JPH0412620B2 - - Google Patents
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- JPH0412620B2 JPH0412620B2 JP58083363A JP8336383A JPH0412620B2 JP H0412620 B2 JPH0412620 B2 JP H0412620B2 JP 58083363 A JP58083363 A JP 58083363A JP 8336383 A JP8336383 A JP 8336383A JP H0412620 B2 JPH0412620 B2 JP H0412620B2
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- JP
- Japan
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- wire
- ball
- bonding
- aluminum alloy
- ultrafine
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/531—Shapes of wire connectors
- H10W72/536—Shapes of wire connectors the connected ends being ball-shaped
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/551—Materials of bond wires
- H10W72/552—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver
- H10W72/5522—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising gold [Au]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/551—Materials of bond wires
- H10W72/552—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver
- H10W72/5524—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising aluminium [Al]
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/59—Bond pads specially adapted therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/90—Bond pads, in general
- H10W72/951—Materials of bond pads
- H10W72/952—Materials of bond pads comprising metals or metalloids, e.g. PbSn, Ag or Cu
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明はレンジ封止型素子に用いるボールボン
デイング用アルミ合金極細線に関する。 〔発明の背景〕 従来から、半導体素子上のAlパツドと外部リ
ードとの接続には熱圧着によるAuのボールボン
デイング法がある。この方法では熱圧着により
AuとAlの金属間化合物が形成されるためボール
ボンデイング部の強度が大きい。しかし、最近価
格を低減するためAlのボールボンデイング法が
検討されてきている。この方法はAlワイヤと電
極との間に所定の電圧を印加し短絡放電させるこ
とによりワイヤ先端にボールを形成し、半導体素
子上のAlパツドと接続するものである。しかし、
純Alのボールボンデイング部はAuのボールボン
デイング部に比べ、強度が低い。そのため、レジ
ンモールドパツケージでは、レンジとSiチツプと
の熱膨張係数の差に基づく、熱応力が発生し、こ
の熱応力がボールボンデイング部に作用する結
果、ボンデイング部の界面からはく離するという
問題が生ずる。このため、ボールボンデイング用
のアルミニウム極細線はセラミツク封止型素子に
のみ用いられ、レジン封止型素子には用いられて
いない。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、ボールボンデイング部の接合
強度を高めることによつて、レジン封止型素子に
用いても信頼性の高いボールボンデイング用アル
ミ合金極細線を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は半導体素子上のAlパツドとアルミニ
ウムボールとを超音波によつて接続する場合、
Alパツドとアルミニウムボールとの界面の酸化
膜を破壊し、清浄の面を露出させ、強力な接合強
度を得るためには単に超音波出力を単に増加させ
るだけではなく、アルミボールの硬度を所定値以
上とすることに着目した結果、到達されたもので
ある。 すなわち、本発明のボールボンデイング用アル
ミ合金極細線は、該アルミ合金極細線の先端に放
