JPH10233408A - 金属接合構造及び半導体装置 - Google Patents

金属接合構造及び半導体装置

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JPH10233408A
JPH10233408A JP9037338A JP3733897A JPH10233408A JP H10233408 A JPH10233408 A JP H10233408A JP 9037338 A JP9037338 A JP 9037338A JP 3733897 A JP3733897 A JP 3733897A JP H10233408 A JPH10233408 A JP H10233408A
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JP
Japan
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semiconductor device
aluminum
containing electrode
resin
semiconductor chip
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Application number
JP9037338A
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English (en)
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Koichi Suzuki
功一 鈴木
Sadanobu Sato
定信 佐藤
Yumiko Yamashita
由美子 山下
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Priority to US09/027,953 priority patent/US6011305A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップのアルミニウム含有電極に金線
をボンディングすると共に，半導体チップを樹脂封止し
た構成を有する半導体装置において，アルミニウム含有
電極と金線との接合部における接続信頼性の高い半導体
装置を提供する。 【解決手段】 半導体チップのアルミニウム含有電極と
金線との間のジャンクション温度（Ｔｊ）を１２５〜１
５０℃で，１０００時間以上の試験に耐え得る半導体装
置が得られる。このため，半導体チップの封止に使用さ
れる樹脂として，１４０〜１６０℃のガラス転移点を有
するものを使用し，且つ，重量で１％の銅又はパラジウ
ムを添加した金線を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，半導体チップを樹
脂封止又は気密封止した構成を有する半導体装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に，半導体装置は，通常，半導体チ
ップと，これを封止したパッケージとを備えている。ま
た，半導体装置は多種多用な分野における機器に使用さ
れる傾向にあり，その応用分野は更に広がるものと考え
られる。特に，マルチメディア等のように，大量の情報
を瞬時に処理する必要のある分野においては，より高密
度化及びより超微細化された半導体装置が要求されてい
おり，この要求は，今後更に強まるものと思われる。こ
のような要求に応えるために，半導体チップにおける微
細化技術の進歩は目覚ましいものがある。
【０００３】このように，高密度化及び超微細化された
半導体チップは，外部との電気的接続のために，多数の
電極を備えており，これら電極はアルミニウムによって
形成されている場合が多い。一方，半導体チップを実装
するパッケージは，半導体チップを取り付けるための実
装基板及び半導体チップのアルミニウム電極と電気的に
接続されるリードフレームとを有している。
【０００４】ここで，半導体チップをパッケージに実装
することによって構成された半導体装置には，半導体チ
ップを実装基板上に取り付けると共に，半導体チップの
電極をリードフレームに対して，導体線によって電気的
に接合する形式のものがある。
【０００５】このような半導体装置では，半導体チップ
を樹脂によって，導体線及びリードフレームの一部と共
に樹脂封止するパッケージ方式（以下，樹脂封止方式と
