WO2024014268A1 - 発光ダイオード（ｌｅｄ）用ボンディングワイヤ及びｌｅｄ用ボンディングワイヤの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a bonding wire for a light emitting diode (LED), particularly a bonding wire for a white LED used in a backlight of an LCD (liquid crystal display), and a method for manufacturing the same.
- the present invention also relates to an LED device using this bonding wire for LED.
- LED light emitting diodes
- An LED is a light emitting device made by combining a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material.
- Light-emitting elements formed in various packages are also called LEDs. What is formed in the package is sometimes referred to as an LED (or LED device), and the light emitting element is sometimes referred to as an LED element.
- a light emitting element is referred to as an "LED element”
- a device formed in a package is referred to as an "LED device”.
- Red, orange, yellow-green, and other LED elements have been put into practical use since the 1950s, and have been used for indicators in electronic devices, information panels, displays, etc., taking advantage of the characteristics of LED elements, such as small size and low power consumption.
- a blue LED element that lights up brightly was put into practical use
- a yellow phosphor that emits yellow light and a blue LED element were combined to create a pseudo-white LED that emits white light (hereinafter simply referred to as "white LED”). ) has been completed.
- White LEDs have been attracting attention as lighting applications, and are now becoming more widespread than conventional lighting equipment such as incandescent lamps and fluorescent lamps.
- Lighting equipment using white LEDs can be expected to have a higher power saving effect than conventional lighting equipment, so with the growing awareness of power saving after the Great East Japan Earthquake in March 2011, the lighting equipment, which accounts for the majority of domestic power consumption, has been , which attracted attention as a means of realizing energy conservation. Since then, white LEDs have come to be widely used in various lighting applications, such as bulb-shaped LED lamps for general households, facility lighting/outdoor lighting, and automobile headlights, because they appear visually bright.
- LED devices With the spread of white LEDs for lighting, many improvements have been made to LED devices, such as higher luminous flux, smaller size, and lower cost, and along with this, the applications of LED devices have continued to expand. LED devices that have been developed into smaller sizes have come to be used in backlights of LCDs (liquid crystal displays).
- LCDs liquid crystal displays
- LCDs have been widely used as display devices in various electronic devices and information terminals such as televisions, personal computers (PCs), digital cameras, tablet terminals, smartphones, smart watches, car navigation devices, and drive recorders, and have a wide variety of applications.
- PCs personal computers
- digital cameras digital cameras
- tablet terminals smartphones
- smart watches car navigation devices
- drive recorders drive recorders
- LCD panels with a brightness of 700 cd to a maximum of 4000 cd have been developed, which is much brighter than the 300 cd for indoor use.
- Such high-luminance LCD panels have high visibility in bright environments with sunlight, and are therefore applied to display panels for show windows and outdoor advertising.
- Smartphones and smartwatches have rapidly become popular, and as the environment in which they are used expands, demands for high visibility outdoors under sunlight have increased.
- LCD panels with brightness as high as 520 cd/ m2 have been developed for smartphone applications. Ta.
- LED devices used in car navigation equipment and drive recorders have the ability to withstand the constant vibrations that occur while a car is running, and they also have the ability to withstand harsh environments, from cold regions to the tropics, and even when driving on asphalt under the scorching sun. is required.
- a white LED device has a structure in which the upper surface of an LED element is sealed with a transparent resin (silicone resin or epoxy resin) containing a phosphor.
- White LEDs include vertical light emitting diodes in which the pad electrodes of the blue LED elements and lead electrodes on the wiring board are arranged orthogonally, and horizontal light emitting diodes in which the pad electrodes of the blue LED elements and lead electrodes on the wiring board are arranged in parallel.
- white LEDs for illumination with various color renderings have been developed by combining green phosphors that emit green light, red phosphors that emit red light, and the like.
- the “direct type” is a type in which a number of LED light sources are arranged on a plane parallel to the LCD panel on the opposite side of the viewing surface of the LCD panel, so that the light from the light sources is incident perpendicularly to the plane of the LCD panel. Since the entire surface of the LCD panel is illuminated with light from the light source, realistic definition and rich color reproduction can be obtained.
- “Edge type” means, for example, that one or more LED light sources are arranged near the edge of the LCD panel so that the light from the light source is incident parallel to the LCD panel plane, and a reflective structure or light guide is used. This type of structure uses a structure to illuminate the entire LCD panel.
- edge type is inferior to the direct type in terms of definition and color reproduction, it is easier to make the panel smaller and thinner, and it consumes less power.
- LED devices for backlights it is important for LED devices for backlights to be low cost and bright (high luminous flux), and by improving brightness, high definition and high visibility of LCD panels can be realized.
- FIG. 1 schematically shows a cross section of an LED device 10, which is an example of a surface-mounted LED device used in a conventional edge-type backlight.
- the LED device 10 shown in FIG. 1 includes a package substrate 9, an LED element 1 provided on the package substrate 9, a bank 6 surrounding the LED element 1, a bonding wire 3, and an LED element 1 provided on the LED element 1. It has a pair of pad electrodes 21 and 22.
- the LED device 10 further includes lead electrodes 81 and 82, and the bank 6 and the lead electrodes 81 and 82 form a recess with the bank 6 as the side surface and the lead electrodes 81 and 82 as the bottom surface, and the recess is
- the LED element 1 is placed on the bottom surface with an adhesive layer 7 made of silver paste or the like interposed therebetween.
- the lead electrodes 81 and 82 are made of aluminum or the like, and are bonded onto the package substrate 9 with silver paste or the like.
- the pair of pad electrodes 21 and 22 and the lead electrodes 81 and 82 are electrically connected via the bonding wire 3.
- the LED element is covered with a sealing material 4.
- the sealing material 4 is, for example, a thermosetting resin such as epoxy resin, silicone resin, epoxy-modified silicone resin, or modified silicone resin.
- the sealing material 4 contains a phosphor (not shown) that converts the wavelength of light from the LED element 10.
- the LED device shown in FIG. 1 is an example of an LED device before it became smaller and thinner.
- the loop shape of the bonding wire is either a "high loop shape” in which the height of the loop from the electrode is relatively high compared to LED devices that have become smaller and thinner in recent years, or Generally, it has a "special loop shape” with a part bent.
- the loop height (h) is designed to be at least four to five times the wire diameter.
- LED devices that have become smaller and thinner adopt a "low loop shape" in which the height of the loop from the electrode is lower.
- Au bonding wires which have high electrical conductivity and good adhesion to the electrodes, have been used as bonding wires for connecting the pad electrodes of blue LED elements and the lead electrodes on the wiring board.
- bonding wires made of silver which has higher thermal conductivity than gold, are being used to increase heat dissipation efficiency.
- Ag alloy bonding wires include silver, copper (Cu), platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), nickel (Ni), chlorine (Cl), zinc (Zn), tin (Sn), and rhodium.
- Silver alloy bonding wires containing a predetermined amount of (Rh), osmium (Os), rare earth elements, etc. according to desired purposes and characteristics are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
- LEDs for lighting are used in relatively gentle environments, and demands for miniaturization are less likely to increase.
- LEDs for lighting are designed to have a high luminous flux of 180 (lm) to 1800 (lm) per LED device in order to obtain brightness comparable to that of fluorescent lamps.
- a high luminous flux 180 (lm) to 1800 (lm) per LED device in order to obtain brightness comparable to that of fluorescent lamps.
- it is necessary to take measures such as expanding the area of the LED elements, increasing the number of LED elements installed in the lighting, and increasing the current (forward current) that causes the LED elements to emit light. This is to avoid getting.
- LED devices for LCD backlights are designed to have a low luminous flux of about 20 (lm) at maximum, compared to LED devices for lighting.
- the space in which LED devices can be placed becomes more limited, so it is extremely difficult to improve the luminous flux of LED devices by increasing the area of the LED elements.
- the heat dissipation of LED devices decreases, making it extremely difficult to improve luminous flux by increasing forward current in LED devices for LCD backlights. It is.
- a bonding wire crosses a portion above the light emitting surface of the LED element (see FIG. 1), and reflection and absorption of light by the bonding wire reduces the light emission output to the outside.
- gold (Au) with a high purity of 99.99% by mass or more has a low reflectance of the gold (Au) element itself, which causes a black shadow of the bonding wire, reducing the visual white efficiency, and The brightness of the device may decrease.
- bonding wires made of pure silver (Ag) or silver alloys close to pure silver, which have high reflectivity can prevent the brightness of the LED from decreasing and are cheaper than gold, so they can produce bright LEDs at low cost. It was expected that it would be advantageous for realization.
- bonding wires made of pure silver (Ag) or silver alloys are less resistant to temperature changes and stress changes than gold, and have poor durability.
- LED devices in applications such as in-vehicle car navigation equipment and drive recorders that are exposed to heat and vibration in harsh usage environments, LED devices must not only be smaller and thinner, but also be resistant to impact and require a high degree of durability. is required.
- wiring is required in a region closer to the LED element, and a high degree of freedom in wiring design is required for bonding wires.
- wires that have low resistance to temperature and stress changes tend to fail due to temperature and stress changes when a wiring structure is formed with many bends in a narrow area.
- wires with high silver purity can obtain high reflectance, they pose problems in practical use in LED devices, which are becoming increasingly smaller.
- pure silver contains alloying elements to lower the purity of silver, a decrease in reflectance is unavoidable.
- this poses a problem in that it imposes constraints on the design of white LEDs that aim to be smaller, thinner, and brighter. That's what I found out.
- the problems inherent in bonding wires may limit the expansion of applications for white LEDs, which have immense potential, and lead to disadvantages in major technological innovations in the future.
- Patent Documents 1 to 3 attempt to solve the problems in conventional high-loop bonding, and in silver alloy bonding wires that are required to have ultra-low loops, fatigue failure of the ball neck portion as described below There is no disclosure of any means for suppressing this and increasing resistance to repeated temperature changes and stress changes.
- bonding wires for LEDs have different temperature characteristics. Requires resistance to changes and stress changes.
- the thermal expansion coefficient of transparent silicone resin used as a sealing material for LED devices is, for example, 200 to 400 ppm/K, and the thermal expansion coefficient of an epoxy resin used as a sealing material for IC and LSI devices (for example, 6 to 40 ppm/K).
- the sealing material for IC and LSI devices is generally filled with inorganic micro silicone (silicon oxide) filler to lower the coefficient of thermal expansion to a value close to that of silicon chips, but the sealing material for LED devices is Inorganic micro silicone filler is not usually filled in the sealing material. This is because when the encapsulant of an LED device is filled with an inorganic micro silicone filler, the inorganic micro silicone filler reduces the light transmittance of the encapsulant, thereby reducing the brightness of the LED. As a result, the encapsulant for LED devices has to undergo a larger change in thermal expansion than the encapsulants for IC devices and LSI devices. The bonding wire embedded in the encapsulant is exposed to repeated stress due to the expansion and contraction of the encapsulant. A higher level of resistance to temperature and stress changes (fatigue resistance) is required.
- inorganic micro silicone silicon oxide
- the present inventors conducted conventional high-loop and special-loop bonding wires. After comparing and examining the problems caused by long-term use of LED devices using LED devices and the problems caused by LED devices using low-loop or ultra-low-loop bonding that achieve miniaturization and thinning, along with their structures, we found that: It was found that these defects had the following differences.
- FIG. 2 shows a photograph of the wedge neck portion of the wire where this fatigue failure occurred.
- LED devices manufactured using conventional silver alloy bonding wires have ultra-low loop bonding wires, which have become smaller and thinner.
- the inventors' studies revealed that the main defect was fatigue fracture at the part (the part where the wire rose due to the ball bonding with the pad electrode on the LED element). In other words, as the loop was reduced, fatigue fractures at the wedge neck portion tended to decrease and fatigue fractures at the ball neck portion tended to increase.
- FIG. 3 shows a photograph of the ball neck portion of the wire where this fatigue failure occurred.
- the present inventors examined the movement of the bonding wire and the condition of the wire during wiring within a narrow area in a small LED device, and investigated the cause of fatigue failure at the ball neck portion. As a result, it was found that the more bending operations the wire undergoes during wiring, the more strain tends to be concentrated in the bends, and the strain tends to be particularly concentrated in the ball neck area, which undergoes a lot of bending operations. Furthermore, it was also found that the stress caused by thermal expansion and contraction of the sealing material due to temperature changes around the LED element is difficult to disperse in the ultra-low loop shape and tends to be concentrated in the ball neck portion.
- the present inventors also investigated in detail the reduction in brightness of the LED device due to the shadow of the bonding wire. According to a wire configuration that maintains a high reflectance of blue light emitted by a blue LED, it is possible to improve the heat resistance strength of the ball neck part when using a bonding wire while improving the brightness of the LED device. I found it.
- the present inventors aimed to improve the brightness of the LED device with high reflectance for blue light, and also improved the heat resistance strength of the ball neck part even with ultra-low loop bonding.
- the present invention provides a silver alloy bonding wire for LEDs that achieves high reflectivity for blue light and improves the heat resistance strength of the ball neck part even when bonding in an ultra-low loop shape, and a method for manufacturing the same.
- the purpose is to
- the gist of the present invention is as follows.
- a bonding wire for a light emitting diode (LED) made of a silver alloy containing 98% by mass or more of silver, and having a high temperature/normal temperature strength ratio expressed by the following formula (1) of 0.6 or more and 0.99.
- a bonding wire for an LED which is as follows, and has an elongation at break of 1.5% or more in a tensile test at 150°C.
- High temperature/normal temperature strength ratio (maximum load in tensile test at 150°C) / (maximum load in tensile test at room temperature) ...
- the bonding wire for LED according to [1], wherein the silver alloy contains copper.
- a method for manufacturing a bonding wire for a light emitting diode (LED) made of a silver alloy which includes the steps of obtaining a silver alloy wire containing 98% by mass or more of silver from a silver alloy material;
- the wire drawing process includes at least one wire drawing process in which the area reduction rate is 7% or more and 30% or less, and the heat treatment process in which the silver alloy wire is heat treated.
- the high temperature/normal temperature strength ratio shown by the following formula (1) is adjusted to 0.6 or more and 0.99 or less, and the elongation at break in a tensile test at 150 ° C. is adjusted to 1.5% or more. Production method.
- High temperature/normal temperature strength ratio (maximum load in tensile test at 150°C) / (maximum load in tensile test at room temperature) ... (1)
- the symbol " ⁇ " represents a numerical range from the value on the left to the value on the right of the symbol.
- a silver alloy bonding wire for an LED which achieves high reflectivity for blue light and improves the heat resistance strength of the ball neck part even when bonding in an ultra-low loop shape, and a method for manufacturing the same. I can do it.
- the heat resistance strength of the ball neck part is improved even in ultra-low loop bonding, and by using a silver alloy bonding wire with high reflectivity for blue light, it is possible to achieve miniaturization and improvement in brightness.
- a possible LED device can be provided.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically representing an LED device with high loop bonding; FIG. This is a photograph showing fatigue failure at the wedge neck. It is a photograph showing fatigue failure of the ball neck part.
- FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of a ball neck portion.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an LED device of an embodiment. It is a graph showing an SS curve (Stress-Strain curve) showing the relationship between stress and elongation rate in a tensile test, with the vertical axis representing stress ⁇ (MPa) and the horizontal axis representing elongation rate ⁇ (%).
- FIG. 3 is a schematic diagram for explaining locations where reflectance is measured.
- 7 is a diagram schematically showing a reflectance measurement region R in a bonding wire 72.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment is a bonding wire containing silver as a main component and used for connecting a pad electrode and a lead electrode of an LED element.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment is a bonding wire for LED made of a silver alloy.
- the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment has a ratio of the maximum load in the tensile test at 150°C to the maximum load in the tensile test at room temperature, that is, (maximum load in the tensile test at 150°C)/(tensile strength at room temperature).
- the ratio expressed by the maximum load of the test is 0.6 or more and 0.99 or less.
- This ratio expressed by (maximum load in tensile test at 150° C.)/(maximum load in tensile test at room temperature) is hereinafter also referred to as "high temperature/normal temperature strength ratio.” Further, the maximum load in a tensile test at 150°C is also referred to as “high temperature strength”, and the maximum load in a tensile test at room temperature is also referred to as "room temperature strength”.
- the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has excellent heat resistance because the "high temperature/room temperature strength ratio" is within the above range, so it can be used as a bonding wire for LEDs applied to LCD backlights, for example. It is possible to obtain the high heat-resistant strength required for the ball neck part.
- the high temperature/normal temperature strength ratio is preferably 0.7 or more and 0.97 or less, and 0.8 or more and 0.97 or less, in order to improve the heat resistance strength of the ball neck portion. More preferably, it is 95 or less. If the high temperature/normal temperature strength ratio is too small, the rate of change in wire strength due to temperature changes will increase, and there is a risk that the heat resistant strength of the ball neck portion will decrease. On the other hand, when the high temperature/room temperature strength ratio is too large, the amount of alloying elements and impurity elements is too large, and the reflectance of the wire tends to decrease.
- the high temperature strength is preferably 12.0 kgf/mm 2 or more in terms of value per unit cross-sectional area (stress value). It is preferably 15.0 kgf/mm 2 or more, more preferably 18.0 kgf/mm 2 or more. In this case, the high temperature/normal temperature strength ratio tends to increase, so it is easy to improve the heat resistance strength of the ball neck portion. High temperature strength is a stress value of, for example, 29.0 kgf/mm 2 or less.
- the room temperature strength is 20.0 kgf/mm 2 or more 30.0 kgf/mm in value (stress value) per unit cross-sectional area. mm 2 or less, more preferably 21.0 kgf/mm 2 or more and 29.0 kgf/mm 2 or less, even more preferably 22.0 kgf/mm 2 or more and 28.0 kgf/mm 2 or less . If the room temperature strength is not too low, it is easy to improve the heat resistance strength of the ball neck portion. On the other hand, if the room temperature strength is not too high, it is easy to reduce the amount of added elements, which leads to an increase in the reflectance of the wire.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment has an elongation at break (also simply referred to as "high temperature elongation") in a tensile test at 150° C. of 1.5% or more.
- the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has a high-temperature elongation rate of 1.5% or more, so that the ball neck can be maintained even in environments where the temperature changes from high temperature (about 150 degrees Celsius) to low temperature (about -40 degrees Celsius). Strain is less likely to accumulate in the ball neck, and high heat-resistant strength can be obtained at the ball neck.
- the elongation at break of the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment in a tensile test at 150° C. is preferably 1.8% or more, and more preferably 2.0% or more.
- the upper limit of high temperature elongation is usually 20%.
- the high-temperature elongation rate is within the above range, the accumulation of strain in the ball neck portion due to temperature changes is small, and excellent heat-resistant strength of the ball neck portion can be obtained. It is presumed that a wire whose high temperature/room temperature strength ratio and high temperature elongation rate are within the above ranges has a metallographic structure that allows the wire itself to withstand rapid temperature changes, as described below.
- the present inventors performed ball bonding using the silver alloy bonding wire of the embodiment and a conventional silver alloy wire, and compared the state of crystal grains near the ball bonding part as follows. .
- a cross section of the bonding wire near the ball bonding part parallel to the wire axis was analyzed by EBSD to obtain a crystal grain mapping image of the cross section.
- Using the obtained grain mapping images we compared the trends in grain size at the upper and lower parts of the ball neck.
- the conventional silver alloy wire in the cross section near the ball bonding part, in the vicinity of the wire center (an area of 1/3 of the wire diameter including the wire central axis), the size of the crystal grains differs above and below the ball neck part. It was found that there was a significant difference in shape.
- the crystal size is large in the region below the ball neck portion, and crystal grains of different sizes and shapes are mixed in the region above the ball neck portion.
- the area above the ball neck elongated crystal grains with an aspect ratio (the longest length/the shortest length of the crystal grain on the image) of 5 or more can be seen, as well as the area range of the crystal grains (the The maximum area - minimum area of the upper crystal grains is large.
- the silver alloy bonding wire of the embodiment it was found that there was little difference in the size and shape of the crystal grains above and below the ball neck portion, and the uniformity of the crystal grains was high.
- the maximum load at room temperature is about 10.0 gf, but at high temperature it remains at about 5.8 gf.
- a numerical indicator of the difference in maximum load between room temperature and high temperature is the high temperature/normal temperature strength ratio, which represents the rate of change in wire strength between high temperature and room temperature.
- the maximum load of the silver alloy bonding wire for LED is calculated as the maximum value when a bonding wire test piece with a measurement length of 100 mm is continuously pulled at a speed of 10 mm/min and a load cell rating of 2 N, and the wire breaks.
- the maximum load at room temperature is the maximum load until the wire breaks when subjected to a tensile test at room temperature. The room temperature depends on the season and weather, but as long as it is in the range of 15 to 28°C, there is no need to directly heat or cool the wire.
- the maximum high-temperature load was determined by holding the sample in a furnace at a temperature of 150°C ( ⁇ 5°C) for 10 seconds (length of the soaking zone (heater) of the electric furnace: 49 mm), and then carrying out a tensile test in the furnace. This is the maximum load until rupture.
- the clearance (distance) between the wire to be measured and the soaking zone of the electric furnace should be 2 mm or more and 3 mm or less so that the wire does not come into contact with the soaking zone of the furnace wall. , set the wires.
- the elongation rate at break in a tensile test at 150°C can be calculated as the elongation rate when the test piece reaches breakage in the above-mentioned tensile test.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment may be made of an Ag alloy in which an alloy element is added to Ag.
- One effective method for adjusting the high-temperature/room-temperature strength ratio and high-temperature elongation rate is to adjust the type and concentration of alloying elements in the Ag alloy.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment is preferably made of an Ag alloy containing copper (Cu), It is preferable that the total amount of copper is 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less based on the total amount of the silver alloy. Thereby, the bonding wire can be given high reflectance for blue light, and the brightness of the LED device can be improved.
- the amount of Cu added is more preferably 0.3% by mass or more and 1.0% by mass or less, and still more preferably 0.4% by mass or more and 0.9% by mass or less.
- the bonding wire contains 0.4% by mass or more and 0.9% by mass or less of copper (Cu), it not only provides high reflectance to blue light but also provides a favorable high temperature/room temperature strength ratio and high temperature elongation rate.
- the heat resistance strength of the ball neck portion can be significantly improved.
- the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has the above-mentioned composition, it will suppress sulfurization of the bonding wire, suppress a decrease in resistance to such temperature changes and stress changes, and suppress deterioration of reflectance, thereby achieving long-term reliability. It can also improve your sexuality.
- the reflectance of the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment for blue light with a wavelength of 440 nm to 490 nm is preferably such that the ratio (reflectance ratio described later) to the reflectance of the gold wire with a purity of 99.99% by mass is 2.
- the value is 6 or more, more preferably 2.7 or more, even more preferably 2.8 or more.
- the reflectance ratio of the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment to the gold wire for light with a wavelength of 440 nm to 490 nm can be measured as follows. After a silver alloy bonding wire for an LED for evaluation is bonded to a substrate for bonding evaluation, the surface of the wire after bonding is irradiated with light from a white LED lamp to measure the reflectance. By measuring the reflected light from the wire surface with a spectroradiometer, hyperspectral camera, etc., it is possible to determine the reflectance for each wavelength. Among these reflectances, the reflectance at the blue emission peak wavelength of the light source is defined as the reflectance of blue light with a wavelength of 440 nm to 490 nm.
- a gold wire with the same wire diameter as the silver alloy LED bonding wire to be measured and a gold purity of 99.99% by mass is prepared.
- the reflectance of blue light is measured in the same manner as described above, and the reflectance at the blue emission peak wavelength of the light source is measured. From these results, the reflectance ratio is calculated using the following formula (2).
- the blue emission peak wavelength of the light source can be determined as the wavelength with the highest reflectance in the blue region when the reflectance of the white plate is measured.
- the reflectance ratio it is desirable to take the average value of at least three measurements into consideration, taking into account variations in measurement results.
- the concentration of silver contained in the Ag alloy is 98% by mass or more, preferably 98.5% by mass or more, and 99% by mass or more in terms of obtaining high reflectance. It is more preferably at least 99.1% by mass, even more preferably at least 99.1% by mass. Further, in order to obtain high heat-resistant strength of the ball neck portion, the concentration of silver is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.7% by mass or less, and 99.6% by mass or less. It is more preferable that If the amount of silver is below the above upper limit, sulfidation can be suppressed and long-term reliability can be improved.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment may contain trace amounts of additive elements and unavoidable impurities in addition to silver and the above-mentioned alloying element (copper).
- Trace addition elements include Ca, Y, La, Gd, P, Bi, Ge, Al, and Fe, and the amount thereof is preferably 100 mass ppm or less based on the total amount of the silver alloy.
- Unavoidable impurities are, for example, In, Pb, Si, etc., and the amount thereof, in total with the above-mentioned trace additive elements, is usually 100 mass ppm or less, preferably 50 mass ppm or less, based on the total amount of the silver alloy.
- the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment preferably does not contain any other elements other than silver, alloying element (copper), and inevitable impurities in order to achieve both excellent heat-resistant strength and high reflectance of the ball neck part.
- Trace amounts of additive elements contained in silver alloy bonding wires for LEDs can be determined by, for example, analyzing a liquid obtained by dissolving the bonding wire to be evaluated in strong acid using an inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometer or an ICP mass spectrometer. However, it can be detected as the concentration of the element contained in the entire bonding wire.
- ICP inductively coupled plasma
- the wire diameter of the silver alloy bonding wire for LED in the embodiment is preferably 15 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, more preferably 18 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
- the smaller the diameter of the bonding wire the better the brightness of the LED device.
- Even such a thin wire has excellent heat resistance strength at the ball neck portion, so it is suitable for wire thinning. Therefore, it can be suitably used for LED devices that are smaller and thinner and require a higher luminous flux.
- the bonding loop height (h) refers to the height from the ball top 40 of the ball joint to the highest portion 41 of the loop, as shown in FIG.
- the manufacturing method of the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment includes a step of producing an Ag alloy material, a step of obtaining an Ag alloy wire from the Ag alloy material, a wire drawing step of drawing the Ag alloy wire, and a wire drawing step of the Ag alloy wire.
- the method includes a heat treatment step in which heat treatment is applied to the material.
- An Ag alloy material is obtained by melting Ag or an Ag alloy of a predetermined purity together with alloying elements in an amount that provides a desired composition.
- a heating furnace such as an arc heating furnace, a high frequency heating furnace, a resistance heating furnace, a continuous casting furnace, etc. can be used.
- the upper part of the molten silver in the heating furnace is preferably maintained in a vacuum or in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen.
- An Ag alloy bonding wire is manufactured by drawing the obtained Ag alloy wire to the final wire diameter and heat-treating it as necessary.
- the wire drawing and heat treatment are preferably performed in stages during the wire drawing process.
- the processing rate of the wire drawing process is determined depending on the final wire diameter and usage of the silver alloy bonding wire for LED to be manufactured.
- the processing rate of wire drawing is preferably 90% or more and 99.99% or less as a total processing rate until the Ag alloy wire is processed to the final wire diameter.
- This processing rate can be calculated as the reduction rate of the wire cross-sectional area.
- the area reduction rate (processing rate) per diamond die is preferably 7% or more and 30% or less.
- the smoothness of the wire surface affects the reflectance, it is preferable to use a single crystal diamond die from a predetermined wire diameter.
- Heat treatment process It is preferable to carry out heat treatment after drawing the Ag alloy wire to the final wire diameter. For example, it is preferable to determine the temperature and time of the heat treatment while taking into consideration the characteristics required for the bonding wire. In addition, heat treatment may be performed at any stage of wire manufacturing (wire drawing process) depending on the purpose.
- the heat treatment is preferably a running heat treatment in which the wire is passed through a heated atmosphere heated to a predetermined temperature to perform the heat treatment because the heat treatment conditions can be easily adjusted.
- the heat treatment time can be calculated from the wire passing speed and the wire passing distance within the heating container.
- An electric furnace or the like is used as the heating container. It is preferable to perform the heat treatment in a tubular electric furnace in a gas atmosphere of nitrogen (N 2 ) gas or a mixture of nitrogen (N 2 ) gas and a trace amount of hydrogen (H 2 ) gas.
- the silver alloy bonding wire for LEDs of the present embodiment for example, wire drawing is performed during the wire drawing process so that the area reduction rate is 7% or more and 30% or less, and heat treatment is performed after the wire drawing process is completed.
- the heat treatment is performed at a temperature slightly lower than the heat treatment temperature for general silver alloy wire.
- the electric furnace length (soaking part) is 530 mm
- the temperature in the electric furnace is 200°C or more and 500°C or less
- the wire feeding speed is 30 m/min or more and 80 m/min or less.
- FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the LED device 50 of the embodiment.
- the LED device 50 shown in FIG. 5 includes a package substrate 59, an LED element 51 provided on the package substrate 59, a bank 56 surrounding the LED element 51, a bonding wire 53, and an LED element 51 provided on the LED element 51. It has a pair of pad electrodes 521 and 522.
- the LED device 50 further includes lead electrodes 581 and 582, and the bank 56 and the lead electrodes 581 and 582 form a recess with the bank 56 as a side surface and the lead electrodes 581 and 582 as a bottom surface, and the recess is An LED element 51 is placed on the bottom surface with an adhesive layer 57 interposed therebetween.
- Lead electrodes 581 and 582 are made of aluminum or the like, and are bonded onto the package substrate 59 with silver paste or the like.
- the pad electrodes 521 and 522 are made of gold (Au) or the like, and the pair of pad electrodes 521 and 522 and the lead electrodes 581 and 582 are electrically connected to each other via the bonding wire 53. There is.
- the LED element 51 is covered with a sealant 54.
- the bonding wire 53 is made of the silver alloy bonding wire for LED according to the embodiment described above, and the preferable embodiment is also as described above. Since the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment described above is used, the loop height (h) can be designed to be less than three times the wire diameter, and the LED device 50 can be made smaller and thinner. can.
- the LED element 51 is, for example, a blue LED element containing a nitride-based semiconductor (In x Al Y Ga 1-X-Y N, 0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X+Y ⁇ 1) as a light-emitting semiconductor layer.
- the LED element 51 emits light in a wavelength range of 380 nm to 485 nm, which is a short wavelength region of visible light, for example, and preferably has an emission peak in a wavelength range of 420 nm to 485 nm, more preferably in a wavelength range of 440 nm to 480 nm.
- a wavelength can be used.
- the sealing material 54 is, for example, a thermosetting resin such as epoxy resin, silicone resin, epoxy-modified silicone resin, or modified silicone resin.
- the sealing material 54 contains a phosphor (not shown) that converts the wavelength of light from the LED element 51.
- the phosphor include yttrium aluminum garnet phosphor activated with cerium (YAG:Ce); lutetium aluminum garnet phosphor activated with cerium (LAG:Ce); europium and/or chromium.
- a high purity material with a purity of 99.99% by mass or higher is used for the main component Ag, and a high purity material with a purity of 99.99% by mass or higher is used for the raw materials for the additive elements Pd, Cu, and Au. Materials containing 99.999% or more of other elements were used.
- An Ag alloy material containing a predetermined alloying element was produced as described above, and an Ag alloy wire material with a wire diameter of several mm was obtained by continuous casting. Subsequently, the Ag alloy wire material was subjected to wire drawing by cold die drawing and heat treatment. In the wire drawing process, the area reduction rate (processing rate) per diamond die was set to 7% or more and 30% or less. Further, in the examples, the total processing rate until processing to the final wire diameter was set to 90% or more and 99.99% or less, and a single crystal diamond die was used from a predetermined wire diameter (for example, 400 ⁇ m).
- a predetermined wire diameter for example, 400 ⁇ m
- the total processing rate until processing to the final wire diameter was set to 90% or less or 99.999% or more, and single crystal diamond was used after a predetermined wire diameter (for example, 50 ⁇ m).
- the final wire diameter after wire drawing was 15 to 25 ⁇ m.
- the final heat treatment temperature was set at 200°C or higher and 500°C or lower in the examples, and 350°C or higher and 600°C or lower in the comparative examples. Further, as the heat treatment atmosphere, a gas (N 2 +H 2 ) or nitrogen gas (N 2 ) in which nitrogen and a trace amount of hydrogen were mixed was used.
- the concentration of components contained in the bonding wire can be determined by analyzing a solution prepared by dissolving the bonding wire to be evaluated in strong acid using an ICP emission spectrometer or ICP mass spectrometer, and determining the concentration of components contained in the entire bonding wire. It can be detected as the concentration of the element.
- the force that pulls the wire in a tensile test is referred to as "stress” and is represented by the symbol ⁇
- the deformation of the wire is referred to as "elongation” and is represented by the symbol ⁇
- the SS curve Stress-Strain curve
- the graph in FIG. 6 represents an example of a graph of an SS curve.
- the maximum load of the wire in this embodiment is the tensile force at point S1 on the graph of this SS curve, and the elongation at break is the elongation between the gauges of the tensile test piece at point S2 relative to the original gauge distance. It is a ratio.
- the maximum load in a tensile test can be measured using a tensile test device.
- a tensile test device e.g., Autocom, manufactured by TSE Co., Ltd., model: AC-20CT-M
- a bonding wire with a measurement length of 100 mm is continuously pulled at a speed of 10 mm/min, a load cell rating of 2 N, and a full scale of 10% until it breaks. It is calculated as the maximum value when .
- the load or stress here is the force applied to the wire pulled at the above speed, and is usually automatically calculated by converting the pulling force into an electrical signal using a load cell.
- the maximum load was determined by taking into account the variation in measurement results and calculating the average value of the three.
- the maximum normal temperature load (normal temperature strength) of the bonding wire of the present invention is the maximum load until the wire breaks when a 100 mm long sample is subjected to a tensile test at room temperature of 15 to 28 ° C. as described above.
- the high temperature maximum load (high temperature strength) of the bonding wire was determined by heating a 100 mm long sample to 150 °C in a furnace, holding it in the furnace at 150 °C for 10 seconds, and then performing a tensile test in the furnace. This is the maximum load that can be applied to the heated part until it breaks.
- the high temperature/normal temperature strength ratios of the bonding wires of Examples and Comparative Examples were calculated.
- the high temperature/normal temperature strength ratio was determined by calculating the average value of the three samples and then rounding down to the third decimal place.
- High temperature elongation rate In the above-mentioned tensile test for measuring the maximum load at high temperature, the elongation rate when the wire reached breakage was measured and defined as the high temperature elongation rate. The high-temperature elongation rate was determined by taking into account the variation in measurement results, calculating the average value of three samples, and then rounding down to the second decimal place.
- FIG. 7 shows a diagram for explaining the locations where the reflectance is measured.
- FIG. 7 schematically shows a bonding wire 72 ball-bonded onto a pad electrode 71. As shown in FIG.
- the reflectance of the bonding wire was measured at approximately the center of the portion where the bonding wire 72 was looped parallel to the substrate (near point P in FIG. 7). The vicinity of this point P was photographed using an optical microscope equipped with a hyperspectral camera NH-6TND manufactured by Eva Japan Co., Ltd. using a 150x objective lens. The measurement area was a 100 pixel x 100 pixel area approximately at the center of the image taken with an application dedicated to the hyperspectral camera.
- FIG. 8 schematically shows the reflectance measurement region R in the bonding wire 72. Note that in FIGS. 7 and 8, an arc and two lines on the bonding wire 72 indicate that the lengths of the parts to which the arc and two lines are attached are equal in each figure.
- the blue emission peak wavelength of the general-purpose white LED lamp was set to the blue emission wavelength with the highest reflectance in the reflectance measurement of a white plate (standard sample).
- the reflectance of a gold wire having the same wire diameter as each example and having a gold purity of 99.99% by mass was measured, and the reflectance ratio was determined using the above formula (2).
- the reflectance ratio was calculated by taking into account the variation in measurement results, calculating the average value of three samples, and then rounding down to the third decimal place.
- the reflectance ratio is ⁇ (excellent) if it is 2.8 or more, ⁇ (good) if it is 2.7 or more and less than 2.8, ⁇ (acceptable) if it is 2.6 or more and less than 2.7, and ⁇ ( if it is less than 2.6). It was rated as "impossible”.
- Thermal shock test of ball neck Forty pieces of each bonding wire for evaluation in Examples and Comparative Examples were bonded to a bonding evaluation board with a loop height three times the wire diameter. After bonding, the bonding evaluation board was subjected to a thermal shock test using a commercially available vapor phase thermal shock apparatus, with one cycle consisting of a period of holding at -40°C for 15 minutes and a period of holding at 150°C for 15 minutes. 500 cycles were performed. After 500 cycles of thermal shock testing, a pull test was conducted by installing a hook at a position approximately 5 to 8% of the loop length from the ball bonding and pulling the hook until it broke.
- the inner diameter of the hook used here was 4 to 6 times the wire diameter, and the pull speed was a constant speed of 250 ⁇ m/s. In the pull test, some wires broke at the point where the hook was installed, but in this test, we counted the incidence of breakage at the ball neck part, where the strength is weakened due to the many bending operations. For each bonding wire for evaluation in Examples and Comparative Examples, if the fracture occurrence rate at the ball neck part is 70% or less, the resistance to the thermal shock test is considered to be good. If it is 85% or more, it is rated as ⁇ because it has sufficient resistance, and if it is 85% or more, it is rated as ⁇ because there is a risk of practical problems.
- Comparative Example 1 is a silver wire with a purity of 99.99% by mass or more, and blank spaces for the additive element and the trace additive element indicate that the element is not included.
- a silver alloy bonding wire for LED containing 98% by mass or more of silver, a high temperature/room temperature strength ratio of 0.6 or more and 0.99 or less, and a high temperature elongation rate of 1.5% or more. Accordingly, it is possible to obtain high heat resistance strength of the ball neck portion while achieving high reflectance of blue light.
- the loop height (h) of the LED should be at least 4 to 5 times the wire diameter to prevent damage to the ball neck. It needed to be designed.
- the silver alloy bonding wire for LED of each example since the reflectance of blue light is high, it is possible to achieve high heat resistance strength of the ball neck part while achieving high reflectance for LED light. can. Therefore, the loop height (h) can be designed to be less than three times the wire diameter, and it is possible to further promote miniaturization and thinning of the LED device. Further, according to the silver alloy bonding wire for LED of the example, since the ball neck portion has excellent heat resistance strength, it is possible to make the wire thinner, and it is suitable for improving the brightness of the LED.
- the present invention can be used for bonding LEDs, particularly for bonding LED devices that are significantly smaller and thinner.
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Abstract
青色光に対する高反射率を実現しつつ、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させたＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供する。実施形態の発光ダイオード（ＬＥＤ）用ボンディングワイヤは、９８質量％以上の銀を含有する銀合金からなり、高温／常温強度比が０．６以上０．９９以下であり、高温伸び率が１．５％以上である。
Description
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）用ボンディングワイヤ、特に、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライトに用いられる白色ＬＥＤ用ボンディングワイヤ、およびその製造方法に関する。また、本発明は、このＬＥＤ用ボンディングワイヤを用いたＬＥＤデバイスに関する。
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、略してＬＥＤともいう）が広く用いられている。ＬＥＤは、Ｐ型の半導体材料とＮ型の半導体材料を組み合わせて作られた発光素子である。発光素子を各種パッケージに形成したものもＬＥＤと呼ばれる。パッケージに形成したものをＬＥＤ（またはＬＥＤデバイス）、発光素子をＬＥＤ素子と呼んで区別することもある。本明細書でも、特に断らない限り、発光素子を「ＬＥＤ素子」、パッケージに形成したものを「ＬＥＤデバイス」と称する。
赤や橙、黄緑などのＬＥＤ素子は１９５０年代以降実用化され、小型で低消費電力というＬＥＤ素子の特徴を活かし、電子機器のインジケーター、情報表示版・ディスプレイなどに用いられてきた。１９９３年に明るく点灯する青色ＬＥＤ素子が実用化され、さらに１９９６年には黄色を発光する黄色蛍光体と青色ＬＥＤ素子とを組み合わせて、白色光を発光する擬似白色発光ＬＥＤ（以下、単に「白色ＬＥＤ」ともいう。）が完成した。白色ＬＥＤは照明用として注目を浴び、今や従来の白熱電灯や蛍光灯といった照明器具を凌ぐほどに急速に広まっている。白色ＬＥＤを用いた照明器具は従来の照明器具よりも高い節電効果が期待できるため、２０１１年３月の東日本大震災以降の節電意識の高まりを契機に、国内の電力消費の多くを占める照明分野において、省エネルギーを実現させるものとして注目された。その後、白色ＬＥＤは、視覚上明るく見えることから、さまざまな照明用途、例えば、一般家庭用の電球形ＬＥＤランプ、施設照明・屋外照明、自動車のヘッドライト等に広く使わるようになった。
照明用白色ＬＥＤの普及に伴い、ＬＥＤデバイスに対して、高光束化や小型化、低コスト化など多くの改良がなされ、これに伴って、ＬＥＤデバイスの用途は拡大を続けた。小型に展開されたＬＥＤデバイスは、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライトに採用されるようになった。
近年、ＬＣＤは、テレビ、パーソナルコンピュータ－（ＰＣ）、デジタルカメラ、タブレット端末、スマートフォン、スマートウォッチ、カーナビゲーション機器、ドライブレコーダーなどの各種電子機器・情報端末機器の表示装置として広く使用され、各種用途にあわせて、多岐にわたる性能の向上が求められてきた。
例えば、室内用途の３００ｃｄ程度よりはるかに明るい、７００ｃｄ～最大４０００ｃｄという明るさのＬＣＤパネルが開発された。このような高光度のＬＣＤパネルは、太陽光の差す明るい環境下で高い視認性を有するため、ショーウィンドウや屋外広告用のディスプレイパネルに適用されている。急激に普及したスマートフォンやスマートウォッチでは、使用環境が拡大して、室外太陽光下での高い視認性の要求が高まり、例えば、スマートフォン用途で、５２０ｃｄ／ｍ２もの明るさのＬＣＤパネルが開発された。
ＬＣＤパネルの使用環境も、風雨にさらされる室外用途だけでなく、室内においても、多様化している。例えば、カーナビゲーション機器やドライブレコーダーに用いられるＬＥＤデバイスには、自動車走行中の絶え間ない振動に耐え得るほか、寒冷地から熱帯、あるいは、炎天下のアスファルト上での走行など、過酷な環境への適応が求められている。
ＬＣＤパネルが搭載される電子機器・情報端末機器の小型化・薄型化の動向も顕著であり、これらに搭載されるＬＥＤデバイスの小型化・薄型化も近年、急速に加速している。例えば、２０１３年には、厚さ（発光方向の厚さ）０．８ｍｍ程度の小中型液晶用のバックライト用ＬＥＤデバイスが開発されたが、近年ではＬＥＤデバイスの厚さは０．６ｍｍ程度（そのうち、ワイヤボンディングが可能な領域の厚さは０．３ｍｍ程度以下）にまで達しようとしている。
このように、ＬＣＤバックライト用途として、近年、明るさの向上と小型化・薄型化を両立でき、過酷な環境へ適応できるＬＥＤデバイスが顕著に求められてきている。
ここで、白色ＬＥＤの原理及び構成、ＬＣＤバックライト用のＬＥＤデバイスの構造、及びそれらが有する課題について説明する。
照明用あるいはバックライト用の一般的な白色ＬＥＤの原理及び構成は次のとおりである。青色ＬＥＤ素子から射出された４５０ｎｍ近辺の波長の青色光が黄色蛍光体に吸収されると、補色関係にある５９０ｎｍ近辺の黄色光が発光される。黄色蛍光体から発光される黄色光と蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざり合って視覚上白色に見える。白色ＬＥＤのＬＥＤデバイスは、ＬＥＤ素子の上面を、蛍光体を含有させた透明樹脂（シリコーン樹脂やエポキシ樹脂）で封止した構造である。白色ＬＥＤには、青色ＬＥＤ素子のパッド電極と配線基板上のリード電極とを、直交に配置する縦型発光ダイオードと、平行に配置する横型発光ダイオードとがある。今日では黄色蛍光体のほか、緑色を発光する緑色蛍光体や赤色を発光する赤色蛍光体などを組み合わせて、種々の演色の照明用白色ＬＥＤが開発されるに至っている。
照明用あるいはバックライト用の一般的な白色ＬＥＤの原理及び構成は次のとおりである。青色ＬＥＤ素子から射出された４５０ｎｍ近辺の波長の青色光が黄色蛍光体に吸収されると、補色関係にある５９０ｎｍ近辺の黄色光が発光される。黄色蛍光体から発光される黄色光と蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざり合って視覚上白色に見える。白色ＬＥＤのＬＥＤデバイスは、ＬＥＤ素子の上面を、蛍光体を含有させた透明樹脂（シリコーン樹脂やエポキシ樹脂）で封止した構造である。白色ＬＥＤには、青色ＬＥＤ素子のパッド電極と配線基板上のリード電極とを、直交に配置する縦型発光ダイオードと、平行に配置する横型発光ダイオードとがある。今日では黄色蛍光体のほか、緑色を発光する緑色蛍光体や赤色を発光する赤色蛍光体などを組み合わせて、種々の演色の照明用白色ＬＥＤが開発されるに至っている。
ＬＣＤバックライトには、「直下型」と「エッジ型」の２つのタイプがある。「直下型」は、多数のＬＥＤ光源をＬＣＤパネルの視認面と反対側の、ＬＣＤパネルと平行な平面状に、光源からの光がＬＣＤパネル平面に垂直に入射されるように配置した形式で、ＬＣＤパネルの全面に光源からの光が照射されるために、リアルな精細感や豊かな色再現が得られる。「エッジ型」は、例えば、一又は複数のＬＥＤ光源を、ＬＣＤパネルの縁（エッジ）付近に、光源からの光がＬＣＤパネル平面に平行に入射されるように配置し、反射構造や導光構造を使用して、ＬＣＤパネル全体に光を照射する形式である。エッジ型は、直下型に比べて精細感や色再現は劣るものの、パネルを小型化、薄型化しやすく、消費電力も少なくなる。また、バックライト用のＬＥＤデバイスでは、低コストで明るいこと（高光束）が重要であり、明るさ向上によってＬＣＤパネルの高精細や高視認性が実現される。
ここで、ＬＣＤバックライト用のＬＥＤデバイスの構造について説明する。図１に、従来のエッジ型のバックライトに使用される表面実装型のＬＥＤデバイスの一例である、ＬＥＤデバイス１０の断面を概略的に示す。図１に示すＬＥＤデバイス１０は、パッケージ基板９と、パッケージ基板９上に設けられたＬＥＤ素子１と、ＬＥＤ素子１を囲むバンク６と、ボンディングワイヤ３と、ＬＥＤ素子１上に設けられた、一対のパッド電極２１、２２とを有する。ＬＥＤデバイス１０は、さらに、リード電極８１、８２を有しており、バンク６及びリード電極８１、８２が、バンク６を側面とし、リード電極８１、８２を底面とする凹部を形成し、凹部の底面にＬＥＤ素子１が銀ペースト等からなる接着層７を介して載置されている。リード電極８１、８２はアルミニウム等により形成されており、パッケージ基板９上に銀ペーストなどで接着されている。一対のパッド電極２１、２２とリード電極８１、８２は、ボンディングワイヤ３を介して電気的に接続されている。ＬＥＤ素子は封止材４により被覆されている。封止材４は例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂などである。封止材４には、ＬＥＤ素子１０からの光を波長変換する蛍光体（図示せず）が含有されている。
図１に示すＬＥＤデバイスは、小型化・薄型化が進む以前のＬＥＤデバイスの一例である。このＬＥＤデバイスにおいて、ボンディングワイヤのループ形状は、近年の小型化、薄型化の進んだＬＥＤデバイスに比べて、電極からのループの高さが比較的高い「高ループ形状」であるか、ループの一部を屈曲させた「特殊ループ形状」であるのが一般的である。例えば、高ループ形状では、ループ高さ（ｈ）は、少なくともワイヤ径の４倍～５倍以上に設計される。これに対して、小型化・薄型化の進んだＬＥＤデバイスでは、電極からのループの高さがより低い「低ループ形状」が採用される。
従来、青色ＬＥＤ素子のパッド電極と配線基板上のリード電極とを接続するためのボンディングワイヤには電導率が高く、電極との密着性の良い金（Ａｕ）ボンディングワイヤが用いられていた。しかし、ＬＥＤデバイスの高出力化、高効率化が進み、放熱効率を高める目的で熱伝導率が金よりも高い銀から成るボンディングワイヤが用いられるようになっている。Ａｇ合金ボンディングワイヤとして、銀に、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、塩素（Ｃｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、希土類元素などを所望の目的や特性に応じて所定量含有させた銀合金ボンディングワイヤが知られている（例えば、特許文献１～３を参照。）。
上述した通り、ＬＣＤバックライト用途として、近年、明るさの向上と小型化・薄型化を両立でき、過酷な環境へ適応できるＬＥＤデバイスが顕著に求められてきている。この点、照明用のＬＥＤでは、使用環境が比較的緩やかで、また、小型化への要求は高くなりにくい。照明用のＬＥＤでは、蛍光灯に劣らない明るさを得るため、１つのＬＥＤデバイスあたりの光束は１８０（ｌｍ）～１８００（ｌｍ）と高く設計される。この高い光束を得るためには、ＬＥＤ素子面積を拡大する、または照明に配備されるＬＥＤ素子搭載数を増加させる、ＬＥＤ素子を発光させる電流（順方向電流）を高くするなどの方法を採らざるを得ないためである。
これに対し、ＬＣＤバックライト用のＬＥＤデバイスは、照明用のＬＥＤデバイスに比べて、ＬＥＤデバイス１つあたりの光束は最大で２０（ｌｍ）程度と、低く設計される。電子機器・情報端末機器の小型化・薄型化に伴い、ＬＥＤデバイスの配置されるスペースがより限定されるので、ＬＥＤ素子の面積拡大によってＬＥＤデバイスの光束向上を図るのは極めて困難である。また、電子機器・情報端末機器の小型化・薄型化に伴いＬＥＤデバイスの放熱性が低下するため、ＬＣＤバックライト用のＬＥＤデバイスでは、順方向電流の増加により光束向上を図ることも非常に困難である。
また、発光ＬＥＤ素子そのものの改良によるＬＥＤデバイスの高光束化（明るさ向上）や高輝度化も限界を迎えている。したがって、ＬＣＤバックライト用のＬＥＤデバイスの高光束化や高輝度化のためには、封止材やボンディングワイヤなどＬＥＤ素子周辺部品の性能改良を行い、ＬＥＤ素子からの発光を減衰させない方策が採られてきた。
例えば、ＬＥＤデバイスでは、ＬＥＤ素子の発光面の上方の一部をボンディングワイヤが横切る（図１を参照）こととなり、ボンディングワイヤでの光の反射・吸収が外部への発光出力を低下させる。特に、９９．９９質量％以上の高純度の金（Ａｕ）は、金（Ａｕ）元素自体の反射率が低いため、ボンディングワイヤの黒い影ができ、視覚上の白色効率が低下したり、ＬＥＤデバイスの明るさが低下したりする。これに対し、反射率が高い純銀（Ａｇ）や純銀に近い銀合金からなるボンディングワイヤでは、ＬＥＤの明るさ低下を防ぐことができ、金に比べて安価であるので、低コストで明るいＬＥＤを実現するのに有利であると期待された。
しかし、純銀（Ａｇ）や銀合金のボンディングワイヤは金に比べて温度変化や応力変化への耐性に弱く、耐久性に乏しい。例えば、車載されるカーナビゲーション機器やドライブレコーダーなど、厳しい使用環境で熱や振動にさらされる用途では、ＬＥＤデバイスの小型化・薄型化のほか、衝撃に強いことも必要であり、高度な耐久性が求められる。ＬＥＤデバイスの小型化・薄型化のためには、ＬＥＤ素子のより近くの領域内での配線が必要になり、ボンディングワイヤに対して高い配線設計の自由度が求められる。ところが、温度変化や応力変化への耐性が低いワイヤは、狭い領域で屈曲などの多い配線構造にしたときに温度変化や応力変化による故障が生じやすい。
そのため、銀純度を高くしたワイヤでは、高反射率を得られるものの、小型化の進むＬＥＤデバイスにおいて実用に問題をきたす。しかし、純銀に合金元素を含有させて銀の純度を下げると、反射率の低下が避けられない。このように、温度変化や応力変化への耐性と高反射率とはトレードオフの関係にあり、これが、小型化・薄型化と明るさ向上を目指す白色ＬＥＤの設計に制約をもたらすという問題があることが分かった。ボンディングワイヤ特有の問題が、計り知れない可能性を持つ白色ＬＥＤの用途拡大に与える制約が、将来的には大きな技術革新における不利益につながる可能性すら考えられる。
しかしながら、このトレードオフの課題は、次の通り従来のＡｇ合金ボンディングワイヤでは解消することができず、ＬＥＤデバイスの開発に技術上の制約をもたらす。ＬＥＤデバイスの開発への技術上の制約によるネガティブな影響は計り知れず、白色ＬＥＤの明るさを維持しつつ温度変化や応力変化への耐性を実現させることが、ＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤにおいて必要である。
例えば、特許文献１～３は従来の高ループ形状のボンディングにおける課題を解決しようとするもので、超低ループを要求されている銀合金ボンディングワイヤにおいて、後述のような、ボールネック部の疲労破壊を抑制し、繰り返しの温度変化や応力変化への耐性を高める手段について何ら開示されていない。
なお、ＬＥＤ用のボンディングワイヤとＩＣ（集積回路）やＬＳＩ（大規模集積回路）用のボンディングワイヤとでは、求められる特性が異なり、次に説明する通り、ＬＥＤ用のボンディングワイヤには特有の温度変化や応力変化への耐性が求められる。ＬＥＤデバイスの封止材に使用される透明シリコーン樹脂の熱膨張係数は、例えば２００～４００ｐｐｍ／Ｋであり、ＩＣやＬＳＩのデバイスの封止材に使用されるエポキシ樹脂の熱膨張係数（例えば、６～４０ｐｐｍ／Ｋ程度）よりも大幅に大きい。また、ＩＣやＬＳＩデバイスの封止材には、熱膨張率をシリコンチップに近い値まで下げるために無機微小シリコーン（酸化ケイ素）フィラーが充填されるのが一般的であるが、ＬＥＤデバイスの封止材では、無機微小シリコーンフィラーは通常充填されない。ＬＥＤデバイスの封止材に無機微小シリコーンフィラーを充填した場合、無機微小シリコーンフィラーが封止材の光透過性を低下させ、これによりＬＥＤの明るさを低下させるためである。結果的に、ＬＥＤデバイスの封止材はＩＣデバイスやＬＳＩデバイスの封止材に比べて熱膨張変化が大きくならざるを得ない。封止材中に包埋されているボンディングワイヤは封止材の膨張及び収縮による繰り返し応力に曝されることになるため、ＬＥＤ用のボンディングワイヤでは、ＩＣ用のボンディングワイヤに比べて、繰り返しの温度変化や応力変化への耐性を維持すること（疲労耐性）がより高度に求められる。
そこで、本発明者らは、白色ＬＥＤの明るさを維持しつつ温度変化や応力変化への耐性を実現する銀合金ボンディングワイヤを得るために、従来型の、高ループ形状、特殊ループ形状のボンディングを用いたＬＥＤデバイスの長期使用時における不具合と、小型化及び薄型化を実現する低ループ形状ないし超低ループ形状のボンディングを用いたＬＥＤデバイスにおける不具合とを、それらの構造とともに比較検討したところ、これら不具合に次のような違いがあったことが分かった。
まず、従来型の、高ループ形状、特殊ループ形状のボンディングを用いたＬＥＤデバイスにおける不具合は、主に、銀合金ボンディングワイヤのウェッジネック部（リード電極とのウェッジ接合でワイヤが立ち上った部分）の疲労破壊であった。この疲労破壊の生じたワイヤのウェッジネック部の写真を図２に示す。
小型化・薄型化の進んだ超低ループ形状のボンディングを従来の銀合金ボンディングワイヤを用いて作製したＬＥＤデバイスでは、上記従来型の高ループ形状、特殊ループ形状のＬＥＤデバイスとは異なり、ボールネック部（ＬＥＤ素子上のパッド電極とのボール接合でワイヤが立ち上った部分）の疲労破壊が主な不具合として生じたことが本発明者らの検討により判明した。つまり、低ループ化が進むにつれて、ウェッジネック部の疲労破壊が減少し、ボールネック部の疲労破壊が増加する傾向であった。この疲労破壊の生じたワイヤのボールネック部の写真を図３に示す。
本発明者らは、小型のＬＥＤデバイスでの、狭い領域内での配線の際のボンディングワイヤの動きとワイヤの状態を精査してボールネック部の疲労破壊の原因を探った。その結果、配線時のワイヤの屈曲操作が多くなると、屈曲に歪が偏りやすいこと、屈曲操作を多く経るボールネック部に特に歪が集中しやすいことが分かった。さらに、ＬＥＤ素子周辺の温度変化に伴う封止材の熱膨張及び収縮の応力が、超低ループ形状では分散されにくく、ボールネック部に集中しやすいことも分かった。これらのことから、屈曲操作における歪と、封止材の熱膨張及び収縮応力のボールネック部への集中が、ボールネック部の疲労破壊の原因の一つであると判明した。さらに、ＬＥＤデバイスの小型化に伴って放熱性が低下し、ジャンクション温度（Ｔｊ）が高くなる傾向にあることで、ボールネック部が高温に曝され、その疲労破壊が助長されることも分かった。このことから、本発明者らは、ボールネック部の耐熱強度を上げることで、近年小型化かつ高光束化が顕著に進むＬＥＤデバイス用途において、従来の低ループよりもループ高さがさらに低い超低ループ形状で接合されるボンディングワイヤに対する要求を満たすことができると考えた。
また、本発明者らは、ボンディングワイヤの影によるＬＥＤデバイスの明るさ低下についても詳細に調べた。青色ＬＥＤが放射する青色光の高反射率を維持するワイヤの構成によれば、ＬＥＤデバイスの明るさを向上させつつ、ボンディングワイヤを用いた際のボールネック部の耐熱強度を向上させ得ることを見出したのである。
これらの知見をもとに、本発明者らは、青色光に対する高反射率によってＬＥＤデバイスの明るさ向上を図るとともに、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させて、配線設計の自由度を向上させたＬＥＤ用の銀合金ボンディングワイヤを開発するに至った。
以上を要すると、本発明は、青色光に対する高反射率を実現しつつ、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させたＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］９８質量％以上の銀を含有する銀合金からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）用のボンディングワイヤであって、下記式（１）で示される高温／常温強度比が０．６以上０．９９以下であり、１５０℃における引張試験の破断点伸び率が１．５％以上であるＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
高温／常温強度比＝（１５０℃における引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重） ・・・（１）
［２］前記銀合金が銅を含む、［１］のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［３］下記式（２）で示される波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率比が２．６以上である［１］又は［２］のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
反射率比＝（前記ＬＥＤ用ボンディングワイヤの青色光の反射率）／（純度９９．９９質量％の金ワイヤの青色光の反射率）・・・（２）
［４］銅を前記銀合金の全量に対して総計で０．１質量％以上２．０質量％以下含む、［１］乃至［３］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［５］銅を、前記発光ダイオード用ボンディングワイヤの全量に対して０．３質量％以上１．０質量％以下含む［１］乃至［４］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［６］上記式（１）で示される高温／常温強度比が０．７以上０．９７以下である［１］乃至［５］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［７］上記式（２）で示される波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率比が、２．７以上である［１］乃至［６］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［１］９８質量％以上の銀を含有する銀合金からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）用のボンディングワイヤであって、下記式（１）で示される高温／常温強度比が０．６以上０．９９以下であり、１５０℃における引張試験の破断点伸び率が１．５％以上であるＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
高温／常温強度比＝（１５０℃における引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重） ・・・（１）
［２］前記銀合金が銅を含む、［１］のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［３］下記式（２）で示される波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率比が２．６以上である［１］又は［２］のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
反射率比＝（前記ＬＥＤ用ボンディングワイヤの青色光の反射率）／（純度９９．９９質量％の金ワイヤの青色光の反射率）・・・（２）
［４］銅を前記銀合金の全量に対して総計で０．１質量％以上２．０質量％以下含む、［１］乃至［３］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［５］銅を、前記発光ダイオード用ボンディングワイヤの全量に対して０．３質量％以上１．０質量％以下含む［１］乃至［４］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［６］上記式（１）で示される高温／常温強度比が０．７以上０．９７以下である［１］乃至［５］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［７］上記式（２）で示される波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率比が、２．７以上である［１］乃至［６］のいずれかのＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
［８］銀合金からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）用ボンディングワイヤを製造する方法であって、銀合金材料から、９８質量％以上の銀を含有する銀合金線材を得る工程と、銀合金線材を段階的に伸線加工する伸線工程であり、減面率が７％以上３０％以下である伸線加工を少なくとも１回含む伸線工程と、銀合金線材に熱処理を施す熱処理工程を経て、前記ＬＥＤ用ボンディングワイヤにおける、下記式（１）で示される高温／常温強度比を０．６以上０．９９以下に、１５０℃における引張試験の破断点伸び率を１．５％以上に調整する、製造方法。
高温／常温強度比＝（１５０℃における引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重） ・・・（１）
なお、本明細書において「～」の符号は、符号の左の値以上右の値以下の数値範囲を表す。
高温／常温強度比＝（１５０℃における引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重） ・・・（１）
なお、本明細書において「～」の符号は、符号の左の値以上右の値以下の数値範囲を表す。
本発明によれば、青色光に対する高反射率を実現しつつ、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させたＬＥＤ用の銀合金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供することができる。
本発明によれば、超低ループ形状のボンディングにおいてもボールネック部の耐熱強度を向上させ、青色光に対する高反射率の銀合金ボンディングワイヤを使用することで、小型化及び明るさの向上を実現可能なＬＥＤデバイスを提供することができる。
本発明によれば、超低ループ形状のボンディングにおいてもボールネック部の耐熱強度を向上させ、青色光に対する高反射率の銀合金ボンディングワイヤを使用することで、小型化及び明るさの向上を実現可能なＬＥＤデバイスを提供することができる。
次に、本発明の実施形態について説明する。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、ＬＥＤ素子のパッド電極とリード電極とを接続するために用いられる、銀を主成分とするボンディングワイヤである。言い換えると、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは銀合金からなるＬＥＤ用のボンディングワイヤである。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、ＬＥＤ素子のパッド電極とリード電極とを接続するために用いられる、銀を主成分とするボンディングワイヤである。言い換えると、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは銀合金からなるＬＥＤ用のボンディングワイヤである。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、常温での引張試験の最大荷重に対する１５０℃における引張試験の最大荷重の比、すなわち、（１５０℃での引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重）で表される比が０．６以上０．９９以下である。この、（１５０℃での引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重）で表される比を、以下、「高温／常温強度比」ともいう。また、１５０℃での引張試験の最大荷重を「高温強度」、常温での引張試験の最大荷重を「常温強度」ともいう。本実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、「高温／常温強度比」が上記した範囲であることで、優れた耐熱性を有するため、例えば、ＬＣＤバックライトに適用されるＬＥＤ用のボンディングワイヤに求められる、ボールネック部の高い耐熱強度を得ることができる。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤにおいて、ボールネック部の耐熱強度を向上させる点で、高温／常温強度比は、０．７以上０．９７以下であることが好ましく、０．８以上０．９５以下であることがより好ましい。高温／常温強度比が小さすぎると、温度変化によるワイヤ強度の変化率が大きくなり、ボールネック部の耐熱強度が低下するおそれがある。これに対し、高温／常温強度比が大きすぎる場合は、合金元素や不純物元素の量が多すぎるため、ワイヤの反射率が低下しやすい。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤにおいて、ボールネック部の耐熱強度を向上させる点で、高温強度は、単位断面積当たりの値（応力値）で、１２．０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることが好ましく、１５．０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることがより好ましく、１８．０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることがさらに好ましい。この場合には、高温／常温強度比が大きくなる傾向であるので、ボールネック部の耐熱強度を向上させやすい。高温強度は応力値で、例えば、２９．０ｋｇｆ／ｍｍ２以下である。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤにおいて、ボールネック部の耐熱強度を向上させる点で、常温強度は、単位断面積当たりの値（応力値）で、２０．０ｋｇｆ／ｍｍ２以上３０．０ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることが好ましく、２１．０ｋｇｆ／ｍｍ２以上２９．０ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることがより好ましく、２２．０ｋｇｆ／ｍｍ２以上２８．０ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることがさらに好ましい。常温強度が小さすぎなければ、ボールネック部の耐熱強度を向上させやすい。これに対し、常温強度が大きすぎなければ、添加元素の量を少なくしやすいので、ワイヤの反射率の上昇につながる。
また、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、１５０℃における引張試験の破断点伸び率（単に「高温伸び率」ともいう。）が１．５％以上である。本実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、高温伸び率が１．５％以上であることで、高温（１５０℃程度）から低温(－４０℃程度)の温度変化の環境下でもボールネック部に歪が蓄積されにくく、ボールネック部の高い耐熱強度を得ることができる。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの１５０℃における引張試験の破断点伸び率は、１．８％以上であることが好ましく、２．０％以上であることがより好ましい。高温伸び率の上限は通常２０％である。高温伸び率が上記した範囲であることで温度変化によってもボールネック部への歪の蓄積が少なく、ボールネック部の優れた耐熱強度を得ることができる。高温／常温強度比及び高温伸び率が上記の範囲にあるワイヤは、次に説明する通り、ワイヤ自体が急激な温度変化に耐えうる金属組織構造となっていると推測される。
本発明者らは、実施形態の銀合金ボンディングワイヤと、従来の銀合金ワイヤを用いて、それぞれボールボンディングを行い、それらのボールボンディング部近傍の結晶粒の状態を次のようにして、比較した。ボールボンディング部の近傍のボンディングワイヤの、ワイヤ軸に並行な断面をＥＢＳＤ分析して、当該断面の結晶粒マッピング画像を得た。得られた結晶粒マッピング画像で、ボールネック部の上部と下部の結晶粒の大きさの傾向を比較した。
その結果、従来の銀合金ワイヤでは、ボールボンディング部近傍の断面の、ワイヤ中心近傍（ワイヤ中心軸を含むワイヤ径の３分の１の領域）において、ボールネック部の上下で結晶粒の大きさや形の違いが著しいことがわかった。すなわち、従来の銀合金ワイヤでは、ボールネック部の下の領域で結晶サイズが大きくなっており、ボールネック部の上の領域では大きさや形状の異なる結晶粒が混在していた。例えば、ボールネック部の上の領域に、アスペクト比（画像上の結晶粒の最長長さ／最短長さ）が５以上の細長い形状の結晶粒が見られるほか、結晶粒の面積のレンジ（画像上の結晶粒の最大面積－最小面積）が大きい。
これに対し、実施形態の銀合金ボンディングワイヤでは、ボールネック部の上下で結晶粒の大きさや形状の相違が少なく、結晶粒の均一性が高いことがわかった。上記で観察した画像では、ワイヤ中心近傍にアスペクト比は５以上の細い形状の結晶粒が見られず、結晶粒の面積のレンジは従来の銀合金ワイヤに比べて少ない。これは、高温／常温強度比及び高温伸び率を上記した範囲に調節することで、加熱冷却の繰り返しの熱応力によってワイヤの金属組織内に蓄積される歪が、加熱時の回復または再結晶化によって適度に解消され、このために、ボールネック部の結晶サイズの均一性が維持しやすいため、熱応力によるボールネック部のクラックの発生が抑制される、あるいはクラックの伝播速度が鈍化するためと考えられる。
その結果、従来の銀合金ワイヤでは、ボールボンディング部近傍の断面の、ワイヤ中心近傍（ワイヤ中心軸を含むワイヤ径の３分の１の領域）において、ボールネック部の上下で結晶粒の大きさや形の違いが著しいことがわかった。すなわち、従来の銀合金ワイヤでは、ボールネック部の下の領域で結晶サイズが大きくなっており、ボールネック部の上の領域では大きさや形状の異なる結晶粒が混在していた。例えば、ボールネック部の上の領域に、アスペクト比（画像上の結晶粒の最長長さ／最短長さ）が５以上の細長い形状の結晶粒が見られるほか、結晶粒の面積のレンジ（画像上の結晶粒の最大面積－最小面積）が大きい。
これに対し、実施形態の銀合金ボンディングワイヤでは、ボールネック部の上下で結晶粒の大きさや形状の相違が少なく、結晶粒の均一性が高いことがわかった。上記で観察した画像では、ワイヤ中心近傍にアスペクト比は５以上の細い形状の結晶粒が見られず、結晶粒の面積のレンジは従来の銀合金ワイヤに比べて少ない。これは、高温／常温強度比及び高温伸び率を上記した範囲に調節することで、加熱冷却の繰り返しの熱応力によってワイヤの金属組織内に蓄積される歪が、加熱時の回復または再結晶化によって適度に解消され、このために、ボールネック部の結晶サイズの均一性が維持しやすいため、熱応力によるボールネック部のクラックの発生が抑制される、あるいはクラックの伝播速度が鈍化するためと考えられる。
従来のＬＥＤ用の銀合金ボンディングワイヤで検討されたような、銀の合金化（合金元素の選択や添加）や、常温及び高温のそれぞれの場合における引張強度の最適化のみでは、高反射率の維持とボールネック部の耐熱強度の改善は両立されなかった。そこで、発明者は、様々な組成のＡｇ合金ワイヤにおける常温での強度と高温での強度との関係について研究を重ねた。その結果、常温での強度と高温での強度とに、所定の相関があり、かつ高温での伸び率が所定の範囲にある場合に、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度が特異的に向上するという事実を突き止めた。
従来、線径（直径）が１８～２５μｍのＡｇ合金ボンディングワイヤの製造においては、例えば、最終熱処理を施すことで、室温２５℃付近における引張試験の伸び率が４％程度になるように調整されている。これに対し、同様の加工条件のワイヤを１５０℃（高温）に加熱した場合の引張試験における最大荷重や破断荷重は、ワイヤの組成により大きく異なることがわかった。例えば、発明者らの実験によれば、線径２５μｍのＡｇ－２０％Ａｕ合金の場合では、常温での最大荷重が１０．５ｇｆ程度であるものが、高温では８．２ｇｆ程度となる。また、同線径のＡｇ－２％Ｐｄ合金の場合では、常温での最大荷重が１０．０ｇｆ程度であるものが、高温では５．８ｇｆ程度にとどまる。この常温と高温の最大荷重の相違の指標として数値化したものが高温／常温強度比であり、高温と常温の間でのワイヤ強度の変化率を表す。
ＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの最大荷重は、測定長さ１００ｍｍのボンディングワイヤ試験片を速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、ロードセル定格２Ｎで引っ張り続け、破断に至ったときの最大値として算出される。最大荷重は、測定結果のばらつきを考慮し、少なくとも３本の平均値を求めることが望ましい。常温最大荷重は室温で引張試験したときのワイヤの破断までの最大荷重である。室温は、季節や天候によるが、１５～２８℃の範囲であればワイヤの直接の加熱や冷却を行わなくても差し支えない。高温最大荷重は試料を１５０℃の温度（±５℃）の炉中（電気炉の均熱帯（ヒーター）の長さ４９ｍｍ）で１０秒間保持したのちに、そのまま炉内で引張試験したときのワイヤの破断までの最大荷重である。炉中で引張試験を行う際には、炉壁の均熱帯にワイヤが接触しないように、測定対象のワイヤと、電気炉の均熱帯とのクリアランス（間隔）は２ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように、ワイヤをセッティングする。また、１５０℃における引張試験の破断点伸び率は上記引張試験で、試験片が破断に至ったときの伸び率として算出することができる。破断点伸び率についても、測定結果のばらつきを考慮し、少なくとも３本の平均値を求めることが望ましい。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、Ａｇに合金元素を加えたＡｇ合金により構成され得る。高温／常温強度比や高温伸び率の調整には、Ａｇ合金中の合金元素の種類と濃度の調整が有効な方法の一つである。高温／常温強度比を上記範囲に調整し、例えば、バックライトの高光束を実現するために、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、銅（Ｃｕ）を含むＡｇ合金からなることが好ましく、銀合金の全量に対して総計で銅を、０．１質量％以上２．０質量％以下含むことが好ましい。これにより、ボンディングワイヤに、青色光に対する高反射率を付与し、ＬＥＤデバイスの明るさを向上させることができる。Ｃｕの添加量は、より好ましくは０．３質量％以上１．０質量％以下であり、さらに好ましくは０．４質量％以上０．９質量％以下である。特に、ボンディングワイヤが、銅（Ｃｕ）を０．４質量％以上０．９質量％以下含有することで、青色光に対する高い反射率を付与するとともに、高温／常温強度比及び高温伸び率を好適な値に調整することができ、ボールネック部の耐熱強度を著しく向上させることができる。
本実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは上記した組成であれば、ボンディングワイヤの硫化を抑制し、このような温度変化や応力変化への耐性低下や反射率の劣化を抑制することで長期信頼性を向上させることもできる。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率は、純度が９９．９９質量％の金ワイヤの反射率に対する比（後述する反射率比）が、好ましくは２．６以上、より好ましくは２．７以上、さらに好ましくは２．８以上となる値である。高温／常温強度比を実施形態の範囲に調整し、上記反射率を制御することで、高反射率を実現しつつ、少ない量の添加元素により効率的にボールネック部の耐熱強度を向上させることができ、低コストでワイヤを製造することができる。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの、金ワイヤに対する波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの光の反射率比は、次のようにして測定することができる。評価用のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤをボンディング評価用基板にボンディングした後、ボンディング後のワイヤ表面に、白色ＬＥＤランプにて光照射して、反射率を測定する。ワイヤ表面からの反射光を分光放射計やハイパースペクトルカメラなどで計測して波長ごとに反射率を求めることができる。この反射率のうち、光源の青色発光ピーク波長での反射率を、波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率とする。また、測定対象の銀合金ＬＥＤ用ボンディングワイヤと同じ線径で、金純度が９９．９９質量％の金ワイヤを用意する。当該金ワイヤをボンディング評価用基板にボンディングした後、上記同様に青色光の反射率を測定し、光源の青色発光ピーク波長における反射率を測定する。これらの結果から、反射率比を下記式（２）によって算出する。
反射率比＝（ＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの青色光の反射率）／（純度９９．９９質量％の金ワイヤの青色光の反射率）・・・（２）
なお、上記反射率の測定における光源の青色発光ピークの波長の誤差は、±５ｎｍが許容され得る。また、光源の青色発光ピーク波長は、白色板の反射率を測定したときの、青色領域で反射率の最も高い波長として求めることができる。反射率比についても、測定結果のばらつきを考慮し、少なくとも３本の平均値を求めることが望ましい。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤにおいて、Ａｇ合金に含有される銀の濃度は、高反射率を得る点で、９８質量％以上であり、９８．５質量％以上であることが好ましく、９９質量％以上であることがより好ましく、９９．１質量％以上であることがさらに好ましい。また、高いボールネック部の耐熱強度を得る点で、銀の濃度は、９９．９質量％以下であることが好ましく、９９．７質量％以下であることがより好ましく、９９．６質量％以下であることがさらに好ましい。銀の量が上記した上限以下であれば、硫化を抑制し、長期信頼性を向上させることもできる。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、銀と、上記した合金元素（銅）以外に微量添加元素及び不可避不純物を含有してもよい。微量添加元素としては、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｐ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｆｅであり、その量は、銀合金の全量に対して、１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。不可避不純物は例えば、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｉなどであり、その量は、上記微量添加元素との合計で、銀合金の全量に対して、通常１００質量ｐｐｍ以下、好ましくは５０質量ｐｐｍ以下である。実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤは、優れたボールネック部の耐熱強度と高反射率を両立するために、銀、合金元素（銅）及び不可避不純物以外の他の元素を含有しないことが好ましい。ＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤに含有される微量添加元素は、例えば、評価対象のボンディングワイヤを強酸で溶解した液を高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置を用いして分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。
実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの線径は、１５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、１８μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。ボンディングワイヤの線径は細いほうが、ＬＥＤデバイスの明るさを向上させることができる。実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤによれば、このような細線であっても、ボールネック部の優れた耐熱強度を有するので、細線化に適している。このため、小型化・薄型化され、かつ高光束を求められるＬＥＤデバイスに好適に使用することができる。例えば、従来の銀合金ボンディングワイヤを用いる場合は、ボンディングのループ高さ（ｈ）を少なくともワイヤ径の４倍～５倍以上に設計する必要があったところ、本実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイを用いることでループ高さ（ｈ）をワイヤ径の３倍未満に設計することが可能である。また、このような超低ループ形状でも、熱や衝撃に強いため、製造されるＬＥＤデバイスの良品率を高めることができ、大量生産が行いやすく、コスト的に有利である。また、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤによれば、カーナビゲーション機器やドライブレコーダーなど、車載の厳しい環境での使用においても長期信頼性を実現することができる。なお、ループ高さ（ｈ）は図４に示すように、ボール接合のボール上部４０からループの最も高い部分４１までの高さをいう。
［ＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの製造方法］
次に、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの製造方法について説明する。実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの製造方法は、Ａｇ合金材料を作製する工程と、Ａｇ合金材料からＡｇ合金線材を得る工程と、Ａｇ合金線材を伸線する伸線工程と、Ａｇ合金線材に熱処理を施す熱処理工程を有する。
次に、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの製造方法について説明する。実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの製造方法は、Ａｇ合金材料を作製する工程と、Ａｇ合金材料からＡｇ合金線材を得る工程と、Ａｇ合金線材を伸線する伸線工程と、Ａｇ合金線材に熱処理を施す熱処理工程を有する。
（Ａｇ合金材料を作製する工程）
所定の純度のＡｇ、またはＡｇ合金を、目的とする組成となるような量の合金元素と共に溶解させることで、Ａｇ合金材料が得られる。溶解には、アーク加熱炉、高周波加熱炉、抵抗加熱炉、連続鋳造炉等の加熱炉を用いることができる。大気中からの酸素の混入を防止する目的で、加熱炉の銀溶湯の上部は真空又はアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。
所定の純度のＡｇ、またはＡｇ合金を、目的とする組成となるような量の合金元素と共に溶解させることで、Ａｇ合金材料が得られる。溶解には、アーク加熱炉、高周波加熱炉、抵抗加熱炉、連続鋳造炉等の加熱炉を用いることができる。大気中からの酸素の混入を防止する目的で、加熱炉の銀溶湯の上部は真空又はアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。
（Ａｇ合金線材を得る工程）
上記で溶解させたＡｇ合金材料は、加熱炉から所定の線径となるように鋳造凝固させてＡｇ合金線材を得るか、溶融したＡｇ合金材料を鋳型に鋳造してインゴットを作り、これを所定の線径まで伸線してＡｇ合金線材が得られる。
上記で溶解させたＡｇ合金材料は、加熱炉から所定の線径となるように鋳造凝固させてＡｇ合金線材を得るか、溶融したＡｇ合金材料を鋳型に鋳造してインゴットを作り、これを所定の線径まで伸線してＡｇ合金線材が得られる。
得られたＡｇ合金線材を最終線径まで伸線し、必要に応じて熱処理することによって、Ａｇ合金ボンディングワイヤが製造される。伸線加工と熱処理は、伸線過程において段階的に行われることが好ましい。
（伸線工程）
伸線加工の加工率は、製造されるＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの最終線径や用途等に応じて決定される。伸線加工の加工率は、Ａｇ合金線材を最終線径に加工するまでの総加工率として９０％以上９９．９９％以下であることが好ましい。この加工率は、ワイヤ断面積の減少率として算出することができる。伸線加工は、複数のダイヤモンドダイスを用いて、段階的に線径を縮小することが好ましい。この場合、ダイヤモンドダイス１つあたりの減面率（加工率）は７％以上３０％以下が好ましい。また、ワイヤ表面の平滑性は反射率に影響を及ぼすため、所定の線径からは、単結晶ダイヤモンドダイスを使用することが好ましい。
伸線加工の加工率は、製造されるＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの最終線径や用途等に応じて決定される。伸線加工の加工率は、Ａｇ合金線材を最終線径に加工するまでの総加工率として９０％以上９９．９９％以下であることが好ましい。この加工率は、ワイヤ断面積の減少率として算出することができる。伸線加工は、複数のダイヤモンドダイスを用いて、段階的に線径を縮小することが好ましい。この場合、ダイヤモンドダイス１つあたりの減面率（加工率）は７％以上３０％以下が好ましい。また、ワイヤ表面の平滑性は反射率に影響を及ぼすため、所定の線径からは、単結晶ダイヤモンドダイスを使用することが好ましい。
（熱処理工程）
Ａｇ合金線材を最終線径まで伸線した後に、熱処理を実施することが好ましい。例えば、熱処理は、ボンディングワイヤに必要とされる特性を考慮しつつ、温度及び時間を決定することが好ましい。その他、ワイヤ製造（伸線工程）の任意の段階で、目的に応じて熱処理を施してもよい。
Ａｇ合金線材を最終線径まで伸線した後に、熱処理を実施することが好ましい。例えば、熱処理は、ボンディングワイヤに必要とされる特性を考慮しつつ、温度及び時間を決定することが好ましい。その他、ワイヤ製造（伸線工程）の任意の段階で、目的に応じて熱処理を施してもよい。
熱処理は、所定の温度に加熱された加熱雰囲気内にワイヤを通過させて熱処理を行う走間熱処理が、熱処理条件を調節しやすいために好ましい。走間熱処理の場合、熱処理時間はワイヤの通過速度と加熱容器内のワイヤの通過距離によって算出することができる。加熱容器としては電気炉等が使用される。管状の電気炉内で窒素（Ｎ２）ガス、又は窒素（Ｎ２）ガスに微量の水素（Ｈ２）ガスを混合させたガス雰囲気下にて熱処理を施すことが好ましい。
本実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤの製造方法として、例えば、伸線工程中に減面率が７％以上３０％以下である伸線加工を行い、伸線工程終了後に熱処理を行う。熱処理は、一般的な銀合金ワイヤの熱処理温度よりもやや低温とする。具体的には、熱処理は、電気炉長（均熱部）５３０ｍｍであれば、電気炉内の温度は２００℃以上５００℃以下とし、ワイヤの送り速度は３０ｍ／ｍｉｎ以上８０ｍ／ｍｉｎ以下とする方法がある。これにより、高温／常温強度比及び高温伸び率が上記範囲であるＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤを得ることができる。
［ＬＥＤデバイス］
次に、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤを用いたＬＥＤデバイスについて説明する。図５は、実施形態のＬＥＤデバイス５０を概略的に表す断面図である。
次に、実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤを用いたＬＥＤデバイスについて説明する。図５は、実施形態のＬＥＤデバイス５０を概略的に表す断面図である。
図５に示すＬＥＤデバイス５０は、パッケージ基板５９と、パッケージ基板５９上に設けられたＬＥＤ素子５１と、ＬＥＤ素子５１を囲むバンク５６と、ボンディングワイヤ５３と、ＬＥＤ素子５１上に設けられた、一対のパッド電極５２１、５２２とを有する。ＬＥＤデバイス５０は、さらに、リード電極５８１、５８２を有しており、バンク５６及びリード電極５８１、５８２が、バンク５６を側面とし、リード電極５８１、５８２を底面とする凹部を形成し、凹部の底面にＬＥＤ素子５１が、接着層５７を介して載置されている。リード電極５８１、５８２はアルミニウム等により形成されており、パッケージ基板５９上に銀ペーストなどで接着されている。パッド電極５２１、５２２は金（Ａｕ）等により形成されており、一対のパッド電極５２１、５２２とリード電極５８１、５８２とが、ボンディングワイヤ５３を介して対応する電極同士で電気的に接続されている。ＬＥＤ素子５１は封止材５４により被覆されている。
ボンディングワイヤ５３は上述した実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤからなり、好ましい態様も上述した通りである。上述した実施形態のＬＥＤ用銀合金ボンディングワイヤを用いるため、ループ高さ（ｈ）をワイヤ径の３倍未満に設計することが可能となり、ＬＥＤデバイス５０は、より小型・薄型に作製することができる。ＬＥＤ素子５１は、例えば、発光半導体層として、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を含む青色ＬＥＤ素子である。ＬＥＤ素子５１は、例えば、可視光の短波長領域である３８０ｎｍ～４８５ｎｍの波長範囲の光を発するものであり、好ましくは４２０ｎｍ～４８５ｎｍの波長範囲、より好ましくは４４０ｎｍ～４８０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長（極大発光波長）を有するものを使用することができる。
封止材５４は例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂などである。封止材５４には、ＬＥＤ素子５１からの光を波長変換する蛍光体（図示せず）が含有される。蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）；セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）；ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体（ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２）；ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）；βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体；ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）；硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、白色系の発光を得ることができる。
次に実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。
ボンディングワイヤの原材料として、主成分であるＡｇには純度が９９．９９質量％以上の高純度の素材を用い、添加元素であるＰｄ、Ｃｕ、Ａｕの原材料には純度９９．９９質量％以上、その他元素は９９．９９９％以上の素材を用いた。
所定の合金元素を含有するＡｇ合金材料を上述のように作製し、連続鋳造により数ｍｍの線径のＡｇ合金線素材を得た。続いてＡｇ合金線素材に、冷間でのダイス引き抜きによる伸線加工と熱処理を施した。伸線加工においては、ダイヤモンドダイス１つあたりの減面率（加工率）は７％以上３０％以下とした。また実施例では最終線径に加工するまでの総加工率を９０％以上９９．９９％以下とし、所定の線径（例えば、４００μｍ）より単結晶ダイヤモンドダイスを使用した。比較例では最終線径に加工するまでの総加工率を９０％以下または９９．９９９％以上とし、所定の線径（例えば、５０μｍ）以降は単結晶ダイヤモンドを使用した。伸線加工終了後の最終線径を１５～２５μｍとした。
熱処理について、実施例は最終熱処理温度を２００℃以上５００℃以下、比較例は３５０℃以上６００℃以下とした。また、熱処理雰囲気は、窒素に微量の水素を混合させたガス（Ｎ２＋Ｈ２）又は窒素ガス（Ｎ２）を使用した。
［ボンディングワイヤの含有成分分析］
ボンディングワイヤ中の含有成分（不可避不純物以外）の濃度は、評価対象のボンディングワイヤを強酸で溶解した液をＩＣＰ発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置を利用して分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。
ボンディングワイヤ中の含有成分（不可避不純物以外）の濃度は、評価対象のボンディングワイヤを強酸で溶解した液をＩＣＰ発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置を利用して分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。
［常温および高温における最大荷重］
最大荷重について説明する。ワイヤの機械的特性を測る試験の一つである引張試験を行う際に、ワイヤを引っ張る力を増大させていくとワイヤが変形する。引張試験においてワイヤを引っ張る力は一般に、「Ｓｔｒｅｓｓ」、「σ」、「荷重」、「耐力」、「応力」等と称される。また、上記ワイヤの変形量は、一般に、「Ｓｔｒａｉｎ」、「ε」、「ひずみ」、「伸び率」等と称される。本明細書では、引張試験においてワイヤを引っ張る力を「応力」といい、符号σで表し、また、ワイヤの変形を「伸び率」といい、符号εで表す。この引張試験における応力と伸び率の関係を、縦軸を応力σ（ＭＰａ）とし、横軸を伸び率ε（％）として示したグラフがＳＳ曲線（Ｓｔｒｅｓｓ－Ｓｔｒａｉｎ曲線）である。図６のグラフは、ＳＳ曲線のグラフの一例を表す。本実施形態におけるワイヤの最大荷重は、このＳＳ曲線のグラフにおける点Ｓ１における引張力であり、破断伸び率は点Ｓ２における引張試験片の標点間の伸び量の、元の標点間距離に対する比率である。
最大荷重について説明する。ワイヤの機械的特性を測る試験の一つである引張試験を行う際に、ワイヤを引っ張る力を増大させていくとワイヤが変形する。引張試験においてワイヤを引っ張る力は一般に、「Ｓｔｒｅｓｓ」、「σ」、「荷重」、「耐力」、「応力」等と称される。また、上記ワイヤの変形量は、一般に、「Ｓｔｒａｉｎ」、「ε」、「ひずみ」、「伸び率」等と称される。本明細書では、引張試験においてワイヤを引っ張る力を「応力」といい、符号σで表し、また、ワイヤの変形を「伸び率」といい、符号εで表す。この引張試験における応力と伸び率の関係を、縦軸を応力σ（ＭＰａ）とし、横軸を伸び率ε（％）として示したグラフがＳＳ曲線（Ｓｔｒｅｓｓ－Ｓｔｒａｉｎ曲線）である。図６のグラフは、ＳＳ曲線のグラフの一例を表す。本実施形態におけるワイヤの最大荷重は、このＳＳ曲線のグラフにおける点Ｓ１における引張力であり、破断伸び率は点Ｓ２における引張試験片の標点間の伸び量の、元の標点間距離に対する比率である。
引張試験における最大荷重は引張実験装置により測定することができる。引張実験装置（例えば、株式会社 ＴＳＥ製オートコム、モデル：ＡＣ－２０ＣＴ－Ｍ）にて、測定長さ１００ｍｍのボンディングワイヤを速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、ロードセル定格２Ｎ、フルスケール１０％で引っ張り続け、破断に至ったときの最大値として算出される。ここでの荷重ないし応力は、上記速度で引っ張られるワイヤにかかる力であり、通常、ロードセルにより、引っ張り力を電気信号に変換して自動で算出される。最大荷重は、測定結果のばらつきを考慮し、３本の平均値を求めた。
次に、この引張試験における温度環境について説明する。本発明のボンディングワイヤの常温最大荷重（常温強度）は１５～２８℃の室温中で、上述したように、長さ１００ｍｍの試料を引張試験したときのワイヤの破断までの最大荷重である。また、ボンディングワイヤの高温最大荷重（高温強度）は長さ１００ｍｍの試料を炉中で１５０℃まで加熱し、そのまま１５０℃の炉中で１０秒間保持したのちに炉内で引張試験したときのワイヤの熱がかかった部分の破断までの最大荷重である。上記により得られた常温強度及び高温強度を用い、実施例および比較例のボンディングワイヤの高温／常温強度比を算出した。高温／常温強度比は、３本の平均値を求めた後に小数点第３位以下を切り捨てて求めた。
