JPH1126491A - 半導体素子用金合金細線 - Google Patents

半導体素子用金合金細線

Info

Publication number
JPH1126491A
JPH1126491A JP9176048A JP17604897A JPH1126491A JP H1126491 A JPH1126491 A JP H1126491A JP 9176048 A JP9176048 A JP 9176048A JP 17604897 A JP17604897 A JP 17604897A JP H1126491 A JPH1126491 A JP H1126491A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wire
weight
gold alloy
thin wire
alloy thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9176048A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3426473B2 (ja
Inventor
Tomohiro Uno
智裕 宇野
Kohei Tatsumi
宏平 巽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP17604897A priority Critical patent/JP3426473B2/ja
Priority to US08/895,187 priority patent/US6080492A/en
Publication of JPH1126491A publication Critical patent/JPH1126491A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3426473B2 publication Critical patent/JP3426473B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/02—Alloys based on gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/43—Manufacturing methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05617—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/05624—Aluminium [Al] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/4501—Shape
    • H01L2224/45012—Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015—Cross-sectional shape being circular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485—Material
    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48599—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
    • H01L2224/486—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48617—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
    • H01L2224/48624—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00011—Not relevant to the scope of the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01025—Manganese [Mn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01028—Nickel [Ni]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01039—Yttrium [Y]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01057—Lanthanum [La]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01058—Cerium [Ce]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12431—Foil or filament smaller than 6 mils

