JPS61179841A - 半導体素子ボンデイング用アルミニウム線材 - Google Patents

半導体素子ボンデイング用アルミニウム線材

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JPS61179841A
JPS61179841A JP60019753A JP1975385A JPS61179841A JP S61179841 A JPS61179841 A JP S61179841A JP 60019753 A JP60019753 A JP 60019753A JP 1975385 A JP1975385 A JP 1975385A JP S61179841 A JPS61179841 A JP S61179841A
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less
wire
wire rod
rare earth
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Tokuo Uejima
上島　徳夫
Tokuhiro Hamazaki
浜崎　徳広
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FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO K K CHUO KENKYUSHO
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
FURUKAWA TOKUSHU KINZOKU KOGYO K K CHUO KENKYUSHO
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体チップ電極と外部リード部の接続に用い
るボンディング用アルミニウム線材に関し、特にポール
ボンディング性とボンディフグ後の強度及び耐食性を改
善し、超音波圧接によるウェッジボンディングは勿論、
熱圧着によるボールボンディングにも使用できるアルミ
ニウム線材を提供するものである。
〔従来の技術〕
一般にボンディング用線材を用いる半導体チップ電極と
外部リード部の接続には、超音波接続によるウェッジボ
ンディングと熱圧着によるポールボンディングが用いら
れている。ウェッジボンディングはボンディング用線材
の端部側面を超音波エネルギーにより押潰して半導体チ
ップ電極と外部リード部に接続するもので、ポールボン
ディングに比べて接続に要する時間が２〜３倍も長く、
ボンディングに方向性を有し、配線の方向が平面内の方
向に限られ、放射状に配置した半導体素子の接続には使
用し難いものである。一方ポールボンディングはボンデ
ィング用線材の一端を電気的又は酸素−水素炎で溶融し
、その際形成されるボールに超音波を付加しながら押潰
して２５０〜４００℃の温度に加熱した半導体チップ電
極に接続し、他端を超音波接続により外部リード部に接
続するものである。
このようなボンディング用線材には次のような特性が要
求されている。
（１）引張り強さが大きいこと。
（２）耐食性が優れていること。
（３）ボール形状が真球（ポールボンディングの場合）
に近く、その大きさにバラツキが少ないこと。
（４）耐熱性が高く（ポールボンディングの場合）線材
とボールの間にくびれが起らないこと。
（５）ボンディング後の強度が高いこと。
（６）　６０μｍ以下の極細線まで伸線加工性が良いこ
と。
従来ボンディング用線材にはＡｕ線、Ａｌ１合金線、Ａ
、ｅ−Ｓｉ合金線、１ｅ−Ｎｉ合金線。
／Ｍ！−Ｍｉｌ１合金線等が用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ＡＬＩＩｉｌやＡｌ１合金線はコストが高く、一方半導
