JPH0719789B2 - 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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- JPH0719789B2 JPH0719789B2 JP1041189A JP4118989A JPH0719789B2 JP H0719789 B2 JPH0719789 B2 JP H0719789B2 JP 1041189 A JP1041189 A JP 1041189A JP 4118989 A JP4118989 A JP 4118989A JP H0719789 B2 JPH0719789 B2 JP H0719789B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ppm
- weight
- bonding
- gold
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C5/00—Alloys based on noble metals
- C22C5/02—Alloys based on gold
-
- 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
-
- 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]
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
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する。
るために使用する耐熱性に優れた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く、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、金細線は再結晶化温度が低く耐
熱性を欠くために、金ボール形成の道上部において引張
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、又、半導体
素子を封止用樹脂で保護した場合、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く、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、金細線は再結晶化温度が低く耐
熱性を欠くために、金ボール形成の道上部において引張
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、又、半導体
素子を封止用樹脂で保護した場合、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
ループ高さが高く、適切でないため、近年急速に普及し
つつある薄形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
ループ高さが高く、適切でないため、近年急速に普及し
つつある薄形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） 本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、常温お
よび高温の引張強度を向上せしめ、接合のループ高さを
低くして薄形パッケージ用デバイスに適するボンディン
グ用金合金細線を提供することを目的とするものであ
る。
よび高温の引張強度を向上せしめ、接合のループ高さを
低くして薄形パッケージ用デバイスに適するボンディン
グ用金合金細線を提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） 本発明は、99.99重量％以上の純度を有する高純度金に
イットリウム３〜100重量ppm、カルシウム１〜50重量pp
m、ゲルマニウム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が1
0〜110重量ppm範囲とするボンディング用金合金細線で
ある。
イットリウム３〜100重量ppm、カルシウム１〜50重量pp
m、ゲルマニウム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が1
0〜110重量ppm範囲とするボンディング用金合金細線で
ある。
本発明は、高純度金に耐熱性を向上するイットリウムと
カルシウムを更に常温の機械的強度を向上するゲルマニ
ウムとベリリウムを添加することにより、これら添加元
素の相剰作用によって耐熱性を向上させると共に、ベリ
リウムの添加がゲルマニウムと共働して更に常温の機械
的強度を向上させて、ワイヤフローを起さず、接合時の
ループ高さを低くし、且つ高速自動ボンダーに適合させ
るものである。
カルシウムを更に常温の機械的強度を向上するゲルマニ
ウムとベリリウムを添加することにより、これら添加元
素の相剰作用によって耐熱性を向上させると共に、ベリ
リウムの添加がゲルマニウムと共働して更に常温の機械
的強度を向上させて、ワイヤフローを起さず、接合時の
ループ高さを低くし、且つ高速自動ボンダーに適合させ
るものである。
イッ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、イッ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、
且つイットリウムが金の結晶粒界に折出して脆性を生
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。
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、イッ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、
且つイットリウムが金の結晶粒界に折出して脆性を生
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
ッ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折出して脆
性を生じ、伸線加工に阻害する。その好ましい添加量は
１〜40重量ppmである。
ッ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折出して脆
性を生じ、伸線加工に阻害する。その好ましい添加量は
１〜40重量ppmである。
ゲルマニウムの添加量が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、ボール表面に酸化被膜が形成され、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重量ppm
を超えると、ボール表面に酸化被膜が形成され、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重量ppm未満であるときは、常
