JP2012099577A - ボンディングワイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光装置の光特性を向上させるために、ボンディングワイヤ表面への金属被覆をすることなしに波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が高く、化学的安定性を高めた安価なボンディングワイヤを提供する。
【解決手段】 銀を主成分とし、１００００〜９００００質量ｐｐｍの金、１００００〜５００００質量ｐｐｍのパラジウム、１００００〜３００００質量ｐｐｍの銅、１００００〜２００００質量ｐｐｍのニッケルから選ばれた少なくとも１種以上の成分を含み、塩素含有量が１質量ｐｐｍ未満で、波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が９５％以上のボンディングワイヤである。
【選択図】なし

Description

本発明は、ワイヤボンディングを行う発光装置に関し、発光装置の光特性を向上させることを目的として、光の反射率を高めたボンディングワイヤに関するものである。
従来から、発光装置として発光素子を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）などが知られている。従来からこのＬＥＤの発光素子の電極とパッケージ電極との接続に電導率が高く、電極との密着生の良い金（Ａｕ）ボンディングワイヤが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
図１に発光素子を用いた発光装置の断面構造例を示す。
図１に示す発光装置１０は、支持基板である銀メッキ層２を有する銅回路基板１の表面に、ダイボンディング剤３を介して半導体発光素子が固定してある。半導体発光素子はサファイア基板４の表面にｎ型半導体５とｐ型半導体６が異なる面積で積層されており、ｎ型半導体５とｐ型半導体６の表面にはそれぞれｎ極１１とｐ極１２の金電極７ａ，７ｂが形成されている。
金電極７ａ，７ｂにはボンディングパッド９ａ，９ｂを介してボンディングワイヤ８がダイボンディングされ、パッケージ電極となる銅回路基板１上の銀メッキ層２に接続されている。
このような構造の発光装置では、発光面の上方の一部をボンディングワイヤが横切ることとなり、その部分での光の反射・吸収が外部発光出力に影響を及ぼすようになる。
そして、ＬＥＤの高出力化高効率化により、ディスプレイ、携帯電話等のバックライト、照明光源等へと使用用途が広がっている。これらＬＥＤのニーズに応えるためには更なる高出力化、高効率化が求められている。ＬＥＤの発光量を増やすためには、定格電流を大きくしなければならない。しかし電流が大きくなると発熱による素子へのダメージが問題となり、同じ太さのワイヤでは定格電流は大きくできない難点がある。また、電流容量を大きくするにはワイヤの太さを太くすればよいが、発光装置の小型化に伴いワイヤの太線化は時代の要求に逆行することになる。そこで、放熱効率を高める目的で熱伝導率が金よりも高い銀から成るボンディングワイヤが用いられるようになっている（例えば、特許文献２参照。）。
また、熱放散を高めるために、ＬＥＤのボンディングワイヤに熱伝導率が３１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１のＡｕ線や３９８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１のＣｕ線を用いると、上述のように波長３８０〜５６０ｎｍの青色系の光を吸収してしまい、光特性が不十分となる。そこでボンディングワイヤとして、Ａｕ線やＣｕ線の表面の反射率を高める目的で、Ａｇ、Ａｌ、ＲｈをコーティングしたＡｕ線やＣｕ線が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平９−３０７１４５号公報 特開２００５−５４３７号公報 特開２００７−８０９９０号公報
しかしながら、Ａｕ線やＣｕ線の表面にＡｇ、ＡｌあるいはＲｈを、厚さ１ｎｍから金属細線直径の１０％の範囲でコーティングするには、電解メッキ、無電解メッキ、真空蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング等の煩雑な操作や高価な設備が必要となり、安価なボンディングワイヤを供給することが不可能となる。
ここで、もし反射率の高い金属をボンディングワイヤとして用いることができれば、Ａｕ線やＣｕ線表面への他の金属の被覆なしに青色系の光の反射率が高まり、発光装置の光特性を大幅に向上させることができると考えられる。
