JPH07335686A - ボンディング用金合金細線 - Google Patents
ボンディング用金合金細線Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 樹脂封止時のワイヤ流れを低減させ、かつ接
合強度の低下を防止するワイヤボンディング用金合金細
線。 【構成】 純度９９．９９５％以上の金にＣａ、Ｂｅ、
ＹおよびＣｅまたはＬａの何れか１種または２種および
Ｉｎを含有せしめ、これらの元素の複合効果によって金
合金細線のヤング率の向上を図り、必要に応じて銀と銅
の他にＰｄまたはＰｔのいずれか１種または２種を含有
させ接合強度を向上せしめる。 【効果】 ５ｍｍ以上のロングスパンを要する半導体装
置における樹脂封止後のワイヤ流れを１０％以下に抑え
る。
合強度の低下を防止するワイヤボンディング用金合金細
線。 【構成】 純度９９．９９５％以上の金にＣａ、Ｂｅ、
ＹおよびＣｅまたはＬａの何れか１種または２種および
Ｉｎを含有せしめ、これらの元素の複合効果によって金
合金細線のヤング率の向上を図り、必要に応じて銀と銅
の他にＰｄまたはＰｔのいずれか１種または２種を含有
させ接合強度を向上せしめる。 【効果】 ５ｍｍ以上のロングスパンを要する半導体装
置における樹脂封止後のワイヤ流れを１０％以下に抑え
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子上の電極と
外部リードとを接続するために利用する金合金細線に関
し、より詳しくは半導体素子上の電極とインナーリード
間の配線距離が少なくとも３ｍｍ以上を有する半導体装
置で、かつ接合後の接合強度を向上せしめるボンディン
グ用金合金細線に関する。
外部リードとを接続するために利用する金合金細線に関
し、より詳しくは半導体素子上の電極とインナーリード
間の配線距離が少なくとも３ｍｍ以上を有する半導体装
置で、かつ接合後の接合強度を向上せしめるボンディン
グ用金合金細線に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子上の電極と外部リード
との間を接続するボンディング線としては、電気伝導
性、耐食性等の信頼性から金合金細線が主として使用さ
れている。金合金細線をボンディングする技術として
は、熱圧着法が代表的な方法である。熱圧着法は、金合
金細線の先端部分を電気トーチで加熱溶融し、表面張力
によりボールを形成させた後に、１５０〜３００℃の範
囲内で加熱した半導体素子上の電極にこのボール部を圧
着し、超音波振動を付加して接合せしめた後に、さらに
リード側との接続を超音波圧着接合で行う方法が一般的
である。
との間を接続するボンディング線としては、電気伝導
性、耐食性等の信頼性から金合金細線が主として使用さ
れている。金合金細線をボンディングする技術として
は、熱圧着法が代表的な方法である。熱圧着法は、金合
金細線の先端部分を電気トーチで加熱溶融し、表面張力
によりボールを形成させた後に、１５０〜３００℃の範
囲内で加熱した半導体素子上の電極にこのボール部を圧
着し、超音波振動を付加して接合せしめた後に、さらに
リード側との接続を超音波圧着接合で行う方法が一般的
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の集
積度の進歩に伴って、論理回路用半導体素子上の電極数
が増加し、かつ半導体装置の小型化が図られている。電
極数の増加は、半導体素子上の電極間ピッチあるいはイ
ンナーリード間ピッチの加工限界等の制約から、半導体
素子上の電極とインナーリード間との距離を必然的に長
くし（以下ロングスパンと称する）、従来３ｍｍ程度で
あった金合金細線の接続距離が４．５〜５ｍｍに増大し
ている。その結果、半導体素子の樹脂封止時に、樹脂の
流動抵抗による金合金細線の変形によってワイヤ流れが
生じ、金合金細線間の接触による半導体装置の不良を起
こしやすいこと、また近年、半導体素子上の配線幅を細
くするために従来の純アルミニウム配線からアルミニウ
ム合金配線へと変わりつつあり、半導体素子上の電極表
面に生じる酸化物層により金ボールとの接合強度が低下
して接合信頼性を悪化させる現象や、振動断線を抑える
ためにリードフレーム上にポリイミドフィルムを接着し
た構造を用いることから、ボンディング時の接合温度を
低温化せざるを得ず、このため接合強度の低下と接合信
頼性の悪化を招く等の問題が生じている。
積度の進歩に伴って、論理回路用半導体素子上の電極数
が増加し、かつ半導体装置の小型化が図られている。電
極数の増加は、半導体素子上の電極間ピッチあるいはイ
ンナーリード間ピッチの加工限界等の制約から、半導体
素子上の電極とインナーリード間との距離を必然的に長
くし（以下ロングスパンと称する）、従来３ｍｍ程度で
あった金合金細線の接続距離が４．５〜５ｍｍに増大し
ている。その結果、半導体素子の樹脂封止時に、樹脂の
流動抵抗による金合金細線の変形によってワイヤ流れが
生じ、金合金細線間の接触による半導体装置の不良を起
こしやすいこと、また近年、半導体素子上の配線幅を細
くするために従来の純アルミニウム配線からアルミニウ
ム合金配線へと変わりつつあり、半導体素子上の電極表
面に生じる酸化物層により金ボールとの接合強度が低下
して接合信頼性を悪化させる現象や、振動断線を抑える
ためにリードフレーム上にポリイミドフィルムを接着し
た構造を用いることから、ボンディング時の接合温度を
