JP2012182205A - ボンディングワイヤ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】集積回路間の縮小化の要求に応えた、安定した接合強度を有する純銅にＰｄを被覆したボンディングワイヤを提供する。
【解決手段】集積回路素子電極ａと回路配線基板導体配線ｃをボールボンディング法によって接続するための線径Ｌ５０.８μｍ以下のボンディングワイヤＷである。芯材１がＰを１０〜５０質量ｐｐｍ含有し、残部が銅及び不可避不純物からなり、その芯材１の外周全面に、Ｐｄによる厚みｔ２：０．０４〜０．０９μｍの被覆層２を形成し、さらにその表面に０．０００１〜０．０００５μｍ厚ｔ３の炭素濃縮層３を形成する。また、室温での引張試験による引張強さＴＳＲと２５０℃での引張試験による引張強さＴＳＨの比（ＨＲ＝ＴＳH／ＴＳR×１００）を５０〜７０％とする。その炭素濃縮層３は、伸線時の潤滑剤の洗浄度合によって形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ等の集積回路素子上の電極と、リードフレーム、セラミック基板、プリント基板等の回路配線基板の導体配線とをボールボンディング法によって接続するためのボンディングワイヤ及びその製造方法に関するものである。
この種のボールボンディング法による接続方法は、図３（ａ）〜（ｈ）に示す態様が一般的であり、同図（ａ）に示す、ワイヤＷがキャピラリー１０ａに挿通されてその先端にボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ Ａｉｒ Ｂａｌｌ）ｂが形成された状態から、クランプ１０ｂが開いて、キャピラリー１０ａが集積回路素子上の電極ａに向かって降下する。このとき、ボール（ＦＡＢ）ｂはキャピラリー１０ａ内に捕捉され、電極ａにボンディングされる。
ターゲットである電極ａにボールｂが接触すると（キャピラリー１０ａが電極ａに至ると）キャピラリー１０ａがボールｂをグリップし、ボールｂに熱・荷重・超音波を与え、それによってボールｂが圧着されて（圧着ボールｂ’となって）と電極ａと固相接合され、１ｓｔボンドが形成されて電極ａと接着する（同図（ｂ））。
１ｓｔボンドが形成されれば、キャピラリー１０ａは、一定高さまで上昇した後（同図（ｃ））、導体配線ｃの真上まで移動する（同図（ｄ）〜（ｅ））。このとき、安定したループを形成するため、キャピラリー１０ａに特殊な動きをさせてワイヤＷに「くせ」を付ける動作をする場合がある（同図（ｄ）の鎖線から実線参照）。
導体配線ｃの真上に至ったキャピラリー１０ａは、導体配線ｃに向かって降下し、ワイヤＷを導体配線（２ｎｄターゲット）ｃに押付ける（同図（ｅ）〜（ｆ））。これと同時に、その押付け部位に熱・荷重・超音波を与え、それによってワイヤＷを変形させ、ワイヤＷを導体配線ｃ上に接合させるためのステッチボンドと、次のステップでテイルを確保するテイルボンドを形成する（同図（ｆ））。
その両ボンドを形成した後、キャピラリー１０ａはワイヤＷを残したまま上昇し、キャピラリー１０ａの先端に一定の長さのテイルを確保した後、クランプ１０ｂを閉じて（ワイヤＷをつかんで）、テイルボンドの部分からワイヤＷを引きちぎる（同図（ｇ））。
キャピラリー１０ａは、所要の高さまで上昇すると停止し、そのキャピラリー１０ａの先端に確保されたワイヤＷの先端部分に、放電棒ｇでもって高電圧を掛けて火花を飛ばし（放電し）、その熱でワイヤＷを溶かし、この溶けたワイヤ素材は表面張力によって球状に近いボールｂになって固まる（同図（ｈ））。
