JP2001176912A - 金被覆した銀線ボンディングワイヤ - Google Patents

金被覆した銀線ボンディングワイヤ

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JP2001176912A
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bonding wire
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Takashige Ishihara
Tomohiro Koizumi
Shiro Kono
Katsuya Matsumoto
Hiroshi Onodera
Kanji Umekawa
Tadaaki Yamada
知弘 小泉
浩 小野寺
忠昭 山田
勝哉 松本
寛治 梅川
志郎 河野
孝茂 石原
Original Assignee
Noge Denki Kogyo:Kk
株式会社野毛電気工業
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱圧着ボンディング時にワイヤの先端に安定し
たボール形状を形成することのできる金被覆した銀ボン
ディングワイヤを提供する。 【解決手段】銀線40と、銀線40を被覆する金被覆膜
41とを有し、銀線40は、Ca、Na、Si、Sb、
Ni、Be、K、C、Al、Ti、Sn、Zn、In、
Pd、Cd、Li、Rb、Cs、Mg、Sr、Ba、L
a、YおよびAuのうちの少なくとも一つを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の組立
に用いられるボンディングワイヤに関するものである。

【0002】

【従来の技術】従来より、半導体チップとリードフレー
ムとの接続のために、ワイヤボンディングが用いられて
いる。このボンディング用ワイヤとしては、一般的に
は、長期間放置してもさびにくく、また加熱しても安定
であるという理由から純金のワイヤが用いられている。

【0003】しかしながら、純金のワイヤは高価である
ため、これに代わる安価なボンディング用ワイヤが望ま
れている。安価なボンディング用ワイヤとしては例え
ば、純銀ワイヤや、銅合金ワイヤ、アルミニウムワイヤ
等が知られている。これらは純金ワイヤと比較すると、
表面が酸化しやすい、熱圧着ボンディング時のボール形
状が不安定である、ボンディングツールの先端がつまり
やすい等の問題がある。また、特公昭54−23794
号公報には、銀線の表面を金で被覆したボンディングワ
イヤが開示されている。このワイヤは、使用する金の量
が純金ワイヤよりも格段に少なくてすみ、しかも表面が
金で覆われているため酸化しにくいという利点がある。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】表面を金で被覆した銀
ワイヤは、ボンディングワイヤとしてコストが低く、酸
化しにくいという利点があるが、熱圧着ボンディングを
安定的に行うことが難しいという問題があることがわか
った。具体的には、発明者らの実験によると、ボンディ
ングワイヤの先端を、熱圧着ボンディングのために溶融
してボール状にする場合、純金のワイヤではワイヤの先
端にほぼ球形のボールが、ワイヤの軸に対して軸対称に
形成されるのに対し、金被覆した銀ワイヤではワイヤの
側面に溶融したボールが付着したような形状になり軸対
称にはならない。このため、金被覆した銀ワイヤでは熱
圧着ボンディングを安定した条件で行うことが困難にな
ることがわかった。

【0005】本発明は、熱圧着ボンディング時にワイヤ
の先端に安定したボール形状を形成することのできる金
被覆した銀ボンディングワイヤを提供することを目的と
する。

【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、本発明によれば、以下のようなボンディングワイヤ
が提供される。すなわち、銀線と前記銀線を被覆する金
被覆膜とを有し、前記銀線は、Ca、Na、Si、S
b、Ni、Be、K、C、Al、Ti、Sn、Zn、I
n、Pd、Cd、Li、Rb、Cs、Mg、Sr、B
a、La、YおよびAuのうちの少なくとも一つを含む
ことを特徴とするボンディングワイヤである。

【0007】

【発明の実施の形態】発明者らは、熱圧着ボンディング
時と同様の条件で、ボンディングワイヤの先端を加熱
し、ワイヤの先端が溶融してボールを形成される様子を
4500コマ/秒のハイスピードビデオで撮影して観察
する実験を行った。この実験においてボンディングワイ
ヤは、熱圧着ボンディング時と同様にキャピラリーに保
持し、ボンディングワイヤの先端の近傍に予め定めた間
隔をあけて電極を配置し、ボンディングワイヤと電極と
の間に電圧を印加してアーク放電を生じさせ、これによ
りワイヤの先端を加熱した。この実験を、表面を金で被
覆した銀のボンディングワイヤ、比較例として純金のボ
ンディングワイヤ、比較例として純銀のボンディングワ
イヤに対して行った。

