JPH08293516A - 半導体素子用金合金細線 - Google Patents

半導体素子用金合金細線

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、スパン長の影響を軽減し、ボンデ
ィング時のループ曲がりおよび封止後のワイヤ流れを低
減できる合金組成とすることにより、高密度実装に適し
た半導体素子用金合金細線を提供することを目的とす
る。 【構成】（１）Ｓｉ：０．００１〜０．２重量％、Ｐ
ｔ：０．０４〜１．０重量％未満を含有し、残部は金お
よびその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）前項１記載の成分に加えて、Ｙ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃ
ｅの１種または２種以上を総計で０．００１〜０．０６
重量％含有することを特徴とする半導体素子用金合金細
線。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子上の電極と
外部リードを電気的に接続するためのボンディングに使
用される金合金細線に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在半導体素子上の回路配線電極と外部
リードとの間の電気的接続としては、ワイヤボンディン
グ方式が主として使用されている。最近、半導体の高集
積化、多機能化が進み、さらにＩＣチップの小型化、薄
型化の要求も高まる中で、半導体実装の高密度化に対す
るニーズが高まっている。端子数が増加する多ピン化を
実現するためには、インナーリード部がシリコンチップ
に対して後退するため、ワイヤの接合間（スパン）が長
くなる傾向にあり、直線性の確保、ばらつきの低減など
ループ形状を厳密に制御することがより重要となってい
る。また、多ピン化に伴い、電極間隔が減少する狭ピッ
チ化が要求され、ワイヤ間の最小ピッチが１００μｍ以
下のものまで所望されており、ワイヤも細線化が望まれ
ている。こうした多ピン化、狭ピッチ化を達成するため
に、ボンディング装置の改善、ルーピング性に優れたワ
イヤの開発などが進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】半導体実装の高密度化
において、スパンが５ｍｍ以上のロングスパンになる
と、ワイヤの多ピン化、狭ピッチ化に対応するために
は、隣接ワイヤ間の接触や、ワイヤとチップまたはイン
ナーリード部との接触などに伴う不良発生を抑えること
が最大の課題である。ロングスパンになると、ループ高
さの確保や垂れの防止のために、さまざまなルーピング
制御がなされるが、ボンディングの際にループ曲がりが
発生する確率が高くなる。また、粘性の高いエポキシ樹
脂による封止時に、ワイヤが変形して流れるが、スパン
が長くなるほど、この流れ量が増大するため、隣接ワイ
ヤ間の接触不良が発生しやすくなる。狭ピッチ化の実現
のためにワイヤを細線化すると、ワイヤ径の２乗で強度
が低下することから予想されるように、ワイヤの樹脂流
れの問題はより一層深刻となる。
【０００４】本発明は、ループの直線性を向上し、樹脂
封止時のワイヤ変形を低減することにより、ロングスパ
ン化に対応できる、高密度実装に適した半導体素子用金
合金細線を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、以上の点
に鑑み、金細線中への元素添加と、ループ直線性および
樹脂流れ性との関係について研究した結果、Ｐｔの添加
と、Ｓｉの含有が有用であること、さらに後述するよう
にＹ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ元素の添加により耐流れ性がさ
らに向上することを見出した。
【０００６】すなわち、本発明の要旨とするところは下
記のとおである。 （１）Ｓｉ：０．００１〜０．２重量％、Ｐｔ：０．０
４〜１．０重量％未満を含有し、残部は金とその不可避
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）請求項１記載の成分に加えて、Ｙ、Ｃａ、Ｌａ、
