JPH1098061A - 半導体素子用ボンディングワイヤ - Google Patents

半導体素子用ボンディングワイヤ

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JPH1098061A
JPH1098061A JP25152096A JP25152096A JPH1098061A JP H1098061 A JPH1098061 A JP H1098061A JP 25152096 A JP25152096 A JP 25152096A JP 25152096 A JP25152096 A JP 25152096A JP H1098061 A JPH1098061 A JP H1098061A
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JP
Japan
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wire
gold
bonding
copper
bonding wire
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Withdrawn
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JP25152096A
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Katsuhisa Takagi
勝寿 高木
Nobuyuki Kawakami
信之 川上
明寿 ▲吉▼川
Akiyoshi Yoshikawa
Kohei Suzuki
康平 鈴木
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ最外部が金よりなり、その内側に銅ま
たは銅合金よりなる芯材を有する半導体素子用ボンディ
ングワイヤにおいて、半導体ＩＣチップに損傷を与える
ことなく、半導体ＩＣチップの電極パッドと外部リード
とを確実に接続しうる信頼性の高いボンディングを行う
ことができるものを得ること。 【解決手段】 ボンディングワイヤ断面における〔異種
金属接触界面長〕／〔ワイヤ外周長〕で表される比が１
以上で、かつ、ボンディングワイヤ断面積に占める金部
分の断面積の比率が２０〜８０％の範囲であるもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ＩＣチッ
プの電極パッドと外部リードとを電気的に接続するため
に用いる半導体素子用ボンディングワイヤに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、半導体ＩＣ（Integrated
Circuit）チップの組立工程においては、半導体ＩＣチ
ップのチップ電極であるアルミニウムを蒸着してなる電
極パッドと、外部リード（詳しくはリードフレームのリ
ードフィンガ）とを電気的に接続するために直径２５〜
５０μｍ程度の金属製の半導体素子用ボンディングワイ
ヤが使用されている。
【０００３】そして、この半導体素子用ボンディングワ
イヤ（以下、単にボンディングワイヤという）を用いた
高密度実装用のワイヤボンディング法として、熱エネル
ギを利用した熱圧着法と、熱エネルギと超音波のエネル
ギとを利用した超音波併用熱圧着法とが知られている。
熱圧着法は、アーク放電によりワイヤ先端を加熱溶融し
てそのワイヤ先端にボール（溶融に基づく球状溶融金
属）を形成し、このボールを前記電極パッドに押圧し圧
着することで電極パッドにボンディングワイヤを接合す
るようにした方法であり、超音波併用熱圧着法は、アー
ク放電によりワイヤ先端にボールを形成し、このボール
を超音波を印加しながら電極パッドに押圧し圧着するよ
うにした方法であり、この両者は、ボールボンディング
法と称されている。
【０００４】このようなボールボンディング法に用いら
れるボンディングワイヤとしては、一般に金ワイヤが使
用されている。これは金ワイヤによると、ボール表面に
接合を阻害するような厚い酸化被膜が形成されず、か
つ、真球形状のボールが得られること、ボールが適度に
軟らかく、半導体ＩＣチップにその機能破壊を招くよう
な損傷を与えることがないこと、という長所があるため
である。
