JPS6238414B2 - - Google Patents
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- Conductive Materials (AREA)
Description
＜発明の分野＞
この発明は、IC，LSIおよびトランジスタなど
の半導体素子の組立に際し、半導体チツプをステ
ムに装着した後、半導体チツプ上の電極と外部リ
ードフレームとを接続するのに用いる半導体素子
結線用金属線に関する。 ＜発明の背景＞ 半導体チツプと外部リードフレームとの接続に
際しては、従来、金を主成分とする貴金属細線が
使用されていた。 しかしながら、金線は極めて高価格になるとい
う欠点があつた。また、一部では高価な金線の使
用を避けて、すなわち脱貴金属化を指向して、ア
ルミニウム合金線が使用されている。しかしなが
らアルミニウム合金線では、以下に詳細に述べる
ように様々な欠点があつた。第１に、細線への加
工性が金に比べてかなり劣るという問題があつ
た。第２に、接続に際し先端にボールを作成し接
続する場合、このボールの形状が不安定であると
いう欠点があつた。これは、アルミニウムの表面
に酸化被膜が生じやすく、これが強固なため不安
定性をもたらしているものである。第３に、強度
が小さく、ボンデイング強度あるいはループ線の
形成状態が良好でないという欠点があつた。第４
に、半導体チツプ上の電極への圧着に用いるキヤ
ピラリと反応しやすく、キヤピラリ先端がしばし
ば閉塞するという欠点もあつた。 半導体素子では、ppmオーダの信頼性が要求
されているが、アルミニウム合金線を結線用に用
いた場合、上述のような種々の欠点を有するた
め、ppmオーダの信頼性を有する半導体素子は
到底得られなかつた。 本願発明者は、上述の金線およびアルミニウム
合金線の双方の欠点を効果的に解消することを目
的として、すなわち安価でかつ信頼性に優れた半
導体素子結線用銅合金線を得ることを目的として
安価な銅を用いて種々の実験を繰返した。より具
体的に言えば、本願発明者は、タフピツチ銅線、
無酸素銅線、あるいはこれらを基とした銅合金線
を用いて実験を繰返した。しかしながら、これら
の銅線、銅合金線では、珪素半導体素子上のアル
ミニウム電極への接続に際し、ウエツジボンデイ
ングもしくはネイルヘツドボンデイングなどの熱
圧着法、超音波ボンデイング法またはこれらを併
用する方法のいずれにおいても、十分安定であ
り、かつ、信類性に優れた接続を得ることは困難
であることがわかつた。銅線、銅合金線がアルミ
ニウムに比べて比較的硬いため、圧着のために要
する圧力が、しばしば半導体素子に損傷を与えて
しまうからであつた。したがつて、従来、半導体
素子結線用金属線として銅線、銅合金線が実用に
供されている例は末だなかつた。 ＜発明の概要＞ それゆえに、この発明の目的は、脱貴金属化を
果たし、安価であり、かつ信頼性に優れた接続を
なし得る、半導体結線用金属線を提供することに
ある。 本願発明者は、上述の問題点を鋭意検討し、実
験を繰返したところ、純度99.995重量％以上の銅
を素材料として、該銅に、Ga，In，Au，Ni，Li
およびBiからなる群から選択された１種以上の元
素を0.001〜0.1重量％含有させて細線を構成すれ
ば、上述の目的を果たし得る半導体素子結線用金
属線を得ることができることを見い出した。 「99.995重量％以上」としたのは、ボンデイン
グワイヤの変形挙動を、金線の場合に近づけ、圧
着時に珪素半導体素子を損傷することなく十分安
定であり、かつ、信頼性に優れた接続を得るため
である。「99.995重量％」未満では、珪素半導体
素子を損傷しやすいことがわかつている。この発
明では、このような高純度の銅を素材料として、
さらに「Ga，In，Au，Ni，LiおよびBiからなる
群から選択された１種以上の元素」を「0.001〜
0.1重量％」含有させた材料を用いる。これらの
元素を加える理由は上記変形能を維持したまま
で、第１のボールボンデイング部がボール形成時
の加熱により軟化しすぎてボンデイング強度の劣
化を招いたり、および第２にループ線が寝すぎた
好ましくない状態となることを防止するためであ
る。なお、上記各元素は、ボール形成能に改善効
果を与えるものであるが、決して変形能（すなわ
ち、シリコンチツプを損傷することなく圧着し得