低温化せざるを得ず、このため接合強度の低下と接合信
頼性の悪化を招く等の問題が生じている。
【０００４】半導体製造業界では、これらの欠陥の発生
がないか、あるいは極めて欠陥発生率の少ない新規なロ
ングスパン用金合金細線への要望が高かった。本発明
は、半導体素子上の電極とインナーリード間の配線距離
が少なくとも３ｍｍ以上を有する半導体装置で、かつ接
合後の接合強度を向上せしめたボンディング用金合金細
線を提供することを目的とするものである。
がないか、あるいは極めて欠陥発生率の少ない新規なロ
ングスパン用金合金細線への要望が高かった。本発明
は、半導体素子上の電極とインナーリード間の配線距離
が少なくとも３ｍｍ以上を有する半導体装置で、かつ接
合後の接合強度を向上せしめたボンディング用金合金細
線を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の各
種金合金細線と上述の各種欠陥との関係を詳細に調査し
た結果、樹脂封止の際に流入する樹脂の流動抵抗によっ
て生じるワイヤ変形を防止するには、金合金細線のヤン
グ率を高くすることが有効であることを見出した。ヤン
グ率を向上させるには、金合金細線の再結晶温度を高く
し、かつ破断強度を向上させた金合金細線とすることが
有効である。本発明者らは、種々の金合金細線を試作し
て研究を行った結果、以下の元素類を含有せしめた金合
金細線が、樹脂封止時のワイヤ流れ欠陥を防止し、信頼
性を向上できることを見出した。また、接合強度を向上
させるには、ボンディング時の超音波接合条件の変更の
みでは十分な対応はできず、金合金細線の成分による接
合性の改善法を研究した結果、ある元素添加の組み合わ
せで改善できることを見出した。
種金合金細線と上述の各種欠陥との関係を詳細に調査し
た結果、樹脂封止の際に流入する樹脂の流動抵抗によっ
て生じるワイヤ変形を防止するには、金合金細線のヤン
グ率を高くすることが有効であることを見出した。ヤン
グ率を向上させるには、金合金細線の再結晶温度を高く
し、かつ破断強度を向上させた金合金細線とすることが
有効である。本発明者らは、種々の金合金細線を試作し
て研究を行った結果、以下の元素類を含有せしめた金合
金細線が、樹脂封止時のワイヤ流れ欠陥を防止し、信頼
性を向上できることを見出した。また、接合強度を向上
させるには、ボンディング時の超音波接合条件の変更の
みでは十分な対応はできず、金合金細線の成分による接
合性の改善法を研究した結果、ある元素添加の組み合わ
せで改善できることを見出した。
【０００６】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、その要旨とするところは下記のとおりである。 （１）カルシウムを３〜４０重量ｐｐｍ、ベリリウムを
０．５〜１５重量ｐｐｍ、イットリウムを４〜３０重量
ｐｐｍ、およびセリウムまたはランタンの一方または両
者を４〜３０重量ｐｐｍの範囲内で含有し、かつイット
リウム、およびセリウムまたはランタンの一方または両
者の総量を１１重量ｐｐｍ以上とし、なおかつカルシウ
ム、イットリウム、およびセリウムまたはランタンの一
方または両者の総量を７０重量ｐｐｍ以下とし、さらに
インジウムを５〜６０重量ｐｐｍの範囲内で含有し、残
部が金とその不可避不純物からなるボンディング用金合
金細線。
ので、その要旨とするところは下記のとおりである。 （１）カルシウムを３〜４０重量ｐｐｍ、ベリリウムを
０．５〜１５重量ｐｐｍ、イットリウムを４〜３０重量
ｐｐｍ、およびセリウムまたはランタンの一方または両
者を４〜３０重量ｐｐｍの範囲内で含有し、かつイット
リウム、およびセリウムまたはランタンの一方または両
者の総量を１１重量ｐｐｍ以上とし、なおかつカルシウ
ム、イットリウム、およびセリウムまたはランタンの一
方または両者の総量を７０重量ｐｐｍ以下とし、さらに
インジウムを５〜６０重量ｐｐｍの範囲内で含有し、残
部が金とその不可避不純物からなるボンディング用金合
金細線。
【０００７】（２）さらに、銀を５〜４０重量ｐｐｍ、
銅を５〜３０重量ｐｐｍ、およびパラジウムまたは白金
の一方または両者を５〜３０重量ｐｐｍの範囲内で含有
する前記（１）記載のボンディング用金合金細線。
銅を５〜３０重量ｐｐｍ、およびパラジウムまたは白金
の一方または両者を５〜３０重量ｐｐｍの範囲内で含有
する前記（１）記載のボンディング用金合金細線。
【０００８】
【作用】以下、本発明の構成についてさらに詳細に説明
する。本発明に使用する金は、少なくとも純度９９．９
９５％以上のものを前提としている。金の純度が９９．
９９５％未満の場合には、含有する不純物元素の種類に
もよるが、ボンダーのキャピラリーによるループ高さ制
御を行う場合に、ボールネック部に亀裂を生じる発生頻
度が増大する他、本発明の構成による金合金細線の特性
のバラツキが増大する結果、金合金細線としての安定し
た品質を確保できなくなる。望ましい金純度としては、
９９．９９９％以上である。
する。本発明に使用する金は、少なくとも純度９９．９
９５％以上のものを前提としている。金の純度が９９．
９９５％未満の場合には、含有する不純物元素の種類に
もよるが、ボンダーのキャピラリーによるループ高さ制
御を行う場合に、ボールネック部に亀裂を生じる発生頻
度が増大する他、本発明の構成による金合金細線の特性
のバラツキが増大する結果、金合金細線としての安定し
た品質を確保できなくなる。望ましい金純度としては、
９９．９９９％以上である。
