JPH1167812A - 半導体素子用金銀合金細線 - Google Patents
半導体素子用金銀合金細線Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高濃度の銀を含有して、且つ、アルミニウム
電極との接合において高い接合信頼性を有する、材料費
の安価な金銀合金細線を提供する。 【解決手段】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、さらにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で
０．２〜５重量％、あるいはＭｎ、Ｃｒの少なくとも１
種を総計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有し、残
部が金および不可避不純物からなることを特徴とする半
導体素子用金銀合金細線。上記金銀合金細線は、更に必
要に応じてＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を
総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で含有する。
電極との接合において高い接合信頼性を有する、材料費
の安価な金銀合金細線を提供する。 【解決手段】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、さらにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で
０．２〜５重量％、あるいはＭｎ、Ｃｒの少なくとも１
種を総計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有し、残
部が金および不可避不純物からなることを特徴とする半
導体素子用金銀合金細線。上記金銀合金細線は、更に必
要に応じてＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を
総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上の電
極と外部リードを接続するために使用されるボンディン
グワイヤに関するものである。
極と外部リードを接続するために使用されるボンディン
グワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体基板上の内部
配線と、インナーリード部との電気的導通を得る接続法
として、線径２０〜５０μｍの細線を用いたボンディン
グワイヤ法が主流である。この細線の材料としては、Ｌ
ＳＩの大半を占める樹脂封止する半導体では、金合金細
線が広く用いられている。金合金細線の長所として、金
は化学的に安定であることが挙げられる。金合金細線は
半導体基板上のアルミ電極との接続に用いるボール接合
において、大気中でのワイヤ溶融時の酸化の心配がな
く、真球で清浄なボールが容易に得られ、超音波を併用
した熱圧着により良好な接合性が得られており、高速接
合、量産性に優れている。
配線と、インナーリード部との電気的導通を得る接続法
として、線径２０〜５０μｍの細線を用いたボンディン
グワイヤ法が主流である。この細線の材料としては、Ｌ
ＳＩの大半を占める樹脂封止する半導体では、金合金細
線が広く用いられている。金合金細線の長所として、金
は化学的に安定であることが挙げられる。金合金細線は
半導体基板上のアルミ電極との接続に用いるボール接合
において、大気中でのワイヤ溶融時の酸化の心配がな
く、真球で清浄なボールが容易に得られ、超音波を併用
した熱圧着により良好な接合性が得られており、高速接
合、量産性に優れている。
【０００３】金合金細線は上記のように優れた特性を有
するが、原料である金が高価であり、金合金細線の製造
方法を改善するだけではコストを大幅に低減することが
できず、半導体素子の価格低減をはばむ要因の一つとな
っている。ボンディングワイヤとしての特性を具備した
上で、高価な金の使用量を削減することができれば、半
導体素子の製造コスト削減に寄与するところは大きい。
するが、原料である金が高価であり、金合金細線の製造
方法を改善するだけではコストを大幅に低減することが
できず、半導体素子の価格低減をはばむ要因の一つとな
っている。ボンディングワイヤとしての特性を具備した
上で、高価な金の使用量を削減することができれば、半
導体素子の製造コスト削減に寄与するところは大きい。
【０００４】現状の半導体素子用金合金細線のほとんど
すべては、特性発現のために添加する不純物の総量を
０．０１％以下におさえた、純度が９９．９９％（4
Ｎ：フォーナイン）の高純度細線が用いられているのが
現状であり、高機能化した半導体の開発が進む中でも、
主原料としての金の成分範囲には大きな変動はみられて
いない。最近では、不純物総量として１％程度含有する
合金細線の検討もされているが、さらなる低コスト化の
メリットを重視した、数％程度の合金化を達成した金合
金細線が使用された実例はみられない。
すべては、特性発現のために添加する不純物の総量を
０．０１％以下におさえた、純度が９９．９９％（4
Ｎ：フォーナイン）の高純度細線が用いられているのが
現状であり、高機能化した半導体の開発が進む中でも、
主原料としての金の成分範囲には大きな変動はみられて
いない。最近では、不純物総量として１％程度含有する
合金細線の検討もされているが、さらなる低コスト化の
メリットを重視した、数％程度の合金化を達成した金合
金細線が使用された実例はみられない。
【０００５】Ａｇは金中に全率固溶する金属であり、金
中に高濃度の添加をする試みがなされてきた。Ａｇの高
濃度添加では、特開昭５５−１５８６４２号公報におい
て、低コスト化と硫化による細線表面の変色などを考慮
して、Ａｇの添加範囲として２０〜５０重量％が開示さ
れている。また特開昭５６−１９６２８号公報において
は、Ａｇ添加により高温での機械的強さ特に破断強さに
優れ、且つ接合部の引張強さに優れていることを考慮し
て、Ａｇの添加範囲として１９〜５９重量％と他元素群
Pd,Pt,Rh,Ir,Os,Ru を0.0003〜0.1 重量％との併用につ
いて開示されており、また特開昭５６−１９６２９号公
報においては、同様の効果を得るためのＡｇの添加範囲
として１９〜５９重量％と、他元素群Be,Ca,Co,Fe,Niを
0.0003〜0.1 重量％との併用について開示されている。
ただし、実際の量産に用いられる半導体素子用細線とし
ては、Ａｇを高濃度含有した金銀合金細線は用いられて
いない。
中に高濃度の添加をする試みがなされてきた。Ａｇの高
濃度添加では、特開昭５５−１５８６４２号公報におい
て、低コスト化と硫化による細線表面の変色などを考慮
して、Ａｇの添加範囲として２０〜５０重量％が開示さ
