TWI555155B - 銀合金線材 - Google Patents

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Description

銀合金線材
本發明涉及半導體及LED封裝相關領域，尤指一種以銀為主成分之銀合金線材。
有鑑於於金線材能兼具良好的延展性、導電性及不易被氧化等特性，早期半導體領域之打線接合製程(wire bonding)中多半係使用線徑介於15至50微米之金線材將晶片與基板相互連接，以提供訊號傳遞之目的。
然而，隨著金價逐年飆漲以及金線材與鋁墊之界面所形成之脆性介金屬化合物易劣化接點之可靠度等問題；業界轉而採用價格低廉的銅線材取代金線材，以降低電子產品之生產成本，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點，使其能在維持打線接合線材之強度下細化其線徑大小，以符合現今半導體產業往精密化發展之趨勢。但是，銅線材硬度較高，打線力道太輕會導致焊點不牢固；打線力道較大，造成鋁層破裂或焊墊凹陷。
是以，現有技術轉而開發另一種純銀線材，利用純銀線材兼具價格低廉、優異之導電性與導熱性以及相較於銅線材較軟等特性，以期能改善前述金線材與銅線材之問題，並能符合現今電子產品對低電阻率[(不大於3.0 微歐姆-公分(μΩ-cm)]之市場需求。
但是，純銀線材與鋁墊之界面仍易形成如Ag2Al或Ag4Al等脆性介金屬化合物，其會劣化純銀線材之界面接合強度；故，現有技術轉而在純銀線材中摻混鈀成分，以試圖利用含鈀之銀合金線材在打線接合製程中所形成之鈀濃化層改善純銀線材之界面接合強度及線材強度。
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，且須依所需之電阻率值來調整成分，若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範圍值，然如此一來，不僅無法改善銀合金線材之介面接合強度，且反而會提高銀合金線材之氧含量，劣化銀合金線材之抗氧化能力，致使現有技術之銀合金線材難以獲得所需之伸線作業性、結球穩定及可靠度，而影響銀合金線材的使用率。
此外，為避免銀合金線材被硫化、受水氣影響或變形等問題，現今多半係使用封裝材料將銀合金線材進行密封，並經可靠度試驗後，再對封裝材料進行蝕刻去除[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情況。然而，現有技術之銀合金線材在進行可靠度試驗的嚴苛環境中，很容易與封裝材料產生化學反應，致使現有技術之銀合金線材常有被腐蝕而降低其可靠度之問題；且銀合金線材之表面與封裝材料之間常會發生線表分層現象[又稱，脫層(delamination)]，致使現有技術之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(burn out)等問題。
有鑑於現有技術已開發之銀合金線材所存在之諸多缺點，本發明之一目的在於提升銀合金線材之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生線表分層以及線路熔斷等問題。
本發明之又一目的在於降低銀合金線材之氧含量，進而同時具體改善銀合金線材的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度及u-HAST可靠度。
本發明之另一目的在於提供一種低電阻率之銀合金線材，以期能符合現今電子產品對低電阻率之市場需求。
為達成前述目的，本發明提供一種芯線、一鍍鈀層及一鍍金層，其中該鍍鈀層係形成於該鍍金層及該芯線之間並且環繞於該芯線之外周面，該芯線包含銀、鈀、一第一添加成分及一第二添加成分，該第一添加成分係選自於下列物質所組成之群組：鉑、鎳、銅及其組合，該第二添加成分係選自於下列物質所組成之群組：鍺、鈰、金、銥及其組合；以該芯線之總重量為基準，該芯線中鈀之含量係大於或等於1.1重量百分比(wt%)且小於或等於2.8wt%，該芯線中第一添加成分之含量係大於0.1wt%且小於1wt%，且該芯線中第二添加成分之含量係大於0.02wt%且小於0.2wt%。
