JPWO2006035905A1 - ワイヤバンプ - Google Patents

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Abstract

Ａｕマトリックスと微量添加元素とから構成される純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金に純度９９．９９質量％以上のＡｇを１〜４０質量含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金からなるワイヤバンプ材料であって、該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ、及び／または、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれた１種以上を合計１０〜９０質量ｐｐｍ（Ｂ及びＬｉ単独の場合は０．５〜４０質量ｐｐｍ）含有し、また、該希土類元素が、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｇｄ及び／又はＳｍである、ワイヤバンプ材料。バンプのボール形状を真球とし、テール長さを短くし、耐半田食われ性を向上するなどＡｌパッドに対するバンプ接合信頼性を向上する。

Description

本発明は、ワイヤボンディング技術を利用して電極パッド上に金属突起を形成するのに適したワイヤバンプ材料に関する。
ＩＣチップやトランジスタなどの集積回路素子上の電極パッドとＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）のリードやリードフレームやセラミック基板上の外部端子とを接続する方法として、ワイヤボンディング方法を利用した金属突起の形成方法が知られている。このワイヤバンプ方法は、ＩＣチップの電極パッドと外部端子とをバンプを介して直接接続しており、ボンディング・ワイヤで接続する場合に比べて接合部分の高さを低くすることができるので、高密度パッケージや薄型パッケージを製造するのに適しているという利点がある。例えば、ＩＣチップの電極部にバンプを形成し、このバンプを対向する印刷回路基板の導体回路上の溶融半田と接合させるフリップチップ法や、半田めっきしたＣｕテープと溶融接合させるフィルムキャリア法などがある。
これまでこのワイヤバンプ材料には、純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金という制約からＡｕマトリックスとして高純度のＡｕが使用されていた。ところが、高純度のＡｕを使用したワイヤバンプ材料では、極細線にボールを形成してＩＣチップ圧着した後、ワイヤ部分をクランパで把持してワイヤを引きちぎると、ＩＣチップ上に残されたボール、つまりバンプ側に、接続不良の主たる原因となるテールが長く残ってしまうという問題があった。そこで、ＡｕマトリックスとしてＡｕ：０．５〜１０質量％Ｐｄ合金（特許第２７３７９５３号公報）やＡｕ：０．００３〜５質量％Ｐd合金（特開平９−３２１０７６号公報）やＡｕ：０．００１〜５質量％Ｐｔ、Ｐｄ又はＲｕ合金（特開平１０−２８７９３６号公報）などが開発され、テールの長さを短くする研究が行われた。しかしながら、Ｐｄ等の白金族金属は、高価であり、しかも、９９．９９％の以上の高純度にするのに特別の設備を要し、Ａｕに比べて費用もかかることから９９．９％の純度で使用されるのが一般的であるため、不純物を多く含むものであった。また、白金族の添加量を多くしていくと、キャピラリーの内部が汚れ、この汚れがワイヤに付着して真球でないボールを形成したり、ボールが硬くなってＡｌパッド直下のＳｉチップが割れたりするという問題を生じるため、実用的にはＡｕ：１％Ｐｄ合金が使用されていた。
このＡｕ：１％Ｐｄ合金は、ＡｌパッドとＡｕ−Ｐｄ合金バンプとの間に形成されるＡｕＡｌ化合物の成長を遅延させることができる利点はあるが、依然としてワイヤを引きちぎった際にテール長さがときたま長いものが出るものであった。また、最近では半田付け作業が２００℃〜３００℃の高温で行われる傾向があり、特にＰｂフリーのＳｎ系半田では高温で作業するためこの傾向が著しい。この作業温度が高温になるとＡｕ−Ｐｄ合金バンプでは、Ａｕが急速に半田中に溶け込む半田喰われの現象が生じてくるため厳格な温度管理のもとで半田付け作業をせざるを得なかった。そこで、Ｐｄ濃度を高めたＡｕ：５％Ｐｄ合金も考えられたが、大気中でのボールボンディング時に硬質ボールを形成するためＡｌパッドへのチップダメージが大きくなりすぎるという問題があり、また、Ｐｄは価格変動が大きいという問題があったり、上述したキャピラリー汚れやテール長さの問題などもあったりするため実用化されていなかった。
特許第２７３７９５３号公報 特開平９−３２１０７６号公報 特開平１０−２８７９３６号公報
本発明は、上記従来のＡｕワイヤバンプ材料の持つ問題点を解決するためになされたものである。本発明は、次のことを目的とする。
