JPH09321076A - バンプ形成用金合金線及びバンプ形成方法 - Google Patents

バンプ形成用金合金線及びバンプ形成方法

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JPH09321076A
JPH09321076A JP8133546A JP13354696A JPH09321076A JP H09321076 A JPH09321076 A JP H09321076A JP 8133546 A JP8133546 A JP 8133546A JP 13354696 A JP13354696 A JP 13354696A JP H09321076 A JPH09321076 A JP H09321076A
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ball
bump
forming
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 バンプ用金線の高温接合強度を高く保ちなが
ら、単純引張りによるテール長さを短かく安定にするこ
と。 【解決手段】 高純度金線にＰｄを０．２〜５．０重量
％，Ｂｉを１〜１００重量ppm 添加する。好ましくは、
さらにＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅのうち１種以上を３〜２５
０ppm 添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＩＣチップのワイヤ
レスボンディングに於けるバンプ形成用金合金線及びこ
れを用いた金バンプ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣチップの電極パッドと外部端子等を
接続する場合、ワイヤーで配線するワイヤボンディング
方法が知られている。しかしながらワイヤボンディング
の場合、ワイヤの立ち上がり高さが必要となるため半導
体装置の高さ寸法を十分小さくすることが出来ないとい
う欠点がある。この欠点を除去する為、ＩＣチップの電
極パッドと外部端子や電極付き基板の接続方法として、
上記電極パッドにバンプを形成し、このバンプに上記外
部端子等を接続する方法、いわゆるワイヤレスボンディ
ング方法が行われている。上記バンプを利用した接続方
法によればＩＣチップの電極パッドと外部端子等をバン
プを介して直接接合される為、ワイヤで配線する場合に
比べて接合部分の高さを低くすることが出来、薄型パッ
ケージに適しているという利点を有している。
【０００３】ところで従来電極パッドにバンプを形成す
る方法として特開昭４８−７６７８号、特開昭５９−２
０８７５１号公報等に示される方法が知られている。こ
れらの方法はワイヤ先端を加熱、溶融してボールを形成
し、該ボールを圧着具を用いて上記ＩＣチップの電極パ
ッド上に圧着した後、圧着具と共にワイヤーを上方に引
っ張ってワイヤーをボール直上付近で切断することによ
り上記パッド上にバンプを形成する方法である。この方
法は従来のワイヤーボンティンク方法に用いる装置がそ
のまま使用できてしかも生産性に優れているという長所
を持つ反面、ボール直上部で切断されたワイヤ残存長
さ、所謂テール長さの短いものが安定して得られないと
いう欠点を有している。該テール長さが長い時テール部
分が横にはみ出しショートを引き起こす原因となる。
【０００４】この為特開昭６２−１５２１４３号公報に
は上記ボールを電極パッド上に圧着した後、圧着ボール
直上のワイヤー部に治具を用いて切欠状凹部を形成した
のちワイヤーを上方に引っ張ってテール長さの短いもの
を安定して得る方法が開示されている。該方法は安定し
たテール長さが得られる反面、工程が増える為生産性の
点で問題がある。一方バンプを形成するワイヤ材料とし
て耐酸化性、接合強度の点で金線が好ましく用いられ、
又電極パッド材料としてＡｌが好ましく用いられてい
る。
【０００５】しかしながらボールを電極パッド上に熱圧
着した際、該接合部に金ボール中のＡｕと電極パッド中
のＡｌによりＡｕ−Ａｌ金属間化合物が形成されること
が知られている。該Ａｕ−Ａｌ金属間化合物は、該接合
部を長時間高温に保つと化合物層を増大して接合強度が
低下する為、ＩＣチップの電極パッドと外部端子等を直
接接合するバンプ用材料としてこれらの改善が求められ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は次のと