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、樹脂封止時のワイヤ変形を低減し
て、狭ピッチ化およびロングスパン化に対応できる高密
度実装に適した半導体素子用金合金細線を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 （１）Ｃｕを０．０１５〜１．０重量％
の範囲で含有するとともに、Ｃａを０．０００２〜０．
０２重量％の範囲で含有し、残部は金とその不可避不純
物からなることを特徴とする半導体素子用金合金細線。 （２）前記（１）の成分に、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの
１種または２種以上を総計で０．０１〜３．０重量％の
範囲で含有することを特徴とする半導体素子用金合金細
線。 （３）前記（１）または（２）の成分に、さらにＹ、Ｌ
ａ、Ｃｅの１種または２種以上を総計で０．０００３〜
０．０３重量％の範囲で含有することを特徴とする半導
体素子用金合金細線。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子上の電
極と外部リードを電気的に接続するためのボンディング
に使用される金合金細線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体素子上の回路配線電極と外
部リードとの間の電気的接続としては、ワイヤボンディ
ング方式が主として使用されている。最近、半導体の高
集積化、多機能化が進み、さらにＩＣチップの小型化、
薄型化の要求も高まる中で、半導体実装の高密度化に対
するニーズが高まっている。端子数が増加する多ピン化
を実現するためには、インナーリード部がシリコンチッ
プに対して後退するため、ワイヤの接合間（スパン）が
長くなる傾向にある。スパンが５ｍｍ以上のロングスパ
ンになると、直線性の確保、ばらつきの低減など、ルー
プ形状を厳密に制御することが必要である。また、多ピ
ン化に伴い、電極間隔が減少する狭ピッチ化が要求さ
れ、ワイヤ間の最小ピッチが１００μｍ以下のものまで
所望されており、ワイヤも細線化が望まれている。こう
した多ピン化、狭ピッチ化を達成するために、ボンディ
ング装置の改善、ルーピング性に優れたワイヤの開発な
どが進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】半導体実装の高密度化
において、スパンが５ｍｍ以上のロングスパンになる
と、ワイヤの多ピン化、狭ピッチ化に対応するために
は、隣接ワイヤ間の接触や、ワイヤとチップまたはイン
ナーリード部との接触などに伴う不良発生を抑えること
が最大の課題である。ロングスパンになると、ループ高
さの確保や垂れの防止のために、さまざまなルーピング
制御がなされるが、ボンディングの際にループ曲がりが
発生する確率が高くなる。また、粘性の高いエポキシ樹
脂による封止時にワイヤが変形して流れるが、スパンが
長くなるほどこの流れ量が増大するため、隣接ワイヤ間
の接触不良が発生しやすくなる。
【０００４】狭ピッチ化の実現のためにワイヤは細線化
する傾向にあり、ワイヤ径の２乗で強度が低下すること
から予想されるように、ループ形成時のワイヤ曲がり
と、ワイヤの樹脂流れの問題は、より一層深刻となる。
この狭ピッチ化のためには、ボール径も小さくしなけれ
ばならず、ボール部の接合性を確保することも困難とな
る。
【０００５】細線化、接合性などを考慮して、金合金細
線における元素添加の効果が調査されており、例えば、
特開平２−１１９１４８号公報には、添加元素としてＣ
ｕ元素が有効であることが示されているが、十分な効果
を得るためには１〜５重量％の含有が必要となり、高濃
度ではボール部の形状不良および硬化などが懸念され
る。また、金ワイヤ中への所定範囲量のＭｎ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ元素の添加に関しては、特開平２−２１５１４０号公
報に開示があるが、Ａｕ／Ａｌ接合部における化合物成
長の抑制効果に関するものである。
【０００６】本発明は、樹脂封止時のワイヤ変形を低減
して、狭ピッチ化および細線化に対応できる高密度実装
に適した半導体素子用金合金細線を提供することを目的
とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、以上の点
に鑑み、高密度実装に適したワイヤとして要求される特
性について調査を行った結果、特にループ形成時および
樹脂流れ時におけるワイヤ変形を低減することが最大の
技術課題であるとの見解を得た。さらに、金細線中の元
素添加と、ループ直線性および樹脂流れ性との関係につ
いて研究したところ、ＣｕとＣａの複合添加が樹脂流れ
性の抑制に有効であること、特にＣｕとＣａの重量濃度
比が限定された領域において効果が高いことを初めて見
出した。さらに、後述するように、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ元
素の添加によりボール近傍部の熱影響部の強度が増加す
ること、また、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの添加により樹脂封止時
の耐流れ性がさらに向上することを見出した。
【０００８】すなわち、本発明の要旨とするところは下
記のとおりである。 （１）Ｃｕを０．０１５〜１．０重量％の範囲で含有す
るとともに、Ｃａを０．０００２〜０．０２重量％の範
囲で含有し、残部は金とその不可避不純物からなること
を特徴とする半導体素子用金合金細線。 （２）Ｃｕを０．１〜１．０重量％の範囲で含有すると
ともに、Ｃａを０．００１〜０．０２重量％の範囲で含
有し、残部は金とその不可避不純物からなることを特徴
とする半導体素子用金合金細線。
【０００９】（３）前記（１）または（２）記載の金合
金細線において、その重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが４０〜８
００の範囲であることを特徴とする半導体素子用金合金
細線。 （４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の金合金細
線において、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの１種または２種
以上を総計で０．０１〜３．０重量％の範囲で含有する
ことを特徴とする半導体素子用金合金細線。
【００１０】（５）前記（１）〜（３）のいずれかに記
載の金合金細線において、さらにＹ、Ｌａ、Ｃｅの１種
または２種以上を総計で０．０００３〜０．０３重量％
の範囲で含有することを特徴とする半導体素子用金合金
細線。 （６）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の金合金細
線において、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの１種または２種
以上を総計で０．０１〜３．０重量％およびＹ、Ｌａ、
Ｃｅの１種または２種以上を総計で０．０００３〜０．
０３重量％の範囲で含有することを特徴とする半導体素
子用金合金細線。
【００１１】
【作用】以下に、金合金細線に関する本発明の構成につ
いてさらに説明する。ループ直線性および樹脂封止時の
流れ性を評価するには、金属細線を用いてボンディング
を行い、ループ形状における変形量の測定、そのボンデ
ィングされた試料の樹脂封止を行った後に、金属細線の
流れ量の測定を行う必要がある。これらのループ変形ま
たは樹脂封止時の流れ性に関しては、ボンディング装置
または樹脂封止装置の設定状態または実験条件、封止樹
脂の種類などに大きく依存するため、金属細線の材料特
性に起因する要因のみを抽出して評価することは困難で
ある。
【００１２】そこで、ループ直線性および樹脂封止時の
流れ性に関して、金属細線の機械的特性として引張強
度、弾性率、降伏強度などとの相関について調査したと
ころ、引張試験により測定した破断強度が高いほどルー
プ直線性が向上し、さらに樹脂封止時の流れ性も抑制さ
れていることが確認された。厳密な解析には、弾性率、
降伏強度、曲げ弾性などの特性値も加味する必要はある
ものの、金属細線の狭ピッチ化および細線化に対する適
性を評価する手法として、簡便に測定可能な引張強度を
採用することとする。
【００１３】金合金細線の引張強度の増加には、Ｃｕ元
素とＣａ元素の併用添加が有効である。Ｃｕの単独添加
では、常温での強度を上昇させるものの、その効果は小
さい。Ｃｕの単独添加では、高密度実装用途としての特
性を満足するものではなかった。一方、Ｃａの添加によ
り強度が増加することは確認されていたが、添加量が増
加するとＣａ元素の酸化に起因するボール部形成時の形
状不良の原因となる。ボール形成性から添加量の上限が
決まり、Ｃａの単独添加では細線化のための十分な強度
を達成するのは困難であった。
【００１４】ＣｕとＣａの添加による引張強度の影響に
ついて示したのが表１である。線径２４μｍのワイヤを
横型炉中を通過させながら連続的に焼鈍した後、ワイヤ
の引張試験を行い、破断強度、弾性率を測定した。汎用
の半導体素子用金属細線においては、破断伸びは３〜５
％の範囲が主流であるため、伸びが４％程度になるよう
に焼鈍温度を選定した。Ｃｕ元素の適量添加、またはＣ
ａ元素の適量添加と比較しても、両者を同時に含有させ
ると、破断強度がさらに３割から５割程度まで顕著に増
加していることが判る。ワイヤ長が５ｍｍ程度のロング
スパンにおける金属細線の変形を抑制するためには、引
張強度が１３．５ｇｆ以上、あるいは弾性率が８５００
ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であれば、流れを実用上問題になら