れている。また特開昭５６−１９６２８号公報において
は、Ａｇ添加により高温での機械的強さ特に破断強さに
優れ、且つ接合部の引張強さに優れていることを考慮し
て、Ａｇの添加範囲として１９〜５９重量％と他元素群
Pd,Pt,Rh,Ir,Os,Ru を0.0003〜0.1 重量％との併用につ
いて開示されており、また特開昭５６−１９６２９号公
報においては、同様の効果を得るためのＡｇの添加範囲
として１９〜５９重量％と、他元素群Be,Ca,Co,Fe,Niを
0.0003〜0.1 重量％との併用について開示されている。
ただし、実際の量産に用いられる半導体素子用細線とし
ては、Ａｇを高濃度含有した金銀合金細線は用いられて
いない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの研究によ
り、従来知られている上記のＡｇを高濃度に含有した金
銀合金細線は、純金に比較してワイヤの引張強度は改善
されているものの、特に高温に長時間曝される過酷な条
件で用いられる半導体素子に対しては、金銀合金細線と
半導体基板のアルミ電極との接合の信頼性が十分でない
との問題点が明らかになった。
り、従来知られている上記のＡｇを高濃度に含有した金
銀合金細線は、純金に比較してワイヤの引張強度は改善
されているものの、特に高温に長時間曝される過酷な条
件で用いられる半導体素子に対しては、金銀合金細線と
半導体基板のアルミ電極との接合の信頼性が十分でない
との問題点が明らかになった。
【０００７】特に高温に長時間曝される過酷な条件で用
いられる半導体素子に対してＡｇを高濃度に含有させた
金銀合金細線を用いるためには、過酷な条件における信
頼性を確保しなければならない。本発明は、高濃度のＡ
ｇの含有によって半導体素子用金銀合金細線中の金の含
有量を大幅に低減して半導体製造コストの削減を実現す
ると共に、上記問題点を解決することを課題とする。
いられる半導体素子に対してＡｇを高濃度に含有させた
金銀合金細線を用いるためには、過酷な条件における信
頼性を確保しなければならない。本発明は、高濃度のＡ
ｇの含有によって半導体素子用金銀合金細線中の金の含
有量を大幅に低減して半導体製造コストの削減を実現す
ると共に、上記問題点を解決することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、その要旨とするとこ
ろは以下のとおりである。 （１） Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、さら
にＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜
５重量％の範囲で含有し、残部が金および不可避不純物
からなることを特徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （２）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、Ｃｕ、
Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重量％
の範囲で含有し、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少な
くとも１種を総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で
含有し、残部が金および不可避不純物からなることを特
徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （３）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、さらに
Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０１〜０．３
重量％の範囲で含有し、残部が金および不可避不純物か
らなることを特徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （４）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、Ｍｎ、
Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０１〜０．３重量％
の範囲で含有し、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少な
くとも１種を総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で
含有し、残部が金および不可避不純物からなることを特
徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （５）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、Ｃｕ、
Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重量％
の範囲で含有し、Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で
０．０１〜０．３重量％の範囲で含有し、さらにＣａ、
Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を総計で０．００１
〜０．１重量％の範囲で含有し、残部が金および不可避
不純物からなることを特徴とする半導体素子用金銀合金
細線。 （６）半導体基板上の配線電極とリード上のＡｇメッキ
面またはＰｄメッキ面との間を、上記（１）乃至（５）
に記載の半導体素子用金銀合金細線によって接続したこ
とを特徴とする半導体素子。
決するためになされたものであり、その要旨とするとこ
ろは以下のとおりである。 （１） Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、さら
にＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜
５重量％の範囲で含有し、残部が金および不可避不純物
からなることを特徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （２）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、Ｃｕ、
Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重量％
の範囲で含有し、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少な
くとも１種を総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で
