JPH01198438A - 半導体素子ボンディング用Ａｕ合金極細線 - Google Patents
半導体素子ボンディング用Ａｕ合金極細線Info
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- JPH01198438A JPH01198438A JP63022571A JP2257188A JPH01198438A JP H01198438 A JPH01198438 A JP H01198438A JP 63022571 A JP63022571 A JP 63022571A JP 2257188 A JP2257188 A JP 2257188A JP H01198438 A JPH01198438 A JP H01198438A
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- Japan
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- bonding
- loop
- semiconductor devices
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- Metallurgy (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、すぐれた常温および高温強度、並びにすぐ
れた耐熱性を有し、特に半導体装置の製造に際して、半
導体素子と外部リードとのボンディング（結線）に用い
た場合比、−段と高いループ高さを保ち、その高さのバ
ラツキも小さく、かつ変形ループや、樹脂モールドの際
のループ流れが小さく、さらに高温にさらされる環境下
でも素地中に分散する金属間化合物の成長が抑制され、
高い信頼性を確保することができるＡｕ合金極細線に関
するものである。
れた耐熱性を有し、特に半導体装置の製造に際して、半
導体素子と外部リードとのボンディング（結線）に用い
た場合比、−段と高いループ高さを保ち、その高さのバ
ラツキも小さく、かつ変形ループや、樹脂モールドの際
のループ流れが小さく、さらに高温にさらされる環境下
でも素地中に分散する金属間化合物の成長が抑制され、
高い信頼性を確保することができるＡｕ合金極細線に関
するものである。
一般に、半導体装置の組立てに際しては、（ａ） ま
ず、ボンディングキャピラリーを通して供給されたＡｕ
またはＡｕ合金極細線の先端部を、電気的に、あるいは
水素炎などで加熱溶融してボールを形成し、 （ｂ） このボールを１５０〜３００℃の加熱状態に
おかれた半導体素子上の電極にキャピラリーで押し付け
て接合（ボールボンド）し、 （Ｃ） ついでキャピラリーをループを形成しながら
外部リード上に移動し、 （ｄ） キャピラリーを外部リード上に押し付けて、
ループの他端部をこれに接合（ウェッジボンド）し、 （ｅ） 引続いて、極細線を挾んで上方に引張って、
これを切断する、 以上（ａ）〜（ｅ）の工程を一工程とし、これを繰り返
し行なうことによって、半導体素子と外部リードとをボ
ンディングすることが行なわれており、これには手動式
あるいは自動式ボンダーが用いられている。
ず、ボンディングキャピラリーを通して供給されたＡｕ
またはＡｕ合金極細線の先端部を、電気的に、あるいは
水素炎などで加熱溶融してボールを形成し、 （ｂ） このボールを１５０〜３００℃の加熱状態に
おかれた半導体素子上の電極にキャピラリーで押し付け
て接合（ボールボンド）し、 （Ｃ） ついでキャピラリーをループを形成しながら
外部リード上に移動し、 （ｄ） キャピラリーを外部リード上に押し付けて、
ループの他端部をこれに接合（ウェッジボンド）し、 （ｅ） 引続いて、極細線を挾んで上方に引張って、
これを切断する、 以上（ａ）〜（ｅ）の工程を一工程とし、これを繰り返
し行なうことによって、半導体素子と外部リードとをボ
ンディングすることが行なわれており、これには手動式
あるいは自動式ボンダーが用いられている。
一方、最近の半導体技術の進展によって、半導体装置の
高集積度化や組立ての高速化、さらに品種形状の多様化
や苛酷な条件下での使用を余儀なくされる傾向にあり、
これに伴ってボンディングの高速化や半導体装置の高密
度化とともにパッケージ形状の多様化が進行し、中には
配線距離が従来のものよりずっと長いデバイスや、極端
に短かいデバイスの組立てを高速でボンディングする必
要が生ずるようになってきたが、従来使用されている各
種の高純度Ａｕ極細線やＡｕ合金極細線では、ループ高
さに不足が生じたり、さらにループ高さのバラツキが大
きいために不安定なループの形成が避けられず、この結
果半導体素子のエツジと接触してエツジショートを起し
易く、さらに半導体装置が高温の苛酷な使用環境にさら
されると、極細線の例えばＡＩの電極材との接合界面に
おいて、素地中に分散する金属間化合物が急速に成長す
