JP3043878B2 - 半導体素子のボンディング用Ａｕ線 - Google Patents
半導体素子のボンディング用Ａｕ線Info
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- H10W72/551—Materials of bond wires
- H10W72/552—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver
- H10W72/5522—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising gold [Au]
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子のボンディン
グ用Ａｕ線、詳しくは半導体チップ上の電極と外部リー
ドとを接続するために用いられるボンディング用Ａｕ
線、特に、Ａｕ線の先端を溶融させて形成したボールを
チップ電極に圧着・接合せしめた後にループ状に外部リ
ードまで導いて圧着・切断するボールボンディング法に
好適なＡｕ線に関する。
グ用Ａｕ線、詳しくは半導体チップ上の電極と外部リー
ドとを接続するために用いられるボンディング用Ａｕ
線、特に、Ａｕ線の先端を溶融させて形成したボールを
チップ電極に圧着・接合せしめた後にループ状に外部リ
ードまで導いて圧着・切断するボールボンディング法に
好適なＡｕ線に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、この種ボールボンディング法
に用いられるＡｕ線において、０．０５ｍｍ径以下の細
線とするべく、Ｓｃや希土類元素を所定範囲添加して高
い常温，高温引張り強さを有するものとすること（特開
昭５８−９６７４１号参照）や、Ｂｅを所定範囲添加し
て細線加工するに十分な引張り強さを維持するようにす
ることが知られている（特開昭５３−１１２０５９号参
照）。一方、近年においては、ＬＳＩの多ピン化に伴
い、ボンディング形態の長ループ化（高ループ化）の要
求がある。
に用いられるＡｕ線において、０．０５ｍｍ径以下の細
線とするべく、Ｓｃや希土類元素を所定範囲添加して高
い常温，高温引張り強さを有するものとすること（特開
昭５８−９６７４１号参照）や、Ｂｅを所定範囲添加し
て細線加工するに十分な引張り強さを維持するようにす
ることが知られている（特開昭５３−１１２０５９号参
照）。一方、近年においては、ＬＳＩの多ピン化に伴
い、ボンディング形態の長ループ化（高ループ化）の要
求がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記要求に対し本願発
明者が研究を重ねた結果、Ｓｃを所定の範囲で添加した
場合のみ、ボンディング形態の高ループ化に有用である
との知見を得た。
明者が研究を重ねた結果、Ｓｃを所定の範囲で添加した
場合のみ、ボンディング形態の高ループ化に有用である
との知見を得た。
【０００４】また、Ｂｅを添加した場合もボンディング
形態の高ループ化に有用であるものの、ボンディング用
Ａｕ線としての高温引張強度が小さく、ボール形成時に
きれいなボールが作成できないという問題を見出した。
形態の高ループ化に有用であるものの、ボンディング用
Ａｕ線としての高温引張強度が小さく、ボール形成時に
きれいなボールが作成できないという問題を見出した。
【０００５】本発明は、Ｓｃを所定の範囲で添加するこ
とがボンディング形態の高ループ化に有用であるという
本願発明者の知見に基づき、これに加えて、Ａｕ線の高
温引張強度を高めて樹脂封止時のワイヤ流れを抑制可能
にするとともに、ボール形成時に歪みの無いきれいなボ
ールが作成できるようにして接合時の信頼性を高め、更
に所望の常温引張り強度を有するものとして、ＬＳＩの
多ピン化に対応でき、且つ半導体装置の耐久性および信
頼性も向上させ得るボンディング用Ａｕ線を提供するこ
とを目的とする。
とがボンディング形態の高ループ化に有用であるという
本願発明者の知見に基づき、これに加えて、Ａｕ線の高
温引張強度を高めて樹脂封止時のワイヤ流れを抑制可能
にするとともに、ボール形成時に歪みの無いきれいなボ
ールが作成できるようにして接合時の信頼性を高め、更
に所望の常温引張り強度を有するものとして、ＬＳＩの
多ピン化に対応でき、且つ半導体装置の耐久性および信