含有し、残部が金および不可避不純物からなることを特
徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （３）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、さらに
Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０１〜０．３
重量％の範囲で含有し、残部が金および不可避不純物か
らなることを特徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （４）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、Ｍｎ、
Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０１〜０．３重量％
の範囲で含有し、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少な
くとも１種を総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で
含有し、残部が金および不可避不純物からなることを特
徴とする半導体素子用金銀合金細線。 （５）Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、Ｃｕ、
Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重量％
の範囲で含有し、Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で
０．０１〜０．３重量％の範囲で含有し、さらにＣａ、
Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を総計で０．００１
〜０．１重量％の範囲で含有し、残部が金および不可避
不純物からなることを特徴とする半導体素子用金銀合金
細線。 （６）半導体基板上の配線電極とリード上のＡｇメッキ
面またはＰｄメッキ面との間を、上記（１）乃至（５）
に記載の半導体素子用金銀合金細線によって接続したこ
とを特徴とする半導体素子。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体素子用金銀合
金細線は、Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、さ
らにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２
〜５重量％、あるいはＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総
計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有することを特
徴とする。
金細線は、Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有し、さ
らにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２
〜５重量％、あるいはＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総
計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有することを特
徴とする。
【００１０】Ａｇを２０重量％以上含有する理由は、２
０重量％以上であれば金の含有量の減少に伴って材料費
を大幅に低減できるからである。また、金中にＡｇを含
有する結果として、細線を半導体素子のボンディングワ
イヤとして使用する場合の強度が確保され、ボールボン
ディング後のネック部での破断の発生が回避でき、更に
形成したループがたわんで隣のループと接触を起こすこ
とが回避できる。一方、Ａｇの含有量を４５重量％以下
とする理由は後述する。
０重量％以上であれば金の含有量の減少に伴って材料費
を大幅に低減できるからである。また、金中にＡｇを含
有する結果として、細線を半導体素子のボンディングワ
イヤとして使用する場合の強度が確保され、ボールボン
ディング後のネック部での破断の発生が回避でき、更に
形成したループがたわんで隣のループと接触を起こすこ
とが回避できる。一方、Ａｇの含有量を４５重量％以下
とする理由は後述する。
【００１１】本発明者らは、高温長時間の過酷な使用環
境においてボンディングワイヤとアルミ電極との接合部
の強度が保持されるかどうかを評価する新たな接合信頼
性評価試験を導入し、評価を行った。即ち、ボンディン
グワイヤを半導体基板のアルミ電極にボール接合した接
合部を、樹脂封止しない状態で窒素ガス中において２０
０℃で２００時間加熱処理した後に、シェアテストによ
って接合強度の変化を評価した。その結果、Ａｇを２０
重量％以上の範囲で含有し、残部が金および不可避不純
物からなる金銀合金細線は、上記高温加熱テストを経た
後においてアルミ電極との接合部の接合強度が低下する
ことが明らかになった。
境においてボンディングワイヤとアルミ電極との接合部
の強度が保持されるかどうかを評価する新たな接合信頼
性評価試験を導入し、評価を行った。即ち、ボンディン
グワイヤを半導体基板のアルミ電極にボール接合した接
合部を、樹脂封止しない状態で窒素ガス中において２０
０℃で２００時間加熱処理した後に、シェアテストによ
って接合強度の変化を評価した。その結果、Ａｇを２０
重量％以上の範囲で含有し、残部が金および不可避不純
物からなる金銀合金細線は、上記高温加熱テストを経た
後においてアルミ電極との接合部の接合強度が低下する
ことが明らかになった。
【００１２】金銀合金細線とアルミ電極との接合部の信
頼性の低下は、金中に高濃度含有するＡｇの影響によ
り、接合部において金属間化合物相の成長が変化して、
通常の金細線とは異なる金属間化合物相が成長したため
である。この化合物成長を制御するために、合金化元素
の添加が有効であることを見出した。即ち、Ａｇの濃度
域として２０〜４５重量％を含有する金銀合金細線に、
さらにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．
２〜５重量％、あるいはＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種を
総計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有させること
により、アルミ電極との接続部が高温保管された後でも
接合強度が低下しないことを見出した。Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐ
ｔの含有量を上記範囲と定めたのは、０．２重量％未満
であれば上記効果は小さく、５重量％を超えるとボール
部が硬化するため接合時に半導体素子に損傷を与えるこ
とが懸念され、それを回避するために接合時の変形を軽
減すると接合強度がむしろ低下するという理由に基づく
ものである。Ｍｎ、Ｃｒの含有量を上記範囲と定めたの
は、０．０1 重量％未満では上記効果は小さく、０．２
重量％を超えると、真球で清浄なボール部を得ることが
困難となるためである。更に、Ａｇの含有量の上限を４
５重量％と定めたのは、４５重量％を超えると、上記の
第３元素の添加による加熱後のアルミ電極との接合信頼
性の改善効果が損なわれ、加熱後のアルミ電極との接合
信頼性が著しく低下するためである。
頼性の低下は、金中に高濃度含有するＡｇの影響によ
り、接合部において金属間化合物相の成長が変化して、
通常の金細線とは異なる金属間化合物相が成長したため
である。この化合物成長を制御するために、合金化元素
の添加が有効であることを見出した。即ち、Ａｇの濃度
域として２０〜４５重量％を含有する金銀合金細線に、
さらにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．
２〜５重量％、あるいはＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種を
総計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有させること
により、アルミ電極との接続部が高温保管された後でも
接合強度が低下しないことを見出した。Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐ
ｔの含有量を上記範囲と定めたのは、０．２重量％未満
であれば上記効果は小さく、５重量％を超えるとボール
部が硬化するため接合時に半導体素子に損傷を与えるこ
とが懸念され、それを回避するために接合時の変形を軽
減すると接合強度がむしろ低下するという理由に基づく
ものである。Ｍｎ、Ｃｒの含有量を上記範囲と定めたの
は、０．０1 重量％未満では上記効果は小さく、０．２
重量％を超えると、真球で清浄なボール部を得ることが
困難となるためである。更に、Ａｇの含有量の上限を４
５重量％と定めたのは、４５重量％を超えると、上記の
第３元素の添加による加熱後のアルミ電極との接合信頼
性の改善効果が損なわれ、加熱後のアルミ電極との接合
信頼性が著しく低下するためである。
【００１３】さらに好ましくは、上記濃度域内におい
て、Ａｇの含有濃度（Ｘ１）％と、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの
元素群の濃度（Ｘ２）％の併用に関しては、Ｘ２／Ｘ１
の比率を０．０１〜０．３の範囲内とすると、信頼性の
より一層の向上効果がえられる。また、この比率におけ
る優れた効果は、下述する他元素群と併用しても、ほぼ
同様である。
て、Ａｇの含有濃度（Ｘ１）％と、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの
元素群の濃度（Ｘ２）％の併用に関しては、Ｘ２／Ｘ１
の比率を０．０１〜０．３の範囲内とすると、信頼性の
より一層の向上効果がえられる。また、この比率におけ
る優れた効果は、下述する他元素群と併用しても、ほぼ
同様である。
【００１４】さらにＭｎ、Ｃｒを上記添加量範囲で添加
する他の効果として、樹脂封止された接合部において信
頼性が向上する。従来の金細線を用いて、樹脂封止後に
加熱されると、接合部に成長した金属間化合物相が樹脂
成分と腐食反応を起こして、電気抵抗の増加および接合
強度の低下を引き起こす。金銀の合金細線においても同
様の現象が起こるが、Ｍｎ、Ｃｒを含有することによ
り、その腐食反応が抑制される。
する他の効果として、樹脂封止された接合部において信
頼性が向上する。従来の金細線を用いて、樹脂封止後に
加熱されると、接合部に成長した金属間化合物相が樹脂
成分と腐食反応を起こして、電気抵抗の増加および接合
強度の低下を引き起こす。金銀の合金細線においても同
様の現象が起こるが、Ｍｎ、Ｃｒを含有することによ
り、その腐食反応が抑制される。
【００１５】金中にＡｇを２０〜４５重量％含有し、Ｃ
ｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重
量％の範囲の含有する細線に、さらにＣａ、Ｉｎ、希土
類元素を併用させた金銀合金細線では、アルミ電極との
接合部信頼性が向上することに加えて、樹脂封止工程に
おける細線の変形量が低減することが判明した。これ
は、高温強度が増加することと関連するものである。Ｃ
ａ、Ｉｎ、希土類元素の含有量を上記範囲と定めたの
は、０．００１重量％未満であれば上記効果は小さく、
０．１重量％を超えると細線の強度が高いため、ワイヤ
のループ形成時の曲がり変形が増加し、さらに樹脂封止
後の細線の変形量のバラツキが大きくなるためである。
ｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重
量％の範囲の含有する細線に、さらにＣａ、Ｉｎ、希土
類元素を併用させた金銀合金細線では、アルミ電極との
接合部信頼性が向上することに加えて、樹脂封止工程に
おける細線の変形量が低減することが判明した。これ
は、高温強度が増加することと関連するものである。Ｃ
ａ、Ｉｎ、希土類元素の含有量を上記範囲と定めたの
は、０．００１重量％未満であれば上記効果は小さく、
０．１重量％を超えると細線の強度が高いため、ワイヤ
のループ形成時の曲がり変形が増加し、さらに樹脂封止
後の細線の変形量のバラツキが大きくなるためである。
【００１６】金中にＡｇを２０〜４５重量％含有し、Ｍ
ｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０1 〜０．２重
量％の範囲で含有させ、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素
の少なくとも１種を総計で０．００１〜０．１重量％の
範囲で含有させると、アルミ電極との接合部信頼性が向
上することに加えて、ループ形成時の曲がり変形を低減
させることにより、狭ピッチ接合に好適であることが判
明した。Ｃａ、Ｉｎ、希土類元素の含有量を上記範囲と
定めたのは、０．００１重量％未満であれば上記効果は
小さく、０．１重量％を超えると伸線後に熱処理を施し
ても伸線時の加工ぐせを低減することが困難になり、ワ
イヤのループ形成時の曲がり変形が増加するためであ
る。
ｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０1 〜０．２重
