JP2001168134A - 半導体素子金合金線 - Google Patents

半導体素子金合金線

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い金純度でありながら、接合ループの高さ
を更に一段と低くでき、併せて高強度化を図り、薄型パ
ッケージ用デバイスのボンディング線として採用する場
合、これに十分対応できるようにする。 【解決手段】 高純度金にカルシウム５〜５０重量ｐｐ
ｍ、イットリウム３〜５０重量ｐｐｍ、ネオジム又は／
及びプラセオジム３〜７０重量ｐｐｍがそれぞれ添加さ
れ、残部を不可避不純物とした。

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、半導体素子用金
合金線、更に詳しくは、主として例えば半導体素子上の
電極と外部リード線を接合するためのボンディングワイ
ヤーとして用いられ、この半導体素子の電極と外部リー
ド線とを、特に低いループ高さで接合するのに用いられ
る半導体素子金合金線に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばケイ素半導体素子上の電極
と外部リードとの間を接続するボンディング線として
は、金細線が使用されてきた。このように金細線が多用
されてきたのは、金ボールの形状が真円球状となり、形
成される金ボールの硬さが適切であって、接合時の圧力
によってケイ素半導体素子を損傷することがなく、確実
な接続ができ、その信頼性が極めて高いためであった。
そして、斯るボンディング用金細線に関しては今までに
も多くの提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら多くの
提案を実用に供した場合、金細線を自動ボンダーにかけ
て金細線の先端を溶融して金ボールを形成させて接合を
行うと、金細線は再結晶化温度が低く耐熱性を欠くた
め、金ボール形状の真上部において引っ張り強度が不足
し断線を起こしたり、断線をまぬがれて接合されても、
接合後の金細線は樹脂封止によって断線したり、また、
半導体素子を封止用樹脂で保護した場合、ワイヤフロー
を呈し短絡を起こすという問題がある。
【０００４】上記の問題点を解決するために、従来より
接続時に形成される金ボールの形状及び硬さを損なわな
い程度に高純度金中に微量の添加元素を加えて破断強度
と耐熱性を向上させた種々のボンディング用金細線が公
表されているのは周知の事実である。
【０００５】本発明者等は、これら先に提案された種々
の金細線について、具体的に実用に供し得るものなのか
否かについて検討してみたところ、これら従来の種々の
提案はいずれもが、近年急速に普及しつつある多ピン
化、そして小型・薄型化に対応させるには、接合のルー
プ高さが適切でないため、十分でない問題があることが
判った。つまり、樹脂モールド後のパッケージ表面にル
ープが露出することがあり、高い製品歩留りを得ること
ができないことである。更に加えて、大幅なコストダウ
ンも要求されている。
【０００６】この検討の結果を基にして、本発明者等は
鋭意研究を重ねた結果、高純度金にカルシウム、イット
リウム、ネオジム又は／及びプラセオジムの各元素を含
有させることによって、金合金線に、常温、高温状態で
の高い抗張力、つまり、常温及び高温時における高い引
っ張り強さ、を備えさせることができ、これによって従
来の問題点をうまく解決できることを見出して、本発明
をするに至った。
【０００７】したがって、この発明の第１の課題は、上
記のごとき従来の問題点を解消するものであって、高い
金純度でありながら、接合ループの高さ（電気トーチに
よるボール形成の際のネック部分の再結晶領域）を更に
一段と低くでき、併せて高強度化を図り、薄型パッケー
ジ用デバイスのボンディング線として採用する場合、こ
れに十分対応できるようにすることにある。
【０００８】また、この発明の第２の課題は、今後更に
高強度化が進むことから、前記第１の課題を満足させな
