JPH01259541A - 複合ボンディングワイヤの製造方法 - Google Patents

複合ボンディングワイヤの製造方法

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JPH01259541A
JPH01259541A JP63088426A JP8842688A JPH01259541A JP H01259541 A JPH01259541 A JP H01259541A JP 63088426 A JP63088426 A JP 63088426A JP 8842688 A JP8842688 A JP 8842688A JP H01259541 A JPH01259541 A JP H01259541A
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JP
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wire
bonding
coated
composite
ball
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Akiyasu Morita
森田　章靖
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Publication date
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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】 し産業上の利用分野］ 本発明は、ＡｇまたはＡｇ合金（以下単にＡｇと記す）
からなる芯材をＡｕまたはＡｕ合金（以下単にＡｕと記
す）からなる外被材で被覆した半導体素子用の複合ボン
ディングワイヤの製造方法に関し、詳細にはボンディン
グ作業に際してボールの偏心を防止して基板への圧着を
安定化でき、純金線と同等な特性を有する複合ボンディ
ングワイヤの製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 半導体素子のチップ電極であるＡ１蒸着パッドを、外部
リ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か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蒸着パ
ッドに接続する方法としては、ワイヤの先端をアーク放
電等で加熱溶融させてボールを形成し、このボールを上
記蒸着パッドに圧着する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サーモソニ
ックボンディング法（以下、両方法を一括してボールボ
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、Ａ１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。このようなボ
ンディング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。
しかし、金は高価であるとともに価格変動が激しいこと
から、その使用量を減少させて低価格化と価格変動の影
響を少なくすることができると共に純金線と同等の特性
を得ることのできる様な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作業時の高温
条件下で機械的特性、特に破断強さが低下するという問
題があり、これらの不都合がないボンディングワイヤが
望まれている。
そこで上記要請に応えることのできる複合ボンディング
ワイヤとして、特開昭５７−１２５４３号公報にはＣｕ
、ＡＩ等の非責金属製の芯材をＡｕやＡｇ等の貴金属で
被覆した複合ボンディングワイヤが開示されている。し
かしこの様に芯材としてＣｕやＡ１等の非貴金属を用い
た複合ボンディングワイヤでは芯材に用いた金属の耐食
性に問題があり、ざらにＣｕ芯材ではボンディング時に
生成するボール形状が悪く圧着不良を生じる。一方Ａ１
芯材ではＡＩがＡｕよりも低融点であるためボール形状
そのものは真球状の良いものとなるが、ボンディング時
の熱によって金属間化合物を生成しボール硬度が高くな
ってチップへの圧着時にチップを破損する等の問題があ
る。
これに対して特開昭５６−２１３５４号公報には高純度
Ａｇからなる芯材の外周を高純度Ａｕまたはこれに特定
元素をドーピングしたものよりなる外被材で被覆した複
合ボンディングワイヤが開示されており、本出願人にお
いても先に金と銀の複合比を限定した複合ボンディング
ワイヤについて提案している。この様なＡｇ−Ａｕ系複
合ボンディングワイヤでは前記非貴金属製芯材を用いた
複合ボンディングワイヤにおける問題が解決されるが、
ボンディング作業時において第８図に示すように、ボー
ル１２ａの中心がワイヤ部１２の軸芯１２ｂ延長上から
離れて偏心する傾向のあることが判明した。このような
ボールの偏心が生じると、Ｓｉチップ上のＡ１蒸着パッ
ドに圧着する際に、ボールが該パッドからはみ出ること
があり、安定したボール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。
また前記のようなＡｇ−Ａｕ系複合ボンディングワイヤ
の製造方法としては合せ引き抜き法あるいは熱間静水圧
押出し法が考えられる。合せ引き抜き法は外被材として
の管材に芯材を挿入して複合素材を形成し、該複合素材