呼ぶ）が，その量産性のために広く採用されている。
【０００６】樹脂封止方式の半導体装置の場合，半導体
チップ上のアルミニウム電極と接合される導体線とし
て，金線が使用されるのが普通である。これは，金が大
きい展延性を有しているため，樹脂の充填時及び充填後
の応力に対して断線しにくいこと，金属の中で最も不活
性であり，樹脂中の不純物及び水分により腐食しないこ
と，更に，大気中でも酸化されないこと等のためであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した半導体チップ
を樹脂によって封止する樹脂封止方式により製造された
半導体装置は，その内部において発生する熱によって高
温になった場合，或いは，高温雰囲気に放置された場
合，半導体チップのアルミニウム電極と，このアルミニ
ウム電極をリードフレームに電気的に接続する金線との
接合部に，合金層が生じ，結果として，短期間に接合強
度が弱くなるという欠点がある。更に，高温試験を長時
間にわたって行った場合，上記したアルミニウム電極に
カーケンドールボイドと呼ばれる亀裂が発生することも
指摘されている。したがって，この樹脂封止方式の半導
体装置は，接続信頼性が著しく劣るという欠点がある。
【０００８】マルチメディア等の大量の情報を瞬時に処
理する必要のある分野に用いられる半導体装置は技術の
進歩による高密度化，高速化によって，１チップあたり
の発熱量は，従来の半導体装置より大きなものとなって
きている。
【０００９】従来の樹脂封止型半導体装置は半導体チッ
プのジャンクション温度は１００℃以下，車載用等特殊
な用途を考えても１２５℃以下での動作を考えれば十分
であった。従来はそれ以外の大電力を消費する特殊な用
途のＬＳＩではセラミックパッケージ等の気密封止パッ
ケージが用いられていた。また，大電力を消費する用途
に樹脂封止型半導体装置が用いられる場合には必ずヒー
トシンク等を用いることによって，半導体チップのジャ
ンクション温度が一定以上上がらないようにしていた。
【００１０】しかし，セラミックパッケージに組み込ん
だ半導体装置は製造工程が複雑で高価なものとなるた
め，量産性，経済性の面で，樹脂封止型半導体装置に置
き換えることはできない。また，樹脂封止型半導体装置
にヒートシンクを設け，大電力を消費してもジャンクシ
ョン温度が上がらないようにすることも，ヒートシンク
を設けることにより，製造工程が複雑になるため，量産
性，経済性の面で問題がある。
【００１１】そのような事情から，マルチメディア等の
分野で用いられる発熱量の大きな高速，高密度ＬＳＩを
経済的に量産するためには１２５℃以上のジャンクショ
ン温度を保証する樹脂封止型半導体装置が必要とさせる
ようになってきた。
【００１２】そこで，本発明者らは，樹脂封止型半導体
装置で１２５℃以上のジャンクション温度を保証すべ
く，実験検討を行った。
【００１３】その結果，１５０℃のジャンクション温度
を保証しようとした場合，アルミ電極と金ワイヤのボン
ディング部の接合部の接合強度の劣化が問題となること
が判明した。１５０℃以上のジャンクション温度を長時
間保った場合，アルミ電極部と金ワイヤの接合部にバー
プルプレーグなどの合金層が成長し，これがアルミ電極
と金ワイヤ間の接合強度の劣化をもたらし，アルミ電極
と金ワイヤ間が断線する故障が発生するからである。
【００１４】さらに，アルミ電極部と金ワイヤのボンデ
ィング部の接合強度劣化によるアルミ電極と金ワイヤの
断線故障が発生する確率は封止樹脂のガラス転移点に依
存することがわかった。すなわち，ガラス転移点が１５
０℃以下の低い樹脂も用いた場合には，アルミ電極と金
ワイヤの断線が生じる確率は高い一方，ガラス転移点２
００℃程度と高い樹脂を用いて封止すれば，アルミ電極
と金ワイヤ間の断線する確率は低かった。
【００１５】しかし，ガラス転移点の高い樹脂は，ヤン
グ率が低く堅い反面，可撓性（しなやかさ）がないた
め，実装性に問題がある。すなわち，樹脂が水分を吸湿
した状態で，半田付けの加熱を行うと樹脂内部の水分が
急激に蒸発し樹脂クラックが発生しやすいからである。
【００１６】また，実使用状態で１２５℃以上のジャン
クション温度での動作を保証するためには，１５０℃以
上望ましくは１７５〜２００℃で加速度寿命試験等の信
頼性試験を行う必要がある。効率的に信頼度の高い加速
度寿命試験を行うには保証するジャンクション温度より
約５０℃高い温度で加速度寿命試験を行うことが望まし
いからである。