量％の範囲で含有させ、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素
の少なくとも１種を総計で０．００１〜０．１重量％の
範囲で含有させると、アルミ電極との接合部信頼性が向
上することに加えて、ループ形成時の曲がり変形を低減
させることにより、狭ピッチ接合に好適であることが判
明した。Ｃａ、Ｉｎ、希土類元素の含有量を上記範囲と
定めたのは、０．００１重量％未満であれば上記効果は
小さく、０．１重量％を超えると伸線後に熱処理を施し
ても伸線時の加工ぐせを低減することが困難になり、ワ
イヤのループ形成時の曲がり変形が増加するためであ
る。
【００１７】金中にＡｇを２０〜４５重量％含有し、Ｃ
ｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重
量％の範囲の含有する細線に、Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも
１種を総計で０．０1 〜０．２重量％の範囲で含有さ
せ、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を
総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で含有させる
と、細線化と接合信頼性の大幅な向上に有効である。ワ
イヤの細線化では樹脂封止時の細線の変形が最も懸念さ
れており、上記元素群の組合せにより、高温強度が増加
するため、細線の変形量が低減される。線径として、現
状の２５μｍに対して、上記元素群の組合せでは、１８
μｍまでは細線化しても、樹脂封止時の細線の変形が実
用可能な範囲に抑えられている。さらに、樹脂封止され
た接合部の信頼性について、過酷な信頼性評価試験とし
て２００℃で５００時間加熱した後の接合強度を評価し
たところ、上記元素群の組合せにおいては、接合強度の
低下は認められず、高い信頼性が確保されていることが
確認された。ここで、含有量を上記範囲と定めたのは、
それぞれの元素群について前述したことと、ほぼ同様の
理由に基づくものである。
ｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２〜５重
量％の範囲の含有する細線に、Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも
１種を総計で０．０1 〜０．２重量％の範囲で含有さ
せ、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を
総計で０．００１〜０．１重量％の範囲で含有させる
と、細線化と接合信頼性の大幅な向上に有効である。ワ
イヤの細線化では樹脂封止時の細線の変形が最も懸念さ
れており、上記元素群の組合せにより、高温強度が増加
するため、細線の変形量が低減される。線径として、現
状の２５μｍに対して、上記元素群の組合せでは、１８
μｍまでは細線化しても、樹脂封止時の細線の変形が実
用可能な範囲に抑えられている。さらに、樹脂封止され
た接合部の信頼性について、過酷な信頼性評価試験とし
て２００℃で５００時間加熱した後の接合強度を評価し
たところ、上記元素群の組合せにおいては、接合強度の
低下は認められず、高い信頼性が確保されていることが
確認された。ここで、含有量を上記範囲と定めたのは、
それぞれの元素群について前述したことと、ほぼ同様の
理由に基づくものである。
【００１８】
【実施例】以下、実施例について説明する。金純度は約
99.995重量％以上の電解金を、Ａｇ純度は99.95 ％以上
の高純度のものを用いた。前述の各添加元素群を含有す
る母合金を個別に高周波真空溶解炉で溶解鋳造して母合
金を溶製した。このようにして得られた各添加元素の母
合金の所定量と金純度が約99.995重量％以上の電解金と
により、表１〜４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に常温で伸
線加工を行い、必要に応じて金合金細線の中間焼鈍工程
を加え、さらに伸線工程を続け、最終線径が２５μｍの
金合金細線とした後に、連続焼鈍して伸び値が４％程度
になるように調整した。得られた金合金細線について、
半導体素子用途のボンディング性を中心とした使用性能
などを調べた結果を表１〜４に併記した。
99.995重量％以上の電解金を、Ａｇ純度は99.95 ％以上
の高純度のものを用いた。前述の各添加元素群を含有す
る母合金を個別に高周波真空溶解炉で溶解鋳造して母合
金を溶製した。このようにして得られた各添加元素の母
合金の所定量と金純度が約99.995重量％以上の電解金と
により、表１〜４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に常温で伸
線加工を行い、必要に応じて金合金細線の中間焼鈍工程
を加え、さらに伸線工程を続け、最終線径が２５μｍの
金合金細線とした後に、連続焼鈍して伸び値が４％程度
になるように調整した。得られた金合金細線について、
半導体素子用途のボンディング性を中心とした使用性能
などを調べた結果を表１〜４に併記した。
【００１９】「ボール形状」については、ワイヤボンデ
ィングに使用される高速自動ボンダーを使用して、アー
ク放電によりワイヤ先端に作製した金銀合金ボールを１
０本採取し、走査型電子顕微鏡で観察した。ボール形状
が異常なもの、ボール先端部において収縮孔の発生が認
められるもの等半導体素子上の電極に良好な接合ができ
ないものを△印で、形状が真球で表面も清浄である良好
なボールについて○印で示した。
ィングに使用される高速自動ボンダーを使用して、アー
ク放電によりワイヤ先端に作製した金銀合金ボールを１
０本採取し、走査型電子顕微鏡で観察した。ボール形状
が異常なもの、ボール先端部において収縮孔の発生が認
められるもの等半導体素子上の電極に良好な接合ができ
ないものを△印で、形状が真球で表面も清浄である良好
なボールについて○印で示した。
【００２０】ボール接合部の接合強度については、アル
ミ電極の２μｍ上方で冶具を平行移動させて剪断破断を
読みとるシェアテスト法で測定し、４０本の破断荷重の
平均値を測定し、「接合直後シェア強度」とした。さら
に金ボールをアルミニウム電極に接合した半導体装置を
樹脂封止しない状態で、窒素ガス中において２００℃で
２００時間加熱処理した後に、４０本のシェアテストの
平均値により接合強度の変化を評価し、「加熱後シェア
強度」とした。
ミ電極の２μｍ上方で冶具を平行移動させて剪断破断を
読みとるシェアテスト法で測定し、４０本の破断荷重の
平均値を測定し、「接合直後シェア強度」とした。さら
に金ボールをアルミニウム電極に接合した半導体装置を
樹脂封止しない状態で、窒素ガス中において２００℃で
２００時間加熱処理した後に、４０本のシェアテストの
平均値により接合強度の変化を評価し、「加熱後シェア
