JPH02251155A - 半導体素子用金合金細線及びその接合方法 - Google Patents

半導体素子用金合金細線及びその接合方法

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JPH02251155A
JPH02251155A JP1072386A JP7238689A JPH02251155A JP H02251155 A JPH02251155 A JP H02251155A JP 1072386 A JP1072386 A JP 1072386A JP 7238689 A JP7238689 A JP 7238689A JP H02251155 A JPH02251155 A JP H02251155A
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gold alloy
bonding
ppm
high temperature
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Kiyoshi Furukawa
潔 古川
Masayuki Tanaka
正幸 田中
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Mitsubishi Metal Corp
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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〕 この発明は、半導体装置の製造に際して、半導体素子と
リードフレームのポンディングに用いた場合に高温で長
時間の半導体装置の使用に耐える金合金細線及び接合方
法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、半導体素子としてトランジスタやＩＣ１さらに
ＬＳＩなどが知られており、Ｉｃの製造法の１つとして
次に示すようなものかある。
（ａ）まず、リードフレーム素材として、板厚０．１〜
０　、３　ｍｍを有するＣｕ合金条材またはＮｉ合金条
材を用意する。
（ｂ）このリードフレーム素材より、エツチングまたは
プレス打抜き加工にて、製造しようとするＩｃの形状に
適合したリードフレームを形成する。
（Ｃ）ついで、リードフレームの所定個所に、Ｓｉｆツ
ブを、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用いて加熱接着
するか、あるいは、Ａ　Ｌｌ　＋　Ａｇ＋Ｎｉ　Ｃｕま
たはこれらの合金で構成されためつき層を介してはんだ
付けする。
（ｄ）Ｓｉチップとリードフレームとに渡って、それぞ
れ予め形成されたＡ［などの電極面にボンディングワイ
ヤとして直径：２０〜５０μｍを有するＡｕ細線を用い
てポールボンディングを施す。
（ｅ）引続いて、Ｓｉチップ、ホンディングワイヤ、お
よびＳｉチップが取付けられた部分のリードフレームを
、これらを保護する目的で樹脂封止する。
（ｆ）最後に、上記リードフレームにおける相互に連な
る部分を切除して、個々のＩＣを形成する。
以上（ａ）〜（ｆ）の主要工程からなる方法が知られて
いる。
さらに、上記（ｄ）工程について詳述すれば、半導体素
子とリードフレームとの金線によるボンティングは、金
線の先端部を、酸水素炎または電気１へ一チで溶融して
ボール形成し、１５０〜３００　’Ｃの加熱状態におか
れている半導体素子とリードフレームとを結線する方法
で行われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、最近、半導体素子を用いた装置の使用される
環境条件かまずます厳しくなっており、例えば、自動車
のエンジンルーム内で使用される内装部品などのように
高温や高湿、あるいは振動なとを受けるような環境下で
の使用か要求されてきている。ところが、従来の金線に
おいては、ＡＱ電極面との接合部において、ＡｕとＡＣ
との金属間化合物が形成されて接合強度か低下し、後の
樹脂封止工程や使用に伴う振動により断線や接続不良が
生じたり、電気抵抗の増大を来たしてしまうという不都
合かあった。
［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者等は、上述のような観点から高温下で
の信頼性を向上させる金ボンディングワイヤを開発すべ
