JP2004255464A - 金属線材及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、機械的特性に優れかつばらつきの小さな線材及びこれを製造する方法を提供する。
【解決手段】 伸線加工によって製造される金属線材の製造方法において、伸線加工の前工程又は中間工程の少なくとも１つの工程で、伸線方向以外の方向にせん断変形を与える加工工程を経て、その後伸線加工を加えることを特徴とする金属線材の製造方法、及び、金を主体とする金属線材であって、カルシウムと希土類金属（イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属）の含有量が、１００原子ｐｐｍ以下であり、かつ、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−１５ｘ＋３２０（ＭＰａ）以上であることを特徴とする金属線材である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、機械的性質に優れた金属線材及びその製造方法に関するものである。
金属材料に強歪みを加えることで、微細な組織制御が可能であることが知られている。金属材料に強歪みを課す方法として、Equal-Channel Angular Pressing（ＥＣＡＰ）法と呼ばれる方法がある（非特許文献１）。ＥＣＡＰ法では、同じ断面積を持ち、屈曲した貫通孔にチャンネル上部から試料を入れて強制的に押し出すことにより、試料内にせん断歪みが導入される。試料が粉末状であるメカニカルミリング法とは異なり、バルク状態で強歪みを加える方法である。また、圧延、押出、引抜等の従来の加工方法と異なり、試料の断面形状が加工に伴って変化しないことが大きな特徴となっている。この方法の適用例をしては、アルミニウムやその合金、マグネシウム合金のバルク材料に対する研究報告がなされている（非特許文献２、非特許文献３）。また、チャンネル出口から材料を引き抜く方法によっても、同様な効果が得られる。ここでは、この方法もＥＣＡＰ法と呼ぶ。
一方、通常、金属線材は、押出加工と引抜加工を主体とした加工法と熱処理を組み合わせて製造される。これらの加工法では、加工歪はおおよそ押出あるいは引抜方向に平行にせん断歪みが導入される。多くの線材は、この加工歪と結晶粒の形状、及び結晶方位の配向によって、強化される。押出加工と引抜加工の工程（以下、伸線工程と総称する）において、線径は常に減少する一方であるが、この工程は、線材を製造するための形状付与をも目的とすることから、加工歪量やその均一性が限定される。
半導体実装材料であるボンディングワイヤは、半導体チップと外部金属端子との間を接続する材料である。現在、その殆どは、金を主体とする材料が用いられている。これは、ボールボンディングと呼ばれる金属線の一端を溶融し、ボールを形成して圧着させる手法が、主に用いられるためであり、ボール形成時の酸化による接合性の劣化が起こり難い金が使用されている。
上述したように、ワイヤ強度は、伸線加工による加工硬化により強化されているが、純金では十分な機械強度が得られないため、微量の異種元素が添加されている。これらの元素は、固溶強化元素として働く他、金の再結晶温度を上げる働きがある。通常、ボンディングワイヤは、ボンディング時のワイヤ形状を整えるため、破断伸びが２〜１２％のものが用いられている。破断伸びは、伸線工程後の焼鈍工程で調整されるが、上記の元素は再結晶温度を上昇させるために、破断伸びに対する強度を向上させる。ボンディングワイヤは通常２００μｍ以下の細線であるが、近年の半導体の小型化に伴って、その線径は小さくなってきており、線径１５μｍのワイヤも用いられ始めている。しかし、一般的に用いられている元素は、ボール形成時に酸化し易いため、多量に添加すると接合性を劣化させる。したがって、これらの元素をなるべく添加しないで、高い強度を得ることが求められている。
