JP2013033811A - ボールボンディングワイヤ - Google Patents

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wire
ball
bonding
bonding wire
coating layer
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Takeshi Hasegawa
剛 長谷川
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Original Assignee
Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
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Abstract

【課題】高温信頼性の高いＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆電極ａへの接合性が高く、かつ脆弱なチップに対するダメージも少なく安価なボンディングワイヤＷとする。
【解決手段】半導体素子のＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆電極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１０〜５０μｍの銀ボンディングワイヤである。芯材１外周面にＰｔ又はＰｄの被覆層２を形成し、その被覆層の断面積とこのワイヤの断面積の比（％）を０．１〜０．６％とする。この断面積比の被覆層厚ｔとすることによって、図（ａ）、（ｂ）で示す溶け残り部分（窪み）の無い真球状のＦＡＢ（ボールｂ）を得ることができるため、チップダメージが発生し難い。芯材１は、Ｐｄ、Ｐｔ又はＡｕから選ばれる１種以上を合計で０．５〜５．０質量％含み、かつＣａ、Ｃｕ、希土類から選ばれる１種以上の元素を合計で５〜５００質量ｐｐｍ含んで、それ以外がＡｇ及び不可避不純物からなる。
【選択図】図４

Description

この発明は、パワーＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ、ＢＧＡ（Ball Grid Array package）、ＱＦＮ（Quad Flat Non lead package）等の半導体パッケージにおける半導体素子上のニッケル・パラジウム・金（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）被覆電極と、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銀（Ａｇ）製ボールボンディングワイヤに関するものである。
上記ＢＧＡ等の半導体パッケージは、例えば、図１に示すように、配線板１上にはんだボール２を介してパッケージ基板３を設け、さらに、そのパッケージ基板３にダイボンディング材４を介して半導体チップ（素子）５を設けて、その半導体チップ５を封止材６によって封止した構造である。この半導体パッケージにおける半導体チップ５の電極ａとパッケージ基板３の導体配線（端子）ｃとの電気接続は、上記ボールボンディング法によって行われる。
そのボールボンディング法による接続方法は、図２（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１０ａが電極ａに至ると）、キャピラリ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）電極ａと固相接合され、１ｓｔ接合部が形成されて電極ａと接着する（同図（ｂ））。
１ｓｔ接合部が形成されれば、キャピラリ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に押し付ける（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１０ａはワイヤＷを残したまま上昇し、キャピラリ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１０ａは、所要の高さまで上昇すると停止し、そのキャピラリ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１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と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使用されるボンディング線（ワイヤ）Ｗの材質としては、４Ｎ〜２Ｎの金（Ａｕ）が使用されている。このように金が多用されるのは金ボールｂの形状が安定して真球状となるとともに、形成される金ボールｂの硬さが適切であって、接合時の荷重、超音波によってチップ５を損傷することがなく、確実な接合ができ、その信頼性が高いからである。
一方、金ボンディングワイヤＷは高価であることから、安価な銅（Ｃｕ）ボンディングワイヤへの置き換えもなされている。さらに、その銅ボンディングワイヤ表面にパラジウム（Ｐｄ）等を被覆してボンディング性を高めたものが開発され、一部では使用されている（特許文献１）。
また、金より安価な銀（Ａｇ）ボンディングワイヤも発明されており、図３に示すように、この銀ボンディングワイヤＷ表面にＰｄ等の被覆層２を形成してボンディング性を高めたものが開発され、一部では使用されている（特許文献２〜４）。