温の機械的強度をより向上でない。逆に10重量ppm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
に加えて筍状の関節を生じ、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。
温の機械的強度をより向上でない。逆に10重量ppm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
に加えて筍状の関節を生じ、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、イットリウム、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ppmとするが、好まし
い添加総量は10〜60重量ppmである。
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。
（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。
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、高温引張
強度（250℃、30秒保持）、接合のループ高さ、モール
ド時のワイヤフローおよびボール形状を調べた結果を第
１表に併記した。
強度（250℃、30秒保持）、接合のループ高さ、モール
ド時のワイヤフローおよびボール形状を調べた結果を第
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
されるループの頂高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。
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、薄形モールドの金型内にセ
ットして封止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、薄形モールドの金型内にセ
ットして封止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（薄形パッケージに適合する） △印：歪値３〜10％ ×印：歪値11％以上 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×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×印で、良好なものを○印で評
価した。
第１表から理解されるように、実施例１〜８は、本発明
で説明したイットリウム、カルシウム、ゲルマニウム，
ベリリウムが個々の添加量においてもまた総量において
も共に適量であるため、耐熱性が良好で、接合ループ高
さを低く形成することかでき、封止樹脂によるワイヤフ
ローの影響も無視することができ、且つボール形状も良
好であるため信頼性のある接合ができる。
で説明したイットリウム、カルシウム、ゲルマニウム，
ベリリウムが個々の添加量においてもまた総量において
も共に適量であるため、耐熱性が良好で、接合ループ高
さを低く形成することかでき、封止樹脂によるワイヤフ
ローの影響も無視することができ、且つボール形状も良
好であるため信頼性のある接合ができる。
しかし、比較例１は元素の総量が8.5重量ppmで許容限度
以下である上に、イットリウムが２重量ppm、そしてベ
リリウムが0.5重量ppmでいずれも適量を下回っているた
め、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
定な接合となったり、常温の機械的強度をより向上でき
なかったり等の不具合を生じ、好ましくない。また、比
較例２はカルシウム，ゲルマニウム，ベリリウムはいず
れも適量であるが、イットリウムが120重量ppmで許容限
度を越えて多く、且つ、元素の総量も127重量ppmで許容
限度を越えるため、接合時に形成されるボールの表面に
酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、且つイ
ットリウムが金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、伸線
加工に支障を来たし、好ましくない。比較例３は総量が
81重量ppmで許容限度内であるが、カルシウムが適量を
越えているために、ボール表面に酸化皮膜が形成され、
ボール形状に歪みを生じ、且つカルシウムが金の結晶粒
界に析出して脆性を生じ、伸線加工を阻害し、好ましく
ない。更に比較例４はカルシウムとゲルマニウムとが共
に適量以下であるため、イットリウムおよびゲルマニウ
ム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し
たり、常温の機械的強度をより向上できなかったり、と
言う不具合を生じ、好ましくない。比較例５は総量は83
重量ppmで許容限度内であるが、ゲルマニウムの量が多
いために、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボール形
状に歪みを生じ、ボンディング時の再結晶による結晶粒
界破断を起こし、ネック切れが生じやすくなり、好まし
くない。比較例６は総量は84重量ppmで許容限度内であ
るが、ベリリウムが12重量ppmで適量を越えているた
め、ボンディング時の再結晶による結晶粒の粗大化に加
えて筍状の関節を生じ、ネック切れを起こし、又、ボー
ル形状に歪みを生じるので、微小電極との接合の信頼性
を低下させ、好ましくない。比較例７は各元素は夫々適
量であるが、総量が120重量ppmで適量を越えているた
め、ボール形状に歪みを生じたり、表面に酸化皮膜を生
じたり、半導体素子の電極に良好な形状で接合できない
等の不具合が生じ、好ましくない。比較例８はカルシウ
ムが適量を越える上に、総量も適量を越え、更にイット
リウムを添加していないために、耐熱性が殆ど向上せ
ず、封止樹脂の影響を受けてワイヤフローを呈し、ボー
ル表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生
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、伸線加工を阻害し、現実の適用には全くそぐわない
結果を得た。このように比較例は、いずれにしても実用
に供し得なかった。
以下である上に、イットリウムが２重量ppm、そしてベ
リリウムが0.5重量ppmでいずれも適量を下回っているた
め、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
定な接合となったり、常温の機械的強度をより向上でき
なかったり等の不具合を生じ、好ましくない。また、比
較例２はカルシウム，ゲルマニウム，ベリリウムはいず
れも適量であるが、イットリウムが120重量ppmで許容限
度を越えて多く、且つ、元素の総量も127重量ppmで許容
限度を越えるため、接合時に形成されるボールの表面に
酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生じ、且つイ