大石敬一郎、金子賢治、堀田善治、まてりあ、４１巻、４２２−４２６頁（２００２） 西田義則、有馬弘晃、金鎮千、安藤禎一、軽金属、５０巻、６５５−６５９頁（２００２） 吉田雄、Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｃｉｓａｒ、鎌土重晴、小島陽、軽金属、５２巻、５５９〜５６５頁（２００２）
本発明は、従来の単純な押出や引抜による線材の加工方法では、線材への加工歪み量の導入が限定されるのに対し、材料の長さ方向以外の方向、あるいは試料内部にまで強いせん断加工歪を導入し、結晶粒を微細化して、機械的特性に優れかつばらつきの小さな線材及びこれを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記従来技術の問題を解決するために、鋭意検討した結果、伸線方向以外の方向、即ち、径方向にせん断変形を与える加工工程を経て、その後、伸線加工を加える金属線材の製造方法をとる。せん断変形の形態は、曲げ、ねじり等が挙げられる。また、本発明は、特に、せん断変形を与える工程が、屈曲した貫通孔に材料を１回以上通過させる加工工程である製造方法をとる。
屈曲した貫通孔を通過させる材料の断面積が、少なくとも２０ｍｍ2であることが望ましい。また、本発明は、細線を製造する半導体実装用ボンディングワイヤのプロセスへ本発明を適用することは有効であり、特に、材料が金を主体とする材料に対して効果的である。
本発明の半導体実装用金ボンディングワイヤは、従来のワイヤに比較して、カルシウムと希土類金属（イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属）の添加量が小さいにもかかわらず、高い強度を有するワイヤである。カルシウムと希土類金属の含有量が、１００原子ｐｐｍ以下で、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−１５ｘ＋３２０（ＭＰａ）以上の金属線材である。また、カルシウムと希土類金属の含有量が、１００原子ｐｐｍを超えて１０００原子ｐｐｍ以下の範囲では、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−３０ｘ＋４２５（ＭＰａ）以上の金属線材である。特に、加工硬化歪みが十分に加えられた線径２００μｍ以下の金属線材である。
このような特性を有するワイヤは、通常の伸線加工の前工程又は中間工程の少なくとも１つの工程で、線の径方向にせん断歪みを加える加工を導入することで実現される。
通常の伸線加工の前工程又は中間工程の少なくとも１つの工程で、線の径方向にせん断歪みを加える加工を導入することで、従来の伸線加工方法だけでは得られなかった複雑な加工歪が導入され、最終的な金属線材の組織を均一かつ微細にすることができ、機械的に優れ、かつ、ばらつきの小さな金属線材を製造することができる。特に、伸線工程前、あるいは、その中間工程で、材料を屈曲した貫通孔に少なくとも１回以上通過させる加工工程を導入し、その後伸線加工を施すことによって、非常に大きく、かつ、複雑な加工歪が導入され、最終的な金属線材の組織を均一かつ微細にすることができ、機械的に優れ、かつ、ばらつきの小さな金属線材を製造することができる。
ＥＣＡＰ法で加工した後に、伸線加工を施すことによる効果は、それぞれの加工による加工歪みの導入のされ方が異なる点にある。
金属線の強度を高める上で、伸線加工による集合組織は望ましい組織形態である場合が多いが、その前段階で伸線方向以外の方向、即ち、径方向に成分を有するせん断歪みを与えることによって、より望ましい組織形態が得られる。
金・銅・アルミニウムのような面心立方構造（ＦＣＣ構造）の金属の場合、減面率にもよるが、伸線加工によってワイヤの長さ方向に結晶粒が長く、かつ、＜１１１＞方向に配向する。この組織的特徴により、ヤング率や破断強度が大きくなる。しかし、後述するように、ワイヤの周方向に全て均一な組織となるわけでなく、一般的に、ワイヤの芯部のアスペクト比や配向性が小さくなる。これは、ダイスと接触するワイヤ表面周部、芯部、その中間部で、加工歪みの導入のされ方が異なるためである。特に、伸線工程の中間工程で中間焼鈍を施した場合、長さ方向に直交する面内に＜００１＞方位は生ずる。これが後の伸線加工によっても除去しきれず、特に芯部に残留する場合があるが、焼鈍工程の後に伸線方向以外の方向にせん断変形を加えることによって、芯部まで大きな歪みを導入することが可能であるから、＜００１＞集合組織を破壊し、芯部まで＜１１１＞配向した微細で均一な結晶粒を有する強度、ヤング率の高い線材の製造が可能である。
