JP2008251634A - 高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線 - Google Patents

高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線 Download PDF

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Kazumasa Maki
一誠 牧
Yuji Nakada
有治 中田
Masayoshi Nagao
昌芳 長尾
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Abstract

【課題】高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線を提供する。
【解決手段】ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、Ｂｅ：１〜３０ｐｐｍ、Ｓｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹの内の１種または２種以上：１〜１５０ｐｐｍをＣａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計が１５０ｐｐｍ以下となるように含有し、さらに必要に応じてＡｇ：１〜２０ｐｐｍを含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する。
【選択図】なし

Description

この発明は半導体装置の実装のためのボンディングワイヤ用金合金線に関するものであり、広い温度範囲で使用することができるトランジスタ、ＬＳＩ、ＩＣなど半導体素子のチップ電極と外部リード部とを接続するための高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線に関するものである。
近年、トランジスタ、ＬＳＩ、ＩＣなど半導体素子は広い温度範囲で使用されるようになっている。例えば、車載用ＩＣの一部はエンジン近くなどの高温環境下で使用されており、また高周波用ＩＣは動作温度がますます高くなる傾向にあり、かかる高温環境下に曝されても高度の信頼性が要求されている。
かかる高温環境下で使用されるＩＣチップ上の電極と外部リード部を接続するボンディングワイヤ用金合金線として、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕの内の少なくとも１種を合計で１０００ｐｐｍ〜５質量％、Ｃａ、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｙ、希土類の内の少なくとも１種を合計で１〜５０ｐｐｍ含有し、残部がＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するボンディングワイヤ用金合金線が知られている。これらボンディングワイヤ用金合金線はいずれも白金族金属を多めに含有させて高温での圧着ボールとＡｌパッドの接合強度を向上させ、さらにＣａ、Ｂｅなどを含有させて硬さを高くしてループの安定性を向上させており、これらボンディングワイヤ用金合金線を使用してＩＣチップ上の電極と外部リード部を接続するには、一般に金合金線を超音波併用熱圧着ボンディングする方法が主として用いられている。
近年、半導体素子の集積化が進むことにより、半導体素子のＡｌパッド面積が小さくなり、高温の過酷な使用環境で高度の信頼性が要求される車載用ＩＣや、動作温度が高くなる高周波用ＩＣなどでは、ボールボンディングによる接合界面における接合強度の低下や電気抵抗の上昇による接合不良の発生が問題視されており、これらの接合不良は、上記の接合面積の縮小等のボンディング条件の悪化により、益々発生しやすくなる傾向があるところから、従来よりも高い接合信頼性（ある環境下でのボールボンディングによる接合界面における接合強度や電気抵抗の持続性）を確保することが求められている。
さらに、また、ボールボンディングでの圧着ボールの真円性が低いと、圧着ボールの一部がＡｌパッドからはみ出し、隣の圧着ボールと接触することによるショート不良が発生し、このショート不良は、ボンディングパッドピッチの縮小（すなわちＡｌパッドの隙間間隔並びにＡｌパッド面積の縮小）により益々発生しやすくなることから、従来よりも圧着ボールの高い真円性が求められる。
また、一方で、半導体素子のチップ電極と外部リード部とを接合したワイヤのループ部の長さ（以下、ループ長さという）が長くなるとともに平行してボンディングされた隣のループとの間隔が狭くなっており、かかる現状に対応すべく、ボンディングワイヤとして使用する金合金線の線径を益々細くする傾向にある。
