用于半导体封装的银合金焊接导线的制作方法
【专利摘要】一种用于半导体封装的银合金焊接导线，包含一银合金组份，包括银、钯，及一第一添加剂，基于该银合金组份的重量百分比以100wt%计，钯的重量百分比大于0且不大于2wt%，该第一添加剂的重量百分比不小于0.001wt%，且不大于2wt%，该第一添加剂选自铟、锡、钪、铋、锑、锰、锌，及其中一组合。本发明通过预定比例的钯及该第一添加剂，进而有效提升经引线键合后银合金焊接导线所形成弧形的稳定度，且不易倾倒。
【专利说明】用于半导体封装的银合金焊接导线
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种焊接导线，特别是涉及一种用于半导体封装的银合金焊接导线。【背景技术】
[0002]在半导体封装【技术领域】中，封装工艺主要是通过焊接的方式，将一焊接导线(或称引线)以电连接半导体芯片(或称IC芯片)的垫片(pad)，及印刷电路板(PCB)的导电线路，而成一封装半成品；接着，将该封装半成品设置于一封装座的一容置空间，再在该容置空间填充一封装树脂，并使该封装树脂包覆该封装半成品，使得该封装半成品与外界隔离，而成一封装件。
[0003]由于金(Au)的导电率高且稳定性佳，不易与其他种类的金属反应，所以以往的焊接导线通常是以金线为主。然而，众所皆知的是，金是极为贵重的金属，当所需焊接于印刷电路板的半导体芯片数量大或所需焊接导线线路多时，将使得整体封装件的成本高昂。
[0004]据此，所属【技术领域】的研究人员转往开发成本相对金而言较低的焊接导线，因为银的导电率高，而成为替代金焊接导线的主要材料。中国台湾专利公开案第201001652号便揭示一种银合金导线，主要是将0.05?5wt.%钼、铑、锇、金、钯添加于银中提高高湿度环境下的可靠性，抑制含银合金导线与半导体芯片接垫间的焊接面形成氧化膜及发生电蚀，以防止焊接面发生芯片裂纹并改进焊接强度，并再进一步添加钙、钡等改进含银合金焊接导线的可使用性及拉伸强度。
[0005]然而，在半导体芯片【技术领域】持续随着Moore ' s定律微缩尺寸,相对地,焊接于半导体芯片的垫片的焊接导线的径宽也愈小。发明人发现，虽然银合金导线出现，降低线材成本且解决银导线塑性差的问题；然而，在导线线径宽度必须越来越小的情况下，如何控制合金元素及含量使银合金焊接导线在引线键合或引线键合后填充封装树脂后不易倾倒且维持回路高度稳定性(也就是弧形稳定性)，进而避免电路短路的问题，成为一重要且亟待解决的课题。
【发明内容】
[0006]本发明的用于半导体封装的银合金焊接导线，包含一银合金组份，该银合金组份包括银、钯，及一第一添加剂，基于该银合金组份的重量百分比以100被％计，钯的重量百分比大于O且不大于2wt%,该第一添加剂的重量百分比不小于0.001wt%,且不大于2wt%,该第一添加剂选自铟、锡、钪、铋、锑、锰、锌，及其中一组合。
[0007]本发明的用于半导体封装的银合金焊接导线，该银合金组份还包括一第二添加齐U，基于该银合金组份的重量百分比以100被％计，该第二添加剂的重量百分比不小于
0.001wt%，不大于2wt%，且该第二添加剂选自铜、镍、钴、铌、钛、钒，及其中一组合。
[0008]本发明的用于半导体封装的银合金焊接导线，该第一添加剂与该第二添加剂的重量百分比总和不大于2wt%。
[0009]本发明的用于半导体封装的银合金焊接导线，该第一添加剂选自铟、锡、锌，及其中一组合。
[0010]本发明的用于半导体封装的银合金焊接导线，该第二添加剂选自铜、镍，及其组
口 O
[0011]本发明的有益效果在于:银合金焊接导线的银合金组份的钯、该第一添加剂，及该第二添加剂具有特定的重量百分比时，可以使该银合金导线的抗拉强度、伸线断线率，及焊合后的回路高度稳定性极佳，而极适合用于极小尺寸的半导体芯片的封装工艺。
【专利附图】
【附图说明】[0012]无【具体实施方式】
[0013]有关本发明前述及其他技术内容、特点与功效，在以下两个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