また、本発明の方法では、伸線加工と加工歪み成分の異なる歪みを導入するため、加工を施した中間材を焼鈍した場合、生じる再結晶集合組織が上述したような＜００１＞配向組織をとらない。したがって、伸線加工時の加工性や最終製品の組織を改善することも可能である。
上述したように、半導体の小型化に伴い、線径が小さく高強度のワイヤが求められている。線径が小さくなると、ボールボンディングした時の接合面積も小さくなるため、一層接合性の良いボンディングワイヤが求められる。本発明の金ワイヤは、強度が高く、酸化し易いカルシウムや希土類金属の添加量も小さいため、接合性の優れたボンディングワイヤになる。また、実施例で実証したように、＜１１１＞配向性が強まるため、樹脂モールド時のワイヤ流れが小さくなる。
本発明は、伸線方向以外の方向、即ち、径方向にせん断変形を与える加工工程を経て、その後、伸線加工を加える金属線材の製造方法である。せん断変形の形態は、曲げ、ねじり等が挙げられる。また、本発明は、特に、せん断変形を与える工程が、屈曲した貫通孔に材料を１回以上通過させる加工工程である製造方法である。
伸線方向以外の方向にせん断歪みを与える加工を施す前の金属の組織は、鋳造組織でも、ある程度加工を行った加工組織でも、また、加工後焼鈍を行い、歪みを低減した状態の組織でもかまわない。
ＥＣＡＰ法による加工形態をとる場合、金属材料の形態は、ＥＣＡＰ法による加工が施し易く、かつ、後の伸線加工が施し易いように、柱状の形態であることが望ましい。材料を貫通孔に押し出す加工法であることから、少なくとも直径５ｍｍφ、即ち、２０ｍｍ2以上の断面積は必要である。金属材料を引き抜く方法をとる場合でも、径方向のせん断成分を有する加工歪みを効果的に加えるためには、この程度の径が必要である。
ＥＣＡＰ法は、屈曲した孔に被加工材を通過させる方法であるが、一度通過させるだけでは、導入する歪み量は不十分であることが多く、少なくとも貫通孔の軸に対して９０°づつ回転した方向の４回、好ましくは１０回以上の強加工を繰返すことが望ましい。通常のＥＣＡＰ法では、被加工材料が該屈曲孔通過後、型出口から取出して該型挿入口に挿入することを繰返さなければならないが、最近考案された回転式ＥＣＡＰ法（特許第３２６８６３９号公報）のように、型の内部に被加工材料を留めた状態で、連続的に上記強塑性加工を加えることのできる装置を用いても良い。また、潤滑材は、線材の特性を劣化させなければ、加工抵抗や加工温度によって、液体潤滑材を用いても良く、黒鉛等の固体潤滑材を用いても良い。
ＥＣＡＰ法における孔の屈曲角度は９０〜１２０°前後が望ましい。角度が小さいほうが、１回のパスで与えることができる歪み量が大きい。ＥＣＡＰ法の大きな利点とされているところは、形状を殆ど変化させることなく歪みを与え、結晶粒を微細化できる点であり、バルク形態で特性の優れた製品を製造できる点である。これに対して、本発明では、ＥＣＡＰ法で加工した後に、さらに伸線加工を施すことを特徴とする。この伸線加工は、最終線径の線材を製造するための形状付与も目的であるが、本発明において見出した重要な点は、ＥＣＡＰ法による加工歪みを与えた後、伸線加工による加工歪みを与えることである。ただし、ＥＣＡＰ法による加工を施した後、伸線前に焼鈍熱処理を施しても構わないし、伸線途中、あるいは最終加工の後、焼鈍熱処理を施しても構わない。また、ＥＣＡＰ法による工程と伸線工程あるいは焼鈍工程を交互に複数回繰り返しても構わない。
本発明の特徴は、伸線方向以外の方向にせん断歪みを与える加工の後、伸線加工を行うことにあり、伸線方向以外の方向にせん断歪みを与える加工後の伸線加工の減面率が高い場合、特にこの減面率が９９．８％以上である場合に、線材径方向の結晶粒が１μｍ以下に小さくなる等、効果が大きい。
