KR20180041553A - 볼 본딩용 구리 합금선 - Google Patents

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히로유키 아마노
나나코 마에다
유카 나가에
다쿠야 하마모토
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타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤
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Abstract

(과제) 본 발명의 목적은, 본딩 와이어를 가늘게 하여 용융 볼을 작게 해도, 압착 볼의 용착 면적이 꽃잎상으로 퍼지지 않고, 안정적으로 균일한 압착 형상을 확보할 수 있는 볼 본딩용 구리 합금선을 제공하는 것에 있다.
(해결 수단) 본 발명의 볼 본딩용 구리 합금선은, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 0.01 ∼ 1.5 질량％ 의 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd), 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu), 특히 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 0.01 ∼ 1.5 질량％ 의 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd), 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S), 10 ∼ 100 질량ppm 의 인 (P), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

볼 본딩용 구리 합금선{COPPER ALLOY WIRE FOR BALL BONDING}
본 발명은, 볼 본딩용 구리 합금선에 관한 것으로, 특히 프리 에어 볼 (FAB) 본딩에 의해 반도체 소자 상의 패드 전극에 제 1 본드를 한 후, 스티치 본딩에 의해, 리드 프레임 상의 외부 전극에 제 2 본드를 하는 볼 본딩용 구리 합금선의 제 1 본드의 개량에 관한 것이다.
지금까지 구리 니켈 등 합금은, 본딩 와이어로서 거의 고려되고 있지 않았다. 니켈 (Ni), 혹은 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 을 첨가하면 구리 (Cu) 의 저항이 상승한다. 이 때문에, 구리 니켈 등 합금을 본딩 와이어로 하면, 금 본딩 와이어의 대체품으로서 저저항을 특징으로 한 구리 본딩 와이어의 우위성이 상실된다는 결점이 있다. 구리 니켈 등 합금에 관한 본딩 와이어를 예시하면 이하의 것이 있다.
일본 공개특허공보 평01-291435호 (후술하는 특허문헌 1) 의 특허 청구의 범위 (1) 에 「S, Se 및 Te 의 총 함유량을 1.0 ppm 이하로 한 고순도 무산소동에, Al, Cr, Fe, Mn, Ni, P, Sn, Zn 의 1 종 또는 2 종 이상을 총계로 1.0 ∼ 500 ppm 첨가한 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 구리 합금 극세선」으로 이루어지는 발명이 개시되어 있고, 제 1 표의 실시예 6 에, 고순도 무산소동에 Ni : 376 ppm 을 첨가한 소재로 이루어지는 반도체 장치용 구리 합금 극세선이 개시되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 평01-290231호 (후술하는 특허문헌 2) 의 특허 청구의 범위 (2) 항에는, 「S, Se 및 Te 의 총 함유량을 1.0 ppm 이하로 한 고순도 무산소동에, 적어도 Si 를 1.0 ppm 첨가하고, 추가로 Al, Cr, Fe, Mn, Ni, P, Sn, Zn 의 1 종 또는 2 종 이상을 Si 와 총계로 1.0 ∼ 500 ppm 첨가한 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 구리 합금 극세선」으로 이루어지는 발명이 개시되어 있고, 제 2 표의 실시예 9 에, 고순도 무산소동에 Si : 54 ppm 및 Ni : 46 ppm 을 첨가한 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 구리 합금 극세선」이 개시되어 있다.
그러나, 동 공보의 제 2 표의 비교예 2 에서는, 고순도 무산소동에 Si : 89 ppm 및 Ni : 660 ppm 을 첨가한 소재는, 볼 경도가 높아지고, 피막의 손상이나 마이크로 크랙을 회피할 수 없었던 것이 기재되어 있다. 이것은, 니켈 (Ni) 의 농도가 높아지면, 표층에 있어서의 구리 (Cu) 매트릭스 중에서 고용된 니켈 (Ni) 이 대기 중의 산소와 결부되어 산화 니켈 입자를 형성했기 때문이라고 생각된다. 따라서, 이 비교예 2 의 소재를 반도체 장치용 본딩 와이어에 적용한 경우, 구리 합금 극세선으로서 고온하에서 사용할 수 없는 것을 나타내고 있다.
이와 같은 상황하에서 본 출원인은, 일본 공개특허공보 2014-165272호 (d3) 에 관련된 발명 「단면 감소율 99 ％ 이상으로 연속 신선 (伸線) 되고, 표층과 내부 산화층 및 구리 희박 니켈 합금층으로 구성되는 반도체 장치 접합용 구리 니켈 희박 합금 와이어에 있어서, 상기 표층은 산화물의 성장층으로 이루어지고, 상기 내부 산화층은 금속 부족형 산화 구리 매트릭스에 산화 니켈 입자가 미세하게 분산된 층으로 이루어지고, 상기 구리 희박 니켈 합금층은 순도 99.995 질량％ 이상의 구리 (Cu) 매트릭스에 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni) 이 균일 고용된 합금층으로서, 상기 표면층의 두께에 대한 상기 내부 산화층의 두께가 60 배 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 접합용 구리 희박 니켈 합금 와이어의 구조」를 개시하였다. 이것은, 구리 (Cu) 매트릭스 중의 산소를 고용한 니켈 (Ni) 이 고정되는 것 및 구리 희박 니켈 합금의 표면층에 순구리층이 형성되기 쉬워지는 것을 이용하고자 한 것이다.
