JPH02294045A - 絶縁被覆ボンディングワイヤ - 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、半導体装置の結線に用いられるボンディング
ワイヤに関するもので、特に、ボンディングワイヤとリ
ードフレームとの低温での接合性に優れた絶縁被覆ボン
ディングワイヤに関するものである。

（従来の技術） 従来、半導体装置の製造過程で用いられているボンディ
ングワイヤは、たとえば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アル
ミニウムＣＡＤ　）等よりなる導電性のワイヤ基材がそ
のままの裸線として利用されている。

そのため、そのようなワイヤを用いて半導体ベレットの
ボンディングパッドと、リードフレームのインナーリー
ドの如き外部出力端子への導電部とをボンディングする
場合、ボンディング不良、レジンモールド型パッケージ
におけるレジンの流れ等の何らかの原因により、ワイヤ
が隣接する他のワイヤやインナーリードあるいはタブ等
と接触すると、ショート不良を生じるという問題がある
。

特に、大規模集積回路（ＬＳＩ）における多ピン化によ
り、ペレットとインナーリードとの距離が大きくなる傾
向に伴って、ワイヤのスパンの長さを長くする必要があ
るが、このような場合には、ワイヤがカール現象を起こ
し、隣接するワイヤ等との接触に起因するショート不良
がより発生し易くなっている。

そのため、ボンディングワイヤを絶縁膜で被覆すること
が考えられ、特開昭５９−　１５４０５４号公報に示さ
れているように、絶縁性の高分子樹脂材料で被覆された
ボンディングワイヤを用いればシジート不良等を防げる
とされている。

しかしながら、用いる高分子材料によっては、ボンディ
ングワイヤとリードフレームもし《はボンディングパッ
ドとの接合性が悪かったり、後の封止工程やハンダ付け
等の工程において耐熱性が足りない欠点があった。

一般に、耐熱性を要求される絶縁被覆の材料としては、
エンジニアリングプラスチックと呼ばれている樹脂があ
り、その中でも芳香族ポリエステルがこれらの特性に優
れていることが見い出されている（例えば、特開昭５４
　−　１３８０５（ｉ号公報、特開昭５８　−　１３７
９０５号公報）。

さらに、リードフレームとボンデイングワイヤをボンデ
ィングするには、リードフレームの保持部分を３００℃
程度に予備加熱しておき、超音波を用いてボンディング
ワイヤをリードフレームに圧着する方法が一般的である
。

一方、ワイヤボンディング時に生しる熱による不良の発
生を防ぎ、ＩＣの信頼性をより高くするためにリードフ
レームの予熱温度をできるだけ低温にしたいという要望
があるが、予熱温度を低くすると、ボンディングが不確
人となってしまうという問題があった。

しかも、この傾向は絶縁被覆したボンディングワイヤに
おいては更に顕著であり、上記芳δ族ポリエステルを用
いた絶縁被覆ボンディングワイヤにおいても、芳６族ポ
リエステルのガラス転移温度が高いために、３００℃よ
りも低い温度でボンディングしようとしても、リードフ
レームとの接合性が悪《、連続してボンディングするこ
とが困難であり、かつ接合できた部分においても、リー
ドフレームとボンディングワイヤの接合強度が小さくて
、３００℃よりも低い温度で接合することは実用上でき
なかった。

そこで上記芳香族ポリエステルと同様な耐熱性、絶縁性
、かつ低温での連続接合性等に優れ、接合強度にも問題
のない絶縁被覆ボンディングワイヤが望まれていた。

ところが、一般に知られている芳香族ポリカーボネート
樹脂は、耐熱性、耐摩耗性、難燃性、抗張力等の機械特
性、耐衝撃性、絶縁性等の電気特性に優れた樹脂である
が、溶融粘度が高いために押し出し加工性が悪く、押し
出し機を用いた電線被覆方式で被覆する方法では、ボン
ディングワイヤの周囲に均質な厚みで薄い絶緑被膜を形
成するのは極めて困難であった。