本発明は、構造用線材から送電用線材等、あらゆる線材に適用可能な方法であるが、上記の理由から、線径の小さな線材、例えば、半導体実装用ボンディングワイヤの製造方法として、特に効果が大きい。ボンディングワイヤの線径は通常２００μｍ以下であり、径方向の結晶粒径は１μｍ以下であることが望まれる。特に、ＥＣＡＰ法の導入により、結晶粒は、線材径方向のみならず、伸線方向にも分断されるため、均一化、微細化による機械的特性に寄与する効果は大きい。
ボンディングワイヤの強度は、伸線加工による加工硬化により強化されているが、純金では十分な機械強度が得られないため、微量の異種元素が添加されている。実施例で実証したように、機械強度を向上させる元素としては、カルシウムや希土類元素がある。これらの元素は、固溶強化元素として働く他、金の再結晶温度を上げる働きがあり、強度を向上させる。
近年、半導体の小型化に伴い、高強度のワイヤが求められており、破断伸び４．５％時の強度が２８０ＭＰａのワイヤも商品化されているが、このような強度のワイヤを得ようとした場合、１００原子ｐｐｍ以上のカルシウム又は希土類元素の添加が必要である。しかし、これらの元素は、ボール形成時に酸化し易いため、多量に添加すると接合性を劣化させる。したがって、これらの元素をなるべく添加しないで、高い強度を得ることが求められているが、通常の伸線加工だけでは困難である。本発明で示したように、伸線加工の前工程又は中間工程の少なくとも１つの工程でＥＣＡＰ法による加工を施すことにより、接合性と強度を兼ね備えたボンディングワイヤを製造することが可能である。カルシウムと希土類金属（イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属）の含有量が、１００原子ｐｐｍ以下であり、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−１５ｘ＋３２０（ＭＰａ）以上である金線は、本発明の特徴的な形態である。
接合性を犠牲にしても、通常工業的に耐え得る接合性を得ようとした場合、カルシウムと希土類金属の添加量は１０００原子ｐｐｍ以下にする必要がある。また、これ以上これらの元素を添加しても、通常の伸線加工では、破断伸び４．５％時の強度が３００ＭＰａを超える金線の製造は困難である。カルシウムと希土類金属（イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属）の含有量が、１０００原子ｐｐｍ以下であり、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−３０ｘ＋４２５（ＭＰａ）以上である金線は、本発明の特徴的な形態である。
実施例で実証しているように、カルシウムと希土類金属の含有量が、１０原子ｐｐｍの場合でもＥＣＡＰ加工の効果が認められるが、２５原子ｐｐｍ以上で効果が大きく、５０原子ｐｐｍ以上になった場合、特に効果が大きい。
本発明において、原料純金の中に含まれる不純物元素や、ベリリウム、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウム等の他の様々な目的で添加される元素は含有されていても構わない。ベリリウムは、カルシウムや希土類元素と同様、酸化しやすい元素であることから、金ボンディングワイヤとしての含有量の上限は１０００原子ｐｐｍであることが望ましい。一方、銀、銅、パラジウム、白金、ロジウムは酸化し難い元素であることから、特にその上限はない。
本発明を半導体実装用ボンディング金線に適用する場合、実施例で述べるように、カルシウムと希土類金属の含有量が大きい程、その効果を有することがわかった。金にカルシウムや希土類金属をドーパントとして含有させると、再結晶温度を上昇させ、かつ強度が向上することが判っている。ここで、希土類金属とは、イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属を指す。ＥＣＡＰ法を伸線工程内に導入することにより、さらに効果が大きくなる。