体チツブ電極はほとんどＡ（又はＡ（合金で造られてい
るため、Ａｕ線やＡ１合金線を用いて接続すると、後工
程の加熱により接合面に金属間化合物を生成して脆くな
り、信頼性の面でのＡ（合金線を用いた場合よりも劣る
欠点がある。またＡ、ｅ−ｓｒ合金線は前記（１）、（
２）。
（３）、（４）、（５）の特性が劣り、熱圧着には使用
できない。またＡ１−Ｎｉ合金線は前記（１）及び（２
）の特性が劣り、Ａ、ｅ−Ｍ（］合金線は前記（３）及
び（４）の特性が劣るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々研究の結果、前記特性を満足し
、超音波圧接によるウェッジポンディグは勿論、熱圧着
によるポールボンディングにも使用できる半導体素子ボ
ンディング用アルミニウム線材を開発したものである。
即ち本発明線材の一つは、Ｍ！Ｊ　　０．５〜４゜０ｗ
１％、希土類元素０．０１〜１．０ｗ１％、　Ｓ　ｉ　
０．０２ｗｔ％以下、　Ｆｅ　０．０２ｗｔ％以下、　
ＣＬＩ　０．０３１％以下を含み、残部ＡＪ２からなる
ことを特徴とするものである。
また本発明線材の他の一つは、Ｍｇ　　ｏ、ｓ〜４、ｏ
ｗｔ％、希土類元素０．０１〜１．０ｗ１％、Ｓｉ０．
０２ｗｔ％以下、Ｆ　ｅ　０．０２ｗｔ％以下、ＣＩＪ
　ｏ、ｏ３ｗｔ％以下、Ｔｉ　　０．５％ｗｔ以下、３
０．１ｗｔ％以下を含み、残部Ａλからなることを特徴
とするものである。
また本発明線材の更に他の一つは、Ｍｏ　　Ｏ０５〜４
．０ｗ１％、希土類元素０．０１〜１．０ｗｔ％。
Ｓｉ　０．０２ｗｔ％以下、ｌ：６　０．０２ｗｔ％以
下、ＣＬＩ０．０３ｗｔ％以下、Ｔｉ　　ｏ、ｓｗｔ％
以下、Ｂ　０．１ｗｔ％以下と、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂの何
れか１種又は２種以上を合計ｏ、ｓｗｔ％以下を含み、
残部Ａ（からなることを特徴とするものである。
〔作　用〕
本発明においてＭ（＋の添加は耐食性を低下させること
なく引張強さを改善するためであり、Ｍｇ含有量を０．
５〜４．０ｗｔ％（以下ｗｔ％を単に％と略記）と限定
したのは、０．５％未満では十分な強度が得られず、４
．０％を越えると加工硬化が著しく、極細線までの伸線
加工が不可能となるためである。希土類元素の添加はボ
ール形状を真球に近くし、耐熱性を高めて線材とポール
間のくびれを起りにククシ、かつボンディング後の強度
を増大さじるためであり、希土類元素の含有量を０．０
１〜１．０％と限定したのは、０．０１％未満では良好
なポールボンディング性が得られず、ポールボンティン
グ後の強度が低下し、１．０％を越えると加工硬化が著
しくなり、極細線までの伸線加工が不可能となるためで
ある。
またＳｉ含有量を０．０２％以下、Ｆｅ含有吊を０．０
２％以下、　Ｃｕ含有量を０．０３％以下と限定したの
は、これ等は何れも強度向上に有効なるも、これを越え
て含有せしめると耐食性及びボール形状を悪くするため
であり、特にこれ等含有量を何れも０．０１％以下に抑
えることが望ましい。
次に上記Ａ柔−Ｍｇ−希土類元素−８ｉ　−Ｆｅ−Ｃｕ
合金に、更にＴｉ及びＢの添加は、これ等を同時に添加
することにより鋳塊の結晶粒を微細化し、線材の品質を
安定化させるためで、Ｔｉ含有量を０．５％以下、Ｂ含
有量０．１％以下と限定したのは、何れもこれを越えて
含有すると粗大な第２相が晶出し、伸線加工により極細
線とすることが不可能となるためである。
更に上記へぶ−ＭＩＪ−希土類元素−Ｓｉ　−Ｆｅ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ−１３合金に、３ｎ、ｌｎ。
３ｎの何れか１種又は２種以上を添加するのは、Ｍ（＋
との相開効果により一層耐食性を高めるためであり、こ
れ等元素の１種又は２種以上の合計含有量を０，５％以