Ｃｅの１種または２種以上を総計で０．００１〜０．０
６重量％含有することを特徴とする半導体素子用金合金
細線。
【０００７】
【作用】以下に、本発明の金合金細線の構成についてさ
らに説明する。ボンディング時のループ曲がりを抑える
ためには、ワイヤの弾性率を高めることが有効であり、
Ａｕ中へのＳｉ添加により、弾性率が上昇し、強度も増
加するため、スパンが長くてもループ曲がりを低く抑え
られる。しかし、樹脂封止時のワイヤの流れはあまり改
善されなかった。樹脂封止工程は、１５０〜２００℃の
範囲に加熱されたモールド金型中に粘性の高い樹脂が高
速で金型に注入されるものであり、ワイヤ変形は高温特
性に支配される。上記のＳｉの単独添加では、高温では
強度の低下が認められ、融点の低い共晶合金が局所的に
形成されることが原因であることが判明した。
【０００８】そこで、Ｓｉを０．００１〜０．２重量％
添加し、且つＰｔを０．０４〜１．０重量％未満の範囲
で添加することにより、高温強度を増加させ、ワイヤの
樹脂流れを抑制できることを確認した。これはＰｔ添加
により、Ｓｉ添加の強度増加の作用を高温まで維持する
ことができたためであり、局所的なＡｕとＳｉの共晶組
成の形成が抑えられたものと考えられる。また、Ｐｔを
添加する金合金細線について特開平６−１１２２５１号
公報に開示されているが、Ｐｔの単独添加では、常温強
度の上昇によりループの直線性には有効であるが、高温
特性に対する寄与は小さく樹脂流れ性はあまり改善され
ないことから、ロングスパン用途としての十分な特性を
満足するためには、ＳｉとＰｔとの複合添加が有効であ
る。
【０００９】ここで、Ｓｉの添加量を上記範囲と定めた
のは、０．００１重量％未満では上記効果が小さく、
０．２重量％超では、ボール部表面において凝固組織に
起因すると思われる凹凸が顕著になり、接合不良の原因
となるためである。さらに、Ｓｉの含有量としては、
０．００５〜０．２重量％の範囲が好ましい。これは、
０．００５重量％を超えると、前述したＰｔとの相互作
用が大きくなるため、耐樹脂流れ性においてより高い効
果が得られるためである。また、Ｐｔの添加量を上記範
囲と定めたのは、０．０４重量％未満ではＳｉとの相互
作用による効果が小さく、一方１．０重量％以上では、
伸線時の加工強度の増加が著しくなるため、ワイヤ製造
時に伸線ダイスの摩耗が激しくなり、この対策には中間
焼鈍で対応できるものの、工程が複雑化することが問題
であるからである。
【００１０】上記のＰｔ、Ｓｉの含有に加えて、Ｙ、Ｃ
ａ、Ｌａ、Ｃｅの１種または２種以上を総計で０．００
１〜０．０６重量％添加することにより高温特性を高め
ることができる。ＰｔとＳｉの添加では、常温での強度
上昇には有効であり、ループの直線性には有効である
が、高温特性に対する効果は小さい。そこでＹ、Ｃａ、
Ｌａ、Ｃｅをさらに含有せしめることにより、高温での
変形抵抗を高め、弾性率の増加および塑性変形の抑制に
より、耐流れ性を向上することができる。Ｙ、Ｃａ、Ｌ
ａ、Ｃｅは、いずれもＡｕ中の固溶度は低い元素であ
り、Ａｕ中に固溶しているＰｔと何らかの相互作用を及
ぼし合うことにより、高温特性を発現しているものと考
えられる。
【００１１】Ｙ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅの総含有量を上記範
囲と規定したのは、０．００１重量％未満では、十分な
高温特性は得られず、０．０６重量％超では、ボール形
成時に、ボール先端部に引け巣が生成したり、真球性が
低下するなどの不良が発生するためである。Ｙ、Ｃａ、
Ｌａ、Ｃｅの添加のみでは、濃度が０．０２重量％を超
えるとボール形成不良が認められるのに、Ｐｔの複合含
有により、不良発生までの限界濃度が０．０６重量％ま
で上昇しており、これは前述した元素同士の相乗効果が
奏されているものと思われる。さらに好ましくは、Ｙ、
Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅの総含有量を０．００５〜０．０５重
量％とするが、これは０．００５重量％超で耐流れ性の
