JPS633424A - 配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線の製造方法 - Google Patents

配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線の製造方法

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JPS633424A
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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、トランジスター、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体
素子上の電極と外部リードとの間を接続する配線性に優
れた半導体素子用銅ボンディング線に関する。
（従来技術） 従来、ケイ素半導体素子上の電極と外部ＩＪ−ドとの間
を接続するボンディング線としては、高純度（９９，９
９ｗｔ％）の金細線やアルミ合金（Ａ　ｌ　−１％Ｓｉ
）細線が使用されている。
しかしながら、接続の信頼性および工程上の問題から金
細線が多量に使用されている。ケイ素半導体素子上の電
極と外部リードに金細線を接続する方法は、通常金細線
を自動ボンダーのキャピラリーに通し、キャピラリーか
ら突出する一定長の金細線の先端を水素炎又は電気トー
チにより溶融させて金ボールを形成し、この金ボールを
１５０〜４００℃の加熱状態に置かれているケイ素半導
体の電極部にキャピラリーで押しつぶしてネイルヘッド
状にし、ケイ素半導体の電極と外部リードとを接続する
熱圧着法および超音波接続法又はこれらの組合せによっ
て行われる。
ところが近年、自動ボンダーの高速化に伴い高純度の金
細線では、接続時に受ける加熱と張力不足のため、高速
ボンディングに対応し得ないことが明らかになり、その
解決策として、接続時に形成させる金ボールの真円形状
および金ボールの硬さを損わない程度に純金に微量の添
加元素を加えて耐熱性と破断強度を向上させた金合金細
線が実用に供されている。しかし、金細線や金合金細線
は高価であり、更にケイ素半導体も大量生産化に入り、
価格の低減が余儀なくされるに至って金細線や金合金細
線と同等なボンディング特性をもち、破断強度にすぐれ
た安価な代替金属材料の出現への強い要望がある。
そのため、金合金ｍ線に代替し得る金属材料として安価
な銅又はニッケル若しくはそれらを主体とする合金を用
いることが検討されている。
（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、ケイ素半導体素子上の電極と外部リード
の接続に金細線や金合金細線が多く使用される理由は、
ネイルへ・ノドボンディングにおいて、金ボールの形成
が真円形状になり、接続の際、半導体素子を損傷しない
適度なボール硬さを有し且つ、キャピラリーからの金細
線の繰出しが円滑で、常に一定のループ形状の接続をす
ることができるためである。
高価な金合金細線の代替金属として、高純度（９９，９
９ｗｔ％以上）銅を用いて銅ボンディング線とするには
、上記のボンディング特性を具備する必要がある。かか
る銅細線は、−船釣に高純度の銅材料を溶解鋳造し、そ
の鋳塊を圧延した後、常温で伸線加工し目的とする線径
の細線とし、真空又は不活性若しくは非酸化性のガス雰
囲気中で加熱焼鈍して軟質に調質される。このように軟
質に調質された銅細線を半導体素子上の電極と外部リー
ドに接続する場合、第２図に示すようなループ垂れ、第
３図のような接続面がり、第４図の異常に高いループ形
状などの不良ループが生じやすい。又、硬質の銅細線を
用いて、上記と同様にボンディングすると、カール状を
呈し、外部リードとの接続も好ましくなく、使用に供さ
れない。
一方、ケイ素半導体素子の倍増に伴う素子上の多電極化
に対してボンディングされる細線間も互に近接するため
、ループ垂れ、曲がり、高いループ形状などによって互
の銅細線が接触すると、ケイ素半導体の生産に重大な支
障を生じることになる。
本発明は、かかる技術的課題を解決することを口約とす
るもので、ボンディングにおけるループ形成の好ましい
配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線を提供す
ることにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、かかる目的を解決するために種々検討を重ね
た結果なされたもので、その構成は配線性に優れた半導
体素子用銅ボンディング線において、破断時の伸び率が
３〜１５％であることを特徴とするものである。ここに
、伸び率が３％未満であるときは、銅細線が硬いため、
ボンディングするとカール状を呈し、直線的に接続する
ことができず、外部リードとの接続も又好ましくない。
伸び率が１５％を超えるときは、ループ形状が異常とな
る。すなわち、ループ垂れ、接続面がり、異常に高いル
ープ形状を示すものが多い。この原因について詳細に調
査すると、銅の結晶組織において部分的に粗大な結晶を
含み、結晶粒が不整であることから、異常ループを形成
するものと推考される。従って、伸び率が３〜１５％の
範囲になるように銅細線を焼鈍すれば、異常ループの発
生を未然に防止することができる。
（実施例） 以下、実施例および比較例にもとづいて本発明を更に詳