【０００９】金中のカルシウム、イットリウム、および
セリウムまたはランタンは、伸線加工時に適度な加工硬
化をもたらし、伸線途中での断線の発生を防止する他、
金線の加工組織の熱処理による再結晶温度を上昇させる
効果が知られている（例えば、ドイツ国特許公告第１６
０８１６１号〔１９７０年９月２４日〕、特開昭５８−
１５４２４２号公報等）。
セリウムまたはランタンは、伸線加工時に適度な加工硬
化をもたらし、伸線途中での断線の発生を防止する他、
金線の加工組織の熱処理による再結晶温度を上昇させる
効果が知られている（例えば、ドイツ国特許公告第１６
０８１６１号〔１９７０年９月２４日〕、特開昭５８−
１５４２４２号公報等）。
【００１０】本発明者らは、研究の過程で、カルシウ
ム、ベリリウム、イットリウム、およびセリウムまたは
ランタンの一方または両者を含有する金合金細線がヤン
グ率を向上させ、結果として樹脂封止時に生じるワイヤ
流れを低減させる効果があることを見出した。この効果
は、イットリウムを含まない希土類元素類の組み合わせ
場合には、調質熱処理後の金合金細線の破断強度が、イ
ットリウムとセリウムまたはランタンの一方または両者
との組み合わせの場合と同様に向上するものの、ヤング
率の向上には必ずしも十分でなかった。
ム、ベリリウム、イットリウム、およびセリウムまたは
ランタンの一方または両者を含有する金合金細線がヤン
グ率を向上させ、結果として樹脂封止時に生じるワイヤ
流れを低減させる効果があることを見出した。この効果
は、イットリウムを含まない希土類元素類の組み合わせ
場合には、調質熱処理後の金合金細線の破断強度が、イ
ットリウムとセリウムまたはランタンの一方または両者
との組み合わせの場合と同様に向上するものの、ヤング
率の向上には必ずしも十分でなかった。
【００１１】また、インジウムは、従来ループ高さを高
くする効果が知られていたが（例えば、特開昭６３−１
４５７２９号公報）、本発明者らは研究の過程で、これ
がヤング率を向上させる効果を有することを新たに見出
した。この組み合わせの場合には、イットリウムとセリ
ウムまたはランタンの一方または両者の含有量がほぼ等
量の場合に、その効果が大きくなることを見出した。他
方、インジウムの場合は、含有量を増加させても調質熱
処理後の金合金細線の破断強度には変化がない。イット
リウムとセリウムまたはランタンの一方または両者とに
よる効果とインジウムの効果を組み合わせることで、調
質熱処理後の金合金細線の破断強度を必要以上に大きく
することなく、ヤング率を向上させることができる。
くする効果が知られていたが（例えば、特開昭６３−１
４５７２９号公報）、本発明者らは研究の過程で、これ
がヤング率を向上させる効果を有することを新たに見出
した。この組み合わせの場合には、イットリウムとセリ
ウムまたはランタンの一方または両者の含有量がほぼ等
量の場合に、その効果が大きくなることを見出した。他
方、インジウムの場合は、含有量を増加させても調質熱
処理後の金合金細線の破断強度には変化がない。イット
リウムとセリウムまたはランタンの一方または両者とに
よる効果とインジウムの効果を組み合わせることで、調
質熱処理後の金合金細線の破断強度を必要以上に大きく
することなく、ヤング率を向上させることができる。
【００１２】スパン５ｍｍ以上の半導体装置の樹脂封止
後のワイヤ流れは、従来の金合金細線を使用した場合に
は、一般的に１０％を超えるのが現状である。ワイヤ流
れをこれ以下にするには、図１〜図４に示すように、ヤ
ング率の値が８５００〜９０００ｋｇ／ｍｍ2 以上の値
にする必要があることが実験結果から判明した。なお、
本発明におけるヤング率は、いづれも引張試験法で得ら
れた常温での値で表示した。
後のワイヤ流れは、従来の金合金細線を使用した場合に
は、一般的に１０％を超えるのが現状である。ワイヤ流
れをこれ以下にするには、図１〜図４に示すように、ヤ
ング率の値が８５００〜９０００ｋｇ／ｍｍ2 以上の値
にする必要があることが実験結果から判明した。なお、
本発明におけるヤング率は、いづれも引張試験法で得ら
れた常温での値で表示した。
【００１３】カルシウムの含有量が３重量ｐｐｍ未満で
は、本発明の他の構成元素を最大限に含有せしめたとし
てもヤング率の値が上述の値には達せず不十分であるこ
とから、カルシウムの下限を３重量ｐｐｍとした。ま
た、ロングスパンのボンディングを行うと、一般的には
３ｍｍ未満の距離のボンディングの場合よりループ高さ
が高くなる傾向があり、ループ高さを制御するためには
カルシウム含有量を増量させる必要がある。しかしなが
ら、本発明の構成要素であるイットリウムとセリウムま
たはランタンの一方または両者の含有量が合計３０重量
ｐｐｍで、なおかつカルシウム含有量が４０重量ｐｐｍ
を超えると、現状のボンダーに設置されたアーク放電用
電源の特性では、安定したボール形成が可能な最短時間
の放電条件（例えば、０．５ミリ秒以下）にしてもボー
ル先端部に収縮孔が発生して真球ボールが形成されない
こと、およびシェア強度の低下が著しいことから、カル
シウム含有量の上限を４０重量ｐｐｍとした。
は、本発明の他の構成元素を最大限に含有せしめたとし
てもヤング率の値が上述の値には達せず不十分であるこ
とから、カルシウムの下限を３重量ｐｐｍとした。ま
た、ロングスパンのボンディングを行うと、一般的には
３ｍｍ未満の距離のボンディングの場合よりループ高さ
が高くなる傾向があり、ループ高さを制御するためには
