JPS60177666A - 半導体装置 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明は半導体装置、特に、アルミニウム（Ａ１）また
はアルミニウム合金のワイヤを用いてなる半導体装置に
適用して効果のある技術に関するものである。

〔背景技術〕

半導体装置用のボンディングワイヤとしては金（Ａｕ　
）またはアルミニウム（ｌｔ）を用いることが考えられ
る。

そのうち、金ワイヤは耐食性が良好である等の利点を有
するが、コストが非常に高くつくという問題がある。

一方、アルミニウムワイヤはコストは安い反面、耐食性
が悪く、特に、いわゆるレジンモールド型パッケージに
適用した場合、ワイヤの腐食を起こし、信頼性が低下し
てしまうという問題がある。

ところで、アルミニウムワイヤのボンディングを行う場
合、アルミニウムワイヤの先端に電気トーチ等でボール
を形成してボールポンディングすることが知られている
（特開１＠５１−１４０５６７号公報）、。

しかしながら、このようなアルミニウムワイヤのボール
ボンディングを行うにあたっては１％にペレットのポン
ディングパッド側においてボンディングワイヤの剥がれ
が発生し、ボンディング性能が低）するという問題があ
ることが本発明者によって見い出された。

そこで、本発明者が鋭意研究したところ、アルミニウム
ワイヤにボール部を形成する際のボールの硬さがボンデ
ィング性に大きな影響を及ぼすことが解明されたうすな
わち、アルミニウムボールの形成時に、形成されたボー
ルがアニールによって軟らか（なり過ぎると、ポンディ
ングパッドのアルミニウム膜とアルミニウムワイヤのボ
ール部とをたとえば超音波ボンディングする際に超音波
エネルギーがボンディング部に十分に作用せず、アルミ
ニウムの表面エネルギー状態の活性な面が出ないためボ
ンディングワイヤの剥がれが発生することが本発明者に
より明らかとされた。

一方、アルミニウムボールの硬度が大き過ぎると、ボン
ディング時の力によってアルミニウムパッドの下層のシ
リコン層あるいは二酸化シリコン層等に大きな応力が発
生し、これらの層にクラック等のボンディングダメージ
を生じる等の問題が起こることを本発明者は見い出した
。

さらに、前述の知見に基づいて検討を重ねた結果１本発
明者はアルミニウムワイヤの腐食を有効に防止しつつ、
ボールポンディングを好適に行い得るアルミニウムワイ
ヤの組成を発見した。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、腐食を防止したアルミニウム合金を用
いたワイヤでボールポンディングする際にボール部の硬
さを最適範囲とし、良好なボンディング性能を得ること
のできる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、腐食を防止しかつボールボンディ
ングを最適に行うことのできる組成よりなるアルミニウ
ムワイヤを用いる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は１本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、アルミニウム系ワイヤがニッケルを含有しか
つボール部のビッカース強度が３５〜４５であることに
より、前記目的を達成することができるものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である半導体装置の断面図で
ある。

本実施例の半導体装置は、たとえば４２７０イまだ社鋼
合金等よりなるタブ１上に、シリコン（Ｓｉ）等のベレ
ット２を金−シリコン共晶等で取り付ケ、そのベレット
２のポンディングパッド（電極）とリードのインナーリ
ード部３（外部導電部）とをワイヤ４で電気的に接続し
、−リードフレームのアウターリード部５を除いて樹脂
６で封止したデュアルインライン型の樹脂封止パッケー
ジ構造よりなる。

ワイヤ４はペレット２のポンディングパッド（電極）等
にボンディングする際に接合強度を十分大きくシ、かつ
ボンディングダメージを起こすことを防止するために最
適な材料組成およびビッカース硬度を有するように構成
されている口すなわち１本実施例のワイヤ４は第２図に
示すように、ボールボンディング時のボールのビッカー
ス硬度（ＨＶ）が３５〜４５の範囲内となるように選ば
れている。

本発明者がアルミニウムボール部６ａの硬度と。

ボンディングワイヤ６とアルミニウムパッド５との間の
剥がれ発生率（Ｘ　）およびアルミニウムパッド５下の
二酸化シリコン層１２にクラックの発生するボンディン
グダメージ発生率（％）との関係について実験を重ねた
ところ、第３図に示すような結果が得られた。

第３図から明らかなように、ボンディング不良の発生率
として許容できる値が約１０％であることを考えると、
ビッカース硬度が約３０以下では剥がれ発生率（×印で
示す）が高く、またボンディングダメージの発生率（○
印で示す）はビッカース硬度が約５０以上は高い。特に
、最適範囲としてはビッカース硬度が約５０以上は高い
。特に。

最適範囲としてはビッカース硬度３５〜４５の範囲が選
定される。

また１本発明者がこのような最適範囲のビッカース硬度
を得ることのできるワイヤの材料の組成を得るために同
一条件で多（の実験を行ったところ第２図のような結果
が得られた。

第２図において、縦軸にはビッカース硬度を。

横軸には各材料の組成を示している。各材料のビッカー
ス硬度は、たとえばＡ！は２８というように示されてい
る。また、「０．５％Ｎ１−ＡＩＪは０．５重量％のＮ
ｉを含むＡ１からなるワイヤを示す。

このような最適硬度範囲内に入るワイヤ４の材料組成と
しては様々なものがあるが、最も良好なポールホンディ
ングが可能なアルミニウム合金ワイヤの組成例としては
、１．０重量％のニッケルと０．５重量％のマンガン（
Ｍ　ｎ　）とを含有するもの。