また変性等により押し出し加工性を良くした芳香族ポリ
カーボネート樹脂は、耐摩耗性に劣るという問題があっ
た。

しかも、ボンディングワイヤの周囲に均質な厚みで薄い
絶縁被膜を形成するのに適切と考えられる、溶剤に溶か
して塗布する方法で、ボンディングワイヤ上に薄い均一
な被膜を形成するのは、高い機械強度や耐熱性を何する
芳香族ポリカーボネート樹脂は一般には耐薬品性が高《
、溶剤に溶かすことが困難であった。

また変性等により溶剤に溶け易くすると耐候性、耐熱性
等が悪くなるのが普通であった。したがって、今までは
、芳香族ポリカーボネートを披援層とした絶縁ボンディ
ングワイヤを作ることははなはだ困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 上記に鑑み、本発明は前記従来技術の間ｍ点を解決し、
ボンディングワイヤどうしあるいはボンディングワイヤ
と他の導電部との接触によるショート不良を防止するこ
とのできる、ボンディングワイヤとリードフレームとの
低温での接合性に優れた樹脂被覆絶縁ボンディングワイ
ヤを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、メルトインデックスとして１，０〜１００ｇ
／　ｌＯｓＩｎ（ＡＳＴＭ−Ｄｌ２３８Ｑ拠；温度２８
０℃，荷重２、１６０　ｋｇ）の範囲にある芳香族ポリ
カーボネート樹脂を、ボンディングワイヤ上に被顕して
なる絶縁ボンディングワイヤである。

本発明において、万香族ポリカーボネート樹脂を用いた
のは、芳香族ポリカーボネート樹脂が耐熱性、耐摩耗性
、難燃性、耐衝撃性、抗張力等の機械特性や絶縁性等の
電気特性に優れた樹脂であるためである。

ところが、本発明では以下に例示するような構造式で示
される基本骨格を有し、特定の範囲のメルトインデック
スを有する芳香族ポリカーボネート樹脂を使用すること
により、耐熱性と絶縁性に優れ、低温での連続接合性に
も優れた芳香族ポリカーボネート樹脂被覆ボンディング
ワイヤを作成するのに成功した。

本発明で用いる万香族ボリカーボネート樹脂が絶縁被膜
に適している理由は明らかではないが、一般にエンジニ
アリングプラスチックスとして用いられているポリエス
テルや、ボリアミドがガラス転移温度や融点が高すぎた
り、耐衝撃性が低すぎてワイヤ切れの原因となるのに対
し、本発明に用いた芳香族ポリカーボネート樹脂が、適
度のガラス転移湿度を有し、耐衝撃性が充分に高いため
と思われる。

本発明の芳香族ポリカーボネート樹脂とは、芳香族ジヒ
ドロキシ又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物を、ホ
スゲン又は炭酸のジエステルと反応させることよって作
られる、分岐していてもよい熱可塑性ポリカーボネート
重合体である。

芳香族ジヒドロキシ化合物の一例は、２．２−ビス（４
−ヒドロキシフエニル）プロパン（−ビスフェノールＡ
）、テトラメチルビスフェノールＡ１テトラブロムビス
フェノールＡ１ビス（４−ヒドロキシフェニル）一ｐ−
ジイソブ口ピルベンゼン、ハイドロキノン、レゾルシノ
ール、４．４’−ジヒドロキシジフェニルなどであり、
特に、ビスフェノールＡが好ましい。

また、分岐した芳香族ポリカーボネート樹脂を得るには
、フロログルシン、４．８−ジメチル−２．４．６−｝
り（４−ヒドロキシフェニル）へブテン−２、４．６−
ジメチル−２．４．８−　｝り（４−ヒド口キシフェニ
ル）へブタン、２．６−ジメチル−２．４．８−　トリ
（４−ヒドロキシフエニル）へブテン−３、４．６−ジ
メチル−２．４．８−　トリ（４ーヒドロキシフエニル
）へブタン、ｌ．３．５−トリ（４−ヒドロキシフェニ
ル）ベンゼン、１．１．１　−トリ（４−ヒドロキシフ
エニル）エタンなどで例示されるポリヒドロキシ化合物
、及び３，３−ビス（４−ヒドロキシアリール）オ牛シ
インドール（−イサチンビスフェノール）、５−クロノ
レイサチン、５−プロムイサチンなどを前記ジヒドロキ
シ化合物の一部、例えば０．１〜２モル％をポリヒドロ
キシ化合物で置換する。

