银基键合丝的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及键合丝加工技术领域，特别设及一种银基键合丝的制备方法。
【背景技术】
[0002] 键合丝作为半导体器件，大规模集成电路封装业的重要结构材料之一， 起联结娃片电极与引线框架的外部引出端子的作用，并传递忍片的电信号、散发忍片 内产生的热量，是集成电路封装的关键材料，键合丝材料的质量好坏直接影响焊接质量，从 而对器件的可靠性和稳定性产生很大影响。
[0003] 在元素周期表中过渡组金属元素中银、铜、金和侣四种金属元素具有较高的导电 性能，其中，键合金丝因具备优异的导热、机械性能W及化学稳定性，在键合丝使用中占主 导地位，但也存在其自身无法克服的缺点：价格昂贵，受市场金件大幅上涨影响较大，制约 了封装成本的控制，导致终端产品的价格过高，不利于企业提高竞争力。键合铜丝价格优势 明显，但是还存在一些缺点：如铜丝过硬引起的第二焊点容易缩丝，致使键合操作中断，给 后续封装工序造成困难，严重影响生成效率和成品率；铜的氧化溫度低，键合铜丝的高氧化 性，使得键合铜丝在开包后必须在较短时间内用完，键合丝成品长度受限，并且保存需要真 空或保护气体。
[0004] 键合银丝价格便宜，导电性和散热性都好，反光性好不吸光，一般采取多元渗杂合 金加入微量元素，减少金属化合物的形成，降低结合性能的退化，使结合性能和金丝一样稳 定，银基键合丝的制备总体是按照母合金制备-连续铸造-拉丝-退火-绕线-包装的工 艺流程来进行，但现有的银基合金键合丝制备工艺为了防止键合丝氧化均需要在合金烙炼 过程中加氮气保护，而且由于关键因素控制不当很难实现合金烙合后的完全均匀化，制得 的银基合金键合丝延伸率和拉伸强度等性能波动范围大，影响焊接质量，降低了器件的可 靠性和稳定性，同时还影响了整个键合丝生产的流杨性，降低了生产效率。
【发明内容】
[0005] 本发明的任务是提供一种烙炼过程中不需加氮气保护，合金烙液烙合均匀，抗氧 化性良好，性能稳定的银基键合丝的制备方法W解决现有技术中存在的问题。
[0006] 本发明通过W下技术方案来实现发明目的： 一种银基键合丝的制备方法，包括W下步骤： (一） 在纯度高于 99. 999% 的 Ag 中添加 2. 0%-4. 0% Pd、3. 0%-5. 0% Ce 和 4. 0%-6. 0% Cu 混合为合金基材； (二） 使用金相砂纸对连铸炉中的相蜗、结晶器W及牵引棒进行抛光后，将步骤一中的 合金金属材料加入安装有高溫分子筛的连铸炉内，然后抽真空升溫，使合金基材在真空度 为1. OX 10 2 MPa-2X 10 3 MPa,溫度为600°C -700°C的连铸炉内揽拌30 min-lh进行精炼， 并采用水溫溫控设备控制循环冷却水的溫度； (=)升溫到ll〇〇°C -1200°C，持续揽拌10-20 min,将完全烙化好的合金金属烙液注入 连铸炉内的储液池保溫，W 4-8 cm/min的连铸速度完成对合金金属烙液的连铸，烙铸得到 合金银棒材； (四） 将步骤=中的合金银棒其投入连铸炉中，重复步骤二和步骤=，制得均匀的合金 银棒材； (五） 将上述直径为8-10 mm的合金银棒胚料粗拔至直径为0. 5mm，然后进行拉 丝，拉丝溫度为32-36°C，拉丝环境为1000级或10000级，将前述金属细丝加工至直径 15 Jim-50 Jim，拉制速度控制在500 m/min，速度变化控制在10% W内； (六） 采用超声波将上述拉制好的银基键合丝进行表面清洗后，氮气保护下对银丝 进行退火处理，热处理溫度为400°C -420°C，处理时间为1. Os-2. 5s，退火时张力大小为 2. Og-2. Sg ； (屯）绕线，使用专用绕线机，将键合银丝定长绕制在两英寸直径的线轴上，绕线速度控 制在50m/min-100m/min，线间距约为5 mm,分卷长度为50米至1000米； (八）包装，采用普通包装，常溫保存。
[0007] 在烙铸过程中，银的表面因部分氧化生成的Ag2〇在600-700°C时已完成分解为单 质银和氧气，经过多次连续抽真空除去了合金内部的气泡，经过上述工艺制得防氧化和合 金烙合均匀的银基键合丝。