【０００５】ところが金ワイヤでは、強度が低いため
に、ボンディング工程後の樹脂封入工程において樹脂の
流動によるボンディングワイヤの変形によって隣り合う
ボンディングワイヤ同士が接触し、電気的短絡を起こす
ことがあり、また、地金が高い、という欠点がある。
【０００６】このため、金ワイヤに代わるものとして、
金に比べて価格が安く、高い強度を持つ銅よりなる銅ワ
イヤが提案されているものの、銅ワイヤでは、表面が空
気にふれると酸化を起こし、ボールボンディングの際に
生じる酸化被膜によってボール形状が真球形状とならず
一定せずに不均一となり、ボンディングの信頼性が低下
し、また、ボールが硬いため半導体ＩＣチップに損傷を
与えることがあるという問題があった。
【０００７】そこで、前述した金ワイヤと銅ワイヤでの
問題点に鑑み、ワイヤ最外部が金よりなり、その内側に
銅または銅合金よりなる１本の中実芯材（中実芯線）を
有する、複合単芯ワイヤ形のボンディングワイヤが種々
提案されている。すなわち、 銅または銅合金線の外周を金で被覆したボンディング
ワイヤ（特開昭６３−４６７３８号公報）、銅線の表
面に下地処理めっき層（ニッケルめっき層）を設けると
ともに、この下地処理めっき層の外側に金めっき層を設
けたボンディングワイヤ（特開昭６３−５６９２４号公
報）、銅もしくは銅合金よりなる極細の芯線の表面
に、その芯線の直径の１０〜１５％の厚さを有する溶融
メッキ法による金被覆層を有したボンディングワイヤ
（特公平２−１３８１４号公報）、銅合金の芯材を有
し、その外側が金もしくは金合金からなるボンディング
ワイヤであって、前記銅合金の芯材の直径がボンディン
グワイヤ直径の１０〜８０％であるボンディングワイヤ
（特開平４−２０６６４６号公報）、等が提案されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述した〜
などの複合単芯ワイヤ形のボンディングワイヤでは、ボ
ールボンディングにおけるボール形成に際し、優先的に
溶けるワイヤ外側の金部分に接する銅芯材の接触面積が
小さく、これによって銅芯材が融解に要する熱を十分に
受けられないことがあって、融解ムラが生じる場合があ
る。このため、ボール内部中心付近に銅または銅合金の
硬い未溶融部が残存し、このようなボールを半導体ＩＣ
チップの電極パッドに押圧し圧着することで、そのＩＣ
チップに損傷を与えることがあった。また同じくボール
形成に際し、ワイヤ断面積に占める金部分の断面積の比
率が十分でなく、これによって融解した金がその内側の
銅部分を大気から遮断する効果が不十分となり、酸化被
膜の生成とそれに伴って真球形状のボールが得られない
ことがあって、電極パッドにボンディングワイヤを確実
に接続できない場合があった。
【０００９】そこでこの発明は、ワイヤ最外部が金より
なり、その内側に銅または銅合金よりなる芯材を有する
半導体素子用ボンディングワイヤにおいて、半導体ＩＣ
チップに損傷を与えることなく、半導体ＩＣチップの電
極パッドと外部リードとを確実に接続しうる信頼性の高
いボンディングを行うことができる半導体素子用ボンデ
ィングワイヤを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明による半導体素子用ボンディングワイヤ
は、ワイヤ最外部が金よりなり、その内側に銅または銅
合金よりなる芯材を有する半導体素子用ボンディングワ
イヤにおいて、ボンディングワイヤ断面における〔異種
金属接触界面長〕／〔ワイヤ外周長〕で表される比が１
以上で、かつ、ボンディングワイヤ断面積に占める金部
分の断面積の比率が２０〜８０％の範囲であることを特
徴とするものである。
【００１１】このような半導体素子用ボンディングワイ
ヤは、銅または銅合金よりなる複数本の中実芯材がそれ
ぞれ金で包み込まれた断面構造を持つもの、また、銅ま
たは銅合金よりなる少なくとも１本の中空状芯材（パイ
プ状芯材あるいはチューブ状芯材）の内外が金で包み込
まれた断面構造を持つもの、また、銅または銅合金より
なる芯材と金よりなる芯材とが渦巻き模様状に重ね合わ
された断面構造を持つもの、また、銅または銅合金より
なる芯材を中心としてその外側に同心状（同心的）に、
金よりなる芯材と銅または銅合金よりなる芯材とがこの
順にて少なくとも１回重ねられ、ワイヤ最外部が金より
