JPS6270547A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6270547A
JPS6270547A JP60210115A JP21011585A JPS6270547A JP S6270547 A JPS6270547 A JP S6270547A JP 60210115 A JP60210115 A JP 60210115A JP 21011585 A JP21011585 A JP 21011585A JP S6270547 A JPS6270547 A JP S6270547A
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JP
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bonding
wire
lead wire
semiconductor device
aluminum
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Michio Sato
道雄 佐藤
Isao Suzuki
功 鈴木
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Toshiba Corp
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Publication date
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体のチップ電極と外部引出し用リードフレ
ームのインナーリード部とをワイヤボンディングした半
導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に、トランジスタ、ＩＣ（集積回路）。
ＬＳＩ（大規模集積回路）の如き半導体装置としては、
例えば第１図に示す構造のものが知られている。ダイフ
レームｌの上に半導体チップであるペレット２をダイボ
ンディングし、このペレット２の電極とリードフレーム
３とをボンディングワイヤ４で電気的に接続した後、こ
れらを樹脂５でモールディングすることにより形成され
る。
上記ボンディング用リード線としては、展延性が良く、
ボンティング性および耐食性に優れている金（Ａｕ）が
多く用いられている。１７かし、金は高価であるために
半導体装置のコストを低減することが難しく、そのため
、近年ではアルミニウムあるいはアルミニウム合金（Ａ
ｔ−１，０ｗｔ％ｓ　ｉ　。
Ａｔ−１，□ｗｔ％Ｍｇ等）をホンティング用のリード
線に用いている。
しかしながら、前記プラスチックパッケージはボンディ
ング線が直接樹脂に包まれた状態になっているため、動
作中の発熱によってボンディング線には引張応力が加わ
る問題がある。これはモールド樹脂（シリコン樹脂：　
３２Ｘ１０　’／Ｃ）とボンディング線（アルミニウム
：２３×１０７℃）およびリードフレーム（４２合金：
　４．５Ｘ１０　７℃）の熱膨張係数が大きく異なるた
めで、高温雰囲気になると相互間の熱脹脹差によってボ
ンディング線には引張応力が作用する。このような動作
中の発熱により生ずる引張応力が長時間にわたってボン
ディング線に作用すると、ボンディング線は結晶粒の成
長（再結晶）を伴って高温強度が低下し、結晶強度が低
下し、結晶粒界からクラックが発生してクリープ破断す
る場合がある。
また動作中の温度変化が前記場合に比べて速いときには
、ボンディング線には引張応力が繰返し作用するため、
ボンディング線は低サイクル疲労による断線不良を起こ
すことがある。
さらに樹脂をモールドする場合、アルミニウム線は再結
晶温度が低いため、ボンディング用アルミニウム線が軟
化によって変形してショートや断線を起こす場合があっ
た。
〔発明の目的〕
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、クリープ強
度と低サイクル疲労および高温の引張強さの高いボンデ
ィング用リード線を用いた半導体装置を提供するもので
ある。
〔発明の概要〕
本発明は高純度アルミニウム（Ａｚ）に、酸化アルミニ
ウム（Ａ　ｔ２０ｇ　）を０．２〜１．０”７０１％含
有したボンディング用リード線を用いてなることを特徴
とする半導体装置を第１発明とし、高純度アルミニウム
（ｈｔ）に、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）。
シリコン（Ｓｉ）からなる群より１種を０．５〜１．５
ｗｔチと、酸化アルミニウム（ｋｋ　０３　）を０．２
〜１．０ｖｏ１％含有したボンディング用リード線を用
いてなることを特徴きする半導体装置を第２発明とする
ものである。
次に本発明のボンディング線を構成する各成分の作用お
よびその添加量の限定理由について説明する。
第１発明の高純度アルミニウム中に含有されるＡｌ４０
３の量は、０．２〜１．Ｑｖｏ１％であることが好まし
く、その含有量がＱ、　２ｖｏ１％未満では冒温での引
張強さが得られず、したがって耐クリープ性および耐疲
労性は低下する。酸化物が１．Ｑｖｏ１％を超えると、
ボンディング線が高硬度になって最適なボンディングル
ープ形状が得られないばかりでなく、ボンディング時の
圧接力の増大によるチップの損傷を起こし易く、かつ電
気抵抗が増大する不具合がある。
第２発明において、マトリックス金属としてアルミニウ
ム合金を用いた場合には、後熱処理により所出物が現わ
れ、その析出硬化と微細粒子の分散強化が重畳した引張
強さの高い複合体が得られる。したがって、高純度アル
ミニウムに銅、マグネシウム、シリコンのうち１むを０
．５〜１．　５　ｗｔ％添加することが好ましく、その
添加量が０．５ｗｔ％未満では高温時の引張強さが高純
度アルミニウムの場合と比べてあまり向上せず、１．５
　Ｗ　ｔ’％を超えると析出相が増加し、靭性が失われ
て加工性が低下する。
アルミニウムあるいはアルミニウム合金のマトリックス
中に分散されるｈｔ２ｏ、粒子は、マトリックス金属原
子間の転位運動を抑制して原子間のすべり防止に必要な
力を増大させ、もってボンディング用リード線の引張強
さを増強させるものである。したがってＡｔ２０．粒子
の粒径は小さいほど均一な分散状態が得られ効果的であ
