JPS62127437A - 半導体素子用ボンデイング線 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、トランジスター、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体
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
グ線に関し、特に高純度銅に特定の添加元素を加えて耐
熱性と破断強度およびボンディング特性を向上させた半
導体素子上ポンディング線に関する。

（従来技術） 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純金（９９，９９ｗｔ
％）の金細線やアルミ合金（ＡＮ−１％Ｓｉ）細線が使
用されている。しかしながら接続の信顛性および工程上
の問題から金細線が多量に使用されている。ところが近
年、自動ボングーの高速化に伴ない高純度の金細線では
接続時に受ける加熱と引張り強度の不足のため、高速化
に対応し得ないことが明らかになり、その解決策として
接続時に形成させる金ボールの真円形状および金ボール
の硬さを損わない程度に、純金に微量の添加元素を加え
て耐熱性と破断強度を向上させた金合金細線が実用に供
されている。

（発明が解決しようとする問題点） ケイ素半導体素子の電極に金細線を接続する方法は、通
常金細線をキャピラリーに通し、キャピラリーから突出
する一定長の金細線の先端を水素炎又は電気トーチによ
り溶融させて金ボールを形成し、この金ボールを１５０
〜４００°Ｃの加熱状態に置かれているケイ素半導体の
電橋部にキャピラリーで押しつぶして釘状の頭部にし、
ケイ素半導体の電極と外部リードとを接続する熱圧着法
および超音波接続法又はこれらの組合わせ方法によって
行われる。

このように、ケイ素半導体のｔＦｉと外部リードとの接
続に、金細線又は金合金細線が使用される理由は、確実
な接続の信転性があるためであって、■金ボールの形成
が真円形状になること、■形成された金ボールの硬さが
適切で、接合時の圧力によってケイ素半導体素子を損傷
しないこと、■キャピラリーからの金細線および金合金
細線の繰出しが円滑で閉塞せず、自動接続ができること
である。

しかしながら、金細線および金合金細線は極めて高価で
あり、金細線にあっては高速自動化接続に際し、耐熱性
を欠くために金ボール形成の直上部において断線を起す
場合があり、これを解決するために純金に微量の添加元
素を加えて耐熱性と破断強度を向上させる金合金細線と
すると、ケイ素半導体素子と外部リードとの接続におけ
るループ形状が低くなって好ましくなく、ループ形状を
高くするには逆に耐熱性と破断強度を犠牲にしなければ
ならない問題がある。

一方、ケイ素半導体素子も大量生産化に入り、価格の低
減が余儀されるに至って、金細線と同一なボンディング
特性をもち、且つ耐熱性と破断強度にすぐれた安価な代
替金属材料の出現への強い要望がある。

本発明はかかる問題を解決することを目的とするもので
、高純度銅を用いて、安価で耐熱性と破断強度を有し、
且つ金細線や金合金細線と同様な信顛性にすぐれた接続
ができる半導体素子用ボンディング線を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上述の問題を解決するために鋭意検討中
、銅純度が９９．９９９重量％以上の高純度銅を用いて
最終線径を２５μｍφ銅細線とし、その先端を加熱溶融
して銅ポールを形成させたところ、真円形状を示すもの
の、銅ボールの硬さにおいて異なるものがあることを観
察し、その原因を種々検討した結果、高純度鋼中の硫黄
含有量がｏ、ｏｏｏｓ重量％を上回るときは、銅ボール
の硬さが好ましくないため、接続時の圧力で半導体素子
を損傷することを見出して、本発明を完成させたもので
ある。

本発明は、純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有
量がｏ、ｏｏｏｓ重量％以下の銅を基材とし、該基材に
対してＣｄ＋　Ｐｂ＋Ｔｉより選ばれた１種以上の元素
を、０．０２重量％以下含有して成ることを特徴とする
半導体素子用ボンディング線である。

ここにおいて、上記の銅純度が９９．９９９重量％以上
の高純度銅は、再電解法又はゾーンメルティング法によ
っ精製されたものを使用するのが好ましい。

Ｃｄ、Ｐｂ、Ｔｉなどの添加元素を０．０２重量％を上
回る量を含有させて銅合金細線とすると、耐熱性と破断
強度を向上させることができるが、ボールの形状が真円
形状でなく、いびつ状となり、且つボールの硬さが好ま
しくないため、接続時の圧力で半導体素子を損傷させる
。上記の添加元素を０．０２重量％以下として銅合金細
線とすると、耐熱性と破断強度が向上すると共に、ボン
ディング特性であるボールの形状、ボールの硬さ、ルー
プの高さおよび接合強度が好ましいものとなり、高速自
動化ボンディングに適し、信顛される接続ができる。

（実施例） 以下、実施例と比較例および純金細線と金合金細線の従
来例とを対比させて本発明を更に詳細に説明する。

銅純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量の異な
る高純度銅を用いて第１表に示す化学成分の銅合金を溶
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の銅合金細線とし、不活性ガ
ス雰囲気で連続燃鈍（温度２５０〜５００℃、線速ｌＯ
〜１００ｍ／分）して硬質を軟質に調質する。勿論、バ
ッチ焼鈍を施してもよい。

第１表より得られた銅合金細線と２５μ−φの従来’１
ＡＮＩ１１　（金合金１１１ｍ）　オヨび従来例１１ｈ
８（純金細線）とについて、それぞれ常温引張特性、高
温引張特性およびボンディング特性を測定した結果を第
２表に示す。

常温引張特性は室温で引張試験を行ないその破断荷重を
測定し、高温引張特性は２５０℃の温度雰囲気で引張試
験をしてその破断荷重を測定する。

ボンディング特性におけるボールの形状、ボールの硬さ
、ループの高さなどの判定は、公知のボンディングマシ
ンを使用して不活性のアルゴン雰囲気のもと、電気トー
チ放電によって得た銅ボールを走査電子顕微鏡（ｘ５０
０倍）で観察して行ない、ボールの硬さは、ケイ素半導
体素子上の電極と外部リードとの圧着接続を行なった後
、半導体素子の損傷の有無により判定し、ループの高さ
はケイ素半導体素子上に形成されたループの高さを光学
顕微鏡で測定し、更に接合強度はループの中央にフック
をかけてその破断荷重を測定することにより行なった。

結果かられかるように、実施例隠１からＩｌ＆ｌＬ４は
、銅ボールの形状、ボールの硬さ、ループの高さとも純
金細線の従来例隘８と同一の挙動を示し、特にループの
高さにおいては金合金細線の従来例磁７より高くて好ま
しいループ形状を示すものとなる。

又、実施例Ｎｌｌから隘４は、常温および高温の引張特
性とボンディング特性の接合強度において従来例の隘７
および隘８よりすぐれ、耐熱性と破断強度を具備してい
ることがわかる。

比較例阻５は銅純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄
含有量がｏ、ｏｏｏｓ重量％以下の高純度銅を使用する
ものの、添加元素のＣｄ、Ｐｂ、Ｔｉの総量が０．０２
重量％を上回るため、常温および高温の引張特性におい
ては実施例と同じ値を示すが、銅ボールの形状が真円形
状とならず、いびつ状となり、且つボールの硬さも好ま
しくないので正常な接続ができないものとなる。又、比
較例隘６は、銅純度が９９．９９９重量％以上であって
も、硫黄含有量が０．０００５：！量％を上回るため、
銅ボールの硬さが好ましくなく、接続時にケイ素半導体
素子を損傷するのでボンディング線としては適当でない
。

上記の実施例には示していないが、最終線径を２０μＩ
φおよび１５μＩφの銅合金細線について公知のボンデ
ィングマシンを使用してボンディング特性を調査したと
ころ、線径の減少によって破断強度は低くなるものの、
ボールの形状、ボールの硬さ、ループの高さとも実施例
と同様に好ましいものであった。

（発明の効果） 本発明に係る半導体素子用ボンディング線は、ボンディ
ング特性、すなわち、ボールの形状、ボールの硬さ、ル
ープの高さにおいて、現状の純金細線と同一の挙動を示
し、純金細線と比べて価格が安価であり、且つ常温およ
び高温の引張特性が純金細線、金合金細線より高強度で
あるため、高速自動化ボンディング工程で支障を起すこ
ともなく、又細線加工がより容易であって安定した品質
のものが提供できるので、半導体素子上の電極面積を小
さくできる利点がある。

従って実用性が多大であって産業上に寄与する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 純度が９９．９９９重量％以上で、硫黄含有量が０．０
   ００５重量％以下の銅を基材とし、該基材に対してＣｄ
   、Ｐｂ、Ｔｉより選ばれた１種以上の元素を、０．０２
   重量％以下含有して成ることを特徴とする半導体素子用
   ボンディング線。