がら、併せて常温強度の格段の向上を図るようにするこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
高純度金にカルシウム５〜５０重量ｐｐｍ、イットリウ
ム３〜５０重量ｐｐｍ、ネオジム又は／及びプラセオジ
ム３〜７０重量ｐｐｍがそれぞれ添加され、残部が不可
避不純物であることを特徴とするものである。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、高純度金に
カルシウム５〜５０重量ｐｐｍ、イットリウム３〜５０
重量ｐｐｍ、ネオジム又は／及びプラセオジム３〜７０
重量ｐｐｍがそれぞれ添加され、さらにベリリウム２〜
１０重量ｐｐｍ、ゲルマニウム５〜５０重量ｐｐｍ、銀
５〜１００重量ｐｐｍ、スカンジウム５〜５０重量ｐｐ
ｍの内の少なくとも一種が添加され、残部が不可避不純
物であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下にこの発明を更に詳細に説明
する。請求項１記載の半導体素子用金合金線は、高純度
金に低ループ化と常温・高温状態での抗張力とを十分に
向上させる作用を備えるカルシウムと、カルシウムとの
共存において常温・高温状態での抗張力を向上させ、併
せて耐熱性を更に向上せしめるネオジム、もしくはプラ
セオジム或いはこれらの両者と、カルシウムとネオジ
ム、もしくはプラセオジム或いはこれらの両者との共存
において線の軟化温度、つまり耐熱性、を十分に高める
作用を備えるイットリウムを添加することにより、これ
らの元素の相乗効果によって常温・高温状態での抗張力
を十分に向上し、特に更なる低ループ化を達成し、併せ
てループ高さのバラツキを抑制させるものである。
【００１２】次に、この請求項１記載の半導体素子用金
合金線の成分組成を上記のとおりに限定した理由につい
て説明する。まず、カルシウムには、低ループ化と、併
せて常温・高温状態での抗張力、つまり常温および高温
引っ張り強さを高める作用があるが、添加量が５重量ｐ
ｐｍ未満では、この低ループ化が十分でなく、また、常
温・高温状態での抗張力が十分得られない。加えて、他
の元素との相乗作用に欠け、十分な耐熱性が得られな
い。逆に、添加量が５０重量ｐｐｍを越えると、ボール
表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、
かつ、カルシウムが金の結晶粒界に析出して脆性を生
じ、伸線加工性を阻害するようになることから、その添
加量を５〜５０重量ｐｐｍと定めた。なお、その好まし
い添加量は１０〜３０重量ｐｐｍである。
【００１３】イットリウムには、他の元素との共存にお
いて、十分な耐熱性、つまり線の軟化温度を高め、更に
十分な低ループが得られ、併せて常温・高温状態での抗
張力、つまり常温および高温引っ張り強さ、を一段と向
上させる作用があるが、添加量が３重量ｐｐｍ未満で
は、他の元素との相乗作用に欠け、十分な耐熱性が得ら
れず、また、低ループ化も十分でなく、かつ、常温・高
温状態での抗張力も得られず、更にループ高さにバラツ
キを生じ易くなる。逆に５０重量ｐｐｍを越えて添加し
ても、他の元素と相乗しあって、ボール表面に酸化皮膜
が形成され、ボール形状に歪みを生じ、かつ、イットリ
ウムが金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、伸線加工性
を阻害するようになることから、その添加量を３〜５０
重量ｐｐｍと定めた。なお、好ましい添加量は１０〜４
０重量ｐｐｍである。
【００１４】ネオジム又は／及びプラセオジムは、他の
元素との共存において、十分な低ループが得られ、併せ
て常温・高温状態での抗張力が十分に得られるように作
用し、加えて線の軟化温度を一段と高めるほか、ループ
高さのバラツキを効果的に抑制する作用があるが、その
添加量が３重量ｐｐｍ未満では、この低ループ化が十分
でなく、併せて常温・高温状態での抗張力が十分に得ら
れず、更にループ高さのバラツキを抑える効果が不十分
となる。逆に、７０重量ｐｐｍを越えると、ボール表面
