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JPH0747791B2 - Bonding wire - Google Patents
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JPH0747791B2 - Bonding wire - Google Patents

Bonding wire

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Publication number
JPH0747791B2
JPH0747791B2 JP60234359A JP23435985A JPH0747791B2 JP H0747791 B2 JPH0747791 B2 JP H0747791B2 JP 60234359 A JP60234359 A JP 60234359A JP 23435985 A JP23435985 A JP 23435985A JP H0747791 B2 JPH0747791 B2 JP H0747791B2
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JP
Japan
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ball
bonding
wire
bonding wire
arc discharge
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JP60234359A
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和夫 沢田
将伸 西尾
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の電気的接続に用いられるボン
ディングワイヤに関するものであり、特に、ボールボン
ディングに用いられるボンディングワイヤに関するもの
である。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bonding wire used for electrical connection of a semiconductor device, and more particularly to a bonding wire used for ball bonding.

〔従来の技術〕 従来、半導体装置の電気的接続に用いられるボンデイン
グワイヤとしては、アルミニウム系または金系の合金が
使用されており、またボンディングの方法としては、ウ
エッジボンディングまたはボールボンディングが用いら
れている。
[Prior Art] Conventionally, aluminum-based or gold-based alloys have been used as bonding wires used for electrical connection of semiconductor devices, and wedge bonding or ball bonding has been used as a bonding method. There is.

ウエッジボンディングは、接続部上にボンディングワイ
ヤを置き、その上から楔で押し付け、加熱あるいは超音
波振動で圧着する方法であり、ボールボンディングは、
酸水素炎やアーク放電などの手段でボンディングワイヤ
の先端を加熱してボールを形成させ、そのボールを接続
部に圧着する方法である。工業的には、作業能率の高い
ボールボンディングが好んで用いられている。このボー
ルボンディングに用いられるボンディングワイヤとして
は、酸水素炎やアーク放電により、ワイヤの先端が容易
に球状となる金系の合金によるものが一般に用いられて
いる。
Wedge bonding is a method in which a bonding wire is placed on the connection part, pressed from above with a wedge, and pressure-bonded by heating or ultrasonic vibration.
In this method, the tip of the bonding wire is heated by means such as oxyhydrogen flame or arc discharge to form a ball, and the ball is pressure-bonded to the connection portion. Industrially, ball bonding, which has a high work efficiency, is preferably used. As a bonding wire used for this ball bonding, a bonding wire made of a gold-based alloy whose tip is easily spherical due to oxyhydrogen flame or arc discharge is generally used.

しかしながら、このような接続は、接続部となる半導体
素子の電極が、多くの場合アルミニウム系であるため、
金とアルミニウムという異種金属間の接続となり、後工
程の加熱時などにおいて金属間化合物が生成し、劣化し
やすいという欠点があった。さらに、金系合金によるボ
ンディングワイヤは、コストが高くなるという欠点もあ
った。
However, in such a connection, since the electrode of the semiconductor element to be the connection portion is often aluminum-based,
This is a connection between different metals such as gold and aluminum, and there is a drawback in that an intermetallic compound is generated during heating in a subsequent process and is easily deteriorated. Further, the bonding wire made of a gold alloy has a drawback that the cost is high.

また、アルミニウム系のボンディングワイヤはボールが
できにくく、耐食性が悪いという問題点があった。
Further, the aluminum-based bonding wire has a problem that it is difficult to form balls and the corrosion resistance is poor.

そのため、ボール形成能、耐食性にすぐれ、かつ、コス
トの安い銅系のボンディングワイヤが望まれていた。
Therefore, a copper-based bonding wire having excellent ball forming ability and corrosion resistance and low cost has been desired.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、従来の銅系合金はボール形成能が悪く、
ボールボンディングに適したものでなかった。特に、酸
水素炎によるボールボンディングは、全く行うことがで
きなかった。
However, conventional copper-based alloys have poor ball-forming ability,
It was not suitable for ball bonding. In particular, ball bonding using an oxyhydrogen flame could not be performed at all.

