JP5807992B1 - ボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】ＦＡＢ（フリーエアボール）による溶融ボール形成の不安定性を解決するボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤを提供する。【解決手段】銅（Ｃｕ）又は銅合金からなる芯材にパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が形成された、線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にはパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在し、かつ、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層上に芯材からの銅（Ｃｕ）のしみ出し層が形成され、銅（Ｃｕ）のしみ出し層の表面が酸化されている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に用いられるＩＣチップ電極と外部リード等の基板の接続に好適なボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤに関し、特に１５μｍ以下の極細線でも安定した溶融ボールが得られる被覆銅ワイヤに関する。
一般に、被覆銅ボンディングワイヤと電極との第一接合にはボール接合と呼ばれる方式が、被覆銅ボンディングワイヤと半導体用回路配線基板上の配線との第二接合にはウェッジ接合と呼ばれる方式が、それぞれ用いられる。前記第一接合では、エレクトロン・フレーム・オフ（ＥＦＯ）方式によって被覆銅ボンディングワイヤの先端にアーク入熱を与えることで該先端部を溶融させた後、表面張力を利用して溶融物を凝固させ、ボンディングワイヤの先端にフリーエアーボール（ＦＡＢ）と呼ばれる真球を形成させる。そして、この初期ボールと前記電極とを１５０〜３００℃の範囲内で加熱しながら超音波を印加して圧着することでチップ上のアルミパッドへ接合させる。
ここで、ＦＡＢとは、ボンディングツール先端から延出した被覆銅ボンディングワイヤの先端へ窒素や窒素‐水素等の非酸化性ガスまたは還元性ガスを吹き付けながら、ボンディングワイヤの先端をスパーク放電させることにより、ボンディングワイヤの先端に形成される溶融ボールをいう。
従来から半導体装置のＩＣチップ電極と外部リードとを接続する被覆銅ワイヤには、さまざまな種類のものが開発されてきた。例えば、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤとしては、当初は無垢のものが開発され、特開２００４−０１４８８４号公報の００２０段落には、「純度９９．９９９５％、２００μｍのＣｕボンディングワイヤーに電気メッキして、厚さ０．８μｍのＰｄメッキ被覆層を形成した。このメッキワイヤーを伸線して、中心のＣｕ部（芯材）径：２５μｍ、Ｐｄメッキ厚：０．１μｍ、芯材のマイクロビッカース硬度：７７のＰｄメッキＣｕボンディングワイヤーを作製した」ことが記載されている。
しかしながら、パラジウム（Ｐｄ）が露呈した、このような無垢のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは、伸線ダイスの摩耗が激しく、ワイヤの巻きほぐれ性も悪いため大量生産には不向きの材料であった。また、無垢のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤを量産しても、ＦＡＢを連続して形成すると、溶融ボールが安定しないという隠れた課題があった。
その後、パラジウム（Ｐｄ）が露呈しないように、パラジウム（Ｐｄ）を被覆層としたさまざまな被覆材料が開発され、提案されてきた。例えば、特開２０１２−３９０７９号公報（後述する特許文献１）には、「銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材、パラジウム（Ｐｄ）からなる被覆層および表面層からなる、線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、上記被覆層は、ワイヤ径の０．００１〜０．０２倍の膜厚のパラジウム（Ｐｄ）被覆層であり、上記芯材が０．５〜９９質量ｐｐｍのジルコニウム（Ｚｒ）、スズ（Ｓｎ）、バナジウム（Ｖ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）の少なくとも一種を含み、残部が純度９９．９質量％以上の銅（Ｃｕ）からなり、前記表面層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はこれらの合金からなり、ダイヤモンドダイスにより理論的な最終膜厚が１〜７ｎｍまで連続伸線され、かつ、前記被覆層の厚さに対して１／８以下の厚さとした最上層の被覆層であることを特徴とするボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ」の発明が開示されている。