カルシウム含有量を増量させる必要がある。しかしなが
ら、本発明の構成要素であるイットリウムとセリウムま
たはランタンの一方または両者の含有量が合計３０重量
ｐｐｍで、なおかつカルシウム含有量が４０重量ｐｐｍ
を超えると、現状のボンダーに設置されたアーク放電用
電源の特性では、安定したボール形成が可能な最短時間
の放電条件（例えば、０．５ミリ秒以下）にしてもボー
ル先端部に収縮孔が発生して真球ボールが形成されない
こと、およびシェア強度の低下が著しいことから、カル
シウム含有量の上限を４０重量ｐｐｍとした。
【００１４】イットリウムとセリウムまたはランタンの
一方または両者の共存効果としては、上述した如く、ヤ
ング率を向上させる効果がある。本発明者らは、本発明
の他の構成元素、すなわちカルシウム、ベリリウムおよ
びインジウムとこれらを同時に含有させた場合に、従来
の金合金細線のヤング率よりも高い値が得られることを
見出した。上述のヤング率（８５００〜９０００ｋｇ／
ｍｍ2 ）を得るためには、イットリウムとセリウムまた
はランタンの一方または両者のそれぞれの含有量が４重
量ｐｐｍ以上で、かつこれらの合計量が１１重量ｐｐｍ
以上である必要があることから、下限値をそれぞれ４重
量ｐｐｍとし、これらの総量の下限値を１１重量ｐｐｍ
とした。ただし、スパンが５ｍｍ以下の場合には、この
下限値未満でも樹脂封止時のワイヤ流れ量を１０％以下
にできることは、スパンが短く流動樹脂との接触面積の
低下分だけワイヤ変形が減少することからも明らかであ
る。また、ヤング率の値を８５００〜９０００ｋｇ／ｍ
ｍ2 以上の値にするためには、イットリウムとセリウム
またはランタンの一方または両者の含有量をほぼ同量に
することが望ましい。他方、イットリウムとセリウムま
たはランタンの一方または両者の含有量が、それぞれ３
０重量ｐｐｍを超え、なおかつ本発明の構成元素のう
ち、カルシウムが４０重量ｐｐｍを超えると、前述のア
ーク放電用電源の特性では大きな収縮孔がボール先端部
に形成され、半導体素子上の電極との接合時にこの収縮
孔が残存すること、またシェア強度の低下が大きくなっ
て接合信頼性を低下させることから、イットリウムとセ
リウムまたはランタンの一方または両者の上限を、それ
ぞれ３０重量ｐｐｍとした。
一方または両者の共存効果としては、上述した如く、ヤ
ング率を向上させる効果がある。本発明者らは、本発明
の他の構成元素、すなわちカルシウム、ベリリウムおよ
びインジウムとこれらを同時に含有させた場合に、従来
の金合金細線のヤング率よりも高い値が得られることを
見出した。上述のヤング率（８５００〜９０００ｋｇ／
ｍｍ2 ）を得るためには、イットリウムとセリウムまた
はランタンの一方または両者のそれぞれの含有量が４重
量ｐｐｍ以上で、かつこれらの合計量が１１重量ｐｐｍ
以上である必要があることから、下限値をそれぞれ４重
量ｐｐｍとし、これらの総量の下限値を１１重量ｐｐｍ
とした。ただし、スパンが５ｍｍ以下の場合には、この
下限値未満でも樹脂封止時のワイヤ流れ量を１０％以下
にできることは、スパンが短く流動樹脂との接触面積の
低下分だけワイヤ変形が減少することからも明らかであ
る。また、ヤング率の値を８５００〜９０００ｋｇ／ｍ
ｍ2 以上の値にするためには、イットリウムとセリウム
またはランタンの一方または両者の含有量をほぼ同量に
することが望ましい。他方、イットリウムとセリウムま
たはランタンの一方または両者の含有量が、それぞれ３
０重量ｐｐｍを超え、なおかつ本発明の構成元素のう
ち、カルシウムが４０重量ｐｐｍを超えると、前述のア
ーク放電用電源の特性では大きな収縮孔がボール先端部
に形成され、半導体素子上の電極との接合時にこの収縮
孔が残存すること、またシェア強度の低下が大きくなっ
て接合信頼性を低下させることから、イットリウムとセ
リウムまたはランタンの一方または両者の上限を、それ
ぞれ３０重量ｐｐｍとした。
【００１５】ベリリウムは、加工硬化による伸線時の金
合金細線の強度を向上させる効果が知られている。ベリ
リウムと、カルシウム、イットリウム、およびセリウム
またはランタンの一方または両者を含有する金合金細線
は、ボールネック部の結晶粒を従来の金合金細線よりも
細かくできる効果がある他、常温強度を向上させる効果
もある。この効果は、カルシウムを含有する条件下で
は、ベリリウムが０．５重量ｐｐｍ未満では加工硬化の
効果が十分に得られず、一方、他の共存元素を含む場合
には、１５重量ｐｐｍを超えるとボール部の硬さが大に
なり、結果としてボンディング時に電極下部の半導体素
子に割れ等の損傷を起こす場合があること、またボール
先端部に収縮孔が発生して充分な接合信頼性が得られな
いことなどから、ベリリウム含有量の上限を１５重量ｐ
ｐｍとした。
合金細線の強度を向上させる効果が知られている。ベリ
リウムと、カルシウム、イットリウム、およびセリウム
またはランタンの一方または両者を含有する金合金細線
は、ボールネック部の結晶粒を従来の金合金細線よりも
細かくできる効果がある他、常温強度を向上させる効果
もある。この効果は、カルシウムを含有する条件下で
は、ベリリウムが０．５重量ｐｐｍ未満では加工硬化の
効果が十分に得られず、一方、他の共存元素を含む場合
には、１５重量ｐｐｍを超えるとボール部の硬さが大に
なり、結果としてボンディング時に電極下部の半導体素
子に割れ等の損傷を起こす場合があること、またボール
先端部に収縮孔が発生して充分な接合信頼性が得られな
