JP3522048B2 - ボンディングワイヤ - Google Patents

ボンディングワイヤ

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のチッ
プ電極と外部リードとを接続するために使用されるボン
ディングワイヤに関し、特に、多ピン半導体デバイス用
として好適な高強度ボンディングワイヤに関する。 【０００２】 【従来の技術】ＩＣＩＬＳＩなどの半導体素子の電極
と、外部リードを接続するために、一般に０．０１〜
０．ｌｍｍの直径を有するボンディングワイヤが用いら
れている。ボンディングワイヤには良好な導電性、チッ
プや外部リードとの良好な接合性、使用雰囲気中での耐
環境性が要求されるため、ボンディングワイヤにはＡ
ｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の純金属もしくはその合金が用いられ
てきた。しかし、近年では低コスト化という観点から樹
脂を用いた半導体パッケージが多用され、耐環境性に優
れるＡｕ系ワイヤが最も多く用いられている。 【０００３】従来より用いられているＡｕ系ボンディン
グワイヤには、例えばＣａ、Ｂｅ等の元素を０．０００
１〜０．０ｌｗｔ％添加した、純度９９．９９ｗｔ％以
上の金合金線を用いることが多い。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが近年、半導体
デバイスの多ピン化に伴い、ボンディングワイヤ間隔の
狭ピッチ化及びボンディング距離の長距離化が進行して
きており、そのまま従来のボンディングワイヤを用いる
と強度が弱いため、ワイヤのループが垂れたり、樹脂封
入するときに樹脂の流動抵抗によりボンディングワイヤ
が変形し、ボンディングワイヤ同士が接触したりする等
の不具合が生じ、半導体デバイスの収率が低化するとい
う問題を生じた。 【０００５】一般に、ワイヤの強度を向上させる為には
添加元素を増加すれば良いが、例えば特公昭６２−２３
４５４号、特公昭６２−２３４５５号公報等に示されて
いる様に、Ｐｔ、Ｐｄといった貴金属元素等を多量に添
加して高強度化した場合には、ワイヤの導電性が大きく
低化するなどの問題を生じ、多ピンパッケージ用のワイ
ヤとしては必ずしも好適ではなかった。 【０００６】本発明の目的は、かかる点に鑑み、多ピン
半導体デバイス用として好適な高強度ボンディングワイ
ヤを提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のボンディングワイヤは、純度９９．９９ｗｔ
％以上の高純度金に、ＣｏまたはＮｉの１種以上を総量
で０．０５〜２ｗｔ％、Ｇｅを０．０５〜１．２ｗｔ％
含有させたことを特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明のボンディングワイヤにお
いて、Ａｕに、ＣｏまたはＮｉの１種以上と、Ｇｅとを
複合添加させた理由は、ＣｏもしくはＮｉとＧｅの化合
物がＡｕ中に微細析出することにより、導電性をあまり
低化させずに強度を向上させることが可能となるからで
ある。この微細析出物は、ＣｏもしくはＮｉをそれぞれ
単独でＧｅと複合添加した場合にも、ＣｏとＮｉを同時
にＧｅと複合添加した場合にも同様の効果が得られる。 【０００９】ＣｏまたはＮｉの１種以上の総量、また
は、Ｇｅの添加量が０．０５ｗｔ％未満では析出物の量
が少なすぎて強度向上の効果が不十分である。逆に、Ｃ
ｏまたはＮｉの１種以上の総量が２ｗｔ％を超えると導
電性の低下を生じ、またＧｅの添加量が１．２ｗｔ％を
超えるとＧｅとＡｕの共晶が発生してワイヤの加工性が
著しく低下する。従って、ＣｏまたはＮｉの１種以上の
総量は０．０５〜２ｗｔ％、Ｇｅの添加量は０．０５〜
１．２ｗｔ％であることが必要である。なお、本発明の
効果を十分に発揮させるためには、ＣｏとＧｅの比を
１：１付近に、ＮｉとＧｅの比を２：１付近に選択して
添加するのが好ましい。 【００１０】本発明の本質はＣｏまたは／及びＮｉと、
Ｇｅの添加による強化にあるが、導電性などの諸特性を
劣化させない範囲内において、０．０１％以下のＢｅ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎや、２％以下