おりである。 （１）バンプ用材料として金線を用いてＡｌを主成分と
するＩＣチップの電極パッド上にバンプを形成した後、
該接合部を長時間高温に晒した後でもその接合強度（以
下高温接合強度という）を高く保つ事が出来る金合金線
及びそれを用いたバンプ形成方法を提供すること。
【０００７】（２）バンプ用材料として金線を用いてボ
ールをＩＣチップの電極パッド上に圧着した後、ワイヤ
に切欠状凹部を形成することなくワイヤを上方に引っ張
って切断する際、ボール直上部分に残るワイヤ部（以下
単純引張テイルという）を安定して短い長さにする事が
出来る金合金線及びそれを用いたバンプ形成方法を提供
すること。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究を重
ねた結果、高純度金にパラジウム（Ｐｄ）、ビスマス
（Ｂｉ）を各々所定量含有せしめた組成の金線とするこ
とにより、前記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。
【０００９】すなわち、本発明によれば下記が提供され
る。 （１）高純度金にパラジウム（Ｐｄ）を０．２〜５．０
重量％、ビスマス（Ｂｉ）を１〜１００重量ppm 添加し
たことを特徴とするバンプ形成用金合金線。 （２）さらにイットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、
カルシウム（Ｃａ）、ベリリウム（Ｂｅ）のうち少なく
とも１種を３〜２５０重量ppm 添加したことを特徴とす
る請求項１記載のバンプ形成用金合金線。
【００１０】（３）キャピラリーに挿通された金線の先
端にボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボ
ールをＩＣチップ電極上に押圧接合し、次いで上記金線
を上方に引張って上記押圧されたボールと金線とを切り
離すことにより、ＩＣチップ電極と外部リード部をワイ
ヤレスボンディングする金バンプの形成方法に於いて、
上記（１）又は（２）記載の金合金線を用いることを特
徴とする金バンプ形成方法。
【００１１】（４）キャピラリーに挿通された金線の先
端にボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボ
ールをＩＣチップ電極上に押圧接合した後、上記ボール
真上の金線に切欠状凹部を形成し、次いで上記金線を上
方に引張って上記押圧されたボールと金線とを切り離す
ことにより、ＩＣチップ電極と外部リード部をワイヤレ
スボンディングする金バンプの形成方法に於いて、上記
（１）又は（２）記載の金合金線を用いることを特徴と
する金バンプ形成方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明のバンプ形成用金合金は高
純度金に所定量のＰｄ，Ｂｉからなる第１群の元素を添
加し、さらに１つの好ましい態様としてさらに所定量の
Ｙ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅのうち少なくとも１種からなる第
２群の元素を添加した組成を有することを特徴とする。
【００１３】高純度金としては少なくとも９９．９９重
量％以上、好ましくは９９．９９５重量％以上、特に９
９．９９９重量％以上に精製した高純度金が用いられ
る。 （１）このような高純度金に上記所定量のＰｄ，Ｂｉを
添加することにより、これらの元素の相乗効果によって
高温接合強度を高く保つことができるとともに、単純引
張テイル長さを安定して短い長さにすることができる効
果を示す。
【００１４】ＰｄはＢｉとの共存において、高温接合強
度を高く保つ事が出来るとともに、単純引張テイル長さ
を安定して短い長さにする事が出来るという優れた効果
を示す。Ｐｄ含有量が０．２重量％未満になると０．２
重量％以上と対比して所定量のＢｉを含有しても高温接
合強度は低くなり単純引張テイル長さが長くなる。Ｐｄ
含有量が５．０重量％を超えると５．０重量％以下と対
比して所定量のＢｉを含有しても単純引張テイル長さが
長くなる。この為Ｐｄ含有量は所定量のＢｉとの共存に
おいて０．２〜５．０重量％と定めた。好ましくは０．
５〜５．０重量％である。
【００１５】ＢｉはＰｄとの共存において、高温接合強
度を高く保つ事が出来るともに、単純引張テイル長さを
安定して短い長さにする事が出来るという優れた効果を
示す。Ｂｉ含有量が１重量ppm 未満になると１重量ppm
以上と対比して所定量のＰｄを含有しても単純引張テイ
ル長さが長くなるとともにばらつきが大きくなる。Ｂｉ