特開２０１０−１９９５２８号公報 特開昭５６−２６４５９号公報 特開２００７−１２３５９７号公報 特開２００１−１７６９１２号公報
金ボンディングワイヤＷは高価である。その代替材である銅ボンディングワイヤＷは安価ではあるが、金ボンディングワイヤに比べてＦＡＢが硬く、電極ａのチップが脆弱であるとチップダメージ発生の恐れが高くなる。また、金ボンディングワイヤに比べて２ｎｄ接合性が悪く、連続ボンディング性に問題がある。
表面被覆銅ボンディングワイヤは、銅ボンディングワイヤに比べて２ｎｄ接合性がよく、連続ボンディング性はよいが、ＦＡＢが銅ボンディングワイヤよりもさらに硬くなるため、チップダメージ発生の問題がある。このため、Ｌｏｗ−Ｋ層（配線をカバーする絶縁に利用される誘電率の低い素材）に対してダメージを与えないような条件でボンディングしようとすると、十分な接合ができないという問題がある。
また、従来、電極ａにはＡｌ合金(Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等）パッドが用いられていたが、高温信頼性、例えば１５０℃以上における信頼性が求められる車載などの用途ではＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ（ニッケル／パラジウム／金）被覆やＮｉ／Ｐｄ（ニッケル／パラジウム）被覆した電極ａが検討されている。さらに脆弱なチップ５に対するダメージ低減の必要もある。
このＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆等した電極ａに対し、上記表面被覆銅ボンディングワイヤは接合し難いという問題があり、銅ボンディングワイヤは、脆弱なチップ５に対してダメージを与えないような条件でボンディングしようとすると、十分な接合ができないという問題がある。
これに対し、銀ボンディングワイヤＷは、金ボンディングワイヤより安価であり、銅ボンディングワイヤに比べてＦＡＢが柔らかく、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆やＮｉ／Ｐｄ被覆した電極ａに対しても十分な接合強度を得ることができる。
しかし、銀は硫化しやすい上に、マイグレーションの発生の懸念がある。このため、Ｐｔ等の被覆層２を形成することも考えられているが（特許文献１）、その被覆層２の厚みｔが厚く、安定して良好な形状のＦＡＢ（ボールｂ）を得ることが必要な用途には採用できなかった。
これは、２ｎｄ接合性及び連続ボンディング性を向上させるために、Ｐｄ等の表面被覆をすると、ＦＡＢ作製時、銀から成る芯材１とＰｄ等の被覆層２の溶融温度差により、図４（ｃ）〜同（ｅ）に示すように、ボールｂに被覆層２の溶け残り（各図における「窪み」）が生じ、この溶け残り部分は溶融部分に比べて硬度が高いため、１ｓｔ接合時、チップダメージ発生の問題があるからである。特に、電極ａのチップが脆弱であると、そのチップダメージ発生の恐れが高くなる。また、安定して良好な形状の１ｓｔ接合部が形成できなければ、隣り合う１ｓｔ接合部間が導通してしまうなど、チップ間の距離の近いファインピッチの用途に用いることができなくなる。
因みに、金ボンディングワイヤとＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆やＮｉ／Ｐｄ被覆した電極ａとの接合であれば、高温信頼性は得られるが、材料費が高価になるという問題がある。
この発明は、以上の実状の下、Ｐｄ等の被覆銀ボンディングワイヤにおいて、１ｓｔ接合時、チップダメージ発生を抑制することを課題とする。
上記課題を達成するため、この発明は、Ｐｄ、Ｐｔの被覆層厚ｔが上記ＦＡＢ作製時のボールｂに被覆層２の溶け残り度合に関係していることを発見し、その被覆層厚ｔを特定することとしたのである。
すなわち、図３に示す、ＦＡＢ作製時の最も影響するワイヤＷの断面積Ａと被覆層２断面積Ａｔの比（Ａｔ／Ａ×１００）を０．１〜０．６％としたのである。ここで、図３において、Ａ＝πＬ２／４、Ａｔ＝（Ａ−π（Ｌ−ｔ）２／４）である。
このように、被覆層厚ｔがこの断面積比の範囲内であると、図４（ａ）、同（ｂ）に示すように、溶け残り部分の無い真球状のボールｂを得ることができるため、チップダメージが発生し難い。一方、下記の実験例から理解できるように、０．１％未満であると、Ａｇめっきリードフレーム（配線）に対する２ｎｄ接合性が悪くなり、０．６％を超えると、良好なＦＡＢ形状を得ることができなく、１ｓｔボール形状が悪くなったり、ＦＡＢが硬くなることによってチップダメージが発生したりする。好ましくは、断面積換算で０．２〜０．４％とする。０．１％以上０．２％未満であると、２ｎｄ接合性が０．２％以上に比べて劣る。０．４％以下であれば、０．４％を超えて０．６％以下の範囲に比べてＦＡＢ形状が安定して良好になる。
なお、特許文献３段落００１５には、扁平ボール・ＦＡＢ作製時、芯材１の溶け残りが生じる旨が記載されているが、この発明は、被覆層２の溶け残りであって、その被覆層２の溶け残りが生じると、図４（ｃ）〜同（ｅ）に示すように、１ｓｔ時のボールｂ形状がいびつになり、その溶け残り部がチップダメージの発生の原因になるということの発見に基づくものである。