に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、か
つ、金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、伸線加工性を
阻害するようになることから、その添加量を３〜７０重
量ｐｐｍと定めた。なお、好ましい添加量は１０〜５０
重量ｐｐｍである。
【００１５】また、請求項２記載の半導体素子用金合金
線は、高純度金に低ループ化と常温・高温状態での抗張
力とを十分に向上させる作用を備えるカルシウムと、カ
ルシウムとの共存において常温・高温状態での抗張力を
向上させ、併せて耐熱性を更に向上せしめるネオジム又
は／及びプラセオジムと、カルシウムとネオジム又は／
及びプラセオジムとの共存において線の軟化温度、つま
り耐熱性を十分に高める作用を備えるイットリウムを添
加することにより、これらの元素の相乗作用によって常
温・高温状態での抗張力を十分に向上し、特に更なる低
ループ化を達成し、併せてループ高さのバラツキを抑制
させることに加えて、これらの元素との共存において常
温強度を一層向上させる作用を備えるベリリウム、ゲル
マニウム、銀そしてスカンジウムの少なくとも一種以上
を添加するようにしたものである。
【００１６】次に、この請求項２記載の半導体素子用金
合金線の成分組成を上記のとおりに限定した理由につい
て説明する。まず、ベリリウムは、常温の機械的強度を
より向上し、併せて微小電極との接合の信頼性を向上さ
せる作用があるが、添加量が２重量ｐｐｍ未満であると
きは、常温の機械的強度をより向上できない。逆に１０
重量ｐｐｍを越えると、ボンディング時の再結晶による
結晶粒の粗大化に加えて筍状の関節を生じ、ネック切れ
を起こし、また、ボール形状に歪みを生じるので、微小
電極との接合の信頼性を低下させることから、その添加
量を２〜１０重量ｐｐｍと定めた。なお、その好ましい
添加量は２〜６重量ｐｐｍである。
【００１７】ゲルマニウムは、常温での抗張力を高め、
更にワイヤフローを生じ難くする作用があるが、その添
加量が５重量ｐｐｍ未満では、常温での抗張力が十分に
得られず、またワイヤフローが生じ易い。逆に、５０重
量ｐｐｍを越えると、ボール表面に酸化皮膜が形成さ
れ、ボール形状に歪みを生じ、また、ボンディング時の
再結晶による結晶粒界破断を起こしてネック切れが生じ
易くなることから、その添加量を５〜５０重量ｐｐｍと
定めた。なお、好ましい添加量は１０〜４０重量ｐｐｍ
である。
【００１８】銀は、カルシウム、ネオジム又は／及びプ
ラセオジム、イットリウムの結晶粒界析出を抑制し、ボ
ンディング線の靱性特性を向上させる作用があるが、そ
の添加量が５重量ｐｐｍ未満であるときは、カルシウ
ム、ネオジム又は／及びプラセオジム、イットリウムの
結晶粒界析出を抑制する効果を欠き、ボンディング線の
靱性特性を示さなく、振動破断率が大きい。逆に、１０
０重量ｐｐｍを越えるとボール形状が悪くなり、接合の
信頼性を低下させることから、その添加量を５〜１００
重量ｐｐｍと定めた。なお、好ましい添加量は１０〜６
０重量ｐｐｍである。
【００１９】スカンジウムは、ゲルマニウムと同様に、
常温での抗張力を高め、更にワイヤフローを生じ難くす
る作用があるが、その添加量が５重量ｐｐｍ未満では、
常温での抗張力が十分に得られず、またワイヤフローが
生じ易い。逆に、５０重量ｐｐｍを越えると、ボール表
面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、ま
た、ボンディング時の再結晶による結晶粒界破断を起こ
してネック切れが生じ易くなることから、その添加量を
５〜５０重量ｐｐｍと定めた。なお、好ましい添加量は
１０〜３０重量ｐｐｍである。
【００２０】
【実施例】以下、実施例について説明する。金純度が９
９．９９重量％以上の電解金を用いて、表１，表２（本
発明）及び表３，表４（比較例）に示す化学成分の金合
金を高周波真空溶解炉で溶解鋳造し、その鋳塊を圧延機
で圧延した後、常温で伸線加工を行い、最終線径を２５
μｍφの金合金細線とし、焼鈍して伸び率約４％になる
