DE112016002674B3

DE112016002674B3 - Bonddraht für Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112016002674B3
Application number: DE112016002674.9T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamada; Daizo Oda; Teruo Haibara; Ryo Oishi; Kazuyuki Saito; Tomohiro Uno
Original assignee: Nippon Micrometal Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Micrometal Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: TWI618802B; TW201821625A; CN106489199A; CN113078134A; TW201923099A; TW201643890A; PH12016501076B1; CN107533992B; JP6254649B2; DE112015004422B4; EP3131113A1; TWI638366B; KR20180005652A; TWI631227B; US20170216974A1; US10610976B2; DE112016000133B4; EP3282473B1; KR20180008245A; JP6706280B2

Abstract

Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung, wobei der Bonddraht aufweist:ein Cu-Legierungskernmaterial; undeine auf einer Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildete Pd-Überzugschicht, wobeibei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zu einer Drahtachse des Bonddrahts eine Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung einen Anteil von mindestens 30 % unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung hat,eine mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts 0,9 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger beträgt, undder Bonddraht ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Al, In, Sn, P, As, Sb, Bi, Se und Te enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung, der dazu dient, Elektroden auf einer Halbleitervorrichtung und die Verdrahtung einer Leiterplatte, z. B. Außenanschlüsse, zu verbinden.
Hintergrund der Technik
Derzeit kommen als Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung, der zwischen Elektroden auf einer Halbleitervorrichtung und Außenanschlüssen verbindet (nachstehend „Bonddraht“ genannt), hauptsächlich Dünndrähte mit etwa 15 bis 50 µm Drahtdurchmesser zum Einsatz. Bei einem Verfahren zum Bonden des Bonddrahts handelt es sich allgemein um eine Technik zum Thermokompressionsbonden mit Hilfe von Ultraschall, die einen Mehrzweckbonder, ein Kapillarwerkzeug zum Bonden durch Hindurchführen des Bonddrahts u. ä. verwendet. Durchgeführt wird ein Bondverfahrensablauf eines Bonddrahts durch Erwärmen und Schmelzen einer Drahtspitze durch Lichtbogenwärmeeintrag, um ein Kugel (FAB: free air ball) durch Oberflächenspannung zu bilden; Crimp-Bonden des Kugelteils auf eine Elektrode der Halbleitervorrichtung, die in einem Bereich von 150 bis 300 °C erwärmt ist (nachstehend „Kugelbonden“ genannt); Bilden einer Schleife; und abschließendes Crimp-Bonden eines Drahtteils auf eine Elektrode des Außenanschlusses (nachstehend „Keilbonden“ genannt). Als Bondgegenstücke des Bonddrahts wird eine Elektrodenstruktur, in der eine hauptsächlich Al enthaltende Legierung als Film auf einem Si-Substrat gebildet ist, für die Elektrode auf der Halbleitervorrichtung verwendet, wogegen eine mit Ag oder Pd plattierte Elektrodenstruktur für die Elektrode des Außenanschlusses verwendet wird.
Au, das vorwiegend als Material des Bonddrahts zum Einsatz kam, wurde hauptsächlich für den LSI-Einsatz durch Cu abgelöst. Angesichts der in letzter Zeit zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen steigt der Bedarf am Ersatz von Au durch Cu auch für den Vorrichtungsgebrauch in Fahrzeugen.
Für einen Cu-Bonddraht wurde ein hochreines Kupfer (Reinheit mindestens 99,99 Masse-%) verwendender Draht vorgeschlagen (beispielsweise Patentzitat 1). Cu hat den Nachteil, oxidationsanfälliger als Au zu sein und hat Probleme, dass Bondzuverlässigkeit, Kugelbildungsfähigkeit und Keilbondbarkeit minderwertig sind. Als Verfahren zum Verhindern von Oberflächenoxidation eines Cu-Bonddrahts wurde eine Struktur vorgeschlagen, in der eine Oberfläche von Cu-Kernmaterial mit einem Metall beschichtet wird, z. B. Au, Ag, Pt, Pd, Ni, Co, Cr und Ti (Patentzitat 2). Vorgeschlagen wurde außerdem eine Struktur, in der eine Oberfläche von Cu-Kernmaterial mit Pd beschichtet ist, und eine Oberfläche davon mit Au, Ag, Cu oder einer Legierung davon beschichtet ist (Patentzitat 3). Weitere Bonddrähte sind in den Patentzitaten 4 und 5 beschrieben.
Verweis auf verwandte Technik
Patentliteratur

Patentzitat 1: JP S61-48543 A
Patentzitat 2: JP 2005-167020 A
Patentzitat 3: JP 2012-36490 A
Patentzitat 4: EP 1 677 345 A1
Patentzitat 5: US 8 389 860 B2

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Vorrichtungen in Fahrzeugen erfordern Bondzuverlässigkeit in einer rigoroseren Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit als allgemeine elektronische Vorrichtungen. Von größter Bedeutung ist dabei insbesondere die Bondlebensdauer eines Kugelbondteils, in dem das Kugelteil des Drahts mit der Elektrode gebondet ist.
Zu einem repräsentativen Bewertungsverfahren zur Bewertung der Bondzuverlässigkeit eines Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit gehört ein stark beschleunigter Temperatur- und Feuchtigkeit-Stresstest (HAST) (ein Beanspruchungstest in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit). Bei der Bewertung der Bondzuverlässigkeit eines Kugelbondteils durch HAST wird ein zu bewertendes Kugelbondteil einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit ausgesetzt, wonach die Bondlebensdauer des Kugelbondteils bewertet wird, indem zeitliche Änderungen eines Widerstandswerts des Bondteils gemessen oder indem zeitliche Änderungen der Scherfestigkeit des Kugelbondteils gemessen werden.
Ferner kommt als Möglichkeit zur Bewertung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur von mindestens 170 °C ein Hochtemperatur-Lagerungstest (HTS) zum Einsatz. Bei der Bewertung der Bondzuverlässigkeit eines Kugelbondteils durch HTS wird eine zu bewertende Probe einer Umgebung mit hoher Temperatur ausgesetzt, wonach die Bondlebensdauer des Kugelbondteils bewertet wird, indem zeitliche Änderungen eines Widerstandswerts des Bondteils gemessen oder indem zeitliche Änderungen der Scherfestigkeit des Kugelbondteils gemessen werden.
Als Ergebnis von Untersuchungen im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass der Bonddraht, der ein Element enthält, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, wie beispielsweise Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt, eine verbesserte Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur von mindestens 130 °C zeigt, vergleicht man ihn mit dem Draht, der kein derartiges Element enthält.
Ein Festigkeitsverhältnis ist durch die folgende Gleichung (1) definiert: $Festigkeitsverh \ddot{a} ltnis = Bruchfestigkeit/0, 2-%-Dehngrenze bzw . Flie ß festigkeit .$
Beim Keilbonden wird der Bonddraht extrem verformt. Wird der Draht Umformverfestigung bei der Verformung ausgesetzt, härtet der Draht nach dem Bonden, was zu einer Verringerung der Bondfestigkeit des Keilbondens führt. Um die Keilbondfestigkeit zu erhalten, beträgt das durch Gleichung (1) definierte Festigkeitsverhältnis vorzugsweise höchstens 1,6. Sind aber die vorgenannten Elemente im Draht zwecks Verbesserung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur enthalten, stieg das Festigkeitsverhältnis auf über 1,6. Folglich nahm die Bondfestigkeit des Keilbondens ab.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, der ein Cu-Legierungskernmaterial und eine auf einer Oberfläche davon gebildete Pd-Überzugschicht aufweist, wobei der Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung die Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils bei hoher Temperatur verbessern und das durch Gleichung (1) definierte Festigkeitsverhältnis von 1,1 bis 1,6 haben kann.
Problemlösungsweg
Somit lässt sich die Erfindung wie nachstehend dargestellt zusammenfassen.

[1] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung, wobei der Bonddraht aufweist: ein Cu-Legierungskernmaterial; und eine auf einer Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildete Pd-Überzugschicht, wobei der Bonddraht ein Element enthält, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, bei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zu einer Drahtachse des Bonddrahts eine Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung einen Anteil von mindestens 30 % unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung hat und eine mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts 0,9 bis 1,5 µm beträgt.
[2] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach Punkt [1], wobei ein durch die folgende Gleichung (1) definiertes Festigkeitsverhältnis 1,1 bis 1,6 beträgt: $Festigkeitsverh \ddot{a} ltnis = Bruchfestigkeit/0, 2-%-Flie ß festigkeit .$
[3] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach Punkt [1] oder [2], wobei eine Dicke der Pd-Überzugschicht 0,015 bis 0,150 µm beträgt.
[4] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [3], der ferner eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht auf der Pd-Überzugschicht aufweist.
[5] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach Punkt [4], wobei eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht höchstens 0,050 µm beträgt.
[6] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [5], wobei der Bonddraht mindestens ein Element enthält, das aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewählt ist, und eine Konzentration des mindestens einen Elements insgesamt 0,011 bis 2 Masse-% relativ zum gesamten Draht beträgt.
[7] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [6], wobei der Bonddraht ein oder mehrere Elemente enthält, die aus Ga und Ge ausgewählt sind, und eine Konzentration der Elemente insgesamt 0,011 bis 1,5 Masse-% relativ zum gesamten Draht beträgt.
[8] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [7], wobei der Bonddraht ein oder mehrere Elemente enthält, die aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt sind, eine Konzentration der Elemente insgesamt 0,1 bis 100 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht beträgt und Sn ≤ 10 Masse-ppm ist; Sb ≤ 10 Masse-ppm ist; und Bi ≤ 1 Masse-ppm ist.
[9] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [8], wobei der Bonddraht ferner mindestens ein Element enthält, das aus B, P, Mg, Ca und La ausgewählt ist, und eine Konzentration des jeweiligen mindestens einen Elements 1 bis 200 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht beträgt.
[10] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [9], wobei Cu an einer äußersten Oberfläche des Bonddrahts vorhanden ist.
[11] Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [10], wobei das Cu-Legierungskernmaterial ein metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 3,0 Masse-% enthält und eine Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Drahts mindestens 1 Atom-% beträgt.

