一种高可靠性银合金键合丝及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种用于BBOS、BSOB打线方式的高可靠性银合金键合丝及其制造方法，该线材中含有重量比为2-4.0％的Pd、6.5-11％的Au、85％-90％的Ag，还含有浓度在5-55ppm之间、用以改进线材机械性能的Ca、Fe、Cu、Si等添加元素中的一种或多种的组合；存在长轴晶区并且其位于以线材中心轴线为对称线，半径为1/3R-1/2R范围内的圆柱体内。长轴晶的面积比率占60％以上。线材在制造过程中在0.0633～0.0384mm时进行一次中间退火，退火温度为500～610℃，退火速率为80～120m/min；最后退火温度为450～550℃，退火速率为90～130m/min；退火过程中的张力设定保持在0.2～0.7g之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED和1C封装用的键合丝，具体涉及一种适合于BB0S、BS0B打线封装 用银合金键合丝及其制造方法。
技术介绍
键合丝（bondingwire,又称键合线）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。键合丝的发展趋势，从产品方向上，主要是线径细 微化、高车间寿命（floorlife)以及高线轴长度；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1C封装应用上取代金线。 早期银合金的要问题是线材表面容易硫化、氧化从而影响打线性能以及高温高湿 可靠性（PCT，HAST)问题，而这些问题都可以通过向银线中引入钯（Pd)而得到改善，尤其是 其高温高湿可靠性（PCT，HAST)问题。 在1C行业，由于近期多芯片模式（MultiChipModule)和芯片堆栈（Die stacking)的广泛应用，对DietoDie(芯片到芯片）的打线性能提出了更高的要求，这其 中最重要的打线模式就是BS0B(bondingStichonball，球焊点上打线）。在LED行业除 了BS0B外，BB0S(Bondingballonstitch，在二焊点上种球）也有广泛应用。 在BS0B的dietodie打线中，为了减少二焊（stitchbonding)过程中对芯片 Pad的冲击，通常采用在芯片A的Pad位置先种上一个焊球，然后再对另外一个相邻芯片B 上完成球焊、拉弧线、在芯片A已种球位置上完成第二焊点的打线，从而结束整个BS0B过 程。在LED行业中，由于没有象1C那样由于半导体尺寸下降而导致的芯片机械性能变弱的 情况（多孔的低K的介电材料的应用所导致的结果），但硅胶的应用及其高透气、透水性使 得二焊点的可靠性需要加强，所以在完成LED的正常打线后，会在二焊点上种球，以提高稳 定性，完成BB0S的打线模式。 在银合金线材的早期使用过程中，短尾（SHTL)和断线本就是最常见的问题。短 尾的成因是在第二焊点打线中，由于打线参数太大或者线材强度性能发生变化，Tail bonding提前断裂导致留出的线尾不够长。随着银合金线材技术的进步，这一问题得到了很 大改观，而随着银合金在高级封装形式，多芯片模式（MultiChipModule)和芯片堆栈（Die stacking)中的广泛应用，BS0B、BB0S的大量应用对线材的结构稳定性提出了更高的要求， 为了满足这种要求，需要找到一种实际可行的线材结构和线材配方，将线材的结构和机械 性能变动性降低到更低的水平，从而提高银合金键合丝在BB0S和BS0B中的键合稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种1C和LED封装BB0S、BS0B用高可靠性银 合金键合丝及其制造方法，这种银合金键合丝用于上述打线模式时，能通过有效的组分和 结构调整而获得重现性、稳定性更高的结构特征。 本专利技术发现，当线材具有以下的特质时，其机械性能BL/EL能保持在一个恰当窄 的范围内，并使得线材在整个打线，尤其是切球的scrub过程中保持稳定（不断线）。具体 地，本专利技术提供的一个技术方案如下： -种用于BB0S、BS0B打线方式的高可靠性银合金键合丝，含有重量比为： 2-4.0%的Pd， 6. 