JPH0448734A - バンプ用Ａｌ合金 - Google Patents

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、ワイヤレスボンディングにおいて、半導体
素子に形成された電極と、インナーリードとの間に設け
られて両者を接続するバンプ用のＡｌ合金に関する。

「従来の技術」 近年、ＩＣチップの多極化に伴い、ＩＣチップの電極と
リードフレームを接続する方法として、経済性および接
続の信頼性の要請からこれまで用いられていたワイヤー
ボンディング方式に代えて、金属細線を使用しないワイ
ヤレスボンディング方式が採用されつつある。

このワイヤレスボンディング方式においては、ＩＣチッ
プの電極にリード（インナーリード）と接続するための
バンプ（金属突起）を形成する必要がある。このバンプ
を形成する方法の一例として、以下に示すようなポール
バンプ方式と称される方法が提供されている。

すなわち、ＡｕまたはＡｕ合金からなるワイヤの先端部
に電気トーチによりポールを形成して、このボールを加
熱したＩＣチップのＡｌ電極に超音波を負荷しつつ圧着
し１こ後、ワイヤ部分をクランパで把持してポールから
引きちぎり、その後、Ａｌ１を極上に残されたボール（
バンブ）とインナーリードとを接合する方式である。

［発明が解決しようとする課題」 ところが、上記の場合、チップのＡρ電極にＡｕまたは
Ａ、　ｕの合金からなるバンブを形成する際に、チップ
を２５０〜３００°Ｃの高温に加熱するので、Ａｕバン
ブとＡ［電極との間で金属間化合物が過剰に生成された
り、カーケンドールボイドが発生し易いので、接合部の
信頼性に問題があった。

また、Ａρ電極上に形成されたＡｕバンブとインナーリ
ードとを接合する際に、２００〜３００℃に加熱するの
で、輻射熱や伝導熱によりインナーリードに熱歪による
影響が生じて位置ずれ等が生しるので、Ａｕバンブとイ
ンナーリードとの接合不良が生じ易かった。

この発明は上記問題を解決することができるバンブ用、
１合金を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段。

上記目的を達成するために、この発明の請求項１のバン
ブ用ＡＱ合金は、Ｓｉを０．１〜２重量％含有し、残部
がＡ［および不可避不純物からなるものである。

また、請求項２のバンブ用ＡＱ合金は、Ｓｉを０１〜２
重量％含有し、かつアルカリ土類金属元素の１種または
２種以上を５０〜６０００重量ｐｐｍ含有し、かつ希土
類元素の１種または２種以上を１０〜４００重量ｐｐｒ
ｌ含育し、かつ残部がＡｌおよび不可避不純物からなる
ものである。

「作用」 この発明の請求項Ｉのバンプ用ｉ合金にあっては、Ｓｉ
を０．１〜２重量％含有させることにより、機械的強度
が向上するのて該１合金を５０μＭ径以下の細いワイヤ
に容易に伸線加工することができ、しかもこのＡｌ合金
はＡｕまたはＡｕ合金より軟いのでワイヤの先端部をチ
ップのＡＱ電極に低温（室温）で圧着接合して、ワイヤ
を引きちぎることによりＡ、＆電極にバンブを形成する
ことができる。したがって、Ａ４極とバンブとの間で金
属間化合物が生成されたり、カーケンドールボイドか発
生する二七がなく、接合部の信頼性が高い。

また、Ａｅ電極上に形成されたバンブとインナーリード
とを低温（室温）で接合することができるのでインナー
リードに熱歪による位置ずれ等が生じることがなく、接
合不良が生じることがない。

ここで、Ｓｉの含有量を０．１〜２重員％に限定したの
は、０１重量％未満であると機械的な強度が低いので、
バンプ用ＡＱ合金を５０μｌ径以下のワイヤに伸線する
のが困難であるとともに、半導体素子のＡ１極に、パッ
プを形成するためにバンプ用ワイヤを接合したときアロ
イスパイクが発生し易く、一方、２重量％を越えると、
合金中に析出する５ｉＦｆＬが多くなり、半導体素子の
Ａ　Ｏ電極の下の層を接合の際傷付けてしまい、クラッ
クが発生し易くなるからである。