【００１７】一方，特開平２−１１９１４８号公報で
は，破断強度，接合強度を高めるために，銅を含有した
金線を使用することが開示されている。また，特開平４
−２２９６３１号公報には，金線自身の強度を高めるた
めに，銅を含有した金線を提案している。更に，特公昭
６２−２３４５５号公報には，破断強度及び接合強度を
高めるために，金にパラジウムを含有させた金線を使用
することが提案されている。
【００１８】しかしながら，これらの公報においては，
単に，金線自身の破断強度及び接合強度を高めることの
みが考慮されており，金線を半導体チップと共に，樹脂
封止することによって，半導体装置を構成した場合の問
題点については開示されていない。したがって，金線を
樹脂封止した場合において，樹脂による応力と金線の破
断強度等の関係を上記した公報から類推することはでき
ない。
【００１９】そこで，本発明の一技術的課題は，連続動
作させた場合の耐熱性を保証できる半導体装置を提供す
ることにある。
【００２０】また，本発明のもう一つの技術的課題は，
半導体装置をプリント基板に実装する際の樹脂のクラッ
ク発生を防止した半導体装置を提供することにある。
【００２１】また，本発明の更にもう一つの技術的課題
は，累積故障率を低下させることができる半導体装置を
提供することにある。
【００２２】また，本発明の他の技術課題は，上記半導
体装置の利点を備えた樹脂封止型半導体装置を提供する
ことにある。
【００２３】さらに，本発明の別の技術的課題は，上記
半導体装置の利点を備えた気密封止型半導体装置を提供
することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，半導体
装置の電気接続に用いられるＡｌを含む第１の金属材料
とＡｕを含む第２の金属材料との金属接合構造であっ
て，前記第１の金属材料は，０．１〜１０重量％のＣｕ
と残部として実質的にＡｌとを含み，前記第２の金属材
料は，０．５〜５．０重量％のＰｄと残部として実質的
にＡｕとを含むことを特徴とする金属接合構造が得られ
る。
【００２５】ここで，本発明の金属接合構造において，
前記第１の金属材料は，更に，Ｓｉを含むことが好まし
い。
【００２６】また，本発明の金属接合構造において，前
記第２の金属材料は，更に，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，及びＢ
ｉの内の少なくとも一種を含むことがより好ましい。
【００２７】また，本発明の金属接合構造において，前
記第１の金属材料は，半導体チップ上に形成されるアル
ミニウム含有電極であり，前記第２の金属材料は，前記
アルミニウム含有電極に接合される導体ワイヤであるこ
とが最も好ましい。
【００２８】また，本発明によれば，半導体チップと，
前記半導体チップ上に形成されたアルミニウム含有電極
と，前記アルミニウム含有電極に接合される電気接続の
ための導体ワイヤを備えた半導体装置であって，前記導
体ワイヤは，０．５〜５．０重量％のＰｄと残部として
実質的にＡｕとを含むことを特徴とする半導体装置が得
られる。
【００２９】ここで，本発明の半導体装置において，前
記導体ワイヤは，更に，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，及びＢｉの
内の少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００３０】また，本発明によれば，半導体チップと，
前記半導体チップ上に形成されたアルミニウム含有電極
と，前記アルミニウム含有電極に接合される電気接続の
ための導体ワイヤを備えた半導体装置であって，前記ア
ルミニウム含有電極は，０．１〜１０重量％のＣｕと残
部として実質的にＡｌとを含むことを特徴とする半導体
装置が得られる。
【００３１】ここで，本発明において，前記アルミニウ
ム含有電極は，更に，Ｓｉを含むことが好ましい。
【００３２】また，本発明によれば，半導体チップ上に
形成されたアルミニウム含有電極に接合される電気接続
のための導体ワイヤを備えた半導体装置であって，前記
導体ワイヤは，０．５〜５．０重量％のＰｄと残部とし
て実質的にＡｕとを含み，前記アルミニウム含有電極
は，０．１〜１０重量％のＣｕと残部として実質的にＡ
ｌとを含むことを特徴とする半導体装置が得られる。
【００３３】ここで，本発明の半導体装置において，前
記導体ワイヤは，更に，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，及びＢｉの