さらに、ワイヤをボンディングしてループを形成した後、樹脂でモールディングするが、その際にボンディングワイヤが樹脂により流されると、隣のループと接触し、ショートするために半導体装置の不良品が発生し歩留が低下する。この樹脂流れについても従来のボンディングワイヤ用金合金線の線径が２５μｍや３０μｍの場合は問題となることが少なかったが、半導体素子の高集積化が進むにつれて、半導体素子のボンディングパッドピッチが縮小し、それらに対応するためにワイヤの線径を細くしてボンディングを行うが、線径が２０μｍ未満になると樹脂のモールディング時にループが流されやすくなる。したがって、線径の細いワイヤであっても樹脂流れが発生し難い特性（以下、この特性を耐樹脂流れ性という）を有することが必要である。
かかる近年の厳しい要求を満たすことのできる高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有する優れたボンディングワイヤ用金合金線として、例えば、
（イ）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で５０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２０〜２００ｐｐｍ、
Ｅｕ：１０〜２００ｐｐｍ、
を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（ロ）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で５０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２０〜２００ｐｐｍ、
Ｅｕ：１０〜２００ｐｐｍを含有し、さらに、
Ｂｅ：０．１〜３０ｐｐｍを含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（ハ）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で５０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２０〜２００ｐｐｍ、
Ｅｕ：１０〜２００ｐｐｍを含有し、さらに、
Ｌａ：１０〜２００ｐｐｍを含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（ニ）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で５０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２０〜２００ｐｐｍ、
Ｅｕ：１０〜２００ｐｐｍを含有し、さらに、
Ｂｅ：０．１〜３０ｐｐｍを含有し、さらに、
Ｌａ：１０〜２００ｐｐｍを含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（ホ）前記Ｃａ，Ｅｕ，ＢｅおよびＬａの内の１種または２種以上を合計で５０〜２５０ｐｐｍの範囲内で含有することを特徴とする前記（イ）〜（ニ）記載の高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（へ）さらにＡｇ：１〜２０ｐｐｍを含有することを特徴とする前記（イ）〜（ホ）記載の高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（ト）ボンディングワイヤ用金合金線の０．２％耐力（Ｐａ）をσ０．２、ヤング率（Ｐａ）をＥ、破断伸び率をＥＬとすると、
Ｅ≧７５ＧＰａ、
（σ０．２／Ｅ）≧２．２×１０−３、
２％≦ＥＬ≦１０％、
の条件を満たすことを特徴とする前記（イ）〜（ヘ）記載の高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線が提供されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３５１６９９号公報
この従来のボンディングワイヤ用金合金線は、確かに高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性および高い耐樹脂流れ性を有しているが、近年、デバイスの多外部端子化に伴い、ループ長を長くする必要性に迫られており、この長いループを有するデバイスを正常に樹脂モールドするにはなお一層の高い耐樹脂流れ性が必要になってきた。すなわち、デバイスは一般に図１の平面図に示されるようにＳｉチップ４上のＡｌパッド１と外部端子２とをボンディングワイヤ用金合金線３で接合し、これを樹脂モールドすることによりデバイスを作製しているが（樹脂モールドは図１において点線５で示されている）、デバイスに設けられる外部端子２の数が少ないときは外部端子２の間隔が広いために樹脂モールドしてもボンディングワイヤ用金合金線３が相互に接触することはない。
外部端子２と外部端子２の間隔は、外部端子数の増加とともに狭くなるが、製造上の制約により下限がある。そのためデバイスの多外部端子化に伴い、図２に示されるようにＡｌパッドから離して外部端子を設置しなければならず、特に両端部の外部端子２１および外部端子２２に接続するボンディングワイヤ用金合金線３１および３２の長さを長くしなければならない。このようにボンディングワイヤ用金合金線３の長さが一層長くなると従来のボンディングワイヤ用金合金線では耐樹脂流れ性という要求に対して十分に対応できるものではなく、なお一層の高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線が求められていた。