また、特開２０１０−２２５７２２号公報（後述する特許文献２）には、「銅（Ｃｕ）を主成分とする芯材と、該芯材の上に２種類の被覆層を有するボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤであって、前記芯材が銅（Ｃｕ）−１〜５００質量ｐｐｍリン（Ｐ）合金からなり、かつ、前記被覆層がパラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）の被覆層および金（Ａｕ）の表皮層とからなることを特徴とするボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ」の発明が開示されている。
また、特開２０１３−１３１６５４号公報（後述する特許文献３）には、「銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材、純度９９質量％以上のパラジウム（Ｐｄ）からなる中間被覆層からなる表面被覆された線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、前記中間被覆層のボンディング接合の界面となる側の表面層上に上記パラジウム（Ｐｄ）と純度９９．９質量％以上の金（Ａｕ）の熱成長によって形成され、かつ、該混在層のパラジウム表面が水素拡散処理された、走査電子顕微鏡観察による断面の平均厚さが５ｎｍ以下の混在層を有していることを特徴とするボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ」の発明が開示されている。
上記3種類の被覆銅ワイヤは、金（Ａｕ）の表皮層をできるだけ薄くすることによって最上層がパラジウム（Ｐｄ）を被覆した無垢のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの性質に近づけようとするものである。
しかしながら、金（Ａｕ）等の表皮層を被覆した銅ワイヤでも、無垢のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤと同様に、安定な溶融ボールを得ることはできなかった。すなわち、被覆層の厚さが「５ｎｍ以下の表皮層（特開２０１０−２２５７２２号公報（後述する特許文献３））」であっても、「被覆層は、ワイヤ径の０．００１〜０．０２倍の膜厚のパラジウム（Ｐｄ）被覆層であり、…理論的な最終膜厚が１〜７ｎｍ…とした最上層の被覆層（特開２０１２−３９０７９号公報（後述する特許文献１））」であっても、ＦＡＢによる第一接合時の溶融ボールの形状が安定せず、その結果、第一接合時の接合強度が安定しなかった。
特開２０１２−３９０７９号公報 特開２０１０−２２５７２２号公報 特開２０１３−１３１６５４号公報
本発明は、量産したボンディングワイヤのＥＦＯによる溶融ボールの形成が不安定になるという上記課題を解決するためになされたもので、ワイヤの巻きほぐれ性がよく、かつ、安定した溶融ボールを形成することができるボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らの研究によると、溶融ボールのばらつきは、被覆層の厚さによって影響されるのではなく、溶融ボール直上の未溶融の被覆銅ワイヤ表面の表面性状に依存することがわかった。すなわち、ボンディングワイヤの第一接合時におけるＥＦＯによる溶融ボールの形成過程は、最初の溶融金属がボンディングワイヤ先端部分のワイヤ表面上を濡れ這い上がって溶融体積を膨らませ、最終的にその表面張力によって真球の溶融ボールの形状になるのである。
他方、上記の無垢のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは、ダイス摩耗が激しいためにボンディングワイヤの表面形状がばらつき、所定の入熱エネルギーに対して溶融ボールの体積が安定しないため、溶融ボールの形状が真球とならず、接合強度がばらつく結果となることがわかった。また、このワイヤの巻きほぐれ性が悪いのは上記の表面形状のばらつきに起因していることがわかった。このような理由から、無垢のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは上記の金（Ａｕ）等の表皮層を被覆した銅ワイヤよりもボンディング特性が劣る結果となっている。
また、本発明者らの研究によると、上記の金（Ａｕ）等の表皮層を被覆した銅ワイヤは、最表面が金（Ａｕ）等で厚く覆われているところは金（Ａｕ）等の表面性状を示し、溶融ボールに対して濡れ性が良すぎて必要以上に溶融ボールが上昇する。また、最表面の金（Ａｕ）等が薄く覆われているところはパラジウム（Ｐｄ）の被覆層等の表面性状を示し、溶融ボールに対して濡れ性があまり良くない。このため溶融ボールが形成されるワイヤ表面上の濡れ這い上がり量に差が生じ、溶融ボールの形状が真球とならず、接合強度がばらつく結果となることがわかった。