なる断面構造を持つもの、さらに、金よりなる芯材を中
心としてその外側に同心状（同心的）に、銅または銅合
金よりなる芯材と金よりなる芯材とがこの順にて少なく
とも１回重ねられ、ワイヤ最外部が金よりなる断面構造
を持つものがよい。
【００１２】この発明によるボンディングワイヤでは、
ワイヤ最外部が金よりなり、その内側に銅または銅合金
よりなる芯材を有するボンディングワイヤにおいて、ワ
イヤ断面における〔異種金属接触界面長〕／〔ワイヤ外
周長〕で表される比が１以上となる構造、例えば、銅
（融点：１０８３℃）よりなる複数本の中実芯材がそれ
ぞれ金で包み込まれた断面構造を持つものであるから、
ボールボンディングにおけるボール形成に際し、先に溶
ける金（融点：１０６３℃、比熱は銅の約１／３）部分
に接する銅芯材の接触面積を、従来の複合単芯ワイヤ形
のものに比べて大きくすることができる。これにより銅
芯材の融解が促進されて銅の未溶融部が残存するような
ことがなく、外側が金で内側が銅からなる溶融ムラのな
いボールを形成でき、半導体ＩＣチップに損傷を与える
ことなくボールボンディングを行うことができる。な
お、前記異種金属接触界面長とは、ボンディングワイヤ
断面における金部分と銅芯材（または、金部分と銅合金
芯材）との接触界面（接触部分）の延べ長さのことであ
り、ワイヤ外周長とはボンディングワイヤの外周長さを
いう。
【００１３】先に述べた、銅または銅合金よりなる１本
の中実芯材の外側が金よりなる複合単芯ワイヤ形のボン
ディングワイヤの場合、つまり、〔異種金属接触界面
長〕／〔ワイヤ外周長〕が１未満の場合では、ボール形
成に際し、優先的に溶けるワイヤ外側の金部分に接する
銅芯材（または銅合金芯材）の接触面積が小さく、これ
によって銅芯材が融解するのに十分な熱を受けられず、
融解ムラが生じるときがあるのでよくない。なお、〔異
種金属接触界面長〕／〔ワイヤ外周長〕の値の上限値
は、この値が大きくなるに従ってワイヤ製造方法が複雑
となることから、１００未満であることが好ましい。
【００１４】また、この発明によるボンディングワイヤ
では、ボール形成に際して接合を阻害するような酸化被
膜のない真球形状のボールを得、信頼性の高いボンディ
ングが行えるようにするため、ボンディングワイヤ断面
積に占める金部分の断面積の比率（金部分の断面積／ボ
ンディングワイヤ断面積）は、２０〜８０％の範囲であ
る。前記比率が２０％を下回ると、ボール形成に際し、
融解した金がその内側の銅または銅合金部分を大気から
遮断する効果が不十分となり、接合を阻害する酸化被膜
が生成するとともに、酸化被膜の生成に伴って真球形状
のボールが得られず、好ましくない。また、前記比率が
８０％を超えると、銅または銅合金の芯材によるワイヤ
強度の向上効果が不十分となり、ボンディング工程後の
樹脂封入工程において隣り合うボンディングワイヤ同士
が接触し、電気的短絡を起こすことがあるのでよくな
い。
【００１５】なお、この発明によるボンディングワイヤ
において、芯材を銅合金にする目的は、合金化によって
融点を銅芯材に比べて下げることにある。芯材の融点を
下げることによって金との融点の差を小さくし、溶解ム
ラの発生を抑えることに寄与できる。銅合金の一例とし
ては合金元素として金を０．１〜１０重量％の範囲で含
む銅合金が挙げられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。図１〜図５はこの発明に係る半導体素子
用ボンディングワイヤであって、複数の中実芯材を有す
る複合多芯ワイヤ形のボンディングワイヤの断面構造を
模式的に示す図、図６〜図９はこの発明に係る半導体素
子用ボンディングワイヤであって、複数の中空状芯材を
有する複合多芯ワイヤ形のボンディングワイヤの断面構
造を模式的に示す図、図１０はこの発明に係る断面渦巻
き模様状の半導体素子用ボンディングワイヤの断面構造
を模式的に示す図、図１１〜図１２はこの発明に係る断
面同心多重状の半導体素子用ボンディングワイヤの断面
構造を模式的に示す図である。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〜５〕 この実施例１〜５では、その各々の
ワイヤ断面構造を図１〜図５に示すように、複数の中実
芯材による複合多芯ワイヤ形のボンディングワイヤであ
って、複数本の中実銅芯材１１がそれぞれ金材１０で包
