JPH1145902A - ボンディングワイヤ - Google Patents

ボンディングワイヤ

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JPH1145902A
JPH1145902A JP9200525A JP20052597A JPH1145902A JP H1145902 A JPH1145902 A JP H1145902A JP 9200525 A JP9200525 A JP 9200525A JP 20052597 A JP20052597 A JP 20052597A JP H1145902 A JPH1145902 A JP H1145902A
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JP
Japan
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wire
weight
bonding
bonding wire
outer peripheral
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JP9200525A
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Inventor
Juichi Shimizu
寿一 清水
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多ピン半導体デバイス用として好適なワイヤ
強度を持ち、かつボール硬度が中庸で、ワイヤーボンデ
ィング時に半導体素子の損傷を起こさない。 【解決手段】 ボンディングワイヤが、Ｃｏ、Ｎｉおよ
びＰｄのうちの一種以上を合計量で０．０５〜２重量％
と、Ｇｅを０．０５〜１．２重量％とを含み、残部がＡ
ｕおよび不可避不純物からなる芯材と、該芯材を取り巻
き、０．０００１〜０．００３重量％のＣａ、０．００
０１〜０．００２重量％のＢｅ、それぞれ０．０００１
〜０．０１重量％のＧｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、それぞれ０．０００１〜１重量％のＰｔ、Ｐ
ｄおよび０．０００１〜０．５重量％のＣｕからなる群
の一種以上を合計量で、０．０００１〜１重量％含み、
残部がＡｕおよび不可避不純物からなる外周材とからな
り、芯材の直径がボンディングワイヤの直径の３０〜７
０％である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディングワイ
ヤに関し、特に半導体素子上の電極と外部リードとを接
続するために用いるボンディングワイヤの組成および構
造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子上の電極
と外部リードとを接続するため、０．０２〜０．１ｍｍ
の範囲の直径を有するボンディングワイヤが用いられて
いる。このボンディングワイヤに要求される特性の主と
なるものに下記のものがある。
【０００３】（１）大気中または１０％程度の水素ガス
を含む窒素気流中でボンディングワイヤ先端を加熱溶融
した場合、形成されるボールが酸化皮膜のない真球状の
ボールであること。
【０００４】（２）超音波熱圧着方式によりボンディン
グを行った場合、ボンディングワイヤと半導体素子の電
極との間、およびボンディングワイヤと外部リードとの
間で良好な接合が得られること。
【０００５】（３）上記接合が長時間の使用や保存によ
っても劣化しないこと。
【０００６】これらの要求を満たすため、Ａｕ品位が９
９．９９重量％以上の高純度Ａｕ合金がボンディングワ
イヤに用いられてきた。
【０００７】ところで、最近の半導体デバイスの発展は
パッケージの多ピン化をもたらし、その結果として、よ
り細いボンディングワイヤを用い、狭い間隔や長い距離
でのワイヤボンディングを行う必要性が増してきた。し
かし、従来のボンディングワイヤはワイヤ強度が低いの
で、半導体デバイスの組み立て工程中における樹脂封入
の際に、ボンディングワイヤの変形不良が頻発すること
になり、半導体デバイスの組み立て収率が大幅に低下す
るという問題があった。
【０００８】一般に、ワイヤ強度を向上させるためには
添加元素量を増やせばよい。例えば、特公昭６２−２３
４５４号公報や、特公昭６２−２３４５５号公報には、
Ｐｔ、Ｐｄといった貴金属元素などを多量に添加して高
いワイヤ強度にしたボンディングワイヤが示されてい
た。しかし、形成されるボールが硬くなりすぎ、ワイヤ
ボンディング時に半導体素子が損傷するという問題が発
生した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、かか
る点に鑑み、多ピン半導体デバイス用として好適な高い
ワイヤ強度を持ち、かつボール硬度が中庸で、ワイヤー
ボンディング時に半導体素子の損傷を起こさないボンデ
