JPS62127436A - 半導体素子用ボンディング線 - Google Patents

半導体素子用ボンディング線

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JPS62127436A
JPS62127436A JP60265619A JP26561985A JPS62127436A JP S62127436 A JPS62127436 A JP S62127436A JP 60265619 A JP60265619 A JP 60265619A JP 26561985 A JP26561985 A JP 26561985A JP S62127436 A JPS62127436 A JP S62127436A
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緒方　俊
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Takatoki Fukuda
福田　孝祝
Eiichi Fujimoto
栄一 藤本
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    • H01L2924/01205—5N purity grades, i.e. 99.999%

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、ＩＣ，ＬＳＩ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、特に高純度鋼に特定の添加元素を加えて耐
熱性と破断強度およびボンディング特性を向上させた半
導体素子用ボンディング線に関する。
（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純金（９９，９９ｗｔ
％）の金細線やアルミ合金（＾ｌ−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引張り強度の不足のため、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
接続の信転性があるためであって、■金ボールの形成が
真円形状になること、■形成された金ボールの硬さが適
切で、接合時の圧力によってケイ素半導体素子を損傷し
ないこと、■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、自動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掻めて高価で
あり、金細線にあっては高速自動化接続に際し、耐熱性
を欠くために金ボール形成の直上部において断線を起す
場合があり、これを解決するため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る金合金細線と
すると、ケイ素半導体素子と外部リードとの接続におけ
るループ形状が低くなって好ましくなく、ループ形状を
高くするには逆にｉｔ＝性と破断強度を犠牲にしなけれ
ばならない問題がある。
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、金細線と同一なボンディング
特性をもち、且つ耐熱性と破断強度にすぐれた安価な代
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
、高純度銅を用いて、安価で耐熱性と破断強度を有し、
且つ金細線や金合金細線と同様な信幀性にすぐれた接続
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、上述の問題を解決するために鋭意検討中
、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、その原因を種々検討した結果、高純度鋼中の硫黄
含有量がｏ、ｏｏｏｓ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、接続時の圧力で半導体素子
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。
本発明は、純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有
量がｏ、　ｏｏｏｓ重量％以下の銅を基材とし、該基材
に対してＩｎ、　Ｈｆ、Ｍｇより選ばれた１種以上の元
素を、０．０２重景気以下含有して成ることを特徴とす
る半導体素子用ボンディング線である。
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ィング法によ
って精製されたものを使用するのが好ましい。
Ｉｎ、ｔｌｆ、Ｍｇなどの添加元素を０．０２重量％を
上回る量を含有させて銅合金細線とすると、耐熱性と破
断強度を向上させることができるが、ボールの形状が真
円形状でな（、いびつ状となり、且つボールの硬さが好
ましくないため、接続時の圧力で半導体素子を１員傷さ
せる。上記の添加元素を０．０２重量％以下として銅合
金細線とすると、耐熱性と破断強度が向上すると共に、
ボンディング特性であるボールの形状、ボールの硬さ、
ループの高さおよび接合強度が好ましいものとなり、高
速自動化ボンディングに適し、信顛される接続ができる
。
（実施例） 以下、実施例と比較例および純金細線と金合金細線の従
来例とを対比させて本発明を更に詳細に説明する。
銅純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量の異な
る高純度銅を用いて第１表に示す化学成分の銅合金を溶
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２５μＩφの銅合金細線とし、不活性ガ
ス雰囲気で連続燃鈍（温度２５０〜５００℃、ｖＡ速１
０〜１００１１／分）シテ硬質を軟質に調質する。勿論
、パンチ焼鈍を施してもよい。
第１表より得られた銅合金細線と２５μ…φの従来例患
７　（金合金細線）および従来例迎８（純金細線）とに
ついて、それぞれ常温引張特性、高温引張特性およびボ
ンディング特性を測定した結果を第２表に示す。
常温引張特性は室温で引張試験を行ないその破断荷重を
測定し、高温引張特性は２５０℃の温度雰囲気で引張試
験をしてその破断荷重を測定する。
ボンディング特性におけるボールの形状、ボールの硬さ
、ループの高さなどの判定は、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雰囲気のもと、電気トー
チ放電によって得た銅ボールを走査電子顕微鏡（Ｘ５０
０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、ループの高さ
はケイ素半導体素子上に形成されたループの高さを光学
顕微鏡で測定し、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、実施例磁１からＮａ４は、銅ボ
ールの形状、ボールの硬さ、ループの高さとも純金細線
の従来例隘８と同一の挙動を示し、特にループの高さに
おいては金合金細線の従来例隘７より高くて好ましいル
ープ形状を示すものとなる。
又、実施例隘１から隘４は、常温および高温の引張特性
とボンディング特性の接合強度において従来例の隘７お
よび患８よりすぐれ、耐熱性と破断強度を具備している
ことがわかる。
比較例Ｎ１１Ｌ５は銅純度が９９．９９９重量％以上で
、硫黄含有量がｏ、ｏｏｏｓ重量％以下の高純度銅を使
用するものの、添加元素のＩｎ、Ｈｆ、ＭｇのＬ＠Ｗｋ
が０．０２重量％を上回るため、常温および高温の引張
特性においては実施例と同じ値を示すが、銅ボールの形
状が真円形状とならず、いびつ状となり、且つボールの
硬さも好ましくないので正常な接続ができないものとな
る。又、比較例隘６は、銅純度が９９．９９９重量％以
上であっても、硫黄含有量がｏ、ｏｏｏｓ重量％を上回
るため、銅ボールの硬さが好ましくなく、接続時にケイ
素半導体素子を損傷するのでボンディング線としては適
当でない。
上記の実施例には示していないが、最終線径を２０μＩ
φおよび１５μＩφの銅合金細線について公知のポンデ
ィングマシンを使用してボンディング特性を調査したと
ころ、線径の減少によって破断強度は低くなるものの、
ボールの形状、ボールの硬さ、ループの高さとも実施例
と同様に好ましいものであった。
（発明の効果） 本発明に係る半導体素子用ボンディング線は、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
ープの高さにおいて、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、且つ常温およ
び高温の引張特性が純金細線、金合金細線より高強度で
あるため、高速自動化ポンディング工程で支障を起すこ
ともなく、又細線加工がより容易であって安定した品質
のものが提供できるので、半導体素子上の電極面積を小
さくできる利点がある。
従って実用性が多大であって産業上に寄与する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量が０．０
    ００５重量％以下の銅を基材とし、該基材に対してＩｎ
    、Ｈｆ、Ｍｇより選ばれた１種以上の元素を、０．０２
    重量％以下含有して成ることを特徴とする半導体素子用
    ボンディング線。
JP60265619A 1985-11-26 1985-11-26 半導体素子用ボンディング線 Granted JPS62127436A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63310931A (ja) * 1987-06-10 1988-12-19 Furukawa Electric Co Ltd:The フレキシブルプリント用銅合金
JPH02232327A (ja) * 1989-03-06 1990-09-14 Nippon Mining Co Ltd 加工性，耐熱性の優れた高導電性銅合金
WO2006134724A1 (ja) 2005-06-15 2006-12-21 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. 超高純度銅及びその製造方法並びに超高純度銅からなるボンディングワイヤ

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EP2845915A1 (en) 2005-06-15 2015-03-11 JX Nippon Mining & Metals Corporation Ultrahigh-purity copper bonding wire

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JPH0379415B2 (ja) 1991-12-18

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