Wirkung der Erfindung
Die Erfindung kann die Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur verbessern und kann für das durch Gleichung (1) definierte Festigkeitsverhältnis von 1,1 bis 1,6 sorgen.
Ausführungsform der Erfindung
Der Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung der Erfindung weist ein Cu-Legierungskernmaterial und eine Pd-Überzugschicht auf, die auf einer Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildet ist. In der Erfindung enthält der Bonddraht ein Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt; bei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zu einer Drahtachse des Bonddrahts hat eine Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung einen Anteil von mindestens 30 % unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung; und eine mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts beträgt 0,9 bis 1,5 µm.
Ein Formharz (ein Epoxidharz) als Gehäuse einer Halbleitervorrichtung enthält Chlor (Cl) in seinem Molekülgerüst. In einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit als HAST-Bewertungsbedingung hydrolysiert Cl im Molekülgerüst und löst sich als Chloridionen (Cl^-) auf. Wird in einem Fall, in dem ein Cu-Bonddraht ohne Pd-Überzugschicht mit einer Al-Elektrode gebondet ist, eine Cu/Al-Bondgrenzfläche hoher Temperatur ausgesetzt, diffundieren Cu und Al gegenseitig, und Cu₉Al₄ als intermetallische Verbindung wird letztlich gebildet. Cu₉Al₄ ist durch Halogen korrosionsanfällig und erfährt Korrosion durch aus dem Formharz herausgelöstes Cl, was zu Beeinträchtigung der Bondzuverlässigkeit führt. In einem Fall, in dem ein Cu-Draht eine Pd-Überzugschicht hat, hat eine Bondgrenzfläche zwischen dem Pd-beschichteten Cu-Draht und der Al-Elektrode eine Struktur aus Cu/Pd-konzentrierter Schicht/Al, wodurch eine Bildung der intermetallischen Cu₉Al₄-Verbindung reduziert ist, vergleicht man dies mit einem Fall des Cu-Drahts ohne Pd-Überzugschicht, jedoch ist seine Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, die für Vorrichtungen in Fahrzeugen erforderlich ist, immer noch unzureichend.
Im Gegensatz dazu geht man davon aus, dass bei einem enthaltenen Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur wie in der Erfindung sorgt, eine Bildung einer intermetallischen Cu₉Al₄-Verbindung im Bondteil in der Tendenz weiter reduziert ist.
Mit Blick auf die Verbesserung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur (insbesondere der HTS-Leistung bei mindestens 175 °C) beträgt die Konzentration des Elements, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, insgesamt relativ zum gesamten Draht vorzugsweise mindestens 0,011 Masse-%, stärker bevorzugt mindestens 0,030 Masse-%, noch stärker bevorzugt mindestens 0,050 Masse-%, mindestens 0,070 Masse-%, mindestens 0,090 Masse-%, mindestens 0,10 Masse-%, mindestens 0,15 Masse-% oder mindestens 0,20 Masse-%. Später wird das Element näher beschrieben, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt.
Wie zuvor beschrieben ist ein Festigkeitsverhältnis durch die folgende Gleichung (1) definiert: $Festigkeitsverh \ddot{a} ltnis = Bruchfestigkeit/0, 2-%- Flie ß festigkeit .$
Beim Keilbonden wird der Bonddraht extrem verformt. Wird der Draht Umformverfestigung bei der Verformung ausgesetzt, härtet der Draht nach dem Bonden, was zu einer Verringerung der Bondfestigkeit des Keilbondens führt. Um eine günstige Keilbondfestigkeit zu wahren, beträgt das durch Gleichung (1) definierte Festigkeitsverhältnis vorzugsweise höchstens 1,6. Ist aber das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, in einer Menge enthalten, die eine ausreichende Wirkung zwecks Verbesserung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur erreichen kann, stieg das Festigkeitsverhältnis auf über 1,6. Man geht davon aus, dass das in Cu als Kernmaterial enthaltene Element eine Zunahme des Festigkeitsverhältnisses, das heißt eine Zunahme der Härte, verursachte. Folglich kam es zu einer Abnahme der Bondfestigkeit des Keilbondens. Wurde dagegen versucht, das Festigkeitsverhältnis im Rahmen eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens zu reduzieren, lag das Festigkeitsverhältnis unter 1,1, was zu schlechter Keilbondbarkeit führte.
Angesichts dessen untersuchte man eine Kristallstruktur, die das Festigkeitsverhältnis von Gleichung (1) in einem bevorzugten Bereich von 1,1 bis 1,6 auch mit dem Bonddraht halten kann, der das Element enthält, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt. Als Ergebnis der Untersuchung wurde festgestellt, dass es bei der Wahrung des Festigkeitsverhältnisses von Gleichung (1) im bevorzugten Bereich wichtig ist, eine Kristallstruktur des Kernmaterials des Bonddrahts zu steuern, besonders (i) einen Orientierungsanteil einer Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung bei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zu einer Drahtachse des Bonddrahts (kann nachstehend auch „<100>-Orientierungsanteil“ genannt sein) und (ii) einer mittleren Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts (kann nachstehend auch „mittlere Kristallkorngröße“ genannt sein). Insbesondere wurde gezeigt, dass bei Herstellung des Bonddrahts durch ein normales Herstellungsverfahren der <100>-Orientierungsanteil mit mindestens 30 % und die mittlere Kristallkorngröße mit mindestens 0,9 µm und höchstens 1,5 µm nicht gleichzeitig erreicht werden können, was dazu führt, dass das Festigkeitsverhältnis unter 1,1 oder über 1,6 liegt. Im Gegensatz dazu wurde gezeigt, dass durch Gestaltung eines wie später beschriebenen Herstellungsverfahrens der <100>-Orientierungsanteil im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts mindestens 30 % betragen kann und die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts 0,9 bis 1,5 µm betragen kann, wodurch das Festigkeitsverhältnis von Gleichung (1) 1,1 bis 1,6 betragen kann.
Beträgt der <100>-Orientierungsanteil mindestens 30 %, ist die Umformverfestigung des Drahts zusammen mit der Verformung beim Keilbonden klein, wodurch das Festigkeitsverhältnis höchstens 1,6 betragen kann. Liegt aber auch in diesem Fall die mittlere Kristallkorngröße unter 0,9 µm, ist die 0,2-%-Fließfestigkeit hoch (schlechte Duktilität), wodurch das Festigkeitsverhältnis unter 1,1 liegt, was für die Keilbondbarkeit schlecht ist. Liegt die mittlere Kristallkorngröße über 1,5 µm, schätzt man, dass der <100>-Orientierungsanteil unter 30 % liegt und zudem die 0,2-%-Fließfestigkeit niedrig ist, wodurch das Festigkeitsverhältnis 1,6 übersteigt und die Keilbondbarkeit schlecht ist.
Ist auch bei Erfüllung der Bedingungen für die Kristallstruktur des Drahts der Gehalt des Elements, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, im Draht übermäßig groß, kann das Festigkeitsverhältnis steigen. Angesichts der Erzielung des Festigkeitsverhältnisses von höchstens 1,6 und der Verringerung der Härtung des Bonddrahts, um eine Beeinträchtigung der Keilbondbarkeit zu reduzieren, beträgt die Konzentration des Elements, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, insgesamt relativ zum gesamten Draht vorzugsweise höchstens 2,0 Masse-%, höchstens 1,8 Masse-% oder höchstens 1,6 Masse-%.
Was die Zugabe des Elements, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, in den Bonddraht betrifft, kann die Wirkung der Erfindung zustande kommen, indem ein Verfahren zum Zugeben des Elements in ein Cu-Kernmaterial oder ein Verfahren zum Abscheiden des Elements auf ein Cu-Kernmaterial oder eine Drahtoberfläche zum Einsatz kommt, um das Element darin zuzugeben. Eine Zugabemenge dieser Elemente ist verschwindend klein und ermöglicht vielfältige Verfahren zur Zugabe, und die Wirkung kommt durch jedes Zugabeverfahren zustande, solange das Element enthalten ist.
Im Bonddraht der Erfindung beträgt die Dicke der Pd-Überzugschicht vorzugsweise mindestens 0,015 µm, stärker bevorzugt mindestens 0,02 µm und noch stärker bevorzugt mindestens 0,025 µm, mindestens 0,03 µm, mindestens 0,035 µm, mindestens 0,04 µm, mindestens 0,045 µm oder mindestens 0,05 µm mit Blick auf das Erhalten einer günstigen FAB-Form und mit Blick auf die weitere Verbesserung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in der Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, die in Vorrichtungen in Fahrzeugen erforderlich ist. Eine übermäßig große Dicke der Pd-Überzugschicht beeinträchtigt die FAB-Form, und die Dicke der Pd-Überzugschicht beträgt vorzugsweise höchstens 0,150 µm und stärker bevorzugt höchstens 0,140 µm, höchstens 0,130 µm, höchstens 0,120 µm, höchstens 0,110 µm oder höchstens 0,100 µm.
Nachstehend wird die Festlegung des Cu-Legierungskernmaterials und der Pd-Überzugschicht des Bonddrahts beschrieben. Eine Grenze zwischen dem Cu-Legierungskernmaterial und der Pd-Überzugschicht wurde auf der Grundlage einer Konzentration von Pd bestimmt. Die Grenze wurde auf eine Position festgelegt, an der eine Konzentration von Pd 50 Atom-% betrug, und ein Bereich, in dem eine Konzentration von Pd mindestens 50 Atom-% betrug, wurde als Pd-Überzugschicht bestimmt, und ein Bereich, in dem eine Konzentration von Pd unter 50 Atom-% lag, wurde als Cu-Legierungskernmaterial bestimmt. Grund dafür ist, dass bei einer Konzentration von Pd von mindestens 50 Atom-% in der Pd-Überzugschicht eine Verbesserungswirkung von Kennwerten anhand der Struktur der Pd-Überzugschicht erwartet werden kann. Die Pd-Überzugschicht kann einen Bereich einer Pd-Einzelschicht und einen Bereich mit Konzentrationsgradienten von Pd und Cu in Drahttiefenrichtung enthalten. Der Grund, weshalb der Bereich mit den Konzentrationsgradienten in der Pd-Überzugschicht gebildet ist, besteht darin, dass Atome von Pd und Cu durch Wärmebehandlung o. ä. in einem Herstellungsverfahrensablauf diffundieren können. In der Erfindung bezieht sich der Konzentrationsgradient auf die Tatsache, dass ein Grad einer Konzentrationsänderung in Tiefenrichtung mindestens 10 Mol-% pro 0,1 µm beträgt. Weiterhin kann die Pd-Überzugschicht unvermeidliche Verunreinigungen enthalten.
Im Bonddraht der Erfindung beträgt eine maximale Konzentration von Pd in der Pd-Überzugschicht vorzugsweise mindestens 60 Atom-% und stärker bevorzugt mindestens 70 Atom-%, mindestens 80 Atom-% oder mindestens 90 Atom-% mit Blick auf stärkeres Erhalten der Wirkung der Erfindung. Bevorzugt ist, dass die maximale Konzentration von Pd in der Pd-Überzugschicht 100 Atom-% beträgt. Allerdings kann der Bonddraht der Erfindung die gewünschte Wirkung auch in einem Fall erreichen, in dem die maximale Konzentration von Pd in der Pd-Überzugschicht unter 100 Atom-% liegt, z. B. höchstens 99,9 Atom-%, höchstens 99,8 Atom-%, höchstens 99,7 Atom-%, höchstens 99,6 Atom-%, höchstens 99,5 Atom-%, höchstens 99,0 Atom-%, höchstens 98,5 Atom-%, höchstens 98 Atom-%, höchstens 97 Atom-%, höchstens 96 Atom-% oder höchstens 95 Atom-%.
Im Bonddraht der Erfindung kann ein Bereich mit einer Konzentration von Pd von mindestens 99,0 Atom-% in der Pd-Überzugschicht eine Dicke von höchstens 40 nm haben, z. B. höchstens 35 nm, höchstens 30 nm, höchstens 25 nm, höchstens 20 nm, höchstens 15 nm, höchstens 10 nm oder höchstens 5 nm.
Der Bonddraht der Erfindung kann ferner eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht auf der Oberfläche der Pd-Überzugschicht aufweisen. Mit dieser Konfiguration kann der Bonddraht der Erfindung die Bondzuverlässigkeit weiter verbessern und kann die Keilbondbarkeit weiter verbessern.
Nunmehr wird die Festlegung der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht des Bonddrahts beschrieben. Eine Grenze zwischen der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht und der Pd-Überzugschicht wurde auf der Grundlage einer Konzentration von Au bestimmt. Die Grenze wurde auf eine Position festgelegt, an der eine Konzentration von Au 10 Atom-% betrug, und ein Bereich, in dem eine Konzentration von Au mindestens 10 Atom-% betrug, wurde als Au und Pd enthaltende Legierungshautschichtbestimmt, und ein Bereich, in dem eine Konzentration von Au unter 10 Atom-% lag, wurde als Pd-Überzugschicht bestimmt. Auch im Bereich, in dem eine Konzentration von Pd mindestens 50 Atom-% betrug, wurde ein Bereich, in dem Au mit mindestens 10 Atom-% vorlag, als Au und Pd enthaltende Legierungshautschichtbestimmt. Diese Bestimmungen erfolgen, da bei einer Konzentration von Au im o. g. Bereich eine Verbesserungswirkung auf Kennwerte anhand der Struktur der Au-Hautschicht erwartet werden kann. Die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht ist eine Au-Pd-Legierung und enthält einen Bereich mit Konzentrationsgradienten von Au und Pd in Drahttiefenrichtung. Der Grund, weshalb der Bereich mit den Konzentrationsgradienten in der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht gebildet ist, besteht darin, dass Atome von Au und Pd durch Wärmebehandlung o. ä. im Herstellungsverfahrensablauf diffundieren. Weiterhin kann die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht unvermeidliche Verunreinigungen und Cu enthalten.
Im Bonddraht der Erfindung reagiert die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht mit der Pd-Überzugschicht, um die Haftfestigkeit zwischen der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht, der Pd-Überzugschicht und dem Cu-Legierungskernmaterial zu verbessern und um die Pd-Überzugschicht und die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht an Ablösung beim Keilbonden zu hindern. Folglich kann der Bonddraht der Erfindung die Keilbondbarkeit weiter verbessern. Mit Blick auf Erhalten einer günstigen Keilbondbarkeit beträgt eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht vorzugsweise mindestens 0,0005 µm und stärker bevorzugt mindestens 0,001 µm, mindestens 0,002 µm oder mindestens 0,003 µm. Angesichts der Verringerung von Außermittigkeit, um eine vorteilhafte FAB-Form zu erhalten, beträgt eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht vorzugsweise höchstens 0,050 µm und stärker bevorzugt höchstens 0,045 µm, höchstens 0,040 µm, höchstens 0,035 µm oder höchstens 0,030 µm. Die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht kann durch ein Verfahren gebildet werden, das dem für die Pd-Überzugschicht ähnelt.
In der Erfindung zählen zu Beispielen für das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, ein Element der Gruppe 9 des Periodensystems der Elemente (Co, Rh, Ir), ein Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente (Ni, Pd, Pt), ein Element der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente (Ag, Au u. ä.), ein Element der Gruppe 12 des Periodensystems der Elemente (Zn u. ä.), ein Element der Gruppe 13 des Periodensystems der Elemente (Al, Ga, In u. ä.), ein Element der Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente (Ge, Sn u. ä.), ein Element der Gruppe 15 des Periodensystems der Elemente (P, As, Sb, Bi u. ä.), ein Element der Gruppe 16 des Periodensystems der Elemente (Se, Te u. ä.) u. ä. Diese Elemente können im Bonddraht einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr davon enthalten sein.
In der Erfindung ist bevorzugt, dass der Bonddraht mindestens ein Element, das aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewählt ist, als das Element enthält, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt. Vorzugsweise beträgt eine Konzentration dieser Elemente insgesamt 0,011 bis 2 Masse-% relativ zum gesamten Draht.
Ein Formharz (ein Epoxidharz) als Gehäuse einer Halbleitervorrichtung enthält einen Silanhaftvermittler. der Silanhaftvermittler hat eine Funktion zur Verbesserung des Haftvermögens zwischen organischem Material (Harz) und anorganischem Material (Silicium oder Metall) und kann dadurch das Haftvermögen an einem Siliciumsubstrat oder Metall verbessern. In einem Fall, in dem ein höheres Haftvermögen erforderlich ist, z. B. bei Halbleitern in Fahrzeugen, die Zuverlässigkeit bei höheren Temperaturen erfordern, ist ein „schwefelhaltiger Silanhaftvermittler“ darin zugegeben. Im Formharz enthaltener Schwefel wird bei Gebrauch unter einer Bedingung von mindestens 175 °C freigesetzt, z. B. 175 °C bis 200 °C. Kommt bei hoher Temperatur von mindestens 175 °C freigesetzter Schwefel mit Cu in Kontakt, korrodiert Cu stark zu einem Sulfid (Cu₂S) oder einem Oxid (CuO). Tritt die Korrosion von Cu in einer Halbleitervorrichtung auf, die Cu-Bonddraht verwendet, wird eine Bondzuverlässigkeit, besonders eines Kugelbondteils, beeinträchtigt.
Die Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur (besonders die HTS-Leistung bei mindestens 175 °C) lässt sich verbessern, indem eine Konfiguration zum Einsatz kommt, in der der Bonddraht mindestens ein Element enthält, das aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewählt ist, und eine Konzentration des mindestens einen Elements insgesamt 0,011 bis 2 Masse-% relativ zum gesamten Draht beträgt. Mit Blick auf Verbesserung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur (besonders der HTS-Leistung bei mindestens 175 °C) beträgt die Konzentration des Elements insgesamt relativ zum gesamten Draht vorzugsweise mindestens 0,011 Masse-%, stärker bevorzugt mindestens 0,050 Masse-%, noch stärker bevorzugt mindestens 0,070 Masse-%, mindestens 0,090 Masse-%, mindestens 0,10 Masse-%, mindestens 0,15 Masse-% oder mindestens 0,20 Masse-%. Das mindestens eine Element, das aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewählt ist, kann in der folgenden Beschreibung auch als „Element M_A“ bezeichnet sein.
In der Erfindung ist bevorzugt, dass der Bonddraht ein oder mehrere Elemente, die aus Ga und Ge ausgewählt sind, als das Element enthält, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, und eine Konzentration der Elemente insgesamt 0,011 bis 1,5 Masse-% relativ zum gesamten Draht beträgt. Der Draht kann ein oder mehrere Elemente, die aus Ga und Ge ausgewählt sind. anstelle des Elements M_A oder in Kombination mit dem Element M_A enthalten. Das eine oder die mehreren Elemente, die aus Ga und Ge ausgewählt sind, können in der folgenden Beschreibung auch als „Element M_B“ bezeichnet sein.
Während der FAB-Bildung des Kugelbondteils diffundieren Ga und Ge im Draht auch zur Pd-Überzugschicht. Man geht davon aus, dass Ga und Ge, die in der Pdkonzentrierten Schicht der Cu/Al-Grenzfläche im Kugelbondteil vorhanden sind, eine Verringerungswirkung auf eine gegenseitige Diffusion von Cu und Al durch die Pdkonzentrierte Schicht verstärken, was zur reduzierten Bildung von Cu₉Al₄ führt, das in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit leicht korrodiert. Zusätzlich können Ga und Ge, die im Draht enthalten sind, die Wirkung haben, dass sie die Bildung von Cu₉Al₄ direkt hemmen.
Weiterhin wurden bei Bildung einer Kugel mit Hilfe eines Pd-beschichteten Cu-Bonddrahts, der mindestens ein aus Ga und Ge ausgewähltes Element in bestimmter Menge enthält, und bei Beobachtung einer resultierenden FAB mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zahlreiche Niederschläge mit einem Durchmesser etwa im zweistelligen Nanometerbereich auf einer Oberfläche der FAB festgestellt. Aus einer Analyse der Niederschläge durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) ging hervor, dass Ga und/oder Ge konzentriert war. Obwohl ein detaillierter Mechanismus unklar ist, geht man anhand dieser Situation davon aus, dass diese auf der FAB beobachteten Niederschläge an der Bondgrenzfläche der Kugel und der Elektrode zum Vorschein kommen, wodurch sie eine Bondzuverlässigkeit eines Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit erheblich verbessern.
Obwohl bevorzugt ist, dass Ga und Ge im Cu-Legierungskernmaterial vorhanden sind, kann eine ausreichende Wirkung auch dann erhalten werden, wenn sie in der Pd-Überzugschicht oder einer Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht gemäß der späteren Beschreibung enthalten sind. Ein Verfahren zur Zugabe von Ga und Ge zum Cu-Legierungskernmaterial ist im Hinblick auf genaue Konzentrationssteuerung problemlos und verbesserte die Produktivität und Qualitätsstabilität des Drahts. Ferner ist ein Teil von Ga und Ge auch in der Pd-Überzugschicht oder der Legierungshautschicht infolge von Diffusion durch Wärmebehandlung o. ä. enthalten, was ein Haftvermögen von Grenzflächen zwischen den Schichten verbessert und somit die Drahtproduktivität weiter verbessern kann.
Mit Blick auf Erhalten einer günstigen FAB-Form und angesichts der Verringerung der Härtung des Bonddrahts, um günstige Keilbondbarkeit zu erhalten, beträgt die Konzentration von Ga und Ge insgesamt relativ zum gesamten Draht höchstens 1,5 Masse-%, vorzugsweise höchstens 1,4 Masse-% und stärker bevorzugt höchstens 1,3 Masse-% oder höchstens 1,2 Masse-%.
In der Erfindung ist bevorzugt, dass der Bonddraht ein oder mehrere Elemente enthält, die aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt sind, und eine Konzentration der Elemente insgesamt 0,1 bis 100 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht beträgt, sofern Sn ≤ 10 Masse-ppm ist, Sb ≤ 10 Masse-ppm ist und Bi ≤ 1 Masse-ppm ist. Der Draht kann ein oder mehrere Elemente, die aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt sind, anstelle des Elements M_A und/oder M_B oder in Kombination mit dem Element M_A und/oder M_B enthalten. Das eine oder die mehreren Elemente, die aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt sind, können in der folgenden Beschreibung auch als „Element M_C“ bezeichnet sein.
Die Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, die für Vorrichtungen in Fahrzeugen erforderlich ist, kann weiter verbessert sein, wenn der Bonddraht mindestens ein Element enthält, das aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt ist, und eine Konzentration des mindestens einen Elements insgesamt 0,1 bis 100 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht beträgt, sofern Sn ≤ 10 Masse-ppm ist, Sb ≤ 10 Masse-ppm ist und Bi ≤ 1 Masse-ppm ist. Dies ist bevorzugt, da so insbesondere die Bondlebensdauer des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit erhöht sein kann, die für Vorrichtungen in Fahrzeugen erforderlich ist, um die Bondzuverlässigkeit zu verbessern. Die Konzentration des Elements insgesamt relativ zum gesamten Draht beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 Masse-ppm, stärker bevorzugt mindestens 0,5 Masse-ppm, noch stärker bevorzugt mindestens 1 Masse-ppm und noch stärker bevorzugt mindestens 1,5 Masse-ppm, mindestens 2 Masse-ppm, mindestens 2,5 Masse-ppm oder mindestens 3 Masse-ppm. Andererseits beträgt mit Blick auf Erhalten einer vorteilhaften FAB-Form die Konzentration des Elements insgesamt relativ zum gesamten Draht vorzugsweise höchstens 100 Masse-ppm und stärker bevorzugt höchstens 95 Masse-ppm, höchstens 90 Masse-ppm, höchstens 85 Masse-ppm oder höchstens 80 Masse-ppm. Übersteigt eine Konzentration von Sn oder Sb 10 Masse-ppm oder übersteigt eine Konzentration von Bi 1 Masse-%, wird eine FAB-Form fehlerhaft. Daher ist es zur weiteren Verbesserung einer FAB-Form bevorzugt, dass Sn ≤ 10 Masse-ppm ist; Sb ≤ 10 Masse-ppm ist; und Bi ≤ 1 Masse-ppm ist.
Bevorzugt ist, dass der Bonddraht der Erfindung ferner mindestens ein Element enthält, das aus B, P, Mg, Ca und La ausgewählt ist, und eine Konzentration jedes der Elemente 1 bis 200 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht beträgt. Mit dieser Konfiguration kann eine Quetschform bzw. eingedrückte Form eines Kugelbondteils verbessert sein, die zur Montage mit hoher Dichte erforderlich ist, d. h., die Formrundheit (Zirkularität) eines Kugelbondteils kann verbessert sein. Angesichts von Härtungsverringerung der Kugel und Reduzierung von Chipbeschädigung beim Kugelbonden beträgt die Konzentration jedes der Elemente vorzugsweise höchstens 200 Masse-ppm und stärker bevorzugt höchstens 150 Masse-ppm, höchstens 120 Masse-ppm, höchstens 100 Masse-ppm, höchstens 95 Masse-ppm, höchstens 90 Masse-ppm, höchstens 85 Masse-ppm oder höchstens 80 Masse-ppm.
Enthält wie in der Erfindung der Pd-beschichtete Cu-Bonddraht das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, ist bei weiterem Vorhandensein von Cu an einer äußersten Oberfläche des Bonddrahts die Bildung einer intermetallischen Cu₉Al₄-Verbindung im Bondteil in der Tendenz weiter reduziert. Enthält der Pd-beschichtete Cu-Bonddraht das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, erleichtert bei weiterem Vorhandensein von Cu an einer äußersten Oberfläche des Bonddrahts die Wechselwirkung zwischen den Elementen und im Bonddraht enthaltenem Cu die Pd-Konzentration auf einer FAB-Oberfläche während der Bildung der FAB, wodurch die Pd-Konzentration auf einer kugelgebondeten Grenzfläche stärker ausgeprägt ist. Schätzungsweise ist mit diesem Phänomen eine Verringerungswirkung auf die gegenseitige Diffusion von Cu und Al durch eine Pdkonzentrierte Schicht weiter verstärkt, eine Bildungsmenge von Cu₉Al₄, das über die Wirkung von Cl leicht korrodiert, ist reduziert, und dadurch kann die Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit weiter verbessert sein.
Beträgt bei Vorhandensein von Cu an einer äußersten Oberfläche der Pd-Überzugschicht die Konzentration von Cu mindestens 30 Atom-%, kann es einen Fall geben, in dem der Bonddraht nicht zum praktischen Gebrauch geeignet ist, da eine Schwefelbeständigkeit der Drahtoberfläche beeinträchtigt und eine Nutzungsdauer des Bonddrahts verschlechtert ist. Folglich liegt bei vorhandenem Cu an einer äußersten Oberfläche der Pd-Überzugschicht die Konzentration von Cu vorzugsweise unter 30 Atom-%.
Beträgt bei Vorhandensein von Cu an einer äußersten Oberfläche der Au-Außenschicht die Konzentration von Cu mindestens 35 Atom-%, kann es einen Fall geben, in dem der Bonddraht nicht zum praktischen Gebrauch geeignet ist, da eine Schwefelbeständigkeit der Drahtoberfläche beeinträchtigt und eine Nutzungsdauer des Bonddrahts verschlechtert ist. Folglich liegt bei vorhandenem Cu an einer äußersten Oberfläche der Au-Außenschicht die Konzentration von Cu vorzugsweise unter 35 Atom-%.
Mit äußerster Oberfläche ist ein Oberflächenbereich des Bonddrahts bezeichnet, der durch eine Auger-Elektronenspektroskopievorrichtung ohne Zerstäubung o. ä. zu messen ist.
In der Erfindung ist bevorzugt, dass das Cu-Legierungskernmaterial ein metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 3,0 Masse-% enthält und eine Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Drahts 1 bis 10 Atom-% beträgt. Mit dieser Konfiguration kann die Erfindung die Keilbondbarkeit am Pd-plattierten Systemträger bzw. Leiterrahmen oder am Leiterrahmen mit Au-Plattierung auf Pd-Plattierung weiter verbessern. Das Cu-Legierungskernmaterial, das das metallische Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente in einer bestimmten Menge enthält, kann ausgezeichnete Kugelbondbarkeit für ein Kugelbondteil zwischen dem Bonddraht und einer Elektrode auch in einem Erwärmungszustand mit hoher Feuchtigkeit realisieren.
Bevorzugt ist, dass das metallische Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente, das im Cu-Legierungskernmaterial enthalten ist, eines oder mehrere ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ni, Pd und Pt besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Cu-Legierungskernmaterial Ni als metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente. Beispielsweise kann das Cu-Legierungskernmaterial Ni einzeln enthalten oder Ni in Kombination mit Pd und/oder Pt als metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente enthalten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Cu-Legierungskernmaterial Pd und/oder Pt als metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente.
Beträgt die Gesamtkonzentration des metallischen Elements der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente im Cu-Legierungskernmaterial mindestens 0,1 Masse-%, lässt sich die gegenseitige Diffusion von Cu und Al in der Bondgrenzfläche ausreichend steuern, und die Lebensdauer des Bondteils steigt auf mindestens 380 Stunden, auch im HAST-Test als rigoroser Bewertungstest unter Erwärmung mit hoher Feuchtigkeit. Als Bewertung des Bondteils in diesem Beispiel wird das Harz nach dem HAST-Test geöffnet und entfernt, wonach ein Bruchzustand des Bondteils durch eine Zugprüfung bewertet wird. Mit Blick auf ausreichendes Erhalten der Verbesserungswirkung auf die Zuverlässigkeit im HAST-Test beträgt die Gesamtkonzentration des metallischen Elements der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente im Cu-Legierungskernmaterial mindestens 0,1 Masse-%, vorzugsweise mindestens 0,2 Masse-% und stärker bevorzugt mindestens 0,3 Masse-%, mindestens 0,4 Masse-%, mindestens 0,5 Masse-% oder mindestens 0,6 Masse-%. Mit Blick auf Erhalten eines Bonddrahts mit vorteilhafter Anfangsbondfestigkeit an der Al-Elektrode beim Bonden mit niedriger Temperatur und ausgezeichneter Langzeitzuverlässigkeit im HAST-Test sowie in der Massenfertigungsspanne beim Bonden mit Substraten, z. B. einem Ball-Grid-Array (BGA) und einem extrem kleinen Chipgehäuse (Chip Size Package - CSP), Bändern u. ä., und angesichts der Verringerung von Chipbeschädigung beträgt die Gesamtkonzentration des metallischen Elements der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente im Cu-Legierungskernmaterial höchstens 3,0 Masse-% und vorzugsweise höchstens 2,5 Masse-% oder höchstens 2,0 Masse-%. Übersteigt die Gesamtkonzentration des metallischen Elements der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente im Cu-Legierungskernmaterial 3,0 Masse-%, muss das Kugelbonden mit einer niedrigen Last durchgeführt werden, um keine Chipbeschädigung zu verursachen, weshalb es einen Fall geben kann, in dem die Anfangsbondfestigkeit an der Elektrode abnimmt, was zu Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit im HAST-Test führt. Im Bonddraht der Erfindung ist die Gesamtkonzentration des metallischen Elements der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente im Cu-Legierungskernmaterial auf den bevorzugten Bereich festgelegt, um die Zuverlässigkeit im HAST-Test weiter zu verbessern. Beispielsweise lässt sich ein Bonddraht mit über 450 Stunden Lebensdauer bis zum Auftreten von Fehlern im HAST-Test erreichen. Diese Leistung kann mindestens einer 1,5-fachen Verlängerung der Lebensdauer gegenüber einem herkömmlichen Cu-Bonddraht entsprechen und ermöglicht den Einsatz in einer rauen Umgebung.
Zu Beispielen für ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration von Elementen, die im Cu-Legierungskernmaterial enthalten sind, anhand eines Bonddrahtprodukts zählen ein Verfahren, das einen Querschnitt eines Bonddrahts freilegt und eine Konzentrationsanalyse eines Bereichs des Cu-Legierungskernmaterials durchführt, sowie ein Verfahren, das eine Konzentrationsanalyse eines Bereichs des Cu-Legierungskernmaterials durchführt, während es den Bonddraht von seiner Oberfläche in Tiefenrichtung durch Zerstäubung o. ä. bearbeitet. Enthält das Cu-Legierungskernmaterial einen Bereich mit einem Konzentrationsgradient von Pd, kann beispielsweise eine Linienanalyse auf einem Querschnitt des Bonddrahts durchgeführt werden, und eine Konzentrationsanalyse kann an einem Bereich durchgeführt werden, der keinen Konzentrationsgradient von Pd hat (beispielsweise einem Bereich, in dem ein Grad einer Änderung der Pd-Konzentration in Tiefenrichtung unter 10 Mol-% pro 0,1 µm liegt, oder einem Axialmittelabschnitt des Cu-Legierungskernmaterials).