ィングワイヤを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】ボンディングワイヤが、
Ｃｏ、ＮｉおよびＰｄのうちの一種以上を合計量で０．
０５〜２重量％と、Ｇｅを０．０５〜１．２重量％とを
含み、残部がＡｕおよび不可避不純物からなる芯材と、
該芯材を取り巻き、Ａｕ品位９９〜９９．９９９９重量
％のＡｕ合金からなる外周材とを有する。
【００１１】また、好ましくは前記外周材が、０．００
０１〜０．００３重量％のＣａ、０．０００１〜０．０
０２重量％のＢｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＧ
ｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＹ、０．０００１
〜０．０１重量％のＬａ、０．０００１〜０．０１重量
％のＣｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＭｇ、０．
０００１〜０．０１重量％のＳｎ、０．０００１〜０．
０１重量％のＩｎ、０．０００１〜１重量％のＰｔ、
０．０００１〜１重量％のＰｄおよび０．０００１〜
０．５重量％のＣｕからなる群の一種以上を合計量で、
０．０００１〜１重量％含み、残部がＡｕおよび不可避
不純物からなる。
【００１２】さらに、好ましくは芯材の直径がボンディ
ングワイヤの直径の３０〜７０％である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細について説明
する。
【００１４】本発明のボンディングワイヤは、Ｃｏ、Ｎ
ｉおよびＰｄのうちの一種以上を合計量で０．０５〜２
重量％と、Ｇｅを０．０５〜１．２重量％とを含み、残
部がＡｕおよび不可避不純物からなる芯材と、該芯材を
取り巻き、Ａｕ品位９９〜９９．９９９９重量％のＡｕ
合金からなる外周材とを有し、芯材の直径はボンディン
グワイヤの直径の３０〜７０％とする。
【００１５】以上のように、本発明のボンディングワイ
ヤには、ワイヤボンディング時に形成されるボール硬度
があまり高くならず、かつボンディングワイヤを強くす
るために、析出硬化型合金の利用と、二重構造化を行
う。
【００１６】析出硬化型合金の利用 従来のボンディングワイヤでは、Ｐｔ、Ｐｄなどを添加
元素として用いるが、これらの元素は固溶型合金を形成
するものである。固溶型合金の場合、ボンディングワイ
ヤ中でも、形成されたボールの中でも、添加元素は固溶
した状態で存在する。このため、ボンディングワイヤの
ワイヤ強度を高くすると、ボール硬度も高くなってしま
う。
【００１７】これに対し、析出型合金を形成する添加元
素を用いて、適切な溶体化処理と焼き鈍しを施すことに
より、固溶型合金に比べてはるかに高いワイヤ強度を得
ることができる。さらに、溶融後に急冷されて形成され
たボール中では、添加元素が析出物を形成せず、固溶状
態で存在するため、同じワイヤ強度の従来品に比して、
ボール硬度の低いボールとすることができる。
【００１８】本発明で芯材に用いるＣｏ、Ｎｉ、Ｐｄは
Ｇｅと化合物を形成し、この化合物をＡｕ中に微細析出
物として析出させることができる。
【００１９】Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄの濃度は０．０５〜２重
量％とする。０．０５重量％未満では析出物の量が少な
すぎてワイヤ強度向上の効果が不十分であり、逆に２．
０重量％を超すとワイヤ強度向上の効果は飽和したま
ま、ボール硬度が高くなる。
【００２０】Ｇｅの濃度は０．０５〜１．２重量％とす
る。０．０５重量％未満では析出物の量が少なすぎて、
ワイヤ強度向上の効果が不十分であり、逆に１．２重量
％を超すと、共晶が発生し、ボンディングワイヤの加工
性が著しく低下して、極細線まで加工するのが難しくな
る。なお、本発明のボンディングワイヤの特性を十分に
発揮させるには、Ｃｏとの組み合わせではＣｏ：Ｇｅ＝
１：１となる程度の量のＧｅとすることが好ましい。ま
た、Ｎｉとの組み合わせではＮｉ：Ｇｅ＝２：１となる
程度の量のＧｅとし、Ｐｄとの組み合わせではＰｄ：Ｇ
ｅ＝１．５：１となる程度の量のＧｅにすることが好ま
しい。
【００２１】また、本発明の本質は、析出型合金による
ワイヤ強度向上を利用するものであるが、諸特性を悪化
させない範囲内で、その他の元素を芯材に添加すること
は差し支えない。このような元素として、例えばＣａ、
Ｂｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｉｎなどがあり、
これらの元素を添加するときは各元素に対して０．０１
重量％以下を添加することが望まれる。また、Ｐｄを除
く白金族や、Ｃｕ、Ａｇなどでは、０．５重量％以下を
添加することが好ましい。
【００２２】二重構造化 本発明の場合、上記の析出型合金の利用に加えて、芯材