（１） Ａｌパッドへ接合するＡｕ−Ａｇ合金バンプのボール形状を真球に近づけること。
（２） ＡｌパッドへのＡｕ−Ａｇ合金バンプの接合の信頼性を向上させること。
（３） Ａｕ−Ａｇ合金バンプのテール長さを短くすること。
（４） 耐半田喰われ性を向上すること。
（５） バンプワイヤによるキャピラリー先端又は先端近傍の孔の汚れを減少すること。
本発明によれば、以下に示すワイヤバンプ材料が提供される。
（１） Ａｕマトリックスと微量添加元素とから構成される純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金に９９．９９質量％以上の純度のＡｇを１〜４０質量％含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金からなることを特徴とするワイヤバンプ材料。
（２） 微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有していることを特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ材料。
（３） 該微量添加元素としてＧｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していることを特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ材料。
（４） 該微量添加元素としてＣａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を３〜９０質量ｐｐｍ含有し、更にＧｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していること(ただし、ＢおよびＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５〜４０質量ｐｐｍ)を特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ材料。
（５） 該ＡｕマトリックスがＡｇを５〜２５質量％含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。
（６）該希土類元素がＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｇｄ及び／又はＳｎであることを特徴とする前記（２）又は（４）に記載のワイヤバンプ材料。
（７）ワイヤバンプ材料が、Ｐｂ系半田又はＳｎ系半田と接合させるものであることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。
（８）ワイヤバンプ材料が、ＰｂフリーＳｎ系半田とフリップチップ接合させるものであることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。
（９）ワイヤバンプ材料が、融点が１７０℃〜２６０℃のＰｂフリーＳｎ系半田とフリップチップ接合させるものであることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。
Ａｌパッドへ接合するＡｕ−Ａｇ合金バンプの軟質ボール形状を真球に近づけることの効果について説明する。
本発明のＡｕ−Ａｇ合金では大気中のボール形成時に軟質の真球が得られるので、Ａｌパッドのチップにダメージを与えることはない。また、大気中でＡｌパッドヘボンディングする時にＣａ、Ｂｅまたは希土類元素、あるいは、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＢまたはＬｉの元素群の微量添加元素が酸化されて異形のボールになることはない。したがって、パッド面積が小さくなっても狙った位置へ確実に所定面積の真円でバンプワイヤ用のボールボンディングができる。
次にＡｌパッドへのＡｕ−Ａｇ合金バンプの接合の信頼性を向上させる効果について説明する。
本発明の高純度のＡｕ−Ａｇ合金マトリックスでは、純ＡｌまたはＡｌ合金のＡｌパッドにおけるＡｌとＡｕとの間の金属間化合物の生成を遅延させ、この金属間化合物にＡｕ４Ａｌが生成しないので、Ａｌパッドへの接合の信頼性を向上させる。Ａｌパッドは、純ＡｌまたはＡｌが主成分の合金（例えばＡｌ：８０％Ａｕ合金等）であればよい。更に樹脂モールドした場合には、ＡｌとＡｕとの金属間化合物の生成がないので、封止樹脂中のハロゲンによる腐食を防止することができる。
次に、Ａｕ−Ａｇ合金バンプのテール長さが短くできた効果について説明する。
本発明の高純度のＡｕ−Ａｇ合金マトリックスでは純Ａｕマトリックスよりも微量添加元素の効き目が強く働き、微量添加元素と不純物元素とあわせて最大１００ｐｐｍしか含まれていない場合（ただし、Ａｇ成分を除く）でもバンプのテール長さのばらつきを短くすることができる。テール長さのばらつきが短くなればなるほど均質なバンプを製造することができるので、多数個のバンプを製造してもネック強度差を大きくすることができ、かつ、安定させることができる効果が得られる。
