JPH03264628A - 半導体素子用ボンディングワイヤ - Google Patents

半導体素子用ボンディングワイヤ

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JPH03264628A
JPH03264628A JP2062154A JP6215490A JPH03264628A JP H03264628 A JPH03264628 A JP H03264628A JP 2062154 A JP2062154 A JP 2062154A JP 6215490 A JP6215490 A JP 6215490A JP H03264628 A JPH03264628 A JP H03264628A
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恭秀 大野
Yoshio Ozeki
大関　芳雄
Takashi Kanamori
孝史 金森
Yasuo Iguchi
泰男 井口
Yoshinori Arao
荒尾　義範
Toshimitsu Yamashita
山下　俊光
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子の電極と外部リードを接続するた
めに使用する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、半導体素子の電極を外部リードに接続するために
、八〇に微量のＣａ、　Ｂｅ、　Ｇｅなどを含有させた
篩合金の２５〜５０μｍのワイヤ、すなわちボンディン
グワイヤが用いられている。
このワイヤを用いて半導体素子とリードフレームを接続
する際に、両者とも超音波による圧接か、半導体素子の
電極については、アークで先端をポールアップした後に
熱圧着する方法がとられている。
しかしながら、近年ＩＣのより一層の小型化。
集積化が図られ、電極数の増加のため、現状ワイヤ径で
は電極の占める面積が大きくなりすぎる事が問題視され
てきた。
この問題を解決するためにワイヤ径を細くしたのでは、
配線時及び使用中の断線の割合が高くなり、実用に供し
得ない。そのため現状ワイヤでは、ボンディングワイヤ
の特性としては線径２０μｍ程度が限界であるとされて
いる。
（発明が解決しようとする課題） 特開昭５６−４９５３４号公報及び特開昭５６−４９５
３５号公報では、ｐｔを３０ｗｔ％まで、あるいはＰｄ
を４０ｗｔ％までＡｕに加えることによりワイヤの高強
度化をはかり、細線化を可能にするという提案もあるが
、合金元素の含有量がある限界を超えると、接合時に形
成するポールの硬さが増し、熱圧着に必要な荷重が大き
くなり、ＩＣのシリコンチップに損傷を与える等の問題
が起きる。
特開昭６０−１５９５８号公報では、Ａ！に異種元素を
混入した電極配線に対して良好な熱圧着性を有するボン
ディングワイヤとして、Ａｕ基の合金ワイヤが提案され
ているが、これも同様の問題があり、従来から採用され
ているＩＣ１及び接合方法を特別に変更することなく、
ＩＣの小型化、高密度化がはかれる新しいボンディング
ワイヤが求められている。
本発明は、ボンディングワイヤの線径をこれまでよりも
細くしても従来のワイヤと同じ信頼性を持ったワイヤを
提供することを目的とし、また本発明の他の目的は、製
造時においても強度がつよく、極細線にすることが可能
で、接合性及び接合時の破断強度にすくれた断線の少な
い半導体素子用ボンディングワイヤを提供するものであ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は下記のとおりである。
（１）　　Ｃｕを１〜５ｗｔ％含有し、残部をＡｕとし
た組成を有し、線径が２０μｍ以下で破断強度が３０ｋ
ｇ／ｍｍ２以上、破断伸びが１〜８％であることを特徴
とする半導体素子用ボンディングワイヤ。
（２）　　Ｃｕを１〜５ｗｔ％と、Ｃａ、　Ｇｅ、、Ｂ
ｅ、　Ｌａ、　Ｉｎの１種または２種以上を合計で０．
０００３〜０．００１騨ｔ％含み、残部を篩とした組成
を有し、線径が２０μｍ以下で破断強度が３０ｋｇ／ｍ
ｍ２以上、破断伸び１〜８％であることを特徴とする半
導体素子用ボンディングワイヤ。
（作　用） 以下作用とともに、本発明を詳述する。
本発明の半導体素子用ボンディングワイヤにおいて、Δ
ＵにＣｕを１〜５％未満含有させた理由は、ＣｕがＡｕ
に完全に固溶することにより母線の強度が向上するばか
りか、接合強度も高くなるからで、これまでのワイヤで
はなかなか難しかった線径２０μｍ以下の細線にしても
、Ｃｕが１％以上含有されていれば破断強度３０ｋｇ／
ｉｎ２以上を満足することが出来る。
この特徴は、Ｃｕの含有量とともに強度の上昇が認めら
れるが、５％を越えると耐食性に問題を生じ、長時間を
経た後での信頼性を損なう。またＣｕの含有量が５％に
達すると、接合時に形成するボールの硬さが増加し、熱
圧着に必要な荷重が大きくなることから、シリコンチッ
