JPH01110741A - 複合ボンディングワイヤ - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
覆した半導体装置用の複合ボンディングワイヤに関し、
特にボンディング時においてはポールの偏心を防止して
St基板への圧着を安定化でき、かつボンディング後に
おいては引張強度を高く保持できるようにした複合ボン
ディングワイヤに関する。
ードに連らなるリードフレーム、あるいはケースに接続
するに当たっては、従来がらボンディングワイヤが使用
されている。そしてこのボンディングワイヤを上記1着
バンドに接続する方法としては、ワイヤの先端をアーク
放電等で加熱して溶融させてポールを形成し、このポー
ルを上記7!i、着パッドに圧着する方法(熱圧着ボン
ディング法)と、該熱圧着ボンディング法に超音波振動
を併用する方法(サーモソニックボンディング法、以下
、両方法をポールボンディング法と称す)が採用されて
いる。このようなポールボンディング法に用いられるボ
ンディングワイヤには、接合を阻害する酸化皮膜が形成
されないこと、適当な伸び及び接合強度を有すること、
アルミニウム蒸着パッドとの接合性が良いこと等の特性
が要求される。このような特性を満足するものとして、
従来、高純度の純金線が使用されていた。
ことにより低価格化を図ることができ、かつ金線と同等
の特性が得られる複合ボンディングワイヤが要請されて
いる。また、純金線はボンディング特性には優れている
が、ボンディング作業時の高温での機械的特性、特に破
断強さに問題がある。
ワイヤとして、特開昭57−12543号公報に提案さ
れたものがある。これはCu、AJ等の非貴金属製の芯
材をAu、Ag等の貴金属で被覆した複合ボンディング
ワイヤであり、芯材がAuに比べて大幅に低度なことか
ら、Auの使用量が減少した分だけ低価格を実現できる
。
でない場合には、■接合性を阻害する酸化を防ぐ為、大
気を遮断する必要がある、■樹脂モールドで保護される
半導体素子の場合は、この樹脂モールド中に含まれてい
る水分によりボンディングワイヤの接続部が腐蝕される
恐れがある、という問題がある。
できるものの、芯材がAuより融点の高いCu、Fe等
の金属の場合は、ポールが瓢箪状になって圧着不能とな
り、またAIのように融点がAuより低い場合はポール
は球形になるが、金属間化合物が晶出し、そのためポー
ルの硬度が高過ぎ、Siチップへの圧着時に該チップが
破損する場合がある。
生じることがなく、また上記Au単線の破断強度の点で
不十分という問題も解消できる複合ボンディングワイヤ
として、例えば、特開昭56−21354号公報に記載
されたものがある。これは、純度99.99 w/o
以上の高純度Agからなる芯材の外周を、純度99.9
9 w/o以上の高純度A’u又はこれに特定元素を
ドーピングした被覆材で被覆した複合ボンディングワイ
ヤである。
芯材の融点が被覆材の融点より低い点から、ポールが瓢
箪状になるのを防止できる。またAgとAuは金属間化
合物を形成することはないから、該化合物による問題を
解消でき、さらにA0単体よりも破断強度を向上できる
。
純A、−純Au複合ボンディングワイヤでは、ボンディ
ング作業時に放電によりワイヤの先端にポールを形成し
た際に、第2図に示すように、ポールlaの中心とワイ
ヤ1の軸芯1bとが偏心する傾向があることが判明した
。このポールの偏心が生じると、Siチップ上のAl蒸
着パッドに圧着する際に、該パッドからポールがはみ出
ることがあり、安定した熱圧着あるいはサーモソニック
ボンディングができなくなり、ボンディングの作業性が
低下してしまうという問題点が生じる。
、常温でも時効軟化して純Agの完全焼鈍材の強度であ
る20kgf/m’以下に低下してしまうことが−知ら
れている0本願発明者等はこの純A、の常温軟化性に着
目し、上記公報記載の純Ag−純A11?3[合ボンデ
ィングワイヤについて時効軟化の影響について実験した
ところ、伸itx後の引張強度はAu単線と路間等であ
るものの、日時の経過に伴って低下し、結局純AgをA
uで被覆したものではボンディングワイヤへの機械的強
度上の要請に応えるのは困難であることが判った。
イヤにおいて、ポールの偏心を抑制してボンディング作
業を容易化でき、かつ常温での時効軟化を抑制すること
によって高強度を保持できるAg−Au複合ボンディン
グワイヤを提供する点にある。
ために、Ag−Au複合ボンディングワイヤの横断面を
観察したところ、芯材と被覆材との間に1〜2μ−程度
の拡散層と思えるものが見られた。またこの拡散層は芯
材と被覆材の間に均質には存在せずその厚みは場所によ
り異なっていた。この拡散層が上記ポール偏心の原因で
あるとの仮定にたって、このような異常界面を生じさせ
ない添加物を見出すため、種々の実験研究を行うたとこ