内の少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００３４】また，本発明の前記半導体装置において，
前記アルミニウム含有電極は，更に，Ｓｉを含むことが
より好ましい。
【００３５】また，本発明によれば，半導体チップ上に
形成されたアルミニウム含有電極に電気接続のための導
体ワイヤを接合して，前記半導体チップとともに封止し
た半導体装置であって，ガラス転移温度が１６０℃以下
の封止用樹脂によって封止されていることを特徴とする
樹脂封止型半導体装置が得られる。
【００３６】ここで，本発明の前記樹脂封止型半導体装
置において，前記導体ワイヤは，０．５〜５．０重量％
のＰｄと残部として実質的にＡｕとを含み，前記アルミ
ニウム含有電極は，０．１〜１０重量％のＣｕと残部と
して実質的にＡｌとを含み，前記封止用樹脂の可撓性を
制御することによって，ＬＳＩ動作時の接合温度が１０
０〜２００℃の範囲における高温動作寿命を延命し，か
つ基板実装時の熱変化による前記封止用樹脂の破断及び
耐湿性の悪化を防止することが好ましい。
【００３７】また，本発明によれば，半導体チップ上に
形成されたアルミニウム含有電極に電気接続のための導
体ワイヤを接合して，前記半導体チップとともに封止し
た半導体装置であって，セラミック製又は金属製の中空
パッケージによって気密封止されていることを特徴とす
る気密封止型半導体装置が得られる。
【００３８】ここで，本発明の前記半導体装置におい
て，前記導体ワイヤは，０．５〜５．０重量％のＰｄと
残部として実質的にＡｕとを含み，前記アルミニウム含
有電極は，０．１〜１０重量％のＣｕと残部として実質
的にＡｌとを含み，ＬＳＩ動作時の接合温度が１００〜
２５０℃の範囲における高温動作寿命を延命した構成を
有することが好ましい。
【００３９】また，本発明においては，封止用樹脂とし
て，フェノールノボラック型エポキシ樹脂，ビフェニー
ル型エポキシ樹脂を用いることができるがこれらに限定
されるものではない。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て，図面を参照して説明する。
【００４１】図１は本発明の実施の形態による半導体装
置の概略構成を説明するための断面図である。図１を参
照すると，本発明の一実施の形態に係る半導体装置は，
複数のアルミニウム含有電極１１ａ，１１ａを備えた半
導体チップ１１と，当該半導体チップ１１を封止したパ
ッケージ１２とを有している。以下では，アルミニウム
含有電極として，純アルミニウムによって形成された電
極を例にとって説明するが，アルミニウムにシリコンを
ドープした電極，アルミニウムにシリコンと銅をドープ
した電極，及び，アルミニウムに銅をドープした電極等
をもアルミニウム含有電極として使用できる。
【００４２】また，パッケージ１２は，半導体チップ１
１を搭載するための基板１５，半導体チップ１１の外側
に配置されたリードフレーム１６，半導体チップ１１上
のアルミニウム含有電極１１ａとリードフレーム１６と
を電気的に接続するための導体ワイヤ１７，及び，半導
体チップ１１を樹脂封止する樹脂１８とを備えている。
樹脂１８は，半導体チップ１１だけでなく，導体ワイヤ
１７及びリードフレーム１６の一部をも封止している。
この形式の半導体装置は，通常，樹脂封止型半導体装置
と呼ばれている。
【００４３】ここで，導体ワイヤ１７としては，この種
の高密度の半導体チップ１１では，金線が上述した理由
で使用されているが，金と銅の合金線，１％のＰｄを含
有する金線も使用することができる。この導体ワイヤ１
７は半導体チップ１１上のアルミニウム含有電極１１ａ
にボンディングされると共に，リードフレーム１６にも
ボンディングされている。このような半導体装置は，樹
脂封止の際に，半導体チップ１１及び導体ワイヤ１７を
溶融された樹脂によって封止することによって製作され
ている。また，半導体装置は，半田等をリフローするこ
とによって，基板１５，或いは，プリント基板上に実装
される。
【００４４】したがって，この種の半導体装置は，耐半
田リフロー性を備えると共に，導体ワイヤ１７とアルミ
ニウム含有電極との間の接合部の高温における接続信頼
性において優れていることが望ましい。上記した接続信
頼性を改善するために，従来，樹脂及び金線の改良が企
図されているが，半導体チップ１１を樹脂封止した状態