また、請求項２のバンブ用Ａ＆合金にあっては、上記Ｓ
ｉに加えて、アルカリ土類金属元素の１種または２種以
上を５０〜６０００重量ｐｐｍ含有させることにより、
伸線加工されたワイヤの先端部をＡＱ電極に圧着接合し
てワイヤを引きちぎる際に、バンブに残るティルの長さ
を短くしてバンブの高さのバラツキを小さくし、さらに
、希土類元素の１種または２種以上を１０〜４００重１
！　ｐｐｍ含有させることにより上記アルカリ土類金属
元素の働きを強めて、より高さのバラツキの少ないバン
ブを形成することができる。なお、Ｓｉが０．１〜２重
量％含有されているので、バンブ用１合金を５０μｌ径
以下に伸線加工することがでるとともに、このワイヤの
先端部をチップのＡａ電極に低温（室温ンで圧着接合し
てパップを形成することができるのは勿論のことである
。

ここで、アルカリ土類金属元素の含有量を５０〜６００
０重ＩＩ　ｐｐＩｌｌに限定したのは、５０ｐｐｍ未満
であるとその効果が発揮されず、一方、６０００重量ｐ
ｐｍを越えると、接合の際すなわちＳｉチップのへ〇電
極にバンブを形成する際に、Ａｕ極の下のＳｉチップに
クラックが発生し易くなり、一方、４００重量ｐｐｍを
越えると、希土類元素を添加することによる効果が飽和
してしまうばかりでなく、ｌ電極の下のＳｉチップにク
ラックが発生し易くなるからである。

「実施例」 以下この発明のバンプ用１合金の一実施例を説明する。

まず、通常の溶解法により、第２表に示された成分組成
を有する。１合金溶湯を調整し、鋳造することによりこ
の発明に係わるバンプ用Ａ１２合金、および比較例とし
てＳｉ１アル力リ土類金属元素および希土類元素の含有
量がこの発明の範囲外のＡｅ金合金製造した後、これら
バンブ用、１合金を公知の溝型圧延機を用いて圧延し、
次いで伸線加工を行うことにより、この発明のバンプ用
ＡＱ合金かならる線径３０μｌのワイヤＮ０１１〜７、
および比較例の１合金からなるワイヤＮＯ６８〜１４を
製造した。そして、これらワイヤＮｏ、１〜１４を用い
てＳｉチップのＡｌ電極にバンプを形成した。

ここで、バンプの形成方法について説明すると、第１図
に示すように、上記バンブ用Ａｌ合金製のワイヤｌをウ
ェッジボンダのツール２に斜めから挿入して、ワイヤの
先端部をツール２の下面に位置させる。

次に、第２図に示すように、このツール２を下降させて
、該ツール２の下面によりワイヤｌの先端部１ａにおけ
る長芋方向に沿う部分をＳｉチップ３のＡｆｆ電極４の
上面に室温で押し付けつつツール２に設けられた図示し
ない超音波振動源によりツール２を介してワイヤｌに超
音波を負荷することにより、ワイヤｌの先端部１ａをＡ
ｆｆ電極４に接合する。

その後、第３図に示すように、ツール２を上昇させて、
ワイヤｌを図示しないクランパで挟持して引っ張ること
により、ワイヤｌと接合部（先端部Ｈａとを切断する。

これにより、Ａｎ電極にバンプ５を形成する。

このようなバンプ形成方法では、ワイヤＩの先端部１ａ
の長芋方向に沿う部分をＡｆｆｔｆｆ電極４付けてバン
プを形成するので、上記ボールバンプ方式のように、バ
ンプの高さにバラツキが生じたり、バンプの切断部に、
接続不良の主たる原因となるテールが残ることが殆どな
い。

また、ボールバンプ方式より小さいバンプを形成するこ
とができるので、バンプがＡｉ２電極からはみ出して隣
接する電極とショートしたりすることがなく、特に、隣
接する電極間が狭い（５０μｌ程度）半導体素子におい
て有効である。