強度」とした。
【００２１】金銀合金細線のループ形成時のワイヤ曲が
りは、ワイヤ両端の接合距離（スパン）が４．５ｍｍと
なるようボンディングしたワイヤを半導体素子とほぼ垂
直上方向から観察し、ワイヤ中心部からワイヤの両端接
合部を結ぶ直線と、ワイヤの曲がりが最大の部分との垂
線の距離を投影機を用いて５０本測定した平均値で、
「接合後のワイヤ曲がり」として示した。
りは、ワイヤ両端の接合距離（スパン）が４．５ｍｍと
なるようボンディングしたワイヤを半導体素子とほぼ垂
直上方向から観察し、ワイヤ中心部からワイヤの両端接
合部を結ぶ直線と、ワイヤの曲がりが最大の部分との垂
線の距離を投影機を用いて５０本測定した平均値で、
「接合後のワイヤ曲がり」として示した。
【００２２】樹脂封止後のワイヤ流れの測定に関して
は、ワイヤのスパンとして４．５ｍｍが得られるようボ
ンディングした半導体素子が搭載されたリードフレーム
を、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止し
た後に、軟Ｘ線非破壊検査装置を用いて樹脂封止した半
導体素子内部をＸ線投影し、前述したワイヤ曲がりと同
等の手順によりワイヤ流れが最大の部分の流れ量を４０
本測定し、その平均値をワイヤのスパン長さで除算した
値（百分率）を封止後のワイヤ流れと定義した。その平
均値を「樹脂封止ワイヤ流れ」とし、４０本測定結果の
標準偏差を「樹脂封止ワイヤ流れ偏差」とした。
は、ワイヤのスパンとして４．５ｍｍが得られるようボ
ンディングした半導体素子が搭載されたリードフレーム
を、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止し
た後に、軟Ｘ線非破壊検査装置を用いて樹脂封止した半
導体素子内部をＸ線投影し、前述したワイヤ曲がりと同
等の手順によりワイヤ流れが最大の部分の流れ量を４０
本測定し、その平均値をワイヤのスパン長さで除算した
値（百分率）を封止後のワイヤ流れと定義した。その平
均値を「樹脂封止ワイヤ流れ」とし、４０本測定結果の
標準偏差を「樹脂封止ワイヤ流れ偏差」とした。
【００２３】接合部における腐食調査としては、金細線
を接合した半導体装置をエポキシ樹脂で封止した後に、
窒素ガス中において２００℃で２００時間加熱処理した
後に、ボール接合部を垂直研磨し、接合界面に成長した
金とアルミニウムの金属間化合物層の腐食を観察した。
金属間化合物層は灰色を呈し、腐食が進行した化合物層
は褐色になり容易に識別可能であることを利用して、ボ
ール接合部における金属間化合物の腐食の進行を調べ
た。金属間化合物の腐食進行としては、ボール接合部の
研磨断面において腐食領域長さ（ｂ）が金属間化合物層
成長の長さ（ａ）に占める割合で評価したものであり、
腐食部が占める割合（ａ／ｂ）を３０個のボール接合部
で平均した値が、５％以下では腐食の抑制が顕著である
と判断して◎印、４０％以上で腐食が顕著なものは△
印、その中間である５％〜４０％のものは○印で、「化
合物腐食度」として表記した。
を接合した半導体装置をエポキシ樹脂で封止した後に、
窒素ガス中において２００℃で２００時間加熱処理した
後に、ボール接合部を垂直研磨し、接合界面に成長した
金とアルミニウムの金属間化合物層の腐食を観察した。
金属間化合物層は灰色を呈し、腐食が進行した化合物層
は褐色になり容易に識別可能であることを利用して、ボ
ール接合部における金属間化合物の腐食の進行を調べ
た。金属間化合物の腐食進行としては、ボール接合部の
研磨断面において腐食領域長さ（ｂ）が金属間化合物層
成長の長さ（ａ）に占める割合で評価したものであり、
腐食部が占める割合（ａ／ｂ）を３０個のボール接合部
で平均した値が、５％以下では腐食の抑制が顕著である
と判断して◎印、４０％以上で腐食が顕著なものは△
印、その中間である５％〜４０％のものは○印で、「化
合物腐食度」として表記した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】表１、２において、実施例１〜１２は本発
明の請求項１記載の発明に係るものであり、実施例１３
〜２４は請求項２、実施例２５〜２９は請求項３、実施
例３０、３１は請求項４、実施例３２、３３は項記載５
に係る金銀合金細線の結果である。
明の請求項１記載の発明に係るものであり、実施例１３
〜２４は請求項２、実施例２５〜２９は請求項３、実施
例３０、３１は請求項４、実施例３２、３３は項記載５
に係る金銀合金細線の結果である。
【００２９】また表３の実施例ｂ１〜ｂ１０は、Ａｇの
含有量が請求項１の範囲であることから本発明に関わる
ものであるが、Ａｇ以外の元素添加量が請求項２から請
求項５に記載されている適正な含有量からはずれる金合
金細線について、比較として示したものである。実施例
ｂ１〜ｂ８は請求項２に対する比較、実施例ｂ９、ｂ１
０は請求項４に対してＣａ、Ｉｎ、希土類元素の含有量
が発明の範囲でない場合について、比較として示した。
表４の比較例１〜１７は、本発明範囲外の例についての
結果である。
含有量が請求項１の範囲であることから本発明に関わる
ものであるが、Ａｇ以外の元素添加量が請求項２から請
求項５に記載されている適正な含有量からはずれる金合
金細線について、比較として示したものである。実施例
ｂ１〜ｂ８は請求項２に対する比較、実施例ｂ９、ｂ１
０は請求項４に対してＣａ、Ｉｎ、希土類元素の含有量
が発明の範囲でない場合について、比較として示した。
表４の比較例１〜１７は、本発明範囲外の例についての
結果である。
【００３０】加熱後のシェア強度に関して、Ａｇを含有
しない高純度金である比較例1 では低下は認められない
が、比較例２、３ではＡｇ濃度が２０〜４５重量％の範
囲でＡｇの単独添加においては、加熱後にシェア強度が
低下していた。それに対し、Ａｇおよび他の元素群が本
発明の成分範囲である実施例１〜３３では、シェア強度
の低下は認められず、非常に良好であった。例えば、Ａ
ｇの適正量に加えて、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの元素群を請求
項１記載の範囲で含有する実施例１〜１２では、加熱後
もシェア強度は上昇しており、Ｍｎ、Ｃｒの元素群を請
求項３記載の範囲で含有する実施例２５〜２９では、加
熱後のシェア強度の低下も認められず、さらに樹脂封止
後に加熱した接合においても化合物の腐食が抑制されて
いることが確認された。Ｍｎ、Ｃｒの含有量が０．０1
重量％未満である比較例１２、１４では上記効果は期待
されず、一方、０．３重量％を超える比較例１３、１５
では、ボール部の形状が真球からずれて扁平であった。
しない高純度金である比較例1 では低下は認められない
が、比較例２、３ではＡｇ濃度が２０〜４５重量％の範
囲でＡｇの単独添加においては、加熱後にシェア強度が