ろ、被覆材と同じ純Auを所定量以上添加すれば効果的
であることが判明した。
銀を主成分とする芯材の外周を純度99.99 H/
。
用複合ボンディングワイヤにおいて、上記芯材に、上記
純度の金を0.003〜10 w/o添加したことを特
徴としている。
ともに、さらにAgの再結晶温度を向上させ、Ag、A
uとの3元合金が金属間化合物を形成することのない元
素を、上記3元合金の硬度がHν45以下となる量だけ
添加したことを特徴としている。
−gは、純度が99.9 w/o以上であれば採用で
きるが、99.99 w/o以上の純度を有するもの
が好ましい。
Auが採用でき、この純Auは不純物は可能な限り少な
いことが好ましいが、Ca 、Be 、Ge 、Mlv
、pb等は極微量(5〜10ppm)であれば存在して
もよい。
したのは、第1に、芯材と被覆材との境界部に生じる拡
散層を抑制し、これによりポールの偏心を防止するため
であり、第2に、Agの常温における時効軟化性を抑制
して高引張強度を保持するためである。そして、該Au
の添加量は、0.003 Wloより少ない場合は、
主目的とするポールの偏心を抑制する効果が弱くなるか
ら、0.00314io以上添加する必要がある。
制効果及び時効軟化の抑制効果はともに向上する。しか
し、Auを10 ’Id10を越えて添加した場合、■
電気抵抗が増大してボンディングワイヤとしての特性上
支障が生じる、■またそのポール偏心抑制効果のボンデ
ィング作業安定化への寄与度が飽和する、■時効軟化抑
制効果についても十分に確保されており、■これ以上A
uの添加量を増大すると経済的効果も薄れることとなり
、これらの点からAu添加量の上限は10 Wloとし
た。
発明と同じ<Auを添加するとともに、特定元素を添加
するのであるが、この特定元素及びその添加量としては
、例えばCu O,005〜1.0w/o. Pb O
,005〜0.I Wlo、Be O,002〜0.
2w/o,Sb O,005〜0.2 Wlo、 A
Jo、003〜0.25w/o. Go O,QO3
〜0.3 Wlo、 Sn O,QO5〜0.5w/
o. Ni O,003〜0.1 Wloのいずれか
が採用できる。
軟化を抑制するとともに、ボンディング作業におけるポ
ール形成時の該元素、芯材のAg及び被覆材のAuとで
形成される3元合金が金属間化合物を形成しない元素で
あり、各元素添加量の下限以下では上記再結晶温度向上
効果が得られず、また上限以上になると硬度が高くなり
過ぎ、ボンディング時のポールが硬くなって圧着時に変
形しにくくなり、S1ウエハの破損率が増大してしまう
。
ヤでは、ボンディング時に形成されるポールの中心とワ
イヤの軸芯とがずれるというポール偏心が発生し、ボン
ディング作業におけるポールの圧着が不安定化するとい
う問題があった。これは芯材と被覆材との間に生じる拡
散層が原因になっているもの思われるが、本発明では、
芯材のAgに被覆材と同一のAuを添加したことにより
、上記拡散層の発生が抑制され、ポールの偏心が防止さ
れてボンディング作業が安定化した。
ら、常温でも時効軟化し、必要な高引張強度を保持しに
くいという問題があるが、これに対して本発明では、上
記芯材のAgに、Auを添加したので、純Agの常温に
おける時効軟化が抑制され、その結果Ag−Au複合ボ
ンディングワイヤの伸線直後における高引張強度を保持
できる効果もある。
gの再結晶温度を向上させるCu等の特定元素を添加す
るようにしたので、芯材の再結晶温度がさらに向上し、
時効軟化を抑制して高い引張強度を保持できる。しかも
上記特定元素は、Ag、及びAuとの3元合金が金属間
化合物を形成しない元素群の中から選択され、かつその
添加量は該元素とAg、Auとを溶融、鋳造した場合の
硬度Hvが45以下となる量に規制されているので、ボ
ンディング時に形成されるポールが十分に軟らかいもの
となって、圧着力により容易に変形し、Stチップを破
損することがな(、上記高強度を保持しながら安定した
ボンディング作業が可能となる。
明確にするための第1実施例、第2発明の効果を明確に
するための第2実施例について説明する。
Ag芯材を、99.99 Wloの純Auからなる被
覆材で被覆し、かつ該へ8芯材の面積比(第1図におい
て、複合ボンディングワイヤlの横断面積Aに対する芯
材2の横断面積A1の百分率をいう)、及びAgへのA
uの添加量が第1表に示す値となっている複合ボンディ
ングワイヤを使用して、ポール偏心率の測定1時効軟化
の影響試験、ポールの接合性試験を以下の要領で行った
。
ディングワイヤを、市販のAu1l用マニユアルボンダ
ーを用いてアーク放電させ、これによりワイヤの先端部
に形成されたポールをSEMによって撮影し、該ポール
の形状及び該ポールの中心とワイヤの軸芯との不一致の
度合を測定した。
各複合ボンディングワイヤを伸線加工機によりΦ25μ
mに伸線加工し、該加工後30日間常温状態に保持した
