JPH10303236A - 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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JPH10303236A
JPH10303236A JP9109055A JP10905597A JPH10303236A JP H10303236 A JPH10303236 A JP H10303236A JP 9109055 A JP9109055 A JP 9109055A JP 10905597 A JP10905597 A JP 10905597A JP H10303236 A JPH10303236 A JP H10303236A
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alloy wire
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伸 高浦
Toshitaka Mimura
利孝 三村
Hiroshi Murai
博 村井
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 銀（Ａｇ）を０．６〜５０重量％、Ｃ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂ
のうち少なくとも１種を１〜５００重量ppm 、及び残部
が金及び不可避不純物からなる半導体素子ボンディング
用金合金線。

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。
【０００３】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。１は
ＩＣチップ、２はＩＣチップ上のＡｌ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。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。一方前記の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】従来から提案されている金合金線として特
開昭５２−５１８６７号公報には所定量のＦｅ，Ｃｏ，
Ａｇ等を金に含有させることによりボンディングワイヤ
の強度の向上に効果のあることが提案されている。また
特開昭５５−１５８６４２号、特開昭５６−１９６２８
号、特開昭５６−１９６２９号公報等には所定量のＡｇ
又はそれに加えてＰｄやＦｅ等を金に含有させることに
よりボンディングワイヤの強度の向上とボールボンディ
ングの接合強度の向上に効果のあることが提案されてい
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未だ不十分である。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】本発明者等が鋭意研究を
重ねた結果、所定量のＡｇとＣｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，
Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少なくとも１種、
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】本発明は下記にある。 （１）銀（Ａｇ）を０．６〜５０重量％、Ｃｕ，Ｉｎ，
Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少な
くとも１種を１〜５００重量ppm 、及び残部が金及び不
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）銀（Ａｇ）を０．６〜５０重量％、Ｃｕ，Ｌａ，
Ｅｕのうち少なくとも１種を１〜５００重量ppm 、及び
残部が金及び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。
【０００９】
【発明の実施の形態】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】高純度金に所定量のＡｇと所定量のＣｕ，
Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのう
ち少なくとも１種との共存において、Ａｇを含有した組
成とすることにより、前記課題を達成することが出来
る。この共存組成においてＡｇの含有量が０．６重量％
以上になると、０．６重量％未満のものと対比してセカ
ンド側の接合性が向上してくる。即ちピール強度が大き
くなり、振動破断性能が向上してくる。又熱サイクル後
の断線性能も向上してくる。共存組成に於けるＡｇの含
有量が５０重量％を超えると、前記セカンド側の接合性
と熱サイクル後の断線性能がともに低下してくる。この
為前記共存組成におけるＡｇの含有量を０．６〜５０重
量％と定めた。
【００１１】高純度金に所定量のＡｇとの共存におい
て、所定量のＣｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌ
ａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少なくとも１種を含有した組成と
することにより、前記課題を達成することが出来る。こ
の共存組成とすることにより、金合金線の伸び率にかか
わらず、前記課題を達成することが出来る。
【００１２】この共存組成においてＣｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，
Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少なくとも
１種の含有量が１重量ppm 以上になると、１重量ppm 未
満のものと対比してセカンド側の接合性が向上してくる
とともに熱サイクル後の断線性能も向上してくる。Ｃ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂ
のうち少なくとも１種の含有量が５００重量ppm を超え
ると、セカンド側の接合性と熱サイクル後の断線性能が
ともに低下してくる。この為前記共存組成におけるＣ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂ
のうち少なくとも１種の含有量を１〜５００重量ppm と
定めた。
【００１３】さらに前記共存組成におけるＣｕ，Ｉｎ，
Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少な
くとも１種がＣｕ，Ｌａ，Ｅｕのうち少なくとも１種で
あると、セカンド側の接合性と熱サイクル後の断線性能
が更に向上してくる。この為前記共存組成におけるＣ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂ
のうち少なくとも１種はＣｕ，Ｌａ，Ｅｕであることが
好ましい。
【００１４】本発明になる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。該インゴット
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ものである。
【００１５】本発明に於いて伸び率の調整は最終アニー
ル温度を変えることにより行う。本発明に於いて伸び率
は金合金線を標点距離を１００mmとして引張速度１００
mm／分で引張試験機で引っ張り、破断した時の伸び量を
測定して次式の値を伸び率とする。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここで破断した時の伸び量はチャート紙の
図形から測定することが好ましい。本発明になる半導体
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。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）純度９９．９９９重量％の高純度金に所定
