JP4150752B1 - ボンディングワイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】高純度金ボンディングワイヤにおいて添加元素酸化物の付着に起因するセカンド接合不良を解消する。
【解決手段】Mg５〜１００質量％、In５〜２０質量％、Al5〜20質量％、Yb５〜２０質量％、残部純度９９．９９５質量％以上の金合金であるボンディンググワイヤであり、さらに、Ca５〜２０質量％を加え、また、これらにおいて、La５〜２０質量％、Ｌｕ５〜２０質量％、Sn５〜１００質量％、Sr５〜１００質量％のうちの一種以上を添加し、或いは、さらにこれらの金合金において、Pd０．０１〜１．２質量％含有させた金合金ボンディングワイヤである。
これらの微量元素を含有するボンディングワイヤは、微小放電によるボール形成時及びファーストボンディング時に生じてキャピラリー先端に付着した添加元素酸化物がセカンドボンディング時にワイヤの転写されて蓄積しないため、これら蓄積汚染物質による障害が生じない。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子と外部リードとを結線するボンディングワイヤに関する。
ＩＣチップの電極と外部配線を接続する場合、ワイヤを介して配線するワイヤボンディング方法が知られている。この中でもＩＣチップのＡｌ電極とワイヤを接合する方式として、超音波併用熱圧着接合及び超音波接合が主流を占めている。ここで、超音波併用熱圧着接合は、通常ボールボンディング方法により行われている。ボールボンディング方法による接合法を、後述する特許文献1（特許第３６５７０８７号）に示す図面を用いて説明する。
図１（ａ）に示すように、ワイヤ２がキャピラリー１のワイヤ挿通孔を通してキャピラリー先端部の細孔から送出され、その先端に電気トーチ３を対向させ、ワイヤ２との間で放電させることにより、ワイヤ２の先端を加熱、溶融してボール４を形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、キャピラリー１を下降させて該ボール４をＩＣチップ６上のＡｌ電極５の上に押圧接合する（ファースト接合）。このとき、図示しないが超音波振動がキャピラリー１を通して付加されると共に、ＩＣチップ６はヒートブロックで加熱されるため、上記ボール４は熱圧着されて圧着ボール４′となる。その後、図１（ｃ）に示すように、キャピラリー１は所定の軌跡を描いて、リードフレームの外部配線８の上に移動し、下降する。この際、図示しないが超音波振動がキャピラリー１を通して付加され、外部配線８は、ヒートブロックで加熱されるためワイヤ２側面が熱圧着され、接合する（セカンド接合）。接合後、図１（ｄ）に示すように、クランパー７がワイヤ２をクランプしたまま上昇することにより、ワイヤ２がキャピラリー先端部の細孔から僅かに出た状態（テールと呼ばれる）で切断され、配線が完了する。この操作を繰り返しながらボンディングが行なわれる。
ワイヤボンディング装置用の円筒形のキャピラリー１は、アルミナ、ジルコニアあるいはルビーやサファイア等の高融点材料で形成され、さらに高寿命なものとしてダイヤモンドコーティングなどをこれらの高融点材料のキャピラリー先端部に被覆したものもあるが、代表的なものはアルミナである。キャピラリー１は、内部にボンディング用の金属ワイヤを挿入するためのワイヤ導出孔１０２を有している。たとえば、２５μｍφ程度の金属ワイヤを用いる場合、ワイヤ導出孔１０２の大きさは３３μｍφ〜４０μｍφ程度である。キャピラリー１のボトルネック部の外側は、ボンディングする間隔とボンディング後の金属ワイヤの形状および大きさを考慮して、１０°程度の角度がつけられている。ここで、ホール径Ｈは、３８μｍ、チップ径Ｔは１５２μｍ、およびチャンファー径ＣＤは６４μｍである。
これまでさまざまなボンディングワイヤが開発されている。たとえば、希土類元素を微量に添加した金（Ａｕ）からなる金合金が引っ張り強度を向上させることが知られている。また、ボール形状、引っ張り強度およびシェア強度を向上させるボンディングワイヤとして、ストロンチウムを１〜１０重量ppm 、ベリリウムを１〜２０重量ppm 、インジウム１〜５０重量ppm の範囲以内で含有し、残部が金と不可避不純物からなることを特徴とするボンディング用金合金細線も後述する特許文献２（特許第３０５９３１４号）に知られている。また、長期間ボンディングした場合の接合の安定性を向上させたＡｕ−１質量％合金のボンディングワイヤ材料も知られている。これらのワイヤ材料は、純金中に完全に合金化していると考えられ、微量添加元素が昇華して悪影響を及ぼすことはこれまで検討されたことがなかった。