低下していた。それに対し、Ａｇおよび他の元素群が本
発明の成分範囲である実施例１〜３３では、シェア強度
の低下は認められず、非常に良好であった。例えば、Ａ
ｇの適正量に加えて、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの元素群を請求
項１記載の範囲で含有する実施例１〜１２では、加熱後
もシェア強度は上昇しており、Ｍｎ、Ｃｒの元素群を請
求項３記載の範囲で含有する実施例２５〜２９では、加
熱後のシェア強度の低下も認められず、さらに樹脂封止
後に加熱した接合においても化合物の腐食が抑制されて
いることが確認された。Ｍｎ、Ｃｒの含有量が０．０1
重量％未満である比較例１２、１４では上記効果は期待
されず、一方、０．３重量％を超える比較例１３、１５
では、ボール部の形状が真球からずれて扁平であった。
【００３１】また、Ａｇの含有濃度（Ｘ１）％とＣｕ、
Ｐｄ、Ｐｔの元素群の濃度（Ｘ２）％との比率（Ｘ２／
Ｘ１）に関して、０．０１〜０．３の範囲内である例え
ば実施例５、７、９、１２、１３では加熱後のシェア強
度の低下はみれらないが、実施例４、６、８、１０、１
１では問題のないレベルではあるがシェア強度はわずか
に低下していた。
Ｐｄ、Ｐｔの元素群の濃度（Ｘ２）％との比率（Ｘ２／
Ｘ１）に関して、０．０１〜０．３の範囲内である例え
ば実施例５、７、９、１２、１３では加熱後のシェア強
度の低下はみれらないが、実施例４、６、８、１０、１
１では問題のないレベルではあるがシェア強度はわずか
に低下していた。
【００３２】Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの元素群と、Ｃａ、Ｉ
ｎ、希土類元素の元素群とを、本発明の請求項２記載の
範囲で含有する実施例１３〜２４では、樹脂封止時のワ
イヤ流れが２．５％以下であり、他の金合金細線におけ
る４％以上の結果と比較しても、低く抑えられているこ
とが確認された。ここで、Ｃａ、Ｉｎ、希土類元素の含
有量が０．００1 重量％未満である実施例ｂ１〜ｂ４で
は流れ率の低減効果は小さく、０．１重量％を超える実
施例ｂ５〜ｂ８では樹脂封止ワイヤ流れ偏差が増大して
おり、量産性が懸念される。
ｎ、希土類元素の元素群とを、本発明の請求項２記載の
範囲で含有する実施例１３〜２４では、樹脂封止時のワ
イヤ流れが２．５％以下であり、他の金合金細線におけ
る４％以上の結果と比較しても、低く抑えられているこ
とが確認された。ここで、Ｃａ、Ｉｎ、希土類元素の含
有量が０．００1 重量％未満である実施例ｂ１〜ｂ４で
は流れ率の低減効果は小さく、０．１重量％を超える実
施例ｂ５〜ｂ８では樹脂封止ワイヤ流れ偏差が増大して
おり、量産性が懸念される。
【００３３】Ｍｎ、Ｃｒの元素群と、Ｃａ、Ｉｎ、希土
類元素の元素群とを、本発明の請求項４記載の範囲で含
有する実施例３０、３１では、接続後のワイヤ曲がり量
が２０μｍ以下であり、金細線の直径よりも小さく抑え
られているのに対し、例えば含有量が上記範囲をはずれ
る実施例ｂ９、ｂ１０ではワイヤ曲がり量が３０μｍ以
上であることと比較しても、4 割以上低減している。
類元素の元素群とを、本発明の請求項４記載の範囲で含
有する実施例３０、３１では、接続後のワイヤ曲がり量
が２０μｍ以下であり、金細線の直径よりも小さく抑え
られているのに対し、例えば含有量が上記範囲をはずれ
る実施例ｂ９、ｂ１０ではワイヤ曲がり量が３０μｍ以
上であることと比較しても、4 割以上低減している。
【００３４】Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの元素群と、Ｍｎ，Ｃｒ
の元素群と、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の元素群と
を、本発明の請求項５記載の範囲で含有する実施例３
２、３３では、樹脂封止時のワイヤ流れが１．５％以下
に低減されていた。さらに細線化として、線径２２μｍ
の細線でも評価したところ、例えば実施例１、２３、２
４、３０では樹脂封止ワイヤ流れは３．５％以上である
のに対し、実施例３２では樹脂封止ワイヤ流れは２．５
％以下に抑えられており、細線化に適していることが確
認された。また、樹脂封止した状態での加熱による信頼
性試験において、２００℃で２００時間加熱した後の化
合物腐食度は表に示しているが、さらに、２００℃で５
００時間加熱した後に、開封してシェア試験を行う評価
において、該元素群の組合せのみ、シェア強度の低下は
みられず、過酷な高温条件での高い接合信頼性が確認さ
れた。
の元素群と、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の元素群と
を、本発明の請求項５記載の範囲で含有する実施例３
２、３３では、樹脂封止時のワイヤ流れが１．５％以下
に低減されていた。さらに細線化として、線径２２μｍ
の細線でも評価したところ、例えば実施例１、２３、２
４、３０では樹脂封止ワイヤ流れは３．５％以上である
のに対し、実施例３２では樹脂封止ワイヤ流れは２．５
％以下に抑えられており、細線化に適していることが確
認された。また、樹脂封止した状態での加熱による信頼
性試験において、２００℃で２００時間加熱した後の化
合物腐食度は表に示しているが、さらに、２００℃で５
００時間加熱した後に、開封してシェア試験を行う評価
において、該元素群の組合せのみ、シェア強度の低下は
みられず、過酷な高温条件での高い接合信頼性が確認さ
れた。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、高濃度の銀を適正範囲で含有させて、材料費の低減
と、優れた接合信頼性を向上させた金銀合金細線を提供
するものである。
は、高濃度の銀を適正範囲で含有させて、材料費の低減
と、優れた接合信頼性を向上させた金銀合金細線を提供
するものである。
Claims (6)
- 【請求項１】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、さらにＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で
０．２〜５重量％の範囲で含有し、残部が金および不可
避不純物からなることを特徴とする半導体素子用金銀合
金細線。 - 【請求項２】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２
〜５重量％の範囲で含有し、さらにＣａ、Ｉｎ、希土類
元素の少なくとも１種を総計で０．００１〜０．１重量
％の範囲で含有し、残部が金および不可避不純物からな
ることを特徴とする半導体素子用金銀合金細線。 - 【請求項３】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、さらにＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０