そして、波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が高い金属には銀があり、その反射率は９５％以上である。銀は電気抵抗率が１．５９×１０−１Ωｃｍと金属中で最も低い電気の良導電体であり、熱電導率も４２７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１と金属中で最も高く、伸線加工性にも優れている。
しかし、銀だけでは酸化・硫化・塩素化の影響を受けて径時的に反射率が低下してしまう。したがって、反射率の低下を抑えて銀の高い反射率を維持させなければボンディングワイヤとして用いることができない。
本発明は発光装置の光特性を向上させるために、ボンディングワイヤ表面への金属被覆をすることなしに波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が高く、化学的安定性を高めたボンディングワイヤを安価に提供することを目的とする。
本発明のボンディングワイヤは、銀（Ａｇ）を主成分とし、１００００〜９００００質量ｐｐｍの金（Ａｕ）、１００００〜５００００質量ｐｐｍのパラジウム（Ｐｄ）、１００００〜３００００質量ｐｐｍの銅（Ｃｕ）、１００００〜２００００質量ｐｐｍのニッケル（Ｎｉ）から選ばれた少なくとも１種以上の成分を含み、塩素（Ｃｌ）含有量が１質量ｐｐｍ未満のボンディングワイヤとした。
また、本発明のボンディングワイヤは、波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が９５％以上のボンディングワイヤである。
光素子にワイヤボンディングを有する発光装置に本発明のボンディングワイヤを用いた場合、光特性の低下がなく、金ボンディングワイヤを用いた場合よりも光度を５％上げることができる。そして、本発明のボンディングワイヤは安価で、波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が９５％以上であるため、青色系の発光を使用する白色ＬＥＤにも有効である。
本発明のボンディングワイヤを用いた発光装置の断面構造図である。
本発明のボンディングワイヤは、たとえばシリコン系透明樹脂で封止した発光装置において、サファイア基板上に形成された２層のＧａＮ半導体から成る発光素子上の金電極と、反射板を兼ねてＡｇメッキされた外部接続用電極の銀メッキ層とを接続するために使用する。
発光素子の上部にかぶさるボンディングワイヤは、発光に対して反射率が高いものが望まれる。反射率が高いボンディングワイヤとしては銀（Ａｇ）ワイヤが用いられるが、銀だけでは酸化、硫化、塩素化等の影響により反射率が低下するので、本発明ではこの反射率の低下を抑えるために銀に少量の添加元素を加えている。
添加元素を加えていくと、銀の本来の反射率は若干低下していく傾向にある。この現象は合金化によりＡｇの自由電子が減少することによると考えられる。反射率低下に及ぼす影響は合金として添加する元素種の種類や量によって異なる。
そこで、添加元素には周期律表でＡｇと同属の銅族元素のＡｕ、Ｃｕおよびニッケル族のＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、およびＣｕと隣接した位置にあるＺｎを選択して調査した。
その結果、細線への伸線加工性に優れ、反射率の低下が少ない添加元素とその適正含有量を見いだした。
本発明のボンディングワイヤは、銀（Ａｇ）を主成分とし、１００００〜９００００質量ｐｐｍの金（Ａｕ）、１００００〜５００００質量ｐｐｍのパラジウム（Ｐｄ）、１００００〜３００００質量ｐｐｍの銅（Ｃｕ）、１００００〜２００００質量ｐｐｍのニッケル（Ｎｉ）から選ばれた少なくとも１種以上の成分を含み、塩素（Ｃｌ）含有量が１質量ｐｐｍ未満のボンディングワイヤである。
銀（Ａｇ）は電気伝導率１．５９×１０−６Ωｃｍと金属材料中で最大で、伸線加工性にも優れているので、ボンディングワイヤとして使用することが可能である。また銀は可視波長の光の反射率も大きいので光学装置の反射板としても多用されている。価格も金に比べて大幅に低廉である。
本発明のボンディングワイヤでは、銀の反射率を大幅に損なわずかつ酸化、硫化、塩素化に耐えるよう化学的安定性を向上させるために少量の金、パラジウム、銅及びニッケルから選ばれた少なくとも１種以上の成分を添加する。一方塩素含有量は極力低く抑える必要がある。各成分の限定理由は以下の通りである。
金；１００００質量ｐｐｍ未満では銀の酸化を抑制することができず、９００００質量ｐｐｍを越えると反射率には影響ないが、高価になるからである。
パラジウム；１００００質量ｐｐｍ未満では銀の酸化や硫化を抑制することができず、５００００質量ｐｐｍを越えると反射率には影響ないが、ワイヤへの伸線加工が困難となる。
