JPS62104061A - 半導体素子用ボンデイング線およびその製造方法 - Google Patents

半導体素子用ボンデイング線およびその製造方法

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JPS62104061A JP60244725A JP24472585A JPS62104061A JP S62104061 A JPS62104061 A JP S62104061A JP 60244725 A JP60244725 A JP 60244725A JP 24472585 A JP24472585 A JP 24472585A JP S62104061 A JPS62104061 A JP S62104061A
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岡本　晴道
Takashi Ogata
緒方　俊
Norimichi Matsusue
松末　則道
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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、トランジスター、ＩＣ５ＬＳＩなどの半導体
素子上の電極と外部リードとの間を接続するボンディン
グ線に関し、特に高純度銅から成る半導体素子用ボンデ
ィング線およびその製造方法に関する。
（従来技術） 従来、ケイ素半導体素子上の電極と外部リードとの間を
接続するボンディング線としては高純度（９９，９９ｗ
ｔ％）の金細線やアルミ合金（＾ｉ−１％Ｓｉ）細線が
使用されている。しかしながら接続の信頼性および工程
上の問題から金細線が多量に使用されている。ところが
近年、自動ボングーの高速化に伴ない高純度の金細線で
は接続時に受ける加熱と張力不足のため、高速化に対応
し得ないことが明らかになり、その解決策として接続時
に形成させる金ボールの真円形状および金ボールの硬さ
を損わない程度に、純金に微量の添加元素を加えて耐熱
性と破断強度を向上させた金合金細線が実用に供されて
いる。
（発明が解決しようとする問題点） ケイ素半導体素子の電極に金細線を接続する方法は、通
常金細線をキャピラリーに通し、キャピラリーから突出
する一定長の金細線の先端を水素炎又は電気トーチによ
り溶融させて金ボールを形成し、この金ボールを１５０
〜４００℃の加熱状態に置かれているケイ素半導体の電
極部にキャピラリーで押しつぶして釘状の頭部にし、ケ
イ素半導体の電極と外部リードとを接続する熱圧着法お
よび超音波接続法又はこれらの組合わせ方法によって行
われる。
このように、ケイ素半導体の電極と外部リードとの接続
に、金細線又は金合金細線が使用される理由は、確実な
接続の信頼性があるためである。すなわち、 （１）　　金ボールの形成が真円形状になること（２）
　　形成された金ボールの硬さが適切であって、接合時
の圧力によってケイ素半導体をｔ員傷しないこと （３）　　キャピラリーからの金細線および金合金細線
の繰出しが円滑で閉塞せず、高速自動化接続に対応し、
常に一定のループ形状の接続ができること である。
しかしながら、金細線および金合金細線は極めて高価で
あり、一方ケイ素半導体素子も大量生産化に入り、価格
の低減が余儀されるに至って、金細線と同一特性をもち
、且つ破断強度がすぐれた安価な代替金属材料の出現へ
の強い要望がある。
本発明はかかる問題を解決することを目的とするもので
、金細線や金合金細線と同様な信頼性にすぐれた接続が
できる半導体素子用ボンディング線を提供することにあ
る。
（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上述の問題点を解決するために鋭意検討
を行なった結果、第１発明については銅純度が９９．９
９９重量％以上で、硫黄含有量が０．０００５重量％以
下の高純度銅を用いることにより、金細線に代る半導体
素子用ボンディング線が得られ、第２発明については銅
細線の最終線径を２００〜１５μｍφとした後、その銅
細線を連続焼鈍して軟質に調質する方法によって破断強
度のすぐれ、且つ安定したボンディング特性を有する半
導体素子用ポンディグ線とするものである。
