WO2018180189A1 - ボンディングワイヤ及び半導体装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a bonding wire and a semiconductor device mainly composed of Ag (silver).
  • Bonding wires used for connecting the electrodes on the semiconductor element and the electrodes on the substrate are generally very thin, and are therefore made of a metal material having good conductivity and excellent workability.
  • bonding wires mainly composed of Au gold have been widely used from the viewpoint of chemical stability and ease of handling in the air.
  • the conventional bonding wire mainly composed of Au is very expensive since 99% or more of the mass is Au.
  • a bonding wire mainly composed of Ag, which is cheaper than Au has been proposed (for example, Patent Document 1 below).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances.
  • a bonding wire and a semiconductor device containing Ag as a main component the sphericity and thermal shock resistance of FAB are improved, and the height of a loop that can be formed at the time of connection is provided.
  • An object of the present invention is to make the semiconductor device thinner.
  • the bonding wire of the present invention has a Pd content of 0.1% by mass to 10% by mass, a Cu content of 0.05% by mass to 2% by mass, Ca, Y,
  • the total content of one or more elements selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd, Eu, Gd, and Sc is 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less, Ge, Bi, and Mg
  • the total content of one or two or more elements selected from the group consisting of is 0 mass ppm or more and 500 mass ppm or less, and the balance is made of Ag.
  • the ratio (C Pd / C Cu ) of the Pd content C Pd to the Cu content C Cu can be 2 or more.
  • the total of the Cu content C Cu and the Pd content C Pd can be 10.05 mass% or less.
  • the total content of one or more elements selected from the group consisting of Ge, Bi, and Mg in the bonding wire according to the present invention can be 0 ppm by mass.
  • the total content of one or more elements selected from the group consisting of Ge, Bi, and Mg in the bonding according to the present invention can be 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less.
  • the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device using the bonding wire according to any one of the present invention described above.
  • the sphericity and thermal shock resistance of FAB can be improved, and the height of the loop formed at the time of connection can be reduced, and the semiconductor device can be made thinner. It becomes possible.
  • the bonding wire W of the present embodiment is a semiconductor device (power IC, LSI, transistor, BGA (Ball Array package), QFN (Quad Flat Nonlead package), LED (light emitting diode), etc.).
  • the conductor wiring (electrode) of the electrode (for example, Al alloy electrode, nickel / palladium / gold coated electrode, Au coated electrode, etc.) 10 on the semiconductor element 1 and the circuit wiring board (lead frame, ceramic substrate, printed board, etc.) 2 ) 10 ' is a bonding wire for connecting with the ball bonding method.
  • the bonding wire W of this embodiment can be used as a bonding wire of various aspects besides a semiconductor device.
  • This bonding wire W includes 0.1 mass% or more and 10 mass% or less of Pd, 0.05 mass% or more and 2 mass% or less of Cu, and 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less of Ca, Y, Sm, La. , Ce, Nd, Eu, Gd, and Sc, and one or more elements selected from the group consisting of Sc, with the balance being Ag.
  • the wire diameter of the bonding wire W may be various sizes depending on the application.
  • the wire diameter of the bonding wire W can be 5 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • Ag constituting the bonding wire W may contain impurities inevitably present in purification, for example, Pd, Bi (bismuth), Cu (copper), Fe (iron), etc. It is preferable to produce an Ag alloy constituting the bonding wire W using 99.9% by mass or more of Ag.
  • normal temperature tensile strength By containing Pd and Cu, the tensile strength at normal temperature of the wire W (hereinafter, this tensile strength may be referred to as “normal temperature tensile strength”) can be improved.
  • deformation of the wire loop (so-called wire flow) due to the resin that has flowed in during resin sealing after wire bonding is less likely to occur.
  • a bonded portion formed on the electrode by crimping the melted FAB to the electrode 10 as shown in FIG. 1 (hereinafter, this bonded portion is referred to as a “1st bond portion”).
