JPH08325657A - ボンディング用金線 - Google Patents

ボンディング用金線

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JPH08325657A
JPH08325657A JP7128079A JP12807995A JPH08325657A JP H08325657 A JPH08325657 A JP H08325657A JP 7128079 A JP7128079 A JP 7128079A JP 12807995 A JP12807995 A JP 12807995A JP H08325657 A JPH08325657 A JP H08325657A
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JP
Japan
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weight
group
bonding
neck portion
gold
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JP7128079A
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English (en)
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Kenichi Kurihara
健一 栗原
Shin Takaura
伸 高浦
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Tanaka Denshi Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Denshi Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】超音波出力を増大させた超音波併用熱圧着ボン
ディングを行い、且つボールネック部を過酷に屈曲,変
形させるリバース変形を行ってループを形成しても断線
が生じることの少ないICチップボンディング用金線を
提供する。 【構成】99.999重量%以上の高純度金に、Sb:
0.0005〜0.01重量%,Bi:0.0001〜
0.005重量%の内少くとも1種と、Be:0.00
002〜0.001重量%を含有するICチップボンデ
ィング用金線。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ICチップの電極と外
部リード部を接続するために使用するボンディング用金
線に関し、さらに詳しくは、半導体装置組み立ての際、
超音波出力の増加等によってボンディングワイヤのネッ
ク部が損傷を受ける程度を大幅に低減することができる
ICチップボンディング用金線に関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】従来、ICチップ上の電極
と外部リード部を接続する技術としては、金線を用いた
超音波併用熱圧着ボンディング法が主として用いられて
いる。また、最近の半導体装置の高速化,高機能化の要
求に伴って電極と外部リード部の数が増加した結果、電
極から外部リード部迄の配線距離が長くなっている。一
方では、半導体装置を小型,薄型にするため、電極と外
部リード部の配線距離を極端に短くすることによって対
応している。この為、多数のリード線を用いながら短く
配線を行うことが要求され、これに対応するために、ボ
ンディング装置を用いてループを形成する過程で、ルー
プ形成と逆方向へボールネック部を過酷に屈曲させて変
形させた後にループを張る、所謂リバース変形を行うこ
とによって、ループ高さとループ形状を安定化させる試
みがなされている。
【0003】しかし乍ら前述の様なリバース変形を行っ
て形成されたループは、半導体装置の作動段階で半導体
の発熱に伴う熱サイクルの環境に晒された場合、ボール
ネック部に断線不良が発生するという問題が生じてい
た。この様な半導体作動中の断線不良を防止するため
に、ボールネック部を過酷に屈曲,変形させてループを
張った場合、その後の過酷な熱サイクル試験において断
線が生じることの少ない金線が要求されている。
【0004】他方、従来において、振動により金ボール
直上のネック部が破断するという問題を改善することを
目的として、Eu、Ca、Ge、Beを所定量含有させ
たものがある(特開平5−9624号)。しかし乍ら上
記従来の提案は、ボンディングワイヤーをボールネック
部で過酷に屈曲,変形させてループを張った後に過酷な
熱サイクル環境に晒された場合でも、ボールネック部で
の断線の少ない金線として十分なものとはいえない状態
にある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な従来事情に鑑みて成されたものであり、その目的とす
るところは、超音波出力を増大させた超音波併用熱圧着
ボンディングを行い、且つボールネック部を過酷に屈
曲,変形させてループを張る、所謂リバース変形を行っ
てループを形成した後に過酷な熱サイクル環境に晒され
ても断線が生じることの少ないICチップボンディング
用金線を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等が鋭意研究を
重ねた結果、99.999重量%以上の高純度金に、ア
ンチモン(Sb),ビスマス(Bi)の内少なくとも1
