JPH0726167B2 - 半導体装置のボンデイングワイヤ用Ａｕ合金極細線 - Google Patents

半導体装置のボンデイングワイヤ用Ａｕ合金極細線

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高強度、特に高い高温強度を有し、かつ耐
熱性にもすぐれたAu合金極細線にして、特にこれを半導
体装置のボンディングワイヤとして用いた場合に、ワイ
ヤボンディング時のワイヤループの変形、さらに樹脂モ
ールド時のワイヤ流れやワイヤネック部の切れを防止す
ることができる半導体装置のボンディングワイヤ用Au合
金極細線に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、一般に、ICやLSIなどの半導体装置は、 （ａ）まず、リード素材として板厚:0.1〜0.3mm程度のC
uおよびCu合金、あるいはNiおよびNi合金の条材を用意
し、 （ｂ）ついで、上記リード素材よりプレス打抜き加工に
より製造せんとする半導体装置の形状に適合したリード
フレームを形成し、 （ｃ）上記リードフレームの所定個所に高純度Siあるい
はGeなどの半導体素子を、Agペーストなどの導電性樹脂
を用いて加熱接着するか、あるいは予め上記リード素材
の片面にメッキしておいたAu,Ag,Ni、あるいはこれらの
合金のメッキ層を介して加熱圧着するかし、 （ｄ）上記半導体素子と上記リードフレームに渡って純
金極細線によるワイヤボンディング（結線）を施し、 （ｅ）引続いて、上記半導体素子、結線、および半導体
素子が接着された部分のリードフレームを、これらを保
護する目的で、プラスチックを用いて樹脂モールドし、 （ｆ）上記リードフレームにおける相互に連なる部分を
切除してリード材を形成し、 （ｇ）最終的に、上記リード材の脚部に、半導体装置の
基板への接続を行なうためのはんだ材の被覆溶着を行な
う、 以上（ａ）〜（ｇ）の主要工程によって製造され、特
に、上記の（ｄ）工程におけるワイヤボンディングは、
手動式あるいは自動式のボンディングマシンを用い、純
金極細線からなるボンディングワイヤを、酸水素炎また
は電気的に溶断し、その際にできる先端部のボール部
を、150〜350℃の温度に加熱された状態にある半導体素
子とリードフレームのそれぞれの表面に押圧することに
より行なわれている。
〔発明が解決しようとする問題的〕
上記のように、半導体装置の製造には、ボンディングワ
イヤとして純金極細線が用いられているが、近年のボン
ディング技術の向上に伴なう高速化、集積度の高密度
化、さらに経済性などの面から、ボンディングワイヤに
も強度、特に高温強度や、耐熱性が要求されるようにな
っているが、上記の純金極細線においては、特に高温強
度が不足するために、上記の半導体装置の製造工程にお
ける（ｄ）工程のワイヤボンディング時に、ワイヤルー
プにショート（短絡）の原因となる“たるみ”や“た
れ”などの変形が発生し易く、また耐熱性不足が原因
で、同じく上記（ｅ）工程の樹脂モールド時に、同じく
ショートの原因となるワイヤ流れや、ワイヤネック切れ
が生じ易く、上記の要望を満足することができないのが
現状である。
〔問題点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、特に高
温強度および耐熱性のすぐれたボンディングワイヤを開
発すべく研究を行なった結果、上記の純金極細線に、合
金成分として、重量％で（以下％は重量％を示す）、 Ce,Pr,Nd,Sm、およびLaのうちの１種または２種以上
（ただし、Laの単独含有は除く）:0.0001〜0.003％、 Be:0.0005〜0.003％、 Pb:0.003〜0.008％、 を含有させると、純金極細線のもつすぐれた伸線加工性
および接合強度を保持した状態で、強度、特に高温強度
および耐熱性が著しく向上するようになり、この結果の
Au合金極細線をボンディングワイヤとして用いた場合に
は、ボンディングの高速化、並びに半導体装置の高密度
化および大型化にかかわらず、ボンディング時のワイヤ
ループの変形が防止され、さらに樹脂モールド時におい
てもワイヤ流れワイヤネック切れが著しく抑制されるよ
うになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、 Ce,Pr,Nd,Sm、およびLaのうちの１種または２種以上
（ただし、Laの単独含有は除く、以下これらを総称して
セリウム族希土類元素という）:0.0001〜0.003％、 Be:0.0005〜0.003％、 Pb:0.003〜0.008％、 を含有し、残りがAuと不可避不純物からなる組成を有す
るAu合金で構成された、特に高温強度および耐熱性のす
ぐれた半導体装置のボンディングワイヤ用Au合金極細線
に特徴を有するものである。
つぎに、この発明のAu極細線において、成分組成範囲を
上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）セリウム族希土類元素 これらの成分には、BeおよびPb成分との共存において、
ボンディング時および樹脂モールド時における加熱に際
して結晶粒の粗大化を抑制して高温強度を向上させる作
