JPH10275821A - 半導体素子ボンディング用金合金線 - Google Patents

半導体素子ボンディング用金合金線

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JPH10275821A
JPH10275821A JP9077765A JP7776597A JPH10275821A JP H10275821 A JPH10275821 A JP H10275821A JP 9077765 A JP9077765 A JP 9077765A JP 7776597 A JP7776597 A JP 7776597A JP H10275821 A JPH10275821 A JP H10275821A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過酷な熱サイクルにおける断線抑制効果を有
し、かつループ形状を安定化させる低温ボンディングで
もセカンド側接合点の接合強度を向上させる金合金線を
提供すること。 【解決手段】 Ｃｕ０．１５〜２．９０重量％、Ｐｄ
１．５０〜４．２５重量％、かつＣｕとＰｄの合計量が
１．６５〜４．４０重量％で、残部が金及び不可避的不
純物からなる金合金線。さらに、Ｙ，Ｌａ，Ｃａ，Ｒ
ｕ，Ｉｒ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｂｅを０．０５重量％以
下含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の電極
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
用金合金線に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来からトランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等
の半導体素子の電極と外部リードを接続する技術として
は、純度９９．９９重量％以上の高純度金に他の金属元
素を微量含有させた金合金線を用いて配線する超音波併
用熱圧着ボンディング法が主として用いられている。こ
こで超音波併用熱圧着ボンディング法により配線し、ル
ープを形成した状態を図１に示す。図中、１はＩＣチッ
プ、２はＩＣチップ上のＡ１電極、３は金合金線、４は
リードフレーム、５はファースト側接合点、６はセカン
ド側接合点である。
【０００３】最近、半導体装置は外部リード材料として
放熱性、コストを考慮して銅合金製のリードフレームを
用いる事が多くなってきた。銅合金製のリードフレーム
を用いた場合、封止用樹脂とリードフレームの熱膨張係
数の差が大きく、半導体装置の作動による温度上昇によ
ってループを形成した金合金線に外部応力が加わり、と
りわけ半導体装置が過酷な熱サイクルの環境に晒された
場合、断線を生じ易くなるという問題がある。
【０００４】また半導体装置の小型化、高密度化の要求
が高まる中で、ＩＣチップの多ピン化及びこれに伴う狭
ピッチ化が要求されている。多ピン化、狭ピッチ化を達
成する為には、ループ形状が安定している事が必要であ
る。一方超音波併用熱圧着ボンディング法で配線を行う
際、リードフレーム下部に設置された熱源により１５０
〜２５０℃で加熱されている。この時加熱温度が高いと
接着性は良いものの、リードフレームのそりが生じ易く
なりループ形状にばらつきが生じ易くなる。また加熱温
度が低いとループ形状は安定するものの低温接合である
ため、金合金線とリードフレームの接合点（以下セカン
ド側接合点という）での接合性に問題が生じてくる。こ
の為ループ形状にばらつきが生じることを抑制する為に
ボンディング時の加熱温度を１５０℃と低温度で行いな
がらセカンド側接合点での接合性に優れた金合金線が要
求されている。
【０００５】従来、特開平８−１９９２６１号には所定
量のＣｕとＰｄを必須元素とした金合金線とすることに
より、狭ピッチ化に対応するために、ボールの収縮孔の
生成を防止してループ形状を安定する事が提案されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案においては、前述の要求に対して一応の成果は得られ
ているものの、更なる信頼性の向上が求められている。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、銅合金製のリードフレ
ームを用いた半導体装置が過酷な熱サイクルの環境に晒
された場合でも、断線を抑制する効果が向上すること、
及びボンディング時のループ形状を安定させる為に、ボ