ように調質する。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】なお、実施例１〜６はカルシウム、ネオジ
ムそしてイットリウムを添加したもの、実施例７〜１０
はこれらカルシウム、ネオジムそしてイットリウムの三
元素に更にベリリウム、ゲルマニウム、銀そしてスカン
ジウムの内の少なくとも一種を添加したものを示す。
【００２６】また、実施例１１〜１５はカルシウム、ネ
オジム又は／及びプラセオジム、そしてイットリウムを
添加したもの、実施例１６〜２９はこれらカルシウム、
ネオジム又は／及びプラセオジム、そしてイットリウム
の各元素に、更にベリリウム、ゲルマニウム、銀そして
スカンジウムの内の少なくとも一種を添加したものを示
す。
【００２７】得られた金合金細線について、常温引っ張
り強度並びに線がボンディング時に晒される条件に相当
する条件、つまり２５０°Ｃに２０秒間保持した条件で
の高温引っ張り強度の試験をそれぞれ行い、破断荷重と
伸びを測定し、常温並びに高温引っ張り強度を評価し
た。
【００２８】また、これらの金合金細線をボンディング
ワイヤーとして用い、高速自動ボンダーで、ボンディン
グを行い、接合のループ高さ、ループのバラツキとボー
ル形成時のボール形状、そしてワイヤフローの有無を調
べた。これらの測定結果を表５，表６（本発明）及び表
７，表８（比較例）に示す。
【００２９】
【表５】
【００３０】
【表６】
【００３１】
【表７】
【００３２】
【表８】
【００３３】接合のループ高さは、高速自動ボンダーを
使用して半導体素子上の電極と外部リードとの間を接合
した後、形成されるループ頂高とチップの電極面とを光
学顕微鏡で観察してその高さを測定し、５０個の測定値
の平均値をもって表した。
【００３４】ループ高さのバラツキは、前記５０個のル
ープ高さ測定値より標準偏差を求めた。
【００３５】ボール形状は、高速自動ボンダーを使用
し、電気トーチ放電によって得られる金合金ボールを走
査電子顕微鏡で観察し、その外観、引巣の２つの観点か
ら評価した。
【００３６】まず、外観については、ボール表面に酸化
物が生じる状態によって良否の判断を行った。 ○印：ボール表面が滑らか △印：ボール表面に微かに酸化物が認められる ×印：ボール表面に明らかに酸化物が認められる
【００３７】次に、引巣については、ボール底部に収縮
孔、所謂引け巣と言われる現象、の発生状況によって良
否の判断を行った。 ○印：全く認められない △印：僅かに認められる ×印：ハッキリと認められる
【００３８】ワイヤフローは、高速自動ボンダーで半導
体素子上の電極と外部リードを接合し、薄型モールド金
型内にセットして封止用樹脂を注入した後、得られたパ
ッケージをＸ線で観察し、封止用樹脂によるボンディン
グ線の歪み、すなわち、直線接合からの最大わん曲距離
と接合スパン距離とを測定し、歪値からワイヤフローの
良否を評価した。 ○印：歪値３％未満（薄型パッケージに適合する） △印：歪値３〜１０％ ×印：歪値１１％以上
【００３９】結果から理解されるように、この発明に係
る実施例１〜６は、カルシウム、ネオジム、イットリウ
ム各元素の相乗作用により、耐熱性が良好で、かつ、常
温及び高温引っ張り強度が高く、接合ループ高さを一段
と低くでき、かつ、ボール形状も良好であるために信頼
性のある接合が可能となり、薄型パッケージ用デバイス
のボンディング線として採用する場合、これに十分対応
できる。このように実施例１〜６の範囲内であれば実用
上特段の不都合はないと判断される。
【００４０】実施例７〜１０は、上記三元素に加えてベ
リリウム、ゲルマニウム、銀、スカンジウム各元素の相
乗作用により、耐熱性が良好で、かつ、常温及び高温引
っ張り強度が高く、接合ループ高さを一段と低くでき、
かつ、ボール形状も良好であるために信頼性のある接合
が可能となり、薄型パッケージ用デバイスのボンディン
グ線として採用する場合、これに十分対応できることに
加えて、高強度化に対応した常温強度を更に一層向上で
きるようになった。従ってまた、このように実施例７〜
