銀合金線材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體及LED封裝相關(guān)領(lǐng)域，特別涉及一種以銀為主成分的銀合金線 材。
【背景技術(shù)】
[0002] 有鑒于金線材能兼具良好的延展性、導(dǎo)電性及不易被氧化等特性，早期半導(dǎo)體領(lǐng) 域的打線接合制造方法（wirebonding)中多半是使用線徑介于15至50微米的金線材將 晶片與基板相互連接，以提供信號傳遞的目的。
[0003] 然而，隨著金價逐年飆漲以及金線材與鋁墊的界面所形成的脆性介金屬化合物易 劣化接點的可靠度等問題；業(yè)界轉(zhuǎn)而采用價格低廉的銅線材取代金線材，以降低電子產(chǎn)品 的生產(chǎn)成本，且銅線材更因具有高強度且不易與鋁墊生成介金屬化合物等優(yōu)點，使其能在 維持打線接合線材的強度下細(xì)化其線徑大小，以符合現(xiàn)今半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)往精密化發(fā)展的趨 勢。但是，銅線材硬度較高，打線力道太輕會導(dǎo)致焊點不牢固；打線力道較大，造成鋁層破裂 或焊墊凹陷。
[0004] 因此，現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)而開發(fā)另一種純銀線材，利用純銀線材兼具價格低廉、優(yōu)異的導(dǎo) 電性與導(dǎo)熱性以及相比于銅線材較軟等特性，以期能改善前述金線材與銅線材的問題，并 能符合現(xiàn)今電子產(chǎn)品對低電阻率（不大于3.0微歐姆-公分（i!Q-cm))的市場需求。
[0005] 但是，純銀線材與鋁墊的界面仍易形成如Ag2Al或Ag4Al等脆性介金屬化合物，其 會劣化純銀線材的界面接合強度；因此，現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)而在純銀線材中摻混鈀成分，以試圖利 用含鈀的銀合金線材在打線接合制造方法中所形成的鈀濃化層改善純銀線材的界面接合 強度及線材強度。
[0006] 然而，銀合金線材中必需添加足量的鈀成分才能確保其界面接合強度獲得改善， 且須依所需的電阻率值來調(diào)整成分，如果擬獲得較低的電阻率而成分中含有鈀時，則須將 鈀的成分控制在較低的范圍值，但是這樣的話，不僅無法改善銀合金線材的介面接合強度， 且反而會提高銀合金線材的氧含量，劣化銀合金線材的抗氧化能力，致使現(xiàn)有技術(shù)的銀合 金線材難以獲得所需的伸線作業(yè)性、結(jié)球穩(wěn)定及可靠度，而影響銀合金線材的使用率。
[0007] 此外，為避免銀合金線材被硫化、受水氣影響或變形等問題，現(xiàn)今多半使用封裝材 料將銀合金線材進(jìn)行密封，并經(jīng)可靠度試驗后，再對封裝材料進(jìn)行蝕刻去除（又稱，開蓋 (decap))，保留露出的銀合金線材，觀察線材表面與封裝材料的反應(yīng)情況。然而，現(xiàn)有技術(shù) 的銀合金線材在進(jìn)行可靠度試驗的嚴(yán)苛環(huán)境中，很容易與封裝材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，致使現(xiàn) 有技術(shù)的銀合金線材常有被腐蝕而降低其可靠度的問題；且銀合金線材的表面與封裝材料 之間常會發(fā)生線表分層現(xiàn)象（又稱，脫層（delamination))，致使現(xiàn)有技術(shù)的銀合金線材無 法與封裝材料之間具備足夠的界面接合強度，甚而造成線路熔斷（burnout)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)已開發(fā)的銀合金線材所存在的諸多缺點，本發(fā)明的一個目的在于 提升銀合金線材的表面與封裝材料之間的界面接合強度，從而具體改善銀合金線材與封裝 材料之間發(fā)生線表分層以及線路熔斷等問題。
[0009] 本發(fā)明的又一目的在于降低銀合金線材的氧含量，進(jìn)而同時具體改善銀合金線材 的伸線作業(yè)性、結(jié)球穩(wěn)定性、PCT可靠度及u-HAST可靠度。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種低電阻率的銀合金線材，以期能符合現(xiàn)今電子產(chǎn) 品對低電阻率的市場需求。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種芯線、一鍍鈀層及一鍍金層，其中該鍍鈀層是形 成在該鍍金層及該芯線之間并且環(huán)繞在該芯線的外周面，該芯線包含銀、鈀、一第一添加成 分及一第二添加成分，該第一添加成分選自下列物質(zhì)所組成的群組：鉬、鎳、銅及其組合，該 第二添加成分選自下列物質(zhì)所組成的群組：鍺、鈰、金、銥及其組合；以該芯線的總重量為 基準(zhǔn)，該芯線中鈀的含量大于或等于1. 1重量百分比（wt% )且小于或等于2. 8wt%，該芯 線中第一添加成分的含量大于〇.lwt%且小于lwt%，且該芯線中第二添加成分的含量大 于 0? 02wt% 且小于 0? 2wt%。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)控制銀合金線材中芯線的組成以及于芯線外依序鍍上一鍍 鈀層及一鍍金層，本發(fā)明的銀合金線材不僅能具備提升其與封裝材料之間的界面接合強 度，更能具備低氧含量的特性，同時兼具優(yōu)異的伸線作業(yè)性、結(jié)球穩(wěn)定性、PCT可靠度以及 u-HAST可靠度。