本発明は、工業的規模の点からも、半導体実装材料のボンディングワイヤの製造工程への整合性が高い。この材料は、通常２００μｍ以下の細線であり、貴金属が材料である場合が多い。したがって、工業用でもＥＣＡＰ法が適用可能なロッド単位で操業されている。本発明の形態であるＥＣＡＰ法による加工と伸線加工の組み合わせによる製造方法が工業レベルで適用し得る。
以上に示してきたように、伸線工程の前段階、あるいは中間段階に、ＥＣＡＰ法による加工を導入することにより、導入しなかった場合に比較して、最終金属線材の機械的な特性を向上することが可能になる。また、強度と接合性の優れた金ボンディングワイヤが提供できる。
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、該実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
９９．９９ｍａｓｓ％のボンディングワイヤ用金素材について、本発明を適用した。材料の形状は、直径９．８ｍｍ、長さ５０ｍｍである。これをＥＣＡＰ法として、９０°に屈曲した直径１０ｍｍ貫通孔に、ポンチを用いて押し込む加工を１０回繰り返した。
この後、ダイヤモンドダイスを用いて、０．２〜１５ｍ／ｓの速さで段階的に減面していき、直径２７．５μｍのワイヤを作製した。
比較として、組成と組織が同じ、直径９．８ｍｍ、長さ５０ｍｍの材料を、ＥＣＡＰ法による加工を経ずに、同じ伸線ダイスを用いて徐々に減面していき、直径２７．５μｍの比較用ワイヤを作製した。
これらのワイヤを、半導体実装用ボンディングワイヤとして使用するために、焼鈍を施し、伸びを５％に揃えた後、破断強度を比較した。ＥＣＡＰ法による加工を施していない通常の方法で作製したボンディングワイヤの強度が１５０ｍＮであったのに対して、ＥＣＡＰ法による加工を施したボンディングワイヤの強度は１８０ｍＮであった。ボンディングワイヤとして、この強度差は、有意な強度差である。
電子顕微鏡を用いて、その組織を調べた。どちらのワイヤも、ワイヤの長さ方向に結晶粒は長く伸び、＜１１１＞方向に配向していたが、ワイヤ芯部で、比較材のアスペクトが周部に対して小さくなっていたのに対して、ＥＣＡＰ法による加工を施したボンディングワイヤの結晶粒は、比較ワイヤに比べて微細であり、芯部と周部のアスペクト比の差は認められなかった。
半導体チップとリードフレームを接続するボンディング試験を行った。ＥＣＡＰ法による加工を施したボンディングワイヤの直進性は、比較材に比べて良好であり、安定したボンディングが可能であった。これは、ＥＣＡＰ法による加工を施したボンディングワイヤの結晶粒が均一で微細であったためである。
同じ線径を有する９９ｍａｓｓ％の金線においても、同様に、ＥＣＡＰ法を適用した後に伸線加工すると、強度の増加、ボンディング特性の向上の効果が認められた。
（実施例２）
表１に示したＡ、Ｂ、Ｃの３種類の成分を有するワイヤについて、伸線工程途中にＥＣＡＰ法を導入した効果を調べた。９９．９９９ｍａｓｓ％の金に、カルシウム、イットリウム、ランタン、セリウムを添加し、溶解・鋳造し、直径９．８ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱形素材を製造した。これをＥＣＡＰ法として、９０°に屈曲した直径１０ｍｍ貫通孔にポンチを用いて、押し込む加工を４回繰り返した。４回の加工は、材料を９０°づつ回転させながら行った。
Figure 2004255464
この後、ダイヤモンドダイスを用いて、０．２〜３００ｍ／ｓの速さで段階的に減面していき、直径２３．０μｍのワイヤを作製した。
比較として、上記と同様に製造した直径９．８ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱形素材を、ＥＣＡＰ法による加工を経ずに、同じ伸線ダイスを用いて徐々に減面していき、直径２３．０μｍの比較用ワイヤを作製した。