プに損傷を与えるためである。
なお原料となるＡｕ、　Ｃｕは、不純物の含有量が多い
と製品の特性が不安定となることと、細線化や接合時に
破断の原因となるので、９９．９％以上の高純度とする
ことが望ましい。
Ｃｕの含有によってこのような効果が得られるのは、固
溶体強化と規則格子の生成によっていると推察される。
伸線時に導入された加工歪を除き、適度な延性と十分な
強度を保持するために、２００〜６００°Ｃの温度と適
切な時間の熱処理を行うことが望ましい。
これは伸線ままの細線は延性がなく、また加工歪のため
カールが強く使用に供せないことがあるので、通常は焼
きなまし熱処理を行う。
この熱処理は温度が高いほど、また長時間であるほど強
度が低下し、延性が大きくなるのが一般的であるが、線
径と成分に応じた熱処理条件を選ぶ必要がある。またこ
の熱処理によって組織の再結晶２粒成長が進行するが、
結晶粒径が線径に近ずくと、強度、延性とも著しく低下
するため、熱処理条件の選定は細径ワイヤの場合は特に
重要である。
第１図は、Ｃｕを含有した線径１０μｍのワイヤで３０
ｋｇｆ／ｍｍ２以上の破断強度を確保する熱処理条件を
示したグラフである。実線は４００″Ｃ１破線は２００
°Ｃで処理した場合を示している。
なお破断伸びを１〜８％に限定したのは、１％より低い
と接合中に破断しやすく、８％を越えると２ｎｄ接合後
の切断時にテイル残りが発生し、連続接合に支障をきた
すためである。
また特に、従来の金ポンディングワイヤの添加にも用い
られているＣａ、　Ｂｅ、　Ｇｅ、、Ｌａ、　Ｉｎの添
加は、本発明のポンディングワイヤの接合強度を向上さ
せる。この目的のために、これらの元素の１種または２
種以上を合計で０．０００３〜０．００１　ｗｔ％の範
囲で添加することができる。
本発明のボンディングワイヤは、真空溶解炉等を用いて
化学成分のＡｕ合金を溶解し鋳造した後、線引、熱処理
等を行って所望の線径のワイヤに製造される。
（実施例） つぎに本発明の効果を明瞭にする実施例を説明する。
純度９９．９９％の高純度Ａｕと純度９９．９％の高純
度Ｃｕを用い、第１表に示す元素を添加した材料を真空
溶解炉で熔製し、線引き、熱処理をおこなった。線径１
０μｍ、一部は１２μｍ、１５μｍ、１９μｍ。
２０μｍである。
引張試験は第２図に示すように、Ｓｔチップ１とリード
フレーム２に接合したボンディングワイヤ３を図示のよ
うに矢印方向に引っ張り、そのときの破断強度を測定し
た。ワイヤの破断荷重、伸びと接合強度を比較材と対比
して第１表に示す。
第１表から明らかなように、本発明例のワイヤは細径に
もかかわらす破断強度及び接合強度が優れていることが
わかる。また従来のポンディングワイヤと同様の線径で
使用すれば、より強度の高いワイヤが得られる。
特開平３ ２６４６２８　（４） （発明の効果） 以上説明したごと（本発明によるボンディングワイヤは
、２０μｍ以下の細径にもかかわらす破断強度ならびに
接合強度に優れ、またワイヤにカールが残ったり、また
接合に際してＩＣチップに損傷を与えることもなく、半
導体素子の一層の小型化、集積化に対応できるワイヤで
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図はＣｕを含有したワイヤの破断強度を確保する熱
処理条件を示したグラフ、第２図はボンディングワイヤ
の引張試験要領を示す図面である。 １・・・Ｓｉチップ、２・・・リードフレーム、３・・
・ボンディングワイヤ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｃｕを１〜５ｗｔ％含有し、残部をＡｕとした組
    成を有し、線径が２０μｍ以下で破断強度が３０ｋｇ／
    ｍｍ＾２以上、破断伸びが１〜８％であることを特徴と
    する半導体素子用ボンディングワイヤ。
  2. （２）Ｃｕを１〜５ｗｔ％と、Ｃａ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｌａ
    、Ｉｎの１種または２種以上を合計で０．０００３〜０
    ．００１ｗｔ％含み、残部をＡｕとした組成を有し、線
    径が２０μｍ以下で破断強度が３０ｋｇ／ｍｍ＾２以上
    、破断伸び１〜８％であることを特徴とする半導体素子
    用ボンディングワイヤ。
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Cited By (3)

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US5945065A (en) * 1996-07-31 1999-08-31 Tanaka Denshi Kogyo Method for wedge bonding using a gold alloy wire
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