電により形成した溶融ボールを有し、その溶融ボ
ールの硬度が純Alを溶融ボールとしたときの硬
度の1.5倍以上であればレジン封止型素子に用い
ても信頼性の高いものとなる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を更に詳細に説明する。 第１表に示す純Al及び各Al合金を不活性ガス
中で溶解し、ソーキング（550℃×24h→WQ）
後、熱処理を加えながら伸線し直径50μｍのアル
ミ合金線を作線し、焼鈍（200〜400℃×1h）し
てボンデイングに適するように軟化させた。次に
これらのワイヤを用いて、短絡放電（電圧：
1000V、電流：５〜10A、放電時間：0.1〜0.4ms）
により、Ar＋７％H2雰囲気中でボール形成し
た。第１表に示す純Al及び各Al合金のボールは
いずれも球状に近似した形状であつた。
デイング用アルミ合金極細線に関する。 〔発明の背景〕 従来から、半導体素子上のAlパツドと外部リ
ードとの接続には熱圧着によるAuのボールボン
デイング法がある。この方法では熱圧着により
AuとAlの金属間化合物が形成されるためボール
ボンデイング部の強度が大きい。しかし、最近価
格を低減するためAlのボールボンデイング法が
検討されてきている。この方法はAlワイヤと電
極との間に所定の電圧を印加し短絡放電させるこ
とによりワイヤ先端にボールを形成し、半導体素
子上のAlパツドと接続するものである。しかし、
純Alのボールボンデイング部はAuのボールボン
デイング部に比べ、強度が低い。そのため、レジ
ンモールドパツケージでは、レンジとSiチツプと
の熱膨張係数の差に基づく、熱応力が発生し、こ
の熱応力がボールボンデイング部に作用する結
果、ボンデイング部の界面からはく離するという
問題が生ずる。このため、ボールボンデイング用
のアルミニウム極細線はセラミツク封止型素子に
のみ用いられ、レジン封止型素子には用いられて
いない。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、ボールボンデイング部の接合
強度を高めることによつて、レジン封止型素子に
用いても信頼性の高いボールボンデイング用アル
ミ合金極細線を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は半導体素子上のAlパツドとアルミニ
ウムボールとを超音波によつて接続する場合、
Alパツドとアルミニウムボールとの界面の酸化
膜を破壊し、清浄の面を露出させ、強力な接合強
度を得るためには単に超音波出力を単に増加させ
るだけではなく、アルミボールの硬度を所定値以
上とすることに着目した結果、到達されたもので
ある。 すなわち、本発明のボールボンデイング用アル
ミ合金極細線は、該アルミ合金極細線の先端に放
電により形成した溶融ボールを有し、その溶融ボ
ールの硬度が純Alを溶融ボールとしたときの硬
度の1.5倍以上であればレジン封止型素子に用い
ても信頼性の高いものとなる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を更に詳細に説明する。 第１表に示す純Al及び各Al合金を不活性ガス
中で溶解し、ソーキング（550℃×24h→WQ）
後、熱処理を加えながら伸線し直径50μｍのアル
ミ合金線を作線し、焼鈍（200〜400℃×1h）し
てボンデイングに適するように軟化させた。次に
これらのワイヤを用いて、短絡放電（電圧：
1000V、電流：５〜10A、放電時間：0.1〜0.4ms）
により、Ar＋７％H2雰囲気中でボール形成し
た。第１表に示す純Al及び各Al合金のボールは
いずれも球状に近似した形状であつた。
【表】
直径50μｍの純Alワイヤ、Al−１％Siワイヤ、
Al−２％Mgワイヤを用いて中出力のトランジス
タにボールボンデイングを施した後、レジンモー
ルドした試料を各60個ずつ作製した。これらをパ
ワーサイクル試験（100V、10ｍＡ、ΔTc＝90℃、
30万回）に供し、各ワイヤについての断線不良率
を求めた結果を第３図に示す、第３図中、それぞ
れの試料につきひずみ100％及びひずみ130％につ
いてプロツトした。ひずみは第２図Ａ，Ｂに示す
ように溶融ボールの径（D0）とし、変形後の円
盤状態の径（Ｄ）としたときひずみは2loＤ／D0で表 わされる。 第３図から明らかなようにAl−１％Siワイヤ、
Al−２％Mgワイヤはいずれも純Alワイヤに比べ
てパワーサイクル試験による不良率の発生は極め
て低いことがわかる。特にAl−２％Mgワイヤに
ついて、４万回まで不良率の発生がなかつた。 また第４図は、第１表に示す純Al極細線と、
Al−１％Si、Al−２％Mg、Al−１％Mg−0.2％
Cr、Al−１％Mg−0.2％Si及びAl−１％Ti、Al
−0.5％Ｐ、Al−0.5％Caの各種Al合金極細線に
ついて、上記パワーサイクル試験で負荷の回数が
１万回時点での試料の断線不良率を示す。横軸に
Al合金極細線の変形量即ち溶融ボールの硬度を、
そして縦軸に断線不良率を示しており、上記７種
類のAl合金極細線の溶融ボールの硬度が純Alの
溶融ボールの硬度の1.5倍である場合に、それぞ
れの試料の断線不良率が０であつた。一方純Al
極細線を用いた試料は極めて高率で破断した。こ