ところが、ワイヤボンディング作業において、キャピラリー１の先端部は通常２００℃程度に加熱されており、またアーク放電による初期ボール作製時にはキャピラリー１の先端部表面温度は、瞬間的に１，０００℃以上の温度に上昇することがある。そのため、１秒間に十数回の高速で何十万回も無人でボンディングを繰り返して行うと、キャピラリー１の先端部の材質にかかわらず、まずワイヤ金属から転写された汚染物質によりキャピラリー１の先端部１００が汚染してくる。その後、この汚染物質がキャピラリー１の先端部１００に漸次不均一に蓄積していく。やがて、この堆積した汚染物質によってキャピラリー１は、セカンド接合における超音波や力の伝達が阻害され、接合に必要なエネルギー量が印加されない事態を招く。従来のボンディングワイヤ材料を使用したキャピラリーでは、先端部１００に蓄積された微量な添加元素などの汚染物質によってリードフレームの外部配線８上でのセカンド接合後のワイヤの切断がうまくいかなかったり、あるいは、数十万回に1回の割合でこの蓄積された汚染物質がキャピラリー１の先端部１００からはがれ落ちたりする。このセカンド接合不良によってボールボンディング装置の停止が頻発し、ボンディング作業が停止する事態がたびたび生じていた。また、ボールボンディング装置の停止には至らないものの、セカンド側での接合強度が大幅に低下することがあった。
特許第３６５７０８７号公報 特許第３０５９３１４号公報
本願発明は、前述の従来事情に鑑み、従来と同様のプル強度および真円度に優れたボンディングワイヤであって、しかも、１秒間に十数回の高速で何十万回もボンディングし続けていってもキャピラリーの先端部に汚染物質が蓄積することがなく、セカンド接合強度が低下しないボンディングワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、ボンディングワイヤの強度に優れている金合金線について鋭意研究を重ねた結果、純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）または純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）合金に微量な添加元素であるマグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）が所定量の範囲内であれば、キャピラリーの先端部をこれらの微量な添加元素が汚染するものの、その汚染物質はキャピラリーの先端部に蓄積することがないという効果を発揮することを知見し、本発明を完成するに至った。
具体的には、本発明によれば、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
また、本発明によれば、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
また、本発明によれば、ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
また、本発明によれば、ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
他方、本発明によれば、パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
また、本発明によれば、パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤであることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
また、本発明によれば、ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
また、本発明によれば、ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤであることを特徴とするボンディングワイヤが提供される。
本発明の金合金ボンディングワイヤは、微小放電によるボール形成時やファーストボンディング時に形成・昇華して、キャピラリー先端部に付着する微量添加元素酸化物などの汚染物質が、セカンド接合時における超音波や熱圧着操作に伴って接合対象のワイヤなどに容易に転写され、蓄積しないため、これらの汚染物質による接合不良や剥離に伴う障害が解消される。
