JPH02170937A - ダイレクトボンディング性の良好な銅合金 - Google Patents

ダイレクトボンディング性の良好な銅合金

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JPH02170937A JP63324782A JP32478288A JPH02170937A JP H02170937 A JPH02170937 A JP H02170937A JP 63324782 A JP63324782 A JP 63324782A JP 32478288 A JP32478288 A JP 32478288A JP H02170937 A JPH02170937 A JP H02170937A
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宏昭 渡辺
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Masanori Tokita
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体機器のリード材用銅合金に、ワイヤーボ
ンディング用リード線を直接接む（ダイレクトボンディ
ング）する事を可能にするダイレクトボンディング性の
良好な銅合金に関する。
［従来の技術］ 従来、半導体機器は、まず銅または銅合金のリード材用
素材を打抜き又はエツチングにより所定の形状に成形し
、次に、１１１導体素子の接合部分および゛Ｆ、導体素
子とリード材とを金線等でワイヤーボンディングするた
めに、リード材の所定部分へメツキを行い、ついてメツ
キされた部分へ半導体素子をダイボンドしさらに半導体
索ｒ・とリード材をワイヤーボンディング用リード線で
ワイヤーボンディングを行い、最後にこれを封止して製
品としていた。
これから分かるように、リード材と半導体素子および半
導体素−ｒとリード材との接合のためには、必ずメツキ
を８四としていた。
ところがメツキ操作自体は、微小な個所へのメツキであ
るために、非常に高い精度を必要とし、メツキの良否が
ダイボンドおよびワイヤーボンドに直接影響を与えて、
場合により不良品が発生した。
また半導体素子およびリード材との材質の関係および耐
久性、電導性、付む性などからみて、金または銀のメツ
キが行われているが、これが半導体機器の非常なコスト
高を招いた。
このためメッキ厚やメツキ面積を減少させたり、また前
記金や銀にかえて、卑金属を用いることなどを検討して
いるが、あまり画期的な効果は上っていない。
さらに半導体素子のダイボンドのみをペーストで代替さ
せて接合する技術が開発されて、半導体素子のダイボン
ドの際のメツキが一応不要となったが、あいかわらずリ
ード材と半導体素子とを金線で接合するワイヤーボンデ
ィングの為にはメツキが必要であり、工程数はいっこう
に減少せず、根本的な解決策にはなっていない。
ところで、ダイレクトボンディング性を改善させるべく
、過去にリードフレーム材料の観点から若干の検討は行
われている。例えば特公昭８２−４８０７１では材料の
表面粗さが最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．５μＩ以下とす
る事、あるいはさらに析出物、介在物等の単一面積が３
ＸｌＯ’ｌｌ１１２以下にする事でダイレクトボンディ
ング性が改善される事がわかっている。
〔発明が解決しようとする課′、８〕 実際の製品に上記公知技術を適用した場合、要求される
（Ｊ顕性が高いＩＣ，ＬＳＩ、ＶＬＳＩ製品としては、
まだまだ満足できるレベルにはなっておらず、一部トラ
ンシスター用に使用されている現状である。
従って、ダイレクトボンディング性という観点から一層
の改善をはかり、トランジスターからＶＬＳＩまでの全
ての１先導体製品に適用できるリードフレーム用銅合金
が望まれている。
［課題を解決するためのｆ段］ 本発明者らは、ダイレクトボンディング性に及ぼず種々
の材料因子について検討を行ったところ、材料の表面粗
さ規定はＲ１，８では不十分であり、中心線平均粗さ（
Ｒａ）といった全体的な表面粗さのレベルの規定が必要
であることを見出した。従来Ｒｗａｘ　　０．５μｍ以
下といわれていたが、一部Ｒ□、０．５μｍを越えても
Ｒａがある値以下であれば優れたダイレクトボンディン
グ性を示す事等が判明した。
さらに、材料の硬さもある値以上にしなければならない
事を見出した。
そこで、本発明はＮｉ０．４〜４．（ｌｆｆｉｍ％、Ｓ
ｉ０．！−１，０重量を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純
物からなる合金の材料表面を表面硬さが１１ｖ１８０以
上で、かつ表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１
５μｔａ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．８μｍ以下
となるように調整することにより、ワイヤーボンディン
グ用リード線を直接接亡可能としたことを特徴とするダ
イレクトボンディング性の良好な銅合金およびＮｉ０．
４〜４．０重量％、Ｓ　ｉ　　０．１〜１，Ｏｆｆｉ量
％を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる合金に副
成分としてＰ　ｓ　Ａ　Ｓ　ＳＳ　ｂ　ｓ　Ｆ　ｅ　１
Ｃｏ　−Ｃｒ　５ＳｎＳＡｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ
、Ｍｎ。
Ｚｎ、Ｉ　ｎ、Ｂ、Ｈｆ、希土類元素からなる群より選
択されたＩＦＩ！又は２種以上を総量で０．００１〜２
，０重量％添加した合金の材料表面を表面硬さがＨｖ　
１８０以上でかつ表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で
０．１５μｍ以下、最大高さ（Ｒ□８）で０，８μｍ以
下となるように調整することにより、ワイヤーボンディ
ング用リード線を直接接着可能としたことを特徴とする
ダイレクトボンディング性の良好な銅合金および前記合
金で祈出粒子が５μの以下であるダイレクトボンディン