5-11 % 的Au， 85%-90 % 的Ag，以及 含量在5_55ppm之间、用以改进线材机械性能的Ca、Fe、Cu、Si中的一种或一种以 上的掺杂元素。 在线材结构上，线材中存在长轴晶区，其存在于以线材中心轴线为对称线，半径为 1/3R-1/2R(R为线材的半径）范围内的圆柱体内；长轴晶区内以长轴晶为主，也可以含有 非长轴晶，长轴晶的面积比率占60%以上。长轴晶体的定义为晶体的纵横比（即晶体拟合 椭圆的长轴长度与短轴长度之比）大于2. 5。 目前的键合丝都是多晶体结构，一般键合丝在最终退火后其内部的每个晶体的取 向是随机的并均匀地指向不同方向，整体上呈现出各向同性。但对于本专利技术的线材，其线材 内部的晶体的方向与银合金键合丝轴心方向上的夹角小于20度的晶体占总晶体数 目的60%以上。 在长轴晶区内，annealingtwin(退火挛晶）的密度小于20%，线材整体退火挛晶 密度小于30%。其中退火挛晶的密度定义为：在EBSD图中测得挛晶长度与晶体之间晶界 长度以及挛晶长度之和的比值。 整个线材中的长轴晶和非长轴晶区域内的晶体大小并没有明显的区别，其平均晶 体粒径的大小为0. 65-0. 76微米之间，晶体粒径分布的相对标准方差（RSD)为85% -90% 之间。 本专利技术还提供上述用于BBOS、BS0B打线方式的高可靠性银合金键合丝的制造方 法，其特征在于包括下述步骤： 熔铸：在银原料中按上述比例加入Au、Pd和其它掺杂元素，经过定向连续拉工艺， 获得直径为6~8mm(毫米）的线材； 拉丝：对熔铸步骤得到的线材进行拉丝，获得直径为18~50um的银合金键合丝粗 品； 最后退火：拉丝完成后，对银合金键合丝粗品进行最后退火处理，退火过程采用N2 或惰性气体来做为退火气氛，退火炉有效长度为600~800mm，退火温度为450~550°C，退 火速率为90~130m/min;退火过程中的张力设定保持在0. 2~0. 7g之间； 冷却：退火后的银合金键合丝经过冷却到20~30°C，即得到用于BB0S、BS0B打线 方式的高可靠性银合金键合丝。 在拉丝步骤中，还可以对线材进行一次中间退火，中间退火在将线材拉丝至直径 为0. 0633~0. 0384mm时进行，退火过程采用N2或惰性气体做为退火气氛，退火炉有效长 度为600~800謹，退火温度为500~610°C，退火速率为80~120m/min。 随后可对得到的LED封装用银合金键合丝进行机械检测和绕线。本专利技术发现，在线材含钯（Pd)量在2~4. 0 %时能有效地改善封装产品在老化试 验中键合丝与芯片铝Pad界面頂C的腐蚀问题，尤其当金的含量保持在6. 5~11 %范围之 内时，可靠性获得明显的提高。本专利技术发现，添加量Ca、Fe、Cu、Si添加元素中的一种和多 种的组合。能有效地控制晶粒大小，更具体的是当某些掺杂元素富集于晶界中时，会阻止 晶界的移动和生成，抑制了再结晶的发生，提高了再结晶温度，有效控制晶体的过渡长大； 另一方面Au、Pd都能与Ag完全互容，形成固体溶液，它们在晶体内的存在，增加了Ag的 stackingfault(纯银的stackingfault很小，其应力释放多通过再结晶的方式完成），从 而有利于在退火中银合金线材应力松弛多一些按恢复（recovery)的机理发生的几率，有 利于线材中间长轴晶体的保留和形成，最后退火过程中，尤其是最后退火工艺中张力的控 制对线材中心区晶体的高度取向性是必要的。 本专利技术发现在拉丝退火工艺设计上，相对于一般退火工艺对中间退火强度（退火 温度更低和退火时间更短）做适当的降低，同时中间退火点也采用在〇. 0633~0. 0384mm 时（相对一般拉线工艺更细的线径）进行；在最终退火过程参数的设计包括更低的退火强 度（退火温度在420~480°C之间和退火时间更短90~本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于BBOS、BSOB打线方式的高可靠性银合金键合丝，其特征在于含有重量比为：2‑4.0％的Pd，6.5‑11％的Au，85％‑90％的Ag，以及含量在5‑55ppm之间、用以改进线材机械性能的Ca、Fe、Cu、Si中的一种或一种以上的掺杂元素。

【技术特征摘要】

【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