本発明者らは、高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらに一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線を開発すべく研究を行った。その結果、
（ａ）純度：９９．９９９質量％の高純度金に、ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍを含有させた金合金に、さらにＣｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％を含有させた金合金線は、高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するようになる、
（ｂ）前記（ａ）記載の組成を有する金合金線に、さらにＢｅ：１〜３０ｐｐｍを含有させた金合金線は、ＢｅがＡｕの結晶格子に歪みを与えて、ボンディングワイヤ用金合金線のフリーエアボールの加工硬化性を適度に高め、ボンディング時にＡｌパッドが十分に塑性変形し、Ａｌパッドの酸化皮膜であるＡｌ２Ｏ３が破壊されて広くＡｌ新生面が生成し、ＡｌパッドとＡｕ圧着ボールが広い領域で接合できるようになり、また、再結晶温度を下げる効果を有することから、ループ高さを上げることができ、そのため適切なループ高さを実現できるので、必要に応じて添加することができるが、その際にＢｅはＣａとの合計が１５０ｐｐｍ以下となることが好ましい、
（ｃ）前記（ａ）記載の組成を有する金合金線に、さらにＳｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹのうちの１種または２種以上の合計：１〜１５０ｐｐｍを含有させた金合金線は、ボンディングワイヤ用金合金線の機械的強度を高めてなお一層の高い耐樹脂流れ性を有する金合金線を得ることができ、さらに再結晶温度を上げるので必要に応じて添加することができ、その際にＳｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹのうちの１種または２種以上とＣａとの合計が１５０ｐｐｍ以下となることが好ましい、
（ｄ）前記（ｂ）記載の合金にさらにＳｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹのうちの１種または２種以上を添加してもよく、その際にＣａ，Ｂｅ、Ｓｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹの合計が１５０ｐｐｍ以下の範囲内にあることが一層好ましい、
（ｅ）前記高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有する（ａ）〜（ｄ）記載の金合金線に、さらにＡｇ：１〜２０ｐｐｍを含有せしめてもその特性にほとんど影響を与えない、などの研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（２）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
Ｂｅ：１〜３０ｐｐｍ、
をＣａとＢｅの合計が１５０ｐｐｍ以下になるように含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（３）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
Ｓｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹの内の１種または２種以上：１〜１５０ｐｐｍ、
をＣａ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計が１５０ｐｐｍ以下となるように含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（４）ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
Ｂｅ：１〜３０ｐｐｍ、
Ｓｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹの内の１種または２種以上：１〜１５０ｐｐｍ、
をＣａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計が１５０ｐｐｍ以下となるように含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、
（５）前記（１）、（２）、（３）または（４）記載のボンディングワイヤ用金合金線に、さらにＡｇ：１〜２０ｐｐｍを含有する高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線、に特徴を有するものである。