[0008]进一步地，步骤二中采用的高溫分子筛为ZSM-5分子筛，ZSM-5分子筛是美国 Mobil公司开发的高娃侣比沸石分子筛，其孔道结构由截面呈楠圆形的直筒形孔道和近似 为圆形的Z字型孔道交叉组成，由于骨架中含有稳定的五元环和高娃侣比而具有非常高的 热稳定性，在120(TC分子筛仍可保持结构，在高溫烙铸过程中吸附空气中的水、氧气和氮气 分子，但不吸附银分子，可W防止银蒸发。
[0009] 进一步地，步骤二中水溫溫控设备控制循环冷却水的溫度在18°C -22°C，通常连 铸炉的冷却水采用循环水冷却，冷却水的溫度会随着使用频次的变化W及气溫的变化产生 变化，冬季冷却水溫度最低可达到15°C，夏季连续多次使用后最高可达到29°C，运个溫度 差不影响金属棒的结晶过程，但影响金属棒结晶的程度，冷却水溫度越低，结晶越充分，形 成晶粒越细小；溫度越高，晶粒越粗大，不同冷却水溫度下生产的金属棒由于内部结构的不 同，会导致后期金属丝性能相差较大，为了增加金属棒生产的一致性与稳定性，因此，增加 冷却水溫控设备，将溫度控制在18~22°C范围内。
[0010] 进一步地，步骤二中金相砂纸的目数大于2000目，相蜗、结晶器W及牵引头与金 属液直接接触，采用专用砂纸金相砂纸和洁净布对相蜗、结晶器W及牵引头进行抛光，W减 少金属液、结晶金属棒与接触表面之间的摩擦，获得表面光滑的银基合金棒材。
[0011] 进一步地，超声波清洗银基键合丝的超声波频率为60W，由此，采用键合丝拉制过 程中的在线超声波清洗，提高了键合丝生产的效率，同时调整超声波频率为60W，既能清除 键合丝表面的附着物，避免其在封装后对键合丝表面腐蚀而降低电子器件的可靠性加速器 件的老化，又不会对危害人体和损伤线材表面。
[0012] 进一步地，拉丝过程中还采用了拉丝用水性润滑剂，浓度为4%-8%，在拉丝过程中， 润滑液的浓度对拉丝过程有严重的影响：浓度过低起不到润滑的目的，增加模具的磨损，并 造成键合丝表面出现划痕、沟槽等缺陷，起不到润滑作用，致使拉制力增加、线径变细，或者 造成线材表面缺陷并使润滑液残留在线材表面，给线材表面造成严重污染，此外，还会导致 模具加速磨损等，润滑剂的稀释采用去离子水，主要因为普通自来水中含有大量巧离子，巧 离子容易结碱且不易清除干净。
[0013] 进一步地，步骤四中对步骤二和步骤=的重复次数为3-6次，经过多次连续烙铸， 使合金银基键合丝完全烙合均匀。
[0014] 优选地，步骤四中对步骤二和步骤=的重复次数为4次。
[0015] 本发明提供的银基键合丝的制备方法，采用多次连续抽真空和使用高溫分子筛除 去烙炼过程中的空气，防止合金银基键合丝氧化，同时高溫分子筛还可W防止银蒸发，并通 过反复烙铸使合金银基键合丝完全烙合均匀，制得的合金银基键合丝延伸率和拉伸强度波 动小，性能稳定，成本适中，是半导体器件和大规模集成电路封装领域的首选材料。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0017] 本发明中采用常用的银基键合丝的制备工艺做为对比例 对比例一 (一) 在纯度高于99. 999%的Ag中添加2. 0% Pt 3. 0% Ce和4. 0%化混合为合金基材； (二） 使用2000目金相砂纸对连铸炉中的相蜗、结晶器W及牵引棒进行抛光后，抽真空 升溫，使合金基材在真空度为1. OXlO 2 MPa-2 X 10 3 MPa,溫度为500°C的连铸炉内揽拌20 min进行精炼。
[0018](=)升溫到1000°C，持续揽拌lOmin，将完全烙化好的合金金属烙液注入连铸炉 内的储液池保溫，W 10 cm/min的连铸速度完成对合金金属烙液的连铸，烙铸得到合金银棒 材； (四） 将步骤=中的合金银棒其投入连铸炉中，制得均匀的合金银棒材； (五） 将上述直径为10 mm的合金银棒胚料粗拔至直径为0. 5mm，然后进行拉丝，拉丝溫 度为40°C，拉丝环境10000级，将前述金属细丝加工至直径20 y m，拉制速度控制在400 m/ min，速度变化控制在10% W内； (六） 采用超声波