本発明者らは、さらに研究を進めた結果、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、無垢のパラジウム（Ｐｄ）の被覆層、あるいは、金（Ａｕ）の被覆層とパラジウム（Ｐｄ）の被覆層の重複被覆層が薄い場合には、一定の温度条件下で一定の時間放置すると、芯材内部から被覆層直下の銅（Ｃｕ）が被覆層を貫通して最表面の全面に所定の厚さにしみ出してくることがわかった。すなわち、ボンディングワイヤにおける新規なトンネル効果の現象の知見を得た。
このトンネル現象は、トンネル効果の現象の前後でボンディングワイヤの表面色が変化することからも確認される。また、上記の放置時間を長くすると、被覆銅ワイヤの被覆層直下の芯材にボイド（空洞）が形成されることからも、このトンネル現象の存在が確認された。よって、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの最表面にしみ出した銅（Ｃｕ）は、ただちに大気中の酸素と結合してその表面に安定した銅酸化物を形成することになる。なお、ボイド（空洞）が形成されたワイヤは、ボンディングワイヤとしての性能を発揮しないことは明らかである。
すなわち、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ表面の表面性状は、無垢のパラジウム（Ｐｄ）の被覆層、あるいは、金（Ａｕ）表皮層ではなく、新たに形成された銅酸化物層の表面性状となる。他方、トンネル現象によってしみ出した銅（Ｃｕ）のしみ出し層は、1月間室温で大気中に放置しても、増えることはなく、形成された銅酸化物層の厚さに変化は見られなかった。このことは、無垢のパラジウム（Ｐｄ）の被覆層によって銅（Ｃｕ）芯材へ硫化や酸化の進行が妨げられたことを意味する。このトンネル現象による極薄の銅酸化物層は、ボンディングワイヤの全表面に形成されているので、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの断面形状や被覆層の表面性状に左右されない。このことは後述する図２の表面写真でも裏付けられた。
他方、無垢のパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が存在すると、真球の溶融ボールの下層にパラジウム（Ｐｄ）の濃化部分が集中することが知られ、このような溶融ボールをアルミパッドへ接合すると、ＣｕＡｌの金属間化合物によって接合界面の銅（Ｃｕ）の酸化を遅くできることが知られている。その結果、この銅酸化物層の存在によって溶融ボールのワイヤに対する濡れ性を一定にすることが可能になり、安定した真球の溶融ボールを得ることができるようになる。そして、パラジウム（Ｐｄ）の濃化部分を一定にすることができるようになり、本発明のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤはアルミパッドとの安定した第一接合を得ることができるようになる。
本発明者らは、種々の実験を行ったところ、しみ出しの速度は、芯材の材質、被覆層の材質や厚さ、伸線時の断面減少率などにより左右されることがわかった。すなわち、この銅酸化物層の厚さは銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材の種類やパラジウム（Ｐｄ）の被覆層および金（Ａｕ）表皮層の厚さや拡散層の厚さによって最適値を適宜定めることができる。概略的に言えば、この銅酸化物層の厚さは被覆銅ワイヤの種類に応じてナノオーダーの単位で最適値を適宜定めることが可能になる。
本発明は、第一接合時に真球の溶融ボールを安定して形成することができるボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤを提供することを目的とする。また、本発明は、ＦＡＢによる第一接合時の接合強度が安定したボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤを提供することを目的とする。さらに、本発明は、ワイヤの巻きほぐれ性の良いボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤを提供することを目的とする。
本発明の課題を解決するためのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの一つは、銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材にパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が形成された、線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、当該パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にはパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在し、かつ、当該パラジウム（Ｐｄ）の被覆層上に当該芯材からの銅（Ｃｕ）のしみ出し層が形成され、当該銅（Ｃｕ）のしみ出し層の表面が酸化されていることを特徴とする。