依據本發明，藉由適當控制銀合金線材中芯線之組成以及於芯線外依序鍍上一鍍鈀層及一鍍金層，本發 明之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，更能具備低氧含量之特性，同時兼具優異的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度。
此外，藉由在芯線外依序鍍上一鍍鈀層及一鍍金層據此，本發明之銀合金線材在進行打線接合製程時更能減少氮氣或氫氣之保護氣體的使用，甚至可在無需使用保護氣體之環境中直接進行打線接合製程，藉此降低打線接合製程之危險性及作業成本。
較佳的，該鍍金層之厚度係小於或等於該鍍鈀層之厚度；更佳的，該鍍金層之厚度係小於該鍍鈀層之厚度。
較佳的，該鍍鈀層及鍍金層的厚度和係介於60奈米(nm)至200奈米之間。更佳的，該鍍鈀層的厚度係介於50奈米至150奈米之間，該鍍金層的厚度係介於10奈米至50奈米之間。
較佳的，以該芯線之總重量為基準，該芯線中銀之含量係大於96wt%且小於98.78wt%。
更佳的，以芯線之總重量為基準，該芯線中鈀之含量係大於或等於1.5wt%且小於或等於2.5wt%，該芯線中銀之含量係大於96.3wt%且小於98.38wt%。
較佳的，以芯線之總重量為基準，該芯線中第二添加成分之含量係大於或等於0.02wt%且小於0.2wt%。更佳的，以芯線之總重量為基準，該第二添加成分之含量係大於或等於0.03wt%且小於或等於0.08wt%。
更具體而言，該第一添加成分可為鉑、鎳、銅、 鉑與鎳之組合、鎳與銅之組合、鉑與銅之組合、或鉑與鎳與銅之組合。該第二添加成分可為鍺、鈰、金、銥、鍺與鈰之組合、鍺與金之組合、鍺與銥之組合、鈰與金之組合、鈰與銥之組合、金與銥之組合、鍺與鈰與金之組合、鈰與金與銥之組合、鍺與金與銥之組合、鍺與鈰與銥之組合、或鍺與鈰與金與銥之組合。
依據本發明，藉由在銀合金線材中摻混由鉑、鎳、銅及其組合所組成之第一添加成分，不僅能有助於抑制銀合金線材中的銀成分在退火與燒球製程中因高溫而被氧化，亦能有助於銀合金線材中的銀成分抵抗因大氣中酸氣(例如，氟、氯或硫)或鹼氣(溴或碘)及在高溫環境下而發生腐蝕反應，從而避免銀成分被反應成鹵化銀而固溶於其中，進而減少結球過程中異質成核的數量，並且避免結球的柱狀晶分佈不均勻而形成偏心球等問題。此外，藉由適當控制第一添加成分之種類及其總量係大於0.1wt%且小於1wt%，更能有利於降低銀合金線材之氧含量，進而提高銀合金線材之伸線作業性與結球穩定性。
較佳的，選用鉑作為第一添加成分能有助於抑制銀合金線材中的銀成分在退火與燒球製程中因高溫而被氧化之情形。
較佳的，前述銀合金線材之第一添加成分為鎳、銅或其組合能特別有助於提升該銀合金線材之導電性。
依據本發明，藉由在銀合金線材中摻混由鍺、鈰、金、銥及其組合所組成之第二添加成分，並且適當控制該第二添加成分之總量大於0.02wt%且小於0.2wt%， 不僅能有助於提升銀合金線材的抗氧化能力、晶粒成長的穩定性以及結構穩定性，更能抑制介金屬化合物(Ag2Al或Ag4Al)之生成。據此，本發明之銀合金線材能兼具優異的結球穩定性及可靠度，進而延長第一焊點失效的時間。
較佳的，該銀合金線材之電阻率係小於或等於3.0微歐姆-公分(μΩ-cm)。據此，本發明之銀合金線材更能適用於大電流、窄間距化之電子產品的封裝製程。
據此，藉由在芯線之外表面依據鍍上適當厚度 的鍍鈀層及鍍金層，能進一步阻隔銀合金線材與大氣之接觸，從而提升銀合金線材之打線作業性、伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度及u-HAST可靠度，並且提升銀合金線材之表面與封裝材料之間的界面接合強度，藉此改善銀合金線材與封裝材料之間發生線表分層之問題。
