JPH0719787B2 - ボンディング用金合金細線 - Google Patents
ボンディング用金合金細線Info
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- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子上の電極と外部リードとを接合す
るために使用する耐熱性に優れた金合金細線に関する。
るために使用する耐熱性に優れた金合金細線に関する。
（従来技術と問題点） 従来、ケイ素半導体素子上の電極と外部リードとの間を
接続するボンディング線としては、金細線が使用されて
きた。このように金細線が多用されてきたのは、金ボー
ルの形成が真円球状となり、形成された金ボールの硬さ
が適切であって、接合時の圧力によってケイ素半導体素
子を損傷することがなく、確実な接続ができ、その信頼
性が極めて高いためであった。しかし、金細線を自動ボ
ンダーにかけて金細線の先端を溶融して金ボールを形成
させて接合を行なうと、金細線は再結晶化温度が低く耐
熱性を欠くために、金ボール形成の直上部において引張
強度が不足し断線を起したり、断線をまぬがれて接合さ
れた金細線は樹脂封止によって断線したり、又、半導体
素子を封止用樹脂で保護した場合、ワイヤフローを呈し
短絡を起すという問題がある。
接続するボンディング線としては、金細線が使用されて
きた。このように金細線が多用されてきたのは、金ボー
ルの形成が真円球状となり、形成された金ボールの硬さ
が適切であって、接合時の圧力によってケイ素半導体素
子を損傷することがなく、確実な接続ができ、その信頼
性が極めて高いためであった。しかし、金細線を自動ボ
ンダーにかけて金細線の先端を溶融して金ボールを形成
させて接合を行なうと、金細線は再結晶化温度が低く耐
熱性を欠くために、金ボール形成の直上部において引張
強度が不足し断線を起したり、断線をまぬがれて接合さ
れた金細線は樹脂封止によって断線したり、又、半導体
素子を封止用樹脂で保護した場合、ワイヤフローを呈し
短絡を起すという問題がある。
これを解決するために、接続時に形成させる金ボールの
形状および硬さを損わない程度に、高純度金中に微量の
添加元素を加えて破断強度と耐熱性を向上させた種々の
ボンディング用金合金細線が公表されているが、接合の
ループ高さが適切でないため、高く、近年急速に普及し
つつある薄形パッケージ用デバイスに対応させるには十
分でないという問題がある。
形状および硬さを損わない程度に、高純度金中に微量の
添加元素を加えて破断強度と耐熱性を向上させた種々の
ボンディング用金合金細線が公表されているが、接合の
ループ高さが適切でないため、高く、近年急速に普及し
つつある薄形パッケージ用デバイスに対応させるには十
分でないという問題がある。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、常温お
よび高温の引張強度を向上せしめ、接合のループ高さを
低くして薄形パッケージ用デバイスに適するボンディン
グ用金合金細線を提供することを目的とするものであ
る。
よび高温の引張強度を向上せしめ、接合のループ高さを
低くして薄形パッケージ用デバイスに適するボンディン
グ用金合金細線を提供することを目的とするものであ
る。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、99.99重量％以上の純度を有する高純度金に
イットリウム３〜100重量ppm、カルシウム１〜50重量pp
m、ベリリウム１〜10重量ppmをそれぞれ添加し、これら
添加元素の総量が５〜110重量ppmの範囲とするボンディ
ング用金合金細線である。
イットリウム３〜100重量ppm、カルシウム１〜50重量pp
m、ベリリウム１〜10重量ppmをそれぞれ添加し、これら
添加元素の総量が５〜110重量ppmの範囲とするボンディ
ング用金合金細線である。
本発明は、高純度金に耐熱性を向上するイットリウムと
カルシウムを更に常温の機械的強度を向上するベリリウ
ムを添加することにより、これら三元素の相剰作用によ
って常温の機械的強度と耐熱性を一段と向上させ、ワイ
ヤフローを起さず、接合時のループ高さを低くして、且
つ高速自動ボンダーにも適合させるものである。
カルシウムを更に常温の機械的強度を向上するベリリウ
ムを添加することにより、これら三元素の相剰作用によ
って常温の機械的強度と耐熱性を一段と向上させ、ワイ
ヤフローを起さず、接合時のループ高さを低くして、且
つ高速自動ボンダーにも適合させるものである。
イットリウムの添加量が３重量ppm未満であるときは、
耐熱性が向上せず、封止樹脂の影響を受けてワイヤフロ
ーを呈し、且つループ高さにバラツキが生じ不安定な接
合となる。逆に、イットリウムの添加量が50重量ppm近
傍を超えると、その添加にかかわらず耐熱性効果は飽和
状態となって余り向上せず、110重量ppmを超えるとボー
ル表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪を生じ、
且つイットリウムが金の結晶粒界に折出して脆性を生
じ、伸線加工に支障を起こす。その好ましい添加量は３
