JP2661249B2 - 半導体素子ボンディング用金合金線 - Google Patents

半導体素子ボンディング用金合金線

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体素子のチップ電極と外部リードを接
続するために用いるボンディング用金合金線に関する。
「従来の技術」 従来、半導体装置の組立てにおいて、半導体素子のチ
ップ電極とリードフレームとをボンディングする金属細
線として、金線、アルミニウム線または一部において銅
線が用いられている。中でも金線は最も古くから使用さ
れており、耐食性が優れている点で使用量は他に比べて
圧倒的に多い。
ところで、近年、IC組立てコストの低減を目的とし
て、ボンディングマシンの自動化、高速化が進んでい
る。そして、このようなボンディング方法に耐えるよう
な強度を持ち、かつ樹脂モールディング時に流れが生じ
ないような金線が要求されるようになってきた。
また、ボンディングからパッケージングに至るまでに
受ける種々な熱履歴において、軟化したり、「たれ」や
「曲がり」を生じることのないように、高温での強度を
有し、また、若干の「たれ」や「曲がり」を生じてもシ
ョートや断線の生じないような高いループを有するよう
な金線が要求されるようになってきた。
このような要求に応じるため、種々の微量元素を添加
した金線が提案されている。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、ICなどの半導体素子においては、近年の高
集積化に伴い、端子の数が多く（多ピン）かつループが
長くなるという傾向があり、この場合には、「たれ」が
生じずかつ「曲がり」が生じないループ形状を持つこと
が必要不可欠となる。しかしながら、これらの従来のボ
ンディング用金線は、一部には、高い常温強度、高温強
度を有し、かつ高ループ特性を有するものがあるが、例
えば、ピッチ120μｍ以下のファインピッチで、ループ
長3.0mm以上の長ループを要求された場合には、「曲が
り」による金線の接触や「たれ」の発生を防ぎきれない
のが現状である。
また、このような高ループ特性を得るために多量の添
加元素を用いると、強度が高すぎてボンディングに支承
を来すことになる。
本発明は、上記従来のボンディング用金線合金線のも
つ課題を解決すべくなされたもので、ファインピッチで
長ループの場合にも、金線の接触や金線のたるみが発生
せず、かつ、円滑にボンディング作業が行えるようなボ
ンディング用金合金線を提供することを目的とするもの
である。
「課題を解決するための手段」 本発明は、上記課題を解決するために、基本的成分と
して、V,Nb,Mo,Wの１種もしくは２種以上を総量で0.3〜
100重量ppm含有させ、残部をAuおよび不可避的不純物か
ら構成したものであり、これに第２グループの元素とし
て、Ag,Be,Ge,La,Ce,Si,Ni,Ti,Pbの１種もしくは２種以
上を総量で1.0〜100重量ppm含有させたものである。
「作用」 本発明における成分元素の持つ作用ならびにその成分
量の規定理由は以下の通りである。
V,Nb,Mo,Wを純度の高いAuに適量添加すると、常温及
び高温の破断強度が上昇すると共に、加工硬化が生じや
すくなる。このため、ループを形成する際に、従来の金
線では第４図（ａ）に示す様な形状となるのに対し、本
発明の合金線では、第４図（ｂ）に示すように、ワイヤ
が屈曲する部分で加工硬化が生じて大きく外側に膨んだ
形状となる。
このため、本発明の合金線では、第１図に示すループ
高さH1に対してループ中央での高さH2が大きくなり、金
線がリードフィンガーにのる長さｌが短くても、たるみ
や曲がりを生じることがない。
次に、成分量を規定した理由について述べる。V,Nb,M
o,Wの１種もしくは２種以上の添加量が総量で0.3重量pp
m以下では、金線の加工硬化の度合が小さく、良好なル
ープ形状を得る上で効果がなく、逆に、100重量ppm以上
では、加工硬化が進み過ぎてしまうため、スティッチ側
のボンディングの際に金線が充分に変形せず、ボンディ
ングそのものに支障をきたすためである。
また、V,Nb,Mo,Wを所定量含有させたAuに、さらに、A
g,Be,Ca,Ge,La,Ce,Si,Ni,Ti,Pbの１種もしくは２種以上
を微量添加することは、良好なループ形状を有しながら
強度向上を図ることに有効である。これらBe等の元素
は、V,Nb,Mo,Wと併用添加することにより、V,Nb,Mo,Wの
１種もしくは２種以上を添加する場合とほぼ同様の効果
を得ることが可能となる。
しかし、これらBe等の元素を過度に添加すれば、本発
明の特徴である、V,Nb,Mo,Wの良好なループ形状を得る