以上の作用で一サイクルが終了し、以後、同様な作用によって、電極ａと導体配線ｃのボールボンディング法による接続がなされる。
このボールボンディング法による接続において、ボンディングワイヤＷには、金線が主に使用されるが、金は高価であるため、近年、銅純度９９．９９質量％以上の安価な銅線を使用することが行われている。そのとき、銅は裸のままでは、表面の酸化が起こり易いことから、図４に示すように、銅線からなる芯線１に耐酸化金属２を被覆したものが使用されている。
その被覆金属（被覆層）２としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等が採用されている（特許文献１〜５）。
特開２００３−１３３３６１号公報 特開２００４−６４０３３号公報 特開２００７−１２７７６号公報 特許第４５４２２０３号公報 特許第４３４９６４１号公報
この金属被覆の銅線からなるボンディングワイヤＷにおいて、近年の電子部品の小型化等による集積回路素子間の極小化に伴い、上記ボールｂもより小さくする必要から、ボンディングワイヤＷにも小径のものが望まれ、そのためには、その径Ｌを５０μｍ以下とするのが好ましいとされている（特許文献１段落０００９）。
また、集積回路素子の電極ａへの接続において、ボールｂが下向き槍状（逆円錐状）になっていると、上記ボールｂの電極ａへの押付け時、そのボールｂの尖鋭端によって電極ａを損傷させる恐れがあるため、ボールｂはできるだけ、真球であることが好ましい。そのボールｂの真球度を高めるために、上記被覆層２の厚みｔ２を芯線（芯材１）径の０．００１以下としたり（特許文献１請求項１）、同じく被覆層２の厚みｔ２を０．００１〜０．０２μｍとしたり（特許文献３請求項１）、同じく被覆層２の厚みｔ２を０．０２１〜０．１２μｍとしたり（特許文献４請求項１）、芯材１の銅よりも高融点の耐酸化金属で被覆層２を形成したりしている（特許文献２段落００１４）。また、被覆層２のＰｄまたはＰｔの周りにさらにＡｕの表皮層を設けることで真球度を高めることも提案されている。（特許文献５段落００１１）
さらに、有機基板をベースにしたＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などでは加熱温度（ステージ温度）を高くすると、有機基板の反りが発生してボンディング性が著しく悪化する。このため、上記ワイヤＷと電極ａ又は導体配線ｃとの接合時の加熱温度（ステージ温度）を低く、例えば、１５０℃程度にしても、十分な接合強度を担保するための種々の工夫、例えば、熱処理後に伸線する加工等もされている（特許文献３段落００２０、同００５４等）。
以上のように、耐酸化金属で銅線を被覆したボンディングワイヤＷは、従来から、種々の工夫がなされてそれなりに好評を得ている。しかし、近年は低コスト化のため、作業の高速化が求められており、さらに接合強度を向上させる必要がある。
また、電子部品の小型化に伴い、ループを低背化（ループ高さ（図５のｈ）を低く）したり、限られたスペースに配線したりするために、多段に積層された電極ａにボンディングしたりする必要がある。その多段積層の場合、一層目のボンディングは、そのループをできるだけ低くする必要があり、二層目以降は、その一層目以降のボンディングワイヤ（接続線）Ｗを超えてボンディングすることとなるから、従来より、高いループ（ループ高さｈ）を要求される。そのループを高くする際、通常、図３（ｄ）鎖線で示す「くせ付け」が行われ、そのくせ付けがフレキシブルに行い得るワイヤＷが求められている。