〜60重量ppmである。
耐熱性が向上せず、封止樹脂の影響を受けてワイヤフロ
ーを呈し、且つループ高さにバラツキが生じ不安定な接
合となる。逆に、イットリウムの添加量が50重量ppm近
傍を超えると、その添加にかかわらず耐熱性効果は飽和
状態となって余り向上せず、110重量ppmを超えるとボー
ル表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪を生じ、
且つイットリウムが金の結晶粒界に折出して脆性を生
じ、伸線加工に支障を起こす。その好ましい添加量は３
〜60重量ppmである。
カルシウムの添加量が１重量ppm未満であるときは、イ
ットリウムおよびベリリウムとの相剰作用に欠け、耐熱
性が不安定となり、ループ高さにバラツキを生じ、僅か
ながらワイヤフローを呈する。
ットリウムおよびベリリウムとの相剰作用に欠け、耐熱
性が不安定となり、ループ高さにバラツキを生じ、僅か
ながらワイヤフローを呈する。
逆に、50重量ppmを超えるとボール表面に酸化皮膜が形
成され、ボール形状に歪を生じ、且つカルシウムが金の
結晶粒界に折出して脆性を生じ、伸線加工に支障を起
す。その好ましい添加量は１〜40重量ppmである。
成され、ボール形状に歪を生じ、且つカルシウムが金の
結晶粒界に折出して脆性を生じ、伸線加工に支障を起
す。その好ましい添加量は１〜40重量ppmである。
ベリリウムの添加量が１重量ppm未満であるときは、常
温の機械的強度をより向上できない。逆に10重量ppmを
超えると、ボンディング時の再結晶による結晶粒の粗大
化により、ネック切れを起し、又、ボール形状に歪を生
じるので、微小電極との接合の信頼性を低下させる。そ
の好ましい添加量は１〜６重量ppmである。
温の機械的強度をより向上できない。逆に10重量ppmを
超えると、ボンディング時の再結晶による結晶粒の粗大
化により、ネック切れを起し、又、ボール形状に歪を生
じるので、微小電極との接合の信頼性を低下させる。そ
の好ましい添加量は１〜６重量ppmである。
従って、イットリウム、カルシウム、ベリリウムの添加
総量を５〜110重量ppmとするが、好ましい添加総量は５
〜50重量ppmである。
総量を５〜110重量ppmとするが、好ましい添加総量は５
〜50重量ppmである。
（実施例） 以下、実施例について説明する。
金純度が99.99重量％以上の電解金を用いて、第１表に
示す化学成分の金合金を高周波真空溶解炉で溶解鋳造
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の金合金細線とし、大気雰囲気中で連
続焼鈍して伸び値が４％になるように調質する。
示す化学成分の金合金を高周波真空溶解炉で溶解鋳造
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の金合金細線とし、大気雰囲気中で連
続焼鈍して伸び値が４％になるように調質する。
得られた金合金細線について、常温引張強度、高温引張
強度（250℃、30秒保持）、接合のループ高さ、モール
ド時のワイヤフローおよびボール形状を調べた結果を第
１表に併記した。
強度（250℃、30秒保持）、接合のループ高さ、モール
ド時のワイヤフローおよびボール形状を調べた結果を第
１表に併記した。
接合のループ高さは、高速自動ボンダーを使用して半導
体素子上の電極と外部リードとの間を接合した後、形成
されるループの頂高とチップの電極面とを光学顕微鏡で
観察してその高さを測定する。
体素子上の電極と外部リードとの間を接合した後、形成
されるループの頂高とチップの電極面とを光学顕微鏡で
観察してその高さを測定する。
ワイヤフローは、高速自動ボンダーで半導体素子上の電
極と外部リードとを接合し、薄形モールドの金型内にセ
ットして封止用樹脂を注入した後、得られたパッケージ
をＸ線で観察し、封止用樹脂によるボンディング線の歪
み、すなわち、直線接合からの最大わん曲距離と接合ス
パン距離とを測定し、歪値からワイヤフローの良否を評
価した。
極と外部リードとを接合し、薄形モールドの金型内にセ
ットして封止用樹脂を注入した後、得られたパッケージ
をＸ線で観察し、封止用樹脂によるボンディング線の歪
み、すなわち、直線接合からの最大わん曲距離と接合ス
パン距離とを測定し、歪値からワイヤフローの良否を評
価した。
○印：歪値３％未満（薄形パッケージに適合する） △印：歪値３〜10％ ×印：歪値11％以上 ボールの形状は、高速自動ボンダーを使用し、電気トー
チ放電によって得られる金合金ボールを走査電子顕微鏡
で観察し、ボール表面に酸化物が生ずるもの、ボールの
形状がイビツになるもの、半導体素子の電極に良好な形
状で接合できないものを×印で、良好なものを○印で評
価した。
チ放電によって得られる金合金ボールを走査電子顕微鏡
で観察し、ボール表面に酸化物が生ずるもの、ボールの
形状がイビツになるもの、半導体素子の電極に良好な形
状で接合できないものを×印で、良好なものを○印で評
価した。
第１表から理解されるように、実施例１〜６は、本発明
で説明したイットリウム、カルシウム、ベリリウムが個
々の添加量においてもまた総量においても共に適量であ
るため、耐熱性が良好で、接合ループ高さを低く形成す
