JPH02260644A - ボンディング用金合金細線 - Google Patents
ボンディング用金合金細線Info
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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）
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、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。
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、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。
（従来技術と問題点）
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り、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し
たり、ワイヤフローを呈し短絡を起すという問題がある
。
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り、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し
たり、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ポールの
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が、接合の
ループ高さが適切でないため、高く、近年急速に普及し
つつある薄型のパッケージ用デバイスに対応させるには
十分でないという問題がある。
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が、接合の
ループ高さが適切でないため、高く、近年急速に普及し
つつある薄型のパッケージ用デバイスに対応させるには
十分でないという問題がある。
（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径の耐熱性
を有する金合金細線が多く使用されているが、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。
と進み、接合の高速化と共に３０〜２５μｍ径の耐熱性
を有する金合金細線が多く使用されているが、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、２５μｍ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、ボンディング綿（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）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ピンを有するＩＣパッケージが問
題となる。
たもので、例えば、２５μｍ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、ボンディング綿（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）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ピンを有する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、ループ高さを高くし、
使用するボンディング線の線径を大きくすればよいが、
ループ高さを高くすると、半導体素子を樹脂で封止する
ときにワイヤフローを呈したり、線径を大きくすると、
金材料使用による経済性が満足されない。
使用するボンディング線の線径を大きくすればよいが、
ループ高さを高くすると、半導体素子を樹脂で封止する
ときにワイヤフローを呈したり、線径を大きくすると、
金材料使用による経済性が満足されない。
そのため、本発明者らは、先にループ高さが低く、接合
が良好なボンディング線として、高純度金中に微量のイ
ツトリウム、カルシウム、ゲルマニウムおよびベリリウ
ムを添加したボンディング用金合金細線を特願平１−４
１１８９号で提案したが、半導体組立作業中で振動、衝
撃などを受けた場合、ネック切れ断線において必ずしも
十分でなく、改善する必要があることがわかった。
が良好なボンディング線として、高純度金中に微量のイ
ツトリウム、カルシウム、ゲルマニウムおよびベリリウ
ムを添加したボンディング用金合金細線を特願平１−４
１１８９号で提案したが、半導体組立作業中で振動、衝
撃などを受けた場合、ネック切れ断線において必ずしも
十分でなく、改善する必要があることがわかった。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、特願平１−４１
１８９号の有する諸特性を損わずに、振動破断率を大巾
に低減し得るボンディング用金合金細線を擢供すること
を目的とするものである。
１８９号の有する諸特性を損わずに、振動破断率を大巾
に低減し得るボンディング用金合金細線を擢供すること
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、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。
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、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、高純度金にイツトリウム３〜１００重ｌｐｐ
ｍ、カルシウム１〜５０重量ｐｐｍ、ゲルマニウム５〜
５０重量ｔｐｐｍ 、およびベリリウム１〜１０重量ｔ
ｐｐｍをそれぞれ添加し、これら添加元素の総量をｌＯ
〜１１０重量ｐｐｍ範囲とし、更に、銀５〜１００重量
ｐｐｍを添加したボンディング用金合金細線である。
ｍ、カルシウム１〜５０重量ｐｐｍ、ゲルマニウム５〜
５０重量ｔｐｐｍ 、およびベリリウム１〜１０重量ｔ
ｐｐｍをそれぞれ添加し、これら添加元素の総量をｌＯ
〜１１０重量ｐｐｍ範囲とし、更に、銀５〜１００重量
ｐｐｍを添加し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
、”特に恨の不純物が５重量ｐｐｍ未満のものである。
％以上の金を含有し残部が不可避不純物から成るもので
、”特に恨の不純物が５重量ｐｐｍ未満のものである。
