JP2766706B2 - ボンデイングワイヤー - Google Patents
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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ツプ電極と外部リードを接続
するために用いるボンデイングワイヤーに関する。
するために用いるボンデイングワイヤーに関する。
従来、トランジスター,IC,LSI等の半導体素子のチツ
プ電極と外部リードとの結線にはボンデイングワイヤー
として多くの場合金細線が用いられている。
プ電極と外部リードとの結線にはボンデイングワイヤー
として多くの場合金細線が用いられている。
一方、最近のボンデイング技術の向上に伴なう高速度
化、及び半導体デバイスの高集積化などから使用される
ワイヤーの機械的特性やボンデイング特性及び信頼性に
関する要求が年々厳しくなつてきている。
化、及び半導体デバイスの高集積化などから使用される
ワイヤーの機械的特性やボンデイング特性及び信頼性に
関する要求が年々厳しくなつてきている。
ボンデイングワイヤーに要求される特性を要約する
と、 1)線端に良好なボール形状が安定して得られること、 2)チツプ電極と金ボールの接合性が良く且つ安定した
接合強度が得られること、 3)ボンダーの高速化に対応できうる機械的及び耐熱強
度を有すること、 4)樹脂モールド時に樹脂の流れ・膨張・収縮に充分耐
え、ワイヤーループの変形が少ないこと、 5)ワイヤーの良好なループ形状が得られ、且つ必要な
ループ高さが充分高く安定して得られること、 6)ボンデイング後ボールネツク部の強度(プル強度)
の経時変化(劣化)が少なくボールネツク部の信頼性が
高いこと、 などが挙げられ、従来よりこれらの要求を充たす為に高
純度金中に他の金属元素を添加する方法が採られてい
る。例えば、高純度金にCaを添加したワイヤー(特開昭
53−105968号公報)がある。然しながら、Caはワイヤー
の機械的強度を向上させボンダーの高速化に充分耐え得
るものの、金の再結晶温度が高くなり、水素炎又はアー
ク放電によりボールを形成したときに結晶粒の成長が阻
止され、その結果ワイヤーのループ高さが低くなりシヨ
ート不良発生の原因になるという欠点がある。従つて、
前述の5)の特性は満足されない。この欠点を避けるた
めに、CaにBeを複合して添加する、又はCaにBe更に第三
元素群として希土類元素を添加するワイヤーが開発され
ている(例えば特開昭53−112060号公報、特開昭58−15
4242号公報など)。
と、 1)線端に良好なボール形状が安定して得られること、 2)チツプ電極と金ボールの接合性が良く且つ安定した
接合強度が得られること、 3)ボンダーの高速化に対応できうる機械的及び耐熱強
度を有すること、 4)樹脂モールド時に樹脂の流れ・膨張・収縮に充分耐
え、ワイヤーループの変形が少ないこと、 5)ワイヤーの良好なループ形状が得られ、且つ必要な
ループ高さが充分高く安定して得られること、 6)ボンデイング後ボールネツク部の強度(プル強度)
の経時変化(劣化)が少なくボールネツク部の信頼性が
高いこと、 などが挙げられ、従来よりこれらの要求を充たす為に高
純度金中に他の金属元素を添加する方法が採られてい
る。例えば、高純度金にCaを添加したワイヤー(特開昭
53−105968号公報)がある。然しながら、Caはワイヤー
の機械的強度を向上させボンダーの高速化に充分耐え得
るものの、金の再結晶温度が高くなり、水素炎又はアー
ク放電によりボールを形成したときに結晶粒の成長が阻
止され、その結果ワイヤーのループ高さが低くなりシヨ
ート不良発生の原因になるという欠点がある。従つて、
前述の5)の特性は満足されない。この欠点を避けるた
めに、CaにBeを複合して添加する、又はCaにBe更に第三
元素群として希土類元素を添加するワイヤーが開発され
ている(例えば特開昭53−112060号公報、特開昭58−15
4242号公報など)。
しかしながら、このようにループ高さの改善のためBe
を添加すると、Beは金属中で非常に動きやすいため半導
体素子の動作温度である100〜200℃の温度で、ボール形
成時に同時に形成される粒界に移動して粒界破断の原因
となつたり、ボールネツク部の強度を著しく損なう。
を添加すると、Beは金属中で非常に動きやすいため半導
体素子の動作温度である100〜200℃の温度で、ボール形
成時に同時に形成される粒界に移動して粒界破断の原因
となつたり、ボールネツク部の強度を著しく損なう。
このため、Beを添加すると前記の6)の特性は満足さ
れない。
れない。
このような問題から従来の合金金線では十分なボンデ
イング性能及び信頼性が得られず、これらの欠点を改良
したワイヤーの開発が強く要求されていた。
イング性能及び信頼性が得られず、これらの欠点を改良
したワイヤーの開発が強く要求されていた。
本発明は従来の欠点を解消するため前述の1)〜4)
の特性を有し且つ5)、6)の特性を同時に満たすボン
デイングワイヤーを提供せんとするものである。
の特性を有し且つ5)、6)の特性を同時に満たすボン
デイングワイヤーを提供せんとするものである。
本発明のボンデイングワイヤーは、0.001重量%以下
の不可避不純物を含む高純度金にPを0.0001〜0.01重量
%と、Ca:0.0001〜0.002重量%、Ge:0.0005〜0.003重量
%、Mg:0.0001〜0.002重量%の少なくとも一種を含有せ
しめた合金金線又は更にLa,Ce,Pr,Nd,Sm,Euのうち少な