［高温伸び率］
上記の高温最大荷重測定の引張試験において、ワイヤが破断に至ったときの伸び率を測定し、高温伸び率とした。高温伸び率は、測定結果のばらつきを考慮し、３本の平均値を求めた後に小数点第２位以下を切り捨てて求めた。
上記の高温最大荷重測定の引張試験において、ワイヤが破断に至ったときの伸び率を測定し、高温伸び率とした。高温伸び率は、測定結果のばらつきを考慮し、３本の平均値を求めた後に小数点第２位以下を切り捨てて求めた。
［反射率比］
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤをボンディング評価用基板に１本ずつ、計２０本ボンディングした後、ボンディング後の各ワイヤ表面を汎用白色ＬＥＤランプにて照射して、エバ・ジャパン株式会社製ハイパースペクトルカメラＮＨ－６ＴＮＤで計測し、汎用白色ＬＥＤランプの青色発光ピーク波長であった４６０ｎｍの波長における反射率を確認した。ここで、図７に反射率の測定個所を説明するための図を示す。図７は、パット電極７１上にボールボンディングされたボンディングワイヤ７２を模式的に表している。ボンディングワイヤにおける反射率の測定個所は、ボンディングワイヤ７２が基板に対して並行にループ形成された部分の略中央付近（図７の点Ｐ近傍）である。この点Ｐ近傍をエバ・ジャパン株式会社製ハイパースペクトルカメラＮＨ－６ＴＮＤを取り付けた光学顕微鏡にて１５０倍の対物レンズを用いて撮影した。ハイパースペクトルカメラ専用のアプリケーションにて撮影後の画像の略中心部の１００ピクセル×１００ピクセルの範囲を測定領域とした。図８に、ボンディングワイヤ７２における反射率の測定領域Ｒを模式的に示す。なお、図７及び図８において、ボンディングワイヤ７２上の弧及び二本線は、それぞれの図において、弧及び二本線の付された部分同士の長さが等しいことを示す。汎用白色ＬＥＤランプの青色発光ピーク波長は、白板（標準試料）の反射率測定において最も反射率の高い青色発光波長とした。同様に、各例と同じ線径の金純度が９９．９９質量％の金ワイヤの反射率を測定し、上記式（２）によって反射率比とした。反射率比は、測定結果のばらつきを考慮し、３本の平均値を求めた後に、少数点第３位以下を切り捨てて算出した。反射率比は、２．８以上を◎（優良）、２．７以上２．８未満を○（良）、２．６以上２．７未満を△（可）、２．６未満を×（不可）と評価した。
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤをボンディング評価用基板に１本ずつ、計２０本ボンディングした後、ボンディング後の各ワイヤ表面を汎用白色ＬＥＤランプにて照射して、エバ・ジャパン株式会社製ハイパースペクトルカメラＮＨ－６ＴＮＤで計測し、汎用白色ＬＥＤランプの青色発光ピーク波長であった４６０ｎｍの波長における反射率を確認した。ここで、図７に反射率の測定個所を説明するための図を示す。図７は、パット電極７１上にボールボンディングされたボンディングワイヤ７２を模式的に表している。ボンディングワイヤにおける反射率の測定個所は、ボンディングワイヤ７２が基板に対して並行にループ形成された部分の略中央付近（図７の点Ｐ近傍）である。この点Ｐ近傍をエバ・ジャパン株式会社製ハイパースペクトルカメラＮＨ－６ＴＮＤを取り付けた光学顕微鏡にて１５０倍の対物レンズを用いて撮影した。ハイパースペクトルカメラ専用のアプリケーションにて撮影後の画像の略中心部の１００ピクセル×１００ピクセルの範囲を測定領域とした。図８に、ボンディングワイヤ７２における反射率の測定領域Ｒを模式的に示す。なお、図７及び図８において、ボンディングワイヤ７２上の弧及び二本線は、それぞれの図において、弧及び二本線の付された部分同士の長さが等しいことを示す。汎用白色ＬＥＤランプの青色発光ピーク波長は、白板（標準試料）の反射率測定において最も反射率の高い青色発光波長とした。同様に、各例と同じ線径の金純度が９９．９９質量％の金ワイヤの反射率を測定し、上記式（２）によって反射率比とした。反射率比は、測定結果のばらつきを考慮し、３本の平均値を求めた後に、少数点第３位以下を切り捨てて算出した。反射率比は、２．８以上を◎（優良）、２．７以上２．８未満を○（良）、２．６以上２．７未満を△（可）、２．６未満を×（不可）と評価した。
［ボールネック部の熱衝撃試験］
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤを、ボンディング評価基板にワイヤ径の３倍のループ高さでそれぞれ４０本ボンディングした。ボンディングを行った後のボンディング評価基板を市販の気相式冷熱衝撃装置を用いて、－４０℃で１５分間保持する期間と１５０℃で１５分間保持する期間とで１サイクルとした冷熱衝撃試験を５００サイクル行った。５００サイクルの熱衝撃試験後に、ボールボンディングからループ長の５～８％を目安とした位置にフックを設置して、破断に至るまでフックを引っ張ることでプル試験を行った。ここで用いたフックの内径はワイヤ径の４～６倍であり、プル速度は、２５０μｍ／ｓの一定速度である。プル試験では、フックの設置箇所で破断に至るワイヤもあったが、本試験では屈曲操作を多く経るため強度が弱くなるボールネック部での破断発生率を計数した。実施例及び比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、ボールネック部での破断発生率が７０％以下であれば、熱衝撃試験への耐性が良好であるとして◎、７０％を超え８５％未満であれば十分な耐性を有するため〇、８５％以上であれば、実用上不具合の恐れがあるため×と評価した。
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤを、ボンディング評価基板にワイヤ径の３倍のループ高さでそれぞれ４０本ボンディングした。ボンディングを行った後のボンディング評価基板を市販の気相式冷熱衝撃装置を用いて、－４０℃で１５分間保持する期間と１５０℃で１５分間保持する期間とで１サイクルとした冷熱衝撃試験を５００サイクル行った。５００サイクルの熱衝撃試験後に、ボールボンディングからループ長の５～８％を目安とした位置にフックを設置して、破断に至るまでフックを引っ張ることでプル試験を行った。ここで用いたフックの内径はワイヤ径の４～６倍であり、プル速度は、２５０μｍ／ｓの一定速度である。プル試験では、フックの設置箇所で破断に至るワイヤもあったが、本試験では屈曲操作を多く経るため強度が弱くなるボールネック部での破断発生率を計数した。実施例及び比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、ボールネック部での破断発生率が７０％以下であれば、熱衝撃試験への耐性が良好であるとして◎、７０％を超え８５％未満であれば十分な耐性を有するため〇、８５％以上であれば、実用上不具合の恐れがあるため×と評価した。
［ボールネック部の耐熱強度試験］
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤを、ボンディング評価基板にワイヤ径の３倍のループ高さで７５本ボンディングした。ボンディングを行った後のボンディング評価基板に振動試験装置を用いて、周波数３０Ｈｚ、振動時間１分、振幅ワイヤ径の２倍の振動を与えた後、１５０℃で１５分間加熱した。この加振及び加熱を１サイクルとして、１０サイクル後と２０サイクル後にボールネック部のプル強度を７５本測定し、プル強度１ｇ以下になったときを「破断」と判定して破断発生率を計数した。実施例及び比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、１０サイクル後の破断発生率が２０％以上であれば、実用上不具合のおそれがあるため×と評価し、これ以上の試験は行わないこととした。１０サイクル後の破断発生率が２０％未満の場合は、さらにサイクル数を増やし、２０サイクルまで試験を行った。２０サイクル後の破断発生率が５％以下であれば、ボールネック部の耐熱強度が良好であるとして◎、２０サイクル後の破断発生率が２０％以下であれば、十分なボールネック部の耐熱強度を有するため〇と評価した。
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤを、ボンディング評価基板にワイヤ径の３倍のループ高さで７５本ボンディングした。ボンディングを行った後のボンディング評価基板に振動試験装置を用いて、周波数３０Ｈｚ、振動時間１分、振幅ワイヤ径の２倍の振動を与えた後、１５０℃で１５分間加熱した。この加振及び加熱を１サイクルとして、１０サイクル後と２０サイクル後にボールネック部のプル強度を７５本測定し、プル強度１ｇ以下になったときを「破断」と判定して破断発生率を計数した。実施例及び比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、１０サイクル後の破断発生率が２０％以上であれば、実用上不具合のおそれがあるため×と評価し、これ以上の試験は行わないこととした。１０サイクル後の破断発生率が２０％未満の場合は、さらにサイクル数を増やし、２０サイクルまで試験を行った。２０サイクル後の破断発生率が５％以下であれば、ボールネック部の耐熱強度が良好であるとして◎、２０サイクル後の破断発生率が２０％以下であれば、十分なボールネック部の耐熱強度を有するため〇と評価した。
［総合評価］
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、総合評価において、反射率が◎又は〇、かつ、ボールネック部の耐熱強度試験の結果が◎又は〇のものについて非常に良いため「Ａ」とし、反射率が△、かつ、ボールネック部の耐熱強度試験の結果が◎又は〇のものについて十分な性能のため「Ｂ」、それ以外は不合格「Ｃ」とした。
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、総合評価において、反射率が◎又は〇、かつ、ボールネック部の耐熱強度試験の結果が◎又は〇のものについて非常に良いため「Ａ」とし、反射率が△、かつ、ボールネック部の耐熱強度試験の結果が◎又は〇のものについて十分な性能のため「Ｂ」、それ以外は不合格「Ｃ」とした。
以上の結果を表１に示す。なお、表において熱処理ガスは、（Ｎ２＋Ｈ２）のガスを「Ｎ２Ｈ２」、窒素ガスを「Ｎ２」と表記した。また、比較例１は、純度が９９．９９質量％以上の銀ワイヤであり、添加元素及び微量添加元素の空欄は当該元素が含まれないことを示す。
表１に示されるように、９８質量％以上の銀を含有し、高温／常温強度比が０．６以上０．９９以下、高温伸び率が１．５％以上の銀合金ＬＥＤ用ボンディングワイヤによれば、青色光の高反射率を実現しつつ、高いボールネック部の耐熱強度を得ることができる。従来の銀合金ボンディングワイヤでは、ＬＥＤに十分な反射率を維持しようとする場合、ボールネック部の破壊を防ぐために、ＬＥＤのループ高さ（ｈ）を少なくともワイヤ径の４倍～５倍以上に設計する必要があった。これに対し、各実施例の銀合金ＬＥＤ用ボンディングワイヤによれば、青色光の反射率が高いため、ＬＥＤの光に対する高反射率を実現しつつ、高いボールネック部の耐熱強度を得ることができる。そのため、ループ高さ（ｈ）をワイヤ径の３倍未満に設計することができ、ＬＥＤデバイスの小型化・薄型化をさらに促進することができる。また、実施例の銀合金ＬＥＤ用ボンディングワイヤによれば、ボールネック部の耐熱強度に優れるため、より細線化が可能となり、ＬＥＤの明るさ向上にも適している。
本発明はＬＥＤのボンディング、特に、小型化・薄型化が顕著なＬＥＤデバイスのボンディングに使用することができる。
Claims (8)
- ９８質量％以上の銀を含有する銀合金からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）用のボンディングワイヤであって、
下記式（１）で示される高温／常温強度比が０．６以上０．９９以下であり、１５０℃における引張試験の破断点伸び率が１．５％以上であることを特徴とするＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
高温／常温強度比＝（１５０℃における引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重） ・・・（１） - 前記銀合金が銅を含む、請求項１に記載のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
- 下記式（２）で示される波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率比が２．６以上である請求項１又は２に記載のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
反射率比＝（前記ＬＥＤ用ボンディングワイヤの青色光の反射率）／（純度９９．９９質量％の金ワイヤの青色光の反射率）・・・（２） - 銅を前記銀合金の全量に対して総計で０．１質量％以上２．０質量％以下含む、請求項１又は２に記載のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
- 銅を、前記発光ダイオード用ボンディングワイヤの全量に対して０．３質量％以上１．０質量％以下含む請求項１又は２に記載のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
- 上記式（１）で示される高温／常温強度比が０．７以上０．９７以下である請求項４に記載のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
- 上記式（２）で示される波長４４０ｎｍ～４９０ｎｍの青色光の反射率比が、２．７以上である請求項４に記載のＬＥＤ用ボンディングワイヤ。
- 銀合金からなるＬＥＤ用ボンディングワイヤを製造する方法であって、
銀合金材料から、９８質量％以上の銀を含有する銀合金線材を得る工程と、
銀合金線材を段階的に伸線加工する伸線工程であり、減面率が７％以上３０％以下である伸線加工を少なくとも１回含む伸線工程と、
銀合金線材に熱処理を施す熱処理工程を経て、
前記ＬＥＤ用ボンディングワイヤにおける、下記式（１）で示される高温／常温強度比を０．６以上０．９９以下に、１５０℃における引張試験の破断点伸び率を１．５％以上に調整する、製造方法。
高温／常温強度比＝（１５０℃における引張試験の最大荷重）／（常温での引張試験の最大荷重） ・・・（１）
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/023569 WO2024014268A1 (ja) | 2022-07-14 | 2023-06-26 | 発光ダイオード（ｌｅｄ）用ボンディングワイヤ及びｌｅｄ用ボンディングワイヤの製造方法 |
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|---|---|
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-
2023
- 2023-06-26 WO PCT/JP2023/023569 patent/WO2024014268A1/ja unknown
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