なお、特許文献４、５には、純銅からなる芯材１にＰ等を含有するものとするとともに、その外周全面にＰｄ等を被覆したボンディングワイヤが開示されているが（同文献４、５ 請求項１）、上記さらなる接合強度の向上や電子部品の小型化の要求には十分に応えていないのが実状である。
この発明は、そのような実状の下、上記要求に応えることを課題とする。
上記課題を達成するために、この発明は、ボンディングワイヤＷの線径Ｌを、５０．８μｍ以下とし、純度９９．９９質量％以上の銅からなる芯材１の外周全面に、Ｐｄによる厚みｔ２：０．０１〜０．０９μｍの被覆層２を形成したものとしたのである。
ボンディングワイヤＷの線径Ｌを、５０．８μｍ以下としたのは、上述の特許文献１ではその径Ｌを５０μｍ以下としているが、５０．８μｍ以下であれば、５０μｍ以下と変わらない程度でもって、上記ボールｂをより小さくできるからである（実施例８参照）。
また、線径Ｌの下限は特に規定しないが、１２μｍ未満ではボンディング前にオペレータがワイヤＷをキャピラリー１０ａに通すのが困難になり、作業性が悪くなる。
芯材１の銅純度を９９．９９質量％以上（残部が不可避不純物）としたのは、高導電性を担保するためである。
被覆層２の厚みｔ２は薄いほど、ボールｂの硬度が低くなり、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷の可能性が低くなるが、薄すぎると、ステッチボンド接合の際に芯材１の銅が露出する度合いが大きくなり、被覆層２を有さない銅ワイヤ程度のステッチボンド接合性しか発現できない。例えば、後述の実施例と比較例の実験結果から理解できるように、２回以上のマシンストップが生じる恐れがある。このため、その実施例と比較例の実験結果から、被覆層２の厚みｔ２は０．０１μｍ以上とする。
なお、ステージ温度：１５０℃程の低温度でのボールボンディングの時には、連続ボンディング性の実験結果からその厚みｔ２を０．０４μｍ以上とする。ステージ温度を低くすると、ステッチボンド接合に要する荷重が大きくなり、被覆層２の厚みｔ２が０．０１μｍ以上から０．０４μｍ未満の範囲では芯材１の銅が露出する度合いが大きくなり、連続ボンディング性が損なわれることがあるからである。
一方、被覆層２が厚いと、ボールｂの硬度が高くなり、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷による不良の可能性が高くなる。このため、後記実施例と比較例の実験結果から、被覆層２の厚みｔ２は０．０９μｍ以下とする。
被覆金属をＰｄとしたのは、これらの貴金属が電子材料の被覆材として一般的であり、入手が比較的容易であるからである。また、Ｐｄの融点は１５５４℃と、銅の融点（１０８３℃）よりも高いのでボールｂを作製するための放電棒ｇでの放電時にＰｄが先に溶けず、銅が溶融して表面張力によって真上にワイヤを這い上がっていき、良好な真球状のボールｂを得ることができる。Ｐｄの純度については、より純度が高いほどボールｂの硬度を低くできるため、芯材１の純銅と同様に９９．９９質量％以上（残部が不可避不純物）とすることが好ましい。
さらに、上記ＦＡＢを形成する際に、被覆層２の表面が酸化すれば、ＦＡＢが真球状にならないため、放電棒ｇでもって放電する際に通常は窒素ガスまたは窒素に微量の水素を混合させたガスをワイヤＷの先端付近に吹き付ける。これらのガスが完全にワイヤＷの先端を覆い、酸素が完全に除外されていれば問題はないが、高速での作業の必要から放電棒ｇでの放電が次のボンディングポジションへの移動中に行われることがあることや、ボンディング装置の構成上、ガスの吹き付け方法に制約があり、酸素を完全に除外することが難しいことなどから、混入した酸素の影響を取り除く必要がある。
