JP2017045924A - 銅合金ボンディングワイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】銅合金ボンディングワイヤをウェッジ接合後上方に引き上げて切断する際、ボンディングワイヤの先端がＪ字状に屈曲せず、切断端部がボンディングワイヤの断面積内からはみ出ない銅合金ボンディングワイヤを提供する。【解決手段】銅合金ボンディングワイヤ１は、断面積あたりの結晶粒が５０〜２５０個あり、その最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／３以下であり、かつ、＜１００＞等の特定方位がいずれも４０％以下の無方位である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に用いられるＩＣチップ電極と外部リード等の基板の接続に好適な銅合金ボンディングワイヤに関する。
一般に、銅ボンディングワイヤと電極との第一接合にはボールボンディングと呼ばれる方式が、銅ボンディングワイヤと半導体用回路配線基板上の配線とのウェッジ接合にはウェッジ接合と呼ばれる方式が、それぞれ用いられる。第一接合では、エレクトロン・フレーム・オフ（ＥＦＯ）方式によってトーチ電極からワイヤの先端にアーク入熱を与えることでワイヤの先端にフリーエアーボール（ＦＡＢ）と呼ばれる真球を形成させる。そして、１５０〜３００℃の範囲内で加熱したアルミパッド上へこのＦＡＢをキャピラリで押圧しながら超音波を印加してボンディングワイヤとアルミパッドとを接合させる。
次いで、ボンディングワイヤを繰り出しながらキャピラリを上昇させ、リードに向かってループを描きながらウェッジ接合地点にキャピラリを移動する。
図示によって説明すると、キャピラリによるウェッジ接合では、図１に示すように、ボンディングワイヤ（１）がリード（３）にウェッジ接合される。この際、ウェッジ接合されたボンディングワイヤ（１）の端部はキャピラリ（２）の先端部によって押し潰され、図２に示すように、接合箇所のワイヤの面積が最も小さくなる。さらに、その後ボンディングワイヤ（１）が切り離される。これは、キャピラリ（２）の上部にあるワイヤクランパ（４）によってボンディングワイヤ（１）を掴んで上方に引き上げると、図３に示すように、残ボンディングワイヤ（１）の先端部分でワイヤが簡単に切れるようになっている。
次いで、図示は省略するが、キャピラリを第一接合地点に移動する。そして、放電トーチの位置でスパーク放電し、ボンディングワイヤの先端に溶融ボール（ＦＡＢ）を形成し、ボンディングワイヤとアルミパッドとを第一接合させる。このようなボンディングサイクルを繰り返し、ボンディングワイヤ（１）を介してパッドとリード（３）との間を順次接続していく。
ボンディングワイヤ（１）は、図１の左側のキャピラリ（２）の先端部によって押し潰されるので、切断されるボンディングワイヤ（１）は固有のヤング率に従って変形する。この変形形状は、金（Ａｕ）の場合と銅（Ｃｕ）の場合とでは異なる。金ボンディングワイヤの場合は、軟質であるものの微細構造がしっかりしているので、後述するようなＪの字状の変形形状が問題になることはない。
二重芯構造をもつ貴金属ボンディングワイヤの場合でも、同様に問題になることはない。さらに、断面構造が二重芯のワイヤを形成しやすい性質を利用したボンディングワイヤが提案されている。例えば、特開昭５９−４８９４８号公報（後述する特許文献１）の請求項４には「繊維組織（１１１）が線材の芯中にかつ繊維組織（１００）が線材の表層中に構成されている」金ボンディングワイヤが開示されている。
他方、銅（Ｃｕ）の純金属または銅（Ｃｕ）合金からなるワイヤは、連続鋳造後に連続伸線すると、総断面減少率に応じて外周部と中心部とで異なる繊維組織が形成され、断面構造が二重芯のワイヤを形成しやすくなる。総断面減少率が９６〜９９％になると、優先方位が＜１１１＞と＜１００＞になっていく（１９９０年日本塑性加工学会編『引抜き加工』（後述する非特許文献１）８５頁）。このことは積層欠陥エネルギーが重要な役割を果たすとされる（Ｎ． Ｂｒｏｗｎ Ｔｒａｎｓ． Ｍｅｔ． Ｓｏｃ． ＡＩＭＥ， ２２１巻（１９６１） ２３６頁）。このため純銅または銅合金からなるワイヤは、通常中間焼なましを行う。中間焼なましの時期は重要であり、一般的に「１次線引加工の許容限界は、おおむね９５％付近と考えられ、」「２次加工で｛ｈｋｌ｝＜１１１＞方位を加工初期段階で発生させないような中間焼鈍工程の挿入が重要になってくる。」といわれている（稲数直次ら、日本金属学会誌第４７巻第３号（１９８３年）２６６頁（後述する非特許文献２））。