Der Bonddraht der Erfindung kann die Keilbondbarkeit, besonders die Ablösekennwerte, am Pd-plattierten Leiterrahmen erheblich verbessern, kann eine gute Keilbondbarkeit und FAB-Form erreichen und kann eine Oxidation der Drahtoberfläche unterdrücken, um eine zeitliche Qualitätsminderung zu unterdrücken, indem das Cu-Legierungskernmaterial verwendet wird, das das metallische Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente in einer bestimmten Menge enthält sowie Cu mit mindestens 1 Atom-% an einer äußersten Oberfläche des Drahts enthält. Angesichts der möglichen weiteren Verbesserung der Keilbondbarkeit beträgt im Bonddraht der Erfindung die Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Drahts vorzugsweise mindestens 1,5 Atom-% und stärker bevorzugt mindestens 2 Atom-%, mindestens 2,5 Atom-% oder mindestens 3 Atom-%. Obwohl zuvor keine Obergrenze für die Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Drahts genannt wurde, beträgt im Bonddraht der Erfindung mit dem Cu-Legierungskernmaterial, das das metallische Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente in einer bestimmten Menge enthält, die Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Drahts vorzugsweise höchstens 10 Atom-% und stärker bevorzugt höchstens 9,5 Atom-% oder höchstens 9 Atom-% mit Blick auf Erreichen einer günstigen Keilbondbarkeit und FAB-Form sowie angesichts der Unterdrückung der Oxidation der Drahtoberfläche, um eine zeitliche Qualitätsminderung zu unterdrücken.
Für eine Konzentrationsanalyse der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht ist ein Verfahren zur Analysedurchführung bei gleichzeitiger Bearbeitung des Bonddrahts von seiner Oberfläche in Tiefenrichtung durch Zerstäubung o. ä. oder ein Verfahren zum Freilegen eines Querschnitts des Drahts und Durchführen einer Linienanalyse, einer Punktanalyse o. ä. daran wirksam. Für ein Analysengerät, das für eine solche Konzentrationsanalyse verwendet wird, können eine Auger-Elektronenspektroskopievorrichtung, die in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Transmissionselektronenmikroskop eingebaut ist, ein energiedispersives Röntgenanalysengerät und ein Elektronensonden-Mikroanalysengerät usw. zur Anwendung kommen. Als Verfahren zum Freilegen eines Drahtquerschnitts können mechanisches Polieren, Ionenätzen usw. verwendet werden. Für eine Mikroanalyse von Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt im Bonddraht wird eine Lösung, die durch Auflösen des Bonddrahts mit einer starken Säure erhalten wird, mit Hilfe eines ICP-Emissionsspektrometers oder eines ICP-Massenspektrometers analysiert, wodurch die Konzentrationen der Elemente detektiert werden können, die im gesamten Bonddraht enthalten sind.
Herstellungsverfahren
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Bonddrahts gemäß der Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Erhalten wird der Bonddraht durch Herstellen einer für ein Kernmaterial verwendeten Cu-Legierung, Umformen derselben zu einem Dünndraht, Bilden einer Pd-Überzugschicht und einer Au-Schicht und Durchführen von Wärmebehandlung. Nach Bilden der Pd-Überzugschicht und der Au-Schicht können weiteres Drahtziehen und weitere Wärmebehandlung durchgeführt werden. Näher beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung des Cu-Legierungskernmaterials, ein Verfahren zur Bildung der Pd-Überzugschicht und einer Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht und ein Verfahren zur Wärmebehandlung.
Dier für ein Kernmaterial verwendete Cu-Kernlegierung wird durch gemeinsames Schmelzen von Cu als Rohmaterial und von Zugabeelementen und deren Verfestigen erhalten. Ein Lichtbogenheizofen, ein Hochfrequenzheizofen, ein Widerstandsheizofen o. ä. können zum Schmelzen verwendet werden. Um darin gemischte Gase, z. B. O₂ und H₂, vor Luft zu schützen, erfolgt das Schmelzen vorzugsweise in einer Vakuumatmosphäre oder einer Inertatmosphäre, z. B. Ar oder N₂.
Zu Beispielen für die Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au-Schicht auf einer Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials zählen ein Plattierungsverfahren, ein Aufdampfverfahren und ein Schmelzverfahren. Sowohl ein Elektroplattierungsverfahren als auch ein stromloses Plattierungsverfahren können als Plattierungsverfahren zum Einsatz kommen. Das Elektroplattieren, Vorplattieren oder Schnellplattieren genannt, hat eine hohe Plattierungsgeschwindigkeit und eine günstige Haftfähigkeit am Substrat. Eine für das stromlose Plattieren verwendete Lösung wird in eine vom Substitutionstyp und eine vom Reduktionstyp eingeteilt. Obwohl das Durchführen der Plattierung vom Substitutionstyp allein für eine kleinere Dicke ausreicht, ist es für eine größere Dicke wirksam, das Plattieren vom Reduktionstyp nach dem Plattieren vom Substitutionstyp schrittweise durchzuführen.
Für ein Aufdampfverfahren können physikalische Adsorption, z. B. ein Sputterverfahren, ein Ionenplattierungsverfahren und Vakuumaufdampfen, sowie chemische Adsorption, z. B. Plasma-CVD, verwendet werden. Sie alle sind trockene Verfahrensabläufe und bedürfen keiner Reinigung nach Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au-Schicht und auch keiner Berücksichtigung von Oberflächenkontamination u. ä. beim Reinigen.
Bei Durchführung von Wärmebehandlung nach Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au-Schicht diffundiert Pd in der Pd-Überzugschicht in die Au-Schicht, um die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht zu bilden. Statt Bildung der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht über die Wärmebehandlung nach Bildung der Au-Schicht kann die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht von Beginn an abgeschieden sein.
Für eine Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht sind sowohl ein Verfahren zu ihrer Bildung nach Durchführung von Drahtziehen auf einen Enddrahtdurchmesser als auch ein Verfahren zu ihrer Bildung auf einem Cu-Legierungskernmaterial mit großem Durchmesser und anschließenden mehrmaligen Durchführen von Drahtziehen effektiv, bis ein Solldrahtdurchmesser erhalten wird. Beim erstgenannten, bei dem die Pd-Überzugschicht und die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht mit dem Enddrahtdurchmesser gebildet werden, sind Herstellung, Qualitätskontrolle u. ä. einfach. Beim letztgenannten, bei dem das Drahtziehen in Kombination mit der gebildeten Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht durchgeführt wird, ist vorteilhaft, das sich das Haftvermögen am Cu-Legierungskernmaterial verbessert. Zu spezifischen Beispielen für die jeweiligen Bildungsverfahren zählen ein Verfahren zur Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht auf einem Cu-Legierungskernmaterial mit einem Enddurchmesser, während der Draht wiederholt durch eine Elektroplattierungslösung geführt wird, und ein Verfahren zur Bildung der Pd-Überzugschicht und der enthaltenden Legierungshautschicht durch Eintauchen eines Cu-Legierungskernmaterials mit großem Durchmesser in eine Elektro- oder stromlose Plattierungslösung und zum anschließenden Ziehen des Drahts, um einen Enddrahtdurchmesser zu erreichen.
Nach Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht kann Wärmebehandlung durchgeführt werden. Durch Durchführung der Wärmebehandlung kommt es zu Diffusion von Atomen zwischen der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht, der Pd-Überzugschicht und dem Cu-Legierungskernmaterial, was die Haftfestigkeit dazwischen verbessert und wirksam verhindert, dass sich die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht und die Pd-Überzugschicht beim Umformen ablösen, weshalb die Produktivität verbessert ist. Um darin gemischten O₂ vor Luft zu schützen, ist bevorzugt, die Wärmebehandlung in einer Vakuumatmosphäre oder einer Inertatmosphäre, z. B. Ar oder N₂, durchzuführen.
Werden wie zuvor beschrieben eine Bedingung der am Bonddraht durchgeführten Diffusionswärmebehandlung oder Glühwärmebehandlung eingestellt, diffundiert Cu des Kernmaterials durch die Pd-Überzugschicht und die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht durch Korngrenzendiffusion, Intrakorndiffusion o. ä., wodurch Cu eine äußerste Oberfläche des Bonddrahts zu erreichen vermag und Cu an der äußersten Oberfläche vorhanden sein kann. Für eine Wärmebehandlung, damit Cu an einer äußersten Oberfläche vorhanden sein kann, kann eine zuvor beschriebene Wärmebehandlung zur Bildung der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht zum Einsatz kommen. Bei Durchführung der Wärmebehandlung zur Bildung der Legierungshautschicht können die Temperatur und Zeit für die Wärmebehandlung so ausgewählt werden, dass Cu an einer äußersten Oberfläche vorhanden sein kann oder dass Cu nicht an einer äußersten Oberfläche vorhanden sein kann. Weiterhin kann auch eine Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche auf einen bestimmten Bereich eingestellt werden, z. B. einen Bereich von 1 bis 50 Atom-%. Alternativ kann Cu zu einer äußersten Oberfläche durch Wärmebehandlung diffundieren, die an anderer Stelle als der Bildung der Legierungshautschicht durchgeführt wird.
Wie zuvor beschrieben, kann hinsichtlich der Zugabe des Elements, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, in den Bonddraht die Wirkung der Erfindung durch das Verfahren zur Zugabe dieser Elemente in das Cu-Kernmaterial oder das Verfahren zur Zugabe dieser Elemente darin durch Abscheiden dieser Elemente auf das Cu-Kernmaterial oder die Drahtoberfläche aufgezeigt werden. Gleiches gilt für B, P, Mg, Ca und La.
Das einfachste Verfahren zur Zugabe der Komponenten ist ein Verfahren zu ihrer Zugabe zu Ausgangsmaterialien des Cu-Legierungskernmaterials. Beispielsweise werden hochreines Kupfer und Rohmaterialien des vorstehenden Bestandteilselements als Ausgangsrohmaterialien abgewogen und dann in einem Hochvakuum oder in einer Inertatmosphäre, z. B. Stickstoff und Argon, erwärmt und geschmolzen, um einen Block herzustellen, in dem die Komponenten mit der Konzentration des beabsichtigten Bereichs zugegeben sind, wodurch die Ausgangsmaterialien, die die Bestandteilselemente enthalten, mit den beabsichtigten Konzentrationen erhalten werden. Folglich enthält in einer bevorzugten Ausführungsform das Cu-Legierungskernmaterial des Bonddrahts der Erfindung mindestens ein aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewähltes Element, so dass eine Konzentration der Elemente insgesamt relativ zum gesamten Draht 0,011 bis 2 Masse-% beträgt. Der bevorzugte numerische Bereich der Gesamtkonzentration entspricht der vorstehenden Beschreibung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Cu-Legierungskernmaterial des Bonddrahts der Erfindung ein oder mehrere aus Ga und Ge ausgewählte Elemente, so dass eine Konzentration der Elemente insgesamt relativ zum gesamten Draht 0,011 bis 1,5 Masse-% beträgt. Der bevorzugte numerische Bereich der Gesamtkonzentration entspricht der vorstehenden Beschreibung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Cu-Legierungskernmaterial des Bonddrahts der Erfindung mindestens ein aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewähltes Element, so dass eine Konzentration der Elemente 0,1 bis 100 Masse-ppm beträgt und Sn ≤ 10 Masse-ppm ist; Sb ≤ 10 Masse-ppm ist; und Bi ≤ 1 Masse-ppm ist. Der bevorzugte numerische Bereich der Konzentration entspricht der vorstehenden Beschreibung. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Reinheit von Cu des Cu-Legierungskernmaterials höchstens 3N (vorzugsweise höchstens 2N). In einem herkömmlichen Pd-beschichteten Cu-Bonddraht wird mit Blick auf die Bondbarkeit ein Cu-Kernmaterial mit hoher Reinheit (mindestens 4N) verwendet, und in der Tendenz wird der Gebrauch eines Cu-Kernmaterials mit niedriger Reinheit vermieden. Der die spezifischen Elemente enthaltende Bonddraht der Erfindung hat die Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, die für Vorrichtungen in Fahrzeugen erforderlich ist, besonders bevorzugt erreicht, wenn das Cu-Legierungskernmaterial mit niedriger Reinheit beschreibungsgemäß verwendet wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Cu-Legierungskernmaterials des Bonddrahts der Erfindung mindestens ein aus B, P, Mg, Ca und La ausgewähltes Element, so dass eine Konzentration jedes der Elemente relativ zum gesamten Draht 1 bis 200 Masse-ppm beträgt. Der bevorzugte numerische Bereich der Konzentration entspricht der vorstehenden Beschreibung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Cu-Legierungskernmaterial des Bonddrahts der Erfindung ein metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente, so dass eine Konzentration der Elemente insgesamt 0,1 bis 3,0 Masse-% beträgt. Der bevorzugte numerische Bereich der Konzentration entspricht der vorstehenden Beschreibung.
Die vorgenannten Komponenten können auch enthalten sein, indem sie auf eine Drahtoberfläche während eines Verfahrensablaufs zur Drahtherstellung abgeschieden werden. In diesem Fall kann die Abscheidung in jedem Teil des Verfahrensablaufs zur Drahtherstellung aufgenommen sein und kann mehrmals wiederholt werden. Die Abscheidung kann auch in mehrere Verfahrensabläufe aufgenommen sein. Die Komponenten können einer Cu-Oberfläche vor Pd-Beschichtung zugegeben werden oder können einer Pd-Oberfläche nach Pd-Beschichtung zugegeben werden, oder sie können einer Au-Oberfläche nach Au-Beschichtung zugegeben werden oder können in jeden Verfahrensablauf zur Beschichtung aufgenommen sein. Auswählen lässt sich ein Abscheidungsverfahren aus (1) Auftragen einer wässrigen Lösung, gefolgt von Trocknung und Wärmebehandlung, (2) Plattieren (nass) und (3) Aufdampfen (trocken).
Bei Einsatz des Verfahrens zum Auftragen einer wässrigen Lösung mit anschließender Trocknung und Wärmebehandlung wird zunächst eine wässrige Lösung mit einer geeigneten Konzentration mit einer wasserlöslichen Verbindung hergestellt, die die Bestandteilselemente enthält. Dadurch können die Komponenten in das Drahtmaterial eingearbeitet werden. Die Herstellung kann in jeden Teil des Verfahrensablaufs zur Drahtherstellung aufgenommen sein und kann mehrmals wiederholt werden. Die Herstellung kann in mehrere Verfahrensabläufe aufgenommen sein. Die Komponenten können einer Cu-Oberfläche vor Pd-Beschichtung zugegeben werden oder können einer Pd-Oberfläche nach Pd-Beschichtung zugegeben werden, oder sie können einer Au-Oberfläche nach Au-Beschichtung zugegeben werden oder können in jeden Verfahrensablauf zur Beschichtung aufgenommen sein.
Kommt Plattieren (nass) zum Einsatz, kann das Plattieren Elektroplattieren oder stromloses Plattieren sein. Beim Elektroplattieren kann als Schnellplattieren bezeichnetes Plattieren, das eine hohe Plattierungsgeschwindigkeit und ein vorteilhaftes Haftvermögen an einem Substrat hat, auch zusätzlich zu normalem Elektroplattieren verwendet werden. Eine zum stromlosen Plattieren verwendete Lösung wird in eine vom Substitutionstyp und eine vom Reduktionstyp eingeteilt. Das Plattieren vom Substitutionstyp wird allgemein für eine kleinere Dicke verwendet, wogegen der Reduktionstyp für eine größere Dicke zum Einsatz kommt. Jedes davon kann verwendet und in Abhängigkeit von einer Konzentration ausgewählt werden, die zugegeben werden soll, und eine Konzentration der Plattierungslösung sowie eine Zeit können eingestellt werden. Sowohl Elektroplattieren als auch stromloses Plattieren können in jeden Teil des Verfahrensablaufs zur Drahtherstellung aufgenommen sein und können mehrmals wiederholt werden. Sowohl Elektroplattieren als auch stromloses Plattieren können in mehrere Verfahrensabläufe aufgenommen sein. Die Komponenten können einer Cu-Oberfläche vor Pd-Beschichtung zugegeben werden oder können einer Pd-Oberfläche nach Pd-Beschichtung zugegeben werden, oder sie können einer Au-Oberfläche nach Au-Beschichtung zugegeben werden oder können in jeden Verfahrensablauf zur Beschichtung aufgenommen sein.
Zum Aufdampfen (trocken) zählen Sputtern, Ionenplattieren, Vakuumabscheidung, Plasma-CVD u. ä. Es hat Vorteile, da es ein trockener Verfahrensablauf ist sowie Vorbehandlung und Nachbehandlung eliminiert, wodurch keine Kontamination zu befürchten ist. Obwohl Aufdampfen allgemein ein Problem damit hat, dass eine Zugabegeschwindigkeit eines Zielelements langsam ist, handelt es sich dabei um eines von geeigneten Verfahren angesichts der Aufgabe der Erfindung, da eine Zugabemenge der vorgenannten Bestandteilselemente relativ niedrig ist.
Das Aufdampfen kann in jeden Teil des Verfahrensablaufs zur Drahtherstellung aufgenommen sein oder kann mehrmals wiederholt werden. Das Aufdampfen kann in mehrere Verfahrensabläufe aufgenommen sein. Die Komponenten können einer Cu-Oberfläche vor Pd-Beschichtung zugegeben werden oder können einer Pd-Oberfläche nach Pd-Beschichtung zugegeben werden, oder sie können einer Au-Oberfläche nach Au-Beschichtung zugegeben werden oder können in jeden Verfahrensablauf zur Beschichtung aufgenommen sein.
Beschrieben wird nunmehr ein Verfahren zur Herstellung, durch das eine Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung einen Anteil von mindestens 30 % bei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zu einer Drahtachse des Bonddrahts hat, und eine mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts 0,9 bis 1,5 µm beträgt.
Enthält der Bonddraht, das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, Im Cu-Legierungskernmaterial, steigt die Materialfestigkeit (Härte) des Drahts. Folglich war bei Durchführung von Drahtziehen am Bonddraht mit einem Cu-Kerndraht eine Querschnittsabnahme mit 5 bis 8 % niedrig. Bei Wärmebehandlung nach Drahtziehen ist die Härte immer noch hoch, und die Wärmebehandlung wurde bei einer Temperatur von mindestens 600 °C durchgeführt, um Erweichung bis auf einen Grad durchzuführen, der als Bonddraht verwendet werden kann. Aufgrund der Wärmebehandlung bei hoher Temperatur lag der <100>-Orientierungsanteil in Drahtlängsrichtung unter 30 %, und gleichzeitig lag die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials über 1,5 µm, und das Festigkeitsverhältnis überstieg 1,6. Bei Verringerung der Wärmebehandlungstemperatur im Bemühen, das Festigkeitsverhältnis zu reduzieren, lag die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials unter 0,9 µm, das Festigkeitsverhältnis war kleiner als 1,1, und die Keilbondbarkeit war schlecht.
Dagegen legt die Erfindung beim Drahtziehen mit Hilfe eines Werkzeugs die Querschnittsabnahme auf mindestens 10 % bei mindestens der Hälfte der Werkzeuge unter allen Werkzeugen fest und legt die Wärmebehandlungstemperatur bei der Wärmebehandlung nach Drahtziehen auf eine niedrige Temperatur von höchstens 500 °C fest. Folglich konnte bei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts der Orientierungsanteil der Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung unter den Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung mindestens 30 % betragen, und die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts konnte 0,9 bis 1,5 µm betragen. Aufgrund von Synergie des Einsatzes der neuesten Drahtziehtechnik; der für ein Schmiermittel erfolgenden Gestaltung einer höheren als herkömmlichen Konzentration eines nichtionischen grenzflächenaktiven Stoffs, der im Schmiermittel enthalten war; der für eine Werkzeugform erfolgenden Gestaltung eines schonenderen als herkömmlichen Eingriffswinkels des Werkzeugs; der Festlegung einer niedrigeren als herkömmlichen Kühlwassertemperatur des Werkzeugs; u. ä. konnte Drahtziehen mit einer Querschnittsabnahme von mindestens 10 % trotz der Härtung erfolgen, die durch das Cu-Legierungskernmaterial verursacht war, das die Komponenten, z. B. Ni, in einer Gesamtmenge von mindestens 0,03 Masse-% enthielt.
Bei der Messung von Kristallorientierungen auf einem Drahtquerschnitt wird vorzugsweise ein Verfahren mit Elektronenrückstreubeugung (EBSD) verwendet. Das EBSD-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es Kristallorientierungen auf einer Beobachtungsfläche beobachten und eine Winkeldifferenz der Kristallorientierungen zwischen benachbarten Messpunkten grafisch darstellen kann. Ferner kann das EBSD-Verfahren relativ leicht die Kristallorientierungen mit hoher Genauigkeit beobachten, selbst für einen Dünndraht wie den Bonddraht. Was die Korngrößenmessung betrifft, lässt sie sich mit Hilfe von Analysensoftware bestimmen, die in einer Vorrichtung für Messergebnisse durch EBSD installiert ist. Die in der Erfindung vorgeschriebene Kristallkorngröße wird durch Bestimmen eines arithmetischen Mittels an einem Äquivalenzdurchmesser von Kristallkörnern erhalten, die in einer Messfläche enthalten sind (dem Durchmesser eines Kreises, der mit einer Fläche eines Kristallkorns äquivalent ist; einem Kreisäquivalenzdurchmesser).
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und geeignete Abänderungen können im Schutzumfang des Grundgedankens der Erfindung vorgenommen werden.
Beispiele
Nachstehend werden die Bonddrähte gemäß Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben.
Arbeitsbeispiele 1 bis 59 und Vergleichsbeispiele 1 bis 16
Probenherstellung
Zunächst wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung einer Probe beschrieben. Für Cu als Rohmaterial eines Kernmaterials wurde Cu mit mindestens 99,99 Masse-% Reinheit verwendet, das unvermeidliche Verunreinigungen als Rest enthielt. Für Au, Pd, Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt wurden Stoffe mit mindestens 99 Masse-% Reinheit verwendet, die unvermeidliche Verunreinigungen als Rest enthielten. Zugabeelemente zum Kernmaterial (Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt) werden so gemischt, dass der Draht oder das Kernmaterial eine gewünschte Zusammensetzung hat. Bezüglich der Zugabe von Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt können diese einzeln gemischt werden. Alternativ können sie so gemischt werden, dass sie eine gewünschte Menge unter Verwendung einer die Zugabeelemente enthaltenden vorab hergestellten Cu-Vorlegierung haben, wenn das Element einen hohen Schmelzpunkt als Einzelkörper hat oder wenn das Element in verschwindend kleiner Menge zugegeben wird. Ferner enthalten die Arbeitsbeispiele 27 bis 47 Ga, Ge, As, Te, Sn, Sb, Bi, Se, B, P, Mg, Ca und/oder La.
Die Cu-Legierung als Kernmaterial wurde so hergestellt, dass sie einen Drahtdurchmesser von wenigen Millimetern durch Stranggießen ergab. Die erhaltene Legierung mit wenigen Millimetern Durchmesser wurde gezogen, um einen Draht mit 0,3 bis 1,4 mm Durchmesser herzustellen. Ein handelsübliches Schmiermittel wurde für das Drahtziehen verwendet, und eine Drahtziehgeschwindigkeit betrug 20 bis 150 m/min. Zur Entfernung eines Oxidfilms auf einer Drahtoberfläche wurde eine Beizbehandlung mit Salzsäure o. ä. durchgeführt, und eine Pd-Überzugschicht wurde mit 1 bis 15 µm so gebildet, dass sie die gesamte Oberfläche der Cu-Legierung als Kernmaterial bedeckte. Weiterhin wurde für einige Drähte eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht mit 0,05 bis 1,5 µm auf der Pd-Überzugschicht gebildet. Zur Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht kam Elektroplattieren zum Einsatz. Eine handelsübliche Halbleiterplattierungslösung wurde für eine Plattierungslösung verwendet. Danach erfolgte Drahtziehen unter hauptsächlicher Verwendung von Werkzeugen mit einer Querschnittsabnahme von 10 bis 21 %, und ferner erfolgten ein bis drei Wärmebehandlungen bei 200 bis 500 °C während des Drahtziehens, um Umformen auf einen Durchmesser von 20 µm durchzuführen. Nach dem Umformen erfolgte eine Wärmebehandlung, so dass die abschließende Bruchdehnung etwa 5 bis 15 % betrug. Ein Wärmebehandlungsverfahren erfolgte unter sukzessivem Drahtdurchlauf und wurde mit einem durchströmenden N₂- oder Ar-Gas durchgeführt. Eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit betrug 10 bis 90 m/min, eine Wärmebehandlungstemperatur betrug 350 bis 500 °C, und eine Wärmebehandlungszeit betrug 1 bis 10 Sekunden.
Bewertungsverfahren
Die Gehalte von Ni, Zn, Rh, In, Ir, Pt, Ga, Ge, As, Te, Sn, Sb, Bi, Se, B, P, Mg, Ca und La im Draht wurden als Konzentrationen der im gesamten Bonddraht enthaltenen Elemente mit Hilfe eines ICP-Emissionsspektrometers analysiert.
Für die Konzentrationsanalyse der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht kam Auger-Elektronenspektrometrie zum Einsatz, während der Bonddraht von seiner Oberfläche in Tiefenrichtung durch Zerstäubung o. ä. bearbeitet wurde. Anhand eines erhaltenen Konzentrationsprofils in Tiefenrichtung wurden eine Dicke der Pd-Überzugschicht, eine maximale Konzentration von Pd in der Pd-Überzugschicht und eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht bestimmt.
Der Orientierungsanteil der Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zur Drahtlängsrichtungen unter den Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts wurde durch Beobachtung von Kristallorientierungen einer Beobachtungsfläche (d. h. des Querschnitts des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse) durch EBSD berechnet. Für die Analyse von EBSD-Messdaten wurde exklusive Software verwendet (beispielsweise OIM Analysis, hergestellt von TSL Solutions). Die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse wurde durch Beobachtung der Kristallorientierungen auf der Beobachtungsfläche durch EBSD berechnet. Für die Analyse von EBSD-Messdaten wurde exklusive Software verwendet (beispielsweise OIM Analysis, hergestellt von TSL Solutions). Die Kristallkorngröße wurde erhalten, indem eine arithmetische Mittelung an einem Äquivalenzdurchmesser von Kristallkörnern erfolgte, die in einer Messfläche enthalten waren (dem Durchmesser eines Kreises, der mit einer Fläche eines Kristallkorns äquivalent ist; einem Kreisäquivalenzdurchmesser).
Die 0,2-%-Fließfestigkeit und die Bruchfestigkeit wurden bewertet, indem eine Zugprüfung mit einem Zwischenmarkierungsabstand von 100 mm durchgeführt wurde. Eine Mehrzweck-Materialprüfmaschine Typ 5542, hergestellt von Instron, wurde für eine Zugprüfvorrichtung verwendet. Die 0,2-%-Fließfestigkeit wurde mit Hilfe exklusiver Software berechnet, die in der Vorrichtung installiert war. Eine Last zum Bruchzeitpunkt wurde als Bruchfestigkeit bestimmt. Das Festigkeitsverhältnis wurde anhand der folgenden Gleichung (1) berechnet: $Festigkeitsverh \ddot{a} ltnis = Bruchfestigkeit/0, 2-%-Flie ß festigkeit .$
Die Bewertung der Keilbondbarkeit im Drahtbondteil erfolgte, indem 1000 Bondvorgänge an Keilbondteilen eines BGA-Substrats durchgeführt wurden, sowie anhand der Häufigkeit, mit der Ablösung der Bondteile auftrat. Das verwendete BGA-Substrat war mit Ni und Au plattiert. In dieser Bewertung wurde unter der Annahme rigoroserer Bondbedingungen als normal eine Stufentemperatur auf 150 °C festgelegt, was niedriger als ein allgemeiner festgelegter Temperaturbereich war. In der Bewertung wurde in der Spalte „Keilbondbarkeit“ in den Tabellen 1 bis 4 ein Fall, in dem mindestens 11 Fehler auftraten, als problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von 6 bis 10 Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von 1 bis 5 Fehlern wurde als problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Die Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit oder einer Umgebung mit hoher Temperatur wurde durch Herstellung einer Probe zur Bewertung der Bondzuverlässigkeit, Durchführen der HTS-Bewertung und Bewertung der Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Probe für die Bondzuverlässigkeitsbewertung wurde hergestellt, indem Kugelbonden auf eine Elektrode erfolgte, die durch Bilden einer Legierung aus AI-1,0% Si-0,5 % Cu als Film mit 0,8 µm Dicke auf einem Si-Substrat auf einem allgemeinen metallischen Rahmen gebildet wurde, wobei ein handelsüblicher Drahtbonder zum Einsatz kam und das Versiegeln mit einem handelsüblichen Epoxidharz erfolgte. Eine Kugel wurde unter Durchfluss eines Gases aus N₂ + 5 % H₂ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 bis 0,6 1/min gebildet, und ihre Grüße lag in einem Durchmesserbereich von 33 bis 34 µm.
Für die HTS-Bewertung wurde die hergestellte Probe zur Bondzuverlässigkeitsbewertung einer Umgebung mit hoher Temperatur mit einer Temperatur von 200 °C mit Hilfe einer Hochtemperatur-Thermostatvorrichtung ausgesetzt. Eine Scherprüfung wurde alle 500 Stunden am Kugelbondteil durchgeführt, und eine Zeit bis zu dem Punkt, an dem ein Scherfestigkeitswert halb so groß wie die Anfangsscherfestigkeit war, wurde als Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Scherprüfung nach dem Test mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wurde nach Entfernung des Harzes durch Säurebehandlung und Freilegen des Kugelbondteils durchgeführt.
Ein von DAGE hergestelltes Prüfgerät kam für ein Scherprüfgerät für die HTS-Bewertung zum Einsatz. Ein Mittelwert von Messwerten von 10 zufällig ausgewählten Kugelbondteilen diente als Wert für die Scherfestigkeit. Bei dieser Bewertung wurde in der Spalte „HTS“ in den Tabellen 1 bis 4 die Bondlebensdauer unter 500 Stunden als impraktikabel bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, mindestens 500 Stunden und unter 1000 Stunden wurden als praktikabel, aber verbesserungswürdig bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, mindestens 1000 Stunden und unter 3000 Stunden wurden als praktisch problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und mindestens 3000 Stunden wurden als besonders hervorragend bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Für die Bewertung des Kugelbildungsvermögens (FAB-Form) wurde eine Kugel vor Bonden entnommen und beobachtet, und es wurden das Vorhandensein oder Fehlen von Hohlräumen auf einer Oberfläche der Kugel sowie das Vorhandensein oder Fehlen von Verformung der Kugel bestimmt, die primär eine perfekte Kugel ist. Als fehlerhaft wurde das Auftreten eines der vorgenannten Fälle bestimmt. Die Bildung der Kugel erfolgte unter Blasen eines N₂-Gases mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 l/min, um Oxidation in einem Schmelzverfahrensablauf zu reduzieren. Die Größe der Kugel betrug 34 µm. Für eine Bedingung wurden 50 Kugeln beobachtet. Zur Beobachtung kam ein REM zum Einsatz. In der Bewertung des Kugelbildungsvermögens wurde in der Spalte „FAB-Form“ in den Tabellen 1 bis 4 ein Fall, in dem mindestens fünf Fehler auftraten, als problematisch bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von drei oder vier Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von ein oder zwei Fehlern wurde als problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Die Bondlebensdauer des Kugelbondteils in der Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit lässt sich durch die nachstehende HAST-Bewertung bewerten. Für die HAST-Bewertung wurde die hergestellte Probe zur Bondzuverlässigkeitsbewertung einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit mit Hilfe eines Dampfdrucktesters vom ungesättigten Typ ausgesetzt und mit 5 V Vorspannung beaufschlagt. Eine Scherprüfung am Kugelbondteil wurde alle 48 Stunden durchgeführt, und eine Zeit bis zu dem Punkt, an dem ein Scherfestigkeitswert halb so groß wie die Anfangsscherfestigkeit war, wurde als Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Scherprüfung nach dem Versuch mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wurde nach Entfernen des Harzes durch Säurebehandlung und Freilegen des Kugelbondteils durchgeführt.
Ein von DAGE hergestelltes Prüfgerät kam für ein Scherprüfgerät zur HAST-Bewertung zum Einsatz. Ein Mittelwert von Messwerten von 10 zufällig ausgewählten Kugelbondteilen diente als Wert für die Scherfestigkeit. Bei dieser Bewertung wurde in der Spalte „HAST“ in den Tabellen 1 bis 4 die Bondlebensdauer unter 144 Stunden als impraktikabel bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, mindestens 144 Stunden und unter 288 Stunden wurden als praktisch problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, mindestens 288 Stunden und unter 384 Stunden wurden als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert, und mindestens 384 Stunden wurden als besonders ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreispaar“-Symbol markiert.