で高温で通電，動作させ，この動作状態で導体ワイヤ１
７とアルミニウム含有電極との間の接続信頼性を保証す
ることについて，未だ定量的に規格化されていないのが
実情である。
【００４５】ここで，本発明者等は，樹脂封止型半導体
装置における動作温度保証を定量的にあらわす因子とし
て，導体ワイヤ１７と半導体チップ１１との間のジャン
クション温度（Ｔｊ）に着目し，このジャンクション温
度（Ｔｊ）により，樹脂封止型半導体装置の接続信頼性
を保証できることを見出だしたものである。
【００４６】今，半導体装置の置かれる雰囲気の温度を
Ｔａ（℃），パッケージ１２全体の熱抵抗をＲｔｈ（℃
／Ｗ），半導体装置に与えられる電力をＰ０（Ｗ）とし
た場合，ジャンクション温度（Ｔｊ）は，Ｔｊ＝Ｔａ＋
ＲｔｈＰ０であらわすことができ，且つ，パッケージ１
２全体の熱抵抗Ｒｔｈは，半導体チップ１１とパッケー
ジ１２の樹脂１８との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｃ）と，
樹脂１８と外部雰囲気との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｃ−ａ）
との和であらわすことができる。
【００４７】本発明者等の実験，研究によれば，１２５
〜１５０℃のジャンクション温度（Ｔｊ）で，導体ワイ
ヤ１７とアルミニウム含有電極との間の接続信頼性が保
証できれば，従来の半導体装置に比較して極めて接続信
頼性の高い半導体装置が得られることが判明した。特
に，高速動作を行う半導体装置では，消費電力が大きく
なるため，ジャンクション温度（Ｔｊ）を１２５〜１５
０℃の範囲内にすることは，極めて大きな意味を持って
いる。
【００４８】ここで，１２５〜１５０℃のジャンクショ
ン温度（Ｔｊ）を達成するためには，雰囲気温度（Ｔ
ａ）及び電力Ｐ０をそれぞれ１００℃及びＩＷとする
と，上式からも明らかな通り，パッケージ全体の熱抵抗
Ｒｔｈを２０℃／Ｗ）程度にする必要がある。また，前
述したジャンクション温度（Ｔｊ）で，１０００時間以
上保たれた時における接続信頼性が保証できれば，半導
体装置の実際の動作中における接合部の接続信頼性が予
測でき完全に時間保証できることが判った。
【００４９】この観点に基づいた研究の結果，本発明者
等は，樹脂のガラス転移点温度（Ｔｇ）を従来提案され
ている樹脂に比較して，高くすると共に，使用される金
線の組成を選択することにより，１２５〜１５０℃のジ
ャンクション温度を達成できることを見出だした。
【００５０】また，本発明においては，半導体チップを
封止する樹脂１８のガラス転移点Ｔｇを１４０〜１６０
℃となるように，樹脂１８に含有される成分中のシリカ
の量を調整した。この場合，ガラス転移点（Ｔｇ）が１
４０℃より低い樹脂では，１２０℃以上のジャンクショ
ン温度（Ｔｊ）で，１０００時間以上保証できず，且
つ，ガラス転移点（Ｔｇ）が１６０℃を越えると，半導
体装置の実装時に樹脂１８にクラックが発生した。
【００５１】更に，１４０〜１６０℃のガラス転移点を
有する樹脂１８を使用した場合，樹脂封止した時に導体
ワイヤ１７に加わる応力との関係を考慮しておく必要が
あることも判明した。
【００５２】実験によれば，不純物を含まない通常の金
線では，１５０℃における高温保存試験の際，カーケン
ドールボイドの発生により，故障率が高くなり，また，
１０００時間の保証ができないことが判った。
【００５３】このため，上記した樹脂１８と関連して，
導体ワイヤ１７の組成を検討した結果，金線として，重
量で１％の銅又は又はパラジウムを添加した金を使用す
れば，１５０℃における高温保存試験によって，１００
０時間以上の寿命を保証でき，且つ，実装時における故
障率をも著しく低下できることが確認された。
【００５４】このように，１％の銅を添加した金線を使
用した場合，アルミニウム含有電極１１ａとの間に，金
線中の銅が介在することになるため，結果として，金と
アルミニウムとが合金を形成する時間が遅くなるためと
考えられる。更に，金線中の銅の割合が増加すると，銅
自体が酸化されやすいため，銅の酸化膜が金線の先端に
形成され，ボンディングが難しくなるため，金線中の銅
の量は，重量で，０．５〜５．０％の範囲が望ましい。
同様に，金線中のパラジウムの量は，重量で，０．５〜
５．０％の範囲が望ましい。
【００５５】また具体的に本発明者らは，導体ワイヤ１
７とアルミニウム（Ａｌ）含有電極１１ａとの材質によ
る寿命の違いについても詳細に検討した。その結果を表
