KR20230116044A - 파워 반도체용 알루미늄 본딩 와이어 - Google Patents

파워 반도체용 알루미늄 본딩 와이어 Download PDF

Info

Publication number
KR20230116044A
KR20230116044A KR1020237022966A KR20237022966A KR20230116044A KR 20230116044 A KR20230116044 A KR 20230116044A KR 1020237022966 A KR1020237022966 A KR 1020237022966A KR 20237022966 A KR20237022966 A KR 20237022966A KR 20230116044 A KR20230116044 A KR 20230116044A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wire
aluminum
mass
less
aluminum wire
Prior art date
Application number
KR1020237022966A
Other languages
English (en)
Inventor
슈이치 미토마
츠카사 이치카와
츠요시 우라지
타츠노리 야나기모토
다이 나카지마
Original Assignee
타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤 filed Critical 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤
Publication of KR20230116044A publication Critical patent/KR20230116044A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0211—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in cutting
    • B23K35/0216—Rods, electrodes, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286—Al as the principal constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H01L2224/05073—Single internal layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H01L2224/05099—Material
    • H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/05124—Aluminium [Al] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H01L2224/05099—Material
    • H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05573—Single external layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05647—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05655—Nickel [Ni] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05666—Titanium [Ti] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05684—Tungsten [W] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/061—Disposition
    • H01L2224/0618—Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/06181—On opposite sides of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29139—Silver [Ag] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/45105—Gallium (Ga) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/4516—Iron (Fe) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45172—Vanadium (V) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4801—Structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/48139—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous wire daisy chain
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/852—Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201—Compression bonding
    • H01L2224/85205—Ultrasonic bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0133—Ternary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0134—Quaternary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0135—Quinary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1027—IV
    • H01L2924/10272—Silicon Carbide [SiC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/1033—Gallium nitride [GaN]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

파워 반도체용의 본딩 와이어 접합 시에 Ÿ‡지 툴로부터 와이어가 이탈되지 않고, 또한 파워 사이클 시험에서 장수명을 실현하는 알루미늄 와이어를 제공한다. 알루미늄의 순도가 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지고, 알루미늄 합금의 전체 원소의 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하며, 알루미늄 와이어의 와이어 축에 수직 방향의 횡단면에 있어서, (111)의 배향 지수가 1 이상이고, 또한 (200)의 배향 지수가 1 이하이며, 석출 입자의 면적율이 0.02% 이상 2% 이하의 범위인 알루미늄 와이어.

