JP2661247B2 - 半導体素子ボンディング用金合金細線 - Google Patents

半導体素子ボンディング用金合金細線

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体素子のチップ電極と外部リードと
を接続するために用いられるボンディング用金合金細線
に関する。
〔従来の技術〕 一般に、半導体素子としてトランジスタやIC、さらに
LSIなどが知られており、ICの製造法の１つとして次に
示すようなものがある。
（ａ）まず、リードフレーム素材として、板厚:0.1〜0.
3mmを有するCu合金条材またはNi合金条材を用意する。
（ｂ）このリードフレーム素材より、エッチングまたは
プレス打抜き加工にて、製造しようとするICの形状に適
合したリードフレームを形成する。
（ｃ）ついで、リードフレームの所定個所に、Siチップ
を、Agペーストなどの導電性樹脂を用いて加熱接着する
か、あるいは、Au,Ag,Ni,Cuまたはこれらの合金で構成
されためっき層を介してはんだ付けする。
（ｄ）Siチップとリードフレームとに渡って、それぞれ
予め形成されたAlなどの電極面にボンディングワイヤと
して直径:20〜50μｍを有するAu細線を用いてボールボ
ンディングを施す。
（ｅ）引続いて、Siチップ、ボンディングワイヤ、およ
びSiチップが取付けられた部分のリードフレームを、こ
れらを保護する目的で樹脂封止する。
（ｆ）最後に、上記リードフレームにおける相互に連な
る部分を切除して、個々のICを形成する。
以上（ａ）〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られ
ている。
さらに、上記（ｄ）工程について詳述すれば、半導体
素子とリードフレームとの金線によるボンディングは、
金線の先端部を、酸水素炎または電気トーチで溶融して
ボール形成し、150〜300℃の加熱状態におかれている半
導体素子とリードフレームとを結線する方法で行われて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、近年のボンディング技術の向上に伴う高速
化及び集積度の高密化、さらに、経済性の面から、これ
らに使用される金線も、高強度化、モールド時の耐流れ
性等が要求されている。しかしながら、従来の金線で
は、常温及び高温での強度不足、チップの大型化に伴う
ループ間距離の長い場合のループの安定性、樹脂モール
ド時の流れ、モールド後のネック切れ等が問題となって
おり、本発明は、これらを解決した半導体素子ボンディ
ング用金合金細線を提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち、本発明のボンディング用金合金細線は、Li
を0.2〜50重量ppm含有させるか、もしくは、これに、L
a,Be,Ca,Si,Ag,Ge,Ce,Pr,In,Pb,Ti,Zr,Pdからなる元素
群から選ばれた少なくとも一種を１〜50重量ppm含有さ
せ、残部がAu及び不可避不純物からなる組成を有する合
金線としたことを特徴するものである。
〔作用〕
この発明の半導体素子ボンディング用金合金細線は、
直径0.05mmφ以下の細線とした場合にも、常温及び高温
で高い引張強度を有しており、線引き加工中あるいはボ
ンディング中の断線が少ない。また、ボンディング時に
おいて、再結晶による結晶粒の粗大化に起因する脆化が
見られず、変形ループ、タレ等の発生がほとんどなく、
高い軟化温度と接合強度を有し、特に長ループにおける
樹脂モールド時の流れ、ネック切れ等が極めて少ない。
以下に、本発明の成分組成を上記のように限定した理
由を説明する。
（ａ）Li この発明の半導体素子ボンディング用金合金細線にお
いて、AuにLiを含有させる理由は、常温及び高温下で引
張り強さを向上させる作用があるためである。
なお、その含有量が0.2ppm未満では所望の高い常温及
び高温強度が得られず、樹脂流れやネック切れを起こ
し、一方、50ppmを越えて含有させると脆化が見られ、
加工性が劣化することから、その含有量を0.2〜50ppmと
した。
（ｂ）La,Be,Ca,Si,Ag,Ge,Ce,Pr,In,Pb,Ti,Zr,Pd また、Auに0.2〜50ppmのLiを含有させる他に、La,Be,
Ca,Si,Ag,Ge,Ce,Pr,In,Pb,Ti,Zr,Pdからなる元素群から