を合せ引き抜きして順次細径に加工する方法である。し
かしこの方法は、合せ材の加工、及び引き抜きの工程が
長く、かつ界面の接合が良好になる保証が無いことから
、複合比、ひいては外被材の肉厚を一定に保つことは極
めて困難であった。また熱間静水圧押出し法では複合比
を一定に保てるが、熱間押出しの際金属が酸化され、ま
た異物が押し出し材表面に押し込まれ、押し出し後の細
線への加工工程で断線する原因となる。
前記の様な合せ引き抜き法あるいは熱間静水圧押出し法
における問題を解決できる方法として本出願人は先にＡ
ｇ製芯材の外周をＡｕ製外被材で被覆して被覆素材を形
成し、該被覆素材の外周に保護用の金属を被覆して複合
被覆素材を形成し、該複合被覆素材を熱間静水圧押出し
または熱間潤滑押し出しにより複合被覆線材に伸線した
後保護用の金属を除去して被覆線材を形成し、これを冷
間加工により７０％以上の加工率で伸線して複合ボンデ
ィングワイヤを得る方法を提案している。
しかしこの方法によっても未だ前記偏心の問題は残され
ている。
［発明が解決しようとする課題］ 上記状況に鑑み本発明者等は、Ａｕの使用量を少なくす
るという前提の下においてＡｕ−Ａｇ系複合の構成を採
用することとし、その中にあって、ボンディング作業時
のボールの偏心を防止して基板への圧着を安定化でき、
純金線と同等な特性を有する複合ボンディングワイヤの
製造方法について検討した。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明とはＡｇまたは
Ａｇ合金よりなる芯材とＡｕまたはＡｕ合金よりなる外
被材から構成される複合ボンディングワイヤを製造する
に当たり、前記芯材と前記外被材の圧接が行なわれた後
に、１回以上の熱拡散処理工程と該熱拡散処理工程後に
径が１０分の１以下となるように冷間加工によフて伸線
する工程を設けることを構成要旨とするものである。
［作用］ ところで本出願人が先に提案したＡｇよりなる芯材とＡ
ｕよりなる外被材から構成される複合ボンディングワイ
ヤを製造する方法においては、まず第１図に示すように
外被材となるＡｕ管２に芯材となるＡｇ円柱棒１を嵌合
して二層円柱３を形成した後、前述したような工程を経
て複合ボンディングワイヤとする。この時Ａｇ円柱棒の
外表面およびＡｕ管の内表面をミクロ的に観察すると第
２図の二層円柱３の一部横断面図に示すように両者の界
面には多くの凹凸が確認でき、両者はこの凹凸部で互い
に点接触していることになる。そして本発明者等が検討
したところによると、芯材と外被材との圧接に際して接
合性を上げるために加熱した場合は、第３図および第４
図に示すように芯材１′と外被材２°の間に前記凹凸接
触点を中心とする１〜２μｍの程度の拡散層４や粒径１
〜２μｍの拡散層５が生じ、しかも該拡散層４や拡散層
５は芯材１°と外被材２゛間に均一には存在せず、した
がって最終製品となる複合ボンディングワイヤの断面形
状が非対称となってしまい、このためボンディング時に
第８図に示すようなボール偏心が生じてくるという知見
が得られた。
このような非対称界面を生じさせないようにするには芯
材のＡｇにＡｕを添加すれば良いのではないかとの着想
を抱き先にこの技術について特許出願した。しかし芯材
にＡｕを添加するということはＡｕの使用量をできるだ
け少なくするという当初の目的から外れる。
そこでＡｕを芯材に添加することなくボールの偏心をな
くそうと考え、例えば芯材と外被材の圧接が行われた後
に、積極的な熱拡散処理を付加するという手段について
検討したところ、不均一な拡散層あるいは拡散層が成長
し、その後これを伸線すれば第５図に示すように厚さの
均一な拡散層６となって製品複合ボンディングワイヤの
断面形状は対称となり、ボンディング時のボールの偏心
をなくすことができるという知見を得た。この理由につ
いては次の様に考えている。
即ち前述の如く圧接時の熱によって両金属層の界面に生
じた不均一拡散層あるいは拡散層は、後工程における伸
線による線径の減少に比例してその厚さや大きさが減少
するわけではないので、その厚さや大きさの線径に対す
る比率は伸線の進行度合に対して相対的に大きくなる。
１ノたがってこのことを逆利用し、圧接後に１回以上の
熱拡散処理を行なって先に拡散層を均一化させてから伸
線すればこの均一な拡散層の厚みは線径に対して大きい
比率を占める様になり、本願発明の目的に適った複合ボ
ンディングワイヤが得られることになる。これに対し、
伸線した後に熱処理を付加した場合は、芯材と外被材と
の拡散速度の差によりカーケンダルボイドが発生してし
まい（ＡｕとＡｇの場合では芯材であるＡｇの方にカー
ケンダルボイドが発生する）、複合ボンディングワイヤ
の断面における対称性はくずれてしまう。結局本発明に
おいては、１回以上の熱拡散処理を行なった後に径が１
０分の１以下となるような冷間加工（伸線）を行なうこ
とにより、カーケンダルボイドの発生が無く且つ均一な
拡散層が十分な厚さに亘って形成された複合ボンディン
グワイヤが得られることがわかった。
複合ボンディングワイヤを製造するに当たっては、例え
ば第６図に示すように外被材となるＡｕ管２に芯材とな
るＡｇ円柱棒１を嵌合して二層円柱３を形成し、これの
外周に保護用の金属（ダミーブロック）７．８を被覆し
て複合被覆素材１０（ビレット）を形成し、これを熱間
静水圧押出しまたは熱間潤滑押し出しにより複合被覆線
材に伸線した後、保護用の金属を除去して被覆線材を形
成し、これを伸線加工中に目標線径の１０倍以上のとこ
ろで熱拡散処理を１回以上行い、さらに伸線して線径２
