具有改进玻璃密封性的防相互扩散的铁-**合金制造技术

本发明专利技术涉及一种铁＿镍合金，它含有大约３０＿６０％镍，大约０．００１＿０．１５％氮、至少一种选自由大约１＿１０％钼和大约０．００１－２％铝组成的元素，剩余部分主要是铁．该合金显示了改进的防金属间化合物形成性，改善了玻璃与金属的密封性，并且改善了线焊接性能．本发明专利技术的合金作为半导体密封装置（１０）的导线框架材料具有特殊用途．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于在电子和电器应用中具有特殊用途的铁-镍合金。该铁-镍合金含有氮和至少一种选自由钼和铝组成的元素。铁-镍合金，特别是铁-镍-钼合金，是十分有名的磁性合金。这些合金是以这样的所需要的特性，诸如高的初始导磁性、高的电阻率、良好的导磁率一致性(相容性)以及良好的磁稳定性为特征的。美国专利1，757，178(Elmer)，2，407，234(Guthrie等人)，2，891，883(Howe)，3，024，142(Parkin)，4，082，580(Pfeifer等人)以及4，536，229(Jin等人)说明了这些铁-镍和铁-镍-钼磁性合金。还专利技术铁合金，包括铁-镍合金，可用于电子应用。例如，陶瓷封装(CERDIPs)中的导线框架和起罐头用的销，已用铁-镍合金制成。但是，使用这些合金不是没有严重问题，在半导体器件中，铁-镍合金的导线框架典型地是通过许多铝和/或铝合金导线连接到一集成线路片上的。铁合金的导线框架与铝引线之间的接合位是典型的位置，在此由于暴露在热之中，例如封装半导体器件涉及的热处理，铁和铝之间相互扩散的强烈倾向性的结果，形成了脆性金属间化合物。这种金属间化合物问题，一般是通过在一个或多个铁合金导线框架的表面形成一薄铝条加以处理的。铝条可以是涂覆到表面的薄涂层或一种镶嵌物。在某些情况下，该铝条包含一涂层在整个导线框架上。然后导线被焊接到铝条上，以便形成一种铝/铝电偶。美国专利3，559，285(Kauffman)说明了具有一种镶嵌铝条的铁合金导线框架材料。使用铁合金作为导线框架材料带来的另一个问题与玻璃密封有关。许多半导体集成线路片用陶瓷封装，称作CERDIP。为了提供密封封装结构，导线框架用玻璃密封材料诸如具有氧化铝底座的那些材料焊接到一层或多层陶瓷材料上。Fe-42Ni一类铁合金不能很好地与密封玻璃材料焊接。另一方面，在导线框架材料上或中的一铝条被用来克服这种焊接问题，因为铝一般与玻璃密封焊接很好。半导体器件和/或密封装置的制造者已表明需要这样的合金，它们可用作导线框架的材料而不必涂覆或给导线框架镶嵌。通过避免导线框架的涂覆和/或镶嵌，降低了制造成本。所需要的合金的特征在于改进耐金属间化合物的形成并提高与玻璃密封材料的焊结能力。因此，本专利技术的一个目的是提供具有改进耐金属间化合物形成的一种铁-镍合金。本专利技术的又一个目的是提供具有改进玻璃粘结性能的一种上述合金。本专利技术的另一个目的是提供具有改进线连接特性的上述合金。本专利技术的又一个目的是提供适于用作半导体器件的导线框架的上述铁-镍合金。从下面的说明和附图中将对这些和其它目的以及优点变得更加明瞭，其中参考数字说明对应元件。本专利技术通过将氮和至少一种选自由钼和铝组成的元素加至铁-镍合金，以达到前述目的。已经发现，将氮和钼(有或没有铝)加至铁-镍合金，以改进合金对金属间化合物的形成的阻力，尤其是在典型的半导体制造和/或封装技术涉及的热处理过程中更是如此。此外，业已专利技术含有这些添加物的合金具有改进了与玻璃密封材料的焊接附着性，而且使用标准工业超声波焊接技术易于焊接到铝或铝合金导线上。按照本专利技术的合金含有大约30%-60%的镍，大约0.001%-0.15%的氮，至少一种选自由大约1%-10%的钼和大约0.001%-2%的铝组成的元素，剩下部分主要是铁，该合金的特征是具有单相和单面的立方金属结构。该合金最好还具有铁与镍之比在大约1.1∶1-1.6∶1的范围内，推荐的合金含有大约39%-55%的镍，大约0.005%-0.05%的氮，至少一种选自由大约1%-4%的钼和大约0.3%-1%的铝组成的元素，剩下的主要是铁。附图是一个半导体密封装置的横截面图。本专利技术是关于具有改进的防金属间化合物的形成性和/或与玻璃密封材料的附着力得到提高的铁-镍合金。这些合金在电器和电子的应用中央具有特殊用途。例如，它们可用作在半导体密封装置中的导线框架或类似元件。另外，它们可用于起罐头的销，玻璃对金属的电源馈线，或其它类似应用。现在参考附图来说明典型的半导体密封装置10。它包括一个陶瓷底座口，第一玻璃层16和来自导线框架的大量导线18，此导线框架通过玻璃层16焊接到陶瓷底座12上。半导体器件20既可使用芯片(die)连接垫，也可使用含金材料层14固定在底座口上。含金材料被用于许多现代密封装置中，以使层14和小片20之间有可能形成金-硅易熔焊接。含金属层14可包含一镀金板或一喷射到陶瓷底座上的金粉涂料。器件20用大量的引线22连接到导线18上。一般地说，引线由铝或诸如Al-1%Si的铝合金制成。第二玻璃层24置于导线框架组件的导线18上。为了完成密封装置，由陶瓷或金属材料制成的盖26置在玻璃层24上。在某些密封装置中，玻璃层24和盖26每个具有中心孔或窗孔，以使器件20焊接到垫或层14上，并且在玻璃层24和/或盖26熔合玻璃层16以后进行导线连接。配有一个盖板(未示出)，在器件置于垫上并在进行线连接后封闭窗孔。盖板可用一种陶瓷材料、一种金属材料，例如镀金科伐(Kovar)，或玻璃材料制成。为了加工图中所示的半导体密封装置，首先将芯片连接垫或含金属层14焊接或镀到陶瓷底座口上。然后将玻璃层16丝网印刷到陶瓷底座上并用空气燃烧，留下用于把半导体器件20连接到垫或层14的孔或窗孔23。此后，将具有导线18的导线框架置于玻璃层16上并熔合。最好，第二玻璃层24与盖26先连接，然后再与层16熔合。随后，玻璃层24与玻璃层16熔合，形成密封装置结构。但在这之前，器件20被连接到垫或层14上，并且进行器件20与导线18之间的线连接。典型的线连接是在环境压力下使用热压，超声或热声连接器进行。这种线连接操作常导致在导线18上形成表面氧化物。用于封装集成电路片或半导体器件的有代表性的陶瓷材料包括氧化铍。在这些密封装置中的玻璃层16和24可由任何适宜的玻璃材料，诸如85%氧化铝-15%硼酸组合物组成。应当承认，图中所示的密封装置以及所讨论的附属物只是用来做图示，而决不意味着限制本专利技术。本专利技术的合金可连同各种各样的密封装置构件和材料一起使用。如前文讨论，在许多现代密封装置中，导线18和导线框架可由诸如Fe-42Ni的铁合金制成。用这些合金作导线框架材料已产生几种明显的问题。这些问题包括(1)在导线18和引线22的连接处形成金属间化合物，尤其是当导线用铝或铝合金制成时;(2)导线18和玻璃层16和24之间的附着力差。金属间化合物问题具有特殊意义，因为它有害地影响了导线连接的质量。许多半导体器件的损坏都是由于导线互相连接处变脆或断裂造成的。附着性差的问题也很重要，因为它使装置的密封性变差，并且导致密封装置破裂。曾试图克服这些问题，包括用象铝、金、及其合金一类的材料对导线框架的导线18进行涂覆和/或镶嵌。但涂覆和/或镶嵌必然合增加密封装置的制造成本。按照本专利技术，这些问题可通过使用铁合金的导线和导线框架加以解决，而所述的铁合金显示出改进了防金属间化合物的形成和/或改进了对玻璃密封材料的附着力。本专利技术的合金包括这样的合金它们主要是由大约30%-60%镍、大约0.001%-0.15%氮、至少一种选自大约1%-10%钼和大约0.001%-2%铝组成的元素、剩下部分主要是铁构成的一种组合物。最好，合金中铁与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改进的防金属间化合物形成性的铁—镍合金，其特征在于所述合金主要包括大约３０％—６０镍、大约０．００５—０．１５％氮、至少一种选自由大约１％—１０％钼和大约０．００１—２％铝组成的元素，剩下部分主要是铁组成。

【技术特征摘要】
US 1985-11-29 803,021的精神实质和较宽的范围内。权利要求1.一种具有改进的防金属间化合物形成性的铁-镍合金，其特征在于所述合金主要包括大约30%-60镍、大约0.005-0.15%氮、至少一种选自由大约1%-10%钼和大约0.001-2%铝组成的元素，剩下部分主要是铁组成。2.根据权利要求1的合金，其进一步的特征在于所述至少一种元素包含钼，所述的钼提高了合金的氮溶解度和/或扩散性，并按照下述公式的量存在%Mo≥(86±5-%Ni)/(7.25±1.25)。3.根据权利要求1的合金，其进一步的特征在于所述至少一种元素包含大约1%-4%的钼;所述氮以大约0.005%-0.05%的量存在。4.根据权利要求3的合金，其进一步的特征在于所述合金另外主要包括大约0.3%-1.0%铝。5.根据权利要求1的合金，其进一步的特征在于所述至少一种元素包含大约0.3%-1.0%铝;所述氮以大约0.005%-0.05%的量存在。6.根据权利要求1的合金，其特征在于铁与镍在所述合金中的比例在大约1.1∶1-1.6∶1范围内。7.根据权利要求1的合金，其进一步特征在于所述合金另外主要包括选自有效量近大约1.0%锰和有效量近大约0.1%镁的至少一种添加元素，以便在铸造过程中降低硫杂质的作用。8.根据权利要求1的合金，其进一步特征在于所述镍以大约30%和小于约60%的量存在，所述钼以大约1%-5.1%的量存在，而氮的量按下面的公式给定。%N＝(0.0001)×(34l-7.5Ni+7.4Mo)。9.一种导线框架，其特征在于所述导线框架由权利要求1的合金制成。10.一种半导体密封装置(10)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵章遥，约翰F布里迪斯，约翰F布里迪斯，
申请(专利权)人：奥林公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]