次に、この発明の高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線において、成分組成を前述のように限定した理由を説明する。
Ｐｔ、Ｐｄ：
ＰｔおよびＰｄは、共にＡｕと全率固溶する元素であり、圧着ボールとＡｌパッドとの接合強度の劣化を抑えて接合信頼性を向上させると共にボンディングワイヤ用金合金線の機械的強度を高める効果を有する。それは接合界面近傍でＰｔやＰｄを含む相が層状に生成し、その相がＡｕの拡散速度を低下させる層(いわゆるＡｕ拡散に対するバリア層)として作用するために、Ａｕの拡散に伴い接合部に発生するボイドの生成速度を抑制し、その結果として、圧着ボールとＡｌパッドとの接合強度の劣化を抑えて接合信頼性を向上しているものと考えられ、この接合強度の劣化の抑制（接合信頼性を向上する）効果はＰｔやＰｄの量が多いほど高くなる。
しかし、ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種の合計が１０００ｐｐｍ未満では接合強度劣化の抑制効果が限定されると共に機械的強度を高める効果が十分でないので好ましくなく、一方、ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種の合計が２質量％を越えて含まれると、機械的強度は向上するもののボールの硬度が高くなりすぎてボンディング時にＩＣチップのＡｌパッドとその下部に割れや損傷を与えるようになるので好ましくない。したがって、ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種の合計を１０００ｐｐｍ〜２質量％に定めた。
Ｃｕ：
Ｃｕは、Ａｕと全率固溶する元素であるため、高濃度まで添加することが可能であり、ボンディングワイヤ用金合金線の機械的強度および接合信頼性を高める効果を有し、さらにＰｔおよびＰｄと共存することにより特に機械的強度を一層向上させ、接合信頼性を高く維持できる作用を有するが、Ｃｕが１０００ｐｐｍ未満ではワイヤの強度が十分に得られないので好ましくなく、一方、Ｃｕを２質量％を越えて含有すると、ボールの加工硬化性が高くなりすぎてボールボンディングの際にＡｌパッドとその下部に損傷を発生させるので好ましくない。したがって、Ｃｕの含有量は１０００ｐｐｍ〜２質量％に定めた。
Ｉｒ：
Ｉｒは、金合金の高温における粒成長(結晶粒の粗大化)を抑制する作用を有し、そのため、フリーエアボールを形成する際に、ボール部からの熱の影響により、ボール直上のワイヤ部(熱影響部)の結晶粒が粗大化することを防ぐと共に、凝固したフリーエアボール部は多数の微細な結晶粒から形成され、接合時に圧着ボールが放射状に均等に広がり、圧着ボールの真円性が向上する効果を有するが、Ｉｒの含有量が１ｐｐｍ未満では所定の効果が得られず、一方、Ｉｒが２００ｐｐｍを超えても上記効果は飽和し、添加による効果の明確な向上が認められない上に、ボールの硬度が高くなり、ＩＣチップの破壊あるいは損傷が生じるようになるので好ましくない。したがって、Ｉｒの含有量を１〜２００ｐｐｍに定めた。
Ｃａ：
アルカリ土類金属であるＣａは、金属結合半径がＡｕの金属結合半径より大きく、Ａｕの結晶格子に歪みを与えて、ボンディングワイヤ用金合金線の機械的強度ならびにフリーエアボールの加工硬化性を高め、さらに再結晶温度を上げ、金合金線のループ高さを低くする効果があるので添加するが、Ｃａの含有量が２ｐｐｍ未満ではフリーエアボールの加工硬化性が低いことからボンディングの際にＡｌパッドが十分に塑性変形できず、したがって、Ａｌパッドの酸化皮膜が完全に破壊されずにＡｌ新生面の生成面積が減少することからＡｌパッドと圧着ボールの接合面積が減少し、接合信頼性が低下するので好ましくない。一方、Ｃａの含有量が１２０ｐｐｍを越えると、フリーエアボールの表面に多量の酸化物が生成し、さらにフリーエアボールの底部中央に接合に寄与できない大きな引け巣が形成されるようになって接合信頼性が低下し、さらにボールの加工硬化性が高くなりすぎるため、ボールボンディングの際にＡｌパッドとその下部に損傷が発生するようになるので好ましくない。したがって、Ｃａの含有量を２〜１２０ｐｐｍに定めた。
Ｂｅ：
Ｂｅは金属結合半径がＡｕの金属結合半径より小さく、やはりＡｕの結晶格子に歪みを与えて、ボンディングワイヤ用金合金線のフリーエアボールの加工硬化性を高め、再結晶温度を下げる効果を有することから、ループ高さを上げることができ、そのため適切なループ高さを実現できるので必要に応じて添加するが、その添加量が１ｐｐｍ未満では所定の効果が得られず、一方、Ｂｅを３０ｐｐｍを越えて含有させると、フリーエアボールの表面に多量の酸化物が生成し、さらにフリーエアボールの底部中央に接合に寄与できない大きな引け巣が形成されるため、接合信頼性が低下し、さらに、ボール直上部及びボール部の結晶粒径の増大が生じて圧着ボール部の真円性が低下するとともにボールの加工硬化が高くなりすぎるためボールボンディングの際にＡｌパッドとその下部に損傷が発生するようになるので好ましくない。したがって、Ｂｅの含有量を１〜３０ｐｐｍに定めた。
Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙ：
Ｓｒはアルカリ土類金属であるが、希土類元素であるＥｕ、Ｌａ、Ｙとほぼ同等の効果があり、いずれも金属結合半径がＡｕの金属結合半径より大きく、Ａｕの結晶格子に歪みを与えて、ボンディングワイヤ用金合金線の機械的強度ならびにフリーエアボールの加工硬化性を高めるとともに、再結晶温度を上げ、金合金線のループ高さを低くする効果があるので必要に応じて添加するが、これら成分が１ｐｐｍ未満では所定の効果が得られず、一方、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの含有量が１５０ｐｐｍを越えると、フリーエアボールの表面に多量の酸化物が生成し、さらにフリーエアボールの底部中央に接合に寄与できない大きな引け巣が形成されるので接合信頼性が低下し、ボールの加工硬化が高くなり、ボールボンディングの際にＡｌパッドとその下部の損傷を生じるので好ましくない。したがって、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの含有量を１〜１５０ｐｐｍに定めた。
Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計：
ＰｔおよびＰｄのうちの１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍを含有するボンディングワイヤ用金合金線において、Ｃａ、Ｂｅ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計を１５０ｐｐｍ以下に定めたのは、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計が１５０ｐｐｍを越えるようになるとフリーエアボールの表面に多量の酸化物が生成し、さらにフリーエアボールの底部中央に接合に寄与できない大きな引け巣が形成されるので接合信頼性が低下し、さらにボールの加工硬化性が高くなりすぎてボールボンディングの際にＡｌパッドとその下部に損傷を生じるようになるので好ましくないからである。
Ａｇ：
Ａｇが１〜２０ｐｐｍ含有されても上記特性にほとんど影響を与えないので必要に応じて添加するが、しかし、２０ｐｐｍを越えると低い超音波出力でのスティッチングボンドの接合性が低くなり、スティッチングボンドの剥がれが発生するようになるので好ましくない。
上述のように、この発明のボンディングワイヤ用金合金線は、接合信頼性、圧着ボールの真円性に優れ、さらにＡｌパッドとその下部に損傷を生じることがなく、特に耐樹脂流れ性が一層優れているので、この金合金線を使用してボンディングワイヤとして長いループを形成しても樹脂流れが少なく、半導体装置の歩留を向上させることができるなど産業上すぐれた効果をもたらすものである。
表１〜３に示される成分組成を有する金合金の鋳塊を圧延し、伸線加工を行ない、必要に応じて中間焼鈍も行うことにより線径：１９μｍを有する金合金線を作製し、この金合金線を破断伸び率が３〜５％になるように焼鈍することにより本発明ボンディングワイヤ用金合金線（以下、本発明ワイヤという）１〜４０、比較ボンディングワイヤ用金合金線（以下、比較ワイヤという）１〜１９および従来ボンディングワイヤ用金合金線（以下、従来ワイヤという）１を製造し、半径：２５ｍｍの中間スプールに巻き取った。中間スプールに巻き取られたワイヤをさらに半径：２５ｍｍのスプールに２０００ｍ巻取り、これらワイヤの先端１５ｍを捨てた。
これら表１〜３に示される成分組成を有する本発明ワイヤ１〜４０、比較ワイヤ１〜１９および従来ワイヤ１をＫｕｌｉｃｋｅ＆Ｓｏｆｆａ製のワイヤボンダー（マクサムプラス）にセットし、半導体ＩＣチップが搭載された基板に、
加熱温度：１６０℃、
ループ長さ：４．２ｍｍ、
ループ高さ：２００μｍ、
圧着ボール径：４０μｍ、
圧着ボール高さ：９μｍ、
の条件でボンディングを行って、下記の測定を行うことによりＡｌパッドとその下部の非損傷性および圧着ボールの真円性についての評価を行った。
ループは台形ループと呼ばれる圧着ボール直上ならびに２ｎｄボンド側近傍に曲がり（キンク）を有する形状を採用した。
Ａｌパッドとその下部の非損傷性
各サンプルにつき１００個のファーストボンド部の圧着ボールをデイジ社製ボンドテスター（ＰＣ２４００）を用いてシェアすることにより取り除き、シェア後のＡｌパッド部（Ａｌパッドとその下）を観察してＡｌパッドとその下の損傷の有無を調べ、損傷のあるＡｌパッドの数を数え、その結果を表４〜５に示してＡｌパッドとその下部の非損傷性を評価した。
圧着ボールの真円性評価：
各サンプルにつき１００個の圧着ボールを観察し、比較サンプル対比で評価した。すなわち、圧着ボールの外周に凹凸が存在しない圧着ボールを真円性が高いと判定し、圧着ボールの外周に明らかに凹凸が存在する圧着ボールを真円性が低いと判定し、外周に明らかに凹凸が存在する真円性が低い圧着ボール（不良ボール）の数をカウントし、その結果を表４〜５に示すことにより圧着ボールの真円性を評価した。