この発明の構成としては、半導体素子の電極と回路配線基板の導体配線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であって、銀又は銀合金からなる芯材外周面に白金又はパラジウムの被覆層を形成し、その被覆層の断面積とこのワイヤの断面積の断面積比を０．１〜０．６％とした構成を採用することができる。
この構成における芯材は、純銀（銀及びおよび不可避不純物）もしくは銀を主成分とする銀合金とするが、耐食性が必要な用途に対しては、純銀にＰｄ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる1種以上を０．５〜５．０質量％添加した銀合金を用いることができる。Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの合計が０．５質量％未満であると、接合部の信頼性が低くなる。より好ましくは０．７質量％以上であれば、特に湿潤環境下での信頼性が確保できる。一方、５．０質量％を超えた量を添加すると、図４（ｆ）に示すように、被覆層の溶け残りの発生以外で扁平等の異形ボールが発生してしまう。また、これらの添加元素はいずれも高価なため、より好ましい範囲を３．０質量％以下とする。
また、強度が必要な用途に対しては、純銀又は上記銀合金にＣａ、Ｃｕ、又は希土類から選ばれる1種以上を合計で５〜５００質量ｐｐｍ添加した銀合金とすることができる。Ｃａ、Ｃｕ、又は希土類の合計質量が５質量ｐｐｍ未満であると、ワイヤ強度が低くなり、ボンディング後の樹脂モールドの際にワイヤフローが発生する。より好ましくは、１０質量ｐｐｍ以上であれば、より高いワイヤ強度が得られる。一方、５００質量ｐｐｍを超えると、ＦＡＢの形状が不安定になり、良好な球状のＦＡＢが得られなくなる。また、より好ましくは３００質量ｐｐｍ以下であって、良好なＦＡＢを安定して得ることができる。なお、Ｃａに加え、ＧｄとＳｍから選ばれた１種以上の元素を合計にして１０質量ｐｐｍ以上添加すると、そのメカニズムは不明であるが、より高いワイヤ強度が得られる。
また、図２（ｈ）に示すように、ＦＡＢを作製する時にワイヤ先端部と放電棒ｇとの間で放電させてワイヤ先端を溶融させる際、Ａｇに比べて高融点なＡｕ、Ｐｔ又はＰｄがＦＡＢ表面に集積するため、ＦＡＢ（ボールｂ）表面がＡｕ、Ｐｔ又はＰｄの高濃度層になり、同図（ｂ）の、次に続く１ｓｔ接合時に電極ａとの接合界面の高信頼性化に寄与する。このとき、このＦＡＢ表面への集積はＡｕ、Ｐｔ又はＰｄの融点が関わり、Ｐｔの融点：１７６８℃、Ｐｄの融点：１５５５℃、Ａｕの融点：１０６４℃であり、高濃度化は、融点が高い方が起りやすく、接合部の信頼性をより向上させるためには、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕの順で好ましいこととなる。
なお、被覆層２の形成は、電解めっき法、無電解めっき法、蒸着法等の周知の手段で形成し得るが、めっき法が一般的である。
因みに、ＡｇとＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆電極との接合箇所の耐食性は良いが、ＡｇとＡｌ電極との接合箇所は耐食性が悪い。
このワイヤＷの線径はボンディングワイヤとして使用し得れば任意であるが、例えば、１０〜５０．８μｍとする。５０．８μｍ以下とすると溶融ボールｂをより小さくでき、１０μｍ未満であると、ボンディング前にオペレータがワイヤＷをキャピラリ１０ａに通すのが困難になり、作業性が悪くなるうえに、空気圧によりワイヤＷに十分な張力をかけることができなくなり、ループ制御が困難になる恐れがある。
この発明は、以上のようにＡｇを主体とし、その外周面に、断面積比：０．１〜０．６％としたＰｄ又はＰｔの被覆層２を形成した銀ボンディングワイヤとしたので、金ボンディングワイヤに比べれば、安価なものとし得て、かつ、適度な強度のワイヤとなって良好なＦＡＢを作製でき、及びＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆電極等との接合性が良いものとすることができる。このため、１５０℃以上の耐熱性が求められるような車載用途にも使用できる。
半導体パッケージの一例の概略図 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 表面被覆銀ボンディングワイヤの一例の断面図 （ａ）、（ｂ）は被覆層厚ｔが好ましい銀ボンディングワイヤによる溶融ボールｂの顕微鏡写真図、（ｃ）〜（ｅ）は（ａ）、（ｂ）に比べて被覆層厚ｔが厚い等の銀ボンディングワイヤによる溶融ボールｂの顕微鏡写真図，（ｆ）は銀ボンディングワイヤによる被覆層の溶け残りの発生以外で扁平等の異形ボールが発生した溶融ボールｂの顕微鏡写真図
純度が９９．９９質量％以上（４Ｎ）の高純度Ａｇを用いて、表１に示す化学成分の銀合金を鋳造し、８ｍｍφのワイヤロッドを作製した。そのワイヤロッドを伸線加工し、所定の線径とした線外周面にＰｔ又はＰｄを電解めっきによって被覆層２を形成した。この後、窒素（Ｎ２）雰囲気中、２００〜５００℃での連続焼鈍により拡散熱処理を施して被覆層２と芯材１の密着強度を上げた後、最終線径：１２〜５０μｍまで伸線加工を行ない、その後、窒素雰囲気中４００〜６００℃での連続焼鈍によって調質熱処理して、図３に示す、Ｐｔ又はＰｄからなる被覆層２の銀ボンディングワイヤＷ（実施例１〜１８、比較例１〜１４）を得た。化学成分の定量はＩＣＰ−ＯＥＳ(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法)により行った。