10‧‧‧芯線
21‧‧‧鍍鈀層
22‧‧‧鍍金層
圖1為實施例1至6之銀合金線材的剖面圖。
以下，將藉由具體實驗組及實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
為驗證芯線的組成對其氧含量、伸線作業性、結球穩定性及可靠度的影響，本說明書所列舉之實驗組1至18、比較組2至19之芯線與比較組1之純銀芯線係大致上經由如相同之拉線及退火熱處理步驟所製得，其不同 之處在於該等芯線中各成分之種類及其含量，各實驗組及比較組之具體製備方法如下所述。
實驗組1至18及比較組2至19：芯線
首先，依據下表1及表2所示之混合比例，混合銀、鈀、第一添加成分及第二添加成分等原料，並將其等之混合的原料鑄造形成一線徑介於8至10毫米的銀合金母線。
接著，對該銀合金母線施以連續且數次的粗拉線製程，藉以將銀合金母線的線徑由8至10毫米縮小至約1毫米；再對經拉線的銀合金母線施以連續且數次的中拉線製程，藉以將該經拉線的銀合金母線之線徑由1毫米縮小至200至300微米，使得該經拉線的銀合金母線之線徑截面積相較於未經粗、中拉線製程前之銀合金母線縮小約97%。
之後，於350℃至500℃下，對該經拉線的銀合金母線進行第一次退火熱處理，以避免銀合金母線內部在拉線過程中因不斷地變形及拉扯後殘留大量的應力或形成差排(dislocation)而硬化，並藉由前述退火熱處理使經拉線的銀合金母線之原子重新排列，進而調控該經拉線的銀合金母線之硬度，獲得半成品。
最後，對前述半成品施以連續且數次的細拉線製程及超細拉線製程，並輔以500℃至700℃之溫度對其進行第二次退火熱處理，即完成實驗組1至18與比較組2至19之芯線(成品)的製作。
於實驗組1至18中，該等芯線之線徑約18微 米，且該等芯線中各成分之含量係如下表1及表2所示。
比較組1：純銀芯線
本比較組1係僅使用純銀金屬作原料，並大致上經由如前述製作實驗組1至18之芯線的方法先獲得一半成品，再製得一純銀芯線之成品。其中，該純銀芯線之線徑約為18微米，且其組成亦列示於下表2中。
實施例1至6：銀合金線材
於實施例1至6中，依據下表3所示之混合比例，混合銀、鈀、第一添加成分及第二添加成分等原料， 並將其等之混合的原料鑄造形成一線徑介於8至10毫米的銀合金母線。
接著，對該銀合金母線施以連續且數次的粗拉線製程，藉以將銀合金母線的線徑由8至10毫米縮小至約1毫米；再對經拉線的銀合金母線施以連續且數次的中拉線製程，藉以將該經拉線的銀合金母線之線徑由1毫米縮小至200至300微米，使得該經拉線的銀合金母線之線徑截面積相較於未經粗、中拉線製程前之銀合金母線縮小約97%。
之後，於350℃至500℃下，對該經拉線的銀合金母線進行第一次退火熱處理，調控前述經拉線的銀合金母線的硬度，獲得半成品。
接下來，再對半成品施以連續且數次的細拉線製程及超細拉線製程，並輔以500℃至700℃之溫度對其進行第二次退火熱處理，以獲得一芯線。
接著，對該芯線依序進行鍍鈀製程及鍍金製成，即完成實施例1至6之銀合金線材的製作。
請參閱圖1所示，於實施例1至6中，該等銀合金線材(成品)包含一芯線10、一鍍鈀層21及一鍍金層22，該鍍鈀層21係形成於該芯線10及該鍍金層22之間並且環繞於該芯線10之外周面。其中，該芯線的線徑約17.6微米，且該銀合金線材的芯線中各成分之含量、鍍鈀層及鍍金層的厚度係如下表3所示。
表3：實施例1至6之銀合金線材的芯線中各成分之含量[單
試驗例1：電阻率
於本試驗例中，係取長度為30公分之比較組1的純銀芯線作為對照組，另以相同長度之實驗組2、3及15以及比較組6、10及16之芯線作為待測樣品，使用定電流方法通電後量測端點電壓差，再求得線材電阻率，以量測各芯線及純銀芯線的電阻率。
實驗結果顯示，比較組1之純銀芯線的電阻率為1.63μΩ-cm；實驗組2、3及15之芯線的電阻率分別為2.77μΩ-cm、2.98μΩ-cm及2.62μΩ-cm；比較組6、10及16之芯線的電阻率則顯著提高至3.48μΩ-cm、3.70μΩ-cm及3.35μΩ-cm。