ワイヤ、及び30日経過後150℃のシリコンオイル中
に1分間浸漬したワイヤの2種類について引張強度を測
定した。
成されたポールを圧着した際のStチップの破損率につ
いて測定した。なお、この破損率は250℃、350℃
の2条件で行った。また、被接合体としては、1.3μ
−厚さにA1を蒸着したSiチフプを用いた。接合条件
は、まず市販のAu線を用いて最適の諸条件(アーク電
流、極性、アーク時間、圧着時間、圧着荷重、圧着時の
超音波強度)を求め、これを使用した。
ルの偏心率、時効軟化の影響、接合性についての試験結
果をそれぞれ第1.第2.第3表に示す、第1表にお1
するポール偏心率は、全く偏心が見られない場合Q印、
若干偏心しているがボンディング時の圧着作業への影響
はそれほどでもない場合Δ印、大きく偏心し、ボンディ
ング時の圧着作業が困難な場合x印とした。また第2表
における時効軟化の影響については破断荷重で示し、1
0g以下をx印、10〜15gをO印、15g以上を◎
印で表した。第3表の接合性については、Siチップの
破損率を百分率で表している。
きる。
比にも影響されるが、芯材へのAuの添加量が0.01
w/o以下の場合はポール偏心の発生を防止できない
、しかし0.03 w/o以上添加した場合は、面積比
が75%の場合は若干偏心するが、それ以下の面積比で
は完全にポールの偏心を防止することが可能となってい
る。一方、Auの添加量が10−八を越えて添加しても
このポール偏心抑制効果については飽和していると考え
られる点、loWlo以上Auを添加すると電気抵抗が
増大してボンディングワイヤとしての用途上支障が生じ
る点、及びAg−Au複合ボンディングワイヤの当初の
目的であるAu使用量低減による低価格化の目的が達成
できない点から、Au添加量の上限は10稠10が妥当
である。
の場合、何れの面積比においても、常温30日経過時、
150℃処理後の両方において伸線直後の破断荷重(1
7g程度)から大きく低下しており、純A、芯材の場合
は時効軟化が大きく生じていることがわかる。また、純
Auを添加するにつれて破断荷重が太き(なっており、
時効軟化抑制効果が生じていることが判るが、Au添加
量が0.01 Wloの場合は、Ag芯材の面積比が5
0%以上になると常温においても破断荷重が大きく低下
しており、実用に供し得ない、これに対して、Au添加
量が0.3%以上になると、少なくとも常温における破
断荷重は10〜15gが確保されており、このように時
効軟化抑制の観点においてもAuの添加量は0.003
w/o以上が必要となる。
損率は、第3表からも明らかなように、Ag芯材に添加
するAuの量にはほとんど影響を受けることはない、な
お、Ag芯材の面積比が高くなると破損率が増大してい
るが、これはAuを添加していない場合も同様であり、
また、同表に()書きしているように、ポール周囲の酸
素濃第1表 ボーJL4yひ発生率(大気中)第2表
時効軟化影響試験結果(破断強度g)X:lQg以
下、 ○:10〜15g、 ◎:15g以上第3表
接合性試験結果皺損率%) ()番謡劉着農度100ρ−下でのポール形成度を10
0ρppmに制御することにより破損を防止できる。
グワイヤ(面積比50%、Au添加量1゜0%)に特定
添加元素としてCuを0.003〜2.0%添加したも
のを用いて、上述と同様にして時効軟化影響試験、ポー
ル接合性試験を行った。その結果を第4表に示す、なお
、破断強さについては伸線直後の値も求め、またポール
接合性試験については第3図(a)、 (blに示すよ
うに、変形量LIJsを測定し、これから予測した。な
お、この変形量Lμ謡はキャピラリ4によってポールl
aをSiチチッ5上のA1蒸着パフドロ上に押し付けた
際のポール1aのワイヤ1側部分のせり上゛り量である
。
してCuを添加した場合、添加量が0.003 Id
eaの場合はそれほど変化ないが、0.005 w/
o以上になると添加量が増大する程、伸線直後、30日
経過後、150℃処理後の何れにおいても引張強度が向
上しており、Cuの添加により時効軟化抑制効果が得ら
れていることが理解できる。従って時効軟化抑制効果の
みから言えば、Cuの添加量は0.005 w/o以
上であれば多いほどよいことがわかる。
が減少しており、これはボンディング時に形成されるポ
ールが硬くなるためであると考えられる。この変形量が
概ね10.1111以下になると、Siチップの破損率
が増大しており、このチップ破損率は、基板の温度にも
影響を受けるが、3元合金の硬度をHシー45以下にす
ればゼロになっている。そしてこのHv−45以下にす
るためのCuの添加量は、AI芯材の面積比にも影響を
うけるが概ね1.0 1110以下である。従ってCu
の添加量は0.005〜1.0 賀10が妥当である
。
、ポールの硬度が低減され、ポール圧着時の変形量が増