  • the strength at the boundary portion 14 between the wire 12 and the wire W (hereinafter, this boundary portion may be referred to as “1st neck portion”) 14 can be improved.
  • the strength at the 1st neck portion 14 can be improved, so the thermal shock resistance is improved. Can be good.
  • Pd and Cu can improve the normal temperature tensile strength and the strength of the 1st neck portion 14 with any element. Therefore, even when it does not contain any one element of Pd and Cu, or even when the content of one element is less than a predetermined amount, the room temperature tensile strength and the 1st neck portion 14 can be obtained by adding the other element. The strength of can be improved.
  • the content of Pd can be 0.1% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the Cu content can be 0.05 mass% or more and 2 mass% or less.
  • the bonding wire can improve the heat resistance of the wire.
  • a large region R of crystal grains called HAZ is generated in the wire portion immediately adjacent to the FAB due to heat at the time of FAB formation (see FIG. 2).
  • a bonding wire made of high-purity Ag has low heat resistance and is easily affected by heat, and therefore has a long HAZ. Therefore, the bonding wire made of high-purity Ag has a large loop height H when the electrodes 10 and 10 'are connected (see FIG. 1). When the loop height H increases, the semiconductor device cannot be thinned and the loop shape tends to become abnormal.
  • first additive element group one or more elements selected from the group consisting of Ca, Y, Sm, La, Ce, Nd, Eu, Gd, and Sc (hereinafter sometimes referred to as “first additive element group”)
  • the first additive element group In a bonding wire mainly composed of Ag, when the Pd content is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less and the Cu content is 0.05% by mass or more and 2% by mass or less, the first additive element group
  • the total content of can be 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less.
  • the total content of the first additive element group is 20 mass ppm or more, the heat resistance is improved and the length of the HAZ generated during FAB formation is shortened, so the loop height H at the time of connection is reduced. Can do.
  • the total content of the first additive element group is 500 ppm by mass or less, a FAB having a high sphericity is easily obtained.
  • first element in addition to the above-described Pd, Cu, and first additive element group, one or more elements selected from the group consisting of Ge, Bi, and Mg (hereinafter referred to as “first element”). It may also be added additionally. That is, the second additive element group is an optional component. If the total content of the second additive element group is 500 ppm by mass or less, the above-described operational effects due to the addition of Pd, Cu, and the first additive element group are not impaired. Further, if the total content of the second additive element group is 20 mass ppm or more, the heat resistance of the wire is improved, and HAZ is less likely to occur during FAB formation, and the height of the loop during connection may be reduced. it can. Therefore, when adding a 2nd additive element group, it is preferable that the sum total of content of a 2nd additive element group is 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less.
  • Ag having a purity of 99.9% by mass or more, a Pd content of 0.1% by mass to 10% by mass, a Cu content of 0.05% by mass to 2% by mass, a first additive element group
  • An Ag alloy to which Pd, Cu, and the first additive element group have been added so as to have a total content of 20 ppm to 500 ppm in mass is prepared.
  • the total content of the second additive element group in addition to Pd, Cu and the first additive element group is 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less.
  • the second additive element group is also added to produce an Ag alloy.
  • the obtained Ag alloy is cast into a rod-shaped ingot having a predetermined diameter by a continuous casting method.
  • the rod-shaped ingot is drawn to reduce the diameter until it reaches a predetermined diameter to obtain a bonding wire.
  • a tempering heat treatment is performed by running in a heat treatment furnace as necessary to obtain a bonding wire.
  • the bonding wire of the present embodiment has a Pd content of 0.1% by mass to 10% by mass, a Cu content of 0.05% by mass to 2% by mass, Ca, Y, Sm, La, Ce,
  • the total content of one or more elements selected from the group consisting of Nd, Eu, Gd, and Sc is 20 mass ppm or more and 500 mass ppm or less, and the balance is made of Ag.
  • the height of the loop that can be formed at the time of connection can be reduced, and the semiconductor device can be made thinner.