１及び表２に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】 上記表１に示すように，導体ワイヤ１７として用いた金
線とＡｌ含有電極１１ａとして用いたＡｌ・Ｓｉ合金と
の組み合わせの寿命を１とした場合に，金線とＡｌ・Ｓ
ｉ・Ｃｕ電極では，その寿命は２倍となり，Ａｕ・Ｃｕ
線とＡｌ・Ｓｉ電極では，その寿命は２．２倍となり，
１％Ｐｄ含有金線とＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ電極では，その寿
命は２５．７倍となっている。
【００５８】また，上記表２に示すように，導体ワイヤ
１７として用いた金線とＡｌ含有電極１１ａとして用い
たＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ合金との組み合わせの寿命を１とし
た場合に，１％Ｐｄ含有金線とＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ電極で
は，その寿命は１０．３倍となっている。
【００５９】ここで，半導体装置の故障のメカニズム，
即ち，半導体チップに設けられたＡｌ含有電極１１ａか
ら導体ワイヤ１７の接合構造からの脱落等について，図
２を用いて説明する。
【００６０】図２（ａ）において，導体ワイヤ１７であ
るＡｕワイヤーとＡｌ含有電極１１ａとの間に合金層２
１が形成され，この合金層２１とＡｕワイヤーとの間に
カーケンドールボイド２２と呼ばれる空孔が発生し，Ａ
ｕワイヤー脱離の原因となっている。
【００６１】これに対して，図２（ｂ）において，１％
Ｐｄ含有Ａｕワイヤーでは，合金層２３が生成するが，
この合金層２３との間にカーケンドールボイドが発生せ
ず，合金層２３の基板からの直接剥離がワイヤー脱離の
原因と成っているので，１％Ｐｄ含有Ａｕワイヤーで
は，寿命が極めて長いものと推測されうる。
【００６２】図３はガラス転移点（Ｔｇ）と，累積故障
率（ｐｐｍ）との関係を示す図である。図３を参照する
と，銅を含有しない金線を１５０℃のガラス転移点を有
する樹脂Ａによって樹脂封止した場合，累積故障率は１
００ｐｐｍであったが，銅を１％含有する金線を使用し
て，同じ樹脂により樹脂封止した場合，累積故障率を１
０ｐｐｍより小さくできることができた。また，２００
℃のガラス転移点を有する樹脂Ｂを使用した場合，累積
故障率を低下させることができたが，実装性が悪く，実
用的ではないことが判明した。
【００６３】上に述べた実施の形態では，金線として，
金に銅を添加する場合のみについて説明したが，金に重
量で１．０％のパラジウムを添加した金線を使用しても
同様な結果が得られる。実際に，樹脂Ａを使用すると共
に，１％のパラジウムを含有する金線を使用した場合，
図２に示すように，１５０℃，１０００時間の試験を行
った場合の累積故障率は０．８ｐｐｍであり，１％の銅
を含有する金線を使用した場合よりも，累積故障率を低
下させることができた。
【００６４】図３に示した結果から，ガラス転移点（Ｔ
ｇ）が１４０℃〜１６０℃程度に高い樹脂を使用する
と，接合部における高温寿命を長くすることができると
共に，実装も良好に行えることが判る。これは，ガラス
転移点（Ｔｇ）が１４０℃〜１６０℃程度の樹脂を使用
した場合，ガラス転移点（Ｔｇ）かそれ以上の温度雰囲
気において，樹脂中の不純物が漏出又は揮発し，この成
分が合金反応を促進させること，及び，ガラス転移点
（Ｔｇ）が高い樹脂はガラス転移点（Ｔｇ）近傍から上
側の温度の変化と共に応力が加わる温度域の全ストレス
を受けないことが考えられる。本発明者等の実験した樹
脂の場合には，ガラス転移点（Ｔｇ）以上における応力
の影響を受けないために，接合部における高温寿命を改
善できるものと予測される。
【００６５】また，樹脂１８と，導体ワイヤ１７と，Ａ
ｌ含有電極１１ａとの材質の違いによる半導体装置の寿
命についても調査した。その結果を，下記表３に示す。
【００６６】
【表３】 上記表３に示すように，ＡｕワイヤーをＡｕ−Ｐｄ線
に，また，Ａｌ−Ｓｉ電極パッドとＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕに
変更することによって，夫々寿命が１２倍，２倍となる
ことが判明した。
【００６７】また，信頼性評価のために，１％Ｐｄ−Ａ
ｕ線を用いて，温度サイクル−６５〜１５０℃で試験を
行った。その結果を下記表４に示す。