種と、ベリリウム(Be)とを夫々所定量含有させるこ
とにより、それら各元素の相乗効果によって前述の目的
を達成し得ることを知見し、本発明を完成するに至っ
た。すなわち本願第1発明は、99.999重量%以上
の高純度金に、アンチモン(Sb):0.0005〜
0.01重量%、ビスマス(Bi):0.0001〜
0.005重量%の内少なくとも1種を含有し、さらに
ベリリウム(Be):0.00002〜0.001重量
%を含有することを特徴とするICチップボンディング
用金線である。
【0007】また本願第2発明は、上記第1発明に、カ
ルシウム(Ca):0.00005〜0.01重量%,
ゲルマニウム(Ge):0.0001〜0.01重量%
の内少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする
ICチップボンディング用金線である。
【0008】さらに本願第3発明は、上記第1発明又は
第2発明に、ユウロピウム(Eu),イットリウム
(Y),ランタン(La),鉛(Pb),エルビウム
(Er),カドリニウム(Gd),セリウム(Ce),
プラセオジム(Pr),ネオジム(Nd),サマリウム
(Sm),イッテルビウム(Yb)の内少なくとも1種
を0.0001〜0.02重量%さらに含有することを
特徴とするICチップボンディング用金線である。
【0009】
【作用】前述の通り本発明は、所定量のSb,Biの内
少なくとも1種と、所定量のBeとからなる第1群、所
定量のCa,Geの内少なくとも1種からなる第2群、
Eu,Y,La,Pb,Er,Gd,Ce,Pr,N
d,Sm,Ybの内少なくとも1種の所定量からなる第
3群の成分を含有した組成となっている。以下、本発明
の詳細な構成とその作用について説明する。本発明で使
用する出発原料は、純度が99.999重量%以上の金
を含有し残部が不可避不純物からなるものである。該出
発原料にSb,Bi、Beを上記構成になるよう含有し
た組成にすることにより、それら金属元素同士の相乗効
果によって、超音波出力を増大させた超音波併用熱圧着
ボンディングを行い、且つループ形成の際にリバース変
形を加えたボンディングワイヤのネック部の信頼性にお
いて、疲労特性に優れ、熱サイクルの環境に晒された場
合の破断性能に優れた金合金線を得ることが出来る。次
に、本発明の金合金線の成分組成を上記の通り限定した
理由を説明する。
【0010】〔第1群;Sb〕Sbは、Beとの共存に
おいて、ボールネック部の信頼性向上に優れた効果を示
す。Sb含有量が0.0005重量%以上になると0.
0005重量%未満と対比してボールネック部の信頼性
が大きくなり、0.01重量%を越えると良好なボール
形成が出来なくなってくると共に接合時に電極割れが生
じてくる。このためSb含有量を0.0005〜0.0
1重量%と定めた。Sbを前記規定量含有してもBeが
含有されていない場合と対比して、Beとの共存におい
てボールネック部の信頼性が向上するためSbはBeと
の共存が必要である。さらに好ましい組成は、所定量の
Ca,Geの内少なくとも1種を含有させることであ
り、この組成において、ボールネック部の信頼性向上に
さらに優れた効果を示す。
【0011】〔第1群;Bi〕Biは、Beとの共存に
おいて、ボールネック部の信頼性向上に優れた効果を示
す。Bi含有量が0.0001重量%以上になると0.
0001重量%未満と対比してボールネック部の信頼性
が大きくなり、0.005重量%を越えると良好なボー
ル形成が出来なくなってくると共に接合時に電極割れが
生じてくる。このためBi含有量を0.0001〜0.
005重量%と定めた。Biを前記規定量含有してもB
eが含有されていない場合と対比して、Beとの共存に
おいてボールネック部の信頼性が向上するためBiはB
eとの共存が必要である。さらに好ましい組成は、所定
量のCa,Geの内少なくとも1種を含有させることで
あり、この組成において、ボールネック部の信頼性向上
にさらに優れた効果を示す。
【0012】〔第1群;Be〕Beは、Sb,Biの内
少なくとも1種との共存において、ボールネック部の信
頼性向上に優れた効果を示す。Be含有量が0.000
02重量%以上になると0.00002重量%未満と対
比してボールネック部の信頼性が大きくなり、0.00
1重量%を越えると良好なボール形成が出来なくなって
くる。このためBe含有量を0.00002〜0.00
1重量%と定めた。Beを前記規定量含有してもSb,
Biの内少なくとも1種が含有されていない場合と対比
して、Sb,Biの内少なくとも1種との共存において
ボールネック部の信頼性が向上するためBeはSb,B
iの内少なくとも1種との共存が必要である。さらに好
ましい組成は、所定量のCa,Geの内少なくとも1種
を含有させることであり、この組成において、ボールネ
ック部の信頼性向上にさらに優れた効果を示す。
【0013】〔第2群;Ca,Ge〕Ca含有量が0.
00005〜0.01重量%、Ge含有量が0.000
1〜0.01重量%の内少なくとも1種の成分が、S
b,Biの内少なくとも1種とBeとの共存においてボ
ールネック部の信頼性向上にさらに優れた効果を示すた
め、好ましく用いられる。Ca含有量が0.00005
重量%未満で且つGe含有量が0.0001重量%未満
のとき、前記のようなさらに優れた効果は得られない。
Ca含有量が0.01重量%を越えると良好なボール形
成が出来なくなってくる。Ge含有量が0.01重量%
を越えるとボンディング時の電極割れが発生し易くな
る。このため、好ましく用いられるCaの含有量を0.
