JPH01159339A - ボンディングワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、半導体素子チップの電極と外部リードを接
続するために使用する銅系ボンディングワイヤの改良に
関するものである。

「従来の技術」 従来、ｒｃやＬＳＩなどの半導体素子のチップ電極と外
部リードとの結線用のボンディングワイヤは主として金
線が使用されてきたが、金線は極めて高価になる欠点が
ある。また、一部では高価な金線の使用を避けてアルミ
ニウム合金線を使用するようにしているが、このアルミ
ニウム合金線は、極細線への加工性が金線に比較して劣
る欠点があるとともに、半導体素子チップ電極に接続す
るためにボンディングワイヤの先端を溶融させてボール
を作製した際に、ボールの形状が不安定になる欠点があ
る。

そこで最近、経済性と導電性および極′４ＩＥ線への加
工性などの点から金線の代替として、銅線及び銅合金線
を使用することが検討されている。

ところで一般にボンディングワイヤには、以下の（１１
〜（５）に記載する特性が要求される。

（１）半導体素子チップの電極に接続するためにボンデ
ィングワイヤの先端を溶融させてボールを作製した際に
、このボールが真球に近い形状であって、しかも、この
真球状のボールが安定して作製できること。

（２）　　半導体素子チップの電極にボールを接合する
際に、チップ割れを起こすことなく、かつ、安定した接
合強度が得られること。

（３）　　機械的強度、並びに、高温強度が大きく、ボ
ンディング時に断線を生じないこと。

（４）熱サイクルによってネック切れ（ボールとボンデ
ィングワイヤとの境界部分の破断）が生じないこと。

（５）塑性変形による外部リードへの熱圧着及び超音波
ボンディングが可能なこと。

「発明が解決しようとする問題点」 そこでこのような要求がなされている背景から、本願発
明者らは、前記（１１〜（５）に記載した緒特性を満足
する銅系ボンディングワイヤの開発を目的として、タフ
ピッチ銅線およびタフピッチ銅を基に製造した各種銅線
、あるいは、帯域溶融精製法などで作製した軟化温度の
低い高純度銅線を用いて実験を繰り返し行った。

この結果、タフピッチ銅線およびタフピッチ銅合金線に
あっては、半導体素子チップ電極にボールを接合する際
、チップ割れが度々発生した。−方、高純度銅線にあっ
ては、チップ割れなどの問題は生じないものの、熱サイ
クルによるネック切れが度々発生した。

本発明は、前述の背景に鑑み、前記実験を繰り返し行っ
て得られた知見を基になされたもので、電極デツプの接
続用に形成されるボールの硬度を適度な硬度に制御して
チップ割れを無くするとともに、熱サイクルによるネッ
ク切れとボンディング時の断線を防止することができる
ようにしたボンディングワイヤを提供することを目的と
する。

「問題点を解決するための手段」 本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、
純度９９．９９％以上の高純度銅に０．０１〜０．０５
％４ｔ％のＺｒを添加してなる銅合金に対して、帯域溶
融法による精製と一方向凝固処理を施すことを解決手段
とする。

「作　用」 本発明に於いて高純度銅にＺｒを添加し、帯域溶融精製
処理を施す理由は帯域溶融精製処理の過程で胴中のＯ又
はＳをＺｒが捕捉して化合物を生成し、その他の不純物
と一緒に効率よく除去されるため、ボンディング時にチ
ップ割れを生じない適度のボール硬度を持った銅合金線
が得られるためである。

又本発明に於いてＺｒの添加量力司、０１〜０．０５ｗ
ｔ％と比較的多い理由は帯域精製処理後にもＺｒが合金
成分として、胴中に微量残存することになるからである
。

この胴中に微量残存するＺｒは銅合金の再結晶温度を高
める効果が大きいことに加え、線材の高温強度を高める
働きがある。

再結晶温度が高くなると結晶粒の粗大化が進みにくくな
り、熱サイクルによるネック切れの原因である結晶粒界
破断が防止される効果が得られる。

又高温強度が高くなるとボンディング時の断線が減少す
る効果が得られる。

ここでＺｒの添加量を０．０１〜０．０５ｗｔ％の範囲
に限定したのは０．０１％以下では帯域溶融精製処理後
に残存するＺｒ１ｌが不足し、目的とする再結晶温度と
高温強度が得られないからである。又一方Ｚｒが０．０
５ｗｔ％以上では帯域溶融精製処理後のＺｒ残存量が過
剰となり、その結果ボンディング時のボール硬度が高く
なり、チップ割れを生じ易くなるからである。

