[发明专利]一种具有复合钯钨镀层的银合金线及其制造方法

说明书

一种具有复合钯钨镀层的银合金线，其特征在于包括芯线和包覆在芯线外面的复合钯钨镀层；所述芯线按重量计含有8‑100ppm的掺杂元素，余量为银；所述掺杂元素是Ca、Cu、Fe和Si中的一种或其中多种的组合；所述复合钯钨镀层由包覆在芯线外面的钯层以及包覆在钯层外面的含钨银层组成。本发明还提供上述具有复合钯钨镀层的银合金线的一种制造方法。本发明的具有复合钯钨镀层的银合金线具有低电阻率、高可靠性的优点，且硬度较低，可用于半导体封装。

技术领域

本发明涉及键合丝，具体涉及一种具有复合钯钨镀层的银合金线及其制造方法。

背景技术

键合丝（bonding wire）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，从应用方向上主要是线径细微化、高车间寿命（floor life）以及高线轴长度的产品；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，银线和银合金线在LED以及部分IC封装应用上取代金线。

相对于金线来说，银线主要的优势是产品成本低。早期银合金线的主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），另外还有严重的电迁移问题，导致电路短路失效。上述问题可以通过向银线中引入钯（Pd，引入的用量为1-4%）而得到改善，尤其是其高温高湿可靠性（PCT, HAST）问题。钯在线材中所发挥的抗电迁移、抗硫化以及提升可靠性的作用，都是其在表面和界面上的功能体现，将钯引入到银合金芯线中的做法，方法虽然简单，但却提高了线材的电阻率和硬度（引入3-4%的钯到银合金线中会导致导电率下降，同时线材的硬度也上升）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有复合钯钨镀层的银合金线及其制造方法，这种具有复合钯钨镀层的银合金线具有低电阻率、高可靠性的优点，且硬度较低。采用的技术方案如下：

一种具有复合钯钨镀层的银合金线，其特征在于包括芯线和包覆在芯线外面的复合钯钨镀层；所述芯线按重量计含有8-100ppm的掺杂元素，余量为银；所述掺杂元素是Ca、Cu、Fe和Si中的一种或其中多种的组合；所述复合钯钨镀层由包覆在芯线外面的钯层以及包覆在钯层外面的含钨银层组成。

优选上述钯层的厚度为 10-30纳米，含钨银层的厚度8-15纳米，钯层的厚度是指钯的摩尔含量大于30%且钨的摩尔含量小于0.5%的层状区域的厚度，含钨银层是指钨的摩尔含量为0.5%以上的层状区域的厚度。

值得说明的是，在线材的制造过程中，通常是在芯线表面镀钯后，再进行热处理，使得外部的钯镀层的钯扩散到内部的银层，从而使在线材表面区域，钯层的钯浓度沿着垂直于线材表面指向线轴方向逐渐下降（即沿垂直于线材表面指向线轴方向，钯浓度从外到内逐渐下降）。另外在钯层的外部再进行镀银钨的处理，再进行热处理来促使钨向钯层扩散，从而使在线材表面区域，钨浓度沿着垂直于线材表面指向线轴方向逐渐下降(即沿垂直于线材表面指向线轴方向，钨浓度从外到内逐渐下降)。

在球焊的烧球过程中(electric flame off,EFO)，电弧高压击穿球焊时的保护气体（95%氮气+5%氢气），放出大量的热，熔化键合丝的末端，由于表面张力的作用，在键合丝末端形成一个圆球即自由空气球（Free air ball，简称 FAB），由于钯可以和银形成固体溶液，所以钯可以熔入到银合金球的主体中，从而在FAB的表面消失，因此钯是很难均匀分布于FAB的四周的，尤其是不能富集于FAB底部与IC铝焊盘接触的部分，然而，钯在该区域的富集对后续焊点的可靠性是十分有益的。本发明中的复合钯钨镀层能有效地促使钯和钨在FAB表面尤其是FAB底部的富集，一方面，钨做为熔点最高的金属，其在钯中有一定的溶解性，而正是这种溶解使得钯在烧球过程中向FAB内扩散的过程受到了制约，从而促使钯和钨都均匀地分布于FAB的四周；另一方面，由于钯和的钨密度都高于银，所以使得钯和钨会优先富集在FAB底部，从而可以延缓铝垫上的铝向FAB的扩散，提高产品的可靠性。