[0014]本发明用于半导体封装的银合金焊接导线的用途是在封装工艺中以焊接的方式电连接半导体芯片的一垫片及一电路板的导电线路，而成一封装半成品(图未示出)。更详细地说，在半导体封装【技术领域】中，焊接的方式是以引线键合为主。并在引线键合后将该封装半成品设置于一封装座的一容置空间中，再填充一封装树脂，而成一封装件，并完成封装工艺的主要步骤。
[0015]本发明用于半导体封装的银合金焊接导线的一第一较佳实施例包含一银合金组份，该银合金组份包括银、钯，及一第一添加剂，该第一添加剂选自铟、锡、钪、锑、铋、锰、锌，及其中一组合。以该银合金组份的重量百分比以100被％计，钯的重量百分比大于O且不大于2wt%，该第一添加剂的重量百分比不小于0.001wt%,且不大于2wt%。需说明的是，在该较佳实施例中，除了该银合金组份的钯及该第一添加剂外，其余含量为银，且不以仅含有银为限，若需增进该银合金焊接导线的其他种类的物性，例如导电率，也可视情况添加预定比例的合适元素。
[0016]其中该第一添加剂的添加量不多，且由相图得知第一添加剂与银固溶度高，易形成固溶强化，且该第一添加剂还具备辅助银抗氧化的特性，使得本发明银合金焊接导线通过该预定比例的第一添加剂而提高韧性及回路高度稳定性，进而使引线键合于该半导体芯片的垫片与该印刷电路板的导线电路后的银合金焊接导线所形成的弧形稳定，既而解决在封装工艺中填充封装树脂易倾倒的问题。
[0017]当该第一添加剂的重量百分比高于2被％时，虽然可提高引线键合后的回路高度稳定性(也就是弧形稳定性)，却易导致伸线断线率过高；当该第一添加剂的重量百分比低于0.001被％时，易由于该第一添加剂在该银合金焊接导线中的含量过低而无法提高焊接导线的韧性及引线键合后的回路高度稳定性。
[0018]本发明用于半导体封装的银合金焊接导线的一第二较佳实施例与该第一较佳实施例相似，其不同处在于该银合金组份还包括一第二添加剂，该第二添加剂选自铜、镍、钴、铌、钛、钒，及其中一组合。基于该银合金组份的重量百分比为100被％计，钯的重量百分比大于O且不大于2wt%，该第一添加剂的重量百分比不小于0.001wt%，且不大于2wt%，该第二添加剂的重量百分比不小于0.001wt%，且不大于2wt%。[0019]该第二添加剂的原子尺寸小于银的原子尺寸，而难以形成置换式固溶体；因此，该第二添加剂应会插入银原子间的间隙形成间隙性固溶，进而产生间隙强化且与银固溶，既而提升该银合金导线的抗拉强度，同时提升焊接后回路高度稳定性。然而，当该第二添加剂的重量百分比大于2wt%时，虽提高银合金导线的抗拉强度但会使得引线键合工艺时无法形成稳定且高弧高离散率的弧形的焊接导线；当该第二添加剂的重量百分比小于
0.001wt%时，由于其含量太低，而无法有效提升抗拉强度。
[0020]较佳地，该第一添加剂与该第二添加剂的重量百分比总和不大于2wt%。
[0021]更佳地，该第一添加剂选自铟、锡、锌，及其中一组合，该第二添加剂选自铜、镍，及其组合。
[0022]还需说明的是，目前的金属原料主要是经提炼制得，所以就算是纯银，以现今的提炼技术，仍然难以避免地含有微量无法分离的微量杂质，所以此处所称的银的纯度为99.99%以上，并忽略其中的微量杂质；此外，钯、该第一添加剂，及该第二添加剂的纯度也是99.99%以上。
[0023]<具体例及其测试结果>
[0024]下表1为本发明用在半导体封装的银合金焊接导线的具体例I~14及比较例I~6的成分比例及所进行的测试项目。其中，具体例I~5兹属该第一较佳实施例，具体例6~14兹属该第二较佳实施例，并进行伸线断线率、抗拉强度，及回路高度稳定性的测试。
[0025]具体例及比较例的制作方法主要是先以纯度大于99.99%的银、钯，及第一添加剂、第二添加剂为原料。
[0026]首先，先准备表1所列出的各原料的重量百分比例；接着，经铸造而成径宽为8~IOmm的银合金母线；继续，再对该银合金母线施以连续且数次的粗拉线工艺及中拉线工艺，使得该银合金母线的径面积较拉线工艺前的银合金母线缩小97%。
