CN106319276A

CN106319276A - 一种银合金材料及其制备工艺

Info

Publication number: CN106319276A
Application number: CN201510357837.6A
Authority: CN
Inventors: 王仁宏; 李金忠
Original assignee: Rayshine Photonics Corp
Current assignee: Rayshine Photonics Corp
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明为一种银合金材料及其制备工艺，其中银合金材料包含：65至95重量％的银及5至35重量％的铟，使得银合金材料具有固液共存区；当此银合金材料透过混合、真空加热、冷却及退火等步骤合成后，此银合金材料具有低屈服强度(58MPa)和高极限强度(300MPa)和高的延伸率(60％)，以及极佳抗硫化特性，并可用作光学高反射镜、含银饰品及钎焊材料，以及作为半导体封装用的极细银合金线。

Description

一种银合金材料及其制备工艺

技术领域

本发明系有关于一种银合金材料，尤指一种含铟的银合金材料及其制备工艺，使得此特定的含铟的银合金材料能够用做光学高反射镜、钎焊材料、含银饰品的制作以及作为半导体封装用的极细银合金线。

背景技术

电子产品中芯片的打线技术，于早期为使用纯金线，近年来为降低其成本，故业界纷纷寻找可替代的材料，例如铜线，但由于铜线容易氧化，极易造成芯片运作的不稳定，抑或使用铜线镀上金、钯或铂等贵金属来克服氧化的问题，但在打线接合的过程中，其界面焊接处仍容易受到水气的影响而产生腐蚀的情况。因此，业界开始使用铜金等不同配比的合金线作为替代，另一方面，也尝试以纯银线来取代金线作为打线材料。

由于银线具有较佳的导电性，且价格较纯金线便宜又不似铜线易于腐蚀。然而，银线在大气中虽然稳定且不易氧化，但却容易硫化，因此为克服硫化的问题，银线的使用亦开始向合金化的方发展，藉由添加其他元素来改善银材料的原先特性，例如:添加微量的钯有助于抗氧化、硫化和电迁移的能力。

此外，同时添加多种不同的元素于合金之中，亦为合金研究发展的趋势，早期如于1975年所申请的美国专利公告号US4052531A中，提出一种含70重量％的银(Ag)，其余为铟(In)、锌(Zn)、硅(Si)及铜(Cu)的钎焊材料，或如台湾专利公告号TWI316092B中，提出一种以银为基础的合金，并添加铟、锡(Tin)、锑(Sb)或铋(Bi)于其中的多种金属银合金，或如中国发明专利公开第CN102312120A号中，提出一种含96至97.5重量％的银，其余为铟及金(Au)的合金键合丝，或如台湾发明专利公告第TWI404809B号中，提出一种含64至67.5重量％的银及31.5至35重量％的铟的合金组成物，使其特性为高硬度、高熔点、高强度等。

由上述现有技术可知，合金材料的应用十分地广泛，但现有技术往往需要添加二种以上的元素，且每种以特定比例及特定元素合成的合金仅具有相类似的金属特性，因此局限了其应用的范围，而多种元素的混合，亦可能造成合金成分不均匀的现象。

是以，如何简化合金合成步骤及合成一泛用的合金材料，为本发明欲解决的技术课题。

发明内容

为了解决现有技术所述的问题，本发明的主要目的在于提供一种银合金材料及其制备工艺，其特征在于以所述银合金的总重量为基准，所述银合金材料包含：65至95重量％的银及5至35重量％的铟，使得所述银合金材料具有固液共存区。