み込まれた断面構造を持つボンディングワイヤを作製
し、これらの作製したボンディングワイヤについて、ボ
ール形状の真球性の度合い、中実銅芯材１１の融解ムラ
に起因する被ボンディング材の損傷の有無、およびワイ
ヤ破断荷重を調べた。ボール形状の真球性は、前述した
ように、半導体ＩＣチップの電極パッドと外部リードと
を確実に接続するための指標となるものである。なお、
ボンディングワイヤ作製方法は、銅芯材の数が異なるも
のの実施例１〜５とも基本的には同じあるので、代表し
て実施例１についてのみ説明する。
【００１８】実施例１のボンディングワイヤの作製手順
を説明する。まず、純度９９．９９９％の無酸素銅と純
度９９．９９％の金とを原料として、外径：１０ｍｍ，
長さ：５０ｍｍであって、金素材の内部に３つの棒状の
無酸素銅中実芯材を充填し、かつ、ビレット断面に占め
る金部分の断面積の比率がこの例では５０％となるよう
にしたビレットを作製した。次に、このビレットを洗浄
し、外径：３５ｍｍ，長さ：１７０ｍｍのアルミニウム
合金製のカプセルに充填した。この後、カプセルの開放
部をアルミニウム合金製の蓋により閉じ、カプセルと蓋
とのつなぎ目を溶接した。そして、カプセル内部に空気
が封入されることのないように脱気管を通して脱気し
た。その後、このビレットを充填したカプセルを加熱炉
において２５０℃に加熱し、カプセルとコンテナとの間
に粘塑性圧力媒体（この例では、流動性のよい市販のグ
リース）を充填した静水圧押出しをステム速度５ｍｍ／
ｓにて行い、外径３５ｍｍであったカプセルを外径９ｍ
ｍの形状に押し出し加工した。これを機械加工による皮
剥き、そして濃アルカリ溶液（この例では、１モル／リ
ットルの水酸化ナトリウム水溶液）浸漬による溶解によ
り、カプセルの素材であった外側のアルミニウム合金を
除去し、外径２．６ｍｍの線材を得た。そして、この線
材を伸線速度１０〜２５ｍ／ｍｉｎ，減面率約１０％の
冷間引抜きにより伸線し、図１に示すような断面構造を
持つ外径２５μｍのボンディングワイヤを作製した。
【００１９】作製した実施例１〜５の各ボンディングワ
イヤについて、ボンディングマシーンを使用して、大気
中でアーク放電によりワイヤ先端を加熱溶融してワイヤ
先端にボールを形成し、そのボール形状の真球性の度合
いを目視観察にて評価した。そして各ボンディングワイ
ヤについて、形成したボールを、表面に厚み１μｍのア
ルミ薄膜（電極パッドに相当するもの）を蒸着してなる
シリコンウェハーの前記アルミ薄膜上に押圧し、超音波
併用熱圧着法によるボールボンディングを行い、しかる
後、シリコンウェハーの損傷の有無を超音波探傷試験を
行って調べた。これらの結果を表１に示す。
【００２０】また、作製した実施例１〜５の各ボンディ
ングワイヤについて、その強度を調べるためにワイヤ自
体の破断試験を行った。破断試験条件は、チャック間距
離を２５０ｍｍ、チャックスピードを２０ｍｍ／ｍｉｎ
とし、各ボンディングワイヤの破断荷重を測定した。結
果を表１に示す。なお、金よりなる外径２５μｍのボン
ディングワイヤの破断荷重は、１１ｇ程度である。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１に示すように、実施例１〜５の各ボン
ディングワイヤでは、大気中でボールを形成してもボー
ル表面に接合を阻害するような酸化被膜が形成されず、
かつ、真球形状のボールが得られ、また、ボンディング
によるシリコンウェハーの損傷も認められなかった。さ
らに、ワイヤの破断荷重も、ボンディングワイヤ同士の
電気的短絡の原因となるワイヤ変形を阻止するに十分な
値である２３〜２４ｇ程度の値が得られている。このよ
うに、実施例１〜５の各ボンディングワイヤによると、
半導体ＩＣチップに損傷を与えることなく、半導体ＩＣ
チップの電極パッドと外部リードとを確実に接続しうる
信頼性の高いボンディングを行うことができる。
【００２３】〔実施例６〜９〕 この実施例６〜９で
は、その各々のワイヤ断面構造を図６〜図９に示すよう
に、複数の中空状芯材による複合多芯ワイヤ形のボンデ
ィングワイヤであって、複数本の中空状銅芯材２１の内
外が金材２０で包み込まれた断面構造を持つボンディン
グワイヤを作製した。なお、ボンディングワイヤ作製方
法は、銅芯材の数が異なるものの実施例６〜９とも基本
