本发明专利技术公开了一种低弧度LED封装用高强度银合金键合线的制造方法，包括如下步骤：1银合金键合线坯料的冶炼与连铸、2银合金杆的拉制、3银合金线的中间热处理、4将经过中间热处理的银合金线经拉丝机拉制成直径为0.20‑0.25mm 的银合金线。本发明专利技术通过优化合金成分消除了键合银线及其它银合金键合线强度低、B点容易断裂等缺陷，并有效降低了成本。通过采用真空熔炼电磁搅拌合金连铸技术，改善了合金性能，提高了合金一致性，获得了高品质合金线坯料，粗拉过程中采用单向拉制，确保了合金线冷变形过程中晶粒的均匀，并通过适当中间热处理控制加工过程中合金的组织结构，降低拉丝中的局部应力集中，并进一步优化拉丝模具压缩率，减少拉丝过程中的断线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料
，主要涉及一种低弧度LED封装用高强度银合金键合线的制造方法。
技术介绍
随着半导体/LED器件小型化、多功能化和高集成化，半导体/LED器件对键合引线的线（丝）径及其强度等提出了更高的要求，细间距键合需要强度和刚度更高的连线，通过对无空气焊球（Free Air Ball）及热影响区(Heat Affect Zone)长度的控制以满足细间距键合的需要。此外，在大规模集成电路及LED 封装中，由于封装密度增加和封装厚度降低，对键合线的技术指标提出了更高的要求，键合引线能够满足超低弧度封装的使用条件，即要求键合引线在超低弧度条件下具有高的强度，避免器件使用过程中出现键合引线颈部断裂，这就要求键合引线具有短的热影响区长度。键合烧球过程中金属球内部的热量主要以热传导的方式散发出去，靠近金属球的部分金属丝因受传导热的作用而发生再结晶，该热影响区域的晶粒发生长大，拉伸强度有所下降。热影响区长度及其拉伸强度取决于材料的再结晶温度及它所经历的热流量和热流作用时间。拉弧工艺环节中，金属引线的弧高取决于热影响区的长度，热影响区越短，拉弧时所能达到的弯曲直径越小，得到的弧高也越小。热影响区拉伸强度（尤其是低弧度焊接）则会影响到丝球结合处的连接强度以及丝弧的稳定性，若热影响区拉伸强度过低，丝球结合处容易出现损伤，丝弧稳定性下降。键合银线及键合银合金线由于其优秀的电学性能（可降低器件高频噪声、降低大功率LED 发热量等）、良好的稳定性及适当的成本因素，开始应用于微电子封装中，尤其在LED 封装中。但对于纯银线来说，主要存在以下几个方面的问题：1）Ag导热系数为，具有优秀的导热性能，键合烧球过程中由于导热系数好，导致热影响区长度过长，从而降低了第一焊点颈部连接强度（尤其在低弧度焊接中更为明显）；2）Ag 线键合过程中参数窗口范围较小，由于导热率高、氧化速率高等原因，易导致Free Air Ball 凝固不均匀容易形成高尔夫球、球部变尖、波浪球等缺陷，影响第一焊点强度和形状，降低了器件合格率和可靠性；3）Ag 线高温强度低，高温条件下失效几率较高，无法满足大功率LED 等器件的使用；4）苛刻条件下焊接Ag/Al 界面易于产生Ag 离子电迁移，导致焊点强度下降进而影响器件寿命。对于键合银合金线，目前多是通过添加Pd、Au等元素的合金，该类银合金具有良好的性能，可以满足部分LED封装的需求，但该类银合金存在如下几个方面问题：1）由于Au和Pd与Ag可以无限互溶，在Ag中添加Au和Pd元素后合金强度增加有限，而对于低弧度LED，其焊盘尺寸较小，通常为40*40um，需要超细（线径为0.012-0.016mm）键合引线连接，这就要求键合银合金线具有足够的连接强度，由此，添加Au和Pd的银合金线不能满足低弧度LED封装的要求；2）纯银中添加Au和Pd后，由于其原子排列方式及原子半径相似，合金元素对银的抗氧化性能提高有限，使得键合过程中参数范围较小，导致其生产效率降低；3）Au和Pd都是贵金属，大大增加了键合银合金线的成本。钌（Ru）元素属于铂族元素，Ru元素可增加银合金中的晶格畸变，阻碍晶界的迁移速率，同时，银合金拉丝过程中（塑性变形中）位错周围弹性应力场的交互作用使Ru原子在位错周围形成气团，对再结晶过程中的位错运动与重排起阻碍作用，抑制再结晶过程的形核，抑制了再结晶，提高了再结晶温度，减小了银合金线的热影响区长度。 