１．０重量％のニッケルと１．０重量％のマンガンとを
含有するもの、０．５重量％のニッケルと１．０３１ｉ
量％のマンガンとを含有するもの、ｌ、７重量％のマグ
ネシウム（ＭＪ＋）と０．３〜０．Ｓｉ量％ノニッケル
と０．３％の鉄とを含有するもの、２重量％のニッケル
と１．０〜２．０重量％のシリコン（Ｓｉ）とを含有す
るもの１等が示される。

本実施例のワイヤ４はニッケルを含有することが１つの
特徴であり、ニッケルをワイヤ中に含有させたことによ
りアルミニウムを主成分とするワイヤ４の耐食性を著し
く向上させることができる。

ワイヤ４はアルミニウムを主成分とし、その中忙０．０
３重量％以上、より好ましくは０．０７５ｉｉ％以上の
ニッケルを含有させたものが用いられる。

したがって、アルミニウムを主成分とするワイヤ中にニ
ッケルを適当量含有させることにより。

耐食性が良好でボンディングにも好都合なワイヤを得る
ことができるものである。

アルミニウムワイヤ中にニッケルを含有させることによ
り耐食性を向上させることができる理由は次のとおりで
ある。代表的な耐食性の試験方法であるＭ　Ｉ　Ｌ　８
８３　Ｂ等の高温高湿試験において。

水分Ｉ（！０の水素（は原子状水素Ｈとなる。原子状水
１Ｈけ小さいため、アルミニウムの結晶粒界に容易に浸
入する。原子状水素Ｈが反応し合いガス状水素Ｈ，と１
ぶると体積が膨張し結晶粒界を押し拡げる。この押し拡
げられた結晶粒界から腐食が進行する。一方、ニッケル
を含むアルミニウムワイヤにおいては、アルミニウムの
結晶粒内に含まれるニッケルの紗媒作用によって、原子
状水素Ｈの結合反応が促進される。この結果、原子状水
単Ｈはアルミニウムの結晶粒界に浸入することなく。

アルきニウムの表面でガス状水素Ｈ１となる。

本発明者がこれらの実験結果を検討し１こ結果２耐食性
の改善には主としてＮｉが寄与し、硬度の調整には主と
してＭｌ　、Ｍｎ　＋　Ｓ　ｉがを与していることがわ
かった。また、Ｎ轟はＰＪＩｇ等による硬度調整の効果
を損うことはなく、逆にＭｌ等がＮｉによる耐食性の向
上を妨げることもないことがわかった。また、ＮｉとＭ
Ｐ、ＭＩＮと８１はＡ！の中で同時に安定して存在し、
ワイヤの機械的、′ｒｌｉ、気的特性を損うことはない
ことがわかった。

〔効　果〕

＋　ｌ）　アルミニウムワイヤがニッケルを含有しかつ
そのボール部のビッカース硬度が３５〜４５であること
により、ワイヤの耐食性を向上させることができる上に
、ワイヤの接合強度を十分に確保しかつりぶれ淑ぎやポ
ンディングパッドに対するダメージを防止することがで
き、信頼性が向上する。

（２）　ワイヤがアルミニウムを主成分とすることによ
り金ワイヤに比べてコストを大巾に低減できる。

（３１アルミニウムを主成分とするワイヤのボールポン
ディングを安定して容易に行うことができ。

アルミニウム系ワイヤの利点の１つである低コスト性を
活かすことが可能となる。

（４）　前記（１）のボール硬度によりアルミニウムを
主成分とするワイヤの加工を容易にすることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、ワイヤの材料組成は前記したものに限定され
るものではな（、他の様々な組成のものを用いることが
できる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である樹脂封止型半導体装
置に適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、たとえば。

サーディツプ型、積層セラミック型、セラミックチップ
キャリアを等、アルミニウムを主成分とするワイヤを用
いるものであれは、各種パッケージよりなる半導体装置
に広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である半導体装置の断面図。 第２図は本発明におけるワイヤのボール部のビッカース
硬度を示す図。 第３図はビッカース硬度とボンディング不良の関係を示
す図である。 ｌ・・・タブ、２・・・ペレット、３・・・インナーリ
ード部（外部導電部）、４・・・ワイヤ、５・・・アウ
ターリード部、６・・・樹脂。 第　１　１ｉ’２１ 第　３　図 〔゛・・／η−）碑ご（Ｈ１〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム系のワイヤを用いてベレットと外部導
   電部とを接続してなる半導体装置において、ワイヤか一
   ニッケルを含有しかつボール部のビッカース硬度が３５
   〜４５であることを特徴とする半導体装置。 ２　ワイヤが１．０重量％のニッケルと、０．５ｆｆ量
   ％のマンガンとを含有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置。 ３、ワイヤが１．０重量％のニッケルと、１．０重量２
   のマンガンとを含有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置。 ４、　ワイヤが０．５重量％のニッケルと、１．０重量
   ％のマンガンとを含有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置。 ５、　ワイヤが１．７重量％のマグネシウムと、０．５
   重量％のニッケルと、０．５重量％の鉄とを含有するこ
   とを特徴とする特許請求の範曲第１項記載の半導体装置
   。 ６、ワイヤが２重量％のニッケルと、２重量％のシリコ
   ンとを含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体装置。 ７、　ワイヤが２重量％のニッケルと、１重量％のシリ
   コンとを含有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の半導体装置。