本発明においては微量な添加元素の種類が少なく、成分範囲が狭く、限定的である。ボンディングワイヤのセカンド接合性は、不純物を全く含まない、純金が最も優れているが、本発明の微量な添加元素はすべてこの純金のもつ優れたセカンド接合性をさほど阻害しない元素である。本発明の微量な添加元素の配合比のバランスが崩れると、セカンド接合における圧着接合された接合部形状に大きく影響する。
なお、本発明が金（Ａｕ）合金系の場合、金（Ａｕ）以外の微量な添加元素および不純物元素の合計が１００質量ppm未満であれば、９９．９９質量％以上の高純度金ボンディングワイヤとして表示できるので、商業上有利である。
〔Ｐｄ〕
本発明の合金系において、パラジウム（Ｐｄ）はファースト接合部の長期接合信頼性に寄与する元素である。Pdを添加すればするほど、長期接合信頼性は増すが、１．２％を超えると、初期ボールが硬くなり、チップ割れが発生するなど接合が困難になる。
〔Ｍｇ〕
本発明の合金系において、マグネシウム（Ｍｇ）はセカンド接合性が良い必須の添加元素であり、また、溶融ボールの圧着径の真円度に効果的な元素である。他方、ボンディングワイヤの引っ張り強度にはマグネシウム（Ｍｇ）はカルシウム（Ｃａ）のように効果をもたらさない。本発明の合金系において、マグネシウム（Ｍｇ）は５質量ppm以上必要である。これ未満ではセカンド接合性に効果がないからである。本発明の合金系において、ワイヤのセカンド接合性を安定させるには、マグネシウム（Ｍｇ）は３０質量ppm以上が好ましい。他方、本発明の合金系において、マグネシウム（Ｍｇ）が１００質量ppmを超えて多くなりすぎても、初期ボール作成時に生成した酸化物がキャピラリーに堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼす。本発明の合金系において、セカンド接合性を安定させるには、マグネシウム（Ｍｇ）は７０質量ppm以下が好ましい。
〔Ｉｎ〕
本発明の合金系において、インジウム（Ｉｎ）はセカンド接合性が良い必須の添加元素であり、また、溶融ボールの圧着径の真円度に効果的な元素である。他方、ボンディングワイヤの引っ張り強度にはインジウム（Ｉｎ）は、カルシウム（Ｃａ）のように効果をもたらさない。本発明の合金系において、インジウム（Ｉｎ）は５質量ppm以上必要である。これ未満ではセカンド接合性に効果がないからである。他方、本発明の合金系において、インジウム（Ｉｎ）が２０質量ppmを超えると、酸化物がキャピラリーに堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼす。
〔Ａｌ〕
本発明の合金系において、アルミニウム（Ａｌ）はセカンド接合性が良い必須の添加元素である。他方、ボンディングワイヤの引っ張り強度にはアルミニウム（Ａｌ）はカルシウム（Ｃａ）のように効果をもたらさない。本発明の合金系において、アルミニウム（Ａｌ）は５質量ppm以上必要である。これ未満ではセカンド接合性に効果がないからである。他方、本発明の合金系において、アルミニウム（Ａｌ）が２０質量ppmを超えると、酸化物がキャピラリーに堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼす。
〔Ｙｂ〕
本発明の合金系において、イッテルビウム(Ｙｂ)はセカンド接合性が良い必須の添加元素であり、また、溶融ボールの圧着径の真円度に効果的な元素である。他方、ボンディングワイヤの引っ張り強度にはイッテルビウム(Ｙｂ)はカルシウム（Ｃａ）のように効果をもたらさない。本発明の合金系において、イッテルビウム(Ｙｂ)は５質量ppm以上必要である。これ未満ではセカンド接合性に効果がないからである。他方、本発明の合金系において、イッテルビウム(Ｙｂ)が２０質量ppmを超えると、酸化物がキャピラリーに堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼす。
〔Ｃａ〕
本発明の合金系において、カルシウム（Ｃａ）はボンディングワイヤの引っ張り強度に最も効果的な元素である。しかしながら、カルシウム（Ｃａ）はキャピラリーの先端部のチャンファー面に酸化物が堆積しやすいため、本発明の合金系において任意の添加元素でありその添加量が限定される。本発明の合金系において、カルシウム（Ｃａ）が５質量ppm未満ではボンディングワイヤの引っ張り強度に効果がなく、２０質量ppmを超えると酸化物がキャピラリーのチャンファー面に堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼすから、カルシウム（Ｃａ）の添加量は５〜２０質量ppmの範囲内である。