イツトリウム、カルシウム、ゲルマニウム、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
、結晶粒界にイツトリウム、カルシウム、ゲルマニウム
、ベリリウムを析出させて常温強度と耐熱性を向上させ
、接合時のループ高さを低くして、且つ高速自動ボンダ
−にも適合させるものである。
の添加は、金の結晶格子に歪を与えて再結晶温度を高め
、結晶粒界にイツトリウム、カルシウム、ゲルマニウム
、ベリリウムを析出させて常温強度と耐熱性を向上させ
、接合時のループ高さを低くして、且つ高速自動ボンダ
−にも適合させるものである。
イツトリウムの添加量が３重ｆｆｌｐｐｍ未満であると
きは、耐熱性が向上せず、封止樹脂の影響を受けてワイ
ヤフローを呈し、且つループ高さにバラツキが生じ不安
定な接合となる。逆に、イツトリウムの添加量が５０重
量ｐｐｍ近傍を超えると、その添加にかかわらず耐熱性
効果は飽和状態となって余り向上せず、１１０重ｆｆｌ
ｐｐｍを超えるとボール表面に酸化皮膜が形成され、ボ
ール形状に歪を生じ、且つイツトリウムが金の結晶粒界
に析出して脆性を生じ、伸線加工に支障を起す。その好
ましい添加量は３〜６０重量ρｐｍである。
きは、耐熱性が向上せず、封止樹脂の影響を受けてワイ
ヤフローを呈し、且つループ高さにバラツキが生じ不安
定な接合となる。逆に、イツトリウムの添加量が５０重
量ｐｐｍ近傍を超えると、その添加にかかわらず耐熱性
効果は飽和状態となって余り向上せず、１１０重ｆｆｌ
ｐｐｍを超えるとボール表面に酸化皮膜が形成され、ボ
ール形状に歪を生じ、且つイツトリウムが金の結晶粒界
に析出して脆性を生じ、伸線加工に支障を起す。その好
ましい添加量は３〜６０重量ρｐｍである。
カルシウムの添加量が１重量ｔｐｐｍ未満であるときは
、イツトリウムおよびゲルマニウムとの相剰作用に欠け
、耐熱性が不安定となり、ループ高さにバラツキを生じ
、僅かながらワイヤフローを呈する。逆に、５０重量ｐ
ｐｍを超えると、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボ
ール形状に歪を生じ、且つカルシウムが金の結晶粒界に
析出して脆性を生じ、伸線加工を阻害する。その好まし
い添加■は１〜４０重量ｐｐｍである。
、イツトリウムおよびゲルマニウムとの相剰作用に欠け
、耐熱性が不安定となり、ループ高さにバラツキを生じ
、僅かながらワイヤフローを呈する。逆に、５０重量ｐ
ｐｍを超えると、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボ
ール形状に歪を生じ、且つカルシウムが金の結晶粒界に
析出して脆性を生じ、伸線加工を阻害する。その好まし
い添加■は１〜４０重量ｐｐｍである。
ゲルマニウムρ添加量が５重量ρｐｍ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ｆ
ｔｐｐｍを超えると、ボール表面に酸化皮膜が形成され
、ボール形状に歪を生じ、ボンディング時の再結晶によ
る結晶粒界破断を起して、ネック切れが生じやすくなる
。その好ましい添加量は５〜３０重量ｐｐｍである。
、常温の機械的強度をより向上できない。逆に５０重ｆ
ｔｐｐｍを超えると、ボール表面に酸化皮膜が形成され
、ボール形状に歪を生じ、ボンディング時の再結晶によ
る結晶粒界破断を起して、ネック切れが生じやすくなる
。その好ましい添加量は５〜３０重量ｐｐｍである。
ベリリウムの添加量が１重ｌｐｐｍ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。
常温の機械的強度をより向上できない。
逆に１０重ｆｆｌｐｐｍ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、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。
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、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。
従って、イツトリウム、カルシウム、ゲルマニウム、ベ
リリウムの添加総量を１０〜１１０重量ρｐｍとするが
、好ましい添加総量は１０〜６０重量ρｐｍである。
リリウムの添加総量を１０〜１１０重量ρｐｍとするが
、好ましい添加総量は１０〜６０重量ρｐｍである。
銀の添加は、イツトリウム、カルシウム、ゲルマニウム
、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。
、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、イツトリ
ウム、カルシリム、ゲルマニウム、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重量ｐｐｍ
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。
ウム、カルシリム、ゲルマニウム、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重量ｐｐｍ
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１０〜６０重ｌｐｐｍ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、常温で伸線加工を行ない
最終線径を２５μｍφ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。
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２５μｍφ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、ボール形状、ワイヤフローの有無および振動破断率
を調べた結果を第１表に併記した。
さ、ボール形状、ワイヤフローの有無および振動破断率
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
されるループの頂筒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。
体素子上の電極と外部リードとの間を接合した後、形成
されるループの頂筒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。
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○印で評
価した。