ることかでき、封止樹脂によるワイヤフローの影響も無
視することができ、且つボール形状も良好であるため信
頼性のある接合ができる。
で説明したイットリウム、カルシウム、ベリリウムが個
々の添加量においてもまた総量においても共に適量であ
るため、耐熱性が良好で、接合ループ高さを低く形成す
ることかでき、封止樹脂によるワイヤフローの影響も無
視することができ、且つボール形状も良好であるため信
頼性のある接合ができる。
しかし、比較例１は元素の総量が3.5重量ppmで許容限度
以下である上に、イットリウムが３重量ppm以下、ま
た、ベリリウムも１重量ppm以下であるため、ループ高
さが高く、且つ歪値が３〜10％で樹脂封止によるワイヤ
フローを呈し、また常温並びに高温の機械的強度を共に
向上できないため好ましくない。また、比較例２はカル
シウムとベリリウムとはいずれもが適量ではあるが、元
素の総量が122重量ppmで許容限度を越える上に、イット
リウムの量が多いため、接合時に形成されるボールの表
面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、且
つイットリウムが金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、
伸線加工に支障を来たし好ましくない。比較例３は総量
が70重量ppmで許容限度内であるが、カルシウムが多い
ために、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状
に歪みを生じ、且つカルシウムが金の結晶粒界に析出し
て脆性を生じ、伸線加工に支障を来すため、好ましくな
い。更に比較例４は総量が25重量ppmで許容限度内であ
るが、ベリリウムの量が多いために、ボンディング時の
再結晶による結晶粒の粗大化に加えて筍状の関節を生
じ、ネック切れを起こし、また、ボール形状に歪みを生
じるので、微小電極との接合の信頼性を低下させるため
に好ましくない。比較例５は総量が５重量ppmで許容限
度内であるが、カルシウム，ベリリウム共に１重量ppm
以下であるために、イットリウム及びベリリウムとの相
乗作用に欠け、耐熱性が不安定となり、ループ高さにバ
ラツキが生じ、僅かながらワイヤフローを生じ、更に常
温並びに高温の機械的強度を共に向上できなかった。そ
して比較例６はイットリウム，カルシウム，ベリリウム
夫々は適量であるが、それらの総和の量が適量である11
0重量ppmを越えて120重量ppmとなっているため、ボール
形状に歪みを生じたり、表面に酸化皮膜を生じたり、半
導体素子の電極に良好な形状で接合できない等の不具合
が生じ、好ましくない。このように比較例は、いずれに
しても実用に供し得なかった。
以下である上に、イットリウムが３重量ppm以下、ま
た、ベリリウムも１重量ppm以下であるため、ループ高
さが高く、且つ歪値が３〜10％で樹脂封止によるワイヤ
フローを呈し、また常温並びに高温の機械的強度を共に
向上できないため好ましくない。また、比較例２はカル
シウムとベリリウムとはいずれもが適量ではあるが、元
素の総量が122重量ppmで許容限度を越える上に、イット
リウムの量が多いため、接合時に形成されるボールの表
面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、且
つイットリウムが金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、
伸線加工に支障を来たし好ましくない。比較例３は総量
が70重量ppmで許容限度内であるが、カルシウムが多い
ために、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状
に歪みを生じ、且つカルシウムが金の結晶粒界に析出し
て脆性を生じ、伸線加工に支障を来すため、好ましくな
い。更に比較例４は総量が25重量ppmで許容限度内であ
るが、ベリリウムの量が多いために、ボンディング時の
再結晶による結晶粒の粗大化に加えて筍状の関節を生
じ、ネック切れを起こし、また、ボール形状に歪みを生
じるので、微小電極との接合の信頼性を低下させるため
に好ましくない。比較例５は総量が５重量ppmで許容限
度内であるが、カルシウム，ベリリウム共に１重量ppm
以下であるために、イットリウム及びベリリウムとの相
乗作用に欠け、耐熱性が不安定となり、ループ高さにバ
ラツキが生じ、僅かながらワイヤフローを生じ、更に常
温並びに高温の機械的強度を共に向上できなかった。そ
して比較例６はイットリウム，カルシウム，ベリリウム
夫々は適量であるが、それらの総和の量が適量である11
0重量ppmを越えて120重量ppmとなっているため、ボール
形状に歪みを生じたり、表面に酸化皮膜を生じたり、半
導体素子の電極に良好な形状で接合できない等の不具合
が生じ、好ましくない。このように比較例は、いずれに
しても実用に供し得なかった。
結果からわかるように、本発明に係る実施例は耐熱性が
良好で、接合のループ高さを低く形成することができ、
封止樹脂によるワイヤフローの影響も無視することがで
き、且つボール形状も良好であるため信頼性のある接合
ができる。