的には同じあるので、代表して実施例６についてのみ説
明する。
【００２４】実施例６のボンディングワイヤの作製手順
を説明する。まず、純度９９．９９９％の無酸素銅と純
度９９．９９％の金とを原料として、無酸素銅の中空状
芯材の内部に純度９９．９９％の金の中実芯材を充填し
てなるものを、金素材の内部に４つ充填し、かつ、ビレ
ット断面に占める金部分の断面積の比率がこの例では５
０％となるようにした、外径：１０ｍｍ，長さ：５０ｍ
ｍのビレットを作製した。次に、このビレットを洗浄
し、外径：３５ｍｍ，長さ：１７０ｍｍのアルミニウム
合金製のカプセルに充填した。この後、カプセルの開放
部をアルミニウム合金製の蓋により閉じ、カプセルと蓋
とのつなぎ目を溶接した。そして、カプセル内部に空気
が封入されることのないように脱気管を通して脱気し
た。その後、このビレットを充填したカプセルを加熱炉
において２５０℃に加熱し、カプセルとコンテナとの間
に粘塑性圧力媒体（この例では、流動性のよい市販のグ
リース）を充填した静水圧押出しをステム速度５ｍｍ／
ｓにて行い、外径３５ｍｍであったカプセルを外径９ｍ
ｍの形状に押し出し加工した。これを機械加工による皮
剥き、そして濃アルカリ溶液（この例では、１モル／リ
ットルの水酸化ナトリウム水溶液）浸漬による溶解によ
り、カプセルの素材であった外側のアルミニウム合金を
除去し、外径２．６ｍｍの線材を得た。そして、この線
材を伸線速度１０〜２５ｍ／ｍｉｎ，減面率約１０％の
冷間引抜きにより伸線し、図６に示すような断面構造を
持つ外径２５μｍのボンディングワイヤを作製した。
【００２５】作製した実施例６〜９の各ボンディングワ
イヤについて、前記実施例１〜５の場合と同様に、ボン
ディングマシーンを使用して大気中アーク放電によりワ
イヤ先端にボールを形成し、そのボール形状の真球性の
度合いを目視観察にて評価した。そして各ボンディング
ワイヤについて、形成したボールを、電極パッドに相当
するアルミ薄膜を蒸着してなるシリコンウェハーの前記
アルミ薄膜上に押圧し、超音波併用熱圧着法によるボー
ルボンディングを行い、しかる後、シリコンウェハーの
損傷の有無を超音波探傷試験を行って調べた。また、前
記実施例１〜５の場合と同様の破断試験条件にて、ワイ
ヤ自体の破断試験を行った。これらの結果を表１に示
す。
【００２６】表１に示すように、実施例６〜９の各ボン
ディングワイヤでは、大気中でボールを形成してもボー
ル表面に接合を阻害するような酸化被膜が形成されず、
かつ、真球形状のボールが得られ、また、ボンディング
によるシリコンウェハーの損傷も認められなかった。さ
らに、ワイヤの破断荷重も、ボンディングワイヤ同士の
電気的短絡の原因となるワイヤ変形を阻止するに十分な
値である２３〜２４ｇ程度の値が得られている。このよ
うに、実施例６〜９の各ボンディングワイヤによると、
半導体ＩＣチップに損傷を与えることなく、半導体ＩＣ
チップの電極パッドと外部リードとを確実に接続しうる
信頼性の高いボンディングを行うことができる。
【００２７】〔実施例１０〕 この実施例１０では、そ
のワイヤ断面構造を図１０に示すように、銅芯材３１と
金芯材３０とが渦巻き模様状に重ね合わされた断面構造
を持つボンディングワイヤを作製し、この作製したボン
ディングワイヤについて、ボール形状の真球性の度合
い、シリコンウェハーの損傷の有無、およびワイヤ破断
荷重を調べた。
【００２８】この実施例１０のボンディングワイヤの作
製手順について説明する。まず、純度９９．９９９％の
無酸素銅と純度９９．９９％の金とを原料として、厚み
０．８ｍｍの無酸素銅板材と同じく厚み０．８ｍｍの金
板材とを重ね合わせたものを巻き、このビレット断面に
占める金部分の断面積の比率がこの例では５０％となる
ようにしたビレットを作製した。次に、このビレットを
洗浄し、外径：３５ｍｍ，長さ：１７０ｍｍのアルミニ
ウム合金製のカプセルに充填した。この後、カプセルの
開放部をアルミニウム合金製の蓋により閉じ、カプセル
と蓋とのつなぎ目を溶接した。そして、カプセル内部に
空気が封入されることのないように脱気管を通して脱気
した。その後、このビレットを充填したカプセルを加熱
炉において２５０℃に加熱し、カプセルとコンテナとの
間に粘塑性圧力媒体（この例では、流動性のよい市販の
グリース）を充填した静水圧押出しをステム速度５ｍｍ