相較於比較組6、10及16之芯線，藉由適當控制芯線之組成，即，選用適當的金屬成分作為第一、第二添加成分以及控制銀之含量大於96wt%且小於98.78 wt%、鈀之含量大於或等於1.1wt%且小於或等於2.8wt%、第一添加成分之含量係大於0.1wt%且小於1wt%以及第二添加成分之含量係大於0.02wt%且小於0.2wt%，能具體降低實驗組6、10及16之芯線的電阻率至低於3.0μΩ-cm以下，使該等芯線得以應用於銀合金線材中，並且適用於大電流、窄間距化等電子產品之封裝製程。
試驗例2：半成品及成品的氧含量
於本試驗例中，係分別取1.5克、長度為1000公尺之實驗組1至18之半成品與芯線(成品)、比較組1之半成品與純銀芯線(成品)、比較組2至19之半成品與芯線(成品)以及實施例1至6之半成品與銀合金線材(成品)作為待測樣品，將各待測樣品置於高純度的石墨坩堝內，令待測樣品中的氧與石墨坩堝中的碳反應生成一氧化碳或二氧化碳；再以氧氮分析儀(廠牌名稱為HORIBA，型號為EMGA-620W)的紅外線偵測器分析各待測樣品的氧含量，其結果係如下表4至表6所示。於此，該氧氮分析儀之紅外線偵測器偵測氧含量之偵測極限為1至1000ppm。
當待測樣品之氧含量越高時，代表半成品或成品的可靠度愈低；更具體而言，當待測樣品之氧含量超過100ppm時，判定半成品或成品失效。於下表4至表6中，以「◎」代表待測樣品之氧含量介於20至50ppm，可靠度佳；以「○」代表待測樣品之氧含量介於50至100ppm，可靠度尚可；以「△」代表待測樣品之氧含量介於100至200ppm，可靠度差，待測樣品失效；以「×」代表待測樣品之氧含量介於200至400ppm，可靠度極差，待測樣品 失效。
如上表4及表5所示，比較組1之半成品與純銀芯線因未摻混鈀、第一添加成分及第二添加成分，致使其半成品與成品的氧含量皆大於200ppm；比較組2至19之芯線則因未適當控制該等芯線的組成，致使其半成品與成品的氧含量皆大於100ppm，甚至是大於200ppm，進而劣化芯線的可靠度。相較之下，藉由適當控制半成品與芯線之組成，即，選用適當的金屬成分作為第一、第二添加成分以及控制銀之含量大於96wt%且小於98.78wt%、鈀之含量大於或等於1.1wt%且小於或等於2.8wt%、第一添加成分之含量係大於0.1wt%且小於1wt%以及第二添加成分之含量係大於0.02wt%且小於0.2wt%，能確保實驗組1至18之半成品及芯線的氧含量皆不大於100ppm，藉以令該等芯線能具備較佳的抗氧化性及可靠度。
更進一步的，由上表4及表6中實施例1之銀合金線材與實驗組8之芯線的比較結果、實施例2之銀合金線材與實驗組4之芯線的比較結果、實施例3之銀合金線材與實驗組9之芯線的比較結果、實施例4之銀合金線材與實驗組12之芯線的比較結果以及實施例5之銀合金線材與實驗組11之芯線的比較結果可知：藉由在芯線之外表面依序鍍上適當厚度的鍍鈀層及鍍金層，能更有效地阻隔銀合金線材與大氣接觸，從而維持、甚而提升實施例1至5之半成品及銀合金線材的抗氧化能力。
試驗例3：伸線作業性
於本試驗例中，係將實驗組1至18之芯線、 比較組1之純銀芯線、比較組2至19之芯線以及實施例1至6之銀合金線材作為待測樣品，將線徑0.23mm且長度約10000公尺的待測樣品經預定次數的細拉線製程得到長度大於5000公尺之成品，並統計其細拉線製程中斷線發生次數的平均值，以評量各待測樣品的伸線作業性，其結果如上表4至表6所示。
於上表4至表6中，以「◎」代表待測樣品在細拉線製程中未發生斷線情形，即斷線率極低，該待測樣品之伸線作業性極佳；以「○」代表待測樣品在細拉線製程中僅發生1次斷線情形，該待測樣品之伸線作業性佳；以「△」代表待測樣品在細拉線製程中發生2至3次斷線情形，該待測樣品之伸線作業性佳差；以「×」代表待測樣品在細拉線製程中至少發生4次斷線情形，該待測樣品之伸線作業性極差。