この各実施例及び各比較例に対し、下記の試験を行った。
『評価項目』
得られた各ボンディングワイヤＷについて、市販の自動ワイヤボンダで、図２に示すボール／ウェッジ接合を行った。すなわち、放電棒ｇによるアーク放電によりワイヤＷ先端にＦＡＢ（ボールｂ）を作製し、それをチップ５上のＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆電極ａに接合し、ワイヤ他端をリード端子（配線ｃ）に接合した。なお、ＦＡＢ作製時にはワイヤ先端部にＮ２ガスを流しながらアーク放電を行った。リード端子ｃにはＡｇめっき４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を使用した。
そのボンディングにおける、連続ボンディング性、１ｓｔ接合部のＳｉチップ損傷度合、ＦＡＢ形状の安定性、耐マイグレーション、ＨＡＳＴ、樹脂封止時のワイヤフロー度合、及び総合評価を表２に示す。それらの評価方法等は以下の通りである。
『評価方法』
「被覆層（被膜）２の厚さ」
オージェ分光分析法による深さ分析を行った。その深さ分析はＡｒイオンでスパッタしながらＰｄ又はＰｔの濃度を測定し、ＳｉＯ２換算して表層からの距離を算出し、被覆層２の厚みｔは、表層のＰｄ又はＰｔ濃度測定値の１／２の濃度になる点までをその厚みとした。
「連続ボンディング性評価」
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、１５０℃(±５℃)で試験を行った。
「１ｓｔ接合部のＳｉチップ損傷評価」
ボンディング後、１ｓｔ接合部真下のＳｉチップ５の損傷で評価し、その１ｓｔ接合部および電極膜ａを王水で溶解し、Ｓｉチップ５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。
１００個の接合部を観察して５μｍ未満の微小なピットが１個もしくは全く見られない場合は「Ａ」、５μｍ以上のクラックが２個以上認められた場合を「Ｄ」とした。
「ＦＡＢ形状の安定性の評価」
ワイヤ径に対するＦＡＢ径の比率が小さくなると、安定性の確保が難しいことから、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。接合前のボールを５０本観察して、ＦＡＢ形状が真球状であるか否かを判定した。すべて、図４（ａ）、同（ｂ）のような真球状であれば「Ａ」、同（ａ）、（ｂ）のような真球状の比率が９０％以上１００％未満なら「Ｂ」、同（ｃ）〜（ｅ）のような被覆層が溶け残った状態（窪み部分）の比率が１０％以上発生しておれば、「Ｄ」とした。また、同（ｆ）のような被覆層の溶け残りの発生以外で扁平等の異形ボールｂが１つでも発生した場合も「Ｄ」とした。ここで、ＦＡＢ（ボールｂ）の作製はＮ２ガスを吹き付けながら行なった。
「耐マイグレーションの評価」
ボンディング後に市販のエポキシ樹脂で封止を行い、１３０℃／８５％ＲＨ（Relative Humidity）の環境下で一定の電流を流し続けて、マイグレーションの発生有無を確認した。
１０００時間経過しても抵抗の異常をきたさず、マイグレーションが発生しなかったものを「Ａ」、抵抗の異常値が出て、調査の結果、Ａｇイオンによる短絡であったもの（マイグレーションが発生）を「Ｄ」とした。
「ＨＡＳＴ(Highly Accelerated temperature & humidity Stress Test)による信頼性評価」
ボンディング試料を１３０℃／８５％ＲＨの試験槽中に１０００時間装入し、１０００時間経過後のシェア強度Ｈ(１０００)を初期のシェア強度Ｈ(Initial)で除した割合Ｒ(Ｒ=Ｈ(1000)/Ｈ(Initial)×100)を用いて評価した。Ｒが８０％以上ならＡ、６０％以上８０％未満では実用上問題がないと考えて「Ｂ」、６０％未満では「Ｄ」とした。
「樹脂封止時のワイヤフローの評価」
ワイヤ長：５ｍｍのボンディング試料をエポキシ樹脂で封止した後で、Ｘ線非破壊観察装置にて最大ワイヤフロー量を測定した。測定は２０本行い、その平均値をワイヤ長５ｍｍで除した割合をワイヤフロー率とした。このワイヤフロー率が７％未満なら「Ａ」、７％以上では実用上の問題があると考えて評価を「Ｄ」とした。
「総合評価」
すべて「Ａ」のものを「Ａ」、一つでも「Ｂ」があるものを「Ｂ」、一つでも「Ｄ」があるものを「Ｄ」とした。
この表１、２において、断面積比が０．１％未満であると、比較例１〜３、８、１３、１４から、連続ボンディング性、耐マイグレーションにおいて「Ｄ」、同０．６％を超えると、比較例４〜７、９〜１２から、良好なＦＡＢ形状を得ることができない等、各評価のいずれかにおいて「Ｄ」となって、共に、総合評価で「Ｄ」となっている。
また、Ｃａ、Ｃｕ、Ｇｄ、Ｓｍ等の希土類から選ばれる１種以上の元素の合計質量が５質量ｐｐｍ未満であると、比較例３、５、１２から、ワイヤフロー評価において「Ｄ」、５００質量ｐｐｍを超えると、同比較例１、４、７から、ＦＡＢの安定性評価において「Ｄ」となって、総合評価で「Ｄ」となっている。
さらに、芯材１の含有するＰｄ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる１種以上の元素の合計質量が０．５質量％未満であると、比較例２、６、７、１２から、ＨＡＳＴ評価において「Ｄ」、５．０質量％を超えると、比較例１３、１４から、ＦＡＢ形状で「Ｄ」（図４（ｆ）の扁平等の異形ボールの発生）となっている。
