JPH0213814B2 - - Google Patents

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JPH0213814B2
JPH0213814B2 JP58030041A JP3004183A JPH0213814B2 JP H0213814 B2 JPH0213814 B2 JP H0213814B2 JP 58030041 A JP58030041 A JP 58030041A JP 3004183 A JP3004183 A JP 3004183A JP H0213814 B2 JPH0213814 B2 JP H0213814B2
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Japan
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wire
core wire
gold
copper
bonding
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DAIICHI DENKO KK
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子のチツプ電極と外部リー
ドとを接続するために使用するボンデイング用ワ
イヤに関するものである。
（従来技術） トランジスター、ICまたはLSI等の半導体素子
を組立てるには、チツプ電極と外部リードとを電
気的に接続する工程が必要であり、この工程には
通常、直径0.01〜0.06mmの極細の金属ワイヤで結
線するワイヤボンデイングという作業が行われて
いる。ワイヤボンデイングは、初期においては手
動式で行われているが、近年は高速自動ボンダに
よる自動化が進み、ワイヤボンデイング工程の良
否が半導体の信頼性を大きく左右するところか
ら、これら用いるワイヤに要求される性能が一層
きびしくなつている。
従来より、一般的な量産ICやLSI用のワイヤと
して金線がよく使用されている。これは、金が耐
食性、耐酸化性、展延性および導電性に優れてお
り、更にボンデイングの結線方向を制約しない熱
圧着ボールボンデイングが行えるからである。し
かし金は高価であるばかりでなく、極細の金線は
引張り強さが弱く、特に熱圧着時に高温度に加熱
された際に軟化して強度が弱まり断線を起こしや
すく、またその際にチツプ電極と外部リードとの
間のループ形状が不安定になるという難点があ
る。この点に鑑みて、例えば特公昭57−35577号
公報に記載のように、純金に微少量の添加物を含
有させた金線が提案されている。しかしこれは強
度の面では改善されてはいるものの、高価につく
ことは変わりはない。そこで最近において、価格
と強度の面を考慮して、銅または銅合金のワイヤ
が提案されている。しかしこれらは、熱圧着ボン
デイングを行う際にはその周囲を充分な非酸化性
雰囲気とする必要があるばかりでなく、ワイヤを
製造後半導体素子に組み込まれてしまうまで、酸
化を防止するため保護ガス雰囲気中に保管、管理
する必要があり、これらに多大の労力と経費を要
するという欠点がある。
また、特開昭57−12543号公報では、リードフ
レームとペレツトを接続する金属ワイヤを、非純
貴金属からなる内部金属とその表面を被覆する耐
蝕性を有する金属とで構成した半導体装置が提案
されており、上記内部金属の例としてCu，Al，
Fe，FeNi、表面被覆金属の例としてAu，Ag，
Sn，Pb，Cd，Ni，Pt，Cr等が挙げられている。
しかしながら、この提案では、金属ワイヤに関し
て材料コストと耐蝕性が配慮されているだけであ
り、これらと共にボンデイングワイヤとしての実
用性を左右する強度、導電性、施工性について充
分に満足できる性能を具備させる構成は究明され
ていない。
（発明の目的） 本発明の目的は、安価で、且つ特別な保護ガス
雰囲気中で保管、使用する必要がないことは勿
論、張り強度、特に高温時の破断強度が大きく、
しかも熱圧着ボールボンデイングを行う際の施工
性と端部での相手方との接着性が良好で高い作業
能率及び導電性を確保し得る半導体素子のボンデ
イング用ワイヤを提供することにある。
（発明の構成） 本発明の半導体素子のボンデイング用ワイヤ
は、上記目的を達成するために、銅もしくは銅合
金よりなる極細の芯線の表面に、該芯線の直径の
10〜15％の厚さを有する溶融メツキ法による金被
覆層を有してなる構成を採用している。
（作 用） 芯線を構成する銅または銅合金は、引張り強度
が大きい上に導電率が高く、しかも金との密着性
がよく、また安価であるという特徴を持つ。一
方、この芯線を被覆する金は、周知のように耐蝕
性、耐酸化性、展延性及び導電性に優れている。
従つて、本発明で採用した芯線と被覆層の材料の
組み合わせは、導電性、強度、耐蝕性、材料コス
ト等のバランス上から、ボンデイング用ワイヤと
して他の如何なる材料の組み合わせよりも優れて
いる。
しかるに、本発明にあつては、金の被覆層を溶
融メツキ法によるものとし、かつその厚みを芯線
直径の10〜15％という狭い範囲に設定したことが
特に重要であり、これによつて理想的な性状のボ
ンデイング用ワイヤが提供されるのである。すな
わち、本発明によるボンデイング用ワイヤは、特
に200℃以上の高温における引張り強度に優れる
と共に著しい軟化をきたさないことから、熱圧着
ボールボンデイングを行う際、断線しにくい上に
