JPH0530892B2 - - Google Patents

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JPH0530892B2
JPH0530892B2 JP1269380A JP26938089A JPH0530892B2 JP H0530892 B2 JPH0530892 B2 JP H0530892B2 JP 1269380 A JP1269380 A JP 1269380A JP 26938089 A JP26938089 A JP 26938089A JP H0530892 B2 JPH0530892 B2 JP H0530892B2
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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
させるボンデイ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イング線としては、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つて、
接合時の圧力によつ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つた。しかし、金細線を自動
ボンダ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
起こしたり、断線をまぬがれて接合された金細線
は樹脂封止によつて断線したり、ワイヤフローを
呈し短絡を起こ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と耐熱
性を向上させた種々のボンデイング用金合金細線
が公表されている。しかしながら、従来のものは
接合のループ高さが高くなり、近年急速に普及し
つつある薄型のパツケージ用デバイスに対応させ
るには十分ではない。
〔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イ
ング線がネツク切れを起し、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こる機械的な振
動、衝撃などの疲労によつてボンデイング線がネ
ツク切れを起し、接合不良率が増加するものであ
る。第1図および第2図はネツク断線を呈する説
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
よつて固定し、ボンデイング線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のボンデイング線6によつて接合し
た後、半導体組立作業を行うと、工程中の振動お
よび衝撃を浮けてインナーリード5が上5′、下
5″に振動すると共に、ボンデイング線6も上
6′、下6″に振動を繰返すことになる。そのため
ボンデイング線6は接合のボール7形成時の熱に
よつて形成される再結晶粒部8の粗大結晶粒の部
分でネツク断線を起こすことになる。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、ボンデイング線6はかなりの衝撃を受ける
ことになる。
そこで、ネツク切れ断線を低減するには、ルー
プ高さを高くし、使用するボンデイング線の線径
を大きくすればよい。しかし、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という問題を
生じる。
〔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
意検討を行つた結果、銀を特定割合で含有させた
ボンデイ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
量ppm、カルシウム1〜50重量ppm、銅5〜50重
量ppm、およびベリリウム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ppm範囲とし、更に、銀5〜100重量ppmを添
加したボンデイング用合金金細線である。
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、特に銀の不純物が5重量ppm未満の
ものである。
イツトリウム、カルシウム、銅、ベリリウムの
添加は、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ーに
も適合させるものである。
イツトリウムの添加量が3重量ppm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つて
余り向上せず、110重量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ppmである。
カルシウムの添加量が1重量ppm未満であると
きは、イツトリウムおよび銅との相乗作用に欠
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。その好ましい添加量は1〜40
重量ppmである。
銅の添加量が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、ボール形状に歪を生じ、ボンデイング時の
再結晶による結晶粒界破断を起こして、ネツク切
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10重量ppmを超えると、ボンデイング時の再結
晶による結晶粒の粗大化に加えてネツク切れを起
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。
従つて、イツトリウム、カリシウム、銅、ベリ
リウムの添加総量を10〜110重量ppmとするが、
好ましい添加総量は10〜60重量ppmである。
銀の添加は、イツトリウム、カルシムウ、銅、
ベリリウムの結晶粒界析出を抑制し、ボンデイン
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
ウム、銅、ベリリウムの粒界析出を抑制する効果
を欠き、ボンデイ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重量ppmであ
る。
〔実施例〕
以下、実施例について説明する。
金純度が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。
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。
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ツプの電
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つ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×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
ドの金型内にセツトして封止用樹脂を注入した
後、得られたパツケージをX線で観察し、封止用
樹脂によるボンデイング線の歪み、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、歪値かわワイヤフローの良否を評価し
た。
○印:歪値3%未満(薄型パツケージに適合す
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PL
−CC基板(ボンデイングスパン:1mm、インナ
ーリードピンが68本四方に配列されているICパ
ツケージ用42Ni−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25μ
mφ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4Km/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
ネツク切れ断線を調べる。
結果からわかるように、本発明に係る実施例は
イツトリウム、カルシムウ、銅、ベリリウムの添
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、10は実施例3、5に対比
させるもので、銀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巾に低減でき、ワ
イヤフローも起さないので、薄型パツケージのボ
ンデイ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ド
とを接合した本発明に係るボンデイング線の振
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つ
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……ボンデイング線、7……ボー
ル、8……再結晶粒部。
【表】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 高純度金にイツトリウム3〜100重量ppm、
    カルシウム1〜50重量ppm、銅5〜50重量ppm、
    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ppm
    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イング用金合金細線。
JP1269380A 1989-10-16 1989-10-16 ボンディング用金合金細線 Granted JPH03130337A (ja)

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US5945065A (en) * 1996-07-31 1999-08-31 Tanaka Denshi Kogyo Method for wedge bonding using a gold alloy wire
JP3426473B2 (ja) * 1997-07-01 2003-07-14 新日本製鐵株式会社 半導体素子用金合金細線

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