／ｓにて行い、外径３５ｍｍであったカプセルを外径９
ｍｍの形状に押し出し加工した。これを機械加工による
皮剥きそして濃アルカリ溶液（この例では、１モル／リ
ットルの水酸化ナトリウム水溶液）浸漬による溶解によ
り、カプセルの素材であった外側のアルミニウム合金を
除去し、外径２．６ｍｍの線材を得た。そして、これを
伸線速度１０〜２５ｍ／ｍｉｎ，減面率約１０％の冷間
引抜きにより伸線し、図１０に示すような断面構造を持
つ外径２５μｍのボンディングワイヤを作製した。
【００２９】作製した実施例１０のボンディングワイヤ
について、前記実施例１〜９の場合と同様に、ボンディ
ングマシーンを使用して大気中アーク放電によりワイヤ
先端にボールを形成し、そのボール形状の真球性の度合
いを目視観察にて評価した。そして、形成したボール
を、電極パッドに相当するアルミ薄膜を蒸着してなるシ
リコンウェハーの前記アルミ薄膜上に押圧し、超音波併
用熱圧着法によるボールボンディングを行い、しかる
後、シリコンウェハーの損傷の有無を超音波探傷試験を
行って調べた。また、前記実施例１〜９の場合と同様の
破断試験条件にて、ワイヤ自体の破断試験を行った。こ
れらの結果を表１に示す。
【００３０】表１に示すように、実施例１０のボンディ
ングワイヤでは、大気中でボールを形成してもボール表
面に接合を阻害するような酸化被膜が形成されず、か
つ、真球形状のボールが得られ、また、ボンディングに
よるシリコンウェハーの損傷も認められなかった。さら
に、ワイヤの破断荷重も、ボンディングワイヤ同士の電
気的短絡の原因となるワイヤ変形を阻止するに十分な値
である２３ｇ以上の値が得られている。このように、実
施例１０のボンディングワイヤによると、半導体ＩＣチ
ップに損傷を与えることなく、半導体ＩＣチップの電極
パッドと外部リードとを確実に接続しうる信頼性の高い
ボンディングを行うことができる。
【００３１】〔実施例１１、１２〕 実施例１１では、
そのワイヤ断面構造を図１１に示すように、中心に配さ
れた中実の銅芯材４１Ａの外側に同心状に、中空状金芯
材（金中間層）４０と中空状銅芯材（銅中間層）４１と
がこの順にて重ねられ、ワイヤ最外部に中空状金芯材
（金最外層）４０’が配されてなる断面構造を持つボン
ディングワイヤを作製した。
【００３２】実施例１１のボンディングワイヤの作製手
順について説明する。まず、純度９９．９９９％の無酸
素銅と純度９９．９９％の金とを原料として、中心に配
した無酸素銅製の中実芯材の外側に同心状に、金の中空
状芯材、無酸素銅製の中空状芯材、および金の中空状芯
材をこの順で配し、かつ、ビレット断面に占める金部分
の断面積の比率がこの例では５０％となるようにした、
外径：１０ｍｍ，長さ：５０ｍｍのビレットを作製し
た。次に、このビレットを洗浄し、外径：３５ｍｍ，長
さ：１７０ｍｍのアルミニウム合金製のカプセルに充填
した。この後、カプセルの開放部をアルミニウム合金製
の蓋により閉じ、カプセルと蓋とのつなぎ目を溶接し
た。そして、カプセル内部に空気が封入されることのな
いように脱気管を通して脱気した。その後、ビレットを
充填したカプセルを加熱炉で２５０℃に加熱し、カプセ
ルとコンテナとの間に粘塑性圧力媒体（この例では、流
動性のよい市販のグリース）を充填した静水圧押出しを
ステム速度５ｍｍ／ｓにて行い、外径３５ｍｍであった
カプセルを外径９ｍｍの形状に押し出し加工した。これ
を機械加工による皮剥き、そして濃アルカリ溶液（この
例では、１モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液）
浸漬による溶解により、カプセルの素材であった外側の
アルミニウム合金を除去し、外径２．６ｍｍの線材を得
た。そして、この線材を伸線速度１０〜２５ｍ／ｍｉ
ｎ，減面率約１０％の冷間引抜きにより伸線し、図１１
に示すような断面構造を持つ外径２５μｍのボンディン
グワイヤを作製した。
【００３３】また、実施例１２では、そのワイヤ断面構
造を図１２に示すように、中心に配された中実金芯材５
０Ａの外側に同心状に、中空状銅芯材（銅中間層）５１
と中空状金芯材（金中間層）５０とがこの順にて２回繰
り返し重ねられ、ワイヤ最外部に中空状金芯材（金最外
層）５０’が配されてなる断面構造を持つボンディング
ワイヤを作製した。
【００３４】この実施例１２のワイヤ作製手順について
