JP3358295B2 - ボンディングワイヤ - Google Patents

ボンディングワイヤ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子のチップ電
極と外部リードとを接続するために使用されるボンディ
ングワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の電極
と、外部リードを接続するために、一般に直径が０．０
１〜０．１ｍｍの直径を有するボンディングワイヤが用
いられている。
【０００３】前記ワイヤのボンディングには、ボンディ
ング治具となるセラミックス製キャピラリー、該キャピ
ラリーを保持するための前後上下左右移動可能なヘッ
ド、コントローラ及びボール形成のための電気トーチを
備えてなる超音波熱圧着式ワイヤボンダーが使用されて
いる。また、ボンディング方式には、ボンディングワイ
ヤの先端を溶解させてボール状にした後超音波振動を付
加しながら加熱することにより圧着するボールボンディ
ング方式と、超音波を付加しながら押圧してボンディン
グワイヤを圧着するウェッジボンディング方式がある。
【０００４】前記ワイヤボンダーを用いて半導体素子上
の電極と、外部リードとをボンディングワイヤで接続す
るには、まずキャピラリーを半導体素子の電極上に移動
させて降下させ、ボールボンディング方式によりボンデ
ィングワイヤを該電極に圧着せしめた後（第一ボンディ
ング）、キャピラリーを上昇させて外部リード上に移動
させて降下させ、該リードに前記ワイヤを圧着せしめ
（第二ボンディング）、続いてキャピラリーを上昇させ
てワイヤを切断するという方法により行われる。
【０００５】近年、ワイヤボンダーはボンディング１工
程当りの所要時間が約０．２秒と極めて高速になってお
り、ボンディングワイヤには、 第一ボンディングにおいて、ボンディングワイヤを
加熱して溶解した時に、酸化皮膜のない真球状のボール
が形成され、また該ワイヤと電極との接合状態が良好で
あること、 第二ボンディングにおいて、ワイヤと外部リードと
の接合状態が良好であること、 第一ボンディングと第二ボンディングとの間のワイ
ヤにカールや、ループ垂れなどのループ異常が発生しな
いこと、 ボンディング後の樹脂モールドの際、樹脂の流動に
よるワイヤの変形が起こりにくいこと、 長期間保存しても両ボンディングの接合部が劣化し
ないこと、等の特性が要求される。
【０００６】そこで、純度９９．９９重量％以上の金
に、例えばＣａ，Ｂｅ等の元素を０．０００１〜０．０
１重量％添加して硬度を高めた金合金線を使用すると、
上記〜の特性をある程度備えたボンディングワイヤ
が得られることから、通常純金線ではなく金合金線が用
いられることが多い。
【０００７】ところが近年、半導体デバイスの多ピン化
に伴いボンディングワイヤ間隔の狭ピッチ化及びボンデ
ィング距離の長距離化が進行してきており、そのまま従
来のボンディングワイヤを用いると、ワイヤループが垂
れたり、樹脂封入する時に樹脂の流動抵抗によりボンデ
ィングワイヤが変形し、ボンディングワイヤ同士が接触
したりする等の不具合が生じるため、添加元素の添加量
を増やす、添加元素の種類を増やす、等の手段を用いて
ボンディングワイヤの強度を向上させる試みがなされて
いる。
【０００８】しかしながら、単純に添加元素の添加量を
増やす、今までタイプ別に添加していた元素を複合添加
する、という作業では、ボンディングワイヤの強度は向
上しても、第一ボンディングにおいて、加熱溶解して得
られるボールが硬すぎる為、半導体素子に亀裂を生じ
る、ボール形状が真球にならない、真球に近くともボー
ルを形成する際に収縮孔を生じる、半導体素子上の電極
にボンディングした時に、ボールがいびつに変形し隣の
電極に接触する、収縮孔がある為電極との十分な接合強
度が得られない、ボンディング後のボールの潰れ形状が
いびつな為異状ループを形成してしまい、樹脂封入する
ときに樹脂の流動抵抗によりボンディングワイヤ同士が
接触する、等の不具合が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、第一
ボンディングで接合したボンディングワイヤと半導体素
子上の電極との間に十分な接合強度を持ち、半導体素子
を樹脂封入する際にボンディングワイヤ同士の接触によ
る不良が起こりにくく、リードフレームの狭ピッチ、半
導体素子上の電極の狭パッドピッチ、リードフレームと
半導体素子上の電極間の長ループ配線に適するボンディ
ングワイヤを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ために、本発明のボンディングワイヤは、純度９９．９
９重量％以上の高純度金にＰｔを０．１〜０．８重量
％、Ｃａ，Ｂｅ，Ｇｅ及び希土類元素からなる１群の元
素、さらにＳｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｓｎ及びＴｉからなる１
群の元素の中から、それぞれの群から少なくとも２種以
上の元素を総量で０．０００３〜０．０１重量％添加含
有させた点に特徴がある。
【００１１】
【作用】本発明のボンディングワイヤにおいて、Ａｕに
Ｐｔを含有させた理由は、ＰｔがＡｕに完全に固溶し、
溶解鋳造時及び熱処理後の結晶粒径を微細化させること
により、ボンディングワイヤの直進性が向上し、第一ボ
ンディングにおいて、ボンディングワイヤを加熱して溶
解した時に真球に近いボールを得ることが出来、このボ
ールの結晶粒径が微細なことにより、ボンディング後の
