JPS6289348A - 銅ボンデイングワイヤとその製造方法 - Google Patents

銅ボンデイングワイヤとその製造方法

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JPS6289348A
JPS6289348A JP60230644A JP23064485A JPS6289348A JP S6289348 A JPS6289348 A JP S6289348A JP 60230644 A JP60230644 A JP 60230644A JP 23064485 A JP23064485 A JP 23064485A JP S6289348 A JPS6289348 A JP S6289348A
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関田　克男
Takeshi Seya
瀬谷　武司
Tomio Iizuka
飯塚　富雄
Sadahiko Sanki
参木　貞彦
Koichi Tamura
幸一 田村
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＩＣ、トランジスタ等の半導体装置に使用され
る銅ボンディングワイヤとその製造方法に関するもので
ある。
［発明の背景と目的］ ＩＣ、トランジスタ等の半導体装置においては、半導体
の電極と外部リード線をつなぐものとして、一般に髪の
毛よりも細いボンディングワイヤが使用される。このよ
うなボンディングワイヤには、硬度、引張強度、伸び等
の機械的特性、耐蝕性および接合性（ワイヤボンディン
グ性）が要求され、更に製造面からは細線化への加工性
が要求される。
金線は、このような要求特性をほとんど満足するものと
して、ボンディングワイヤとして最も広く使用されてい
るが、高温環境下では必ずしも満足すべき機械的特性が
得られないという問題がある。
すなわち、高温環境下では高温劣化により信頼性が低下
するという問題があり、それによって高温環境での使用
が制限されるために金線の合金化への検討がなされてい
る。そしてその一方では、金線は高価であるとともに価
格変動が激しいことから、銅線への代替が真剣に検討さ
れている。
銅線への代替については、一般の電線・ケーブル用導体
として存在する銅線は純度が９９．９５〜９９．９９９
％程度である。このような銅線は金線と比較して硬度が
高く、従ってこのような銅線をボンディングワイヤとし
て使用した場合には、ワイヤホンディングの際に半導体
素子に割れなどのホンディングダメージを与えるという
問題を生じる。この問題については銅線の純度を上げる
（不純物含有量１０ｐｐｍ以下）ことによって銅線を金
線なみに軟質化して解決できることが明らかにされてい
る。
ここで発明者らは、高純度銅線のボンディングワイヤと
しての検討を行ったところ、高温環境下での機械的特性
特にネック切れ、高温劣化、ルーピング特性において銅
線の金線に対する優位性が認められるに至り、そして又
そのような満足すべき機械的特性を持つ銅線を得るため
には、必ずしも銅線の高純度化だけでは解決し得ないこ
とが分ったのである。すなわち、ボンディングワイヤと
して髪の毛よりも細い高純度の銅線を得るためには、一
般的には高純度の銅の素材を用意し、これを線引加工し
て（加工度９０％以上）所要線径にした後熱処理すると
いう方法がとられるが、この方法で最初に工業的に最も
普通に考えられる熱処理を行ったところ、引張強度およ
び伸びの値がいずれも所望値よりも低く疲労強度も低い
ことが分った。又、同じ方法で特に引張強度を確保する
ために熱処理の調整を行ったところ、所望の引張強度は
得られるが伸びが低くルーピング特性が悪くなることが
分かったので必る。すなわち、高純度銅の素材を９０％
以上の加工度をもって線引加工してボンディングワイヤ
として使用される５０μ以下の銅線にした場合には、そ
の後どの様な熱処理を施しても得られた銅線の引張強度
は２０〜２３Ｋｓ／ｍｉｔ、伸び７〜１０％程度であり
、これは従来の金線と同等程度の特性である。しかしな
がらこの場合銅線の引張特性を２０〜２３に３／−にす
ることによって銅線の本来の疲労強度が低下し、このた
め銅線の金線に対する優位性とみられるネック切れ、高
温劣化、ルーピング特性の向上が認められなくなった。
又、ここで熱処理調整により銅線の引張強度の向上を図
ると、銅線の引張強度は４０〜５Ｃ１／−になるが、こ
の場合は金線と比較して伸び、ルーピング特性が低下し
、ネック強度が金線と同等程度になり、とうてい銅線の
金線に対する優位性が認められなくなったのである。
そこで本発明者らは、更に前記熱処理に基づき得られた