その酸素を取り除く手段として、ワイヤＷの芯材１にＰを１０〜５０質量ｐｐｍ添加する。すなわち、芯材１にＰを添加すれば、図３（ｈ）で示す、放電棒ｇでもって放電してワイヤＷの先端を溶融させると、下記の化学式に示す通り、Ｐが酸素（Ｏ２）と反応してＰ２Ｏ５として飛散するため、結果として酸素を除去することができ、被覆層２や芯材１が酸化することなく、ＦＡＢが安定的に真球状になる。
４Ｃｕ３Ｐ ＋ ５Ｏ２ → １２Ｃｕ ＋ ２Ｐ２Ｏ５↑
このとき、そのＰの添加量が１０質量ｐｐｍ未満であると、上記のような酸素を取り除く効果が十分でない。また、Ｐの添加量が５０質量ｐｐｍを超えるとＰ２Ｏ５が大量に生成し、大気中に飛散するため、微細な空孔がＦＡＢ表面に大量に発生し、この空孔が１ｓｔボンドの信頼性劣化の原因となる。また、多量のＰを添加することによってＦＡＢ硬度が上がり、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷による不良の可能性が高くなる。
これらの構成のボンディングワイヤＷの製造方法には種々のものが採用できるが、例えば、純度９９．９９質量％以上のＰを１０〜５０質量ｐｐｍ含有した銅からなる芯材１の外周全面に、Ｐｄによる被覆層２を形成し、その被覆線を拡散熱処理して芯材と被覆層の密着性を高めた後、線径５０．８μｍ以下まで伸線し、さらに、調質熱処理を行って、被覆層２の厚みｔ２：０．０１〜０．０９μｍとした構成を採用できる。
上記被覆層２は、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着法等の周知の手段によって形成され、一般に、ワイヤＷは大きな線径の銅ロッドをダイスと呼ばれるツールに順次貫通させていくことにより、所定の線径に仕上げられるため、この工程途中の適宜な線径で被覆層２を上記手段により形成する。このとき、被覆する際の芯材１の線径は作業性・コストにより決定されるが、製造装置の制限から０．２〜０．８ｍｍが一般的である。外周全面にＰｄを被覆された被覆線は２００〜５００℃で拡散熱処理を施して前記芯材１と被覆層２の密着性を高めた後、線径５０．８μｍ以下まで伸線することで、被覆層２の厚みｔ２０．０１〜０．０９μｍとすることができる。その後、ワイヤＷに調質熱処理を施す。
その調質熱処理は、所定の線径まで伸線を行いリールに巻きとられたワイヤＷを、巻き戻して管状の熱処理炉中に走行させ、再び巻き取りリールで巻き取ることによって連続熱処理を行う。管状の熱処理炉中には窒素ガスもしくは窒素に微量の水素を混合させたガスを流す。また、その炉温度は４００℃以上８００℃以下として、走行速度は３０〜９０ｍ／分で熱処理を行う。
この調質熱処理において、後記の実施例と比較例の対比から、ワイヤＷの室温（２０〜２５℃）での引張試験による引張強さＴＳＲと２５０℃での引張試験による引張強さＴＳＨの比ＨＲ（ＴＳＨ／ＴＳＲ×１００）が５０〜７０％となるように調整することが好ましい。
通常、ＨＲを５０％未満にするには、室温での引張強さＴＳＲを高くする必要があるため、低温もしくは短時間で調質熱処理を行う。この場合、低温、短時間であることから、ワイヤＷの銅の結晶組織は加工ひずみが残る微細組織となる。一方、上記図３（ｈ）の放電棒ｇの放電によってそのワイヤＷにボールｂを形成する際、そのボールｂからキャピラリー１０ａに向かってある長さのワイヤＷは、溶融したのち再結晶した結晶組織の粗大化した熱影響部（図５のｅ参照）が生じる。このため、そのボールｂから所要距離に結晶組織の境界ができる。この結晶組織の境界がループの途中にあるとその部分に亀裂が生じたり、場合によっては破断したりする不具合の原因となるため、ワイヤを高いループ形状（ループ高さ）でボンディングすることができなくなる。