良好で、接合のループ高さを低く形成することができ、
封止樹脂によるワイヤフローの影響も無視することがで
き、且つボール形状も良好であるため信頼性のある接合
ができる。
（効果） 以上説明した如く、本発明にかかる金合金細線は、高純
度金に耐熱性を向上するイットリウムとカルシウムを、
更に常温の機械的強度を向上するベリリウムを添加する
ことにより、これら三元素の相乗作用によって常温の機
械的強度と耐熱性を一段と向上できるので、常温並びに
高温引張強度が優れ、接合のループ高さが低く形成で
き、封止樹脂によるワイヤフローもなく、高速自動ボン
ダーに十分対応できると共に形成されるボール形状も真
球であるので、薄形パッケージ用デバイスのボンディン
グ線として信頼性よく実用に供せられる利点がある。従
って産業上に寄与する点が大である。
度金に耐熱性を向上するイットリウムとカルシウムを、
更に常温の機械的強度を向上するベリリウムを添加する
ことにより、これら三元素の相乗作用によって常温の機
械的強度と耐熱性を一段と向上できるので、常温並びに
高温引張強度が優れ、接合のループ高さが低く形成で
き、封止樹脂によるワイヤフローもなく、高速自動ボン
ダーに十分対応できると共に形成されるボール形状も真
球であるので、薄形パッケージ用デバイスのボンディン
グ線として信頼性よく実用に供せられる利点がある。従
って産業上に寄与する点が大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 栄一 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−30158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−109968（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】高純度金にイットリウム３〜100重量ppm、
カルシウム１〜50重量ppm、ベリリウム１〜10重量ppmを
それぞれ添加し、これら添加元素の総量が５〜110重量p
pmの範囲とすることを特徴とするボンディング用金合金
細線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041187A JPH0719787B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | ボンディング用金合金細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041187A JPH0719787B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | ボンディング用金合金細線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02219249A JPH02219249A (ja) | 1990-08-31 |
| JPH0719787B2 true JPH0719787B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=12601414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1041187A Expired - Lifetime JPH0719787B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | ボンディング用金合金細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719787B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2641000B2 (ja) * | 1991-12-26 | 1997-08-13 | 新日本製鐵株式会社 | ボンディング用金合金細線 |
| JP2780611B2 (ja) * | 1993-09-06 | 1998-07-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 少量成分の合金化で硬質化した金装飾品材 |
| US5945065A (en) * | 1996-07-31 | 1999-08-31 | Tanaka Denshi Kogyo | Method for wedge bonding using a gold alloy wire |
| CN105803245B (zh) * | 2016-04-15 | 2017-10-20 | 浙江佳博科技股份有限公司 | 一种高性能键合合金丝及其制备方法与应用 |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1041187A patent/JPH0719787B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02219249A (ja) | 1990-08-31 |
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