のように溶融ボールが硬くなると溶融ボールと
Alパツドとのボールボンデイング部の強度が向
上するのは、溶融ボールが硬くなるほど、Alパ
ツドが変形しやすく、それらの間の真実接合面積
が増大するためと考えられる。 〔ヒートサイクル試験〕 直径50μｍのAl−１％Siワイヤ及びAl−２％
Mgワイヤを用いて中出力のトランジスタにボー
ルボンデイングを施した後、レジンモールドした
試料を各60個作製し、これらをヒートサイクル試
験（−50℃〜150℃×300回）に供し、各ワイヤの
不良率の発生を求めた結果を第５図に示す。なお
第４図中、比較のために直径100μｍのAl−１％
Siワイヤを用いウエツジボンデイングを施した
後、レジンモールドした試料（60個）についても
不良率の発生率を調べた。 第５図から明らかなようにAl−１％Si及びAl
−２％Mgのワイヤを用いたボールボンデイング
ではいずれも300回のヒートサイクル試験後も不
良が発生していないが、ウエツジボンデイングで
は200回を超えると不良が発生している。 また第３図〜第５図におけるボールボンデイン
グでは超音波接合したが、ほぼ同じ変形量（2lo
Ｄ／D0＝0.6）としたときの接合破断力を測定し
た結果、Al−１％Siワイヤは130ｇ、Al−２％
Mgワイヤは210ｇであり、この接合破断力はAu
ワイヤと同程度である。 第６図は純Alワイヤ、Al−１％Siワイヤ、Al
−２％Mgワイヤの変形量と接合強度との関係を
示す、第６図から各ワイヤのボールに対し、同じ
荷重で変形させて接合した場合、Al−１％Siワ
イヤ、Al−２％Mgワイヤの順に接合強度が大き
く、特にAl−２％Mgワイヤでは純Alワイヤの２
倍以上の接合強度を示す。 〔発明の効果〕 以上のように本発明のアルミ合金ワイヤは、ボ
ールボンデイング部の接合強度が高いのでレジン
封止型素子に用いてもボンデイング部の界面剥離
がないのでAuと同等以上の信頼性を得ることが
できる。
Al−２％Mgワイヤを用いて中出力のトランジス
タにボールボンデイングを施した後、レジンモー
ルドした試料を各60個ずつ作製した。これらをパ
ワーサイクル試験（100V、10ｍＡ、ΔTc＝90℃、
30万回）に供し、各ワイヤについての断線不良率
を求めた結果を第３図に示す、第３図中、それぞ
れの試料につきひずみ100％及びひずみ130％につ
いてプロツトした。ひずみは第２図Ａ，Ｂに示す
ように溶融ボールの径（D0）とし、変形後の円
盤状態の径（Ｄ）としたときひずみは2loＤ／D0で表 わされる。 第３図から明らかなようにAl−１％Siワイヤ、
Al−２％Mgワイヤはいずれも純Alワイヤに比べ
てパワーサイクル試験による不良率の発生は極め
て低いことがわかる。特にAl−２％Mgワイヤに
ついて、４万回まで不良率の発生がなかつた。 また第４図は、第１表に示す純Al極細線と、
Al−１％Si、Al−２％Mg、Al−１％Mg−0.2％
Cr、Al−１％Mg−0.2％Si及びAl−１％Ti、Al
−0.5％Ｐ、Al−0.5％Caの各種Al合金極細線に
ついて、上記パワーサイクル試験で負荷の回数が
１万回時点での試料の断線不良率を示す。横軸に
Al合金極細線の変形量即ち溶融ボールの硬度を、
そして縦軸に断線不良率を示しており、上記７種
類のAl合金極細線の溶融ボールの硬度が純Alの
溶融ボールの硬度の1.5倍である場合に、それぞ
れの試料の断線不良率が０であつた。一方純Al
極細線を用いた試料は極めて高率で破断した。こ
のように溶融ボールが硬くなると溶融ボールと
Alパツドとのボールボンデイング部の強度が向
上するのは、溶融ボールが硬くなるほど、Alパ
ツドが変形しやすく、それらの間の真実接合面積
が増大するためと考えられる。 〔ヒートサイクル試験〕 直径50μｍのAl−１％Siワイヤ及びAl−２％
Mgワイヤを用いて中出力のトランジスタにボー
ルボンデイングを施した後、レジンモールドした
試料を各60個作製し、これらをヒートサイクル試
験（−50℃〜150℃×300回）に供し、各ワイヤの
不良率の発生を求めた結果を第５図に示す。なお
第４図中、比較のために直径100μｍのAl−１％
Siワイヤを用いウエツジボンデイングを施した
後、レジンモールドした試料（60個）についても
不良率の発生率を調べた。 第５図から明らかなようにAl−１％Si及びAl
−２％Mgのワイヤを用いたボールボンデイング
ではいずれも300回のヒートサイクル試験後も不
良が発生していないが、ウエツジボンデイングで
は200回を超えると不良が発生している。 また第３図〜第５図におけるボールボンデイン
グでは超音波接合したが、ほぼ同じ変形量（2lo
Ｄ／D0＝0.6）としたときの接合破断力を測定し
た結果、Al−１％Siワイヤは130ｇ、Al−２％
Mgワイヤは210ｇであり、この接合破断力はAu
ワイヤと同程度である。 第６図は純Alワイヤ、Al−１％Siワイヤ、Al
−２％Mgワイヤの変形量と接合強度との関係を
示す、第６図から各ワイヤのボールに対し、同じ
荷重で変形させて接合した場合、Al−１％Siワ
イヤ、Al−２％Mgワイヤの順に接合強度が大き
く、特にAl−２％Mgワイヤでは純Alワイヤの２
倍以上の接合強度を示す。 〔発明の効果〕 以上のように本発明のアルミ合金ワイヤは、ボ