所述银合金材料包含5至25重量％的铟。

所述银合金材料可应用于光学高反射镜。

所述银合金材料可应用于钎焊材料。

所述银合金材料可应用于含银饰品。

所述钎焊材料为线材，所述线材的直径介于8mm至16μm之间。

所述银合金材料的金属延伸率为60％。

所述银合金材料的屈服强度为58MPa。

所述银合金材料的极限强度为300MPa。

本发明提供一种银合金材料的制备工艺，包括下列步骤：

(a).提供银金属颗粒及铟金属颗粒；

(b).混合所述银金属颗粒及所述铟金属颗粒使其形成银铟金属混合物；

(c).对所述银铟金属混合物遂行真空加热步骤，使所述银铟金属混合物融解成银铟均匀熔融状态；

(d).对所述银铟金属混合物遂行冷却步骤使其形成银铟合金初产物,所述银铟合金初产物为银铟固液共存的固态溶液；以及

(e).对所述银铟合金初产物遂行退火步骤，使其形成银合金材料，其中所述银合金材料具有固液共存区。

所述步骤(a)中，以所述银金属颗粒与所述铟金属颗粒的总重量为基准，所述银金属颗粒占65至95重量％，所述铟金属颗粒占5至35重量％。

所述步骤(a)中，所述铟金属颗粒占5至25重量％。

所述步骤(c)中，所述银铟金属混合物置于容器中，以温度1000至1030℃的条件下，对所述银铟金属混合物进行所述真空加热的步骤。

所述步骤(d)中，所述银铟金属混合物置于真空装置中进行所述冷却的步骤。

所述步骤(e)中，所述银铟合金初产物置于真空装置中进行所述退火的步骤。

附图说明

图1为本发明所提供的合成银合金材料的实施步骤流程示意图。

附图标记说明

步骤S11～S14

具体实施例

本发明提供一种含铟的银合金材料及其制作方式，请参阅图1所示，为合成含铟的银合金材料，首先需混合银金属颗粒及铟金属颗粒(步骤S11)，使其形成银铟金属混合物，于步骤S11中，以银铟金属混合物的总重量为基准，银铟金属混合物包含：65至95重量％的银及5至35重量％的铟；于另一较佳实施方式中，银铟金属混合物可包含：75至95重量％的银及5至25重量％的铟。

接着进行真空加热(步骤S12)，步骤S12将银铟金属混合物置于真空炉中，以1000至1030℃的温度进行真空加热，使该银铟金属混合物融解成银铟均匀熔融状态(molten phase)。

之后进行冷却(步骤S13)，将真空加热后的银铟金属混合物置于真空装置中进行冷却，而获得银铟合金的初产物，此银铟合金初产物为银铟固液共存(solid-liquid coexistence)的固态溶液。

待冷却完成后，进行退火步骤(步骤S14)，将所获得的银铟合金初产物置于真空装置中，进行退火处理，使其形成含铟的银合金材料。透过退火处理，可增加含铟的银合金材料的柔软性、延性和韧性，此外所述含铟的银合金材料具有固液共存区(solid-liquid coexistence zone)。

首先进行抗硫化的测试，将上述含铟的银合金材料制成的光学高反射镜与纯银制成的圆盘分别置于120℃、气压为1.01帕(Pa)的含硫蒸气玻璃罐中，经过1小时后，可以发现，以含铟的银合金材料所制成的光学高反射镜仍无硫化的情形发生；相反的，纯银制成的圆盘于相同环境条件下，经过1小时候，发现其与硫蒸气产生反应，于表面生成厚度约25μm黑色的硫化银(Ag₂S)。证明相较于纯银制成的圆盘硫化现象的发生，本案揭示65至95重量％的银及5至35重量％的铟所合成的银合金材料具有高度抗硫化的特性。

此外，以美国材料和试验协会(ASTM)的标准，分别测试纯金、纯银、铝(Al)、标准成分的银合金(包含：92.5重量％的银及7.5重量％的铜)及本案合成的含铟的银合金材料。

测试项目包括：屈服强度(Yields Tensile strength)、极限强度(Ultimate Tensilestrength)及延伸率(Elongation)，测试图表如下所示：

由上表所示可知，含铟的银合金材料相较于铝或标准成分的银合金，其屈服强度仅有58MPa，因此，若以所述含铟的银合金材料制成用于半导体芯片封装的钎焊材料的线材，由于其屈服强度低，因此可降低打线接合工具(wire bondingtool)操作时的力量，避免对芯片的接合焊盘(bond pads)造成损害的机率。