  • the bonding wire of this embodiment when the total of the Pd content C Pd and the Cu content C Cu (C Pd + C Cu ) is 10.05% by mass or less, the light reflectance of the bonding wire is reduced. Can be suppressed. Therefore, when the bonding wire is used for connecting a light emitting element such as an LED, a light emitting element with high luminous efficiency can be obtained.
  • the bonding wire of this embodiment you may contain the 1 type (s) or 2 or more types of element selected from the group which consists of Ge, Bi, and Mg, and the sum total of content of these elements is 20 mass ppm. The amount is preferably 500 ppm by mass or less.
  • a loop formed at the time of connection by additionally containing one or more elements selected from the group consisting of Ge, Bi, and Mg
  • the semiconductor device can be thinned.
  • an Ag raw material having a purity of 99.9% by mass or more an Ag alloy having a composition as shown in Table 1 below was dissolved, and a rod-shaped ingot was produced by a continuous casting method.
  • the produced rod-shaped ingot was drawn to reduce the diameter until reaching a diameter of 25 ⁇ m, and then subjected to a tempering heat treatment to obtain bonding wires of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 7.
  • the wire diameters (diameters) of the bonding wires in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 7 are all 25 ⁇ m.
  • the appearance was observed, and the lengths of the fabricated FAB in the wire parallel direction and the vertical direction were measured.
  • the ratio (X / Y) of the length X of the FAB in the wire parallel direction to the length Y in the vertical direction is used as an index of true sphericity.
  • the number of FABs judged to be spherical was counted.
  • the results show the ratio of the number of FABs judged to have true sphericity to the 500 FABs produced.
  • (4) Length of HAZ The appearance of the wire from which the FAB was produced in the above (3) was observed with the above-mentioned general-purpose electron microscope, the length of the HAZ generated in the wire portion closest to the FAB was measured, and the average value was calculated.
  • the results are as shown in Table 2.
  • the normal temperature tensile strength is 10.0 gf or more
  • the 1st neck portion strength is 10.5 gf or more
  • the HAZ length is 150 ⁇ m or less
  • the FAB sphericity is 100. %
  • the thermal cycle test was “A”, and the light reflectance was 90% or more, and good results were obtained for all the evaluation items.
  • Comparative Example 4 the Cu content is less than 0.05% by mass, but since the Pd content is larger than that in Comparative Example 3, the room temperature tensile strength and the strength of the 1st neck portion are high, and good results are obtained. It was. However, in Comparative Example 4, FAB sphericity deteriorated. Further, in Comparative Example 4, the evaluation of the thermal cycle test was “D” because the adhesion between the 1st bond and the electrode was deteriorated as the FAB sphericity deteriorated. That is, in Comparative Example 4, since the Cu content was less than 0.05% by mass, it was impossible to achieve both normal temperature tensile strength, 1st neck portion strength, and FAB sphericity.
  • Comparative Example 6 since the Pd content exceeds 10% by mass, the light reflectivity was lowered. In Comparative Example 6, since the total content of one or more elements selected from the group consisting of Ge, Bi, and Mg exceeds 500 ppm by mass, FAB sphericity deteriorates, The evaluation of the cycle test was “D”.
  • Comparative Example 7 since the Pd content exceeded 10% by mass, the light reflectance was lowered. In Comparative Example 7, the total content of one or more elements selected from the group consisting of Ca, Y, Sm, La, Ce, Nd, Eu, Gd, and Sc is 500 mass ppm. Therefore, the FAB sphericity deteriorated.