これに対し、各実施例１〜１８は、いずれも、被覆層２の断面積Ａｔとワイヤの断面積Ａの比（Ａｔ／Ａ×１００）が０．１〜０．６％であることから、「ＦＡＢ形状」において、安定した良好な形状で、かつ柔らかいボールｂを得ることができ、「１ｓｔ接合部のＳｉチップ損傷評価」、「耐マイグレーション評価」及び「ワイヤフロー評価」において、全て「Ａ」を得て、総合評価において、「Ｂ」以上を得て、実用上問題ない評価を得ている。
さらに、その断面積比を０．２〜０．４％とすれば、実施例１、２、４、６、９〜１１、１３、１５、１６、１８から、「ＦＡＢ形状評価」において、全て「Ａ」を得ている。
なお、断面積比が０．１％以上であると、リード端子（配線）ｃに対する２ｎｄ接合性は良好であった。
なお、ＰｔやＣａ等を添加していない純銀の芯材１においても同様な結果を得ることができ、また、その純銀及び上記銀合金の芯材１にＰｄ又はＰｔを被覆したボンディングワイヤＷはＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ被覆電極ａに対して同様な接合性を得ることができた。
Ｗ ボンディングワイヤ
ａ 集積回路素子の電極
ｂ 溶融ボール
ｂ’ 圧着ボール
ｃ 回路配線基板の導体配線
ｔ ボンディングワイヤの被覆層の厚み
Ｌ ボンディングワイヤ径
１ ボンディングワイヤの芯材
２ ボンディングワイヤの被覆層

Claims (4)

  1. 半導体素子の電極（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ボンディングワイヤ（Ｗ）であって、
    Ａｇからなる芯材（１）外周面にＰｔ又はＰｄの被覆層（２）を形成し、その被覆層（２）の断面積（Ａｔ）とこのワイヤ（Ｗ）の断面積（Ａ）の比（Ａｔ／Ａ×１００）を０．１〜０．６％としたことを特徴とするボールボンディングワイヤ。
  2. 上記被覆層（２）の断面積（Ａｔ）とワイヤの断面積（Ａ）の比（Ａｔ／Ａ×１００）を０．２〜０．４％としたことを特徴とする請求項１に記載のボールボンディングワイヤ。
  3. 上記芯材（１）が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる1種以上を合計で０．５〜５．０質量％添加された銀合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールボンディングワイヤ。
  4. 上記芯材（１）が、Ｃａ、Ｃｕ、又は希土類から選ばれる1種以上が合計で５〜５００質量ｐｐｍ添加された銀合金からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のボールボンディングワイヤ。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140159062A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-12 Renesas Electronics Corporation Optical coupling device
CN104103616A (zh) * 2013-04-05 2014-10-15 田中电子工业株式会社 高速信号线用接合线
KR20170095317A (ko) 2014-12-17 2017-08-22 신닛테츠스미킹 마테리알즈 가부시키가이샤 반도체 장치용 본딩 와이어
KR20180039015A (ko) * 2015-09-29 2018-04-17 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 은 합금 와이어
KR20190042710A (ko) * 2016-09-09 2019-04-24 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 코팅된 와이어
KR20200086309A (ko) 2018-04-02 2020-07-16 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어 및 그 제조 방법, 그리고 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어를 사용한 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR20200086310A (ko) 2018-04-02 2020-07-16 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어 및 그 제조 방법, 그리고 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어를 사용한 반도체 장치 및 그 제조 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5399581B1 (ja) * 2013-05-14 2014-01-29 田中電子工業株式会社 高速信号用ボンディングワイヤ
JP5546670B1 (ja) * 2013-06-13 2014-07-09 田中電子工業株式会社 超音波接合用コーティング銅ワイヤの構造
SG10201509634UA (en) * 2015-11-23 2017-06-29 Heraeus Oriental Hitec Co Ltd Coated wire