説明する。まず、純度９９．９９９％の無酸素銅と純度
９９．９９％の金とを原料として、中心に配した中実の
金芯材の外側に同心状に、無酸素銅製の中空状芯材と金
の中空状芯材とをこの順で２回繰り返し配し、かつ、ビ
レット断面に占める金部分の断面積の比率がこの例では
５０％となるようにした、外径：１０ｍｍ，長さ：５０
ｍｍのビレットを作製した。次に、このビレットを洗浄
し、外径：３５ｍｍ，長さ：１７０ｍｍのアルミニウム
合金製のカプセルに充填した。この後、カプセルの開放
部をアルミニウム合金製の蓋により閉じ、カプセルと蓋
とのつなぎ目を溶接した。そして、カプセル内部に空気
が封入されることのないように脱気管を通して脱気し
た。その後、ビレットを充填したカプセルを加熱炉で２
５０℃に加熱し、カプセルとコンテナとの間に粘塑性圧
力媒体（この例では、流動性のよい市販のグリース）を
充填した静水圧押出しをステム速度５ｍｍ／ｓにて行
い、外径３５ｍｍであったカプセルを外径９ｍｍの形状
に押し出し加工した。これを機械加工による皮剥き、そ
して濃アルカリ溶液（この例では、１モル／リットルの
水酸化ナトリウム水溶液）浸漬による溶解により、カプ
セルの素材であった外側のアルミニウム合金を除去し、
外径２．６ｍｍの線材を得た。そして、この線材を伸線
速度１０〜２５ｍ／ｍｉｎ，減面率約１０％の冷間引抜
きにより伸線し、図１２に示すような断面構造を持つ外
径２５μｍのボンディングワイヤを作製した。
【００３５】次に、前記作製した実施例１１，１２の各
ボンディングワイヤに関し、先の実施例の場合と同様に
して、ワイヤ先端に形成したボール形状の真球性の度合
いと、超音波併用熱圧着法によるボールボンディング後
のシリコンウェハーの損傷の有無とを調べた。また、先
の実施例の場合と同様の破断試験条件にて、ワイヤ自体
の破断試験を行った。これらの結果を表１に示す。
【００３６】表１に示すように、実施例１１，１２の各
ボンディングワイヤでは、大気中でボールを形成しても
ボール表面に接合を阻害するような酸化被膜が形成され
ず、かつ、真球形状のボールが得られ、また、ボンディ
ングによるシリコンウェハーの損傷も認められなかっ
た。さらに、ワイヤの破断荷重も、ボンディングワイヤ
同士の電気的短絡の原因となるワイヤ変形を阻止するに
十分な値である２３ｇ以上の値が得られている。このよ
うに、実施例１１，１２の各ボンディングワイヤによる
と、半導体ＩＣチップに損傷を与えることなく、半導体
ＩＣチップの電極パッドと外部リードとを確実に接続し
うる信頼性の高いボンディングを行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】以上のようにこの発明による半導体素子
用ボンディングワイヤによると、ワイヤ最外部が金より
なり、その内側に銅または銅合金よりなる芯材を有する
半導体素子用ボンディングワイヤにおいて、ボンディン
グワイヤ断面における〔異種金属接触界面長〕／〔ワイ
ヤ外周長〕で表される比が１以上で、かつ、ボンディン
グワイヤ断面積に占める金部分の断面積の比率を所定範
囲に設定したものであるから、ボールボンディングにお
けるボール形成に際し、融解ムラのない均一に溶けたボ
ールが得られ、かつ、ボール表面に接合を阻害するよう
な酸化被膜のない真球形状のボールが得られるので、半
導体ＩＣチップに損傷を与えることなく、半導体ＩＣチ
ップの電極パッドと外部リードとを確実に接続しうる信
頼性の高いボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る、３本の中実銅芯材を有する半
導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示
す図である。
【図２】この発明に係る、４本の中実銅芯材を有する半
導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示
す図である。
【図３】この発明に係る、５本の中実銅芯材を有する半
導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示
す図である。
【図４】この発明に係る、６本の中実銅芯材を有する半
導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示