ットリウムが金の結晶粒界に析出して脆性を生じ、伸線
加工に支障を来たし、好ましくない。比較例３は総量が
81重量ppmで許容限度内であるが、カルシウムが適量を
越えているために、ボール表面に酸化皮膜が形成され、
ボール形状に歪みを生じ、且つカルシウムが金の結晶粒
界に析出して脆性を生じ、伸線加工を阻害し、好ましく
ない。更に比較例４はカルシウムとゲルマニウムとが共
に適量以下であるため、イットリウムおよびゲルマニウ
ム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し
たり、常温の機械的強度をより向上できなかったり、と
言う不具合を生じ、好ましくない。比較例５は総量は83
重量ppmで許容限度内であるが、ゲルマニウムの量が多
いために、ボール表面に酸化皮膜が形成され、ボール形
状に歪みを生じ、ボンディング時の再結晶による結晶粒
界破断を起こし、ネック切れが生じやすくなり、好まし
くない。比較例６は総量は84重量ppmで許容限度内であ
るが、ベリリウムが12重量ppmで適量を越えているた
め、ボンディング時の再結晶による結晶粒の粗大化に加
えて筍状の関節を生じ、ネック切れを起こし、又、ボー
ル形状に歪みを生じるので、微小電極との接合の信頼性
を低下させ、好ましくない。比較例７は各元素は夫々適
量であるが、総量が120重量ppmで適量を越えているた
め、ボール形状に歪みを生じたり、表面に酸化皮膜を生
じたり、半導体素子の電極に良好な形状で接合できない
等の不具合が生じ、好ましくない。比較例８はカルシウ
ムが適量を越える上に、総量も適量を越え、更にイット
リウムを添加していないために、耐熱性が殆ど向上せ
ず、封止樹脂の影響を受けてワイヤフローを呈し、ボー
ル表面に酸化皮膜が形成され、ボール形状に歪みを生
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、伸線加工を阻害し、現実の適用には全くそぐわない
結果を得た。このように比較例は、いずれにしても実用
に供し得なかった。
結果からわかるように、本発明に係る実施例は耐熱性が
良好で、接合のループ高さを低く形成することができ、
封止樹脂によるワイヤフローの影響も無視することがで
き、且つボール形状も良好であるため信頼性のある接合
ができる。
良好で、接合のループ高さを低く形成することができ、
封止樹脂によるワイヤフローの影響も無視することがで
き、且つボール形状も良好であるため信頼性のある接合
ができる。
（効果） 以上説明した如く、本発明にかかる金合金細線は、高純
度金に耐熱性を向上するイットリウムとカルシウムを、
更に常温の機械的強度を向上するゲルマニウムとベリリ
ウムを添加することにより、これら添加元素の相乗作用
によって耐熱性を向上させると共に、ベリリウムの添加
がゲルマニウムと共働して更に常温の機械的強度を向上
させることができるので、常温並びに高温引張強度が優
れ、接合のループ高さが低く形成でき、封止樹脂による
ワイヤフローもなく、高速自動ボンダーに十分対応でき
ると共に形成されるボール形状も真球であるので、薄形
パッケージ用デバイスのボンディング線として信頼性よ
く実用に供せられる利点がある。従って産業上に寄与す
る点が大である。
度金に耐熱性を向上するイットリウムとカルシウムを、
更に常温の機械的強度を向上するゲルマニウムとベリリ
ウムを添加することにより、これら添加元素の相乗作用
によって耐熱性を向上させると共に、ベリリウムの添加
がゲルマニウムと共働して更に常温の機械的強度を向上
させることができるので、常温並びに高温引張強度が優
れ、接合のループ高さが低く形成でき、封止樹脂による
ワイヤフローもなく、高速自動ボンダーに十分対応でき
ると共に形成されるボール形状も真球であるので、薄形
パッケージ用デバイスのボンディング線として信頼性よ
く実用に供せられる利点がある。従って産業上に寄与す
る点が大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 栄一 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−30158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−105968（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項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１〜10重量ppmをそれぞれ添加し、
これら添加元素の総量が10〜110重量ppmの範囲とするこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP1041189A JPH0719789B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | ボンディング用金合金細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041189A JPH0719789B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | ボンディング用金合金細線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02219251A JPH02219251A (ja) | 1990-08-31 |
| JPH0719789B2 true JPH0719789B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=12601470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1041189A Expired - Lifetime JPH0719789B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | ボンディング用金合金細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719789B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945065A (en) * | 1996-07-31 | 1999-08-31 | Tanaka Denshi Kogyo | Method for wedge bonding using a gold alloy wire |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1041189A patent/JPH0719789B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02219251A (ja) | 1990-08-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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