그 결과, 이 본딩 와이어는, 표층의 Cu2O 막이 주위 온도에서 성장하는 것보다 훨씬 빠르고, 금속 부족형 구리 산화물 (Cu2-xO) 매트릭스 중의 프리의 산소가 Cu2-xO 매트릭스 중을 빠르게 이동할 수 있다. 따라서, 금속 부족형 구리 산화물 (Cu2-xO) 매트릭스가 쿠션층으로서 작용하고, 표층의 반구상의 산화막 모양의 형성이 없어지고, 표층의 Cu2O 막이 안정된다. 이 때문에, 이 본딩 와이어는, 균일한 재결정 조직이 얻어지고, 와이어가 사행되거나, 리닝하거나 하는 경우는 없다. 즉, 지금까지 용융 볼이 불규칙하게 퍼지는 것은, 리닝이라고 칭해지는 본딩 와이어의 굴곡이나 절곡 등이 해소되었다. 또, 제 2 본드에 있어서의 본딩 와이어의 스티치 접합성도 향상되는 것 등의 효과가 얻어진다.
그러나, 예시한 구리 니켈 희박 합금의 본딩 와이어에는, 모두 와이어 표면 상에 불안정한 산화막이 형성되기 쉽다는 치명적인 결함이 있다. 이 때문에 지금까지의 구리 니켈 희박 합금 와이어를 장기간 방치하면, 와이어 표면의 산소 농도가 증가하여 와이어에 불안정한 산화물이 증식된다. 이와 같은 본딩 와이어에 프리 에어 볼 (FAB) 방식으로 용융 볼을 형성하고, 알루미늄 패드에 연직 방향으로부터 용융 볼을 가압해도 압착 볼이 원반상으로 퍼지지 않고, 압착 볼의 외연부가 일그러진 꽃잎상의 형상으로 응고되는 경향이 있었다.
여기서, 알루미늄 패드란, 순알루미늄 (Al) 또는 알루미늄 (Al) 이 주성분인 합금으로 이루어지는 패드 전극을 말한다. 또, 꽃잎상이라는 표현은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 압착 볼의 중심과 와이어의 축 중심이 일치하고 있지만, 압착 볼의 외연부의 형상이 원형이 아닌 상태를 말한다. 즉, 압착 볼이 꽃잎상이 되는 현상은, 용융 볼이 제작된 단계에서는 발생하지 않고, 용융 볼을 알루미늄 패드에 대해 연직 방향으로부터 가압하는 단계에서 압착 볼에 나타나는 비정상적인 형상이다. 꽃잎상의 계측 수단은 후술한다.
이 꽃잎상이라는 현상은, 지금까지의 리닝 등에 의한 오목부의 꽃잎상 결함 (일본 공개특허공보 2007-284787호의 도 1 참조), 혹은 일그러진 원형의 압착 볼 (일본 공개특허공보 2007-266339호의 도 2 참조) 과 같은 상태를 말하는 것은 아니다. 꽃잎상 결함은, 피복층과 심재의 계면 구조에서 기인되어 볼 접합부의 최외주 근방이 꽃잎상으로 요철 변형을 일으키고, 진원성으로부터 어긋나는 것이다. 이 꽃잎상 결함은 피복층을 갖는 본딩 와이어에 보이는 현상이며, 알루미늄 패드 상의 용융 볼의 젖음성에서 기인되는 현상이다. 또, 일그러진 원형의 압착 볼은, 와이어 선단에 형성한 볼부가 와이어축에 대해 비대칭으로 형성되는 현상이며, 용융 볼이 형성된 단계에서 이미 편심되어 있다. 또한, 리닝은, 본딩된 와이어의 제 1 본드 부근에 있어서, 연직 방향으로부터 관찰하여 재결정 영역 (HAZ) 으로 불리는 지점에서 가로 방향으로 넘어지듯이 구부러지는 현상이다. 이와 같은 편심 볼이 형성된 본딩 와이어를 알루미늄 패드에 대해 연직 방향으로부터 가압하면, 후술하는 바와 같이, 일그러진 원형의 압착 볼을 일반적인 현미경하에서 관찰할 수 있다. 이것들 편심 볼의 일례를 도 7 에 나타낸다.
편심 볼에서도 일그러진 압착 볼이 발생하면, 그것을 고려하여 알루미늄 패드의 압착 면적이 커지지 않을 수 없다. 이 때문에, 지금까지는 알루미늄 패드의 단위 면적당의 본딩 와이어의 밀집도를 높게 할 수 없다는 결점이 있었다. 또, 편심에 의해 압착 볼이 알루미늄 패드로부터 비어져 나오는지의 여부에 관계 없이, 최근의 실장 공정에서는 본딩 와이어의 집적 밀도가 점점 높아졌다. 그 때문에 본딩 와이어의 밀집도를 높이고자 하면, 제 1 본드 공정에 있어서 압착 볼이, 도 5 에 나타내는 바와 같이 꽃잎상으로 변형된다는 현상 그 자체가 허용되지 않게 되었다.
이 꽃잎상이라는 현상은, 무구한 본딩 와이어에 있어서 지금까지 전혀 고려되어 오지 않았던 과제이다. 「꽃잎상」이라는 현상은 구리 합금의 결정 구조에서 기인된다. 즉, 꽃잎상 현상은, 용융 볼이 응고될 때, 응고 조직의 불균일함에서 기인되어 압착 볼이 등방적으로 응고되지 않는 문제이다. 그 때문에, 「꽃잎상」현상에는, 후술하는 실시예 및 비교예에 나타내는 바와 같이 여러 가지의 것이 있고, 용융 볼이 캐피럴리에 의해 압착되고, 응고될 때에 이 「꽃잎상」현상이 보인다. 이 원인은 확실하지 않지만, 응고 조직의 불균일함이 관여하고 있고, 그 결과, 알루미늄 패드와 압착 볼의 계면 상태가 불균질이 되는 것이다. 「꽃잎상」현상이 보이면, 실장 공정이 안정되지 않기 때문에, 실장 공정에서 허용되지 않게 된다.