高純度銅線のそれぞれ結晶組織を実際に調べてみたとこ
ろ、結晶組織としては最初の普通の熱処理の場合は銅線
の直径に対し２〜３個しか存在し得ない１５μ以上の大
きな結晶粒が存在し、後の熱処理調整の場合は３〜５μ
程度の小さな結晶粒と１５〜２５μ程度の大きな結晶粒
が混在していることが分かったのである。
本発明はこのような事実に着目し、そして製造過程を通
して銅の結晶組織の改善を図ることにより従来の金線よ
りも優位性を持った所望の機械的特性の銅線が得られる
との前提に立って、高純度銅線の機械的特性と結晶組織
との関係を実験により追求していった結果見い出された
ものである。
　５一 本発明の目的は従来の金線に勝る引張強度および高温環
境下での機械的特性を有すると共に安価な銅ボンディン
グワイヤとその製造方法を提供することにある。
［発明の概要］ すなわち、本発明の要旨は、銅中に含有された不純物の
量が１１０１）ｐ以下の高純度銅からなり、結晶組織と
しては個々の結晶粒の大きさが１５μ以下でそれらの結
晶粒の大きさのバラツキが７μ以下に調整された多数の
均一微細な結晶粒の結合組織からなることを特徴とする
銅ポンディングワイヤと、銅中に含有された不純物の量
が１０ｐｐｍ以下の高純度銅の素材を９０％以上の加工
度をもって線引加工して所要の線径にする方法において
、線引加工による素材の加工度が９０％を越える毎に当
該素材を再結晶温度ぎりぎりの１５０〜２５０℃の温度
範囲で低温中間焼鈍しながら素材を線引加工することを
特徴とする銅ポンディングワイヤの製造方法におる。
本発明において、銅線の結晶粒の大きさを＝　６− １５μ以下にした理由は、結晶粒を微細化せしめること
により銅線の引張強度および伸びなどの機械的特性を向
上せしめるためで必るが、１５μを越える大きさの結晶
粒ではそのような向上効果を大きく期待することができ
ない。
又、銅線の結晶粒のバラツキを７μ以下にした理由は、
結晶粒の大きさの均一化を図ることにより特に銅線のし
なやかさくこれはルーピング特性を改善すると考えられ
る）を増さんがためで市るか、その値は出来るだけ小さ
いほうがよいことはもちろんであり、７μを越えるよう
なバラツキではしなやかさの改善は必より大きく認めら
れない。
「実施例］ 次に添（ｑ図面により不発可調ボンディングワイヤとそ
の製造方法の一実施例を説明する。
その前に第４図は一般の銅ボンディングワイヤの製造プ
ロセスを示すものでおる。その概要は前）ホした通りで
必るが、ここでは例えば無酸素銅（ＯＦＣ＞からなる銅
素材を帯融解法（ゾーンメルト法）により一次精製およ
び二次精製して高純度化しく不純物含有量１０ｐｐｍ以
下）、このように高純度化された銅素材を旋削加工又は
鍛造により成形し、洗浄後最終線径まで線引加工し、こ
のようにして得られた極細の銅線を洗浄し、熱処理して
巻取り、銅ボンディングワイヤ（製品）とする。
第５図（イ）、（ロ）および第６図（イ）、（ロ）はそ
れぞれ前記により異なる熱処理条件において得られた銅
線の結晶組織を縦、横断面図で示したものである。第５
図は銅線を適切な条件で熱処理した場合であり、これに
よれば銅線直径中に２〜３個しか存在し得ない様な１５
μ以上の大きさの結晶粒が存在している。又第６図は銅
線の引張強度向上のために熱処理条件を調整した場合で
おり、これによれば３〜５μ程度の小さな結晶粒と１５
〜２５μ程度の大きな結晶粒が混在しているのが分かる
。
第１図は本発明の一実施例に係る銅ボンディングワイヤ
の製造プロセスを示すものでめる。すなわちこの製造プ
ロセスは、前記した第４図の製造プロセスの線引加工に
おいて、第１ステツプとしては加工度９０〜９５％の冷
間による線引加工後１８０〜２３０°Ｃの温度範囲で５
〜３０秒間低温中間焼鈍し、第２ステツプ〜最終ステツ
プとしては加工度９０％以上の冷間による線引加工後は
同様の条件で低温中間焼鈍し、加工度９０％未満の冷間
による線引加工後は必ずしも必要でないが低温中間焼鈍
を入れた方がよいというものでおる。
このようにして線引加工した後は第４図と同様に細線化
された銅線を洗浄し、最終熱処理して銅ボンディングワ
イヤ（製品）とする。囚に得られた銅ボンディングワイ
ヤの機械的特性は３０μワイヤで引張特性２ｅｌ／ｉ≦
、伸び１８＜であった。
第２図（イ）、（ロ）はこの場合の銅線の結晶組織をみ
たものであり、この結晶組織は均一微細なほうがよいが
、多数の実験によれば個々の結晶粒の大きざが１５μ以
下でそれらの結晶粒のバラツキが７μ以下に調整されて
いればよく、実用上は結晶粒のすべてか７μ以下である
ことが銅ボンディングワイヤの特性上最もよいことが分
かった。
又、前記結晶組織においては銅中にわずかに含有される
