JPS62127438A - 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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JPS62127438A
JPS62127438A JP60265621A JP26562185A JPS62127438A JP S62127438 A JPS62127438 A JP S62127438A JP 60265621 A JP60265621 A JP 60265621A JP 26562185 A JP26562185 A JP 26562185A JP S62127438 A JPS62127438 A JP S62127438A
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Takashi Ogata
緒方　俊
Norimichi Matsusue
松末　則道
Takatoki Fukuda
福田　孝祝
Eiichi Fujimoto
栄一 藤本
Toshitake Otaki
大滝　俊武
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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、特に高純度銅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（Ａｌ−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ＨＩ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７容融させて金ボールを形成し、この金ボールを１
５０〜４００°Ｃ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ふして釘状の頭部に
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り−トとの接、
禎に、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極めて高価で
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ＪＪＩＩえて耐少さ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（なって好ましくなく、ルー
プ形状を高くするには逆に耐熱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、高純度銅中の硫黄
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０゜０００５重量％以下の銅を基材とし、該基材に
対して添加元素として、ＩｎとＭｇの含量が０．０２重
量％未満とする（Ａ）群と、Ｂｅ、　Ｂ、　Ｚｒ＋　Ｙ
＋　Ａｇ＋Ｓｉ、Ｃａ、希土類元素より選ばれた１種以
上の元素を、０．０１重量％以下とする（Ｂ）群とを加
え、（Ａ）群と（Ｂ）群との和の総量を０．０２重量％
以下含有させ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。
添加元素として、（Ａ）群のＩｎとＭｇの含量が０．０
２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く、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
を損傷させる。次に、添加元素として（Ａ）群のＩｎと
Ｍｇの含量が０．０２重量％未満として、Ｂｅ、　Ｂ、
　Ｚｒ、　Ｙ、　Ａｇ。
Ｓ　ｉ　＋　Ｃａ　＋希土類元素より選ばれた１種以上
の元素を、０．０１重量％を上回る量を含有させて銅合
金細線とすると、上記と同様に、耐熱性と破断強度は向
上するが、ボールの形状、ボールの硬さが適切でないた
め、ボンディング線として好ましいものとならない、し
かし、添加元素として、ＩｎとＭｇの含量が０．０２重
量％未満とする（Ａ）群と、Ｂｅ＋Ｂ＋Ｚｒ＋Ｙ＋八ｇ
、　Ｓｔ、Ｃａへ希土類元素より選ばれた１種以上の元
素を、０．０１重量％以下とする（Ｂ）群とを加え、（
Ａ）群と（Ｂ）群との和の総量を０．０２重量％以下含
有させ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、信頼される
接続ができるものとなる。
（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２５μｌφの銅合金細線とし、不活性ガ
ス雰囲気で連続燃線（温度２５０〜５００℃、線速１０
”＝１００ｍ／分）して硬質を軟質にｉｌｌ質する。勿
論、バッ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の従来例阻
１５（金合金細線）および従来例阻１６（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、公知のボンディングマシ
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（Ｘ　５
００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から磁１１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
の従来例胤１６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１１ｈ１５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１１ｈｌから患１１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
魔１５および患１６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Ｎ１１２は銅純度が９９．９９９重量％以上で、
硫黄含有量が０．０００５重量％以下の高純度銅を使用
するものの、添加元素のＩｎとＭｇの総量が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。
比較例患１３は、銅純度が９９．９９９重量％以上で、
硫黄含有量が０．０００５重量％以下の高純度銅を使用
するものの、添加元素として、（Ａ）群のＩｎとＭｇの
含量が０．０２重量％未満として、（Ｂ）群のＢを０．
０１重量％を上回る量を添加しているために、常温およ
び高温の引張特性は好ましいが、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適
切でないのでボンディング線として好ましくない。又、
比較例阻１４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
、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１５μ糟φの銅合金細線について公知のボンデ
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、半導体素子上の電橋面積を小
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、該基材に対して添加
    元素として、ＩｎとＭｇの含量が０．０２重量％未満と
    する（Ａ）群と、Ｂｅ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃ
    ａ、希土類元素より選ばれた１種以上の元素を、０．０
    １重量％以下とする（Ｂ）群とを加え、（Ａ）群と（Ｂ
    ）群との和の総量を０．０２重量％以下含有させて成る
    ことを特徴とする半導体素子用ボンディング線。
JP60265621A 1985-11-26 1985-11-26 半導体素子用ボンディング線 Granted JPS62127438A (ja)

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JP60265621A JPS62127438A (ja) 1985-11-26 1985-11-26 半導体素子用ボンディング線

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JP60265621A JPS62127438A (ja) 1985-11-26 1985-11-26 半導体素子用ボンディング線

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JPS62127438A true JPS62127438A (ja) 1987-06-09
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Cited By (13)

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