한편, 본 발명의 구리 합금선의 본딩 와이어를 제조하려면 지금까지의 몇 개의 제조 방법을 적절히 이용할 수 있다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 소59-155161호의 실시예에는, 「먼저 무산소동을 사용하여 직경 0.13 ㎜ 의 소재 와이어를 제조한다. … (중략) … 이와 같이 하여 얻어진 금 도금 와이어를, 인발 가공에 의해 직경 0.025 ㎜ 로 마무리한다. 필요에 따라 약 350 ℃ 에서 어닐링을 실시하는」것이 개시되어 있다.
동일하게, 일본 공개특허공보 평03-135041호의 특허 청구의 범위 제 1 항에는, 「도체의 표면에, 합금 원소 혹은 고농도 합금을 증착, 도금에 의해 피복한 후, 확산 열처리를 실시함으로써 합금화를 실시하고, 그 후 신선하는 것을 특징으로 하는 반도체용 본딩 세선의 제조 방법」의 발명이 개시되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 소64-003903호의 특허 청구의 범위 제 (3) 항에는, 소정의 Cu 합금의 주괴에, 「열간 압연을 실시하고, 그 후 신선 가공과 적어도 1 회 이상 중간 어닐링을 반복하여 소정의 선경 (線徑) 으로 마무리하고, 그러한 후 비산화성 또는 환원성 분위기하에서 어닐링함으로써, 원하는 기계적 특성으로 하는 것을 특징으로 하는 전자 기기용 구리 세선의 제조법」의 발명이 개시되어 있다.
동일하게, 일본 공개특허공보 평11-293431호의 청구항 1 에는, 「정출물 등의 이상 (異相) 을 포함하는 구리 합금 연질 소재를 냉간 가공하고, 필요에 따라 중간 어닐링을 실시하는, 선경 50 ㎛ 이하의 구리 합금 극세선의 제조 방법으로서, 상기 구리 합금 연질 소재로부터의 냉간 가공률을 99.999 ％ 이하로 하고, 중간 어닐링을 실시하는 경우에는, 중간 어닐링과 중간 어닐링 사이의 냉간 가공률은 99.999 ％ 이하로 하고, 최종 중간 어닐링 후의 냉간 가공률은 80 ∼ 99 ％ 로 하는 것을 특징으로 하는 구리 합금 구리 세선의 제조 방법」의 발명이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평01-291435호 일본 공개특허공보 평01-290231호 일본 공개특허공보 2014-165272호
본 발명자들은, 구리 합금선 본딩 와이어의 꽃잎상 현상을 주의 깊게 관찰하고, 이와 같은 꽃잎상으로 퍼지는 현상은, 제조 직후의 본딩 와이어에서 관찰되지 않고, 수개월 방치한 본딩 와이어에서 보인 것을 알게 되었다. 한편, 무구한 순구리선의 경우에는, 제조 직후라도 동일하게 본딩 와이어의 압착 볼이 꽃잎상으로 퍼지는 경우가 있었다. 그래서, 본 발명자들은, 압착 볼이 꽃잎상으로 퍼지지 않는 합금 조성을 여러 가지 탐색하고, 더욱 연구를 진행시켜 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명의 목적은, 본딩 와이어를 가늘게 하여 용융 볼을 작게 해도, 압착 볼이 꽃잎상으로 퍼지지 않고, 안정적으로 균일한 압착 형상을 확보할 수 있는 볼 본딩용 구리 합금선을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 볼 본딩용 구리 합금선의 하나는, 볼 본딩용 구리 희박 합금에 있어서, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 0.01 ∼ 1.5 질량％ 의 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％, 추가로 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 볼 본딩용 구리 합금선의 다른 하나는, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 0.01 ∼ 1.5 질량％ 의 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％, 추가로 10 ∼ 100 질량ppm 의 인 (P), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 볼 본딩용 구리 합금선의 다른 하나는, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 0.01 ∼ 1.5 질량％ 의 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％, 추가로 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S), 10 ∼ 100 질량ppm 의 인 (P), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시양태는 이하와 같다. 즉, 상기 니켈 (Ni) 의 함유량이 0.2 ∼ 1.2 질량％ 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 1.0 질량％ 의 범위이다. 또, 상기 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 의 함유량이 0.05 ∼ 0.8 질량％ 인 것이 바람직하다. 그리고, 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 보다 니켈 (Ni) 로 이루어지는 구리 희박 합금이 바람직하다. 특히 니켈 (Ni) 및 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 으로 이루어지는 구리 희박 합금이 보다 바람직하다. 또, 상기 황 (S) 의 함유량이 2 ∼ 10 질량ppm 인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 구리 매트릭스에 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 0.01 ∼ 1.5 질량％ 의 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％ 함유시키는 것은, 이것들 함유 합금 성분이 구리 매트릭스에 완전하게 균일 고용되기 때문이다. 또, 니켈 (Ni) 등의 함유 합금 성분은 구리 매트릭스 중에 존재하는 산소를 고정시키는 작용을 나타내기 때문이다. 또, 이 범위 내이면, 구리 합금선 와이어의 표면에 구리 (Cu) 의 함유량이 높은 표면 편석층이 발생하는 일은 없다.
니켈 (Ni) 의 함유량의 하한값을 0.1 질량％ 로 하고, 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 의 하한값을 0.01 질량％ 로 한 것은, 이 하한값 미만에서는 결정립이 조대화되어 압착시에 국소적으로 변형되기 때문이다. 한편, 니켈 (Ni) 등 중 어느 1 종 이상의 상한값을 합계로 1.5 질량％ 로 한 것은, 이 상한값을 초과하면, 압착 볼이 지나치게 단단해져 칩 데미지를 일으키기 때문이다. 니켈 (Ni) 의 함유량이 0.2 ∼ 1.2 질량％ 이고, 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 의 함유량이 0.05 ∼ 0.8 질량％ 이면, 압착 볼의 결정립경이 어느 정도 균일한 크기가 되고, 안정적인 원반상의 압착 볼이 얻어진다. 구리 합금의 압착 볼 형상에 관해서는 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 보다 니켈 (Ni) 이 작용 효과가 크다. 니켈 (Ni) 의 함유량이 0.5 ∼ 1.0 질량％ 의 범위가 특히 바람직하다.