用があるが、その含有量が0.0001％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方その含有量が0.003％を超
えると、脆化が現われるようになって伸線加工性が劣化
するようになることから、その含有量を0.0001〜0.003
％と定めた。
（ｂ）BeおよびPb これらの成分には、セリウム族希土類元素との３者共存
において耐熱性を向上させる作用があるが、Beの含有量
が0.0005％未満であっても、またPbの含有量が0.003％
未満であっても所望の耐熱性を確保することができず、
一方Beにあっては0.003％、またPbにあっては0.008％を
それぞれ越えた含有量になると、脆化傾向が現われるよ
うになって伸線加工性が劣化するようになるばかりでな
く、ボンディング時の加熱温度で結晶粒界破断を起し易
くなることから、その含有量を、それぞれBe:0.0005〜
0.003％、Pb:0.003〜0.008％と定めた。
〔実施例〕
つぎに、この発明のAu合金極細線を実施例により説明す
る。
通常の溶解法にて、純度:99.999重量％以上、すなわち
純度:99.9997重量％の純金を溶解し、これに所定量の合
金成分を含有させてそれぞれ第１表に示される成分組成
をもったAu合金溶湯を調整し、鋳造した後、公知の溝型
圧延機を用いて圧延し、引続いて線引加工を行なうこと
によって直径:0.025mmφを有する本発明Au合金極細線
（以下本発明極細線という）１〜19、比較Au合金極細線
（以下比較極細線という）１〜４、および従来純金極細
線をそれぞれ製造した。
なお、比較極細線１〜４は、いずれも構成成分のうちの
いずれかの成分（第２表に※印を付した成分）の含有量
がこの発明の範囲から少ない方に外れた組成をもつもの
である。
ついで、この結果得られた各種の極細線について、常温
引張試験を行ない、破断荷重と伸びを測定し、さらにワ
イヤがボンディング時にさらされる条件に相当する条
件、すなわち温度:250℃に30秒間保持した条件での高温
破断荷重を測定し、また、これらの極細線をボンディン
グワイヤとして用い、ボンディングを、3.5mmの長いボ
ンディング距離（通常:2mm）に渡り、0.18秒の高速で
（通常の速さは0.23秒）行ない、半導体素子との接合強
度を測定すると共に、ループ変形の有無を測定し、また
樹脂モールド後のワイヤ流れ量を測定した。
なお、ワイヤ流れ量は、樹脂モールド後のワイヤ（結
線）を直上からＸ線撮影 し、この結果のＸ線写真にもとづいて、４つのコーナー
部における半導体素子とリードフレームのボンディング
点を結んだ直線に対するワイヤ最大膨出量をそれぞれ測
定し、これらの平均値をもって表わした。
〔発明の効果〕
第１表に示される結果から、本発明極細線１〜19は、い
ずれも従来純金極細線に比して、一段と高い強度、特に
高温強度を有するので、ワイヤボンディング時のループ
変形が皆無であり、かつ従来純金極細線と同等の接合強
度を示し、さらに耐熱性にもすぐれているので樹脂モー
ルド後のワイヤ流れがきわめて少ないものであるのに対
して、従来純金極細線ではループ変形やワイヤ流れの著
しいものであった。
また、比較極細線１〜４に見られるように、構成成分の
いずれかの成分含有量でもこの発明の範囲から外れて少
ないと、上記の特性のうちの少なくともいずれかの特性
が劣ったものになることが明らかである。
上述のように、この発明のAu合金極細線は、すぐれた常
温および高温強度、並びにすぐれた耐熱性を有し、さら
に接合強度にもすぐれているので、これを半導体装置の
ボンディングワイヤとして用いた場合には、ボンディン
グの高速化、並びに半導体装置の高密度化および大型化
にもかかわらず、ボンディング時のワイヤループの変形
が防止され、さらに樹脂モールド時においてもワイヤ流
れやワイヤネック切れが著しく抑制されるようになって
高い信頼性が得られるものであり、さらに伸線加工性に
もすぐれているので、直径:0.05mm以下の極細線への加
工も容易であるなど工業上有用な特性を有するのであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 保 大阪府大阪市北区天満橋１−８−41 三菱 金属株式会社大阪製錬所内 (72)発明者 嘉田 守宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 森島 壽洋 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 清水 克彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−228440（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ce,Pr,Nd,Sm、およびLaのうちの１種また
    は２種以上（ただし、Laの単独含有は除く）:0.0001〜
    0.003％、 Be:0.0005〜0.003％、 Pb:0.003〜0.008％、 を含有し、残りがAuと不可避不純物からなる組成（以上
    重量％）を有するAu合金で構成されたことを特徴とする
    半導体装置のボンディングワイヤ用Au合金極細線。
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