含有量が１００重量ppm を超えると１００重量ppm 以下
と対比して所定量のＰｄを含有してもバンプを形成する
前のボール形成段階でボール中にピンホールの発生が多
くなり所定の接合強度が得られなくなってくる。この為
Ｂｉ含有量は所定量のＰｄとの共存において１〜１００
重量ppm と定めた。
【００１６】このように、本発明によれば、高純度金線
に所定量のＰｄ及びＢｉを含有せしめることにより、高
温強度を高く保ちつつテール長さを安定して短くできる
効果がある。 （２）この効果は、金合金線に他の元素を添加しても基
本的に維持される。一般的には、Ｐｄ，Ｂｉ以外の元素
の添加量の合計量が２５０重量ppm 以下であれば、上記
所定量のＰｄ，Ｂｉを添加した相乗効果が維持される。
【００１７】このように所定量のＰｂ，Ｂｉのほか追加
の元素を添加しても本発明の効果は一般的に維持される
が、特にＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅのうち少なくとも１種の
成分を３〜２５０重量ppm の範囲内で添加すると、単純
テイル長さを安定して短い長さにする効果は同等である
が、高温接合強度がより向上する効果を示す。なお、
Ｙ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅはそれぞれ１種の成分だけの添加
で効果があり、いずれの成分もそれぞれ単独で好ましい
添加成分である。更に好ましくは３種以上の添加成分と
することであり、最も好ましくはＹ，Ｌａ，Ｃａを含む
３種類以上の添加成分とすることであり、このとき高温
接合強度は更に向上する。
【００１８】この場合、第２群の成分を含有し第１群の
成分である所定量のＢｉを含有しない場合でも、単純引
張テイル長さ及び高温接合強度は改善されてくる。しか
しながら第１群の成分である所定量のＰｄとＢｉとの共
存のもとに第２群の成分を含有すると単純引張テイル長
さ、そのばらつき及び高温接合強度は更に優れた効果を
示すようになる。また第２群の成分を含有し第１群の成
分である所定量のＢｉを含有し、所定量のＰｄを含有し
ない場合、単純引張テイル長さ及び高温接合強度の改善
効果は不十分である。従って所定量のＢｉを含有する場
合は所定量のＰｄを共存させる事が必要である。この為
第１群の成分である所定量のＰｄ及びＢｉとの共存にお
いて第２群の成分即ちＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅの内少なく
とも１種の成分を３〜２５０重量ppm と定めた。
【００１９】本発明によれば、上記の如きバンプ形成用
金合金線を用いたバンプ形成方法も提供される。これに
より、高温接合強度を高く保ちつつ、テール長さが短か
く安定したバンプを形成することができる。 （３）単純引張り方法 単純引張り方法による金バンプの形成方法を図１を用い
て説明する。
【００２０】図１（ａ）に示すように本発明になる金線
２をキャピラリー１に挿通しその先端に電気トーチ３を
対向させ金線２との間で放電させることにより、金線２
の先端を加熱、溶融してボール４を形成する。次いで図
１（ｂ）に示すようにキャピラリー１を下降させて該ボ
ール４をＩＣチップ６上の電極５の上に押圧接合する。
この時図示しないが超音波振動がキャピラリー１を通し
て付加されると共に、ＩＣチップ６はヒーターブロック
で加熱される為上記ボール４は熱圧着され２段偏平状
４′となる。
【００２１】次いで図１（ｃ）に示すようにキャピラリ
ー１を上昇させて、クランパ７が金線２を挟持しそのま
ま上昇させる。これによって上記押圧されたボール４′
と金線２を切り離すことにより、ＩＣチップ６上の電極
５の上に押圧されたボール即ちバンプ４′が形成され
る。次いで図示しないがバンプ４′の上部を外部端子と
接続する。
【００２２】ここで図１（ｃ）で形成されたバンプ４′
の上部にはワイヤ片８が残存することになる。この拡大
図を図３に示す。本発明でいうテイル長さとはバンプ
４′上に残存する長さＬで表示するワイヤ片８の長さで
ある。前述の単純引張り方法でバンプを形成した時のテ
イル長さ（単純引張りテイル長さという）は、本発明に
なる金線を用いた場合、安定して短い長さにする事が出
来るという優れた効果を有している。
【００２３】（４）切欠状凹部付き引張り方法 切欠状凹部付き引張り方法による金バンプの形成方法を
図２を用いて説明する。図２（ａ）と図２（ｂ）に示す
ように図１（ａ）と図１（ｂ）と同様にしてＩＣチップ
６上の電極５の上にボール４が２段偏平状４′として熱
圧着されて形成される。
