JPH02228437A - ボンディング用金合金細線 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子上の電極と外部リードとを接合す
るために使用する耐熱性に優れた金合金細線に関し、よ
り詳しくは接合後の半導体組立作業中における振動疲労
による断線を大巾に低減させるボンディング用金合金細
線に関する。

（従来技術） 従来、ケイ素半導体素子上の電極と外部リードとの間を
接続するボンディング線としては、金細線が使用されて
きた。このように金細線が多用されてきたのは、金ボー
ルの形成が真円球状となり、形成された金ボールの硬さ
が適切であって、接合時の圧力によってケイ素半導体素
子を損傷することがなく、確実な接続ができ、その信頬
性が極めて高いためであった。しかし、金細線を自動ボ
ングーにかけて金細線の先端を溶融して金ボールを形成
させて接合を行なうと、金細線は再結晶化温度が低く耐
熱性を欠くために、金ボール形成の直上部において引張
強度が不足し断線を起したり、断線をまぬがれて接合さ
れた金細線は樹脂封止によって断線したり、又、半導体
素子を封止用樹脂で保護した場合、ワイヤフローを呈し
短絡を起すという問題がある。

これを解決するために、接続時に形成させる金ボールの
形状および硬さを損わない程度に、高純度金中に微量の
添加元素を加えて破断強度と耐熱性を向上させた種々の
ボンディング用金合金細線が公表されている。

（発明が解決しようとする問題点） 一方、半導体装置の製造分野では集積度の高密化が一段
を進み、接合の高速化と共に２５μｍ径の耐熱性を有す
る金合金細線が使用されているが、経済性の面から更に
より細い２０μｍ径の耐熱性金合金線として使用すると
、接合後、半導体組立作業を経たボンディング線がネッ
ク切れを起し、接合の信頼性が低下するという問題があ
る。この問題は半導体組立作業中での振動および搬送工
程で起る機械的な振動、衝撃などの疲労によってボンデ
ィング線がネック切れを起し、接合不良率が増加するも
のである。第１図および第２図はネック断線を呈する説
明図を示したもので、例えば、２０μｍ径の耐熱性金合
金細線を用いて半導体素子をマウントする基体上のアイ
ランド（１）に半導体素子（２）を接合剤（３）によっ
て固定し、ボンディング線（６）の先端をポール状（７
）に溶融して、半導体素子（２）上の電極（４）とイン
ナーリード（５）をボンディング線（６）によって接合
した後、半導体組立作業を行うと、工程中振動および衝
撃を受けてインナーリード（５）が上（５′）、下（５
”）に振動すると共に、ボンディング線（６）も上（６
“）、下（６”）に振動を繰返すことになる。そのため
ボンディング線（６）は接合のボール（７）形成時の熱
によって形成される再結晶粒部（８）と伸線加工歪の残
留する繊維組織部（９）との境界部に歪が集中し、疲労
に伴うネック断線を起すことになる。実際には、インナ
ーリード（５）の振動と共にアイランド（１）も振動す
るため、歪による疲労が加速されるが、このようなネッ
ク切れ断線はインナーリード幅がより細くなる高密化実
装の多極ピンを有するＩＣパンケージが問題となる。ネ
ック切れ断線を低減するには、使用するボンディング線
の線径を大きくすればよいが、金材料使用による経済性
が満足されない。

そのため、より細く、接合の信頼性にすぐれたボンディ
ング線が要望されている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、高純度
金中に必要最小限の添加元素を含有させて、常温の引張
強度を向上させ、且つ振動破断率を大巾に低減し得る２
５〜２０μｍ径のボンディング用金合金細線を提供する
ことを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記の課題を解決するために高純度金の
耐熱性を向上させる添加元素としてベリリウムを選択し
、振動破断率を低減させる添加元素の有無について鋭意
検討を行った結果、ベリリウムの添加に加えて銀を特定
割合で含有させたボンディング線を使用すると、ボール
形状およびループ高さが適切で、振動破断率が大巾に低
減できることを見出して本発明を完成したものである。

本発明は、高純度金にベリリウムを１〜１０重量ｐｐｆ
ｆＩおよび銀を５〜１００重量ｐｐｍの範囲に含有せし
めたボンディング用金合金細線である。

以下、本発明の構成について更に説明する。

本発明で使用する高純度金とは、純度が９９．９９重量
％以上の金を含有し残部が不可避不純物から成るもので
、特に銀の不純物か５重量ｐｐｍ未満のものである。

ベリリウムの添加は、金の結晶格子に歪を与えて再結晶
温度を高め、結晶粒界にベリリウムを析出させて常温温
度と耐熱性を向上させる。

ベリリウムの添加量が１重量ｐｐｍ未満であるときは、
常温の機械的強度をより向上できない。

逆に１０重量ｐｐｎ＋を超えると、ボンディング時の再
結晶による結晶粒の粗大化に加えて箱状の関節を生じて
ネック切れを起し、又、ボール形状に歪を生じるので微
小電極との接合の信頼性を低下させる。その好ましい添
加量は１〜６重量ｐｐｍである。