ボール潰れ形状が真円に近く、高く安定した接合強度が
得られる上、高純度金よりも常温及び高温での引張強度
が向上したボンディングワイヤを提供することが出来る
からである。この効果はＰｔを０．１重量％以上添加す
ることにより現れ、Ｐｔを０．８重量％を超えて添加す
ると、第一ボンディングにおいて、ボンディングワイヤ
を加熱して溶解した時にボール表面にしわを生じ、接合
後の引張強さのバラツキが大きくなったり、ボールが硬
くなりすぎて第一ボンディングの際に半導体素子に亀裂
を生じたりすると、直進性に異常をきたす場合があるの
で、Ｐｔを０．１〜０．８重量％含有する組成を有する
ことが必要である。
【００１２】 また、ＡｕにＰｔを含有させる他に、微
量のＣａ，Ｂｅ，Ｇｅ及び希土類元素からなる１群と、
Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｓｎ及びＴｉからなる１群の元素に
おいて、それぞれの群の中から少なくとも２種以上を含
有させる理由は、Ｐｔとの相乗効果により、直進性を更
に向上させる他、常温及び高温での引張強度、及び接合
強度を更に向上させ、かつネック切れを防止する為であ
る。またそれぞれの群の元素を複合で添加することによ
り、一層上記効果の向上が認められる。Ｃａ，Ｂｅ，Ｇ
ｅ及び希土類元素からなる１群と、Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，
Ｓｎ及びＴｉからなる１群の元素の中から、それぞれの
群のから少なくとも２種以上の元素を総量で０．０００
３〜０．０１重量％としたのは、０．０００３重量％未
満ではＰｔとの相乗効果が現れず、直進性、引張強度及
び接合強度を更に向上させることが出来ず、０．０１重
量％を超えると第一ボンディングにおいて、ボンディン
グワイヤを加熱して溶解した時に形成されるボールの真
球度が得られず、接合後の引張強さのバラツキが大きく
なったり、ボンディングワイヤの硬度が高くなり過ぎ、
半導体素子に亀裂を生じたり、ネック切れを生じたり、
直進性に異常をきたす場合があるので、Ｐｔを０．１〜
０．８重量％、Ｃａ，Ｂｅ，Ｇｅ及び希土類元素からな
る１群と、Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｓｎ及びＴｉからなる１
群の元素の中から、それぞれの群のから少なくとも２種
以上の元素を総量で０．０００３〜０．０１重量％含有
する組成を有することが必要である。
【００１３】本発明により、第一ボンディングで接合し
たボンディングワイヤと半導体素子上の電極との間に十
分な接合強度を持ち、半導体素子を樹脂封入する際にボ
ンディングワイヤ同士の接触による不良が起こりにく
く、リードフレームの狭ピッチ、半導体素子上の電極の
狭パッドピッチ、リードフレームと半導体素子上の電極
間の長ループ配線に適するボンディングワイヤが得られ
る。
【００１４】
【実施例】純度９９．９９重量％以上の高純度金にＰ
ｔ，Ｃａ，Ｂｅ，Ｇｅ，希土類元素，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ及びＴｉを種々の割合で添加し、表１に示す組
成の金合金を溶解鋳造した。これらの鋳造品を圧延及び
線引き加工をすることにより３０μｍφのボンディング
ワイヤを得た。次にこれらのワイヤを室温に於ける破断
伸びが６％になるように熱処理し、ボンディングサンプ
ルを得た。これらのボンディングサンプルを第一ボンデ
ィングする際に加熱溶解して得られるボールを採取し、
電子顕微鏡にて表面観察を行った。また、得られたボン
ディングワイヤを用いてボンディングを１０００回行
い、ループ異常の発生の有無、半導体素子の亀裂発生の
有無を調査した。更に得られたボンディングワイヤの引
張試験を常温にて行った。以上の試験にて得られた結果
を表１の右欄に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】上記の表で明らかなように本発明のボンデ
ィングワイヤは、従来例及び比較例のボンディングワイ
ヤに比べ、異常ループの発生がなく、直進性に優れてい
ること、及び従来例のボンディングワイヤ以上の破断強
度を有していることが判る。また、これらの本発明のボ
ンディングワイヤは、第一ボンディング時に形成される
ボールに収縮孔は観察されず、このボールの潰れ形状は
真円に近く、チップにクラックを生じない上、製造時の
引張強度も強く更なる細線化も可能である。
【００１７】
【発明の効果】従って、本発明によるボンディングワイ
ヤは、リードフレームの狭ピッチ、半導体素子上の電極
の狭パッドピッチ、リードフレームと半導体素子上の電
極間の長ループ配線に適するボンディングワイヤを提供
することが出来る。また、本発明によるボンディングワ
イヤは、製造時の引張強度が高い為１０数μｍφ程度の
極細線化が容易であり、かつこの極細線を用いることに
よりＩＣを小型化することが可能である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 純度９９．９９重量％以上の高純度金に
    Ｐｔを０．１〜０．８重量％、Ｃａ，Ｂｅ，Ｇｅ及び希
    土類元素からなる１群の元素、さらにＳｒ，Ｂａ，Ｉ
    ｎ，Ｓｎ及びＴｉからなる１群の元素の中から、それぞ
    れの群から少なくとも２種以上の元素を総量で０．００
    ０３〜０．０１重量％添加含有させたことを特徴とする
    ボンディングワイヤ。
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