JPH0222130B2 - - Google Patents

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JPH0222130B2
JPH0222130B2 JP60265620A JP26562085A JPH0222130B2 JP H0222130 B2 JPH0222130 B2 JP H0222130B2 JP 60265620 A JP60265620 A JP 60265620A JP 26562085 A JP26562085 A JP 26562085A JP H0222130 B2 JPH0222130 B2 JP H0222130B2
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copper
ball
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Eiichi Fujimoto
Toshitake Ootaki
Harumichi Okamoto
Takashi Ogata
Norimichi Matsusue
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Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
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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、トランジスター、IC、LSIなどの半
導体素子上の電極と外部リードとの間を接続する
ボンデイング線に関し、特に高純度銅に特定の添
加元素を加えて耐熱性と破断強度およびボンデイ
ング特性を向上させた半導体素子用ボンデイング
線に関する。 （従来技術） 従来、ケイ素半導体素子上の電極と外部リード
との間を接続するボンデイング線としては純金
（99.99Wt％）の金細線やアルミ合金（Al−１％
Si）細線が使用されている。しかしながら接続の
信頼性および工程上の問題から金細線が多量に使
用されている。ところが近年、自動ボンダーの高
速化に伴ない高純度の金細線では接続時に受ける
加熱と引張りに耐えることができず、高速化に対
応し得ないことが明らかになり、その解決策とし
て接続時に形成させる金ボールの真円形状および
金ボールの硬さを損わない程度に、純金に微量の
添加元素を加えて耐熱性と破断強度を向上させた
金合金細線が実用に供されている。 （発明が解決しようとする問題点） ケイ素半導体素子の電極に金細線を接続する方
法は、通常金細線をキヤピラリーに通し、キヤピ
ラリーから突出する一定長の金細線の先端を水素
炎又は電気トーチにより溶融させて金ボールを形
成し、この金ボールを150〜400℃の加熱状態に置
かれているケイ素半導体の電極部にキヤピラリー
で押しつぶして釘状の頭部にし、ケイ素半導体の
電極と外部リードとを接続する熱圧着法および超
音波接続法又はこれらの組合わせ方法によつて行
われる。 このように、ケイ素半導体の電極と外部リード
との接続に、金細線又は金合金細線が使用される
理由は、確実な接続の信頼性があるためであつ
て、金ボールの形成が真円形状になること、
形成された金ボールの硬さが適切で、接合時の圧
力によつてケイ素半導体素子を損傷しないこと、
キヤピラリーからの金細線および金合金細線の
繰出しが円滑で閉塞せず、自動接続ができること
である。 しかしながら、金細線および金合金細線は極め
て高価であり、金細線にあつては高速自動化接続
に際し、耐熱性を欠くために金ボール形成の直上
部において断線を起す場合があり、これを解決す
るために純金に微量の添加元素を加えて耐熱性と
破断強度を向上させる金合金細線とすると、ケイ
素半導体素子と外部リードとの接続におけるルー
プ形状が低くなつて好ましくなく、ループ形状を
高くするには逆に耐熱性と破断強度を犠牲にしな
ければならない問題がある。 一方、ケイ素半導体素子も大量生産化に入り、
価格の低減が余儀されるに至つて、金細線と同一
なボンデイング特性をもち、且つ耐熱性と破断強
度にすぐれた安価な代替金属材料の出現への強い
要望がある。 本発明はかかる問題を解決することを目的とす
るもので、高純度銅を用いて、安価で耐熱性と破
断強度を有し、且つ金細線や金合金細線と同様な
信頼性にすぐれた接続ができる半導体素子用ボン
デイング線を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上述の問題を解決するために鋭
意検討中、銅純度が99.999重量％以上の種々の異
なる成分を含有する高純度銅を用いて25μｍφ径
の銅細線を作製し、これらの銅細線の先端を加熱
溶融して銅ボールを形成させたところ、真円形状
を示すものであつても銅ボールの硬さにおいて異
なるものがあることを観察し、この原因を種々検
討した結果、高純度銅中に微量に含まれる不可避
不純物としての硫黄含有量が0.0005重量％を上回
るときは、銅ボールの硬さが好ましくないため、
接続時の圧力で半導体素子を損傷するが、0.0005
重量％以下に硫黄含有量を抑えれば、その影響が
無視できるという事実を見出し、本発明を完成さ
せたものである。 本発明は、純度が99.999重量％以上で、硫黄含
有量が0.0005重量％以下の銅を基材とし、該基材
に対してCd、Pb、Tiより選ばれた１種又は２種
以上の元素を合計量で0.01〜0.02重量％の範囲に
含有して成ることを特徴とする半導体素子用ボン
デイング線である。 以下、本発明の構成について、更に説明する。 純度99.999重量％以上で、硫黄含有量が0.0005
重量％以下の特定の銅基材とするには、再電解法
又はゾーンメルテイング法によつて精製するが、
硫黄含有量が許容限界値の0.0005重量％以下にな
るまで精製すればよい。精製を繰返して硫黄含有
量を０にすることは好ましいが、精製の繰返しに
