JPH02259032A - 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、衝撃による断線を
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、その信頼
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
と進み、接合の高速化と共に３０〜２５μｍ径の金合金
細線が多く使用されているが、経済性の面から更により
細い２５〜２０μｍ径の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）の先端をボール状（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−ヒ（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）の粗大結晶粒の部分でネック断線
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）も振動し、ボンディング線
（６）はかなりの衝撃を受けることになる。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
化実装の多極ビンを有するＩＣパッ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１−１１に低減し
得る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
常温強度を向上させる添加元素としてゲルマニウムを選
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、ゲルマニ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として使用する
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、高純度金にゲルマニウムを５〜５０重量ｐｐ
ｍおよび銀を５〜１００重量ρｐｍ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蔀が不可避不純物から成るもので
、特に銀の不純物が５重量ｐｐｍ未満のものである。

ゲルマニウムの添加は、金の結晶格子に歪を与えて結晶
粒界にゲルマニウムを析出させて常温強度を向上させる
。

ゲルマニウムの添加量が５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５０重量
ｐｐｍを超えると、ボール表面に酸化皮膜が形成され、
ボンディング時の再結晶による結晶粒界破断を起こして
、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５〜５０重量ｐｐｍである。

銀の添加は、ゲルマニ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ｐｐ＋ｎ未満であるときは、ゲルマニウムの粒界析
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重量ｐｐｍ
を超えると、ボール形状が悪（なり接合の信頼性を低下
させる。その好ましい添加量は１０〜６０重量ｐｐ＋ｎ
である。

（実施例） 以下、実施例について説明する。

全純度が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゛丁を行な
い最終線径を２０μｍψ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。

摺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
にイノ１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１〜するｐＬｃｃｇ
板（ボンデインダスパ、ン：１ｍｍ、インナーリーｌ°
ピンが６８本四方に配列されているＩＣパッケージ用４
２　Ｎｉ−Ｆｅ合金基板を１枚中に６個有するもの）を
１０枚、マガジンに収納し、前記２０〆７　ｍψの金合
金細線を自動高速ボングーにかりて、半導体素子」−の
電極とインナーリードとを接合し、マガジンに収納する
。

該マガジンを荷台車にのせ、長さ４　ｍの綿板鋼板１−
を４　ｋｍ／ｈｒの速度で５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、高速自動ホングーを使用し、電気１・
−チ放電によって得られる金合金ポールを走査電子顕微
鏡で観察し、ポール表面に酸化物が生ずるｔ）の、ボー
ルの形状がイビツになるもの、半導体素子の電極に良好
な形状で接合できないものをＸ印で、良好なものをＯ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ゲルマニ
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
中に低減させ得る。比較例５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６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７はゲルマ
ニウムの添加量が少ないため常温引張強度が低くなり、
接合特に断線を起し易いので、実用−に問題がある。

第１表には示していないが、実施例２、比較例２によっ
て得られたマガジンを荷台車にのせ、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１．２％、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グーに対応できるとノ１、に振動
破断率も大巾に低減できるので、薄型パッケージのボン
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】

第１図は半導体素子上の電極とインナーリートとを接合
したボンディング線の振動、衝撃を受し」る拡大説明図
、第２図は第１図における半導体素子」二の電極部の拡
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−Ｌ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
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高純度金にゲルマニウムを５〜５０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。