ールボンデイング部の接合強度が高いのでレジン
封止型素子に用いてもボンデイング部の界面剥離
がないのでAuと同等以上の信頼性を得ることが
できる。
第１図Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ各アルミボールの
組織を示す顕微鏡写真、第２図Ａ，Ｂは溶融ボー
ルの変形率を示すための説明図、第３図はパワー
サイクル試験の結果を示す図、第４図はパワーサ
イクル試験で負荷１万回時点での試料の不良率を
示す図、第５図はヒートサイクル試験の結果を示
す図、第６図は各アルミワイヤの変形量と接合強
度との関係を示す図である。
組織を示す顕微鏡写真、第２図Ａ，Ｂは溶融ボー
ルの変形率を示すための説明図、第３図はパワー
サイクル試験の結果を示す図、第４図はパワーサ
イクル試験で負荷１万回時点での試料の不良率を
示す図、第５図はヒートサイクル試験の結果を示
す図、第６図は各アルミワイヤの変形量と接合強
度との関係を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レンジ封止型素子における半導体素子上の
Alパツドと外部端子であるリードフレームとを
接続するボールボンデイング用アルミ合金極細線
であつて、該アルミ合金極細線の先端と電極との
間に電圧を印加し放電させて先端部に形成した溶
融ボールを有し、該溶融ボールの硬度が純Alを
溶融ボールとした時の硬度の1.5倍以上であるこ
とを特徴とするボールボンデイング用アルミ合金
極細線。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記アルミ
合金極細線が、アルミニウムの組織を微細化する
元素を含んでいることを特徴とするボールボンデ
イング用アルミ合金極細線。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記アルミ
合金極細線が、Al中にMg、Ti、Ｐ、Ca、Mg及
びSi、又はMg及びCrのいずれかを含むことを特
徴とするボールボンデイング用アルミ合金極細
線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58083363A JPS59208770A (ja) | 1983-05-12 | 1983-05-12 | ボ−ルボンデイング用アルミ合金極細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58083363A JPS59208770A (ja) | 1983-05-12 | 1983-05-12 | ボ−ルボンデイング用アルミ合金極細線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59208770A JPS59208770A (ja) | 1984-11-27 |
| JPH0412620B2 true JPH0412620B2 (ja) | 1992-03-05 |
Family
ID=13800340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58083363A Granted JPS59208770A (ja) | 1983-05-12 | 1983-05-12 | ボ−ルボンデイング用アルミ合金極細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59208770A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100379888C (zh) * | 2006-06-06 | 2008-04-09 | 洛阳张鑫合金材料厂 | 一种铝镁铬合金丝的制备方法 |
| JP5305067B2 (ja) * | 2007-09-14 | 2013-10-02 | 日産自動車株式会社 | アルミニウム合金からなる応力緩衝材料 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3023528C2 (de) * | 1980-06-24 | 1984-11-29 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Aluminium enthaltender Feinstdraht |
| JPS5887841A (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-25 | Tanaka Denshi Kogyo Kk | 半導体素子のボンデイング用Ａｌ線 |
| JPS58124235A (ja) * | 1982-01-20 | 1983-07-23 | Hitachi Cable Ltd | 半導体装置用アルミ合金極細線 |
-
1983
- 1983-05-12 JP JP58083363A patent/JPS59208770A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59208770A (ja) | 1984-11-27 |
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