よつて当然ながら、該銅基材はコスト高となるの
で好ましくない。そのため、精製度合は硫黄含有
量が0.00005〜0.0005重量％とするのが好ましい
が、より好ましいのは0.0001〜0.0004重量％であ
る。 銅基材に対してCd、Pb、Tiより選ばれた１種
又は２種以上の元素を合計量で0.01〜0.02重量％
の範囲に含有させて銅合金細線とすると、耐熱性
と破断強度が向上すると共に、ボンデイング特性
であるボールの形状、ボールの硬さ、ループの高
さおよび接合強度が好ましいものとなり、高速自
動化ボンデイングに適し、信頼される接続ができ
る。 しかし、Cd、Pb、Tiより選ばれた１種又は２
種以上の元素を合計量で0.02重量％を上回る量を
含有させて銅合金細線とすると、耐熱性と破断強
度を向上させることができるが、ボールの形状が
真円形状でなく、いびつ状となり、且つボールの
硬さが好ましくないため、接続時の圧力で半導体
素子を損傷させるので好ましくない。逆に0.01重
量％未満では、高温引張特性すなわち、耐熱性と
破断強度が不足するので好ましくない。 （実施例） 以下、実施例と比較例および純金細線と金合金
細線の従来例とを対比させて本発明を更に詳細に
説明する。 銅純度が99.999重量％以上で、硫黄含有量の異
なる高純度銅を用いて第１表に示す化学成分の銅
合金を溶解鋳造し、その鋳塊を圧延した後、常温
で伸線加工を行ない最終線径を25μｍφの銅合金
細線とし、不活性ガス雰囲気で連続焼鈍（温度
250〜500℃、線速10〜100ｍ／分）して硬質を軟
質に調質する。勿論、バツチ焼鈍を施してもよ
い。 第１表より得られた銅合金細線と25μｍφの従
来例No.７（金合金細線）および従来例No.８（純金細
線）とについて、それぞれ常温引張特性、高温引
張特性およびボンデイング特性を測定した結果を
第２表に示す。 常温引張特性は室温で引張試験を行ないその破
断荷重を測定し、高温引張特性は250℃の温度雰
囲気で引張試験をしてその破断荷重を測定した。 ボンデイング特性におけるボールの形状、ボー
ルの硬さ、ループの高さなどの判定は、公知のボ
ンデイングマシンを使用して不活性のアルゴン雰
囲気のもと、電気トーチ放電によつて得た銅ボー
ルを走査電子顕微鏡（×500倍）で観察して行な
い、ボールの硬さは、ケイ素半導体素子上の電極
と外部リードとの圧着接続を行なつた後、半導体
素子の損傷の有無により判定し、ループの高さは
ケイ素半導体素子上に形成されたループの高さを
光学顕微鏡で測定し、更に接合強度はループの中
央にフツクをかけてその破断荷重を測定した。 結果からわかるように、実施例No.１からNo.４
は、銅ボールの形状、ボールの硬さ、ループの高
さとも純金細線の従来例No.８と同一の挙動を示
し、特にループの高さにおいては金合金細線の従
来例No.７より高くて好ましいループ形状を示すも
のとなる。 又、実施例No.１からNo.４は、常温および高温の
引張特性とボンデイング特性の接合強度において
従来例のNo.７およびNo.８よりすぐれ、耐熱性と破
断強度を具備していることがわかる。 比較例No.５は銅純度が99.999重量％以上で、硫
黄含有量が0.0005重量％以下の高純度銅を使用す
るものの、添加元素のCd、Pb、Tiの総量が0.02
重量％を上回るため、常温および高温の引張特性
においては実施例と同じ値を示すが、銅ボールの
形状が真円形状とならず、いびつ状となり、且つ
ボールの硬さも好ましくないので正常な接続がで
きないものとなる。又、比較例No.６は、銅純度が
99.999重量％以上であつても、硫黄含有量が
0.0005重量％を上回るため、銅ボールの硬さが好
ましくなく、接続時にケイ素半導体素子を損傷す
るのでボンデイング線としては適当でない。 上記の実施例には示していないが、実施例の銅
基材にCd、PbおよびTiの単独元素をそれぞれ
0.02重量％を上回る量を含有させて銅合金細線と
すると、高温引張特性は好ましいものの、ボール
形状がいびつ状となり、ボール硬さが好ましくな
いため、接続時の圧力が半導体素子を損傷させ
る。逆に、Cd、PbおよびTiの単独元素をそれぞ
れ0.01重量％未満に含有させると、高温引張特性
における破断荷重が低下し、高速自動化ボンデイ
ングに不適となる。又、実施例の銅合金細線を用
いて、最終線径を20μｍφおよび15μｍφの銅合
金細線として公知のボンデイングマシンを使用し
てボンデイング特性を調査したところ、線径の減
少によつて破断強度は低くなるものの、ボールの
形状、ボールの硬さ、ループの高さとも実施例と
同様に好ましいものであつた。 （発明の効果） 本発明に係る半導体素子用ボンデイング線は、
ボンデイング特性、すなわち、ボールの形状、ボ
ールの硬さ、ループの高さにおいて、現状の純金
細線と同一の挙動を示し、純金細線と比べて価格
が安価であり、且つ常温および高温の引張特性が
純金細線、金合金細線よりも高強度であるため、
高速自動化ボンデイング工程で支障を起すことも
なく、又細線加工がより容易であつて安定した品
質のものが提供できるので、半導体素子上の電極
面積を小さくできる利点がある。従つて実用性が
多大で産業上に寄与する。
【表】
【表】 (注) ボールの硬さ ○：ケイ素半導体に損傷
を与えないボールの硬さ
×：ケイ素半導体に損傷を
与えるボールの硬さ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 純度が99.999重量％以上で、硫黄含有量が
    0.0005重量％以下の銅を基材とし、該基材に対し
    てCd、Pb、Tiより選ばれた１種又は２種以上の
    元素を合計量で0.01〜0.02重量％の範囲に含有し
    て成ることを特徴とする半導体素子用ボンデイン
    グ線。
JP60265620A 1985-11-26 1985-11-26 半導体素子用ボンデイング線 Granted JPS62127437A (ja)

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