Die Bewertung einer Quetschform bzw. eingedrückten Form des Kugelbondteils erfolgte durch Beobachtung des Kugelbondteils unmittelbar von oben nach Bonden und Bewertung anhand seiner Zirkularität. Für ein Bondgegenstück wurde eine Elektrode verwendet, bei der eine Legierung aus Al-0,5 % Cu als Film mit 1,0 µm Dicke auf einem Si-Substrat gebildet war. Die Beobachtung geschah mit Hilfe eines optischen Mikroskops, und 200 Stellen wurden für eine Bedingung beobachtet. Elliptische Formen mit starker Abweichung von einem perfekten Kreis sowie anisotrope Verformung wurden als fehlerhafte eingedrückte Form des Kugelbondteils bestimmt. Bei dieser Bewertung wurde in der Spalte „eingedrückte Form“ in den Tabellen 1 bis 4 ein Fall von ein bis drei Fehlern als unproblematisch bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem ein vorteilhafter perfekter Kreis für alle erhalten wurde, wurde als besonders ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert. [Tabelle 1]

		Zugabeelement (Masse-%)								Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	Nr.	M_A								Überzugschicht
	Nr.	Ni	Pt	Zn	Rh	In	Ir	M_A Gesamt	Andere	Dicke (µm)	Maximale Pd-Konzentration (Atom-%)
Arbeitsbsp.	1	0,7						0,7		0,015	97	--
	2			1,2				1,2		0,050	100	--
	3				1,0			1,0		0,100	100	--
	4					0,5		0,5		0,150	100	--
	5						0,1	0,1		0,015	98	--
	6		0,03					0,03		0,050	100	--
	7	1,1				0,3		1,4		0,100	100	--
	8			1,2			0,8	2,0		0,150	100	--
	9		0,1		0,7			0,8		0,015	98	--
	10	0,6			0,1	0,05		0,75		0,100	100	--
	11			0,8		0,8	0,3	1,9		0,150	100	--
	12	0,05	0,05		0,05			0,15		0,015	99	--
	13		0,3	1,0			0,1	1,4		0,015	97	--
	14	0,5						0,5		0,015	98	0,0005
	15			1,2				1,2		0,050	100	0,0010
	16				0,7			0,7		0,100	100	0,0100
	17					0,3		0,3		0,150	100	0,0500
	18						0,1	0,1		0,015	98	0,0005
	19		0,05					0,05		0,050	100	0,0010
	20	0,5				0,3		0,8		0,100	100	0,0100

[Tabelle 1] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestig keit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
Arbeitsbsp.	1	92	1,1	0,19	0,16	1,19	⊚	⊚	◯	◯	◯
	2	72	0,9	0,22	0,17	1,29	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	3	71	1,0	0,24	0,16	1,50	◯	⊚	⊚	◯	◯
	4	72	1,1	0,29	0,24	1,21	⊚	⊚	◯	◯	◯
	5	75	1,2	0,30	0,22	1,36	⊚	⊚	◯	◯	◯
	6	63	1,3	0,31	0,20	1,55	◯	⊚	⊚	◯	◯
	7	75	1,0	0,33	0,28	1,18	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	8	65	0,9	0,34	0,27	1,26	⊚	⊚	◯	◯	◯
	9	51	1,2	0,35	0,22	1,59	◯	⊚	◯	◯	◯
	10	97	1,2	0,33	0,30	1,10	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	11	80	1,1	0,34	0,28	1,21	⊚	⊚	◯	◯	◯
	12	70	1,2	0,35	0,22	1,59	◯	⊚	◯	◯	◯
	13	54	1,0	0,35	0,23	1,52	⊚	⊚	◯	◯	◯
	14	91	1,1	0,20	0,18	1,11	⊚	⊚	◯	◯	◯
	15	70	0,9	0,21	0,17	1,24	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	16	69	1,1	0,22	0,15	1,47	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	17	70	1,2	0,28	0,24	1,17	⊚	⊚	◯	◯	◯
	18	76	1,2	0,29	0,22	1,32	⊚	⊚	◯	◯	◯
	19	64	1,3	0,30	0,19	1,58	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	20	74	1,1	0,33	0,28	1,18	⊚	⊚	⊚	◯	◯

[Tabelle 1] (Fortsetzung

		Zugabeelement (Masse -%)								Überzugschicht		Dicke Legierungs schicht (µm) der shaut-(µm)
	Nr.	M_A								Überzugschicht
	Nr.	Ni	Pt	Zn	Rh	In	Ir	M_A Gesamt	Andere	Dicke (µm)	Konzentration Pd-(Atom-%)
Arbeitsbsp.	21			1,2			0,1	1,3		0,150	100	0,0500
	22		0,01		0,7			0,71		0,015	99	0,0005
	23	0,6			0,1	0,05		0,75		0,050	100	0,0010
	24			0,8		0,8	0,3	1,9		0,100	100	0,0100
	25	0,05	0,05		0,05			0,15		0,150	100	0,0500
	26		0,3	1,0			0,1	1,4		0,015	97	0,0100

[Tabelle 1] (Fortsetzung

		Kristallstruktur		Mechaanische Kennwerte			Drahtqual lität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorn größe (µm)	Bruchfestigkeit ①	Fl 0,2%-ließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorn größe (µm)	(mM/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
Arbeitsbsp.	21	64	1,2	0,34	0,26	1,31	⊚	⊚	◯	◯	◯
	22	50	1,1	0,35	0,23	1,52	◯	⊚	◯	◯	◯
	23	98	1,0	0,30	0,20	1,50	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	24	85	0,9	0,33	0,29	1,14	⊚	⊚	⊚	◯	◯
	25	74	1,3	0,34	0,25	1,36	⊚	⊚	◯	◯	◯
	26	51	0,9	0,35	0,25	1,40	⊚	⊚	◯	◯	◯

[Tabelle 2]

	Zugabeelement (Masse-%)									Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	M_A									Überzugschicht
	Nr.	Ni	Pt	Zn	Rh	In	Ir	M_A Gesamt	Andere	Dicke (µm)	Maximale Pd-Konzentration (Atom-%)
Arbeitsbsp.	27	0,7						0,7	Ga:0,007	0,100	100	--
	28			1,1				1,1	Ge:0,008	0,050	100	--
	29				0,7			0,7	As:0,003	0,050	100	--
	30					1,2		1,2	Te:0,001	0,150	100	--
	31						0,5	0,5	Sn:0,0007	0,015	96	--
	32		0,05					0,05	Sb:0,0008	0,050	100	--
	33	1,0						1,0	Bi:0,00008	0,100	100	--
	34			0,8				0,8	Se:0,0001	0,100	100	--
	35				0,05			0,05	Ga:0,003 Te:0,0008	0,100	100	--
	36					0,08		0,08	Ge:0,003 Sb:0,0007	0,150	100	0,0050
	37						0,1	0,1	As:0,001 Se:0,001	0,150	100	0,0100
	38	0,08						0,08	B:0,0008	0,050	100	--
	39			1,2				1,2	P:0,004	0,050	100	--
	40				0,05			0,05	Mg:0,005	0,100	100	--
	41					0,5		0,5	Ca:0,003	0,015	95	--
	42						0,1	0,1	La:0,003	0,100	100	0,0100
	43		0,05					0,05	P:0,006 B:0,0008	0,050	100	0,0050
	44	0,6						0,6	P:0,003 Ca:0,001	0,015	100	0,0100
	45	0,5						0,5	B:0,015	0,100	100	0,0100