實驗結果顯示，藉由適當控制芯線之組成，即，選用適當的金屬成分作為第一、第二添加成分以及控制銀之含量大於96wt%且小於98.78wt%、鈀之含量大於或等於1.1wt%且小於或等於2.8wt%、第一添加成分之含量係大於0.1wt%且小於1wt%以及第二添加成分之含量係大於0.02wt%且小於0.2wt%，能確保實驗組1至18之芯線的伸線作業性皆達到「佳」之程度，尤其，實驗組2、4、6、14、15、17之芯線更可獲得「極佳」的伸線作業性。
試驗例4：結球穩定性
於本試驗例中，係取實驗組1至18之芯線、比較組1之純銀芯線、比較組2至19之芯線以及實施例1 至6之銀合金線材各100條作為待測樣品，將100條待測樣品各自穿過一焊合磁嘴而裸露待測樣品之端部，再利用一熱音波焊接機，於空氣中以電極放電之方式加熱熔融各端部，熔融其間不通以任何氣體保護而各自形成100顆球狀的金屬球(free air ball，FAB)。
待該等金屬球冷卻後觀察其金屬球之形狀，自各待測樣品之芯線的延伸方向俯視該等金屬球，當一金屬球於水平面之一第一方向的徑寬相對於垂直該第一方向之一第二方向的徑寬之比值小於0.95或大於1.05時，判定該金屬球之結球穩定性失效，其結果如上表3及表4所示。
於上表4至表6中，以「◎」代表該待測樣品加熱熔融後所形成之100顆金屬球中未發生結球穩定性失效之情形，顯示該待測樣品之結球穩定性極佳；以「○」代表該待測樣品加熱熔融後所形成之100顆金屬球中僅有1至2個金屬球發生結球穩定性失效之情形，顯示該待測樣品之結球穩定性佳；以「△」代表該待測樣品加熱熔融後所形成之100顆金屬球中有3個金屬球發生結球穩定性失效之情形，顯示該待測樣品之結球穩定性差；以「×」代表該待測樣品加熱熔融後所形成之100顆金屬球中有3個金屬球發生結球穩定性失效之情形，顯示該待測樣品之結球穩定性差。
實驗結果顯示，藉由適當控制芯線之組成，即，選用適當的金屬成分作為第一、第二添加成分以及控制銀之含量大於96wt%且小於98.78wt%、鈀之含量大於或等於1.1wt%且小於或等於2.8wt%、第一添加成分之含 量係大於0.1wt%且小於1wt%以及第二添加成分之含量係大於0.02wt%且小於0.2wt%，實驗組1至18即便直接在空氣中進行打線接合製程，亦能確保該等芯線的結球穩定性皆能達到「佳」之程度，尤其，實驗組3、8、13及15至18之芯線更可獲得「極佳」的結球穩定性。
更進一步的，由上表4及表6中實施例1之銀合金線材與實驗組8之芯線的比較結果、實施例2之銀合金線材與實驗組4之芯線的比較結果、實施例3之銀合金線材與實驗組9之芯線的比較結果、實施例4之銀合金線材與實驗組12之芯線的比較結果以及實施例5之銀合金線材與實驗組11之芯線的比較結果更可確定：藉由在芯線之外表面依序鍍上適當厚度的鍍鈀層及鍍金層，能有助於進一步提升實施例1至5之銀合金線材的結球穩定性。
試驗例5：PCT可靠度
於本試驗例中，係取實驗組1至18之芯線、比較組1之純銀芯線、比較組2至19之芯線以及實施例1至6之銀合金線材各100條作為待測樣品，並經由壓力鍋蒸煮試驗方法(Pressure Cooker Test，PCT)，將100條經打線製程之待測樣品與一墊片接合後，再將接合於墊片上之待測樣品放置於溫度為120℃、相對溼度為100%及壓力為29.7psi之高溫高濕高壓環境中長達250小時。
接著，使用推球試驗機(廠牌名稱：DAGE，型號：dage 4000)，並設定推球試驗機的推刀荷重為250g，對該等經高溫、高濕、高壓測試的待測樣品進行推球測試進行推球測試；若待測樣品經推球試驗機所測得之推球值 小於20g時，判定失效，其結果係如上表3及表4所示。
於上表4至表6中，以「◎」代表待測樣品經高溫、高濕、高壓測試後，100組實驗中未發生失效之情形，顯示該待測樣品之PCT可靠度佳；以「×」待測樣品經高溫、高濕、高壓測試後，100組實驗中有1組以上發生失效之情形，顯示該待測樣品之PCT可靠度不足。