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○印で評
価した。
ワイヤフローは、高速自動ボンダーで半導体素子上の電
極と外部リードとを接合し、薄型モールドの金型内にセ
ットして対土用樹脂を注入した後、得られたパッケージ
をＸ線で観察し、封止用樹脂によるボンディング線の歪
み、すなわち、直線接合からの最大わん曲距離と接合ス
パン距離とを測定し、歪値からワイヤフローの良否を評
価した。
極と外部リードとを接合し、薄型モールドの金型内にセ
ットして対土用樹脂を注入した後、得られたパッケージ
をＸ線で観察し、封止用樹脂によるボンディング線の歪
み、すなわち、直線接合からの最大わん曲距離と接合ス
パン距離とを測定し、歪値からワイヤフローの良否を評
価した。
○印：歪値３％未満（薄型パッケージに適合する）
△印：歪値３〜１０％
×印：歪値１１％以上
振動破断率は、半導体素子をマウントするＰＬＣＣ基（
反（ボンディングスパン：１ｍｍ、インナーリードピン
が６８本四方に配列されているｒｃパッケージ用４２Ｎ
ｉ−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２５μｍφ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、マガジンに収納する。
反（ボンディングスパン：１ｍｍ、インナーリードピン
が６８本四方に配列されているｒｃパッケージ用４２Ｎ
ｉ−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２５μｍφ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、マガジンに収納する。
該マガジンを荷台車にのせ、長さ４ｍの縞板鋼板上を４
ｋｍ／ｈｒの速度で８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。
ｋｍ／ｈｒの速度で８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。
結果かられかるように、本発明に係る実施例はイツトリ
ウム、カルシウム、ゲルマニウム、ヘリリウムのっ添加
に加えて、銀が適切に添加されているので振動破断率を
大巾に低減させ得る。
ウム、カルシウム、ゲルマニウム、ヘリリウムのっ添加
に加えて、銀が適切に添加されているので振動破断率を
大巾に低減させ得る。
比較例７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８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９゜ｌＯは実施例３，５に対比
させるもので、恨が添加されていないため靭性特性に欠
け、振動破断率が大きくなる。
きない。比較例８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９゜ｌＯは実施例３，５に対比
させるもので、恨が添加されていないため靭性特性に欠
け、振動破断率が大きくなる。
（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ダーに対応できると共に振動破断
率も大ｒ′１目こ低減でき、ワイヤフローも起さないの
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。
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ｒ′１目こ低減でき、ワイヤフローも起さないの
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。
第１図は半導体素子上の電極とインナーリードとを接合
した本発明に係るボンディング線の振動、衝撃を受ける
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。
した本発明に係るボンディング線の振動、衝撃を受ける
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。
Claims (1)
- 高純度金にイットリウム３〜１００重量ｐｐｍカルシウ
ム１〜５０重量ｐｐｍ、ゲルマニウム５〜５０重量ｐｐ
ｍ、およびベリリウムを１〜１０重量ｐｐｍをそれぞれ
添加し、これら添加元素の総量を１０〜１１０重量ｐｐ
ｍの範囲とし、更に銀５〜１００重量ｐｐｍを添加する
ことを特徴とするボンディング用金合金細線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1082608A JPH02260644A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ボンディング用金合金細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1082608A JPH02260644A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ボンディング用金合金細線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260644A true JPH02260644A (ja) | 1990-10-23 |
Family
ID=13779190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1082608A Pending JPH02260644A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ボンディング用金合金細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02260644A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI656222B (zh) * | 2018-08-23 | 2019-04-11 | 香港商駿碼科技（香港）有限公司 | 金合金封裝線材及其製備方法 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1082608A patent/JPH02260644A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI656222B (zh) * | 2018-08-23 | 2019-04-11 | 香港商駿碼科技（香港）有限公司 | 金合金封裝線材及其製備方法 |
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