[Tabelle 2] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhält nis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
Arbeitsbsp.	27	88	0,9	0,22	0,18	1,22	⊚	⊚	⊚	⊚	◯
	28	75	1,0	0,25	0,17	1,47	⊚	⊚	⊚	⊚	◯
	29	72	1,0	0,30	0,21	1,43	⊚	⊚	⊚	⊚	◯
	30	67	1,2	0,31	0,24	1,29	⊚	⊚	◯	⊚	◯
	31	66	1,0	0,29	0,22	1,32	⊚	⊚	◯	⊚	◯
	32	74	1,1	0,35	0,29	1,21	⊚	⊚	⊚	⊚	◯
	33	80	1,1	0,31	0,22	1,41	⊚	⊚	⊚	⊚	◯
	34	92	0,9	0,27	0,19	1,42	⊚	⊚	⊚	⊚	◯
	35	72	1,2	0,30	0,19	1,58	◯	⊚	⊚	⊚	◯
	36	55	1,3	0,33	0,25	1,32	⊚	⊚	◯	⊚	◯
	37	82	1,1	0,32	0,25	1,28	⊚	⊚	◯	⊚	◯
	38	74	1,1	0,34	0,23	1,48	⊚	⊚	⊚	◯	⊚
	39	77	1,2	0,29	0,20	1,45	⊚	⊚	⊚	◯	⊚
	40	91	1,0	0,33	0,28	1,18	⊚	⊚	⊚	◯	⊚
	41	68	1,0	0,23	0,19	1,21	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	42	91	0,9	0,26	0,21	1,24	⊚	⊚	⊚	◯	⊚
	43	68	1,1	0,29	0,19	1,53	◯	⊚	⊚	◯	⊚
	44	57	1,3	0,33	0,24	1,38	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	45	90	0,9	0,25	0,21	1,19	⊚	⊚	⊚	◯	⊚

[Tabelle 2]

	Zugabeelemement (Masse-%)									Überzugvschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	Nr.	M_A								Überzugvschicht
	Nr.	Ni	Pt	Zn	Rh	In	Ir	M_A Gesamt	Andere	Dicke (µm)	Maximale Pd-Konzentration (Atom-%)
0,050	46			0,5				0,5	P:0,02	0,050	100	0,0050
	47					0,5		0,5	La:0,018	0,015	100	0,0100
	48	0,011						0,011		0,015	98	--
	49		0,011					0,011		0,050	100	--
	50			0,011				0,011		0,100	100	--
	51				0,011			0,011		0,150	100	--
	52					0,011		0,011		0,050	100	--
	53						0,011	0,011		0,100	100	--

[Tabelle 2] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Dra htqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Draht-quer-schnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
	Test Nr.	<100>-Anteil des Draht-quer-schnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
Arbeitsbsp.	46	67	1,1	0,28	0,19	1,47	⊚	⊚	⊚	◯	⊚
	47	56	1,3	0,33	0,24	1,38	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	48	75	1,0	0,21	0,18	1,17	⊚	◯	◯	◯	◯
	49	72	1,0	0,19	0,16	1,19	⊚	◯	⊚	◯	◯
	50	67	1,2	0,23	0,19	1,21	⊚	◯	⊚	◯	◯
	51	66	1,0	0,22	0,18	1,22	⊚	◯	◯	◯	◯
	52	74	1,1	0,21	0,18	1,17	⊚	◯	⊚	◯	◯
	43	80	0,9	0,23	0,2	1,15	⊚	◯	⊚	◯	◯

[Tabelle 3]

		Zugabeelement (Masse--%)								Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	Nr.	M_A								Überzugschicht
	Nr.	Ni	Pt	Zn	Rh	In	Ir	M_A Gesamt	Andere	Dicke (µm)	Maximale Pd-Konzentration (Atom-%)
Arbeitsbsp.	54	0,02						0,02		0,015	97	--
	55		0,02					0,02		0,05	100	--
	56			0,02				0,02		0,1	100	--
	57				0,02			0,02		0,15	100	--
	58					0,02		0,02		0,05	100	--
	59						0,02	0,02		0,1	100	--

[Tabelle 3] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhä ltnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
Arbeitsbsp.	54	30	1	0,31	0,24	1,29	⊚	◯	◯	◯	◯
	55	41	1	0,33	0,22	1,50	⊚	◯	⊚	◯	◯
	56	49	1,2	0,28	0,19	1,47	⊚	◯	⊚	◯	◯
	57	52	1,3	0,32	0,27	1,19	⊚	◯	◯	◯	◯
	58	60	1,4	0,22	0,18	1,22	⊚	◯	⊚	◯	◯
	59	74	1,5	0,25	0,20	1,25	⊚	◯	⊚	◯	◯

[Tabelle 4]

		Zugabeelement															Überzugschicht
	Nr.	Ni	Pd	Pt	Zn	Rh	In	Ir	Ga	Ge	As	Te	Sn	Sb	Bi	Se	Dicke	Maximale Pd-Konzentration	Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	Nr.	(Mass-%) (Menge im Kernmaterial für Pd (Mass-%))									(Masse-ppm)						(µm)	(Atom-%)	Dicke der Legierungshautschicht (µm)
Vergleichsbsp.	1	0,7															0,015	98	--
	2				1,2			0,8									0,150	100	--
	3	0,6				0,1	0,05										0,100	100	--
	4			0,03													0,050	100	--
	5			0,1		0,7											0,015	96	--
	6				0,8		0,8	0,3									0,150	100	--
	7		0,7		1,2												0,050	100	--
	8	1,1					0,3										0,100	100	--
	9	0,05		0,05		0,05											0,015	97	--
	10								0,05			1,2			0,9		0,015	98	--
	11								1					1,1		1,1	0,15	100	--
	12									0,05	1,3		1,1				0,1	100	--
	13									1	1,1			1,2	0,8		0,05	100	--
	14								0,05	0,05		1,1	0,9			1,2	0,015	96	--
	15																0,15	100	--
	16																0,05	100	--

[Tabelle 4] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkomgröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkomgröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form
Arbeitsbsp.	1	50	0,8	0,35	0,32	1,09	×	⊚	◯	◯	◯
	2	29	1,7	0,29	0,16	1,81	×	⊚	◯	◯	◯
	3	51	0,7	0,28	0,26	1,08	×	⊚	⊚	◯	◯
	4	25	0,9	0,21	0,12	1,75	×	⊚	⊚	◯	◯
	5	20	1,1	0,30	0,17	1,76	×	⊚	◯	◯	◯
	6	21	1,6	0,35	0,19	1,84	×	⊚	◯	◯	◯
	7	22	1,0	0,21	0,12	1,75	×	⊚	⊚	◯	◯
	8	25	1,6	0,30	0,18	1,67	△	⊚	⊚	◯	◯
	9	28	1,8	0,34	0,20	1,70	△	⊚	◯	◯	◯
	10	22	0,8	0,20	0,19	1,05	×	△	◯	⊚	◯
	11	23	0,7	0,26	0,24	1,08	×	△	◯	⊚	◯
	12	25	0,9	0,35	0,21	1,67	△	△	⊚	⊚	◯
	13	23	1,1	0,31	0,19	1,63	△	△	⊚	⊚	◯
	14	22	1,6	0,24	0,14	1,71	×	△	◯	⊚	◯
	15	92	1,1	0,21	0,12	1,75	×	×	◯	×	◯
	16	45	1,4	0,34	0,21	1,62	△	×	⊚	×	◯

Bewertungsergebnisse
Die Bonddrähte gemäß den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 weisen jeweils ein Cu-Legierungskernmaterial und eine Pd-Überzugschicht auf, die auf einer Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildet ist, und eine Dicke der Pd-Überzugschicht liegt im bevorzugten Bereich von 0,015 bis 0,150 µm. Sie alle zeigen eine vorteilhafte FAB-Form. Ferner enthalten diese Bonddrähte mindestens ein Element, das aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewählt ist, und eine Konzentration der Elemente insgesamt beträgt 0,011 bis 2 Masse-% relativ zum gesamten Draht, und mit dieser Konfiguration erreichen sie eine günstige Zuverlässigkeit des Kugelbondteils bei hoher Temperatur in der HTS-Bewertung.
In den Arbeitsbeispielen betrugt die Querschnittsabnahme beim Drahtziehen mindestens 10 %, und die Wärmebehandlungstemperatur nach Drahtziehen war eine niedrige Temperatur von höchstens 500 °C, wodurch die Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zur Drahtlängsrichtung unter den Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung mindestens 30 % bei Messung der Kristallorientierungen auf dem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts betragen konnte und die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts 0,9 bis 1,5 µm betragen konnte. Folglich lag das Festigkeitsverhältnis (= Bruchfestigkeit/0,2-%-Fließfestigkeit) in allen Fällen im Bereich von 1,1 bis 1,6, obwohl der Draht Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt enthielt. Somit war die Keilbondbarkeit in allen Fällen günstig.
Dagegen war in den Vergleichsbeispielen 4 bis 7 sowie 12 bis 14 die Wärmebehandlungstemperatur eine hohe Temperatur von mindestens 600 °C, wodurch der <100>-Orientierungsanteil in Drahtlängsrichtung unter 30 % lag. In den Vergleichsbeispielen 2, 6, 8, 9 und 14 war die Wärmebehandlungstemperatur eine hohe Temperatur von mindestens 620 °C, wodurch der <100>-Orientierungsanteil in Drahtlängsrichtung unter 30 % lag und die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials 1,5 µm überstieg. Damit lag in allen Vergleichsbeispielen 2, 4 bis 9 sowie 12 bis 14 das Festigkeitsverhältnis über 1,6, und die Keilbondbarkeit war fehlerhaft oder problematisch.
In den Vergleichsbeispielen 1 und 3 lag die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials unter 0,9 µm, das Festigkeitsverhältnis war kleiner als 1,1, und die Keilbondbarkeit war in beiden Fällen fehlerhaft, da die Werkzeugquerschnittsabnahme unter 10 % lag. In den Vergleichsbeispielen 10 und 11 lag der <100>-Orientierungsanteil in Drahtlängsrichtung unter 30 %, die mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials unterschritt 0,9 µm, und die Keilbondbarkeit war in beiden Fällen fehlerhaft. Im Vergleichsbeispiel 15 betrug die mittlere Kristallkorngröße 0,9 bis 1,5 µm, und der <100>-Orientierungsanteil in Drahtlängsrichtung überstieg 30 %, aber HTS, HAST und Keilbondbarkeit waren alle fehlerhaft, da das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, nicht darin enthalten war. Im Vergleichsbeispiel 16 waren HTS und HAST fehlerhaft, da das Element, das für Bondzuverlässigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur sorgt, nicht darin enthalten war.
Arbeitsbeispiele 2-1 bis 2-44
Probe
Zunächst wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung einer Probe beschrieben. Für Cu als Rohmaterial des Kernmaterials wurde Cu mit mindestens 99,99 Masse-% Reinheit verwendet, das unvermeidliche Verunreinigungen als Rest enthielt. Für Ga, Ge, Ni, Ir, Pt, Pd, B, P und Mg wurden Stoffe mit mindestens 99 Masse-% Reinheit verwendet, die unvermeidliche Verunreinigungen als Rest enthielten. Ga, Ge, Ni, Ir, Pt, Pd, B, P und Mg als Zugabeelemente zum Kernmaterial werden so gemischt, dass der Draht oder das Kernmaterial eine gewünschte Zusammensetzung hat. Bezüglich der Zugabe von Ga, Ge, Ni, Ir, Pt, Pd, B, P und Mg können diese einzeln gemischt werden. Alternativ können sie so gemischt werden, dass sie eine gewünschte Menge unter Verwendung einer die Zugabeelemente enthaltenden vorab hergestellten Cu-Vorlegierung haben, wenn das Element einen hohen Schmelzpunkt als Einzelkörper hat oder wenn das Element in verschwindend kleiner Menge zugegeben wird.
Die Herstellung der Cu-Legierung als Kernmaterial erfolgte durch Aufgeben von Rohmaterialien in einen Kohletiegel, der in eine zylindrische Form mit 3 bis 6 mm Durchmesser umgeformt war, Erwärmen und Schmelzen der Rohmaterialien bei 1090 bis 1300 °C im Vakuum oder in einer Inertatmosphäre, z. B. einem N₂- oder Ar-Gas, mit Hilfe eines Hochfrequenzofens und Durchführen von Ofenabkühlung. Die erhaltene Legierung mit 3 bis 6 mm Durchmesser wurde gezogen, um auf 0,9 bis 1,2 mm Durchmesser umgeformt zu werden, und ein Draht mit 300 bis 600 µm Durchmesser wurde durch aufeinanderfolgendes Drahtziehen mit Hilfe von Werkzeugen hergestellt. Ein handelsübliches Schmiermittel wurde zum Drahtziehen verwendet, und eine Drahtziehgeschwindigkeit betrug 20 bis 150 m/min. Zur Entfernung eines Oxidfilms auf einer Drahtoberfläche wurde eine Beizbehandlung mit Schwefelsäure durchgeführt, und eine Pd-Überzugschicht mit 1 bis 15 µm wurde so gebildet, dass sie die gesamte Oberfläche der Cu-Legierung als Kernmaterial bedeckte. Weiterhin wurde für einige Drähte eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht mit 0,05 bis 1,5 µm auf der Pd-Überzugschicht gebildet. Für die Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht kam Elektroplattieren zum Einsatz. Eine handelsübliche Halbleiterplattierungslösung wurde für eine Plattierungslösung verwendet. Danach erfolgten Wärmebehandlung bei 200 bis 500 °C und Drahtziehen wiederholt, um ihn auf 20 µm Durchmesser umzuformen. Nach der Umformung wurde eine Wärmebehandlung unter Durchfluss eines N₂- oder Ar-Gases durchgeführt, so dass die Bruchdehnung abschließend etwa 5 bis 15 % betrug. Ein Verfahren zur Wärmebehandlung erfolgte unter sukzessivem Drahtdurchlauf und wurde mit einem durchströmenden N₂- oder Ar-Gas durchgeführt. Eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit betrug 20 bis 200 m/min, eine Wärmebehandlungstemperatur betrug 200 bis 600 °C, und eine Wärmebehandlungszeit betrug 0,2 bis 1,0 Sekunde.
Für die Konzentrationsanalyse der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht wurde die Analyse mit Hilfe einer Auger-Elektronenspektroskopievorrichtung unter Zerstäubung des Bonddrahts von seiner Oberfläche in Tiefenrichtung mit Ar-Ionen durchgeführt. Die Dicken der Überzugschicht und der Legierungshautschicht wurden anhand eines erhaltenen Konzentrationsprofils (die Einheit der Tiefe bezog sich auf SiO₂) in Tiefenrichtung bestimmt. Ein Bereich, in dem eine Konzentration von Pd mindestens 50 Atom-% betrug und eine Konzentration von Au unter 10 Atom-% lag, wurde als Pd-Überzugschicht bestimmt, und ein Bereich, in dem eine Konzentration von Au in einem Bereich von mindestens 10 Atom-% auf einer Oberfläche der Pd-Überzugschicht lag, wurde als Legierungshautschicht bestimmt. Die Dicken der Überzugschicht und der Legierungshautschicht und eine maximale Konzentration von Pd sind in den Tabellen 5 und 6 aufgeführt. Die Konzentration von Pd im Cu-Legierungskernmaterial wurde durch ein Verfahren gemessen, das einen Drahtquerschnitt freilegt und eine Linienanalyse, Punktanalyse o. ä. auf dem freigelegten Drahtquerschnitt durch ein Elektronensonden-Mikroanalysengerät durchführt, das in einem Rasterelektronenmikroskop eingebaut ist. Für das Verfahren zum Freilegen des Drahtquerschnitts wurde mechanisches Polieren, Ionenätzen o. ä. verwendet. Für die Konzentrationen von Ga, Ge, Ni, Ir, Pt, B, P und Mg im Bonddraht wurde eine Lösung, die durch Auflösen des Bonddrahts mit einer starken Säure erhalten wurde, mit Hilfe eines ICP-Emissionsspektrometers oder eines ICP-Massenspektrometers analysiert, und sie wurden als Konzentrationen der Elemente detektiert, die im gesamten Bonddraht enthalten waren.

Die Konfigurationen der jeweiligen Proben, die gemäß dem vorstehenden Vorgehen hergestellt wurden, sind in den folgenden Tabellen 5 und 6 aufgeführt. [Tabelle 5]

	Nr.	Zugabeelement										Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
		M_B		M_B Gesamt	M_A				Andere			Überzugschicht
		Ga	Ge		Ni	Pd	Pt	Ir	B	P	Mg	Dicke	Maximale Pd-Konzentration
		(Masse-%)			(Masse-%)				(Masse-pp ppm)			(µm)	(Atom-%)
Arbeits-Bsp.	2-1	0,20		0,020								0,15	100	--
	2-2	0,25		0,025								0,015	98	0,0005
	2-3	0,500		0,500								0,1	100	0,0005
	2-4	1,500		1,500								0,05	100	0,001
	2-5		0,011	0,011								0,1	100	0,001
	2-6		0,025	0,025								0,05	100	0,08
	2-7		0,300	0,300								0,05	100	0,01
	2-8		1,500	1,500								0,1	100	0,01
	2-9	0,015	0,11	0,026								0,05	100	0,001
	2-10	0,050	0,600	0,650								0,05	100	0,01
	2-11	0,600	0,850	1,450								0,05	100	0,003
	2-12	0,002	0,800	0,802								0,05	100	0,003
	2-13	0,030		0,030	0,50							0,15	100	0,001
	2-14	0,030		0,030	1,20							0,15	100	0,003
	2-15	0,030		0,030				0,50				0,05	100	--
	2-16	0,030		0,030				1,20				0,1	100	0,01
	2-17	0,030		0,030			0,50					0,05	100	0,01
	2-18	0,030		0,030			1,20					0,1	100	0,01
	2-19	0,030		0,030		0,50						0,015	96	0,0005
	2-20	0,030		0,030		1,20						0,1	100	0,01
	2-21		0,030	0,030	0,80							0,15	100	0,01
	2-22		0,030	0,030	1,20							0,05	100	0,003

[Tabelle 5] (Fortsetzung)

	Kristallstruktur			Mechanische Kennwerte			Drahtqual ität
	Test Nr.	<100 des >-Anteil Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
	Test Nr.	<100 des >-Anteil Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)			Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
Arbeitsbsp.	2-1	91	1,1	0,20	0,19	1,05	⊚	△	◯	△	◯	⊚
	2-2	71	1,2	0,23	0,17	1,35	⊚	△	◯	◯	◯	⊚
	2-3	70	0,9	0,25	0,18	1,39	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-4	71	1,0	0,30	0,23	1,30	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-5	74	1,1	0,31	0,23	1,35	⊚	△	⊚	△	◯	⊚
	2-6	62	1,1	0,32	0,25	1,28	⊚	△	△	◯	◯	⊚
	2-7	74	1,3	0,34	0,26	1,31	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-8	64	1,0	0,35	0,30	1,17	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-9	50	1,2	0,34	0,22	1,55	⊚	△	⊚	△	◯	⊚
	2-10	96	0,9	0,21	0,19	1,11	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-11	79	1,0	0,22	0,16	1,38	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-12	69	1,0	0,23	0,19	1,21	⊚	△	⊚	⊚	◯	⊚
	2-13	53	1,1	0,30	0,19	1,58	⊚	◯	⊚	◯	◯	⊚
	2-14	90	1,2	0,27	0,25	1,08	⊚	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	2-15	70	1,2	0,28	0,21	1,33	⊚	◯	⊚	◯	◯	⊚
	2-16	68	1,0	0,29	0,25	1,16	⊚	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	2-17	69	1,1	0,32	0,26	1,23	⊚	◯	⊚	◯	◯	⊚
	2-18	75	1,3	0,33	0,25	1,32	⊚	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	2-19	63	1,2	0,34	0,28	1,21	⊚	◯	⊚	◯	◯	⊚
	2-20	73	1,0	0,31	0,23	1,35	⊚	⊚	⊚	◯	◯	⊚
	2-21	63	1,0	0,34	0,29	1,17	⊚	◯	⊚	◯	◯	⊚
	2-22	51	1,0	0,21	0,14	1,50	⊚	⊚	⊚	◯	◯	⊚

[Tabelle 6]

