JP4421168B2 - 軟質銅材の加工方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟質銅材の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子（チップ）の電極と外部リードとを接続するため、線径０．０２〜０．１ｍｍφのボンディング線が用いられ、ボンディング線には、良好な導電性とチップや外部リードとの接合性および使用雰囲気中での耐環境性が要求され、その要求を十分満たすものとして主として金ボンディング線が用いられてきた。
【０００３】
一方、コスト低減を目的として金ボンディング線に替えてアルミニウムまたは銅を素材とするボンディング線の検討も重ねられたが、銅ボンディング線のイニシャルボール（ボンディング線をトーチで加熱溶解したときに形成されるボール）のビッカース硬度（Ｈｖ）は、金ボンディング線では約４０（Ｈｖ）であるのに対し、銅ボンディング線では約５５〜６５（Ｈｖ）もあり、ボンディングの際チップやリード端子を損傷するため実用化に難点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、金ボンディング線に替わる安価な銅ボンディング線を得ようとして種々検討を進めている過程で、軟質銅線に含まれるガス成分量を測定したところ線径の太い軟質銅線ではガス成分量が少ないのに対し、加工して細くなると著しく多くなっている知見を得た。
【０００５】
また、軟質銅線のビッカース硬度（Ｈｖ）を線径ごとに測定したところ上記ガス成分量と相関があることも判明した。
【０００６】
以上のことから上記現象が潤滑液に起因するものと推定し、従来から使用している油分と飽和・不飽和脂肪酸またはその金属塩などの界面活性剤を含む潤滑液を使用して伸線した銅ボンディング線と、油分と界面活性剤の合計量で０．０２重量％以下の水溶液を潤滑液とて伸線した銅ボンディング線とを試作し、ガス成分の測定とビッカース硬度（Ｈｖ）の測定をしたところ、油分と界面活性剤の合計量で０．０２重量％以下の水溶液を潤滑液としたものは従来の方法で伸線したものに比べガス成分量が少なく、ビッカース硬度も小さく上記推定が正しいことが分かった。
【０００７】
このことは、銅ボンディング線の加工に限らず他の軟質銅材（例えば異形線や箔）の展延加工にも言えることと考えられる。
【０００８】
この発明は、上記知見をもとに特定の断面積以下の軟質銅材であって、潤滑液に起因する硬度の上昇を抑制した軟質銅材の加工方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明は、銅純度が９９．９８重量％以上の銅を素材とし、断面積を０．０１ｍｍ２以下になるように展延加工され、焼鈍調質後の銅材中に存在する酸素、炭素、窒素、硫黄のガス成分合計量が０．００５重量％以下とする軟質銅材の加工法において、上記展延工程で使用する潤滑液として、油分と界面活性剤の合計量で０．０２重量％以下の水溶液を採用してなる構成としたものである。
【００１０】
上記の如く構成する本発明の方法で製作されたボンディング線は、それに含まれている上記ガス成分量が少なくなり、その結果ボンディング線の硬さ、とりわけ、イニシャルボールの硬度を従来に比べ大幅に下げることとなる。また、異形線や箔の硬度が下がり各種の加工が容易になる。
【００１１】
【実施例】
次に本発明に係る軟質銅線の製造について説明する。下記工程（本発明の方法）で軟質銅線を試作した。
記
▲１▼ 素材：９９．９９９９重量％以上に電解精製された電着材を溶解鋳造。
▲２▼ 圧延：溶解鋳造したインゴットを８ｍｍφの荒引き線にし、さらにドライで３ｍｍφに圧延。
▲３▼ 第１回伸線：次に単頭伸線機で油分と界面活性剤の合計量が０．０２重量％以下の潤滑液を供給しながらダイスを１６回通して１ｍｍφまで伸線。
▲４▼ 第２回伸線：上記１ｍｍφの銅線を上記潤滑液を供給しながら１０枚のダイスを装備した連続伸線機に２回（合計２０枚のダイスに通す）通して０．２５ｍｍφまで伸線。
▲５▼ 第３回伸線：上記０．２５ｍｍφの銅線を上記潤滑液を供給しながら１０枚のダイスを装備した連続伸線機に３回（合計３０枚のダイスに通す）通して０．１５８ｍｍφ、０．０９４ｍｍφ、０．０５０ｍｍφの銅線を得る。
▲６▼ 焼鈍：５％Ｈ2 ・９５％Ｎ2 ガス雰囲気中で４５０℃×４０ｍ／分で走行焼鈍調質。
【００１２】
【比較例】
次に下記工程（比較例の方法）で軟質銅線を試作した。
記
▲１▼ 素材：９９．９９９９重量％以上に電解精製された電着材を溶解鋳造。
▲２▼ 圧延：溶解鋳造したインゴットを８ｍｍφの荒引き線にし、さらにドライで３ｍｍφに圧延。
▲３▼ 第１回伸線：次に単頭伸線機で油分と界面活性剤の合計量が０．１重量％以上の潤滑液を供給しながらダイスを１６回通して１ｍｍφまで伸線。