对于Ru而言，由于其熔点较高，熔炼过程中的均匀性较难以控制，采用低压滴流方式熔炼有利于合金均匀性控制。此外，由于低弧度LED封装用银合金键合线线径较细（线径为0.012-0.016mm），而该合金属于高强度银合金，对于该合金微细线材加工而言，原材料的致密性和一致性是影响微细拉丝的关键，拉丝过程的中间热处理是影响微细线材加工的重要因素。因此，优化银合金键合线的组份，提高银合金键合线的强度及抗腐蚀性能，通过真空熔炼超生振动连铸技术确保银合金组织及性能一致，采用适当中间热处理并优化拉丝模具入口角度、完善微细银合金线制造方法，对于加快银合金线在小晶片LED封装中的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低弧度LED封装用高强度银合金键合线的制造方法，其能解决现有键合银合金线的缺点，满足低弧度LED封装的使用要求。为此，本专利技术提供如下技术方案：一种低弧度LED封装用高强度银合金键合线的制造方法，包括如下步骤：（1）银合金键合线坯料的冶炼与连铸：a．制造Ag/Ru中间合金：将质量分数95%的Ag和质量分数5%的Ru分层放入真空炉的锥形氮化硼漏斗中，并将锥形氮化硼漏斗放置在氮化硼坩埚中，并在氮化硼漏斗上放置中间开孔的氮化硼漏斗盖，对真空炉的炉膛抽真空，真空度高于2.5×10-2Pa后，开始升温至1560-1750℃，其中，低于900℃时升温速率为25-40℃/min，温度高于900℃时升温速率为35-50℃/min，熔化过程中真空度高于5.0×10-2Pa，合金熔化后从氮化硼漏斗滴入氮化硼坩埚中，合金完全溶解后静置5-10分钟，停止加热并冷却，冷却后，将合金翻转放置，然后按照上述方法重新熔炼一次，得到Ag/Ru中间合金；然后，将Ag/Ru中间合金在轧机上压成厚度0.5-2.0mm薄板，并裁成质量为1.0-5.0g的Ag/Ru中间合金薄片；b．制造Ag/La中间合金：将质量分数95%的Ag放入真空中频熔炼炉石墨坩埚中，将质量分数5%的La放入真空中频熔炼炉加料盒中，对真空炉的炉膛抽真空，真空度高于4.0×10-2Pa后，充入Ar2至0.1-0.5Mpa，然后重新抽真空至真空度高于4.0×10-2Pa后，开始升温，待温度升至500-600℃后，停止抽真空并向真空炉中充入Ar2至0.05-0.1MPa；然后继续升温至1100-1200℃，待银完全溶解且银液变清澈透亮后，移动加料盒将La加入到坩埚中，并晃动坩埚搅拌5-10分钟，然后将合金熔体随炉冷却，得到Ag/La中间合金；然后，将Ag/La中间合金在轧机上压成厚度0.5-2.0mm薄板，并裁成质量为1.0-5.0g的薄片；c．制造Ag/Pd中间合金：将质量分数80%的Ag和质量分数20%的Pd放入真空中频熔炼炉石墨坩埚中，对真空中频熔炼炉的炉膛抽真空，真空度高于6.0×10-2Pa后，开始升温，待温度升至400-600℃后，停止抽真空并向真空冶炼炉中充入Ar2至0.1-0.5MPa；然后继续升温至1200-1500℃，待合金完全溶解后，摇动坩埚搅拌5-10分钟，将合金熔体冷却，得到Ag/Pd中间合金坯料；然后，将Ag/Pd中间合金在轧机上压成厚度0.5-2.0mm薄板，并裁成质量为1.0-5.0g的薄片；d．在真空中频熔炼炉中将Ag/Pd中间合金、Ag/Ru中间合金、Ag/La中间合金、Ag按下述比例称量计算后，其中钯（Pd）为2-6wt%，钌（Ru）为0.03-0.1wt%，镧（La）为0.3-0.8wt%，银为余量，混合加入到真空中频熔炼炉中，抽真空至5.0×10-1Pa以上，开始升温，待温度升至400-600℃后，停止抽真空并向真空中频熔炼炉中充入Ar2至0.1-0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低弧度LED封装用高强度银合金键合线的制造方法， 其特征在于：包括如下步骤：（1）银合金键合线坯料的冶炼与连铸：a．