選ばれた少なくとも一種を含有させる理由は、Li単独含
有の場合よりも、常温及び高温での引張強さを高めると
ともに、軟化温度を高め、もってボンディング時及びモ
ールディング時の結晶粒の粗大化を抑制し、特に長ルー
プにおける樹脂流れを防ぎ、ネック切れを防止するため
である。
その含有量が1ppm以下では上記作用に所望の効果が得
られず、一方、50ppmを越えて含有させると、脆化して
線引き加工性が劣化するばかりでなく、ボンディング時
の加熱により、結晶粒界破断を起こしやすくなることか
ら、その含有量を１〜50ppmと定めた。
〔実施例〕
以下、この発明の金合金細線を実施例により具体的に
説明する。
通常の溶解法により、それぞれ第１表に示される成分
を有する金合金溶湯を調製し、鋳造した後、公知の溝型
圧延機を用いて適当な断面寸法まで圧延し、続いて線引
き加工を行って直径:25μｍφの細線とした。また、比
較材として、純金細線を、同様の方法で製造した。
ついで、この結果得られた各種の金合金細線につい
て、常温引張試験を行い、破断荷重と伸びを測定した。
さらに、ワイヤがボンディング時にさらされる環境に近
い条件、すなわち、温度:250℃に20秒間保持した条件で
の高温破断荷重を測定した。また、これらの細線をボン
ディングワイヤとして用い、特にボンディングの困難な
3.5mmの長いボンディング距離（通常:2mm）に渡って、
0.18秒／ワイヤの高速（通常:0.23秒／ワイヤ）でボン
ディングを行い、半導体素子との接合強度を測定すると
ともに、ループ変形の有無を調査した。
なお、ワイヤ流れ量は、樹脂モールド後のワイヤを直
上からＸ線撮像し、この結果のＸ線写真に基づいて、４
つのコーナー部における半導体素子とリードフレームの
ボンディング点を結んだ直線に対するワイヤ最大膨出量
をそれぞれ測定し、これらの平均値をもって表した。
以上の結果を第１表にまとめて示す。
この表に示される結果から、この発明の金合金細線N
o.1〜17は、いずれも従来の純金細線に比較して、一段
と高い強度、特に高温強度を有するので、ワイヤボンデ
ィング時のループ変形がほとんどない。さらに、耐熱性
が優れているので、樹脂モールド後のワイヤ流れが極め
て少ない。
〔発明の効果〕 本願の発明は、Liを0.2〜50重量ppm含み、残部がAu及
び不可避不純物からなるものであり、また、Li添加によ
る効果を補強するものとして、La,Be,Ca,Si,Ag,Ge,Ce,P
r,In,Pb,Ti,Zr,Pdを含有させたものであるので、優れた
常温及び高温強度、並びに優れた耐熱性を有し、さらに
接合強度も優れているので、これを半導体装置のボンデ
ィングワイヤとして用いた場合に、ボンディングの高速
化を可能にし、また半導体装置の高密度化あるいは大型
化にもかかわらずボンディング時のワイヤループの変形
を防止し、さらに、樹脂モールド時のワイヤ流れやネッ
ク切れが著しく抑制されるようになって高い信頼性が得
られるものである。そして、伸線加工性にも優れている
ので、直径0.05mmφ以下の極細線への加工も容易である
ので、製造工程が容易であるなど、工業上有用な特性を
有するものである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Liを0.2〜50重量ppm含み、残部がAu及び不
    可避不純物からなることを特徴とする半導体素子ボンデ
    ィング用金合金細線。
  2. 【請求項２】Liを0.2〜50重量ppm含み、さらに、La,Be,
    Ca,Si,Ag,Ge,Ce,Pr,In,Pb,Ti,Zr,Pdからなる元素群から
    選ばれた少なくとも一種を１〜50重量ppm含み、残部がA
    u及び不可避不純物からなることを特徴とする半導体素
    子ボンディング用金合金細線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7830008B2 (en) 2005-01-24 2010-11-09 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Gold wire for connecting semiconductor chip

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