くとも一種類を0.0001〜0.003重量%含有せしめた合金
金線としたものである。
の不可避不純物を含む高純度金にPを0.0001〜0.01重量
%と、Ca:0.0001〜0.002重量%、Ge:0.0005〜0.003重量
%、Mg:0.0001〜0.002重量%の少なくとも一種を含有せ
しめた合金金線又は更にLa,Ce,Pr,Nd,Sm,Euのうち少な
くとも一種類を0.0001〜0.003重量%含有せしめた合金
金線としたものである。
PはBeの代替物質として添加され、前述1)、2)、
4)の特性を満足すると同時にBeのように信頼性を劣化
させることなく、ループ高さを改善する。0.0001重量%
未満であるとその効果は見られず、0.01重量%を超えて
含有するとその偏析のためインゴツトの製造が困難とな
ると同時にボールの硬度が増し、ボンデイング時に下地
のシリコンチツプに損傷を与える可能性がある。従つて
0.0001〜0.01重量%とする必要がある。
4)の特性を満足すると同時にBeのように信頼性を劣化
させることなく、ループ高さを改善する。0.0001重量%
未満であるとその効果は見られず、0.01重量%を超えて
含有するとその偏析のためインゴツトの製造が困難とな
ると同時にボールの硬度が増し、ボンデイング時に下地
のシリコンチツプに損傷を与える可能性がある。従つて
0.0001〜0.01重量%とする必要がある。
Caは含有量が高いほど機械的強度及び耐熱強度を向上
させるが、0.002重量%を超えるとボール形成時に酸化
膜(CaO)を形成し、チツプ電極との密着性を阻害す
る。又、0.0001重量%未満であると上記強度向上の効果
が認められないので、0.0001〜0.002重量%とする必要
がある。
させるが、0.002重量%を超えるとボール形成時に酸化
膜(CaO)を形成し、チツプ電極との密着性を阻害す
る。又、0.0001重量%未満であると上記強度向上の効果
が認められないので、0.0001〜0.002重量%とする必要
がある。
Geは0.0005重量%以上で機械的強度及び耐熱強度を向
上させるが、0.003重量%を超えて含有するとボール形
成時に真球ボールが形成されにくくなるため、0.0005〜
0.003重量%とする必要がある。
上させるが、0.003重量%を超えて含有するとボール形
成時に真球ボールが形成されにくくなるため、0.0005〜
0.003重量%とする必要がある。
Mgは0.0001重量%未満では効果は見られないが、0.00
01重量%以上で機械的強度及び耐熱強度を向上させ、0.
002重量%を超えて含有するとボール形成時に酸化膜(M
gO)を形成してチツプ電極との接合を阻害するため0.00
01〜0.002重量%とする必要がある。
01重量%以上で機械的強度及び耐熱強度を向上させ、0.
002重量%を超えて含有するとボール形成時に酸化膜(M
gO)を形成してチツプ電極との接合を阻害するため0.00
01〜0.002重量%とする必要がある。
又、第三元素群である希土類元素{La,Ce,Pr,Nd,Sm,E
u}の添加は、第二元素群{Ca,Ge,Mg}の添加量に上限
があるため、更に機械的強度及び耐熱強度が必要な場合
に効果的である。但し、第二元素群を添加せずに第三元
素群をPと共存させると、特性が不安定となり脆化を招
く危険性がある。第三元素群はいずれも酸化しやすい為
0.003重量%を超えて含有するとCa,Mg,と同様に接合性
を悪化させる。又、0.0001重量%以上含有しないとその
効果は見られない。従つて、0.0001〜0.003重量%が必
要である。尚、希土類元素はその精製が困難であるため
高価である。従つて希土類元素を添加するときには安価
なミシユメタル(Mgと希土類元素の混合物)の形で添加
すると経済的である。
u}の添加は、第二元素群{Ca,Ge,Mg}の添加量に上限
があるため、更に機械的強度及び耐熱強度が必要な場合
に効果的である。但し、第二元素群を添加せずに第三元
素群をPと共存させると、特性が不安定となり脆化を招
く危険性がある。第三元素群はいずれも酸化しやすい為
0.003重量%を超えて含有するとCa,Mg,と同様に接合性
を悪化させる。又、0.0001重量%以上含有しないとその
効果は見られない。従つて、0.0001〜0.003重量%が必
要である。尚、希土類元素はその精製が困難であるため
高価である。従つて希土類元素を添加するときには安価
なミシユメタル(Mgと希土類元素の混合物)の形で添加
すると経済的である。
不可避不純物0.001重量%以下の高純度金を原料と
し、これにP,Ca,Ge,Mg,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu及びBeを種々
の割合で添加して第1表に示す組成の金合金を溶解鋳造
し、次に溝ロール加工を施した後、ダイスを用いた線引
き加工で0.03mmφまで伸線した。次にこのワイヤーを室
温における破断伸び率が6%になるように熱処理した後
に、常温での機械的強度を測定し、同ワイヤーを温度25
0℃の雰囲気中に20秒間保持し、その状態で引張り試験
を行ない耐熱強度を測定した。又、図に示すように、半
導体のチツプ1表面とリードフレーム3表面の段差Hを
370μm、ボンデイング距離Lを2mmの条件で、ワイヤー
ボンダーでボンデイングワイヤー2のボンデイングを行
ない、ボンデイング後のチツプ表面よりループ最高部ま
でのループ高さhを測定した。尚、このときのボール径
は80〜90μmであつた。又、チツプ電極とワイヤーの接