量のＡｇ及びＣｕ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た。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。
【００１９】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１５
０℃でＩＣチップのＡｌ電極と銅合金リードフレームを
超音波併用熱圧着ボンディング法でボンディングした。
そして、ピン数１００個のボンディングした試料を作成
した。次いで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１００回行った。
【００２０】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。ピール強度は前記直径３０μｍ
のピール荷重で表示した。
【００２１】振動破断性能の測定方法 図２を用いて説明する。１１はＩＣチップ、１２はＡｌ
電極、１３は金合金線、１４はリードフレーム、１５は
鉄製台、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をリードフレーム固定用
磁石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。
【００２２】（実施例２〜４０）（比較例１〜６） 金合金線の組成及び伸び率を表１〜３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。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】（試験結果） （１）高純度金にＡｇを０．６〜５０重量％、及びＣ
ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂ
のうち少なくとも１種を１〜５００重量ppm 含有した組
成である実施例１〜４０は、熱サイクル後の破断率が
０．８％以下であり、ピール強度は１１．２〜１３．９
ｇ、振動破断率は０．９％以下と、優れた効果を示し
た。
【００２７】（２）この中でも高純度金にＡｇを０．６
〜５０重量％、及びＣｕ，Ｅｕ，Ｌａのうち少なくとも
１種を１〜５００重量ppm 含有した組成では、熱サイク
ル後の破断率が０％であり、ピール強度は１２．２〜１
３．９ｇ、振動破断率は０％と、さらに優れた効果を示
した。この為好ましくは、Ａｇを０．６〜５０重量％、
Ｃｕ，Ｌａ，Ｅｕのうち少なくとも１種を１〜５００重
量ppm 、及び残部が金及び不可避不純物からなる組成と
することである。
【００２８】（３）本発明の必須成分の何れも含有しな
い高純度金を用いた比較例１は、熱サイクル後の破断率
が５．９％、ピール強度は１．６ｇ、振動破断率は４．
８％と何れも悪いものであった。 （４）高純度金に本発明の必須成分であるＡｇを含有す
るものの、Ａｇの含有量が０．６重量％未満である比較
例２、その含有量が５０重量％を超える比較例３は、熱
サイクル後の破断率が２．６〜３．８％、ピール強度は
３．６〜３．７ｇ、振動破断率は３．０〜３．３％と何
れも高純度金と対比すると効果は得られているものの、
本発明に於いては更に優れた効果が得られていることが
判る。
【００２９】（５）高純度金に本発明の必須成分である
０．６〜５０重量％のＡｇを含有するものの、１〜５０
０重量ppm のＣｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌ
ａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少なくとも１種を含有せずに、４
００重量ppm のＩｒを含有する比較例４、１００重量pp
m のＣｏを含有する比較例５は、熱サイクル後の破断率
が３．２〜３．３％、ピール強度は３．４〜４．８ｇ、
振動破断率は２．７〜３．０％と何れも高純度金と対比
すると効果は得られているものの、本発明に於いては更
に優れた効果が得られていることが判る。
【００３０】（６）高純度金に本発明の必須成分である
０．６〜５０重量％のＡｇを含有するものの、１〜５０
０重量ppm のＣｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌ
ａ，Ｅｕ，Ｙｂのうち少なくとも１種を含有せずに、伸
び率が１０％である比較例６は、熱サイクル後の破断率
が３．１％、ピール強度は５．３ｇ、振動破断率は２．
４％と何れも高純度金と対比すると効果は得られている
ものの、本発明に於いては更に優れた効果が得られてい
ることが判る。
【００３１】（７）実施例３、実施例３２、比較例６を
対比すると２０重量％のＡｇのみを含有し、伸び率が１
０％である比較例６と対比して、２０重量％のＡｇと１
００重量ppm のＣｕを含有し、伸び率が４％と１０％で
ある実施例３、実施例３２は、セカンド側の接合性が向
上してくるとともに熱サイクル後の断線性能も向上して
くる。このことから所定量のＡｇに加えて所定量のＣｕ
を含有すると伸び率にかかわらず、本発明の課題に対し
て効果がある事が判る。
【００３２】Ｃｕと同様にＩｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔ
ｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂについても、本発明の課題に対し
て効果がある事が判る。
【００３３】
【発明の効果】本発明により所定量のＡｇと、所定量の
Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙ
ｂのうち少なくとも１種を含有し残部が金及び不純物か
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に
効果的である。
【００３４】前記組成の中でも、所定量のＡｇと、所定
量のＣｕ，Ｌａ，Ｅｕのうち少なくとも１種を含有し残
部が金及び不純物からなる組成とすることにより、さら
に優れた効果を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】金合金線で電極とリードフレームをボンディン
グした半導体素子を示す。
【図２】振動破断性能の測定方法を示す。
【符号の説明】
１…ＩＣチップ ２…ＩＣチップの電極 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 銀（Ａｇ）を０．６〜５０重量％、Ｃ
    ｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂ
    のうち少なくとも１種を１〜５００重量ppm 、及び残部
    が金及び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】 銀（Ａｇ）を０．６〜５０重量％、Ｃ
    ｕ，Ｌａ，Ｅｕのうち少なくとも１種を１〜５００重量
    ppm 、及び残部が金及び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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100427749B1 (ko) * 2002-05-07 2004-04-28 엠케이전자 주식회사 반도체 소자 본딩용 금-은 합금 와이어
WO2008132919A1 (ja) * 2007-04-17 2008-11-06 Tanaka Denshi Kogyo K.K. 高信頼性金合金ボンディングワイヤ及び半導体装置
JP2011129602A (ja) * 2009-12-16 2011-06-30 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 高強度、高伸び率金合金ボンディングワイヤ

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