るようになり、このような金属間化合物の粗大化は信頼
性を著しく低下させるなどループに関する深刻な問題が
新たに発生するようになっているのが現状であり、した
がってループ高さが高く、その高さのバラツキも小さく
、かつ変形ループの形成もなく、さらに樹脂モールドの
際のループ流れが小さく、加えて金属間化合物の成長が
抑制されて、信頼性を一段と増した半導体素子ボンディ
ング用極細線の開発が強く望まれている。
高集積度化や組立ての高速化、さらに品種形状の多様化
や苛酷な条件下での使用を余儀なくされる傾向にあり、
これに伴ってボンディングの高速化や半導体装置の高密
度化とともにパッケージ形状の多様化が進行し、中には
配線距離が従来のものよりずっと長いデバイスや、極端
に短かいデバイスの組立てを高速でボンディングする必
要が生ずるようになってきたが、従来使用されている各
種の高純度Ａｕ極細線やＡｕ合金極細線では、ループ高
さに不足が生じたり、さらにループ高さのバラツキが大
きいために不安定なループの形成が避けられず、この結
果半導体素子のエツジと接触してエツジショートを起し
易く、さらに半導体装置が高温の苛酷な使用環境にさら
されると、極細線の例えばＡＩの電極材との接合界面に
おいて、素地中に分散する金属間化合物が急速に成長す
るようになり、このような金属間化合物の粗大化は信頼
性を著しく低下させるなどループに関する深刻な問題が
新たに発生するようになっているのが現状であり、した
がってループ高さが高く、その高さのバラツキも小さく
、かつ変形ループの形成もなく、さらに樹脂モールドの
際のループ流れが小さく、加えて金属間化合物の成長が
抑制されて、信頼性を一段と増した半導体素子ボンディ
ング用極細線の開発が強く望まれている。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、ボンデ
ィングの高速化、並びに半導体装置の高密度および多様
化に対応できる半導体素子ボンディング用極細線を開発
すべく研究を行なった結果、半導体素子ボンディング用
極細線を、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびＳｉからなるＣｅ
族希土類元素のうちの１種または２種以上：０．２〜５
０ｐｐａ＋ 。
ィングの高速化、並びに半導体装置の高密度および多様
化に対応できる半導体素子ボンディング用極細線を開発
すべく研究を行なった結果、半導体素子ボンディング用
極細線を、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびＳｉからなるＣｅ
族希土類元素のうちの１種または２種以上：０．２〜５
０ｐｐａ＋ 。
ＳｉおよびＡｇのうちの１種または２種：１〜１１００
ｐｐ＋。
ｐｐ＋。
Ｂｅ、Ｉｎ、Ｇｅ、およびＣａのうちの１種または２種
以上＝１〜３０ｐｐｍ 。
以上＝１〜３０ｐｐｍ 。
を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成を有
するＡｕ合金で構成すると、このＡｕ合金は、すぐれた
常温および高温強度、並びにすぐれた耐熱性をもつ一方
、ボンディングに際しては、高さが高く、シかも高さの
バラツキが小さい安に続く樹脂モ・−ルドの熱影響によ
るループ流れの発生を抑制することができるほか、高温
使用環境下においても金属間化合物の成長が著しく抑制
されるようになるという知見を得たのである。
するＡｕ合金で構成すると、このＡｕ合金は、すぐれた
常温および高温強度、並びにすぐれた耐熱性をもつ一方
、ボンディングに際しては、高さが高く、シかも高さの
バラツキが小さい安に続く樹脂モ・−ルドの熱影響によ
るループ流れの発生を抑制することができるほか、高温
使用環境下においても金属間化合物の成長が著しく抑制
されるようになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
（ａ）Ｃｅ族希土類元素
これらの成分には、極細線の常温および高温の強度、さ
らに耐熱性を向上せしめ、熱影響によるループの変形や
流れを防止する作用があるが、その含有量が０．２ｐｐ
ｍ未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が５０ｐｐｍを越えると、所望の高いループ高
さを確保することができなくなることから、その含有量
を０．２〜５０ｐｐａ＋（０，００００２〜０．００５
重二重量と定めた。
らに耐熱性を向上せしめ、熱影響によるループの変形や
流れを防止する作用があるが、その含有量が０．２ｐｐ
ｍ未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が５０ｐｐｍを越えると、所望の高いループ高
さを確保することができなくなることから、その含有量
を０．２〜５０ｐｐａ＋（０，００００２〜０．００５
重二重量と定めた。
（ｂ） ８１およびＡｇ
これらの成分には、Ｃｅ族希土類元素との共存において