[0027]而后，对该银合金母线进行退火热处理，再对该退火后的银合金母线施以连续且数次的细拉线工艺及超细拉线工艺而成一银合金焊接导线；最后，再对该银合金焊接导线进行退火热处理，而成为本发明银合金焊接导线。其中，对拉线工艺后的该银合金母线或银合金焊接导线进行退火热处理的原因是由于粗拉线工艺、中拉线工艺、细拉线工艺及超细拉线工艺属于连续加工工艺，当一银合金线材经不断地变形及受拉扯后，将在线材内部聚积大量的应力，且受拉扯的母线也因为形成位错(dislocation)而硬化，所以通过退火热处理供银合金线材的原子重新排列，并释放应力，既而软化该银合金焊接导线。
[0028]以下说明具体例与比较例的测试方法。其主要是以拉伸强度显示本发明银合金焊接导线的机械性质，以伸线断线率及回路高度稳定性显示本发明银合金焊接导线的质量。
[0029][拉伸强度的测试方法]
[0030]准备长度为IOcm的一待测焊接导线，将该待测焊接导线以每分钟0.1~I厘米的速率在大气环境下拉至断线，且使用JIS Z2201标准测试规范测量该焊接导线的拉伸强度。
[0031][伸线断线率的测试方法]
[0032]测量经退火热处理的该银合金母线在细拉线工艺中的断线发生次数。该银合金母线进行细拉线工艺而将该细线长度拉至大于5000m，并测量断线发生的次数。
[0033]在表1中，以“ ◎”表示断线O次；以“ O ”表示断线I次；以“Λ”表示断线2~3次；以“ X ”表示断线不小于4次；其中，断线O次表示断线率极低；断线I次表示断线率较低；断线2~3次表示断线率为普通程度；断线不小于4次表示断线率高。
[0034][回路高度稳定性的测试方法]
[0035]将该银合金焊接导线焊接于一垫片上而成一焊线，共重复形成100条焊线，并维持每一焊线的弧闻为100 μ m。特别地，在本测试方法中，是统一所述焊线的弧闻为IOOym,当然，也可通过100条弧高为200 μ m的焊线，或所属【技术领域】中惯用的弧高所形成的焊线测试回路高度稳定性。
[0036]接着，以厂牌为OLYMPUS，型号为BX51M的光学显微镜(OpticalMicroscope，简称0M)检测所述焊线的外貌差异。
[0037]在表1中，以“◎”表示有O条外貌差异较大的焊线；以“〇”表示有I条外貌差异较大的焊线；以“八”表示有2条外貌差异较大的焊线；以“ X ”表示有不小于3条外貌差异较大的焊线；其中，有O条外貌差异较大的焊线表示回路高度稳定性极佳；有I条外貌差异较大的焊线表示回路高度稳定性较佳；有2条外貌差异较大的焊线表示回路高度稳定性普通；有不小于3条外貌差异较大的焊线表示回路高度稳定性极差。
[0038]表1
[0039]
【权利要求】
1.一种用于半导体封装的银合金焊接导线，其特征在于:该银合金焊接导线包含一银合金组份，该银合金组份包括银、钯，及一第一添加剂，基于该银合金组份的重量百分比为100被％计，钯的重量百分比大于O且不大于2wt%，该第一添加剂的重量百分比不小于0.001wt%,且不大于2wt%，该第一添加剂选自铟、锡、钪、锑、铋、锰、锌，及其中一组合。
2.根据权利要求1所述用于半导体封装的银合金焊接导线，其特征在于:该银合金组份还包括一第二添加剂，基于该银合金组份的重量百分比为100被％计，该第二添加剂的重量百分比不小于0.001wt%，不大于2wt%，且该第二添加剂选自铜、镍、钴、铌、钛、钒，及其中一组合。
3.根据权利要求2所述用于半导体封装的银合金焊接导线，其特征在于:该第一添加剂与该第二添加剂的重量百分比总和不大于2wt%。
4.根据权利要求1所述用于半导体封装的银合金焊接导线，其特征在于:该第一添加剂为铟、锡、锌，或其中一组合。
5.根据权利要求2所述用于半导体封装的银合金焊接导线，其特征在于:该第二添加剂选自铜、镍，及其组合。
【文档编号】H01L23/49GK103985687SQ201410040467
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2013年2月7日
【发明者】黄威智, 洪子翔, 彭政展, 郑惠文 申请人:光洋应用材料科技股份有限公司