頼性も向上させ得るボンディング用Ａｕ線を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】斯る本発明のボンディン
グ用Ａｕ線は、高純度ＡｕにＳｃを3 〜20ｗｔppm 、Ｂ
ｅを3 〜20ｗｔppm 、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の中から一
種又は二種を20ｗｔppm 以下、総量6 〜40ｗｔppm の範
囲内で添加せしめたことを特徴とする。
グ用Ａｕ線は、高純度ＡｕにＳｃを3 〜20ｗｔppm 、Ｂ
ｅを3 〜20ｗｔppm 、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の中から一
種又は二種を20ｗｔppm 以下、総量6 〜40ｗｔppm の範
囲内で添加せしめたことを特徴とする。
【０００７】ここでいう高純度Ａｕとは不可避不純物を
含むものであり、また希土類元素とは原子番号57〜71ま
でのＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕであ
る。
含むものであり、また希土類元素とは原子番号57〜71ま
でのＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕであ
る。
【０００８】
【作用】本発明ボンディング用Ａｕ線における各元素の
添加範囲の限定理由について説明する。
添加範囲の限定理由について説明する。
【０００９】従来においては、高純度Ａｕの高温引張強
度を向上させるためにＳｃを添加することは知られてい
たが、ボンディング時のループ高さを高くし得るという
知見は無く、Ｓｃの添加量に比例してループ高さが低く
なるという認識が一部にあった（図１中の曲線（１）参
照）。しかしながら本願発明者は、Ｓｃの添加量を3〜2
0ｗｔppm の範囲内に限った場合のみ、ボンディングの
際のループ高さを高くでき（図１中の曲線（２）参
照）、且つＡｕ線の高温引張強度も大きくなる（図１中
の曲線（３）参照）ことを発見し、さらにＳｃを添加し
ない場合及び添加量が20ｗｔppm を越える場合は前述の
ような効果を得れないことを確認して、Ｓｃの添加量を
前述の如く設定した。
度を向上させるためにＳｃを添加することは知られてい
たが、ボンディング時のループ高さを高くし得るという
知見は無く、Ｓｃの添加量に比例してループ高さが低く
なるという認識が一部にあった（図１中の曲線（１）参
照）。しかしながら本願発明者は、Ｓｃの添加量を3〜2
0ｗｔppm の範囲内に限った場合のみ、ボンディングの
際のループ高さを高くでき（図１中の曲線（２）参
照）、且つＡｕ線の高温引張強度も大きくなる（図１中
の曲線（３）参照）ことを発見し、さらにＳｃを添加し
ない場合及び添加量が20ｗｔppm を越える場合は前述の
ような効果を得れないことを確認して、Ｓｃの添加量を
前述の如く設定した。
【００１０】更に、前述の添加範囲内（3 〜20ｗｔppm
）のＳｃに加えてＢｅを添加することで、ＳｃとＢｅ
の相互作用によりＳｃ，Ｂｅを単独で添加した場合より
もＡｕ線の引張強度を大きくし、且つＳｃの作用により
Ｂｅ単独の添加にみられる歪の発生のないきれいなボー
ルを形成し得る。
）のＳｃに加えてＢｅを添加することで、ＳｃとＢｅ
の相互作用によりＳｃ，Ｂｅを単独で添加した場合より
もＡｕ線の引張強度を大きくし、且つＳｃの作用により
Ｂｅ単独の添加にみられる歪の発生のないきれいなボー
ルを形成し得る。
【００１１】Ｂｅを添加しない場合は引張強度の向上効
果を得ることはできず、Ｂｅの添加量が20ｗｔppm を越
えるとボール形状が不安定になるので好ましくない。ま
たＳｃの添加量が20ｗｔppm を越えるとループ高さが低
く抑えられ高ループ化が達成できない。よって、Ｓｃ及
びＢｅの添加量を前述の如く設定した。
果を得ることはできず、Ｂｅの添加量が20ｗｔppm を越
えるとボール形状が不安定になるので好ましくない。ま
たＳｃの添加量が20ｗｔppm を越えるとループ高さが低
く抑えられ高ループ化が達成できない。よって、Ｓｃ及
びＢｅの添加量を前述の如く設定した。
【００１２】更に、前述の添加範囲内（3 〜20ｗｔppm
）のＳｃ及びＢｅに加えて、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の
中から一種又は二種を所定量添加することで、Ｓｃ，Ｂ
ｅ単独の添加に比してＡｕ線の引張強度を向上させると