由上表所示可知，含铟的银合金材料相较于纯金、纯银、铝及标准成分的银合金等材料，其极限强度高达300MPa，因此具有较高的抵抗及承受外力作用的特性，是以，以此线材封装的半导体芯片的打线接合结构下，可承受更多后续射出成型的加工冲击力。而相较于先前技术如中国专利公开号CN102312120A，本案所提出的含铟的银合金材料其极限强度(300MPa＝300MN/mm²)亦优于该前案所提出的银铟合金键合丝(极限强度为70MN/mm²)。

由上表所示可知，含铟的银合金材料其延伸率高达60％，延伸特性可降低打线接合结构于打线接合或射出成型等加工程序时，打线结构因受外力作用而断裂的现象。而相较于先前技术如中国专利公开号CN102312120A，本案所提出的含铟的银合金材料其延伸率亦优于该前案所提出的银铟合金键合丝(延伸率约为12％)。

而由于以纯金或纯银制成的线材，其仅具有单一熔点(melting point)，如银的熔点为961.93℃、金的熔点为1064℃，因此以纯银线材或纯金线材进行线材钎焊(brazing)过程中，需让打线接合工具确实地维持在单一且稳定的钎焊温度，否则无法让打线结构稳固地连接芯片与基板。相较于本案所提出的含铟的银合金材料，由于其具有固液共存区，因此，当使用所述含铟的银合金材料制成的线材进行钎焊接合时，仅需让打线接合工具维持在固液共存区温度的范围内工作即可，也因此提升了整体芯片封装的速度及打线接合的良率。

综上所述，本发明所提供仅以银及铟合成的银合金材料具有抗硫化、低屈服强度、高极限强度及高延展性等特性，使其可广泛地应用于光学高反射镜、钎焊材料及含银饰品的制作等，并可藉由其固液共存区的特性提升线材钎焊的良率；故，本发明实为极具产业价值之作。

Claims

1.一种银合金材料，其特征在于以所述银合金材料的总重量为基准，所述银合金材料包含：65至95重量%的银及5至35重量%的铟，使得所述银合金材料具有固液共存区。

2.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料包含5至25重量%的铟。

3.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料可应用于光学高反射镜。

4.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料可应用于钎焊材料。

5.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料可应用于含银饰品。

6.如权利要求4所述的银合金材料，其特征在于，所述钎焊材料为线材，所述线材的直径介于8mm至16μm之间。

7.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料的金属延伸率为60%。

8.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料的屈服强度为58MPa。

9.如权利要求1所述的银合金材料，其特征在于，所述银合金材料的极限强度为300MPa。

10.一种银合金材料的制备工艺，其特征在于，所述银合金材料的制备工艺包括下列步骤：

(a).提供银金属颗粒及铟金属颗粒；

(b).混合所述银金属颗粒及所述铟金属颗粒形成银铟金属混合物；

(c).对所述银铟金属混合物进行真空加热步骤，使所述银铟金属混合物融解成银铟均匀熔融状态；

(d).对所述银铟金属混合物进行冷却步骤使其形成银铟合金初产物,所述银铟合金初产物为银铟固液共存的固态溶液；

(e).对所述银铟合金初产物进行退火步骤，使其形成银合金材料，其中所述银合金材料具有固液共存区。

11.如权利要求10所述的银合金材料的制备工艺，其特征在于，于所述步骤(a)中，以所述银金属颗粒与所述铟金属颗粒的总重量为基准，所述银金属颗粒占65至95重量%，所述铟金属颗粒占5至35重量%。

12.如权利要求11所述的银合金材料的制备工艺，其特征在于，于所述步骤(a)中，所述铟金属颗粒占5至25重量%。

13.如权利要求10所述的银合金材料的制备工艺，其特征在于，于所述步骤(c)中，将所述银铟金属混合物置于容器中，以温度1000至1030℃的条件下，对所述银铟金属混合物进行所述真空加热步骤。

14.如权利要求10所述的银合金材料的制备工艺，其特征在于，于所述步骤(d)中，将所述银铟金属混合物置于真空装置中进行所述冷却步骤。

15.如权利要求10所述的银合金材料的制备工艺，其特征在于，于所述步骤(e)中，将所述银铟合金初产物置于真空装置中進行所述退火步骤。