更に、分子量を調節するのに適した一価芳谷族ヒドロキ
シ化合物はｍ一及びｐ−メチルフェノール、ｍ一及びｐ
−プロビルフェノール、ｐ−ブロムフェノール、ｐ−ｔ
ｅｒｔ−プチルフェノールなどが好ましい。

芳香族ポリカーボネート樹脂としては代表的には、ビス
（４−ヒドロキシフェニル）アルカン系ジヒドロキシ化
合物、特にビスフＳ．ノールＡを主原料とするポリカー
ボネートが挙げられ、２８以上の芳６族ジヒドロキシ化
合物を併用して得られるポリカーボネート共亜合体、３
価のフェノール系化合物を少量併用して得られる分岐化
ポリカーボネートも挙げることができる。また、芳香族
ポリカーボネート樹脂は２８以上の混合物として用いて
もよい。

本発明で用いる芳香族ポリカーボネート樹脂は、メルト
インデックス（＾ＳＴＭ−ＤＩ２３８準拠；温度２８０
℃，荷重２．１６０ｋｇ）としては、１．０〜１００ｇ
／　１０ｓｉｎの範囲にあるものである。

芳香族ポリカーボネート樹脂のメルトインデックスがｌ
．ｏｇ／ＩＯ＊ｉｎ未満では粘度が高すぎて、ボンディ
ングワイヤ上に均一な厚みの被覆層を形成することが困
難である。

また、ある程度均一な厚み部分ができても連続接合性が
劣り、信頼性に欠ける。またメルトインデックスが１０
０ｇ／ｌＯｍｉｎを超えると粘度が低くなりすぎてボン
ディングワイヤとの密着性が悪くなり、剥げ易くなり連
続接合性には問題はないが、絶縁性が無くなり、何れの
場合にも実用に耐えるものが得られない。

本発明の芳香族ポリカーボネートからなる絶縁被覆ボン
ディングワイヤの絶縁膜の厚さについては、厚みが厚い
ほど絶縁性という点においては優れているが、それと同
時に厚くなるほど接合性が悪くなること、また絶縁膜の
厚さが薄くなるほど接合性は向上するが、絶縁膜として
の性能が低下し、厚みが０．０１一以下では耐電圧が悪
くなってしまう。

そのため、絶縁被覆の厚さとしては、０．０１−１０一
とすることが望ましく、好まし《は０．０１〜２４、最
も好ましくは０．０２〜０．７　ｍである。

被膜の形成方法としては、押し出し被覆法、静電粉体コ
ーティング法、浸せき塗工法、スブレイコーティング法
、電亡コーティング法等が考えられるが、上記のような
極めて薄い絶縁被膜を均一に被覆するためには浸せき塗
工法により、被覆することが望ましい。

本発明の芳香族ポリカーボネートは、上記の方法でボン
ディングワイヤ上に直接もしくは他の絶縁物を介して被
覆される。他の絶縁物としては、汎用ポリエステル塗料
、トリス（２−ヒドロキシエチル）インシアネート変性
ポリエステル塗料、ポリウレタン、油性塗料、ナイロン
塗料等の高分子樹脂系の絶縁物や、酸化第一銅や酸化第
二銅のような酸化被膜やシラン系の無機絶縁披膜等が、
連続接合性を損なわない程度の厚さで用いられる。

また、この芳香族ポリカーボネート樹脂には、必要に応
じてこの種の芳香族ポリカーボネート樹脂に、従来から
使用されてきた老化防止剤、難燃剤、充填剤、電圧安定
剤、滑剤、加工助剤、紫外線吸収剤等の各種の添加剤を
配合することができる。