ない程度まで低減できる結果が得られており、表１にお
ける発明例１のＣｕとＣａの複合添加はその条件を満足
するものであった。
【００１５】
【表１】
【００１６】ここで、ＣｕとＣａの添加量の下限を、そ
れぞれＣｕ：０．０１５重量％、Ｃａ：０．０００２重
量％と定めたのは、Ｃｕが０．０１５重量％未満、また
はＣａが０．０００２重量％未満では、機械的特性を向
上する効果が小さいためである。一方、ＣｕとＣａの添
加量の上限を、それぞれＣｕ：１．０重量％、Ｃａ：
０．０２重量％と定めたのは、Ｃａが０．０２重量％超
では、ボール先端部に引け巣が生成したり、真球性が低
下するなどの不良が発生するためであり、またＣｕを
１．０重量％超含有すると、伸線時の加工強度の増加が
著しくなるため、ワイヤ製造時に伸線ダイスの摩耗が激
しくなり、しかも伸線材のワイヤ曲がりが発生しやすく
なり、特に細線化されるほど顕著となるためである。こ
の対策としては数回の中間焼鈍で対応できるものの、工
程が複雑化することが問題である。
【００１７】さらに好ましくは、Ｃｕの濃度範囲は０．
１〜１．０重量％、Ｃａの濃度範囲は０．００１〜０．
０２重量％であることが望ましい。これは、Ｃｕ濃度が
０．１重量％以上、またはＣａ濃度が０．００１重量％
以上であれば、強度、弾性率を高める効果が大きいため
である。ＣｕとＣａの複合添加により強度、弾性率は向
上する。特に、重量濃度比Ｃｕ／Ｃａがある領域におい
て、高い複合効果が得られる。表１において、Ｃａ単独
の（ｂ）と（ｃ）では強度への影響は同程度であるが、
それに同量のＣｕが加わった発明例１と発明例２を比べ
ると、強度および弾性率が増加するが、特に発明例１で
は効果が顕著である。重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが４０〜８
００の範囲において高い複合効果が得られるものであ
り、重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが１４００である発明例２で
は強度の増加は小さく、重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが３００
である発明例１では強度は１５ｇｆ以上で、また弾性率
も９０００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の高い値が確認された。
【００１８】これらの元素による特性発現の機構につい
ては不明な点もあるが、Ｃｕ元素とＣａ元素が相互作用
を及ぼしあって、Ａｕ中で析出または化合物相が生成す
ることにより、機械的特性を向上させていることから、
重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが一定の範囲において高い複合効
果が得られるものと考えられる。ＣｕとＣａの複合添加
による高強度、高弾性率化においては、Ｃｕ／Ｃａの重
量濃度比が４０〜８００の範囲であることが望ましい。
これは、上記の濃度範囲でもＣｕとＣａの複合効果が得
られるが、重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが８００超であると強
度増加の効果が小さく、また、重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが
４０未満であると強度は増加するものの、ワイヤを溶融
して形成するボール部の硬化が大きく、接合時にボール
直下のシリコンチップに損傷を与える可能性が高いため
である。
【００１９】細線の強度は線径の２乗に比例するため、
線径が細くなるほど樹脂流れ低減のために細線の高強度
化が必要となる。現在主流である線径が２５〜３０μｍ
の細線では、８０μｍ以下の狭ピッチ実装に利用するこ
とは困難である。ＣｕとＣａを含有して強度を向上させ
た細線は、従来材よりも細線化した線径が２５μｍ以下
で使用することが有効である。特に、線径２５μｍのも
のに対して２割以上の高強度化が望まれる線径が２３μ
ｍ以下の細線においては、ＣｕとＣａの複合添加による
高強度化は高い効果が望まれる。
【００２０】狭ピッチ実装のためにはリードフレームの
インナーリード部も細くなっており、搬送時の振動に起
因する問題が発生しやすい。耐振動性の点からは、ボー
ル直上のネック部における強度が高いことが望ましく、
熱影響による再結晶粒の粗大化を抑制する必要がある。
前述したＣｕとＣａの添加に加えて、さらにＰｔ、Ｐ
ｄ、Ｉｎの１種または２種以上を含有することにより、
ネック部の結晶が細粒化して、ネック部の強度が増加す
る。Ｉｎ、Ｐｔ、Ｐｄの元素群の添加のみでは、再結晶
挙動の抑制効果は不十分であり、ＣｕとＣａの含有との
相乗作用により、ネック部の強度上昇の効果が高められ
る。ここで、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎの添加量の総計が０．０
