JPS6220858A - ボンデイングワイヤ、その製造方法およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

ボンデイングワイヤ、その製造方法およびそれを用いた半導体装置

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JPS6220858A
JPS6220858A JP60158141A JP15814185A JPS6220858A JP S6220858 A JPS6220858 A JP S6220858A JP 60158141 A JP60158141 A JP 60158141A JP 15814185 A JP15814185 A JP 15814185A JP S6220858 A JPS6220858 A JP S6220858A
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bonding
semiconductor device
copper
drawing process
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Susumu Okikawa
進 沖川
Hiromichi Suzuki
博通 鈴木
Hiroshi Mikino
三木野　博
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Hitachi 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】 〔技術分野〕 本発明は、高純度の銅よりなるボンディングワイヤ、そ
の製造技術およびそれを用いて電気的接続を行った半導
体装置に適用して有効な技術に関する。
〔背景技術〕
半導体装置に搭載される半導体ベレー／　トと外部端子
との電気的接続用のワイヤ、すなわちボンディングワイ
ヤとして、高純度の銅ワイヤを使用することができる。
この銅ワイヤは、いわゆるボールボンディングが可能で
ある上に、−Ｃに用いられている金ワイヤに比べ、その
強度が大きいという特徴を備えている。したがって、上
記銅ワイヤはさらに細線化することができるため、将来
の高集積化される半導体装置にとって、好適な結線材料
である。
ところで、ボールボンディングを行った場合の−ａ的現
象として、ボンディング時に形成される溶融ボールの直
上部におけるワイヤにその強度の低下が起こる。したが
って、ワイヤを微細化し今後のさらなる半導体装置の高
集積化の要請に応えるためには、上記溶融ボールの直上
部におけるワイヤ強度の向上が極めて重要であることが
本発明者により見い出された。本発明は、上記認識のも
とに鋭意研究の末、本発明者によって初めて完成された
ものである。
なお、半導体装置における電気的接続に銅ワイヤを用い
る技術については、特願昭５９−７９１１３号明細書に
説明されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ボールボンディング後の高純度の銅ワ
イヤの強度を向上することができる技術を提供すること
にある。
本発明の他の目的は、半導体’ＪＺ　Ｈの信頼性を向上
することができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。
すなわら、高純度の銅よりなるボンディングワイヤの製
造に際し、伸線工程の途中で焼鈍処理を行うことにより
、ポールボンディング後におけるボンディング時の溶融
ボール直上部であるボンディングネックのワイヤ強度の
向上を達成できるものである。同時に、ワイヤの伸びを
も向上することができることにより、引張応力をワイヤ
全体に分散させることができるため、その切断を防止で
き、該ワイヤを用いて電気的接続を行った半導体装置の
信頼性を向上することができるものである。
〔実施例〕
第１図は、本発明による一実施例である半導体装置を示
す断面図である。
本実施例の半導体装置は、いわゆるＤＩＰ型の樹脂封止
型半導体装置であり、エポキシ樹脂１で形成されたパッ
ケージ内部には、ペレット取付部であるタブ２に金−シ
リコン共晶３を介して取り付けられた半導体ペレット４
が封止されている。
上記半導体ペレット４のアルミニウムからなるポンディ
ングパッド５と外部端子６の内端部とが、いわゆるボー
ルボンディングされた高純度の銅よりなるワイヤ（ボン
ディングワイヤ）７で電気的に接続されている。また、
半導体ペレット４の上面には、いわゆるシリコーンゲル
８が被覆されており、ポンディングパッド５の耐湿性向
上等が図られている。
本実施例の゛１′−導体装置において電気的接続に用い
られる銅ワイヤは、９９．９９９％以上の高純度の銅よ
りなるワイヤを用い、次のような方法で製造することに
よりその性能向上が達成されたものである。
すなわち、素線材を複数のダイスを通して引っ張って線
径を小さくする、いわゆる伸線工程の途中で該ワイヤに
焼鈍処理を行ったものである。このように、焼鈍処理を
行うことによって製造された銅ワイヤは、その伸びが大
１１に向上され、かつポールボンディング後のボンディ
ングネックの引張強度も向上されている。ここにいうボ
ンディングネックとは、第１図に示すボンディング部の
直上部であるワイヤ部分７ａを意味する。
上記ボンディングネック７ａは、ボンディングの際にト
ーチ加熱により形成されるｉ８融ボールの直上部に当た
り、非溶融部の中では最も強い熱履歴を受けている。そ
のため、ボンディング後の当該部におけるワイヤの引張
強度の低Ｆは著しく、該ワイヤに引張応力が加わった場
合には、ボンディングネック７ａに切断が起こり易い。
したがって、本実施例の半導体装置のように、半導体ペ
レット４が熱膨張係数の大きなノリコーンゲル８で被覆
されている場合には、その信頼性において特に問題があ
る。なぜなら、半導体装置の動作時等において、それ自
体が昇温する場合、ワイヤ７に強く接着したエポキシ樹
脂１が上記シリコーンゲル８により大きく持ち上げられ
、その結果シリコーンゲル８ａの中を通っているワイヤ
部に強い引張応力が加わることになるからである。
しかしながら、本実施例の半導体＝２においては、その
電気的接続に使用されている高純度の銅ワイヤが前記の
ように、伸びおよびボンディングぶ、り７ａの強度が向
上されている。したがって、本実施例の半導体装置はそ
の信頼性の大ｌ＋な向上が達成されているものである。
次に、本実施例に適用されている高純度の銅よりなるボ
ンディングワイヤの製造方法およびその特長についてさ
らに詳細に説明する。
まず、９９．９９９％以上の純度の銅で形成された約ｌ
ｏｇ■φの素線材を用意し、該素線材を多段階の伸線工
程を経て、たとえば３０μｍφまで伸線を行う。その際
、順次孔径が小さくなっていく多数のダイスを使用する
。そして、その伸線工程の途中段階で複数回の焼鈍処理
を行う。この焼鈍処理は、たとえば２５０℃〜３００℃
に所定時間加熱して行うことができる。
第２図ｆａ＋は本発明による一実施例であるワイヤ製造
方法によって得たワイヤを用いて行った実験結果を示す
グラフであり、第２図ｔｂ＋はその実験方法を示す概略
説明図である。
第２図＋ａ＋において、縦軸は引張強度（ｇ「）を示し
、横軸は伸び（％）および焼鈍処理の回数を示す。
実験の具体的方法を次に示す。この実験に用いられる高
純度の銅ワイヤは、大別して１０ｍｍφの素線材を約１
鵬朧φにする第１段階、さらに約５０μｍφにする第２
段階、そして最終の第３段階の全部で３段階からなる伸
線工程を経て形成され、その最終ワイヤ径が３０μｍφ
のものである。当然のことであるが、各段階においては
多数のダイスが使用され、順次目的の径にまで細線化さ
れるものである。このワイヤを通常のボンディング装置
を用いて、第２図（ｂｌに示すように半導体ペレット４
のアルミニウム製ボンディングパノド５にポールボンデ
ィングを行う。その後、ボンディングネック７ａの下端
からの長さ：１＝１３ｍの位置をクランプ９で挟持し、
ワイヤ７の切断に至まで上方に引っ張り上げる。そして
、ワイヤ７の切断時における強度および伸びを焼鈍処理
の回数に対応させてプロットしたのが第２図（ａｌであ
る。ここで、横軸に示す伸びは、切断時の長さと初期の
長さとの差Δｌを初期の長さｉに対する百分率で表した
ものである。
第２図ｉａｌにおいて、点Ａは焼鈍処理を行っていない
ワイヤ、点Ｂは前記伸線工程における第２段階終了時の
約５０μｍφの段階で焼鈍処理を１回行ったワイヤ、点
Ｃは第１段階終了時の約１　ａｍφおよび第２段階終了
時の約５０μｍφの両段階で焼鈍処理を２回行ったワイ
ヤに関するものである。
焼鈍処理は２５０°Ｃ〜３００℃で３０分間のハツチ式
である。
本図より明らかなように、焼鈍処理を施すことにより、
高純度の銅ワイヤ７は、その伸びおよびボンディングネ
ック７ａにおける切断強度の向上が認められれ、特に伸
びに著しい向上が認められる。
以上説明した如く、本実施例の半導体装置に適用されて
いる銅ワイヤは、優れた性能が付与されているため、前
記のような半導体装置の信頼性向上が達成されてるもの
である。
なお、前記の焼鈍処理による銅ワイヤの性能向上は、次
のような現象によるものと考えられる。
すなわち、伸線工程の途中に焼鈍処理を行うことにより
、ワイヤ内部に大きさのそろった銅の微小な結晶粒が形
成される。焼鈍処理を終了した時点では、その結晶粒は
無秩序状態にある。そして、次の伸線工程においては、
物理的に一定方向に強引に引き伸ばされる。したがって
、結晶粒間の非晶質をバインダーとして、結晶粒が一定
方向、すなわちワイヤの長さ方向に配列されることにな
る。
通常、結晶粒が大きく成長する場合は、結晶としての性
質が強く出るため引張強度および伸びは低下すると考え
られる。
ところが、前記の如く伸線工程の途中において、適当な
条件下で焼鈍処理を行うことにより、適度な大きさの結
晶粒が一定の方向性を与えられて、非晶質部の内部に分
散されることになる。したがって、結晶のもつ硬性と非
晶質のもつ柔軟性とを合わせもった高純度の銅ワイヤが
形成されることになる。そして、上記焼鈍処理を伸線工
程おいて繰り返すことにより、上記性質を向上できるこ
とが第２図ｔａ＋に示されているが、これは結晶粒の粗
大化を防止した上で結晶粒の数の増加が達成されたため
と考えられる。なお、このことから素線材として、長さ
方向への一方向凝固により調製されたものを使用するこ
とにより、ワイヤの性能をさらに向上することができる
と考えられる。
上記現象はたとえば電子顕微鏡またはＸ線回折等の所定
の手段により確認することができるものである。
〔効果〕
（１）、高純度の銅よりなるポンディングワイヤの製造
に際し、伸線工程の途中で焼鈍処理を行うことにより、
ボールポンディング後におけるポンディング時の溶融ボ
ールの直上部であるボンディング部、りのワイヤ強度を
向上させることができる。
（２）、前記ｆｉ＋の焼鈍処理により、同時にワイヤの
伸びを向上させることができる。
（３）、前記＋１１により、ポールポンディング後に最
も切断し易いボンディング不ソクの強度を向上すること
ができるので、高純度の銅よりなるポンディングう・イ
ヤの所期の目的であるワイヤ径の微細化が達成される。
（４）、前記（３）により、ポンディング部を微小化で
きるので、微小ボンディングバソドを備えた高集積の半
導体ベレットについて、信顧性の高い電気的接続が達成
される。
（５）、前記＋１１により、樹脂封止型半導体装置のパ
ッケージのモールド形成工程におけるワイヤ曲がりを防
止できるので、ワイヤタッチ等の不良発生を防止できる
。
（６）、前記（２）により、ポンディング後のワイヤに
引張応力が加わる製品、たとえば熱膨張係数が大きな材
料で形成した半導体装置についても、ワイヤ全体の伸び
により応力を緩和させることができるので、ワイヤの切
断を防止することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
たとえば、銅ワイヤの焼鈍処理の条件として、２５０　
’Ｃ〜３００℃における３０分間のハツチ処理の例を示
したが、これに限るものでなく、同様の目的を達成する
ことができる温度、時間であれば特に限定するものでな
く、また伸線工程において連続的に処理してもよいこと
はいうまでもない。
実際の処理条件は具体的ケースに合わせて実験に基づき
決定されるものである。
また、銅ワイヤとして純度９９．９９９％以上のものに
ついて説明したが、ポールポンディング可能な純度の銅
ワイヤであれば全てについて通用できるものである。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である樹脂封止型半導体装
置、それも搭載された半導体ペレットがシリコーンゲル
で被覆されたものに適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、たとえば、通常の樹脂
封止型半導体装置はいうまでもなく、セラミックパッケ
ージ型等の全ての型式の半導体装置に適用して有効な技
術であり、特に高集積度の半導体装置に適用して好適な
技術である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による一実施例である半導体装置を示
す断面図、 第２図（ａｌは、本発明による一実施例であるワイヤ製
造方法によって得たワイヤを用いて行った実験結果を示
すグラフ、 第２図（ｂｌは、その実験方法を示す概略説明図である
。 ■・・・エポキシ樹脂、２・・・タブ、３・・・金−シ
リコン共晶、４・・・半導体ベレット、５・・・ボンデ
ィングパノド、６・・・外部端子、７・・・銅ワイヤ、
７ａ・・・ポンディング不ノク、８・・・シリコーンゲ
ル、９・・・クランプ。 、７″′−）。 代理人　弁理士　　小　川　ｎ　　郷゛：’：ソ第　　
　１　　図 第　　　２　　図 （叉）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、伸線工程の途中で焼鈍処理を行って製造された高純
    度の銅よりなるボンディングワイヤ。 ２、伸線用の素線材が長さ方向へ一方向凝固して調整さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    ボンディングワイヤ。 ３、焼鈍処理が伸線工程の複数の途中段階で行われるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のボンディン
    グワイヤ。 ４、伸線工程の途中で焼鈍処理を行って調整を行う高純
    度の銅よりなるボンディングワイヤの製造方法。 ５、伸線用の素線材が長さ方向へ一方向凝固して調整さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
    ボンディングワイヤの製造方法。 ６、焼鈍処理が伸線工程の複数の途中段階で行われるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のボンディン
    グワイヤの製造方法。 ７、伸線工程の途中で焼鈍処理を行って調整してなる高
    純度の銅よりなるボンディングワイヤを用いて半導体ペ
    レットの電極と外部への導電部との電気的接続が行われ
    てなる半導体装置。 ８、伸線用の素線材が長さ方向へ一方向凝固して調整さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の
    半導体装置。 ９、焼鈍処理が伸線工程の複数の途中段階で行われるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の半導体装置
    。 １０、シリコーンゲルを被覆した半導体ペレットが搭載
    されてなる樹脂封止型半導体装置であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第７項記載の半導体装置。
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