る。このため粒径は０．１μｍ以下であることが好まし
く、更に好ましくは０．０１〜０．０５μｍの範囲であ
る。
分散粒子の粒径が大きくなると、マトリックスと分散粒
子との境界における界面強度の低下に伴ない、引張強さ
が低下する。一方、粒径が小さくなると、複合化工程中
に分散粒子の凝集が起こり、分散強化の効果が減少して
引張強さが低下する。
分散粉末に対してマトリックス粉末の粒径は、マトリッ
クス粉末が分散粉末を内部へとりこみ複合体を形成する
ので、２〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。
複合体の製造方法は、分散強化材において通常行なわれ
ている粉末冶金法、半溶融成形法等の方法を用いればよ
く、好ましくは、高速度で混合粉を攪拌して複合成形体
を形成する微粒子混合法を使用すればよい。
線引き加工後、熱処理を行なって粗大で力１つアスペク
ト比の大きな結晶粒を形成すること力Ｓ好ましい。この
ような組織を有することによって、長手方向の高温強さ
が向上するので、耐り１ノ−ブ性および耐疲労性が良好
となる。
〔発明の効果〕
本発明は、高純度アルシミニウム中番こ微細なＡＬｚＯ
３粒子が均一に分散されているので、高温での引張強さ
が優れ、温度サイクルによって発生する弓１張応力の負
荷によるクリープおよび低サイクル疲労の破断寿命が大
幅に向上する。また高純度アルミニウムに銅、マグネシ
ウム、シ１１コンを推力ｕしたアルミニウム合金を用い
ることζこよって、高温での引張強さが向上するので、
より一層破■斤寿命力Ｓ増大することになる。このよう
（こ本発明１こよれ１よ温度変化に対して長時間にわた
って安定した性能を発揮する半導体装置を提供すること
力３できる。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の詳細な説明する。
実施例１ 平均粒径４．５μｍ　の高純度アルミニウム（９９，９
９％）と平均粒径０．０５μｍのＡｌ２Ｏ３をボールミ
ル内に装填した後、Ａｒガスを充填してかくはん混合し
た。
得られた複合体を脱気した容器に装填して５５０℃に加
熱後、熱間押出し成形した。次に線引き加工後、４５０
℃で一方向熱処理を行ない、さらに線引き加工により直
径０．２　ｍｓの線材に成形した。
得られた線材のＡ２１０８粒子の含有量は０，９２ＶＯ
Ｉチで、アスペクト比（結晶粒の長さと幅の比）は２５
であった。
上記試料について、常温〜５００℃まで引張強さを微小
引張試験機を用いて測定した。なお引張試験は、各加熱
温度で３０秒間保持した後に行なった。その結果を第２
図に示す。また従来の高純度（９９，９９チ）アルミニ
ウム線材の引張強さについても併記した。図から明らか
なように、本実施例の試料は、従来材に比べて引張強さ
が高く、さらにこの曲線から再結晶温度が高いことが明
らかである。
次に本実施材と従来材ｌこついて、定荷重クリープ試験
を行なった。クリープ試験は、温度２５０Ｄで引張応力
が２＃／−になるように荷重を加え、試料がクリープ破
断するまでの時間を測定することによって実施した。そ
の結果を第１表に示す。
この表より明らかなように、本実施例材は従来例材に比
べてクリープ強さが向上していることが確認された。
さらに試作した疲労試験機を用いて、実施例材と従来例
材について疲労試験を行なった。試験条件は次に示す通
りで、疲労試験は破断するまでの繰返し数を測定するこ
とによって行なった。
引張応カニ　３＃／ｍ” 応力波形二三角波 繰返し速度：　　１０　　Ｃ／Ｓ 温　　　　　度　：　　２５０℃ これより、実施例材は従来例材に比べて高１．Ｎ疲労強
さを有していることが確認された。
実施例２〜４ 平均粒径ｓ、ｏμｍのＡＬ−０，９８ｗｔ％　Ｃｕ合金
。
Ａｔ−１，０２ＷｔチＭｇ合金およびＡｔ−Ｑ、９５Ｗ
ｔチＳｉ合金と平均粒径０．０５μｍのＡＬｚＯｓを用
いて、実施例１と同様な方法によって直径０．２　ｍの
線材に成形した。得られた線材のＡ　ＬｔＯ！粒子の含
有量は、Ａｔ−０，９８ｗｔ％Ｃｕ合金では０，８５　
ｖｏ１％　、　ＡＡ−１，０２ｗｔ％Ｍｇ合金では０．
８８Ｖｏ１％、ＡＬ−０．９５ｗｔ％８ｉ合金では０．
Ｂ３ｖｏ１％で、アスペクト比はそれぞれ２４，２２．
２０であった。
実施例２〜４の引張試験の結果を第２図に示す。
これより、合金化することによって高温の引張強さは実
施例１に比べて向上している。また従来のＡｔ−Ｃｕ合
金、ＡＬ−Ｍｇ合金およびＡｔ−８ｉ合金線材の引張強
さについても併記した。図から明ら□かなように、本実
施例の試料は、従来材に比べて引張強さが高く、高温強
さに優れていることが確認された。さらにクリープおよ
び疲労試験の結果を第１表に示す。この表より明らかな
ように、本実施例２〜４は実施例１と同様に優れた特性
を有している。
４−図一面舎簡一叶骨 ４団面偽朝羊が娩Ｅ句 第１図は樹脂封止型ＩＣを示す概略断面図、第２図は本
発明に係るボンディング用リード線の特性例を示す曲線
図。
代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）高純度アルミニウムに、酸化アルミニウム（Ａｌ
    ＿２Ｏ＿３）を０．２〜１．０ｖｏｌ％含有したボンデ
    ィング用リード線を用いてなることを特徴とする半導体
    装置。
  2. （２）高純度アルミニウムに、銅（Ｃｕ）、マグネシウ
    ム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）からなる群より１種を０
    ．５〜１．５ｗｔ％と、酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ
    ＿３）を０．２〜１．０ｖｏｌ％含有したボンディング
    用リード線を用いてなることを特徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2015172225A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 矢崎総業株式会社 アルミニウム材料、電線用導体および車両用電線。

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