また、本発明の課題を解決するためのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの一つは、銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材にパラジウム（Ｐｄ）の被覆層および金（Ａｕ）の表皮層が被覆された、線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、当該金（Ａｕ）の表皮層上に銅（Ｃｕ）のしみ出し層が形成され、当該銅（Ｃｕ）のしみ出し層の表面が酸化され、かつ、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在していることを特徴とする。
本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、「当該パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にはパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在していること」または「パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在していること」としたのは、適当な熱処理によるトンネル効果によって芯材中の銅（Ｃｕ）が表皮層の全面に露呈するからである。
すなわち、銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材の銅（Ｃｕ）は、パラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層を経由するので、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層からしみ出たときの表面活性、あるいは、金（Ａｕ）の表皮層からしみ出たときの表面活性が高く、しみ出た銅（Ｃｕ）はボンディングワイヤ全面に均一な厚さで覆っている。このしみ出た銅（Ｃｕ）の表面が大気中の酸素によって酸化されるが、酸素の侵入深さは限定的なものとなる。なお、このトンネル現象の効果は被覆銅ワイヤにおけるパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が極薄の場合に生じるものと思われる。
金（Ａｕ）の表皮層からしみ出た銅（Ｃｕ）は、大気中の酸素と強く反応する。他方、パラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層を経由してしみ出る前は、金（Ａｕ）の表皮層中の酸素を奪う。また、パラジウム（Ｐｄ）は水素を透過するが酸素は透過しないので、一定厚さのパラジウム（Ｐｄ）の被覆層は酸素を侵入させない。結果として、図１に示すように、金（Ａｕ）の表皮層からしみ出た銅（Ｃｕ）は、パラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層によって酸素の侵入を一定の深さでとどめることが可能になり、溶融ボールの濡れ性をコントロールすることができる。このため「パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在していること」を必須の構成要件とした。
なお、銅酸化物の層とは、表面からナノオーダースケールの一定深さの銅（Ｃｕ）と酸素の混在層を意味する。銅酸化物の層が無い場合には、ＦＡＢにより溶融ボールを形成すると溶融ボールがワイヤ表面に這い上がってくるのに対し、銅（Ｃｕ）と酸素の混在層があるとこのような這い上がりの現象は見られないからである。たとえば、金（Ａｕ）の表皮層があるパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの場合、図１に示すように、未溶融のワイヤ表面に形成された銅酸化物によって溶融ボールの表面張力が金（Ａｕ）の表皮層の場合よりも小さくなり、これまでのように溶融ボールが濡れなくなる。このため溶融ボールが表面張力によって未溶融のワイヤ表面上に這い上がることがなくなり、安定した溶融ボールを得ることができる。
本発明において層の膜厚は、オージェ分光分析機の深さ方向分析で確認したほか、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層ないし被覆層および金（Ａｕ）の表皮層の濃度は次のようにして確認した。すなわち、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ全体を溶解し、その溶液中のパラジウム（Ｐｄ）または金（Ａｕ）の濃度を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により求めた。なお、オージェ分光分析機による膜厚はシリコン（Ｓｉ）のエッチングレートをもとに決定されるため、ＩＣＰ分析で求めた膜厚と完全には一致しない。