▲４▼ 第２回伸線：上記１ｍｍφの銅線を油分と界面活性剤の合計量が０．１重量％以上の潤滑液を供給しながら１０枚のダイスを装備した連続伸線機に２回（合計２０枚のダイスに通す）通して０．２５ｍｍφまで伸線。
▲５▼ 第３回伸線：上記０．２５ｍｍφの銅線を上記▲４▼の潤滑液を供給しながら１０枚のダイスを装備した連続伸線機に３回（合計３０枚のダイスに通す）通して０．１５８ｍｍφ、０．０９４ｍｍφ、０．０５０ｍｍφの銅線を得る。
▲６▼ 焼鈍：５％Ｈ2 ・９５％Ｎ2 ガス雰囲気中で４５０℃×４０ｍ／分で走行焼鈍調質。
【００１３】
上記実施例と比較例の製造方法で製造された軟質銅線の内、０．０５０ｍｍの軟質銅線からサンプルを採取しボンディングマシーンにより５％Ｈ2 ・９５％Ｎ2 ガス雰囲気中で先端をトーチにより溶解させて直径約０．１３ｍｍのボールを形成し、軟質銅線のガス成分および軟質銅線とボールの硬度を測定した。
【００１４】
各線径の軟質銅線の硬度測定は、伸線後の銅線をアセトン、５％塩酸、希アンモニア水、純水、エタノールの各液で超音波洗浄し、乾燥させた後、高清浄熱処理炉真空中７００℃で焼鈍し、この軟質銅線を樹脂に埋めこみ研磨した後前記銅線に１０ｇのダイヤモンド圧子（対面角１３６°の正四角錐圧子）で測定した。なお、上記ボールの硬度測定も同様の手順で行った。
【００１５】
次に各線径の軟質銅線に含まれるガス成分量の測定について説明する。
【００１６】
各線径の軟質銅線を、アセトン、５％塩酸、希アンモニア水、純水、エタノールの各液で超音波洗浄し、乾燥させた炭素は燃焼−赤外線吸収法（ＪＩＳ−Ｇ１２１１）、硫黄は燃焼−赤外線吸収法（ＪＩＳ−Ｇ１２１５）、窒素は不活性ガス融解−熱伝導度法（ＪＩＳ−Ｇ１２２８）、酸素は不活性ガス融解−熱伝導度法（ＪＩＳ−Ｚ２６１３）で測定した。
【００１７】
上記測定結果を纏めたものが図１および図３で、図１は各線径ごとのビッカース硬度（Ｈｖ）を示し、図３は各線径ごとのガス成分量を示し、図１をグラフにしたものが図２で、図３をグラフにしたものが図４である。
【００１８】
図１と図２を見ると、１ｍｍφ、０．１５８ｍｍφでは実施例と比較例とでビッカース硬度（Ｈｖ）に差は見られないが、０．０９４ｍｍφ、０．０５０ｍｍφとボールでは大きな差が出ている。
【００１９】
そこで、図３と図４を見ると線径の太いところでは実施例と比較例とでガス成分量に大差は見られないが、線径の細いところ（０．０９４ｍｍφ、０．０５０ｍｍφ）ではガス成分量に大きな差が見られた。
【００２０】
これは、伸線中に潤滑液中の成分が、銅線に付着または浸透しているものと考えられ、線径の太いときはその影響が表れないが、線径が細く（断面積が小さく）なると断面積比で大きく影響し図１と図２の結果となったものと見ることができる。
【００２１】
なお、上記実施例、比較例では素材として９９．９９９重量％以上に電解精製された電着材を採用したが、純度が９９．９８重量％以上の銅で同様の試作を行い、比較試験を行ったところ同様の傾向があることを確認した。
【００２２】
また、上記実施例では丸線を試作し比較したが、角線など異形線、あるいは丸線を展延して箔としたものでも同様の傾向があり、異形線や箔でも本発明の方法で製造されたものは硬度の低い（軟質の）ものが得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の方法によれば、特定の断面積以下の軟質銅材を得るための展延工程において、展延工程で使用される潤滑液の付着または浸透が低く抑えられて軟質銅材中のガス成分量が少なくなり、潤滑液の付着または浸透に起因する硬度の上昇が抑制されて硬度の低い（軟質の）軟質銅材がえられる。
【００２４】
特に銅ボンディング線では、ボンディング時に形成されるボールの硬さが金ボンディング線と同等になりチップやリード端子の損傷の恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例および比較例に係る銅線の各線径ごとのビッカース硬度を示す表
【図２】図１のグラフ
【図３】実施例および比較例に係る銅線の各線径ごとのガス成分量を示す表
【図４】図３のグラフ

Claims (1)

  1. 銅純度が９９．９８重量％以上の銅を素材とし、断面積を０．０１ｍｍ２以下になるように伸線加工して、焼鈍調質後の銅材中に存在する酸素、炭素、窒素、硫黄のガス成分合計量が０．００５重量％以下とするボンディング線用軟質銅材の加工方法において、上記伸線工程で使用する潤滑液として、その潤滑液に基づく伸線加工後の上記炭素ガス成分量を少なくすべく、油分と界面活性剤の合計量で０．０２重量％以下の水溶液を採用することを特徴とするボンディング線用軟質銅材の加工方法。
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