본 발명의 구리 합금선 와이어에 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S) 을 함유시키면, 의외로 산소의 침입을 멈추는 효과가 있는 것을 알았다. 지금까지 황 (S) 은 용융된 구리 볼을 단단하게 하므로, 첨가 원소로부터 배제되고 있던 원소이다. 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S) 은 구리 합금선 와이어의 표면층을 지배하여 표면 희박층을 만드는 일도 없다.
황 (S) 이 0.1 질량ppm 이상 있으면 구리 합금선의 표면층을 지배하고, 산소의 침입을 멈출 수 있다. 한편, 황 (S) 이 20 질량ppm 을 초과하면, 압착 볼이 지나치게 단단해지고, 볼 본딩하면 알루미늄 스플래시를 일으킨다. 따라서, 황 (S) 의 함유량을 0.1 ∼ 20 질량ppm 으로 하였다. 황 (S) 은 구리 합금선 와이어에 미치는 영향력이 강하기 때문에, 황 (S) 의 함유량은 2 ∼ 10 질량ppm 인 것이 바람직하다.
본 발명의 구리 합금선 와이어가 대기 중에서 장기 보존에 견디기 위해서는, 와이어 중에 어느 정도의 산소량이 필요하다. 본 발명의 구리 합금선 와이어에 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 를 함유시켜 두면, 압착 볼 형상이 안정되는 효과가 있는 것을 알았다. 니켈 산화물 등이 구리 매트릭스 중에 고정되고, 이 산화물 입자의 플럭스 피닝 효과에 의해 압착 볼의 결정립경이 어느 정도의 균일한 크기로 유지되기 때문이다. 산소 (O) 가 하한값 미만이면 이와 같은 억제 효과는 없어진다. 또, 산소 (O) 가 상한값을 초과하면, 제 2 접합점 (본딩 와이어와 리드 프레임이나 기판 등과의 접합점) 에 있어서 접합성이 저하되기 때문에, 접합 불량이나 실장 공정에서의 수율 저하가 발생한다. 따라서, 본딩 와이어로서 사용할 때의 산소 (O) 의 함유량을 10 ∼ 80 질량ppm 으로 하였다.
특히 니켈 (Ni) 은 산소 (O) 와 산화물을 형성하여 구리 (Cu) 매트릭스 중에 고정되므로, 플럭스 피닝 효과가 커진다. 단, 산소 (O) 는 구리 매트릭스를 투과하므로, 통상적인 구리 합금선에 있어서는, 니켈 (Ni) 등이 산화 니켈 등이 되는 분만큼 산소를 함유할 수 있다. 그러나, 산화 니켈 등의 산화물이 되면, 이 체적 팽창이 계기가 되어 대기 중으로부터 구리 매트릭스에 산소가 침입하기 쉬워진다. 그래서, 소정량의 황 (S) 또는 인 (P) 을 첨가함으로써 산소 (O) 의 침입을 억제하기로 하였다. 즉, 소정량의 황 (S) 또는 인 (P) 을 첨가함으로써 수개월 방치해도 본 발명의 구리 합금선 와이어에 포함되는 산소 (O) 의 함유량이 그다지 증가하지 않는 효과가 있다.
본 발명에 있어서 10 ∼ 100 질량ppm 의 인 (P) 은, 구리 합금선 와이어를 산화시키지 않는 효과 외에, 용융 볼을 형성했을 때에 플럭스 작용을 나타내어 와이어 표면의 산화막을 제거하는 효과가 있다. 인 (P) 이 하한값인 10 질량ppm 미만에서는 상기 효과가 없다. 또, 인 (P) 이 상한값인 100 질량ppm 을 초과하면, 알루미늄 패드 상에서 알루미늄 스플래시를 일으킨다. 따라서, 인 (P) 의 범위를 10 ∼ 100 질량ppm 으로 하였다.
본 발명의 구리 합금선 세선에 있어서, 소재가 되는 고순도 구리 (Cu) 의 순도는 99.99 질량％ 이상 있으면 된다. 인 탈산 구리나 무산소동을 사용할 수 있다. 나머지 0.01 질량％ 미만에는, 은 (Ag) 이나 철 (Fe) 이 대표적으로 포함된다. 그 외, 납 (Pb), 주석 (Sn), 안티몬 (Sb), 비소 (As), 비스무트 (Bi), 크롬 (Cr), 텔루르 (Te), 셀렌 (Se), 실리콘 (Si) 등이 포함된다.
소재가 되는 고순도 구리 (Cu) 의 순도는 높을수록 불순물이 적어지므로 바람직하다. 고순도 구리 (Cu) 의 순도는 99.995 질량％ 이상, 보다 바람직하게는 99.998 질량％ 이상, 가장 바람직하게는 99.9998 질량％ 이상이다. 그러나, 본 발명의 구리 합금선에 있어서는, 니켈 (Ni), 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 의 함유량이 ％ 오더이므로, 이것들 ppm 오더의 불순물의 영향은 무시할 수 있다.
본 발명의 구리 합금선은, 소정량의 황 (S), 혹은 인 (P) 의 존재에 의해 대기 중의 산소에 의한 산화의 영향을 줄일 수 있다. 따라서, 불활성 분위기 중이면 최종 선경 전의 선경 50 ∼ 250 ㎛ 로 열처리를 실시해도, 극단적으로 산소량이 증가하는 일이 없는 것을 알았다. 이와 같은 열처리를 실시하는 경우에는, 비산화성 분위기에서 온도는 400 ℃ ∼ 700 ℃ 에서 실시하고, 열처리한 선경에서 상온에서의 신장률이 5 ∼ 25 ％ 가 되는 조건이면, 본 발명의 산소량을 소정의 범위에 한정시킬 수 있다.