１重量％未満では上記の効果が小さく、一方この量が
３．０重量％超ではボール部が偏平となって真球性が低
下するため、狭ピッチ接続のための小ボール形成が困難
であり、さらにボール部が硬化するため、接合時にシリ
コンチップ損傷の原因となる。
【００２１】樹脂封止工程では、１５０〜２００℃の範
囲に加熱されたモールド金型中に粘性の高い熱硬化性樹
脂が高速で注入されることによりワイヤは変形する。こ
のワイヤの樹脂流れ性に対しては、ワイヤの機械的特
性、特に高温特性が支配的である。Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの１
種または２種以上を総計で０．０００３〜０．０３重量
％の範囲で含有すると、ワイヤの高温強度が上昇する。
しかし、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの添加のみでは常温での機械的
特性の向上は小さいため、ＣｕとＣａの添加との併用が
必要となる。Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの総含有量を上記範囲と設
定したのは、０．０００３重量％未満では十分な高温特
性が得られず、また０．０３重量％超ではボール形成時
の引け巣の生成、または真球性の低下が問題となるため
である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
〔実施例〕以下、実施例について説明する。金純度が約
９９．９９５重量％以上の電解金を用いて、表２、表３
（表２のつづき−１）、表４（表２のつづき−２）、表
５（表２のつづき−３）に示す化学成分の金合金を溶解
炉で溶解鋳造し、その鋳塊を圧延および伸線により最終
線径が２４μｍの金合金細線とした後に、大気中で連続
焼鈍して伸びを調整した。
【００２３】ワイヤボンディングに使用される高速自動
ボンダーを使用して、アーク放電によりワイヤ先端に作
製したボール部を観察した結果、実施例１〜２９ではボ
ール形状は真球であることが確認された。さらに、詳細
に走査型電子顕微鏡でボール表面を観察したところ、ボ
ール先端部において収縮孔の発生が認められるものがあ
り、収縮孔のみられるものは○印、収縮孔のないものは
◎印で表記した。
【００２４】さらに、接合時のチップの損傷を調べるた
め、ボンディングした素子を王水中に数分間つけて、金
ワイヤおよびアルミニウム電極などを溶解した後に、接
合箇所を光学顕微鏡により観察した。その結果、実施例
１〜２９では実用上問題となる損傷は認められなかった
が、微小なクラックが認められるものがあり、微小クラ
ックのみられるものは○印、損傷のないものは◎印で表
記した。
【００２５】ループ形成後のネック部の強度の評価に
は、リードフレームと測定する半導体素子を冶具で固定
した後に、ボンディング後の金合金細線の中央部を引張
り、その細線破断時の引張強度を１００本測定したプル
強度の平均値を求めた。ワイヤ曲がりは、ワイヤ両端の
接合距離（スパン）が４．５ｍｍとなるようボンディン
グしたワイヤを半導体素子とほぼ垂直上方向から観察
し、ワイヤ中心部からワイヤの両端接合部を結ぶ直線
と、ワイヤの曲がりが最大の部分との垂線の距離を、投
影機を用いて８０本測定した平均値で示した。
【００２６】樹脂封止後のワイヤ流れの測定に関して
は、ワイヤのスパンとして４．５ｍｍが得られるようボ
ンディングした半導体素子が搭載されたリードフレーム
を、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止し
た後に、軟Ｘ線検査装置を用いて樹脂封止した半導体素
子内部をＸ線投影し、前述したワイヤ曲がりと同等の手
順によりワイヤ流れが最大の部分の流れ量を８０本測定
し、その平均値をワイヤのスパン長さで除算した値（百
分率）を封止後のワイヤ流れと定義した。
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】
【表５】
【００３１】表２〜表５において、実施例１〜２９は請
求項１に係わるものであり、実施例２〜１７および２２
〜２９は請求項２に係わり、実施例１〜１７、２２〜２
９は請求項３に係わり、実施例７〜１１は請求項４に係
わり、実施例１２〜１５は請求項５に係わり、実施例１
６〜１７は請求項６に係わるものである。表４、表５の
比較例１〜４では、樹脂封止時のワイヤ流れは６％以上
の高い値を示しており、隣接するワイヤと接触すること
による不良発生の可能性が高く、ワイヤ曲がりも２０μ
ｍ以上であり、ループ形状のばらつきが懸念される。
【００３２】これに対して、請求項１に係わる実施例１
〜２９は樹脂流れが５％以下に低減されていた。なかで
も、実施例２〜１７、２２〜２９は、Ｃｕを０．１〜
１．０重量％、Ｃａを０．００１〜０．０２重量％の範
囲で含有し、さらにＣｕ／Ｃａの重量濃度比が４０〜８