ここにおいて、上記の銅純度が９９．９９９重量％以上
の高純度銅は、再電解法又はゾーンメルテング法によっ
精製されたものを使用する。
次に、第１発明について詳細に説明する。
銅純度が９９．９９９重量％以上の高純度銅を用いて最
終線径を２５μｍφの銅細線とし、その先端を加熱溶融
して銅ボールを形成させたところ、真円形状を示すもの
の、銅ボールの硬さにおいて異なるものがあることを観
察した。この原因を種々に検討した結果、硫黄含有量が
０．０００５重量％を上回るときは、銅ボールの硬さが
好ましくないため、接続時に半導体素子を損傷すること
を見出して本発明を完成させたものである。
更に、第２発明について説明すると、銅純度が９９．９
９９重量％以上で硫黄含有量が０．０００５重量％以下
の高純度銅を用いて最終線径を２５μｍφの銅細線の硬
質のものとすると、時間の経過と共に機械的特性である
破断強度が低下する、いわゆる自己軟化を惹起すること
を把握した。このように硬質の高純度銅に特徴的な銅細
線の自己軟化現象が起ると、破断強度の異なる品質のも
のをボンディング線として使用することになり、自動ボ
ングーの高速化に対する銅細線の破断強度が不足してト
ラブルを生じると共に、接合のループ形状が好ましいも
のとならない。そこでこの原因を種々検討した結果、銅
純度が９９．９９９重量％以上の高純度銅を使用する場
合に、自己軟化を惹起することを見出し、その対策とし
て最終線径の硬質の銅細線に線引した後、不活性ガス雰
囲気で連続焼鈍することにより、軟質に調質すれば自己
軟化を停止させると共に、安定した高い破断強度を有す
る銅細線とすることができ本発明を完成させたものであ
る。
（実施例） 実施例１ 以下、第１発明の実施例と比較例および純金細線の従来
例によって本発明を更に詳細に説明する。
第１表に示す化学成分の高純度銅を溶解鋳造し、その鋳
塊を圧延した後、常温で伸線加工を行ない、最終線径を
２５μｍφの銅細線とし、不活性ガス雰囲気で連続焼鈍
（温度２５０〜５００℃、線速１０〜１００ｎ＋／分）
して銅細線を軟質に調質する。
勿論、バッチ焼鈍を施してもよい。得られた銅細線と２
５μＩφ純金細線の従来例とについて、それぞれ常温引
張特性、ポンディング特性および銅電率を測定した結果
を第２表に示す。
常温引張特性は引張試験によってその破断荷重を測定し
、ボンディング特性におけるボールの形状、ボールの硬
さ、ループ形状などの判定は、公知のポンディングマシ
ンを使用して不活性のアルゴンガス雰囲気のもと、電気
トーチ放電によって得たボールを走査電子顕微鏡（Ｘ　
５００倍）で観察して行ない、ボールの硬さはケイ素半
導体素子上の電極と外部リードとの圧着接続を行なった
後、半導体素子の損傷の有無により判定し、更に接合強
度はループの中央にフックをかけてその破断荷重を測定
することにより行なった。
結果かられかるように、実施例Ｎｌｌおよび隘２は、ボ
ールの形状、ボールの硬さ、ループの形状とも従来例Ｎ
１６　（純金細線）と同一の挙動を示し、又、常温の引
張特性とボンディング特性の接合強度においては従来例
患６よりすぐれていることがわかる。
比較例隘３は銅純度が９９．９９９重量％以上であって
も、硫黄含有量が０．０００５重量％を上回るため、ボ
ンディング特性は好ましくない。
又、比較例患４は硫黄含有量が０．０００５重量％以下
であるが、銅純度が９９．９９９重量％未満であるため
、銅ボールの形状が非真円形状となり、且つ銅ボールの
硬さも好ましくないので正常な接続ができないものでな
る。比較例Ｎ１５は銅純度が９９．９９９重量％未満で
、硫黄含有量も０．０００５重量％を上回るため、比較
例隘４と同様なボンディング特性を示すので好ましくな
い。
実施例２ 以下、第２発明の実施例について説明する。
第１表の実施例ｌ１ｋＬｌに示す化学成分の高純度銅を
溶解鋳造し、その鋳塊を圧延した後、常温で伸線加工を
行ない、最終線径を２５μｍφの銅細線とし、不活性ガ
ス雰囲気で連続焼鈍（温度２５０〜５００℃、線速１０
〜１００ｎ＋／分）したものと、連続焼鈍しないものを
調整し、破断荷重と経時変化の関係を求めた結果を第１
図に示す。結果かられかるように、連続焼鈍したもの（
Ａ）は経時変化に対して一定の破断荷重を示すが、連続
焼鈍しないもの（Ｂ）は、室温放置１ケ月後に初期破断