ンディング時の加熱温度を１５０℃と低温度で行いなが
らセカンド側接合点での接合性、とりわけピール強度及
び振動破断性能が向上した金合金線を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
を重ねた結果、所定量のＣｕと所定量のＰｄを１．６５
〜４．４０重量％、及び残部が金と不可避不純物からな
る組成の金合金線とすることにより、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。
【０００８】すなわち、本発明によれば下記が提供され
る。 （１）銅（Ｃｕ）が０．１５〜２．９０重量％、パラジ
ウム（Ｐｄ）が１．５０〜４．２５重量％であり、かつ
その合計量が１．６５〜４．４０重量％、及び残部が金
と不可避不純物からなることを特徴とする半導体素子ボ
ンディング用金合金線。 （２）銅（Ｃｕ）が０．５０〜２．３０重量％、パラジ
ウム（Ｐｄ）が１．７０〜３．５０重量％であり、かつ
その合計量が２．２０〜４．００重量％、及び残部が金
と不可避不純物からなることを特徴とする半導体素子ボ
ンディング用金合金線。 （３）更にＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｅｕ，Ｙｂ，
Ｇｄ，Ｂｅのうち少なくとも１種を０．０５重量％以下
含有することを特徴とする（１）又は（２）記載の半導
体素子ボンディング用金合金線。
【０００９】原料金としては少なくとも９９．９９重量
％以上に精製した高純度金を用いることが好ましい。更
に好ましくは９９．９９５重量％以上であり、最も好ま
しくは９９．９９９重量％以上である。この為合金中の
不可避不純物は０．０１重量％以下が好ましい。更に好
ましくは０．００５重量％以下であり、最も好ましくは
０．００１重量％以下である。
【００１０】前記高純度金に、０．１５〜２．９０重量
％Ｃｕと１．５０〜４．２５重量％Ｐｄとの共存であっ
て、その合計量が１．６５〜４．４０重量％である組成
とすることにより、本発明の目的を達成することが出来
る。ＣｕとＰｄの共存組成においてＰｄと共存したＣｕ
の含有量が０．１５重量％未満になると、熱サイクルの
後の破断性能が大きくなり、セカンド側の接合性が低下
する。またＣｕの含有量が２．９０重量％をこえると、
同様に熱サイクルの後の破断性能、セカンド側の接合性
とも低下する。
【００１１】ＣｕとＰｄの共存組成においてＣｕと共存
したＰｄの含有量が１．５０重量％未満になると、熱サ
イクルの後の破断性能が大きくなり、セカンド側の接合
性が低下する。またＰｄの含有量が４．２５重量％をこ
えると、同様に熱サイクルの後の破断性能、セカンド側
の接合性とも低下する。また、０．１５〜２．９０重量
％Ｃｕと１．５０〜４．２５重量％Ｐｄとの共存組成で
あっても、その合計量が４．４０重量％を超えると、熱
サイクルの後の破断性能が大きくなり、セカンド側の接
合性が低下する。従って、高純度金に０．１５〜２．９
０重量％Ｃｕと１．５０〜４．２５重量％Ｐｄが共存
し、かつその合計量が１．６５〜４．４０重量％である
ことが必要である。
【００１２】なお、上記共存組成において、０．５０〜
２．３０重量％Ｃｕと１．７０〜３．５０重量％Ｐｄと
が共存し、かつその合計量が２．２０〜４．００重量％
である組成になると、熱サイクルの後の破断性能、セカ
ンド側の接合性とも一段と向上してくる。従って、０．
５０〜２．３０重量％Ｃｕと１．７０〜３．５０重量％
Ｐｄとが共存し、かつ、その合計量が２．２０〜４．０
０重量％である組成とすることが好ましい。
【００１３】上記組成において、さらに、Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ａ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｂｅのうち少なく
とも１種を０．０５重量％以下含有した場合において
も、同様に熱サイクルの後の破断性能、セカンド側の接
合性は向上する。これらの元素の添加量の下限は特に限
定されないが、実用上０．０００１重量％である。本発
明の金合金線の好ましい製造方法を説明する。高純度金
に所定量の元素を添加し、真空溶解炉で溶解した後イン
ゴットに鋳造する。インゴットに溝ロール、伸線機を用
いた冷間加工と中間アニールを施し、最終冷間加工によ
り直径１０〜１００μｍの細線とした後最終アニールを
施す。
【００１４】本発明の半導体素子ボンディング用金合金
線は半導体装置の実装に際して、ＩＣチップ等の半導体
素子をリードフレームに接続する超音波併用熱圧着ボン