【0008】その結果、いずれのボンディングワイヤも
アーク放電により、先端からある程度の長さのワイヤが
溶融し、その溶滴がワイヤの非溶融部(上部)に向かっ
て上昇し、ボール状となり、それが冷えて凝固するとい
う現象が観察された。このとき、上昇速度は、表面を金
で被覆した銀のボンディングワイヤが最も速かった。ま
た、形成されたボールの形状は、比較例の純金のボンデ
ィングワイヤは、ほぼ球形であり、それがワイヤの先端
にほぼ軸対称にぶら下がるように付着していた。これに
対し、比較例の純銀のボンディングワイヤに形成された
ボールは、ワイヤに対しては軸対称にぶら下がるように
付着している点では純金ワイヤと同じであったが、ボー
ルの形状が球形ではなく、先端にとがった錘状の部分を
有していた。また、表面を金で被覆した銀のボンディン
グワイヤでは、非溶融ワイヤの先端部の側面にボールが
付着しており非軸対称であった。また、ボール形状も球
形ではなく、いびつであった。

【0009】このような結果を鑑みると、ボンディング
ワイヤのボール形成に寄与する因子としては、 (1)溶滴の押し上げ力 (2)溶滴の凝固速度 (3)溶滴の表面張力 が考えられる。純金のワイヤでは、溶滴が比較的ゆっく
りと上昇し、ゆっくりと凝固するため、その間に表面張
力が働き溶滴が球形になると推測される。これに対し、
純銀のワイヤでは、純金のワイヤに比べて凝固速度が高
いため、表面張力により十分な球形となることができ
ず、先端が錘状になると推測される。また、表面を金で
被覆した銀のボンディングワイヤでは、溶滴の押し上げ
力が大きく、上昇速度が大きいために、非溶融ワイヤの
側面まで溶滴が上昇してしまい、そこに溶滴が付着して
そのまま凝固し、非軸対称ないびつな形状になると推測
される。

【0010】表面を金で被覆した銀のボンディングワイ
ヤで溶滴を球形にするためには、上記(1)の溶滴の押し
上げ力を小さくすることと、(2)溶滴の凝固速度を小さ
くすることが有効であると考えられる。発明者らは、
(1)の溶滴の押し上げ力は、アーク放電により生じる力
であると推測している。しかも、上記3種類のワイヤに
ついてのハイスピード撮影結果を解析した結果、アーク
放電を、ワイヤの一点に集中させずに、溶融させるワイ
ヤの先端部分の全体から生じさせることにより、溶滴の
押し上げ力を抑制することが可能と思われる。

【0011】そこで、本発明では、表面を金で被覆した
銀のボンディングワイヤに添加物を加え、アーク放電の
一点集中を抑制することとした。また、添加物を加える
ことにより熱伝導率を小さくし、溶滴の凝固速度を低下
させ、ゆっくり凝固するようにコントロールすることも
可能と思われる。

【0012】本実施の形態では、添加物としてCaを選
択した。また、本実施の形態のボンディングワイヤは、
図1のように金被覆膜41で被覆された銀線40とし
た。添加物Caは、銀線40の部分に添加した。添加濃
度は、0.001%〜1%程度とした。金被覆膜41の
厚さは0.1〜5μmとし、ボンディングワイヤ全体の
直径を25μmとした。金被覆膜41は、メッキにより
形成した。