（作　　用） 上述したように限られたメルトインデックスを有する芳
香族ポリカーボネート樹脂を使用することにより、ボン
ディングワイヤ上に均一に絶縁被膜を形成することがで
き、かつ限られた厚みの絶縁被膜を被覆することにより
得られる芳香族ボリカーボネート樹脂被覆絶縁ボンディ
ングワイヤは、耐熱性と絶縁性と、リードフレームとの
低温での接合性に優れたものである。

従ってボンディング不良もなく、かつボンディングワイ
ヤどうしやボンディングワイヤと半導体チップ等とのシ
ョートを防ぐことができ、更にリード間隔を縮小し、半
導体装置の多端子化を図ることができる。

（実　施　例） 絶縁被覆の形成方法としては、高純度の外径３ｏ虜の金
製のボンディングワイヤをワイヤ基材とし、芳香族ポリ
カーボネート樹脂をクロロホルムに溶解した溶液中にワ
イヤ基材を通してから鉛直方向に引き上げて、溶剤を除
去して絶縁性の芳香族ポリカーボネート樹脂を被覆した
ボンディングワイヤを作成した。

被覆の膜厚は溶液の濃度と粘度と被覆速度とに依存し、
更に溶液の粘度は樹脂の分子量、即ちメルトインデック
スに依存するので、用いた芳香族ポリカーボネート樹脂
のメルトインデックスに応じて溶液の歳度、被覆速度を
調製して、それぞれ被膜の厚さが約０．３ｔＩＪｎにな
るように被覆した。

その被覆されたボンディングワイヤを用いて連続ボンデ
ィング試験を行った結果を第１表に示す。

高分子材料としては芳舌族ボリカーボネート樹脂として
以下の構造式を有する、ビスフェノールＡの芳香族ポリ
カーボネートを、ビスフェノールＡとジフエニルカーボ
ネートとを常法の溶融重縮合法に従って重合し、異なっ
た分子量、即ちメルトインデックス値をもつ芳香族ポリ
カーボネートを合成して、実施例１〜３、比較例１と２
に用いた。

メルトインデックスは、＾ＳＴＭ−０１２３８に準拠し
て行い、押し出し温度は２８０℃、荷重２、１６０ｋｇ
で行った。

また、ボンディングワイヤのリードフレームとの連続接
合性については、新川社製のボンダーを用い、リードフ
レームの保持温度が２３０℃において、２０００回以上
連続ボンディングできた場合を０１途中でワイヤ切れ等
を起こしたものをＸとした。

更に、絶縁被膜の良否は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を
用いてｌ０００倍程度の倍率で観察し、絶縁被膜が均質
なものを０１剥がれや不均一な厚みであったものをＸと
した。

リードフレームとの低温での接合性は、実施例としてメ
ルトインデックスが４．８の芳香族ポリカーボネートを
用い、比較例として、本発明で用いたビスフェノールＡ
を主成分とする芳香族ポリカーボネートと類似の化学構
造を有する芳香族ポリエステルである、ユニチカ製のポ
リアリレートｔ＋　ｔｏｏ（ビスフェノールＡと芳香族
ジカルボン酸（テレフタル酸とイソフタル酸の混合物）
からの芳δ族ポリエステル）を、本発明で用いた方法と
同様にクロロホルム溶液から０．３趨の絶縁被膜を形成
させて、リードフレーム下部の固定部の温度を３００℃
と１８０’ｃで行った結果をｍ２表に示した。

接合強度は接合後の半導体ペレットのボンディングパッ
ド及びリードフレームのインナーリード間のボンディン
グワイヤにフックを掛け、上方に０．５＋ａｍｉ／分で
引き上げてボンディングワイヤが破断するか、ボンディ
ングバッドもしくはリードフレームから剥がれる時の最
大負荷をΔｄ定し、その平均値を求めた結果を第２表に
示した。

実施例　１〜３ ボンディングワイヤ上に、メルトインデックスがそれぞ
れ、４．６．　１８．　４８ｇ／ｌＯａｉｎの芳香族ポ
リカーボネート樹脂のクロロホルム溶液を用いて被覆し
、被田厚さ０．３ｍの絶縁ボンディングワイヤを作成し
た。