また、ＨＲが７０％を超えるようにするためには、室温での引張強さＴＳＲを低くする必要があるため、高温もしくは長時間で調質熱処理を行う。この場合、高温、長時間であることから、ワイヤＷの銅の結晶組織が粗大化して脆弱となり、ボンディング時のくせ付けする（わん曲）部分で結晶粒界から亀裂が生成したり破断したりする不具合の原因となる。
以上から、この発明によるワイヤＷのＨＲを５０〜７０％とすれば、後記実施例と比較例の対比から、微細組織と粗大化した再結晶組織の境界が発生しないため、ループの途中で亀裂が生じることがなく、また、ワイヤＷの結晶組織が粗大化していないため、くせ付けのときに結晶粒界から亀裂が生じることもない、と考える。このため、ワイヤＷに亀裂が発生することなく、フレキシブルにくせ付けが可能になる。
完成したワイヤＷは所定のスプールに小分けされて巻き上げられ、このスプールをボンディング装置に取り付けてワイヤＷを繰り出すことによってボンディングに使用するが、被覆層２の表面状態により、ワイヤＷ同士が密着し、繰り出しができなくなる可能性がある。特許文献４には被覆層２の表面に酸化層を設けることでこの繰り出し性を向上させると記述されているが、Ｐｄ表面の酸化層を制御することは実際には難しい。
そのワイヤＷの密着を防ぐため、被覆層２表面に炭素濃縮層を設けることが好ましい。この炭素濃縮層の炭素濃度は１〜８０質量％とする。その炭素濃度が１質量％未満では密着を防ぐ効果が発現できず、８０質量％を超えると、ステッチボンド接合性が下がり、連続ボンディング性が損なわれる恐れがある。
炭素濃縮層の形成には、ワイヤを金属密着防止剤に浸漬したり、ワイヤに金属密着防止剤を吹き付けたりなど様々な方法があるが、伸線潤滑剤の濃度を調整して伸線後のワイヤＷの表面に潤滑剤が一部残るように、余分な伸線潤滑剤や異物などの除去を目的とした洗浄を行った後、調質熱処理を行うことで、前記一部残った潤滑剤からなる炭素濃縮層を設ける方法が経済的である。このとき、調質熱処理は大気中で行うとワイヤＷ上に残した伸線潤滑剤が酸素と反応して飛散してしまうため、窒素ガス中もしくは水素―窒素混合ガス中など酸素を遮断した状態で行うものとする。
後述の実施例と比較例の実験結果から、この炭素濃縮層の厚みが０．０００１μｍ未満であると、上記の繰り出し性を向上させるには至らず、０．０００５μｍを超えると、ステッチボンド接合性が下がり、連続ボンディング性が損なわれる恐れがある。
この発明は、以上のようにしたので、安定した接合強度を有する純銅にＰｄを被覆したボンディングワイヤを得ることができる。
この発明に係るボンディングワイヤの断面図 ＨＲ：５０〜７０％のボンディングワイヤ表面結晶組織の顕微鏡写真図 ＨＲ：５０％未満のボンディングワイヤ表面結晶組織の顕微鏡写真図 ＨＲ：７０％を超えるボンディングワイヤ表面結晶組織の顕微鏡写真図 ボールボンディング接続法の説明図であり、（ａ）〜（ｈ）はその途中図 他のボンディングワイヤの断面図 電極ａと導体配線ｃのボンディング接続状態拡大図
純度９９．９９質量％以上の銅にＰが１〜６１質量ｐｐｍ添加された０．２〜０．８ｍｍ径の銅線を用意し、その銅線にＰｄを電解メッキ法によって被覆し、その被覆線に拡散熱処理を施して銅線（芯材）１と被覆層２の密着性を高めた後、水溶性の伸線潤滑剤を介在させて線径１２〜５０．８μｍまで伸線し、さらに、引張強さの比ＨＲが４５〜７５％となるように窒素ガス中で調質熱処理を行い、被覆層２の厚みｔ２：０．００６〜０．１２μｍのボンディングワイヤＷを得た。このとき、伸線時の潤滑剤の濃度を調整するとともに、伸線後の洗浄において、ワイヤＷの表面に潤滑剤が一部残るように余分な潤滑剤や異物などの除去した後、酸素遮断状態で、上記調質熱処理を行って、厚みｔ３：０．００１６μｍ以下の炭素濃縮層３を設けた。