いことなどから、ベリリウム含有量の上限を１５重量ｐ
ｐｍとした。
【００１６】インジウムの効果としては、上述の如く、
ループ高さを高くすることが知られている。本発明者ら
は、この効果の他に、再結晶温度やその他の機械的特性
には殆ど影響を与えずにヤング率を向上させるという効
果を見出した。さらに、カルシウム、ベリリウム、イッ
トリウム、およびセリウムまたはランタンの一方または
両者との共存状態では、複合的効果によってヤング率の
値をさらに向上させる結果、容易にヤング率の値を８５
００〜９０００ｋｇ／ｍｍ2 以上にでき、結果として樹
脂封止後のワイヤ流れを低減できることを見出した。こ
の効果を確実に発現させるには、インジウムの含有量は
５重量ｐｐｍ以上が必要である。他方、インジウムの含
有量が６０重量ｐｐｍを超えてもヤング率の向上効果は
認められるものの、ループ高さは却って低くなる傾向が
あり、なおかつループ高さのバラツキが増大することか
ら、インジウム含有量の範囲を５〜６０重量ｐｐｍとし
た。
ループ高さを高くすることが知られている。本発明者ら
は、この効果の他に、再結晶温度やその他の機械的特性
には殆ど影響を与えずにヤング率を向上させるという効
果を見出した。さらに、カルシウム、ベリリウム、イッ
トリウム、およびセリウムまたはランタンの一方または
両者との共存状態では、複合的効果によってヤング率の
値をさらに向上させる結果、容易にヤング率の値を８５
００〜９０００ｋｇ／ｍｍ2 以上にでき、結果として樹
脂封止後のワイヤ流れを低減できることを見出した。こ
の効果を確実に発現させるには、インジウムの含有量は
５重量ｐｐｍ以上が必要である。他方、インジウムの含
有量が６０重量ｐｐｍを超えてもヤング率の向上効果は
認められるものの、ループ高さは却って低くなる傾向が
あり、なおかつループ高さのバラツキが増大することか
ら、インジウム含有量の範囲を５〜６０重量ｐｐｍとし
た。
【００１７】カルシウム、ベリリウム、イットリウム、
およびセリウムまたはランタン一方または両者を含む金
合金細線は、いずれの元素も酸素との親和力が強く、ボ
ール表面に酸化物を形成する結果として、半導体素子上
の電極との接合において剪断強度（以下シェア強度と称
する）が低下する傾向がある。また、ポリイミドフィル
ムをリードフレームに接着させて、インナーリードの振
動を抑えるなどの周辺材料等の制約から、ボンディング
時の温度を低温化させる場合も同様に剪断強度が低下す
る。
およびセリウムまたはランタン一方または両者を含む金
合金細線は、いずれの元素も酸素との親和力が強く、ボ
ール表面に酸化物を形成する結果として、半導体素子上
の電極との接合において剪断強度（以下シェア強度と称
する）が低下する傾向がある。また、ポリイミドフィル
ムをリードフレームに接着させて、インナーリードの振
動を抑えるなどの周辺材料等の制約から、ボンディング
時の温度を低温化させる場合も同様に剪断強度が低下す
る。
【００１８】本発明者らは、上記のような場合に、パラ
ジウムまたは白金の一方または両者と、銀および銅とを
共存させることにより、このシェア強度の低下を防止で
きることを見出した。この理由については、未だ十分に
解明されていないが、電極と接合される部分の酸化物が
ボールネック側に移行し、接合強度を確保するのに必要
な金属面が存在しているためと考えられる。
ジウムまたは白金の一方または両者と、銀および銅とを
共存させることにより、このシェア強度の低下を防止で
きることを見出した。この理由については、未だ十分に
解明されていないが、電極と接合される部分の酸化物が
ボールネック側に移行し、接合強度を確保するのに必要
な金属面が存在しているためと考えられる。
【００１９】パラジウムあるいは白金と、銀および銅
は、金と全率固溶する元素であり、金中に数パーセント
以上を含有させると機械的強度の向上に効果があるもの
の、１００重量ｐｐｍ以下の微量添加では機械的強度の
向上には殆ど寄与しないことが知られている。ボール接
合部の剪断強度（シェア強度）を向上させる効果は、種
々の実験の結果、パラジウムまたは白金の一方または両
者が５重量ｐｐｍ％未満では十分な効果がなく、また３
０重量ｐｐｍ超ではその効果が飽和し、ループ高さのバ
ラツキが増大する傾向が現れることから、パラジウムま
たは白金の一方または両者の範囲を５〜３０重量ｐｐｍ
とした。
は、金と全率固溶する元素であり、金中に数パーセント
以上を含有させると機械的強度の向上に効果があるもの
の、１００重量ｐｐｍ以下の微量添加では機械的強度の
向上には殆ど寄与しないことが知られている。ボール接
合部の剪断強度（シェア強度）を向上させる効果は、種
々の実験の結果、パラジウムまたは白金の一方または両
者が５重量ｐｐｍ％未満では十分な効果がなく、また３
０重量ｐｐｍ超ではその効果が飽和し、ループ高さのバ
ラツキが増大する傾向が現れることから、パラジウムま
たは白金の一方または両者の範囲を５〜３０重量ｐｐｍ
とした。
【００２０】銀を含有せしめると、わずかながらボール
ネック部の引張強度を上げる効果があるが、ボール接合
部の剪断強度（シェア強度）を大にする効果は、銀が５
重量ｐｐｍ未満では、他の元素が十分に存在していても
不十分であり、また４０重量ｐｐｍ超では、接合部の長
期信頼性を低下させる傾向があることから、銀の範囲を
５〜４０重量ｐｐｍとした。
ネック部の引張強度を上げる効果があるが、ボール接合
部の剪断強度（シェア強度）を大にする効果は、銀が５