制造Ag/Ru中间合金：将质量分数95%的Ag和质量分数5%的Ru分层放入真空炉的锥形氮化硼漏斗中，并将锥形氮化硼漏斗放置在氮化硼坩埚中，并在氮化硼漏斗上放置中间开孔的氮化硼漏斗盖，对真空炉的炉膛抽真空，真空度高于2.5×10‑2Pa后，开始升温至1560‑1750℃，其中，低于900℃时升温速率为25‑40℃/min，温度高于900℃时升温速率为35‑50℃/min，熔化过程中真空度高于5.0×10‑2Pa，合金熔化后从氮化硼漏斗滴入氮化硼坩埚中，合金完全溶解后静置5‑10分钟，停止加热并冷却，冷却后，将合金翻转放置，然后按照上述方法重新熔炼一次，得到Ag/Ru中间合金；然后，将Ag/Ru中间合金在轧机上压成厚度0.5‑2.0mm薄板，并裁成质量为1.0‑5.0g的Ag/Ru中间合金薄片；b．制造Ag/La中间合金：将质量分数95%的Ag放入真空中频熔炼炉的石墨坩埚中，将质量分数5%的La放入真空中频熔炼炉的加料盒中，对真空中频熔炼炉的炉膛抽真空，真空度高于4.0×10‑2Pa后，充入Ar2至0.1‑0.5Mpa，然后重新抽真空至真空度高于4.0×10‑2Pa后，开始升温，待温度升至500‑600℃后，停止抽真空并向真空炉中充入Ar2至0.05‑0.1MPa；然后继续升温至1100‑1200℃，待银完全溶解且银液变清澈透亮后，移动加料盒将La加入到石墨坩埚中，并晃动石墨坩埚搅拌5‑10分钟，然后将合金熔体随炉冷却，得到Ag/La中间合金；然后，将Ag/La中间合金在轧机上压成厚度0.5‑2.0mm薄板，并裁成质量为1.0‑5.0g的Ag/La中间合金薄片；c．制造Ag/Pd中间合金：将质量分数80%的Ag和质量分数20%的Pd放入真空中频熔炼炉石墨坩埚中，对真空中频熔炼炉的炉膛抽真空，真空度高于6.0×10‑2Pa后，开始升温，待温度升至400‑600℃后，停止抽真空并向真空冶炼炉中充入Ar2至0.1‑0.5MPa；然后继续升温至1200‑1500℃，待银完全溶解且银液变清澈透亮后，移动加料盒将Pd加入到石墨坩埚中，并摇动石墨坩埚搅拌5‑10分钟，然后将合金熔体冷却，得到Ag/Pd中间合金坯料；然后，将Ag/Pd中间合金在轧机上压成厚度0.5‑2.0mm薄板，并裁成质量为1.0‑5.0g的Ag/Pd中间合金薄片； d．在真空中频熔炼炉中将Ag/Pd中间合金、Ag/Ru中间合金、Ag/La中间合金和Ag按下述比例称量计算后，其中钯（Pd）为2.0‑6.0wt%，钌（Ru）为0.03‑0.1wt%，镧（La）为0.3‑0.8wt%，银为余量，混合加入到真空中频熔炼炉的熔炼坩埚中，抽真空至5.0×10‑1Pa以上，开始升温，待温度升至400‑600℃后，停止抽真空并向真空中频熔炼炉中充入Ar2至0.1‑0.5MPa；然后继续升温至1250‑1450℃，待合金完全溶解后，晃动熔炼坩埚搅拌5‑10分钟，将合金熔体冷却，得到银合金坯料；e．将银合金坯料加入到真空熔炼电磁搅拌合金连铸机的坩埚中，所述坩埚为石墨坩埚，对真空熔炼电磁搅拌合金连铸机的炉膛抽真空，真空度高于6.0×10‑2Pa后，充入Ar2至0.1‑0.5Mpa，然后重新抽真空至真空度高于6.0×10‑2Pa后，开始升温，待温度升至400‑600℃后，停止抽真空并向真空熔炼电磁搅拌合金连铸机中充入Ar2至0.1‑0.5MPa；然后继续升温至1250‑1450℃，待银合金坯料完全溶解且合金溶液变清澈后，向合金溶液中插入搅拌棒上下搅拌5‑10分钟，然后精炼静置10‑15分钟后，充入Ar2至1.05‑1.1MPa，开始采用间歇方式拉铸，形成直径为6‑10mm的银合金杆；（2）银合金杆的拉制：将上述直径为6‑10mm 的银合金杆经过拉丝机拉制成直径为3.5‑4.0mm 的银合金线，拉丝过程采用单向拉制，拉丝速度为10‑30m/秒；（3）银合金线的中间热处理：将直径为3.5‑4.0mm的银合金线放置在真空罐式炉中，然后对真空罐式炉进行抽真空，真空度高于1.0×10‑1Pa后，停止抽真空，并将真空罐式炉炉盖压紧螺栓拧紧，然后向真空罐式炉中充入Ar2气体至1.5‑2.0Mpa，然后对真空罐式炉升温至450‑650℃，保温时间为30‑60分钟，然后随炉冷却；（4）将经过中间热处理的银合金线经拉丝机拉制成直径为0.20‑0.25mm 的银合金线，然后将直径为0.20‑0.25mm 的银合金线经过拉丝机连续拉拔成直径为0.012‑0.018mm的 微细银合金键合线，拉丝过程中，线材变形率为5‑11%。...
