[发明专利]一种提高金银复合键合丝覆层与芯材结合力的方法

说明书

本发明公开了一种提高金银复合键合丝覆层与芯材结合力的方法，属于微电子封装用键合丝材料技术领域。该方法的具体过程为：采用定向凝固技术制备银芯材铸锭，将厚度按需设计的薄壁金管嵌套于芯材铸锭外表面并保证二者有适宜的间隙，嵌套铸锭以大变形量进行第一道次拉拔，然后以较小道次变形量继续拉拔得到金银复合键合丝。该方法有利于提高金覆层与银芯材的结合力，覆层不易发生脱落，覆层厚度便于调控，得到的金银复合键合丝金层厚度均匀，性能一致性高，且效率高、有利环保、易于产业化实施。

技术领域

本发明属于微电子封装用键合丝材料技术领域，特别涉及一种提高金银复合键合丝覆层与芯材结合力的方法。

背景技术

金银复合键合丝由于表面金覆层的存在，其抗氧化、抗硫化性能高于银键合丝，同时价格显著低于金丝，因此是可用于替代键合金丝的理想键合丝材料之一。但目前金银复合键合丝的生产和使用过程中仍然存在一些问题，目前已经报道的生产复合键合丝的工艺中，多是将芯材铸锭拉拔至直径1mm以下甚至直径100μm以下的细丝后再进行电镀或真空镀在芯材母线表面制备包覆层，这种加工方法的缺点在于：首先，所采用的连续电镀或真空镀工艺成本较高，细丝镀覆效率较低，且电镀液中通常含有有毒的氰化物等物质，不利于环保；其次，细丝进行镀覆后拉拔至产品尺寸的过程中，镀层与芯材经历的协调变形过程较短使得二者界面结合力不足，同时由于电镀或真空镀获得的镀层致密性以及与芯材的结合性欠佳，拉拔或使用过程中易出现镀层脱落的现象；再次，镀覆时采用的丝材直径越细，初始镀层厚度的不均匀性导致的最终键合丝表面镀层厚度的不均程度越高，进而导致键合丝的性能不一致，同时由于镀层厚度不均匀导致键合过程中得到高尔夫球的几率越高，键合质量降低。

在导线材料领域，已报道了一种套管-热轧-拉拔制备银包铝复合微丝的方法(罗奕兵，罗定强，胡锦阳.一种银包铝复合细丝材的制备方法，申请号：201610198399.8，公开日：2016.08.17)，但该方法工艺较复杂，具体在于：1)套管和芯材装配需在真空操作箱中进行；2)复合棒两端需采用局部塑性变形的方式密封；3)复合棒在拉拔前需进行热轧，且该工艺只能制备直径0.02mm以上的丝材。此外，一种金包铜复合丝的制备方法采用套管后旋锻进行复合的方法(姜雁斌，谢建新，郭诗锦.一种金包铜复合丝的制备方法，中国发明专利，申请号：201610318397.8，公开日：2016.07.20)，适合于制备超细金包铜复合丝，但该方法中初始套管与芯杆的间隙达0.1～1mm，如此大的间隙在紧随其后的锻造过程中不能保证套管与芯杆的协调变形，因此会导致套管与芯杆部分区域间的缝隙不能完全消除而产生界面结合不良、覆层厚度不均匀的现象，此外还需采用纯铝保护套进行保护，且其仍然只报道了直径0.02mm以上丝材的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高金银复合键合丝覆层与芯材结合力的方法，具体工艺过程包括：

(1)采用定向凝固技术制备直径为Φ5～8mm的银芯材铸锭，然后将铸锭进行校直并以丙酮清洗表面，其中芯材铸锭中含有Au、Cu、Pd、Pt中的一种或几种，添加元素的总质量分数为为0.1～5％。

(2)按所需覆层厚度设计薄壁金管的厚度，以纯度不低于99.99％的Au为原料，经熔铸并加工得到所需厚度的薄壁金管并以丙酮清洗内表面，然后将薄壁金管套于芯材铸锭外表面，其中金管壁厚可调节范围为20～150μm，且金管的内径应比铸锭直径大3～6μm以保证二者有适宜的间隙，芯材铸锭在某一端比金管长出5～10cm。

(3)上述嵌套铸锭第一道次拉拔选用大变形量拉拔，变形量具体为25％～40％，且以芯材长出端为头部进行拉拔，拉拔结束后剪去表面为银白色的芯材长出部分。

(4)后续拉拔直至最终产品尺寸的道次拉拔变形量为5％～15％，其中最终键合丝产品尺寸为直径18～50μm。

(5)将上述键合丝于350～500℃退火后按客户需求的长度进行复绕和分装。

本发明的优点：