共に、歪の発生のないきれいなボールを形成し、且つル
ープ高さを高ループの範囲内とする。
）のＳｃ及びＢｅに加えて、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の
中から一種又は二種を所定量添加することで、Ｓｃ，Ｂ
ｅ単独の添加に比してＡｕ線の引張強度を向上させると
共に、歪の発生のないきれいなボールを形成し、且つル
ープ高さを高ループの範囲内とする。
【００１３】各元素の添加総量が6 ｗｔppm に満たない
場合は前述の効果を得ることができず、また各元素の添
加総量が40ｗｔppm を越える場合はＡｕ線のボールが硬
くなりすぎて、ボンディングの際にチップ割れを起こす
と共に、ボンディング時のループ高さが低く抑えられ、
且つボールに歪が生ずるので好ましくない。よって、夫
々の元素の添加量及び各元素の添加総量を前述の如く設
定した。
場合は前述の効果を得ることができず、また各元素の添
加総量が40ｗｔppm を越える場合はＡｕ線のボールが硬
くなりすぎて、ボンディングの際にチップ割れを起こす
と共に、ボンディング時のループ高さが低く抑えられ、
且つボールに歪が生ずるので好ましくない。よって、夫
々の元素の添加量及び各元素の添加総量を前述の如く設
定した。
【００１４】
【実施例】以下、本発明に係る半導体素子のボンディン
グ用Ａｕ線の試験例を説明する。まず、表１の成分組成
を有する試料 No.１〜７のＡｕ線を用意し、各試料ごと
にループ高さ、常温引張強度、高温引張強度を夫々テス
トした。その測定結果もまた表１中に示す。
グ用Ａｕ線の試験例を説明する。まず、表１の成分組成
を有する試料 No.１〜７のＡｕ線を用意し、各試料ごと
にループ高さ、常温引張強度、高温引張強度を夫々テス
トした。その測定結果もまた表１中に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】各試料は、不可避不純物を含む高純度Ａｕ
にＳｃを添加して溶解鋳造し、次いで溝ロール加工を施
し、その途中で焼鈍処理を施した後に線引加工で線径25
μｍの母線に作成し、さらに十分応力除去を行った後に
テストした。各テストの方法及び測定結果の判定は次の
通りである。
にＳｃを添加して溶解鋳造し、次いで溝ロール加工を施
し、その途中で焼鈍処理を施した後に線引加工で線径25
μｍの母線に作成し、さらに十分応力除去を行った後に
テストした。各テストの方法及び測定結果の判定は次の
通りである。
【００１７】ループ高さはボールボンディング法により
各試料で半導体チップの電極と外部リードとに渡りルー
プ状にボンディングした結果、半導体チップからループ
最上端までの距離を測定した値である。
各試料で半導体チップの電極と外部リードとに渡りルー
プ状にボンディングした結果、半導体チップからループ
最上端までの距離を測定した値である。
【００１８】常温引張強度は標点間距離100 mmの各試料
を室温にて、引張り試験機により引張速度10mm/minにて
引張りテストをし測定した結果である。
を室温にて、引張り試験機により引張速度10mm/minにて
引張りテストをし測定した結果である。
【００１９】高温引張強度は標点間距離100 mmの各試料
を250゜C ，20秒保持後に該温度雰囲気で、引張り試験機
により引張速度10mm/minにて引張りテストをし測定した
結果である。
を250゜C ，20秒保持後に該温度雰囲気で、引張り試験機
により引張速度10mm/minにて引張りテストをし測定した
結果である。
【００２０】上記表１によれば、Ｓｃの添加がない場合
（試料 No.７）は、ある程度のループ高さを維持するこ
とはできるものの、満足な常温引張強度、高温引張強度
が得られないことが確認される。また、Ｓｃの添加量が
20ｗｔppm を越えた場合（試料 No.４〜６）ではある程
度の常温・高温引張強度は得られるものの、高ループ化
が実現されないことが確認される。
（試料 No.７）は、ある程度のループ高さを維持するこ
とはできるものの、満足な常温引張強度、高温引張強度
が得られないことが確認される。また、Ｓｃの添加量が
20ｗｔppm を越えた場合（試料 No.４〜６）ではある程
度の常温・高温引張強度は得られるものの、高ループ化
が実現されないことが確認される。
【００２１】これに対し試料 No.１〜３によれば、高ル
ープ化を十分満足し得るループ高さ（240 μm程度）を
実現できるものの、常温引張強度について満足な結果が
