银合金线的制作方法
【专利摘要】一种银合金线，其是由银、钯及镍所构成，其中，钯的含量为1.8-2.2wt%，镍的含量为0.5-2.0wt%，其余为银。通过钯、镍及银的组成，以及控制前述成分的比例范围，可以在降低材料成本的前提下，使银合金线具有良好的性能可靠度、打线良率以及低电阻率等等的功效。
【专利说明】银合金线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种银合金线，特别是涉及一种以银为主要成分，并专为IC(integrated circuit,集成电路的简称)封装制程的连接导线的银合金线。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的进步，元件的尺寸不断的缩小，并逐渐进入深次微米的领域。当集成电路的积集度增加时，芯片的表面就无法提供足够的面积来制作需要的内连线，此时需要使用金属的连接线进行电路连接。但是金属的连接线与连接线之间会有电容，而金属连接线本身也会因为材料不同而产生不同大小的电阻率，因此，讯号在传递的过程中会因为电阻率及电容大小不同，而产生不同程度的延迟或降频。再加上半导体制程的进步，目前金属连接线制作的尺寸不但越来越细，彼此间的距离也越来越窄，因此，不但连接线的电阻越来越大，连接线之间的电容也会逐渐增高，因此，讯号传递速度将越来越慢。为了改善讯号传递延迟与降频的问题，目前用于半导体连接的合金导线将不可避免逐渐往低电阻率的方向发展。
[0003]而从材料成本、电阻率、打线良率，以及可靠度等等方面来探讨以往的金属连接线，其大致可因为材料不同，而分为金线、银线、铜线及银合金线等等。其中，金线具有稳定性高、质地柔软、延展性佳、导电性佳、打线良率高、生产效率高以及线径微细化等等优良的物理性质，是一种理想的连接线材料，但由于近年来金价不断的攀高，故使用金线的材料成本已非客户乐于接受。
[0004]而铜线包括有单晶铜线及镀钯铜线两种，使用铜线的优点在于材料成本低廉，但缺点之一是硬度较高，容易击穿铝垫，使用时需要掌握较多的细节，工艺流程比较复杂，并非一般技术能力厂商所能轻易导入使用，之二是容易氧化，造成储存时需要密封，同时打线时需要使用例如氮氢气的保护气体，使用时具有一定的危险性。此外，因铜线的硬度较大，且铜线及镀钯铜线也会有产品可靠度的问题，在高压、高温或高湿的环境使用时可靠度相对金线不良，因此，无法使用在高品质的产品上。
[0005]而使用银线的优点是储存时不需要真空包装，导线硬度较软，但是银线在打线过程中与铝制垫体接合时，在熔融焊球的界面会析出界金属化合物(简称IMC)，而在可靠度测试环境下银铝扩散过于快速，使得界金属化合物厚度增加，而产生焊点断裂与产品失效。
[0006]此外，中国台湾TWI373382B1发明专利提供一种复合金线，该复合金线包含8-30wt%的金、66-90wt%的银，以及0.01-6wt%的钯。此种复合金线是在金成分的基础中掺杂大量的银，以及抑制界金属化合物成长的钯。前述发明专利所公开的复合银线在任何封装形式都能替代金线及铜线，但缺点是仍然需要使用较高含量的金成分，故材料成本还是很高，此外，该复合金线中的钯及金的含量越高，其电阻率越高，对于讯号传递速度有不利的影响。
[0007]而中国台湾TW201001652号发明专利也是公开一种以银为基底的合金导线，该合金导线中加入0.05-5被％的选自于:钼(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)与金(Au)族群的第一添加剂，以及3ppm-100ppm选自于:铍(Be)、?丐(Ca)、钡(Ba)、镧(La)、铺(Ce)与?乙(Y)族群的第二添加剂。此外，US6, 723，281B1也是公开一种以银为基底，并加入0.l-3wt%的钮，以及0.l-3wt%的至少一种选自于:招(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、钛(Ti)及钴(Co)族群的元素。前述发明专利都是公开一种以银为基底的连接线，所述复合银线都搭配两种选自于不同族群的添加剂，目的都是采用材料成本较低的银成分来取代金成分，并使复合银线具有较佳的物理性质。
[0008]然而，钯的含量越高，复合银线的电阻率越高，此外，钯含量低则该复合银线在高温、高压或高湿的环境中，容易和铝制垫体产生过厚与生成相不良的界金属化合物，故其性能可靠度低。虽然前述专利加入选自于第二种族群的元素，但以铜为例，由于铜有容易氧化的问题，线材生产过程中的制造成本与打线使用过程中的技术门坎相对高。