く研究を行った結果、 （ａ）全中にＴ　ｉ、　Ｈｆ、　Ｚ　ｒを適量含有させ
ることにより、高温においてＡＱとＡｕの金属間化合物
の形成を抑制する作用がある。
（ｂ）上記の作用を顕すには、上記金属元素は、余生に
少なくとも１００重量ｐｐｍ　（以下、単にｐｐｍと記
す）以上添加する必要かある。
（ｃ）上記Ｔｉ；Ｈｆ、Ｚｒの１種または２種以上を含
む金に、ＣＢ、Ｌａ、Ｂｅ、　Ｉ　Ｍ、Ｓ　ｉ、Ｇｅ、
Ｍｇ、Ｙ、Ｃｒ。
Ｐｄの１種または２種以上の元素を添加することにより
これらの元素がＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒの金属間化合物抑制作
用を高める。
（ｄ）Ｔ　ｉ、　Ｈｆ、　Ｚ　ｒを１００　ｐｐｍ以上
含むボンディングワイヤを大気中で加熱すると、これら
の金属か酸化されて不純物となり、ボールの真球度を低
下させるが、ホンディング作業を不活性雰囲気で行うこ
とにより上記問題を回避することができる。
なお、添加量か１００００　ｐｐｍを超えると、ホンデ
ィングのために金線の先端を加熱したときに溶融した先
端部が真球状にならず、ボンディング性がよくない。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される知見を得たのである。
この発明は、上記知見に基ついてなされたものであって
、 第１の請求項において、Ｔ　ｉ＋　Ｈｆ　、Ｚｒのうち
１種または２種以上を総計で１００〜１０．、ＯＯＯｐ
ｐｍを含み、残部がＡｕ及び不可避不純物からなる半導
体装置用金合金細線を提供し、 また、第２の請求項において、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒのうち
１種または２種以−ヒを総計で１００〜１００００重量
ｐｐｍ含み、Ｃａ、Ｌａ、Ｂｅ、Ｉｎ、Ｓｌ、Ｇｅ、Ｍ
ｇＹＣｒ、Ｐｄの１種または２種以」−を、Ｃａ、Ｌａ
についてはそれぞれ０．１〜５０重量ｐｐｍ５　Ｂ　ｅ
、４　ｎＳｉ　Ｇｅ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｒ、Ｐｄについては
それぞれ１〜５０重量ｐｐｍ、かつ総計で０１〜１００
重量ｐｐｍ含み、残部がＡｕ及び不可避不純物からなる
半導体素子用金合金細線を提供し、 第３の請求項において、上記の半導体素子用金合金細線
を用いて、不活性雰囲気中で該半導体素子用金合金細線
と電極の間に電圧を印加し、該半導体素子用金合金細線
の先端部を溶融させてホールを形成し、ＡＱ電極に該ホ
ールを押圧して接合する方法を提供するものである。
〔作用〕
この発明の半導体素子用金合金細線において、合金成分
としてのＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒの含有量を１００〜１１００
００ｐｐと定めたのは、その含有量が１００　ｐｐｍ未
満では、上記のように半導体装置の実用に際して、高温
下での使用時にワイヤとＡＱ電極との接合部における金
属間化合物の形成を抑制する効果が無（、一方、その含
有量が１００００　ｐｐｍを超えると、たとえ真空なと
の不活性雰囲気中でボンディングを行っても、ワイヤ先
端部に形成されたボール部の変形に伴う加工硬化が急激
に現われるようになって、真球度が低下し、ボンディン
グが困難となるとともに接続強度が低下するという理由
に基づくものである。
Ｃａ、Ｌａ、Ｂｅ、　Ｉｎ、Ｓ　ｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｙ、
Ｃｒ、Ｐｄを上記組成の金合金に複合添加することによ
り、ワイヤの常温強度をさらに向上させることかできる
。
Ｃａ、　Ｌ　ａの含有量をそれぞれ０．１〜５０ｐｐｍ
。
Ｂｅ　Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｒ、Ｐｄの含有
量をそれぞれ１〜５０　ｐｐｍに設定したのは、これら
の下限値未満では、所望の常温引張強度の向上及びＡ　
ｕ　−Ａ　Ｑ金属間化合物の成長を抑制する効果が得ら
れず、一方、それぞれが５０　ｐｐｍを超えるとポール
形成時にポールが真球とならず、また、線引き加工性が
低下するので、ワイヤを製造する際の能率の低下などを
もたらすことになる。また、個々が上記範囲にあっても
総計で１００　ｐｐｍを超えると同様の不具合がもたら
される。
このような組成の半導体素子用金合金細線によれば、Ａ