	Zugabeelement											Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	Nr.	M_B		M_B Gesamt		M_A			Andere			Überzugschicht
		Ga	Ge		Ni	Pd	Pt	Ir	B	P	Mg	Dicke	Maximale Pd-Konzentration
		(Masse-%)				(Masse-%)			(Masse-ppm)			(µm)	(Atom-%)
	2-23		0,030	0,030				0,80				0,05	100	0,01
	2-24		0,030	0,030				1,20				0,15	100	0,001
	2-25		0,030	0,030			0,80					0,15	100	0,08
	2-26		0,030	0,030			1,20					0,15	100	0,001
	2-27		0,030	0,030		0,80						0,015	97	0,003
	2-28		0,030	0,030		1,20						0,1	100	0,003
	2-29	0,500		0,500	0,90				30			0,05	100	0,003
	2-30	0,500		0,500				0,90	30			0,05	100	--
	2-31	0,500		0,500	0,90					50		0,05	100	0,003
	2-32	0,500		0,500				0,90		50		0,15	100	0,01
Arbeits-	2-33	0,500		0,500	0,90						10	0,15	100	0,001
Bsp.	2-34	0,500		0,500				0,90			10	0,15	100	0,01
	2-35	0,800	0,500	1,300	0,50				15			0,015	99	0,003
	2-36	0,080	1,200	1,280				0,50	15			0,15	100	0,01
	2-37	1,300	0,050	1,350	0,50					100		0,15	100	0,01
	2-38	0,300	0,500	0,800				0,50		100		0,015	96	0,003
	2-39	0,080	0,040	0,120	0,50						30	0,015	98	0,001
	2-40	1,000	0,100	1,100				0,50			30	0,15	100	0,05
	2-41	0,050										0,015	98	--
	2-42		0,050									0,015	96	--
	2-43	1,000										0,1	100	--
	2-44		1,000									0,1	100	--

[Tabelle 6] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/ µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
Arbeitsbsp.	2-23	97	1,2	0,24	0,22	1,09	⊚	○	⊚	○	○	⊚
	2-24	84	0,9	0,29	0,20	1,45	⊚	⊚	⊚	○	○	⊚
	2-25	73	1,0	0,30	0,23	1,30	⊚	○	△	○	○	⊚
	2-26	50	1,1	0,28	0,18	1,56	⊚	⊚	⊚	○	○	⊚
	2-27	87	1,3	0,34	0,23	1,48	⊚	○	⊚	○	○	⊚
	2-28	76	1,1	0,30	0,22	1,36	⊚	⊚	⊚	○	○	⊚
	2-29	66	0,9	0,26	0,21	1,24	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-30	65	1,2	0,29	0,24	1,21	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-31	92	1,2	0,32	0,29	1,10	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-32	72	1,2	0,33	0,25	1,32	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-33	54	1,1	0,31	0,2	1,55	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-34	81	1,0	0,25	0,17	1,47	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-35	73	1,2	0,33	0,25	1,32	⊚	○	○	⊚	⊚	⊚
	2-36	76	1,3	0,29	0,22	1,32	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-37	91	0,9	0,26	0,24	1,08	⊚	○	⊚	⊚		⊚
	2-38	67	1,0	0,23	0,2	1,15	⊚	○	○	⊚	⊚	⊚
	2-39	91	1,1	0,33	0,3	1,10	⊚	○	○	⊚	⊚	⊚
	2-40	67	1,2	0,29	0,25	1,16	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	2-41	57	1,1	0,29	0,19	1,53	⊚	△	○	⊚	○	⊚
	2-42	98	1,0	0,26	0,23	1,13	⊚	△	○	⊚	○	⊚
	2-43	75	1,0	0,35	0,26	1,35	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	2-44	69	1,2	0,21	0,18	1,17	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚

Bewertungsverfahren
Bewertet wurde eine Kristallstruktur auf einer Drahtoberfläche als Beobachtungsfläche. Ein Verfahren mit Elektronenrückstreubeugung (EBSD) kam als Bewertungsverfahren zum Einsatz. Das EBSD-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es Kristallorientierungen auf einer Beobachtungsfläche beobachten und eine Winkeldifferenz der Kristallorientierungen zwischen benachbarten Messpunkten grafisch darstellen kann. Ferner kann das EBSD-Verfahren relativ leicht die Kristallorientierungen mit hoher Genauigkeit beobachten, selbst für einen Dünndraht wie den Bonddraht.
Bei der EBSD-Durchführung mit einer gekrümmten Oberfläche wie der Drahtoberfläche als Beobachtungsgegenstand sollte Sorgfalt geübt werden. Wird ein Bereich mit großer Krümmung gemessen, ist eine Messung mit hoher Genauigkeit schwierig. Allerdings wird ein zu messender Bonddraht an einer Linie auf einer Ebene fixiert, und ein Flachteil nahe der Mitte des Bonddrahts wird gemessen, wodurch eine Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann. Insbesondere funktioniert der nachstehend dargestellte Messbereich gut. Die Größe in Umfangsrichtung beträgt höchstens 50 % des Drahtdurchmessers mit der Mitte in Drahtlängsrichtung als Achse, wogegen die Größe in Drahtlängsrichtung höchstens 100 µm beträgt. Vorzugsweise beträgt die Größe in Umfangsrichtung höchstens 40 % des Drahtdurchmessers, wogegen die Größe in Drahtlängsrichtung höchstens 40 µm beträgt, wodurch die Messeffizienz durch Verkürzung einer Messzeit verbessert werden kann. Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, ist erwünscht, drei oder mehr Punkte zu messen, um Mittelwertinformationen unter Berücksichtigung von Abweichungen zu erhalten. Die Messstellen können mindestens 1 mm Abstand voneinander haben, um nicht nahe aneinander zu liegen.
Was den Orientierungsanteil der Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zur Drahtlängsrichtung unter den Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts sowie die mittlere Kristallkorngröße (µm) im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse betrifft, wurden sie durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 erhalten. Hinsichtlich der 0,2-%-Fließfestigkeit und Bruchfestigkeit wurden diese durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 bewertet, und ein Festigkeitsverhältnis wurde durch die vorstehende Gleichung (1) berechnet.
Die Bestimmung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit oder einer Umgebung mit hoher Temperatur erfolgte durch Herstellen einer Probe zur Bewertung der Bondzuverlässigkeit, Durchführen der HAST- und HTS-Bewertung und Bewerten der Bondlebensdauer des Kugelbondteils in jeder Prüfung. Hergestellt wurde die Probe zur Bewertung der Bondzuverlässigkeit durch Durchführung von Kugelbonden auf eine Elektrode, die durch Bildung einer Legierung aus AI-1,0 % Si-0,5 % Cu als Film mit 0,8 µm Dicke auf einem Si-Substrat auf einem allgemeinen metallischen Rahmen gebildet war, mit Hilfe eines handelsüblichen Drahtbonders und deren Versiegeln mit einem Handelsüblichen Epoxidharz. Eine Kugel wurde unter Durchfluss eines Gases aus N₂ + 5 % H₂ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 bis 0,6 l/min gebildet, und ihre Größe lag in einem Durchmesserbereich von 33 bis 34 µm.
Für die HAST-Bewertung wurde die hergestellte Probe zur Bondzuverlässigkeitsbewertung einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit mit Hilfe eines Dampfdrucktesters vom ungesättigten Typ ausgesetzt und mit 7 V Vorspannung beaufschlagt. Eine Scherprüfung am Kugelbondteil wurde alle 48 Stunden durchgeführt, und eine Zeit bis zu dem Punkt, an dem ein Scherfestigkeitswert halb so groß wie die Anfangsscherfestigkeit war, wurde als Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Scherprüfung nach dem Versuch mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wurde nach Entfernung des Harzes durch Säurebehandlung und Freilegen des Kugelbondteils durchgeführt.
Ein von DAGE hergestelltes Prüfgerät kam für ein Scherprüfgerät für die HAST-Bewertung zum Einsatz. Ein Mittelwert von Messwerten von 10 zufällig ausgewählten Kugelbondteilen diente als Wert für die Scherfestigkeit. Bei dieser Bewertung wurde in der Spalte „HAST“ in den Tabellen 5 und 6 die Bondlebensdauer unter 96 Stunden als praktisch problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, mindestens 96 Stunden und unter 144 Stunden wurden als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, mindestens 144 Stunden und unter 288 Stunden wurden als praktisch problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und mindestens 288 Stunden wurden als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Für die HTS-Bewertung wurde die hergestellte Probe zur Bondzuverlässigkeitsbewertung einer Umgebung mit hoher Temperatur mit einer Temperatur von 200 °C mit Hilfe einer Hochtemperatur-Thermostatvorrichtung ausgesetzt. Eine Scherprüfung wurde alle 500 Stunden am Kugelbondteil durchgeführt, und eine Zeit bis zu dem Punkt, an dem ein Scherfestigkeitswert halb so groß wie die Anfangsscherfestigkeit war, wurde als Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Scherprüfung nach dem Test mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wurde nach Entfernen des Harzes durch Säurebehandlung und Freilegen des Kugelbondteils durchgeführt.
Ein von DAGE hergestelltes Prüfgerät kam für ein Scherprüfgerät für die HTS-Bewertung zum Einsatz. Ein Mittelwert von Messwerten von 10 zufällig ausgewählten Kugelbondteilen diente als Wert für die Scherfestigkeit. Bei dieser Bewertung wurde die Bondlebensdauer von mindestens 500 Stunden und unter 1000 Stunden als praktikabel, aber verbesserungswürdig bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, mindestens 1000 Stunden bis unter 3000 Stunden wurden als praktisch problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und mindestens 3000 Stunden wurden als besonders hervorragend bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Für die Bewertung des Kugelbildungsvermögens (FAB-Form) wurde eine Kugel vor Bonden entnommen und beobachtet, und es wurden das Vorhandensein oder Fehlen von Hohlräumen auf der Kugeloberfläche sowie das Vorhandensein oder Fehlen von Verformung der Kugel bestimmt, die primär eine perfekte Kugel ist. Als fehlerhaft wurde das Auftreten eines der vorgenannten Fälle bewertet. Die Bildung der Kugel erfolgte unter Durchblasen eines N₂-Gases mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 0,5 l/min, um Oxidation in einem Schmelzverfahrensablauf zu reduzieren. Die Größe der Kugel betrug 34 µm. Für eine Bedingung wurden 50 Kugeln untersucht. Zur Beobachtung kam ein REM zum Einsatz. In der Bewertung des Kugelbildungsvermögens wurde in der Spalte „FAB-Form“ in den Tabellen 5 und 6 ein Fall, in dem mindestens fünf Fehler auftraten, als problematisch bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von drei oder vier Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von ein oder zwei Fehlern wurde als problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Die Bewertung der Keilbondbarkeit am Drahtbondteil erfolgte, indem 1000 Bondvorgänge an Leitern eines Leiterrahmens durchgeführt wurden, sowie anhand der Häufigkeit, mit der Ablösung des Bondteils auftrat. Ein Leiterrahmen aus einer Legierung aus Fe-42 Atom-% Ni, der mit 1 bis 3 µm Ag plattiert war, kam für den Leiterrahmen zum Einsatz. In dieser Bewertung wurde unter der Annahme rigoroserer Bondbedingungen als normal eine Stufentemperatur auf 150 °C festgelegt, was niedriger als ein allgemeiner festgelegter Temperaturbereich war. In der Bewertung wurde in der Spalte „Keilbondbarkeit“ in den Tabellen 5 und 6 ein Fall, in dem mindestens 11 Fehler auftraten, als problematisch bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von 6 bis 10 Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von 1 bis 5 Fehlern wurde als problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Die Bewertung einer eingedrückten Form des Kugelbondteils erfolgte durch Beobachtung des Kugelbondteils unmittelbar von oben nach Bonden und Bewertung anhand seiner Zirkularität. Für ein Bondgegenstück wurde eine Elektrode verwendet, bei der eine Legierung aus Al-0,5 % Cu als Film mit 1,0 µm Dicke auf einem Si-Substrat gebildet war. Die Beobachtung geschah mit Hilfe eines optischen Mikroskops, und 200 Stellen wurden für eine Bedingung beobachtet. Elliptische Formen mit starker Abweichung von einem perfekten Kreis sowie anisotrope Verformung wurden als fehlerhafte Quetschform des Kugelbondteils bestimmt. In dieser Bewertung wurde in der Spalte „eingedrückte Form“ in den Tabellen 5 und 6 ein Fall von mindestens sechs auftretenden Fehlern als problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von vier oder fünf Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein bis drei wurden als problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem ein vorteilhafter perfekter Kreis für alle erhalten wurde, wurde als besonders ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Neigung
An einem Leiterrahmen zur Bewertung wurden 100 Bondvorgänge mit einer Schleifenlänge von 5 mm und einer Schleifenhöhe von 0,5 mm durchgeführt. Als Bewertungsverfahren wurde ein aufrechtes Drahtteil aus einer waagerechten Chiprichtung beobachtet, und die Bewertung erfolgte auf der Grundlage eines Abstands, wenn der Abstand zwischen einer die Mitte des Kugelbondteils durchlaufenden Senkrechten und dem aufrechten Drahtteil maximiert war (Neigungsabstand). War der Neigungsabstand kleiner als der Drahtdurchmesser, wurde die Neigung als vorteilhaft bestimmt, wogegen bei größerem Neigungsabstand das aufrechte Teil Neigung zeigte und die Neigung als fehlerhaft bestimmt wurde. Einhundert Bonddrähte wurden mit einem optischen Mikroskop beobachtet, und die Anzahl von Neigungsfehlern wurde gezählt. In der Spalte „Neigung“ in den Tabellen 5 und 6 wurde ein Fall, in dem mindestens sieben Fehler auftraten, als problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von vier bis sechs Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von ein bis drei Fehlern wurde als problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Bewertungsergebnisse
Gemäß den Tabellen 5 und 6 weisen die Bonddrähte der Arbeitsbeispiele 2-1 bis 2-44 jeweils das Cu-Legierungskernmaterial und die Pd-Überzugschicht auf, die auf der Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildet ist, und der Bonddraht enthält ein oder mehrere Elemente, die aus Ga und Ge ausgewählt sind, und eine Konzentration der Elemente insgesamt beträgt 0,011 bis 1,5 Masse-% relativ zum gesamten Draht. Festgestellt wurde, dass mit dieser Konfiguration die Bonddrähte der Arbeitsbeispiele 2-1 bis 2-44 die Zuverlässigkeit des Kugelbondteils im HAST-Test in der Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit erreichen können.
In den Arbeitsbeispielen der Erfindung, die ferner die Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht auf der Pd-Überzugschicht aufweisen, wurde festgestellt, dass eine ausgezeichnete Keilbondbarkeit erhalten werden kann, wenn die Schichtdicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht 0,0005 bis 0,050 µm beträgt.
In den Arbeitsbeispielen, in denen die Bonddrähte ferner mindestens ein aus Ni, Ir, Pt und Pd ausgewähltes Element enthalten, wurde festgestellt, dass die Hochtemperaturzuverlässigkeit des Kugelbondteils in der HTS-Bewertung noch vorteilhafter ist.
In den Arbeitsbeispielen, in denen die Bonddrähte ferner mindestens ein aus B, P und Mg ausgewähltes Element enthalten, war die Quetschform des Kugelbondteils vorteilhaft, wenn eine Konzentration jedes der Elemente 1 bis 200 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht betrug.
Arbeitsbeispiele 3-1 bis 3-50
Probe
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung einer Probe beschrieben. Für Cu als Rohmaterial eines Kernmaterials wurde Cu mit mindestens 99,99 Masse-% Reinheit verwendet, das unvermeidliche Verunreinigungen als Rest enthielt. Für As, Te, Sn, Sb, Bi, Se, Ni, Zn, Rh, In, Ir, Pt, Ga, Ge, Pd, B, P, Mg, Ca und La wurden Stoffe mit mindestens 99 Masse-% Reinheit verwendet, die unvermeidliche Verunreinigungen als Rest enthielten. As, Te, Sn, Sb, Bi, Se, Ni, Zn, Rh, In, Ir, Pt, Ga, Ge, Pd, B, P, Mg, Ca und La als Zugabeelemente zum Kernmaterial werden so gemischt, dass der Draht oder das Kernmaterial eine gewünschte Zusammensetzung hat. Bezüglich der Zugabe von As, Te, Sn, Sb, Bi, Se, Ni, Zn, Rh, In, Ir, Pt, Ga, Ge, Pd, B, P, Mg, Ca und La können diese einzeln gemischt werden. Alternativ können sie so gemischt werden, dass sie eine gewünschte Menge unter Verwendung einer die Zugabeelemente enthaltenden vorab hergestellten Cu-Vorlegierung haben, wenn das Element einen hohen Schmelzpunkt als Einzelkörper hat oder wenn das Element in verschwindend kleiner Menge zugegeben wird.
Die Herstellung der Cu-Legierung für das Kernmaterial erfolgte durch Aufgeben der Rohmaterialien in einen Kohletiegel, der in eine zylindrische Form mit 3 bis 6 mm Durchmesser gebracht war, Erwärmen und Schmelzen der Rohmaterialien bei 1090 bis 1300 °C im Vakuum oder in einer Inertatmosphäre, z. B. einem N₂- oder Ar-Gas, mit Hilfe eines Hochfrequenzofens und Durchführen von Ofenabkühlung. Die erhaltene Legierung mit 3 bis 6 mm Durchmesser wurde gezogen, um einen Draht mit 0,9 bis 1,2 mm Durchmesser herzustellen. Danach wurde ein Draht mit 300 bis 600 µm Durchmesser durch aufeinanderfolgendes Drahtziehen u. ä. mit Hilfe eines Werkzeugs hergestellt. Ein handelsübliches Schmiermittel wurde zum Drahtziehen verwendet, und eine Drahtziehgeschwindigkeit betrug 20 bis 150 m/min. Zur Entfernung eines Oxidfilms auf einer Drahtoberfläche wurde eine Beizbehandlung mit Salzsäure durchgeführt, und eine Pd-Überzugschicht mit 1 bis 15 µm wurde so gebildet, dass sie die gesamte Oberfläche der Cu-Legierung als Kernmaterial bedeckte. Weiterhin wurde für einige Drähte eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht mit 0,05 bis 1,5 µm auf der Pd-Überzugschicht gebildet. Für die Bildung der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht kam Elektroplattieren zum Einsatz. Eine handelsübliche Halbleiterplattierungslösung wurde für eine Plattierungslösung verwendet. Danach wurden Wärmebehandlung bei 200 bis 500 °C und Drahtziehen wiederholt durchgeführt, um ihn auf 20 µm Durchmesser umzuformen. Nach der Umformung wurde eine Wärmebehandlung unter Durchfluss eines N₂- oder Ar-Gases durchgeführt, so dass die Bruchdehnung abschließend etwa 5 bis 15 % betrug. Ein Verfahren zur Wärmebehandlung erfolgte unter sukzessivem Drahtdurchlauf und wurde mit einem durchströmenden N₂- oder Ar-Gas durchgeführt. Eine Drahtzufuhrgeschwindigkeit betrug 20 bis 200 m/min, eine Wärmebehandlungstemperatur betrug 200 bis 600 °C, und eine Wärmebehandlungszeit betrug 0,2 bis 1,0 Sekunde.
Für eine Konzentrationsanalyse der Pd-Überzugschicht und der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht wurde eine Auger-Elektronenspektrometrie unter Bearbeitung des Bonddrahts von seiner Oberfläche in Tiefenrichtung durch Zerstäubung o. ä. durchgeführt. Anhand eines erhaltenen Konzentrationsprofils in Tiefenrichtung wurden eine Dicke der Pd-Überzugschicht, eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht und eine maximale Konzentration von Pd bestimmt.
Bei den Arbeitsbeispielen 3-1 bis 3-50 ist ein aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewähltes Element im Kernmaterial enthalten.
Bei den Arbeitsbeispielen 3-34 bis 3-44 wird veranlasst, dass Cu an einer äußersten Oberfläche des Bonddrahts vorhanden ist. Diesbezüglich ist eine Spalte „Cu-Konzentration an Drahtoberfläche“ in Tabelle 7 vorgesehen, und durch Messung einer Oberfläche des Bonddrahts durch eine Auger-Elektronenspektroskopievorrichtung erhaltene Ergebnisse wurden darin eingetragen. Durch Auswählen einer Temperatur und Zeit für die Wärmebehandlung des Bonddrahts wurde veranlasst, dass Cu an einer äußersten Oberfläche in einer bestimmten Konzentration vorhanden war. Bei den Arbeitsbeispielen 3-1 bis 3-33 und 3-45 bis 3-50 wurden Wärmebehandlungsbedingungen angewendet, die bewirkten, dass Cu nicht an einer äußersten Oberfläche vorhanden war, weshalb Cu nicht durch die Auger-Elektronenspektroskopievorrichtung detektiert wurde.