この方法によって、表１に示す実施例１〜１５及び比較例１〜１０の各ボンディングワイヤＷを製作し、そのボンディングワイヤＷの１ｓｔ接合部のＳｉチップ（電極ａ）の損傷度合、ＦＡＢ形状の安定性、ワイヤの繰り出し性、ループ形状（亀裂の有無）及び連続ボンディング性の試験を、下記の評価で行った。その評価結果を表１に示す。
「芯材１のＰ濃度」
グロー放電質量分析（ＧＤＭＳ）法を用いて分析した。
「被覆層（皮膜層）２の厚みｔ２」
蛍光Ｘ線膜厚計で、Ｘ線を照射し発生した蛍光Ｘ線の強度を皮膜厚さに換算して皮膜厚とした。
「炭素濃縮層３の厚みｔ３」
Ａｒイオンで深さ方向に単位時間のスパッタを行い、その都度炭素濃度を測定していき、最外層の炭素濃度の１／２の濃度になったところまでを炭素濃縮層３の厚みとするオージェ分光分析法（ＡＥＳ）で測定した。厚さの換算には一般的なＳｉＯ２換算を用いた。
「室温での引張強度ＴＳＲ、２５０℃での引張強度ＴＳＨ」
室温（２３℃）において、１００ｍｍのワイヤを１０ｍｍ／分の引張速度にて引張試験を行い、破断した際の荷重を引張試験前のワイヤＷの断面積で除した値を引張強度とした。
また、２５０℃においても同様の試験を行うが、２５０℃の雰囲気に試料をセットした後、低下した温度が２５０℃に復帰した２０秒後に引張試験を行うようにした。
「ＨＲ」
上記ＴＳＲとＴＳＨから、ＨＲ＝ＴＳＨ／ＴＳＲ×１００として求めた。例えば、表１の実施例２線径２０μｍのワイヤＷのＴＳＲは２３４ＭＰａ、ＴＳＨは１４３ＭＰａであり、ＨＲは１４３／２３４×１００＝６１％となる。
「ループ高さｈ」
１ｓｔボンド部と２ｎｄボンド部の高さが同じであるフラットボンドにおいて、１ｓｔボンド部および２ｎｄボンド部の接地点を基準として最高地点のワイヤまでの高さｈを表す（図５参照）。ワイヤ径Ｌの３倍〜５倍の高さｈのときを低ループ、１０倍以上の高さｈのときを高ループとし、表１においては、それぞれ「低」、「高」とした。
「連続ボンディング性」
ボンディングマシンで１０，０００回の連続ボンディングを行い、マシンストップが発生しなければ「Ａ」、１回のマシンストップが発生すれば「Ｂ」、２回以上のマシンストップが起これば「Ｄ」とした。このとき、ステージ温度が低くなれば、その連続ボンディングが困難になることから、２００℃(±５℃)、１５０℃(±５℃)の２水準で行った。
「１ｓｔ接合部のＳｉチップ損傷」
ボンディング後、１ｓｔボール接合部直下のＳｉチップ損傷を評価するために、ボール接合部および電極膜を王水で溶解し、Ｓｉチップのクラックを光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。このとき、１００個の接合部を観察して５μｍ以下の微小なピットが１個もしくはまったく見られない場合は「Ａ」、５μｍ以上のクラックが認められた場合は「Ｄ」とした。
「ＦＡＢ形状の安定性」
ＦＡＢ径／ワイヤ径の比率が１．９〜２．１の時の真球性を評価した。接合前のボールｂを３０本観察して、形状が真球状であるかを判定した。すべて真球状になり、ワイヤＷの中心位置とＦＡＢの中心位置がずれる芯ずれが１本以下であればＡ、異形状のＦＡＢ発生が１本以上もしくは芯ずれが２本以上であれば使用できないと判断して評価をＤとした。
「ワイヤの繰り出し性」