또, 본 발명의 볼 본딩용 구리 합금선에 있어서는, 귀금속 도금된 알루미늄 패드를 사용할 수 있다. 본딩 와이어로부터 알루미늄 패드 중에 산소가 침입하는 것을 방지하기 때문이다. 귀금속 도금은, 금 (Au) 도금, 은 (Ag) 도금, 팔라듐 (Pd) 도금의 연질 도금이 좋다. 또, 도금 경도는 볼 본딩용 구리 합금선의 정적 경도와 동일한 정도로 해 두면, 용융 볼의 조성 유동을 컨트롤할 수 있고, 칩 균열을 방지할 수 있다. 구체적으로는 도금 경도를 누프 경도로 측정하고, 본딩 와이어의 비커스 경도에 근사시킬 수 있다.
또, 본 발명에 있어서는, 리드 프레임이 구리 (Cu) 합금 또는 철 (Fe) 소재에 구리 (Cu) 또는 구리 (Cu) 합금이 전기 도금 등에 의해 피복된 것을 사용할 수도 있다. 리드 프레임 이외에도, BGA (Ball Grid Array) 와 같은 수지 기판이나, QFN (Quad Flat Non-leaded package) 과 같은 리드가 없는 프레임 등, 본딩 와이어가 일반적인 전기 접합선 용도로서 사용되는 여러 가지 패키지에도 적용되는 것이 가능하다.
본 발명의 볼 본딩용 구리 합금선에 있어서는, 1 주간 정도 방치해도 구리 합금선 중에 포함되는 산소의 함유량은 거의 변화되지 않는다. 또한, 알루미늄 패드에 대해 연직 방향으로부터 용융 볼을 가압하여 생긴 압착 볼의 용착 면적이 넓어지지 않고, 꽃잎상으로 퍼지는 현상은 발생하지 않는다. 따라서, 제 1 본딩에 있어서 안정적으로 균일한 용착 면적을 확보할 수 있고, 고밀도 실장용 본딩 와이어로서 최적이 된다. 특히 직경을 18 ㎛ 이하로 해도, 용융 볼이 단단해지지 않고, 용착 면적이 거의 변화되지 않는다. 또, 생산성, 혹은 세컨드 접합성이나 루핑 특성 등 다른 본딩 특성은, 종전의 본딩 와이어와 동일하게 우수하다.
도 1 은, 실시예 1 의 용융 볼의 압착 상태를 나타내는 현미경 사진이다.
도 2 는, 실시예 2 의 용융 볼의 압착 상태를 나타내는 현미경 사진이다.
도 3 은, 실시예 3 의 용융 볼의 압착 상태를 나타내는 현미경 사진이다.
도 4 는, 실시예 4 의 용융 볼의 압착 상태를 나타내는 현미경 사진이다.
도 5 는, 비교예 1 의 용융 볼의 압착 상태를 나타내는 현미경 사진이다.
도 6 은, 꽃잎상의 형상의 계측 수단을 나타내는 현미경 사진이다.
도 7 은, 종래의 편심 볼의 압착 상태를 나타내는 현미경 사진이다.
[실시예 1]
시판되는 순도 99.9999 질량％ 이상의 전해 구리 소재에, 순도 99.999 질량％ 이상의 니켈 (Ni) 을 0.25 질량％, 순도 99.999 질량％ 이상의 백금 (Pt) 을 0.5 질량％, 황 (S) 을 10 질량ppm, 및 인 (P) 을 15 질량ppm, 각각 배합하여 소정의 구리 합금선을 얻었다. 이 합금을 연속 주조 후, 다이아몬드 다이스를 사용하여, 연속 신선 가공하고, 직경 18 ㎛ 의 와이어를 얻었다. 그 후, 상온에서의 신장률이 10 ％ 가 되도록, 최종 연속 어닐링을 약 500 ℃ 에서 실시하였다. 이 와이어를 실온의 대기 중에 3 일간 방치한 후, 이 합금 와이어의 산소 농도를 측정한 결과, 25 질량ppm 이었다. 이 본딩 와이어를 실시예 1 로 하였다.
(제 1 본드의 접합성 시험)
이 실시예 1 의 본딩 와이어를 본딩 머신 (장치명 : 큐릭 앤드 소파사 제조 IConn 타입) 을 사용하여 0.8 ㎛ 두께의 Al-0.5 질량％ Cu 패드 상에 볼 본딩을 100 개 연속하여 실시하였다. 이 패드는 두께 0.20 ㎜ 의 칩 상에 있다. 프리 에어 볼 (FAB) 의 제작 조건은, FAB 직경이 선경의 1.5 배가 되도록 설정하고, 제 1 본드의 초음파 및 하중의 조건은 압착경 (壓着徑) 이 FAB 의 1.3 배가 되도록 설정하였다. 루프 길이는 2.5 ㎜, 루프 높이는 300 ㎛ 로 하였다.
제 1 본드의 전체 수의 용착 상태를 일반적인 측정 현미경 (올림푸스사 제조의 STM6) 의 대물 렌즈 50 배로 관찰하여 육안으로 우수라고 판단하였다. 이 본딩 와이어의 압착 볼의 대표적인 5 개의 외관 (「실시예 1 형」이라고 한다) 을 도 1 에 나타낸다. 5 개의 압착 볼 직경의 평균값은 27 ㎛, 압착 볼 두께는 11 ㎛ 였다.