得られないことが確認できた。
ープ化を十分満足し得るループ高さ（240 μm程度）を
実現できるものの、常温引張強度について満足な結果が
得られないことが確認できた。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】次に本発明に係るＡｕ線について説明すれ
ば、表２の成分組成を有する試料No.８〜１３のＡｕ線
を用意し、各試料ごとにループ高さ、常温引張強度、ボ
ール形状を夫々テストした。その測定結果もまた表２中
に示す。
ば、表２の成分組成を有する試料No.８〜１３のＡｕ線
を用意し、各試料ごとにループ高さ、常温引張強度、ボ
ール形状を夫々テストした。その測定結果もまた表２中
に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】各試料は、不可避不純物を含む高純度Ａｕ
にＳｃ、Ｂｅ、及びＣａ，Ｙ，Ｌａの中から一種又は二
種を添加して溶解鋳造し、次いで溝ロール加工を施し、
その途中で焼鈍処理を施した後に線引加工で線径25μｍ
の母線に作成し、さらに十分応力除去を行った後にテス
トした。
にＳｃ、Ｂｅ、及びＣａ，Ｙ，Ｌａの中から一種又は二
種を添加して溶解鋳造し、次いで溝ロール加工を施し、
その途中で焼鈍処理を施した後に線引加工で線径25μｍ
の母線に作成し、さらに十分応力除去を行った後にテス
トした。
【００３１】尚、表中においては希土類元素の中からＬ
ａのみを選んでおり、その他の希土類元素については同
様の結果を得られたので表記は省略した。また、各テス
トの方法及び測定結果の判定は前述と同様であり、その
説明は省略する。また、ボール形状は放電時間を４ｍｓ
とし、ボールの直径が線径の2.5 倍となるように放電電
流を調整してボールを形成し、該ボールに歪が有か否か
で測定した。測定の結果、歪がない場合を○印、歪があ
った場合を×印で夫々表記した。
ａのみを選んでおり、その他の希土類元素については同
様の結果を得られたので表記は省略した。また、各テス
トの方法及び測定結果の判定は前述と同様であり、その
説明は省略する。また、ボール形状は放電時間を４ｍｓ
とし、ボールの直径が線径の2.5 倍となるように放電電
流を調整してボールを形成し、該ボールに歪が有か否か
で測定した。測定の結果、歪がない場合を○印、歪があ
った場合を×印で夫々表記した。
【００３２】上記表２によれば、Ｓｃ・Ｂｅの添加量が
3 ｗｔppm に、各元素の添加総量が6 ｗｔppm に夫々満
たない場合（試料 No.12）は、ある程度の常温引張強度
が得られると共に歪のないボールの形成が可能であるも
のの、高ループ化が実現されない（207 μm程度）こと
が確認される。また、各元素の添加総量が40ｗｔppm を
越えた場合（試料 No.13）は、ボールが硬くなり過ぎチ
ップ割れが生じることが確認され、且つループ高さが低
く抑えられると共にボール形状も歪になることが確認さ
れる。
3 ｗｔppm に、各元素の添加総量が6 ｗｔppm に夫々満
たない場合（試料 No.12）は、ある程度の常温引張強度
が得られると共に歪のないボールの形成が可能であるも
のの、高ループ化が実現されない（207 μm程度）こと
が確認される。また、各元素の添加総量が40ｗｔppm を
越えた場合（試料 No.13）は、ボールが硬くなり過ぎチ
ップ割れが生じることが確認され、且つループ高さが低
く抑えられると共にボール形状も歪になることが確認さ
れる。
【００３３】従って、表２の測定結果により明らかな如
く、本発明実施品（試料 No.8〜11）によれば、Ｓｃ単
独の添加に比べより大きな常温引張強度（10.1〜11.5g
程度）を有し、且つ高ループ化を実現可能なループ高さ
（220 μm以上）を得られ、しかもＢｅ単独の添加にみ
られるボール形状の不安定化も解消して、ＬＳＩの高密
度実装（多ピン化）に有用な所定の特性を得られること
が確認できた。
く、本発明実施品（試料 No.8〜11）によれば、Ｓｃ単
独の添加に比べより大きな常温引張強度（10.1〜11.5g
程度）を有し、且つ高ループ化を実現可能なループ高さ
（220 μm以上）を得られ、しかもＢｅ単独の添加にみ
られるボール形状の不安定化も解消して、ＬＳＩの高密
度実装（多ピン化）に有用な所定の特性を得られること
が確認できた。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、高純度Ａｕの高温引張