また、特開２０１３−１３９６３５号公報（後述する特許文献２）の請求項１には、「銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる合金線材であって、前記合金線材が面心立方格子の多結晶構造を有するもので、かつ複数の結晶粒を含み、前記合金線材の中心部は細長い結晶粒または等軸結晶粒を含み、前記合金線材のその他の部分は等軸結晶粒からなり、焼なまし双晶を含む前記結晶粒の数量が前記合金線材の前記結晶粒の総量の２０パーセント以上である合金線材」が開示されている。
また、再公表特許２０１３／１１１６４２号公報（後述する特許文献３）の請求項１にも、「銅を主成分とする芯材とパラジウム延伸層を有するボンディングワイヤであって、前記芯材の中心に、銅が軸方向に延在する繊維状組織を有することを特徴とするボンディングワイヤ」が開示されている。
また、特開２００４−３１４６９号公報（後述する特許文献４）の請求項１には、「ボンディングワイヤの長手方向断面の結晶粒組織において、ワイヤの半径をＲとして、該ワイヤの中心からＲ／２までの部分を中心部、その外側を外周部としたとき、中心部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、［１００］方位を有する結晶粒の面積に対する［１１１］方位を有する結晶粒の面積の割合Ｒｃと、外周部におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、［１００］方位を有する結晶粒の面積に対する［１１１］方位を有する結晶粒の面積の割合Ｒｓについて、両者の差分比率の絶対値｜１−Ｒｃ／Ｒｓ｜×１００（％）が３０％以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ」が開示されている。
さらに、特開２００９−１４０９４２号公報（後述する特許文献５）の請求項１では、「導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に芯材とは異なる金属を主成分とする薄延伸層を有する半導体装置用ボンディングワイヤであって、前記薄延伸層の金属が面心立方晶であって、前記薄延伸層の表面の結晶面における長手方向の結晶方位＜ｈｋｌ＞のうち、＜１１１＞と＜１００＞の占める割合が、ともに５０％未満であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ」の提案があり、特開２００９−１５８９３１号公報（後述する特許文献６）の請求項１には、「導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に該芯材とは異なる金属を主成分とする薄延伸層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤであって、前記薄延伸層の金属が面心立方晶であって、前記薄延伸層の表面の結晶面における長手方向の結晶方位＜ｈｋｌ＞の内、＜１１１＞の占める割合が５０％以上であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ」の提案がみられる。
しかしながら、銅（Ｃｕ）ボンディングワイヤをウェッジ接合した後ワイヤを切断すると、図４に示すように、Jの字状に軽く屈曲することがあるという課題があった。
なお、銅ボンディングワイヤでも線径が２５μｍと太い場合は、このようなＪの字状に変形したワイヤはほとんど見当たらなかった。しかし、ボンディングワイヤの線径が２０μｍを切り、細くなり、かつ、ボンディングスピードも速くなると、Ｊの字状に変形したワイヤが顕在化しはじめた。ボンディングワイヤにこのような先端部分が存在すると、ループを描いた時にループ形状を歪めてしまう。また、スパーク電流がボンディングワイヤの先端にうまく当たらないためＦＡＢによる扁平な異形ボールの原因となることがある。また、Ｊの字状の変形がひどくなると、従来でもみられるようなＺの字状の変形となってしまい、キャピラリ詰まりの原因になっていた。
また、リン（Ｐ）を１０〜５００ｐｐｍおよび残部が純度９９．９％以上の銅（Ｃｕ）などからなる銅合金ボンディングワイヤでは、ボンディングワイヤ表面にリン（Ｐ）の濃化層が偏析しやすいため均質な機械特性を得ることが困難であるというもう一つの課題があった（特開平７−１２２５６４号公報）。
このような課題を解決するため、従来はボンディング装置を改良して対応しようとしていたが、このようなやり方ではうまくいかなかった。すなわち、従来は、まずウェッジ接合後にワイヤクランパを閉として上方へボンディングワイヤをごくわずか引っ張る。これによりボンディングワイヤに減径部分を形成させた状態で、ワイヤクランパをいったん開とする。次いで、ワイヤクランパを閉として再度ワイヤを強く引っ張ることによってボンディングワイヤを該減径部分から切断する（特開２００７−６６９９１号公報（後述する特許文献７））。従来は、このようなワイヤクランパの操作によってボンディングワイヤの機械的性質の不具合を解決していた。
しかし、従来のボンディング装置による改良では、余分なワイヤクランパ作業が１回のボンディングサイクルの時間を長くするので、特に２０μｍ以下の細径ボンディングワイヤの場合には、ボンディングの作業効率をはなはだしく悪くするものであった。
１９９０年日本塑性加工学会編『引抜き加工』２０２頁 稲数直次ら、日本金属学会誌第４７巻第３号（１９８３年）２６６頁
特開昭５９−４８９４８号公報 特開２０１３−１３９６３５号公報 再公表特許２０１３／１１１６４２号公報 特開２００４−３１４６９号公報 特開２００９−１４０９４２号公報 特開２００９−１５８９３１号公報 特開２００７−６６９９１号公報
本発明は、ウェッジ接合後に銅合金ボンディングワイヤをそのまま上方に引き上げて最短時間内に切断するという第二ボンドのウェッジ接合工程において、ワイヤ先端がＪ字状に変形するという課題を解決するためになされたものである。本発明は、結晶粒径をそろえ、無方位とすることによって切断端部がＪ字状に変形しない銅合金ボンディングワイヤを提供することを目的とする。
これまでのＪの字状に変形する原因は、図１を参照して次のように理解することができる。ボンディングワイヤ（１）をリード（３）へウェッジ接合した後、キャピラリ（２）を上昇させる。そうすると、キャピラリ（２）の先端にボンディングワイヤ（１）が繰り出される。キャピラリ（２）の先端に所定の長さのボンディングワイヤ（１）を延出させた状態にした後、キャピラリ（２）の上方にあるワイヤクランパ（４）を閉にしてボンディングワイヤ（１）を保持し、ワイヤクランパ（４）とキャピラリ（２）とを一緒に上昇させる。
そうすると、ボンディングワイヤ（１）はヤング率に従って伸び、さらなる上昇によってボンディングワイヤ（１）は引きちぎられる。この切断によってボンディングワイヤ（１）の弾性エネルギーは解放される。このときワイヤクランパ（４）と切断箇所のあいだのボンディングワイヤ（１）に機械的強度の弱い箇所があると、その弱い箇所にエネルギーが集中してワイヤがJの字状に軽く屈曲すること（スプリングバック）がある。これが、ボンディングワイヤ（１）がJの字状に軽く屈曲するという原因であることに本発明者らは気がついた。
本発明の課題を解決するための銅合金ボンディングワイヤは、断面積あたりの銅合金の結晶粒が５０〜２５０個あり、その最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／３以下であり、かつ、＜１１１＞や＜１００＞等の特定方位がいずれも４０％以下の無方位であることを特徴とする。ここで、本発明における特定方位とは、ある方位の配向に対して±２０°の許容角度内である場合をいう。
本発明の実施態様項の一つは、前記銅合金は金（Ａｕ）が１００質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下、銀（Ａｇ）が１０質量ｐｐｍ以上１，０００質量ｐｐｍ以下、リン（Ｐ）が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする。
また、本発明の他の実施態様項の一つは、前記銅合金はニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）が０．０２質量％以上１質量％以下、リン（Ｐ）が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする。
また、本発明の他の実施態様項の一つは、前記銅合金の芯材にパラジウム（Ｐｄ）延伸層が被覆されていることを特徴とする。
また、本発明の他の実施態様項の一つは、前記銅合金の芯材にパラジウム（Ｐｄ）延伸層および金（Ａｕ）薄延伸層が被覆されていることを特徴とする。
また、本発明の他の実施態様項の一つは、前記結晶粒が８０〜２００個であることを特徴とする。
また、本発明の他の実施態様項の一つは、前記最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／５以下であることを特徴とする。
また、本発明の他の実施態様項の一つは、前記特定方位がいずれも３８％以下の無方位であることを特徴とする。
本発明において、断面積あたりの銅合金の結晶粒が５０〜２５０個あることとしたのは、ボンディングワイヤの長手方向に二重芯構造の組織が形成されていても、ウェッジ接合後にボンディングワイヤが結晶粒界に沿って引きちぎれやすくするためである。結晶粒が５０個未満では、最終の調質熱処理においてボンディングワイヤ中に粗大な結晶粒が形成されやすい。また、結晶粒が２５０個を超えると、ボンディングワイヤが硬くなり、ループ形状が安定しない。結晶粒が８０〜２４０個であることが好ましい。より好ましくは、結晶粒が１００〜２２０個の範囲である。
本発明において、結晶粒の最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／３以下であることとしたのは、巨大な結晶粒があると、その箇所でワイヤが屈曲しやすいためである。ボンディングワイヤの屈曲はリーニング不良やループ形成不良やワイヤ流れの原因となる。最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／５以下であることが好ましい。より好ましくは１／８以下である。
本発明において、特定方位がいずれも４０％以下の無方位であることとしたのは、ボンディングワイヤに二重芯構造を形成しないようにするためである。＜１００＞などの０°から２０°未満の範囲にある特定方位が４０％を超えると、ボンディングワイヤの引きちぎれ方が特定方位の有無によって異なってくるためである。特定方位は３８％以下であることが好ましい。より好ましくは３７％以下である。なお、１５°ではなく２０°としたのは、微細のボンディングワイヤからより多くの情報量をできるだけ集めようとしたためである。
本発明における銅合金は、金（Ａｕ）が１００質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下、銀（Ａｇ）が１０質量ｐｐｍ以上１，０００質量ｐｐｍ以下またはリン（Ｐ）が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下および残部銅（Ｃｕ）からなることが好ましい。より好ましいリン（Ｐ）の含有量は２００質量ｐｐｍ以下である。金（Ａｕ）と銀（Ａｇ）の相乗効果によって銅合金地金中に含まれる酸素を固定し、かつ、リン（Ｐ）の表面偏析も防ぐことができるから３種類の元素を共存させるのが特に好ましい。また、所定量の金（Ａｕ）は、銅合金のヤング率を高くする。
また、本発明における銅合金は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）が０．０２質量％以上１質量％以下、リン（Ｐ）が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下および残部銅（Ｃｕ）からなることが好ましい。より好ましいリン（Ｐ）の含有量は２００質量ｐｐｍ以下である。ニッケル（Ｎｉ）が銅合金地金中に含まれる酸素を固定し、かつ、リン（Ｐ）の表面偏析も防ぐことができるからである。銅合金マトリックス中の所定量のニッケル（Ｎｉ）は微細に分散し、酸素を固定する。また、所定量のニッケル（Ｎｉ）は、銅合金のヤング率を高くする。
