JP7761766B2 - Light emitting diode (LED) bonding wire and LED bonding wire manufacturing method - Google Patents
Light emitting diode (LED) bonding wire and LED bonding wire manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、発光ダイオード(LED)用ボンディングワイヤ、特に、LCD(liquid crystal display)のバックライトに用いられる白色LED用ボンディングワイヤ、およびその製造方法に関する。また、本発明は、このLED用ボンディングワイヤを用いたLEDデバイスに関する。The present invention relates to a bonding wire for light-emitting diodes (LEDs), particularly a bonding wire for white LEDs used in the backlight of LCDs (liquid crystal displays), and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to an LED device using this LED bonding wire.
近年、発光ダイオード(Light Emitting Diode、略してLEDともいう)が広く用いられている。LEDは、P型の半導体材料とN型の半導体材料を組み合わせて作られた発光素子である。発光素子を各種パッケージに形成したものもLEDと呼ばれる。パッケージに形成したものをLED(またはLEDデバイス)、発光素子をLED素子と呼んで区別することもある。本明細書でも、特に断らない限り、発光素子を「LED素子」、パッケージに形成したものを「LEDデバイス」と称する。Light-emitting diodes (LEDs) have become widely used in recent years. LEDs are light-emitting elements made by combining P-type and N-type semiconductor materials. Light-emitting elements formed into various packages are also called LEDs. To distinguish between the two, packaged elements are sometimes called LEDs (or LED devices), and light-emitting elements are sometimes called LED elements. In this specification, unless otherwise specified, light-emitting elements are called "LED elements" and packaged elements are called "LED devices."
赤や橙、黄緑などのLED素子は1950年代以降実用化され、小型で低消費電力というLED素子の特徴を活かし、電子機器のインジケーター、情報表示版・ディスプレイなどに用いられてきた。1993年に明るく点灯する青色LED素子が実用化され、さらに1996年には黄色を発光する黄色蛍光体と青色LED素子とを組み合わせて、白色光を発光する擬似白色発光LED(以下、単に「白色LED」ともいう。)が完成した。白色LEDは照明用として注目を浴び、今や従来の白熱電灯や蛍光灯といった照明器具を凌ぐほどに急速に広まっている。白色LEDを用いた照明器具は従来の照明器具よりも高い節電効果が期待できるため、2011年3月の東日本大震災以降の節電意識の高まりを契機に、国内の電力消費の多くを占める照明分野において、省エネルギーを実現させるものとして注目された。その後、白色LEDは、視覚上明るく見えることから、さまざまな照明用途、例えば、一般家庭用の電球形LEDランプ、施設照明・屋外照明、自動車のヘッドライト等に広く使わるようになった。LED elements in colors such as red, orange, and yellow-green have been commercially available since the 1950s. Taking advantage of their compact size and low power consumption, they have been used in indicators, information boards, and displays for electronic devices. In 1993, bright blue LED elements were commercialized, and in 1996, pseudo-white LEDs (hereafter simply referred to as "white LEDs") were developed by combining yellow-emitting yellow phosphors with blue LED elements. White LEDs have attracted attention for their use in lighting and are rapidly becoming more widely used, surpassing conventional incandescent and fluorescent lighting fixtures. Because white LEDs offer greater energy savings than conventional lighting fixtures, they have attracted attention as a viable energy-saving solution in the lighting sector, which accounts for a large portion of Japan's electricity consumption, following the increased energy conservation awareness following the Great East Japan Earthquake in March 2011. Since then, white LEDs, due to their visual brightness, have been widely used in a variety of lighting applications, including bulb-shaped LED lamps for general households, facility and outdoor lighting, and automotive headlights.
照明用白色LEDの普及に伴い、LEDデバイスに対して、高光束化や小型化、低コスト化など多くの改良がなされ、これに伴って、LEDデバイスの用途は拡大を続けた。小型に展開されたLEDデバイスは、LCD(liquid crystal display)のバックライトに採用されるようになった。 As white LEDs for lighting have become more widespread, many improvements have been made to LED devices, such as higher luminous flux, smaller size, and lower cost, and as a result, the applications of LED devices have continued to expand. Miniaturized LED devices have begun to be used as backlights for LCDs (liquid crystal displays).
近年、LCDは、テレビ、パーソナルコンピュータ-(PC)、デジタルカメラ、タブレット端末、スマートフォン、スマートウォッチ、カーナビゲーション機器、ドライブレコーダーなどの各種電子機器・情報端末機器の表示装置として広く使用され、各種用途にあわせて、多岐にわたる性能の向上が求められてきた。 In recent years, LCDs have been widely used as display devices in a variety of electronic devices and information terminals, including televisions, personal computers (PCs), digital cameras, tablet devices, smartphones, smartwatches, car navigation devices, and dashcams, and there has been a demand for improvements in a wide range of performance to suit various applications.
例えば、室内用途の300cd程度よりはるかに明るい、700cd~最大4000cdという明るさのLCDパネルが開発された。このような高光度のLCDパネルは、太陽光の差す明るい環境下で高い視認性を有するため、ショーウィンドウや屋外広告用のディスプレイパネルに適用されている。急激に普及したスマートフォンやスマートウォッチでは、使用環境が拡大して、室外太陽光下での高い視認性の要求が高まり、例えば、スマートフォン用途で、520cd/m2もの明るさのLCDパネルが開発された。 For example, LCD panels with brightness levels of 700 cd to a maximum of 4000 cd have been developed, which are much brighter than the 300 cd required for indoor use. Because such high-brightness LCD panels offer high visibility in bright sunlight, they are used in shop windows and as display panels for outdoor advertising. With the rapid spread of smartphones and smartwatches, the range of usage environments has expanded, increasing the demand for high visibility in sunlight outdoors. For example, LCD panels with brightness levels as high as 520 cd/ m2 have been developed for smartphone use.
LCDパネルの使用環境も、風雨にさらされる室外用途だけでなく、室内においても、多様化している。例えば、カーナビゲーション機器やドライブレコーダーに用いられるLEDデバイスには、自動車走行中の絶え間ない振動に耐え得るほか、寒冷地から熱帯、あるいは、炎天下のアスファルト上での走行など、過酷な環境への適応が求められている。The environments in which LCD panels are used are diversifying, not only for outdoor applications where they are exposed to wind and rain, but also for indoor use. For example, LED devices used in car navigation systems and dashcams must be able to withstand the constant vibrations that occur while the car is in motion, as well as adapt to harsh environments such as cold and tropical climates, or even driving on asphalt under the scorching sun.
LCDパネルが搭載される電子機器・情報端末機器の小型化・薄型化の動向も顕著であり、これらに搭載されるLEDデバイスの小型化・薄型化も近年、急速に加速している。例えば、2013年には、厚さ(発光方向の厚さ)0.8mm程度の小中型液晶用のバックライト用LEDデバイスが開発されたが、近年ではLEDデバイスの厚さは0.6mm程度(そのうち、ワイヤボンディングが可能な領域の厚さは0.3mm程度以下)にまで達しようとしている。 There has been a notable trend toward smaller and thinner electronic devices and information terminals equipped with LCD panels, and the LED devices used in these devices have also been getting smaller and thinner at a rapid pace in recent years. For example, in 2013, an LED device for backlighting small and medium-sized LCDs with a thickness (in the light-emitting direction) of approximately 0.8 mm was developed, but in recent years, the thickness of LED devices is approaching approximately 0.6 mm (of which the thickness of the area where wire bonding is possible is approximately 0.3 mm or less).
このように、LCDバックライト用途として、近年、明るさの向上と小型化・薄型化を両立でき、過酷な環境へ適応できるLEDデバイスが顕著に求められてきている。 As such, in recent years, there has been a significant demand for LED devices for LCD backlighting that can achieve both improved brightness and smaller, thinner sizes, and that can adapt to harsh environments.
ここで、白色LEDの原理及び構成、LCDバックライト用のLEDデバイスの構造、及びそれらが有する課題について説明する。
照明用あるいはバックライト用の一般的な白色LEDの原理及び構成は次のとおりである。青色LED素子から射出された450nm近辺の波長の青色光が黄色蛍光体に吸収されると、補色関係にある590nm近辺の黄色光が発光される。黄色蛍光体から発光される黄色光と蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざり合って視覚上白色に見える。白色LEDのLEDデバイスは、LED素子の上面を、蛍光体を含有させた透明樹脂(シリコーン樹脂やエポキシ樹脂)で封止した構造である。白色LEDには、青色LED素子のパッド電極と配線基板上のリード電極とを、直交に配置する縦型発光ダイオードと、平行に配置する横型発光ダイオードとがある。今日では黄色蛍光体のほか、緑色を発光する緑色蛍光体や赤色を発光する赤色蛍光体などを組み合わせて、種々の演色の照明用白色LEDが開発されるに至っている。
Here, the principles and configuration of white LEDs, the structure of LED devices for LCD backlights, and the problems they pose will be described.
The principles and structure of a typical white LED for lighting or backlighting are as follows: When blue light with a wavelength around 450 nm emitted from a blue LED element is absorbed by a yellow phosphor, yellow light with a complementary wavelength of around 590 nm is emitted. The yellow light emitted from the yellow phosphor and the blue light not absorbed by the phosphor mix to produce a visually white light. A white LED device has a structure in which the top surface of the LED element is sealed with a transparent resin (such as silicone resin or epoxy resin) containing a phosphor. White LEDs are classified into vertical LEDs, in which the pad electrodes of the blue LED element are orthogonal to the lead electrodes on the wiring board, and horizontal LEDs, in which they are parallel. Today, white LEDs for lighting with a variety of color renderings have been developed by combining yellow phosphors, green phosphors that emit green light, and red phosphors that emit red light.
LCDバックライトには、「直下型」と「エッジ型」の2つのタイプがある。「直下型」は、多数のLED光源をLCDパネルの視認面と反対側の、LCDパネルと平行な平面状に、光源からの光がLCDパネル平面に垂直に入射されるように配置した形式で、LCDパネルの全面に光源からの光が照射されるために、リアルな精細感や豊かな色再現が得られる。「エッジ型」は、例えば、一又は複数のLED光源を、LCDパネルの縁(エッジ)付近に、光源からの光がLCDパネル平面に平行に入射されるように配置し、反射構造や導光構造を使用して、LCDパネル全体に光を照射する形式である。エッジ型は、直下型に比べて精細感や色再現は劣るものの、パネルを小型化、薄型化しやすく、消費電力も少なくなる。また、バックライト用のLEDデバイスでは、低コストで明るいこと(高光束)が重要であり、明るさ向上によってLCDパネルの高精細や高視認性が実現される。There are two types of LCD backlights: "direct" and "edge." "Direct" backlights are designed with multiple LED light sources positioned on a plane parallel to the LCD panel, opposite the viewing surface of the LCD panel, so that light from the light sources is incident perpendicularly to the LCD panel's surface. Because light from the light sources illuminates the entire surface of the LCD panel, realistic detail and rich color reproduction are achieved. "Edge" backlights, for example, position one or more LED light sources near the edge of the LCD panel so that light from the light sources is incident parallel to the LCD panel's surface, and use a reflective or light-guiding structure to illuminate the entire LCD panel. While edge backlights offer inferior detail and color reproduction compared to direct backlights, they facilitate the miniaturization and thinning of panels and reduce power consumption. Furthermore, low cost and brightness (high luminous flux) are important for LED backlight devices, and improved brightness contributes to high detail and visibility of LCD panels.
ここで、LCDバックライト用のLEDデバイスの構造について説明する。図1に、従来のエッジ型のバックライトに使用される表面実装型のLEDデバイスの一例である、LEDデバイス10の断面を概略的に示す。図1に示すLEDデバイス10は、パッケージ基板9と、パッケージ基板9上に設けられたLED素子1と、LED素子1を囲むバンク6と、ボンディングワイヤ3と、LED素子1上に設けられた、一対のパッド電極21、22とを有する。LEDデバイス10は、さらに、リード電極81、82を有しており、バンク6及びリード電極81、82が、バンク6を側面とし、リード電極81、82を底面とする凹部を形成し、凹部の底面にLED素子1が銀ペースト等からなる接着層7を介して載置されている。リード電極81、82はアルミニウム等により形成されており、パッケージ基板9上に銀ペーストなどで接着されている。一対のパッド電極21、22とリード電極81、82は、ボンディングワイヤ3を介して電気的に接続されている。LED素子は封止材4により被覆されている。封止材4は例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂などである。封止材4には、LED素子10からの光を波長変換する蛍光体(図示せず)が含有されている。The structure of an LED device for LCD backlights will now be described. Figure 1 shows a schematic cross-section of an LED device 10, an example of a surface-mount LED device used in conventional edge-mount backlights. The LED device 10 shown in Figure 1 includes a package substrate 9, an LED element 1 mounted on the package substrate 9, a bank 6 surrounding the LED element 1, a bonding wire 3, and a pair of pad electrodes 21 and 22 mounted on the LED element 1. The LED device 10 also includes lead electrodes 81 and 82. The bank 6 and the lead electrodes 81 and 82 form a recess with the bank 6 as the side and the lead electrodes 81 and 82 as the bottom. The LED element 1 is mounted on the bottom of the recess via an adhesive layer 7 made of silver paste or the like. The lead electrodes 81 and 82 are made of aluminum or the like and are adhered to the package substrate 9 with silver paste or the like. The pair of pad electrodes 21 and 22 and the lead electrodes 81 and 82 are electrically connected via bonding wire 3. The LED element is covered with an encapsulant 4. The sealing material 4 is, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a silicone resin, an epoxy-modified silicone resin, or a modified silicone resin. The sealing material 4 contains a phosphor (not shown) that converts the wavelength of the light from the LED element 10.