のＣｕ、ＡｇまたはＰｔ族元素などを添加することは何
ら差し支えない。 【００１１】本発明のワイヤの特性を十分に引き出すに
は、伸線加工前に溶体化処理を施した上、Ｃｏもしくは
ＮｉとＧｅの化合物相を効果的に析出させるため焼鈍を
施すのが望ましく、焼鈍の条件としては焼鈍温度２００
〜４００℃、焼鈍時間０．５〜５時間程度が好ましい。
なお、本焼鈍は必ずしもワイヤボンディング前に実施し
ておく必要はなく、チップへ損傷が加わらない範囲であ
ればワイヤボンディング後にチップと一緒に実施するこ
とも可能であり、この場合、ワイヤボンディング時には
未だワイヤが高強度化されていないため、チップ損傷が
少ないワイヤボンディングが可能であったり、従来の軟
質ワイヤに近い条件でワイヤボンディングすることが可
能であるというワイヤ使用上の利点も生じる。 【００１２】この様にワイヤボンディング後に焼鈍を施
してワイヤの強化を行った場合にも、高いワイヤ変形防
止性能は十分に発揮され、本発明ワイヤの特性を損ねる
ことはない。 【００１３】 【実施例】純度９９．９９９ｗｔ％の高純度金およびＣ
ｏ、ＮｉもしくはＧｅを１〜２０％含む母合金を用い
て、表１に示す組成の金合金を溶解鋳造した。得られた
鋳塊に７５０℃３０分の溶体化処理を施した後に、圧延
および線引き加工を施すことにより直径２０μｍφのボ
ンディングワイヤを得た。これらのワイヤに熱処理を施
すことにより特性を調整し、ボンディングサンプルを得
た。 【００１４】 【表１】【００１５】これらのボンディングサンプルのワイヤ強
度は引張り試験により求めた。導電性については、直流
４端子法によって比抵抗を測定することによって評価し
た。ボンディングワイヤと半導体素子の電極および外部
リードとのボンディング接合性は、ステージ温度を３０
０℃に設定したウェッジボンディング機を用いて、超音
波熱圧着方式によりボンディングしたワイヤにフックを
引っかけて、引張り試験を実施した際に、被断がワイヤ
の部分で生じた場合を「良」、接合部で生じた場合を
「不良」として評価した。ボンディング接合性の経時変
化については、上記と同様の方法でワイヤボンディング
した試料を、２００℃で１００時間保持した後に同様の
プル試験を実施して評価した。 【００１６】樹脂封入時のワイヤの変形については、上
記と同様の方法で５ｍｍの間隔でワイヤボンディングし
た試料についてモールディング機によりエポキシ樹脂を
金型温度１８０℃、射出圧１００ｋｇ／ｃｍ2の条件で
モールドした時のワイヤ流れ量を、Ｘ線透過装置により
撮影したＸ線写真から求め評価した。なお、ワイヤ流れ
量とは、エポキシ樹脂でモールドした際のワイヤの変形
量のことである。 【００１７】表２に上記評価の結果を示した。 【００１８】 【表２】【００１９】表２から明らかなように、本発明のボンブ
ィングワイヤは、従来のボンディングワイヤに比べ、強
度が高くワイヤ流れ量も小さい。また、比較例に示すよ
うに貴金属を多量に添加して高強度化したワイヤに比べ
て比抵抗が小さいことが分かる。なお、Ｃｏ、Ｎｉおよ
びＧｅの添加量が０．０５ｗｔ％未満の場合は十分なワ
イヤ強度が得られず、ＣｏもしくはＮｉの添加量が２ｗ
ｔ％を超える場合は比抵抗が大きくなることが分かる。
Ｇｅの添加量が１．２ｗｔ％を超える試料については断
線が多発し、所定の線径まで伸線することができなかっ
た。 【００２０】 【発明の効果】本発明により、半導体デバイス組立時に
おけるワイヤ同士の接触不良が生じにくく、かつ導電性
も良好である、多ピン半導体デバイス用として好適なボ
ンディングワイヤが得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 301 C22C 5/02

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 純度９９．９９ｗｔ％以上の高純度金
    に、ＣｏまたはＮｉの１種以上を総量で０．０５〜２ｗ
    ｔ％、Ｇｅを０．０５〜１．２ｗｔ％含有させたことを
    特徴とするボンディングワイヤ。
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