Description

파워 반도체용 알루미늄 본딩 와이어
본 발명은, 파워 반도체용의 알루미늄 본딩 와이어(이하, 「알루미늄 와이어」라고 함)에 관한 것이다.
일반적으로 「반도체」란, 「연산」 또는 「기억」 등을 주된 역할로 하는 CPU(중앙 연산 처리 장치) 또는 메모리 등의 총칭이다. 반도체는, 예를 들면, PC(퍼스널 컴퓨터) 또는 스마트폰, 텔레비전 등의 민생 기기에 이용된다. 한편, 파워 반도체는, 모터의 구동 또는 배터리의 충전, 나아가서는 마이크로 컴퓨터 또는 LSI(대규모 집적 회로)를 동작시키기 위한 전력 공급을 담당한다. 파워 반도체는, 주로 전압, 주파수를 변화시키는 경우, 또는 전력 변환(직류를 교류로 또는 교류를 직류로 변환함) 등에 사용된다. 파워 반도체로서는, 파워 트랜지스터 등이 있다. 「파워 모듈」이란, 전력 공급을 담당하는 회로를 집적한 부품을 가리키는 경우가 많으며, 이 회로는, 통상 파워 반도체를 포함하는 복수의 IC(집적 회로)를 조합하여 구성된다. 파워 반도체는, 파워 세미컨덕터, 파워 디바이스, 파워 소자, 전력용 반도체 소자 등이라고도 한다.
에어컨 또는 냉장고, 세탁기 등의 에너지 절감(이하, 「에너지 절약」이라고도 함) 가전 제품에 탑재되어 있는 「인버터」는, 파워 반도체가 이용되고 있는 익숙한 예이다. 인버터는, 주파수를 변환함으로써 모터의 회전 수를 제어한다. 인버터는, 모터의 회전수를 자유롭게 바꿈으로써, 모터의 헛된 움직임을 줄여, 에너지 절약화에 공헌할 수 있다. 한편, 인버터 비탑재의 에어컨(에어 컨디셔너)은, 모터의 운전 · 정지의 반복으로 실온을 조정하므로, 온도의 안정성이 부족하며, 소비 전력이 많은 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 인버터의 이러한 기능은, 파워 트랜지스터가, 전류의 온 오프를 세밀하게 전환하는 「스위칭」을 행함으로써 실현된다.
또한, 파워 반도체는, 에너지 절약 가전 제품 이외에도, 예를 들면, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 운수(運輸) 분야에서 널리 이용되고 있다. 운수 분야에서는, IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터) 등, 전력의 변환 · 제어의 역할을 하는 파워 반도체가 사용된다. IGBT는, IGBT 칩(파워 칩)과, 파워 칩끼리의 칩 사이, 또는 IGBT 칩(파워 칩)과 외부 전극을 접속하는 본딩 와이어로 구성되어 있다. 파워 반도체용의 본딩 와이어에는, 대(大)전류를 흘리기 위하여, 선(線) 직경 40㎛ 이상 700㎛ 이하인 비교적 굵은 알루미늄 와이어가 이용되는 경우가 많다.
그런데, 전기 자동차용의 파워 모듈은, 전기 자동차 자체가 다양한 지역에서 사용되므로, 넓은 온도 변화, 고습도, 염분이 많은 환경 및 진동 등의 까다로운 환경에 노출된다. 이 때문에, 파워 모듈의 재료에는, 고전류 밀도 내성, 고온 내구성 및 고(高)방열성이 요구되고 있다. 또한, 전기 자동차용의 파워 모듈의 사용 환경에서는, 상기 온도 변화에 추가로, 전기 자동차의 주행에 의한 가열 · 냉각의 온도 사이클도 발생된다. 전기 자동차는, 주행하고 있을 때에는, 정지 시에는 통전(通電)을 멈추고, 운전 개시 시에 통전을 개시한다고 하는 사이클을 반복한다. 이 통전에 의하여 파워 칩이 고온이 되고, 파워 칩 표면에 설치된 전극 패드 상의 알루미늄 와이어도 고온이 된다. 정지 시에는 통전을 멈추므로, 알루미늄 와이어 또는 파워 칩이 급격히 냉각된다. 자동차의 운전 개시, 정지가 빈번히 장시간 반복됨으로써, 이 가열 · 냉각의 온도 사이클도 반복되며, 파워 칩과 알루미늄 와이어의 열 팽창율 차에 기인하여 열 응력이 발생되고, 이에 의하여, 파워 칩과 알루미늄 와이어의 접합부 또는 알루미늄 와이어에 금속 피로를 초래하는 경우가 있다. 그 결과, 접합부의 박리 또는 파단(破斷), 와이어 크랙이 발생될 가능성이 높아진다. 따라서, 이러한 문제를 해결한 장기 신뢰성이 있는 알루미늄 와이어가 요구되고 있다.
또한, 오늘날 화제의 IoT(사물 인터넷) 등에서도, 파워 반도체의 역할은 중요해지고 있다. IoT 탑재 가전이 해마다 소형화, 박형화, 고밀도화됨에 따라, 파워 반도체의 소형화, 박형화, 고밀도화가 더욱 진행되어, 파워 칩과 알루미늄 와이어의 접합 스페이스가 작아지고 있다. 그 때문에, 알루미늄 와이어의 접합에는, 한정된 스페이스를 유효하게 이용해야 한다. 예를 들면, 알루미늄 와이어에 의한 파워 칩으로의 접합(제 1 접합)으로부터 외부 전극으로의 접합(제 2 접합)이 동일 방향이 아닌, 외부 전극의 비어 있는 간극을 향하여 제 1 접합 후의 알루미늄 와이어를 소정의 각도로 굴곡시켜 본딩해야 한다. 이 때문에, 알루미늄 와이어에는, 특히, 제 2 접합의 와이어 방향(각도)을 바꿀 수 있는 것과 같은 굴곡에 대한 자유도가 필요해지며, 알루미늄 와이어의 추종성이 매우 중요한 특성이 된다.
예를 들면, 알루미늄 와이어의 제 1 접합(반도체 칩 상 전극과의 접속) 및 제 2 접합(리드 프레임 또는 기판 상의 외부 전극과의 접속)에서는, 와이어를 끼우는 톱니(홈부)를 선단에 가지는 Ÿ‡지 툴(간단히 「툴」이라고 하는 경우도 있음)을 이용하며, 이 톱니에 와이어를 끼우고, 와이어를 접합 개소에 누름으로써 접합한다. 가로 굽힘의 추종성이 부족한 알루미늄 와이어를 사용한 경우, 와이어가 원하는 각도로 굴곡하지 못하고, Ÿ‡지 툴의 톱니로부터 와이어의 일부가 이탈되는 경우가 있다. 와이어의 일부가 이탈된 채로 제 2 접합을 하면, 접합 위치가 예정된 위치로부터 이탈되어 다른 전극과 접촉한 경우에, 쇼트 불량이 발생될 우려가 있다. 또한, 와이어가 툴로부터 이탈된 상태가 되면, Ÿ‡지 툴의 선단이 소자에 직접 접촉하는 경우가 있어, 반도체 소자를 파괴하는 경우가 있다.
또한, 장기 신뢰성이 요구되는 와이어는, 일반적으로 강도가 큰 것이 바람직한 경향이 있다. 강도가 크다고 하는 것은, 인장 강도 또는 내력(耐力), 및 경도 등이 큰 것을 의미하지만, 강도가 큰 와이어일수록 추종성이 떨어지는 경향이 있다. 그 때문에, 강도와 추종성이라고 하는 상반되는 과제를 동시에 극복하는 것은 매우 곤란하며, 지금까지 양쪽 모두의 과제를 동시에 해결한 사례는 없다.
종래, 알루미늄 와이어의 합금화 성분의 조정에 의하여, 주로 고온 상태에서의 접합부 신뢰성을 향상시키는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1~4 참조). 그러나, 이러한 선행 기술은, 알루미늄 와이어의 추종성이라고 하는 과제를 해결하고 있지 않다.
특허문헌 1에 기재된 발명은, 「철(Fe)이 0.2~2.0 질량% 및 잔부가 순도 99.99 질량% 이상인 알루미늄(Al)으로 이루어진, 반도체 장치의 초음파 본딩용 알루미늄 합금 세선(細線)에 있어서, 해당 알루미늄 합금 세선의 알루미늄(Al) 매트릭스 중에, 철(Fe)이 0.01~0.05% 고용(固溶)되어 있고, 또한, 해당 알루미늄 합금 세선의 단면에 있어서의 신선(伸線) 매트릭스 조직이, 수 ㎛ 오더의 균질한 미세 재결정 조직으로, 그 조직의 계면 및 내면에 철(Fe) · 알루미늄(Al)의 금속 간 화합물 입자가 균일하게 정출(晶出)되어 있는 것을 특징으로 한다」. 특허문헌 1에는, 조질(調質) 열처리 전에, 용체화 · 급냉 처리라고 하는 공정을 추가함으로써, 알루미늄(Al) 매트릭스에 고용하는 철(Fe) 양을 650℃에서의 고용 한계인 0.052%까지 높이고, 그 후의 통상의 냉간(冷間)에서의 연속 신선 가공과, 그 후의 조질(調質) 열처리에 의하여 Al-Fe합금 와이어의 결정 입경(結晶粒徑)을 미세화하는 것을 가능케 한 것과, Al를 고순도화함으로써, 본딩 시에 동적 재결정을 발현시켜 칩 데미지를 회피한 것이 기재되어 있다(동일 명세서 단락 0013을 참조).
특허문헌 2에 기재된 발명은, 「철(Fe)%, 규소(Si) 및 잔부가 고순도의 알루미늄(Al) 합금으로 이루어지는 반도체 소자의 알루미늄 패드와 초음파 본딩하기 위한 알루미늄 합금 세선에 있어서, 해당 알루미늄 합금 세선은, 철(Fe)이 0.01~0.2 질량%, 규소(Si)가 1~20 질량ppm, 및 잔부가 순도 99.997 질량% 이상인 알루미늄(Al)으로 이루어지는 합금으로서, Fe의 고용량(固溶量)이 0.01~0.06%이며, Fe의 석출량이 Fe 고용량의 7 배 이하이며, 또한 평균 결정 입경이 6~12㎛인 미세 조직이다」. 특허문헌 2에는, Fe의 석출량과 Fe 고용량의 비율을 일정한 범위로 유지함으로써, 재결정 온도를 안정화시키고, 또한 Si를 미량 첨가함으로써, 강도를 향상시키고, 결과적으로 열 충격 시험(試驗) 결과를 안정화시키는 것이 기재되어 있다(동일 명세서 단락 0012를 참조).
특허문헌 3에 기재된 발명은, 「Al 또는 Al 합금으로 이루어지고, 와이어 축에 수직 방향의 단면에 있어서의 평균 결정 입경이 0.01~50㎛이며, 와이어 축에 수직 방향의 단면에 대하여 결정 방위를 측정한 결과에 있어서, 와이어 길이 방향의 결정 방위 중, 와이어 길이 방향에 대하여 각도 차가 15 도 이하인 결정 방위 ＜111＞의 방위 비율이 30~90%인 것을 특징으로 한다」. 특허문헌 3에는, 반도체 장치를 고온 환경에서 장시간 계속 사용한 때에도, 고온 장시간 작동 후의 반도체 장치에 있어서 접합부의 신뢰성을 확보할 수 있는 것이 기재되어 있다(동일 명세서 단락 0012를 참조).
특허문헌 4에 기재된 발명은, 「질량%로, Fe를 0.02~1% 함유하고, 또한 Mn, Cr 중 적어도 1 종 이상을 합계로 0.05~0.5% 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어지고, Fe, Mn, Cr의 고용량의 합계가 0.01~1%인 것을 특징으로 한다」. 특허문헌 4에는, Fe의 함유에 더하여, Mn, Cr의 일방 또는 양방을 소정량 함유시키고, 용체화 열처리와 그 후의 급냉 처리에 있어서, Fe, Mn, Cr의 고용량의 합계를 0.01~1%로 함으로써, 와이어의 재결정 온도가 상승하고, 반도체 장치를 고온 환경에서 장시간 계속 사용한 때에도, 본딩 와이어의 재결정의 진행을 충분히 억제할 수 있고, 와이어의 강도 저하를 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다(동일 명세서 단락 0014를 참조). 또한, 본딩 와이어 길이 방향에 수직인 단면(C 단면)에 있어서, 결정 ＜111＞ 방위와, 와이어 길이 방향과의 각도 차가 15 도 이내인 결정의 면적 비율(＜111＞ 방위 면적율)이 30~90%인 것이 바람직하며, 신선 시의 조질(調質) 열처리에 의한 재결정이 적절히 진행되고, 와이어가 연화(軟化)되어, 본딩 시의 칩 쪼개짐의 발생, 접합부의 접합성의 저하 등을 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다(동일 명세서 단락 0026을 참조).
일본 특허 공개 공보 제2013-258324호 일본 특허 공개 공보 제2014-129578호 국제 공개 공보 제2020/184655호 일본 특허 공개 공보 제2020-059886호
본 발명의 과제는, 파워 반도체용의 파워 칩과 외부 전극을 본딩할 때의 가로 굽힘에 추종할 수 있고(Ÿ‡지 툴로부터 이탈되기 어렵고), 또한 장기 신뢰성이 우수한(파워 사이클 시험에서 장수명인) 알루미늄 와이어를 제공하는 것이다.
과제에 대하여 상세하게 설명한다. 우선, Ÿ‡지 툴의 홈부로부터 와이어의 일단이 이탈된 알루미늄 와이어를 도면을 참조하여 설명한다. 도 3의 우측의 사진은, Ÿ‡지 툴로부터 와이어 이탈이 일어나지 않은 정상의 상태이며, 좌측의 사진은, 제 2 접합 시에 Ÿ‡지 툴이 이탈된 와이어의 Ÿ‡지 툴부를 확대한 사진이다. 상술한 바와 같이, Ÿ‡지 툴은 그 선단에, 와이어를 끼우는 톱니와, 와이어를 가이드하는 가이드 홀을 가지고 있으며, 와이어는, 가이드 홀을 통하여 톱니에 끼워 넣어지고, 여기에서 압압(押壓)되어 접합부에 접합된다. 도 3의 우측의 사진에서는, 와이어는, 도면 중 Ÿ‡지 툴 선단의 좌측의 가이드 홀을 통하여, 툴의 톱니에 정확하게 끼워 넣어져 있다. 좌측의 사진은, 제 1 접합으로부터 연신된 알루미늄 와이어가 좌측의 가이드 홀을 통과하고 있으나, 알루미늄 와이어의 선단은, 툴의 톱니로부터 도면 중의 비스듬한 아래 방향으로 튀어나와 있음을 알 수 있다. 따라서, 제 2 접합은 잘 이루어지지 않고, 연속 본딩에 있어서의 다음의 와이어 커트 공정에서, 우측의 커터는 알루미늄 와이어의 선단부를 미리 설정된 대로 정확하게 절취할 수 없다.
도 4는, 알루미늄 와이어의 접합 부분을 배율 75 배로 관찰한 사진이다. 좌측의 사진은 비교예(이상(異常))이며, 우측은 실시예(정상(正常)), 위가 제 1 접합부, 아래가 제 2 접합부를 나타낸다. 각각 2 조씩 본딩하였다. 도 4의 우측 위 아래의 사진에서는, 와이어의 접합 부분(도면상, 와이어가 상대적으로 굵어져 있는 개소)이, 와이어 굵기 방향으로 균일하게 꽉 눌려져 있고, 도 4 상 사진의 와이어의 절단부(와이어의 선단)도, 와이어의 축 방향에 수직으로 정확하게 절취되어 있다. 이에 대하여, 도 3의 좌측의 사진과 같이 알루미늄 와이어가 툴의 톱니부로부터 튀어나온 상태인 채로 제 2 접합을 행하면 한쪽으로 치우침이 생기는데, 도 4의 좌측 아래 사진과 같이 와이어의 접합 부분(도면상 와이어가 상대적으로 굵어져 있는 개소)의 와이어의 굴곡 내측에 접촉 자국이 있는 개소가 한쪽으로 치우친 부분이다. 한쪽으로 치우친 개소는, 알루미늄 와이어가 얇아져, 그대로 접합할 수 있었다고 해도 접합 강도가 약해져, 사용 중에 박리될 가능성이 높아진다. 예를 들면, 도 4의 좌측 위의 사진은 한쪽으로 치우친 와이어를 다음의 제 1 접합한 사진이지만, 도면 상방, 와이어의 선단이 비스듬하게 절취되어 있다. 이는, 전의 제 2 접합에 있어서(도 4의 좌측 아래 사진을 참조), 툴 이탈을 일으킨 채로 알루미늄 와이어를 커트했으므로, 비스듬하게 절취된 것이다. 최악의 경우, 도 4의 좌측 위의 「제 1 접합부」의 사진의, 와이어의 우측에 접합 자국(기판의 상처)이 있는 것처럼, 제 1 접합부에서 와이어의 불착(不着)이 발생한다(와이어의 불착이 발생하지 않는 경우에는, 도 4의 우측 위와 같이, 2 개의 제 1 접합부가 존재함). 또한, Ÿ‡지 툴부로부터 돌출된 상태에서 알루미늄 와이어가 칩 상의 전극 패드에 접지하면, Ÿ‡지 툴부가 직접 전극 패드에 접촉함으로써, 칩 쪼개짐을 일으킬 우려가 있다. 또한, 도 4의 우측 아래의 사진은, 와이어의 굴곡 각도를 45 도로 설정하여 접합한 것이지만, 완전히 문제없이 접합할 수 있었다. 그러나, 좌측 아래의 사진에서는, 와이어의 굴곡 각도를 30 도 정도로 느슨히 굽혔음에도 불구하고, 와이어의 추종성이 나쁘며, 한쪽으로 치우침을 일으켰다.