重量ｐｐｍ未満では、他の元素が十分に存在していても
不十分であり、また４０重量ｐｐｍ超では、接合部の長
期信頼性を低下させる傾向があることから、銀の範囲を
５〜４０重量ｐｐｍとした。
【００２１】銅は、その他の銀、白金あるいはパラジウ
ムが十分に含有されている場合でも、５重量ｐｐｍ未満
ではボール接合部の剪断強度（シェア強度）を大にする
効果が十分でなく、また３０重量ｐｐｍ超では、その他
の共存元素の共存下で形成したボールの硬度が大にな
り、ボンディング時に半導体素子の損傷を起こす頻度が
増加することから、その範囲を５〜３０重量ｐｐｍとし
た。
ムが十分に含有されている場合でも、５重量ｐｐｍ未満
ではボール接合部の剪断強度（シェア強度）を大にする
効果が十分でなく、また３０重量ｐｐｍ超では、その他
の共存元素の共存下で形成したボールの硬度が大にな
り、ボンディング時に半導体素子の損傷を起こす頻度が
増加することから、その範囲を５〜３０重量ｐｐｍとし
た。
【００２２】また、パラジウムあるいは白金は、銀およ
び銅との共存によって、ボールネック部のループ制御時
に金合金細線が受ける変形によって生じる微細な損傷が
低下させる効果が認められた。しかしながら、パラジウ
ムまたは白金の一方または両者と、銀および銅からなる
元素の総量が多くなるとループ高さのバラツキが増大す
ることから、これらの総量を２５〜５０重量ｐｐｍの範
囲にすることが望ましい。
び銅との共存によって、ボールネック部のループ制御時
に金合金細線が受ける変形によって生じる微細な損傷が
低下させる効果が認められた。しかしながら、パラジウ
ムまたは白金の一方または両者と、銀および銅からなる
元素の総量が多くなるとループ高さのバラツキが増大す
ることから、これらの総量を２５〜５０重量ｐｐｍの範
囲にすることが望ましい。
【００２３】
【実施例】以下、実施例について説明する。まず、金純
度が９９．９９９重量％の電解金を用いて、前述の各添
加元素を含有する母合金を個別に高周波真空溶解炉で溶
解鋳造して溶製した。このようにして得られた各添加元
素の母合金の所定量と、金の純度が９９．９９９重量％
である電解金とにより、本発明の構成成分からなる表１
〜表１３（表１１のつづき−２）の金合金と本発明の構
成成分の範囲外の成分からなる表１４〜表１８（表１６
のつづき−２）の金合金を高周波真空溶解炉で溶解鋳造
し、その鋳塊を圧延した後に常温で伸線加工を行い、加
工硬化の増大によるダイヤモンドダイスの寿命低下の防
止と伸線時の集合組織制御のために、金合金細線の中間
焼鈍工程を加えた。さらに伸線加工を続け、最終線径を
２５μｍφの金合金細線とした後に、大気雰囲気中で連
続焼鈍して金合金細線の伸び値が約４〜５％になるよう
に調整した。
度が９９．９９９重量％の電解金を用いて、前述の各添
加元素を含有する母合金を個別に高周波真空溶解炉で溶
解鋳造して溶製した。このようにして得られた各添加元
素の母合金の所定量と、金の純度が９９．９９９重量％
である電解金とにより、本発明の構成成分からなる表１
〜表１３（表１１のつづき−２）の金合金と本発明の構
成成分の範囲外の成分からなる表１４〜表１８（表１６
のつづき−２）の金合金を高周波真空溶解炉で溶解鋳造
し、その鋳塊を圧延した後に常温で伸線加工を行い、加
工硬化の増大によるダイヤモンドダイスの寿命低下の防
止と伸線時の集合組織制御のために、金合金細線の中間
焼鈍工程を加えた。さらに伸線加工を続け、最終線径を
２５μｍφの金合金細線とした後に、大気雰囲気中で連
続焼鈍して金合金細線の伸び値が約４〜５％になるよう
に調整した。
【００２４】得られた金合金細線について、常温の機械
的特性を表１〜表１３に併せて示した。また、本発明の
構成成分の範囲外の金合金細線の機械的特性を表１４〜
表１８に併せて示した。これらの金合金細線のボンディ
ング特性を調査するために、ボール径を金合金細線の
２．５倍になるように調整し、接合条件とループ制御条
件を一定条件に設定した高速自動ボンダーを使用して、
ＱＦＰ１００ピンのリードフレームにスパン５．０ｍｍ
にしたダミー半導体素子上の電極とインナーリードとの
間を接合した。その後、ループ高さ、ワイヤ変形量、プ
ル強度、およびシェア強度を測定した。
的特性を表１〜表１３に併せて示した。また、本発明の
構成成分の範囲外の金合金細線の機械的特性を表１４〜
表１８に併せて示した。これらの金合金細線のボンディ
ング特性を調査するために、ボール径を金合金細線の
２．５倍になるように調整し、接合条件とループ制御条
件を一定条件に設定した高速自動ボンダーを使用して、
ＱＦＰ１００ピンのリードフレームにスパン５．０ｍｍ
にしたダミー半導体素子上の電極とインナーリードとの
間を接合した。その後、ループ高さ、ワイヤ変形量、プ
ル強度、およびシェア強度を測定した。
【００２５】ループ高さは、微小距離測定機付投影機を
用いて半導体素子の電極面を基準線にし、１００本のル
ープの最高高さを求めて平均値とバラツキを求めた。ワ
イヤ変形量は、微小距離測定機付投影機で基準線に半導
体素子上の電極に接合したワイヤネック部とインナーリ
ード側の両接合部を合致させた後に、金合金細線の隔た
り（最大たわみ量）の距離を各１００本測定し、その平
均値で示した。
用いて半導体素子の電極面を基準線にし、１００本のル
ープの最高高さを求めて平均値とバラツキを求めた。ワ
イヤ変形量は、微小距離測定機付投影機で基準線に半導
体素子上の電極に接合したワイヤネック部とインナーリ
