JPH0830229B2 - 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、高温強度を有し、かつ耐熱性にもすぐれ
たAu合金極細線に関するものであつて、特に、これを半
導体装置のボンデイングワイヤとして用いた場合に、ワ
イヤボンデイング時のワイヤーループ高さを高く保ち、
ループの変形、さらに樹脂モールド時のワイヤ流れやワ
イヤネツク部の切れを防止することができる半導体装置
のボンデイングワイヤ用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合金の帯材を用意
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
面にメツキしておいたAu,Ag,Niあるいはこれらの合金の
メツ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つて純
Au極細線によるワイヤボンデイングを施し、 （ｅ）引き続いて、上記半導体素子、ボンデイングワイ
ヤ、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、プラスチツクを用いて
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）の主要工程によつて製造され、特
に、上記の（ｄ）工程におけるワイヤボンデイングは、
手動式あるいは自動式のボンデイングマシンを用いAu極
細線からなるボンデイングワイヤを、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温
度: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点〕
上記のように、半導体装置の製造には、ボンデイング
ワイヤとして純Au極細線が用いられているが、近年のボ
ンデイング技術の向上に伴う高速化、集積度の高密度
化、さらに経済性などの面から、ボンデイングワイヤに
も強度、特に高温強度や、耐熱性が要求されるようにな
つているが、上記の純Au極細線においては、特に高温強
度が不足しているために、上記半導体装置の製造工程に
おける（ｄ）工程のワイヤボンデイング時に、ワイヤル
ープにシヨート（短絡）の原因となる“たるみ”や“だ
れ”などの変形が発生し易いほか、ループの高さが不安
定でバラツキが大きく、半導体素子とのエツジシヨート
の発生の可能性が大きく、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、同じくシヨ
ートの原因となるワイヤ流れや、ワイヤネツク切れが生
じ易く、上記“たるみ",“だれ",ワイヤ流れまたはワイ
ヤネツク切れは、半導体装置に欠陥を生じせしめ、半導
体装置の製造における歩止りの低下の原因となつている
のが現状であつた。
〔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にすぐれ、かつまたループ高さを
高く、かつ高さのバラツキを小さく安定に保つことので
きるボンデイングワイヤを開発すべく研究を行なつた結
果、上記純Au極細線に、合金成分として、重量％で（以
下、％は重量％を示す）、 La:0.00005〜0.005％、 を含有させ、さらに、 AgおよびSiのうちの１種または２種:0.0003〜0.01
％、 を含有させると、純Au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、かかるAu合
金極細線をボンデイングワイヤとして用いた場合には、
ボンデイングの高速化、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、ボンデイ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ツク切れが著しく抑制されるよう
になり、ループ高さも高く、バラツキも小さく安定に保
て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
つて、 La:0.00005〜0.005％、 を含有し、さらに AgおよびSiのうちの１種または２種:0.0003〜0.01
％、 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合金からなる半導体装置のボンデイングワイヤ用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合金極細線において、成分組成
範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。
（１）La Laには、細線の常温および高温強度を向上させる均等
的作用があるが、その含有量が0.00005％未満では、所
望の高い常温および高温強度を確保することができず、
一方、0.005％を越えて含有させると脆化がみられるよ
うになつて線引加工性などが劣化するようになることか
ら、その含有量を0.00005〜0.005％と定めた。
（２）AgおよびSi これらの成分には、Laとの共存において、細線の軟化
温度を高め、もつてボンデイング時の細線自体の脆化並
びに変形ループの発生を抑制すると共に、ループ高さを
高く安定に保つ均等的作用があるが、その含有量が0.00
03％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方0.
01％を越えて含有させると、脆化して線引加工性などが
劣化するようになるばかりでなく、ボンデイング時の加
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0.0003〜0.01％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具体
的に説明する。
通常の溶解法により、それぞれ第１表に示される成分
組成をもつた溶湯を調製し、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
よつて直径:0.025mmの本発明Au合金極細線１〜６、比較
Au合金極細線１〜６、および従来純Au極細線をそれぞれ
製造した。
この結果得られた各種の極細線について、常温引張試
験、並びに極細線がボンデイ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20秒間保持した条
件での高温引張試験を行ない、それぞれ破断強度と伸び
を測定した。
さらに、これらの極細線をボンデイングワイヤとして
用い、高速自動ボンダーにてボンデイングした後、半導
体素子との接合強度、ループ高さ、ループ高さのバラツ
キ、ループ変形の有無および樹脂モールド後のワイヤ流
れ量をそれぞれ測定した。
なお、ループ変形の有無は、顕微鏡検査により、 第１図に概略正面図で示されるように、半導体素子Ｓと
リードフレームＬとに渡つてボンデイングされたワイヤ
Ｗに、耐熱性不足が原因でタレが生じ、これが半導体素
子に接触（エツジシヨート）している場合を「有」、接
触していない場合を「無」として判定した。
また、接合強度は、同じく第２図に概略正面図で示さ
れるように、半導体素子ＳとリードフレームＬとに渡つ
てボンデイングされたワイヤＷにバネばかりをひつか
け、これを引き上げ、ワイヤ破断が生じた時点の荷重を
もつて表わした。一般に直径:25μｍのワイヤの場合、5
g以上の接合強度が要求されるが、これは接合強度が5g
未満だとワイヤボンデイング後の樹脂掛止などの工程に
際して受ける熱影響や振動などによつて結線破断を引き
起すようになるという理由からである。
また、ループ高さは、ボンデイング後の第２図に示さ
れる「ｈ」をＺ軸測微計を用いて測定した結果を示し、
最適高さ:170〜250μｍ、３σｎの最適値:30以下とされ
ている。
さらに、ループ流れ量は、樹脂モールド後の結線（ワ
イヤＷ）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イ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つ
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Au合金極細線１〜
６は、いずれも従来の純Au極細線に比して、一段と高い
常温および高温強度を有するので、ワイヤボンデイング
時のループ変形が皆無であり、かつ従来の純Au極細線の
約２倍の接合強度を示し、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ループ流れがきわめて少
ないものであつた。
また、比較Au合金極細線１〜６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、上記特性が劣つたものになるか、ある
いは、ループ高さが高く安定に保てないことが明らかで
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耐熱性を有し、さらに接合強
度にもすぐれ、かつループ高さを高く安定に保つことが
できるので、これを半導体装置のボンデイングワイヤと
して用いた場合には、ボンデイングの高速化、並びに半
導体装置の大型化にもかかわらず、ボンデイング時のワ
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ツク切れが著しく抑制さ
れ、かつタブシヨートやエツジシヨートの発生が少なく
なつ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も
のである。
【図面の簡単な説明】
第１図はループ変形の状態を示す概略正面図、第２図は
接合強度の測定態様を示す概略正面図である。 Ｓ…半導体素子、Ｌ…リードフレーム、Ｗ…ワイヤ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】La:0.00005〜0.005％、 を含有し、さらに AgおよびSiのうちの１種または２種:0.0003〜0.01％、 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合金からなることを特徴とする半導
    体装置のボンデイングワイヤ用Au合金極細線。
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