これらのワイヤを半導体実装用ボンディングワイヤとして使用するために、焼鈍を施し、伸びを４〜６％に調質し、破断強度を調べた。その結果を表２に示した。４〜６％は、一般的に、ボンディングワイヤとして用いられる破断伸びである。ボンディングワイヤの強度は、設定する破断伸び値で異なる。破断伸びを大きくするためには、焼鈍温度を高くする必要があり、その分破断強度は低下する。
Figure 2004255464
表２で示したように、カルシウムと希土類金属の含有量が大きい程、同じ破断伸び値における強度が高く、ＥＣＡＰ加工の効果が大きいことが判る。ボンディング時のアルミニウムパッドへの接合性の点から見た場合、酸化し易いカルシウムや希土類金属の含有量は小さい方が望ましいが、カルシウムと希土類金属の含有量の総和が５０原子ｐｐｍの場合、破断伸びと破断強度が、それぞれ４．０％、２６０ＭＰａと６．０％、２３０ＭＰａを結ぶ線より高強度にするためには、ＥＣＡＰ法による加工が必要である。
成分Ｃの材料のように、破断伸びが４．５％時の強度が３２０ＭＰａ以上を超え、かつ実用に供する接合性を有する金ボンディングワイヤを製造するためには、ＥＣＡＰ加工の導入が必要である。
成分Ｃで、破断伸びが４．５％のワイヤのヤング率を測定したところ、ＥＣＡＰ加工を施していないワイヤのヤング率は９０ＧＰａであったのに対し、ＥＣＡＰ法により加工を施したワイヤのヤング率は９５ＧＰａであった。半導体組立工程において、ボンディング後の樹脂モールド工程でのワイヤ流れによる短絡不良に対しては、ヤング率が高い方が有利である。ワイヤ組織を電子線背面反射法（ＥＢＳＤ法）を用いて調べると、ＥＣＡＰ法を施した試料と施していない試料の両者共、伸線方向に＜１１１＞集合組織が発達していたが、ＥＣＡＰ法を施していない試料では、ワイヤ芯部に＜００１＞方位を有する結晶粒が認められた。これに対して、ＥＣＡＰ法を施した試料では、ワイヤ全体に渡って均一に＜１１１＞集合組織が発達していた。ＥＣＡＰ加工により鋳造組織が破壊され、内部にまで強く均一な加工歪みが導入された効果である。
（実施例３）
実施例２で示した成分Ａ〜Ｃの成分を有する直径９．８ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱形素材各２０本を鋳造し、実施例２と同じ方法で、それぞれの成分各１０本にＥＣＡＰ加工を施し、残りの１０本を比較材として、ＥＣＡＰ加工を施さないで、直径３０．０μｍのワイヤを伸線し、これを焼鈍し、破断伸びを４．５％に調整して、それぞれのロッドの破断強度のばらつきを調べた。表３は、１０本のロッドの平均値と最小値、最大値を示した。
Figure 2004255464
破断伸びが４．５％の時の平均強度は、実施例２で示した線径２３．０μｍのワイヤの強度と変わらなかった。したがって、加工強化は、既に飽和に達していると判断された。
ロッド毎のばらつきは、表３に示したように、ＥＣＡＰ加工を施さず、かつドーパントが大きくなるほど、大きいことがわかった。これに対して、ＥＣＡＰ加工を施したワイヤのロッド間の強度ばらつきは、全ての成分で小さくなった。これは、ＥＣＡＰ加工を施さないワイヤでは、鋳造組織の影響が出ているのに対して、ＥＣＡＰ加工を施した場合、鋳造組織がＥＣＡＰ加工により破壊されたためである。
（実施例４）
表４に示したＤ、Ｅ、Ｆの３種類の成分を有するワイヤについて、伸線工程途中にＥＣＡＰ法を導入した効果を調べた。カルシウムと希土類元素の含有量は、成分Ｄで３５原子ｐｐｍ、成分Ｅで、５０原子ｐｐｍ、成分Ｆで、２２０原子ｐｐｍである。
９９．９９９ｍａｓｓ％の金にそれぞれの元素を添加し、直径１５ｍｍ角、長さ１００ｍｍの鋳型を用い鋳造し、その後、圧延と引き抜きによって、直径９．８ｍｍ、円柱形素材を製造した。これをＥＣＡＰ法として、９０°に屈曲した直径１０ｍｍ貫通孔に、ポンチを用いて押し込む加工を８回繰り返した。８回の加工は、材料を９０°づつ回転させながら行った。
Figure 2004255464
この後、ダイヤモンドダイスを用いて、０．２〜３００ｍ／ｓの速さで段階的に減面していき、直径２３．０μｍのワイヤを作製した。