効果を失わせてしまうばかりか、ボンディング時に合金
線の先端を溶融させた時のボール形成能を劣化させてし
まうこととなる。
従って、これらの元素の添加量範囲は、総量で1.0〜1
00重量ppmを満たすものでなくてはならない。
「実施例」 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
99.999％の高純度金に、第１表の添加元素を真空溶解
により添加してインゴットを作製し、伸線加工を施して
直径25μｍの金細線とした。この後、熱処理によりこの
金細線の常温における破断伸び率を４％となるように調
整し、ボンディング用金合金線とした。
このボンディング用金合金線を常温において引張試験
を行い、また、250℃で20秒間保持した後の高温引張試
験を行った。
さらに、ボンディング装置を用いて、第１図に示すよ
うに、高さの差ｔ＝0.350mm、水平距離Ｌ＝3.2mmである
ようなチップ２とリードフレーム３の間にボンディング
用金合金線１をボンディングし、第１図に示すようなル
ープを形成した。そして、ICチップ電極面からのループ
高さH1およびループ中央部のリードフレーム面からの高
さH2を測定した。また、金合金線３がリードフレーム面
から0.05mm以上低下した「たれ」（第２図参照）の発生
率、及び、合金線が上か見て0.05mm以上ずれた「曲が
り」（第３図参照）の発生率を調査した。
これらの結果をあわせて第２表に示す。
これによれば、本発明の実施例は、常温あるいは高温
の引張試験においてそれぞれ充分な破断強度を持つとと
もに、「曲がり」や「たれ」の発生率が非常に低いこと
が分かる。これに対して、比較例１の高純度Auは、破断
強度が低く、「曲がり」の発生率が高い。これは、素材
自体が柔かく、元素の添加がないので加工による硬化が
少ないためと考えらる。また、比較例２ないし６の、第
２グループの元素のみを添加した実施例は、破断強度は
高くなっているが、「たれ」の発生率が高く、また，
「曲がり」の発生率も高い。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明の半導体素子ボンディン
グ用金合金線は、V,Nb,Mo,Wの１種もしくは２種以上を
総量で0.3〜100重量ppm含有させ、残部をAuおよび不可
避的不純物から構成し、また、これに第２グループの元
素として、Ag,Be,Ge,La,Ce,Si,Ni,Ti,Pbの１種もしくは
２種以上を総量で1.0〜100重量ppm含有させて構成した
ので、これらの元素による加工硬化特性を用いて、円滑
なボンディング作業を損なうことなく、ワイヤの常温、
高温強度を上昇させ、かつ「曲がり」や「たれ」の発生
率を低く抑えることができる。従って、高密度の集積化
が図られた近年の半導体素子において、長距離でピッチ
が細かい場合端子間のボンディングを行う場合において
も、隣接するワイヤどうしが接触したり、パッケージン
グの際に流れを生じることが少なく、信頼性の高い半導
体素子を提供することができるという優れた効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はは実施例に示すボンディング性評価時に形成さ
せたループ形状を示す図、第２図はループ形成時の「た
れ」を示す図、第３図はループ形成時の「曲がり」を示
す図、第４図は従来例と本発明のループ形状の差を示す
図である。 １……ボンディング用金合金線、 ２……ICチップ、３……リードフレーム。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−79741（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−84346（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−163226（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】V,Nb,Mo,Wの１種もしくは２種以上を総量
    で0.3〜100重量ppm含有し、残部がAuおよび不可避的不
    純物からなる半導体素子ボンディング用金合金線。
  2. 【請求項２】V,Nb,Mo,Wの１種もしくは２種以上を総量
    で0.3〜100重量ppm含有し、さらに、Ag,Be,Ge,La,Ce,S
    i,Ni,Ti,Pbの１種もしくは２種以上を総量で1.0〜100重
    量ppm含有し、残部がAuおよび不可避的不純物からなる
    半導体素子ボンディング用金合金線。
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