次にＡｕ−Ａｇ合金バンプの耐半田喰われ性が向上する効果について説明する。
本発明の高純度のＡｕ−Ａｇ合金マトリックスでは耐半田喰われ性が向上するため半田とフリップチップ接合してもＡｕ−Ａｇ合金バンプ自体が半田中に消滅してしまうことがない。このため使用できる半田材料の選択範囲が広がり、半田付け後に高温でリフローしても安定した接合強度のフリップチップ接合体が得られる。また、特定の半田材料に対する使用可能な温度範囲が広いので、半田付けの作業管理条件が緩やかになる。しかも、バンプのテール長さのばらつきを抑制することができるので、Ａｕ−Ａｇ合金バンプのテール部分だけを選択的に消失させることができ、ますますテール長さのばらつきを小さくすることができるようになる。特にＡｕ−Ａｇ合金マトリックス中のＡｇが５〜２５質量％の範囲にあれば、高温における耐半田喰われ性が更に向上するので、安定したフリップチップ構造ができる。また、半田中に溶け込むＡｕ等の元素が減少するので、半田中に脆弱な化合物が成長することはない。
本発明のワイヤバンプ材料は、Ａｕ−Ａｇ合金からなり、かつ微量添加元素を含有する。この場合、Ａｇの含有量は１〜４０質量％、好ましくは５〜２５質量％である。Ａｇの純度は、９９．９９質量％以上である。
本発明で用いる微量添加元素の第一の態様においては、Ｃａ、Ｂｅ及び／又は希土類元素（グループＡの元素ともいう。）が用いられる。これらの元素は単独であってもよいし２種以上を組み合わせて用いてもよい。これら元素の含有量は、Ｃａの場合、５〜５０質量ｐｐｍ、好ましくは８〜３５質量ｐｐｍである。Ｂｅの場合は、１〜２０質量ｐｐｍ、好ましくは３〜１８質量ｐｐｍである。希土類元素の場合、５〜９０質量ｐｐｍである。これらの微量添加元素を複数用いる場合、その合計量は、９０質量ｐｐｍ以下、好ましくは５０質量ｐｐｍ以下にするのがよい。
希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｇｄ、及びＳｍの中から選ばれる少なくとも１種を好ましくは用いることができる。
本発明で用いる微量添加元素の他の態様としては、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を好ましくは用いることができる。これらの元素（グループＢの元素ともいう。）の含有量は１０〜９０質量ｐｐｍである。特に好ましく用いられる元素はＧｅ、Ｂｉ、Ａｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及び／又はＬｉである。
Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｓｎ及び／又はＳｂ（グループＢ１の元素ともいう）を用いる場合、その含有量は、１０〜９０質量ｐｐｍ、好ましくは１５〜６０質量ｐｐｍにするのがよい。
前記グループＢの元素の複数を含有する場合、その合計量は、９０ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下にするのがよい。
本発明で用いる微量元素のさらに他の態様においては、グループＡの元素とグループＢの元素の組み合わせが用いられる。この場合、グループＡの元素の含有量は、該元素がＣａの場合、５〜５０質量ｐｐｍ、好ましくは８〜３５質量ｐｐｍ、Ｂｅの場合、１〜２０質量ｐｐｍ、好ましくは３〜１８質量ｐｐｍ、希土類元素の場合、３〜９０質量ｐｐｍである。グループＡの元素が複数の場合、その合計含有量は、９０質量ｐｐｍ以下、好ましくは５０質量ｐｐｍ以下にするのがよい。
グループＢの元素において、該元素がＢ及び／又はＬｉ（グループＢ２の元素とも言う）だけの場合には、その含有量は０．５〜４０質量ｐｐｍ、好ましくは０．５〜１５質量ｐｐｍである。グループＢ２の元素の複数を含有する場合、その合計含有量は、好ましくは１５質量ｐｐｍ以下にするのがよい。
グループＡ、グループＢ１、グループＢ２の元素を含有する場合、該グループＢ２の元素の含有量は、０．５〜４０質量ｐｐｍ、好ましくは０．５〜１５質量ｐｐｍとするのがよい。また、この場合の合計含有量は、９０質量ｐｐｍ以下、好ましくは５０質量ｐｐｍ以下にするのがよい。
Ａｌパッドへ接合するＡｕ−Ａｇ合金バンプのボール形状を真球に近づける事に関する作用について次に説明する。
一般に、Ａｕと微量添加元素とから構成される純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金は真球が得られやすく、Ａｕ−数％Ｐｄ合金も大気中で真球が得られやすい。Ａｕ−Ａｇ合金の場合は、Ａｇが高温大気中の酸素を取り込みやすいことから、Ａｇの含有量が多くなると微量添加元素が酸化されて硬質の異形ボールを形成しやすくなり、ボンディング時にＡｌパッドへダメージを与えやすくなる。このためＡｇの含有量の上限を４０％以下にして大気中でボール・ボンディングしてもＡｌパッド上で真円が得られるようにした。さらに、純度９９．９９質量％以上のＡｇを用いることによりＡｕに高濃度のＡｇを含有させても軟質のボールが得られるようにし、かつ、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍとするかあるいは、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ又はＬｉの少なくとも１種を合計で１０〜９０質量ｐｐｍ（ただし、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５〜４０質量ｐｐｍ）微量添加して真円が得られるようにした。