또한, 상술한 바와 같이, 전기 자동차 등에 탑재되어 있는 IGBT의 전극 접합용으로 알루미늄 와이어가 이용되는 경우, 고온, 고습, 진동 등의 가혹한 사용 환경인 것에 더하여, 거리에서의 운전에서는, 빈번하게 정지, 운전, 정지, 운전이 반복된다. 이에 수반하여, 통전의 정지, 통전의 재개, 통전의 정지, 통전의 재개가 빈번히 반복된다. 이는, 알루미늄 와이어와 전극과의 접합부 및 알루미늄 와이어 자신의 수명에 있어서는 매우 나쁜 사용 조건이 된다. 즉, 와이어가, 통전 개시시에는 급가열, 정지시에는 급냉각되므로, 이 급가열과 급냉각이 반복됨으로써 와이어의 팽창과 수축이 반복되어, 그 결과 열응력에 의한 접합부의 박리, 와이어 자체에 크랙 및 파단의 위험성이 높아진다. 특히, 알루미늄 와이어와 실리콘 칩의 선 팽창계수는, 약 10 배의 차가 있으므로, 와이어와 칩 접합부와의 열수축 차에 의한 박리가 생기기 쉽다.
알루미늄 와이어 접합부의 장기 신뢰성의 수명을 평가하는 시험(試驗)으로서 파워 사이클 시험이 있다. 파워 사이클 시험에서의 수명 평가가 높으면, 실제로 자동차 또는 가전 등에 실장한 때에도 장기 신뢰성을 얻을 수 있다. 여기서, 상세 조건은 후술하겠으나, 파워 사이클 시험에 대하여 간단히 설명한다.
파워 사이클 시험이란, 알루미늄 와이어를 접합한 파워 칩 표면 온도가 150℃가 되도록 알루미늄 와이어에 통전시킨 후, 통전을 정지하여, 표면 온도가 50℃가 될 때까지 냉각시키는 사이클을 반복한다. 즉, 온도차 100℃의 급냉각과 급가열의 사이클을 반복하여, 문제가 발생할 때까지의 동작 회수를 평가하는 시험이다. 문제없는 동작이란, 시험을 시작한 때의 파워 칩 통전 시의 칩의 겉과 속의 전위차의 상승률이 5% 미만의 범위 이내에서 계속 추이(推移)하고 있는 동작을 말한다. 즉, 통전시의 파워 칩 전극의 겉과 속의 전위차가, 초기값에 대하여 5%를 초과하여 상승한 때에 문제가 발생했다고 평가하고, 이를 파워 사이클 시험의 샘플 수명(사이클 횟수)으로 평가한다.
이상과 같이, 지금까지 파워 사이클 시험에서의 장수명화와 Ÿ‡지 툴로부터의 와이어 이탈을 동시에 극복한 알루미늄 와이어를 개발한 사례는 없다.
본 발명자들은, 열심히 연구를 거듭한 결과, 알루미늄 와이어의 배향 지수와, 금속간 화합물의 석출 입자의 양을 제어함으로써, 파워 사이클 시험의 장수명화와, 와이어의 Ÿ‡지 툴 이탈의 억제, 즉 와이어의 추종성과의 2 개의 과제를 동시에 극복하는 것을 발견하고, 이를 달성한 알루미늄 와이어의 발명에 성공하였다.
실시형태의 알루미늄 와이어는, 알루미늄의 순도가 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 와이어로서, 상기 알루미늄 합금의 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하며, 상기 알루미늄 와이어의 와이어 축에 수직 방향의 횡단면에 있어서, (111)의 배향 지수가 1 이상이고, 또한 (200)의 배향 지수가 1 이하이며, 석출 입자의 면적율이 0.02% 이상 2% 이하인 것을 특징으로 한다.
실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 알루미늄 합금은, 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.1 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하며, 상기 석출 입자의 면적율이 0.1% 이상 2% 이하인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어는, 추가로, 갈륨과 바나듐 중 적어도 하나의 원소를 합계로 50 질량ppm 이상 800 질량ppm 이하 함유하는 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어는, 하기 식 (1)에서 나타내는 잔류 저항비가 10 이상인 것이 바람직하다.
잔류 저항비 = (300K의 실온 중의 전기 저항) / (4.2K의 액체 헬륨 중의 전기 저항) ··· (1)
실시형태의 알루미늄 와이어는, 상기 석출 입자의 면적율이 0.2% 이상 1.8 이하인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 알루미늄 합금의 알루미늄의 순도가 99.9 질량% 이하인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 상기 (111)의 배향 지수가 1.3 이상인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 상기 (200)의 배향 지수가 0.6 이하인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 알루미늄 합금 중의 철과 규소의 함유비가, 철 / 규소로 나타내는 질량비로, 0.3 이상 90 이하인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어는, 선 직경이 40㎛ 이상 700㎛ 이하인 것이 바람직하다.
실시형태의 알루미늄 와이어의 제조 방법은, 알루미늄의 순도가 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로서, 상기 알루미늄 합금의 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하는 알루미늄 합금재를 준비하는 공정과, 상기 알루미늄 합금재를 신선 가공하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시형태의 알루미늄 와이어의 제조 방법에 있어서, 상기 신선 가공하는 공정은, 상기 알루미늄 합금재를 최종 선 직경의 7~130배의 선 직경까지 신선하여 중간 선재를 얻는 중간 신선 공정과, 상기 중간 선재를 400℃~560℃로 가열한 후에 급냉하는 용체화(溶體化) 처리 공정을 포함하며, 최종 선 직경이 40㎛ 이상 700㎛ 이하까지 신선하는 공정인 것이 바람직하다.
본 발명의 알루미늄 와이어에 의하면, 장기 신뢰성과, 툴 이탈이 일어나지 않는 가로 굽힘에 대한 추종성을 양립할 수 있다. 본 발명의 알루미늄 와이어에서는, 각 구성에 의한 효과가 복잡하게 뒤엉켜 상승(相乘) 효과를 이루고, 파워 시험 사이클의 장수명화와 가로 굽힘에의 추종성의 과제를 동시에 해결한다고 생각된다.
도 1은, 실시예 12의 알루미늄 와이어의 단면을, FE-SEM에 의하여 배율 1000배로 촬영하여, 화상 해석으로 휘도값이 임계값보다 높은 개소를 흰색, 낮은 개소를 검정색으로 2값화(二値化)한 사진이다. 흰색 부분이 석출 입자를 나타낸다.
도 2는, 비교예 6의 알루미늄 와이어의 석출 입자를 나타내며, 도 1과 마찬가지로 촬영하여, 2값화하여 나타낸 사진이다.
도 3은, Ÿ‡지 툴 이탈이 일어난 와이어의 Ÿ‡지 툴부를 확대하여 촬영한 사진(좌측)과, Ÿ‡지 툴 이탈이 일어나지 않은 정상적인 사진(우측)이다.
도 4는, 알루미늄 와이어의 비교예와 실시예의 접합 사진이다.
도 5는, 실시예의 알루미늄 와이어의 와이어 축 방향으로 수직인 단면에 있어서의 결정 방위의 EBSD(전자선 후방 산란 회절법) 측정 결과를 나타내는 사진이다. EBSD의 측정 결과는, 각 결정립 중의 소정의 결정 방위를 색 분류하여 나타내지만, 도 5에서는 이를 흑백의 농담으로 나타내고 있다. 도 5의 사진에서는 농담의 편차가 많아, 결정 방위의 편차가 큰 것이 나타나 있다.
도 6은, 실시형태에 따른 반도체 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은, 다른 실시형태에 따른 반도체 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은, 도 6의 IV 영역의 확대도이다.
도 9는, 반도체 장치에 생긴 균열을 개략적으로 나타내며, 도 8에 대응하는 단면도이다.
도 10은, 균열이 생기지 않은, 실시형태의 반도체 장치를 부분적으로 나타내는 사진이다.
도 11은, 균열이 생긴 반도체 장치를 부분적으로 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시형태의 알루미늄 와이어에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 알루미늄의 순도가 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 와이어로서, 알루미늄 합금의 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하며, 알루미늄 와이어의 와이어 축에 수직 방향의 횡단면에 있어서, (111)의 배향 지수가 1 이상이고, 또한 (200)의 배향 지수가 1 이하이며, 석출 입자의 면적율이 0.02% 이상 2% 이하의 범위인 것을 특징으로 한다. 이하에, 본 발명에 이를 때까지의 시행 착오의 경위와, 본 발명의 알루미늄 와이어의 구성 및 제조 방법에 대하여 상술한다.
본 발명자들은, 조성이 상이한 수많은 종류의 알루미늄 와이어를, 몇 가지의 상이한 제조 방법으로 시작(試作)하였다. 그리고, 시작 와이어의 와이어 축 방향으로 수직인 단면 조직을 열심히 관찰한 결과, 전체적으로 미세한 결정립 조직 또는 전체적으로 큰 결정립 조직, 또한 동일 단면에 부분적으로 결정립이 크고, 부분적으로 작다고 하는, 결정립의 크기가 혼재하는 결정 조직이 보였다. 동일 단면에 있어서 부분적으로 결정립 사이즈가 상이한 것은, 결정립 조직은 알루미늄 와이어 전체의 특성을 나타내는 지표가 되지 않음을 시사하고 있다. 또한, 이러한 결정립 조직 상에, 입상(粒狀)의 물체(본 명세서에서는 「석출 입자」라고 함)가 있음을 알 수 있었다. 석출 입자에 관해서는 후술한다.
이들 결정립의 크기가 상이한 조직의 결정 방위에 차이는 있는지, EBSD(전자선 후방 산란 회절법)로 결정 방위를 측정하였다. 도 5에서, 결정립의 농담이 결정 방위의 차이를 나타낸다. 도 5로부터, 결정 방위가 부위에 따라 상이함을 알 수 있다. 이는, 부분적인 결정 방위의 상태는 와이어 전체의 특성의 지표가 되지 않음을 시사하고 있다. 신선 공정에서는 가공되는 방법이 와이어의 길이 방향(와이어 축 방향)을 따라 변화된다. 즉, 실용상의 균일성은 유지되지만, 다이스를 이용한 신선 가공 시의 와이어의 미(微)진동, 와이어와 다이스의 마찰열 등의 영향에 의하여, 엄밀하게는 길이 방향의 위치에 따라서는 특성이 상이한 개소가 생길 수 있다. 그 때문에, 단면의 결정 방위는, 일의(一義)적으로 정해지지 않고, 그 결과, 결정 방위의 비율에 따라 알루미늄 와이어 전체의 특성을 일의적으로 표현하는 것은 매우 곤란함을 알 수 있었다.
이에, 알루미늄 와이어 전체의 특성을 나타낼 수 있는 지표를 검토한 결과, 배향 지수를 지표로 하기로 하였다. 배향 지수란, 와이어의 각 결정면의 회절 강도비, 즉 (각 결정면의 회절 강도 χ 각 결정면의 회절 강도의 총 합)을 무방위(無方位)인 알루미늄 분말 표준 시료의 회절 강도비로 나눈 값이다. 배향 지수를 구함으로써, 어느 결정면이 우선 배향하고 있는지, 어느 결정면이 우선 배향하고 있지 않은지, 즉 결정면의 우선 배향의 경향을, 정량적으로 알 수 있다. 배향 지수를 수식으로 나타낸 것이 하기의 윌슨의 식이다. 알루미늄 분말의 표준 시료의 해석 강도비는 ICDD(국제 회절 데이터 센터：분말 회절 데이터를 취급하는 비영리 과학 조직)로부터 제공되고 있는 ICDD 카드(PDF, ASTM 카드, JPCDS 카드라고도 함) PDF No. 00-004-0787(알루미늄)의 값을 채용하였다. 와이어 축에 수직 방향의 선재 단면을 X 선 회절하여, 알루미늄의 각 결정면의 회절 강도비로부터, 하기 윌슨의 식 (1)로부터 각 결정면의 배향 지수(N)가 구해진다.
상기 (1) 식에서, I/I(hkl)은 시료의 (hkl) 면에 있어서의 회절 강도비, ICDD I/I(hkl)은 ICDD 카드의 (hkl) 면에 있어서의 회절 강도비, ΣI/I(hkl), ΣICDD　I/I(hkl)은 각각 모든 결정면의 회절 강도비의 합이다. 또한, 회절 강도는 각 피크의 면적비로부터 구할 수 있다.
알루미늄 와이어의 배향 지수는, 40개의 알루미늄 와이어를 다발로 하여 수지에 매립하고, 와이어 축에 수직 방향의 횡단면을 X 선 회절로, (111), (200), (220), (311), (222), (400)의 회절 강도를 측정하고, 윌슨의 식으로 각 결정면의 배향 지수를 각각 구하였다. 배향 지수는 솔리드 알루미늄 와이어 집합체의 우선 방위의 값이며, 개개의 알루미늄 와이어에 있어서의 중심부와 주연부의 이중 조직 등의 편차에 좌우되는 경우가 없다. 또한, 배향 지수는 표준 시료와의 비교값으로 보정된 값이므로, 더욱 알루미늄 와이어의 객관적인 배향성을 나타낼 수 있다.
본 발명자들은 예의(銳意) 연구 끝에, 다양한 배향 지수의 알루미늄 와이어를 시작(試作)하여 배향 지수를 측정한 결과, 와이어 축에 대하여 수직면의 (111)의 배향 지수가 1 이상이며, 또한 (200)의 배향 지수가 1 이하로 제어한 알루미늄 와이어가 파워 사이클 시험으로 장수명임을 발견하였다.
또한, 상술한 바와 같이, 유사한 지표로서, 결정 방위 비율이 있다. 결정 방위 비율이란, 알루미늄 와이어를 어느 한 장소에서 절단한 이차원 평면에 있어서의 결정 방위의 점유율을 측정한 값이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 와이어 축에 수직인 단면에 있어서의 결정 방위 비율은, 알루미늄 와이어의 절단 개소에 의존하며, 같은 조성 또는 제조 조건이라고 하더라도, 부분적으로 결정 방위가 일정하지 않고 불규칙하므로, 결정 방위 비율만으로는 알루미늄 와이어의 객관적인 특성을 판정하는 것은 곤란하다.
본 발명자들은 실제로 후술하는 실시예의 각 샘플에 대하여 결정 방위 비율을 측정하였으나, 파워 사이클 수명과의 상관을 알 수 없었다. 대체로 ＜111＞의 결정 방위 비율이 50% 이상으로 큰 와이어가 장수명인 경향이 있으나, ＜111＞의 결정 방위 비율이 20%대로 작은 와이어에서도 20 만 사이클 이상의 장수명인 와이어가 존재하였다.
다음으로, 석출 입자에 대하여 설명한다. 발명자들은, 알루미늄 순도가 상이한 알루미늄 와이어를 다양한 제조 공정으로 수많이 시작(試作)하고, 와이어 축 방향으로 수직인 단면에 대하여 꼼꼼히 금속 조직을 관찰한 결과, 알루미늄을 베이스로 한 매트릭스 상에 있는 석출 입자는, 각 시작 와이어의 조성 또는 제조 조건에 따라 형상, 크기, 및 개수가 상이함을 발견하였다.