本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、芯材の銅合金は、純度９９．９質量％以上の銅（Ｃｕ）からなる銅合金が好ましく、純度９９．９９質量％以上の銅（Ｃｕ）からなる銅合金が特に好ましい。残りの成分組成は、既存の先行技術の合金を参酌して適宜定めることができる。そして、要求される半導体の種類や用途に応じて適宜添加元素の種類が求められ、ボンディングワイヤとして必要な機械的性質に応じても添加元素の組合せや添加量を適宜定めることができる。
なお、銅（Ｃｕ）のしみ出し層の成分元素が前記ワイヤ表面から０．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の深さまで検出されることが好ましい。その理由は以下の通りである。すなわち、膜厚が０．５ｎｍ未満の場合は、ワイヤ表面に縦長の伸線ダイス溝が多数形成されたときにその溝を埋め尽くすだけの量が足りなくなり、表面層に露呈する銅（Ｃｕ）の層の厚さがばらつき、それに伴い銅酸化物層の厚さがばらつくおそれがあるからである。また、膜厚が３０ｎｍを超える場合は、ボンディングワイヤの内部にボイド（空洞）が形成されるおそれがあり、ボンディングワイヤとしてループが描けないなどの性能が発揮されなくなる可能性があるからである。よって、膜厚を０．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲に数値限定した。より好ましい膜厚は１ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲であり、最も好ましくは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲である。
また、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、被覆層単独および表面層と被覆層から構成される被覆層は数百ｎｍであり、ボンディングワイヤの線径の１０〜２５μｍに対してほとんど無視できる厚さなので、ＦＡＢにより溶融ボールを形成しても被覆層の膜厚の影響を受けることはない。しかし、この耐酸化性のパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が存在することにより、被覆層の上に銅酸化物層が存在しても芯材が酸化されることはない。よって、既知の銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材組成と同様に、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは溶融ボールが真球形状になってパッドへ接合される。
なお、最終線径まで伸線してからパラジウム（Ｐｄ）や金（Ａｕ）の貴金属の被覆材を被覆しても、本発明の目的を達成することができない。なぜなら、不規則な縦長溝を最終の被覆層で埋めることができず、本発明における銅酸化物の表皮層を形成することができないからである。本発明の極薄の表皮層を形成するには、芯材と被覆材の組合せの種類にもよるが、一般的にワイヤの直径で１／１０以上の縮径が必要である。なお、このように芯材の表面に極薄のモザイク模様が形成されれば、表皮層は極薄なので、通常の伸線速度および縮径率によってこのモザイク模様が崩れることはない。したがって、１秒以下の調質熱処理の温度と時間を適切に調節すれば、所定の厚さの銅（Ｃｕ）のしみ出し層とそのしみ出し層の表面から侵入する酸素の侵入層を容易に形成することができる。
なお、本発明におけるワイヤ表面の極薄の表面層および被覆層は、いずれも第一ボンディングのＦＡＢ接合時に消失し、また、第二ボンディングの超音波接合時にも接合箇所で消失する。
本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤによれば、パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ表面に所定厚さの極薄の銅（Ｃｕ）と酸素のしみ出し層を安定して形成することができるので、第一ボンディング時にＦＡＢによる溶融ボールの形状ばらつきがなくなる。その結果、ボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤをこれまでよりもさらに細線化することができる。また、アルミパッド面積を小さくすることができ、小径ボールによるパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤの高密度配線をすることができる。また、本発明のパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤによれば、ワイヤ表面からの酸素の侵入がパラジウム（Ｐｄ）の被覆層またはパラジウム（Ｐｄ）の被覆層および金（Ａｕ）表皮層によって遮断されているので、芯材の銅合金が酸化しない効果が得られる。