図1に示すLEDデバイスは、小型化・薄型化が進む以前のLEDデバイスの一例である。このLEDデバイスにおいて、ボンディングワイヤのループ形状は、近年の小型化、薄型化の進んだLEDデバイスに比べて、電極からのループの高さが比較的高い「高ループ形状」であるか、ループの一部を屈曲させた「特殊ループ形状」であるのが一般的である。例えば、高ループ形状では、ループ高さ(h)は、少なくともワイヤ径の4倍~5倍以上に設計される。これに対して、小型化・薄型化の進んだLEDデバイスでは、電極からのループの高さがより低い「低ループ形状」が採用される。 The LED device shown in Figure 1 is an example of an LED device from before the trend toward smaller and thinner LED devices. In this LED device, the loop shape of the bonding wire is typically either a "high loop shape" in which the loop height from the electrode is relatively high, or a "special loop shape" in which part of the loop is bent, compared to LED devices that have become smaller and thinner in recent years. For example, in a high loop shape, the loop height (h) is designed to be at least four to five times the wire diameter. In contrast, LED devices that have become smaller and thinner generally use a "low loop shape" in which the loop height from the electrode is lower.
従来、青色LED素子のパッド電極と配線基板上のリード電極とを接続するためのボンディングワイヤには電導率が高く、電極との密着性の良い金(Au)ボンディングワイヤが用いられていた。しかし、LEDデバイスの高出力化、高効率化が進み、放熱効率を高める目的で熱伝導率が金よりも高い銀から成るボンディングワイヤが用いられるようになっている。Ag合金ボンディングワイヤとして、銀に、銅(Cu)、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、塩素(Cl)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、希土類元素などを所望の目的や特性に応じて所定量含有させた銀合金ボンディングワイヤが知られている(例えば、特許文献1~3を参照。)。Traditionally, gold (Au) bonding wire, which has high electrical conductivity and good adhesion to electrodes, has been used to connect the pad electrodes of blue LED elements to the lead electrodes on wiring boards. However, as LED devices continue to increase in power and efficiency, bonding wire made of silver, which has a higher thermal conductivity than gold, is now being used to improve heat dissipation efficiency. Known Ag alloy bonding wires include those containing silver with predetermined amounts of copper (Cu), platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), nickel (Ni), chlorine (Cl), zinc (Zn), tin (Sn), rhodium (Rh), osmium (Os), rare earth elements, and other elements depending on the desired purpose and characteristics (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
上述した通り、LCDバックライト用途として、近年、明るさの向上と小型化・薄型化を両立でき、過酷な環境へ適応できるLEDデバイスが顕著に求められてきている。この点、照明用のLEDでは、使用環境が比較的緩やかで、また、小型化への要求は高くなりにくい。照明用のLEDでは、蛍光灯に劣らない明るさを得るため、1つのLEDデバイスあたりの光束は180(lm)~1800(lm)と高く設計される。この高い光束を得るためには、LED素子面積を拡大する、または照明に配備されるLED素子搭載数を増加させる、LED素子を発光させる電流(順方向電流)を高くするなどの方法を採らざるを得ないためである。As mentioned above, in recent years, there has been a significant demand for LED devices for LCD backlighting that can achieve both improved brightness and compact, thin design, and that can adapt to harsh environments. In contrast, LEDs for lighting are used in relatively mild environments, and the demand for compactness is not as strong. To achieve brightness comparable to that of fluorescent lamps, LEDs for lighting are designed to have a high luminous flux of 180 lm to 1800 lm per LED device. To achieve this high luminous flux, it is necessary to take measures such as increasing the LED element area, increasing the number of LED elements installed in the lighting fixture, or increasing the current (forward current) that causes the LED elements to emit light.
これに対し、LCDバックライト用のLEDデバイスは、照明用のLEDデバイスに比べて、LEDデバイス1つあたりの光束は最大で20(lm)程度と、低く設計される。電子機器・情報端末機器の小型化・薄型化に伴い、LEDデバイスの配置されるスペースがより限定されるので、LED素子の面積拡大によってLEDデバイスの光束向上を図るのは極めて困難である。また、電子機器・情報端末機器の小型化・薄型化に伴いLEDデバイスの放熱性が低下するため、LCDバックライト用のLEDデバイスでは、順方向電流の増加により光束向上を図ることも非常に困難である。 In contrast, LED devices for LCD backlights are designed to have a lower luminous flux per LED device, at a maximum of approximately 20 lm, compared to LED devices for lighting. As electronic devices and information terminals become smaller and thinner, the space available for placing LED devices becomes more limited, making it extremely difficult to improve the luminous flux of LED devices by simply increasing the area of the LED element. Furthermore, as electronic devices and information terminals become smaller and thinner, the heat dissipation capabilities of LED devices decrease, making it extremely difficult to improve the luminous flux of LED devices for LCD backlights by simply increasing the forward current.
また、発光LED素子そのものの改良によるLEDデバイスの高光束化(明るさ向上)や高輝度化も限界を迎えている。したがって、LCDバックライト用のLEDデバイスの高光束化や高輝度化のためには、封止材やボンディングワイヤなどLED素子周辺部品の性能改良を行い、LED素子からの発光を減衰させない方策が採られてきた。 In addition, improvements to the LED element itself to increase the luminous flux (brightness) and brightness of LED devices are reaching their limits. Therefore, in order to increase the luminous flux and brightness of LED devices for LCD backlights, measures have been taken to prevent attenuation of the light emitted from the LED element by improving the performance of peripheral components of the LED element, such as encapsulants and bonding wires.
例えば、LEDデバイスでは、LED素子の発光面の上方の一部をボンディングワイヤが横切る(図1を参照)こととなり、ボンディングワイヤでの光の反射・吸収が外部への発光出力を低下させる。特に、99.99質量%以上の高純度の金(Au)は、金(Au)元素自体の反射率が低いため、ボンディングワイヤの黒い影ができ、視覚上の白色効率が低下したり、LEDデバイスの明るさが低下したりする。これに対し、反射率が高い純銀(Ag)や純銀に近い銀合金からなるボンディングワイヤでは、LEDの明るさ低下を防ぐことができ、金に比べて安価であるので、低コストで明るいLEDを実現するのに有利であると期待された。For example, in LED devices, the bonding wire crosses a portion above the light-emitting surface of the LED element (see Figure 1), and the reflection and absorption of light by the bonding wire reduces the external light output. In particular, high-purity gold (Au) of 99.99% by mass or higher has a low reflectivity of the gold (Au) element itself, resulting in the creation of a black shadow from the bonding wire, reducing the visual white efficiency and brightness of the LED device. In contrast, bonding wire made of pure silver (Ag) or a silver alloy close to pure silver, which has a high reflectivity, can prevent a decrease in LED brightness, and because it is cheaper than gold, it was expected to be advantageous for realizing low-cost, bright LEDs.
しかし、純銀(Ag)や銀合金のボンディングワイヤは金に比べて温度変化や応力変化への耐性に弱く、耐久性に乏しい。例えば、車載されるカーナビゲーション機器やドライブレコーダーなど、厳しい使用環境で熱や振動にさらされる用途では、LEDデバイスの小型化・薄型化のほか、衝撃に強いことも必要であり、高度な耐久性が求められる。LEDデバイスの小型化・薄型化のためには、LED素子のより近くの領域内での配線が必要になり、ボンディングワイヤに対して高い配線設計の自由度が求められる。ところが、温度変化や応力変化への耐性が低いワイヤは、狭い領域で屈曲などの多い配線構造にしたときに温度変化や応力変化による故障が生じやすい。However, pure silver (Ag) and silver alloy bonding wires are less resistant to temperature and stress changes than gold, and are therefore less durable. For example, in applications such as in-vehicle car navigation equipment and drive recorders, which are exposed to heat and vibration in harsh operating environments, LED devices must be made smaller and thinner, as well as more resistant to impacts, requiring high levels of durability. Making LED devices smaller and thinner requires wiring in areas closer to the LED element, which requires greater freedom in wiring design for bonding wires. However, wires with low resistance to temperature and stress changes are prone to failure due to temperature and stress changes when used in wiring structures with frequent bends in narrow areas.
そのため、銀純度を高くしたワイヤでは、高反射率を得られるものの、小型化の進むLEDデバイスにおいて実用に問題をきたす。しかし、純銀に合金元素を含有させて銀の純度を下げると、反射率の低下が避けられない。このように、温度変化や応力変化への耐性と高反射率とはトレードオフの関係にあり、これが、小型化・薄型化と明るさ向上を目指す白色LEDの設計に制約をもたらすという問題があることが分かった。ボンディングワイヤ特有の問題が、計り知れない可能性を持つ白色LEDの用途拡大に与える制約が、将来的には大きな技術革新における不利益につながる可能性すら考えられる。 For this reason, while wire with a high silver purity can achieve high reflectivity, it poses practical problems for use in LED devices, which are becoming increasingly smaller. However, if pure silver is mixed with alloying elements to lower the purity of the silver, a decrease in reflectivity is unavoidable. As such, it has been discovered that there is a trade-off between resistance to temperature and stress changes and high reflectivity, and this poses a problem that limits the design of white LEDs, which aim to be smaller, thinner, and brighter. The limitations imposed by the issues specific to bonding wire on expanding the applications of white LEDs, which have immeasurable potential, could even lead to disadvantages in future major technological innovations.
しかしながら、このトレードオフの課題は、次の通り従来のAg合金ボンディングワイヤでは解消することができず、LEDデバイスの開発に技術上の制約をもたらす。LEDデバイスの開発への技術上の制約によるネガティブな影響は計り知れず、白色LEDの明るさを維持しつつ温度変化や応力変化への耐性を実現させることが、LED用銀合金ボンディングワイヤにおいて必要である。However, this trade-off issue cannot be resolved with conventional Ag alloy bonding wire, as described below, and places technical constraints on the development of LED devices. The negative impact of these technological constraints on the development of LED devices is immeasurable, so silver alloy bonding wire for LEDs needs to be resistant to temperature and stress changes while maintaining the brightness of white LEDs.
例えば、特許文献1~3は従来の高ループ形状のボンディングにおける課題を解決しようとするもので、超低ループを要求されている銀合金ボンディングワイヤにおいて、後述のような、ボールネック部の疲労破壊を抑制し、繰り返しの温度変化や応力変化への耐性を高める手段について何ら開示されていない。 For example, Patent Documents 1 to 3 attempt to solve the problems associated with conventional high-loop bonding, but do not disclose any means for suppressing fatigue failure in the ball neck portion or increasing resistance to repeated temperature and stress changes, as described below, in silver alloy bonding wires that require ultra-low loops.
なお、LED用のボンディングワイヤとIC(集積回路)やLSI(大規模集積回路)用のボンディングワイヤとでは、求められる特性が異なり、次に説明する通り、LED用のボンディングワイヤには特有の温度変化や応力変化への耐性が求められる。LEDデバイスの封止材に使用される透明シリコーン樹脂の熱膨張係数は、例えば200~400ppm/Kであり、ICやLSIのデバイスの封止材に使用されるエポキシ樹脂の熱膨張係数(例えば、6~40ppm/K程度)よりも大幅に大きい。また、ICやLSIデバイスの封止材には、熱膨張率をシリコンチップに近い値まで下げるために無機微小シリコーン(酸化ケイ素)フィラーが充填されるのが一般的であるが、LEDデバイスの封止材では、無機微小シリコーンフィラーは通常充填されない。LEDデバイスの封止材に無機微小シリコーンフィラーを充填した場合、無機微小シリコーンフィラーが封止材の光透過性を低下させ、これによりLEDの明るさを低下させるためである。結果的に、LEDデバイスの封止材はICデバイスやLSIデバイスの封止材に比べて熱膨張変化が大きくならざるを得ない。封止材中に包埋されているボンディングワイヤは封止材の膨張及び収縮による繰り返し応力に曝されることになるため、LED用のボンディングワイヤでは、IC用のボンディングワイヤに比べて、繰り返しの温度変化や応力変化への耐性を維持すること(疲労耐性)がより高度に求められる。Note that bonding wire for LEDs and bonding wire for ICs (integrated circuits) and LSIs (large-scale integrated circuits) require different characteristics. As explained below, LED bonding wire requires resistance to specific temperature and stress changes. The thermal expansion coefficient of transparent silicone resins used as encapsulants for LED devices is, for example, 200-400 ppm/K, significantly higher than the thermal expansion coefficient of epoxy resins used as encapsulants for ICs and LSI devices (for example, approximately 6-40 ppm/K). Furthermore, while encapsulants for ICs and LSI devices are typically filled with inorganic micro-silicone (silicon oxide) fillers to reduce the thermal expansion coefficient to a value close to that of the silicon chip, encapsulants for LED devices typically do not contain inorganic micro-silicone fillers. This is because filling encapsulants for LED devices with inorganic micro-silicone fillers reduces the encapsulant's optical transparency, thereby reducing the brightness of the LED. As a result, encapsulants for LED devices inevitably experience greater thermal expansion changes than encapsulants for ICs and LSI devices. Since the bonding wire embedded in the encapsulant is exposed to repeated stresses due to the expansion and contraction of the encapsulant, the bonding wire for LEDs is required to have a higher level of resistance to repeated temperature and stress changes (fatigue resistance) than the bonding wire for ICs.
そこで、本発明者らは、白色LEDの明るさを維持しつつ温度変化や応力変化への耐性を実現する銀合金ボンディングワイヤを得るために、従来型の、高ループ形状、特殊ループ形状のボンディングを用いたLEDデバイスの長期使用時における不具合と、小型化及び薄型化を実現する低ループ形状ないし超低ループ形状のボンディングを用いたLEDデバイスにおける不具合とを、それらの構造とともに比較検討したところ、これら不具合に次のような違いがあったことが分かった。 Therefore, in order to obtain a silver alloy bonding wire that can withstand temperature and stress changes while maintaining the brightness of white LEDs, the inventors compared the defects that occur during long-term use of LED devices using conventional high-loop or special-loop bonding with the defects of LED devices using low-loop or ultra-low-loop bonding, which achieves smaller and thinner devices, along with their structures, and found that there were the following differences in the defects.
まず、従来型の、高ループ形状、特殊ループ形状のボンディングを用いたLEDデバイスにおける不具合は、主に、銀合金ボンディングワイヤのウェッジネック部(リード電極とのウェッジ接合でワイヤが立ち上った部分)の疲労破壊であった。この疲労破壊の生じたワイヤのウェッジネック部の写真を図2に示す。 First, the failures in LED devices using conventional high-loop or special-loop bonding were primarily fatigue fractures in the wedge neck portion of the silver alloy bonding wire (the portion where the wire rises due to the wedge bond with the lead electrode). Figure 2 shows a photograph of the wedge neck portion of the wire where fatigue fracture occurred.
小型化・薄型化の進んだ超低ループ形状のボンディングを従来の銀合金ボンディングワイヤを用いて作製したLEDデバイスでは、上記従来型の高ループ形状、特殊ループ形状のLEDデバイスとは異なり、ボールネック部(LED素子上のパッド電極とのボール接合でワイヤが立ち上った部分)の疲労破壊が主な不具合として生じたことが本発明者らの検討により判明した。つまり、低ループ化が進むにつれて、ウェッジネック部の疲労破壊が減少し、ボールネック部の疲労破壊が増加する傾向であった。この疲労破壊の生じたワイヤのボールネック部の写真を図3に示す。 The inventors' investigations revealed that in LED devices fabricated using conventional silver alloy bonding wire for ultra-low loop bonding, which has become increasingly compact and thin, fatigue failure of the ball neck portion (the portion of the wire where the wire rises at the ball bond with the pad electrode on the LED element) was the main defect, unlike the conventional high loop and special loop LED devices described above. In other words, as the loop became thinner, fatigue failure of the wedge neck portion tended to decrease and fatigue failure of the ball neck portion tended to increase. Figure 3 shows a photograph of the ball neck portion of a wire in which fatigue failure occurred.
本発明者らは、小型のLEDデバイスでの、狭い領域内での配線の際のボンディングワイヤの動きとワイヤの状態を精査してボールネック部の疲労破壊の原因を探った。その結果、配線時のワイヤの屈曲操作が多くなると、屈曲に歪が偏りやすいこと、屈曲操作を多く経るボールネック部に特に歪が集中しやすいことが分かった。さらに、LED素子周辺の温度変化に伴う封止材の熱膨張及び収縮の応力が、超低ループ形状では分散されにくく、ボールネック部に集中しやすいことも分かった。これらのことから、屈曲操作における歪と、封止材の熱膨張及び収縮応力のボールネック部への集中が、ボールネック部の疲労破壊の原因の一つであると判明した。さらに、LEDデバイスの小型化に伴って放熱性が低下し、ジャンクション温度(Tj)が高くなる傾向にあることで、ボールネック部が高温に曝され、その疲労破壊が助長されることも分かった。このことから、本発明者らは、ボールネック部の耐熱強度を上げることで、近年小型化かつ高光束化が顕著に進むLEDデバイス用途において、従来の低ループよりもループ高さがさらに低い超低ループ形状で接合されるボンディングワイヤに対する要求を満たすことができると考えた。The inventors investigated the cause of fatigue failure in the ball neck by closely examining the movement and condition of bonding wires during wiring within a narrow area of a small LED device. They found that frequent bending of the wire during wiring tends to cause strain to be biased toward the bend, and that strain is particularly likely to concentrate in the ball neck, which experiences frequent bending. Furthermore, they found that stress from thermal expansion and contraction of the encapsulant due to temperature changes around the LED element is difficult to disperse in an ultra-low loop shape and tends to concentrate in the ball neck. These findings suggest that strain during bending and the concentration of thermal expansion and contraction stress of the encapsulant in the ball neck are one of the causes of fatigue failure in the ball neck. Furthermore, they found that as LED devices become smaller, heat dissipation tends to decrease and junction temperatures (Tj) tend to increase, exposing the ball neck to high temperatures and promoting fatigue failure. Based on this, the inventors believed that by increasing the heat resistance strength of the ball neck portion, it would be possible to meet the demand for bonding wires that are bonded in an ultra-low loop shape, with a loop height that is even lower than conventional low loops, in applications involving LED devices, which have become significantly smaller and more luminous flux-enhancing in recent years.
また、本発明者らは、ボンディングワイヤの影によるLEDデバイスの明るさ低下についても詳細に調べた。青色LEDが放射する青色光の高反射率を維持するワイヤの構成によれば、LEDデバイスの明るさを向上させつつ、ボンディングワイヤを用いた際のボールネック部の耐熱強度を向上させ得ることを見出したのである。 The inventors also conducted a detailed investigation into the reduction in brightness of LED devices due to the shadow of the bonding wire. They discovered that by using a wire configuration that maintains high reflectivity for the blue light emitted by blue LEDs, it is possible to improve the brightness of the LED device while also improving the heat resistance strength of the ball neck when using a bonding wire.
これらの知見をもとに、本発明者らは、青色光に対する高反射率によってLEDデバイスの明るさ向上を図るとともに、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させて、配線設計の自由度を向上させたLED用の銀合金ボンディングワイヤを開発するに至った。 Based on these findings, the inventors have developed a silver alloy bonding wire for LEDs that improves the brightness of LED devices through high reflectivity for blue light, and also improves the heat resistance of the ball neck even with ultra-low loop bonding, thereby increasing the freedom of wiring design.
以上を要すると、本発明は、青色光に対する高反射率を実現しつつ、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させたLED用銀合金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供することを目的とする。 In light of the above, the present invention aims to provide a silver alloy bonding wire for LEDs that achieves high reflectivity for blue light while improving the heat resistance strength of the ball neck even in ultra-low loop shape bonding, and a method for manufacturing the same.
すなわち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
[1]98質量%以上の銀を含有する銀合金からなる発光ダイオード(LED)用のボンディングワイヤであって、下記式(1)で示される高温/常温強度比が0.6以上0.99以下であり、150℃における引張試験の破断点伸び率が1.5%以上であるLED用ボンディングワイヤ。
高温/常温強度比=(150℃における引張試験の最大荷重)/(常温での引張試験の最大荷重) ・・・(1)
[2]前記銀合金が銅を含む、[1]のLED用ボンディングワイヤ。
[3]下記式(2)で示される波長440nm~490nmの青色光の反射率比が2.6以上である[1]又は[2]のLED用ボンディングワイヤ。
反射率比=(前記LED用ボンディングワイヤの青色光の反射率)/(純度99.99質量%の金ワイヤの青色光の反射率)・・・(2)
[4]銅を前記銀合金の全量に対して総計で0.1質量%以上2.0質量%以下含む、[1]乃至[3]のいずれかのLED用ボンディングワイヤ。
[5]銅を、前記発光ダイオード用ボンディングワイヤの全量に対して0.3質量%以上1.0質量%以下含む[1]乃至[4]のいずれかのLED用ボンディングワイヤ。
[6]上記式(1)で示される高温/常温強度比が0.7以上0.97以下である[1]乃至[5]のいずれかのLED用ボンディングワイヤ。
[7]上記式(2)で示される波長440nm~490nmの青色光の反射率比が、2.7以上である[1]乃至[6]のいずれかのLED用ボンディングワイヤ。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A bonding wire for a light-emitting diode (LED) made of a silver alloy containing 98% by mass or more of silver, wherein the high-temperature/room-temperature strength ratio represented by the following formula (1) is 0.6 or more and 0.99 or less, and the elongation at break in a tensile test at 150 ° C is 1.5% or more.
High-temperature/room-temperature strength ratio=(maximum load of tensile test at 150°C)/(maximum load of tensile test at room temperature) (1)
[2] The LED bonding wire of [1], wherein the silver alloy contains copper.
[3] The LED bonding wire according to [1] or [2], having a reflectance ratio of 2.6 or more for blue light having a wavelength of 440 nm to 490 nm, as shown in the following formula (2):
Reflectance ratio=(reflectance of blue light of the LED bonding wire)/(reflectance of blue light of gold wire with a purity of 99.99% by mass) (2)
[4] The LED bonding wire according to any one of [1] to [3], containing copper in a total amount of 0.1 mass % or more and 2.0 mass % or less relative to the total amount of the silver alloy.
[5] The LED bonding wire according to any one of [1] to [4], containing copper in an amount of 0.3 mass % or more and 1.0 mass % or less relative to the total amount of the bonding wire for a light-emitting diode.
[6] The LED bonding wire according to any one of [1] to [5], wherein the high-temperature/room-temperature strength ratio represented by the above formula (1) is 0.7 or more and 0.97 or less.
[7] The LED bonding wire according to any one of [1] to [6], wherein the reflectance ratio of blue light having a wavelength of 440 nm to 490 nm, as shown in the above formula (2), is 2.7 or more.
[8]銀合金からなる発光ダイオード(LED)用ボンディングワイヤを製造する方法であって、銀合金材料から、98質量%以上の銀を含有する銀合金線材を得る工程と、銀合金線材を段階的に伸線加工する伸線工程であり、減面率が7%以上30%以下である伸線加工を少なくとも1回含む伸線工程と、銀合金線材に熱処理を施す熱処理工程を経て、前記LED用ボンディングワイヤにおける、下記式(1)で示される高温/常温強度比を0.6以上0.99以下に、150℃における引張試験の破断点伸び率を1.5%以上に調整する、製造方法。
高温/常温強度比=(150℃における引張試験の最大荷重)/(常温での引張試験の最大荷重) ・・・(1)
なお、本明細書において「~」の符号は、符号の左の値以上右の値以下の数値範囲を表す。
[8] A method for producing a bonding wire for a light-emitting diode (LED) made of a silver alloy, the method comprising: a step of obtaining a silver alloy wire containing 98% by mass or more of silver from a silver alloy material; a wiredrawing step of drawing the silver alloy wire in stages, the wiredrawing step including at least one wiredrawing process with an area reduction rate of 7% to 30%; and a heat treatment step of applying heat treatment to the silver alloy wire, thereby adjusting the high-temperature/room-temperature strength ratio, as expressed by the following formula (1), in the LED bonding wire to 0.6 to 0.99, and adjusting the elongation at break in a tensile test at 150°C to 1.5% or more.
High-temperature/room-temperature strength ratio=(maximum load of tensile test at 150°C)/(maximum load of tensile test at room temperature) (1)
In this specification, the symbol "to" indicates a range of values from the value on the left of the symbol to the value on the right of the symbol.
本発明によれば、青色光に対する高反射率を実現しつつ、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度を向上させたLED用の銀合金ボンディングワイヤ及びその製造方法を提供することができる。
本発明によれば、超低ループ形状のボンディングにおいてもボールネック部の耐熱強度を向上させ、青色光に対する高反射率の銀合金ボンディングワイヤを使用することで、小型化及び明るさの向上を実現可能なLEDデバイスを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a silver alloy bonding wire for LEDs that achieves high reflectivity for blue light while improving the heat resistance strength of the ball neck even in ultra-low loop shape bonding, and a manufacturing method thereof.
According to the present invention, it is possible to provide an LED device that can be made smaller and have improved brightness by improving the heat resistance strength of the ball neck portion even in ultra-low loop shape bonding and using a silver alloy bonding wire with high reflectivity for blue light.
次に、本発明の実施形態について説明する。
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、LED素子のパッド電極とリード電極とを接続するために用いられる、銀を主成分とするボンディングワイヤである。言い換えると、実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは銀合金からなるLED用のボンディングワイヤである。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
The silver alloy bonding wire for LED of the embodiment is a bonding wire containing silver as a main component, which is used to connect the pad electrode and the lead electrode of an LED element. In other words, the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment is a bonding wire for LED made of a silver alloy.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、常温での引張試験の最大荷重に対する150℃における引張試験の最大荷重の比、すなわち、(150℃での引張試験の最大荷重)/(常温での引張試験の最大荷重)で表される比が0.6以上0.99以下である。この、(150℃での引張試験の最大荷重)/(常温での引張試験の最大荷重)で表される比を、以下、「高温/常温強度比」ともいう。また、150℃での引張試験の最大荷重を「高温強度」、常温での引張試験の最大荷重を「常温強度」ともいう。本実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、「高温/常温強度比」が上記した範囲であることで、優れた耐熱性を有するため、例えば、LCDバックライトに適用されるLED用のボンディングワイヤに求められる、ボールネック部の高い耐熱強度を得ることができる。 The silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has a ratio of the maximum load in a tensile test at 150°C to the maximum load in a tensile test at room temperature, i.e., a ratio expressed as (maximum load in a tensile test at 150°C) / (maximum load in a tensile test at room temperature), of 0.6 to 0.99. Hereinafter, this ratio expressed as (maximum load in a tensile test at 150°C) / (maximum load in a tensile test at room temperature) is also referred to as the "high-temperature/room-temperature strength ratio." The maximum load in a tensile test at 150°C is also referred to as the "high-temperature strength," and the maximum load in a tensile test at room temperature is also referred to as the "room-temperature strength." Because the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has a "high-temperature/room-temperature strength ratio" within the above range, it has excellent heat resistance and can achieve the high heat resistance strength of the ball neck portion required for LED bonding wire used in, for example, LCD backlights.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤにおいて、ボールネック部の耐熱強度を向上させる点で、高温/常温強度比は、0.7以上0.97以下であることが好ましく、0.8以上0.95以下であることがより好ましい。高温/常温強度比が小さすぎると、温度変化によるワイヤ強度の変化率が大きくなり、ボールネック部の耐熱強度が低下するおそれがある。これに対し、高温/常温強度比が大きすぎる場合は、合金元素や不純物元素の量が多すぎるため、ワイヤの反射率が低下しやすい。 In the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment, in order to improve the heat resistance strength of the ball neck portion, the high-temperature/room-temperature strength ratio is preferably 0.7 or more and 0.97 or less, and more preferably 0.8 or more and 0.95 or less. If the high-temperature/room-temperature strength ratio is too small, the rate of change in wire strength due to temperature change will be large, and the heat resistance strength of the ball neck portion may decrease. In contrast, if the high-temperature/room-temperature strength ratio is too large, the amount of alloy elements and impurity elements will be too high, which will likely reduce the reflectivity of the wire.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤにおいて、ボールネック部の耐熱強度を向上させる点で、高温強度は、単位断面積当たりの値(応力値)で、12.0kgf/mm2以上であることが好ましく、15.0kgf/mm2以上であることがより好ましく、18.0kgf/mm2以上であることがさらに好ましい。この場合には、高温/常温強度比が大きくなる傾向であるので、ボールネック部の耐熱強度を向上させやすい。高温強度は応力値で、例えば、29.0kgf/mm2以下である。 In the silver alloy bonding wire for LEDs according to the embodiment, in order to improve the heat resistance strength of the ball neck portion, the high-temperature strength is preferably 12.0 kgf/ mm2 or more, more preferably 15.0 kgf/mm2 or more , and even more preferably 18.0 kgf/mm2 or more, in terms of the value per unit cross-sectional area (stress value). In this case, the high-temperature/room-temperature strength ratio tends to be large, making it easier to improve the heat resistance strength of the ball neck portion. The high-temperature strength is, for example, 29.0 kgf/ mm2 or less, in terms of stress value.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤにおいて、ボールネック部の耐熱強度を向上させる点で、常温強度は、単位断面積当たりの値(応力値)で、20.0kgf/mm2以上30.0kgf/mm2以下であることが好ましく、21.0kgf/mm2以上29.0kgf/mm2以下であることがより好ましく、22.0kgf/mm2以上28.0kgf/mm2以下であることがさらに好ましい。常温強度が小さすぎなければ、ボールネック部の耐熱強度を向上させやすい。これに対し、常温強度が大きすぎなければ、添加元素の量を少なくしやすいので、ワイヤの反射率の上昇につながる。 In the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment, in order to improve the heat resistance strength of the ball neck portion, the room temperature strength is preferably 20.0 kgf/mm2 or more and 30.0 kgf/mm2 or less , more preferably 21.0 kgf/mm2 or more and 29.0 kgf/mm2 or less, and even more preferably 22.0 kgf/mm2 or more and 28.0 kgf/ mm2 or less, in terms of the value per unit cross-sectional area (stress value),. If the room temperature strength is not too small, it is easy to improve the heat resistance strength of the ball neck portion. On the other hand, if the room temperature strength is not too large, it is easy to reduce the amount of additive elements, which leads to an increase in the reflectivity of the wire.
また、実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、150℃における引張試験の破断点伸び率(単に「高温伸び率」ともいう。)が1.5%以上である。本実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、高温伸び率が1.5%以上であることで、高温(150℃程度)から低温(-40℃程度)の温度変化の環境下でもボールネック部に歪が蓄積されにくく、ボールネック部の高い耐熱強度を得ることができる。 In addition, the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has a breaking elongation in a tensile test at 150°C (also simply referred to as "high-temperature elongation") of 1.5% or more. Because the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has a high-temperature elongation of 1.5% or more, strain is less likely to accumulate in the ball neck portion even in environments where the temperature changes from high temperature (approximately 150°C) to low temperature (approximately -40°C), and high heat resistance strength can be achieved in the ball neck portion.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの150℃における引張試験の破断点伸び率は、1.8%以上であることが好ましく、2.0%以上であることがより好ましい。高温伸び率の上限は通常20%である。高温伸び率が上記した範囲であることで温度変化によってもボールネック部への歪の蓄積が少なく、ボールネック部の優れた耐熱強度を得ることができる。高温/常温強度比及び高温伸び率が上記の範囲にあるワイヤは、次に説明する通り、ワイヤ自体が急激な温度変化に耐えうる金属組織構造となっていると推測される。 The elongation at break in a tensile test at 150°C of the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment is preferably 1.8% or more, and more preferably 2.0% or more. The upper limit of the high-temperature elongation is typically 20%. With the high-temperature elongation within the above range, there is little accumulation of strain in the ball neck portion even with temperature changes, and excellent heat resistance strength can be obtained in the ball neck portion. Wires with a high-temperature/room-temperature strength ratio and high-temperature elongation within the above ranges are presumed to have a metal structure in which the wire itself can withstand sudden temperature changes, as explained below.
本発明者らは、実施形態の銀合金ボンディングワイヤと、従来の銀合金ワイヤを用いて、それぞれボールボンディングを行い、それらのボールボンディング部近傍の結晶粒の状態を次のようにして、比較した。ボールボンディング部の近傍のボンディングワイヤの、ワイヤ軸に並行な断面をEBSD分析して、当該断面の結晶粒マッピング画像を得た。得られた結晶粒マッピング画像で、ボールネック部の上部と下部の結晶粒の大きさの傾向を比較した。
その結果、従来の銀合金ワイヤでは、ボールボンディング部近傍の断面の、ワイヤ中心近傍(ワイヤ中心軸を含むワイヤ径の3分の1の領域)において、ボールネック部の上下で結晶粒の大きさや形の違いが著しいことがわかった。すなわち、従来の銀合金ワイヤでは、ボールネック部の下の領域で結晶サイズが大きくなっており、ボールネック部の上の領域では大きさや形状の異なる結晶粒が混在していた。例えば、ボールネック部の上の領域に、アスペクト比(画像上の結晶粒の最長長さ/最短長さ)が5以上の細長い形状の結晶粒が見られるほか、結晶粒の面積のレンジ(画像上の結晶粒の最大面積-最小面積)が大きい。
これに対し、実施形態の銀合金ボンディングワイヤでは、ボールネック部の上下で結晶粒の大きさや形状の相違が少なく、結晶粒の均一性が高いことがわかった。上記で観察した画像では、ワイヤ中心近傍にアスペクト比は5以上の細い形状の結晶粒が見られず、結晶粒の面積のレンジは従来の銀合金ワイヤに比べて少ない。これは、高温/常温強度比及び高温伸び率を上記した範囲に調節することで、加熱冷却の繰り返しの熱応力によってワイヤの金属組織内に蓄積される歪が、加熱時の回復または再結晶化によって適度に解消され、このために、ボールネック部の結晶サイズの均一性が維持しやすいため、熱応力によるボールネック部のクラックの発生が抑制される、あるいはクラックの伝播速度が鈍化するためと考えられる。
The inventors performed ball bonding using the silver alloy bonding wire of the embodiment and a conventional silver alloy wire, and compared the state of the crystal grains near the ball bonding portion as follows. A cross section parallel to the wire axis of the bonding wire near the ball bonding portion was subjected to EBSD analysis to obtain a crystal grain mapping image of the cross section. The obtained crystal grain mapping image was used to compare the trends in the size of the crystal grains above and below the ball neck portion.
As a result, it was found that in the conventional silver alloy wire, in the cross section near the ball bonding portion near the center of the wire (a region one-third of the wire diameter including the central axis of the wire), there were significant differences in the size and shape of the crystal grains above and below the ball neck. That is, in the conventional silver alloy wire, the crystal size was larger in the region below the ball neck, and crystal grains of different sizes and shapes were mixed in the region above the ball neck. For example, in the region above the ball neck, elongated crystal grains with an aspect ratio (longest length/shortest length of the crystal grain on the image) of 5 or more were observed, and the range of the crystal grain area (maximum area - minimum area of the crystal grain on the image) was large.
In contrast, in the silver alloy bonding wire of the embodiment, it was found that there was little difference in the size and shape of the crystal grains above and below the ball neck, and the crystal grains were highly uniform. In the image observed above, no thin crystal grains with an aspect ratio of 5 or more were observed near the center of the wire, and the range of the crystal grain area was smaller than that of conventional silver alloy wire. This is because, by adjusting the high-temperature/room-temperature strength ratio and high-temperature elongation within the above-mentioned ranges, the strain accumulated in the metal structure of the wire due to the thermal stress of repeated heating and cooling is appropriately relieved by recovery or recrystallization during heating. As a result, it is easy to maintain the uniformity of the crystal size in the ball neck portion, and the occurrence of cracks in the ball neck portion due to thermal stress is suppressed, or the propagation speed of the cracks is slowed.
従来のLED用の銀合金ボンディングワイヤで検討されたような、銀の合金化(合金元素の選択や添加)や、常温及び高温のそれぞれの場合における引張強度の最適化のみでは、高反射率の維持とボールネック部の耐熱強度の改善は両立されなかった。そこで、発明者は、様々な組成のAg合金ワイヤにおける常温での強度と高温での強度との関係について研究を重ねた。その結果、常温での強度と高温での強度とに、所定の相関があり、かつ高温での伸び率が所定の範囲にある場合に、超低ループ形状のボンディングでも、ボールネック部の耐熱強度が特異的に向上するという事実を突き止めた。 As has been considered for conventional silver alloy bonding wire for LEDs, maintaining high reflectivity and improving the heat resistance strength of the ball neck portion were not achieved by simply alloying silver (selecting or adding alloying elements) or optimizing tensile strength at room temperature and high temperatures. Therefore, the inventors conducted extensive research into the relationship between the strength at room temperature and the strength at high temperatures for Ag alloy wires of various compositions. As a result, they discovered that when there is a specific correlation between the strength at room temperature and the strength at high temperatures and the elongation at high temperatures is within a specific range, the heat resistance strength of the ball neck portion is significantly improved, even with ultra-low loop bonding.