발명자들은, 이들 석출 입자가 장기 신뢰성과 와이어의 추종성에 어떠한 관계가 있다고 추정하고, SEM(주사 전자 현미경 반사 전자상)으로 촬영한 석출 입자의 사진을, 화상 처리 소프트를 이용하여 해석하고, 화상 상의 석출 입자의 단면적을 수치화하였다. 수치화의 방법에 대해서는, 실시예에서 상세히 설명하겠으나, 와이어 축 방향에 대하여 수직 단면에 대한 석출 입자의 면적율이 파워 사이클 시험의 수명과 와이어 추종성에 상관이 있음을 발견했다. 즉, 발명자들은, 알루미늄의 순도와 와이어의 제조 방법의 차이의 조합에 의하여, 석출 입자의 면적율이 변화된다고 추정하였다.
발명자들은, 배향 지수와 석출 입자의 면적율이 상이한 와이어의 조합을 수많이 시작하고, 파워 사이클 시험 및 툴 이탈 평가를 열심히 행한 결과, 다음의 조건에서 장기 신뢰성이 있으며, 또한 툴 이탈이 일어나지 않는 추종성이 있는 와이어를 발명하기에 이르렀다.
장기 신뢰성이 있고, 툴 이탈이 일어나지 않는 추종성이 있는 알루미늄 와이어란, 알루미늄 순도가 99 질량% 이상이며, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하고, 와이어 축 방향으로 수직인 단면의 (111)의 배향 지수가 1 이상이며, 또한 (200)의 배향 지수가 1 이하이고, 와이어 축 방향으로 수직인 단면에 대하여 석출 입자의 면적율이 0.02% 이상 2% 이하의 알루미늄 와이어이다. 이들 구성은, 서로 얽혀 상승(相乘) 효과를 이루어 2 개의 상반되는 과제를 동시에 해결하고 있다. 장기 신뢰성을 향상시키는 점에서, 알루미늄 와이어의 와이어 축 방향으로 수직인 단면의 (111)의 배향 지수는 바람직하게는 1.2 이상, 보다 바람직하게는 1.4 이상이며, (200)의 배향 지수는 바람직하게는 0.7 이하, 보다 바람직하게는 0.5 이하이다.
석출 입자는, 알루미늄을 베이스로 한 매트릭스 상에 관찰할 수 있는, 크기(입자의 최대 길이)가 0.01~30㎛ 정도의, 덩어리 형상, 링 형상, 판 형상, 침 형상, 대략 구(球) 형상, 부정 형상 등의 입자이다. 이들은, 제조 과정에서 정출(晶出)한 입자 또는 석출(析出)한 입자, 및 알루미늄 원재료에 포함되는 입자를 포함한다고 생각된다. 또한, 석출 입자는, 알루미늄과 철의 합금, 금속 간 화합물, 알루미늄과 철과 규소의 합금, 금속 간 화합물, 규소 단체(單體)의 석출물 중 어느 하나 또는 2 종 이상을 포함한다고 생각된다.
석출 입자의 면적율은, 와이어의 조성(철 및 규소의 함유 비율) 또는 열처리 온도, 시간, 열처리의 타이밍, 신선 가공 조건 등에 의하여 제어할 수 있다. 또한, 석출 입자의 면적율이란, 알루미늄 와이어의 와이어 축에 수직인 횡단면의 단면적에 대한 석출 입자가 차지하는 면적의 비율이다. 시작한 알루미늄 와이어에 대하여, 선단, 후단, 중간부의 단면에 있어서 석출 입자의 면적율을 측정한 결과, 와이어의 위치에 상관없이 거의 동등한 값이며, 면적율의 측정 개소에 따른 편차는, 결정 방위 비율의 그것에 비하여 적었다. 즉, 이는, 와이어 축에 수직인 어느 단면의 석출 입자의 면적율은, 와이어 전체의 면적율을 대표하는 것을 시사하고 있다. 석출 입자의 면적율은 다음과 같이 산출할 수 있다. 석출 입자는, 알루미늄 와이어의 와이어 축에 수직인 횡단면을 SEM 분석했을 때에, 그 이외의 영역과의 조성이 상이하므로, 고휘도값의 화소로서 표시된다. 석출 입자 이외의 영역(알루미늄 매트릭스)에서는, 휘도값은 낮게 표시된다. 이 SEM 화상을, 석출 입자와, 그 이외의 영역을 분리하는 것과 같은 휘도값의 임계값(예를 들면, 0.95)를, 히스토그램 등을 이용하여 결정하여 2값화하고, 석출 입자의 영역의, 전체에 대한 면적율을 산출한다. 또한, 휘도값은 검정색이 0, 흰색이 1로 규격화한 값이다.
상기의 구성에서 상반되는 2 개의 특성을 양립하는 메카니즘은 반드시 명확하지는 않으나, 철 및 규소의 함유량과 석출 입자의 면적율은, 장기 신뢰성과 와이어의 추종성에 크게 관련되어 있고, 철 및 규소가 너무 적어도, 너무 많아도, 이들 특성의 양립은 곤란하다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 석출 입자의 면적율이 0.02% 이상 2% 이하의 범위이다. 추종성을 향상시키는 점에서, 석출 입자의 면적율은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.1% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.2% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 1% 이하인 것이 바람직하며, 0.8% 이하인 것이 보다 바람직하다.
파워 사이클 시험의 장수명화(장기 신뢰성의 향상)와 Ÿ‡지 툴로부터의 알루미늄 와이어 이탈은, 배향 지수와 석출 입자의 면적율의 제어가 상승(相乘) 효과를 초래하고 있다. 또한, 발명자들은, 수많은 첨가 원소를 검토하고, 그 중에서 특히, 철(Fe)과 규소(Si)의 양 원소를 함유하고, 그 합계량이 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하이면, 보다 장수명으로 툴 이탈이 일어나기 어려운 것, 또한 갈륨(Ga)과 바나듐(V)의 적어도 일방의 원소를 함유하고, 그 합계가 50 질량ppm 이상 800 질량ppm 이하인 것으로, 잔류 저항비를 크게 하고, 통전 시의 발열을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 알루미늄의 순도(알루미늄 와이어의 총량에 대한 알루미늄의 양)가, 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로 이루어진다. 즉, 본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 알루미늄의 순도가, 99 질량% 이상이다. 이에 의하여, 충분한 도전율을 가짐과 동시에, 양호한 추종성을 발휘한다. 알루미늄 와이어의 알루미늄의 순도는 99.9 질량% 이하인 것이 바람직하다. 알루미늄의 순도는 99.9 질량% 이하인 것으로, 충분한 양의 철 및 규소를 함유하며, 또한 필요에 따라 미량 원소(갈륨 및 바나듐) 또는 미량 원소(첨가 원소라고도 함. 후술하는 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 크롬(Cr), 망간(Mn), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 텅스텐(W), 스칸듐(Sc))를 함유할 수 있으므로, 알루미늄 와이어의 장기 신뢰성이 향상된다.
또한, 상술한 것으로부터, 본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 즉, 본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 철 및 규소를 합계로, 와이어 전량에 대하여 0.01 질량% 이하 1 질량% 함유한다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 철과 규소의 합계량이 0.01 질량% 이상인 것으로, 종래의 알루미늄 와이어보다 장수명이 달성된다. 또한, 철과 규소의 합계량이 1 질량%를 넘으면, 석출 입자의 면적율이 너무 커지므로, 툴 이탈이 생긴다. 철 및 규소의 양은, 장수명을 달성하기 용이한 것으로부터, 합계로 0.02 질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.05 질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.1 질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.13 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 철 및 규소의 양은, 장수명을 달성하면서 툴 이탈을 저감하는 점에서, 합계로 0.9 질량% 이하인 것이 바람직하며, 0.8 질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 철의 양은, 와이어의 총량에 대하여 0.01 질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.03 질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.05 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.1 질량% 이상인 것이 특히 바람직하며, 0.13 질량% 이상인 것이 보다 특히 바람직하다. 또한, 철의 양은, 와이어의 총량에 대하여, 0.95 질량% 이하인 것이 바람직하며, 0.9 질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 규소의 양은, 와이어의 총량에 대하여 0.01 질량% 이상인 것이 바람직하며, 0.05 질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 규소의 양은, 0.5 질량% 이하인 것이 바람직하며, 0.4 질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 철과 규소의 바람직한 범위를 조합함으로써, 철과 규소의 상승(相乘) 효과에 의하여, 접합의 장기 신뢰성과 툴 이탈의 억제 효과가 보다 더 얻기 용이해진다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어에 있어서, 철과 규소의 함유비는, 철 / 규소로 나타내는 질량비로, 0.3 이상 90 이하인 것이 바람직하며, 1.0 이상 45 이하인 것이 보다 바람직하다. 철과 규소의 함유비가 상기 범위라면, 석출 입자의 석출량을 제어하기 쉽고, 와이어의 추종성과 접합의 장기 신뢰성을 양립하기 용이하다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 갈륨과 바나듐 중 적어도 1 종을 함유하는 것이 바람직하며, 이 경우, 갈륨과 바나듐의 합계량은, 와이어의 총량에 대하여 50 질량ppm 이상인 것이 바람직하다. 갈륨과 바나듐은, 와이어 장수명화를 위해서는 필수는 아니지만, 이들 중 적어도 1 종을 함유함으로써, 와이어의 장수명화에 기여한다. 갈륨과 바나듐 중 적어도 1 종의 함유량의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 1000 질량ppm 정도이며, 이들을 50 질량ppm 이상 함유하면 한층 더 장수명화에 대한 효과를 얻기 용이하며, 함유량이 800 질량ppm 이하이면, 통전 시의 알루미늄 와이어의 최고 도달 온도를 억제하기 용이하다. 갈륨과 바나듐의 함유량은, 와이어의 총량에 대하여 100 질량ppm 이상이어도 되며, 150 질량ppm 이상이어도 된다. 갈륨과 바나듐의 함유량은, 와이어의 총량에 대하여 700 질량ppm 이하이어도 되며, 600 질량ppm 이하이어도 된다. 갈륨과 바나듐의 함유량은, 갈륨과 바나듐 중 어느 일방만이 와이어 중에 포함되는 경우에는, 그 일방의 양이 상기 범위이면 되며, 갈륨과 바나듐의 양자가 포함되는 경우에는, 갈륨과 바나듐의 합계량이 상기 범위이면 된다.
예를 들면, 순도 99.99 질량%인 알루미늄 와이어를 사용한 경우의 통전 시의 최고 도달 온도가 150℃이었던 경우, 갈륨과 바나듐의 함유량이 800 질량ppm 이하이면, 최고 도달 온도를 160℃ 이하로 억제할 수 있다. 즉, 순도 99.99 질량%인 알루미늄 와이어를 기준으로 하여, 통전 시의 발열 상승 온도를 10℃ 정도 이내에서 억제할 수 있다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어는, 철, 규소, 갈륨, 바나듐 이외에, 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 크롬(Cr), 망간(Mn), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 텅스텐(W), 스칸듐(Sc) 등의 미량 원소의 1 종 또는 2 종 이상을 포함하고 있어도 된다. 미량 원소의 함유량은, 와이어 전체에 대하여, 철, 규소, 갈륨 및 바나듐과 미량 원소의 합계로 1.0 질량% 이하가 되는 양이며, 철, 규소, 갈륨 및 바나듐과 미량 원소의 합계로 0.1 질량% 이상이 되는 양인 것이 바람직하다.
상술한 순도 99.99 질량%인 알루미늄 와이어를 사용한 경우와 비교한 통전 시의 발열 온도 상승은, 잔류 저항비가 클수록 커진다. 잔류 저항비는 단순히 불순물의 양 또는 알루미늄의 순도뿐만이 아니라, 와이어의 가공 왜곡 등에도 영향을 받으므로, 보다 정확하게 통전에 의한 발열 온도 상승을 반영한다.
상술한 기준으로, 온도 상승이 30℃ 이상이 되면, 와이어에 접하고 있는 부재에도 적잖은 영향을 미친다. 예를 들면, 와이어를 덮고 있는 봉지 수지는, 온도가 오르면, 수지 중의, 와이어의 부식을 유발하는 원소가 휘발하여 수지로부터 방출될 가능성이 높아진다. 와이어의 부식을 방지하기 위하여, 내열성이 있는 봉지 수지 또는 방열의 설계 등을 필요로 함으로써, 제조 코스트 상승으로 이어짐과 동시에, 파워 반도체의 디자인 자유도의 방해가 되는 경향이 있다.
잔류 저항비는, 4.2K(켈빈)의 액체 헬륨 중에서의 전기 저항과, 300K의 실온의 전기 저항의 비를 나타낸 수치에 의하여, 다음 식으로 나타내어진다.
잔류 저항비 = (실온 중의 전기 저항) / (액체 헬륨 중의 전기 저항)
본 실시형태의 알루미늄 와이어의 잔류 저항비는 10 이상인 것이 바람직하며, 15 이상인 것이 보다 바람직하다. 잔류 저항비가 10 미만이면, 통전 시의 발열에 의한 온도 상승이 상술한 기준으로 30℃ 이상이 되기 쉬우며, 와이어 주변 부재에 악영향을 미칠 우려가 있다.
본 실시형태의 알루미늄 와이어의 선 직경은, 통상, 40㎛ 이상 700㎛ 이하이며, 70㎛ 이상 600㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 알루미늄 와이어의 단면 형상은 통상 원 형상이며, 그 밖에, 타원 형상 또는 장원(長圓) 형상, 4각 형상 등이어도 된다.
(알루미늄 와이어의 제조 방법)
다음으로, 실시형태의 알루미늄 와이어의 제조 방법의 일 예를 설명한다. 또한, 알루미늄 와이어의 제조 방법은, 이하에 나타내는 제조 방법으로 한정되는 것은 아니다. 제조하는 알루미늄 와이어의 중량 또는 열처리 로(爐)의 처리 능력을 감안하여, 적절히 조건을 조정하는 것이 바람직하다.