【００６８】
【表４】 表４に示すように，Ａｕ−Ｐｄ線は，従来のＡｕ線と同
等の寿命以外の信頼性を有していることが判明した。
【００６９】図４乃至図６は，本発明の実施の形態によ
る半導体装置における高温保管によるパープルプレーグ
評価について示す図である。図４は，パッケージ名１０
０ｐＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Pakage)におけるＡｌ含
有電極としてＡｌ・Ｓｉを用いた場合，図５は，パッケ
ージ名１００ｐＴＱＦＰにおけるＡｌ含有電極としてＡ
ｌ・Ｓｉ・Ｃｕを用いた場合，図６はパッケージ名２０
８ｐＱＦＰ（Quad Flat gull loaded Package)における
Ａｌ含有電極としてＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕを用いた場合を夫
々示している。
【００７０】図４乃至図６に示すように，導体ワイヤ１
７であるＡｕワイヤをＡｕ・Ｐｄ線に変更した場合，寿
命は１２倍となり，ＡｕワイヤをＡｕ・Ｃｕ線に変更し
た場合，寿命は２倍となり，Ａｌ含有電極１１ａとして
Ａｌ・ＳｉからＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕに変更した場合，寿命
は２倍となることが判明した。
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように，本発明によれば，１
４０〜１６０℃のガラス転移点を有する樹脂，及び，銅
またはバラジウムを含有する金ワイヤを使用することに
よって，１２５℃以上のジャンクション温度での動作を
保証することができる樹脂封止型半導体装置を提供する
ことができる。
【００７２】また，ジャンクション温度を１５０〜２０
０℃に設定して樹脂封止型半導体装置の信頼性試験を行
うことにより，ジャンクション温度１２５℃以上での実
使用条件での動作保証を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様に係る半導体装置の要部の
概略構成を説明するための断面図である。
【図２】半導体装置のボンディング部の故障のメカニズ
ムの説明に供せられる図である。
【図３】ガラス転移点（Ｔｇ）と，累積故障率（ｐｐ
ｍ）との関係を示す図である。
【図４】ボンディングワイヤーのパープルプレーグ評価
を示す図である。
【図５】ボンディングワイヤーのパープルプレーグ評価
を示す図である。
【図６】ボンディングワイヤーのパープルプレーグ評価
を示す図である。
【符号の説明】
１１ 半導体チップ １１ａ アルミニウム（Ａｌ）含有電極 １２ パッケージ １５ 基板 １６ リードフレーム １７ 導体ワイヤ １８ 樹脂 ２１，２３ 合金層 ２２ カーケンドールボイド

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体装置の電気接続に用いられるＡｌ
    を含む第１の金属材料とＡｕを含む第２の金属材料との
    金属接合構造であって，前記第１の金属材料は，０．１
    〜１０重量％のＣｕと残部として実質的にＡｌとを含
    み，前記第２の金属材料は，０．５〜５．０重量％のＰ
    ｄと残部として実質的にＡｕとを含むことを特徴とする
    金属接合構造。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の金属接合構造において，
    前記第１の金属材料は，更に，Ｓｉを含むことを特徴と
    する金属接合構造。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の金属接合構造にお
    いて，前記第２の金属材料は，更に，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃ
    ａ，及びＢｉの内の少なくとも一種を含むことを特徴と
    する金属接合構造。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３の内のいずれかに記載の
    金属接合構造において，前記第１の金属材料は，半導体
    チップ上に形成されるアルミニウム含有電極であり，前
    記第２の金属材料は，前記アルミニウム含有電極に接合
    される導体ワイヤであることを特徴とする金属接合構
    造。