１０の範囲内であれば実用上特段の不都合はないと判断
される。
【００４１】実施例１１〜１５は、カルシウム、ネオジ
ム又は／及びプラセオジム、イットリウムの相乗作用に
より、耐熱性が良好で、かつ、常温及び高温引っ張り強
度が高く、接合ループ高さを一段と低くでき、かつ、ボ
ール形状も良好であるために信頼性のある接合が可能と
なり、薄型パッケージ用デバイスのボンディング線とし
て採用する場合、これに十分対応できる。このように実
施例１１〜１５の範囲内であれば実用上特段の不都合は
ないと判断される。
【００４２】実施例１６〜２９は、上記の元素に加えて
ベリリウム、ゲルマニウム、銀、スカンジウムの相乗作
用により、耐熱性が良好で、かつ、常温及び高温引っ張
り強度が高く、接合ループ高さを一段と低くでき、か
つ、ボール形状も良好であるために信頼性のある接合が
可能となり、薄型パッケージ用デバイスのボンディング
線として採用する場合、これに十分対応できることに加
えて、高強度化に対応した常温強度を更に一層向上でき
るようになった。したがって、このように実施例１６〜
２９の範囲内であれば実用上特段の不都合はないと判断
される。
【００４３】只、好ましくは、上記の通り、カルシウム
１０〜３０重量ｐｐｍ、ネオジム又は／及びプラセオジ
ム１０〜５０重量ｐｐｍ、イットリウム１０〜４０重量
ｐｐｍ、残部が不可避不純物である場合には、この発明
の第１の技術的な課題が理想的に達成される。
【００４４】また、上記の通り、カルシウム１０〜３０
重量ｐｐｍ、ネオジム又は／又はプラセオジム１０〜５
０重量ｐｐｍ、イットリウム１０〜４０重量ｐｐｍの三
元素に加えて、ベリリウム２〜６重量ｐｐｍ、ゲルマニ
ウム１０〜４０重量ｐｐｍ、銀１０〜６０重量ｐｐｍ、
スカンジウム１０〜３０重量ｐｐｍの少なくとも一種類
が添加された状態で、残部が不可避不純物である場合に
は、この発明の第２の技術的な課題が理想的に達成され
る。
【００４５】以上の本発明に対して、比較例１は、カル
シウムの配合量が許容限度よりも少ないため、耐熱性に
劣り、また、常温・高温状態での抗張力が不足し、接合
のループ高さの更なる低下に全く寄与せず、ループ高さ
のバラツキも多く、更に他の元素との相乗作用に欠ける
ために実用に供し得なかった。
【００４６】比較例２は、イットリウムの配合量が許容
限度よりも少ないため、他の元素との相乗作用に欠け、
耐熱性に劣り、接合ループ高さの更なる低下に全く寄与
できず、ループ高さのバラツキも多く、実用に供し得な
かった。
【００４７】比較例３は、ネオジムの配合量が許容限度
より少ないため、他の元素との相乗作用に欠け、十分な
耐熱性も得られず、更にループ高さの更なる低下に寄与
できず、また、ループ高さのバラツキを生じ、実用に供
し得なかった。
【００４８】比較例４はカルシウムの配合量が、比較例
５はイットリウムの配合量が、また、比較例６はネオジ
ムの配合量がそれぞれ許容限度よりも多いため、いずれ
の場合も、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボール形
状に歪みを生じ、かつ、ループ高さのバラツキも多く、
加えて元素が金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、伸線
加工性を阻害するので、実用に供し得なかった。
【００４９】また、比較例７は、ベリリウムの配合量が
許容限度を越えているため、ボンディング時の再結晶に
よる結晶粒の粗大化に加えて筍状の関節を生じ、ネック
切れを起こし、また、ボール形状に歪みを生じて、微小
電極との接合の信頼性が低下したので、実用に供しえな
かった。
【００５０】比較例８は、ゲルマニウムの配合量が許容
限度よりも多いため、ボール表面に酸化皮膜が形成さ
れ、ボール形状に歪みを生じ、また、ボンディング時の
再結晶による結晶粒界破断を起こしてネック切れが生じ
易くなり、実用に供し得なかった。
【００５１】比較例９は、銀の配合量が許容限度を越え
ているために、ボール形状が悪く、微小電極との接合の
信頼性が低下したので、実用に供しえなかった。