銅；１００００質量ｐｐｍ未満ではパラジウムと同じく銀の酸化や硫化を抑制することができず、３００００質量ｐｐｍを越えると反射率には影響ないが、ワイヤへの伸線加工が困難となる。
ニッケル；１００００質量ｐｐｍ未満では銀の酸化や硫化を抑制することができず、２００００を越えると元素の特性で銀の自由電子が減少することにより反射率が低下する。
一方、通常銀ワイヤには２９質量ｐｐｍ程度の塩素（Ｃｌ）が付着しており、この塩素の影響により反射率が徐々に低下してしまう。塩素はワイヤ加工工程で使用する水や大気中から付着するものと思われる。ここで添加元素を加えると塩素の付着を防ぐ効果が発揮される。
（実施例１〜２３）
銀地金に表１に示した各種添加元素を加えた合金を溶解鋳造し、凝固後伸線加工を施して直径１６〜２５μｍのボンディングワイヤとした。このボンディングワイヤをガラス基板の周囲に２層に巻き付けて板状試料とし、板状試料を分光光度計に固定して波長４００ｎｍの光の反射率を測定した。反射率の測定に先立ち、酸化、硫化、塩素化の影響による反射率の低下を調べるため、湿潤試験、混合ガス流腐食試験を実施した。湿潤試験は８０℃・９０％ＲＨの環境下、混合ガス流腐食試験はＪＩＳ・Ｃ００４８に基づき、Ｈ２Ｓ；０．１ｐｐｍ、Ｃｌ２；０．０２ｐｐｍの混合ガス雰囲気中で、３０℃・７５％ＲＨにて実施し、その後反射率を測定した。添加元素の含有量と反射率の測定結果を表１に示す。
なお、各添加元素の含有量は誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ）により測定した。塩素含有量はいずれも１質量ｐｐｍ未満であったので、記載は省略した。反射率は９５％以上に○印を付した。
（比較例２４〜４２）
実施例と同様に銀地金に表１に示した各種添加元素を加えたボンディングワイヤを作成し、実施例と同様にして光反射率を測定した。添加元素の含有量と反射率の測定結果を表１に示す。
なお、塩素含有量はいずれも１質量ｐｐｍ未満であったので、記載は省略した。反射率は９５％以上には○印を、９５％未満には×印を付した。
Figure 2012099577
表１の結果から、実施例１〜２３のように、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉを適正量添加することにより、高い反射率を得ることができる。ＰｔはＰｄと同属であるが、高い反射率を維持することはできない（比較例３７〜３９）。また、Ｚｎも高い反射率を得ることはできない（比較例４０〜４２）。
Ｐｄと同属のＮｉは２００００質量ｐｐｍを越えると、反射率は９５％未満となり、高反射率を得ることはできない（比較例３２、３３）。また、１００００質量ｐｐｍ未満では酸化しやすく、反射率が低下する（比較例３０、３１）。
Ａｕは、１００００質量ｐｐｍ未満では酸化しやすいので反射率は９５％未満となる（比較例２７、２８）。比較例２９のように添加量の上限を超えて添加しても反射率には影響ないが、銀の純度が９０％以下となり高価になるので比較例とした。
Ｃｕは、添加量１００００質量ｐｐｍ未満では硫化しやすく、反射率が９５％未満となる（比較例３４、３５）。また、比較例３６のように添加量の上限を超えても反射率には影響ないが、ワイヤへの伸線加工が困難になるため比較例とした。
Ｐｄは添加量１００００ｐｐｍ未満では酸化や硫化されやすく、反射率が９５％未満となるからである（比較例２４、２５）。比較例２６のようにＰｄもＣｕと同様、添加量の上限を超えても反射率には影響ないが、上限を超えるとワイヤへの伸線加工が困難になるため比較例とした。
１． 銅回路基板
２． 銀メッキ層
３． ダイボンディング剤
４． サファイア基板
５． ｎ型半導体
６． ｐ型半導体
７ａ、７ｂ． 金電極
８． ボンディングワイヤ
９ａ、９ｂ． ボンディングパッド
１０． 発光装置
１１． ｎ極
１２． ｐ極

Claims (2)

  1. 銀（Ａｇ）を主成分とし、１００００〜９００００質量ｐｐｍの金（Ａｕ）、１００００〜５００００質量ｐｐｍのパラジウム（Ｐｄ）、１００００〜３００００質量ｐｐｍの銅（Ｃｕ）、１００００〜２００００質量ｐｐｍのニッケル（Ｎｉ）から選ばれた少なくとも１種以上の成分を含み、塩素（Ｃｌ）含有量が１質量ｐｐｍ未満であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  2. 波長３８０〜５６０ｎｍの光の反射率が９５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤ。
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