99 질량% 이상인 고순도의 알루미늄에, 철 및 규소를 함께 용해하여 알루미늄 용탕(溶湯)을 제작한다. 원료로 하는 고순도 알루미늄의 순도는, 99.9 질량% 이상이어도 되고, 99.99 질량% 이상이어도 된다. 용해에는, 아크 가열로(爐), 고주파 가열로, 저항 가열로, 연속 주조로 등의 가열로가 이용된다. 대기 용해도 문제없으나, 대기 중으로부터의 산소 또는 수소의 혼입을 방지할 목적으로, 가열로의 알루미늄 용탕은 진공 혹은 아르곤, 질소 등의 불활성 가스 분위기로 보지(保持)하여 용해해도 된다. 용해시킨 재료는, 가열로로부터 소정의 선 직경이 되도록, 연속 주조로 응고시켜도 된다. 혹은, 용해한 알루미늄을 주형(鑄型)에 주조하여 잉곳을 만들고, 그 잉곳을 압출기에 세트하여, 소정의 선 직경으로 압출 성형 가공해도 된다.
상술의 공정에서 얻어진 선재를, 선 직경 5.0mm의 중간 선재로 신선(伸線) 가공한다. 중간 선재의 선 직경은 통상, 최종 선 직경의 7~130 배이다. 이어서, 신선 가공 후의 와이어(중간 선재)에, 400℃~560℃로 60분~420분 가열하는 중간 열처리를 실시하고, 그 후 급냉하는 용체화 처리를 행한다. 급냉 속도는, 예를 들면, 20℃/초 이상 300℃/초 이하이며, 바람직하게는, 20℃/초 이상 100℃/초 이하이다. 급냉 속도는, 급냉 개시로부터 종료까지의 속도이어도 되지만, 보다 바람직하게는, 온도 400℃로부터 300℃까지의 범위에서의 냉각 속도가 상기 범위이면, 상술한 효과를 얻기 용이하다. 용체화 처리의 목적은 주로, 알루미늄 이외의 원소를 알루미늄 매트릭스 중에 고용(固溶)시키는 것에 있다. 용체화 처리 후에는 최종 선 직경까지 신선 가공한다. 신선 가공에서는, 복수의 초경(超硬) 다이스 혹은 다이아몬드 다이스에 순서대로 와이어를 통과시켜, 단계적으로 와이어의 선 직경을 축소한다.
최종 선 직경까지 신선한 와이어에, 최종 열처리를 실시한다. 최종 열처리는, 주로 와이어 내부에 잔류하는 금속 조직의 왜곡을 제거하는 기능, 또는 와이어의 기계적 특성 등을 조정하는 기능이 있다. 단, 석출 입자의 면적율에 영향을 줄 가능성이 있으므로, 이를 감안하여 최종 열처리의 온도 또는 처리 시간을 조절한다.
중간 열처리 또는 최종 열처리는, 소정의 온도로 가열한 가열 분위기 내에 와이어를 통과시켜 열처리를 행하는 주간(走間) 열처리, 또는 밀폐식의 로(爐) 내에 와이어를 가열하여 행하는 뱃치식 열처리가 있다. 본 실시형태에서의 최종 열처리는, 200℃ 이상 340℃ 이하에서 60분 정도, 뱃치식 열처리로 행하는 것이 바람직하다.
(반도체 장치)
다음으로, 실시형태의 알루미늄 와이어를 이용한 반도체 장치(100)의 구성을, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 반도체 장치(100)는, 반도체 소자(1), 금속막(2), 와이어(3), 회로 패턴(41), 금속 패턴(42), 절연 부재(43), 방열 부재(5), 접합재(6), 케이스(7), 단자(8), 봉지재(9)를 구비하고 있다.
본 실시형태에 있어서, 반도체 소자(1)는, 예를 들면 전력 공급용의 반도체에 이용되는 파워 반도체이다. 반도체 소자(1)로는, 예를 들면 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET；Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT 등을 들 수 있다.
반도체 소자(1)는, 전극(11), 기판부(13) 및 이면(裏面) 전극(12)을, 이 순서대로 적층하여 이루어진다. 전극(11)은, 예를 들면 알루미늄(Al)-규소(Si) 전극이며, 기판부(13)는, 예를 들면 규소(Si) 기판, 탄화 규소(SiC) 기판, 질화 갈륨(GaN) 기판 등이다.
금속막(2)은, 전극(11)의 기판부(13)와는 반대측의 표면에, 전극(11)의 표면을 덮도록 구비되어 있다. 금속막(2)은, 니켈(Ni)막, 구리(Cu)막, 티탄(Ti)막, 텅스텐(W)막 등이며, 전기 도금, 무전해 도금, 증착, 스퍼터링 등으로 형성된 막이다. 니켈(Ni)막으로서는, 니켈(Ni) 무전해 도금막이 있으며, 구체적으로는, 무전해 니켈(Ni)-인(P) 도금막, 무전해 니켈(Ni)-붕소(B) 도금막 등을 들 수 있다. 금속막(2)의 그 밖의 바람직한 태양은 후술한다.
와이어(3)는, 상술한 실시형태의 알루미늄 와이어로 이루어지며, 그 구성 및 특성도 상술한 바와 같다. 와이어(3)는, 금속막(2) 표면에 접합되어 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 도 6에 도시하는 실시형태의 반도체 장치(100)에 있어서의 금속막(2)과 와이어(3)의 접합 구조에 대하여 설명한다. 도 8은, 도 6의 IV 영역(금속막(2)과 와이어(3)의 접합 계면의 근방)을 모식적으로 나타내는 확대도이다. 또한, 도 8에서, 봉지재(9)(도 6 참조)는 기재를 생략한다.
도 8에 도시한 와이어(3)와 금속막(2)의 접합 계면 근방을 접합부(31)라고 칭한다. 접합부(31)는, 예를 들면, 와이어(3)와 금속막(2)과의 접합 계면으로부터, 와이어(3)의 내부에 결정립 1 개분이 진전된 위치까지의 범위이다.
여기서, 알루미늄 와이어의 내열성이 충분하지 않은 경우에는, 와이어로의 통전 개시와 통전 정지의 반복에 의하여, 접합부(31)의 금속막과 와이어의 접합면 근방에서 열 응력이 발생하고, 이에 의하여 알루미늄 와이어에 금속 피로를 초래하는 경우가 있다. 그 결과, 와이어(3)에 균열이 발생되는 경우가 있다. 도 9는, 와이어에 균열(CR)이 발생된 접합부(31)를 모식적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 10은 와이어에 균열이 발생되어 있지 않은 접합부(31) 근방의 사진이며, 도 11은 균열(CR)이 와이어 내로 진전된 상태를 나타내는 사진이다.
상술한 실시형태의 알루미늄 와이어에 의하면, 와이어가 장기간 내열성을 유지할 수 있으므로, 와이어로의 통전 개시와 통전 정지의 반복에 의해서도, 와이어의 균열의 발생이 없고, 접합부(31)의 접합을 장기간 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 와이어의 양호한 추종성에 의하여, Ÿ‡지 접합의 불량이 생기지 않는 것과 함께, 접합(제 1 접합 및 제 2 접합)의 장기 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 와이어가 장기간 내열성을 발휘할 수 있으므로, 접합 대상(전극 또는 금속막)의 소재에 상관없이, 접합의 장기 안정성을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태의 금속막(2)으로 함으로써, 장기 안정성의 효과를 보다 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
와이어의 접합 대상의 경도가 와이어보다 작은 경우, 와이어에 발생된 균열이 접합 대상으로 전파하여, 접합 대상에 균열이 진전되는 경우가 있다. 이에 대하여, 본 실시형태의 금속막(2)과 같이, 접합 대상이 와이어보다 단단한 경우에는, 만일 와이어에 미소한 균열이 발생했다고 해도 균열이 접합 대상 내로 진전되지 않으므로, 이에 의하여 와이어 및 접합 대상에 있어서의 균열의 확대가 억제되어, 접합의 한층 더 나은 장기 신뢰성이 실현된다고 생각된다.
이러한 금속막(2)으로서는, 무전해 니켈(Ni)-인(P) 도금막, 무전해 니켈(Ni)-붕소(B) 도금막, 전기 도금에 의하여 성막된 니켈(Ni)막 또는 구리(Cu)막, 증착 또는 스퍼터링으로 성막된 니켈(Ni)막, 구리(Cu)막, 티탄(Ti)막 또는 텅스텐(W)막이 바람직하다. 이러한 금속막(2)은, 결정 구조를 가지고 있다. 또한, 금속막(2)의 니켈(Ni)의 순도가 높다. 이 때문에, 열처리 시에 있어서의 금속막(2)의 쪼개짐을 억제할 수 있다.
금속막(2)은, 유황(S)을 포함하고 있지 않은 무전해 니켈(Ni)-인(P) 도금막이 코스트의 관점에서 바람직하며, 인 함유량은, 금속막(2)의 전량에 대하여 8 질량% 이하가 바람직하며, 5 질량% 이하가 보다 바람직하다. 인 함유량이 8 질량% 이하이면, 금속막(2)은 결정 구조를 가지므로, 금속막(2)의 경도가 증가되며, 이에 의하여 금속막(2)의 쪼개짐을 억제할 수 있다. 또한, 유황(S)을 포함하지 않으므로, 입계에서의 유황(S)의 편석(偏析)에 의한 입계의 취화(脆化)가 억제되므로, 이로부터도 금속막(2)의 쪼개짐을 억제할 수 있다. 이상으로부터, 금속막(2)의 내열성이 향상된다.
다음으로, 반도체 장치(100)의 그 외의 구성에 대하여 설명한다. 반도체 장치(100) 내에는, 반도체 소자(1), 와이어(3), 단자(8), 회로 패턴(41) 및 금속 패턴(42)에 의하여 반도체 회로가 형성되어 있다. 반도체 장치(100) 내에서 와이어(3)는 굴곡되어 있고, 이 굴곡부를 이용하여, 반도체 소자(1), 단자(8), 회로 패턴(41) 등에 각각 접합된다.
반도체 장치(100)에 있어서, 방열 부재(5) 표면 상에, 접합재(6), 금속 패턴(42), 절연 부재(43), 회로 패턴(41), 접합재(6), 반도체 소자(1)가 순서대로 적층되어 있다. 접합재(6)는, 방열 부재(5)와 금속 패턴(42), 회로 패턴(41)과 반도체 소자(1)의 이면 전극(12)을 각각 접합하는, 땜납, 은(Ag) 등으로 이루어진다. 절연 부재(43)는 절연 기판 등이다.
케이스(7)는, 내부에 공간을 가지는 환 형상 하우징으로 이루어지고, 방열 부재(5)의 외주를 둘러싸도록 설치된다. 케이스(7)의 내부 공간에, 상술의, 반도체 소자(1), 금속막(2), 와이어(3), 회로 패턴(41), 금속 패턴(42), 절연 부재(43), 접합재(6) 및 봉지재(9)가 수용된다.
단자(8)는, 외부 기기와의 접속 단자로서 기능한다. 단자(8)는, 케이스(7)의 상면에 설치되고, 그 일방의 단부가 케이스(7)의 내부 공간 내에, 타방의 단부가 케이스(7)의 바깥 영역에, 각각 케이스(7)로부터 돌출되도록 배치된다. 봉지재(9)는, 케이스(7)의 내부 공간에, 반도체 소자(1), 금속막(2), 와이어(3), 회로 패턴(41), 금속 패턴(42), 절연 부재(43), 접합재(6)를 내포하여 채워져 있다. 봉지재(9)는, 겔 형상의 봉지 수지 또는 몰드 수지의 경화물 등이다.
도 7에, 반도체 장치의 다른 실시형태로서, 리드 프레임을 포함하는 반도체 장치(101)를 도시한다. 도 7에서, 도 6에 도시하는 반도체 장치(100)와 같은 기능을 가지는 구성에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 도 7에 도시된 반도체 장치(101)는, 반도체 소자(1), 금속막(2), 와이어(3), 절연 부재(43), 접합재(6), 봉지재(9)에 더하여, 리드 프레임(LF)을 포함하고 있다. 도 7에 도시하는 반도체 장치(101)는 리드 프레임(LF)을 포함하므로, 케이스(7)를 포함하고 있지 않으나, 케이스(7)를 구비하고 있어도 된다. 리드 프레임(LF)은 절연 부재(43) 표면 상에 접합되고, 도 6에 도시하는 반도체 장치(100)의 회로 패턴(41)과 같은 기능을 가진다. 또한, 도 7에서는 리드 프레임(LF)과 절연 부재(43)가 접합되어 있으나, 리드 프레임(LF)과 절연 부재(43)의 사이에는 금속판(도시하지 않음)이 배치되어 있어도 된다.
봉지재(9)는, 반도체 소자(1), 금속막(2), 와이어(3), 절연 부재(43), 접합재(6), 리드 프레임(LF)을 내포하도록 설치된다. 단, 리드 프레임(LF)의 단부는 봉지재(9)의 바깥으로 돌출되며, 리드 프레임(LF)은 반도체 소자(1) 또는 와이어(3) 전기 회로를 구성하고, 상기 돌출된 단부가 반도체 장치(101)의 외부의 기기에 접속하기 위한 단자(8)로서 기능한다.
다음으로, 도 6 및 도 7에 도시하는 반도체 장치(100), 반도체 장치(101)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, 반도체 장치(100, 101)를 구성하는 각 부재를 준비하고, 상술의 구성대로 적층하여, 서로 접합한다. 그 후, 금속막(2)의 표면에, 초음파 접합 등에 의하여 와이어(3)의 단부를 접합한다. 그 후, 와이어(3)의 타방의 단부를 외부 전극에 Ÿ‡지 접합한다. 와이어(3)로서는, 상술한 실시형태의 알루미늄 와이어를 이용한다. 그 후, 봉지 수지를 반도체 장치(100)에 주입하고, 경화시켜, 봉지재(9)를 형성시킨다. 반도체 장치(101)의 경우에는, 상기 반도체 소자(1) 등을 탑재한 리드 프레임을 금형 내에 배치하고, 봉지 수지를 주입하고, 경화시켜, 봉지재(9)를 형성시킨다.
[실시예]
다음으로, 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예로 한정되지 않는다.
순도가 99.9 질량% 이상인 고순도의 알루미늄 지금(地金)을 준비하였다. 철과 규소를 각각 표 1에 나타낸 양으로 첨가하였다. 또한, 임의 원소로서, 갈륨과 바나듐을, 표 1에 나타낸 양으로 첨가하였다. 이들 실시예의 알루미늄 합금 조성을, 표 1에 나타낸다. 이들 각 샘플의 합금을, 각각 대기 하에서 용해한 후, 연속 주조하여 선재를 얻었다. 얻어진 선재를, 중간 선 직경 5mm까지 신선 가공하고, 이 중간 선 직경 5mm의 와이어에 대하여, 중간 열처리를 400℃ 내지 560℃에서 60분간 행하였다. 60분간 경과 후, 즉시 수중에서 25℃/초 이상의 냉각 속도로 급냉하였다. 그 후, 와이어를 최종 선 직경인 400㎛까지 신선 가공하고, 마지막에 뱃치식 로에서 최종 열처리를 200℃ 내지 340℃의 사이에서 60분간 실시하였다. 최종 열처리를 끝낸 알루미늄 와이어는, 리와인더로 스풀에 약 300m마다 되감았다.
다음으로, 실시예의 각 샘플의 배향 지수 및 석출 입자의 면적율을 구하였다.
(와이어 배향 지수 측정)
약 300m로 되감은 각 샘플의 와이어의 선단부, 후단부, 및 선단과 후단의 중간 부근(중간부)의 3개소를 샘플링하고, 각각 와이어 축에 수직 방향의 횡단면이 대체로 와이어 축에 대하여 수직으로 노출되도록 수지에 매립하였다. 이 와이어를 매립한 수지를, 상기 횡단면이 표면에 노출되도록 샌드 페이퍼로 거칠게 연마하고, 그 후, 최종적으로는 버프 연마로 경면(鏡面) 마무리를 한 후, X선 회절 장치(리가쿠사(社) 제품 SmartLab)로 각 부위에 대하여 측정을 행하였다. X선 회절의 강도를 얻으려면, 어느 정도의 와이어 단면적이 필요하므로, 선 직경 400㎛의 1 개 샘플만으로는 강도 부족의 우려가 있다. 그 때문에, 1회의 측정에 대하여, 약 40개의 와이어를 묶음 밀착시켜 매립 연마하여, X선 회절에 제공하였다.