前者の微量添加元素群（グループＡ元素）は、後者のグループＢの元素よりもＡｕ−Ａｇマトリックスに対する効き目が強い。ここで、前者の微量添加元素群のうち、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍに選んだ理由は、５質量ｐｐｍ未満ではＡｕ−Ａｇ合金バンプがＡｌパッド上でそのボール形状を真球に近づけることが困難になるからであり、５０質量ｐｐｍを超えるとボール形状がいびつになりやすいからである。Ｂｅおよび希土類元素の上限・下限理由も同様である。希土類元素のうち特にＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ又はＮｄの元素は１０〜９０質量ｐｐｍの範囲で安定した真球が得られやすい。一方、後者のＡｕと共晶合金を作る元素群は前者の群の元素よりもＡｕ−Ａｇマトリックスに対する大気中でも真球を得ることができるという効き目が弱いものの、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を合計で１０〜９０質量ｐｐｍ（ただし、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５〜４０質量ｐｐｍ）含有していれば、小ピッチに対応したＡｕ−Ａｇ合金バンプのボール形状を実用上問題のない真球に近づけることができ、加えて、純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金（ただし、Ａｇ成分を除く）を満足することができる。これらの元素が１０ｐｐｍ（ただし、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５０質量ｐｐｍ）に達しないと満足の行く真球を得ることができない。
また、９０ｐｐｍを超えると純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金（ただし、Ａｇ成分を除く）を満足することができない。このため「高純度のＡｕ」という表示ができなくなる不都合があるほか、均一に合金化できない場合にはＡｕ−Ａｇ合金バンプがＡｌパッド上でそのボール形状を真球に近づけることが困難になることがある。特に、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、４０質量ｐｐｍを超えると、ボール形状を真球に近づけることが困難になりやすい。
純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金にはこれらの前者と後者の微量添加元素群及び不可避な不純物（ただし、Ａｇ成分を除く）が最大でも１００ｐｐｍ未満しか含まれていないので、常に安定した真球が得られるようになる。
ＡｌパッドへのＡｕ−Ａｇ合金バンプの接合の信頼性を向上させることに関する作用に付いて次に説明する。
Ａｕ−Ａｇ合金マトリックスは、純金マトリックスやＡｕ−Ｐｄ合金マトリックスに比べてＡｌパッドにおけるＡｌとＡｕとの金属間化合物の生成を遅延させ、この金属間化合物にはＡｕ4Ａｌが生成しないことがボンディングワイヤで知られている。本発明の微量添加元素群を添加したバンプ用のＡｕ−Ａｇ合金マトリックスでも微量添加元素群がマトリックス中にとどまってＡｌと反応せず純金マトリックスやＡｕ−Ｐｄ合金マトリックスのようなＡｕ4Ａｌが生成しないことがわかった。このようにＡｕ−Ａｇ合金マトリックスはＡｕマトリックスやＡｕ−Ｐｄ合金マトリックスよりもＡｌとＡｕとの金属間化合物の生成を遅延させる。また、上述した微量添加元素群を所定量添加したＡｕ−Ａｇ合金マトリックスは真球を形成する。しかも、微量添加元素が最大１００ｐｐｍしか含まれていない場合には純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金（ただし、Ａｇ成分を除く）が維持できるので、ＡｌパッドへのＡｕ−Ａｇ合金バンプの接合の信頼性をボンディング・ワイヤの場合と同様に向上させることができる。なお、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ又はＬｉのうち少なくとも１種類以上を合計で０．００９〜０．３質量％含有していても、これらの元素群は普通の溶解・鋳造作業でＡｕ−Ａｇ合金マトリックスに微細に分散しているためＡｌパッドへのチップダメージは問題ないことがわかった。
