[发明专利]一种高性能键合合金丝及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于封装材料技术领域，尤其涉及一种强度高、适于高速键合的高性能键合合金丝及其制备方法与应用。

背景技术

键合丝作为封装用内引线，是集成电路和半导体分立器件的制造过程中必不可少的基础材料之一，起联接硅片电极与引线框架的外部引出端子、传递芯片电信号、散发芯片热量的作用。键合丝材质的好坏将直接影响焊接质量，从而决定封装器件的可靠性和稳定性。

传统的键合丝主要是由纯金材质制成，称为键合金丝，其具备优异的化学稳定性和导电导热性能，因而被广泛用作IC内引线。但随着国际金价的不断上涨，键合金丝的价格也一路攀升，导致终端产品的成本过高，不利于企业提高竞争力。除此之外，键合金丝的抗拉强度较低，例如直径20微米的金线，在焊接后，其最高抗拉强度不足5克力，延伸率一般不超过6％，以上两方面因素成为阻碍键合金丝应用与发展的瓶颈。

为降低封装成本，同时也为了适应各种键合需求，键合银丝、键合金银合金丝应运而生。在所有的金属元素中，银的导电性能最好，但使用纯银丝所存在的最大挑战就是成球不稳定、易氧化的问题，因此人们将注意力转向金银合金丝的研制领域。例如，中国专利文献CN102776405A公开了一种键合金银合金丝，其由以下重量比的金属材料组成：银20-30％，钯、钙、铍和铈均为5-1000ppm，其余含量为金。但上述技术制得的键合合金丝的抗拉强度依然较差，在高速键合条件下易断线，造成生产效率低下、焊接效果不理想，而必须使用粗线才能键合，这无疑提高了生产成本。鉴于此，开发一种强度高、适于高速键合的高性能键合合金丝，是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的键合合金丝所存在的强度低、难以满足高速键合需求的缺陷，进而提供一种强度高、适于高速键合的高性能键合合金丝及其制备方法与应用。

为此，本发明实现上述目的的技术方案为：

一种高性能键合合金丝，以所述键合合金丝的总重量计，包括以下重量百分含量的组分：

金70～85％、银10～25％、钯3～6％、钙0.02～0.08％、铁0.05～0.1％、钽0.05～0.1％、铌0.03～0.08％、铼0.02～0.06％。

优选地，所述键合合金丝包括如下组分：

金75～80％、银17～20％、钯3～5％、钙0.02～0.05％、铁0.07～0.1％、钽0.05～0.1％、铌0.05～0.08％、铼0.02～0.05％。

优选地，所述键合合金丝包括如下组分：

金70～75％、银20～25％、钯3～5％、钙0.05～0.06％、铁0.07～0.08％、钽0.06～0.1％、铌0.07～0.1％、铼0.04～0.05％。

优选地，所述金的纯度不小于99.999wt％；所述银的纯度不小于99.99wt％；所述钯的纯度不小于99.99wt％。

一种制备上述键合合金丝的方法，包括如下步骤：

(1)将上述各组分混合后进行真空熔炼，并制成合金棒材；

(2)对所述合金棒材进行拉丝加工，形成预定线径的合金线材；

(3)对所述合金线材进行退火处理，即制得所述键合合金丝。

优选地，所述真空熔炼的温度为1100～1200℃、真空度为10^-2～10^-4Pa。

优选地，所述退火的温度为500-700℃，退火速度为50-65m/min。

进一步地，还包括在所述退火处理之后依次设置的绕线工艺和封装工艺。

优选地，在所述退火处理的过程中还包括性能测试环节。

上述键合合金丝在分立器件和集成电路封装技术中的应用。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

1、本发明所述的高性能键合合金丝，通过采用高纯金为基材，添加次要元素银、钯及微量元素钙、铁、钽、铌、铼等，并在合理分析和大量研究的基材上确定上述各组分的最适宜用量，使得合金中的各元素间产生协同促进作用，从而能够获得一种强度高、适于高速键合的高性能键合合金丝。经试验证明，本发明的键合合金丝具有良好的导热性和机械性能，其抗拉强度优于同等线径的传统键合合金丝，且本发明的键合合金丝的材料成本仅为黄金线材的3/4，总体销售价格仅为同规格金线的4/5，大幅降低了LED及IC封装的制造成本，因而使得本发明的键合合金丝有望成为分立器件和集成电路封装领域的首选材料。