また、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは、被覆層が極めて薄いので、被覆材の材質によらず安定した真球ボールが得られる。また、本発明によれば、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層が存在すれば、芯材の他の成分の影響を受けずに銅（Ｃｕ）のしみ出し層を形成することができるので、半導体の用途に適した既知の微量成分を芯材の銅（Ｃｕ）に添加して銅合金とすることができる。また、本発明のパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が存在すれば、他の被覆材の影響を受けずに銅（Ｃｕ）のしみ出し層を形成することができるので、ループ形成等も良好にすることができる。



さらに、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは、ワイヤ最表面に均質な銅（Ｃｕ）の酸化物が全面に形成されている結果、ワイヤの巻きほぐし性がよくなる。また、付随的効果としてキャピラリに対するワイヤ表面の滑りがよくなる。また、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤによれば、銅（Ｃｕ）の酸化物層が極薄なのではがれることはない。よって、繰り返し多数回ボンディングしても銅（Ｃｕ）の酸化物がキャピラリに付着することはないので、キャピラリが汚染することはない。
芯材は純度９９．９９９質量％以上の銅（Ｃｕ）にリン（Ｐ）を１００質量ｐｐｍ添加したものまたは添加しないものを用い、これを連続鋳造し、中間熱処理（６００℃×１時間）をしながら圧延し、その後伸線して被覆材を被覆する前の太線（直径１．０ｍｍ）を得た。
次いで、表１に示すパラジウム（Ｐｄ）の被覆層、並びに、金（Ａｕ）の表皮層を用意し、この太線の外周に被覆した。表皮層の金（Ａｕ）の純度は９９．９９９質量％以上であり、パラジウム（Ｐｄ）の純度は９９．９９質量％以上である。その後、湿式でダイヤモンドダイスにより連続伸線し、５００℃×１秒の調質熱処理を行って最終的に直径２０μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ）を得た。なお、平均の縮径率は６〜２０％、最終線速は１００〜１０００ｍ／分である。なお、銅（Ｃｕ）のしみ出し層を変化させるため、被覆後２００〜６００℃で０.０１〜１２０分の熱処理を０〜２回行った。好ましくは１または２回である。
上記の実施例１と同様にして表１左欄に示すパラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ（実施例２〜実施例６）を作製した。この際、各種被覆材の厚さおよび被覆後の熱処理条件、調質熱処理条件を変更して銅（Ｃｕ）のしみ出し層の厚さを制御した。
ここで、表１に示す表皮層および被覆層の総厚の値は、直径２０μｍのワイヤを1万ｍほど王水で溶解し、その溶液中の金（Ａｕ）とパラジウム（Ｐｄ）の濃度を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（株式会社島津製作所のＩＣＰＳ−８１００）により求め、その濃度からボンディングワイヤの線径における均一な膜厚として算出した。すなわち、ＩＣＰ分析による換算値である。他方、表１に示す銅（Ｃｕ）のしみ出し層、酸素の侵入深さ、表皮層、パラジウム（Ｐｄ）単独層および合金層の数値は、英国ＶＧサイエンティフィック社製走査型オージェ電子顕微鏡（型式：ＭＩＣＲＯＬＡＢ−３１０Ｄ）を用い、加速電圧１０ｋＶおよび試料電流２０ｎＡで行い、図１の結果を読み取ったものである。また、同装置を用いたワイヤ表面の銅（Ｃｕ）のしみ出し層の分布を図２に示す。
（ワイヤの巻ほどき試験）
表１に左欄に示す組成のボンディングワイヤをスプール（直径５０ｍｍ）に巻き取り、スプールを毎分９回転の回転速度で１５分間回転させつつ３０ｃｍの高さからボンディングワイヤを垂らしてボンディングワイヤを巻きほどき、ボンディングワイヤが繰り出される位置によってボンディングワイヤの巻ほどき性を評価した。すなわち、スプールからボンディングワイヤ（１）が繰り出される位置（２）が、図３のようにＡの領域であれば良好（○）、図４のようにＢ領域以下Ｄ領域までの領域であれば不良（×）と評価した。各評価水準についてはＮ数５の評価を行った。
（溶融ボールのばらつき試験）
溶融ボールのばらつき試験は、以下のようにして行った。
すなわち、表１右欄に示す例では、実施品１〜実施品６のワイヤについて、 ケイ・アンド・エス社製全自動リボンボンダーＩＣＯＮＮ型超音波装置にて、Ａｇめっきされたリードフレーム（ＱＦＰ−２００）上に３０μｍの溶融ボールにより圧着径４０μｍになるようにＦＡＢによる第一ボールボンディングを１，０００本行ったものである。この結果を表１右欄に示す。ここで、○印は、偏芯ボールの発生数が１０個以内のものを示し、△印は、偏芯ボールの発生数が２０個以内のものを示し、×印は、偏芯ボールの発生数が２１個以上のものを示す。この試験結果から、銅（Ｃｕ）のしみ出し層の膜厚が０．５〜３０ｎｍの範囲内にあれば、溶融ボールのばらつきが好ましい範囲であることがわかる。
比較例