ディング法で好ましく用いられる。特にはリードフレー
ムとして銅製リードフレームを用いる半導体装置用に好
ましく用いられる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）純度９９．９９９重量％の高純度金に所定
量のＣｕ，Ｐｄを添加し真空溶解炉で溶解した後、鋳造
して表１に示す組成の金合金インゴットを得、これに溝
ロール、伸線機を用いた冷間加工と中間アニールを施
し、最終冷間加工により直径３０μｍとし、伸び率４％
となるように最終アニールを行った。
【００１６】この金合金線を全自動ワイヤボンダー（新
川株式会社製ＵＴＣ−５０型）を用いて加熱温度１５０
℃でＩＣチップのＡｌ電極と銅合金リードフレームの間
を超音波併用熱圧着ボンディング法でボンディングし、
ピン数１００個のボンディングした試料を作成した。次
いでその試料をエポキシ樹脂で樹脂封止した後、−１０
℃×３０分と１５０℃×３０分の熱サイクルテストを１
００回行った。
【００１７】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、熱サイクル後の破断率を求
めその結果を表１に示した。更にボンディングした試料
のリードフレーム側即ちセカンド側のピール強度及び振
動破断性能を測定した。ピール強度は直径３０μｍのピ
ール荷重で表示した。振動破断性能の測定方法を図２を
用いて説明する。図中、１１はＩＣチップ、１２はＡｌ
電極、１３は金合金線、１４，１４′はリードフレー
ム、１５は鉄製台、１６，１６′はリードフレーム固定
用磁石、１７は振動子である。リードフレーム１４，１
４′をリードフレーム固定用磁石１６，１６′で、固定
し、ＩＣチップ１１を搭載した部分を振動子１７で上下
方向（矢印方向）に振動させた。周波数１００Hz、上下
振幅合計０．４mm、振動数２００００回振動させた後、
４００倍の金属顕微鏡を用いてリードフレーム側即ちセ
カンド側のワイヤの破断数を調査した。３００箇所調査
しその破断数の割合を振動破断率として表１に示した。 （実施例２〜２６）（比較例１〜９） 金合金線の組成を表１〜２に示すようにしたこと以外は
実施例１と同様にして直径３０μｍの線に仕上げ、熱サ
イクル後の破断率、セカンド側のピール強度及び振動破
断率を実施例１と同様にして測定し、その測定結果を表
１〜３に示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】（試験結果） （１）高純度金に０．１５〜２．９０重量％のＣｕと
１．５０〜４．２５重量％のＰｄを含有し、ＣｕとＰｄ
の合計量が１．６５重量％又は４．４０重量％の組成で
ある実施例１〜４は熱サイクル後の破断率が１．１〜
１．４％、ピール強度が８．１〜８．６ｇ、振動破断率
は１．２〜１．５％と優れたものであった。 （２）上記（１）においてＣｕとＰｄの合計量が２．２
０〜４．００重量％の組成である実施例５〜１１は、熱
サイクル後の破断率が０％、ピール強度が１１．８〜１
３．４ｇ、振動破断率は０％と更に優れたものであっ
た。このことから本発明の課題に対して、所定量のＣｕ
とＰｄを含有し、かつＣｕとＰｄの合計量を２．２０〜
４．００重量％の組成とする事が好ましいことが判る。 （３）本発明に従う所定量のＣｕとＰｄを含有し、所定
量のＣｕとＰｄの合計量に加えて、Ｙ，Ｌａ，Ｃａ，Ｒ
ｕ，Ｉｒ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｂｅのうち少なくとも１
種を０．０５重量％以下含有した組成である実施例１２
〜２６は、熱サイクル後の破断率が０％、ピール強度が
１１．７〜１３．５ｇ、振動破断率は０％と優れたもの
であった。前記所定量のＣｕとＰｄを含有し、かつ所定
量のＣｕとＰｄの合計量が含有されている限り、Ｙ，Ｌ
ａ，Ｃａ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｂｅのうち
少なくとも１種を０．０５重量％以下含有した組成であ
っても同様の効果が得られる事が判る。 （４）高純度金にＣｕとＰｄの何れも含有しない比較例
１は熱サイクル後の破断率が５．９％、ピール強度が
１．６ｇ、振動破断率は４．９％と悪いことが判る。 （５）ＣｕとＰｄの共存組成において、Ｐｄの含有量が
１．５０重量％未満である比較例２〜４は、熱サイクル
後の破断率が２．３〜３．８％、ピール強度が２．８〜
４．１ｇ、振動破断率が２．４〜３．９％であった。比
較例１と対比してＣｕとＰｄを共存した効果は得られて
いるものの、本発明になる組成とする方がさらに優れた
効果が得られる事が判る。 （６）ＣｕとＰｄの共存組成において、Ｃｕの含有量が