従来、線径(直径)が18~25μmのAg合金ボンディングワイヤの製造においては、例えば、最終熱処理を施すことで、室温25℃付近における引張試験の伸び率が4%程度になるように調整されている。これに対し、同様の加工条件のワイヤを150℃(高温)に加熱した場合の引張試験における最大荷重や破断荷重は、ワイヤの組成により大きく異なることがわかった。例えば、発明者らの実験によれば、線径25μmのAg-20%Au合金の場合では、常温での最大荷重が10.5gf程度であるものが、高温では8.2gf程度となる。また、同線径のAg-2%Pd合金の場合では、常温での最大荷重が10.0gf程度であるものが、高温では5.8gf程度にとどまる。この常温と高温の最大荷重の相違の指標として数値化したものが高温/常温強度比であり、高温と常温の間でのワイヤ強度の変化率を表す。Conventionally, in the manufacture of Ag alloy bonding wire with a wire diameter of 18 to 25 μm, the wire is adjusted, for example, by a final heat treatment to achieve an elongation of approximately 4% in a tensile test at room temperature (around 25°C). In contrast, when wire processed under similar conditions is heated to 150°C (high temperature), the maximum load and breaking load in a tensile test vary significantly depending on the wire composition. For example, according to experiments conducted by the inventors, for an Ag-20% Au alloy with a wire diameter of 25 μm, the maximum load is approximately 10.5 gf at room temperature, but decreases to approximately 8.2 gf at high temperatures. Similarly, for an Ag-2% Pd alloy with the same wire diameter, the maximum load is approximately 10.0 gf at room temperature, but decreases to approximately 5.8 gf at high temperatures. The high-temperature/room-temperature strength ratio, a numerical index of the difference in maximum load between room temperature and high temperature, represents the rate of change in wire strength between high and room temperatures.
LED用銀合金ボンディングワイヤの最大荷重は、測定長さ100mmのボンディングワイヤ試験片を速度10mm/min、ロードセル定格2Nで引っ張り続け、破断に至ったときの最大値として算出される。最大荷重は、測定結果のばらつきを考慮し、少なくとも3本の平均値を求めることが望ましい。常温最大荷重は室温で引張試験したときのワイヤの破断までの最大荷重である。室温は、季節や天候によるが、15~28℃の範囲であればワイヤの直接の加熱や冷却を行わなくても差し支えない。高温最大荷重は試料を150℃の温度(±5℃)の炉中(電気炉の均熱帯(ヒーター)の長さ49mm)で10秒間保持したのちに、そのまま炉内で引張試験したときのワイヤの破断までの最大荷重である。炉中で引張試験を行う際には、炉壁の均熱帯にワイヤが接触しないように、測定対象のワイヤと、電気炉の均熱帯とのクリアランス(間隔)は2mm以上3mm以下となるように、ワイヤをセッティングする。また、150℃における引張試験の破断点伸び率は上記引張試験で、試験片が破断に至ったときの伸び率として算出することができる。破断点伸び率についても、測定結果のばらつきを考慮し、少なくとも3本の平均値を求めることが望ましい。The maximum load of silver alloy bonding wire for LEDs is calculated as the maximum load at which a 100 mm long bonding wire test piece is pulled continuously at a speed of 10 mm/min with a load cell rating of 2 N until it breaks. It is recommended to calculate the maximum load by averaging at least three samples to account for variations in measurement results. The room temperature maximum load is the maximum load until the wire breaks during a tensile test at room temperature. Room temperature varies depending on the season and weather, but as long as it is between 15 and 28°C, direct heating or cooling of the wire is not necessary. The high temperature maximum load is the maximum load until the wire breaks after holding the sample in a furnace (electric furnace soaking zone (heater) length: 49 mm) at a temperature of 150°C (±5°C) for 10 seconds and then conducting a tensile test in the furnace. When conducting a tensile test in a furnace, the wire should be positioned so that the clearance (gap) between the wire being measured and the soaking zone of the electric furnace is 2 mm or more and 3 mm or less, to prevent the wire from coming into contact with the soaking zone of the furnace wall. The elongation at break in the tensile test at 150° C. can be calculated as the elongation at which the test piece breaks in the tensile test. It is also desirable to calculate the average of at least three specimens to account for variations in the measurement results.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、Agに合金元素を加えたAg合金により構成され得る。高温/常温強度比や高温伸び率の調整には、Ag合金中の合金元素の種類と濃度の調整が有効な方法の一つである。高温/常温強度比を上記範囲に調整し、例えば、バックライトの高光束を実現するために、実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、銅(Cu)を含むAg合金からなることが好ましく、銀合金の全量に対して総計で銅を、0.1質量%以上2.0質量%以下含むことが好ましい。これにより、ボンディングワイヤに、青色光に対する高反射率を付与し、LEDデバイスの明るさを向上させることができる。Cuの添加量は、より好ましくは0.3質量%以上1.0質量%以下であり、さらに好ましくは0.4質量%以上0.9質量%以下である。特に、ボンディングワイヤが、銅(Cu)を0.4質量%以上0.9質量%以下含有することで、青色光に対する高い反射率を付与するとともに、高温/常温強度比及び高温伸び率を好適な値に調整することができ、ボールネック部の耐熱強度を著しく向上させることができる。 The silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment may be composed of an Ag alloy in which alloying elements are added to Ag. Adjusting the type and concentration of alloying elements in the Ag alloy is one effective method for adjusting the high-temperature/room-temperature strength ratio and high-temperature elongation. To adjust the high-temperature/room-temperature strength ratio within the above range and achieve high luminous flux, for example, in a backlight, the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment is preferably composed of an Ag alloy containing copper (Cu), and preferably contains a total of 0.1% by mass to 2.0% by mass of copper relative to the total amount of the silver alloy. This provides the bonding wire with high reflectivity for blue light and improves the brightness of the LED device. The amount of Cu added is more preferably 0.3% by mass to 1.0% by mass, and even more preferably 0.4% by mass to 0.9% by mass. In particular, when the bonding wire contains 0.4 mass % or more and 0.9 mass % or less of copper (Cu), it is possible to impart high reflectivity to blue light, and also to adjust the high temperature/room temperature strength ratio and high temperature elongation rate to suitable values, thereby significantly improving the heat resistance strength of the ball neck portion.
本実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは上記した組成であれば、ボンディングワイヤの硫化を抑制し、このような温度変化や応力変化への耐性低下や反射率の劣化を抑制することで長期信頼性を向上させることもできる。 If the silver alloy bonding wire for LEDs of this embodiment has the above-mentioned composition, it can suppress sulfurization of the bonding wire, and improve long-term reliability by suppressing a decrease in resistance to such temperature changes and stress changes and deterioration of reflectivity.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの波長440nm~490nmの青色光の反射率は、純度が99.99質量%の金ワイヤの反射率に対する比(後述する反射率比)が、好ましくは2.6以上、より好ましくは2.7以上、さらに好ましくは2.8以上となる値である。高温/常温強度比を実施形態の範囲に調整し、上記反射率を制御することで、高反射率を実現しつつ、少ない量の添加元素により効率的にボールネック部の耐熱強度を向上させることができ、低コストでワイヤを製造することができる。 The reflectance of the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment for blue light with a wavelength of 440 nm to 490 nm is preferably 2.6 or more, more preferably 2.7 or more, and even more preferably 2.8 or more, as a ratio to the reflectance of gold wire with a purity of 99.99% by mass (reflectance ratio, described below). By adjusting the high-temperature/room-temperature intensity ratio within the range of the embodiment and controlling the reflectance, high reflectance can be achieved while efficiently improving the heat resistance strength of the ball neck portion with small amounts of added elements, allowing the wire to be manufactured at low cost.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの、金ワイヤに対する波長440nm~490nmの光の反射率比は、次のようにして測定することができる。評価用のLED用銀合金ボンディングワイヤをボンディング評価用基板にボンディングした後、ボンディング後のワイヤ表面に、白色LEDランプにて光照射して、反射率を測定する。ワイヤ表面からの反射光を分光放射計やハイパースペクトルカメラなどで計測して波長ごとに反射率を求めることができる。この反射率のうち、光源の青色発光ピーク波長での反射率を、波長440nm~490nmの青色光の反射率とする。また、測定対象の銀合金LED用ボンディングワイヤと同じ線径で、金純度が99.99質量%の金ワイヤを用意する。当該金ワイヤをボンディング評価用基板にボンディングした後、上記同様に青色光の反射率を測定し、光源の青色発光ピーク波長における反射率を測定する。これらの結果から、反射率比を下記式(2)によって算出する。The reflectance ratio of the silver alloy LED bonding wire of the embodiment to gold wire for light with wavelengths of 440 nm to 490 nm can be measured as follows. After bonding the evaluation silver alloy LED bonding wire to a bonding evaluation substrate, the bonded wire surface is irradiated with light from a white LED lamp and the reflectance is measured. The light reflected from the wire surface can be measured using a spectroradiometer or hyperspectral camera to determine the reflectance for each wavelength. Of these reflectances, the reflectance at the blue emission peak wavelength of the light source is defined as the reflectance of blue light with wavelengths of 440 nm to 490 nm. Additionally, gold wire with the same wire diameter as the silver alloy LED bonding wire to be measured and a gold purity of 99.99% by mass is prepared. After bonding the gold wire to a bonding evaluation substrate, the reflectance of blue light is measured in the same manner as above, and the reflectance at the blue emission peak wavelength of the light source is also measured. From these results, the reflectance ratio is calculated using the following formula (2):
反射率比=(LED用銀合金ボンディングワイヤの青色光の反射率)/(純度99.99質量%の金ワイヤの青色光の反射率)・・・(2)Reflectance ratio = (blue light reflectance of silver alloy bonding wire for LEDs) / (blue light reflectance of gold wire with a purity of 99.99% by mass) ... (2)
なお、上記反射率の測定における光源の青色発光ピークの波長の誤差は、±5nmが許容され得る。また、光源の青色発光ピーク波長は、白色板の反射率を測定したときの、青色領域で反射率の最も高い波長として求めることができる。反射率比についても、測定結果のばらつきを考慮し、少なくとも3本の平均値を求めることが望ましい。 Note that an error of ±5 nm is acceptable for the wavelength of the light source's blue emission peak when measuring the reflectance described above. The blue emission peak wavelength of the light source can be determined as the wavelength with the highest reflectance in the blue region when measuring the reflectance of a white board. It is also desirable to calculate the reflectance ratio by taking into account variations in the measurement results and averaging at least three samples.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤにおいて、Ag合金に含有される銀の濃度は、高反射率を得る点で、98質量%以上であり、98.5質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、99.1質量%以上であることがさらに好ましい。また、高いボールネック部の耐熱強度を得る点で、銀の濃度は、99.9質量%以下であることが好ましく、99.7質量%以下であることがより好ましく、99.6質量%以下であることがさらに好ましい。銀の量が上記した上限以下であれば、硫化を抑制し、長期信頼性を向上させることもできる。 In the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment, the concentration of silver contained in the Ag alloy is 98% by mass or more, preferably 98.5% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and even more preferably 99.1% by mass or more, in order to obtain high reflectivity. Furthermore, in order to obtain high heat resistance strength of the ball neck portion, the concentration of silver is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.7% by mass or less, and even more preferably 99.6% by mass or less. If the amount of silver is below the above-mentioned upper limit, sulfurization can be suppressed and long-term reliability can be improved.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、銀と、上記した合金元素(銅)以外に微量添加元素及び不可避不純物を含有してもよい。微量添加元素としては、Ca、Y、La、Gd、P、Bi、Ge、Al、Feであり、その量は、銀合金の全量に対して、100質量ppm以下であることが好ましい。不可避不純物は例えば、In、Pb、Siなどであり、その量は、上記微量添加元素との合計で、銀合金の全量に対して、通常100質量ppm以下、好ましくは50質量ppm以下である。実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤは、優れたボールネック部の耐熱強度と高反射率を両立するために、銀、合金元素(銅)及び不可避不純物以外の他の元素を含有しないことが好ましい。LED用銀合金ボンディングワイヤに含有される微量添加元素は、例えば、評価対象のボンディングワイヤを強酸で溶解した液を高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析装置やICP質量分析装置を用いして分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。 The silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment may contain trace additive elements and inevitable impurities in addition to silver and the above-mentioned alloying elements (copper). Trace additive elements include Ca, Y, La, Gd, P, Bi, Ge, Al, and Fe, and their amount is preferably 100 mass ppm or less relative to the total amount of the silver alloy. Irresistible impurities include, for example, In, Pb, and Si, and their amount, in total with the above-mentioned trace additive elements, is typically 100 mass ppm or less, preferably 50 mass ppm or less, relative to the total amount of the silver alloy. In order to achieve both excellent heat resistance and high reflectivity at the ball neck portion, the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment preferably does not contain any elements other than silver, alloying elements (copper), and inevitable impurities. The trace additive elements contained in the silver alloy bonding wire for LEDs can be detected as the concentration of the elements contained in the entire bonding wire, for example, by analyzing a solution obtained by dissolving the bonding wire to be evaluated in strong acid using a high-frequency inductively coupled plasma (ICP) optical emission spectrometer or an ICP mass spectrometer.
実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの線径は、15μm以上30μm以下であることが好ましく、18μm以上25μm以下であることがより好ましい。ボンディングワイヤの線径は細いほうが、LEDデバイスの明るさを向上させることができる。実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤによれば、このような細線であっても、ボールネック部の優れた耐熱強度を有するので、細線化に適している。このため、小型化・薄型化され、かつ高光束を求められるLEDデバイスに好適に使用することができる。例えば、従来の銀合金ボンディングワイヤを用いる場合は、ボンディングのループ高さ(h)を少なくともワイヤ径の4倍~5倍以上に設計する必要があったところ、本実施形態のLED用銀合金ボンディングワイを用いることでループ高さ(h)をワイヤ径の3倍未満に設計することが可能である。また、このような超低ループ形状でも、熱や衝撃に強いため、製造されるLEDデバイスの良品率を高めることができ、大量生産が行いやすく、コスト的に有利である。また、実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤによれば、カーナビゲーション機器やドライブレコーダーなど、車載の厳しい環境での使用においても長期信頼性を実現することができる。なお、ループ高さ(h)は図4に示すように、ボール接合のボール上部40からループの最も高い部分41までの高さをいう。The wire diameter of the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment is preferably 15 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 18 μm or more and 25 μm or less. A thinner bonding wire can improve the brightness of LED devices. Even with such a thin wire, the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment has excellent heat resistance at the ball neck, making it suitable for thinning. This makes it suitable for use in LED devices that require compact, thin, and high luminous flux. For example, while conventional silver alloy bonding wires require a bonding loop height (h) of at least four to five times the wire diameter, the silver alloy bonding wire for LEDs of the embodiment can be designed to have a loop height (h) of less than three times the wire diameter. Furthermore, even with such an ultra-low loop shape, its resistance to heat and impact increases the yield rate of manufactured LED devices, facilitating mass production and providing cost advantages. Furthermore, the silver alloy bonding wire for LEDs according to the embodiment can achieve long-term reliability even when used in harsh in-vehicle environments such as car navigation equipment, drive recorders, etc. The loop height (h) is the height from the top 40 of the ball in the ball bond to the highest part 41 of the loop, as shown in FIG.
[LED用銀合金ボンディングワイヤの製造方法]
次に、実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの製造方法について説明する。実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの製造方法は、Ag合金材料を作製する工程と、Ag合金材料からAg合金線材を得る工程と、Ag合金線材を伸線する伸線工程と、Ag合金線材に熱処理を施す熱処理工程を有する。
[Method for manufacturing silver alloy bonding wire for LED]
Next, a method for manufacturing the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment will be described. The method for manufacturing the silver alloy bonding wire for LED of the embodiment includes a step of preparing an Ag alloy material, a step of obtaining an Ag alloy wire from the Ag alloy material, a wiredrawing step of drawing the Ag alloy wire, and a heat treatment step of heat treating the Ag alloy wire.
(Ag合金材料を作製する工程)
所定の純度のAg、またはAg合金を、目的とする組成となるような量の合金元素と共に溶解させることで、Ag合金材料が得られる。溶解には、アーク加熱炉、高周波加熱炉、抵抗加熱炉、連続鋳造炉等の加熱炉を用いることができる。大気中からの酸素の混入を防止する目的で、加熱炉の銀溶湯の上部は真空又はアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。
(Step of producing Ag alloy material)
Ag alloy materials can be obtained by melting Ag or Ag alloys of a predetermined purity together with amounts of alloying elements to achieve the desired composition. Heating furnaces such as arc heating furnaces, high-frequency heating furnaces, resistance heating furnaces, and continuous casting furnaces can be used for melting. To prevent oxygen from entering from the atmosphere, it is preferable to maintain a vacuum or an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen above the molten silver in the heating furnace.
(Ag合金線材を得る工程)
上記で溶解させたAg合金材料は、加熱炉から所定の線径となるように鋳造凝固させてAg合金線材を得るか、溶融したAg合金材料を鋳型に鋳造してインゴットを作り、これを所定の線径まで伸線してAg合金線材が得られる。
(Step of obtaining Ag alloy wire)
The Ag alloy material melted as described above is cast and solidified from a heating furnace to a predetermined wire diameter to obtain an Ag alloy wire, or the molten Ag alloy material is cast into a mold to make an ingot, which is then drawn to a predetermined wire diameter to obtain an Ag alloy wire.
得られたAg合金線材を最終線径まで伸線し、必要に応じて熱処理することによって、Ag合金ボンディングワイヤが製造される。伸線加工と熱処理は、伸線過程において段階的に行われることが好ましい。 The resulting Ag alloy wire is drawn to the final wire diameter and heat treated as necessary to produce Ag alloy bonding wire. It is preferable that the drawing and heat treatment be carried out in stages during the drawing process.
(伸線工程)
伸線加工の加工率は、製造されるLED用銀合金ボンディングワイヤの最終線径や用途等に応じて決定される。伸線加工の加工率は、Ag合金線材を最終線径に加工するまでの総加工率として90%以上99.99%以下であることが好ましい。この加工率は、ワイヤ断面積の減少率として算出することができる。伸線加工は、複数のダイヤモンドダイスを用いて、段階的に線径を縮小することが好ましい。この場合、ダイヤモンドダイス1つあたりの減面率(加工率)は7%以上30%以下が好ましい。また、ワイヤ表面の平滑性は反射率に影響を及ぼすため、所定の線径からは、単結晶ダイヤモンドダイスを使用することが好ましい。
(Wire drawing process)
The wiredrawing processing rate is determined depending on the final wire diameter and application of the silver alloy bonding wire for LEDs to be manufactured. The wiredrawing processing rate is preferably 90% or more and 99.99% or less as the total processing rate until the Ag alloy wire is processed to the final wire diameter. This processing rate can be calculated as the reduction rate of the wire cross-sectional area. The wiredrawing process preferably uses multiple diamond dies to gradually reduce the wire diameter. In this case, the area reduction rate (processing rate) per diamond die is preferably 7% or more and 30% or less. Furthermore, since the smoothness of the wire surface affects the reflectivity, it is preferable to use a single crystal diamond die from a predetermined wire diameter.
(熱処理工程)
Ag合金線材を最終線径まで伸線した後に、熱処理を実施することが好ましい。例えば、熱処理は、ボンディングワイヤに必要とされる特性を考慮しつつ、温度及び時間を決定することが好ましい。その他、ワイヤ製造(伸線工程)の任意の段階で、目的に応じて熱処理を施してもよい。
(Heat treatment process)
It is preferable to perform heat treatment after drawing the Ag alloy wire to the final wire diameter. For example, it is preferable to determine the temperature and time of the heat treatment while taking into consideration the properties required for the bonding wire. In addition, heat treatment may be performed at any stage of wire manufacturing (wire drawing process) depending on the purpose.
熱処理は、所定の温度に加熱された加熱雰囲気内にワイヤを通過させて熱処理を行う走間熱処理が、熱処理条件を調節しやすいために好ましい。走間熱処理の場合、熱処理時間はワイヤの通過速度と加熱容器内のワイヤの通過距離によって算出することができる。加熱容器としては電気炉等が使用される。管状の電気炉内で窒素(N2)ガス、又は窒素(N2)ガスに微量の水素(H2)ガスを混合させたガス雰囲気下にて熱処理を施すことが好ましい。 For the heat treatment, a running heat treatment in which the wire is passed through a heated atmosphere heated to a predetermined temperature is preferred because the heat treatment conditions are easy to adjust. In the case of a running heat treatment, the heat treatment time can be calculated based on the wire passing speed and the wire passing distance in the heating vessel. An electric furnace or the like is used as the heating vessel. It is preferable to perform the heat treatment in a tubular electric furnace under a nitrogen ( N2 ) gas atmosphere or a gas atmosphere in which nitrogen ( N2 ) gas is mixed with a small amount of hydrogen ( H2 ) gas.
本実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤの製造方法として、例えば、伸線工程中に減面率が7%以上30%以下である伸線加工を行い、伸線工程終了後に熱処理を行う。熱処理は、一般的な銀合金ワイヤの熱処理温度よりもやや低温とする。具体的には、熱処理は、電気炉長(均熱部)530mmであれば、電気炉内の温度は200℃以上500℃以下とし、ワイヤの送り速度は30m/min以上80m/min以下とする方法がある。これにより、高温/常温強度比及び高温伸び率が上記範囲であるLED用銀合金ボンディングワイヤを得ることができる。 In one embodiment of the present invention, the silver alloy bonding wire for LEDs can be manufactured by, for example, performing wire drawing with an area reduction rate of 7% to 30% during the wire drawing process, followed by heat treatment after the wire drawing process. The heat treatment temperature is slightly lower than that used for general silver alloy wire. Specifically, if the electric furnace length (soaking section) is 530 mm, the heat treatment can be performed at a temperature of 200°C to 500°C in the electric furnace, with a wire feed speed of 30 m/min to 80 m/min. This allows for the production of a silver alloy bonding wire for LEDs with a high-temperature/room-temperature strength ratio and high-temperature elongation within the above ranges.
[LEDデバイス]
次に、実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤを用いたLEDデバイスについて説明する。図5は、実施形態のLEDデバイス50を概略的に表す断面図である。
[LED Device]
Next, an LED device using the silver alloy bonding wire for LEDs according to the embodiment will be described. Fig. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an LED device 50 according to the embodiment.
図5に示すLEDデバイス50は、パッケージ基板59と、パッケージ基板59上に設けられたLED素子51と、LED素子51を囲むバンク56と、ボンディングワイヤ53と、LED素子51上に設けられた、一対のパッド電極521、522とを有する。LEDデバイス50は、さらに、リード電極581、582を有しており、バンク56及びリード電極581、582が、バンク56を側面とし、リード電極581、582を底面とする凹部を形成し、凹部の底面にLED素子51が、接着層57を介して載置されている。リード電極581、582はアルミニウム等により形成されており、パッケージ基板59上に銀ペーストなどで接着されている。パッド電極521、522は金(Au)等により形成されており、一対のパッド電極521、522とリード電極581、582とが、ボンディングワイヤ53を介して対応する電極同士で電気的に接続されている。LED素子51は封止材54により被覆されている。The LED device 50 shown in FIG. 5 includes a package substrate 59, an LED element 51 provided on the package substrate 59, a bank 56 surrounding the LED element 51, a bonding wire 53, and a pair of pad electrodes 521, 522 provided on the LED element 51. The LED device 50 also includes lead electrodes 581, 582. The bank 56 and the lead electrodes 581, 582 form a recess with the bank 56 as the side and the lead electrodes 581, 582 as the bottom. The LED element 51 is mounted on the bottom of the recess via an adhesive layer 57. The lead electrodes 581, 582 are made of aluminum or the like and are adhered to the package substrate 59 with silver paste or the like. The pad electrodes 521, 522 are made of gold (Au) or the like, and the pair of pad electrodes 521, 522 and the lead electrodes 581, 582 are electrically connected to each other via bonding wire 53. The LED element 51 is covered with a sealing material 54 .
ボンディングワイヤ53は上述した実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤからなり、好ましい態様も上述した通りである。上述した実施形態のLED用銀合金ボンディングワイヤを用いるため、ループ高さ(h)をワイヤ径の3倍未満に設計することが可能となり、LEDデバイス50は、より小型・薄型に作製することができる。LED素子51は、例えば、発光半導体層として、窒化物系半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を含む青色LED素子である。LED素子51は、例えば、可視光の短波長領域である380nm~485nmの波長範囲の光を発するものであり、好ましくは420nm~485nmの波長範囲、より好ましくは440nm~480nmの波長範囲に発光ピーク波長(極大発光波長)を有するものを使用することができる。 The bonding wire 53 is made of the silver alloy bonding wire for LEDs of the above-described embodiment, and the preferred aspects are also as described above. By using the silver alloy bonding wire for LEDs of the above-described embodiment, it is possible to design the loop height (h) to be less than three times the wire diameter, allowing the LED device 50 to be manufactured in a smaller and thinner size. The LED element 51 is, for example, a blue LED element including a nitride-based semiconductor (In x Al y Ga 1-X-Y N, 0≦X, 0≦Y, X+Y≦1) as a light-emitting semiconductor layer. The LED element 51 emits light in the wavelength range of 380 nm to 485 nm, which is the short wavelength region of visible light, and preferably has an emission peak wavelength (maximum emission wavelength) in the wavelength range of 420 nm to 485 nm, more preferably in the wavelength range of 440 nm to 480 nm.
