JPH0888242A - ボンディングワイヤー - Google Patents

ボンディングワイヤー

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 純度９９．９９重量％以上の金に、Ｓｎを２
〜５０重量ｐｐｍと、Ｃａ、Ｂｅ、希土類元素のうちの
少なくとも一種を１〜５０重量ｐｐｍとを含有させた金
合金線からなるボンディングワイヤー。但し、希土類元
素は、Ｙ及びランタノイド元素である。 【効果】 従来の金線が持つ機械的強度、耐熱強度を損
なうことなく、デバイスの損傷やパッド下のクラックを
大幅に低減し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子上のチップ
電極と、外部リードとを接続するために用いるボンディ
ングワイヤーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子上
のチップ電極と外部リードとの結線用として多く用いら
れている金線は、その機械的強度、耐熱強度を向上させ
るために純度９９．９９重量％以上の高純度金に、Ｃ
ａ、Ｂｅ、Ｇｅを含有させた金線（特公昭５７−３５５
７７号公報）、Ｌａ等の希土類元素及び、Ｃａ、Ｂｅ、
Ｇｅを含有させた金線（たとえば特公平２−１２０２２
号公報）等、多くの提案がなされている。一方、近年の
半導体デバイスの高密度、高集積度化による多ピン傾向
は、チップ電極、外部リードの狭ピッチ化、チップ電極
と外部リードとの長距離化へとつながり、より強い機械
的強度、耐熱強度を有する金線が要求されるようになっ
た。
【０００３】しかしながら半導体デバイスの高密度、高
集積度化は、電極構造の微細、多層化や薄膜化へとつな
がり、その結果、ボンディング時の荷重、及び超音波の
衝撃を吸収することがむずかしくなり、デバイスの損傷
や、電極パッド下に微小クラックが発生する等のダメー
ジを受け易い構造となり、金線の高強度化はより大きな
問題となってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、従来
の金線が持つ機械的強度、耐熱強度を損なうことなく、
デバイスの損傷やパッド下のクラックを大幅に低減し得
るボンディングワイヤー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】上記目的を達成するため
の本発明のボンディングワイヤーは、純度９９．９９重
量％以上の金に、Ｓｎを２〜５０重量ｐｐｍと、Ｃａ、
Ｂｅ、希土類元素のうちの少なくとも一種を１〜５０重
量ｐｐｍとを含有させた金合金線からなる点に特徴があ
る。但し、希土類元素とはＹ及びランタノイド元素をい
う。
【０００６】
【作用】本発明において、Ｓｎは必須の元素である。従
来のＣａ、Ｂｅ、希土類元素のうちの少なくとも一種を
添加した金にＳｎを適量添加したところ、従来品に比
べ、アーク放電により形成した金ボールの表面硬度が若
干低下し、更にボンディングにより金ボールをチップ電
極に押し潰した後のボール硬度、即ちボールの加工硬度
が大幅に低減し、パッド下のクラック等のデバイスの損
傷を防ぐ効果があることが見いだされた。
【０００７】Ｓｎの添加量は、２重量ｐｐｍ未満ではそ
の効果は不十分であり、５０重量ｐｐｍを越えるとボー
ル形成時に真球ボールが形成されにくくなるため、Ｓｎ
の添加量は２〜５０重量ｐｐｍとする。Ｃａ、Ｂｅ、希
土類元素のうちの少なくとも一種の添加は金の結晶格子
に歪を与えて金線の機械的強度、耐熱強度を高める効果
があるが、添加量が１重量ｐｐｍ未満ではその効果は不
十分であり、５０重量ｐｐｍを越えると金ボールの表面
に酸化膜が形成されてチップ電極との接合性が阻害され
るようになるので、１〜５０重量ｐｐｍとする。
【０００８】
【実施例】純度９９．９９重量％以上の高純度金に、Ｓ
ｎ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｙを種々の割合で
添加し、高周波誘導加熱炉で溶解し、表１及び表２に示
す組成の合金を得た。これらの合金に溝ロール加工を施
し、次に、ダイスを用いた伸線加工により直径０．０３
ｍｍの金線とし、次に、室温での伸び率が６％となるよ
うに連続焼鈍を行いボンディングワイヤーを得た。これ
らのボンディングワイヤーを、引っ張り試験機を用いて
常温での機械的強度と、２５０℃の雰囲気中に２０秒間
保持した状態での高温強度を測定した。
【０００９】
【表１】
【表２】 次に、高速自動ボンダーを用いてボールの直径が０．０
６５ｍｍになるような放電条件にてボールを形成し、各
試料のボール形状とボール表面酸化膜の有無を電子顕微
鏡により観察した。次に、メモリー用ＩＣを搭載したリ
ードフレームを用いてチップ電極と外部リード間の連続
ボンディングを行い、圧着した金ボールの表面硬度を微
小硬度計にて測定した。その後、金ボールとチップ電極
のＡｌを化学処理により溶解し、パッド下層のクラック
発生の有無を金属顕微鏡で確認した。これらの結果を表
１及び表２に示す。
【００１０】表１、表２に示されたように本発明のボン
ディングワイヤー（試料番号１〜１８）は、Ｓｎを添加
していない従来のボンディングワイヤー（試料番号１
９、２０、２１）や、Ｓｎの添加量が本発明の下限未満
のボンディングワイヤー（試料番号２２、２４）と比べ
てパッド下のクラック発生のない良好な結果が得られ
た。また、Ｓｎの添加量が本発明の上限を越えるボンデ
ィングワイヤー（試料番号２５、２６）は、ボール硬度
は本発明のものと同等でパッド下のクラック発生も見ら
れなかったが、ボール変形が確認された。また、Ｃａ、
Ｂｅ、希土類元素のうちの少なくとも一種の添加量の総
量が５０重量％を越えるもの（試料番号２１、２３）で
は、ボール表面に酸化膜の形成が確認された。
【００１１】
【発明の効果】本発明のボンディングワイヤーは、従来
金線の機械的強度、及び耐熱強度を損なうことなく、ボ
ール形成時のボール変形、及びボール表面への酸化膜形
成もなく、ボンディングの際のボール硬度が低く、デバ
イスの損傷や電極パッド下のクラックの発生を防ぎ、安
定したボンディングが可能である。これより、多ピンデ
バイスの金ボンディングにおける歩留り、信頼性の向上
が図れる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 純度９９．９９重量％以上の金に、Ｓｎ
    を２〜５０重量ｐｐｍと、Ｃａ、Ｂｅ、希土類元素のう
    ちの少なくとも一種を１〜５０重量ｐｐｍとを含有させ
    た金合金線からなるボンディングワイヤー。但し、希土
    類元素とはＹ及びランタノイド元素をいう。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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