一种绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用在微电子封装工序中的合金键合丝，具体涉及一种绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝。本发明还涉及所述绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]
随着现代工业技术的飞速发展，电子产品越来越向便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展。封装工序对于键合丝产品的要求也越来越高，正朝着多引脚、小间距及多列多层叠的方向发展，引线键合面临越来越大的挑战。为了在较小的封装体积内实现更高的封装密度，实现多功能聚集化，需要缩小引线间距、增加引线数量、降低线弧高度。同时，在一些精密器件中或工作环境恶劣的条件下，为了保证器件的可靠性，避免键合丝在使用过程中发生腐蚀，由于无法使用价格便宜的银丝、铜丝等替代昂贵的金丝材料，导致器件成本居高不下。
[0003]目前，用来增加引脚键合密度的方法主要有降低键合丝直径和引线间距，但线径、间距缩小的同时，容易造成键合丝的歪斜、搭接或塌丝，从而导致器件短路。用于解决铜等活泼金属抗腐蚀的方法主要是在铜丝表面镀钯，使铜丝材料与空气隔绝，但这也造成铜丝成本大幅度上升，无法使其得到广泛应用。因此，发明一种绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝及其制备方法是十分必要的。
[0004]另外，目前尚没有一种适合工业化使用的键合丝覆膜及固化专用装置，采用普通浸渍及固化设备在键合丝表面涂覆高分子膜存在生产效率低，挂膜不均匀等难于克服的技术问题。
【发明内容】
[0005]
本发明所要解决的技术问题是，提供一种绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝及其制备方法，利用覆膜材料隔绝金属与外界环境的接触，提高键合的可靠性；同时利用合金掺杂的方式，降低键合丝与基底焊接后二者间原子的扩散速度，改善二者金属间化合物(IMC)引起的脆性失效问题，进一步提高键合丝可靠性;本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种投资少，生产效率高、挂膜均匀的键合丝覆膜及固化专用装置。
[0006]解决现本发明的技术问题所采用的技术方案如下:
一种绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝，其特征在于:其由内层的合金键合丝和外层的绝缘抗腐蚀高分子覆膜层组成；其中合金键合丝的金属基材包括金、银、铜和铝，用于合金的其它金属包括金、银、铜、铝、铂、钯、钌、铑、锇、铱以及稀土元素；其中绝缘覆膜抗腐蚀材料为热塑性聚酰亚胺树脂。
[0007]所述金属基材的含量占合金键合丝的85?99.9*丨％;余量为所述用于合金的其它金属，余量中稀土元素含量< 15ppm;绝缘抗腐蚀高分子覆膜层厚度为0.2~0.8μηι。
[0008]余量中稀土元素含量优选为3?15ppm。
[0009]作为用于合金的其它金属的金含量为9%，作为用于合金的其它金属的钯含量为3%，作为用于合金的其它金属的铈含量为5ppm，余量为作为合金基材的银。
[0010]作为用于合金的其它金属的银含量为0.5%，余量为作为合金基材的铜。
[0011]所述的绝缘覆层抗腐蚀合金键合丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
1)、合金基材的选择或提纯:选择99.999%以上的高纯基材金属;或利用提纯工艺，使基材金属的纯度达到99.999%以上；
2)、熔铸:将高纯基材金属与所需合金混合，经过预合金、母合金和连续拉铸工艺，熔铸成合金金属棒；
3)、拉丝:将合金金属棒通过拉丝机拉成要求线径的丝线；
4)、退火；
5)、覆膜及固化:在合金键合丝的表面通过水平浸渍镀膜，覆盖上绝缘覆层材料，并进行UV固化处理。
[0012]其中步骤2)熔铸中:根据合金成分百分比，在1000°C?1600°C下利用N2吹搅保护进行预合金、母合金，在1000?1300°c下进行连续拉铸工艺，熔铸成符合直径要求合金金属棒。