と外周材とからなる二重構造とすることに特徴がある。
これは、上記析出型合金をそのまま用いると、添加元素
に起因してボンディングワイヤ表面やボール表面に酸化
皮膜が形成され、そのためワイヤボンディング時の接合
性が低下するからであり、また、上記の析出型合金では
高いワイヤ強度を得るための最低添加濃度が高く、その
結果ボール硬度が全体的に高くなり、半導体素子損傷不
良を十分に防止できなくなるためである。
【００２３】本発明では、これらの問題点を回避するた
めに、上記析出型合金を芯材として、その外周部を比較
的軟質のＡｕ合金で包むようにした。
【００２４】本発明の外周材には、ボンディングワイヤ
表面の酸化皮膜形成を防止する効果がある。さらに、該
外周材がボール形成時に芯材の析出型合金と溶け合い、
ボール硬度を中庸にして、ボール表面に酸化膜が形成さ
れるのを防止する効果もある。
【００２５】このため、本発明の外周材には加熱による
表面酸化が起こりにくく、ボール形成時のボール硬度が
高くないという特性が要求され、ボンディングワイヤと
して一般に用いられているＡｕ合金を用いるのが好適で
ある。そして、好ましくは、前記外周材が、０．０００
１〜０．００３重量％のＣａ、０．０００１〜０．００
２重量％のＢｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＧ
ｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＹ、０．０００１
〜０．０１重量％のＬａ、０．０００１〜０．０１重量
％のＣｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＭｇ、０．
０００１〜０．０１重量％のＳｎ、０．０００１〜０．
０１重量％のＩｎ、０．０００１〜１重量％のＰｔ、
０．０００１〜１重量％のＰｄ、０．０００１〜０．５
重量％のＣｕからなる群の一種以上を合計量で、０．０
００１〜１重量％含み、残部がＡｕおよび不可避不純物
からなる。
【００２６】上記Ａｕ合金において、各添加元素の添加
量を上記のようにしたのは、合計添加量が０．０００１
重量％未満の場合には、ワイヤ強度および耐熱性が不足
する。そして、１重量％を超えると酸化膜が形成しやす
くなったり、ボール硬度が高くなりすぎたりする。
【００２７】外周材のＡｕ合金に所定の効果を発揮させ
るには、芯材と外周材との比率を適当な値にすることが
好ましく、芯材の直径がボンディングワイヤの直径の３
０〜７０％とすることが望ましい。
【００２８】本発明のボンディングワイヤの特性を引き
出すためには、製造工程の途中で溶体化処理、および焼
き鈍し処置を施すのが好ましい。焼き鈍し処理は、析出
型合金をＡｕ合金中に微細に析出するために行うもので
ある。
【００２９】溶体化処理条件としては、７００〜９００
℃で０．５〜５時間保持することが好ましく、焼き鈍し
条件としては１５０〜４００℃で０．５〜１０時間保持
することが好ましい。なお、焼き鈍しは必ずしもワイヤ
ボンディングを行う前にすませておかなければならない
ものではない。焼き鈍し条件が半導体素子に損傷を与え
ない範囲であれば、ワイヤボンディング後に半導体素子
と一緒に焼き鈍しを行ってもよい。この場合のワイヤボ
ンディングには、従来の軟質なボンディングワイヤと近
い条件でボンディングできるといった使用上の利点が出
る。
【００３０】本発明の二重構造のボンディングワイヤを
製造するには、外周材と芯材とからなる二重構造のビレ
ットに熱間押し出し加工を施した後に伸線加工してもよ
く、あるいは二重構造のビレットに溝ロール加工と接合
熱処理を施した後に伸線加工してもよい。
【００３１】
【実施例】次に、実施例を用いて本発明をさらに説明す
る。
【００３２】（実施例１〜８）純度９９．９９９重量％
の高純度金、および所定の添加元素を１〜２０重量％含
む金母合金を用いて、表１に示す組成の金合金を溶解鋳
造した。芯材の素材NoＳ１〜Ｓ５および外周材の素材No
Ｇ１〜Ｇ３は実施例に用い、素材NoＨ１、Ｈ２は後述す
る比較例に用いる。
【００３３】
【表１】
【００３４】外周材用の鋳塊は円筒状に、芯材用の鋳塊
は外周材用鋳塊の穴にちょうど入る径となるように鋳込
んだ。ボンディングワイヤの直径に占める芯材と外周材
との比率の調整は、外周材用鋳塊の外径と内径とを調整
することにより行った。
【００３５】得られた鋳塊を王水で洗浄し、芯材用の鋳
塊を外周材用の鋳塊の穴に挿入後、溝ロール加工を行
い、９００℃で１時間保持して接合熱処理兼溶体化処理
を施した後に、ダイヤモンドダイスを用いた伸線加工を
実施して、直径０．０２５ｍｍの合金線とした。得られ
た合金線に熱処理を施して特性を調整し、試料とした。
各試料における芯材と外周材との比率（芯材直径比）に
ついては、ボンディングワイヤの断面組織写真より求め
た。
【００３６】このように作製された試料の評価として、
ワイヤ強度を引っ張り試験により求めた。ボンディング