る軟らかさ）を損なうものではない。 この発明の実施にあたつては、第１図に略図的
正面図で示すように、キヤピラリ１から先端が露
出した銅合金線２を加熱し、ボール３を形成し、
次に第２図に略図的正面図で示すように、珪素半
導体チツプ４上のアルミニウムからなる電極５上
に、たとえば超音波ボンデイングにより圧着する
ことにより接続し得る。 なお、第２図において６はダイボンデイング
部、７はステム、８は外部リードフレームを示
す。 なお、第２図において想像線で示す９は、外部
リードフレーム８との接続を行なつた後のループ
線の形状の好ましくない状態、すなわちループ線
が寝すぎた状態を示すものであり、従来のアルミ
ニウム合金線を使用した場合、しばしばこのよう
な状態が発生していた。 この発明では、上記したように銅以外に微量元
素を加えるものであるため、第１図におけるボー
ル３に近接した銅合金線部分２ａにおける強度が
高められる。したがつて、外部リードフレーム８
と接続した後においても、ループ線は想像線で示
した９のように寝すぎることはなく、好ましい状
態を保ち得る。 なお、従来の金線からなる半導体素子結線用金
属線の接続は通常大気下で行なわれていたが、こ
の発明の銅合金線の場合には、たとえばアルゴ
ン、ヘリウム、窒素、ネオンなどの還元性ガス雰
囲気下で行なわれる。銅線の表面に酸化被膜が生
じることを防止するためである。 ＜発明の効果＞ この発明は、上述したように、99.995重量％以
上の銅を素材料として、該銅にGa，In，Au，
Ni，LiおよびBiからなる群から選択された１種以
上の元素を0.001〜0.1重量％含有させてなる材料
を用いるものであるため、脱貴金属化を果たし、
安価な半導体素子結線用金属線とすることができ
る。また、このような高純度の銅を用いるもので
あるため、その酸化被膜特性や表面張力等の性質
に基づき、還元雰囲気下で安定なボールを形成す
ることができ、またアルミニウム線の場合に比べ
て比較的小さなボールを形成することもできるの
で、より小さな電極に接続することが可能とな
る。さらに、アルミニウムに比べて比較的高強度
であるため、ループ線の状態をより好ましいもの
とすることもできる。 さらに、上述のように高純度の銅を主成分とす
るものであるため、変形能が高く、したがつて珪
素半導体素子を損傷するおそれもない。（また極
細線への加工性にも優れるものである。また、銅
を主成分とするものであるため、アルミニウムあ
るいは銀などの電極材料との接合性に優れ、した
がつてアルミニウム電極や銀めつき外部リードフ
レームやめつきなしの銅合金外部リードフレーム
との接続強度を高めることも可能となる）。さら
に、外部リードフレームに銅もしくは銅合金を用
いた場合には、外部リードフレームとめつきせず
とも接続することができ、より一層脱貴合属化を
果たすことが可能となるなど、産業上多大の利益
をもたらすものであることがわかる。 この発明は、IC，LSI，トランジスタなどの
様々な素子のボンデイングワイヤに用いることが
でき、特に生産性に優れたボールボンデイングの
場合に最適なものであることを指摘しておく。 ＜実施例の説明＞ この発明の実施例として、純度99.998重量％の
再電解銅および99.999重量％以上のゾーンメルテ
イング法により得られた高純度の銅を素材料と
し、第１表に示すように、99.7重量％以上の純度
の各種元素を混入し銅合金とし、細線に加工する
ことにより作成した。これを第１表に示すよう
に、それぞれ、本発明例１〜８とした。また、従
来例として、従来から公知のアルミニウム細線を
準備し、従来例１とし、また高純度のアルミニウ
ムに99.7重量％の以上の純度のSiを1.0重量％混
入させた合金線を従来例２とした。さらに、比較
例１〜２として、純度99.95重量％の銅を素材料
とし、Ga，In，を、それぞれ0.08，0.05重量％添
加した銅合金線を準備した。また、純度99.999重
量％の銅を素材料とし、0.5重量％のNiおよび2.0
重量％のAuを添加して作成した銅合金線を、比
較例３および４として準備した。 なお、本実施例で用いた細線はすべて直径25μ
ｍである。 上記した本発明例１〜８、従来例１，２ならび
に比較例１〜４を用いて、それぞれ、アルゴンガ
ス雰囲気下において、キヤピラリの先端に電気ア
ークによりボールを形成し、珪素半導体素子上の