荷重の４０％以下に低下する、いわゆる自己軟化を惹起
し、純金細線の破断荷重に近似する。このように、自己
軟化する銅細線を公知のポンディングマシンを使用して
ボンディング特性を調査した結果、破断荷重の低下した
ものは、自動ボングーの高速化に支障を生じると共に、
接続のループの形状が好ましいものとならない。ケイ素
半導体では極めて高い品質の信頼性が要求されるから自
己軟化を惹起する銅細線では使用に供せられないことが
わかった。
従って、焼鈍処理する製造方法によって軟質、に調質し
た銅細線とするのが好ましい。
又、最終線径を２００μｍφから１５μｍφ範囲の硬質
鋼細線の使用においても前記と同様に自己軟化を惹起す
るので、連続焼鈍をして軟質の銅細線とするのがよい。
（発明の効果） 本発明に係る半導体素子用ポンディング線は、ボンディ
ング特性、すなわち、ボールの形状、ボールの硬さ、ル
ープの形状において現状の純金細線と同一の挙動を示し
、純金細線と比べて価格が安価であり、且つその製造方
法において安定した品質のものが提供でき、又純金細線
と比べて同一線径で破断荷重のすぐれたものが得られる
ので、実用性が多大であり、産業上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る高純度銅を用いて最終線径を２５
μｍφの銅細線とし、連続焼鈍したものとしないものと
の経時変化における破断荷重の関係図である。 Ａ：連続焼鈍した銅細線 Ｂ：連続焼鈍しない銅細線 代理人　弁理士　水　口　孝　− 地　蓄　５　＠　； 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和６０年特　　許ＩＩ　ｇ　２４４７２５号事件との
関係　特許出願人 ４、代理人 住　所　　　大阪市大淀区中津１丁目７番２１号５、　
補正命令の日付 ６、　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 （１１明細書第５頁第５行目の「フグ法によつ」の後Ｋ
「て」を挿入します。 （２）　　同第７頁第１θ行目の「導電率」を「導電率
」に訂正します。 （３）　　同第７頁末行目の「判定し、」の後に「ルー
プ形成はケイ素半導体と外部リードとに形成されたルー
プ形状の良否によって判定し、」を挿入します。 ＋４１　　同第８頁第１６行目の「できないものてなる
。」を「できないものとなる。」に訂正します。 以上 手続補正書（自発） １、事件の表示 昭和６０年　特　許　願第２４４１２６号２、発明の名
称 半導体素子用ボンディング線およびその製造方法３　補
正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 ６　補正により増加する発明の数　　□「２、特許請求
の範囲 １）銅純度が９９．９９９重黛％以とで、硫黄含有量が
０．０００５重量％以下の高純度鋼から成ることを特徴
とする半導体素子用ボンディング線。 ２）銅純度が９９．９９９　ＩＩ　ｍ％以とで、硫黄含
有量が０．０００５　＠量％以下の高純度銅を溶解鋳造
し、その鋳塊を圧延した後、常温で伸線加工を行ない最
終線径を２００〜１５μｍφの銅細線とし、連続焼鈍又
は、バッチ焼鈍を施して銅細線の自己軟化を防止するこ
とを特徴とする半導体素子用ボンディング線の製造方法
。」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）銅純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量が
    ０．０００５重量％以下の高純度銅から成ることを特徴
    とする半導体素子用ボンディング線。 ２）銅純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量が
    ０．０００５重量％以下の高純度銅を溶解鋳造し、その
    鋳塊を圧延した後、常温で伸線加工を行ない最終線径を
    ２００〜１５μｍφの銅細線とし、連続焼鈍又は、バッ
    チ焼鈍を施して銅細線の自己軟化を防止することを特徴
    とする半導体素子用ボンディング線およびその製造方法
    。
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