もう一方のアーク放電によるボールボンディングは、ワ
イヤ先端近くに設けた電極とワイヤとの間のアーク放電
により、ワイヤの先端にボールを形成させる方法である
が、放電のエネルギが大きすぎると、形成されたボール
の根元部分が過度の熱により劣化し、強度が著しく低下
したり、くびれたりするという問題が生じていた。さら
に、ボールボンディングに一般に用いられるワイヤの線
径20〜50μmφに比して、大きなボールが形成されてし
まうという問題もあった。
Ball bonding by the other arc discharge is a method of forming a ball at the tip of the wire by arc discharge between an electrode provided near the tip of the wire and the wire, but if the energy of the discharge is too large, it is formed. In addition, the root portion of the ball is deteriorated by excessive heat, resulting in a problem that the strength is remarkably reduced or the ball is constricted. Further, there is a problem that a large ball is formed as compared with a wire diameter of 20 to 50 μmφ which is generally used for ball bonding.

そこで、このような問題の解決方法として、アーク放電
のエネルギを小さくすることが考えられるが、エネルギ
を小さくすると、アークが飛ばずアーク放電しやすくす
るため、アルゴンガス雰囲気にすることが試みられてい
るが、未だ十分ではない。
Therefore, as a solution to such a problem, it is conceivable to reduce the energy of the arc discharge, but if the energy is reduced, it is easy to cause arc discharge without causing the arc to fly, so it has been attempted to use an argon gas atmosphere. Yes, but not enough.

この発明の目的は、上述の問題点を解消し、小さなエネ
ルギによるアーク放電を可能にし、ひいてはアーク放電
によるボールボンディングを可能にするボンディングワ
イヤを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a bonding wire which solves the above-mentioned problems, enables arc discharge with a small energy, and eventually enables ball bonding by arc discharge.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明のボンディングワイヤは、仕事関数が3ev以下
である元素の1種または2種以上を0.01〜1重量%含有
し、残部は銅からなる。そこで、銅の純度は99.99%以
上が好ましく、更に、銅の純度が99.997%以上がより好
ましい。
The bonding wire of the present invention contains 0.01 to 1% by weight of one or more elements having a work function of 3 ev or less, and the balance being copper. Therefore, the purity of copper is preferably 99.99% or more, more preferably 99.997% or more.

〔作用および効果〕[Action and effect]

この発明によるボンディングワイヤは、仕事関数が3ev
以下である元素、即ち、電子を放出しやすい元素を0.01
〜1重量%含有しており、従来の合金によるボンディン
グワイヤに比べ、より小さなエネルギでアーク放電させ
ることができる。
The bonding wire according to the present invention has a work function of 3 ev.
The following elements, that is, elements that easily emit electrons are 0.01
Since it is contained in an amount of up to 1% by weight, it is possible to perform arc discharge with smaller energy as compared with the conventional bonding wire made of an alloy.

従って、過度のエネルギを、ワイヤ先端部に形成された
ボールに与えることなくアーク放電することができるの
で、ボールの根元部分における強度の低下やくびれを生
じることなく、ボールボンディングすることができる。
Therefore, since the arc discharge can be performed without giving excessive energy to the ball formed at the tip of the wire, ball bonding can be performed without lowering the strength or constriction at the root portion of the ball.

さらに、この発明により、合金によるボールボンディン
グが可能となるため、金系合金を用いた場合に生ずる金
属間化合物生成による劣化や高コストの問題点も解消さ
れ、ボールボンディングの信頼性を一層高めることがで
きる。
Further, according to the present invention, since ball bonding with an alloy is possible, the problems of deterioration and high cost due to the formation of intermetallic compounds that occur when using a gold-based alloy are solved, and the reliability of ball bonding is further enhanced. You can

この発明に用いられる仕事関数が3ev以下の元素の代表
的なものとして、例えばカリウム(2.2ev)、セシウム
(1.9ev)、バリウム(2.5ev)、ストロンチウム(2.1e
v)などを挙げることができる。
Typical elements having a work function of 3 ev or less used in the present invention include potassium (2.2 ev), cesium (1.9 ev), barium (2.5 ev), and strontium (2.1 e).
v) etc. can be mentioned.

なお、この発明において、仕事関数が3ev以下である元
素の含有率を0.01〜1重量%に限定したのは、0.01重量
%未満であると、小さなエネルギで小さい均一なボール
を形成する特性が発揮されないため、結果としてのボー
ル形成能の改善が認められず、他方、1重量%を越える
と、伸線加工性、耐食性、導電性を損なうおそれが生じ
てくるためである。
In the present invention, the content of elements having a work function of 3 ev or less is limited to 0.01 to 1% by weight. When the content is less than 0.01% by weight, the characteristic of forming a small uniform ball with a small energy is exhibited. As a result, no improvement in the ball-forming ability is observed, and on the other hand, if it exceeds 1% by weight, wire drawing workability, corrosion resistance and conductivity may be impaired.