분석 조건은, X선 발생부의 대음극(對陰極)은 Cu로 출력 45kV, 200mA, 검출부는 반도체 검출기, 입사 광학계는 평행빔법(슬릿 콜리메이션), 솔라 슬릿의 입사측은 5도이며 수광측도 5도, 슬릿의 입사측 IS=1mm, 길이 제한 2mm, 수광측의 RS1=1mm, RS2=2mm, 주사 조건은 주사축이 2θ/ω, 주사 모드가 연속 주사, 주사 범위가 30~100도, 스텝 폭이 0.02도, 주사 속도가 3도/분으로 행하였다.
각 샘플의 (111), (200), (220), (311), (222), (400)의 회절 강도(피크 분리)를 측정하고, 윌슨의 식으로부터 각각의 배향 지수를 구하였다. 실시예에 있어서, 특히 특징적인 경향을 나타낸 (111)과 (200)의 배향 지수를, 합금 조성과 함께 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1의 배향 지수에는, 각 샘플 5권(卷)씩, 와이어의 선단, 후단, 중간부의 3개소의 평균값(5권 × 3개소, 즉, 합계 15개소의 평균값)을 기재하였다. 또한, 상술한 바와 같이, 1개소에 대하여, 그 주변 부분을 40개 절단하여, 40개를 묶어서 측정하고 있다.
(석출 입자의 면적율 측정)
최종 선 직경 400㎛의 용체화 처리 후의 와이어의 선단부, 후단부 및 중간부의 석출 입자의 입경에 대하여, 와이어 축에 수직 방향의 횡단면을 FE-SEM(전계 방출형 주사 전자 현미경, 일본 전자 제품 JSM-7800F)으로, 관찰 배율 400배로 촬영했다. 단, 400배로는 원형 절단 단면의 4분할 정도 밖에 촬영 범위에 포함되지 않으므로, 와이어 단면을 4분할씩 촬영하고, 이들을 맞붙혀 원형 절단면 전체에 대한 석출 입자의 점유 면적을 구하였다. SEM 촬영 조건은, 가속 전압을 5kV, 작동 거리(W.D.)를 10mm로 설정하고, 반사 전자상(BED-C)을 선택하여 실시하였다. 화상 해석에서는, 촬영한 SEM 화상의 휘도값을 0 내지 1의 범위로 정규화한 후, 임계값을 0.95로 하여 2값화하고, 임계값보다 휘도값이 높은 영역을 석출 입자로 하였다.
또한, 화상 해석에 있어서는, 입자로서 인식되는 화상 상의 영역 중, 8근방에서 서로 이웃하는 화소를 하나의 입자로서 산출하였다. 8근방이란, 입자로서 인식되는 소정의 영역을 중심으로 하여, 상하좌우 및 이를 45도 회전한 8개의 방향을 의미하며, 이 8개의 방향 중 어느 하나에서, 접촉하는 영역을 1입자라고 정의한다.
이어서, 와이어 축 방향으로 수직인 단면 전체의 단면적에 대한 비율을 백분율로 나타냈다. 석출 입자의 면적율은, 와이어의 선단부, 후단부 및 중간부의 모두에서 거의 일치하고 있었다. 각 실시예에서의 석출 입자의 면적율을 표 1에 나타낸다. 실시예 12의 석출 입자를 도 1에 나타내며, 후술하는 비교예 6의 석출 입자를 도 2에 나타낸다. 단, 도 1 및 도 2는, 보다 석출 입자가 판명되기 쉽도록, 1000배로 촬영한 화상을 화상 해석으로 2값화한 사진이다. 하얗게 표시된 부분이 석출 입자이다.
(툴 이탈 평가 1)
다음으로, 알루미늄 와이어의 선 직경이 400㎛인 각 샘플에 대하여, 초음파 본딩 장치(K＆S 제품 와이어 본더 ASTERION)를 이용하여, 알루미늄판에 제 1 접합과 제 2 접합과의 거리가 5mm가 되도록 접합하였다. 제 2 접합부는 와이어 축 방향에 대하여 수평 방향으로 가로로 45도를 목표로 굽혀서 접합하였다(도 4를 참조. 도 4의 왼쪽 아래 사진은 30도 정도 밖에 굽힐 수 없었음). 접합 조건은, 각 샘플에 대하여 초음파 에너지와 가압력(加壓力)이 각각 최적인 조건이 되도록 설정하였다. 또한, 본드 툴은 Kulicke ＆ Soffa 사 제품, 제품 번호: 127591-16을 사용하고, 그 와이어를 잡는 톱니의 치수는, 폭(내경)이 0.5mm, 깊이(높이)가 0.2mm, 길이(안쪽으로의 깊이)가 1.0mm이다.
각 샘플에 대하여, 툴 이탈의 불량이 발생되었는지의 여부의 판정은, 제 2 접합 부분의 와이어 상태를 관찰하여 행하였다. 각 샘플에 있어서, 30회(제 1 접합과 제 2 접합의 조합을 1회로 함)를 행하고, 와이어가 불착, 혹은, 도 4의 왼쪽 아래와 같이 한쪽으로 치우친 툴과의 접촉 자국이 1개소라도 있는 경우에는 불합격으로 「C」라고 하였다. 도 4의 오른쪽 아래와 같이 정상적으로 접합되어 있으면 합격으로 「A」라고 하고, 툴 이탈의 평가로서 표 1에 나타내었다.
도 4의 우측 위 아래 2개의 사진은 실시예 1의 것이다. 오른쪽 위의 도면은, 초음파로 제 1 접합한 후의 것이고, 오른쪽 아래의 도면은 제 1 접합한 와이어의 길이 방향에 대하여 수평 방향으로 가로로 45도 굽히고, 제 2 접합한 후의 것이다. 양 사진으로부터 자명하듯이, 접촉 자국 등이 없고, 정상적으로 접합되어 있음을 알 수 있다.
(파워 사이클 시험 평가)
알루미늄 와이어의 선 직경이 400㎛인 각 샘플에 대하여, 초음파 본딩 장치(초음파 공업 제품 와이어 본더 REBO9)로, 표면의 알루미늄 합금 전극 상에 니켈이 메탈라이즈된(금속 막이 표면에 형성된) 파워 칩에 접합하였다. 접합 조건은, 각 샘플에 대하여 접합 후의 와이어 폭이 500㎛가 되도록, 초음파 에너지와 가압력을 각각 설정하였다. 파워 칩의 최대 온도가 150℃ 최저 온도가 50℃, 즉, ΔT=100℃가 되는 전류, 통전 시간, 냉각 시간을 설정하고, 파워 사이클 시험을 실시하였다. 이 때의 통전 시간은 약 7초, 통전 정지 시간은 약 13초, 1 사이클 당 약 20초로 실시하였다.
통전 시의 파워 칩의 표리의 전극 간의 전위차가, 초기값에 대하여 5% 증대한 사이클 수를 파워 사이클 시험에서의 수명이라고 정의하고, 수명이 20만 사이클 이상의 샘플을 목표 이상의 수명이라고 하여 「S」, 10만 사이클 이상 20만 사이클 미만을 목표 레벨로 하여 「A」, 5만 사이클 이상 10만 사이클 미만의 샘플을 합격점이라고 하여 「B」, 5만 사이클 미만의 샘플을 불합격이라고 하여 「C」라고 기재하였다. 각 실시예에 있어서의 알루미늄 와이어의 파워 사이클 시험의 평가를 표 1에 나타낸다.
(잔류 저항비의 측정 1)(발열)
잔류 저항비(RRR)는, 4.2K(켈빈)의 액체 헬륨 중에서의 전기 저항과 300K의 실온 중에서의 전기 저항의 비로 나타낸다. 제조한 알루미늄 와이어에 대하여, 15cm의 길이로 잘라내어, 전기 저항 측정을 행하였다. 전기 저항 측정은 모두 4단자법으로 행하고, 각각의 전기 저항을 측정한 후, 이들의 비를 계산하여 구하였다. 또한, 잔류 저항비는, 통전 시의 온도 상승과 비례 관계에 있으므로, 잔류 저항값 10 이상 15 미만이라면, 상술한 순도 99.99 질량%인 알루미늄 와이어의 최고 도달 온도로부터, 30℃ 미만의 상승으로 억제할 수 있으므로 「A」, 15 이상이면 10℃ 이하의 온도 상승으로 억제할 수 있으므로 더욱 좋다고 하는 의미에서 「S」를 표 1의 와이어 평가 란에 기재하였다. 또한, 30℃ 이상의 온도 상승은 불합격이라고 하여 「C」 평가로 하였다.
(종합 평가 1)
상기 3개의 평가가 「S」가 2 개이고 「A」가 1개이면 우수라고 하는 의미에서 종합 평가 「우수」, 「S」가 1개이고 「A」가 2개인 경우에는 양호라고 하는 의미에서 종합 평가 「양호」, 그 이외의 평가의 조합으로, 또한 「C」의 평가가 없으면, 합격점이라고 하는 의미에서 종합 평가 「가능」, 1개라도 「C」의 평가가 있는 샘플은 불합격이라고 하는 의미에서 종합 평가 「불가」라고 판정하여, 각각 표 1에 기재하였다.
다음으로, 알루미늄 와이어의 조성을 표 2 ~ 13에 기재한 대로 조정하고, 중간 선 직경, 중간 열처리 조건, 최종 열처리 조건 등의 제조 조건을 상기 실시형태의 범위에서 조정한 것 외에는, 실시예 1과 같이 하여, 최종 선 직경이 400㎛의 실시예 33 이후의 알루미늄 와이어를 얻었다. 이러한 알루미늄 와이어에 대해서도, 실시예 1과 마찬가지로, 배향 지수, 석출 입자의 면적율을 측정하여, 와이어 특성의 평가를 행하였다. 또한, 실시예 33 이후에 대해서는, 툴 이탈 평가, 발열(잔류 저항비)의 평가, 종합 평가의 기준을, 이하의 「툴 이탈 평가 2」, 「잔류 저항비의 측정 2」, 「종합 평가 2」와 같이, 상기 실시예 1~32보다도 상세하게 설정하였다. 또한, 각 표에서 「-」의 표기는 측정 하한 미만인 것을 나타낸다.
(툴 이탈 평가 2)
툴 이탈 시험은, 상술한 「툴 이탈 평가 1」과 마찬가지로 행하고, 평가는 다음과 같이 하였다. 툴 이탈의 불량이 발생했는지의 여부의 판정은, 제 2 접합 부분의 와이어의 상태를 관찰하여 행하였다. 각 샘플에 있어서, 100회(제 1 접합과 제 2 접합의 조합을 1회로 함)를 행하고, 와이어가 불착, 혹은 도 4의 왼쪽 아래와 같이 한쪽으로 치우친 툴과의 접촉 자국이 4개소 이상인 경우에는 불합격으로 「C」, 2~3개소이면 약간의 개량이 요구되지만 실용상 문제가 없으므로 「B」, 1개소이면 매우 우수하므로 합격으로 「A」, 접촉 자국이 전혀 없는 것을 「S」로 하여, 툴 이탈의 평가로 하였다.
(잔류 저항비의 측정 2)(발열)
잔류 저항비(RRR)의 시험은, 상술한 「잔류 저항비의 측정 1」과 마찬가지로 행하고, 평가 기준을 다음과 같이 변경하였다. 잔류 저항비는, 통전 시의 온도 상승과 비례 관계에 있다. 잔류 저항값이 15 이상인 경우에는, 상술한 순도 99.99 질량%인 알루미늄 와이어가 도달할 최고 도달 온도로부터 10℃ 이하의 온도 상승으로 억제할 수 있으므로, 매우 우수하다고 하는 의미에서 「S」, 10℃ 초과 20℃ 이하의 상승으로 억제할 수 있는 경우에는 「A」, 20℃ 초과 30℃ 미만의 상승으로 억제할 수 있으므로 「B」, 30℃ 이상의 온도 상승은 불합격이라고 하여 「C」 평가로 하였다.
(종합 평가 2)
상기 3개의 평가가 「S」가 1개 이상 있고, 그 외는 「S」 또는 「A」의 경우, 우수라고 하는 의미에서 종합 평가 「우수」, 「A」와 「S」가 합계로 2개 이상인 경우에는 양호라고 하는 의미에서 종합 평가 「양호」, 「B」가 2개 이상이며 「C」의 평가가 없으면 합격점이라고 하는 의미에서 종합 평가 「가능」, 1 개라도 「C」의 평가가 있는 샘플은 불합격이라고 하는 의미에서 종합 평가 「불가」라고 판정하여, 각각 표에 기재하였다. 각 평가의 구체적인 조합(순서는 상관없음)은, 하기와 같다.
「우수」：SSS, SSA, SAA
「양호」：SAB, SSB, AAB, AAA
「가능」：SBB, ABB, BBB
「불가」：C가 1개라도 있는 경우
이상의 결과를, 조성과 함께 표 2 ~ 표 13에 나타낸다.
또한, 표 1에 나타낸 실시예의 알루미늄 와이어에 함유되는 원소의 상세를 표 14에 나타낸다.
다음으로, 비교예에 대하여 설명한다. 실시예와 마찬가지로, 순도 99.9 질량% 이상인 알루미늄 지금을 준비하여, Fe, Si, Ga, V를 표 15에 나타내는 조성이 되도록 첨가하였다. 비교예 1로부터 비교예 4까지는 실시예 17과 같은 조성의 와이어이지만, 중간 선 직경 또는 최종 선 직경에서의 열처리 온도 또는 시간, 각 선 직경으로부터 다음의 선 직경까지의 가공율, 중간 열처리 후의 냉각 속도, 각 다이스의 감면율 등의 제조 조건을 바꾸어 제작한 와이어이다. 또한, 비교예 5와 비교예 6은, 조성 자체가 실시예와는 상이하다. 이들 비교예의 알루미늄 와이어의 배향 지수, 석출 입자의 면적율, 및 잔류 저항비(발열)의 측정 방법도, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 측정 결과를 표 15에 정리하였다.
석출 입자의 면적율에 대해서는, 실시예와 마찬가지로, 400배로 촬영한 화상으로부터, 휘도값의 임계값을 0.95로 정하고, 석출 입자(휘도값 높음：흰색)와 석출 입자 이외(휘도값 낮음：검정색)로 2값화하여, 석출 입자의 면적율을 구하였다. 도 2는, 비교예 6의 알루미늄 와이어의 석출 입자이며, 면적율은 표 15에 나타내는 바와 같이 3.2%였다. 면적율은 400배로 촬영한 사진으로부터 구하고 있으나, 도 2는 석출 입자를 판별하기 쉽도록 1000배로 촬영한 2값화 처리 후의 사진이다.
또한, 비교예 1의 알루미늄 와이어에 대하여, Ÿ‡지 툴로부터의 와이어 이탈을 검증하였다. 별도로, 비교예 1의 알루미늄 와이어와 같은 와이어를 제작하여, 제 1 접합한 와이어의 길이 방향에 대하여, 수평 방향으로 가로로 30도 굽혀 제 2 접합한 결과, 상술한 도 4의 왼쪽 아래의 사진과 같이, Ÿ‡지 툴로부터의 와이어 이탈이 생기고, 한쪽으로 치우쳐진 상태로 접합되어 있다. 접합 조건은, 각 샘플에 대하여 초음파 에너지와 가압력이 각각 최적인 조건이 되도록 설정하였다. 도 4의 왼쪽 위는, 초음파로 제 1 접합한 것으로, 상술한 바와 같이, 왼쪽 위 사진의 좌측의 와이어는 비스듬하게 커트되며, 우측의 와이어는 기판에 접합되지 않고 불착되었다.
또한, 실시예와 마찬가지로, 비교예 1~6에 대하여, 파워 사이클 시험의 수명 측정, 툴 이탈 시험, 발열 평가 시험 및 종합 평가의 결과를 표 15에 나타낸다.
다음으로, 표 15에 나타낸 비교예의 알루미늄 와이어에 함유되는, 그 외(기타)의 원소의 상세를 표 16에 정리하여 나타낸다.
또한, 순도 99.9 질량% 이상인 알루미늄 지금을 준비하여, 알루미늄 이외의 원소(Fe, Si, Ga, V)를 표 17, 표 18에 나타내는 조성이 되도록 첨가하여, 열처리 조건 등의 제조 조건을 변경한 것 외에는, 상기 실시예 33과 마찬가지로, 비교예 7이후의 알루미늄 와이어를 얻었다. 이들 비교예 7 이후의 알루미늄 와이어에 대하여, 실시예와 동일하게 하여 각 특성을 평가하였다. 결과를 표 17, 표 18에 나타낸다. 또한, 표 17, 표 18에 나타내는 비교예에서는, 툴 이탈과 잔류 저항비, 종합 평가에 대해서는, 각각 「툴 이탈 평가 2」, 「잔류 저항비의 측정 2」, 「종합 평가 2」의 기준을 사용하였다.
표 15, 표 17, 표 18에 나타낸 비교예의 어떠한 알루미늄 와이어도, 모든 평가에서 합격하는 것은 없으며, 종합 평가에서는 불가가 되었다. 또한, 각 데이터의 편차의 범위는 좁으며, 측정 개소에 의한 편차는 작았다. 즉, 이는 어느 와이어 축 방향으로 수직인 단면의 측정 데이터에서도, 와이어 전체를 나타내는 값이라고 생각해도 됨을 시사하고 있다.
이상로부터, 실시형태의 파워 반도체용 알루미늄 와이어는, 배향 지수 및 석출 입자의 면적율을 제어함으로써, 가로 굽힘에 대한 추종성이 있고 Ÿ‡지 툴로부터의 와이어 이탈이 일어나지 않는다고 하는 과제와, 파워 사이클 시험에 있어서의 장수명화의 과제를 동시에 해결할 수 있었다. 본 발명의 파워 반도체용 알루미늄 와이어에 의하여, 파워 일렉트로닉스 산업, 자동차 산업, 전기 철도, 전력 산업 등의 발전에 크게 공헌할 수 있다.