Die Konfigurationen der gemäß diesem Vorgehen hergestellten Proben sind in den Tabellen 7 und 8 aufgeführt. [Tabelle 7]

		Zugabeelement																					Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
	Nr.	M _C						M_C Gesamt	M M_A							M _B		A nder re					Überzugschicht
		As	Te	Sn	Sb	Bi	Se		Ni	Pd	Pt	Zn	Rh	In	Ir	Ga	Ge	B	P	M g	Ca	La	Dicke	Maximale Pd-Konzentration
		(Masse-%)							(Masse-%)							(Masse-ppm)							(µm)	(Atom-%)
Arbeitsbsp.	3-1	0,4						0,4															0,1	100	0,01
	3-2	1,2						1,2															0,15	100	0,05
	3-3	12						12															0,01	100	--
	3-4	75						75															0,05	100	0,001
	3-5		0,1					0,1															0,015	98	0,0005
	3-6		1,2					1,2															0,1	100	0,001
	3-7		15					15															0,15	100	0,003
	3-8		98					98															0,01	100	0,01
	3-9			0,2				0,2															0,015	97	0,05
	3-10			1,3				1,3															0,05	100	--
	3-11			10				10															0,1	100	0,0005
	3-12				0,1			0,1															0,15	100	0,001
	3-13				1,2			1,2															0,015	95	0,003
	3-14				9,8			9,8															0,05	100	0,01
	3-15					0,3		1,3															0,1	100	0,05
	3-16					1		10															0,15	100	0,001
	3-17						0,1	0,1															0,015	99	0,003
	3-18						1,2	1,2															0,05	100	0,01
	3-19						4,9	4,9															0,1	100	0,05

[Tabelle 7] (Fortsetzung)

		Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN//µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
Arbeitsbsp.	3-1	94	0,9	0,33	0,22	1,50	⊚	△	⊚	○	○	⊚
	3-2	74	1,0	0,29	0,22	1,32	⊚	△	○	⊚	○	○
	3-3	73	1,1	0,25	0,19	1,32	⊚	△	△	⊚	○	⊚
	3-4	75	1,2	0,22	0,17	1,29	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-5	77	1,3	0,32	0,24	1,33	⊚	△	○	○	○	⊚
	3-6	65	1,0	0,28	0,23	1,22	⊚	△	⊚	⊚	○	○
	3-7	77	0,9	0,33	0,25	1,32	⊚	△	○	⊚	○	⊚
	3-8	84	1,2	0,31	0,21	1,48	⊚	△	△	⊚	○	⊚
	3-9	98	1,2	0,32	0,21	1,52	⊚	△	○	○	○	○
	3-10	54	1,1	0,29	0,26	1,12	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-11	50	1,2	0,23	0,21	1,10	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-12	66	1,0	0,19	0,16	1,19	⊚	△	○	○	○	○
	3-13	87	1,1	0,30	0,21	1,43	⊚	△	○	⊚	○	⊚
	3-14	93	0,9	0,35	0,22	1,59	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-15	54	1,1	0,20	0,18	1,11	⊚	△	⊚	○	○	○
	3-16	78	1,2	0,30	0,23	1,30	⊚	△	○	⊚	○	⊚
	3-17	65	1,2	0,25	0,20	1,25	⊚	△	○	○	○	⊚
	3-18	52	1,3	0,21	0,19	1,11	⊚	△	⊚	⊚	○	○
	3-19	60	1,1	0,26	0,22	1,18	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚

[Tabelle 7] (Fortsetzung)

	Nr.	Zugeabeelement																					Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
		M_C						M_C Gesamt	M_A							M _B		Andere					Überzugschicht
		As	Te	Sn	Sb	Bi	Se		Ni	Pd	Pt	Zn	Rh	In	Ir	Ga	Ge	B	P	Mg	Ca	La	Dicke	Maximale Pd-Konzentration
		(Masse-%)							(Masse-%)							(Masse-ppm)							(µm)	(Atom-%)
Arbeitsbsp.	3-20						99	99															0,15	100	--
	3-21	0,1						0,1						0,05									0,015	97	--
	3-22	4,1						4,1		1,2								100					0,1	100	0,001
	3-23	8,1						8,1								0,7			100				0,1	100	0,003
	3-24	12						12									0,7			50			0,05	100	0,05
	3-25	18						18	0,7										50				0,15	100	0,003

[Tabelle 7] (Fortsetzung)

	Kristallstruktur			Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
	Test Nr.	<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung
Arbeitsbsp.	3-20	90	1,2	0,30	0,19	1,58	⊚	△	○	⊚	○	⊚
	3-21	55	1,3	0,19	0,17	1,12	⊚	○	○	⊚	○	⊚
	3-22	90	0,9	0,32	0,21	1,52	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-23	68	0,9	0,25	0,20	1,25	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-24	60	1,0	0,24	0,20	1,20	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-25	85	1,0	0,30	0,21	1,43	⊚	⊚	○	⊚	⊚	⊚

[Tabelle 8]

	Nr.	Zugabeelemeent																					Über rzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
		M_C						M_c Gesamt	M_A							M_B		Andere					Über rzugschicht
		As	Te	Sn	Sb	Bi	Se	M_c Gesamt	Ni	Pd	Pt	Zn	Rh	In	Ir	Ga	Ge	B	P	Mg	Ca	La	Dicke	Maximale Pd-Konzentration
		(Masse-%)							(Masse-%) (Menge im Kernematerial für Pd)									(Masse- ppm)					(µm)	(Atom-%)
Arbeitsbsp.	3-26		52					52		0,05												50	0,1	100	0,0005
	3-27		99					99			0,1												0,01	100	0,01
	3-28		0,2					0,2		0,1				0,05									0,05	100	0,0005
	3-29		2,5					2,5	1,1							0,05			100				0,1	100	0,003
	3-30		5,2					5,2		1,1					0,1			100					0,1	100	0,001
	3-31		21					21	0,7				0,1						50				0,15	100	0,003
	3-32		41					41		1,1							0,05			1			0,05	100	0,05
	3-33		98					98	0,1		0,1												0,01	100	0,01
	3-34	22						22															0,1	100	0,001
	3-35		16					16		1,1					0,1								0,15	100	0,003
	3-36			4,1				4,1															0,01	100	0,01
	3-37				5,8			5,8	0,7		0,7												0,05	100	0,05
	3-38					0,7		0,7															0,1	100	--
	3-39						4,8	4,8					1,1	1,1									0,15	100	0,0005
	3-40	2,5						2,5				0,7				0,1							0,01	100	--
	3-41		1,8					1,8					0,1				0,05						0,05	100	0,005
	3,42				0,5			0,5	1,1							0,05							0,1	100	0,001
	3-43					0,2		0,2						0,05			0,1						0,15	100	0,003
	3-44						20	20		0,7						0,02							0, 1	100	0,01

[Tabelle 8] (Fortsetzung)

	Test Nr.	Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualiität						Cu-Konzentration an Drahtoberfläche (Atom-%)
		<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließ festigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte form	Neigung
		<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte form	Neigung
Arbeitsbsp.	3-26	72	1,2	0,27	0,21	1,29	⊚	○	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-27	92	1,1	0,34	0,22	1,55	⊚	○	△	⊚	○	⊚
	3-28	98	1,3	0,25	0,16	1,56	⊚	○	⊚	⊚	○	⊚
	3-29	65	1,1	0,24	0,20	1,20	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-30	74	1,1	0,30	0,22	1,36	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-31	52	1,2	0,23	0,21	1,10	⊚	⊚	○	⊚	⊚	⊚
	3-32	88	1,0	0,32	0,22	1,45	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	3-33	60	1,0	0,21	0,18	1,17	⊚	○	△	⊚	○	⊚
	3-34	87	1,1	0,30	0,21	1,43	⊚ ⊚	△	⊚	○	○	○	5,4
	3-35	65	1,3	0,28	0,24	1,17	⊚ ⊚	⊚	○	○	○	⊚	5,2
	3-36	54	0,9	0,23	0,21	1,10	⊚⊚	△	△	○	○	⊚	10
	3-37	74	1,2	0,29	0,22	1,32	⊚ ⊚	⊚	⊚	○	○	⊚	11
	3-38	96	1,1	0,29	0,19	1,53	⊚	△	⊚	△	○	○	26
	3-39	66	1,0	0,21	0,17	1,24	⊚ ⊚	⊚	○	△	○	⊚	28
	3-40	88	1,0	0,33	0,23	1,43	⊚ ⊚	⊚	△	△	○	⊚	1,1
	3-41	96	1,1	0,31	0,20	1,55	⊚ ⊚	⊚	⊚	△	○	⊚	1,4
	3,42	54	0,9	0,26	0,23	1,13	⊚	⊚	⊚	○	○	⊚	5,2
	3-43	84	1,2	0,32	0,22	1,45	⊚	⊚	○	○	○	⊚	5,5
	3-44	85	1,2	0,29	0,20	1,45	⊚ ⊚	⊚	△	○	○	⊚	12

[Tabelle 8] (Fortsetzung)

	Nr.							Zugabeelement															Überzugschicht		Dicke der Legierungshautschicht (µm)
		M_C						M_C Gesamt	M_A							M_B		Andere					Überzugschicht
		As	Te	Sn	Sb	Bi	Se	M_C Gesamt	Ni	Pd	Pt	Zn	Rh	In	Ir	Ga	Ge	B	P	Mg	Ca	La	Dicke	Maximale Pd-Konzentration
		(Masse-%)							(Masse-%) (Menge in Kernmaterial für Pd)									(Masse-ppm)					(µm)	(Atom-%)
Arbeitsbsp.	3-45	1,0						1															0,1	100	--
	3-46		1,5					1,5															0,1	100	--
	3-47			1,2				1,2															0,1	100	--
	3-48				1,0			1															0,1	100	--
	3-49					0,9		0,9															0,1	100	--
	3-50						1,2	1,2															0,1	100	--

[Tabelle 8] (Fortsetzung)

	Test Nr.	Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Drahtqualität
		<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkomgröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung	Cu-Konzentration an Drahtoberfläche (Atom-%)
		<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkomgröße (µm)	(mN/µm²)		--	Keilbondbarkeit	HTS	FAB-Form	HAST	Eingedrückte Form	Neigung	Cu-Konzentration an Drahtoberfläche (Atom-%)
Arbeitsbsp.	3-45	96	1,1	0,29	0,19	1,53	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-46	57	1,0	0,20	0,18	1,11	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-47	77	1,3	0,30	0,23	1,30	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-48	72	0,9	0,28	0,21	1,33	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-49	56	1,2	0,21	0,18	1,17	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚
	3-50	61	1,0	0,22	0,18	1,22	⊚	△	⊚	⊚	○	⊚