〔Ｌａ〕
本発明の合金系において、ランタン（Ｌａ）はボンディングワイヤの引っ張り強度に効果的な元素である。また、ランタン（Ｌａ）はセカンド接合性に効果的な元素である。また、溶融ボールの圧着径の真円度に効果的な元素である。しかしながら、ランタン（Ｌａ）はキャピラリーの先端面に酸化物が堆積しやすいため、本発明の合金系において任意の添加元素であり、その添加量が限定される。本発明の合金系において、ランタン（Ｌａ）が５質量ppm未満ではボンディングワイヤの引っ張り強度に効果がなく、２０質量ppmを超えると酸化物がキャピラリーの先端面に堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼすから、ランタン（Ｌａ）の添加量は５〜２０質量ppmの範囲内である。
〔Ｌｕ〕
本発明の合金系において、ルテチウム（Ｌｕ）はボンディングワイヤの引っ張り強度に効果的な元素である。また、ルテチウム（Ｌｕ）はセカンド接合性に効果的な元素である。しかしながら、ルテチウム（Ｌｕ）はキャピラリーの先端面に酸化物が堆積しやすいため、本発明の合金系において任意の添加元素であり、その添加量が限定される。本発明の合金系において、ルテチウム（Ｌｕ）が５質量ppm未満ではボンディングワイヤの引っ張り強度に効果がなく、２０質量ppmを超えると酸化物がキャピラリーの先端面に堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼすから、ルテチウム（Ｌｕ）の添加量は５〜２０質量ppmの範囲内である。
〔Ｓｎ〕
本発明の合金系において、スズ（Ｓｎ）はセカンド接合性に効果的な元素である。しかしながら、スズ（Ｓｎ）はキャピラリーの先端面に酸化物が堆積しやすいため、本発明の合金系において任意の添加元素であり、その添加量が限定される。本発明の合金系において、スズ（Ｓｎ）は５質量ppm以上必要である。これ未満ではセカンド接合性に効果がないからである。本発明の合金系において、ワイヤのセカンド接合性を安定させるには、スズ（Ｓｎ）は３０質量ppm以上が好ましい。他方、本発明の合金系において、スズ（Ｓｎ）が１００質量ppmを超えて多くなりすぎても、酸化物がキャピラリーの先端面に堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼす。本発明の合金系において、セカンド接合性を安定させるには、スズ（Ｓｎ）は７０質量ppm以下が好ましい。
〔Ｓｒ〕
本発明の合金系において、ストロンチウム（Ｓｒ）はセカンド接合性に効果的な元素である。また、溶融ボールの圧着径の真円度に効果的な元素である。しかしながら、ストロンチウム（Ｓｒ）はキャピラリーの先端面に酸化物が堆積しやすいため、本発明の合金系において任意の添加元素であり、その添加量が限定される。本発明の合金系において、ストロンチウム（Ｓｒ）は５質量ppm以上必要である。これ未満ではセカンド接合性に効果がないからである。本発明の合金系において、ワイヤのセカンド接合性を安定させるには、ストロンチウム（Ｓｒ）は、３０質量ppm以上が好ましい。他方、本発明の合金系において、ストロンチウム（Ｓｒ）が１００質量ppmを超えて多くなりすぎても、酸化物がキャピラリーに堆積し、セカンド接合性に悪影響を及ぼす。本発明の合金系において、セカンド接合性を安定させるには、ストロンチウム（Ｓｒ）は７０質量ppm以下が好ましい。
本発明のボンディングワイヤについて、セカンド接合性、引っ張り強度および溶融ボールの圧着径の真円度は次のようにして測定した。
（１）セカンド接合性
セカンド接合性とは、ボンディングワイヤを銀（Ａｇ）めっきされた４２アロイからなるリードフレーム上に押し付け、ステッチ接合する際に、熱・荷重・超音波を加えてボンディングワイヤを変形させ、リードフレーム上に接合させたときの接合のしやすさをいう。セカンド接合性に関しては、５０万回ボンディングテストを行ない、その途中のセカンド接合での不着数を測定して評価した。
（２）引っ張り強度
伸び率を４％にしたときの引っ張り強度に関して、市販の引っ張り試験機を用いて測定した。測定は、室温で標点距離を１００mmとして引張試験機により金合金線を引張速度１０mm／分で引っ張り、破断したときの荷重値と伸び率を得ることにより行った。なお、伸び率は、破断した時の伸び量から次式で求めた。
（３）溶融ボールの圧着径の真円度