このようなバンプ形成方法により、上記Ｎｏ。

１〜１４のワイヤを用いて、それぞれバンプを１０００
ｇずつ形成した。

そして、これらバンプにインナーリードを接合した（イ
ンナーリードボンディング）。

なお、半導体素子（Ｓｉチップ）の大きさ、Ａ＆電極の
大きさ、材質、電極ピッチ、インナーリードの材質、大
きさ等をそれぞれ第１表に示す。

さらに、バンプ成形条件およびインナーリードボンディ
ング条件を第２表に示す。

また、上記従来のボールバンプ方式によりＡｉ２電極に
Ａｕバンプを形成し、このバンプにインナーリードを接
合した。バンプ形成条件およびインナーリードボンディ
ング条件は下記の通り。

ａ、ボールバンプ成形条件 ワイヤ：Ａｕ−１重量％Ｐｄ、　２０　　μｘφ、ボー
ル直径：６０　μｌφ・ 超音波比カニ７０ｍＷ、 超音波発振時間：１５　　ｘｓｅｃ。

荷重、６０　ｇ、 温度：２５０　℃、 半導体素子の大きさ：１０ｘｚｘｌＯｘｘｘＯ，４ｊＩ
ｚ（ｔ）、ＡＩ２電極の大きさ：１１０μｘＸ１１０．
ｃｚ　ｚＸ１〜１．５μＩｔ（ｔ）１Ａｌ電極のピッチ
＝１４０μ！、 ＡＪ電極の材質：Ａｌ−１重量％Ｓ　ｉ、ｂ、インナー
リードボンディング条件 超音波比カニ４０ｍＷ、 超音波発振時間：１５　　ｚｓｅｃ。

荷重、５０　ｇ 温度：２５０　℃ インナーリードの材質・電解銅箔（表面Ｓｎメツキ処理
）、 インナーリードの大きさ：１００μｘｘ５ｍｚｘ３６μ
ｚ（ｔ）、そして、この発明のバンプ用、１合金製のワ
イヤＮｏ、１〜７、比較例のＡｌ合金製のワイヤＮｏ。

８〜１４、および従来のＡｕ合金製のワイヤＮｏ。

１５によりそれぞれ１０００個ずつ形成されたバンブに
ついて評価を行った。その結果を第３表に示す。

第３表において、バンブ高さのバラツキの評価について
は、それぞれのワイヤで形成されたバンブの高さを表面
粗さ計で測定し、各Ｎｏ、毎のワイヤにより形成された
全てのバンブの高さの平均値およびこの平均値から最も
外れたバンブ高さの値と平均値との差の絶対値を示す。

また、リード引張試験の評価については、第４図に示す
ように、小型のテンションゲージ１５の先に釣針状のフ
ック１６を設け、このフック１６てインナーリード６を
引っ張り上げて、剪断モードと剪断力を測定する。そし
て、剪断モードか適切な場合で、かつ剪断力が所定の設
定値以上の場合を合格とし、その他を不合格とした。こ
こで、剪断モードが適切なものは、リード間の途中で破
断が生じるモードであり、例えば第５図ないし第７図に
示すモードである。一方、不適切な剪断モードは、第８
図および第９図に示すモードであり、第８図は接合条件
が不適当か、バンブ５もしくはり−ド６が汚染されてい
た場合に発生し易く、また、第９図はバンブ６と電極４
の接合不良でバンブ形成に原因がある場合に生じる。な
お、上記測定を行う場合、半導体素子（Ｓｉチップ）３
を両面接着テープ１７でガラス板１８に固定して行う。

さらに、高温保持の評価については、電極とリードとが
バンブを介して接合されたものを、温度２５０℃で５０
０時間保持した後、接合強度を測定してその合格率を調
べた。

また、ンヨートの評価については、形成されたバンブの
うち、半導体素子の電極からり隣接する電極にはみだし
たものの個数を全体のバンブの個数に対する割合として
示した。

Ｓｉチップのクラック発生率の評価については、インナ
ーリードボンディング後、王水で１電極まで除去してＳ
ｉチップの表面を顕微鏡で観察してクラック発生の有無
を調べｆコ。

また、アロイスパイクの評価については、Ｓｌチップの
電極とインナーリードとがバンブを介して接続されたも
のを、Ｎ、ガス雰囲気において、３５０℃で５時間保持
した後、電気抵抗値を測定して、整流作用の有無を調べ
た。

