JP2000031194A - ボンディングワイヤおよび半導体装置 - Google Patents

ボンディングワイヤおよび半導体装置

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bonding
aluminum
bonding wire
semiconductor chip
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Shin Soyano
伸 征矢野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ボンディング性を損なうことなくワイヤ１本当
たりの溶断電流の増大，および耐食性を高め、併せて半
導体チップに接続するワイヤ本数を減らして半導体装置
の組立工程のボンディング工数の低減化を図る。 【解決手段】半導体装置の組立構造で半導体チップの表
面電極と回路基板との間に配線するボンディングワイヤ
７として、銅ワイヤ７ａを芯線としてその表面にアルミ
被覆層７ｂ，あるいはニッケルメッキ層を被覆したワイ
ヤ構造のものを採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワートランジ
スタモジュールなどを対象としたパワー半導体チップの
接続用ボンディングワイヤ，および半導体装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】まず、頭記したパワートランジスタモジ
ュールを例とした半導体装置の組立構造を図４(a),(b)
に示す。図において、１は放熱用の銅ベース板、２は回
路基板２ａにパワー半導体チップ（ＩＧＢＴ，フリーホ
イーリングダイオードなど）２ｂを搭載したパワー回路
ブロック、３はプリント基板などの回路基板３ａにＩＣ
などの回路部品３ｂを実装した制御回路ブロック、４は
端子一体形の外囲樹脂ケース、５は主回路の外部導出端
子、６は制御回路の外部導出端子である。また、パワー
回路ブロック２に搭載したパワー半導体チップの表面電
極と回路基板２ａ，３ａとの間がボンディングワイヤ７
で接続されている。なお、図示されてないが、図４(a)
の組立状態で、樹脂ケース４の内部にはシリコーンゲル
などの充填材を充填して回路素子を樹脂封止し、さらに
樹脂ケース４の開口面には上蓋を被せて製品が完成す
る。
【０００３】また、前記半導体チップ２ｂの表面電極は
一般にアルミニウムを用いていることから、この電極に
接続するボンディングワイヤ７には、純度９９．９９％
以上，線径７０〜５００μｍのアルミワイヤ（図３参
照）を使用し、その接続には超音波ボンダが使われてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
にパワー半導体チップ２ｂに接続するボンディングワイ
ヤ７としてアルミワイヤを用いたものでは次記のような
問題がある。 (1) アルミニウムはその体積抵抗率ρが２．７５（Ω・
ｍ）であって銅などに比べて大きく、ワイヤ１本当たり
の溶断電流も小さい。このために、通電容量の大きな電
力用のパワー半導体チップ２ｂにはその表面電極に多数
本のワイヤを接続する必要があり、かつこれを超音波ボ
ンダで１本ずつボンディングするにはボンディング工程
での工数が多くなり、それだけコスト高となる。
【０００５】(2) また、高純度のアルミニウムで作られ
たアルミワイヤは、図４で述べたように外囲樹脂ケース
４に充填したシリコーンゲルなどで樹脂封止するように
したとしても、高湿度の使用環境の下では封止樹脂の隙
間から侵入した湿気（水分）によって腐食が生じる。こ
の発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その
目的はボンディング性を損なうことなく、ワイヤ１本当
たりの溶断電流の増大化，および耐食性を高めたボンデ
ィングワイヤ，およびそのボンディングワイヤを採用し
て組立工程でのボンディング工数の低減化を図った半導
体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、半導体チップの表面電極に接続
するボンディングワイヤを次のような構造とする。 (1) 銅ワイヤを芯線として、その芯線の表面にアルミニ
ウムを被覆する（請求項１）。
【０００７】(2) 前項(1) において、アルミニウムに遷
移金属として微量のニッケルを含有させる（請求項
２）。 (3) 銅ワイヤを芯線としてその表面にニッケルメッキを
施す（請求項３）。 すなわち、銅はアルミニウムに比べて体積抵抗率が小さ
く（銅の体積抵抗率ρ＝１．７２（Ω・ｍ））、かつ融
点も高くてボンディングワイヤの１本当たりの溶断電流
がアルミワイヤよりも大となる反面、銅単独のワイヤは
超音波ボンディングが困難である。そこで、従来のアル
ミワイヤの線径と略同等な銅ワイヤを芯線としてその表
面にアルミニウムを被覆する，あるいはニッケルメッキ
を施すことにより、銅ワイヤのもつ電気的特性の利点
（体積抵抗率が小さく，溶断電流が大きい）を十分に生
かしつつ、アルミワイヤと同等なボンディング性を確保
したボンディングワイヤが得られる。また、銅ワイヤに
被覆するアルミニウムに遷移金属としてのニッケルを微
量（０．００１〜０．２重量％）含有させる、あるいは