ここで、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下としたのは、銅合金マトリックス中に卑金属元素の酸化物の形成を妨げるためである。銅の結晶粒界に卑金属元素の酸化物が形成されると、スプリングバックされたボンディングワイヤが変形しやすくなるからである。好ましくは、その他の不純物元素の総量は５０質量ｐｐｍ以下が良く、地金価格を無視すれば、より好ましくは５質量ｐｐｍ以下が良い。例えば、公称６Ｎ（９９．９９９９質量％）以上の純度の銅地金を用いると、その他の金属元素の総量が１質量ｐｐｍ未満になる。なお、「その他の不純物元素」とは、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）などをいう。硫黄（Ｓ）が１０質量ｐｐｍ存在すると、ＦＡＢが硬くなり第一接合時にチップ割れを起こすことがあるからである。ただし、通常のボンディングワイヤ用の銅合金には、１０質量ｐｐｍを超える硫黄（Ｓ）が含まれることはない。
なお、本発明の銅合金は、６Ｎから４Ｎの高純度銅合金の母材を用いることができる。この母材中に、通常は、酸素が０．２質量ｐｐｍ以上５０質量ｐｐｍ以下含まれる。これらの酸素量は、銅合金母材を再溶解・鋳造、一次伸線、中間熱処理、二次伸線、最終熱処理、保管等しても、本発明の銅合金組成ではほとんど変化しない。酸素が銅（Ｃｕ）マトリックス中に含まれると、卑金属元素が酸化物を形成しやすくなるので、酸素はできるだけ少ないことが好ましい。なお、一般的に高純度銅合金にはガス成分が除かれる（青木庄司ら、銅と銅合金誌、２００３年１月、第４２巻第１号２１頁）。
また、本発明において、銅合金の芯材にパラジウム（Ｐｄ）延伸層が被覆されていることが好ましい。さらに、銅合金の芯材にパラジウム（Ｐｄ）延伸層および金（Ａｕ）薄延伸層が被覆されていることがより好ましい。ウェッジ接合後にボンディングワイヤが引きちぎれやすくなるからである。ここで、「延伸層」や「薄延伸層」の表現は、必ずしも実際の表面性状を正確に表現したものとは言えないが、ボンディングワイヤの表面からパラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）の微粒子が検出される深さ方向の範囲を理論的な膜厚として、便宜的に厚さが存在する「層」で表現したものである。本発明のボンディングワイヤでは膜厚が極めて薄いためボンディングワイヤの表面から高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）によって検出されれば、「延伸層」や「薄延伸層」が存在するとした。
なお、本発明の銅合金ボンディングワイヤにおいて、パラジウム（Ｐｄ）延伸層、あるいは、パラジウム（Ｐｄ）延伸層および金（Ａｕ）薄延伸層が被覆されていても、これらの延伸層は極薄なので銅合金芯材のヤング率にほとんど影響しない。パラジウム（Ｐｄ）延伸層は銅合金細線の酸化を遅延させる効果がある。また、金（Ａｕ）薄延伸層が被覆されている場合は、銅合金中から表面析出したイオウ（Ｓ）などの元素を固定化するとともに電流の通りが悪いパラジウム（Ｐｄ）延伸層のスパーク放電を安定化させる効果がある。
本発明において、断面積あたりの銅合金の結晶粒が５０〜２５０個あり、その最大粒径は細線の直径の１／３以下であり、かつ、＜１１１＞や＜１００＞などの特定方位がいずれも２０％以下の無方位である細線を得るには、周知の製造技術を用いることができる。例えば、昭和６０年７月１日に株式会社近代編集社が発行した稲数直次著『金属引抜』第９章 「再結晶繊維集合組織と二次加工において」の「９．３ 二次加工性と繊維組織」に高純度銅の一次・二次線引加工と中間焼鈍の関係が詳述されている。ボンディングワイヤの伸線加工は、同書の最終減面率が９９％以上となり、これに調質熱処理が付加される。本発明では、一次線引き加工率を９５〜９９．９９％以下にして適度な中間焼きなましを行えば、本発明の銅合金ボンディングワイヤを製造することができる。
本発明の銅合金ボンディングワイヤによれば、ウェッジ接合時に最も細くなったボンディングワイヤの箇所から切断されるので、ボンディングワイヤの先端がＪの字状に曲がるということがなくなり、切断端部がボンディングワイヤの断面積内からはみ出ない銅合金ボンディングワイヤを提供することができる効果がある。また、ボンディングワイヤの形状が安定すると、第一接合時のＦＡＢも異形ボールにならない効果がある。さらに、ボンディングワイヤを上方へ引き上げるだけでボンディングワイヤを簡単に切断することができるので、ボンディング工程の時間が短縮される効果がある。また、２０μｍから１５μｍへとワイヤ径を小さくすればするほど、本発明の効果が発揮される。