溶融ボール圧着径の真円度の評価は、シリコン（Ｓｉ）チップ上のアルミニウム（Ａｌ）電極（アルミニウム（Ａｌ）厚さ：約１×１０-6ｍ）にボールボンディングをし、その後銀（Ａｇ）めっきされた４２アロイからなるリードとの間でステッチ接合して結線した。その際、スパンは３×１０-3ｍで本数を２００本とし、結線したワイヤのうちから任意の５０本のワイヤを用いて評価した。超音波の印加方向と平行方向の圧着径および垂直方向の圧着径を測定し、その比が０．９５〜１．０５の範囲内にあるものを◎印で、０．９０〜１．００の範囲内にあるもの（０．９５〜１．０５の範囲内にあるものを除く。）を○印で、その他の範囲にあるものを△印で示した。
（４）金合金線の製造方法
本発明に係る金合金線の好ましい製造方法を説明する。高純度金に所定量の元素を添加し真空溶解炉で溶解した後インゴットに鋳造する。該当インゴットに溝ロール、伸線機を用いた冷間加工と中間アニールを施し、最終伸線加工により直径２５×１０-6ｍの細線とした後伸び率を４％に最終アニールを施すものである。
（５）用途
本発明によるボンディングワイヤは、ＩＣチップをリードに接続する方法に好適である。なお、ここでいうボールボンディングとは、ＩＣチップの電極、特にＡｌ電極と外部リードや他の電極をワイヤで配線する際、ワイヤと電極部の接合がファースト接合では溶融ボールを形成し、セカンド接合ではボールを形成することなく、ワイヤ側面を圧着して接合するボールボンディングである。必要に応じて超音波を印加したり電極部を加熱したりする。
〔作用〕
本発明に係る金合金線またはパラジウム（Ｐｄ）含有金合金線を用いて高速で何十万回もボールボンディングを行っても、セカンド接合性が劣化しない理由は明らかではないが、以下のように推察する。すなわち、アーク放電によるボール作製時、またはファースト接合時に微量な添加元素の酸化物が形成されてキャピラリーの先端部に付着するが、付着した酸化物はセカンド接合のたびごとにワイヤ側に転写されていくものと思われる。そのため、キャピラリーの先端部にはうっすらと酸化物が付着しているものの、それよりも厚く堆積して汚染物になることがない。これは、このような付着物がキャピラリーの先端部に厚く堆積して汚染物になる前に、このような付着物がセカンドボンディングの作業中にワイヤ側に転写されていっていると考えることができる。その結果、本発明に係る金合金線またはパラジウム（Ｐｄ）含有金合金線は優れたセカンド接合性の効果を発揮するものと考えられる。当然のことながら、本発明のボンディングワイヤは、これまでと同様にプル強度と真円度に優れた効果を発揮する。
表１および表２に示す実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
純度９９．９９９質量％の高純度金またはパラジウム（Ｐｄ）を所定量含有させた純度９９．９９９質量％の高純度金に所定量の添加元素を微量に添加し、真空溶解炉で溶解した後、鋳造して表１に示す組成の金合金インゴットを得た。このインゴットに溝ロールでロール加工をし、伸線機を用いた冷間加工と中間アニールを施し、最終線径が２５μｍとして最終伸線をし、最終熱処理により伸び率４％になるように仕上げた。
（５０万回試験）
この金合金線をボールボンディング装置（ケーアンドエス（Ｋ＆Ｓ）社製の商品名「 Maxμm Plus」）を用いて、ＩＣチップのＡｌ電極上及び外部配線上に超音波併用ボールボンディングを連続して５０万回行った。この時、ＩＣチップ側のボールボンディングはボールボンディング荷重を０．２Ｎ、ボールボンディング時間を1０ms、ボールボンディングパワーを０．３０ｗの条件で行った。また、外部配線側のセカンドボンディングはボールボンディング荷重を０．３Ｎ、ボールボンディング時間を1０ms、ボールボンディングパワーを０．４０ｗの条件で行った。
この試験でセカンド接合の不着によりボールボンディング装置が停止した回数を数え、その測定結果を表２に示す。
（３）溶融ボールの圧着径の真円度
溶融ボールの圧着径の真円度に関する評価は、５０万回ボンディングした試料とは別途に、上述した方法で試料を作成し、700本のワイヤを用いて評価した。すなわち、超音波の印加方向と平行方向の圧着径および垂直方向の圧着径を測定し、その比が０．９７〜１．０３の範囲内にあるものを◎印で、０．９５〜１．０５の範囲内にあるもの（０．９７〜１．０３の範囲内にあるものを除く。）を○印で、その他の範囲にあるものを△印で示した。測定結果を表２に示す。
以上の結果から、表１−１〜３、表２において、実施例No.１〜６は、請求項１記載の組成範囲であって、セカンド接合における接合不良は、５０万回中１〜３であって、真円度は良であった。