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Abstract

ＦＡＢの真球性や耐熱衝撃性を良好にすることができるとともに、結線時にできるループの高さを小さく設けることができ半導体装置の薄型化が可能となるＡｇを主成分とするボンディングワイヤ及び半導体装置を提供することを目的とする。 Ｐｄの含有量が０．１質量％以上１０質量％以下、Ｃｕの含有量が０．０５質量％以上２質量％以下、Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、残部がＡｇからなるものとする。

Description

ボンディングワイヤ及び半導体装置
　本発明は、Ａｇ（銀）を主成分とするボンディングワイヤ及び半導体装置に関する。
　半導体素子上の電極と基板の電極との結線に用いられるボンディングワイヤは、一般に非常に細いため、導電性が良好で加工性に優れた金属材料により製造されている。特に、化学的な安定性や大気中での取り扱いやすさから、従来からＡｕ（金）を主成分とするボンディングワイヤが広く用いられている。しかし、従来のＡｕを主成分とするボンディングワイヤは質量の９９％以上がＡｕであり非常に高価である。そこで、Ａｕに比べて安価なＡｇを主成分とするボンディングワイヤが提案されている（例えば、下記特許文献１）。
特開２０１６－２５１１４号公報
　上記特許文献１のボンディングワイヤでは、放電加熱等によりボンディングワイヤの先端に形成されるフリーエアボール（以下、「ＦＡＢ」と記載することもある）の真球性や耐熱性を良好にするため、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｕ、Ｃａ（カルシウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｕ（銅）などの元素が主成分のＡｇに添加されている。
　近年、半導体装置では、より過酷な熱環境における使用や薄型化に対する要求が高い。これに伴い、Ａｇを主成分とするボンディングワイヤでは、周囲温度の変化に対する耐性（耐熱衝撃性）や、電極間を結線した時にできるループの高さを小さくすることが求められている。しかし、上記特許文献１のボンディングワイヤでは、これらの要求を充分に満足できない場合がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ａｇを主成分とするボンディングワイヤ及び半導体装置において、ＦＡＢの真球性や耐熱衝撃性を良好にするとともに、結線時にできるループの高さを小さく設けることができ半導体装置の薄型化を可能とすることを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明のボンディングワイヤは、Ｐｄの含有量が０．１質量％以上１０質量％以下、Ｃｕの含有量が０．０５質量％以上２質量％以下、Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、残部がＡｇからなるものである。
　本発明に係るボンディングワイヤにおいて、Ｃｕの含有量ＣＣｕに対するＰｄの含有量ＣＰｄの比率（ＣＰｄ／ＣＣｕ）が２以上とすることができる。
　本発明に係るボンディングワイヤにおいて、Ｃｕの含有量ＣＣｕとＰｄの含有量ＣＰｄの合計が１０．０５質量％以下とすることができる。
　本発明に係るボンディングワイヤのＧｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計は０質量ｐｐｍとすることができる。
　また、本発明に係るボンディングのＧｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計は２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下とすることができる。
　本発明の半導体装置は、上記の本発明のいずれか１つに係るボンディングワイヤを使用した半導体装置である。
　本発明のＡｇを主成分とするボンディングワイヤでは、ＦＡＢの真球性や耐熱衝撃性を良好にすることができるとともに、結線時にできるループの高さを小さく設けることができ半導体装置の薄型化が可能となる。
半導体装置において電極間を結線したワイヤＷを拡大して示す図である。 ＨＡＺ（Ｈｅａｔ　Ａｆｆｅｃｔｅｄ　Ｚｏｎｅ）が発生したボンディングワイヤの表面結晶組織の顕微鏡写真である。
　以下、本発明の一実施形態に係るボンディングワイヤＷについて図面を参照して説明する。
　本実施形態のボンディングワイヤＷは、図１に例示するように、半導体装置（パワーＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ、ＢＧＡ（Ball Grid Array package）、ＱＦＮ（Quad Flat Nonlead package）、ＬＥＤ（発光ダイオード）等）における半導体素子１上の電極（例えば、Ａｌ合金電極、ニッケル・パラジウム・金被覆電極、Ａｕ被覆電極等）１０と、回路配線基板（リードフレーム、セラミック基板、プリント基板等）２の導体配線（電極）１０‘とをボールボンディング法によって接続するためのボンディングワイヤである。なお、本実施形態のボンディングワイヤＷは、半導体装置以外にも種々の態様のボンディングワイヤとして使用することができる。
　このボンディングワイヤＷは、０．１質量％以上１０質量％以下のＰｄと、０．０５質量％以上２質量％以下のＣｕと、２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下のＣａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素とを含有し、残部がＡｇからなるものである。
　ボンディングワイヤＷの線径は用途に応じて種々の大きさとしてよい。例えば、ボンディングワイヤＷの線径は５μｍ以上１５０μｍ以下とすることができる。
　具体的には、ボンディングワイヤＷを構成するＡｇは、精製上不可避的に存在する不純物、例えば、Ｐｄ、Ｂｉ（ビスマス）、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）等を含有してもよく、純度９９．９質量％以上のＡｇを用いてボンディングワイヤＷを構成するＡｇ合金を製作することが好ましい。
　Ｐｄ及びＣｕを含有することにより、ワイヤＷの常温での引張強度（以下、この引張強度を「常温引張強度」ということもある）を向上させることができる。常温引張強度が向上することで、ワイヤボンディング後の樹脂封止の際に流入してきた樹脂によるワイヤループの変形（いわゆる、ワイヤフロー）が発生しにくくなる。
　また、Ｐｄ及びＣｕを含有することにより、図１に示すような電極１０に溶融したＦＡＢを圧着することで電極上に形成された接合部（以下、この接合部を「１ｓｔボンド部」ということもある）１２とワイヤＷとの境界部分（以下、この境界部分を「１ｓｔネック部」ということもある）１４における強度を向上させることができる。ボンディングワイヤが周囲温度の変化により断線する場合、その多くが１ｓｔネック部１４で破断するが、Ｐｄ及びＣｕを含有することにより１ｓｔネック部１４における強度を向上させることができるため、耐熱衝撃性を良好にすることができる。
　Ｐｄ及びＣｕは、いずれの元素も常温引張強度及び１ｓｔネック部１４の強度を向上させることができる。そのため、Ｐｄ及びＣｕのいずれか一方の元素を含有しない場合や、一方の元素の含有量が所定量より少ない場合であっても、他方の元素を添加することで常温引張強度及び１ｓｔネック部１４の強度を向上させることができる。
　しかし、Ｐｄ及びＣｕのいずれか一方の元素を含有しない場合、あるいは、一方の元素の含有量が所定量より少ない場合、一方の元素を所定量以上含有する場合に比べて、Ａｇ以外の元素の添加によってＦＡＢの真球性が悪化しやすくなる。言い換えれば、Ｐｄを少なくとも０．１質量％以上、Ｃｕを少なくとも０．０５質量％以上、それぞれ含有することで、Ａｇ以外の添加元素の含有量が増えてもＦＡＢの真球性が悪化しにくくなり、真球度の高いＦＡＢが得やすくなる。
　一方、Ｐｄの含有量が１０質量％を越えると、固有抵抗値が大きくなってＩＣ用途の場合に半導体装置が過熱するような不具合が出たり、ＬＥＤ用途の場合にボンディングワイヤの光線反射率が低下する。また、Ｃｕの含有量が２質量％を超えるとＦＡＢの真球性が悪化する。
　よって、Ｐｄの含有量は０．１質量％以上１０質量％以下とすることができる。Ｃｕの含有量は０．０５質量％以上２質量％以下とすることができる。このような範囲内にＰｄ及びＣｕの含有量を設定することで、ＦＡＢの形成性を良好に保ちつつ、常温引張強度及び１ｓｔネック部１４の強度を向上させてワイヤフローの抑制及び耐熱衝撃性の向上を図ることができる。特に、真球度の高いＦＡＢが安定して得られることから、Ｃｕの含有量ＣＣｕに対するＰｄの含有量ＣＰｄの比率（ＣＰｄ／ＣＣｕ）が２以上になるように、Ｐｄ及びＣｕを含有することが好ましい。また、ボンディングワイヤの光線反射率の低下を抑えることができるため、Ｐｄの含有量ＣＰｄとＣｕの含有量ＣＣｕの合計（ＣＰｄ＋ＣＣｕ）が１０．０５質量％以下であることが好ましい。
　Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃは、ワイヤの耐熱性を向上させることができる。ボンディングワイヤは、ＦＡＢ形成時の熱によってＦＡＢ直近のワイヤ部分にＨＡＺと呼ばれる結晶粒の大きな領域Ｒが発生する（図２参照）。高純度のＡｇからなるボンディングワイヤは、耐熱性が低く熱の影響を受けやすいため、ＨＡＺが長くなる。そのため、高純度のＡｇからなるボンディングワイヤは、電極１０，１０‘を結線した時にできるループ高さＨが大きくなる（図１参照）。ループ高さＨが大きくなると、半導体装置を薄型化できなくなるとともに、ループ形状が異常となりやすい。
　しかし、Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素（以下、「第１添加元素群」ということもある）を含有することにより、耐熱性が向上するとともにＦＡＢ形成時に発生するＨＡＺの長さが短くなるため、結線時のループ高さＨを小さくすることができる。
　Ａｇを主成分とするボンディングワイヤにおいて、Ｐｄの含有量が０．１質量％以上１０質量％以下で、Ｃｕの含有量が０．０５質量％以上２質量％以下の場合、第１添加元素群の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下とすることができる。
　第１添加元素群の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上であると、耐熱性が向上するとともにＦＡＢ形成時に発生するＨＡＺの長さが短くなるため、結線時のループ高さＨを小さくすることができる。第１添加元素群の含有量の合計が５００質量ｐｐｍ以下であると真球度の高いＦＡＢが得やすくなる。
　なお、本発明では、上記したＰｄ、Ｃｕ、及び第１添加元素群に加えて、更に、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素（以下、「第２添加元素群」ということもある）を追加的に添加してもよい。つまり、第２添加元素群は任意成分である。この第２添加元素群の含有量の合計が５００質量ｐｐｍ以下であれば、Ｐｄ、Ｃｕ、及び第１添加元素群を添加したことによる上記した作用効果を損なうことがない。また、第２添加元素群の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上であると、ワイヤの耐熱性が向上するとともにＦＡＢ形成時にＨＡＺが発生しにくくなり結線時のループの高さを小さくすることができる。よって、第２添加元素群を添加する場合、第２添加元素群の含有量の合計は、２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
　次に、このような構成のボンディングワイヤの製造方法の一例を説明する。
　まず、純度９９．９質量％以上のＡｇに、Ｐｄの含有量が０．１質量％以上１０質量％以下、Ｃｕの含有量が０．０５質量％以上２質量％以下、第１添加元素群の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下となるようにＰｄとＣｕと第１添加元素群を添加したＡｇ合金を作製する。なお、第２添加元素群を含有するボンディングワイヤを製造する場合は、ＰｄとＣｕと第１添加元素群に加えて、第２添加元素群の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下となるように第２添加元素群も添加してＡｇ合金を作製する。得られたＡｇ合金は、連続鋳造法にて所定の直径の棒状インゴットに鋳造される。
　次いで、棒状インゴットを伸線加工して所定の直径に達するまで縮径してボンディングワイヤとする。なお、必要に応じて伸線加工の途中で軟化熱処理を行っても良い。
　そして、所定の直径まで伸線加工を行った後、必要に応じて熱処理炉中を走行させて調質熱処理を行い、ボンディングワイヤが得られる。
　本実施形態のボンディングワイヤは、Ｐｄの含有量が０．１質量％以上１０質量％以下、Ｃｕの含有量が０．０５質量％以上２質量％以下、Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、残部がＡｇからなるので、ＦＡＢの真球性や耐熱衝撃性を良好にするとともに、結線時にできるループの高さを小さく設けることができ半導体装置の薄型化を可能とすることができる。
　本実施形態のボンディングワイヤにおいて、Ｃｕの含有量ＣＣｕに対するＰｄの含有量ＣＰｄの比率（ＣＰｄ／ＣＣｕ）が２以上になるように、Ｐｄ及びＣｕの含有量を設定することで、真球度の高いＦＡＢを安定して得ることができる。
　また、本実施形態のボンディングワイヤにおいて、Ｐｄの含有量ＣＰｄとＣｕの含有量ＣＣｕの合計（ＣＰｄ＋ＣＣｕ）が１０．０５質量％以下であると、ボンディングワイヤの光線反射率の低下を抑えることができる。そのため、当該ボンディングワイヤをＬＥＤ等の発光素子の結線に用いると高い発光効率の発光素子を得ることができる。
　また、本実施形態のボンディングワイヤにおいて、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を含有してもよく、これらの元素の含有量の合計は２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。Ｐｄ、Ｃｕ、及び第１添加元素群に加えて、更に、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を追加的に含有することで、結線時にできるループの高さを小さく設けることができ半導体装置の薄型化が可能となる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
　純度９９．９質量％以上のＡｇ原料を用いて、下記表１に示すような組成のＡｇ合金を溶解し、連続鋳造法にて棒状インゴットを作製した。作製した棒状インゴットに対して伸線加工を施して直径２５μｍに達するまで縮径し、その後、調質熱処理を施し、実施例１～１０及び比較例１～７のボンディングワイヤを得た。なお、実施例１～１０及び比較例１～７のボンディングワイヤの線径（直径）はいずれも２５μｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　得られた実施例１～１０及び比較例１～７のボンディングワイヤにつき、（１）常温引張強度、（２）１ｓｔネック部の強度、（３）ＦＡＢ真球性、（４）ＦＡＢ形成時の熱によってＦＡＢ直近のワイヤ部分に生じたＨＡＺの長さ、（５）熱サイクル試験、及び（６）光線反射率について評価を行った。具体的な評価方法は以下のとおりである。
（１）常温引張強度
　１５～２５℃の室温（常温）中で長さ１００ｍｍのワイヤを破断するまで引っ張り、破断した時の荷重を測定した。
（２）１ｓｔネック部の強度
　図１に示すように電極間をボンディングワイヤで結線した後、ピール試験機によって、１ｓｔネック部１４からワイヤＷが破断するまで１ｓｔボンド１２を引き離す方向へワイヤＷを引っ張り、ワイヤＷが１ｓｔネック部１４から破断した時の荷重を測定した。
（３）ＦＡＢ真球性
　実施例１～１０及び比較例１～７のボンディングワイヤに対して、ワイヤボンダー（Ｋ＆Ｓ社製、ＩＣｏｎｎ）にてワイヤ直径の２．０倍の大きさのＦＡＢを窒素ガス雰囲気で作製した。ＦＡＢ形成性の評価としては、実施例１～１０及び比較例１～７のボンディングワイヤ毎にＦＡＢを５００個ずつ作製した後、汎用型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ－６５１０ＬＡ）にて外観観察を行い、作製したＦＡＢのワイヤ平行方向と垂直方向の長さをそれぞれ測定した。ＦＡＢのワイヤ平行方向の長さＸと垂直方向の長さＹの比（Ｘ／Ｙ）を真球性の指標として、９５％～１００％であれば「真球性有り」と判断し、真球性有りと判断したＦＡＢの個数をカウントした。結果は、作製した５００個のＦＡＢに対する真球性有りと判断したＦＡＢの個数の比率を示す。
（４）ＨＡＺの長さ
　上記（３）においてＦＡＢを作製したワイヤを上記汎用型電子顕微鏡にて外観観察を行い、ＦＡＢ直近のワイヤ部分に発生したＨＡＺの長さを測定し、その平均値を算出した。
（５）熱サイクル試験
　電極間をボンディングワイヤで結線した後、シリコーン樹脂封止をした半導体試料を市販の熱サイクル試験装置を用いて評価した。温度履歴は－４０℃で６０分間保持した後、１２５℃まで昇温しこの温度で６０分間保持する。これを１サイクルとして、１０００サイクルの試験を行った。試験後に電気的測定を行い、導通評価をした。評価したワイヤ数は５００本であり、不良率が１％以下の場合は「Ａ」、１％を超える場合は耐性が低いことから「Ｄ」とした。