また、本発明の実施態様項の銅合金ボンディングワイヤによれば、銅マトリックス中に卑金属酸化物が分散していないので、ワイヤ自体が柔らかい。また、第一接合時のスパーク放電の位置も安定するので、パラジウム（Ｐｄ）延伸層、あるいは、パラジウム（Ｐｄ）延伸層および金（Ａｕ）薄延伸層もこれまでよりも薄く被覆しても、第一接合時のＦＡＢが安定する効果がある。
さらに、本発明の実施態様項の銅合金ボンディングワイヤは、ワイヤ最表面に金（Ａｕ）延伸層を設けた場合、ワイヤ同士を多重巻きにして１万メートル巻きにしてもワイヤ同士がくっつくことがない。その結果、ワイヤの巻きほぐし性がよくなる。また、付随的効果としてキャピラリに対するワイヤ表面の滑りがよくなる。また、本発明の銅合金ボンディングワイヤによれば、ワイヤ最表面の金（Ａｕ）の微粒子がパラジウム（Ｐｄ）の延伸層からはがれることはない。よって、繰り返し多数回ボンディングしても銅（Ｃｕ）の酸化物がキャピラリに付着することはないので、キャピラリが汚染することがない。
芯材は純度９９．９９９８質量％（５Ｎ）の銅（Ｃｕ）を用い、これにリン（Ｐ）およびニッケル（Ｎｉ）、さらには、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）を添加元素とした。卑金属元素としては、高純度銅に一般的に含まれる元素を選んだ。すなわち、ビスマス（Ｂｉ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびスズ（Ｓｎ）を適宜選択した。これらを所定の範囲で配合したものを実施例１〜実施例５とした。
次いで、これを溶解し、連続鋳造し、その後、断面減少率を９５〜９９．９９％以下の範囲で第一次伸線して延伸材を被覆する前の太線（直径１．０ｍｍ）を得た。次いで、中間熱処理（３００℃〜６００℃×０．５〜３時間）をしたり（実施例４、実施例５）、しなかったり（実施例１〜実施例３）した。その後、必要に応じて金（Ａｕ）の薄延伸層（実施例４、実施例５）およびパラジウム（Ｐｄ）の延伸層（実施例３〜実施例５）を設けた。これらの半製品ワイヤを湿式でダイヤモンドダイスにより連続して断面減少率９９％以上の第二次伸線し、４８０℃×１秒の調質熱処理を行って最終的に直径１５μｍの銅合金ボンディングワイヤを得た。なお、平均の縮径率は６〜２０％、最終線速は１００〜１０００ｍ／分である。また、金（Ａｕ）の純度は９９．９９９９質量％以上であり、パラジウム（Ｐｄ）の純度は９９．９９９質量％以上である。
Figure 2017045924
（結晶粒測定）
ボンディングワイヤの断面積あたりの結晶粒測定を以下のようにして行った。すなわち、イオンミリング装置（型式：日立ハイテクノロジーズ社製 ＩＭ４０００）を用いて実施例１のボンディングワイヤを切断した。次いで、ＦＥ−ＳＥＭ（日本電子社製 ＪＳＭ−７８００Ｆ）を用いてその断面を観察した。また、ＥＢＳＤ装置（ティー・エス・エル社製ＯＩＭ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎシステム）を使用して断面積あたりの結晶粒の個数を数えた。この測定結果を表１右欄に示す。
（方位測定）
ボンディングワイヤの方位測定は、ＦＥ−ＳＥＭ（日本電子社製 ＪＳＭ−７８００Ｆ）、及び、ＥＢＳＤ装置（ティー・エス・エル社製ＯＩＭ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎシステム）を用いて行った。この測定結果を表１右欄に示す。
（ボンディングワイヤの屈曲試験）
ボンディングワイヤの屈曲試験は、以下のようにして行った。すなわち、ワイヤボンダー（新川社製 ＵＴＣ−３０００）を用い、２５℃の周囲温度の銀（Ａｇ）めっき銅（Ｃｕ）板に超音波出力 １００ｍＡ、ボンド荷重９０ｇｆの条件で１００本ウェッジ接合をした。そして、このウェッジ接合の終了後、図１に示すように、キャピラリ（２）を上昇させてキャピラリ（２）の先端にボンディングワイヤ（１）を繰り出し、その後ワイヤクランパ（４）を閉にした後、キャピラリ（２）とワイヤクランパ（４）とを一緒に上昇させることにより、キャピラリ（２）の先端に所定の長さのボンディングワイヤ（１）を延出させた状態でワイヤを切断した。これを千回行い、拡大投影機にてボンディングワイヤの屈曲本数を調べた。この測定結果を表１右欄に示す。