銅ワイヤの表面にニッケルメッキを施すことでボンディ
ングワイヤの耐食性も高まる。
【０００８】また、この発明によれば、前項(1) ないし
(3) のボンディングワイヤを半導体チップの表面電極と
回路基板との間に配線して半導体装置を組立てるものと
する（請求項４）。これにより、電流容量の大きなパワ
ー半導体チップに対しても、その表面電極に接続するボ
ンディングワイヤの本数がアルミワイヤの使用と比べて
大幅に少なくて済むとともに、半導体装置の組立工程に
おけるワイヤのボンディング工数も削減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
示実施例に基づいて説明する。すなわち、図４に示した
半導体装置において、パワー半導体チップ２ｂと回路基
板２ａ，３ａとの間に配線用に用いるボンディングワイ
ヤ７として、この発明ではアルミワイヤに代えて、次記
の実施例１，実施例２で述べるようなワイヤ構造のボン
ディングワイヤを採用するものとする。
【００１０】〔実施例１〕図１はこの発明の請求項１，
ないし２に対応するボンディングワイヤの部分図を表し
ており、ボンディングワイヤ７は、銅ワイヤ７ａを芯線
としてその表面をアルミニウム被覆層７ｂで覆ったワイ
ヤ構造とする。また、アルミニウム被覆層７ｂの耐食性
をより一層高めるために、アルミニウムに遷移金属とし
てニッケルを０．００１〜０．２ｗｔ％含有させた合金
でアルミニウム被覆層７ｂを形成するのがよい。
【００１１】〔実施例２〕図２はこの発明の請求項３に
対応するボンディングワイヤの部分図であり、ボンディ
ングワイヤ７は、銅ワイヤ７ａを芯線としてその表面に
ニッケルメッキ層７ｃを施したワイヤ構造とする。そし
て、図４に示したパワートランジスタモジュールなどの
半導体装置を組立てるに際しては、前記の実施例１，２
で述べたワイヤ構造のボンディングワイヤ７を採用し、
超音波ボンダなどを使ってパワー半導体チップ２ｂの表
面電極と回路基板２ａ，３ａの間にボンディングワイヤ
７を配線するものとする。
【００１２】これにより、ボンディングワイヤ７にアル
ミワイヤを採用した従来の組立構造と比べて、ボンディ
ングワイヤの配線本数が少なくて済むほか、その分だけ
組立工程でのボンディング工数が減少してコスト低減化
が図れる。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
次記の効果を奏する。 (1) 半導体チップの表面電極に接続するボンディングワ
イヤを、銅ワイヤを芯線としてその表面にアルミニウム
を被覆する，あるいはニッケルメッキを施したワイヤ構
造とすることにより、銅ワイヤのもつ電気的特性の利点
（体積抵抗率が小さく，溶断電流が大きい）を十分に生
かしつつ、アルミワイヤと同等なボンディング性をもっ
たボンディングワイヤが得られる。また、銅ワイヤに被
覆するアルミニウムに遷移金属としてのニッケルを含有
させる、あるいは銅ワイヤの表面にニッケルメッキを施
すことでボンディングワイヤの耐食性も向上する。
【００１４】(2) また、前記ワイヤ構造のボンディング
ワイヤを半導体チップの表面電極と回路基板との間に配
線して半導体装置を組立てることにより、電流容量の大
きなパワー半導体チップに対しても、その表面電極に接
続するボンディングワイヤの本数がアルミワイヤの使用
と比べて大幅に少なくて済むとともに、半導体装置の組
立工程におけるワイヤのボンディング工数を減少して組
立コストの低減化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１に対応するボンディングワ
イヤの部分図
【図２】この発明の実施例２に対応するボンディングワ
イヤの部分図
【図３】従来の半導体装置にボンディングワイヤとして
採用されているアルミワイヤの部分図
【図４】この発明の実施対象となるパワートランジスタ
モジュールの組立構造を表す図で、(a) は分解斜視図、
(b) は組立状態の斜視図
【符号の説明】
２ａ，３ａ 回路基板 ２ｂ パワー半導体チップ ７ ボンディングワイヤ ７ａ 銅ワイヤ（芯線） ７ｂ アルミニウム被覆層 ７ｃ ニッケルメッキ層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップの表面電極に接続するボンデ
    ィングワイヤであって、銅ワイヤを芯線としてその表面
    にアルミニウムを被覆したことを特徴とするボンディン
    グワイヤ。
  2. 【請求項２】請求項１記載のボンディングワイヤにおい
    て、アルミニウムに遷移金属として微量のニッケルを含
    有させたことを特徴とするボンディングワイヤ。
  3. 【請求項３】半導体チップの表面電極に接続するボンデ
    ィングワイヤであって、銅ワイヤを芯線としてその表面
    にニッケルメッキを施したことを特徴とするボンディン
    グワイヤ。
  4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載のボン
    ディングワイヤを半導体チップの表面電極と回路基板と
    の間に配線して組立てたことを特徴とする半導体装置。
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