Claims (12)

  1. 알루미늄의 순도가 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 와이어로서,
    상기 알루미늄 합금의 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하며,
    상기 알루미늄 와이어의 와이어 축에 수직 방향의 횡단면에 있어서, (111)의 배향 지수가 1 이상이고, 또한 (200)의 배향 지수가 1 이하이며, 석출 입자의 면적율이 0.02% 이상 2% 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은, 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.1 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하며, 상기 석출 입자의 면적율이 0.1% 이상 2% 이하인, 알루미늄 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로, 갈륨과 바나듐 중 적어도 하나의 원소를 합계로, 상기 알루미늄 합금의 총량에 대하여, 50 질량ppm 이상 800 질량ppm 이하 함유하는, 알루미늄 와이어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 식 (1)에서 나타내는 잔류 저항비가 10 이상인, 알루미늄 와이어.
    잔류 저항비 = (300K의 실온 중의 전기 저항) / (4.2K의 액체 헬륨 중의 전기 저항) ··· (1)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석출 입자의 면적율이 0.2% 이상 1.8% 이하인, 알루미늄 와이어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금의 알루미늄의 순도가 99.9 질량% 이하인, 알루미늄 와이어.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (111)의 배향 지수가 1.3 이상인, 알루미늄 와이어.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (200)의 배향 지수가 0.6 이하인, 알루미늄 와이어.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 중의 철과 규소의 함유비가, 철 / 규소로 나타내는 질량비로, 0.3 이상 90 이하인, 알루미늄 와이어.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선 직경이 40㎛ 이상 700㎛ 이하인, 알루미늄 와이어.
  11. 알루미늄의 순도가 99 질량% 이상인 알루미늄 합금으로서, 상기 알루미늄 합금의 총량에 대하여, 철 및 규소를 합계로 0.01 질량% 이상 1 질량% 이하 함유하는 알루미늄 합금재를 준비하는 공정과,
    상기 알루미늄 합금재를 신선 가공하는 공정
    을 포함하는, 알루미늄 와이어의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 신선 가공하는 공정은,
    상기 알루미늄 합금재를, 최종 선 직경의 7~130배의 선 직경까지 신선하여 중간 선재를 얻는 중간 신선 공정과,
    상기 중간 선재를 400℃~560℃로 가열한 후에 급냉하는 용체화 처리 공정
    을 포함하고,
    최종 선 직경이 40㎛ 이상 700㎛ 이하까지 신선하는 공정인, 알루미늄 와이어의 제조 방법.
KR1020237022966A 2021-01-28 2022-01-25 파워 반도체용 알루미늄 본딩 와이어 KR20230116044A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-011625 2021-01-28
JP2021011625 2021-01-28
PCT/JP2022/002523 WO2022163606A1 (ja) 2021-01-28 2022-01-25 パワー半導体用アルミニウムボンディングワイヤ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230116044A true KR20230116044A (ko) 2023-08-03

