[发明专利]小晶片LED封装用高强度微细银合金键合线的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，主要涉及一种小晶片LED封装用高强度微细键合银合金线及其制造方法。

背景技术

键合引线起联结硅片电极与引线框架的外部引出端子的作用，并传递芯片的电信号、散发芯片内产生的热量，是集成电路封装的关键材料。引线键合是半导体生产的极小特征尺寸和极大产量的集中体现，前者表现为不断缩小的引线间距上，后者则体现在逐步提高的生产效率上。细间距键合需要强度和刚度更高的连线，通过对无空气焊球（Free Air Ball）及热影响区(Heat Affect Zone)长度的控制以满足细间距键合的需要，在大规模集成电路及LED 封装中对键合线的技术指标提出了越来越高的要求，高性能、超细键合线需求量迅速增长，同时芯片密度的不断提高，对键合材料的可靠性提出了更高的要求键合线（键合金线、键合铜线、键合合金线等）起联结硅片电极与引线框架的外部引出端子的作用，并传递芯片的电信号、散发芯片内产生的热量，是集成电路封装的关键材料。键合银线及键合银合金线由于其优秀的电学性能（可降低器件高频噪声、降低大功率LED 发热量等）、良好的稳定性及适当的成本因素，开始应用于微电子封装中，尤其在LED 封装中。但对于纯银线来说，主要存在以下几个方面的问题：1）Ag 线键合过程中不采用N₂+H₂气体保护（Cu 键合线在使用过程中采用N₂+H₂ 气体保护，成本较高且存在安全隐患），在键合过程中参数窗口范围较小，由于导热率高、氧化速率高等原因，易导致Free Air Ball 凝固不均匀容易形成高尔夫球、球部变尖、波浪球等缺陷，影响第一焊点强度和形状，降低了器件合格率和可靠性；2）Ag 线高温强度低，高温条件下失效几率较高，无法满足大功率LED 等器件的使用；3）苛刻条件下焊接Ag/Al 界面易于产生Ag 离子电迁移，导致焊点强度下降进而影响器件寿命。对于键合银合金线，目前多是通过添加Pd、Au等元素的合金，该类银合金具有良好的性能，可以满足部分LED封装的需求，但该类银合金存在如下几个方面问题：1）由于Au和Pd与Ag可以无限互溶，在Ag中添加Au和Pd元素后合金强度增加有限，而对于小晶片LED，其焊盘尺寸较小，通常为40*40um，需要超细（线径为0.012-0.016mm）键合引线连接，这就要求键合银合金线具有足够的连接强度，由此，添加Au和Pd的银合金线不能满足小晶片LED封装的要求；2）纯银中添加Au和Pd后，由于其原子排列方式及原子半径相似，合金元素对银的抗氧化性能提高有限，使得键合过程中参数范围较小，导致其生产效率降低；3）Au和Pd都是贵金属，大大增加了键合银合金线的成本。Ni元素及稀土元素的加入能够有效的提高银合金的强度、提高银的抗氧化性能及高温稳定性。此外，由于小晶片LED封装用键合银合金线线径较细（线径为0.012-0.016mm），对于微细线材加工而言，原材料的致密性和一致性是影响微细拉丝的关键，拉丝过程的中间热处理及拉丝模具是影响微细线材加工的重要因素。因此，优化银合金键合线的组份，提高银合金键合线的强度及抗腐蚀性能，通过真空熔炼超生振动连铸技术确保银合金组织及性能一致，采用适当中间热处理并优化拉丝模具入口角度、完善微细银合金线制造方法，对于加快银合金线在小晶片LED封装中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小晶片LED封装用高强度微细键合银合金线及其制造方法，其能解决现有键合银合金线的缺点，满足小晶片LED封装的使用要求。