[실시예 2]
시판되는 순도 99.99 질량％ 이상의 무산소동 소재에, 순도 99.99 질량％ 이상의 니켈 (Ni) 을 0.5 질량％, 순도 99.99 질량％ 이상의 팔라듐 (Pd) 을 0.25 질량％, 황 (S) 을 15 질량ppm, 및 인 (P) 을 80 질량ppm, 각각 배합하여 소정의 구리 합금선을 얻었다. 이 합금을 연속 주조 후, 다이아몬드 다이스를 사용하여, 연속 신선 가공하였다. 또한, 연속 신선 가공 도중의 직경 60 ㎛ 로 500 ℃ 의 열처리하고, 그 선경에서 상온의 신장률을 측정하면 15 ％ 이었다. 그 후에 다시 연속 신선 가공을 실시하고 최종 선경 18 ㎛ 의 와이어까지 가공하고, 상온에서의 신장률이 12 ％ 가 되도록, 최종 연속 어닐링을 약 550 ℃ 에서 실시하였다. 이 와이어를 실온의 대기 중에 3 일간 방치한 후, 이 합금 와이어의 산소 농도를 측정한 결과, 31 질량ppm 이었다. 이 본딩 와이어를 실시예 2 로 하였다.
(제 1 본드의 접합성 시험)
이 실시예 2 의 본딩 와이어를 실시예 1 과 동일하게 하여 100 개 본딩을 실시하였다. 제 1 본드의 전체 수의 용착 상태를 일반적인 측정 현미경 (올림푸스사 제조 STM6) 의 대물 렌즈 50 배로 관찰하여 육안으로 양호하다고 판단하였다. 이 본딩 와이어의 압착 볼의 대표적인 5 개의 외관 (「실시예 2 형」이라고 한다) 을 도 2 에 나타낸다. 압착 볼 직경의 평균값은 27 ㎛, 압착 볼 두께는 11 ㎛ 였다.
[실시예 3]
시판되는 순도 99.99 질량％ 이상의 인 탈산 구리 소재에, 순도 99.99 질량％ 이상의 니켈 (Ni) 을 1.0 질량％, 순도 99.999 질량％ 이상의 백금 (Pt) 을 0.1 질량％, 순도 99.99 질량％ 이상의 팔라듐 (Pd) 을 0.05 질량％ 및 황 (S) 을 1 질량ppm, 각각 배합하여 소정의 구리 합금선을 얻었다. 이 합금을 연속 주조 후, 다이아몬드 다이스를 사용하여, 연속 신선 가공하고, 직경 18 ㎛ 의 와이어를 얻었다. 그 후, 상온에서의 신장률이 12 ％ 가 되도록, 최종 연속 어닐링을 약 550 ℃ 에서 실시하였다. 이 와이어를 실온의 대기 중에 3 일간 방치한 후, 이 합금 와이어의 산소 농도를 측정한 결과, 36 질량ppm 이었다. 이 본딩 와이어를 실시예 3 으로 하였다.
(제 1 본드의 접합성 시험)
이 실시예 3 의 본딩 와이어를 실시예 1 과 동일하게 하여 100 개 본딩을 실시하였다. 제 1 본드의 전체 수의 용착 상태를 일반적인 측정 현미경 (올림푸스사 제조 STM6) 의 대물 렌즈 50 배로 관찰하여 육안으로 가능하다고 판단하였다. 이 본딩 와이어의 압착 볼의 대표적인 5 개의 외관 (「실시예 3 형」이라고 한다) 을 도 3 에 나타낸다. 압착 볼 직경의 평균값은 27 ㎛, 압착 볼 두께는 11 ㎛ 였다.
[실시예 4]
시판되는 순도 99.9999 질량％ 이상의 전해 구리 소재에, 순도 99.99 질량％ 이상의 니켈 (Ni) 을 0.1 질량％, 순도 99.99 질량％ 이상의 백금 (Pt) 을 0.1 질량％, 황 (S) 을 10 질량ppm 및 인 (P) 을 10 질량ppm, 각각 배합하여 소정의 구리 합금선을 얻었다. 이 합금을 용해 주조 후에 직경 5 ㎜ 의 주조재를 제조하였다.
얻어진 각각의 주조재에 대해 홈 롤, 다이아몬드 다이스를 사용하여, 연속 신선 가공하였다. 또한, 연속 신선 가공 도중의 직경 100 ㎛ 로 500 ℃ 의 열처리를 실시하고, 그 선경에서 상온의 신장률을 측정하면 18 ％ 이었다. 그 후에 다시 연속 신선 가공을 실시하고 최종 선경 18 ㎛ 의 와이어까지 가공하고, 상온에서의 신장률이 13 ％ 가 되도록, 최종 연속 어닐링을 약 550 ℃ 에서 실시하였다. 이 와이어를 실온의 대기 중에 3 일간 방치한 후, 이 합금 와이어의 산소 농도를 측정한 결과, 29 질량ppm 이었다. 이 본딩 와이어를 실시예 4 로 하였다.
(제 1 본드의 접합성 시험)
이 실시예 3 의 본딩 와이어를 실시예 1 과 동일하게 하여 100 개 본딩을 실시하였다. 제 1 본드의 전체 수의 용착 상태를 일반적인 측정 현미경 (올림푸스사 제조 STM6) 의 대물 렌즈 50 배로 관찰하여 육안으로 가능하다고 판단하였다. 이 본딩 와이어의 압착 볼의 대표적인 5 개의 외관 (「실시예 4 형」이라고 한다) 을 도 4 에 나타낸다. 압착 볼 직경의 평균값은 28 ㎛, 압착 볼 두께는 10 ㎛ 였다.
[실시예 5 ∼ 24]
다음으로, 합금 성분의 조성을 바꾸어 여러 가지 볼 본딩용 구리 합금선 (실시예 5 ∼ 24) 을 제작하고, 제 1 본드의 접합성 시험을 실시하였다. 이것들의 결과를 실시예 1 ∼ 실시예 4 의 범주에 속하는 것으로 분류하고, 표 1 에 나타낸다.