【0013】このCa添加したボンディングワイヤを用
いて、上述と同様の条件でアーク放電を生じさせ、ボー
ルを形成させたところ、球形のボールがワイヤの先端に
軸対称に形成された。このように、Caの銀線40への
添加は、ボール形成に対して、非常に大きな効果がある
ことがわかった。これは、Caが添加されたことによ
り、アーク放電が一点に集中せず、ワイヤ全体に分散さ
れるため、溶滴の押し上げ力が弱まったためであると思
われる。溶滴の押し上げ力が弱まったことにより、溶滴
がゆっくり上昇し、その間に表面張力が有効に働いた結
果球形のボールが軸対称に形成されたと推測される。実
際に、Ca添加したボンディングワイヤを用いて、上述
と同様の条件でアーク放電を生じさせ、上記ハイスピー
ド撮影でで撮影したところ、溶滴がゆっくりと上昇しボ
ール形状となることが確認された。

【0014】このように、本実施の形態のボンディング
ワイヤは、表面を金膜で被覆した銀線でありながら、銀
線部分にCaを添加したことにより、熱圧着ボンディン
グ時にワイヤ先端に球形ボールを安定して形成すること
ができる。よって、熱圧着時に、球形のボールを集積回
路チップのボンディングパッドに付着させることによ
り、信頼性の高いボンディングを行うことができる。ま
た、ボールが球形であるため、ボンディングパッドを傷
つけるおそれもない。したがって、本実施の形態の銀線
部分にCaを添加した金被覆ボンディングワイヤを用い
てボンディングを行うことにより、信頼性の高い電子回
路装置を製造することができる。

【0015】また、本実施の形態のボンディングワイヤ
は、純金ワイヤと比較して、金の使用量が格段に少ない
ため、低コストなボンディングワイヤを提供することが
できる。

【0016】また、本実施の形態のCaを添加したボン
ディングワイヤのボンディング部の強度テストを行った
ところ、純金ワイヤと比較して劣っておらず、実用上十
分の強度が得られた。

【0017】なお、上述の実施の形態では、添加物とし
てCaを選択したが、添加物はCaに限定されるもので
はない。Ca、Na、Si、Sb、Ni、Be、K、
C、Al、Ti、Sn、Zn、In、Pd、Cd、L
i、Rb、Cs、Mg、Sr、Ba、La、YおよびA
uの中から、少なくとも一つを含むものを添加物とする
ことができる。これらは、単体として添加することがで
きるほか、Ca−AlやCa−SiやCa−Si−Sb
やNi−BeやNaFやKFのような化合物として添加
することも可能である。また、添加濃度は、所望の濃度
にすることができるが、アーク放電の制御を目的とする
場合は0.001%〜1%程度、熱伝導率を低下させる
ことを目的とする場合は、それよりも大きな濃度例えば
1%以上にすることが可能である。

【0018】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
熱圧着ボンディング時にワイヤの先端に安定したボール
形状を形成することのできる金被覆した銀ボンディング
ワイヤを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施の形態の金被覆した銀線ボンデ
ィングワイヤの断面構造を示す断面図。

【符号の説明】

40・・・銀線、41・・・金被覆膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 勝哉 神奈川県横浜市金沢区福浦二丁目10番地1 株式会社野毛電気工業内 (72)発明者 梅川 寛治 神奈川県横浜市金沢区福浦二丁目10番地1 株式会社野毛電気工業内 (72)発明者 石原 孝茂 神奈川県横浜市金沢区福浦二丁目10番地1 株式会社野毛電気工業内 (72)発明者 小泉 知弘 神奈川県横浜市金沢区福浦二丁目10番地1 株式会社野毛電気工業内 (72)発明者 山田 忠昭 神奈川県横浜市金沢区福浦二丁目10番地1 株式会社野毛電気工業内 Fターム(参考) 4K044 AA06 AB04 BA08 BB01 BC08 5F044 AA01 FF02 FF04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銀線と前記銀線を被覆する金被覆膜とを有
    し、 前記銀線は、Ca、Na、Si、Sb、Ni、Be、
    K、C、Al、Ti、Sn、Zn、In、Pd、Cd、
    Li、Rb、Cs、Mg、Sr、Ba、La、Yおよび
    Auのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とするボ
    ンディングワイヤ。
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