[0009]附带说明的是，中国台湾TW201001652号发明专利以及US6，723，281B1的说明书中虽然都曾提到，在复合银线中可选择添加镍金属，但是前述专利前案的说明书及实施例，从未探讨镍金属在复合银线所扮演的角色，也从未教示镍金属、钯金属及银的比例与各项物性之间的关系。本发明主要针对含有钯的银合金线作改良，以期提供一种可以在降低材料成本的前提下，有效降低电阻率，并维持优良的性能可靠度及打线良率的银合金线。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种可以在材料成本、电阻率、性能可靠度及打线良率之间取得较佳平衡性的银合金线。
[0011]本发明的银合金线是由银、钯、镍所构成，其中钯的含量为1.8_2.2wt%，镍的含量为0.5-2.0wt%， 其余为银。
[0012]本发明所使用的银，其纯度在99.99wt%以上，杂质可忽略。而钯的含量以1.8-2.2wt%为较佳，最佳是2.0wt%。由于钯的电阻率高达10.5 μ Ω.αη，因此，当该钯的含量高于2.2wt%时，将导致银合金线的电阻率逐渐升高，不利于讯号传递。而当钯的含量低于1.8wt%时，该银合金线使用在铝制垫体的接合时，银合金线与铝制垫体之间会因为界金属化合物(MC)生成过于快速，而产生性能可靠度(Reliability)较差的问题。
[0013]本发明所使用的镍其电阻率为6.9 μ Ω.Cm，镍的含量越高时，连接线的电阻率越高，也就是说，当镍的含量高于2.0wt%时，连接线的电阻率将大于3.5 μ Ω.Cm。但是当镍的含量低于0.5#%时，对于低电阻银合金线的性能可靠度的提升有限。本发明选择以银为基底，同时加入预定比例的钯及镍，上述组成比例的配合，可以在银及铝制垫体之间形成一层例如:(Ag-Pd-Ni)2Al、(Ag-Pd-Ni)4Al的界金属化合物，且所形成的界金属化合物具有防止银和铝之间快速扩散，以及抑制界金属化合物成长的功能，并达到较佳的性能可靠度。在此同时，通过控制该镍及钯的比例含量，也可以将银合金线的电阻率控制在3.5μ Ω.αη以下。
[0014]本发明的有益效果在于:通过控制该钯的含量，并加入适量比例的镍，可以使银合金线在降低材料成本的前提下，达到低电阻率、性能可靠度优良以及优良打线良率等等的功效。
【具体实施方式】[0015]本发明银合金线的较佳实施例是由银、钯及镍所构成，其中钯的含量为
1.8-2.2wt%，镍的含量为0.5-2.0wt%，其余为纯度99.99wt%的银。当钯的含量低于1.8wt%时，本发明该银合金线的性能可靠度较差，若钯的含量高于2.2wt%，会有电阻率较高的缺点。
[0016]本发明所添加的镍的含量越高，该银合金线的电阻率越高，为了将电阻率控制在
3.5 μ Ω.αη以下,较佳地,该镍的含量不高于2.0wt%,但是当该镍的含量低于0.5wt%时,该银合金线的性能可靠度不佳。
[0017]制作本发明的银合金线时，将银、钯及镍等元素依比例投入一个熔炉中，以混炼制得一个熔融状态的合金液体。然后将该合金液体以连铸方式制成棒体，再经过辊轧(pressroll)、主抽线(heavy drawing)、细抽线(fine drawing)、表面清洗、烘干、定型退火(finalannealing)、绕线(rewinding)等等的加工步骤,就可以制成本发明的银合金线，该银合金线专用于半导体元件的打线接合封装制程。
[0018]本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，所示实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
[0019]本发明银合金线的实施例、比较例，以及含金、钯、银的低电阻银合金线的说明:
[0020]表1:
[0021]
【权利要求】
1.一种银合金线，专为IC封装使用；其特征在于: 该银合金线由银、钯及镍所构成，其中，钯的含量为1.8-2.2wt%,镍的含量为0.5-2.0wt%，其余为银。
【文档编号】H01L23/532GK103985699SQ201310050878
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2013年2月8日
【发明者】周永昌 申请人:大瑞科技股份有限公司