比較例
表１に示す組成のボンディングワイヤを比較例１および２とした。これら比較例１および比較例２のワイヤは、結晶粒の個数が外れており、それぞれ固有の優先方位をもっている。すなわち、比較例１のワイヤは、実施例５のワイヤよりも中間熱処理温度が高かったため結晶粒の個数が１３個と少なく、＜１００＞の優先方位が全体の５７％あった。また、比較例２のワイヤは、実施例３のワイヤよりも一時伸線加工の断面減少率が高かったため結晶粒が見られず無数と表示した。また、＜１１１＞の優先方位が全体の４５％あり、＜１００＞の優先方位が全体の１０％あった。
これらの比較例１および２のボンディングワイヤを実施例と同様にして結晶粒測定、方位測定、ボンディングワイヤの屈曲試験およびはみ出し試験を行ったところ、表１右欄の結果を得た。
これらの試験結果から明らかなように、本発明のすべての実施例は、適度な結晶粒をもち、優先方位が無いので、ボンディングワイヤの先端がＪの字状に屈曲することはなかった。一方、比較例１および２のワイヤは、ボンディングワイヤの先端がＪの字状に曲がった本数がそれぞれ８本および１４本あった。よって、比較例のワイヤはＦＡＢにも影響を与えることがわかる。
本発明の銅合金ボンディングワイヤは、従来の金合金ワイヤにとって代わり、汎用ＩＣ、ディスクリートＩＣ、メモリＩＣの他、高温高湿の用途ながら低コストが要求されるＬＥＤ用のＩＣパッケージ、自動車半導体用ＩＣパッケージ等の半導体用途がある。
本発明の銅合金細線のウェッジ接合により得られるボンディングワイヤの断面図である。 銅合金細線のウェッジ接合工程を示す斜視図である。 銅合金細線のウェッジ接合により得られる接合状態を示す断面図である。 Jの字状に屈曲したボンディングワイヤの断面図である。
１ ボンディングワイヤ
２ キャピラリ
３ リード
４ ワイヤクランパ

Claims (8)

  1. 断面積あたりの銅合金の結晶粒が５０〜２５０個あり、その最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／３以下であり、かつ、＜１００＞等の特定方位がいずれも４０％以下の無方位であることを特徴とする銅合金ボンディングワイヤ。
  2. 前記銅合金は金（Ａｕ）が１００質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下、銀（Ａｇ）が１０質量ｐｐｍ以上１，０００質量ｐｐｍ以下またはリン（Ｐ）が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
  3. 前記銅合金はニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）が０．０２質量％以上１質量％以下、リン（Ｐ）が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、その他の不純物元素の総量が１００質量ｐｐｍ以下および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
  4. 前記銅合金の芯材にパラジウム（Ｐｄ）延伸層が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
  5. 前記銅合金の芯材にパラジウム（Ｐｄ）延伸層および金（Ａｕ）薄延伸層が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
  6. 前記結晶粒が８０〜２００個であることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
  7. 前記最大粒径はボンディングワイヤの直径の１／５以下であることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
  8. 前記特定方位がいずれも３８％以下の無方位であることを特徴とする請求項１に記載の銅合金ボンディングワイヤ。
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