ボンディング装置に取り付けるためのスプールに完成品を５００ｍ巻き取り、そのスプールを巻き取り方向とは逆の方向に回転させることによって、ワイヤＷを自然落下させて、ワイヤの繰り出し性を評価した。自然落下させるときのスプールから接地点までの距離を１ｍとし、５００ｍ分の自然落下中、ワイヤの引っかかりが２回以下なら「Ａ」、３回以上ならば使用上問題があると判断して評価を「Ｄ」とした。
「ループ形状（亀裂の有無）」
ボンディング後のループを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で確認し、ワイヤ表面の亀裂の有無により判定した。ワイヤ表面が平滑に弧を描き、どこにも亀裂が生じていないものの評価を「Ａ」とし、ワイヤ径の３％以上の亀裂が生じているものは使用上問題があると判断して評価を「Ｄ」とした。
「総合評価」
「連続ボンディング性」の評価が２００℃・１５０℃ともに「Ａ」であり、かつ「１ｓｔ接合部のＳｉチップ損傷」、「ＦＡＢ形状の安定性」、「ワイヤの繰り出し性」及び「ループ形状」の評価がすべて「Ａ」のものを「Ａ」、「連続ボンディング性」の評価が２００℃では「Ａ」であり、１５０℃では「Ｂ」であり、かつ他の全ての評価がすべて「Ａ」のものを「Ｂ」とした。また、他の評価のひとつでも「Ｄ」のあるものについては実用上問題であるので「Ｄ」とした。
この試験結果から、被覆層厚（皮膜厚）ｔ２が０．０１μｍ未満であると、２００℃及び１５０℃の両連続ボンディング性が低下し（比較例１、２、６）、０．０１μｍ以上０．０４μｍ未満であると、前者の連続ボンディング性が満足できるものとなり（実施例５、６、８、１１〜１３、比較例３）、さらに０．０４μｍ以上０．０９μｍ以下となると、両者の連続ボンディング性が満足できるものとなることが理解できる（実施例１〜４、７、９、１０、１４、１５）。ただし、被膜層厚ｔ２が０．０４μｍ以上０．０９μｍ以下でも、炭素濃縮層３の厚さｔ３が０．０００５μｍを超えると、２００℃及び１５０℃の両連続ボンディング性が低下する（比較例４、９、１０）。
一方、被覆層厚ｔ２が０．０９μｍを越えると、ボールｂが硬くなって、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷が認められるようになる（比較例５、７、８）。また、芯材１のＰ濃度が５０質量ｐｐｍを超えても、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷が認められるようになる（比較例３、６、７）。
芯材のＰ濃度が１０質量ｐｐｍ未満であると、ＦＡＢ形状が異形になる不具合が発生する（比較例２、５、８、９）が、１０質量ｐｐｍ以上ではＦＡＢ形状が安定して真球状になる（実施例１〜１５、比較例１、３、４、６、７、１０）。
また、炭素濃縮層３の厚さｔ３が０．０００１μｍ未満であると、ワイヤＷが正常に繰り出されずに引っかかりが生じ（比較例５、７）、０．０００１μｍ以上では問題なく繰り出すことができる（実施例１〜１５、比較例１〜４、６、８〜１０）。
さらに、ＨＲが５０％未満では、そのＨＲ：４５％（比較例４）を示す図２（ｂ）の写真に示すように、銅の結晶組織は加工ひずみが残る繊維組織（軟化が少ない結晶組織）となり、上記図２（ｈ）の放電棒ｇによってそのワイヤＷにボールｂの形成する際、銅の結晶組織が粗大化し（図２（ｃ）参照）、上記結晶組織の境界ができるため、ループ形状に亀裂の問題が生じ（比較例４、５）、同７０％を超えると、そのＨＲ：７１％（比較例３）を示す図２（ｃ）の写真のように、銅の結晶組織が粗大化し（過軟化結晶組織となり）、ループが高い場合、ループ形状に亀裂の問題が生じ（比較例２、３、９）、ループが低い場合でも、連続ボンディング性に支障が生じる恐れがある（比較例８、１０）。