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004014884A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Sumitomo Electric Wintec Inc ボンディングワイヤー
JP4722671B2 (ja) * 2005-10-28 2011-07-13 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140159062A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-12 Renesas Electronics Corporation Optical coupling device
CN104103616A (zh) * 2013-04-05 2014-10-15 田中电子工业株式会社 高速信号线用接合线
CN104103616B (zh) * 2013-04-05 2017-03-29 田中电子工业株式会社 高速信号线用接合线
US9972595B2 (en) 2013-04-05 2018-05-15 Tanaka Denshi Kogyo K.K. Bonding wire for high-speed signal line
KR20170095317A (ko) 2014-12-17 2017-08-22 신닛테츠스미킹 마테리알즈 가부시키가이샤 반도체 장치용 본딩 와이어
US10840208B2 (en) 2014-12-17 2020-11-17 Nippon Steel Chemical & Material Co., Ltd Bonding wire for semiconductor device
KR20190131629A (ko) * 2015-09-29 2019-11-26 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 은 합금 와이어
JP2018530899A (ja) * 2015-09-29 2018-10-18 ヘレウス マテリアルズ シンガポール ピーティーイー． リミテッド 銀合金ワイヤ
KR102083717B1 (ko) * 2015-09-29 2020-03-02 헤레우스 도이칠란트 게엠베하 운트 코. 카게 은 합금 와이어
KR102169059B1 (ko) * 2015-09-29 2020-10-23 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 은 합금 와이어
KR20180039015A (ko) * 2015-09-29 2018-04-17 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 은 합금 와이어
KR20190042710A (ko) * 2016-09-09 2019-04-24 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 코팅된 와이어
KR102265873B1 (ko) * 2016-09-09 2021-06-16 헤라우스 매터리얼즈 싱가포르 피티이 엘티디 코팅된 와이어
KR20200086309A (ko) 2018-04-02 2020-07-16 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어 및 그 제조 방법, 그리고 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어를 사용한 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR20200086310A (ko) 2018-04-02 2020-07-16 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어 및 그 제조 방법, 그리고 볼 본딩용 귀금속 피복 은 와이어를 사용한 반도체 장치 및 그 제조 방법
US11251153B2 (en) 2018-04-02 2022-02-15 Tanaka Denshi Kogyo K.K. Noble metal-coated silver wire for ball bonding, and semiconductor device using noble metal-coated silver wire for ball bonding
US11456271B2 (en) 2018-04-02 2022-09-27 Tanaka Denshi Kogyo K.K. Noble metal-coated silver wire for ball bonding and method for producing the same, and semiconductor device using noble metal-coated silver wire for ball bonding and method for producing the same

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