Bewertungsverfahren
Eine Kristallstruktur wurde mit einer Drahtoberfläche als Beobachtungsfläche bewertet. Ein Verfahren mit Elektronenrückstreubeugung (EBSD) wurde als Bewertungsverfahren verwendet. Das EBSD-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es Kristallorientierungen auf einer Beobachtungsfläche beobachten und eine Winkeldifferenz der Kristallorientierungen zwischen benachbarten Messpunkten grafisch darstellen kann. Das EBSD-Verfahren kann relativ leicht die Kristallorientierungen mit hoher Genauigkeit beobachten, auch für einen Dünndraht wie den Bonddraht.
Bei Durchführung des EBSD-Verfahrens mit einer gekrümmten Oberfläche wie der Drahtoberfläche als Gegenstand sollte sorgfältig vorgegangen werden. Wird ein Bereich mit großer Krümmung gemessen, ist die Messung mit hoher Genauigkeit schwierig. Allerdings wird ein zu messender Bonddraht an einer Linie auf einer Ebene fixiert, und ein Flachteil nahe der Mitte des Bonddrahts wird gemessen, wodurch die Messung mit hoher Genauigkeit erfolgen kann. Insbesondere funktioniert der nachstehend dargestellte Messbereich gut. Die Größe in Umfangsrichtung beträgt höchstens 50 % des Drahtdurchmessers mit einer Mitte in Drahtlängsrichtung als Achse, und die Größe in Drahtlängsrichtung beträgt höchstens 100 µm. Vorzugsweise beträgt die Größe in Umfangsrichtung höchstens 40 % des Drahtdurchmessers, und die Größe in Drahtlängsrichtung beträgt höchstens 40 µm, wodurch die Messeffizienz durch Verkürzung einer Messzeit verbessert werden kann. Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, ist erwünscht, drei oder mehr Punkte zu messen, um Mittelwertinformationen unter Berücksichtigung von Abweichungen zu erhalten. Die Messstellen können mindestens 1 mm Abstand voneinander haben, um nicht nahe aneinander zu liegen.
Was den Orientierungsanteil der Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zur Drahtlängsrichtung unter den Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts sowie die mittlere Kristallkorngröße (µm) im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse betrifft, wurden sie durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 erhalten. Hinsichtlich der 0,2-%-Fließfestigkeit und Bruchfestigkeit wurden diese durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 bewertet, und ein Festigkeitsverhältnis wurde durch die vorstehende Gleichung (1) berechnet.
Die Bestimmung der Bondzuverlässigkeit des Kugelbondteils in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit oder einer Umgebung mit hoher Temperatur erfolgte durch Herstellung einer Probe für die Bewertung der Bondzuverlässigkeit, Durchführung der HAST- und HTS-Bewertung und durch Bewertung der Bondlebensdauer des Kugelbondteils in jedem Test. Hergestellt wurde die Probe zur Bewertung der Bondzuverlässigkeit durch Durchführen von Kugelbonden auf eine Elektrode, die durch Bildung einer Legierung aus AI-1,0 % Si-0,5 % Cu als Film mit 0,8 µm Dicke auf einem Si-Substrat auf einem allgemeinen metallischen Rahmen gebildet war, mit Hilfe eines handelsüblichen Drahtbonders und deren Versiegeln mit einem handelsüblichen Epoxidharz. Eine Kugel wurde unter Durchfluss eines Gases aus N₂ + 5 % H₂ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 bis 0,6 l/min gebildet, und ihre Größe lag in einem Durchmesserbereich von 33 bis 34 µm.
Für die HAST-Bewertung wurde die hergestellte Probe zur Bondzuverlässigkeitsbewertung einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit mit Hilfe eines Dampfdrucktesters vom ungesättigten Typ ausgesetzt und mit 5 V Vorspannung beaufschlagt. Eine Scherprüfung am Kugelbondteil wurde alle 48 Stunden durchgeführt, und eine Zeit bis zu dem Punkt, an dem ein Scherfestigkeitswert die Hälfte der Anfangsscherfestigkeit betrug, wurde als Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Scherprüfung nach dem Test mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wurde nach Entfernung eines Harzes durch Säurebehandlung und Freilegung des Kugelbondteils durchgeführt.
Ein von DAGE hergestelltes Prüfgerät kam für ein Scherprüfgerät zur HAST-Bewertung zum Einsatz. Ein Mittelwert von Messwerten von 10 zufällig ausgewählten Kugelbondteilen diente als Wert für die Scherfestigkeit. In dieser Bewertung wurde in der Spalte „HAST“ in den Tabellen 7 und 8 die Bondlebensdauer unter 96 Stunden als praktisch problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, mindestens 96 Stunden und unter 144 Stunden wurden als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, mindestens 144 Stunden und unter 288 Stunden wurden als praktisch problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, mindestens 288 Stunden und unter 384 Stunden wurden als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert, und mindestens 384 Stunden wurden als besonders hervorragend bestimmt und mit einem „Doppelkreispaar“-Symbol markiert.
Für die HTS-Bewertung wurde die hergestellte Probe zur Bondzuverlässigkeitsbewertung einer Umgebung mit hoher Temperatur mit einer Temperatur von 200 °C mit Hilfe einer Hochtemperatur-Thermostatvorrichtung ausgesetzt. Eine Scherprüfung am Kugelbondteil wurde alle 500 Stunden durchgeführt, und eine Zeit bis zu dem Punkt, an dem ein Scherfestigkeitswert halb so groß wie die Anfangsscherfestigkeit war, wurde als Bondlebensdauer des Kugelbondteils bestimmt. Die Scherprüfung nach dem Test mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wurde nach Entfernung eines Harzes durch Säurebehandlung und Freilegen des Kugelbondteils durchgeführt.
Ein von DAGE hergestelltes Prüfgerät kam für ein Scherprüfgerät für die HTS-Bewertung zum Einsatz. Ein Mittelwert von Messwerten von 10 zufällig ausgewählten Kugelbondteilen diente als Wert für die Scherfestigkeit. Bei dieser Bewertung wurde in der Spalte „HTS“ in den Tabellen 7 und 8 die Bondlebensdauer von mindestens 500 Stunden bis unter 1000 Stunden als praktikabel, aber verbesserungswürdig bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, 1000 Stunden bis unter 3000 Stunden wurden als praktisch problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und mindestens 3000 Stunden wurden als besonders hervorragend bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Für die Bewertung des Kugelbildungsvermögens (FAB-Form) wurde eine Kugel vor dem Bonden entnommen und beobachtet, und es wurden das Vorhandensein oder Fehlen von Hohlräumen auf einer Oberfläche der Kugel sowie das Vorhandensein oder Fehlen von Verformung der Kugel bestimmt, die primär eine perfekte Kugel ist. Als fehlerhaft wurde das Auftreten eines der vorgenannten Fälle bewertet. Die Bildung der Kugel erfolgte unter Durchblasen eines N₂-Gases mit 0,5 l/min Strömungsgeschwindigkeit, um Oxidation in einem Schmelzverfahrensablauf zu reduzieren. Die Größe der Kugel betrug 34 µm. Für eine Bedingung wurden 50 Kugeln beobachtet. Zur Beobachtung kam ein REM zum Einsatz. Bei der Bewertung des Kugelbildungsvermögens wurde in der Spalte „FAB-Form“ in den Tabellen 7 und 8 ein Fall, in dem mindestens fünf Fehler auftraten, als problematisch bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von drei oder vier Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von ein oder zwei Fehlern wurde als problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Die Bewertung der Keilbondbarkeit am Drahtbondteil erfolgte, indem 1000 Bondvorgänge an Leitern eines Leiterrahmens durchgeführt wurden sowie anhand der Häufigkeit bewertet wurde, mit der Ablösung des Bondteils auftrat. Ein Leiterrahmen aus einer Legierung aus Fe-42 Atom-% Ni, der mit 1 bis 3 µm Ag plattiert war, kam für den Leiterrahmen zum Einsatz. In dieser Bewertung wurde unter der Annahme rigoroserer Bondbedingungen als normal eine Stufentemperatur auf 150 °C festgelegt, was niedriger als ein allgemein festgelegter Temperaturbereich war. Bei dieser Bewertung wurde in der Spalte „Keilbondbarkeit“ in den Tabellen 7 und 8 ein Fall, in dem mindestens 11 Fehler auftraten, als problematisch bewertet und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von 6 bis 10 Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von 1 bis 5 Fehlern wurde als problemlos bewertet und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Die Bewertung einer eingedrückten Form des Kugelbondteils erfolgte durch Beobachtung des Kugelbondteils unmittelbar von oben nach Bonden und Bewertung anhand seiner Zirkularität. Für ein mit dem Bonddraht zu bondendes Objekt wurde eine Elektrode verwendet, bei der eine Legierung aus AI-0,5 % Cu als Film mit 1,0 µm Dicke auf einem Si-Substrat gebildet war. Die Beobachtung geschah mit Hilfe eines optischen Mikroskops, und 200 Stellen wurden für eine Bedingung beobachtet. Elliptische Formen mit starker Abweichung von einem perfekten Kreis sowie anisotrope Verformung wurden als fehlerhafte eingedrückte Form des Kugelbondteils bestimmt. In dieser Bewertung wurde in der Spalte „eingedrückte Form“ in den Tabellen 7 und 8 ein Fall von mindestens sechs auftretenden Fehlern als problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von vier oder fünf Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein bis drei wurden als problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem ein vorteilhafter perfekter Kreis für alle erhalten wurde, wurde als besonders ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Neigung
An einem Leiterrahmen zur Bewertung wurden 100 Bondvorgänge mit 5 mm Schleifenlänge und 0,5 mm Schleifenhöhe durchgeführt. Als Bewertungsverfahren wurde ein aufrechtes Drahtteil aus einer waagerechten Chiprichtung beobachtet, und die Bewertung erfolgte auf der Grundlage eines Abstands, wenn der Abstand zwischen einer die Mitte des Kugelbondteils durchlaufenden Senkrechten und dem aufrechten Drahtteil maximiert war (Neigungsabstand). War der Neigungsabstand kleiner als der Drahtdurchmesser, wurde die Neigung als vorteilhaft bestimmt, wogegen bei größerem Neigungsabstand das aufrechte Teil Neigung zeigte und die Neigung als fehlerhaft bestimmt wurde. Einhundert Bonddrähte wurden mit einem optischen Mikroskop beobachtet, und die Anzahl von Neigungsfehlern wurde gezählt. In der Spalte „Neigung“ in den Tabellen 7 und 8 wurde ein Fall, in dem mindestens sieben Fehler auftraten, als problematisch bestimmt und mit einem „Kreuz“-Symbol markiert, ein Fall von vier bis sechs Fehlern wurde als praktikabel, aber etwas problematisch bestimmt und mit einem „Dreieck“-Symbol markiert, ein Fall von ein bis drei Fehlern wurde als problemlos bestimmt und mit einem „Kreis“-Symbol markiert, und ein Fall, in dem es zu keinem Fehler kam, wurde als ausgezeichnet bestimmt und mit einem „Doppelkreis“-Symbol markiert.
Bewertungsergebnisse
Die Bonddrähte gemäß den Arbeitsbeispielen 3-1 bis 3-50 weisen jeweils ein Cu-Legierungskernmaterial und eine Pd-Überzugschicht auf, die auf der Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildet ist, und der Bonddraht enthält mindestens ein oder mehrere Elemente, die aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt sind, eine Konzentration der Elemente insgesamt beträgt 0,1 bis 100 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht. Festgestellt wurde, dass mit dieser Konfiguration die Bonddrähte gemäß den Arbeitsbeispielen 3-1 bis 3-50 die Zuverlässigkeit des Kugelbondteils im HAST-Test in der Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit erreichen können.
In den Arbeitsbeispielen, die ferner eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht auf der Pd-Überzugschicht aufweisen, wurde festgestellt, dass ausgezeichnete Keilbondbarkeit erhalten werden kann, wenn eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht 0,0005 bis 0,050 µm beträgt.
In den Arbeitsbeispielen 3-21 bis 3-33, 3-35, 3-37 und 3-39 bis 3-44 wurde festgestellt, dass die Hochtemperaturzuverlässigkeit des Kugelbondteils durch die HTS-Bewertung günstig ist, da der Bonddraht ferner mindestens ein oder mehrere Elemente enthält, die aus Ni. Zn, Rh, In, Ir, Pt, Ga und Ge ausgewählt sind, und eine Konzentration jedes der Elemente mit Ausnahme von Pd 0,011 bis 1,2 Masse-% relativ zum gesamten Draht beträgt und eine Konzentration von Pd, das im Cu-Legierungskernmaterial enthalten ist, 0,05 bis 1,2 Masse-% beträgt.
In den Arbeitsbeispielen 3-22 bis 3-26 sowie 3-29 bis 3-32 war die FAB-Form günstig und die Keilbondbarkeit war vorteilhaft, wenn der Bonddraht ferner mindestens ein oder mehrere Elemente enthält, die aus B, P, Mg, Ca und La ausgewählt sind, und eine Konzentration jedes der Elemente 1 bis 100 Masse-ppm relativ zum gesamten Draht beträgt.
In den Arbeitsbeispielen 3-34 bis 3-44 enthält der Draht As, Te, Sn, Sb, Bi und Se, und Cu war an einer äußersten Oberfläche des Drahts vorhanden. Mit dieser Konfiguration trugen die Arbeitsbeispiele 3-34 bis 3-44 ein „Doppelkreispaar“-Symbol oder ein „Doppelkreis“-Symbol in den HAST-Bewertungsergebnissen, was die Auswirkung dessen zeigt, dass veranlasst wurde, dass Cu an einer äußersten Oberfläche vorhanden war.
Arbeitsbeispiele 4-1 bis 4-15
Als Rohmaterialien eines Bonddrahts wurden Cu mit mindestens 99,99 Masse-% Reinheit sowie Ni, Pd, Pt, Au, P, B, Be, Fe, Mg, Ti, Zn, Ag und Si als Zugabeelemente zur Herstellung eines Cu-Legierungskernmaterials verwendet; Pd mit mindestens 99,99 Masse-% Reinheit wurde zur Bildung einer Überzugschicht verwendet; und Au mit mindestens 99,99 Masse-% Reinheit kam zur Bildung einer Legierungshautschicht zum Einsatz. Cu und die Zugabeelemente wurden als Ausgangsrohmaterialien abgewogen und danach in einem Hochvakuum erwärmt und geschmolzen, um einen Kupferlegierungsblock mit etwa 10 mm Durchmesser zu erhalten. Anschließend wurde der Block geschmiedet, gewalzt und zu einem Draht gezogen, um einen Cu-Legierungsdraht mit 500 µm Durchmesser herzustellen. Danach wurde Elektroplattieren durchgeführt, um eine Pd-Überzugschicht mit 1 bis 3 µm Dicke auf einer Oberfläche des Cu-Legierungsdrahts zu bilden und eine Au-Hautschicht mit 0,05 bis 0,2 µm Dicke auf einer Oberfläche der Überzugschicht zu bilden, wodurch ein Mehrschichtdraht zustande kam. Die Enddicken der Pd-Überzugschicht und der Au-Pd-Hautlegierungschicht sind in Tabelle 8 aufgeführt. Die Position, an der eine Konzentration von Pd 50 Atom-% betrug, wurde als Grenze zwischen dem Kernmaterial und der Überzugschicht festgelegt, und die Position, an der eine Konzentration von Au 10 Atom-% betrug, wurde als Grenze zwischen der Überzugschicht und der Hautlegierungsschicht festgelegt. Danach erfolgte kontinuierliches Drahtziehen mit einer Bedingung einer Drahtziehgeschwindigkeit von 100 bis 700 m/min und einer Querschnittsabnahme des Werkzeugs von 8 bis 30 %, um in Tabelle 8 aufgeführte Enddrahtdurchmesser zu erhalten. Die Dicke der Legierungshautschicht, die maximale Konzentration von Au, die Oberflächenkonzentration von Cu und die Dicke der Überzugschicht wurden durch zwei- oder dreimalige Wärmebehandlung während des Drahtziehens gesteuert. Bedingungen dafür waren wie folgt: 500 bis 700 °C Temperatur und 10 bis 70 m/min Geschwindigkeit bei 200 bis 250 µm Drahtdurchmesser; 450 bis 650 °C Temperatur und 20 bis 90 m/min Geschwindigkeit bei 70 bis 100 µm Drahtdurchmesser; und bei dünnem Enddrahtdurchmesser zusätzlich 300 bis 500 °C Temperatur und 30 bis 100 m/min Geschwindigkeit bei 40 bis 70 µm Drahtdurchmesser. Danach wurde eine Wärmebehandlung mit einer Bedingung einer Temperatur gemäß Tabelle 8 und einer Geschwindigkeit von 30 bis 120 m/min bei den Enddurchmessern durchgeführt. Um Cu zur Oberfläche diffundieren zu lassen, wurde in einer der Wärmebehandlungen eine Sauerstoffkonzentration in einem Wärmebehandlungsofen auf 0,2 bis 0,7 % festgelegt, was höher als eine normale Konzentration war. Diese Wärmebehandlung wird nach Möglichkeit vorzugsweise zuletzt durchgeführt, Grund dafür ist, dass es bei wiederholtem Drahtziehen nach Freilegen von Cu zur Oberfläche leicht zu Oxidation von Cu kommt. Abgesehen davon war in der übrigen Wärmebehandlung die Sauerstoffkonzentration im Wärmebehandlungsofen auf unter 0,2 % festgelegt, wodurch stabile Dicke, Zusammensetzung u. ä. gesteuert wurden, während übermäßige Oxidation der Hautlegierungsschicht unterdrückt wurde. Dadurch wurden Bonddrähte mit 15 bis 25 µm Durchmesser erhalten.
Die Konzentrationsanalyse der Überzugschicht und der Hautlegierungsschicht sowie die Konzentrationsanalyse von Ni, Pd, Pt und Au im Cu-Legierungskernmaterial erfolgten mit Hilfe einer AES-Vorrichtung unter Zerstäubung mit Ar-Ionen von einer Oberfläche des Bonddrahts in Tiefenrichtung. Die Dicken der Überzugschicht und der Hautlegierungsschicht wurden anhand eines erhaltenen Konzentrationsprofils in Tiefenrichtung bestimmt (die Einheit der Tiefe bezog sich auf SiO₂). Für die Beobachtung der Elementverteilung wurde auch eine Analyse mit einer EPMA-, einer EDX-Vorrichtung u. ä. durchgeführt. Ein Bereich, in dem eine Konzentration von Pd mindestens 50 Atom-% betrug und eine Konzentration von Au unter 10 Atom-% lag, wurde als Überzugschicht bestimmt, und ein Bereich, in dem eine Konzentration von Au in einem Bereich von mindestens 10 Atom-% auf einer Oberfläche der Überzugschicht lag, wurde als Hautlegierungsschicht bestimmt. Die Dicken und Zusammensetzungen der Überzugschicht und der Oberflächenlegierungsschicht sind in Tabelle 8 aufgeführt. Die Konzentrationen von P, B, Be, Fe, Mg, Ti, Zn, Ag und Si im Bonddraht wurden durch ein ICP-Emissionsspektrometer, ein ICP-Massenspektrometer u. ä. gemessen. Hinsichtlich des Orientierungsanteils der Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung unter den Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts sowie der mittleren Kristallkorngröße (µm) im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse wurden diese durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 erhalten. Hinsichtlich der 0,2-%-Fließfestigkeit und Bruchfestigkeit wurden diese durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 bewertet, und ein Festigkeitsverhältnis wurde durch die vorstehende Gleichung (1) berechnet.
Zur Verbindung eines Bonddrahts wurde ein handelsüblicher automatischer Drahtbonder verwendet. Eine Kugel wurde an einer Spitze des Bonddrahts durch Bogenentladung unmittelbar vor Bonden hergestellt. Der Durchmesser der Kugel war so ausgewählt, dass er das 1,7-fache des Bonddrahtdurchmessers betrug. Bei der Atmosphäre während der Herstellung der Kugel handelte es sich um Stickstoff.
Als Objekte, die mit dem Bonddraht zu bonden sind, kamen auf einem Si-Chip gebildete Al-Elektroden mit 1 µm Dicke und Leiter eines Leiterrahmens zum Einsatz, dessen Oberfläche mit Pd plattiert war. Die hergestellte Kugel wurde mit der auf 260 °C erwärmten Elektrode kugelgebondet, gefolgt von Keilbonden eines Basisteils des Bonddrahts mit dem auf 260 °C erwärmten Leiter und Bilden einer weiteren Kugel, wodurch das Bonden nacheinander wiederholt wurde. Eine Schleifenlänge hatte zwei Arten: 3 mm und 5 mm, und eine Schleifenhöhe hatte zwei Arten: 0,3 mm und 0,5 mm.
Für die Keilbondbarkeit des Bonddrahts wurden Bondbarkeit und Fischschwanzsymmetrie bewertet. Hinsichtlich der Bondbarkeit wurden 100 Bondteile des keilgebondeten Bonddrahts untersucht und abgelöste Bondteile wurden als fehlerhaft (NG) gezählt. Hinsichtlich der Fischschwanzsymmetrie wurden 100 keilgebondete Bondteile des Bonddrahts untersucht, und ihre Symmetrie wurde bewertet. Gemessen wurden die Längen von der Mitte eines fischschwanzförmigen Crimpteils zum linken Ende und rechten Ende, und mindestens 10 % Differenz dazwischen wurden als fehlerhaft gezählt. Bezüglich der Bondbarkeit und Fischschwanzsymmetrie wurden 0 Fehler als „Doppelkreis“-Symbol bestimmt, 1 bis 10 wurden als „Kreis“-Symbol bestimmt, und mindestens 11 wurden als „Kreuz“-Symbol bestimmt.
Für die erste Bondbarkeit (Kugelbondbarkeit) des Bonddrahts wurden ein HTS-Test, ein HAST-Test und eine FAB-Form bewertet. Der HTS-Test wurde durch das gleiche Verfahren wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 59 bewertet. Zur Bewertung der Fehlerlosigkeit eines Kugelbondteils im HAST-Test wurde eine Halbleitervorrichtung, bei dem Bonden durchgeführt war, in einen Ofen mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit mit 130 °C Temperatur und 85 % relativer Feuchtigkeit sowie 5 V gegeben, und das Bauelement wurde alle 48 Stunden entnommen und bewertet. Was das Bewertungsverfahren betrifft, wurde der elektrische Widerstand gemessen, und ein Widerstandsanstieg wurde als fehlerhaft bestimmt. Eine Zeit bis zum Erreichen des Fehlerzustands von mehr als 480 Stunden wurde als „Doppelkreis“-Symbol bestimmt, mindestens 384 Stunden und unter 480 Stunden wurden als „Kreis“-Symbol bestimmt, und unter 384 Stunden wurden als „Kreuz“-Symbol bestimmt.

Bei der FAB-Form wurden 100 FABs auf dem Leiterrahmen hergestellt und mit einem REM beobachtet. Eine perfekt kugelförmige FAB wurde als fehlerfrei (OK) bestimmt, Außermittigkeit oder ein vorhandener Schrumpfhohlraum wurde als fehlerhaft bestimmt, und ihre Anzahlen wurden gezählt. Für die FAB-Form wurde ein Fehlerwert von 0 als „Doppelkreis“-Symbol bestimmt, 1 bis 5 wurden als „Kreis“-Symbol bestimmt, 6 bis 10 wurden als „Dreieck“-Symbol bestimmt, und mindestens 11 wurden als „Kreuz“-Symbol bestimmt. Doppelkreis- und Kreissymbole gelten als bestanden, wogegen ein Dreiecksymbol zwar als bestanden, aber etwas fehlerhaft in der Qualität gilt. Die Konzentrationen von Ni, Pd und Pt in Tabelle 9 (Masse-%*) geben eine Konzentration im Cu-Legierungskernmaterial an. [Tabelle 9]

	Nr.	Drahtdurchmesser (mm)	Zugabeelement															Überzugschicht		Legieirungshautschicht
			M_A			M_A Gesamt	Zugabeelement 2		Andere									Dicke	Maximale Pd-Konzentration	Dicke	Maximale Au-Konzentration
			Ni	Pd	Pt		Au	Ni	P	B	Be	Fe	Mg	Ti	Zn	Ag	Si	Dicke	Maximale Pd-Konzentration	Dicke	Maximale Au-Konzentration
			(Masse-%*)				(Masse-%)		(Masse-%)									(µm)	(Atom-%)	(µm)	(Atom-%)
Arbeitsbsp.	4-1	13			1,8	1,8				0,0008								48	100	11	55
	4-2	18			0,5	0,5			0,005				0,0006			0	0,0004	66	100	6	34
	4-3	20			1,3	1,3			0,0001									66	100	22	61
	4-4	23		0,1		0,1				0,0002								90	100	4	18
	4-5	23		3,0		3,0								0,005				73	100	26	60
	4-6	25		0,4		0,4				0,0011		0,0011						30	98	4	27
	4-7	25		2,0	0,4													39	99	12	32
	4-8		0,6				0,3		0,005		0,001							46	100	10	50
	4-9		3,0							0,0006		0,0004						52	100	18	56
	4-10		1,0		0,4									0,002	0	0,001	0,001	88	100	6	34
	4-11		0,9	0,4	0,6				0,003	0,004	0,003							22	96	20	60
	4-12		1,5															45	100	7	33
	4-13		0,8															41	100	--	--
	4-14			1,2														60	100	--	--
	4-15				0,7													52	100	--	--

[Tabelle 9] (Fortsetzung)

	Test Nr.	Kristallstruktur		Mechanische Kennwerte			Cu-Konzentrationsteil		Keilbonden
		<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	Bruchfestigkeit ①	0,2%-Fließfestigkeit ②	Festigkeitsverhältnis ①/②	Konz. an äußerster Oberfl.	Wärmebehandlungstemp. (°C)	Bondbarkeit	Fischschwanzsymmetrie	HTS	FAB-Form	HAST
		<100>-Anteil des Drahtquerschnitts (%)	Mittlere Kristallkorngröße (µm)	(mN/µm²)		--	(Atom-%)	Wärmebehandlungstemp. (°C)	Bondbarkeit	Fischschwanzsymmetrie	HTS	FAB-Form	HAST
Arbeits- bsp.	4-1	51	0,9	0,20	0,18	1,11	2,8	485	⊚	⊚	○	⊚	⊚
	4-2	85	1,1	0,30	0,21	1,43	2,2	475	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	4-3	97	1,2	0,35	0,24	1,46	5,2	510	⊚	⊚	⊚	○	⊚
	4-4	55	1,0	0,23	0,21	1,10	3,5	510	⊚	○	⊚	⊚	⊚
	4-5	78	1,2	0,30	0,23	1,30	1,3	485	⊚	○	⊚	○	⊚
	4-6	90	1,3	0,31	0,21	1,48	10	515	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	4-7	65	0,9	0,23	0,19	1,21	1,4	490	⊚	○	⊚	⊚	⊚
	4-8	78	1,1	0,27	0,20	1,35	2,7	485	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	4-9	69	1,2	0,26	0,21	1,24	2,1	475	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	4-10	77	1,1	0,28	0,21	1,33	5,1	510	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	4-11	74	1,0	0,24	0,19	1,26	1,5	485	⊚	⊚	⊚	○	⊚
	4-12	65	1,2	0,20	0,17	1,18	9,8	515	⊚	⊚	⊚	⊚	⊚
	4-13	93	1,2	0,34	023	1,48	5,1	510	⊚	○	⊚	⊚	⊚
	4-14	78	1,2	0,30	0,23	1,30	5,3	510	⊚	○	⊚	⊚	⊚
	4-15	80	1,0	0,24	0,17	1,41	5,1	510	⊚	○	⊚	⊚	⊚

In den Arbeitsbeispielen 4-1 bis 4-15 enthält die Cu-Legierung ein oder mehrere Elemente, die aus Ni, Pd und Pt (ein metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente) ausgewählt sind, in einer Menge von 0,1 bis 3,0 Masse-% insgesamt, und eine Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Bonddrahts beträgt 1 bis 10 Atom-%. Mit dieser Konfiguration zeigten die Arbeitsbeispiele 4-1 bis 4-15 ausgezeichnete Ergebnisse in der Bondbarkeit und Fischschwanzsymmetrie im Keilbondteil und zeigten günstige Resultate im HTS-, FAB-Form- und HAST-Test.

Claims

Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung, wobei der Bonddraht aufweist: ein Cu-Legierungskernmaterial; und eine auf einer Oberfläche des Cu-Legierungskernmaterials gebildete Pd-Überzugschicht, wobei bei Messung von Kristallorientierungen auf einem Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zu einer Drahtachse des Bonddrahts eine Kristallorientierung <100> im Winkel von höchstens 15 Grad zu einer Drahtlängsrichtung einen Anteil von mindestens 30 % unter Kristallorientierungen in Drahtlängsrichtung hat, eine mittlere Kristallkorngröße im Querschnitt des Kernmaterials in senkrechter Richtung zur Drahtachse des Bonddrahts 0,9 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger beträgt, und der Bonddraht ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Al, In, Sn, P, As, Sb, Bi, Se und Te enthält.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein durch die folgende Gleichung definiertes Festigkeitsverhältnis 1,1 oder mehr und 1,6 oder weniger beträgt: Festigkeitsverhältnis = Bruchfestigkeit/0,2%-Dehngrenze.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Pd-Überzugschicht 0,015 µm oder mehr und 0,150 µm oder weniger beträgt.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner eine Au und Pd enthaltende Legierungshautschicht auf der Pd-Überzugschicht aufweist.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Dicke der Au und Pd enthaltenden Legierungshautschicht höchstens 0,050 µm beträgt.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Bonddraht mindestens ein Element enthält, das aus Ni, Zn, Rh, In, Ir und Pt ausgewählt ist, und eine Konzentration des mindestens einen Elements insgesamt 0,011 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger relativ zum gesamten Draht beträgt.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Bonddraht ein oder mehrere Elemente enthält, die aus As, Te, Sn, Sb, Bi und Se ausgewählt sind, eine Konzentration der Elemente insgesamt 0,1 Masse-ppm oder mehr und 100 Masse-ppm oder weniger relativ zum gesamten Draht beträgt, und Sn ≤ 10 Masse-ppm ist; Sb ≤ 10 Masse-ppm ist; und Bi ≤ 1 Masse-ppm ist.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Bonddraht ferner mindestens ein Element enthält, das aus B, P, Mg, Ca und La ausgewählt ist, und eine Konzentration des jeweiligen mindestens einen Elements 1 Masse-ppm oder mehr und 200 Masse-ppm oder weniger relativ zum gesamten Draht beträgt.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Cu an einer äußersten Oberfläche des Bonddrahts vorhanden ist.
Bonddraht für eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Cu-Legierungskernmaterial ein metallisches Element der Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente in einer Gesamtmenge von 0,1 Masse-% oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger enthält, und eine Konzentration von Cu an einer äußersten Oberfläche des Drahts mindestens 1 Atom-% beträgt.