  5. 【請求項５】 半導体チップと，前記半導体チップ上に
    形成されたアルミニウム含有電極と，前記アルミニウム
    含有電極に接合される電気接続のための導体ワイヤを備
    えた半導体装置であって，前記導体ワイヤは，０．５〜
    ５．０重量％のＰｄと残部として実質的にＡｕとを含む
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体装置において，前
    記導体ワイヤは，更に，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，及びＢｉの
    内の少なくとも一種を含むことを特徴とする半導体装
    置。
  7. 【請求項７】 半導体チップと，前記半導体チップ上に
    形成されたアルミニウム含有電極と，前記アルミニウム
    含有電極に接合される電気接続のための導体ワイヤを備
    えた半導体装置であって，前記アルミニウム含有電極
    は，０．１〜１０重量％のＣｕと残部として実質的にＡ
    ｌとを含むことを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体装置において，前
    記アルミニウム含有電極は，更に，Ｓｉを含むことを特
    徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】 半導体チップ上に形成されたアルミニウ
    ム含有電極に接合される電気接続のための導体ワイヤを
    備えた半導体装置であって，前記導体ワイヤは，０．５
    〜５．０重量％のＰｄと残部として実質的にＡｕとを含
    み，前記アルミニウム含有電極は，０．１〜１０重量％
    のＣｕと残部として実質的にＡｌとを含むことを特徴と
    する半導体装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の半導体装置において，
    前記導体ワイヤは，更に，Ｌａ，Ｃｅ，Ｃａ，及びＢｉ
    の内の少なくとも一種を含むことを特徴とする半導体装
    置。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０記載の半導体装置に
    おいて，前記アルミニウム含有電極は，更に，Ｓｉを含
    むことを特徴とする半導体装置。
  12. 【請求項１２】 半導体チップ上に形成されたアルミニ
    ウム含有電極に電気接続のための導体ワイヤを接合し
    て，前記半導体チップとともに封止した半導体装置であ
    って，ガラス転移温度が１６０℃以下の封止用樹脂によ
    って封止されていることを特徴とする樹脂封止型半導体
    装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の樹脂封止型半導体装
    置において，前記導体ワイヤは，０．５〜５．０重量％
    のＰｄと残部として実質的にＡｕとを含み，前記アルミ
    ニウム含有電極は，０．１〜１０重量％のＣｕと残部と
    して実質的にＡｌとを含み，前記封止用樹脂のガラス転
    移温度を制御することによって，ＬＳＩ動作時の接合温
    度が１００〜２００℃の範囲における高温動作寿命を延
    命し，かつ基板実装時の熱変化による前記封止用樹脂の
    破断及び耐湿性の悪化を防止したことを特徴とする樹脂
    封止型半導体装置。
  14. 【請求項１４】 半導体チップ上に形成されたアルミニ
    ウム含有電極に電気接続のための導体ワイヤを接合し
    て，前記半導体チップとともに封止した半導体装置であ
    って，セラミック製又は金属製の中空パッケージによっ
    て気密封止されていることを特徴とする気密封止型半導
    体装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の気密封止型半導体装
    置において，前記導体ワイヤは，０．５〜５．０重量％
    のＰｄと残部として実質的にＡｕとを含み，前記アルミ
    ニウム含有電極は，０．１〜１０重量％のＣｕと残部と
    して実質的にＡｌとを含み，ＬＳＩ動作時の接合温度が
    １００〜２５０℃の範囲における高温動作寿命を延命し
    たことを特徴とする気密封止型半導体装置。
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