實驗結果顯示，不論比較組1之純銀芯線或比較組2至19的芯線皆無法通過壓力鍋蒸煮試驗。由此可見，藉由適當控制芯線之組成，即，選用適當的金屬成分作為第一、第二添加成分以及控制鈀之含量大於或等於1.1wt%且小於或等於2.8wt%、第一添加成分之含量係大於0.1wt%且小於1wt%以及第二添加成分之含量係大於0.02wt%且小於0.2wt%，能確保實驗組1至18之芯線皆能獲得極佳的PCT可靠度。
試驗例6：u-HAST可靠度
於本試驗例中，係取實驗組1至18之芯線、比較組1之純銀芯線、比較組2至19之芯線以及實施例1至6之銀合金線材各100條作為待測樣品，並經由高度加速壽命試驗方法(unbiased Highly Accelerated stress Test，u-HAST)，將100條待測樣品經打線製程與一墊片接合後，再將各接合於墊片上之待測樣品放置於溫度為135℃、相對溼度為85%及電壓為2V之高溫高濕高電壓環境中長達288小時。
接著，使用推球試驗機(廠牌名稱：DAGE，型號：dage 4000)，並設定推球試驗機的推刀荷重為250g， 對該等經高溫、高濕、高電壓測試的待測樣品進行推球測試；若待測樣品經推球試驗機所測得之推球值小於20g時，判定失效，其結果係如上表4至表6所示。
於上表4至表6中，以「◎」代表待測樣品經高溫、高濕、高壓測試後，100組實驗中未發生任何失效之情形，顯示該待測樣品能通過高加速應力試驗，其u-HAST可靠度佳；以「×」待測樣品經高溫、高濕、高電壓測試後，100組實驗中有1組以上發生失效之情形，顯示該待測樣品尚無法通過高加速應力試驗，其u-HAST可靠度不足。
實驗結果顯示，不論比較組1之純銀芯線，或比較組2至19的芯線皆無法通過高加速應力試驗。相較之下，實驗組1至18之芯線及實施例1至6之銀合金線材皆可順利通過高加速應力試驗。由此可見，藉由適當控制芯線之組成以及在芯線外依序鍍上適當厚度的鍍鈀層及鍍金層，能確保實驗組1至18之芯線以及實施例1至6之銀合金線材獲得優異的u-HAST可靠度。
綜觀上述試驗例1至6中比較組1之純銀芯線及比較組2至6之芯線的分析結果可知：當芯線中未包含任何第一、第二添加成分，即便令芯線的鈀之含量由0.8wt%增加至4wt%，仍無法達成降低其氧含量至低於100ppm以下之目的，且比較組2至6之芯線的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度及u-HAST亦無法具體獲得改善，更喪失了以銀為主成分之芯線能獲得高導電性之優勢。由此可見，芯線中若未添加第一、第二添加成分，不但無法 克服純銀芯線易於氧化之缺點，更難以抑制芯線與鋁墊生成介金屬化合物，亦無法獲得所需之伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度。
再者，比對比較組2至6與比較組7及8之芯線的分析結果可知：當芯線中僅包含鈀及第一添加成分而未添加第二添加成分時，比較組7及8之半成品及芯線的氧含量仍無法降低至100ppm以下，且比較組7及8之芯線的伸線作業性、結球穩定性及PCT可靠度以及u-HAST亦無法具體獲得改善。同理，比對比較組2至6與比較組9及10之芯線的分析結果可知：當芯線中僅包含鈀及第二添加成分而未添加第一添加成分時，比較組9及10之芯線的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及以及u-HAST也無法具體獲得改善，且比較組9及10之半成品及芯線的氧含量更高達200ppm以上。由此可見，不論是在銀-鈀系統之芯線中單獨加第一添加成分或單獨添加第二添加成分，皆無法具體提升芯線之抗氧化能力、伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度，從而劣化含有此種芯線之銀合金線材的品質與良率。