細に説明するが、本発明はかかる実施例にのみ限定され
るものでない。
銅純度が９９．９９９重量％以上の高純度銅を真空溶解
鋳造し、その鋳塊を圧延した後、常温で伸線し、中間焼
鈍を施して最終線径を２５μｍの銅細線とした。第１表
に示す比較例３は、この硬質の２５μｍ銅細線を用いた
。次いで、不活性ガス雰囲気で連続焼鈍（温度２５０〜
５００℃、線速１０〜１００ｍ／分）して第１表に示す
伸び率の銅細線を作製し、自動ボンダーでケイ素半導体
素子上の電極と外部リードとの間かくを２ｍｍとする１
０００個の半導体多端子の接続を行ない、実体顕微鏡で
各々の試料を観察し、ループ垂れ、曲がり、異常に高い
ループ形状の有無を調べた結果を第１表に示す。
ここに、正常なループ形状を呈するものを第　　′１図
に示す。ループ垂れとは、第２図に示すようにステム（
１）に装着された半導体素子（２）上の電極（３）と外
部リード（４）間を直線状に引いた点線（５）より低く
垂れるもので、それを不良とした。曲がりとは、第３図
に示すように半導体素子上の電極（３）と外部リード（
４）間を直線状に引いた点線（６）より１５０μｍ以上
曲がっているもので、それを不良とした。異常に高いル
ープ形状とは、第４図に示すように半導体素子上の電極
（３）より上に５００μｍ以上のループ形状を呈するも
ので、それを不良とした。
第１表の結果かられかるように、実施例１〜４は、伸び
率が３〜１５％の範囲にあるためループ形状の不良率が
極めて低く、実用上好ましい。しかし、比較例３は、伸
び率が２．１％と低いため、ループ形状の不良率が大き
くなり、実用に供し得ない。
比較例１．２は、伸び率が１５％を超えるため、ループ
形状の不良率が数％台となり、実用上支障を生ずるので
好ましくない。
上記実施例では示していないが、銅細線を例えば不活性
ガス雰囲気で完全焼鈍して伸び率を大きくし、目的線径
になるようにダイを通してスキンパスを施し、伸び率を
３〜１５％範囲の半硬質に調質しても実施例と同様に本
発明の目的を達成し得る。
（発明の効果） 以上説明した如く、本発明にかかる半導体素子用銅ボン
ディング線は、半硬質に調質しているので、ループ形状
の異常による半導体素子の端子付不良を解消することが
でき、ケイ素半導体素子の倍増に伴う素子上の多電極化
に対しても、正常なループ形成でもって十分対応するこ
とができ、更に銅ボンディング線の使用によって半導体
素子の生産コストを低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る半導体素子用銅ポンディング線の
正常なループ形状を示す接続部の拡大正面図、第２図は
接続部におけるループ垂れを示す正面図、第３図は接続
部における曲がりを示す平面図、第４図は接続部におけ
る異常に高いループ形状を示す正面図である。 符号の簡単な説明 （１）・・・・・・ステム、（２）・・・・・・半導体
素子、（３）・・・・・・電極、（４）・・・・・・外
部リード、（５）　、　（６）・・・・・・説明のため
の点線、（７）・・・・・・銅ボンディング線。 特許出願人　タック電線株式会社 日本鉱業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 破断時の延び率が３〜１５％であることを特徴とする配
    線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線。
JP61147739A 1986-06-24 1986-06-24 配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線の製造方法 Granted JPS633424A (ja)

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JP61147739A JPS633424A (ja) 1986-06-24 1986-06-24 配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線の製造方法

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61147739A JPS633424A (ja) 1986-06-24 1986-06-24 配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線の製造方法

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Publication Number Publication Date
JPS633424A true JPS633424A (ja) 1988-01-08
JPH0466383B2 JPH0466383B2 (ja) 1992-10-23

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ID=15437046

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JP61147739A Granted JPS633424A (ja) 1986-06-24 1986-06-24 配線性に優れた半導体素子用銅ボンディング線の製造方法

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