1 〜０．３重量％の範囲で含有し、残部が金および不可
避不純物からなることを特徴とする半導体素子用金銀合
金細線。 - 【請求項４】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも１種を総計で０．０１〜
０．３重量％の範囲で含有し、さらにＣａ、Ｉｎ、希土
類元素の少なくとも１種を総計で０．００１〜０．１重
量％の範囲で含有し、残部が金および不可避不純物から
なることを特徴とする半導体素子用金銀合金細線。 - 【請求項５】 Ａｇを２０〜４５重量％の範囲で含有
し、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を総計で０．２
〜５重量％の範囲で含有し、Ｍｎ、Ｃｒの少なくとも１
種を総計で０．０１〜０．３重量％の範囲で含有し、さ
らにＣａ、Ｉｎ、希土類元素の少なくとも１種を総計で
０．００１〜０．１重量％の範囲で含有し、残部が金お
よび不可避不純物からなることを特徴とする半導体素子
用金銀合金細線。 - 【請求項６】 半導体基板上の配線電極とリード上のＡ
ｇメッキ面またはＰｄメッキ面との間を、請求項１乃至
５記載の半導体素子用金銀合金細線によって接続したこ
とを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22398197A JP3612180B2 (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 半導体素子用金銀合金細線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22398197A JP3612180B2 (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 半導体素子用金銀合金細線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167812A true JPH1167812A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3612180B2 JP3612180B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=16806715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22398197A Expired - Lifetime JP3612180B2 (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 半導体素子用金銀合金細線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3612180B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6894398B2 (en) * | 2001-03-30 | 2005-05-17 | Intel Corporation | Insulated bond wire assembly for integrated circuits |
| JP2008198977A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-08-28 | Nippon Steel Materials Co Ltd | 半導体実装用ボンディングワイヤ |
| JP2009527111A (ja) * | 2006-02-13 | 2009-07-23 | ヴェー ツェー ヘレーウス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ボンディングワイヤ |
| JP2010171378A (ja) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Junde Li | 合金線およびその製造方法 |
| WO2012108082A1 (ja) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | 田中電子工業株式会社 | Ag-Au-Pd三元合金系ボンディングワイヤ |
| CN108231718A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-29 | 汕头市骏码凯撒有限公司 | 具有金包覆层的金银铝铜合金复合键合丝及其制造方法 |
-
1997
- 1997-08-20 JP JP22398197A patent/JP3612180B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
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| US6894398B2 (en) * | 2001-03-30 | 2005-05-17 | Intel Corporation | Insulated bond wire assembly for integrated circuits |
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| JP2008198977A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-08-28 | Nippon Steel Materials Co Ltd | 半導体実装用ボンディングワイヤ |
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| WO2012108082A1 (ja) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | 田中電子工業株式会社 | Ag-Au-Pd三元合金系ボンディングワイヤ |
| US9103001B2 (en) | 2011-02-10 | 2015-08-11 | Tanaka Denshi Kogyo K.K. | Ag—Au—Pd ternary alloy bonding wire |
| CN108231718A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-29 | 汕头市骏码凯撒有限公司 | 具有金包覆层的金银铝铜合金复合键合丝及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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