アルミニウム電極と、各種のメツキを施した燐青
銅外部リードフレームとの接続を行なつた。この
接続結果の評価を第２表に示す。 なお、各評価における測定手段と判定基準を第
３表に示す。 伸線加工性については直径100μｍから直径25
μｍへの伸線加工時、断線１回当りに伸線できた
長さを測定し、従来例１を1.0とした時の比で表
わした。 また、接続強度は第２図に示す半導体素子結線
用銅合金線２とアルミニウム電極線５の接合部の
横ずれ強度を測定した。 第２表から明らかなように、本発明例１〜８で
は、ボール形成能、ループ線の状態、素子の損
傷、伸線加工性、接続強度、外部リードフレーム
との接続性のいずれにおいても、良好な性能を示
すことがわかる。
の半導体素子の組立に際し、半導体チツプをステ
ムに装着した後、半導体チツプ上の電極と外部リ
ードフレームとを接続するのに用いる半導体素子
結線用金属線に関する。 ＜発明の背景＞ 半導体チツプと外部リードフレームとの接続に
際しては、従来、金を主成分とする貴金属細線が
使用されていた。 しかしながら、金線は極めて高価格になるとい
う欠点があつた。また、一部では高価な金線の使
用を避けて、すなわち脱貴金属化を指向して、ア
ルミニウム合金線が使用されている。しかしなが
らアルミニウム合金線では、以下に詳細に述べる
ように様々な欠点があつた。第１に、細線への加
工性が金に比べてかなり劣るという問題があつ
た。第２に、接続に際し先端にボールを作成し接
続する場合、このボールの形状が不安定であると
いう欠点があつた。これは、アルミニウムの表面
に酸化被膜が生じやすく、これが強固なため不安
定性をもたらしているものである。第３に、強度
が小さく、ボンデイング強度あるいはループ線の
形成状態が良好でないという欠点があつた。第４
に、半導体チツプ上の電極への圧着に用いるキヤ
ピラリと反応しやすく、キヤピラリ先端がしばし
ば閉塞するという欠点もあつた。 半導体素子では、ppmオーダの信頼性が要求
されているが、アルミニウム合金線を結線用に用
いた場合、上述のような種々の欠点を有するた
め、ppmオーダの信頼性を有する半導体素子は
到底得られなかつた。 本願発明者は、上述の金線およびアルミニウム
合金線の双方の欠点を効果的に解消することを目
的として、すなわち安価でかつ信頼性に優れた半
導体素子結線用銅合金線を得ることを目的として
安価な銅を用いて種々の実験を繰返した。より具
体的に言えば、本願発明者は、タフピツチ銅線、
無酸素銅線、あるいはこれらを基とした銅合金線
を用いて実験を繰返した。しかしながら、これら
の銅線、銅合金線では、珪素半導体素子上のアル
ミニウム電極への接続に際し、ウエツジボンデイ
ングもしくはネイルヘツドボンデイングなどの熱
圧着法、超音波ボンデイング法またはこれらを併
用する方法のいずれにおいても、十分安定であ
り、かつ、信類性に優れた接続を得ることは困難
であることがわかつた。銅線、銅合金線がアルミ
ニウムに比べて比較的硬いため、圧着のために要
する圧力が、しばしば半導体素子に損傷を与えて
しまうからであつた。したがつて、従来、半導体
素子結線用金属線として銅線、銅合金線が実用に
供されている例は末だなかつた。 ＜発明の概要＞ それゆえに、この発明の目的は、脱貴金属化を
果たし、安価であり、かつ信頼性に優れた接続を
なし得る、半導体結線用金属線を提供することに
ある。 本願発明者は、上述の問題点を鋭意検討し、実
験を繰返したところ、純度99.995重量％以上の銅
を素材料として、該銅に、Ga，In，Au，Ni，Li
およびBiからなる群から選択された１種以上の元
素を0.001〜0.1重量％含有させて細線を構成すれ
ば、上述の目的を果たし得る半導体素子結線用金
属線を得ることができることを見い出した。 「99.995重量％以上」としたのは、ボンデイン
グワイヤの変形挙動を、金線の場合に近づけ、圧
着時に珪素半導体素子を損傷することなく十分安
定であり、かつ、信頼性に優れた接続を得るため
である。「99.995重量％」未満では、珪素半導体
素子を損傷しやすいことがわかつている。この発
明では、このような高純度の銅を素材料として、
さらに「Ga，In，Au，Ni，LiおよびBiからなる
群から選択された１種以上の元素」を「0.001〜
0.1重量％」含有させた材料を用いる。これらの
元素を加える理由は上記変形能を維持したまま
で、第１のボールボンデイング部がボール形成時
の加熱により軟化しすぎてボンデイング強度の劣
化を招いたり、および第２にループ線が寝すぎた
好ましくない状態となることを防止するためであ
る。なお、上記各元素は、ボール形成能に改善効
果を与えるものであるが、決して変形能（すなわ
ち、シリコンチツプを損傷することなく圧着し得
る軟らかさ）を損なうものではない。 この発明の実施にあたつては、第１図に略図的
正面図で示すように、キヤピラリ１から先端が露
出した銅合金線２を加熱し、ボール３を形成し、
次に第２図に略図的正面図で示すように、珪素半
導体チツプ４上のアルミニウムからなる電極５上
に、たとえば超音波ボンデイングにより圧着する
ことにより接続し得る。 なお、第２図において６はダイボンデイング
部、７はステム、８は外部リードフレームを示
す。 なお、第２図において想像線で示す９は、外部
リードフレーム８との接続を行なつた後のループ
線の形状の好ましくない状態、すなわちループ線
が寝すぎた状態を示すものであり、従来のアルミ
ニウム合金線を使用した場合、しばしばこのよう
な状態が発生していた。 この発明では、上記したように銅以外に微量元
素を加えるものであるため、第１図におけるボー
ル３に近接した銅合金線部分２ａにおける強度が
高められる。したがつて、外部リードフレーム８
と接続した後においても、ループ線は想像線で示
した９のように寝すぎることはなく、好ましい状
態を保ち得る。 なお、従来の金線からなる半導体素子結線用金
属線の接続は通常大気下で行なわれていたが、こ
の発明の銅合金線の場合には、たとえばアルゴ
ン、ヘリウム、窒素、ネオンなどの還元性ガス雰
囲気下で行なわれる。銅線の表面に酸化被膜が生
じることを防止するためである。 ＜発明の効果＞ この発明は、上述したように、99.995重量％以
上の銅を素材料として、該銅にGa，In，Au，
Ni，LiおよびBiからなる群から選択された１種以
上の元素を0.001〜0.1重量％含有させてなる材料
を用いるものであるため、脱貴金属化を果たし、
安価な半導体素子結線用金属線とすることができ
る。また、このような高純度の銅を用いるもので
あるため、その酸化被膜特性や表面張力等の性質
に基づき、還元雰囲気下で安定なボールを形成す
ることができ、またアルミニウム線の場合に比べ
て比較的小さなボールを形成することもできるの
で、より小さな電極に接続することが可能とな
る。さらに、アルミニウムに比べて比較的高強度
であるため、ループ線の状態をより好ましいもの
とすることもできる。 さらに、上述のように高純度の銅を主成分とす
るものであるため、変形能が高く、したがつて珪
素半導体素子を損傷するおそれもない。（また極
細線への加工性にも優れるものである。また、銅
を主成分とするものであるため、アルミニウムあ
るいは銀などの電極材料との接合性に優れ、した
がつてアルミニウム電極や銀めつき外部リードフ
レームやめつきなしの銅合金外部リードフレーム
との接続強度を高めることも可能となる）。さら
に、外部リードフレームに銅もしくは銅合金を用
いた場合には、外部リードフレームとめつきせず
とも接続することができ、より一層脱貴合属化を
果たすことが可能となるなど、産業上多大の利益
をもたらすものであることがわかる。 この発明は、IC，LSI，トランジスタなどの
様々な素子のボンデイングワイヤに用いることが
でき、特に生産性に優れたボールボンデイングの
場合に最適なものであることを指摘しておく。 ＜実施例の説明＞ この発明の実施例として、純度99.998重量％の
再電解銅および99.999重量％以上のゾーンメルテ
イング法により得られた高純度の銅を素材料と
し、第１表に示すように、99.7重量％以上の純度
の各種元素を混入し銅合金とし、細線に加工する
ことにより作成した。これを第１表に示すよう
に、それぞれ、本発明例１〜８とした。また、従
来例として、従来から公知のアルミニウム細線を
準備し、従来例１とし、また高純度のアルミニウ
ムに99.7重量％の以上の純度のSiを1.0重量％混
入させた合金線を従来例２とした。さらに、比較
例１〜２として、純度99.95重量％の銅を素材料
とし、Ga，In，を、それぞれ0.08，0.05重量％添
加した銅合金線を準備した。また、純度99.999重
量％の銅を素材料とし、0.5重量％のNiおよび2.0
重量％のAuを添加して作成した銅合金線を、比
較例３および４として準備した。 なお、本実施例で用いた細線はすべて直径25μ
ｍである。 上記した本発明例１〜８、従来例１，２ならび
に比較例１〜４を用いて、それぞれ、アルゴンガ
ス雰囲気下において、キヤピラリの先端に電気ア
ークによりボールを形成し、珪素半導体素子上の
アルミニウム電極と、各種のメツキを施した燐青
銅外部リードフレームとの接続を行なつた。この
接続結果の評価を第２表に示す。 なお、各評価における測定手段と判定基準を第
３表に示す。 伸線加工性については直径100μｍから直径25
μｍへの伸線加工時、断線１回当りに伸線できた
長さを測定し、従来例１を1.0とした時の比で表
わした。 また、接続強度は第２図に示す半導体素子結線
用銅合金線２とアルミニウム電極線５の接合部の
横ずれ強度を測定した。 第２表から明らかなように、本発明例１〜８で
は、ボール形成能、ループ線の状態、素子の損
傷、伸線加工性、接続強度、外部リードフレーム
との接続性のいずれにおいても、良好な性能を示
すことがわかる。
【表】
【表】
【表】
第１図は、この発明を実施する際のボール形成
状態を示す略図的正面図である。第２図は、この
発明の半導体素子結線用の銅合金線の接続された
状態の一例を示す略図的正面図である。 ２は、半導体素子結線用銅合金線を示す。
状態を示す略図的正面図である。第２図は、この
発明の半導体素子結線用の銅合金線の接続された
状態の一例を示す略図的正面図である。 ２は、半導体素子結線用銅合金線を示す。
Claims (1)
- １ 純度99.9995重量％以上のCuを素材料とし
て、該Cuに、Ga，In，Au，Ni，LiおよびBiから
なる群から選択された１種以上の元素を0.001〜
0.1重量％含有させてなる、半導体素子結線用銅
合金線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59168684A JPS6148543A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 半導体素子結線用銅合金線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59168684A JPS6148543A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 半導体素子結線用銅合金線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6148543A JPS6148543A (ja) | 1986-03-10 |
| JPS6238414B2 true JPS6238414B2 (ja) | 1987-08-18 |
Family
ID=15872552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59168684A Granted JPS6148543A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 半導体素子結線用銅合金線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6148543A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS61113740A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-05-31 | Tanaka Denshi Kogyo Kk | 半導体素子のボンデイング用銅線 |
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-
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- 1984-08-10 JP JP59168684A patent/JPS6148543A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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