JPS6322062B2 - - Google Patents
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Description
（産業上の利用分野）
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
金線に関する。 （従来技術とその問題点） 従来より金は耐食性があり、展延性が良くボン
デイング性に優れていることから、その高純度
金、特に99.99％以上の金が半導体素子のボンデ
イング用金線として使用されている。 ワイヤボンデイング技術の代表的な方法として
熱圧着法が採用されているが、この熱圧着法は前
記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
ード部に接続するものである。しかし、近年ボン
デイング技術の向上との高速度化に伴う省力化等
により、ボンデイングマシンは手動機から自動機
へと変り、半導体部品の価格低減と信頼性の向上
に重点がおかれつつある。 然るに従来から使用されている金線は50μφ以
下の細線にすると引張り強さが弱く、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、更にボンデイング工程で金線を酸水素
炎又は電気的に溶断したときに金線の繊維状結晶
を失ない再結晶により結晶粒の粗大化を起して脆
くなつたり、あるいは金ボールの形状が一定せず
ボンデイングの密着強度を弱くして接合強度が低
下する欠点がある。又、上記のように150℃〜300
℃の温度で熱圧着するため金線が軟化し、チツプ
電極と外部リード部を接続する金線のループ形状
がたるみを生じてリード部とシヨートするなどの
問題が発生し、さらに樹脂モールドする場合、金
線が軟化によつて変形しシヨートや断線の原因と
なり、あるいは経時的に軟化して引張り強度が低
下し断線し、あるいは金線の靭性低下及び粒界破
断が原因となつてボンデイング作業時のネツク切
れを起す等の欠点がある。 而して叙上事情に鑑み、ボンデイング用金線に
に要求される要素として、引張り強度が大きい
こと、高温強度が大きいこと、経時変化（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、接合後の強度が大き
いこと、ネツク切れを起さないこと、が最小限
必要であることが理解できた。 しかるに従来のボンデイング用金線として、特
開昭52−51867号公報にNi、Fe、Co、Cr、Agの
少なくとも１種を40〜5000ppm金素材中に含有せ
しめた金線（以下、従来技術１とする）、特開昭
52−82183号公報にC1〜25ppm、Si1〜25ppm、
Ge3〜30ppm、Sn5〜30ppm、Pb5〜30を一元素
以上金素材中に添加した金線（以下、従来技術
２）、特開昭53−112060号公報に金素材中にCa3
〜50ppm含有せしめるとともにBe1〜8ppm、
Ge5〜50ppmの少なくとも一種を含有せしめた金
線（以下、従来技術３）が知られている。 しかしながら、上記従来技術１において、特に
Ag及びFeに注目すると、その含有量が著しく多
く、そのために接合強度が低下して前記要素を
満足し得ず、又従来技術２においては、引張り強
度を高めるためにGe及びＣを添加しているが、
該元素Ge及びＣのみでは所望の引張り強度が得
られず前記要素を満足させることができない。 又、従来技術３においては特にCaに注目する
と、該元素Caの含有量が多すぎる場合に粒界破
断を起す原因となつてボンデイング時にネツク切
れを起すおそれがある（Beが添加されれば改善
されるが）。 従つて上記従来技術１〜３にあつては前記特性
要素〜を必ずしも満足され得るものではな
い。 （発明の目的） 本発明は斯る従来事情に鑑み、前記要素〜
を満すべく所定の元素Ag、Ge、Ca、Fe、Mgを
選択し、かつ所定の含有量の範囲を求めて、従来
金線に較べて金線自体の機械的強度を高めるとと
もにボンデイング時のネツク切れをなくし、ボン
デイング後の接合強度を向上させる等、ボンデイ
ング特性に優れた金線を提供せんとすることを目
的とする。 （発明の構成） 斯る本発明金線は、高純度金（Au）に、銀
（Ag）、ゲルマニウム（Ge）、カルシユーム
（Ca）、鉄（Fe）、マグネシウム（Mg）からなる
第一元素群と、チタン（Ti）、銅（Cu）、シリコ
ン（Si）、錫（Sn）、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）の１種又は複数からなる第二元
素群と、その他の第三元素とを含有するボンデイ
ング用金線において、上記第一元素群のAgを２
〜80重量ppm、Geを５〜80重量ppm、Caを１〜
20重量ppm、Feを0.5〜10重量ppm、Mgを0.5〜
30重量ppmの範囲で含有せしめたことを特徴とす
る。 銀（Ag）は引張り強度を高め、かつ経時軟化
を少なくするために含有せしめるがその含有量が
２重量ppm以下では金線が経時軟化を起し、最大
値80重量ppm以上ではボンデイング後の接合強度
が低下した。 ゲルマニウム（Ge）は、引張り強度を高める