00005〜0.01重量%、Geの含有量を0.00
01〜0.01重量%と定めた。
【0014】〔第3群;Eu,Y,La,Pb,Er,
Gd,Ce,Pr,Nd,Sm,Yb〕第1群の成分
に、第3群の成分すなわちEu,Y,La,Pb,E
r,Gd,Ce,Pr,Nd,Sm,Ybの内少なくと
も1種の成分を0.0001〜0.02重量%含有した
場合、ボールネック部の信頼性において、第1群のみを
含有する組成と対比して同等の効果を有する。この場
合、第3群の成分を含有しても、第1群の成分である所
定量のSb,Biの内少なくとも1種と所定量のBeの
内いずれかを含有しない場合、ボールネック部の信頼性
において優れた効果は得られない。
【0015】また第1群の成分及び第2群の成分に、第
3群の成分すなわちEu,Y,La,Pb,Er,G
d,Ce,Pr,Nd,Sm,Ybの内少なくとも1種
の成分を0.0001〜0.02重量%含有した場合、
ボールネック部の信頼性において、第1群の成分及び第
2群の成分を同時に含有した組成と対比して同等のさら
に優れた効果を有する。この場合、第2群及び第3群の
成分を同時に含有しても、第1群の成分である所定量の
Sb,Biの内少なくとも1種と所定量のBeの内いず
れかを含有しない場合、ボールネック部の信頼性におい
て優れた効果は得られない。
【0016】
【実施例】以下、表1〜表10に示す実施例及び比較例
について説明する。 (実施例1)表中に示す組成と成るように99.999
重量%の金地金と各元素を含む母合金を真空溶解炉で溶
解した後鋳造し、溝ロール,伸線機を用いた冷間加工と
熱処理を繰り返し,最終線径30μm、伸び率4%の細
線になるように仕上げた。この細線をボンディングワイ
ヤとして、高速自動ボンダを用いてICチップ電極上に
超音波熱圧着ボンディングを行った。超音波出力を0.
5Wとし最初のボール接合を行った後、ループ形成と逆
方向にキャピラリを一旦動かしそのリバース角度を垂直
方向に対して60度に設定し、ボールネック部を苛酷に
屈曲させて変形させ、次いで正規のループを形成した。
まず細線を用いてボール形状、振動試験を行い、さらに
ICチップ電極上にボンディングを行った後、接合時の
電極割れ、熱サイクル試験を行った。測定結果を表2に
示す。
【0017】(実施例2〜75/比較例1〜14)表中
に示す組成としたこと以外は実施例1と同様にして細線
に仕上げ、試験を行った。結果を表2,表4,表7,表
10に示す。
【0018】測定方法は以下の通りである。 〔ボール形状〕高速自動ボンダに組み込まれている電気
トーチを用いて金ボールを作製し、走査型電子顕微鏡を
用いて金ボールの大きさ、真球度、表面状態を観察し
た。金ボールの大きさは線径の2.5倍、即ち75μm
φを基準とし、真球度、表面状態は比較サンプル対比で
測定した。10個測定して全て良好な時は「良好」、1
個でも不良がある時は「不良」と表示した。
【0019】〔接合時の電極割れ〕高速自動ボンダーを
用いて100個のボンディングテストを行い、電極割れ
不良の発生がないものを「良好」、1個でも割れ不良の
発生があるものを「不良」と表示した。
【0020】〔熱サイクル試験〕ループを形成した後エ
ポキシ樹脂にて封止し、−10℃×30分と150℃×
30分の熱サイクルテストを2000回行った。100個の
試料を測定に供し、導通テストにより断線の有無を確認
した。断線した個数を破断率(%)で表示した。
【0021】〔振動試験〕基板材料として、ICチップ
電極に代えて銀メッキしたリードフレーム1を用意した
こと以外は実施例1と同様にしてボンディングを行い、
振動試験の材料とした。図1に示す振動試験機2を用
い、前記リードフレーム1に先端をボンディングしたワ
イヤ3をクランプ4で保持し、軸5を中心に左右両側へ
振幅させる振動試験を次の条件で行い、破断に至るまで
の振動回数を測定した。 スパン距離(L1 ):150μm 両側振幅(L2 ):26μm 振動周波数:40Hz(1秒間に40回) 同様の試験を3回繰り返し、得られた平均値を表示し
た。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】
【表5】
【0027】
【表6】
【0028】
【表7】
【0029】
【表8】
【0030】
【表9】
【0031】
【表10】
【0032】以上の測定結果から明らかなように、所定
量のSb,Biの内少くとも1種とBeからなる第1群
の成分を含有した実施例1〜11は、ボール形状が良好
であり、ボンディング時の電極割れ不良の発生がないと
共に、熱サイクル試験後の破断率が1%、振動試験での
破断に至るまでの振動回数が12,000回以上であり
ボールネック部の信頼性向上に優れた効果を示した。
【0033】また前記第1群の成分に加えて、所定量の
Ca,Geの内少なくとも1種からなる第2群の成分を
含有した実施例12〜45は、ボール形状が良好であ
り、ボンディング時の電極割れ不良の発生がないと共