耐樹脂流れ性：
ボンディングしたＳｉチップが搭載された基板を、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止した後、軟Ｘ線非破壊検査装置を用いて樹脂封止した半導体チップ内部をＸ線投影し、ワイヤ流れが最大の部分の流れ量を２０本測定し、その平均値をループ長さで除算した値（％）を樹脂流れと定義し、この樹脂流れを測定し、その結果を表４〜５に示すことにより耐樹脂流れ性を評価した。
接合信頼性評価：
ボンディングしたサンプルを樹脂で封止せず、１７５℃の空気中で１２００時間保管した後に、デイジ社製ボンドテスター（ＰＣ２４００）を用いて圧着ボール直上のループの曲がり(ファーストボンド側直上のキンク)にツールを引っかけてプル試験(各サンプルにつき１００個)を行った。プル試験での破断は、接合性が良好な場合はネックで破断するが、接合部が劣化し、接合強度が低下した場合は圧着ボールとＡｌパッドの接合界面で破断(ボールリフト)する。そのボールリフト数をカウントし、その結果を表４〜５に示して接合信頼性を評価した。
Figure 2008251634
Figure 2008251634
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表１〜５に示される結果から、本発明ワイヤ１〜４０は、従来ワイヤ１と比較すると、耐Ａｌパッド損傷性、圧着ボールの真円性および接合信頼性が共に優れているが、本発明ワイヤ１〜４０は従来ワイヤ１に比べて特に耐樹脂流れ性が良好であることなどがわかる。しかし、この発明の条件から外れた成分組成を有する比較ワイヤ１〜１９は、耐Ａｌパッド損傷性、圧着ボールの真円性、耐樹脂流れ性および接合信頼性の少なくともいずれか一つは不良となることが分かる。
従来のボンディングワイヤ用金合金線の使用状態を説明するための平面説明図である 一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線を必要とする理由を説明するための平面説明図である
符号の説明
１：Ａｌパッド、２、２１、２２：外部端子、３、３１、３２：ボンディングワイヤ用金合金線、４：Ｓｉチップ、

Claims (5)

  1. ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
    Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
    を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線。
  2. ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
    Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
    Ｂｅ：１〜３０ｐｐｍ、
    をＣａとＢｅの合計が１５０ｐｐｍ以下になるように含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線。
  3. ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
    Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
    Ｓｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹの内の１種または２種以上：１〜１５０ｐｐｍ、
    をＣａ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計が１５０ｐｐｍ以下となるように含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線。
  4. ＰｔおよびＰｄの内の１種または２種を合計で１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｃｕ：１０００ｐｐｍ〜２質量％、
    Ｉｒ：１〜２００ｐｐｍ、
    Ｃａ：２〜１２０ｐｐｍ、
    Ｂｅ：１〜３０ｐｐｍ、
    Ｓｒ、Ｅｕ、ＬａおよびＹの内の１種または２種以上：１〜１５０ｐｐｍ、
    をＣａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｙの合計が１５０ｐｐｍ以下となるように含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線。
  5. さらに、Ａｇ：１〜２０ｐｐｍを含有することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の高い接合信頼性および圧着ボールの高い真円性を有し、さらにＡｌパッドとその下部が損傷しにくくかつ一層高い耐樹脂流れ性を有するボンディングワイヤ用金合金線。
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