[0013]其中步骤3)拉丝中，在0.26mm处设置合金丝的半成品退火，退火温度为350-450°C，以减少半成品合金丝中的晶格缺陷，并提高细线径合金丝的拉丝性能。
[0014]其中步骤第4)的退火中，成品线径合金丝的退火温度为350_650°C，调整合金丝的机械性能符合相应线径的产品要求。
[0〇15] 其中步骤5)覆膜及固化中:合金线以300mm/min?1000mm/min的速度通过温度为300°C?350°C的水平浸渍镀膜槽;水平浸渍镀膜槽中热塑性聚酰亚胺树脂粘度为600mPa.s?lOOOmPa.s，在合金键合丝的表面覆盖上绝缘覆层材料;然后以同样速度通过UV固化炉进行固化处理。
[0016]其特征在于其中步骤5)采用以下专用装置进行覆膜及固化:所述专用装置包括循环槽以及安装于循环槽之内用于装盛液体绝缘覆膜材料的水平浸渍镀膜槽，循环槽的上边沿低于水平浸渍镀膜槽的上边沿;所述专用装置还包括位于水平浸渍镀膜槽上方的循环滴液装置，循环槽通过循环栗和循环管与所述循环滴液装置相连接;所述专用装置还包括安装在循环槽右侧的UV固化炉;所述专用装置还包括安装在循环槽左侧的放线装置以及安装在UV固化炉右侧的收线装置;放线装置和收线装置之间的键合丝依次经过水平浸渍镀膜槽的上端口上方和UV固化炉的固化腔。
本发明具有以下优点:
第一、键合丝采用合金方式，改善了金属的硬度、电阻率、熔断电流、MC等力学和电学性能，使键合丝的可靠性得到提高；
第二、外层具有绝缘覆膜材料，实现了利用现有键合丝无法实现的诸多布线方式，如引线接触和交叉、线偏移、长引线和搭接键合等，从而突破了许多现有普通键合丝设计规则的限制;增大了键合密度，有利于电子产品的多功能、密集化和小型化。
[0017]第三、与镀钯防止氧化腐蚀等方式相比，本发明的绝缘覆膜抗腐蚀合金键合丝成本更低，且在抗腐蚀的同时实现了键合丝表面绝缘，适用范围更广泛。
[0018]第四、本发明利用合金掺杂的方式，降低了键合丝与基底焊接后二者间原子的扩散速度，
从而解决了二者金属间化合物(MC)引起的脆性失效问题，进一步提高了键合丝可靠性。
[0019]第五、覆膜及固化时采用了专用装置，从放线装置引出的金属键合丝穿过凸起于水平浸渍镀膜槽的上端口边沿的镀膜液浸渍绝缘覆膜材料，然后进入UV固化炉的固化腔进行固化处理，最后缠绕到收线装置上，完成键合丝覆膜及固化。实现了在简易装置中的键合丝覆膜及固化，设备投资小，生产效率高，挂膜均匀。
【附图说明】
[0020]图1本发明实施例1键合后的IMC图片。
[0021 ]图2本发明实施例2键合后的IMC图片。
[0022]图3本发明专用覆膜及固化装置的结构和工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步描述。
[0024]实施例1: 一种直径为25μπι( 1.0mil，不包含绝缘覆膜厚度)绝缘覆膜抗腐蚀银合金键合丝，组成键合丝的材料各成分重量百分比为:
Au(金)用量为9%，Pd(钯)用量为3%，Ce(铈)用量为5ppm，余量为作为合金基材的Ag;夕卜层绝缘覆膜材料为热塑性联苯聚酰亚胺树脂。
[0025]其制备方法包括以下步骤:
第一步，选择合金基材:选择达到99.999%以上高纯度的银金属原料；
第二步，熔铸:根据合金成分百分比，在1600°C下利用N2吹搅保护进行预合金、母合金，在1250°C下进行连续拉铸工艺，恪铸成直径为8 ± 0.3mm的银合金金属棒；
第三步，拉丝:将银合金金属棒先通过粗拉设备拉制成直径为1.55mm的合金丝，再通过中拉设备拉制成直径为0.26mm的合金丝(此线径作450°C中间退火处理)，最终利用细拉、超细拉设备拉制成直径为25μπι的银合金线；
第四步，退火:在温度为550°C的退火设备上对银合金线进行退火处理，以消除合金线的内应力，使之不产生扭曲、弯曲，调整机械性能BL> 1 Ogf、延伸率E/L 13-17%;
第五步，覆膜及固化:银合金线以800mm/min的速度通过温度为350°C的水平浸渍镀膜槽;水平浸渍镀膜槽中热塑性联苯聚酰亚胺树脂粘度为800-1000mPa.s，在合金键合丝的表面覆盖上绝缘覆层材料;然后以同样速度通过UV固化炉进行固化处理，得到绝缘覆膜膜层厚度为0.5μπι的绝缘覆膜抗腐蚀银合金键合丝；
第六步，产品检验:用放大倍数为250倍的光学显微镜检验覆膜表面情况，观察是否均匀、有无裂纹和杂质；用放线设备检验键合丝的放线和应力情况;用万能材料试验机检验键合丝的机械性能是否符合要求，其要求为:断裂力B/L>10gf、延伸率E/L 13?17%;