に、熱サイクル試験後の破断率が0%であり、且つ振動
試験での破断に至るまでの振動回数が13,000回以
上とさらに優れた効果を示した。
【0034】さらに前記第1群の成分に加えて、Eu,
Y,La,Pb,Er,Gd,Ce,Pr,Nd,S
m,Ybの内少なくとも1種の所定量からなる第3群の
成分を含有した実施例46〜60は、第1群のみを含有
する実施例1〜11と対比して同等の効果を示した。
【0035】さらにまた、前記第1群の成分及び第2群
の成分に加えて、Eu,Y,La,Pb,Er,Gd,
Ce,Pr,Nd,Sm,Ybの内少なくとも1種の所
定量からなる第3群の成分を含有した実施例61〜75
は、第1群の成分及び第2群の成分を同時に含有した実
施例12〜45と対比して同等のさらに優れた効果を示
した。
【0036】これに対し、本発明に係る第1群、第2
群、第3群の成分のいずれも含有しない比較例1は、熱
サイクル試験後の破断率が15%、振動試験での破断に
至るまでの回数が6,400回程度であることが判る。
また、Beを含有しない比較例2,3,7〜9は、熱サ
イクル試験後の破断率6〜11%、振動試験での破断に
至るまでの回数7,200〜10,800回程度である
ことが判る。
【0037】また、第1群の必須成分を含有してもその
内のいずれか1種の含有量が本発明の規定量を越える比
較例10〜12は、熱サイクル試験後の破断率3%、振
動試験での破断に至るまでの回数11,000回前後
で、前記比較例に比べれば改善されるものの、ボール形
状又はチップ電極割れの点で不良であることが判る。
【0038】さらにまた、Beを含有するがSb、Bi
の両方を含有しない比較例4〜6、第1群の成分及び第
2群の成分を同時に含有するが本課題に対して不適なI
nを含有した比較例13,14は、熱サイクル試験後の
破断率2〜3%、振動試験での破断に至るまでの回数1
1,000回前後、ボール形状及びチップ電極割れの双
方で良好と、前記比較例に比べれば改善されるものの、
本発明に対して劣ることが判る。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るIC
チップボンディング用金線は、99.999重量%以上
の高純度金に、所定量のSb,Biの内少なくとも1種
と所定量のBeを含有した組成としたので、超音波出力
を増大させた超音波併用熱圧着ボンディングを行い、且
つリバース変形を加えて形成したループのネック部にお
いて、疲労特性に優れると共に熱サイクルの環境に晒さ
れた場合の破断性能を大幅に向上することが出来た。従
って、多数のリード線を用いながら短く配線を行う半導
体装置の組み立てにおいて高い信頼性が得られ、半導体
装置の高速化,高機能化,小型化,薄型化の促進に極め
て有用である。
【0040】また、99.999重量%以上の高純度金
に、所定量のSb,Biの内少くとも1種と所定量のB
eを含有し、さらに所定量のCa,Geの内少なくとも
1種を含有した組成とした場合は、超音波出力を増大さ
せた超音波併用熱圧着ボンディングを行い、且つリバー
ス変形を加えて形成したループのネック部において、疲
労特性、及び熱サイクルの環境に晒された場合の破断性
能をさらに向上することが出来、前述した効果をより実
効あるものとすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】振動試験の概要を示す簡略図。
【符号の説明】
1:リードフレーム 2:振動試験機 3:ボンディングワイヤ 4:クランプ 5:振幅中心軸

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 99.999重量%以上の高純度金に、
    アンチモン(Sb):0.0005〜0.01重量%、
    ビスマス(Bi):0.0001〜0.005重量%の
    内少なくとも1種を含有し、さらにベリリウム(B
    e):0.00002〜0.001重量%を含有するこ
    とを特徴とするICチップボンディング用金線。
  2. 【請求項2】 カルシウム(Ca):0.00005〜
    0.01重量%,ゲルマニウム(Ge):0.0001
    〜0.01重量%の内少なくとも1種を含有することを
    特徴とする請求項1記載のICチップボンディング用金
    線。
  3. 【請求項3】 ユウロピウム(Eu),イットリウム
    (Y),ランタン(La),鉛(Pb),エルビウム
    (Er),カドリニウム(Gd),セリウム(Ce),
    プラセオジム(Pr),ネオジム(Nd),サマリウム
    (Sm),イッテルビウム(Yb)の内少なくとも1種
    を0.0001〜0.02重量%含有することを特徴と
    する請求項1又は請求項2記載のICチップボンディン
    グ用金線。
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