、極細線の軟化温度を高め、もってボンディング時の極
細線自体の強度低下並びに変形ループの発生を抑制する
作用があるが、その含有量が１ ｐｐａ＋未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方１１００ｐｐを越え
て含有させると、脆化して線引加工性が低下するように
なるばかりでなく、ボンディング時の加熱温度で結晶粒
界破断を起し易くなることから、その含有量を１〜１０
０１００ｐｐ、０００１〜０．０１重量％）と定めた。
、極細線の軟化温度を高め、もってボンディング時の極
細線自体の強度低下並びに変形ループの発生を抑制する
作用があるが、その含有量が１ ｐｐａ＋未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方１１００ｐｐを越え
て含有させると、脆化して線引加工性が低下するように
なるばかりでなく、ボンディング時の加熱温度で結晶粒
界破断を起し易くなることから、その含有量を１〜１０
０１００ｐｐ、０００１〜０．０１重量％）と定めた。
（ｃ）Ｂｅ、ｉｎ、Ｇｅ、およびＣａ
これらの成分には、Ｃｅ族希土類元素、Ｓｌ。
およびＡｇとの共存において、さらにループ高さを一段
と高め、かつループ高さのバラツキを小さくする作用が
あるほか、高温下における金属間化合物の成長を著しく
抑制する作用があるが、その含有量が１ ｐｐｍ未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
３０ｐｐ−を越えると、脆化して線引加工性などが低下
するようになり、さらにボンディング時の加熱温度で結
晶粒破断を起し易くなることから、その含有量を１〜３
０ｐｐｍ（０，０Ｇ０１〜ｏ、ｏｏａ重量％）と定めた
。
と高め、かつループ高さのバラツキを小さくする作用が
あるほか、高温下における金属間化合物の成長を著しく
抑制する作用があるが、その含有量が１ ｐｐｍ未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
３０ｐｐ−を越えると、脆化して線引加工性などが低下
するようになり、さらにボンディング時の加熱温度で結
晶粒破断を起し易くなることから、その含有量を１〜３
０ｐｐｍ（０，０Ｇ０１〜ｏ、ｏｏａ重量％）と定めた
。
つぎに、この発明のＡｕ合金極細線を実施例により具体
的に説明する。
的に説明する。
通常の溶解法によりそれぞれ第１表に示される成分組成
をもったＡｕ合金溶湯を調製し、鋳造した後、公知の溝
型圧延機を用いて圧延し、引続いて線引加工を行なうこ
とによって、直径：０．０２５１１■を有する本発明Ａ
ｕ合金極細線１〜２０および比較Ａｕ合金極細線１〜２
０をそれぞれ製造した。
をもったＡｕ合金溶湯を調製し、鋳造した後、公知の溝
型圧延機を用いて圧延し、引続いて線引加工を行なうこ
とによって、直径：０．０２５１１■を有する本発明Ａ
ｕ合金極細線１〜２０および比較Ａｕ合金極細線１〜２
０をそれぞれ製造した。
なお、比較Ａｕ合金極細線１〜２０は、いずれも構成成
分のうちの少なくともいずれかの成分を含有しないもの
である。
分のうちの少なくともいずれかの成分を含有しないもの
である。
ついで、この結果得られた各種の極細線について、極細
線がボンディング時にさらされる条件に相当する条件、
すなわち温度：２５０℃に２０秒間保持した条件で高温
引張試験を行ない、それぞれ破断強度と伸びを測定した
。
線がボンディング時にさらされる条件に相当する条件、
すなわち温度：２５０℃に２０秒間保持した条件で高温
引張試験を行ない、それぞれ破断強度と伸びを測定した
。
また、これらの極細線をボンディングワイヤとして用い
、高速自動ボンダーにてボンディングを行ない、ループ
高さ、ループ高さのバラツキ、ループ変形の有無、およ
び樹脂モールド後のループの流れ量を測定し、さらにボ
ンディング後のループのＡＩＩ電極材との接合部におけ
る金属間化合物層の厚みと剪断強度（接合強度）を測定
し、加えて樹脂モールド後の半導体装置（ＩＣ）につい
て、高温保持信頼性試験を行なった。これらの結果を第
２表に示した。
、高速自動ボンダーにてボンディングを行ない、ループ
高さ、ループ高さのバラツキ、ループ変形の有無、およ
び樹脂モールド後のループの流れ量を測定し、さらにボ
ンディング後のループのＡＩＩ電極材との接合部におけ
る金属間化合物層の厚みと剪断強度（接合強度）を測定
し、加えて樹脂モールド後の半導体装置（ＩＣ）につい
て、高温保持信頼性試験を行なった。これらの結果を第
２表に示した。
なお、ループ高さは、第１図に正面図で示されるように
、半導体素子Ｓと外部リードＬを極細線Ｗでボンディン
グした場合のｈをＺｌｌｈ測微計を用いて測定し、８０
個の測定値の平均値をもって表わし、ループ高さのバラ
ツキは、前記の８０個のループ高さ測定値より標準偏差
を求め、３σの値で表わし、この場合、実用的にはｈ：
２５０ＩＭ以上、バラツキ：３０ＩＩＩａ以下であるこ