Ａｕ−Ａｇ合金バンプのテール長さを短くする事に関する作用に付いて次に説明する。
本発明者らは、バンプのテール長さのばらつきがバンプワイヤ自身の強度と熱影響部の強度との差（これを「ネック強度差」と称する）にあると考えた。Ａｕ−Ａｇ合金マトリックス中のＡｇが１質量％未満では、微量添加元素を所定量だけ添加しても純Ａｕマトリックスと同様Ａｕ−Ａｇ合金マトリックス自体がなまりやすくなる。バンプワイヤがなまった場合はワイヤ強度が弱くなってネック強度差が小さくなる。その結果、バンプワイヤの引きちぎられる位置がばらばらとなり、テール長さがばらつきやすくなる。そこで、所定割合のＡｕ−Ａｇ合金マトリックスを用いることによって純金マトリックスやＡｕ−Ｐｄ合金マトリックスよりもネック強度差を大きくすることができた、また、Ａｕ−Ａｇ合金マトリックス中に微量添加元素を所定量ほど添加しなければ、Ａｕ−Ａｇ合金が高純度のＡｕと高純度のＡｇとで構成されているため熱影響部が長くなってしまう。その結果テール長さがばらつきやすくなってしまうので、必ずＡｕ−Ａｇ合金マトリックス中に微量添加元素を添加しなければならない。ネック強度差の観点からＡｕ−Ａｇ合金マトリックスにおけるより好ましいＡｇの含有量は５〜２５質量％の範囲である。Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍの少なくとも１種の元素群を含有させると、微量であっても熱影響部を狭くする効果が純金マトリックスやＡｕ−Ｐｄ合金マトリックスに比べて大きい。特に、希土類元素のうちのＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ又はＮｄが熱影響部を狭くする効果が大きい。しかし、これらの元素が下限未満であると、たとえＡｕ−Ａｇ合金マトリックス中のＡｇ含有量が５〜２５質量％の範囲であったとしても、熱影響部が拡大してしまうので所定の下限量が必要である。
なお、これらの元素は上限を超えても熱影響部を狭くする効果があるが、上述したようにボール形状がいびつになりやすい等の理由から上限を限った。他方、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ又はＬｉの元素群は比較的多く添加させなければ熱影響部を狭くする効果が現われず、これらの元素が１０ｐｐｍに達しないとたとえＡｕ−Ａｇ合金マトリックス中のＡｇの含有量が５〜２５質量％の範囲であったとしても、満足の行く熱影響部が狭くなる効果を得ることができない。また、９０ｐｐｍを超えて含有させても０．３質量％までは熱影響部を狭くする効果を得ることができるが、９０ｐｐｍを超えると純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金（ただし、Ａｇ成分を除く）を満足することができない。純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金にはこれらの前者と後者の微量添加元素群（ただし、Ａｇ成分を除く）が最大でも１００ｐｐｍ未満しか含まれていないので、いつも安定した熱影響部を狭くする効果が得られるようになる。特にＡｕ−Ａｇ合金マトリックスにおけるＡｇの含有量が５〜２５質量％の範囲にあれば、満足の行く熱影響部が狭くなる効果を最もよく得ることができるとわかった。
耐半田喰われ性を向上することに関する作用に付いて次に説明する。
半田材料としてはＰｂを主成分とした合金（Ｐｂ合金、Ｐｂ：０．３質量％Ｓｎ合金、Ｐｂ：５質量％Ｓｎ合金等）やＰｂフリー合金（Ｓｎ合金、Ｓｎ：３．５質量％Ａｇ合金、Ｓｎ：０．８質量％Ｃｕ合金、Ｓｎ：０．５質量％Ｎｉ合金、Ｓｎ：１．０質量％Ｚｎ合金、Ｓｎ：３．５質量％Ａｇ：０．５質量％Ｃｕ合金、Ｓｎ：２０質量％Ｉｎ合金など）が知られている。Ａｕ−Ａｇ合金マトリックスはこれらの半田材料に対して純Ａｕマトリックスよりも半田喰われ性を向上し、特に高温における半田喰われ性を向上することがわかった。特にＡｕ−Ａｇ合金マトリックス中のＡｇが５〜２５質量％の範囲にあれば、高温における耐半田喰われ性が更に向上する。添加元素の添加量は微量なのでＡｕ−Ａｇ合金マトリックスにおける半田喰われ性に与える影響は少なく、微量添加元素を所定量ほど添加されたＡｕ−Ａｇ合金マトリックスは、いずれも純金マトリックスやＡｕ−Ｐｄ合金マトリックスに比べて耐半田喰われ性が向上していた。
純度９９．９９９質量％の高純度金及び純度９９．９９９質量％の高純度Ａｇ（単位は質量％）に微量添加元素（単位は質量ｐｐｍ）として表に記載の数値になるように配合した実施品の成分組成を添加し、真空溶解炉で溶解鋳造した。これを伸線加工して、線径が２５μｍのところで最終熱処理した。この極細線を１００μｍ角の純Ａｌパッド上へ大気中で株式会社新川製ワイヤボンダ（ＵＴＣ−４００型）を使って、放電時間０．５ミリ秒にてボールを作成し、汎用条件にてボール・ボンディング(ボール径６２μｍ、ボールのつぶれ径８０μｍ)したところ、すべてのボールが１００μｍ角のＡｌパッド内に形成されていた。その結果を表に示す。