【００５２】比較例１０は、スカンジウムの配合量が許
容限度を越えるため、ボール表面に酸化皮膜が形成さ
れ、ボール形状に歪みを生じ、また、ボンディング時の
再結晶による結晶粒界破断を起こしてネック切れが生じ
易くなり、実用に供し得なかった。
【００５３】比較例１１は、カルシウムの配合量が許容
限度よりも少ないため、耐熱性に劣り、また、常温・高
温状態での抗張力が不足し、接合のループ高さの更なる
低下に全く寄与せず、ループ高さのバラツキも多く、更
に他の元素との相乗作用に欠けるために実用に供し得な
かった。
【００５４】比較例１２は、イットリウムの配合量が許
容限度よりも少ないため、他の元素との相乗作用に欠
け、耐熱性に劣り、接合ループ高さの更なる低下に全く
寄与できず、ループ高さのバラツキも多く、実用に供し
得なかった。
【００５５】比較例１３はカルシウムの配合量が、比較
例１４はイットリウムの配合量が、また、比較例１５は
ネオジムの配合量がそれぞれ許容限度よりも多いため、
いずれの場合も、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボ
ール形状に歪みを生じ、かつ、ループ高さのバラツキも
多く、加えて元素が金の結晶粒界に析出して脆性を生
じ、伸線加工性を阻害するので、実用に供し得なかっ
た。
【００５６】比較例１６は、プラセオジムの配合量が許
容限度より少ないため、他の元素との相乗作用に欠け、
十分な耐熱性も得られず、更にループ高さの更なる低下
に寄与できず、また、ループ高さのバラツキを生じ、実
用に供し得なかった。
【００５７】比較例１７はプラセオジムの配合量が許容
限度よりも多いため、ボール表面に酸化皮膜が形成さ
れ、ボール形状に歪みを生じ、加えて元素が金の結晶粒
界に析出して脆性を生じ、伸線加工性を阻害するので、
実用に供し得なかった。
【００５８】また、比較例１８は、ベリリウムの配合量
が許容限度を越えているため、ボンディング時の再結晶
による結晶粒の粗大化に加えて筍状の関節を生じ、ネッ
ク切れを起こし、また、ボール形状に歪みを生じて、微
小電極との接合の信頼性が低下したので、実用に供しえ
なかった。
【００５９】比較例１９は、ゲルマニウムの配合量が許
容限度よりも多いため、ボール表面に酸化皮膜が形成さ
れ、ボール形状に歪みを生じ、また、ボンディング時の
再結晶による結晶粒界破断を起こしてネック切れが生じ
易くなり、実用に供し得なかった。
【００６０】比較例２０は、銀の配合量が許容限度を越
えているために、ボール形状が悪く、微小電極との接合
の信頼性が低下したので、実用に供しえなかった。
【００６１】比較例２１は、スカンジウムの配合量が許
容限度を越えるため、ボール表面に酸化皮膜が形成さ
れ、ボール形状に歪みを生じ、また、ボンディング時の
再結晶による結晶粒界破断を起こしてネック切れが生じ
易くなり、実用に供し得なかった。
【００６２】なお、実施例に記載のように、カルシウム
１０〜３０重量ｐｐｍ、ネオジム又は／及び１０〜５０
重量ｐｐｍ、イットリウム１０〜４０重量ｐｐｍがそれ
ぞれ添加され、残部が不可避不純物である場合には、常
温および高温引っ張り強さが高まりワイヤフローを生じ
難い上に、耐熱性に優れ、更なる低ループ化を達成で
き、多ピン用デバイスのボンディング線として採用する
場合は、隣接するワイヤー同士が不用意に接触して短絡
を起こす心配がなく、併せて製品歩留りを格段に高める
ことができ、製品の信頼性が一段と高く、且つ、小ボー
ル化や金線の細径化に十分に対応でき、実用に十二分に
供し得るなど、産業利用上格段に有用な特性を備える。
【００６３】また、カルシウム１０〜３０重量ｐｐｍ、
ネオジム又は／及び１０〜５０重量ｐｐｍ、イットリウ
ム１０〜４０重量ｐｐｍがそれぞれ添加され、更にベリ
リウム２〜６重量ｐｐｍ、ゲルマニウム１０〜４０重量
ｐｐｍ、銀１０〜６０重量ｐｐｍ、スカンジウム１０〜
３０重量ｐｐｍの少なくとも一種類が添加された状態
で、残部が不可避不純物である場合には、常温での引張
強度が優れ、ワイヤフローを生じ難くすることができ、
特に多ピン用デバイスのボンディング線として採用する