これらの結果から、Mg、In、Al、及びYbの微量添加効果が大きいことが解る。
また、同じく上記表中のNo.７〜９は、請求項２の組成範囲にあるもので、Ca添加により同様に接合不良を低減し、真円度が向上する。
以下同様にNo.１０〜２１は、請求項３の組成範囲にあって、No.１〜６の組成に対して、さらにLa、Ｌｕ、Sn、Srを加えた効果により、さらにセカンド接合の不良数が低減し、真円度も向上したことがわかる。
No.２２〜３５は、請求項４の組成範囲であって、さらにCaを加えた効果が示されている。
No.３６〜４１は、請求項５の組成範囲、No.４２〜５０は、請求項６の組成範囲であって、
それぞれ請求項1及び２の組成に対してPdを０．１〜１．０質量％加えており、同様の効果が示されている。
No.５１〜５８は、請求項７、No,５９〜７０は、請求項８の組成範囲であって、上記の請求項3及び４の組成に対してPd添加の効果を示す。
これらに対して、従来例１、２は、これらの添加元素を欠く組成範囲であって、真円度は良好であったが、５０万回のボンディング回数に対して4回のセカンド接合不良を生じており、また、本発明の添加元素をその範囲を外れて、少なく、或いは超える場合について、比較例１〜３に示す。これらの場合も、同様に真円度は良好であったが、セカンド接合の不良は４〜５回であって、むしろ悪化する傾向を示しており、その組成範囲を守ることが重要であることが示されている。
以上のとおり、本発明のボンディングワイヤは、いずれも５０万回のボンディング回数において接合不良が大幅に低減された。
本発明によるボンディングワイヤによれば、所定範囲のＭｇ−Ｉｎ−Ａｌ−Ｙｂの添加元素系からなる金（Ａｕ）合金またはパラジウム（Ｐｄ）含有金（Ａｕ）合金、これらの合金に、更にカルシウム（Ｃａ）を微量添加したもの、並びに、これらの合金に更にランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スズ（Ｓｎ）またはストロンチウム（Ｓｒ）を微量添加したものは、セカンド接合性に優れており、しかもこれまでのボンディングワイヤと同様にプル強度と圧着径の真円度に優れた効果を発揮することができ、半導体装置の信頼性向上に効果的である。
本発明のボールボンディング方法による接合法を説明する模式図である。 本発明のボンディングに使用するキャピラリーの先端部の断面形状を示す。 本発明のファースト接合における接合部の形状の１実施例を示す。 本発明のセカンド接合における接合部の形状の１実施例を示す。
符号の説明
１…キャピラリー
２…ワイヤ
３…電極トーチ
４…ボール
４′…圧着ボール
５…ＩＣチップ
６…Ａｌ電極
７…クランパー
８…外部配線
１００…キャピラリー先端部
１０２…ワイヤ導出孔

Claims (8)

  1. マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  2. カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  3. ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  4. ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  5. パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  6. パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  7. ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
  8. ランタン（Ｌａ）を５〜２０質量ppm、ルテチウム（Ｌｕ）を５〜２０質量ppm、スズ（Ｓｎ）を５〜１００質量ppmおよびストロンチウム（Ｓｒ）を５〜１００質量ppmのうちの少なくとも１種以上、パラジウム（Ｐｄ）を０．０１〜１．２質量％、カルシウム（Ｃａ）を５〜２０質量ppm、マグネシウム（Ｍｇ）を５〜１００質量ppm、インジウム（Ｉｎ）を５〜２０質量ppm、アルミニウム（Ａｌ）を５〜２０質量ppm、イッテルビウム（Ｙｂ）を５〜２０質量ppm、および残部が純度９９．９９５質量％以上の金（Ａｕ）からなる金合金であることを特徴とするボンディングワイヤ。
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