合強度を評価するためシエアー強度を測定した。更に、
ボンデイング済みのワイヤーについて、信頼性評価のた
め、ボンデイング直後と200℃の大気中に100時間保持し
た後のプル強度を測定し比較した。
し、これにP,Ca,Ge,Mg,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu及びBeを種々
の割合で添加して第1表に示す組成の金合金を溶解鋳造
し、次に溝ロール加工を施した後、ダイスを用いた線引
き加工で0.03mmφまで伸線した。次にこのワイヤーを室
温における破断伸び率が6%になるように熱処理した後
に、常温での機械的強度を測定し、同ワイヤーを温度25
0℃の雰囲気中に20秒間保持し、その状態で引張り試験
を行ない耐熱強度を測定した。又、図に示すように、半
導体のチツプ1表面とリードフレーム3表面の段差Hを
370μm、ボンデイング距離Lを2mmの条件で、ワイヤー
ボンダーでボンデイングワイヤー2のボンデイングを行
ない、ボンデイング後のチツプ表面よりループ最高部ま
でのループ高さhを測定した。尚、このときのボール径
は80〜90μmであつた。又、チツプ電極とワイヤーの接
合強度を評価するためシエアー強度を測定した。更に、
ボンデイング済みのワイヤーについて、信頼性評価のた
め、ボンデイング直後と200℃の大気中に100時間保持し
た後のプル強度を測定し比較した。
以上の評価により第2表の結果を得た。
第2表の結果から、比較例では例えば17がシエアー強
度では突出して優れているが、ループ高さは極めて小さ
く、14ではボール形状が変形するというように性能に偏
寄りが見られるが、本発明では各性能を夫々均一に有す
るものが得られ、200℃、100時間後のプル強度も向上し
ている。
度では突出して優れているが、ループ高さは極めて小さ
く、14ではボール形状が変形するというように性能に偏
寄りが見られるが、本発明では各性能を夫々均一に有す
るものが得られ、200℃、100時間後のプル強度も向上し
ている。
本発明のボンデイングワイヤーは、いずれも前述の
1)〜4)の要求特性を充分満足し、更に本発明の特徴
であるボールネツク部の信頼性を落とさずに安定し且つ
充分なループ高さが得られることが判る。
1)〜4)の要求特性を充分満足し、更に本発明の特徴
であるボールネツク部の信頼性を落とさずに安定し且つ
充分なループ高さが得られることが判る。
以上の結果より本発明によるボンデイングワイヤー
は、従来の欠点を解消しボンデイング工程での歩留り向
上及び信頼性の向上を可能にするものである。
は、従来の欠点を解消しボンデイング工程での歩留り向
上及び信頼性の向上を可能にするものである。
図はループ高さの測定条件の説明図である。 1……半導体チツプ、2……ボンデイングワイヤー 3……リードフレーム
Claims (2)
- 【請求項1】P:0.0001〜0.01重量%と、Ca:0.0001〜0.0
02重量%,Ge:0.0005〜0.003重量%,Mg:0.0001〜0.002重
量%の少なくとも一種を含有し、残部0.001重量%以下
の不可避不純物と金からなるボンデイングワイヤー。 - 【請求項2】La,Ce,Pr,Nd,Sm,Euのうち少なくとも一種
類を0.0001〜0.003重量%含有する特許請求の範囲
(1)項記載のボンデイングワイヤー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2083064A JP2766706B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ボンデイングワイヤー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2083064A JP2766706B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ボンデイングワイヤー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03283541A JPH03283541A (ja) | 1991-12-13 |
JP2766706B2 true JP2766706B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=13791755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2083064A Expired - Lifetime JP2766706B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ボンデイングワイヤー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2766706B2 (ja) |
Cited By (1)
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 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2083064A patent/JP2766706B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03283541A (ja) | 1991-12-13 |
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