とともに主として経時軟化を少なくするものであ
り、その最少含有値５重量ppm以下では金線が経
時軟化を起し、最大値80重量ppm以上では粒界破
断を起した。 カルシユーム（Ca）は引張り強度を高め、、経
時軟化を少なくするとともに主として高温強度を
高めるものであり、その最少含有値１重量ppm以
下では高温特性、すなわち高温時の引張り強度が
低下し、最大値20重量ppm以上では靭性がなくな
り、粒界破断を起してネツク切れの原因となる。 鉄（Fe）を引張り強度を高め、高温強度を高
めるとともに経時軟化を少なくするものでありそ
の最少含有値0.5重量ppm以下では引張り強度が
低く、最大値10重量ppm以上では酸化被膜が生成
しボンデイング後の接合強度が低下した。 マグネシウム（Mg）もまた引張り強度を高
め、高温強度を高めるとともに経時軟化を少なく
するものであり、その最少含有値0.5重量ppm以
下では引張り強度が低く、最大値30重量ppm以上
では溶断時の金ボール形状が悪くなつた。 上記Fe及びMgはCaの含有量を減らす目的で添
加するものであり、Caの特性を補足する。 上記第一元素群はその総合含有量の最少値、す
なわちAg2重量ppm、Ge5重量ppm、Ca1重量
ppm、Fe0.5重量ppm、Mg0.5重量ppmの合計値
９重量ppm以下では金線が経時変化を起し、総合
含有量の最大値220重量ppm以上では金ボールの
形状が一定せず、又ボンデイング後の接合強度が
低下し、且つ、バラ付いていた。 従つて上記第一元素群は前記含有量の範囲であ
つて、その総合含有量が９〜220重量ppmの範囲
で相乗効果があると認められている。第二元素群
は金の原料中に必然的に混入している不純物元素
であつて、本来不必要なものである。 しかしながら第二元素群を零にすることは製造
上困難であり、第一元素群の相乗効果を阻害しな
い程度の許容量を測定した。 その結果、上記第二元素群の総合含有量が30重
量ppm以上では溶断時の金ボールの形状がいびつ
になり、又酸化被膜ができやすくなつて不具合が
みられた。 従つて第二元素群はその総計が30重量ppm以下
であることが好ましい。 第三元素群も又、原料中に必然的に混入してい
て不可避元素であつて、カドミウム（Cd）、亜鉛
（Zn）など、前記第一元素群及び第二元素群以外
の元素をいう。 上記第三元素群はその総計が５重量ppm以下で
あることが第一元素群の相乗効果を阻害せず好ま
しい。 （作用） Ag、Ge、Ca、Fe、Mgの添加によつて金線
の引張り強度を高め、かつ経時変化（軟化）を
少なくし、特にGeの添加が径時変化の抑制に
有効である。そして上記５元素の所定含有量に
よつて接合強度の低下をなくす。 Ca、Fe、Mgの添加によつて金線の高温強度
を高める。高温強度の増強のためには、特に
Caの添加が有効であるが、そのCaの含有量が
過量であるとボンデイング時におけるネツク切
れの原因となるために該Caの含有量を少なく
（１〜20重量ppm）し、Fe、Mgを添加して高
温強度を補強する。そしてFe、Mgの含有量が
過大であるとボール形状が不安定になるが所定
含有量によつてボールの安定を保持する。 （効果） 本発明によれば、ボンデイング用金線に要求さ
れる前記要素〜を満足させることができた。 （実施例） 以下に実施例を示す。 各試料は高純度金（99.995％）に第一元素群を
添加して溶解鋳造し、次に溝ロール加工を施し、
その途中で焼鈍処理（中間熱処理）をした後に線
引加工（伸線処理）で25μφの極細金線に成形し、
さらに一定の伸びをもたせるために焼鈍処理（最
終熱処理）したものである。 各試料の不純物元素の含有量は次の表(1)に示す
通りあつて、その試料No.１〜４は本発明実施品、
試料No.５〜９は本発明の数値範囲に入らない比較
品である。
を接続するために使用するワイヤボンデイング用
金線に関する。 （従来技術とその問題点） 従来より金は耐食性があり、展延性が良くボン
デイング性に優れていることから、その高純度
金、特に99.99％以上の金が半導体素子のボンデ
イング用金線として使用されている。 ワイヤボンデイング技術の代表的な方法として
熱圧着法が採用されているが、この熱圧着法は前
記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
ード部に接続するものである。しかし、近年ボン
デイング技術の向上との高速度化に伴う省力化等
により、ボンデイングマシンは手動機から自動機
へと変り、半導体部品の価格低減と信頼性の向上
に重点がおかれつつある。 然るに従来から使用されている金線は50μφ以
下の細線にすると引張り強さが弱く、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、更にボンデイング工程で金線を酸水素
炎又は電気的に溶断したときに金線の繊維状結晶
を失ない再結晶により結晶粒の粗大化を起して脆
くなつたり、あるいは金ボールの形状が一定せず
ボンデイングの密着強度を弱くして接合強度が低
下する欠点がある。又、上記のように150℃〜300
℃の温度で熱圧着するため金線が軟化し、チツプ