下と限定したのは、これを越えて含有すると第２相を晶
出し、伸線加工によって極細線とすることが不可能とな
るためである。
尚本発明において、希土酸元素とはセリウム族（Ｌａ、
　Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｐｌ、　３ｍ　＞及びイツ
トリウム族（３ｃ　、　Ｙ、　Ｅ（１、（ｉｄ　。
Ｔｂ　、　Ｄｙ　、　Ｈｏ　、　Ｅｒ　、　Ｔａｉ　、
　Ｙｂ　、　Ｌｕ　）であり、一般にはＬａ　、Ｃｅ　
、Ｙ、Ｓ＋　、Ｇｄ又はミツシュメタル（希土類元素の
混合物、以下ＭＭと略記）を用いるとよい。
本発明線材は上記合金組成からなり、何れもＡＪ２地金
中に含まれる上記元素以外の不純物元素は、線材の耐食
性及びボール形状に悪影響を及ぼすため、できるだけ少
量に抑える必要があり、これ等不純物元素の合計含有量
を０．０１％以下、更にはｏ、ｏｏｓ％以下とすること
が望ましい。このためには純度９９．９５％以上のＡλ
地金中、上記元素以外の不純物元素の少ないものを選択
使用するか、又は純度９９．９９％以上、望ましくは純
度９９，９９５％以上の高純度Ａ（地金を用いるとよい
。
（実施例〕 純度９９，９９９％の高純度へぶ地金をを溶解し、これ
に純度９９，９９９％のＡ（と純度９９．９９９％のＭ
（１，純度９９．９９％のＦｅ、純度９９．９９９のＳ
ｉ。
純度９９．９９９％のＣｕ、純度９９．９％のＴ１．純
度９９％の８．純度９９．９％のＣｅ、純度９９．９％
のＬａ、純度９９，９％のＮｄ　、　ＭＭ　（Ｃｅ　４
０％以上）純度９９．９９９％の３ｎ、純度９９．９９
９％のＩｎ、Ｉ［！度９９．９９９９％のＳｂを用いて
作成した各母合金を添加して、第１表に示す組成の合金
を溶製し、これを２５履角、長さ１５０Ｍの鋳型に鋳造
した。
この鋳塊を５５０℃の温度で４８時闇ソーキングした後
、熱間溝ロール圧延により直径５ＩＩｍの線材とし、こ
れに冷間伸線加工と３６０℃×２時間の中間焼鈍を繰返
して直径３０μｍの極細線とし、３６０℃の温度で最終
焼鈍を行なってボンディング用アルミニウム線材とした
。
これ等線材について伸線加工性を比較すると共に引張強
さ及び伸びを測定し、更に通常の手動式ポールボンディ
ング装置を用いて線材の一端にＡｒガスを吹き付けなが
らアークにより溶解し、第１図に示すように線材（１）
の一端にボール（２）を形成し、これについて真空度Ｈ
／Ｄ及びくびれ率ｄｏ／ｄ　　（ただしＨはポール縦方
向の直径、Ｄはボールの横方向の直径、ｄは線材の直径
、　ｄｏは（びれ部の直径）を測定し、続いてボールを
半導体チップ電極に熱圧着し、線材の伯端を外部リード
部に超音波圧接してボンディング後の線材の強度を測定
した。また上記冷間伸線加工中、直径１．Ｏ＃ｌｌ１１
の線材より試料を採取し、これについてＪＩＳ２３７１
に基づき４日間塩水噴霧を行なって耐食性を調べた。こ
れ等の結果を第２表に示す。
第１表及び第２表から明らかなように従来線材Ｎ０５４
は耐食性が劣るばかりか、ボールが形成されず、熱圧着
が不可能であり、従来線材ＮＱ５５は良好な耐食性を示
すも、ボールの真球度が低く、くびれ率も高く、ボール
ボンディング性が劣るばかりか、ボンディング後の強度
も低い。
これに対し、本発明線材ＮＱＩ〜３６は何れも伸線加工
性が良好で、ボールの真球度が高く、くびれが小さく、
ボールボンディングが可能であり、ボンディング後の強
度も高いことが判る。
また耐食性はＦｅ、Ｓｉ、Ｃｕ及び不純物の合計含有口
が多い本発明線材ＮＱ１２〜１５でやや劣るも、その他
は良好な耐食性を有し、特にＴｉ及びＢを同時に添加し
た本発明線材Ｎα１Ｇ〜２１では引張強さ、伸び及びボ
ンディング後の強度に改善が見られ、更に３ｎ、ｉｎ、
３ｂの何れか１種又は２種以上を添加した本発明線材Ｎ
Ｑ２２〜３６では耐食性の改善が認められる。
これに対し本発明線材の組成範囲より外れる比較合金Ｎ