より一層の向上がはかれ、０．０５重量％超ではボール
表面の酸化膜生成による接合性の低下が懸念されるため
である。
【００１２】
【実施例】以下、実施例について説明する。金純度が約
９９．９９５重量％以上の電解金を用いて、表１、表２
に示す化学成分の金合金を溶解炉で鋳造し、その鋳塊を
圧延および伸線により、最終線径が２３μｍの金合金細
線とした後に、大気中で連続焼鈍して伸びを調整した。
【００１３】ワイヤボンディングに使用される高速自動
ボンダーを使用して、アーク放電によりワイヤ先端に作
製した金合金ボールを走査型電子顕微鏡で観察し、ボー
ル形状が異常なもの、ボール先端部において収縮孔の発
生およびボール表面の凹凸が顕著なもの等半導体素子上
の電極に良好な接合ができないものを△印、良好なもの
を○印にて表記した。
【００１４】ボール部の接合強度については、アルミニ
ウム電極の２μｍ上方で治具を平行移動させて剪断破断
を読みとるシェアテスト法で測定し、５０本の破断荷重
の平均値を測定した。ワイヤ曲がりは、ワイヤ両端の接
合距離（スパン）が４．０ｍｍとなるようボンディング
したワイヤを半導体素子とほぼ垂直上方向から観察し、
ワイヤ中心部からワイヤの両端接合部を結ぶ直線と、ワ
イヤの曲がりが最大の部分との垂線の距離を、投影機を
用いて８０本測定した平均値で示した。
【００１５】樹脂封止後のワイヤ流れの測定に関して
は、ワイヤのスパンとして４．５ｍｍが得られるようボ
ンディングした半導体素子が搭載されたリードフレーム
を、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止し
た後に、軟Ｘ線検査装置を用いて樹脂封止した半導体素
子内部をＸ線投影し、前述したワイヤ曲がりと同等の手
順によりワイヤ流れが最大の部分の流れ量を８０本測定
し、その平均値をワイヤのスパン長さで除算した値（百
分率）を封止後のワイヤ流れと定義した。
【００１６】表１において、実施例１〜５は請求項１記
載の発明に係わるものであり、Ｓｉを０．００１〜０．
２重量％の範囲で添加し、さらにＰｔを０．０４〜１．
０重量％未満の範囲で添加しており、ワイヤ曲がりは２
５μｍ以下に抑えられ、封止後のワイヤ流れも４．０％
以下まで低減されている。表２に示す比較例１のように
Ｓｉの単独添加の場合、または比較例２のようにＰｔが
０．０４重量％未満の場合には、ワイヤ曲がりは少ない
ものの、封止後のワイヤ流れが５％以上と高く、ロング
スパン用ワイヤの特性としては不十分である。また、比
較例３，４ではＳｉが０．００１重量％未満であり、封
止後のワイヤ流れは改善されないことが確認された。
【００１７】実施例６〜１４は請求項２記載の発明に係
わるものであり、上記のＰｔとＳｉの含有に加えて、
Ｙ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅの１種または２種以上を総計で
０．００１〜０．０６重量％の範囲で添加することによ
り、封止後のワイヤ流れは３．０％以下に低減されてい
る。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係わる金合金細
線は、ボンディング時のワイヤ曲がりおよび封止後のワ
イヤ流れが低減されるので、ロングスパン化に対応する
ことができ、従って、本発明は半導体の高密度実装に著
しく適した半導体素子用金合金細線を提供することがで
きるという産業上きわめて有用な効果を奏するものであ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｓｉ：０．００１〜０．２重量％、Ｐ
    ｔ：０．０４〜１．０重量％未満を含有し、残部は金と
    その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. 【請求項２】 請求項１記載の成分に加えて、Ｙ、Ｃ
    ａ、Ｌａ、Ｃｅの１種または２種以上を総計で０．００
    １〜０．０６重量％含有することを特徴とする半導体素
    子用金合金細線。
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