ード側の両接合部を合致させた後に、金合金細線の隔た
り（最大たわみ量）の距離を各１００本測定し、その平
均値で示した。
【００２６】プル強度は、ボンディング後の金合金細線
の中央部（各スパンの中央部）にフックを掛けて、垂直
に移動させて金合金細線が破断する際の最大荷重を１０
０本測定し、その平均値で表した。シェア強度は、半導
体素子上の電極に接合したボール部を素子の電極から３
μｍ離れた位置の冶具を電極と平行に移動させてボール
を剪断破壊し、その時の最大荷重を測定した１００個の
平均値で評価した。
の中央部（各スパンの中央部）にフックを掛けて、垂直
に移動させて金合金細線が破断する際の最大荷重を１０
０本測定し、その平均値で表した。シェア強度は、半導
体素子上の電極に接合したボール部を素子の電極から３
μｍ離れた位置の冶具を電極と平行に移動させてボール
を剪断破壊し、その時の最大荷重を測定した１００個の
平均値で評価した。
【００２７】また、このボンディング時に別途作成した
ボールを、走査型電子顕微鏡で形状と収縮孔の有無を、
各金合金細線につき５個を観察し、正常なボールが５個
とも得られたものを○印、異常なボールが２個以上観察
された場合には×印で表示した。ワイヤ流れは、同一ロ
ットの封止用樹脂を用いてシングルポット方式の封止装
置にて樹脂封止した後、柔Ｘ線透過装置で金合金細線の
変形量をワイヤ変形量の測定と同じ要領で、５個の半導
体装置の樹脂流入孔の両側の各５本、総計５０本の最大
たわみ量の百分率で示した値の平均値から、７．５％以
下を○印で、１０％以下を△印で、１０％を超える場合
を×印で表わし、表１〜表１８に示した。
ボールを、走査型電子顕微鏡で形状と収縮孔の有無を、
各金合金細線につき５個を観察し、正常なボールが５個
とも得られたものを○印、異常なボールが２個以上観察
された場合には×印で表示した。ワイヤ流れは、同一ロ
ットの封止用樹脂を用いてシングルポット方式の封止装
置にて樹脂封止した後、柔Ｘ線透過装置で金合金細線の
変形量をワイヤ変形量の測定と同じ要領で、５個の半導
体装置の樹脂流入孔の両側の各５本、総計５０本の最大
たわみ量の百分率で示した値の平均値から、７．５％以
下を○印で、１０％以下を△印で、１０％を超える場合
を×印で表わし、表１〜表１８に示した。
【００２８】図１および図３には、表１〜表１３の本発
明実施例の代表的な成分についてのインジウム、イット
リウム、およびセリウムまたはランタンの含有量を変化
させた場合のヤング率を引張試験法で求めた結果を示
し、また図２および図４には、この金合金細線を樹脂封
止した後のワイヤ流れを上述の方法で測定した結果を示
した。
明実施例の代表的な成分についてのインジウム、イット
リウム、およびセリウムまたはランタンの含有量を変化
させた場合のヤング率を引張試験法で求めた結果を示
し、また図２および図４には、この金合金細線を樹脂封
止した後のワイヤ流れを上述の方法で測定した結果を示
した。
【００２９】本発明の構成成分からなる表１〜表１３の
各金合金細線のボンディング結果は、表１４〜表１８に
記載する比較例に比べて樹脂封止後の流れ率がいずれも
１０％以下を示し、ボール形状もいずれも正常であっ
た。なお、表１４〜表１８の比較例の試作材中にも樹脂
封止後の流れ率が１０％以下を示す金合金細線もある
が、いずれもループ高さのバラツキやワイヤ変形量が大
きかったり、シェア強度が５０ｇｆ以下であるか、ある
いはボール形状が異常である等の欠陥を有している。
各金合金細線のボンディング結果は、表１４〜表１８に
記載する比較例に比べて樹脂封止後の流れ率がいずれも
１０％以下を示し、ボール形状もいずれも正常であっ
た。なお、表１４〜表１８の比較例の試作材中にも樹脂
封止後の流れ率が１０％以下を示す金合金細線もある
が、いずれもループ高さのバラツキやワイヤ変形量が大
きかったり、シェア強度が５０ｇｆ以下であるか、ある
いはボール形状が異常である等の欠陥を有している。
【００３０】プル強度は、一般には最低４ｇｆ以上の値
であればよいといわれているが、表１〜表１３の実施例
の結果はいずれもこの値を満足している。これに対し
て、比較例の中にはこの値を満たさない場合もあった。
また、シェア強度は、一般的には最低４０ｇｆ以上あれ
ば、半導体装置としては問題がないとされているが、ス
テージ温度を低くせざるを得ない場合には、一般的に１
０ｇｆ以上低下する傾向があることから、最低５０ｇｆ
以上が望まれる。本発明の構成成分からなる各金合金細
線は、いずれも５０ｇｆ以上の値が確保されている。
であればよいといわれているが、表１〜表１３の実施例
の結果はいずれもこの値を満足している。これに対し
て、比較例の中にはこの値を満たさない場合もあった。
また、シェア強度は、一般的には最低４０ｇｆ以上あれ
ば、半導体装置としては問題がないとされているが、ス
テージ温度を低くせざるを得ない場合には、一般的に１
０ｇｆ以上低下する傾向があることから、最低５０ｇｆ
以上が望まれる。本発明の構成成分からなる各金合金細
線は、いずれも５０ｇｆ以上の値が確保されている。
【００３１】本発明の範囲内の銀、銅、および白金また
はパラジウムの一方または両者を含む金合金細線の剪断
強度は、これらを含まない同一成分の場合より、いづれ
も高い値を示している。図２および図４の結果は、ヤン
グ率の値と樹脂封止後のワイヤ流れ量との関係を示すも
ので、ヤング率とワイヤ流れ量とには明らかに相関があ
ることを示しており、ヤング率が高くなるとワイヤ流れ