Family

ID=82654564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237022966A KR20230116044A (ko) 2021-01-28 2022-01-25 파워 반도체용 알루미늄 본딩 와이어

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240105667A1 (ko)
JP (1) JPWO2022163606A1 (ko)
KR (1) KR20230116044A (ko)
CN (1) CN116848623A (ko)
DE (1) DE112022000793T5 (ko)
TW (1) TW202232691A (ko)
WO (1) WO2022163606A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013258324A (ja) 2012-06-13 2013-12-26 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体装置接続用アルミニウム合金細線
JP2014129578A (ja) 2012-12-28 2014-07-10 Tanaka Electronics Ind Co Ltd パワ−半導体装置用アルミニウム合金細線
JP2020059886A (ja) 2018-10-10 2020-04-16 日鉄マイクロメタル株式会社 Ａｌボンディングワイヤ
WO2020184655A1 (ja) 2019-03-13 2020-09-17 日鉄マイクロメタル株式会社 Ａｌボンディングワイヤ

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011252185A (ja) * 2010-05-31 2011-12-15 Fujikura Ltd Ａｌ合金導電線
CN111566240B (zh) * 2018-03-27 2021-09-07 古河电气工业株式会社 铝合金材料以及使用其的导电构件、电池用构件、紧固部件、弹簧用部件及结构用部件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013258324A (ja) 2012-06-13 2013-12-26 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 半導体装置接続用アルミニウム合金細線
JP2014129578A (ja) 2012-12-28 2014-07-10 Tanaka Electronics Ind Co Ltd パワ−半導体装置用アルミニウム合金細線
JP2020059886A (ja) 2018-10-10 2020-04-16 日鉄マイクロメタル株式会社 Ａｌボンディングワイヤ
WO2020184655A1 (ja) 2019-03-13 2020-09-17 日鉄マイクロメタル株式会社 Ａｌボンディングワイヤ

Also Published As

Publication number Publication date
US20240105667A1 (en) 2024-03-28
TW202232691A (zh) 2022-08-16
DE112022000793T5 (de) 2023-11-30
WO2022163606A1 (ja) 2022-08-04
JPWO2022163606A1 (ko) 2022-08-04
CN116848623A (zh) 2023-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI517271B (zh) Copper bonding wire for semiconductor and its joining structure
CN108290250B (zh) 软钎焊接合部
JP6516013B2 (ja) 半導体装置用はんだ材
US9397064B2 (en) Aluminum alloy wire for bonding applications
JP5714191B1 (ja) 半田ボールおよび電子部材
KR101536554B1 (ko) 본딩용 와이어
JP5214282B2 (ja) ダイシング加工性に優れるｑｆｎパッケージ用銅合金板
JP6810915B2 (ja) はんだ材
US20180076167A1 (en) Metallic ribbon for power module packaging
JP2010171378A (ja) 合金線およびその製造方法
WO2015041018A1 (ja) Ｂｉ基はんだ合金、並びにそれを用いた電子部品のボンディング方法および電子部品実装基板
WO2020059856A9 (ja) 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
KR20230001012A (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어
JP6136878B2 (ja) Ｂｉ基はんだ合金とその製造方法、並びにそれを用いた電子部品のボンディング方法および電子部品実装基板
KR20230116044A (ko) 파워 반도체용 알루미늄 본딩 와이어
KR0139246B1 (ko) 와이어 본딩용 금합금 세선
JP3810200B2 (ja) ワイヤボンディング用金合金線
JPH1098063A (ja) ウエッジボンディング用金合金線
JP3641231B2 (ja) 半導体装置及び半導体装置用ボンディングワイヤ
CN112750550B (zh) 半导体装置
JP2005252136A (ja) アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法
CN111656501A (zh) 接合线
WO2024058211A1 (ja) 銅ボンディングワイヤ、銅ボンディングワイヤの製造方法及び半導体装置
JP7494400B1 (ja) ボンディングワイヤ
JPH05179376A (ja) ボンディング用金合金細線

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination