JPS6379926A - ボンデイングワイヤ - Google Patents

ボンデイングワイヤ

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JPS6379926A
JPS6379926A JP61225653A JP22565386A JPS6379926A JP S6379926 A JPS6379926 A JP S6379926A JP 61225653 A JP61225653 A JP 61225653A JP 22565386 A JP22565386 A JP 22565386A JP S6379926 A JPS6379926 A JP S6379926A
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copper
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wire
ball
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Akito Kurosaka
昭人 黒坂
Haruo Tominaga
晴夫 冨永
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Fujikura Ltd
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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」 この発明は、半導体素子チップの電極と外部リードを接
続するために使用する銅系ボンディングワイヤの改良に
関するものである。
［従来の技術ｊ 従来、ＩＣやＬＳＩなどの半導体素子のデツプ電極と外
部リードとの結線用のボンディングワイヤは、主として
金線が使用されてきたが、金線は極めて高価になる欠点
がある。そこで最近、経済性と導電性の点から金線の代
替として、銅線及び銅合金線を使用することが検討され
ている。
ところで一般にボンディングワイヤには、以下の（１）
〜（５）に記載する特性が要求される。
（１）半導体素子チップの電極に接続するためにボンデ
ィングワイヤの先端を溶融させてボールを作製した際に
、このボールが真球に近い形状であって、しかも、この
真球状のボールが安定して作製できること。
（２）半導体素子デツプ電極にボールを接合する際に、
チップ割れを起こすことなく、かつ、安定した接合強度
が得られること。
（３）機械的強度、並びに、高温強度が大きく、ボンデ
ィング時に断線を生じないこと。
（４）熱ザイクルによってネック切れ（ボールとボンデ
ィングワイヤとの境界部分の破断）が生じないこと。
（５）塑性変形による外部リードへの熱圧着及び超音波
ボンディングが可能なこと。
「発明が解決しようとする問題点」 そこでこのような要求がなされている背景から、本願発
明者らは、前記（１）〜（５）に記載した緒特性を満足
する銅系ボンディングワイヤの開発を目的として、純度
９９．９９％以上の高純度銅線、あるいは、この高純度
銅を基に製造した各種銅合金線を用いて実験を繰り返し
行った。この結果、高純度銅線にあっては、チップ割れ
などの問題は生じないものの、熱サイクルによるネック
切れが度々発生した。一方、銅合金線にあっては、ネッ
ク切れなどの問題は生じなかったが、高純度銅線に比較
してボールが硬いためにデツプ割れが度々生じ、外部リ
ードとのウェッジボンディングが高純度銅線よりも困難
であった。
本発明は、前述の背景に鑑み、前記実験を繰り返し行っ
て得られた知見を基になされたもので、熱サイクルによ
るネック切れを防止することができ、電極デツプの接続
用に形成されるボールの硬度を制御できるようにしてデ
ツプ割れを無くするとともに、外部リードとの熱圧着お
よび超音波圧着を容易に行うことができるようにしたボ
ンディングワイヤを提供することを目的とする。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記問題点を解決するために、純度９９．９
９％以」二の高純度銅に、この高純度銅の再結晶温度を
高める元素としてＢｉを１０〜１００重Ｉｔ　ｐｐｍ含
有させてなる銅合金から心線部を形成し、この心線部の
外周に９９．９９％以」二の高純度銅からなる被覆部を
形成してなるものである。
「実施例」 図面は、本発明の一実施例のボンディングワイヤＡの断
面構造を示すもので、このボンディングワイヤＡ゛は心
線部１を被覆部２で覆ってなる構造を有している。
前記心線部ｌは、純度９９．９９％以上の高純度銅に、
その再結晶温度を高める元素としてＢｉ（ビスマス）を
１０〜１００重量ｐｐｍ含有させた銅合金から構成され
たワイヤである。ここで、純度９９゜９９％以上の高純
度銅を用いるのは、わずかでもボール硬度の低い銅合金
を得るためである。更に、銅合金中に含有させるＢｉの
濃度を前記範囲に限定したのは、Ｂｉの含有量がｌＯ重
量ｐｐｍ未満では、銅合金の再結晶温度を高める効果が
現れないためであり、また、銅合金中に含有させるＢｉ
の濃度が１００重量ｐｐｍより高い濃度では、適度なボ
ール硬度を得るために、心線部の比率を少なくする必要
が生じ、結果として心線部が細くなり過ぎてネック切れ
を生じるためである。
また、前記被覆部２は純度９９．９９％以上の高純度銅
からなる。ここで、被覆部２の純度をこのような値に設
定したのは、９９．９９％未満の純度の銅線では、ボー
ル硬度が銅合金線と同等になって適度なボール硬度に制
御することができないためである。
なお、ボンディングワイヤＡにおいては、心線部ｌに対
する被覆部２の被覆率を１０〜９０％の範囲に設定する
ことが好ましい。この限定理由は、被覆部２の比率が９
０％を越えた値となるとネック切れを生じ易く、１０％
を下回る値ではデツプ割れを生じ易いためである。
前記構造のボンディングワイヤＡにあっては、心線部ｌ
に再結晶温度の高い銅合金を用いているために、熱サイ
クルによるネック切れを防止することができる。また、
ボンディング時にボンディングワイヤＡの先端を溶融さ
せてボールを形成する場合、心線部ｌに含有されている
元素の濃度を被覆部２の高純度銅が希釈して適度のボー
ル硬度に制御するために、チップ割れを阻止することが
できる。なお、ボンディングワイヤＡにあっては、被覆
部２に高純度銅を用いているために、外部リードとのウ
ェッジボンディングも容易に実施することができる。
「製造例」 第１表に示す成分の銅合金心線に、第１表に示す割合で
高純度銅を被覆し、更に、線引加工と中間熱処理を繰り
返し施して直径３０　）ｔ　ｍの銅系ボンディングワイ
ヤを複数作製した。
第１表 第１表に示ず各ボンディングワ・ｒヤについて、その機
械特性とボンディング特性について測定した。その測定
結果を第２表に示す。なお、熱圧着と超音波併用方式に
よってボンディングを行ったところ、試料Ｎｏｌ〜Ｎｏ
８は容易にウェッジボンディングすることができた。ま
た、第２表において、ボール形状が「良」とは、ボンデ
ィングワイヤの先端を溶融させて形成したボールの形状
が真球に近い状態、「変形」とはポール形状が真球に対
していびつな度合が大きい状態を示している。
第２表 第２表において、試料Ｎｏ２〜Ｎｏ６は、本発明で限定
した合金組成とし、被覆率を１０〜９０％の範囲内とし
て製造した試料であり、いずれも、真球に近いボール形
状を有し、チップ割れを起こすことなく接合ができ、再
結晶温度も高い値を示している。そ、して、試料Ｎｏ２
〜Ｎｏ６はいずれも高温強度が高く、ボール硬度も適正
値であった。
また、試料Ｎｏｌ　、Ｎｏ２は、各々心線部１のＢｉ含
有量を１０重量　ｐｐｍとするとともに、試料Ｎｏｌは
被覆部２の被覆率を５％、試料Ｎｏ２は、被覆部２の被
覆率を１０％とした試料であるが、試料Ｎｏｌは試料Ｎ
ｏ２に比較してボール硬度が高く、チップ割れを生じて
いる。一方、試料Ｎｏ６と試料Ｎｏ７は、各々被覆部２
の被覆率を９０％とするとともに、試料Ｎｏ６は心線部
１のＢｉ含有量を１００重量ｐｐｍ、試料Ｎｏ７は心線
部ｌのＢｉ含有量をｌ　５０　ｐｐｍとした試料である
が、試料Ｎｏ７は試料ＮｏＢに比較してボール硬度が高
く、チップ割れを生じている。更に、試料Ｎｏ８は、心
線部ｌのＢｉ含有量を］、　５０１）ｐｍ、被覆部２の
被覆率を９５％とした試料であるが、試料Ｎｏ２〜Ｎｏ
６に比較して高温強度が低く、ボール形状が真珠から外
れた形状となっている。なお、被覆部２を構成する高純
度銅からボンディングワイヤを構成した試料Ｎｏ９、お
よび、心線部１を構成する銅合金からボンディングワイ
ヤを構成した試料ＮｏＩ　ＯとＮｏｌ　１において、試
料、　Ｎ　ｏ　９および試料Ｎｏｌ０にあっては、再結
晶温度が低く、試料Ｎｏｔ　１＝８− にあってはボール硬度が高くチップ割れを生じている。
以上の測定結果を鑑みて、被覆部２の被覆率は１０〜９
０％の範囲が好ましいことが判明した。
ところで、被覆部２の被覆率を１０〜９０％の範囲に規
定した試料Ｎｏ２〜Ｎ○７であってもＢｉの含有量をｌ
Ｏ重ｆｆｌｐｐｍとした試料Ｎｏ２にあっては、他の試
料Ｎｏ３〜Ｎｏ７に比較して再結晶温度の低下が見られ
る。また、Ｂｉ含有量を５％とした試料ＮｏＩ　Ｏにあ
っては、心線部１を１００％としても再結晶温度が大き
く低下している。これらの結果から鑑みてＢｉ含有量の
下限を１０重量％に限定した。
更に被覆部２の被覆率を１０〜９０％の範囲に規定した
試料Ｎｏ２〜Ｎｏ７であっても、Ｂ１の含有量を１５０
重量ｐｐｍとした試１１Ｎｏ７にあっては、チップ割れ
を生じている。以ｌ二の結果から鑑みてＢｉ含有量の」
−眼を１００重里％に限定した。
「発明の効果」 以」二説明したように本発明は、心線部にＢｉを１０〜
１００重量％含有させた再結晶温度の高い銅合金を用い
ているために、高純度銅からなる従来の心線において問
題となっていた熱ザイクルによるネック切れを防止でき
る効果がある。
また、心線部を高純度銅からなる被覆部で覆っているた
めに、ボンディング時に先端を溶融させてポールを形成
する場合、心線部の銅合金に含有された元素の濃度を被
覆部の高純度銅が溶融して希釈するために、ボールの硬
度を適度な値に制御することができ、これによってチッ
プ割れを防止できる効果がある。
銅合金に比較して軟質の高純度銅を被覆部に用いている
ので、外部リードとの熱圧着及び超音波圧着を容易にで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。 Ａ・・・・・・ボンディングワイヤ、 ■・・・・・・心線部、　　　　２・・・・・・被覆部
。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　純度９９．９９％（重量％、以下同じ）以上の高純度
    銅に、この高純度銅の再結晶温度を高める元素としてＢ
    ｉを１０〜１００重量ｐｐｍ含有させてなる銅合金から
    心線部を形成し、この心線の外周に純度９９．９９％以
    上の高純度銅からなる被覆部を形成してなるボンディン
    グワイヤ。
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