これに対し、ＨＲが５０〜７０％であると、そのＨＲ：６５％（実施例９）を示す図２（ａ）の写真に示すように、良好な再結晶組織となって、繊維組織と粗大化した二次再結晶組織の境界が発生し難いため、くせ付けのときに結晶粒界から亀裂が生じることもなかった（実施例１〜１５、比較例１、６、７）。
Ｗ ボンディングワイヤ
１ 芯材
２ 被覆層
３ 炭素濃縮層
ａ 集積回路素子の電極
ｂ ボンディングボール
ｃ 回路配線基板の導体配線
さらに、ＨＲが５０％未満では、そのＨＲ：４５％（比較例４）を示す図２（ｂ）の写真に示すように、銅の結晶組織は加工ひずみが残る繊維組織（軟化が少ない結晶組織）となり、上記図３（ｈ）の放電棒ｇによってそのワイヤＷにボールｂの形成する際、銅の結晶組織が粗大化し（図２（ｃ）参照）、上記結晶組織の境界ができるため、ループ形状に亀裂の問題が生じ（比較例４、５）、同７０％を超えると、そのＨＲ：７１％（比較例３）を示す図２（ｃ）の写真のように、銅の結晶組織が粗大化し（過軟化結晶組織（粗大化した二次再結晶組織）となり）、ループが高い場合、ループ形状に亀裂の問題が生じ（比較例２、３、９）、ループが低い場合でも、連続ボンディング性に支障が生じる恐れがある（比較例８、１０）。
これに対し、ＨＲが５０〜７０％であると、そのＨＲ：６５％（実施例９）を示す図２（ａ）の写真に示すように、良好な再結晶組織となって、繊維組織と粗大化した二次再結晶組織の境界が発生し難いため、くせ付けのときに結晶粒界から亀裂が生じることもなかった（実施例１〜１５、比較例１、６、７）。

Claims (6)

  1. 集積回路素子の電極（ａ）と回路配線基板の導体配線（ｃ）をボールボンディング法によって接続するための線径（Ｌ）５０.８μｍ以下のボンディングワイヤ（Ｗ）であって、芯材（１）がＰを１０〜５０質量ｐｐｍ含有した銅及び不可避不純物からなり、その芯材（１）の外周全面に、Ｐｄによる厚み（ｔ２）０．０１〜０．０９μｍの被覆層（２）を形成したことを特徴とするボンディングワイヤ。
  2. 室温での引張試験による引張強さ（ＴＳＲ）と２５０℃での引張試験による引張強さ（ＴＳＨ）との比（ＨＲ＝ＴＳＨ／ＴＳＲ×１００）が５０〜７０％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。
  3. 上記被覆層（２）の厚み（ｔ２）が０．０４〜０．０９μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のボンディングワイヤ。
  4. 上記被覆層（２）の外周部に炭素濃縮層（３）を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のボンディングワイヤ。
  5. 上記炭素濃縮層（３）の厚み（ｔ３）が０．０００１〜０．０００５μｍであることを特徴とする請求項４に記載のボンディングワイヤ。
  6. 請求項４又は５に記載のボンディングワイヤ（Ｗ）の製造方法であって、所要径のＰを１０〜５０質量ｐｐｍ含有した銅線からなる芯材（１）にＰｄを被覆し、その被覆線に拡散熱処理を施して芯材（１）と被覆層（２）の密着性を高めた後、潤滑剤を塗布して伸線し、その後、その伸線を洗浄工程を経て酸素遮断状態で調質熱処理を行い、前記洗浄工程の洗浄度合を調整することによって前記被覆層（２）の表面に前記潤滑剤からなる上記炭素濃縮層（３）を形成することを特徴とするボンディングワイヤの製造方法。
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