０．１５重量％未満である比較例５は、熱サイクル後の
破断率が２．２％、ピール強度が２．６ｇ、振動破断率
が２．４％であった。比較例１と対比してＣｕとＰｄを
共存した効果は得られているものの、本発明になる組成
とする方がさらに優れた効果が得られる事が判る。 （７）ＣｕとＰｄの共存組成において、Ｐｄの含有量が
５．０重量％である比較例６は、熱サイクル後の破断率
が３．８％、ピール強度が４．４ｇ、振動破断率が３．
３％であった。比較例１と対比してＣｕとＰｄを共存し
た効果は得られているものの、本発明になる組成とする
方がさらに優れた効果が得られる事が判る。 （８）高純度金に所定量のＣｕとＰｄを含有していなが
ら、ＣｕとＰｄの合計量が５．０〜５．１重量％である
比較例７〜９は、熱サイクル後の破断率が３．５〜３．
８％、ピール強度が４．４〜４．７ｇ、振動破断率は
３．２〜３．６％であった。比較例１と対比してＣｕと
Ｐｄを共存した効果は得られているものの、本発明にな
る組成とする方がさらに優れた効果が得られる事が判
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明によりＣｕが０．１５〜２．９０
重量％、パラジウムＰｄが１．５０〜４．２５重量％で
あり、かつその合計量が１．６５〜４．４０重量％、及
び残部が金と不可避不純物からなる組成を有する半導体
素子ボンディング用金合金線によれば、銅合金製のリー
ドフレームを用いた半導体装置が過酷な熱サイクルの環
境に晒された場合でも、断線を抑制する効果が向上し、
またボンディング時のループ形状を安定させる為に、ボ
ンディング時の加熱温度を１５０℃と低温度で行いなが
らセカンド側接合点での接合性、とりわけピール強度及
び振動破断性能を向上させることに効果的である。
【００２２】上記含有成分に加えてＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｒ
ｕ，Ｉｒ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｂｅのうち少なくとも１
種を０．０５重量％以下含有した場合においても、同様
の効果を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体素子の電極とリードの間をワイヤボンデ
ィングした様子を示す。
【図２】ボンディングした試料の振動破断性能の測定方
法を説明する。
【符号の説明】
１…ＩＣチップ ２…ＩＣチップ上のＡｌ電極 ３…金合金線 ４…リードフレーム ５…ファースト側接合点 ６…セカンド側接合点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 銅（Ｃｕ）が０．１５〜２．９０重量
    ％、パラジウム（Ｐｄ）が１．５０〜４．２５重量％で
    あってこれらの合計量が１．６５〜４．４０重量％、及
    び残部が金と不可避不純物からなることを特徴とする半
    導体素子ボンディング用金合金線。
  2. 【請求項２】 銅（Ｃｕ）が０．５０〜２．３０重量
    ％、パラジウム（Ｐｄ）が１．７０〜３．５０重量％で
    あって、これらの合計量が２．２０〜４．００重量％、
    及び残部が金と不可避不純物からなることを特徴とする
    請求項１記載の半導体素子ボンディング用金合金線。
  3. 【請求項３】 更にＹ，Ｌａ，Ｃａ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｅ
    ｕ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｂｅのうち少なくとも１種を０．０５
    重量％以下含有することを特徴とする請求項１又は２記
    載の半導体素子ボンディング用金合金線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1901343A4 (en) * 2005-06-14 2012-06-20 Tanaka Electronics Ind GOLD ALLOY WIRE FOR USE AS A BONDED WIRE WITH HIGH BOND RELIABILITY, HIGH CIRCULARITY OF THE PRESSBOND BALL, A HIGH STRAIGHT PRESENCE PROPERTY, AND HIGH RESISTANCE TO RESISTANCE
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