す図である。
【図５】この発明に係る、７本の中実銅芯材を有する半
導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示
す図である。
【図６】この発明に係る、４本の中空状銅芯材を有する
半導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に
示す図である。
【図７】この発明に係る、５本の中空状銅芯材を有する
半導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に
示す図である。
【図８】この発明に係る、６本の中空状銅芯材を有する
半導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に
示す図である。
【図９】この発明に係る、７本の中空状銅芯材を有する
半導体素子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に
示す図である。
【図１０】この発明に係る断面渦巻き模様状の半導体素
子用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示す図で
ある。
【図１１】この発明に係る断面同心多重状の半導体素子
用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示す図であ
る。
【図１２】この発明に係る断面同心多重状の半導体素子
用ボンディングワイヤの断面構造を模式的に示す図であ
る。
【符号の説明】
１０，２０，３０…金材 １１…中実銅芯材 ２１…中空状銅芯材 ３１…銅芯材 ４０，５０…中空状金芯材（金中間層） ４０’，５０’…中空状金芯材（金最外層） ４１，５１…中空状銅芯材（銅中間層） ４１Ａ…中実銅芯材 ５０Ａ…中実金芯材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康平 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤ最外部が金よりなり、その内側に
    銅または銅合金よりなる芯材を有する半導体素子用ボン
    ディングワイヤにおいて、ボンディングワイヤ断面にお
    ける〔異種金属接触界面長〕／〔ワイヤ外周長〕で表さ
    れる比が１以上で、かつ、ボンディングワイヤ断面積に
    占める金部分の断面積の比率が２０〜８０％の範囲であ
    ることを特徴とする半導体素子用ボンディングワイヤ。
  2. 【請求項２】 銅または銅合金よりなる複数本の中実芯
    材がそれぞれ金で包み込まれた断面構造を持つものであ
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子用ボンデ
    ィングワイヤ。
  3. 【請求項３】 銅または銅合金よりなる少なくとも１本
    の中空状芯材の内外が金で包み込まれた断面構造を持つ
    ものであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子
    用ボンディングワイヤ。
  4. 【請求項４】 銅または銅合金よりなる芯材と金よりな
    る芯材とが渦巻き模様状に重ね合わされた断面構造を持
    つものであることを特徴とする請求項１記載の半導体素
    子用ボンディングワイヤ。
  5. 【請求項５】 銅または銅合金よりなる芯材を中心とし
    てその外側に同心状に、金よりなる芯材と銅または銅合
    金よりなる芯材とがこの順にて少なくとも１回重ねら
    れ、ワイヤ最外部が金よりなる断面構造を持つものであ
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子用ボンデ
    ィングワイヤ。
  6. 【請求項６】 金よりなる芯材を中心としてその外側に
    同心状に、銅または銅合金よりなる芯材と金よりなる芯
    材とがこの順にて少なくとも１回重ねられ、ワイヤ最外
    部が金よりなる断面構造を持つものであることを特徴と
    する請求項１記載の半導体素子用ボンディングワイヤ。
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