不純物は全て結晶粒中に完全に固溶し、粒界に析出して
いない。
低温中間焼鈍は本発明の製造プロセスを特徴づけるもの
で必るが、これに使用される焼鈍装置としては温度分布
が均一で温度制御範囲を±５℃以下にする必要がある関
係から電熱焼鈍炉が適している。この焼鈍装置には出口
側に急冷のための適当な冷却装置を備えることが必要で
ある。
さて、ここで上記製造プロセスによって製造された本発
明に係る銅線と、一般の製造プロセスによって製造され
た銅線（一般銅線）の熱処理特性（温度特性）をみたの
が第３図でおる。この図で曲線ａ、ａ−は本発明に係る
銅線の引張強度と伸びを示し、曲線す、ｂ−は一般銅線
の引張強度と伸びを示す。本発明に係る銅線の方がいず
れの温度においても引張強度、伸びともに高い値を示し
ていることが分かる。またこの図で温度１５０〜２５０
℃は本発明の低温中間焼鈍温度範囲Ｃであるが、この範
囲の銅線は一般銅線および金線と比較して引張強度、伸
びともに高く、ボンディングワイヤとしてネック強度が
高く、高温劣化が改善されるとともにループ高さを自由
にコントロールできるルーピング特性が優れている。
本発明の方法としては、均一微細な結晶粒を有する銅線
を得るためには、９０％以上の加工度をもって銅線を線
引７１０工する場合には低温中間焼鈍を間に入れながら
銅線を線引加工するというもので必るが、これは要する
に銅線を必より大きく加工硬化せしめることなく途中で
焼鈍を行うが、その焼鈍は銅の再結晶を起こすだけで結
晶粒の成長は起こさないようにするという意味を有する
ものでもおる。従ってこれと同じ意味では、本発明の方
法に替わる中間焼鈍の方法としては、高温であっても急
熱冷却することにより結晶粒の成長を抑える方法が考え
られる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係る銅小ンゲ
イングワイヤとその製造方法によれば、次のような効果
が得られる。
（１）従来の金線よりも高い引張強度（１，２〜１．５
倍）、伸びの（４〜６倍）の銅線が得られる。この銅線
は断線が少なく、半導体装置の信頼性を向上させること
ができる。又細線化が可能となる。
（２）銅線の機械的特性の向上と良好な熱伝導性により
ネック強度が２〜５倍に向上し、金線の欠点であるネッ
ク切れ、高温劣化の問題を改善することができる。
（３）銅線の均一微細な結晶組織に関係して銅線のしな
やかさが増すことによりルーピング特性が向上し、ボン
ディングワイヤとしてルーピング形状を自由にコントロ
ールすることができ、ボンディングの高速化が可能とな
る。
（４）ボンディングワイヤとして細線化が可能になると
、将来の半導体装置の多ピン化小型化に対応してホンデ
ィングパッドの小型を進める上で非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係る銅ホンディン＝　　１
２　− グワイヤの製造プロセスを示す説明図、第２図は第１図
の製造プロセスにより得られた銅線の結晶組織を示す説
明図、第３図は銅線の特性図、第４図は一般の銅線の製
造プロセスを示す説明図、第５図および第６図はそれぞ
れ第４図の製造プロセスにより得られた銅線の結晶組織
を示す説明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）銅中に含有された不純物の量が１０ｐｐｍ以下の
    高純度銅からなり、結晶組織としては個々の結晶粒の大
    きさが１５μ以下でそれらの結晶粒の大きさのバラツキ
    が７μ以下に調整された多数の均一微細な結晶粒の結合
    組織からなることを特徴とする銅ボンディングワイヤ。
  2. （２）銅中に含有された不純物の量が１０ｐｐｍ以下の
    高純度銅の素材を９０％以上の加工度をもつて線引加工
    して所要の線径にする方法において、線引加工による素
    材の加工度が９０％を越える毎に当該素材を１５０〜２
    ５０℃の温度範囲で低温中間焼鈍しながら素材を線引加
    工することを特徴とする銅ボンディングワイヤの製造方
    法。
JP60230644A 1985-10-16 1985-10-16 銅ボンデイングワイヤとその製造方法 Pending JPS6289348A (ja)

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JP60230644A JPS6289348A (ja) 1985-10-16 1985-10-16 銅ボンデイングワイヤとその製造方法

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