その特性を第１表に示した。

いずれの場合にもＳＥＭを用いて観察した結果滑らかに
被覆されていることが認められた。

比較例　１ ボンディングワイヤ上に、メルトインデックスが０．５
ｓｒ／ｌＯｓｉｎの芳香族ポリカーボネートのクロロホ
ルム溶液を被覆しようとしたが、均一の厚みの被覆層を
形成されなかった。

ＳＥＭを用いて観察したところ、ボンディングワイヤの
長さ方向に、被膜の厚さが２倍程度にバラツイでいるの
が見い出された。

又作成した被覆ボンディングワイヤの中から、比較的厚
みの均質であった極少量の被覆厚さ０．３一の絶縁ボン
ディングワイヤを接合しようとしたが、このボンディン
グワイヤのリードフレームとの接合性は、第１表に示し
たようにＨ弱であり、実用には適さなかった。

比較例　２ メルトインデックスが１４０ｇ／１０ｓｉｎの芳香族ポ
リカーボネートのクロロホルム溶液を用いて被覆した。

この作成した被覆ボンディングワイヤのＳＥＭを観察し
たがボンディングワイヤの表面から樹脂が剥がれており
、ボンディングには問題はなかったが絶縁性が確実では
なく、実用には適さなかった。

おそらく、メルトインデックスが大きすぎる、即ち分子
量が小さすぎると被膜とワイヤの接着が貧弱となり、剥
がれ易くなるものと思われる。

第１表からも明らかなように、分子量が大きすぎると均
一の厚みの被覆層を形成するのが困難であり、作成でき
た場合でも、このボンディングワイヤのリードフレーム
との接合性は貧弱であり、また分子二が小さすぎる場合
には被膜とワイヤの接着が貧弱であり、剥がれ易くて実
用には適さなかった。

実施例　４，５ メルトインデックスが４．６の芳香族ポリカーボネート
（Ｐ　Ｃ）を用いて厚さ０．３４の絶緑被膜を形成し、
リードフレーム下部の温度が１８０℃及び３００℃で．
連続接合性と、接合後のボンディングワイヤとリードフ
レーム及び半導体ベレットのボンディングバッドとの接
合性を調べた結果を第２表に示した。

一般に要求されている連続接合回数２０００回と、接合
強度３ｇを十分に満足する結果が得られた。

比較例　３．４ 本発明に用いた芳香族ポリカーボネートと類似の化学構
造を有する芳香族ポリエステル、ユニチカ製のＵ　１０
０　　（　Ｐ　Ａ　ｒ）を用い、０．３１ｍの絶縁被膜
を形成して、実施例４と同様にして連続接合性と接合強
度を調べた。

その結果を第２表に示したが連続して接合することは難
しく、かつ、接合できた部分の接合強度もリードフレー
ムとの接合性が悪く実用に適さなかった。

比較例　５ 本発明に用いた３１ｂｚｍの金製のボンデイングワイヤ
を樹脂で絶緑披塑せずに、実施例４と同様の方法で連続
接合性と接合強度を．′Ｊ３べ、その結果を第２表に示
した。

第２表からも明らかなように、本発明に用いた芳δ族ボ
リカーボネートで絶縁披覆されたボンディングワイヤは
、彼覆されていない裸のボンディングワイヤと同等の低
温での連続接合性、接合強度を有している。

（発明の効果） 本発明によれば、限られたメルトインデックスを有する
芳香族ポリカーボネート樹脂を使用することにより、ボ
ンディングワイヤ上に均一な被覆層を形成することがで
き、かつ限られた厚みの絶縁層を被覆することにより、
ｊｑられる芳香族ポリエステル樹脂被覆絶縁ボンディン
グワイヤは絶縁性、低温におけるリードフレームとの接
続接合性、耐熱性等に優れたものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ボンディングワイヤ上に、メルトインデックスが１．
   ０〜１００ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ−Ｄ１２３８準拠
   ；温度２８０℃、荷重２、１６０ｋｇ）の範囲にある芳
   香族ポリカーボネート樹脂を被覆してなる絶縁ボンディ
   ングワイヤ。