比較として、上記と同様に製造した直径９．８ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱形素材をＥＣＡＰ法による加工を経ずに、同じ伸線ダイスを用いて徐々に減面していき、直径１５．０μｍの比較用ワイヤを作製した。
これらのワイヤを半導体実装用ボンディングワイヤとして使用するために、焼鈍を施し、伸びを４〜６％に調質し、破断強度を調べた。その結果を表５に示した。４〜６％は、一般的に、ボンディングワイヤとして用いられる破断伸びである。ボンディングワイヤの強度は、設定する破断伸び値で異なる。破断伸びを大きくするためには、焼鈍温度を高くする必要があり、その分、破断強度は低下する。
Figure 2004255464
表５で示したように、カルシウムと希土類金属の含有量が大きい程、同じ破断伸び値における強度が高く、ＥＣＡＰ加工の効果が大きいことがわかる。ボンディング時のパッドへの接合性の点から見た場合、酸化し易いカルシウムや希土類金属の含有量は小さい方が望ましいが、カルシウムと希土類金属の含有量の総和が５０原子ｐｐｍの場合、破断伸びと破断強度がそれぞれ４．０％、２６０ＭＰａと６．０％、２３０ＭＰａを結ぶ線より高強度にするためには、ＥＣＡＰ法による加工が必要である。
成分Ｄのカルシウムと希土類元素の含有量は３５原子ｐｐｍであるが、ＥＣＡＰ加工を施すことによって、カルシウムと希土類元素の含有量が５０原子ｐｐｍの成分ＥでＥＣＡＰ加工を施していない試料と、同等の強度が得られた。
成分Ｆの材料のように、破断伸びが４．５％時の強度が３２０ＭＰａ以上を超え、かつ実用に供する接合性を有する金ボンディングワイヤを製造するためには、ＥＣＡＰ加工の導入が必要である。

Claims (11)

  1. 伸線加工によって製造される金属線材の製造方法において、伸線加工の前工程又は中間工程の少なくとも１つの工程で、伸線方向以外の方向にせん断変形を与える加工工程を経て、その後伸線加工を加えることを特徴とする金属線材の製造方法。
  2. 伸線加工によって製造される金属線材の製造方法において、伸線加工の前工程又は中間工程の少なくとも１つの工程で、屈曲した貫通孔に材料を１回以上通過させる加工工程を経て、その後伸線加工を加えることを特徴とする金属線材の製造方法。
  3. 屈曲した貫通孔の挿入する材料の断面積が少なくとも２０ｍｍ2であることを特徴とする請求項２に記載の金属線材の製造方法。
  4. 金属線の線径が２００μｍ以下である請求項１又は２に記載の金属線材の製造方法。
  5. 金属線が半導体実装用ボンディングワイヤであることを特徴とする請求項４に記載の金属線材の製造方法。
  6. 金属線が金を主体とする材料であることを特徴とする請求項５に記載の金属線材の製造方法。
  7. 金を主体とする金属線材であって、カルシウムと希土類金属（イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属）の含有量の合計が、１００原子ｐｐｍ以下であり、かつ、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−１５ｘ＋３２０（ＭＰａ）以上であることを特徴とする金属線材。
  8. 金を主体とする金属線材であって、カルシウムと希土類金属（イットリウムとスカンジウムを含むランタノイド系金属）の含有量の合計が、１００原子ｐｐｍ超、１０００原子ｐｐｍ以下であり、かつ、破断伸びをｘ（％）とした時の破断強度が−３０ｘ＋４２５（ＭＰａ）以上であることを特徴とする金属線材。
  9. 前記金属線材の線径が２００μｍ以下である請求項７又は８に記載の金属線材。
  10. １原子ｐｐｍ以上、１０００原子ｐｐｍ以下のベリリウムが含有されている請求項７〜９のいずれかに記載の金属線材。
  11. 銀、銅、パラジウム、白金、ロジウムの中の少なくとも１種以上の元素が含有され、それらの元素の含有量の総計が、１原子ｐｐｍ以上、５０００００原子ｐｐｍ以下である請求項７〜１０のいずれかに記載の金属線材。
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