【００２４】次いで図２（ｂ）′に示すように先端が鋭
利な切欠状凹部形成治具７が横から前進してきて２段偏
平状４′の直上の金線の任意の箇所に切欠状凹部を形成
する。切欠状凹部９が形成された状況を拡大して図４に
示す。次いで図２（ｃ）に示すように図１（ｃ）と同様
にして金線２を上方に引張って押圧されたボールと金線
とを切り離すことによりＩＣチップ６上の電極５の上に
押圧されたボール即ちバンプ４′が形成される。
【００２５】次いで図示しないがバンプ４′の上部を外
部端子と接続する。この場合も図１（ｃ）で形成された
バンプ４′の上部にはワイヤ片８が残存することにな
る。前述の切欠状凹部付き引張り方法でバンプを形成し
た時のテイル長さは切欠状凹部の位置を任意に設定でき
る為好ましくもちいられる。尚、バンプ４′と外部端子
を接続する際、導電性接着剤を用いてもよい。
【００２６】
【実施例】表１に示す実施例及び比較例について説明す
る。 （実施例１）純度９９．９９９重量％の高純度金に所定
量のＰｄ，Ｂｉを添加し真空溶解炉で溶解して後鋳造し
て表１に示す組成の金合金、即ちＰｄ０．２重量％、Ｂ
ｉ２０重量ppm を含有する組成の金合金インゴットを
得、これに溝ロール、伸線機を用いて冷間加工と中間熱
処理を施し最終線径２５μｍとし、最終熱処理により伸
び率２〜３％になるように仕上げた。
【００２７】この金線をワイヤボンディング装置を用い
て前述の図１に示す方法でＩＣチップ電極上に超音波熱
圧着ボンディングを行った後、単純にワイヤを引っ張っ
てバンプを１０個形成した。次いでテイル長さ測定、高
温接合試験を行うと共に形成したボールの外観検査を行
った。結果を表１に示す。 （実施例２〜４１ 比較例１〜９）金合金の組成を表１
に示すようにした事以外は実施例１と同様にして細線に
仕上げ、前記した各試験を行った。測定結果を表１〜３
に示す。 〔測定方法〕 （１）テイル長さ 測長顕微鏡を用いて各１０個の試料についてテイル長さ
を測定した。
【００２８】その平均値と標準偏差を求めた。 （２）高温接合強度 各１０個の試料を３００℃に設定した恒温炉に５００時
間放置した後、剪断強度試験機を用いて測定し、その剪
断強度の平均値を高温接合強度とした。 （３）ボール外観 ボール形成時の外観を顕微鏡で観察し、ボール外面にピ
ンホールの発生の有無を識別しピンホールの発生の有る
ものを不良、ピンホールの発生のないものを良好とし
た。表中、不良を×、良好を○で表示した。 〔試験結果〕 （１）所定量のＰｄ及びＢｉからなる第１群の成分を含
有した実施例１〜６は次の様な優れた効果を示した。
【００２９】 テール長さの平均値は３３．４〜３
９．６μｍ、テール長さのばらつきである標準偏差は
５．０〜８．８μｍであり安定して短い長さにすること
が出来る。 高温接合強度は４２．１〜５６．２gfと高く保つ事
が出来る。 ボール外観はいずれもピンホールのないものであっ
た。
【００３０】（２）前記第１群の成分に加えて所定量の
Ｙ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅのうち少なくとも１種からなる第
２群の成分を含有した実施例７〜４１は次の様な優れた
効果を示した。とりわけ、高温接合強度に於いて第１群
の成分のみを含有した実施例１〜６と対比して第２群の
成分を含有することによりさらに優れた効果を示した。
【００３１】 テール長さの平均値は３１．１〜３
７．６μｍ、テール長さのばらつきである標準偏差は
４．４〜９．９μｍであり安定して短い長さにすること
が出来る。 高温接合強度は４２．８〜６７．４gfと高く保つ事
が出来る。 高温接合強度は第２群の成分を含有することにより
さらに優れた効果を示す。
【００３２】ア）実施例１とこれに第２群の成分を添加
した実施例７，１３，１９の高温接合強度を対比すると
４２．１gfが４２．８〜４３．３gfと向上している。 イ）実施例２〜６とこれに第２群の成分を添加した実施
例の高温接合強度を対比すると同様に向上している事が
わかる。 ボール外観はいずれもピンホールのないものであっ
た。
【００３３】 第２群の成分を３種以上含む実施例４
０〜４１は高温接合強度が６７．２〜６７．４と最も優
れたものであった。 （３）本発明に係わる第１群、２群の成分のいずれも含
有しない比較例１はテール長さの平均値は７５．２μｍ
その標準偏差は３２．３μｍ、高温接合強度は５．２gf
と悪いことが判る。
【００３４】（４）本発明の必須成分である所定量のＢ
ｉを含み、Ｐｄ含有量が０．２重量％未満である比較例
２，３，７，８はテール長さの平均値は４６．０〜５