ここで、「ボール形成性」は、１００個のボールを作り、そのボールの外観を４００倍の実体顕微鏡で観察したときの結果を示し、良好なものを◎、小さい引け巣はあるもののボールとして使用できるものを○、引け巣またはボールがいびつでボール形成ができないものを×で示した。また、「圧着ボール径」はオリンパス株式会社製側長顕微鏡（ＴＭ−ＭＪＳ型）を使ってＡｌパッド上のボールの大きさを１００個ずつ縦方向（Ｙ）と横方向（Ｘ）で測定したときの平均値である。そして、そのときの平均値からのずれを最小二乗法で求め（「圧着ボール安定性Ｘ／Ｙ」で表わす。）、その値が０．９６以上のものを◎、０．９０〜０．９６未満のものを○、０．９０未満のものを×で判定した。また、「シェア強度」はデイジ（ＤＡＧＥ）社製シェア強度試験機（ＰＣ−２４００）を用い、１００本ずつ上方向（Ｚ）に引っ張り上げたときの切断強度の平均値である。このときのバンプのテール長さを「ネック高さばらつき（レンジ）」として測定し、平均値で示す。そして、この「ネック高さばらつき（レンジ）」が２０μｍ未満のものを◎、２０μｍ〜３０μｍ未満のものを○、３０μｍ以上のものを×で判定した。また、「チップダメージ」は、Ａｌパッド上のボールの周囲に発生したクラックの外観を４００倍の実体顕微鏡で１００個ずつ観察した時の結果を個数で示し、クラックの発生のないものを◎、１から４個までのものを○、５個以上のものを×で示した。
また、「加熱試験」は、１００個のＡｕ合金バンプをＳｎ：３．５質量％Ａｇ合金と対向させ、フリップチップ構造で保持した後、２５０℃で６０秒間加熱しリフローを行った。そして、各々１０個ずつ断面を４００倍の実体顕微鏡で観察してリフロー前の断面積の５０％以上あるものを◎、３０〜５０％未満のものを○、１０〜３０％未満のものを△、１０％以下のものを×として判定した。このとき、リフロー前の断面積が５０％以上ある◎のものは、いずれも引きちぎったときにできるひげ状のテール部分がＳｎ：３．５質量％Ａｇ合金中に溶け込んだため半田のバンプ高さが均一にそろっていた。一方、リフロー前の断面積が１０％以下である×のものは、バンプ本体までもがＳｎ：３．５質量％Ａｇ合金中に溶けて消失してしまったためバンプ接合されていなかった。
Figure 2006035905
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本発明によれば、以下に示すワイヤバンプが提供される。
（１） 純度９９．９９質量％以上のＡｕからなるＡｕマトリックスに純度 ９９．９９質量％以上のＡｇを１〜２５質量％含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金に、該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有せしめたＡｕ−Ａｇ合金からなることを特徴とするワイヤバンプ。
（２） 該微量添加元素として、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していることを特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ。
（３） 該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有し、更にＧｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していること（ただし、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５〜４０質量ｐｐｍ）ことを特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ。
（４） 該ＡｕマトリックスがＡｇを５〜２５質量％含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のワイヤバンプ。
（５）該希土類元素がＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｇｄ及び／又はＳｍであることを特徴とする前記（１）又は（３）に記載のワイヤバンプ。
（６） Ｐｂ系半田又はＳｎ系半田と接合したことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のワイヤバンプ。
（７） Ｐｂフリー系半田とフリップチップ接合したことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずかに記載のワイヤバンプ。
（８） 融点が１７０℃〜２６０℃のＰｂフリーＳｎ系半田とフリップチップ接合したことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のワイヤバンプ。
Figure 2006035905
Figure 2006035905
本発明によれば、以下に示すワイヤバンプが提供される。