〔実施例〕〔Example〕

純度99.99%、99.997%の銅地金をベースとして用い、
第1表に示す組成(%は重量%を示す)の合金を溶製し
た。溶製後、溶湯からセラミックスフィルタで10μm以
上の介在物を除去しながらビレットに連続鋳造した。
Using 99.99% pure, 99.997% pure copper as a base,
Alloys having the composition shown in Table 1 (% indicates weight%) were melted. After the melting, the billet was continuously cast while removing inclusions of 10 μm or more from the molten metal with a ceramics filter.

このビレットを表面切削した後、熱間押出しにより10mm
φのワイヤとした後、皮剥ぎ、伸線、熱処理を組合わせ
て40μmφのボンディングワイヤを作製した。
After cutting the surface of this billet, it is 10mm by hot extrusion.
After forming the wire of φ, a combination of stripping, wire drawing and heat treatment was performed to produce a bonding wire of 40 μmφ.

得られた40μmφのボンディングワイヤについて、ボー
ル形成能および伸線加工性を以下のようにして評価し、
第1表に示した。
With respect to the obtained 40 μmφ bonding wire, ball forming ability and wire drawing workability were evaluated as follows,
The results are shown in Table 1.

(イ) ボール形成能 40μmφのボンディングワイヤをサファイヤ製のキャピ
ラリに通し、アルゴンガス噴出下、ワイヤの先端近くに
設けた電極と、ワイヤとの間のアーク放電により、種々
の電気的条件でボールを形成させ、そのボール形成状況
を次の2段階(○と×)で評価し、ボール形成能とし
た。
(A) Ball bonding ability A bonding wire with a diameter of 40 μm is passed through a sapphire capillary, and the arc is discharged between the electrode provided near the tip of the wire and the wire under argon gas ejection. After being formed, the state of ball formation was evaluated in the following two stages (◯ and ×), and the ball forming ability was defined.

○:真球に近い表面形状の滑らかなボールが形成される
とともに、ボールの根元部のワイヤが細くなったりしな
い。
◯: A ball with a surface shape close to a true sphere is formed, and the wire at the base of the ball does not become thin.

×:ボール形成条件が狭く、ばらつきが大きい。また表
面形状が優れない。ボールの根元部がくびれたりする。
X: The ball forming conditions are narrow and the variations are large. Moreover, the surface shape is not excellent. The base of the ball may be constricted.

(ロ) 伸線加工性 40μmφまでの伸線加工に至るまでの加工性を、次の2
段階(○と×)で評価した。
(B) Wire drawing workability The workability up to wire drawing up to 40 μmφ
The evaluation was made in stages (○ and ×).

○:従来のものと変わらない。◯: No change from conventional one.

×:従来のものと比べ、加工性に難点がある。X: There is a problem in workability as compared with the conventional one.

第1表から明らかなように、この発明のボンディングワ
イヤは、従来のものに比べ、ボール形成能が著しく改善
されている。
As is clear from Table 1, the bonding wire of the present invention has remarkably improved ball forming ability as compared with the conventional one.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】仕事関数が3ev以下である元素(Liを除
く)の1種または2種以上を0、01〜1重量%含有し、
残部は銅からなるボンディングワイヤ。
1. Containing 0.01 to 1% by weight of one or more elements (excluding Li) having a work function of 3 ev or less,
The rest is a bonding wire made of copper.
【請求項2】銅の純度が99、99%以上である特許請求の
範囲第1項記載のボンディングワイヤ。
2. The bonding wire according to claim 1, wherein the purity of copper is 99, 99% or more.
【請求項3】銅の純度が99、997%以上である特許請求
の範囲第1項または第2項記載のボンディングワイヤ。
3. The bonding wire according to claim 1 or 2, wherein the purity of copper is 99, 997% or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6148543A (en) * 1984-08-10 1986-03-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Copper alloy wire for connecting semiconductor element

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JPS6293326A (en) 1987-04-28

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