ワイヤ接合性すなわちボンディングワイヤと半導体素子
の電極および外部リードとの接合性は、ステージ温度を
３００℃に設定したウェッジボンディング機を用い、超
音波熱圧着方式によりボンディングしたボンディングワ
イヤについて、フックを引っかけて引っ張り試験を実施
した。そして、ボンディングワイヤ部分で破断した場合
を良と評価し、接合部で破断した場合を不良と評価し
た。
【００３７】さらに、接合部の経時変化については、上
記と同様の方法でワイヤボンディングした試料を２００
℃で１００時間保持した後に、同様の引っ張り試験を実
施して評価した。
【００３８】また、樹脂の封入抵抗によるワイヤ変形に
ついては、上記と同様の方法で５ｍｍ間隔にワイヤボン
ディングして得た試料について、モールド機（トランス
ファーモールド型）により、エポキシ樹脂（住友ベーク
ライト社製、ＥＭＥ−６３００）を金型温度１８０℃、
射出圧１００ｋｇ／ｃｍ2 の条件でモールドした時の、
ワイヤ流れ量をＸ線透過写真から求めた値で評価した。
なお、ワイヤ流れ量は、樹脂モールド前後のボンディン
グワイヤの位置のずれ量で示した。
【００３９】ボール硬度はワイヤボンディング機を用い
て形成したボールについて、超微少ビッカース硬度計に
より測定した。また、ワイヤボンディング時のチップ損
傷については、ワイヤボンディングした試料を硝酸処理
し、チップのアルミパッドを溶解し、ダミーチップ表面
を観察し、クラックの有無を確認して判断した。
【００４０】表２に、上記評価の結果を示した。
【００４１】
【表２】
【００４２】表２において、直後とはワイヤボンディン
グ直後のことであり、保管後とは２００℃に１００時間
保持後のことである。
【００４３】（比較例１、２）市販材（比較例１）と比
較例２を実施例と同様にして評価した。表１に金合金の
組織を、表３に評価結果を示した。
【００４４】
【表３】
【００４５】表２および表３において明らかなように、
本発明のボンディングワイヤは、比較例１と比較してワ
イヤ強度およびボール強度が高く、ワイヤ流れ量が小さ
い。また、比較例２と比較してワイヤ強度およびワイヤ
流れ量は同等なものの、ボール硬度が低く、チップ損傷
が起こりにくいことがわかる。
【００４６】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によ
り、半導体デバイス組み立て時におけるボンディングワ
イヤの変形不良が起こりにくく、かつボール硬度が中庸
で、ワイヤボンディング時のチップ損傷が起きにくい多
ピン半導体デバイス用として好適なボンディングワイヤ
を提供することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｃｏ、ＮｉおよびＰｄのうちの一種以上
    を合計量で０．０５〜２重量％と、Ｇｅを０．０５〜
    １．２重量％とを含み、残部がＡｕおよび不可避不純物
    からなる芯材と、該芯材を取り巻き、Ａｕ品位９９〜９
    ９．９９９９重量％のＡｕ合金からなる外周材とを有す
    るボンディングワイヤ。
  2. 【請求項２】 前記外周材が、０．０００１〜０．００
    ３重量％のＣａ、０．０００１〜０．００２重量％のＢ
    ｅ、０．０００１〜０．０１重量％のＧｅ、０．０００
    １〜０．０１重量％のＹ、０．０００１〜０．０１重量
    ％のＬａ、０．０００１〜０．０１重量％のＣｅ、０．
    ０００１〜０．０１重量％のＭｇ、０．０００１〜０．
    ０１重量％のＳｎ、０．０００１〜０．０１重量％のＩ
    ｎ、０．０００１〜１重量％のＰｔ、０．０００１〜１
    重量％のＰｄおよび０．０００１〜０．５重量％のＣｕ
    からなる群の一種以上を合計量で、０．０００１〜１重
    量％含み、残部がＡｕおよび不可避不純物からなること
    を特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤ。
  3. 【請求項３】 芯材の直径がボンディングワイヤの直径
    の３０〜７０％である請求項１または２のいずれかに記
    載のボンディングワイヤ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059964A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Tanaka Electronics Ind Co Ltd ボンディングワイヤ及びその製造方法
EP2369023A1 (en) * 2007-11-06 2011-09-28 Tanaka Denshi Kogyo K.K. Bonding wire
CN115261663A (zh) * 2022-08-01 2022-11-01 江西蓝微电子科技有限公司 一种金合金键合丝及其制备方法

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