Ｑ電極とワイヤを接合した後、素子を高温環境において
使用した場合でも、接合部においてＴ　ｉ、　Ｈｆ、　
Ｚ　ｒがＡσとＡｕとの間での金属間化合物の形成を抑
制し、また、Ｃａ、　Ｌ　ａ、　Ｂ　ｅ、　Ｉ　ｎＳ　
ｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｒ、Ｐｄか上記のＴ　ｉ、　Ｈ
ｆ、　Ｚ　ｒの作用を促進し、抑制効果を一層高める。
なお、第３の請求項の方法のように、ボンディング工程
を不活性雰囲気中で行うことにより、上記金属元素及び
補助添加元素ともに酸化されることを防ぎ、加熱による
ポールアップ時において真球度の高いボール形成を行い
、接合作業の能率を向上させるとともに接合強度を保持
させる。
〔実施例〕
以下、この発明の金合金細線を実施例により具体的に説
明する。
通常の溶解法により、それぞれ第１表ないし第３表に示
される成分を有する金合金溶湯を調製し、鋳造した後、
溝型圧延機を用いて適当な断面寸法まで圧延し、続いて
線引き加工を行って直径：２５μｍφの細線とした。ま
た、比較材として、本願発明の成分範囲を外れるような
成分の金合金細線を、同様の方法で製造した。
ついで、この結果得られた各種の金合金細線を用いて、
ボンディングマシンによりＡｆ２合金配線被膜を有する
電極面にホールボンディングを行つた。ボンディング方
法は、サンプルＮｏ１〜１８については、Ｎ、ガス雰囲
気中及び大気中で行い、Ｎｏ１９〜６８についてはＮ、
ガス中で行った。このようにしてボンディングして結線
した半導体素子を２５０’Ｃ，Ｎ、雰囲気中に９００分
間保持した後、Ｓｉチップ上の金合金細線とＡＱ電極と
の接合部の強度をシェアテストにより制定するとともに
、これらのサンプルを切断して接合部のＡＱＡｕ全Ａｕ
化合物の層厚さを制定した。また、Ｎ。
１９〜６８の半導体素子については、ワイヤの常温での
引張試験を行った。これらの結果をまとめて第１表ない
し第３表に示す。
この表に示される結果から、第１請求項記載の発明の実
施例の金合金細線（Ｎｏ、１〜６、Ｎｏ、１９〜５８）
は、不活性雰囲気中て放電によってボールを形成してポ
ンディングを行った場合、比較材及び他の方法でボンデ
ィングを行ったものに比し、ポール形成能力、高温保持
後の接合強度及びＡ　ｕ　−Ａ　Ｑ金属間化合物の成長
抑制効果とも葺しく優れていることが明らかである。
〔発明の効果〕
以上、詳述したように、この発明の半導体素子用金合金
細線及び接合方法を用いて製造した半導体装置は、極め
て優れた耐高温特性を備えているため、従来、使用が不
可能であったような環境下で使用した場合に信頼性を著
しく向上させ、半導体装置の使用範囲を拡大することが
できるという優れた効果を奏するものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒのうち１種または２種以上を総
    計で１００〜１００００重量ｐｐｍを含み、残部がＡｕ
    及び不可避不純物からなることを特徴とする半導体素子
    用金合金細線。
  2. （２）Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒのうち１種または２種以上を総
    計で１００〜１００００重量ｐｐｍ含み、Ｃａ、Ｌａ、
    Ｂｅ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｒ、Ｐｄの１種
    または２種以上を、Ｃａ、Ｌａについてはそれぞれ０．
    １〜５０重量ｐｐｍ、Ｂｅ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、
    Ｙ、Ｃｒ、Ｐｄについてはそれぞれ１〜５０重量ｐｐｍ
    、かつ総計で０．１〜１００重量ｐｐｍ含み、残部がＡ
    ｕ及び不可避不純物からなることを特徴とする半導体素
    子用金合金細線。
  3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体
    素子用金合金細線を用いて、不活性雰囲気中で該半導体
    素子用金合金細線と電極の間に電圧を印加し、該半導体
    素子用金合金細線の先端部を溶融させてボールを形成し
    、Ａｌ電極に該ボールを押圧して接合することを特徴と
    する半導体素子用金合金細線の接合方法。
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