場合は、隣接するワイヤー同士が不用意に接触して短絡
を起こす心配が殆どなく、併せて製品歩留りを格段に高
めることができ、製品の信頼性が格段に高く、且つ、小
ボール化や金線の細径化に十分対応でき、実用に十二分
に供し得、産業利用上多大な価値を有する。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の半
導体素子用金合金線は、常温および高温引っ張り強さが
高まりワイヤフローを生じ難い上に、耐熱性に優れ、更
なる低ループ化を達成できた。因みに、この発明の出願
人が開発した従来の低ループ金合金線に比べて約１０μ
ｍも低いループを得ることができた。その結果、多ピン
用デバイスのボンディング線として採用する場合は、隣
接するワイヤー同士が不用意に接触して短絡を起こす心
配がなく、併せて製品歩留りを格段に高めることがで
き、製品の信頼性が一段と高く、且つ、小ボール化や金
線の細径化に十分対応でき、実用に十分に供し得るな
ど、産業利用上有用な特性を備える。
【００６５】また、請求項２記載の半導体素子用金合金
線は、特に常温での引張強度が優れ、ワイヤフローを生
じ難くすることができ、多ピン用デバイスのボンディン
グ線として採用する場合は、隣接するワイヤー同士が不
用意に接触して短絡を起こす心配が殆どなく、併せて製
品歩留りを格段に高めることができ、製品の信頼性が格
段に高く、且つ、小ボール化や金線の細径化に十分対応
でき、実用に十分に供し得、産業利用上多大な価値を有
する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高純度金にカルシウム５〜５０重量ｐｐ
    ｍ、イットリウム３〜５０重量ｐｐｍ、ネオジム又は／
    及びプラセオジム３〜７０重量ｐｐｍがそれぞれ添加さ
    れ、残部が不可避不純物であることを特徴とする半導体
    素子金合金線。
  2. 【請求項２】 高純度金にカルシウム５〜５０重量ｐｐ
    ｍ、イットリウム３〜５０重量ｐｐｍ、ネオジム又は／
    及びプラセオジム３〜７０重量ｐｐｍがそれぞれ添加さ
    れ、さらにベリリウム２〜１０重量ｐｐｍ、ゲルマニウ
    ム５〜５０重量ｐｐｍ、銀５〜１００重量ｐｐｍ、スカ
    ンジウム５〜５０重量ｐｐｍの内の少なくとも一種が添
    加され、残部が不可避不純物であることを特徴とする半
    導体素子金合金線。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055748A (ja) * 2001-08-10 2003-02-26 Nittetsu Micro Metal:Kk 金ボンディングワイヤの熱処理方法及び熱処理装置
JP2008016550A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体素子用Ａｕボンディングワイヤ
CN101834165A (zh) * 2010-05-07 2010-09-15 北京中庆微数字设备开发有限公司 一种集成电路芯片封装体
CN105803245A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 浙江佳博科技股份有限公司 一种高性能键合合金丝及其制备方法与应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055748A (ja) * 2001-08-10 2003-02-26 Nittetsu Micro Metal:Kk 金ボンディングワイヤの熱処理方法及び熱処理装置
JP2008016550A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体素子用Ａｕボンディングワイヤ
CN101834165A (zh) * 2010-05-07 2010-09-15 北京中庆微数字设备开发有限公司 一种集成电路芯片封装体
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