０．３７〜５３では引張り強さ、伸線加工性。
耐食性、ボールの真球度、ボンディング後の強度の何れ
かが劣ることが判る。即ち、Ｍｇ含有ｍの少ない比較合
金１１１ｆ１３７では引張り強さ及びボンディング後の
強度が劣り、希土類元素含有量の少ない比較合金ＮＱ３
９．４１．４３ではボールの真球度が悪く、ボンディン
グ後の強度も低い。またＭ（１，希土類元素、Ｔｉ　、
Ｂ等の含有量が多い比較合金Ｎα３８．４０．４２．４
４．４９．５０及び　Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂの何れか１種又
は２種以上の合計含有量の多い比較合金順４９〜５３で
は何れも伸線加工性が悪り３０μｍの極細線に加工する
ことができなかった。
更にＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及び不純物合計含有酊が多い比較
線材１１ｋ１４５〜４８では何れも耐食性が劣ることが
判る。
〔発明の効果〕
このように本発明線材はボンディング線材に要求される
前記特性を満足し、ウェッジボンディングは勿論、ポー
ルボンディングに使用することができるもので、高価な
ＡＵ又はＡＬ１合金線に代り、コストが易く、同等の性
能を示し、しかも接合面における金属間化合物の生成の
恐れもないなど顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はポールボンディングにおけるボール真球度とく
びれ率の説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）Ｍ９０．５〜４．０ｗｔ％、希土類元素０．０１
    〜１．０ｗｔ％、Ｓｉ０．０２ｗｔ％以下、Ｆｅ０．０
    ２ｗｔ％以下、Ｃｕ０．０３ｗｔ％以下を含み、残部Ａ
    ｌからなる半導体素子ボンディング用アルミニウム線材
    。 （２）Ｍｇ、希土類元素、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ以外の不純
    物元素の含有量が０．０１ｗｔ％以下である特許請求の
    範囲第１項記載の半導体素子ボンディング用アルミニウ
    ム線材。 （３）Ｍｇ０．５〜４．０ｗｔ％、希土類元素０．０１
    〜１．０ｗｔ％、Ｓｉ０．０２ｗｔ％以下、Ｆｅ０．０
    ２ｗｔ％以下、Ｃｕ０．０３ｗｔ％以下、Ｔｉ０．５ｗ
    ｔ％以下、Ｂ０．１ｗｔ％以下を含み、残部Ａｌからな
    る半導体素子ボンディング用アルミニウム線材。 （４）Ｍｇ、希土類元素、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ
    以外の不純物元素の合計含有量が ０．０１ｗｔ％以下である特許請求の範囲第３項記載の
    半導体素子ボンディング用アルミニウム線材。 （５）Ｍｇ０．５〜４．０ｗｔ％、希土類元素０．０１
    〜１．０ｗｔ％、Ｓｉ０．０２ｗｔ％以下、Ｆｅ０．０
    ２ｗｔ％以下、Ｃｕ０．０３１％以下、Ｔｉ０．５ｗｔ
    ％以下、Ｂ０．１ｗｔ％以下と、更にＳｎ、Ｉｎ、Ｓｂ
    の何れか１種又は２種以上を合計０．５ｗｔ％以下を含
    み、残部Ａｌからなる半導体素子ボンディング用アルミ
    ニウム線材。 （６）Ｍｇ、希土類元素、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ
    、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ以外の不純物元素の合計含有量が０
    ．０１ｗｔ％以下である特許請求の範囲第５項記載の半
    導体素子ボンディング用アルミニウム線材。
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