（１） 純度９９．９９質量％以上のＡｇを１〜２５質量％含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のＡｕからなるＡｕ−Ａｇマトリックス合金に、該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有せしめたＡｕ−Ａｇ合金からなることを特徴とするワイヤバンプ。
（２） 該微量添加元素として、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していることを特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ。
（３） 該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有し、更にＧｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していること（ただし、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５〜４０質量ｐｐｍ）ことを特徴とする前記（１）に記載のワイヤバンプ。
（４） 該AuマトリックスがAgを５〜２５質量％含有させてなるAu−Ag合金であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のワイヤバンプ。
（５）該希土類元素がＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｇｄ及び／又はＳｍであることを特徴とする前記（１）又は（３）に記載のワイヤバンプ。
（６） Ｐｂ系半田又はＳｎ系半田と接合したことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のワイヤバンプ。
（７） Ｐｂフリー系半田とフリップチップ接合したことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずかに記載のワイヤバンプ。
（８） 融点が１７０℃〜２６０℃のＰｂフリーＳｎ系半田とフリップチップ接合したことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のワイヤバンプ。

Claims (9)

  1. Ａｕマトリックスと微量添加元素とから構成される純度９９．９９質量％以上のＡｕ合金に９９．９９質量％以上の純度のＡｇを１〜４０質量％含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金からなることを特徴とするワイヤバンプ材料。
  2. 該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有していることを特徴とする請求項１に記載のワイヤバンプ材料。
  3. 該微量添加元素として、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれる少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していることを特徴とする請求項１に記載のワイヤバンプ材料。
  4. 該微量添加元素として、Ｃａを５〜５０質量ｐｐｍ、Ｂｅを１〜２０質量ｐｐｍ及び／又は希土類元素を５〜９０質量ｐｐｍ含有し、更にＧｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂ及びＬｉの中から選ばれ る少なくとも１種を１０〜９０質量ｐｐｍ含有していること（ただし、Ｂ及びＬｉがそれぞれ単独の場合は、０．５〜４０質量ｐｐｍ）ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤバンプ材料。
  5. 該ＡｕマトリックスがＡｇを５〜２５質量％含有させてなるＡｕ−Ａｇ合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。
  6. 該希土類元素がＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ｇｄ及び／又はＳｍであることを特徴とする請求項２又は４に記載のワイヤバンプ材料。
  7. ワイヤバンプ材料が、Ｐｂ系半田又はＳｎ系半田と接合させるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。
  8. ワイヤバンプ材料が、Ｐｂフリー系半田とフリップチップ接合させるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のワイヤバンプ材料 。
  9. ワイヤバンプ材料が、融点が１７０℃〜２６０℃のＰｂフリーＳｎ系半田とフリップチップ接合させるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のワイヤバンプ材料。

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