電極と外部リード部を接続する金線のループ形状
がたるみを生じてリード部とシヨートするなどの
問題が発生し、さらに樹脂モールドする場合、金
線が軟化によつて変形しシヨートや断線の原因と
なり、あるいは経時的に軟化して引張り強度が低
下し断線し、あるいは金線の靭性低下及び粒界破
断が原因となつてボンデイング作業時のネツク切
れを起す等の欠点がある。 而して叙上事情に鑑み、ボンデイング用金線に
に要求される要素として、引張り強度が大きい
こと、高温強度が大きいこと、経時変化（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、接合後の強度が大き
いこと、ネツク切れを起さないこと、が最小限
必要であることが理解できた。 しかるに従来のボンデイング用金線として、特
開昭52−51867号公報にNi、Fe、Co、Cr、Agの
少なくとも１種を40〜5000ppm金素材中に含有せ
しめた金線（以下、従来技術１とする）、特開昭
52−82183号公報にC1〜25ppm、Si1〜25ppm、
Ge3〜30ppm、Sn5〜30ppm、Pb5〜30を一元素
以上金素材中に添加した金線（以下、従来技術
２）、特開昭53−112060号公報に金素材中にCa3
〜50ppm含有せしめるとともにBe1〜8ppm、
Ge5〜50ppmの少なくとも一種を含有せしめた金
線（以下、従来技術３）が知られている。 しかしながら、上記従来技術１において、特に
Ag及びFeに注目すると、その含有量が著しく多
く、そのために接合強度が低下して前記要素を
満足し得ず、又従来技術２においては、引張り強
度を高めるためにGe及びＣを添加しているが、
該元素Ge及びＣのみでは所望の引張り強度が得
られず前記要素を満足させることができない。 又、従来技術３においては特にCaに注目する
と、該元素Caの含有量が多すぎる場合に粒界破
断を起す原因となつてボンデイング時にネツク切
れを起すおそれがある（Beが添加されれば改善
されるが）。 従つて上記従来技術１〜３にあつては前記特性
要素〜を必ずしも満足され得るものではな
い。 （発明の目的） 本発明は斯る従来事情に鑑み、前記要素〜
を満すべく所定の元素Ag、Ge、Ca、Fe、Mgを
選択し、かつ所定の含有量の範囲を求めて、従来
金線に較べて金線自体の機械的強度を高めるとと
もにボンデイング時のネツク切れをなくし、ボン
デイング後の接合強度を向上させる等、ボンデイ
ング特性に優れた金線を提供せんとすることを目
的とする。 （発明の構成） 斯る本発明金線は、高純度金（Au）に、銀
（Ag）、ゲルマニウム（Ge）、カルシユーム
（Ca）、鉄（Fe）、マグネシウム（Mg）からなる
第一元素群と、チタン（Ti）、銅（Cu）、シリコ
ン（Si）、錫（Sn）、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）の１種又は複数からなる第二元
素群と、その他の第三元素とを含有するボンデイ
ング用金線において、上記第一元素群のAgを２
〜80重量ppm、Geを５〜80重量ppm、Caを１〜
20重量ppm、Feを0.5〜10重量ppm、Mgを0.5〜
30重量ppmの範囲で含有せしめたことを特徴とす
る。 銀（Ag）は引張り強度を高め、かつ経時軟化
を少なくするために含有せしめるがその含有量が
２重量ppm以下では金線が経時軟化を起し、最大
値80重量ppm以上ではボンデイング後の接合強度
が低下した。 ゲルマニウム（Ge）は、引張り強度を高める
とともに主として経時軟化を少なくするものであ
り、その最少含有値５重量ppm以下では金線が経
時軟化を起し、最大値80重量ppm以上では粒界破
断を起した。 カルシユーム（Ca）は引張り強度を高め、、経
時軟化を少なくするとともに主として高温強度を
高めるものであり、その最少含有値１重量ppm以
下では高温特性、すなわち高温時の引張り強度が
低下し、最大値20重量ppm以上では靭性がなくな
り、粒界破断を起してネツク切れの原因となる。 鉄（Fe）を引張り強度を高め、高温強度を高
めるとともに経時軟化を少なくするものでありそ
の最少含有値0.5重量ppm以下では引張り強度が
低く、最大値10重量ppm以上では酸化被膜が生成
しボンデイング後の接合強度が低下した。 マグネシウム（Mg）もまた引張り強度を高
め、高温強度を高めるとともに経時軟化を少なく
するものであり、その最少含有値0.5重量ppm以
下では引張り強度が低く、最大値30重量ppm以上
では溶断時の金ボール形状が悪くなつた。 上記Fe及びMgはCaの含有量を減らす目的で添
加するものであり、Caの特性を補足する。 上記第一元素群はその総合含有量の最少値、す
なわちAg2重量ppm、Ge5重量ppm、Ca1重量
ppm、Fe0.5重量ppm、Mg0.5重量ppmの合計値
９重量ppm以下では金線が経時変化を起し、総合
含有量の最大値220重量ppm以上では金ボールの
形状が一定せず、又ボンデイング後の接合強度が
低下し、且つ、バラ付いていた。 従つて上記第一元素群は前記含有量の範囲であ
つて、その総合含有量が９〜220重量ppmの範囲
で相乗効果があると認められている。第二元素群
は金の原料中に必然的に混入している不純物元素
であつて、本来不必要なものである。 しかしながら第二元素群を零にすることは製造
上困難であり、第一元素群の相乗効果を阻害しな
い程度の許容量を測定した。 その結果、上記第二元素群の総合含有量が30重
量ppm以上では溶断時の金ボールの形状がいびつ
になり、又酸化被膜ができやすくなつて不具合が
みられた。 従つて第二元素群はその総計が30重量ppm以下
であることが好ましい。 第三元素群も又、原料中に必然的に混入してい
て不可避元素であつて、カドミウム（Cd）、亜鉛
（Zn）など、前記第一元素群及び第二元素群以外
の元素をいう。 上記第三元素群はその総計が５重量ppm以下で
あることが第一元素群の相乗効果を阻害せず好ま
しい。 （作用） Ag、Ge、Ca、Fe、Mgの添加によつて金線
の引張り強度を高め、かつ経時変化（軟化）を
少なくし、特にGeの添加が径時変化の抑制に
有効である。そして上記５元素の所定含有量に
よつて接合強度の低下をなくす。 Ca、Fe、Mgの添加によつて金線の高温強度
を高める。高温強度の増強のためには、特に
Caの添加が有効であるが、そのCaの含有量が
過量であるとボンデイング時におけるネツク切
れの原因となるために該Caの含有量を少なく
（１〜20重量ppm）し、Fe、Mgを添加して高
温強度を補強する。そしてFe、Mgの含有量が
過大であるとボール形状が不安定になるが所定
含有量によつてボールの安定を保持する。 （効果） 本発明によれば、ボンデイング用金線に要求さ
れる前記要素〜を満足させることができた。 （実施例） 以下に実施例を示す。 各試料は高純度金（99.995％）に第一元素群を
添加して溶解鋳造し、次に溝ロール加工を施し、
その途中で焼鈍処理（中間熱処理）をした後に線
引加工（伸線処理）で25μφの極細金線に成形し、
さらに一定の伸びをもたせるために焼鈍処理（最
終熱処理）したものである。 各試料の不純物元素の含有量は次の表(1)に示す
通りあつて、その試料No.１〜４は本発明実施品、
試料No.５〜９は本発明の数値範囲に入らない比較
品である。
【表】
【表】
上記試料をもつて機械的性質の実験値、溶断時
の金ボールの形状及びボンデイング時のネツク切
れの有無を測定した結果を表(2)に示す。 尚、表(2)において、引張強さは、最終熱処理後
の各試料の破断強度、経時変化の初期値は伸線処
理直後（最終熱処理前）の各試料の引張強さ、ボ
ンデイング後の接合強度は各試料をボンデイング
した後、そのループ部分を引張つたときの破断強
度（一般にプルテストという）である。
の金ボールの形状及びボンデイング時のネツク切
れの有無を測定した結果を表(2)に示す。 尚、表(2)において、引張強さは、最終熱処理後
の各試料の破断強度、経時変化の初期値は伸線処
理直後（最終熱処理前）の各試料の引張強さ、ボ
ンデイング後の接合強度は各試料をボンデイング
した後、そのループ部分を引張つたときの破断強
度（一般にプルテストという）である。
【表】
表(2)の項目′〜′は金線に要求される前記５
要素〜に対応した特性を示すものであり、こ
れらより本発明実施品No.１〜４が比較品No.５及び
６に較べて、′引張り強度が大きく、′高温強
度性に優れ、′経時変化が少なく、′金ボール
の形状が安定し、′ボンデイング後の接合強度
が大きく、′ネツク切れの無い（試料No.９と比
較）ことが理解される。
要素〜に対応した特性を示すものであり、こ
れらより本発明実施品No.１〜４が比較品No.５及び
６に較べて、′引張り強度が大きく、′高温強
度性に優れ、′経時変化が少なく、′金ボール
の形状が安定し、′ボンデイング後の接合強度
が大きく、′ネツク切れの無い（試料No.９と比
較）ことが理解される。
Claims (1)
- １ 高純度金に、銀、ゲルマニウム、カルシユー
ム、鉄、マグネシウムからなる第一元素群と、チ
タン、銅、シリコン、錫、ビスマス、マンガン、
鉛、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からなる第二元素
群と、その他の第三元素群とを含有するボンデイ
ング用金線において上記第一元素群の銀を２〜80
重量ppm、ゲルマニウムを５〜80重量ppm、カル
シユームを１〜20重量ppm、鉄を0.5〜10重量
ppm、マグネシウムを0.5〜30重量ppmの範囲で
含有せしめ、第二元素群の総計が30重量ppm以下
であり、第三元素群が前記第一及び第二元素群を
除く不可避不純物であり、その総計が５重量ppm
以下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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15399579A JPS5676556A (en) | 1979-11-28 | 1979-11-28 | Bonding gold wire for semiconductor element |