従ってＺｒの添加量は前記の範囲内に限定することが必
要である。又このＺｒを前記の範囲内で添加したとき上
述の様な効果を得るためには高純度銅として純度９９．
９９　ｗｔ％以上のものを用いることが必要である。９
９．９９　ｗｔ％以下の純度では、帯域溶融精製処理後
にも不純物が許容限度以上に残存することになり、ボン
ディング時にチップ割れを生じることの、ないボール硬
度が得られないためである。

さらに又本発明ではこの純度９９．９９　ｗｔ％以上の
高純度銅にＺｒを０．０１〜０．０５ｗｔ％添加してな
る銅合金に対して、帯域溶融法による精製と一方向凝固
処理を同時に施すことが必要で、この精製処理でボール
形状に悪影響を及ぼすＯ及びＳ等の不純物が殆ど除去さ
れると共にこれらが極ｉｔ残存した場合にも精製と一方
向凝固処理が同時に施されているので、これらの不純物
が胴中に規則性を持って、均一に分散されるからである
。この結果ボール形状が真球に近くなると共に、ウエツ
ヂボンディングワイヤ端末が常に一定した形状となり、
安定したボール形状が得られる。

次に本発明による効果を実施例により、具体的に説明す
る。

「実施例」 第１表に示す組成の合金を第１表に示す処理方法で処理
し、線径２０酊φの銅合金線を作製した後、さらに２５
μｍまで伸線加工して、銅系ボンディングワイヤを得た
。

これらのボンディングワイヤについて、常温に於ける強
度と伸び、２５０℃に於ける高温強度、ボール形状、ボ
ール硬度、チップ割れの有無、再結晶温度の各特性を測
定した。結果を第２表に示す。なおボンディングは熱圧
着と超音波の併用方式により行ったが、実施例１〜３は
何れも容易にウニ７ヂボンデイングすることが出来た。

又第２表に於いて、ボール形状が良とあるのはボンディ
ングワイヤの先端を溶融させて、ボールを形成させたと
きの形状が真球に近い状態となることを示している。こ
れに対し、変形とあるのは先端を溶融させたときの形状
が球形とならず、変形された形状になることを示してい
る。

この第２表の結果から明らかな様にＺｒを０．０１〜０
．０５ｈｔ％の範囲で添加し、帯域溶融法による精製と
一方向凝固処理を行った実施例１〜３のボンディングワ
イヤは再結晶温度が４００℃以上と高い上に、高温破断
強度も７．８８ｆ以上であるから、熱サイクルによるネ
ック切れや、ボンディング時の断線問題を生じる恐れが
ないことを示している。

さらに又ボール形状も良好で、ボール硬度も適度な値で
あるから、ボンディング時のチップ割れがなく、安定し
た接合が得られることを示している。これに対し、Ｚｒ
の添加が全くない場合や、Ｚｒの添加量が０．０１ｗｔ
％以下の場合には比較例１゜３．４にみられる様にボー
ル形状が変形すると共に、再結晶温度が２００℃前後の
低い値となり、ネック切れや、ボンディング時の断線が
生じ易いものであることを示している。

又これら比較例１．４と比較例３との関係に於いて明ら
かな様にＺｒの添加がない場合や、添加量が不足する場
合には帯域溶融精製を行ってもボール硬度に影響のある
不純物元素は除去されるものの、ボール形状を変形させ
る不純物は除去されμいことが分る。

さらに又Ｚｒを０．０５ｗｔ％以上に添加した場合は比
較例２にみられる様に再結晶温度や高温の破断強度に於
いて優れているが、ボール硬度が硬いため、ボンディン
グ時にチ・ノブ割れを生じ実用に供し得ないものである
ことが分る。

第　　１　表 「発明の効果」 以上説明した様に本発明によるボンディングワイヤは高
純度銅に０．０１〜０．０５ｗｔ％のＺｒを含有させて
なる銅合金に対して帯域溶融法による精製と一方向凝固
処理を施したものであるから、ポール形状の変形原因と
なる不純物が殆ど含まれてないので真球に近いボール形
状が安定して得られると共にボール硬度が適度に制御さ
れているのでボンディング時のチップ割れを防止する効
果が得られる。

さらに又精製処理後に残存しているＺｒが再結晶温度と
高温強度を高める働きがあるので熱サイクルによるネッ
ク切れとボンディング時の断線を防止する効果が得られ
るものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 純度９９．９９ｗｔ％以上の高純度銅に０．０１〜０．
   ０５ｗｔ％のＺｒを含有させてなる銅合金に対して帯域
   溶融法による精製と一方向凝固処理を施した素材により
   構成されることを特徴とするボンディングワイヤ