大し、破損率は低下すると考えられるが、350℃以上
では逆に31チツプの損傷が懸念され、実用的ではない
ことから本実施例では350℃以上については実施しな
かった。
たが、この再結晶温度を向上でき、かつAg、Auとの
3元合金が金属間化合物を形成しない元素及びその添加
量としては、本発明者等の実験により、Pb O,00
5〜0.I Wlo 、 Be O,002=0.2
Wlo 、 Sb O,005〜0.2 Wlo 、
A j!0.003〜0.25 Hlo、 Ge O
,003〜0.3 N10 、 Sn O,005〜
0.5 Wlo 、 Ni 0.003〜0.1 Wl
o等が確認されている。
イヤによれば、Ag芯材をAu被覆材で被覆するととも
に、A、芯材に被覆材Auと同一のAuを0.003〜
10 w/o添加したので、ポールの偏心を抑制してポ
ールのSIチップへの圧着を容易確実にしてボンディン
グ作業を安定化できる効果があり、また上記Auの添加
によりAg芯材の時効軟化を抑制して高引張強度を保持
できる効果がある。
、Ag芯材にAuを添加するとともに、さらに該Agの
再結晶温度を向上させる特定元素を添加したので、上記
Ag芯材の時効軟化をさらに確実に抑制でき、伸線直後
の高強度を保持しながら、ポールの偏心を抑制してボン
ディング作業を安定化できる効果がある。
明するための断面図、第2図はポールの偏心を説明する
ための模式図、第3図(a)、(1))はポールの変形
量の測定状態を示す模式図である。 図において、1は複合ボンディングワイヤ、2は芯材、
3は被覆材である。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼所 代理人 弁理士 下布 努
Claims (3)
- (1)純度99.9w/o以上の純銀を主成分とする芯
材の外周を純度99.99w/o以上の純金を主成分と
する被覆材で被覆した半導体装置用複合ボンディングワ
イヤにおいて、上記芯材に純度99.99w/o以上の
純金を0.03〜10w/o添加したことを特徴とする
複合ボンディングワイヤ。 - (2)純度99.9w/o以上の純銀を主成分とする芯
材の外周を純度99.99w/o以上の純金を主成分と
する被覆材で被覆した半導体装置用複合ボンディングワ
イヤにおいて、上記芯材に、純度99.99w/o以上
の純金を0.03〜1.0w/o添加するとともに、銀
の再結晶温度を向上させ、かつボンディング作業におけ
るポール形成時の銀、及び金との3元合金が金属間化合
物を形成しない元素を、該元素、芯材及び被覆材を均一
に溶融、鋳造したときの硬度がHv45以下となる量添
加したことを特徴とする複合ボンディングワイヤ。 - (3)上記元素及びその添加量が、Cu0.005〜1
.0w/o、Pb0.005〜0.1w/o、Be0.
002〜0.2w/o、Sb0.005〜0.2w/o
、Al0.003〜0.25w/o、Ge0.003〜
0.3w/o、Sn0.005〜0.5w/o、Ni0
.003〜0.1w/oのいずれかであることを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の複合ボンディングワイ
ヤ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62173508A JPH01110741A (ja) | 1987-07-10 | 1987-07-10 | 複合ボンディングワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62173508A JPH01110741A (ja) | 1987-07-10 | 1987-07-10 | 複合ボンディングワイヤ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01110741A true JPH01110741A (ja) | 1989-04-27 |
Family
ID=15961828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62173508A Pending JPH01110741A (ja) | 1987-07-10 | 1987-07-10 | 複合ボンディングワイヤ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01110741A (ja) |
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-
1987
- 1987-07-10 JP JP62173508A patent/JPH01110741A/ja active Pending
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