JP2001196411A - 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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JP2001196411A
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gold
bonding
bonding wire
silver
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English (en)
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Hiroshi Onodera
浩 小野寺
Tadaaki Yamada
忠昭 山田
Tomohiro Koizumi
知弘 小泉
Kanji Umekawa
寛治 梅川
Yasushi Umeda
泰 梅田
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Noge Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Noge Electric Industries Co Ltd
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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を被覆する金膜４１
とを有し、金膜４１は、Ｎａ、Ｓｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｎ
ｉ、Ｂｅ、Ｋ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍ
ｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅのうちの少なくとも一
つの元素を含むことを特徴とするボンディングワイヤ。

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
膜とを有し、前記金膜は、Ｎａ、Ｓｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｎ
ｉ、Ｂｅ、Ｋ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍ
ｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅのうちの少なくとも一
つの元素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アーク
放電により加熱し、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た。また、上記アーク放電を生じさ
せるために、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
を陽極、電極を陰極として電圧を印加した。この実験
を、表面を金膜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、表面を金膜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、ワイヤの溶融し
ていない部分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、ワイヤの表面の一点に集中させずに、溶融させ
るワイヤの先端部分の表面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、金膜で被覆した銀の
ボンディングワイヤの、金膜に添加物を加えるか、もし
くは、添加物入り潤滑剤を金膜の表面に塗布することに
より、アーク放電の一点への集中を抑制することとし
た。
【００１２】以下、具体的に本実施の形態のボンディン
グワイヤについて説明する。
【００１３】第１の実施の形態のボンディングワイヤ
は、図１のように金膜４１で被覆された銀線４０であ
り、金膜４１の表面に、潤滑剤が塗布されている。潤滑
剤としては、アーク放電の一点集中を抑制するための添
加物としてＮａ元素を含むものを用いた。金膜４１の厚
さは０．１〜５μｍであり、ボンディングワイヤ全体の
直径は２５μｍとした。なお、第１の実施の形態のボン
ディングワイヤは、銀線にメッキにより金膜４１を形成
し、その表面に、Ｎａ元素入り潤滑剤を塗布することに
より製造することができる。
【００１４】この第１の実施の形態のボンディングワイ
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。これは、金膜４１の表面
に散らばっているＮａ元素により、ワイヤの先端部の表
面全体からアークを生じさせることができ、アークがワ
イヤ表面の一点へ集中するのを抑制できたためであると
思われる。このようにアークが表面全体から生じること
で溶滴の押し上げ力が弱まり、溶滴がゆっくり上昇する
ため、上昇している最中に表面張力が有効に働いて球形
のボールが軸対称に形成されたと推測される。実際に、
上記Ｎａ元素を含む潤滑剤を塗布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。
【００１５】つぎに、本発明の第２の実施の形態のボン
ディングワイヤについて説明する。第２の実施の形態の
ボンディングワイヤは、第１の実施の形態と同様に金膜
４１で被覆された銀線４０であるが、金膜４１自体に添
加物を添加している点が第１の実施の形態とは異なる。
なお、潤滑剤は塗布していない。添加物は、Ｓｅであ
る。金膜４１の厚さ、ならびに、ボンディングワイヤ全
体の直径は、第１の実施の形態と同じである。
【００１６】第２の実施の形態のボンディングワイヤ
は、予め用意した銀線４０に、メッキにより金膜４１を
形成することにより製造する。メッキ浴液は、形成され
る金膜４１にＳｅを添加するため、以下の組成のものを
用いる。
【００１７】 シアン化金カリウム ４．２〜１４ｇ／Ｌ クエン酸カリ ５０ｇ／Ｌ 硫酸タリウム ３０〜６０ｍｇ／Ｌ 亜セレン酸ソーダ ３０〜６０ｍｇ／Ｌ 界面活性剤 適 宜 水 残部 また、メッキ時の電流密度は、０．５〜１．０Ａ／ｄｍ
2とする。
【００１８】このようにして製造した第２の実施の形態
の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。これ
は、金膜４１にＳｅを添加することにより、ワイヤの先
端部の表面全体からアークを生じさせることができ、ア
ークがワイヤ表面の一点へ集中するのを抑制できたため
であると思われる。
【００１９】このように、第１および第２の実施の形態
のボンディングワイヤは、金膜４１で被覆した銀線４０
でありながら、金膜４１の表面にＮａ元素入りの潤滑剤
を塗布する構成または、金膜４１自体にＳｅを添加する
構成にしたことにより、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、第１および第２の実施の形態のボン
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ＬＳＩチップやＩＣチップ等の半導体
装置を製造することができる。具体的には、半導体チッ
プ（ベアチップ）の電極パッドとリードフレームのイン
ナーリードとを本実施の形態のボンディングワイヤを用
いてボンディングした後、モールド樹脂やセラミックケ
ース等で半導体チップとインナーリードの部分をパッケ
ージすることにより、半導体装置を製造することができ
る。さらに、この半導体装置を搭載する電子回路装置を
製造することにより、電子回路装置の信頼性も向上させ
ることができる。
【００２０】また、第１および第２の実施の形態のボン
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。よって、上記半導体装置や電子
回路装置を低コストに製造することができる。
【００２１】また、第１および第２の実施の形態のボン
ディングワイヤを用いてボンディングしたボンディング
部の強度テストを行ったところ、いずれも、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。
【００２２】なお、上述の第１および第２の実施の形態
では、金膜４１に添加物を含む潤滑剤を塗布した構成
と、金膜４１の全体に添加物を含む構成とを示したが、
アークの一点集中を抑制するという目的は、金膜４１の
少なくとも表面部に添加物元素が存在していれば達成さ
れる。よって、金膜４１への添加物の添加の仕方は、上
記第１および第２の実施の形態の方法に限られず、添加
物元素を含む粉末を金膜４１の表面に付着させる方法
や、添加物元素を含む溶液中に、金膜４１が形成された
ボンディングワイヤを浸す方法等を用いることができ
る。
【００２３】なお、上述の第１および第２の実施の形態
では、添加物としてＮａとＳｅを選択したが、添加物は
これらの元素に限定されるものではなく、Ｎａ、Ｓｅの
他、Ｃａ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｋ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｌ
ｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅの
中の少なくとも一つの元素を含む材料を添加物として用
いることができる。添加物は、これらの元素を含んでい
ればよく、単体として添加するほか、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が可能である。
【００２４】
【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】本発明の第１および第２の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・・・金膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 梅田 泰 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） 5F044 FF02 FF04

Claims (4)

    【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膜とを有し、 前記金膜は、Ｎａ、Ｓｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｂｅ、
    Ｋ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｓｒ、
    Ｂａ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を
    含む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に記載のボンディングワイヤにお
    いて、前記少なくとも一つの元素は、前記金膜の少なく
    とも表面層に含まれていることを特徴とするボンディン
    グワイヤ。
  3. 【請求項３】銀線と前記銀線を被覆する金膜とを有し、 前記金膜の表面には、Ｎａ、Ｓｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｎｉ、
    Ｂｅ、Ｋ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、
    Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの
    元素を含む材料が付着している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、２または３に記載のボンディン
    グワイヤを用いた半導体装置。
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