チツプ電極と外部リードとの間にたるみのない安
定なループを形成することができるという第１の
特徴、ならびに熱圧着ボールボンデイング時に当
該ワイヤの下端を加熱した際に生成するボール部
分において、融点の低い金が先に溶融して芯線を
覆い金銅ろうを形成し、これによつて相手方との
接着性が良好となつて接続部における高い導電性
が確保されるという第２の特徴を備えるが、上記
第１の特徴を発揮する上で金被覆層の厚みが芯線
の直径の15％以下であることが必要となる一方、
上記第２の特徴を発揮するためには上記厚みを同
じく10％以上とする必要がある。
しかして、一般にボンデイング用ワイヤは既述
の如く直径0.01〜0.06mmといつた極細であること
から、このようなワイヤ径において金被覆層を有
するものとするには、予め太い芯線材料を用いて
これに厚地の金被覆層を形成しておき、これを引
抜加工により伸線して上記ワイヤ径まで縮径する
手段を採用せざるを得ない。しかるに、上述の如
く設定すべき金被覆層の厚みが芯線直径の10〜15
％を薄い場合に該被覆層と芯線との密着性を損な
わずり支障なく引抜加工を行うには、予め形成す
る金被覆層を溶融メツキ法によるものとする必要
があり、例えば電気メツキ法やクラツド法等によ
る金被覆層では上記密着性及び加工性の両面で満
足な結果が得られない。
なお、芯線として銅合金を使用する場合、この
銅合金としては銅に数パーセントのスズを含んだ
もの等が好適である。
（実施例） 第１図は本発明のボンデイング用ワイヤの断面
図を示すものであり、図中の１は銅もしくは銅合
金からなる芯線、２はその表面に設けられた溶融
メツキ法による金被覆層であつて、該金被覆層２
の厚みが芯線１の直径の10〜15％の範囲に設定さ
れている。
しかして、本実施例では、芯線１が直径約0.02
mmの純度99.99％以上の無酸素銅からなり、その
表面に溶融メツキ法による厚さ約0.0025mmの高純
度の金メツキ層２が被覆されて、直径0.025mmの
ボンデイング用ワイヤが形成されている。
これの製造方法は以下のとおりである。
まず無酸素銅を用いて直径0.13mmの素材ワイヤ
を製造し、これに溶融メツキ法によつて厚さ約
0.015mmの金メツキを施す。このようにして得ら
れた金メツキワイヤを、引抜加工によつて直径
0.025mmに仕上げる。必要に応じて約350度Ｃで焼
鈍を行う。
上述のごとく製造されたボンデイング用ワイヤ
は、導電性が良好であり、金の使用量が従来の金
線と比較して約65％節約できるため安価であり、
且つ金メツキ層により被覆されているので、従来
の銅線または銅合金線のように完全な非酸化性保
護ガス雰囲気中で使用・保管する必要がない。そ
して、引張り強度については、常温及び高温に加
熱した場合の破断強度を測定した結果、従来の金
線よりも強く、特に高温における強度が飛躍的に
向上していることが明らかになつた。
すなわち、第２図において、曲線Ａ及びＢは本
実施例の破断強度を示すものであつて、このうち
曲線Ａは焼鈍前、曲線Ｂは焼鈍後を示している。
また曲線Ｃは、本実施例と同径の従来の金線の破
断強度を示している。これによると、焼鈍前の本
実施例は全温度範囲において従来例よりも大きな
破断強度を示しており、特に熱圧着ボールボンデ
イング時の加熱温度の影響を受けることを考慮し
た場合の200〜300度Ｃの高温においては従来例よ
りもはるかに優れている。また焼鈍後の本実施例
は、常温においては従来品よりも劣るが、熱圧着
ボールボンデイングを考慮した場合の高温時で
は、上述の焼鈍前のものと同様に従来例よりもは
るかに優れている。さらに、高温時における破断
強度の向上は、単に強度的に有利であるばかりで
なく、熱圧着ボールボンデイングを行う際にチツ
プ電極と外部リードとの間にたるみのない安定な
ループの形成に大きく寄与している。特に焼鈍を
行つたものは、ボンデイング用ワイヤとして製造
または使用の際のボビンへの巻き取りまたは巻き
戻し時にワイヤの曲がりが少なく直線性に優れ、
且つ大きく丈夫なループが得られて良好である。
また本実施例により熱圧着ボールボンデイング
を行う際には、当該ワイヤの下端をトーチで加熱
したときに生成するボール部分は、金の融点が銅
より低いため、金メツキ層２の金が先に溶融して
銅の芯線１を覆うようになり、金銅ろうを形成し
てチツプ電極との接着性が良好である。
（発明の効果） 本発明によれば、引張り強度、特に高温下での
強度が大きく、熱圧着ボールボンデイングに際し
て断線を生じにくく、しかも著しい軟化を起こさ
ず安定なループを形成できて施工性に優れると共
に、接続端部の接着性も良好であつて高い導電性
を確保でき、耐蝕性、耐酸化性にも優れた安価な
ボンデイング用ワイヤを提供でき、もつて半導体
の歩留まり及び信頼性を大きく向上させることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図
は本実施例及び従来例の破断強度を示すグラフで
ある。 １…芯線、２…金メツキ層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 銅もしくは銅合金よりなる極細の芯線の表面
    に、該芯線の直径の10〜15％の厚さを有する溶融
    メツキ法による金被覆層を有してなる半導体素子
    のボンデイング用ワイヤ。
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