꽃잎 형상의 계측은, 기본적으로 도 6 의 도 6-1 ∼ 도 6-4 와 같이 하여 실시하였다. 압착 볼의 형상은, 도 6-1 과 같이 외주부와 내주부로 이루어진다. 이 압착 볼의 중심축을 통과하는 도 6-1 의 내주부의 중심점을 M 으로 하고, M 을 중심으로 하여 내주부를 둘러싸는 원을 도 6-2 와 같이 실선으로 그렸다. 다음으로, 도 6-3 과 같이, 압착 볼의 외주부를 실선 (R) 으로 덧그렸다. 그리고, M 을 중심으로 하여 외주부 (R) 까지의 반경 (L) 을 360 도 회전하면서 구한다. 그 후, 도 6-4 에 나타내는 바와 같이, L 의 최대값 (L(Max)) 을 거의 수평 방향에 표시하고, L 의 최소값 (L(Min)) 을 우측 비스듬하게 상방에 표시하였다.
꽃잎 형상은, 경험적으로 L(Min) 과 L(Max) 의 비율이 3 배를 초과한 압착 형상으로 하였다. 실시예 및 비교예에서는, 100 개의 압착경 중에서 발생수의 개수를 계측하였다. 또, 비교예 중에는 극히 소량이지만, 도 7 에 나타내는 바와 같은 편심된 압착 볼도 포함되었다. 그래서, 꽃잎 형상의 비교를 용이하게 하기 위해, L(Min) 이 0 으로 되어 있는 각도가 30 도 이상인 것이나, L(Min) 과 L(Max) 의 비율이 3 배를 초과한 상태가 각도 30 도 이상 연속되어 있는 것은, 실시예 및 비교예의 꽃잎 형상의 카운트수로부터 제외하였다. 실시예 및 비교예에서는, 꽃잎 형상의 발생수가 0 개인 것을 ◎, 발생수가 1 ∼ 3 인 것을 ○, 그리고 발생수가 4 개 이상인 것을 × 로 하였다. 이것들의 결과를 표 1 우란에 나타낸다.
0.8 ㎛ 두께의 알루미늄 (Al-0.5 ％ Cu) 전극막의 데미지는, 볼 본딩 직후에 균열이 발생하고 있지 않은지를, 100 개의 전극막에서 확인하였다. 볼 본딩된 상태에서 알루미늄 (Al) 전극막을 상부로부터 관찰하고, 압착된 볼 주변의 전극막에 균열이나 부풀어 오름의 데미지가 들어가 있는 개수를 세어, 0 ∼ 5 개를 ○, 6 ∼ 10 개를 △, 11 개 이상을 × 로 하였다. 이것들의 결과를 표 1 우란에 나타낸다.
Figure pat00001
[비교예 1]
시판되는 순도 99.9999 질량％ 이상의 전해 구리 소재에, 순도 99.999 질량％ 이상의 니켈 (Ni) 을 0.05 질량％, 순도 99.999 질량％ 이상의 백금 (Pt) 을 0.05 질량％ 및 인 (P) 을 120 질량ppm 배합하여 소정의 구리 합금선을 얻었다. 이 합금을 연속 주조 후, 다이아몬드 다이스를 사용하여, 연속 신선 가공하고, 직경 18 ㎛ 의 와이어를 얻었다. 그 후, 상온에서의 신장률이 11 ％ 가 되도록, 최종 연속 어닐링을 약 500 ℃ 에서 실시하였다.
이 와이어를 실온의 대기 중에 3 일간 방치한 후, 이 합금 와이어의 산소 농도를 측정한 결과, 30 질량ppm 이었다. 이 본딩 와이어를 비교예 1 로 하였다. 이 비교예 1 은 니켈 (Ni) 과 백금 (Pt) 의 함유량이 하한값을 밑돌고, 인 (P) 의 함유량이 상한값을 초과하고 있다.
(제 1 본드의 접합성 시험)
이 비교예 1 의 본딩 와이어를 실시예 1 과 동일하게 하여 100 개 본딩을 실시하였다. 제 1 본드의 전체 수의 용착 상태를 일반적인 측정 현미경 (올림푸스사 제조 STM6) 의 대물 렌즈 50 배로 관찰하여 육안으로 불가라고 판단하였다. 이 본딩 와이어의 압착 볼의 대표적인 5 개의 외관 (「비교예형」이라고 한다) 을 도 5 에 나타낸다.
[비교예 2 ∼ 5]
동일하게 하여 비교예 2 ∼ 4 의 볼 본딩용 구리 합금선을 제작하고, 제 1 본드의 접합성 시험을 실시하였다. 이것들의 조성과 결과를 표 1 에 나타낸다. 비교예 2 는, 백금 (Pt) 의 함유량이 상한값을 초과하고 있다. 또, 인 (P) 의 함유량이 하한값을 밑돌고 있다. 비교예 3 은, 산소 (O) 의 함유량이 상한값을 초과하고, 또한 황 (S) 의 함유량이 하한값을 밑돌고 있다. 비교예 4 는, 팔라듐 (Pd) 의 함유량이 하한값을 밑돌고, 또한 황 (S) 의 함유량이 상한값을 초과하고 있다.
도 1 ∼ 도 5 및 표 1 의 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 ∼ 24 의 볼 본딩용 구리 합금선에 있어서는, 구리 합금선을 가늘게 하여 용융 볼을 작게 해도, 압착 볼 형상이 안정되고, 압착 볼이 꽃잎상으로 퍼지지 않는 것을 알 수 있다. 도 1 ∼ 도 5 에서 나타내는 바와 같이, 압착 볼 형상이 좋았던 순서는, 실시예 1 형 ≒ 실시예 2 형 ≒ 실시예 3 형 ＞ 실시예 4 형 ＞ 비교예 1 형의 순서였다. 도 1 ∼ 도 5 에서는 판독하기 어렵지만, 특히 실시예 1 및 실시예 2 의 구리 합금선이 본딩 와이어로서 우수한 것을 알 수 있다. 이것은 도 1 ∼ 도 5 에 예시되어 있는 바와 같다.