グ性の良好な銅合金および前記合金で酸素含有量がＩＯ
ｐｐｍ以下であるダイレクトボンディング性の良好な銅
合金である。
次に合金成分並びに他の項目の限定理由を説明する。Ｎ
ｉの含有量を０．４〜４．０重量％とする理由は、Ｎｉ
含有量が０．４ｆｆ１２％未満では、Ｓｉを０．１重量
％以上添加しても高強度でかつ高導電性を示す合金が得
られず、逆にＮｉ含有量が４，０重量％を超えると加工
性が低下し、半Ｉｌｌ付は性も低下する為である。
Ｓｉ含有量をｏ、ｉ　−ｔ、ｏ重量％とした理由は、Ｓ
ｉ含有量が０．１重量２６未満ではＮｉを０．４重量％
以上添加しても高強度でかつ高導電性を示す合金が得ら
れず、Ｓｉ含有量が１．０重量％を超えると加工性、導
電性の低下が著しくなり、また＋１１付は性も低下する
為である。
副成分として、Ｐ、Ａｓ、５ｂＳＦｅ−ｉ　Ｃ０％Ｃｒ
５ＳｎＳＡｌ、Ｔｉ５Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅ。
Ｍ　ｎ　ｓ　Ｚ　ｎ　ｓ　Ｉ　ｎ　−、Ｂ　％　Ｈｆ−
、希土類元素からなる群より選択された１８以上の総量
が０．００１重量％未満では高強度でかつ耐食性のある
合金が得られず、また２、０重量％を超えると導電性の
低下及び半田付は性の低下が著しくなる為である。　ま
た酸素含有量をｌＯｐｐｍ以下とした理由は、ＩＯｐｐ
ｍを超えるとめっき密着性が低下するためである。析出
粒子を５μｍ以下にした理由は、５μ日を越えると半田
付は性、めっき密着性が低下するためである。
表面粗さをｌｌｖ　１８０以上とした理由は、Ｉｌｖ　
１８０未満ではダイレクトボンディング後のボンディン
グワイヤーの接着強度が低く、樹脂封止工程等での剥離
を起こす場合があるためである。
表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｌ以下
、最大高さ（Ｒ□１）で０．８μｍ以下とした理由は、
安定して強い接着を得るには、表面の平均的レベルが低
く、かつ部分的にも有害な粗さにならない事が必要であ
るためである。
すなわち、本合金系ではＲａが０．１５μ囮を超えると
接着強度が低下し、また、Ｒａが０，１５μ腸以下であ
ってもＲ７１，が０．８μｍを超えるとその部分の密着
強度が低下し、前述したように樹脂封１１〜工程等での
ストレスにより剥離を起こす場合があり、信頼性を損ね
るためである。
［実施例］ 第１表に示す組成の合金材料を、インゴットから熱間圧
延さらには冷間圧延、焼ｊ！　（溶体化焼鈍及び時効熱
処理を含む）のくり返しにより０．２５Ｉｎｍ＋厚さの
板とした。この際、表面硬さの違いは時効熱処理後圧延
したり、さらにそれを熱処理したり、過時効させたり、
溶体化させるといった方法を用い作り分けた。
また、表面粗さは各種表面粗さの圧延ロールを用いたり
、最終板厚になった後に、各種粗さの表面研摩を行い作
製した。
このようにして製造した各ｆＩ試料にワイヤーボンディ
ングを行い、見かけ上の接合状態を観察するとともに、
プルテストによる接合強度の測定並びに破断箇所の観察
を行った。
なお、ワイヤーボンディングとしてはサーモソニック法
を用い、以下に示すボンディング条件で行った。
ボンディングワイヤの材質及びワイヤ径＝Ｃｕ線２５μ
ｍφ、雰囲気：　１０　Ｖｏ１％Ｈ２−Ａｒ。
超音波出カニ　　０．ＩＷ、基板温度＝３００℃、加圧
カニ　８０ｇ　、時間＝２５ｍｓｃｃ。
結果を第１表に示す。この結果からもわかるように表面
硬さがＨｖ１８０以上でかつ表面粗さもＲａで０．１５
．ｃｚｎ以下、Ｒａ　ａ　ｗで０．８μ−以下という全
ての条件がそろった時に始めて、従来のメツキ打曲のボ
ンディング性が得られる事がわかる。
第１表 らしめｔ二もので、メ・ソキエＩ呈を省き、コストを大
巾に減少させる極めて天川的価値の高いものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｎｉ０．４〜４．０重量％、Ｓｉ０．１〜１．０
    重量％を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる合金
    の材料表面を表面硬さがＨｖ１８０以上で、かつ表面粗
    さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍ以下、最大
    高さ（Ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘ）で０．８μｍ以下となるように
    調整することにより、ワイヤーボンディング用リード線
    を直接接着可能としたことを特徴とするダイレクトボン
    ディング性の良好な銅合金。
  2. （２）Ｎｉ０．４〜４．０重量％、Ｓｉ０．１〜１．０
    重量％を含み、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる合金
    に副成分としてＰ、Ａｓ、Ｓｂ、 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂ
    ｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｂ、Ｈｆ、希土類元素からなる
    群より選択された１種又は２種以上を総量で０．００１
    〜２．０重量％添加した合金の材料表面を表面硬さがＨ
    ｖ１８０以上で、かつ、表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒ
    ａ）で０．１５μｍ以下、最大高さ（Ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘ）
    で０．８μｍ以下となるように調整することにより、ワ
    イヤーボンディング用リード線を直接接着可能としたこ
    とを特徴とするダイレクトボンディング性の良好な銅合
    金。
  3. （３）析出粒子が５μｍ以下である特許請求範囲（１）
    又は（２）の銅合金。
  4. （４）酸素含有量が１０ｐｐｍ以下である特許請求範囲
    （１）、（２）又は（３）の銅合金。
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