５〜３０μｍの複合ボンデイングワイヤとする。このよ
うにして複合ボンディングワイヤを製造するとボンディ
ング時におけるボール偏心を抑制することができると共
に外被材の肉厚を一定にすることができ、外被材の酸化
や異物の混入を防止することができる。
［実施例］ 実施例１ 第６図（断面図）を参照しつつ本発明に係る実施例を述
べる。
第１表に示すような銀製の円柱棒１の外周にＡｕ管２を
重ね合わせて２層円柱３を形成し、組立てに当たっては
、該二層円柱に嵌合する内孔を有するＣｕ製のダミーブ
ロック７．８に前記２層円柱を組み込むとともにダミー
ブロック７．８の間隙９から脱気して間隙９を周溶接し
て密封円柱状ビレット１０を作製した。
該ビレット１０を加熱温度５５０℃、加熱時間３時間、
押出比４８．２４で熱間静水圧押出を行ない、さらに表
面のＣｕを硝酸で除去し４．４　ｍｍφの複合線を作成
した。この時の複合線には銀層と金層との界面に沿って
径５〜１０μｍの合金粒が生成していた。
この複合線を７００℃で１５分熱拡散処理すると浮さほ
ぼ１０μｍの合金層が同心円状に生成していた。この時
Ａｇ側にはカーケンダルボイドは形成されていなかった
。さらにこの複合線を２５ｍｍφまで引抜き伸線して複
合ボンディングワイヤを得た。該ボンディングワイヤを
サーモソニックボンディング法で大気中でボールを作成
しＡ１蒸着基板に圧着して接続したところ安定な圧着性
が得られ、引張り強度も高がフた。
尚第７図のボンディング時におけるボール圧着時の平面
図に示すように複合ボンディングワイヤ先端のボール圧
着部１１．ワイヤ部１２とするとワイヤ接線と圧着部接
線間の距離をそれぞれｄｍａｘ　、　　ｄｍｉｎとし、
ｄ　−ｄ　ｆｆｌ１ｎ／ｄ　ｍａｘとした時ｄ≧０．５
　、　ｄ＜０．５の値のものについて調べた結果を第２
表に示す。また比較のため熱拡散処理を行わなかったも
のおよび市販Ａｕ線について同様に調べた結果を第２表
に併記する。
第２表 （但し測定個数ｎｘ３０） 第２表から明らかなように、実施例の熱拡散処理を施し
たものは市販Ａｕ材の結果と同等の値を示し、ボンディ
ング時において圧着面対称性を示すことがわかる。また
この時サーモソニックボンディングの条件として荷重、
基板温度、圧着時間は一定とし、超音波出力を変化させ
たが、ｄに有意差は生じなかった。
実施例２ 実施例１と同様にして得た４、４　ｍｍφの複合線を引
抜き伸線して１ｍｍφ、２５０μｍφ、　１００μｍφ
の複合線を得、それぞれの複合線の芯材と外被材界面に
生じた拡散粒の大きさを調べた結果を第３表に示す。
第　　　３　　　表 その後さらにＮｏ　１，２．３の複合線を第４表に示す
条件で熱拡散処理を行い２５μｍφまで引抜き加工して
実施例１と同様にしてボンディング試験を行った。結果
を第４表に示す。
第４表から明らかな様に熱拡散処理後１０倍以上に伸線
したＮｏ、１．Ｎｏ、２ではカーケンダルボイドが発生
せず、またｄ≧０．５のものが６７％。
６０％と多く、ボンディング時における偏心が少なくな
っていることがわかる。
［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので本発明方法に
よって得られる複合ボンディングワイヤは純金線と同等
の特性を有し、該複合ボンディングワイヤを用いるとボ
ンディング時ボールの偏心を抑制してボールの基板への
圧着を容易にしかも確実にしてボンディングの安定化が
できる。また当然のこととしてＡｕの使用量を減少させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る複合ボンディングワイヤを得るた
めの二層円柱棒の斜視図、第２図は第１図の２層円柱棒
の一部横断面図、第３図および第４図は熱拡散処理工程
を経ずに製造した複合ボンディングワイヤの断面図、第
５図は本発明に係る複合ボンディングワイヤの断面図、
第６図は複合ボンディングワイヤを製造するためのビレ
ット断面図、第７図はボンディング圧着時における平面
図、第８図はボールの偏心を説明するための模式％式％ ３・・・二層円柱　　　　４・・・厚さ不均一な拡散層
５・・・拡散層　　　　　６・・・厚さの均一な拡散層
７．８・・・保護用金属（ダミーブロック）９・・・間
隙 １０・・・複合被膜素材（ビレット） １１・・・圧着部　　　　　１２・・・ワイヤ部１２ａ
・・・ボール　　　　１２ｂ・・・軸芯第１図 第２図 第６図 第７図 一婦心 昭和６３年　６月２２日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 昭和６３年特許願第［１８４２６号 ２、発明の名称 複合ボンディングワイヤの製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 住　所　大阪市北区堂島２丁目３番７号シシコー仁嘱ル
４０７５、補正命令の日付 （自発） ６、補正の対象 正　　　　　誤　　　　　表

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ＡｇまたはＡｇ合金よりなる芯材とＡｕまたはＡ
    ｕ合金よりなる外被材から構成される複合ボンディング
    ワイヤを製造するに当たり、前記芯材と前記外被材の圧
    接が行なわれた後に、１回以上の熱拡散処理工程と該熱
    拡散処理工程後に径が１０分の１以下となるように冷間
    加工によって伸線する工程を設けることを特徴とする複
    合ボンディングワイヤの製造方法。
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