（６）光線反射率
　同種のLEDに実施例１～１０、比較例１～７及び純銀のボンディングワイヤを結線し、樹脂封止をして各実施例、比較例及び純銀のボンディングワイヤによって結線したＬＥＤ素子を作製した。作製した素子をＪＩＳ　Ｃ８１５２に規定の方法により全光束測定を行った。測定結果は、純銀のワイヤで結線したＬＥＤの光量を１００％としたときの各実施例、比較例の光量を百分率に換算して示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　結果は、表２に示すとおりであり、実施例１～１０では、常温引張強度が１０．０ｇｆ以上、１ｓｔネック部の強度が１０．５ｇｆ以上、ＨＡＺ長さ１５０μｍ以下、ＦＡＢ真球性が１００％、熱サイクル試験が「Ａ」、光線反射率が９０％以上となり、いずれの評価項目も良好な結果が得られた。
　比較例１では、Ｐｄの含有量が０．１質量％未満であるため、常温引張強度及び１ｓｔネック部の強度が低く、熱サイクル試験の評価が「Ｄ」となった。
　比較例２では、Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ未満であるため、耐熱性が低く熱サイクル試験の評価が「D」となった。
　比較例３では、Ｃｕの含有量が０．０５質量％未満であるため、１ｓｔネック部の強度が低く、熱サイクル試験の評価が「Ｄ」となった。
　比較例４では、Ｃｕの含有量が０．０５質量％未満であるが、Ｐｄの含有量が比較例３に比べて多いため常温引張強度及び１ｓｔネック部の強度が高く良好な結果が得られた。しかし、比較例４ではＦＡＢ真球性が悪化した。また、比較例４では、ＦＡＢ真球性の悪化に伴い、１ｓｔボンドと電極との接着性が悪化するため熱サイクル試験の評価が「D」となった。つまり、比較例４では、Ｃｕの含有量が０．０５質量％未満であるため、常温引張強度及び１ｓｔネック部の強度とＦＡＢ真球性とを両立させることができなかった。
　比較例５では、Ｃｕの含有量が２質量％を越えるため、ＦＡＢ真球性が悪化し、熱サイクル試験の評価が「Ｄ」となった。
　比較例６では、Ｐｄの含有量が１０質量％を越えるため、光線反射率が低下した。また、比較例６では、Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が５００質量ｐｐｍを越えるため、ＦＡＢ真球性が悪化し、熱サイクル試験の評価が「Ｄ」となった。
　比較例７では、Ｐｄの含有量が１０質量％を越えるため、光線反射率が低下した。また、比較例７では、Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が５００質量ｐｐｍを越えるため、ＦＡＢ真球性が悪化した。

Claims (6)

  1. 　Ｐｄの含有量が０．１質量％以上１０質量％以下、
    　Ｃｕの含有量が０．０５質量％以上２質量％以下、
    　Ｃａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、及びＳｃからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、
    　Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、
    　残部がＡｇからなるボンディングワイヤ。
  2. 　Ｃｕの含有量ＣＣｕに対するＰｄの含有量ＣＰｄの比率（ＣＰｄ／ＣＣｕ）が２以上である請求項１に記載のボンディングワイヤ。
  3. 　Ｃｕの含有量ＣＣｕとＰｄの含有量ＣＰｄの合計が１０．０５質量％以下である請求項１又は２に記載のボンディングワイヤ。
  4. 　Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が０質量ｐｐｍである請求項１～３のいずれか1項に記載のボンディングワイヤ。
  5. 　Ｇｅ、Ｂｉ、及びＭｇからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が２０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下である請求項１～３のいずれか1項に記載のボンディングワイヤ。
  6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のボンディングワイヤを使用した半導体装置。
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