JPS6258535B2 - - Google Patents
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Description
本発明は半導体のチツプ電極と外部リード部と
を接続するために使用するワイヤボンデイング用
金線及びその半導体素子に関する。 金は耐食性があり、展延性が良くボンデイング
性に優れていることから、一般に金を主成分にし
た金合金が半導体素子のボンデイング用金線とし
て知られている。 従来、このような金合金からなるボンデイング
用金線を酸水素炎又は電気的に溶断し、その際に
できる金ボールを押し潰して150〜300℃の加熱状
態におかれている半導体のチツプ電極と外部リー
ド部に手動式や自動式のボンデイングマシンを用
いて接続していた。 しかるに従来から使用されている金線は直径50
μmm以下の細線にすると、引張強さが弱く、線引
加工中に断線したり、あるいはボンデイング作業
中に断線を起したり、さらにボンデイング金線を
溶断したときにボンデイング金線本来の繊維状結
晶組織が失われる再結晶による結晶粒の粗大化を
起しもろくなつたり、あるいは金ボールの形状が
一定せずボンデイング後の接合強度が低下したり
するなどの欠点があつた。 又、上記のように150〜300℃の温度で熱圧着す
るため、ボンデイング金線が軟化し、チツプ電極
と外部リード部を接続するボンデイング金線のル
ープ形状がたるみを生じて外部リード部をシヨー
トしたり、さらに樹脂をモールドする場合、ボン
デイング金線が軟化によつて変形しシヨートや断
線の原因となつたり、あるいは径時的に軟化して
引張強さが低下し断線したりする欠点があつた。 従来のボンデイング金線は一般的なところで金
合金の金の純度が99.99重量%以上であり、金以
外の元素の合計重量が100重量ppm以下である場
合が最も多い。 金以外の元素の成分や含有量は、金の産出地の
自然的影響や必要上故意に添加する人為的影響に
より各々異なるものの、いずれも金に特有の元素
を精製せずに残して、又は人為的に添加してボン
デイング性を向上させるようにするものであつ
た。例えば、鉄元素を含有せしめた金合金を使用
したり、銀と銅の合計重量を限定して含有せしめ
た金合金を使用したり、カルシウムやゲルマニウ
ムや鉛等を含有せしめた金合金を使用したりして
ボンデイング性を向上しようとしていた。 しかしながら、ボンデイング金線が必要とする
要素には、引張強さが大きいこと、高温強度
が大きいこと、経時軟化が少ないこと、金ボ
ールの形状が真球に近く且つ一定していること、
ボンデイング後の接合強度が大きいことの五要
素が最小限必要であり、特にシリコンチツプ電極
の半導体素子の場合にはボンデイング後シリコン
の半導体特性に悪影響を与えない為に前記第要
素が要求される。このように多くの要素が必要と
されるため従来の金合金では、これらすべての要
素を満足させる金線を得ることができなかつた。 そこで、上記5要素を全て満足させるために、
金とそれに添加する特定元素の含有量によつて金
合金自体のバランスを向上させる改善が行われ
た。 すなわち、上記特定元素が銀(Ag)、カルシウ
ム(Ca)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)をベー
スとし、それらをもつて、あるいはさらにゲルマ
ニウム(Ge)、ベリリウム(Be)、タリウム
(Tl)、ガリウム(Ga)から選ばれる一元素を加
えた元素群(第一元素)からなり、Au−Ag−Ca
−Fe−Mg、Au−Ag−Ge−Ca−Fe−Mg、Au−
Ag−Be−Ca−Fe−Mg、Au−Ag−Tl−Ca−Fe
−Mg、Au−Ag−Ga−Ca−Fe−Mg合金とし、
その含有量によつて金線のバランスをとるように
している。 しかるに上記各金合金の場合は、前記第一元素
群以外の元素中より〜要素に影響を与えにく
い元素(第二元素群)、例えば、チタン(Ti)、
銅(Cu)、シリコン(Si)、錫(Su)、ビスマス
(Bi)、マンガン(Mn)、鉛(Pb)、ニツケル
(Ni)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、アルミニ
ウム(Al)、パラジウム(Pd)を所定含有量(30
重量ppm)以下に抑えることによつてその改善
効果をより高めようとするものである。 しかしながら本発明者によれば上記第二元素群
中の鉛(Pb)に関し、その機械的特性(引張強
度)を利用せんとして前記第一元素群中に含めら
れないか、すなわち鉛の含有量を30重量ppm以
上含有できないかを実験したところ、他のベース
元素(Ag,Ca,Fe,Mg)の含有量及び鉛を除
く他の第二元素群の含有量を調整することによつ
て、金線のバランスを保持し前記〜要素を満
足し得て前記金合金と同等の特性をもつAu−Ag
−Pb−Ca−Fe−Mg合金を得た。 而して本発明の目的は上記〜の五要素を満
してボンデイング性に優れた金線及びボンデイン
グ後の半導体特性に優れた半導体素子を提供する
ことにある。 斯る本発明金線は、銀(Ag)2〜80重量
ppm、鉛(Pb)35〜150重量ppm、カルシウム
(Ca)1〜8重量ppm、鉄(Fe)0.5〜5重量
ppm、マグネシウム(Mg)0.5〜5重量ppmを含
有し、残りが金(Au)であることを特徴とし、
又本発明半導体素子はシリコンチツプ電極と、銀
(Ag)2〜80重量ppm、鉛(Pb)35〜150重量
ppm、カルシウム(Ca)1〜8重量ppm、鉄
(Fe)0.5〜5重量ppm、マグネシウム(Mg)0.5
〜5重量ppm、残りを金としたボンデイング用
金線との接続体から成ることを特徴とする。 上記金に含有される元素、すなわち銀、鉛、カ
ルシウム、鉄及びマグネシウム(第一元素群とす
る)は前記組成範囲で共働して金線自体のバラン
スを保持し前記〜の五要素を満す。 すなわち銀はその含有量が2重量ppm以下で
は金線が経時軟化を起し、80重量ppm以上では
ボンデイング後の接合強度が低下する。 鉛はその含有量が35重量ppmでは引張強度が
低下し150重量ppm以上では粒界破断を起した。 カルシウムはその含有量が1重量ppm以下で
は高温時の引張強度が低下し、8重量ppm以上
では靭性が失われる。 鉄はその含有量が0.5重量ppm以下では引張強
さが低下し、5重量ppm以上ではボンデイング
時金線表面に酸化被膜が生成し、ボンデイング後
の接合強度が低下する。 マグネシウムはその含有量が0.5重量ppm以下
では引張強さが低下し、5重量ppm以上では溶
断時の金ボール形状が悪くなる。 上記組成範囲内であればボンデイング性は維持
できるが、好ましくは上記第一元素群の総含有量
が39〜248重量ppmであるとよい。すなわち上記
Au−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金が他の元素の影
響を受けやすく量差した際に、その総含有量が39
重量ppm以下ではボンデイング金線が経時軟化
を起しやすくなり、248重量ppm以上では金ボー
ルの形状が不安定になりやすく、またボンデイン
グ後の接合強度が低下しやすくなる。 上記金線、Au−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金に
は前記〜の五要素に影響を与えにくい元素と
影響を与えやすい元素とがある。 なぜなら上記Au−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金
の組成範囲が重量ppmのオーダーであるため、
通常の金合金と異なり、特にボンデイング金線と
して要求されるからである。 上記影響を与えにくい元素(第二元素群とす
る)としてはチタン(Ti)、銅(Cu)、シリコン
(Si)、錫(Su)、ビスマス(Bi)、マンガン
(Mn)、ニツケル(Ni)、クロム(Cr)、コバルト
(Co)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)の
各元素であり、これらの各元素は上記金線の五要
素に対して一様に働き、最大20重量ppmを越え
なければ金線自体のバランスを阻害しない。 上記第二元素群の各元素は自然的影響により又
は製造の都合などの人為的影響により金線合金中
に混入されやすい。 上記第一及び第二元素群以外の元素、すなわち
金線に要求される五要素に影響を与えやすい元素
(第三元素群とする)はカドミウム(Cd)、亜鉛
(Zn)、アンチモン(Sb)、ヒソ(As)、ボロン
(B)等であつて、上記金線合金のバランスを阻
害しやすく、人為的影響により混入している場合
でも精製などにより極力取り除かなければならな
い。 上記第三元素群がその総含有量で5重量ppm
を越えれば、量産したときに金線合金、Au−Ag
−Pb−Ca−Fe−Mg合金のバランスがくずれ金
線の特性が低下しやすくなる。 上記組成範囲のAu−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合
金から成る金線はシリコンチツプ電極に熱圧着法
などで接続し一体として半導体素子が形成される
が、従来の金線に比し非常に好都合である。 すなわち、従来金線であれば、ボンデイング時
の熱影響で金線とシリコンチツプ電極との接合層
が厚くなり接合強度が低下するのに対し、本発明
のバランスのとれたAu−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg
合金からなる金線は熱影響を受け難くボンデイン
グ後も接合層が薄く接合強度が大きく、シリコン
半導体特性が優れている。 以下に実施例を示す。 各試料はAu−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金を溶
解鋳造し、線引加工により直径25μmmの極線ボン
デイング金線としたものである。 各試料の元素及びその含有量は次表(1)に示す通
りであつて、その試料No.1〜4は本発明の実施
品、No.5〜8は比較品を示す。
を接続するために使用するワイヤボンデイング用
金線及びその半導体素子に関する。 金は耐食性があり、展延性が良くボンデイング
性に優れていることから、一般に金を主成分にし
た金合金が半導体素子のボンデイング用金線とし
て知られている。 従来、このような金合金からなるボンデイング
用金線を酸水素炎又は電気的に溶断し、その際に
できる金ボールを押し潰して150〜300℃の加熱状
態におかれている半導体のチツプ電極と外部リー
ド部に手動式や自動式のボンデイングマシンを用
いて接続していた。 しかるに従来から使用されている金線は直径50
μmm以下の細線にすると、引張強さが弱く、線引
加工中に断線したり、あるいはボンデイング作業
中に断線を起したり、さらにボンデイング金線を
溶断したときにボンデイング金線本来の繊維状結
晶組織が失われる再結晶による結晶粒の粗大化を
起しもろくなつたり、あるいは金ボールの形状が
一定せずボンデイング後の接合強度が低下したり
するなどの欠点があつた。 又、上記のように150〜300℃の温度で熱圧着す
るため、ボンデイング金線が軟化し、チツプ電極
と外部リード部を接続するボンデイング金線のル
ープ形状がたるみを生じて外部リード部をシヨー
トしたり、さらに樹脂をモールドする場合、ボン
デイング金線が軟化によつて変形しシヨートや断
線の原因となつたり、あるいは径時的に軟化して
引張強さが低下し断線したりする欠点があつた。 従来のボンデイング金線は一般的なところで金
合金の金の純度が99.99重量%以上であり、金以
外の元素の合計重量が100重量ppm以下である場
合が最も多い。 金以外の元素の成分や含有量は、金の産出地の
自然的影響や必要上故意に添加する人為的影響に
より各々異なるものの、いずれも金に特有の元素
を精製せずに残して、又は人為的に添加してボン
デイング性を向上させるようにするものであつ
た。例えば、鉄元素を含有せしめた金合金を使用
したり、銀と銅の合計重量を限定して含有せしめ
た金合金を使用したり、カルシウムやゲルマニウ
ムや鉛等を含有せしめた金合金を使用したりして
ボンデイング性を向上しようとしていた。 しかしながら、ボンデイング金線が必要とする
要素には、引張強さが大きいこと、高温強度
が大きいこと、経時軟化が少ないこと、金ボ
ールの形状が真球に近く且つ一定していること、
ボンデイング後の接合強度が大きいことの五要
素が最小限必要であり、特にシリコンチツプ電極
の半導体素子の場合にはボンデイング後シリコン
の半導体特性に悪影響を与えない為に前記第要
素が要求される。このように多くの要素が必要と
されるため従来の金合金では、これらすべての要
素を満足させる金線を得ることができなかつた。 そこで、上記5要素を全て満足させるために、
金とそれに添加する特定元素の含有量によつて金
合金自体のバランスを向上させる改善が行われ
た。 すなわち、上記特定元素が銀(Ag)、カルシウ
ム(Ca)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)をベー
スとし、それらをもつて、あるいはさらにゲルマ
ニウム(Ge)、ベリリウム(Be)、タリウム
(Tl)、ガリウム(Ga)から選ばれる一元素を加
えた元素群(第一元素)からなり、Au−Ag−Ca
−Fe−Mg、Au−Ag−Ge−Ca−Fe−Mg、Au−
Ag−Be−Ca−Fe−Mg、Au−Ag−Tl−Ca−Fe
−Mg、Au−Ag−Ga−Ca−Fe−Mg合金とし、
その含有量によつて金線のバランスをとるように
している。 しかるに上記各金合金の場合は、前記第一元素
群以外の元素中より〜要素に影響を与えにく
い元素(第二元素群)、例えば、チタン(Ti)、
銅(Cu)、シリコン(Si)、錫(Su)、ビスマス
(Bi)、マンガン(Mn)、鉛(Pb)、ニツケル
(Ni)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、アルミニ
ウム(Al)、パラジウム(Pd)を所定含有量(30
重量ppm)以下に抑えることによつてその改善
効果をより高めようとするものである。 しかしながら本発明者によれば上記第二元素群
中の鉛(Pb)に関し、その機械的特性(引張強
度)を利用せんとして前記第一元素群中に含めら
れないか、すなわち鉛の含有量を30重量ppm以
上含有できないかを実験したところ、他のベース
元素(Ag,Ca,Fe,Mg)の含有量及び鉛を除
く他の第二元素群の含有量を調整することによつ
て、金線のバランスを保持し前記〜要素を満
足し得て前記金合金と同等の特性をもつAu−Ag
−Pb−Ca−Fe−Mg合金を得た。 而して本発明の目的は上記〜の五要素を満
してボンデイング性に優れた金線及びボンデイン
グ後の半導体特性に優れた半導体素子を提供する
ことにある。 斯る本発明金線は、銀(Ag)2〜80重量
ppm、鉛(Pb)35〜150重量ppm、カルシウム
(Ca)1〜8重量ppm、鉄(Fe)0.5〜5重量
ppm、マグネシウム(Mg)0.5〜5重量ppmを含
有し、残りが金(Au)であることを特徴とし、
又本発明半導体素子はシリコンチツプ電極と、銀
(Ag)2〜80重量ppm、鉛(Pb)35〜150重量
ppm、カルシウム(Ca)1〜8重量ppm、鉄
(Fe)0.5〜5重量ppm、マグネシウム(Mg)0.5
〜5重量ppm、残りを金としたボンデイング用
金線との接続体から成ることを特徴とする。 上記金に含有される元素、すなわち銀、鉛、カ
ルシウム、鉄及びマグネシウム(第一元素群とす
る)は前記組成範囲で共働して金線自体のバラン
スを保持し前記〜の五要素を満す。 すなわち銀はその含有量が2重量ppm以下で
は金線が経時軟化を起し、80重量ppm以上では
ボンデイング後の接合強度が低下する。 鉛はその含有量が35重量ppmでは引張強度が
低下し150重量ppm以上では粒界破断を起した。 カルシウムはその含有量が1重量ppm以下で
は高温時の引張強度が低下し、8重量ppm以上
では靭性が失われる。 鉄はその含有量が0.5重量ppm以下では引張強
さが低下し、5重量ppm以上ではボンデイング
時金線表面に酸化被膜が生成し、ボンデイング後
の接合強度が低下する。 マグネシウムはその含有量が0.5重量ppm以下
では引張強さが低下し、5重量ppm以上では溶
断時の金ボール形状が悪くなる。 上記組成範囲内であればボンデイング性は維持
できるが、好ましくは上記第一元素群の総含有量
が39〜248重量ppmであるとよい。すなわち上記
Au−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金が他の元素の影
響を受けやすく量差した際に、その総含有量が39
重量ppm以下ではボンデイング金線が経時軟化
を起しやすくなり、248重量ppm以上では金ボー
ルの形状が不安定になりやすく、またボンデイン
グ後の接合強度が低下しやすくなる。 上記金線、Au−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金に
は前記〜の五要素に影響を与えにくい元素と
影響を与えやすい元素とがある。 なぜなら上記Au−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金
の組成範囲が重量ppmのオーダーであるため、
通常の金合金と異なり、特にボンデイング金線と
して要求されるからである。 上記影響を与えにくい元素(第二元素群とす
る)としてはチタン(Ti)、銅(Cu)、シリコン
(Si)、錫(Su)、ビスマス(Bi)、マンガン
(Mn)、ニツケル(Ni)、クロム(Cr)、コバルト
(Co)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)の
各元素であり、これらの各元素は上記金線の五要
素に対して一様に働き、最大20重量ppmを越え
なければ金線自体のバランスを阻害しない。 上記第二元素群の各元素は自然的影響により又
は製造の都合などの人為的影響により金線合金中
に混入されやすい。 上記第一及び第二元素群以外の元素、すなわち
金線に要求される五要素に影響を与えやすい元素
(第三元素群とする)はカドミウム(Cd)、亜鉛
(Zn)、アンチモン(Sb)、ヒソ(As)、ボロン
(B)等であつて、上記金線合金のバランスを阻
害しやすく、人為的影響により混入している場合
でも精製などにより極力取り除かなければならな
い。 上記第三元素群がその総含有量で5重量ppm
を越えれば、量産したときに金線合金、Au−Ag
−Pb−Ca−Fe−Mg合金のバランスがくずれ金
線の特性が低下しやすくなる。 上記組成範囲のAu−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合
金から成る金線はシリコンチツプ電極に熱圧着法
などで接続し一体として半導体素子が形成される
が、従来の金線に比し非常に好都合である。 すなわち、従来金線であれば、ボンデイング時
の熱影響で金線とシリコンチツプ電極との接合層
が厚くなり接合強度が低下するのに対し、本発明
のバランスのとれたAu−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg
合金からなる金線は熱影響を受け難くボンデイン
グ後も接合層が薄く接合強度が大きく、シリコン
半導体特性が優れている。 以下に実施例を示す。 各試料はAu−Ag−Pb−Ca−Fe−Mg合金を溶
解鋳造し、線引加工により直径25μmmの極線ボン
デイング金線としたものである。 各試料の元素及びその含有量は次表(1)に示す通
りであつて、その試料No.1〜4は本発明の実施
品、No.5〜8は比較品を示す。
【表】
【表】
上記各試料をもつて機械的性質、その他の諸特
性を測定した結果を表(2)に示す。 尚、表の′項中の初期とは線引加工した直後
の引張強さをいう。
性を測定した結果を表(2)に示す。 尚、表の′項中の初期とは線引加工した直後
の引張強さをいう。
【表】
上記表から明らかなように、本発明の実施品No.
1〜No.4がいずれも上記表(2)中の項目′〜′を
全て満足するのに対し、比較品No.5〜No.8はいず
れも項目′〜′を全て満足するものではない。 この項目′〜′は前述したボンデイング線に
要求される前記五要素〜に対応した特性を示
すものである。 上記実施例であきらかなように、本発明による
バランスの保たれた金線は、ボンデイング金線と
しての性能が優れており、かつ、シリコンチツプ
電極に溶接して接続体として構成されたものは、
接合強度が大きく半導体素子としての性能が優れ
ていることがわかる。 よつて、本発明の目的を達成することができ
る。
1〜No.4がいずれも上記表(2)中の項目′〜′を
全て満足するのに対し、比較品No.5〜No.8はいず
れも項目′〜′を全て満足するものではない。 この項目′〜′は前述したボンデイング線に
要求される前記五要素〜に対応した特性を示
すものである。 上記実施例であきらかなように、本発明による
バランスの保たれた金線は、ボンデイング金線と
しての性能が優れており、かつ、シリコンチツプ
電極に溶接して接続体として構成されたものは、
接合強度が大きく半導体素子としての性能が優れ
ていることがわかる。 よつて、本発明の目的を達成することができ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 銀2〜80重量ppm、鉛35〜150重量ppm、カ
ルシウム1〜8重量ppm、鉄0.5〜5重量ppm、
マグネシウム0.5〜5重量ppmを含有し、残りが
金であることを特徴とする半導体素子のボンデイ
ング用金線。 2 特許請求の範囲第1項記載において、上記金
がチタン、銅、シリコン、錫、ビスマス、マンガ
ン、ニツケル、クロム、コバルト、アルミニウ
ム、パラジウムの一種又は複数を含有し、その総
含有量が20重量ppm以下であることを特徴とす
るボンデイング用金線。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項記載におい
て、金が上記元素以外の不純物元素を含有し、そ
の総含有量が5重量ppm以下であることを特徴
とするボンデイング用金線。 4 シリコンチツプ電極と、銀2〜80重量
ppm、鉛35〜150重量ppm、カルシウム1〜8重
量ppm、鉄0.5〜5重量ppm、マグネシウム0.5〜
5重量ppm、残りを金としたボンデイング用金
線との接続体から成る半導体素子。 5 特許請求の範囲第4項記載において、上記金
がチタン、銅、シリコン、錫、ビスマス、マンガ
ン、ニツケル、クロム、コバルト、アルミニウ
ム、パラジウムの一種又は複数を含有し、その総
含有量が20重量ppm以下であることを特徴とす
る半導体素子。 6 特許請求の範囲第4項又は第5項記載におい
て、金が上記元素以外の不純物元素を含有し、そ
の総含有量が5重量ppm以下であることを特徴
とする半導体素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2547380A JPS56122140A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Gold wire for bonding semiconductor element and semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2547380A JPS56122140A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Gold wire for bonding semiconductor element and semiconductor element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56122140A JPS56122140A (en) | 1981-09-25 |
JPS6258535B2 true JPS6258535B2 (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=12167001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2547380A Granted JPS56122140A (en) | 1980-02-29 | 1980-02-29 | Gold wire for bonding semiconductor element and semiconductor element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS56122140A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62278241A (ja) * | 1986-05-26 | 1987-12-03 | Shoei Kagaku Kogyo Kk | ボンデイングワイヤ |
GB2231336B (en) * | 1989-04-28 | 1993-09-22 | Tanaka Electronics Ind | Gold wire for the bonding of a semiconductor device |
CN106298721B (zh) * | 2016-08-19 | 2017-07-28 | 广东佳博电子科技有限公司 | 一种键合金丝及其制备方法 |
-
1980
- 1980-02-29 JP JP2547380A patent/JPS56122140A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS56122140A (en) | 1981-09-25 |
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