以下余白 第３表に示す結果から明らかなように、この発明のバン
ブ用Ａ１２合金により形成されたバンブは、比較例のＡ
２合金および従来のＡｕまたはＡＬ１合金により形成さ
れたバンブに比べて、全ての評価項目において優れてい
ることが判る。

なお、上記実施例では、半導体素子のＡσ電極に、この
発明に係わるバンプ用Ａｌ合金によりバンブを形成した
場合について述べたが、インナーリードにバンブを形成
しても同様の効果を得ることができる。

また、この発明に係わるバンブ用Ａｌ合金を、従来のホ
ールバンブ方式に適用してもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の請求項１のバンブ用Ａ
Ｑ合金によれば、Ｓｉを０暑〜２重量％含有させたので
、機械的強度が向上して該１合金を５０μ大径以下の細
いワイヤに容易に伸線加工することができるので、半導
体素子のＡＱ電極に、より小さいバンブを形成すること
ができ、特に、隣接する電極間が狭い（５０μを程度）
半導体素子において育効である。

また、上記Ａ２合金はＡｕまたはＡｕ合金より軟いので
ワイヤの先端部を半導体素子のチップのＡＱ電極に低温
（室温）で圧着接合して、ワイヤを弓きちぎることによ
りＡＱ電極にバンブを形成することかできる。したがっ
て、Ａρ電極とバンブとの間で金属間化合物が生成され
たり、カーケンドールボイドか発生することがなく、接
合部の信頼性が高い。

さらに、Ａｌ２１を極上に形成されたバンブとインｆ−
’）−ドとを低温（室温）で接合することができるので
インナーリードに熱歪による位置ずれ等が生じることが
なく、接合不良が生じることがない。

また、請求項２のバンプ用Ａｌ合金によれば、上記請求
項１のバンプ用Ａｊ合金による効果を得ることができる
のは勿論のこと、アルカリ土類金属元素の１種または２
種以上を５０〜６０００重量ｋ　ｐｐｍ含有させたので
、該バンブ用Ａ１２合金を伸線加工してなるワイヤによ
りバンブを形成し、このバンブからワイヤを引きちぎる
際に、バンブに残るテイルの長さを短くしてバンブの高
さのバラツキを小さくでき、さらに、希土類元素の１種
または２種以上をｌθ〜４００重量ｐｐｍ含有させるこ
とにより上記アルカリ土類金属元素の働きを強めて、よ
り高さのバラツキの少ないバンブを形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明のバンプ用１合金により
バンブを形成する方法を説明するためのもので、第１図
は半導体素子の要部の側面図、第２図はＡ１２電極にワ
イヤを接合している状態を示す要部の側面図、第３図は
Ａｌ電極にバンブが形成された半導体素子の要部の側面
図、第４図ないし第９図はり−ド引張試験を説明するた
めのもので、第４図は引張試験方法を説明する側面図、
第５図ないし第７図はそれぞれ適切な剪断モードを示す
側面図、第８図および第９図はそれぞれ不適切な剪断モ
ードを示す側面図である。 ・・・・・・ワイヤ、 ２・・・・ツール、 ３・・・・・・Ｓｌチップ（半導体素子）、４　・・・ ・・ｌ電極、 ５・・・・・−バンブ、 ・・・インナーリート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子に形成された電極と、インナーリード
   との間に設けられて両者を接続するバンプ用のＡｌ合金
   であって、 Ｓｉを０．１〜２重量％含有し、残部がＡｌおよび不可
   避不純物からなることを特徴とするバンプ用Ａｌ合金。
2. （２）半導体素子に形成された電極と、インナーリード
   との間に設けられて両者を接続するバンプ用のＡｌ合金
   であって、 Ｓｉを０．１〜２重量％含有し、かつアルカリ土類金属
   元素の１種または２種以上を５０〜６０００重量ｐｐｍ
   含有し、かつ希土類元素の１種または２種以上を１０〜
   ４００重量ｐｐｍ含有し、かつ残部がＡｌおよび不可避
   不純物からなることを特徴とするバンプ用Ａｌ合金。