封止材54は例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂などである。封止材54には、LED素子51からの光を波長変換する蛍光体(図示せず)が含有される。蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG:Ce);セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(LAG:Ce);ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体(CaO-Al2O3-SiO2);ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)2SiO4);βサイアロン蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体;KSF系蛍光体(K2SiF6:Mn);硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、白色系の発光を得ることができる。 The sealing material 54 is, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a silicone resin, an epoxy-modified silicone resin, or a modified silicone resin. The sealing material 54 contains a phosphor (not shown) that converts the wavelength of the light from the LED element 51. Examples of phosphors include cerium-activated yttrium aluminum garnet phosphors (YAG:Ce); cerium-activated lutetium aluminum garnet phosphors (LAG:Ce); nitrogen-containing calcium aluminosilicate phosphors (CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 ) activated with europium and/or chromium; europium-activated silicate phosphors ((Sr,Ba) 2 SiO 4 ); nitride phosphors such as β-sialon phosphors, CASN phosphors, and SCASN phosphors; KSF phosphors (K 2 SiF 6 :Mn); sulfide phosphors, and quantum dot phosphors. White light can be obtained by combining these phosphors with a blue light-emitting element or an ultraviolet light-emitting element.
次に実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。 Next, examples will be described. The present invention is not limited to the following examples.
ボンディングワイヤの原材料として、主成分であるAgには純度が99.99質量%以上の高純度の素材を用い、添加元素であるPd、Cu、Auの原材料には純度99.99質量%以上、その他元素は99.999%以上の素材を用いた。 For the raw materials used in the bonding wire, the main component Ag is a high-purity material with a purity of 99.99% by mass or more, the raw materials for the additive elements Pd, Cu, and Au are also 99.99% by mass or more pure, and the other elements are all 99.999% or more pure.
所定の合金元素を含有するAg合金材料を上述のように作製し、連続鋳造により数mmの線径のAg合金線素材を得た。続いてAg合金線素材に、冷間でのダイス引き抜きによる伸線加工と熱処理を施した。伸線加工においては、ダイヤモンドダイス1つあたりの減面率(加工率)は7%以上30%以下とした。また実施例では最終線径に加工するまでの総加工率を90%以上99.99%以下とし、所定の線径(例えば、400μm)より単結晶ダイヤモンドダイスを使用した。比較例では最終線径に加工するまでの総加工率を90%以下または99.999%以上とし、所定の線径(例えば、50μm)以降は単結晶ダイヤモンドを使用した。伸線加工終了後の最終線径を15~25μmとした。An Ag alloy material containing the specified alloying elements was prepared as described above, and then continuous cast to obtain an Ag alloy wire material with a wire diameter of several millimeters. The Ag alloy wire material was then subjected to wire drawing by cold die drawing and heat treatment. In the wire drawing process, the area reduction rate (processing rate) per diamond die was 7% to 30%. In the examples, the total processing rate up to the final wire diameter was 90% to 99.99%, and single-crystal diamond dies were used from the specified wire diameter (e.g., 400 μm). In the comparative examples, the total processing rate up to the final wire diameter was 90% or less or 99.999% or more, and single-crystal diamond dies were used from the specified wire diameter (e.g., 50 μm). The final wire diameter after wire drawing was 15 to 25 μm.
熱処理について、実施例は最終熱処理温度を200℃以上500℃以下、比較例は350℃以上600℃以下とした。また、熱処理雰囲気は、窒素に微量の水素を混合させたガス(N2+H2)又は窒素ガス(N2)を使用した。 Regarding the heat treatment, the final heat treatment temperature was set to 200° C. or higher and 500° C. or lower in the example, and 350° C. or higher and 600° C. or lower in the comparative example. The heat treatment atmosphere used was nitrogen gas mixed with a small amount of hydrogen (N 2 +H 2 ) or nitrogen gas (N 2 ).
[ボンディングワイヤの含有成分分析]
ボンディングワイヤ中の含有成分(不可避不純物以外)の濃度は、評価対象のボンディングワイヤを強酸で溶解した液をICP発光分光分析装置やICP質量分析装置を利用して分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。
[Analysis of components contained in bonding wire]
The concentration of components (other than unavoidable impurities) contained in the bonding wire can be detected as the concentration of elements contained in the entire bonding wire by analyzing a solution obtained by dissolving the bonding wire to be evaluated in strong acid using an ICP optical emission spectrometer or ICP mass spectrometer.
[常温および高温における最大荷重]
最大荷重について説明する。ワイヤの機械的特性を測る試験の一つである引張試験を行う際に、ワイヤを引っ張る力を増大させていくとワイヤが変形する。引張試験においてワイヤを引っ張る力は一般に、「Stress」、「σ」、「荷重」、「耐力」、「応力」等と称される。また、上記ワイヤの変形量は、一般に、「Strain」、「ε」、「ひずみ」、「伸び率」等と称される。本明細書では、引張試験においてワイヤを引っ張る力を「応力」といい、符号σで表し、また、ワイヤの変形を「伸び率」といい、符号εで表す。この引張試験における応力と伸び率の関係を、縦軸を応力σ(MPa)とし、横軸を伸び率ε(%)として示したグラフがSS曲線(Stress-Strain曲線)である。図6のグラフは、SS曲線のグラフの一例を表す。本実施形態におけるワイヤの最大荷重は、このSS曲線のグラフにおける点S1における引張力であり、破断伸び率は点S2における引張試験片の標点間の伸び量の、元の標点間距離に対する比率である。
[Maximum load at room temperature and high temperature]
The maximum load will now be described. When conducting a tensile test, which is one of the tests for measuring the mechanical properties of a wire, increasing the force pulling the wire causes the wire to deform. The force pulling the wire in a tensile test is generally referred to as "stress,""σ,""load,""yieldstrength,""stress," etc. The amount of deformation of the wire is generally referred to as "strain,""ε,""distortion,""elongation," etc. In this specification, the force pulling the wire in a tensile test is referred to as "stress" and is represented by the symbol σ, and the deformation of the wire is referred to as "elongation" and is represented by the symbol ε. A graph showing the relationship between stress and elongation in this tensile test, with the vertical axis representing stress σ (MPa) and the horizontal axis representing elongation ε (%), is called an SS curve (stress-strain curve). The graph in FIG. 6 shows an example of a graph of an SS curve. The maximum load of the wire in this embodiment is the tensile force at point S1 on the SS curve graph, and the breaking elongation is the ratio of the elongation between the gauge points of the tensile test piece at point S2 to the original gauge point distance.
引張試験における最大荷重は引張実験装置により測定することができる。引張実験装置(例えば、株式会社 TSE製オートコム、モデル:AC-20CT-M)にて、測定長さ100mmのボンディングワイヤを速度10mm/min、ロードセル定格2N、フルスケール10%で引っ張り続け、破断に至ったときの最大値として算出される。ここでの荷重ないし応力は、上記速度で引っ張られるワイヤにかかる力であり、通常、ロードセルにより、引っ張り力を電気信号に変換して自動で算出される。最大荷重は、測定結果のばらつきを考慮し、3本の平均値を求めた。 The maximum load in a tensile test can be measured using a tensile testing device. Using a tensile testing device (for example, Autocom, Model AC-20CT-M, manufactured by TSE Corporation), a bonding wire with a measurement length of 100 mm is continuously pulled at a speed of 10 mm/min, a load cell rating of 2 N, and a full scale of 10% until it breaks. The load or stress here is the force applied to the wire being pulled at the above speed, and is usually calculated automatically by converting the pulling force into an electrical signal using a load cell. The maximum load was calculated as the average of three wires, taking into account variations in the measurement results.
次に、この引張試験における温度環境について説明する。本発明のボンディングワイヤの常温最大荷重(常温強度)は15~28℃の室温中で、上述したように、長さ100mmの試料を引張試験したときのワイヤの破断までの最大荷重である。また、ボンディングワイヤの高温最大荷重(高温強度)は長さ100mmの試料を炉中で150℃まで加熱し、そのまま150℃の炉中で10秒間保持したのちに炉内で引張試験したときのワイヤの熱がかかった部分の破断までの最大荷重である。上記により得られた常温強度及び高温強度を用い、実施例および比較例のボンディングワイヤの高温/常温強度比を算出した。高温/常温強度比は、3本の平均値を求めた後に小数点第3位以下を切り捨てて求めた。Next, we will explain the temperature environment used in this tensile test. The room-temperature maximum load (room-temperature strength) of the bonding wire of the present invention is the maximum load applied until the wire breaks when a 100 mm-long sample is tensile-tested at room temperature (15-28°C), as described above. Furthermore, the high-temperature maximum load (high-temperature strength) of the bonding wire is the maximum load applied until the heated portion of the wire breaks when a 100 mm-long sample is heated to 150°C in a furnace, held in the furnace at 150°C for 10 seconds, and then tensile-tested in the furnace. Using the room-temperature strength and high-temperature strength obtained above, the high-temperature/room-temperature strength ratio of the bonding wires of the examples and comparative examples was calculated. The high-temperature/room-temperature strength ratio was calculated by averaging the values of three samples and then rounding down to two decimal places.
[高温伸び率]
上記の高温最大荷重測定の引張試験において、ワイヤが破断に至ったときの伸び率を測定し、高温伸び率とした。高温伸び率は、測定結果のばらつきを考慮し、3本の平均値を求めた後に小数点第2位以下を切り捨てて求めた。
[High temperature elongation]
In the tensile test for measuring the maximum load at high temperature, the elongation at which the wire broke was measured and defined as the high-temperature elongation. Taking into account the variability of the measurement results, the high-temperature elongation was calculated by averaging three wires and then rounding down to one decimal place.
[反射率比]
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤをボンディング評価用基板に1本ずつ、計20本ボンディングした後、ボンディング後の各ワイヤ表面を汎用白色LEDランプにて照射して、エバ・ジャパン株式会社製ハイパースペクトルカメラNH-6TNDで計測し、汎用白色LEDランプの青色発光ピーク波長であった460nmの波長における反射率を確認した。ここで、図7に反射率の測定個所を説明するための図を示す。図7は、パット電極71上にボールボンディングされたボンディングワイヤ72を模式的に表している。ボンディングワイヤにおける反射率の測定個所は、ボンディングワイヤ72が基板に対して並行にループ形成された部分の略中央付近(図7の点P近傍)である。この点P近傍をエバ・ジャパン株式会社製ハイパースペクトルカメラNH-6TNDを取り付けた光学顕微鏡にて150倍の対物レンズを用いて撮影した。ハイパースペクトルカメラ専用のアプリケーションにて撮影後の画像の略中心部の100ピクセル×100ピクセルの範囲を測定領域とした。図8に、ボンディングワイヤ72における反射率の測定領域Rを模式的に示す。なお、図7及び図8において、ボンディングワイヤ72上の弧及び二本線は、それぞれの図において、弧及び二本線の付された部分同士の長さが等しいことを示す。汎用白色LEDランプの青色発光ピーク波長は、白板(標準試料)の反射率測定において最も反射率の高い青色発光波長とした。同様に、各例と同じ線径の金純度が99.99質量%の金ワイヤの反射率を測定し、上記式(2)によって反射率比とした。反射率比は、測定結果のばらつきを考慮し、3本の平均値を求めた後に、少数点第3位以下を切り捨てて算出した。反射率比は、2.8以上を◎(優良)、2.7以上2.8未満を○(良)、2.6以上2.7未満を△(可)、2.6未満を×(不可)と評価した。
[Reflectance ratio]
Each bonding wire for evaluation in the Examples and Comparative Examples was bonded to a bonding evaluation substrate, for a total of 20 wires. The bonded wire surface was then irradiated with a general-purpose white LED lamp and measured using an NH-6TND hyperspectral camera manufactured by EVA Japan Co., Ltd. to confirm the reflectance at a wavelength of 460 nm, which was the peak wavelength of blue light emitted by the general-purpose white LED lamp. Figure 7 illustrates the location where the reflectance was measured. Figure 7 schematically shows a bonding wire 72 ball-bonded onto a pad electrode 71. The location where the reflectance of the bonding wire was measured was approximately near the center of the portion where the bonding wire 72 formed a loop parallel to the substrate (near point P in Figure 7). The area near point P was photographed using a 150x objective lens with an optical microscope equipped with an NH-6TND hyperspectral camera manufactured by EVA Japan Co., Ltd. The measurement area was a 100-pixel x 100-pixel area approximately in the center of the image captured using a dedicated hyperspectral camera application. Figure 8 schematically shows the reflectivity measurement region R of the bonding wire 72. In Figures 7 and 8, the arc and double lines on the bonding wire 72 indicate that the lengths of the arc and double lines are equal. The blue emission peak wavelength of the general-purpose white LED lamp was determined as the blue emission wavelength with the highest reflectivity in the reflectivity measurement of a white plate (standard sample). Similarly, the reflectivity of a gold wire with the same wire diameter as each example and a gold purity of 99.99% by mass was measured, and the reflectivity ratio was calculated using the above formula (2). Taking into account the variability of the measurement results, the reflectivity ratio was calculated by averaging three wires and then truncating to three decimal places. The reflectivity ratio was evaluated as 2.8 or higher as ◎ (excellent), 2.7 to less than 2.8 as ○ (good), 2.6 to less than 2.7 as △ (passable), and less than 2.6 as × (unacceptable).