実施品１のワイヤにおいて４００℃×１秒の調質熱処理を行ったものを比較品１とした。また、実施例１と同様の調質熱処理を行ったが、高純度銅合金（９９．９９９質量％以上の銅合金）であるため銅（Cｕ）とパラジウム（Ｐｄ）の拡散層が８０ｎｍ形成され、パラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在しないもの（すなわち、銅（Ｃｕ）とパラジウム（Ｐｄ）の拡散層が形成されたもの）を比較品２とし、銅（Ｃｕ）のしみ出し層の膜厚が４０ｎｍのものを比較品３とした。
（ワイヤの巻ほどき試験）
実施品と同様にして比較品１〜比較品３のワイヤの巻ほどき試験をしたところ、表１右欄の結果を得た。
（溶融ボールのばらつき試験）
実施品と同様にして比較品１〜比較品３のワイヤの溶融ボールのばらつき試験をしたところ、表１右欄の結果を得た。
ワイヤの巻ほどき試験および溶融ボールのばらつき試験の結果から明らかなように、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ（実施品１〜実施品６）は、ワイヤの巻ほどき性がよく、また、溶融ボールの形状が極めて安定しており、パッド面積を小さくすることができることがわかる。他方、比較例の被覆銅ワイヤ（比較品１および比較品２）は、いずれもワイヤの巻きほどき性が悪く、かつ、溶融ボールのばらつきが大きく、第一ボンドが安定しないことがわかる。また、比較品３の被覆銅ワイヤも溶融ボールが安定せず、第一ボンドが安定しないことがわかる。
なお、本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ（実施品１〜実施品６）は、１万ｍを超えてボンディングを繰り返しても、いずれもキャピラリの詰まりがなく、キャピラリの滑り性は良好であることがわかる。また、キャピラリ内面の摩耗も観察されなかった。また、ＨＡＳＴ試験（１３０℃×８５％ＲＨ（相対湿度））試験をしたところ、実施品１〜実施品６はすべて比較品１〜比較品３よりも寿命が長く、信頼性が高かった。
本発明のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤは、従来の金合金ワイヤにとって代わり、汎用ＩＣ、ディスクリートＩＣ、メモリＩＣの他、高温高湿の用途ながら低コストが要求されるＬＥＤ用のＩＣパッケージ、自動車半導体用ＩＣパッケージ等の半導体用途がある。
１ ボンディングワイヤ
２ ワイヤが繰り出される位置
図１は本発明のボンディングワイヤにおける深さ方向のオージェ分析結果である。 図２は本発明のボンディングワイヤ表面における銅（Ｃｕ）の分布写真である。 図３はボンディングワイヤの良好な巻ほどき性を示す図である。 図４はボンディングワイヤの良好でない巻ほどき性を示す図である。

Claims (5)

  1. 銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材にパラジウム（Ｐｄ）の被覆層が形成された、線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、当該パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にはパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在し、かつ、当該パラジウム（Ｐｄ）の被覆層上に当該芯材からの銅（Ｃｕ）のしみ出し層が形成され、当該銅（Ｃｕ）のしみ出し層の表面が酸化されていることを特徴とするボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ。
  2. 銅（Ｃｕ）または銅合金からなる芯材にパラジウム（Ｐｄ）の被覆層および被覆層の表面に金（Ａｕ）が被覆された、線径が１０〜２５μｍのボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤにおいて、
    当該金（Ａｕ）の表皮層上に当該芯材からの銅（Ｃｕ）のしみ出し層が形成され、当該銅（Ｃｕ）のしみ出し層の表面が酸化され、かつ、パラジウム（Ｐｄ）の被覆層にパラジウム（Ｐｄ）単独の無垢層が存在していることを特徴とするボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ。
  3. 前記銅（Ｃｕ）のしみ出し層の成分元素が前記ワイヤ表面から０．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の深さまで検出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ。
  4. 前記ワイヤ表面に酸素が検出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ。
  5. 前記パラジウム（Ｐｄ）の被覆層の成分元素が前記ワイヤ表面から１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の深さまで検出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールボンディング用パラジウム（Ｐｄ）被覆銅ワイヤ。
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