한편, 표 1 의 결과로부터 분명한 바와 같이, 비교예 1 ∼ 4 의 볼 본딩용 구리 합금선은, 압착 볼 형상이 안정되지 않고, 압착 볼이 꽃잎상으로 퍼져 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 도 5 에도 예시되어 있는 바와 같이, 압착 볼 형상이 꽃잎상으로 관찰되는 것으로부터도 이해할 수 있다. 또, 비교예 2 는 알루미늄 전극막의 데미지 발생수가 실시예보다 현저하게 많은 것을 알 수 있다.
본 발명 볼 본딩용 구리 합금선은, 휴대전화 등의 휴대용 전자 기기, 자동차 등에 재치 (載置) 되는 전자 부품, 의료 기기, 산업용 로봇 등의 각종 전기·전자 기기에 장착되는 반도체 장치의 본딩 와이어뿐만 아니라, 이것들 전기·전자 기기의 전선, 대표적으로는 동축 케이블의 극세선에 바람직하게 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 볼 본딩용 와이어에 있어서, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％, 추가로 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 본딩용 구리 합금선.
  2. 볼 본딩용 와이어에 있어서, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％, 추가로 10 ∼ 100 질량ppm 의 인 (P), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 본딩용 구리 합금선.
  3. 볼 본딩용 와이어에 있어서, 0.1 ∼ 1.5 질량％ 의 니켈 (Ni), 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 중 어느 1 종 이상을 합계로 0.01 ∼ 1.5 질량％, 추가로 0.1 ∼ 20 질량ppm 의 황 (S), 10 ∼ 100 질량ppm 의 인 (P), 10 ∼ 80 질량ppm 의 산소 (O) 및 잔부 구리 (Cu) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 본딩용 구리 합금선.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈 (Ni) 의 함유량이 0.2 ∼ 1.2 질량％ 인 것을 특징으로 하는 볼 본딩용 구리 합금선.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백금 (Pt) 또는 팔라듐 (Pd) 의 함유량이 0.05 ∼ 0.8 질량％ 인 것을 특징으로 하는 볼 본딩용 구리 합금선.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 황 (S) 의 함유량이 2 ∼ 10 질량ppm 인 것을 특징으로 하는 볼 본딩용 구리 합금선.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111774752A (zh) * 2020-07-15 2020-10-16 荆州市弘晟光电科技有限公司 一种铜线焊接装置及其铜线焊接工艺

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108962859A (zh) * 2018-07-17 2018-12-07 四川威纳尔特种电子材料有限公司 一种表面镀镍的银基合金键合丝及其制备方法
CN108929968A (zh) * 2018-07-18 2018-12-04 合肥择浚电气设备有限公司 一种高导电率铜合金导线的生产工艺
CN109449087A (zh) * 2018-10-24 2019-03-08 深圳粤通应用材料有限公司 一种铜镀钯再镀镍键合丝及其制备方法
JP6507329B1 (ja) 2019-02-08 2019-04-24 田中電子工業株式会社 パラジウム被覆銅ボンディングワイヤ、ワイヤ接合構造、半導体装置及び半導体装置の製造方法
WO2020218968A1 (en) * 2019-04-26 2020-10-29 Heraeus Materials Singapore Pte. Ltd. Coated wire

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6120693A (ja) * 1984-07-06 1986-01-29 Toshiba Corp ボンデイングワイヤ−
JPH01290231A (ja) 1988-05-18 1989-11-22 Mitsubishi Metal Corp 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置
JPH01291435A (ja) 1988-05-18 1989-11-24 Mitsubishi Metal Corp 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置
WO2010106851A1 (ja) * 2009-03-17 2010-09-23 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体用ボンディングワイヤ
JP2014075458A (ja) * 2012-10-03 2014-04-24 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体装置接続用銅ロジウム合金細線
JP2014165272A (ja) 2013-02-22 2014-09-08 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体装置接合用銅希薄ニッケル合金ワイヤの構造

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003076672A1 (fr) * 2002-03-12 2003-09-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Fil en alliage de cuivre extremement conducteur et resistant a la relaxation a l'effort
JP4691533B2 (ja) * 2006-08-31 2011-06-01 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用銅合金ボンディングワイヤ
JP4482605B1 (ja) * 2009-01-23 2010-06-16 田中電子工業株式会社 高純度Ｃｕボンディングワイヤ
SG190481A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-28 Heraeus Materials Tech Gmbh Alloyed 2n copper wire for bonding in microelectronics device
JP5219316B1 (ja) * 2012-09-28 2013-06-26 田中電子工業株式会社 半導体装置接続用銅白金合金細線

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6120693A (ja) * 1984-07-06 1986-01-29 Toshiba Corp ボンデイングワイヤ−
JPH01290231A (ja) 1988-05-18 1989-11-22 Mitsubishi Metal Corp 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置
JPH01291435A (ja) 1988-05-18 1989-11-24 Mitsubishi Metal Corp 半導体装置用銅合金極細線及び半導体装置
WO2010106851A1 (ja) * 2009-03-17 2010-09-23 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体用ボンディングワイヤ
JP2014075458A (ja) * 2012-10-03 2014-04-24 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体装置接続用銅ロジウム合金細線
JP2014165272A (ja) 2013-02-22 2014-09-08 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体装置接合用銅希薄ニッケル合金ワイヤの構造

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111774752A (zh) * 2020-07-15 2020-10-16 荆州市弘晟光电科技有限公司 一种铜线焊接装置及其铜线焊接工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN107958890A (zh) 2018-04-24
JP2018064050A (ja) 2018-04-19
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TW201814058A (zh) 2018-04-16
KR102176359B1 (ko) 2020-11-09

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