JPH10303238A - 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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JPH10303238A
JPH10303238A JP9109271A JP10927197A JPH10303238A JP H10303238 A JPH10303238 A JP H10303238A JP 9109271 A JP9109271 A JP 9109271A JP 10927197 A JP10927197 A JP 10927197A JP H10303238 A JPH10303238 A JP H10303238A
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elongation
gold alloy
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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℃と低温度で行いなからセカンド側接合点で
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％、及び
残部が金及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ伸
び率が２〜９％、好ましくは２〜７％である半導体素子
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、封止用樹脂と該リードフレ
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及び残部が金と不可避不純物
からなる組成を有し、且つ伸び率が２〜９％である金合
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。すなわち、本発明
は下記にある。
【０００８】（１）銀（Ａｇ）を０．６〜５０重量％、
及び残部が金及び不可避不純物からなる組成を有し、且
つ伸び率が２〜９％であ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）伸び率が２〜７％であ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。
【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を含有した組成と
し、所定の伸び率とすることにより、前記課題を達成す
ることが出来る。伸び率を２〜９％としたボンディング
用金合金線の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。伸び率としたボンディングワイヤのＡ
ｇの含有量が５０重量％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Ａｇの含有量を０．６〜５０重量％と定めた。
【００１１】更に伸び率を２〜９％としたボンディング
用金合金線のＡｇの含有量が１．０〜５０重量％になる
と、セカンド側の接合性と熱サイクル後の断線性能がと
もに一段と優れたものになってくる。このため、伸び率
を２〜９％としたボンディング用金合金線のＡｇの含有
量は好ましくは１．０〜５０重量％である。本発明に於
いてＡｇを０．６〜５０重量％、及び残部が金及び不可
避不純物からなる組成を有するボンディング用金合金線
の伸び率が２％以上になると、２％未満のものと対比し
てセカンド側の接合性と熱サイクル後の断線性能がとも
に向上してくる。伸び率が１０％以上になるとセカンド
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。この為伸び率は２〜９％と定めた。
【００１２】更に伸び率が２〜７％の時、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一段と優れた
ものになってくる。このため、Ａｇを０．６〜５０重量
％含有したボンディング用金合金線の伸び率は２〜７％
とする事が好ましい。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。こ
の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１０〜１０
０μｍの細線とした後最終アニールを施す。
【００１３】本発明に於いて伸び率の調整は前記最終ア
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
１０mm／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。
【００１４】
【数１】
【００１５】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。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）純度９９．９９９重量％の高純度金に所定
量のＡｇ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。
【００１７】該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、−１
０℃×３０分と１５０℃×３０分の熱サイクルテストを
１００回行った。
【００１８】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。
【００１９】振動破断性能の測定方法を図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。
【００２０】（実施例２〜９）（比較例１〜５） 金合金線の組成及び伸び率を表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１〜２に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【試験結果】
（１）高純度金にＡｇを０．６〜５０重量％含有した組
成とし、伸び率が２〜９％である実施例１〜９は、熱サ
イクル後の破断率が１．６％以下であり、ピール強度は
７．４〜１１．８ｇ、振動破断率は１．５％以下と優れ
た効果を示した。
【００２４】（２）この中でも伸び率が２〜７％である
実施例１〜７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１１．１〜１１．８ｇ、振動破断
率は０．９％以下とさらに優れた効果を示した。この為
好ましくは伸び率が２〜７％である。 （３）更にＡｇの含有量が１．０〜５０重量％である実
施例２〜７は熱サイクル後の破断率が０％となり、最も
優れた効果を示した。
【００２５】この為更に好ましくはＡｇの含有量が１．
０〜５０重量％である。 （４）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。 （５）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、該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。
【００２６】（６）高純度金に本発明の必須成分である
所定量のＡｇを含有するものの、伸び率が２％未満であ
る比較例４、伸び率が９％を超える比較例５は熱サイク
ル後の破断率が３．１〜３．５％、ピール強度は３．１
〜５．３ｇ、振動破断率は２．４〜３．９％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。
【００２７】
【発明の効果】本発明によりＡｇを０．６〜５０重量％
含有し、残部が金及び不可避不純物からなる組成を有
し、且つ伸び率が２〜９％であ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。
【００２８】前記金合金線の中でも伸び率が２〜７％と
なるようにすることにより、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％、及び
    残部が金及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ伸
    び率が２〜９％であ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】 伸び率が２〜７％であることを特徴とす
    る請求項１記載の半導体素子ボンディング用金合金線。
JP9109271A 1997-04-25 1997-04-25 半導体素子ボンディング用金合金線 Pending JPH10303238A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9103001B2 (en) 2011-02-10 2015-08-11 Tanaka Denshi Kogyo K.K. Ag—Au—Pd ternary alloy bonding wire

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