| US06/160,302 US4330329A (en) | 1979-11-28 | 1980-06-17 | Gold bonding wire for semiconductor elements and the semiconductor element |
| DE3023623A DE3023623C2 (de) | 1979-11-28 | 1980-06-24 | Gold-Verbindungsdraht für Halbleiterelemente und dessen Verwendung für Verbindungsstellen einer Silicium-Chip-Elektrode in Halbleiterelementen |
| GB8021205A GB2063913B (en) | 1979-11-28 | 1980-06-27 | Gold wire |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15399579A JPS5676556A (en) | 1979-11-28 | 1979-11-28 | Bonding gold wire for semiconductor element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5676556A JPS5676556A (en) | 1981-06-24 |
| JPS6322062B2 true JPS6322062B2 (ja) | 1988-05-10 |
Family
ID=15574607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15399579A Granted JPS5676556A (en) | 1979-11-28 | 1979-11-28 | Bonding gold wire for semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5676556A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5491034A (en) * | 1988-05-02 | 1996-02-13 | Nippon Steel Corporation | Bonding wire for semiconductor element |
| JP2745065B2 (ja) * | 1988-05-02 | 1998-04-28 | 新日本製鐵株式会社 | 半導体素子用ボンディングワイヤ |
| US5008997A (en) * | 1988-09-16 | 1991-04-23 | National Semiconductor | Gold/tin eutectic bonding for tape automated bonding process |
| JPH06293281A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-21 | Ohtsu Tire & Rubber Co Ltd :The | クローラ形走行装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5251867A (en) * | 1975-10-23 | 1977-04-26 | Nec Corp | Bonding wire for semiconductor device |
| JPS5282183A (en) * | 1975-12-29 | 1977-07-09 | Nec Corp | Connecting wires for semiconductor devices |
| JPS53112060A (en) * | 1977-03-11 | 1978-09-30 | Tanaka Electronics Ind | Gold wire for bonding semiconductor |
-
1979
- 1979-11-28 JP JP15399579A patent/JPS5676556A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5251867A (en) * | 1975-10-23 | 1977-04-26 | Nec Corp | Bonding wire for semiconductor device |
| JPS5282183A (en) * | 1975-12-29 | 1977-07-09 | Nec Corp | Connecting wires for semiconductor devices |
| JPS53112060A (en) * | 1977-03-11 | 1978-09-30 | Tanaka Electronics Ind | Gold wire for bonding semiconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5676556A (en) | 1981-06-24 |
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