銀の添加は、ベリリウムの結晶粒界析出を抑制し、ボン
ディング線の靭性特性を向上させる。

銀の添加量が５重量ｐｐｍ未満であるときは、ベリリウ
ムの粒界析出を抑制する効果を欠き、ボンディング線の
靭性特性を示さなく、振動破断率が大きい。逆に１００
重Ｍｐｐｍを超えると、ボール形状が悪くなり接合の信
頼性を低下させる。その好ましい添加量はｌＯ〜６０重
量ｐｐｍである。

（実施例） 以下、実施例について説明する。

金純度が９９．９９重量％以上の電解金を用いて、第１
表に示す化学成分の金合金を高周波真空溶解炉で溶解鋳
造し、その鋳塊を圧延した後、常温で伸線加工を行ない
最終線径を２０１１ｍ　φの金合金細線とし、大気雰囲
気中で連続焼鈍して伸び値が４％になるように調質する
。

得られた金合金細線について、常温引張強度、ループ高
さ、振動破断率およびボール形状を調べた結果を第１表
に併記した。

接合のループ高さは、高速自動ボンダーを使用して半導
体素子上の電極と外部リードとの間を接合した後、形成
されるループの頂高とチップの電極面とを光学顕微鏡で
観察してその高さを測定する。

振動破断率は、半導体素子をマウントするＰＬＣＣ基板
（ボンディンダスパン：１１、インナーリードビンが６
８本四方に配列されているＩＣパッケージ用４２Ｎｉ−
Ｆｅ合金基板を１枚中に６個有するもの）を６８枚、カ
セットに収納し、前記２０μｍφの金合金細線を自動高
速ボンダーにかけて、半導体素子上の電極とインナーリ
ードとを接合し、カセットに収納する。

該カセットを荷台車にのせ、長さ４ｍの縞板鋼板上を４
　ｋｍ／ｈｒの速度で４往復させて強制的に振動を与え
た後、接合部のネック切れ断線を調べる。

ボールの形状は、高速自動ボンダーを使用し、電気トー
チ放電によって得られる金合金ボールを走査電子顕微鏡
で観察し、ボール表面に酸化物が生ずるもの、ボールの
形状がイビッになるもの、半導体素子の電極に良好な形
状で接合できないものを×印で、良好なものを○印で評
価した。

結果かられかるように、本発明に係る実施例はへリリウ
ムのみを添加した金合金細線に較べて振動破断率を大巾
に低減させ得る。比較例４は銀の添加量が少ないため振
動破断率を低減できない。比較例５は銀の添加量が多い
ためボール形状が真球状とならず、比較例６はベリリウ
ムの添加量が少ないため常温引張強度が低くなり、接合
時に断線を起して実用に供せられない。

第１表には示していないが、実施例３、比較例２によっ
て得られたカセ・ノドを荷台車にのせ、長さ４ｍの縞板
鋼板上を３往復させてネック切れを調べた結果、振動破
断率は前者では１．４％、後者では２．８％であった。

（効　果） 以上説明した如く、本発明に係る金合金細線は、常温お
よび高温の機械特性、ループ高さ、ボール形状がそれぞ
れ適切に保持できて自動高速ボンダーに対応できると共
に振動破断率も大巾に低減できるので、薄型パフケージ
のボンディング線として実用に供せられる利点があり、
高密化半導体装置の経済面にも寄与する点が大である。

【図面の簡単な説明】

とを接合した本発明に係るポンディング線の振動疲労を
受ける拡大説明図、第２図は第１図における半導体素子
上の電極部の拡大説明図であって、図面の符号は次の通
りである。 （１）・・・・・・アイランド、（２）・・・・・・半
導体素子、（３）・・・・・・接合剤、（４）・・・・
・・半導体素子上の電極、（５）・・・・・・インナー
リード、　（６）・・・・・・ボンディング線、（７）
・・・・・・ボール、（８）・・・・・・再結晶粒部、
（９）・・・・・・繊維組織部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高純度金にベリリウムを１〜１０重量ｐｐｍおよび銀を
   ５〜１００重量ｐｐｍの範囲に含有せしめたことを特徴
   とするボンディング用金合金細線。