另外，比對實驗組2、4及6至18與比較組13至16之芯線的分析結果可知：當銀合金線材中芯線的鈀及第二添加成分的含量皆設定為2.1wt%及0.08wt%時，當第一添加成分之總量設定在大於0.1wt%且小於1wt%時，不論第一添加成分係為由鉑、鎳及銅所組成之群組中任選其中一種或二種，皆能顯著降低實驗組2、4及6至18之半成品與芯線的氧含量至低於100ppm以下，並且同時提 升芯線的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度。
此外，比對實驗組5、6與比較組17至19之芯線的分析結果可知：當芯線的鈀及第一添加成分的含量皆設定為2.1wt%及0.5wt%時，且第二添加成分之總量設定在大於0.02wt%且小於0.2wt%時，能確保實驗組5及6之芯線皆具有優異的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度；但當第二添加成分提高至大於或等於0.2wt%以上時，不僅會不當提高銀合金線材的氧含量，更同時劣化了銀合金線材的伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度。
經由上述實驗結果得知，當芯線之組成控制在特定範圍下，不僅能確保芯線具備低電阻率之特性，更得以同時提升芯線的抗氧化能力、伸線作業性、結球穩定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度。
試驗例7：線表分層-
為進一步驗證在芯線外依序鍍上一鍍鈀層及鍍金層對所形成之銀合金線材的影響，本試驗例取實驗組1至18之芯線、比較組1之純銀芯線、比較組2至19之芯線以及實施例1至6之銀合金線材各100條作為待測樣品，將各待測樣使用同一的市售封裝材料(SMM-G760)先封裝後，經由如前述試驗例6之高度加速壽命試驗方法，將前述經封裝的待測樣品置於溫度為135℃、相對溼度為85%及電壓為2V之高溫高濕高電壓的環境中長達288小時。
之後，先蝕刻去除經高度加速壽命試驗的待測 樣品外的封裝材料，再利用聚焦離子顯微鏡(廠牌名稱：美商飛昱科技股有限公司，型號：DB-FIB)觀察有無線表分層現象。於100組實驗中，若可觀察到有1組以上發生線表分層現象，即判定失效。
實驗結果顯示，不論是比較組1之純銀芯線、比較組2至19之芯線或實驗組1至18之芯線，該等芯線先以封裝材料封裝再經高度加速壽命試驗後，皆可觀察到有線表分層現象。由此可知，比較組1之純銀芯線、比較組2至19及實驗組1至18之芯線中的銀成分皆會與封裝材料的氧成分發生化學反應，生成氧化銀，最後再還原成銀原子，而導致線表分層現象，致使該等芯線與封裝材料之間無法具備足夠的界面接合強度。
相較之下，實施例1至6之銀合金線材於100組重複的實驗中，則完全未被觀察到有線表分層現象，證實實施例1至6之銀合金線材中芯線外的鍍鈀層及鍍金層能具體抑制其銀成分在高溫高濕高電壓中擴散至封裝材料的可能性，故銀成分不會與封裝材料發生氧化還原反應，從而得以能確保實施例1至6之銀合金線材與封裝材料之間具備足夠的界面接合強度。據此，實施例1至6之銀合金線材的表面不會與封裝材料之間發生線表分層現象，故能解決現有技術之銀合金線材被腐蝕後劣化可靠度或造成線路熔斷等問題。
經由前述試驗例1至7的結果證實，藉由在芯線外依序鍍上適當厚度的鍍鈀層及鍍金層，不僅能進一步提升整體銀合金線材的抗氧化能力、伸線作業性、結球穩 定性、PCT可靠度以及u-HAST可靠度外，更可提升銀合金線材與封裝材料之間的界面接合強度。
綜上所述，藉由適當控制銀合金線材中芯線之組成以及在芯線外依序鍍上適當厚度的鍍鈀層及鍍金層，不僅能同時提升銀合金線材的抗氧化能力、伸線作業性、結球穩定性及PCT可靠度以及u-HAST可靠度，更能提升銀合金線材與封裝材料之間的界面接合強度，故本發明之銀合金線材不僅能適用於精密型、極小尺寸的半導體晶片之封裝製程中，更能解決現有技術之銀合金線材易衍生線路熔斷以及經可靠度試驗後易發生線表分層等問題。