０．９、その標準偏差は８．７〜１２．７、高温接合強
度は１３．５〜１６．４gfと悪いことが判る。 （５）本発明の必須成分である所定量のＢｉを含み、Ｐ
ｄ含有量が５．０重量％を超える比較例４はテール長さ
の平均値は５８．９μｍその標準偏差は１４．４μｍと
悪いことが判る。
【００３５】（６）本発明の必須成分である所定量のＰ
ｄを含み、Ｂｉを含有しない比較例５，９はテール長さ
の標準偏差は１９．５〜２１．４と悪いことが判る。高
温接合強度は３３．２〜３６．８gfであり比較例１より
改善されているものの、本発明品の方が更に優れた効果
を示している事が判る。 （７）本発明の必須成分である所定量のＰｄを含み、Ｂ
ｉ含有量が１００重量ppm を超える比較例６はピンホー
ルの発生がみられた。接合強度は低い値でありばらつき
も大きいため、数値は表示しなかった。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【発明の効果】本発明により、所定量のＰｂ，Ｂｉを含
有したバンプ形成用金合金線によれば、 単純引張テイル長さを安定して短い長さにする事が
出来た。これにより単純引張方法で安定してバンプを形
成する事が出来半導体装置の信頼性向上に効果的であ
る。
【００４０】 高温接合強度を高める事が出来半導体
装置の信頼性向上に効果的である。また、さらに所定量
のＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｂｅのうち少なくとも１種を含むこ
とにより、更に高温接合強度を高める事が出来半導体装
置の信頼性向上に更に効果的である。本発明により上記
の金合金線を用いて単純引張りによりバンプを形成する
と、 単純な引っ張り操作だけで安定してバンプを形成す
る事が出来生産性向上に効果的である。
【００４１】 高温接合強度を高める事が出来半導体
装置の信頼性向上に効果的である。また、上記金合金線
を用いて切欠状凹部形成方法でバンプを形成すると、 テイル長さを任意の長さにする事が出来るためテイ
ル長さを更に安定して短い長さにする事が出来る。 高温接合強度を高める事が出来半導体装置の信頼性
向上に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】単純引張りによるバンプ形成方法を示す。
【図２】切欠状凹部付き引張りによるバンプ形成方法を
示す。
【図３】バンプのテール部の拡大図である。
【図４】金線の切欠状凹部付近の拡大図である。
【符号の説明】
１…キャピラリー ２…金線 ３…電気トーチ ４…ポール（４′…バンプ） ５…電極 ６…ＩＣチップ ７…クランパ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高純度金にパラジウム（Ｐｄ）を０．２
    〜５．０重量％、ビスマス（Ｂｉ）を１〜１００重量pp
    m 添加したことを特徴とするバンプ形成用金合金線。
  2. 【請求項２】 さらにイットリウム（Ｙ）、ランタン
    （Ｌａ）、カルシウム（Ｃａ）、ベリリウム（Ｂｅ）の
    うち少なくとも１種を３〜２５０重量ppm 添加したこと
    を特徴とする請求項１記載のバンプ形成用金合金線。
  3. 【請求項３】 キャピラリーに挿通された金線の先端に
    ボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボール
    をＩＣチップ電極上に押圧接合し、次いで上記金線を上
    方に引張って上記押圧されたボールと金線とを切り離す
    ことにより、ＩＣチップ電極と外部リード部をワイヤレ
    スボンディングする金バンプの形成方法に於いて、請求
    項１又は請求項２記載の金合金線を用いることを特徴と
    する金バンプ形成方法。
  4. 【請求項４】 キャピラリーに挿通された金線の先端に
    ボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボール
    をＩＣチップ電極上に押圧接合した後、上記ボール真上
    の金線に切欠状凹部を形成し、次いで上記金線を上方に
    引張って上記押圧されたボールと金線とを切り離すこと
    により、ＩＣチップ電極と外部リード部をワイヤレスボ
    ンディングする金バンプの形成方法に於いて、請求項１
    又は請求項２記載の金合金線を用いることを特徴とする
    金バンプ形成方法。
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