とが要求される。
、半導体素子Ｓと外部リードＬを極細線Ｗでボンディン
グした場合のｈをＺｌｌｈ測微計を用いて測定し、８０
個の測定値の平均値をもって表わし、ループ高さのバラ
ツキは、前記の８０個のループ高さ測定値より標準偏差
を求め、３σの値で表わし、この場合、実用的にはｈ：
２５０ＩＭ以上、バラツキ：３０ＩＩＩａ以下であるこ
とが要求される。
また、ループ変形の有無は、ボンディング後の結線Ｗを
顕微鏡を用いて観察し、第１図に点線で示されるように
結線Ｗが垂れ下がって半導体素子Ｓのエツジに接触（エ
ツジショート）している場合を「有」とし、接触してい
ない場合を「無」として判定した。
顕微鏡を用いて観察し、第１図に点線で示されるように
結線Ｗが垂れ下がって半導体素子Ｓのエツジに接触（エ
ツジショート）している場合を「有」とし、接触してい
ない場合を「無」として判定した。
さらに、ループ流れ量は、樹脂モールド後の結線（細線
Ｗ）を直上からＸ線撮影し、゛この結果のＸ線写真にも
とづいて４つのコーナ一部における半導体素子と外部リ
ードのボンディング点を結んだ直線に対する結線の最大
膨量を測定し、これらの平均値をもって表わした。この
場合ループ流れ量としては、最大値で１００−まで許容
される。
Ｗ）を直上からＸ線撮影し、゛この結果のＸ線写真にも
とづいて４つのコーナ一部における半導体素子と外部リ
ードのボンディング点を結んだ直線に対する結線の最大
膨量を測定し、これらの平均値をもって表わした。この
場合ループ流れ量としては、最大値で１００−まで許容
される。
また、金属間化合物層の厚みは、３００℃に１時間保持
の条件でベーキング処理を施した後の断面を研磨した状
態で測定し、剪断強度はシェアテストにより測定し、さ
らに高温保持信頼性試験は、ＩＣを２５０℃に５００時
間保持した後で、ループの抵抗値を測定し、高抵抗を示
すものや、断線しているものを不良とし、試験数：５０
個のうちの不良数を測定することにより行なった。この
場合、金属間化合物層の厚みは３−以下、接合強度は５
０ｇ以上が望まれ、かつ高温保持信頼性試験では５０個
の試験数のうち１個でも不良が発生すると信頼性の低い
ものとなる。
の条件でベーキング処理を施した後の断面を研磨した状
態で測定し、剪断強度はシェアテストにより測定し、さ
らに高温保持信頼性試験は、ＩＣを２５０℃に５００時
間保持した後で、ループの抵抗値を測定し、高抵抗を示
すものや、断線しているものを不良とし、試験数：５０
個のうちの不良数を測定することにより行なった。この
場合、金属間化合物層の厚みは３−以下、接合強度は５
０ｇ以上が望まれ、かつ高温保持信頼性試験では５０個
の試験数のうち１個でも不良が発生すると信頼性の低い
ものとなる。
第１表および第２表に示される結果から、本発明Ａｕ合
金極細線１〜２０は、いずれも高い高温強度を有し、ル
ープ高さが高く、かつそのバラツキもきわめて小さく、
またループ変形の発生がなく、ループ流れも著しく少な
く、シかもループは金属間化合物の成長が著しく抑制さ
れた状態で、きわめて高い接合強享を示し、かつ高温に
長時間加熱保持されても不良数の発生が皆無で信頼性の
著しく高いものであるのに対して、比較Ａｌ１合金極細
線１〜２０に見られるように、構成成分のすべてを含有
しないと、上記特性のすべてを満足して具備することが
できないことが明らかである。
金極細線１〜２０は、いずれも高い高温強度を有し、ル
ープ高さが高く、かつそのバラツキもきわめて小さく、
またループ変形の発生がなく、ループ流れも著しく少な
く、シかもループは金属間化合物の成長が著しく抑制さ
れた状態で、きわめて高い接合強享を示し、かつ高温に
長時間加熱保持されても不良数の発生が皆無で信頼性の
著しく高いものであるのに対して、比較Ａｌ１合金極細
線１〜２０に見られるように、構成成分のすべてを含有
しないと、上記特性のすべてを満足して具備することが
できないことが明らかである。
性にもすぐれ、通常の半導体装置は勿論のこと、高密度
にして多様な半導体装置の組立てに際して、高速ボンデ
ィングを採用した場合にも、高さが高く、かつ高さのバ
ラツキも著しく小さいループを安定して形成することが
でき、さらにループの変形がほとんどないので、タブシ
ョートやエツジショートなどの不良発生が著しく抑制さ
れるほか、高温にさらされる使用環境下でも、特にルー
プの接合部における金属間化合物の粒成長が著しく抑制
されるので、ループが高抵抗を示したり、断線したりす
ることがなくなり、信頼性の著しく高いものとなるなど
工業上有用な特性を有するのである。
にして多様な半導体装置の組立てに際して、高速ボンデ
ィングを採用した場合にも、高さが高く、かつ高さのバ
ラツキも著しく小さいループを安定して形成することが
でき、さらにループの変形がほとんどないので、タブシ
ョートやエツジショートなどの不良発生が著しく抑制さ
れるほか、高温にさらされる使用環境下でも、特にルー