り強度の改善に有用なＳｃの添加により樹脂封止時のワ
イヤ流れが抑制されるとともに、前記Ｓｃの添加を3 〜
20ｗｔppm の範囲内に限定することでボンディング時の
高ループの形成が可能となった。更に、Ｂｅの同時添加
により、引張り強度の向上とボール形状の安定を図るこ
とができた。さらに前述の添加範囲内のＳｃとＢｅに加
えて、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の中から一種又は二種を加
えることにより、Ｓｃ及びＢｅの添加による前述の効果
をより向上させることができた。従って、半導体装置の
耐久性および信頼性を向上させるとともに、長ループ化
できてＬＳＩの高密度実装（多ピン化）に有用なボンデ
ィング用Ａｕ線を提供することができる。
り強度の改善に有用なＳｃの添加により樹脂封止時のワ
イヤ流れが抑制されるとともに、前記Ｓｃの添加を3 〜
20ｗｔppm の範囲内に限定することでボンディング時の
高ループの形成が可能となった。更に、Ｂｅの同時添加
により、引張り強度の向上とボール形状の安定を図るこ
とができた。さらに前述の添加範囲内のＳｃとＢｅに加
えて、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の中から一種又は二種を加
えることにより、Ｓｃ及びＢｅの添加による前述の効果
をより向上させることができた。従って、半導体装置の
耐久性および信頼性を向上させるとともに、長ループ化
できてＬＳＩの高密度実装（多ピン化）に有用なボンデ
ィング用Ａｕ線を提供することができる。
【００３５】
【図１】Ａｕ線に対するＳｃの含有量とボンディングの
際のループ高さ／高温引張強度の関係を表すグラフ
際のループ高さ／高温引張強度の関係を表すグラフ
Claims (1)
- 【請求項１】高純度Ａｕに、Ｓｃを3 〜20ｗｔppm 、Ｂ
ｅを3 〜20ｗｔppm 、Ｃａ，Ｙ，希土類元素の中から一
種又は二種を20ｗｔppm 以下、総量6 〜40ｗｔppm の範
囲内で添加せしめたことを特徴とする半導体素子のボン
ディング用Ａｕ線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3338905A JP3043878B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 半導体素子のボンディング用Ａｕ線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3338905A JP3043878B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 半導体素子のボンディング用Ａｕ線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05175271A JPH05175271A (ja) | 1993-07-13 |
| JP3043878B2 true JP3043878B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=18322452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3338905A Expired - Fee Related JP3043878B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 半導体素子のボンディング用Ａｕ線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3043878B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2922388B2 (ja) * | 1993-04-22 | 1999-07-19 | 新日本製鐵株式会社 | ボンディング用金合金細線 |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3338905A patent/JP3043878B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05175271A (ja) | 1993-07-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |