[发明专利]一种高可靠性银合金键合丝及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED和IC封装用的键合丝，具体涉及一种适合于BBOS、BSOB打线封装用银合金键合丝及其制造方法。

背景技术

键合丝(bondingwire，又称键合线)是连接芯片与外部封装基板(substrate)和/或多层线路板(PCB)的主要连接方式。键合丝的发展趋势，从产品方向上，主要是线径细微化、高车间寿命(floorlife)以及高线轴长度；从化学成分上，主要有铜线(包括裸铜线、镀钯铜线、闪金镀钯铜线)在半导体领域大幅度取代金线，而银线和银合金线在LED以及部分IC封装应用上取代金线。

早期银合金的要问题是线材表面容易硫化、氧化从而影响打线性能以及高温高湿可靠性(PCT，HAST)问题，而这些问题都可以通过向银线中引入钯(Pd)而得到改善，尤其是其高温高湿可靠性(PCT，HAST)问题。

在IC行业，由于近期多芯片模式(MultiChipModule)和芯片堆栈(Diestacking)的广泛应用，对DietoDie(芯片到芯片)的打线性能提出了更高的要求，这其中最重要的打线模式就是BSOB(bondingStichonball，球焊点上打线)。在LED行业除了BSOB外，BBOS(Bondingballonstitch，在二焊点上种球)也有广泛应用。

在BSOB的dietodie打线中，为了减少二焊(stitchbonding)过程中对芯片Pad的冲击，通常采用在芯片A的Pad位置先种上一个焊球，然后再对另外一个相邻芯片B上完成球焊、拉弧线、在芯片A已种球位置上完成第二焊点的打线，从而结束整个BSOB过程。在LED行业中，由于没有象IC那样由于半导体尺寸下降而导致的芯片机械性能变弱的情况(多孔的低K的介电材料的应用所导致的结果)，但硅胶的应用及其高透气、透水性使得二焊点的可靠性需要加强，所以在完成LED的正常打线后，会在二焊点上种球，以提高稳定性，完成BBOS的打线模式。

在银合金线材的早期使用过程中，短尾(SHTL)和断线本就是最常见的问题。短尾的成因是在第二焊点打线中，由于打线参数太大或者线材强度性能发生变化，Tailbonding提前断裂导致留出的线尾不够长。随着银合金线材技术的进步，这一问题得到了很大改观，而随着银合金在高级封装形式，多芯片模式(MultiChipModule)和芯片堆栈(Diestacking)中的广泛应用，BSOB、BBOS的大量应用对线材的结构稳定性提出了更高的要求，为了满足这种要求，需要找到一种实际可行的线材结构和线材配方，将线材的结构和机械性能变动性降低到更低的水平，从而提高银合金键合丝在BBOS和BSOB中的键合稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种IC和LED封装BBOS、BSOB用高可靠性银合金键合丝及其制造方法，这种银合金键合丝用于上述打线模式时，能通过有效的组分和结构调整而获得重现性、稳定性更高的结构特征。

本发明发现，当线材具有以下的特质时，其机械性能BL/EL能保持在一个恰当窄的范围内，并使得线材在整个打线，尤其是切球的scrub过程中保持稳定(不断线)。具体地，本发明提供的一个技术方案如下：

一种用于BBOS、BSOB打线方式的高可靠性银合金键合丝，含有重量比为：

2-4.0％的Pd，

6.5-11％的Au，

85％-90％的Ag，以及

含量在5-55ppm之间、用以改进线材机械性能的Ca、Fe、Cu、Si中的一种或一种以上的掺杂元素。

在线材结构上，线材中存在长轴晶区，其存在于以线材中心轴线为对称线，半径为1/3R-1/2R(R为线材的半径)范围内的圆柱体内；长轴晶区内以长轴晶为主，也可以含有非长轴晶，长轴晶的面积比率占60％以上。长轴晶体的定义为晶体的纵横比(即晶体拟合椭圆的长轴长度与短轴长度之比)大于2.5。

目前的键合丝都是多晶体结构，一般键合丝在最终退火后其内部的每个晶体的取向是随机的并均匀地指向不同方向，整体上呈现出各向同性。但对于本发明的线材，其线材内部的晶体的[100]方向与银合金键合丝轴心方向上的夹角小于20度的晶体占总晶体数目的60％以上。

在长轴晶区内，annealingtwin(退火挛晶)的密度小于20％，线材整体退火挛晶密度小于30％。其中退火挛晶的密度定义为：在EBSD图中测得挛晶长度与晶体之间晶界长度以及挛晶长度之和的比值。