[ボールネック部の熱衝撃試験]
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤを、ボンディング評価基板にワイヤ径の3倍のループ高さでそれぞれ40本ボンディングした。ボンディングを行った後のボンディング評価基板を市販の気相式冷熱衝撃装置を用いて、-40℃で15分間保持する期間と150℃で15分間保持する期間とで1サイクルとした冷熱衝撃試験を500サイクル行った。500サイクルの熱衝撃試験後に、ボールボンディングからループ長の5~8%を目安とした位置にフックを設置して、破断に至るまでフックを引っ張ることでプル試験を行った。ここで用いたフックの内径はワイヤ径の4~6倍であり、プル速度は、250μm/sの一定速度である。プル試験では、フックの設置箇所で破断に至るワイヤもあったが、本試験では屈曲操作を多く経るため強度が弱くなるボールネック部での破断発生率を計数した。実施例及び比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、ボールネック部での破断発生率が70%以下であれば、熱衝撃試験への耐性が良好であるとして◎、70%を超え85%未満であれば十分な耐性を有するため〇、85%以上であれば、実用上不具合の恐れがあるため×と評価した。
[Thermal shock test of ball neck]
Forty bonding wires for evaluation in the examples and comparative examples were bonded to a bonding evaluation board with a loop height three times the wire diameter. After bonding, the bonding evaluation board was subjected to 500 cycles of thermal shock testing using a commercially available gas-phase thermal shock device, with one cycle consisting of a 15-minute hold period at -40°C and a 15-minute hold period at 150°C. After the 500-cycle thermal shock test, a hook was placed at a position approximately 5-8% of the loop length from the ball bond, and a pull test was performed by pulling the hook until it broke. The inner diameter of the hook used here was 4-6 times the wire diameter, and the pull speed was a constant 250 μm/s. In the pull test, some wires broke at the hook placement location, but in this test, the breakage occurrence rate was counted at the ball neck, where the strength is weakened due to frequent bending operations. For each bonding wire used for evaluation in the examples and comparative examples, if the fracture rate at the ball neck portion was 70% or less, it was evaluated as having good resistance to the thermal shock test, with a ◎; if it was more than 70% but less than 85%, it was evaluated as O, as it had sufficient resistance; and if it was 85% or more, it was evaluated as ×, as it may be defective in practical use.
[ボールネック部の耐熱強度試験]
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤを、ボンディング評価基板にワイヤ径の3倍のループ高さで75本ボンディングした。ボンディングを行った後のボンディング評価基板に振動試験装置を用いて、周波数30Hz、振動時間1分、振幅ワイヤ径の2倍の振動を与えた後、150℃で15分間加熱した。この加振及び加熱を1サイクルとして、10サイクル後と20サイクル後にボールネック部のプル強度を75本測定し、プル強度1g以下になったときを「破断」と判定して破断発生率を計数した。実施例及び比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、10サイクル後の破断発生率が20%以上であれば、実用上不具合のおそれがあるため×と評価し、これ以上の試験は行わないこととした。10サイクル後の破断発生率が20%未満の場合は、さらにサイクル数を増やし、20サイクルまで試験を行った。20サイクル後の破断発生率が5%以下であれば、ボールネック部の耐熱強度が良好であるとして◎、20サイクル後の破断発生率が20%以下であれば、十分なボールネック部の耐熱強度を有するため〇と評価した。
[Heat resistance strength test of ball neck part]
Seventy-five bonding wires for evaluation in the Examples and Comparative Examples were bonded to a bonding evaluation board with a loop height three times the wire diameter. After bonding, the bonding evaluation board was subjected to vibration testing using a vibration tester at a frequency of 30 Hz, a vibration time of 1 minute, and an amplitude twice the wire diameter, followed by heating at 150 ° C. for 15 minutes. This vibration and heating constitute one cycle, and the pull strength of 75 ball neck portions was measured after 10 cycles and 20 cycles. When the pull strength was 1 g or less, it was judged as "fracture" and the fracture occurrence rate was counted. For each bonding wire for evaluation in the Examples and Comparative Examples, if the fracture occurrence rate after 10 cycles was 20% or more, it was evaluated as "x" due to the risk of practical defects, and further testing was not performed. If the fracture occurrence rate after 10 cycles was less than 20%, the number of cycles was increased and the test was performed up to 20 cycles. If the fracture incidence rate after 20 cycles was 5% or less, the heat resistance strength of the ball neck portion was deemed good and rated as ⊚; if the fracture incidence rate after 20 cycles was 20% or less, the heat resistance strength of the ball neck portion was deemed sufficient and rated as ◯.
[総合評価]
実施例および比較例の評価用の各ボンディングワイヤについて、総合評価において、反射率が◎又は〇、かつ、ボールネック部の耐熱強度試験の結果が◎又は〇のものについて非常に良いため「A」とし、反射率が△、かつ、ボールネック部の耐熱強度試験の結果が◎又は〇のものについて十分な性能のため「B」、それ以外は不合格「C」とした。
[comprehensive evaluation]
For each bonding wire used for evaluation in the examples and comparative examples, in the overall evaluation, those with a reflectivity of ◎ or 〇 and with a result of the heat resistance strength test of the ball neck portion of ◎ or 〇 were rated as "A" because they were very good, those with a reflectivity of △ and with a result of the heat resistance strength test of the ball neck portion of ◎ or 〇 were rated as "B" because they had sufficient performance, and all other wires were rated as "C" because they failed.
以上の結果を表1に示す。なお、表において熱処理ガスは、(N2+H2)のガスを「N2H2」、窒素ガスを「N2」と表記した。また、比較例1は、純度が99.99質量%以上の銀ワイヤであり、添加元素及び微量添加元素の空欄は当該元素が含まれないことを示す。 The results are shown in Table 1. In the table, the heat treatment gas is represented as "N2H2" for ( N2 + H2 ) gas and "N2" for nitrogen gas. Comparative Example 1 is a silver wire with a purity of 99.99 mass% or more, and blanks for the added elements and trace added elements indicate that the element is not included.
表1に示されるように、98質量%以上の銀を含有し、高温/常温強度比が0.6以上0.99以下、高温伸び率が1.5%以上の銀合金LED用ボンディングワイヤによれば、青色光の高反射率を実現しつつ、高いボールネック部の耐熱強度を得ることができる。従来の銀合金ボンディングワイヤでは、LEDに十分な反射率を維持しようとする場合、ボールネック部の破壊を防ぐために、LEDのループ高さ(h)を少なくともワイヤ径の4倍~5倍以上に設計する必要があった。これに対し、各実施例の銀合金LED用ボンディングワイヤによれば、青色光の反射率が高いため、LEDの光に対する高反射率を実現しつつ、高いボールネック部の耐熱強度を得ることができる。そのため、ループ高さ(h)をワイヤ径の3倍未満に設計することができ、LEDデバイスの小型化・薄型化をさらに促進することができる。また、実施例の銀合金LED用ボンディングワイヤによれば、ボールネック部の耐熱強度に優れるため、より細線化が可能となり、LEDの明るさ向上にも適している。As shown in Table 1, silver alloy LED bonding wire containing 98% or more by mass of silver, having a high-temperature/room-temperature strength ratio of 0.6 to 0.99 and a high-temperature elongation of 1.5% or more, can achieve high blue light reflectivity while also achieving high heat resistance at the ball neck. With conventional silver alloy bonding wire, maintaining sufficient reflectivity for the LED required designing the LED loop height (h) to at least four to five times the wire diameter to prevent damage to the ball neck. In contrast, the silver alloy LED bonding wire of each example exhibits high blue light reflectivity, thereby achieving high reflectivity for LED light while also achieving high heat resistance at the ball neck. Therefore, the loop height (h) can be designed to be less than three times the wire diameter, further facilitating the miniaturization and thinning of LED devices. Furthermore, the silver alloy LED bonding wire of the example exhibits excellent heat resistance at the ball neck, enabling thinner wires to be used, which is also suitable for improving the brightness of LEDs.
本発明はLEDのボンディング、特に、小型化・薄型化が顕著なLEDデバイスのボンディングに使用することができる。
The present invention can be used for bonding LEDs, particularly for bonding LED devices that are becoming increasingly smaller and thinner.
Claims (8)
下記式(1)で示される高温/常温強度比が0.6以上0.99以下であり、150℃における引張試験の破断点伸び率が1.5%以上であることを特徴とするLED用ボンディングワイヤ。
高温/常温強度比=(150℃における引張試験の最大荷重)/(常温での引張試験の最大荷重) ・・・(1)
ここで、前記高温/常温強度比及び破断点伸び率を求めるときの引張試験の条件は、試料長さ100mm、引張速度が10mm/min、ロードセル定格が2Nである。 A bonding wire for a light-emitting diode (LED) made of a silver alloy containing 98% by mass or more of silver,
A bonding wire for LEDs characterized in that the high temperature/room temperature strength ratio represented by the following formula (1) is 0.6 or more and 0.99 or less, and the elongation at break in a tensile test at 150°C is 1.5% or more.
High-temperature/room-temperature strength ratio=(maximum load of tensile test at 150°C)/(maximum load of tensile test at room temperature) (1)
Here, the conditions for the tensile test when determining the high temperature/normal temperature strength ratio and the elongation at break are a sample length of 100 mm, a tensile speed of 10 mm/min, and a load cell rating of 2N.
反射率比=(前記LED用ボンディングワイヤの青色光の反射率)/(純度99.99質量%の金ワイヤの青色光の反射率)・・・(2) The LED bonding wire according to claim 1 or 2, wherein the reflectance ratio of blue light having a wavelength of 440 nm to 490 nm, as represented by the following formula (2), is 2.6 or more.
Reflectance ratio=(reflectance of blue light of the LED bonding wire)/(reflectance of blue light of gold wire with a purity of 99.99% by mass) (2)
銀合金線材を段階的に伸線加工する伸線工程であり、減面率が7%以上30%以下である伸線加工を少なくとも1回含む伸線工程と、
銀合金線材に熱処理を施す熱処理工程を経て、
前記LED用ボンディングワイヤにおける、下記式(1)で示される高温/常温強度比を0.6以上0.99以下に、150℃における引張試験の破断点伸び率を1.5%以上に調整する、製造方法。
高温/常温強度比=(150℃における引張試験の最大荷重)/(常温での引張試験の最大荷重) ・・・(1)
ここで、前記高温/常温強度比及び破断点伸び率を求めるときの引張試験の条件は、試料長さ100mm、引張速度が10mm/min、ロードセル定格が2Nである。
A method for manufacturing an LED bonding wire made of a silver alloy, comprising: a step of obtaining a silver alloy wire material containing 98 mass% or more of silver from a silver alloy material;
a wiredrawing process for drawing the silver alloy wire in stages, the wiredrawing process including at least one wiredrawing process with an area reduction rate of 7% or more and 30% or less;
After the heat treatment process, silver alloy wire is heat treated.
The manufacturing method of the LED bonding wire, wherein the high temperature/room temperature strength ratio represented by the following formula (1) is adjusted to 0.6 or more and 0.99 or less, and the elongation at break in a tensile test at 150°C is adjusted to 1.5% or more.
High-temperature/room-temperature strength ratio=(maximum load of tensile test at 150°C)/(maximum load of tensile test at room temperature) (1)
Here, the conditions for the tensile test when determining the high temperature/normal temperature strength ratio and the elongation at break are a sample length of 100 mm, a tensile speed of 10 mm/min, and a load cell rating of 2N.
Applications Claiming Priority (3)
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