量は減少している。このことからも、表１〜表１３に示
す本発明の構成成分からなる金合金細線の樹脂封止後の
ワイヤ流れ量が表１４〜表１８の比較例よりいずれも良
好であることは、単に金合金細線の破断強度に依存する
のではなく、ヤング率の寄与が大きいことを表してい
る。
はパラジウムの一方または両者を含む金合金細線の剪断
強度は、これらを含まない同一成分の場合より、いづれ
も高い値を示している。図２および図４の結果は、ヤン
グ率の値と樹脂封止後のワイヤ流れ量との関係を示すも
ので、ヤング率とワイヤ流れ量とには明らかに相関があ
ることを示しており、ヤング率が高くなるとワイヤ流れ
量は減少している。このことからも、表１〜表１３に示
す本発明の構成成分からなる金合金細線の樹脂封止後の
ワイヤ流れ量が表１４〜表１８の比較例よりいずれも良
好であることは、単に金合金細線の破断強度に依存する
のではなく、ヤング率の寄与が大きいことを表してい
る。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
【表７】
【００３９】
【表８】
【００４０】
【表９】
【００４１】
【表１０】
【００４２】
【表１１】
【００４３】
【表１２】
【００４４】
【表１３】
【００４５】
【表１４】
【００４６】
【表１５】
【００４７】
【表１６】
【００４８】
【表１７】
【００４９】
【表１８】
【００５０】
【発明の効果】本発明の金合金細線は、ループ高さのバ
ラツキが小さく、樹脂封止後のワイヤ流れが少ないこと
から、所謂ロングスパン用のボンディングワイヤとして
有用な効果を有していることから、工業上極めて有用な
特性を有するものである。
ラツキが小さく、樹脂封止後のワイヤ流れが少ないこと
から、所謂ロングスパン用のボンディングワイヤとして
有用な効果を有していることから、工業上極めて有用な
特性を有するものである。
【図１】本発明の代表的な成分についてのインジウム、
イットリウム、およびセリウムまたはランタンの含有量
によるヤング率の変化を示す図である。
イットリウム、およびセリウムまたはランタンの含有量
によるヤング率の変化を示す図である。
【図２】ヤング率の値と樹脂封止後のワイヤ流れ量との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】本発明の代表的な成分についてのインジウム、
イットリウム、およびセリウムまたはランタンの含有量
によるヤング率の変化を示す図である。
イットリウム、およびセリウムまたはランタンの含有量
によるヤング率の変化を示す図である。
【図４】ヤング率の値と樹脂封止後のワイヤ流れ量との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 カルシウムを３〜４０重量ｐｐｍ、ベリ
リウムを０．５〜１５重量ｐｐｍ、イットリウムを４〜
３０重量ｐｐｍ、およびセリウムまたはランタンの一方
または両者を４〜３０重量ｐｐｍの範囲内で含有し、か
つイットリウム、およびセリウムまたはランタンの一方
または両者の総量を１１重量ｐｐｍ以上とし、なおかつ
カルシウム、イットリウム、およびセリウムまたはラン
タンの一方または両者の総量を７０重量ｐｐｍ以下と
し、さらにインジウムを５〜６０重量ｐｐｍの範囲内で
含有し、残部が金とその不可避不純物からなるボンディ
ング用金合金細線。 - 【請求項２】 さらに、銀を５〜４０重量ｐｐｍ、銅を
５〜３０重量ｐｐｍ、およびパラジウムまたは白金の一
方または両者を５〜３０重量ｐｐｍの範囲内で含有する
請求項１記載のボンディング用金合金細線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6127905A JPH07335686A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | ボンディング用金合金細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6127905A JPH07335686A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | ボンディング用金合金細線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335686A true JPH07335686A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14971566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6127905A Pending JPH07335686A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | ボンディング用金合金細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335686A (ja) |
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1994
- 1994-06-09 JP JP6127905A patent/JPH07335686A/ja active Pending
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