プの接合部における金属間化合物の粒成長が著しく抑制
されるので、ループが高抵抗を示したり、断線したりす
ることがなくなり、信頼性の著しく高いものとなるなど
工業上有用な特性を有するのである。
第１図はボンディング状態を示す正面図である。
Ｓ・・・半導体素子、 Ｌ・・・外部リード、Ｗ
・・・極細線。
・・・極細線。
Claims (1)
- （１）Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびＳｍからなるＣｅ族希
土類元素のうちの１種または２種以上：０．２〜５０ｐ
ｐｍ、 ＳｉおよびＡｇのうちの１種または２種：１〜１００ｐ
ｐｍ、 Ｂｅ、Ｉｎ、Ｇｅ、およびＣａのうちの１種または２種
以上：１〜３０ｐｐｍ、 を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成を有
するＡｕ合金からなることを特徴とする半導体素子ボン
ディング用Ａｕ合金極細線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63022571A JP2621288B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 半導体素子ボンディング用Ａｕ合金極細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63022571A JP2621288B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 半導体素子ボンディング用Ａｕ合金極細線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01198438A true JPH01198438A (ja) | 1989-08-10 |
| JP2621288B2 JP2621288B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=12086563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63022571A Expired - Lifetime JP2621288B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | 半導体素子ボンディング用Ａｕ合金極細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621288B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945065A (en) * | 1996-07-31 | 1999-08-31 | Tanaka Denshi Kogyo | Method for wedge bonding using a gold alloy wire |
| WO2006078076A1 (ja) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Nippon Steel Corporation | 半導体素子接続用金線 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2773202B2 (ja) | 1989-03-24 | 1998-07-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 半導体素子ボンディング用Ａｕ合金極細線 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58154242A (ja) * | 1982-03-10 | 1983-09-13 | Mitsubishi Metal Corp | 半導体素子ボンデイング用金合金細線 |
| JPS6030158A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-15 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ボンデイングワイヤ− |
| JPS6179741A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-23 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ボンデイングワイヤ− |
-
1988
- 1988-02-02 JP JP63022571A patent/JP2621288B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2621288B2 (ja) | 1997-06-18 |
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