[0013] 此外，通過在芯線外依序鍍上一鍍鈀層及一鍍金層，因此，本發(fā)明的銀合金線材在 進(jìn)行打線接合制造方法時更能減少氮氣或氫氣的保護氣體的使用，甚至可在無需使用保護 氣體的環(huán)境中直接進(jìn)行打線接合制造方法，由此降低打線接合制造方法的危險性及作業(yè)成 本。
[0014] 優(yōu)選的，該鍍金層的厚度小于或等于該鍍鈀層的厚度；更優(yōu)選的，該鍍金層的厚度 小于該鍍鈀層的厚度。
[0015] 優(yōu)選的，該鍛把層及鍛金層的厚度和介于60納米（nm)至200納米之間。更優(yōu)選 的，該鍛把層的厚度介于50納米至150納米之間，該鍛金層的厚度介于10納米至50納米 之間。
[0016] 優(yōu)選的，以該芯線的總重量為基準(zhǔn)，該芯線中銀的含量大于96wt%且小于 98. 78wt%。
[0017] 更優(yōu)選的，以芯線的總重量為基準(zhǔn)，該芯線中鈀的含量大于或等于1. 5wt%且小于 或等于2. 5wt%，該芯線中銀的含量大于96. 3wt%且小于98. 38wt%。
[0018] 優(yōu)選的，以芯線的總重量為基準(zhǔn)，該芯線中第二添加成分的含量大于或等于 0. 02wt%且小于0. 2wt%。更優(yōu)選的，以芯線的總重量為基準(zhǔn)，該第二添加成分的含量大于 或等于0. 03wt%且小于或等于0. 08wt%。
[0019] 更具體而言，該第一添加成分可為鉬、鎳、銅、鉬與鎳的組合、鎳與銅的組合、鉬與 銅的組合、或鉬與鎳與銅的組合。該第二添加成分可為鍺、鈰、金、銥、鍺與鈰的組合、鍺與金 的組合、鍺與銥的組合、鈰與金的組合、鈰與銥的組合、金與銥的組合、鍺與鈰與金的組合、 鈰與金與銥的組合、鍺與金與銥的組合、鍺與鈰與銥的組合、或鍺與鈰與金與銥的組合。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，通過在銀合金線材中摻混由鉬、鎳、銅及其組合所組成的第一添加成 分，不僅能有助于抑制銀合金線材中的銀成分在退火與燒球制造方法中因高溫而被氧化， 亦能有助于銀合金線材中的銀成分抵抗因大氣中酸氣（例如，氟、氯或硫）或堿氣（溴或 碘）及在高溫環(huán)境下而發(fā)生腐蝕反應(yīng)，從而避免銀成分被反應(yīng)成鹵化銀而固溶在其中，進(jìn) 而減少結(jié)球過程中異質(zhì)成核的數(shù)量，并且避免結(jié)球的柱狀晶分布不均勻而形成偏心球等問 題。此外，通過適當(dāng)控制第一添加成分的種類及其總量大于〇.lwt%且小于lwt%，更能有 利于降低銀合金線材的氧含量，進(jìn)而提高銀合金線材的伸線作業(yè)性與結(jié)球穩(wěn)定性。
[0021] 優(yōu)選的，選用鉬作為第一添加成分能有助于抑制銀合金線材中的銀成分在退火與 燒球制造方法中因高溫而被氧化的情形。
[0022] 優(yōu)選的，前述銀合金線材的第一添加成分為鎳、銅或其組合能特別有助于提升該 銀合金線材的導(dǎo)電性。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，通過在銀合金線材中摻混由鍺、鈰、金、銥及其組合所組成的第二添 加成分，并且適當(dāng)控制該第二添加成分的總量大于〇. 〇2wt%且小于0. 2wt%，不僅能有助 于提升銀合金線材的抗氧化能力、晶粒成長的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，更能抑制介金屬化 合物（Ag2Al或Ag4Al)的生成。據(jù)此，本發(fā)明的銀合金線材能兼具優(yōu)異的結(jié)球穩(wěn)定性及可靠 度，進(jìn)而延長第一焊點失效的時間。
[0024] 優(yōu)選的，該銀合金線材的電阻率小于或等于3. 0微歐姆-公分Q-cm)。因此， 本發(fā)明的銀合金線材更能適用于大電流、窄間距化的電子產(chǎn)品的封裝制造方法。
[0025] 因此，通過在芯線的外表面根據(jù)鍍上適當(dāng)厚度的鍍鈀層及鍍金層，能進(jìn)一步阻隔 銀合金線材與大氣的接觸，從而提升銀合金線材的打線作業(yè)性、伸線作業(yè)性、結(jié)球穩(wěn)定性、 PCT可靠度及u-HAST可靠度，并且提升銀合金線材的表面與封裝材料之間的界面接合強 度，由此改善銀合金線材與封裝材料之間發(fā)生線表分層的問題。
【附圖說明】
[0026] 圖1為實施例1至6的銀合金線材的剖面圖。
[0027] 本代表圖的符號簡單說明：
[0028] 10 :芯線；
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