００の範囲であり、Ｃｕ／Ｃａの重量濃度比が８００超
である実施例２０、２１に比して、特に樹脂流れは４％
以下に低減されており、かつ接合性も良好であった。
【００３３】比較例５ではＣｕの含有量が１．０重量％
超であり、伸線強度が高いためにダイスの摩耗が懸念さ
れ、さらに伸線時のワイヤ曲がりが顕著となるため、製
造工程において中間焼鈍を３回要した。また、Ｃｕ、Ｃ
ａの濃度範囲は本発明の範囲であるが、Ｃｕ／Ｃａの重
量濃度比が８００超である実施例２０、２１では、改善
効果はみられるが、ワイヤ流れは４．２％程度と少し高
く、一方、Ｃｕ／Ｃａの重量濃度比が４０未満である実
施例１８、１９では、接合チップ面に微小なクラックが
少し認められた。
【００３４】実施例７〜１１はＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの含有
において、本発明の請求項４に係わる金合金細線の結果
であり、プル強度は７ｇｆ以上まで増加しており、破断
は常にボール部直上であることから、ネック部の強度が
向上していることが確認された。一方、実施例２２、２
３ではＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの濃度が０．０１重量％未満で
あり、上記効果は小さく、また実施例２４、２５ではこ
れらの元素の濃度が３．０重量超であり、上記効果は認
められるものの、チップに微小ではあるがダメージが確
認された。
【００３５】また、実施例１２〜１５はＹ、Ｌａ、Ｃｅ
の含有において、本発明の請求項５に係わる金合金細線
の結果であり、樹脂流れは３％以下の低い値まで抑えら
れていることが確認された。一方、実施例２６、２７で
はＹ、Ｌａ、Ｃｅの含有量が０．０００３重量％未満で
あり、上記効果は小さく、また実施例２８、２９ではこ
れらの元素の含有量が０．０３重量％超であり、２〜３
μｍ程度の微小ではあるがボール先端に引け巣がみられ
た。
【００３６】
【発明の効果】以上、本発明に係わる金合金細線では、
ボンディング時のワイヤ曲がりおよび樹脂封止時のワイ
ヤ流れを低減でき、半導体の高密度実装、特に狭ピッチ
接続に対応できるものである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｃｕを０．０１５〜１．０重量％の範囲
    で含有するとともに、Ｃａを０．０００２〜０．０２重
    量％の範囲で含有し、残部は金とその不可避不純物から
    なることを特徴とする半導体素子用金合金細線。
  2. 【請求項２】 Ｃｕを０．１〜１．０重量％の範囲で含
    有するとともに、Ｃａを０．００１〜０．０２重量％の
    範囲で含有し、残部は金とその不可避不純物からなるこ
    とを特徴とする半導体素子用金合金細線。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の金合金細線にお
    いて、その重量濃度比Ｃｕ／Ｃａが４０〜８００の範囲
    であることを特徴とする半導体素子用金合金細線。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の金合金
    細線において、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの１種または２
    種以上を総計で０．０１〜３．０重量％の範囲で含有す
    ることを特徴とする半導体素子用金合金細線。
  5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の金合金
    細線において、さらにＹ、Ｌａ、Ｃｅの１種または２種
    以上を総計で０．０００３〜０．０３重量％の範囲で含
    有することを特徴とする半導体素子用金合金細線。
  6. 【請求項６】 請求項１〜３のいずれかに記載の金合金
    細線において、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｉｎの１種または２
    種以上を総計で０．０１〜３．０重量％およびＹ、Ｌ
    ａ、Ｃｅの１種または２種以上を総計で０．０００３〜
    ０．０３重量％の範囲で含有することを特徴とする半導
    体素子用金合金細線。
JP17604897A 1997-07-01 1997-07-01 半導体素子用金合金細線 Expired - Fee Related JP3426473B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17604897A JP3426473B2 (ja) 1997-07-01 1997-07-01 半導体素子用金合金細線
US08/895,187 US6080492A (en) 1997-07-01 1997-07-16 Gold alloy thin wire for semiconductor devices