【技术特征摘要】
1. 一种低弧度LED封装用高强度银合金键合线的制造方法， 其特征在于：包括如下步骤：（1）银合金键合线坯料的冶炼与连铸：a．制造Ag/Ru中间合金：将质量分数95%的Ag和质量分数5%的Ru分层放入真空炉的锥形氮化硼漏斗中，并将锥形氮化硼漏斗放置在氮化硼坩埚中，并在氮化硼漏斗上放置中间开孔的氮化硼漏斗盖，对真空炉的炉膛抽真空，真空度高于2.5×10-2Pa后，开始升温至1560-1750℃，其中，低于900℃时升温速率为25-40℃/min，温度高于900℃时升温速率为35-50℃/min，熔化过程中真空度高于5.0×10-2Pa，合金熔化后从氮化硼漏斗滴入氮化硼坩埚中，合金完全溶解后静置5-10分钟，停止加热并冷却，冷却后，将合金翻转放置，然后按照上述方法重新熔炼一次，得到Ag/Ru中间合金；然后，将Ag/Ru中间合金在轧机上压成厚度0.5-2.0mm薄板，并裁成质量为1.0-5.0g的Ag/Ru中间合金薄片；b．制造Ag/La中间合金：将质量分数95%的Ag放入真空中频熔炼炉的石墨坩埚中，将质量分数5%的La放入真空中频熔炼炉的加料盒中，对真空中频熔炼炉的炉膛抽真空，真空度高于4.0×10-2Pa后，充入Ar2至0.1-0.5Mpa，然后重新抽真空至真空度高于4.0×10-2Pa后，开始升温，待温度升至500-600℃后，停止抽真空并向真空炉中充入Ar2至0.05-0.1MPa；然后继续升温至1100-1200℃，待银完全溶解且银液变清澈透亮后，移动加料盒将La加入到石墨坩埚中，并晃动石墨坩埚搅拌5-10分钟，然后将合金熔体随炉冷却，得到Ag/La中间合金；然后，将Ag/La中间合金在轧机上压成厚度0.5-2.0mm薄板，并裁成质量为1.0-5.0g的Ag/La中间合金薄片；c．制造Ag/Pd中间合金：将质量分数80%的Ag和质量分数20%的Pd放入真空中频熔炼炉石墨坩埚中，对真空中频熔炼炉的炉膛抽真空，真空度高于6.0×10-2Pa后，开始升温，待温度升至400-600℃后，停止抽真空并向真空冶炼炉中充入Ar2至0.1-0.5MPa；然后继续升温至1200-1500℃，待银完全溶解且银液变清澈透亮后，移动加料盒将Pd加入到石墨坩埚中，并摇动石墨坩埚搅拌5-10分钟，然后将合金熔体冷却，得到Ag/Pd中间合金坯料；然后，将Ag/Pd中间合金在轧机上压成厚度0.5-2.0mm薄板，并裁成质量为1.0-5.0g的Ag/Pd中间合金薄片； d．在真空中频熔炼炉中将Ag/Pd中间合金、Ag/Ru中间合金、Ag/La中间合金和Ag按下述比例称量计算后，其中钯（Pd）为2.0-6.0wt%，钌（Ru）为0.03-0.1wt%，镧（La）为0.3-0.8wt%，银为余量，混合加入到真空中频熔炼炉的熔炼坩埚中，抽真空...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹军，王福荣，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。