上述實驗組及實施例僅係為說明本發明之例示，並非於任何方面限制本發明所主張之權利範圍。本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實驗組。
10‧‧‧芯線
21‧‧‧鍍鈀層
22‧‧‧鍍金層

Claims (9)

  1. 一種銀合金線材，其包括一芯線、一鍍鈀層及一鍍金層，其中該鍍鈀層係形成於該鍍金層及該芯線之間並且環繞於該芯線之外周面，該芯線包含銀、鈀、一第一添加成分及一第二添加成分，該第一添加成分係選自於下列物質所組成之群組：鉑、鎳、銅及其組合，該第二添加成分係選自於下列物質所組成之群組：鍺、鈰、金、銥及其組合；以該芯線之總重量為基準，該芯線中鈀之含量係大於或等於1.1重量百分比且小於或等於2.8重量百分比，該芯線中第一添加成分之含量係大於0.1重量百分比且小於1重量百分比，且該芯線中第二添加成分之含量係大於0.02重量百分比且小於0.2重量百分比。
  2. 如請求項1所述之銀合金線材，其中該鍍鈀層及該鍍金層之厚度和係介於60奈米至200奈米之間。
  3. 如請求項1所述之銀合金線材，其中該鍍鈀層之厚度係介於50奈米至150奈米之間。
  4. 如請求項1所述之銀合金線材，其中該鍍金層之厚度係介於10奈米至50奈米之間。
  5. 如請求項2所述之銀合金線材，其中該鍍金層之厚度係介於10奈米至50奈米之間。
  6. 如請求項3所述之銀合金線材，其中該鍍金層之厚度係介於10奈米至50奈米之間。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之銀合金線材，其中，以該芯線之總重量為基準，該芯線中鈀之含量係大於或等於1.5重量百分比且小於或等於2.5重量百分比。
  8. 如請求項1至6中任一項所述之銀合金線材，其中，以該芯線之總重量為基準，該芯線中銀之含量係大於96重量百分比且小於98.78重量百分比。
  9. 如請求項7所述之銀合金線材，其中，以該芯線之總重量為基準，該芯線中銀之含量係大於96.3重量百分比且小於98.38重量百分比。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355616B (zh) * 2015-11-20 2017-12-19 广东梅雁吉祥实业投资股份有限公司 一种抗氧化金属制品
SG10201607523RA (en) * 2016-09-09 2018-04-27 Heraeus Materials Singapore Pte Ltd Coated wire
JP6869920B2 (ja) * 2018-04-02 2021-05-12 田中電子工業株式会社 ボールボンディング用貴金属被覆銀ワイヤおよびその製造方法、ならびにボールボンディング用貴金属被覆銀ワイヤを使用した半導体装置およびその製造方法
CN111883400B (zh) * 2020-08-25 2022-04-26 郑州机械研究所有限公司 一种用于熔断器的银铜复合线及其制备方法
TWI778583B (zh) * 2021-04-16 2022-09-21 樂金股份有限公司 銀合金線材

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201336599A (zh) * 2012-03-12 2013-09-16 Wire technology co ltd 銀-鈀合金表面鍍金屬薄膜之複合線材及其製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201336599A (zh) * 2012-03-12 2013-09-16 Wire technology co ltd 銀-鈀合金表面鍍金屬薄膜之複合線材及其製造方法

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