝易氧化、寿命短的缺失，目前封装厂商主要采用镀钯铜丝作为键合丝。不过，镀钯铜线的表面硬度偏高，且镀钯层厚度不均，造成封装过程整体产出率差、良率偏低等问题。另镀钯铜线在半导体封装上也有焊球硬度偏大，芯片容易砸伤等问题。因此尽管目前市场上已经有了几种替代品出现来代替高纯黄金键合丝，但是由于其自身的局限，不能完全取代传统的键合金丝，致使现在还有相当一部分的LED及半导体封装仍然在使用昂贵的高纯黄金键合丝。 
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决以上替代品所存在的技术问题，提供一种新型银合金线，具备有金键合丝的特性，很好的解决了上述替代品(铜线，镀钯铜线等)存在的问题，同时成本相对较低。 为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是： 提供一种半导体封装用银合金线，主要包括以下重量百分比的组分：0.1-1％金，1-5％钯，0.003-0.006％钙，0.0015-0.003％铈，其余为银补足100％。 本专利技术还提供一种半导体封装用银合金线的制备方法，主要包括以下步骤： 1)将银原料电解提纯，制备纯度大于99.999％的高纯银； 2)通过真空熔炼制备中间合金，包括含10-15％钯的银钯合金，含0.2-0.8％钙的银钙合金，含0.1-0.6％铈的银铈合金； 3)将步骤2)剩余所述高纯银在950-1100℃下熔炼，并在惰性气体氛围下加入步骤2)中所述银钯合金、银钙合金、银铈合金和高纯金粉搅拌精炼，然后进行铸造拉伸，拉伸速度为4.0-10mm/min，得到Φ5-8mm的银合金棒；所述银合金棒含0.1-1％金，1-5％钯，0.003-0.006％钙，0.0015-0.003％铈； 4)将步骤3)中所述银合金棒进行预拉伸，在氮气保护氛围350℃-480℃下连续退火，再进行超细拉伸，直至直径为15m-50m的银合金线； 5)将步骤4)中所述的银合金线在450℃-550℃，35-65米/分钟速度下连续退火。 作为优选，本专利技术提供的银合金线的制备方法，还包括： 6)表面处理：将步骤5)中的银合金线用浓度为1-2％的盐酸进行酸洗，随后进行高纯水冲洗，再进行高压射流冲洗，最后烘干。 作为优选，本专利技术提供的银合金线的制备方法，还包括： 将步骤5)或6)中制得的银合金线进行绕线，其中绕线张力为2-15g，绕丝速度为50-80m/min，线间距为4.5-5.5mm。 作为优选，步骤4)中预拉伸后银线直径为50m-100m。 作为优选，步骤6)中连续酸洗烘干速度为65m/min，烘干温度为140-160℃。 与现有金丝技术相比，本专利技术材料的优点在于： 1.具有与键合金相同的焊接性能、成球特性优秀、硬度与金球基本相同及可靠性高等优点。 2.成本较低，成本低廉，只相当于键合金丝的四分之一价格。 3.可焊性、顺畅度、焊球稳定性、电性能及可靠性等同于键合金丝。 具体实施方式下面将结合本专利技术中的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 实施例1 a.提供银原料：购买纯度为99.9％以上的银原料； b.银原料电解提纯：电解液为硝酸银溶液(优级纯)加高纯水按1：4.5比例稀释，总需要的容量为50升；粗银块作为阳极(尺寸约为150mm×50mm×10mm)浸入电解液中，单体重量为1000克，保证粗银块95％体积浸入电解液中；高纯银箔或不锈钢薄板(尺寸为150mm×50mm×1mm)作为阴极浸入电解液中，保证阴极片有95％体积浸入电解液中，两极分别接上直流电源。打开直流电源，调节电压为6V，电流2.5A，温度控制在65℃以内，待阴极得到的高纯银(99.9995％)达到1.5kg左右时，更换阴极，将得到的高纯银先用高纯水清洗，再真空烘干，烘干温度为260℃，时间为3小时； c.预制中间合金：将得到的高纯银分三份，一份1000克(用于银钯合金)，其余各500克(用于银钙、银铈合金)分别放入真空熔炼炉，分别添加钯100克、铈2.5克、钙3克进行熔炼分别制成含钯10％的银钯合金，含铈0.5％的银铈合金，含钙0.6％的银钙合金；该中间合金制备过程的熔炼温度分别为银钯合金1550℃，银铈合金995℃，银钙合金995℃，真空度为5×10-3MPA。中间合金形状为50×30×3±1mm的长方形板材；熔炼结束充分冷却后在压片机上将上述中间合金方材轧制成厚0.3-0.5mm，宽30-40mm的薄片待用。 d.制备合金银棒：在一个有氩气气氛的定向凝固垂直连铸金属单晶的连铸室，连续加入1367克99.9995％的高纯银棒后，在950℃下进行高频感应加热，在完成溶化后进行区域熔炼，之后保温。在维持3L/min净化氩气流量的连铸室中添加中间合金银钯中间合金600克、高纯金粉(99.99％)10克、银钙合金15克、银铈合金8克，静止10分钟后开始搅拌1分钟，再次静止精炼10分钟；然后以4mm/min速度拉伸，完成连铸铸造，得到Φ5mm的银棒；该银棒合金比例为：钯：3±0.1％，金：0.5±0.1％，钙：0.0045±0.0001％，铈：0.002±0.0001％； e.预拉伸：在拉伸机上将Φ5mm的合金银棒拉伸成Ф50μm的银线； f.中间退火：将Ф50μm的银线在350℃温度下连续退火并通氮气保护； g.超细拉伸：采用精密拉伸机，将中间退火完成后的银线进行超细拉伸，直至拉伸至Φ20μm； h.热处理：将Φ15μm的银丝通过连续退火炉，在温度为455±3℃，速度35m/min下连续退火。控制退火后的丝材拉断力为6-9克；延展率为10-15％； j.表面处理：首先采用浓度为1％的盐酸配比液进行酸洗，随后进行两次的高纯水冲洗，再进行一次的高压射流冲洗，最后烘干。连续酸洗烘干速度为65m/min；烘干温度为150℃； k.绕线：以500m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，包括以下重量百分比的组分，0.1‑1％金，1‑5％钯，0.003‑0.006％钙，0.0015‑0.003％铈，其余为银补足100％。

【技术特征摘要】
1.一种半导体封装用银合金线，其特征在于，包括以下重量百分比的组分，0.1-1％金，
1-5％钯，0.003-0.006％钙，0.0015-0.003％铈，其余为银补足100％。
2.一种半导体封装用银合金线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将银原料电解提纯，制备纯度大于99.999％的高纯银；
2)通过真空熔炼制备中间合金，包括含10-15％钯的银钯合金，含0.2-0.8％钙的银钙合
金，含0.1-0.6％铈的银铈合金；
3)将步骤2)剩余所述高纯银在950～1100℃下熔炼，并在惰性气体氛围下加入步骤2)
中所述银钯合金、所述银钙合金、所述银铈合金和所述金搅拌精炼，然后进行铸造拉伸，
拉伸速度为4.0～10mm/min，得到Φ5-8mm的银合金棒；所述银合金棒含0.1-1％金，1-5％
钯，0.003-0.006％钙，0.0015-0.003％铈；
4)将步骤3)中所述银合金棒进行预拉伸，在氮气保护氛围35...

【专利技术属性】
技术研发人员：房跃波，
申请(专利权)人：四川威纳尔特种电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51