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17604897A JP3426473B2 (ja) 1997-07-01 1997-07-01 半導体素子用金合金細線
US08/895,187 US6080492A (en) 1997-07-01 1997-07-16 Gold alloy thin wire for semiconductor devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1126491A true JPH1126491A (ja) 1999-01-29
JP3426473B2 JP3426473B2 (ja) 2003-07-14

Family

ID=26497121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17604897A Expired - Fee Related JP3426473B2 (ja) 1997-07-01 1997-07-01 半導体素子用金合金細線

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6080492A (ja)
JP (1) JP3426473B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324553A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Renesas Technology Corp 半導体装置及びその製造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3126926B2 (ja) * 1996-09-09 2001-01-22 新日本製鐵株式会社 半導体素子用金合金細線および半導体装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4330329A (en) * 1979-11-28 1982-05-18 Tanaka Denshi Kogyo Kabushiki Kaisha Gold bonding wire for semiconductor elements and the semiconductor element
GB2116208B (en) * 1981-12-04 1985-12-04 Mitsubishi Metal Corp Fine gold alloy wire for bonding of a semiconductor device
US5491034A (en) * 1988-05-02 1996-02-13 Nippon Steel Corporation Bonding wire for semiconductor element
JP2745065B2 (ja) * 1988-05-02 1998-04-28 新日本製鐵株式会社 半導体素子用ボンディングワイヤ
JP2701419B2 (ja) * 1989-02-16 1998-01-21 三菱マテリアル株式会社 半導体素子用金合金細線及びその接合方法
JPH03130337A (ja) * 1989-10-16 1991-06-04 Tatsuta Electric Wire & Cable Co Ltd ボンディング用金合金細線
US5298219A (en) * 1990-06-04 1994-03-29 Tanaka Denshi Kogyo Kabushiki Kaisha High purity gold bonding wire for semiconductor device
US5658664A (en) * 1993-04-08 1997-08-19 Nippon Steel Corporation Thin gold-alloy wire for semiconductor device
JPH08193233A (ja) * 1995-01-12 1996-07-30 Mitsubishi Materials Corp 半導体装置用金合金細線
JP3579493B2 (ja) * 1995-04-20 2004-10-20 新日本製鐵株式会社 半導体素子用金合金細線

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324553A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Renesas Technology Corp 半導体装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US6080492A (en) 2000-06-27
JP3426473B2 (ja) 2003-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7678999B2 (en) Gold alloy wire for bonding wire having high bonding reliability, high roundness of compression ball, high straightness and high resin flowability resistance
US5989364A (en) Gold-alloy bonding wire
JP4726206B2 (ja) 高い初期接合性、高い接合信頼性、圧着ボールの高い真円性、高い直進性、高い耐樹脂流れ性および低い比抵抗を有するボンディングワイヤ用金合金線
JP3612179B2 (ja) 半導体素子用金銀合金細線
JP3579493B2 (ja) 半導体素子用金合金細線
TWI407515B (zh) Wire with gold alloy wire
JPH10326803A (ja) 半導体素子用金銀合金細線
JP3612180B2 (ja) 半導体素子用金銀合金細線
JP3426473B2 (ja) 半導体素子用金合金細線
JP3426397B2 (ja) 半導体素子用金合金細線
JPH11126788A (ja) Ｉｃチップ接続用金合金線
JP3639662B2 (ja) 半導体素子用金合金細線
JP3426399B2 (ja) 半導体素子用金合金細線
JPH11214425A (ja) ワイヤボンディング用金合金線
JP3235198B2 (ja) ボンディングワイヤ
JPH0464121B2 (ja)
KR100618054B1 (ko) 금 합금 본딩 와이어
JP3445616B2 (ja) 半導体素子用金合金細線
JPH10233410A (ja) 半導体素子ボンディング用金合金線
JPH08293514A (ja) 半導体素子用金合金細線
JP5339101B2 (ja) バンプ用ワイヤ
JP3104442B2 (ja) ボンディングワイヤ
JPH10303236A (ja) 半導体素子ボンディング用金合金線
JPH1145902A (ja) ボンディングワイヤ
JPH10233411A (ja) 半導体素子ボンディング用金合金線

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030408

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090509

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090509

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100509

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 8

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 8

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120509

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130509

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140509

Year of fee payment: 11

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees