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JP2008218994A - Gold wire for connecting semiconductor element - Google Patents

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JP2008218994A
JP2008218994A JP2008026050A JP2008026050A JP2008218994A JP 2008218994 A JP2008218994 A JP 2008218994A JP 2008026050 A JP2008026050 A JP 2008026050A JP 2008026050 A JP2008026050 A JP 2008026050A JP 2008218994 A JP2008218994 A JP 2008218994A
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圭一 木村
Tomohiro Uno
智裕 宇野
Takashi Yamada
隆 山田
Kagehito Nishibayashi
景仁 西林
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Nippon Micrometal Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Materials Co Ltd
Nippon Micrometal Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gold wire for connecting semiconductors for use in complicated wiring and narrow-pitch wiring, where it is less likely to have leaning failures and is further superior in pressure-bonded shape. <P>SOLUTION: The gold wire for connecting semiconductor elements is characterized by that nickel, beryllium and one or more elements selected from calcium and rare earth elements are added by a defined amount as essential elements, and preferably one or both of titanium and vanadium, and further praseodymium are added by a prescribed amount. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子接続用金線に関するものである。   The present invention relates to a gold wire for connecting a semiconductor element.

半導体実装材料であるボンディングワイヤは、半導体チップと外部金属端子との間を接続する材料である。現在、その殆どは金を主体とする材料が用いられている。この大きな理由は、半導体と外部端子の接続にスループットが高く、生産性が高いボールボンディングと呼ばれる手法が用いられているためである。ボールボンディングは、金属線の一端を溶融し、ボールを形成して、一方の電極に圧着させて接合し、他方の電極にはボンディングワイヤの側面をそのまま圧着する接合方法である。ここでは、ボールボンディングをファースト接合と呼び、ボンディングワイヤの側部を電極に圧着する接合をセカンド接合と呼ぶ。金が多く利用される理由は、ボールやボンディングワイヤの表面酸化によるファースト接合性及びセカンド接合性の劣化が起こり難く、大気中での接合が容易であるためである。   A bonding wire, which is a semiconductor mounting material, is a material that connects a semiconductor chip and an external metal terminal. At present, most of the materials are mainly gold. This is because a technique called ball bonding, which has a high throughput and high productivity, is used for connecting the semiconductor and the external terminals. Ball bonding is a bonding method in which one end of a metal wire is melted, a ball is formed, and is bonded to one electrode by pressure bonding, and the side surface of the bonding wire is pressure bonded to the other electrode as it is. Here, ball bonding is referred to as first bonding, and bonding in which the side portion of the bonding wire is crimped to an electrode is referred to as second bonding. The reason why gold is often used is that the first bonding property and the second bonding property are hardly deteriorated due to the surface oxidation of the ball or bonding wire, and bonding in the atmosphere is easy.

ボンディングワイヤの強度は、伸線加工による加工硬化により強化されているが、純金では十分な機械強度が得られないため、微量の異種元素が添加されている。   The strength of the bonding wire is reinforced by work hardening by wire drawing, but since a sufficient mechanical strength cannot be obtained with pure gold, a trace amount of different elements are added.

近年、半導体実装サイズの小型化が進み、電極パッドサイズが小さくなり、また、間隔が狭くなっている(狭ピッチ化)。それに伴い、ボンディングワイヤ径も細くする必要があり、直径が15μmの金線も使用され始められている。しかしながら、線径が細くなると、ボンディングワイヤの製造において、引抜加工時にボンディングワイヤの強度が持たず断線したり、ボンディングや樹脂封止等の実装時のループの維持も困難になる。   In recent years, the semiconductor mounting size has been reduced, the electrode pad size has been reduced, and the interval has been reduced (narrow pitch). Accordingly, it is necessary to reduce the diameter of the bonding wire, and a gold wire having a diameter of 15 μm has begun to be used. However, when the wire diameter is reduced, in the production of the bonding wire, the strength of the bonding wire is not obtained at the time of drawing, and it becomes difficult to maintain a loop during mounting such as bonding or resin sealing.

ボンディングワイヤ同士のパッドピッチ間隔が狭くなると、ボンディングワイヤ同士の接触によるショート不良が起きる危険性が大きくなる。ボンディングワイヤ実装におけるショート不良の主なものは、リーニング(倒れ)不良や圧着ボールの接触不良、カール(曲がり)不良、スプリング(屈曲)不良が挙げられる。ここでカール不良は、ボンディングワイヤ製造時の引抜加工時に導入される歪が軸対称でなく、軸対称でない歪が取りきれない場合に主として生じるものと考えられている。スプリング不良は、ボンディング実装時の圧着、切断等の加速、衝撃時に生じる挫屈と考えられている。   If the pad pitch interval between the bonding wires is narrowed, the risk of short-circuit failure due to contact between the bonding wires increases. The main short-circuit defects in bonding wire mounting include leaning (falling) defects, contact failure of crimped balls, curl (bending) defects, and spring (bending) defects. Here, it is considered that the curl failure is mainly caused when the strain introduced at the time of drawing processing at the time of manufacturing the bonding wire is not axisymmetric and the strain that is not axisymmetric can be removed. Spring failure is considered to be a buckling caused at the time of impact and acceleration of crimping and cutting during bonding mounting.

図1(A)及び(B)は、リーニング不良が生じたボンディングワイヤを示した概略図である。この図1(A)及び(B)に示したようにリーニング不良とは、ボンディングワイヤ1をループの伸長方向から観察した時に、パッド2aに接合した圧着ボール3aの直上部がループの伸長方向(ワイヤループ面)に対して直角方向に曲がり、ボンディングワイヤ1aが隣接するボンディングワイヤ1bに倒れる不良である。ボンディングワイヤ全体が湾曲するカール不良と異なり、ボンディングワイヤ全体が比較的直線を保っているにも関わらず、当該ボンディングワイヤが倒れる不良である。なお、このリーニング不良はボール直上のネック部から折れ曲がることからネック倒れとも呼ばれる。リーニング不良はカール不良と異なるが、カールはワイヤ倒れを起こさせる機会となるため、実際には、完全に区別されず、複合型の不良もある。カール不良があるボンディングワイヤでは、ループ形成後、ボンディングワイヤを倒す応力が発生するため、リーニング不良が生じ易い。リーニング不良は、金線の直径が細くなると相乗的に起き易くなる。   1A and 1B are schematic views illustrating a bonding wire in which a leaning defect has occurred. As shown in FIGS. 1A and 1B, the leaning failure means that when the bonding wire 1 is observed from the extending direction of the loop, the upper portion of the press-bonded ball 3a bonded to the pad 2a is the extending direction of the loop ( The bonding wire 1a is bent in a direction perpendicular to the wire loop surface) and falls down to the adjacent bonding wire 1b. Unlike the curl defect in which the entire bonding wire is curved, the bonding wire is inferior even though the entire bonding wire is relatively straight. This leaning failure is also called neck fall because it bends from the neck portion directly above the ball. Although the leaning defect is different from the curl defect, the curl provides an opportunity to cause the wire to fall down. In a bonding wire having a curl defect, a stress that causes the bonding wire to fall is generated after the loop is formed, so that a leaning defect is likely to occur. Leaning defects are likely to occur synergistically as the diameter of the gold wire is reduced.

ボンディングワイヤの直進性が高く、強度が十分高い場合は、リーニング不良は生じ難いが、直進性が高くても、ボンディング時の衝撃、動作により一定の確率で生じる場合がある。また、同じ母線強度で同じ直進性を有するボンディングワイヤでも、リーニング不良を起こす確率に大きな差が生じる場合がある。   When the straightness of the bonding wire is high and the strength is sufficiently high, a leaning defect is unlikely to occur. However, even if the straightness is high, it may occur with a certain probability due to impact and operation during bonding. In addition, even a bonding wire having the same bus bar strength and the same straightness may have a large difference in the probability of causing a leaning defect.

図1(A)及び(B)には、同時に、パッド2cに接合したボール(圧着ボール)3cの接触不良の形態を示した。ファースト接合のボール3cの圧着形状が、真円からずれ、ボール3cが隣のパッド2dにはみ出してショートする不良である。このため、ボンディングワイヤでは、リーニング不良を防止しつつ、ボールの圧着形状の優れたボンディングワイヤが望まれている。なお、真円からのずれとは、図1(A)及び(B)に示したような圧着形状が花弁状に凹凸ができるものや、ボンディング時の接合を補助する超音波の影響により、超音波方向とその直角方向でボール変形に異方性が生じ、圧着形状が楕円となるものが挙げられる。   FIGS. 1A and 1B show the form of contact failure of a ball (crimp ball) 3c bonded to the pad 2c at the same time. The bonding shape of the first bonded ball 3c is deviated from a perfect circle, and the ball 3c protrudes into the adjacent pad 2d and shorts. For this reason, in the bonding wire, there is a demand for a bonding wire having an excellent ball crimping shape while preventing leaning defects. Note that the deviation from the perfect circle means that the crimped shape as shown in FIGS. 1A and 1B has a petal-like unevenness or the influence of ultrasonic waves that assist the bonding during bonding. An example is one in which anisotropy occurs in the ball deformation in the direction of the sound wave and the direction perpendicular thereto, and the crimping shape becomes an ellipse.

リーニング不良の防止方法は幾つか提案されており、基本的にはボンディングワイヤの直進性を高めることであるが、Be、Ca、Ce、Laを添加し強度を高め、プロセスを工夫する方法(例えば、特許文献1参照)や、イットリウムを添加する方法(例えば、特許文献2参照)、圧延工程を経由しないプロセスを採る方法(例えば、特許文献3参照)、中間焼鈍条件を工夫する方法(例えば、特許文献4及び5参照)、鋳造条件を工夫する方法(例えば、特許文献6参照)等が提案されている。
特開2005-294681号公報 特開2006-73693号公報 特開2006-147893号公報 特開2002-319597号公報 特開2005-347433号公報 特開2005-138113-号公報
Several methods for preventing leaning have been proposed.Basically, it is to improve the straightness of the bonding wire, but it is possible to increase the strength by adding Be, Ca, Ce, La, and to devise the process (for example, , Patent Document 1), a method of adding yttrium (see, for example, Patent Document 2), a method of taking a process that does not go through a rolling process (for example, see Patent Document 3), a method of devising intermediate annealing conditions (for example, Patent Documents 4 and 5), methods for devising casting conditions (for example, see Patent Document 6), and the like have been proposed.
JP 2005-294681 JP 2006-73693 A JP 2006-147893 JP Japanese Patent Laid-Open No. 2002-319597 JP 2005-347433 A JP 2005-138113-A

しかしながら、近年、ボンディングワイヤの細線化や多段配線、千鳥配線の複雑なループ形状が要求される中での高ループ化等から、リーニング不良の問題が起こり易くなっており、プロセスのみならず、成分面での改善が必要になっている。   However, in recent years, the problem of leaning has become more likely to occur due to the thinning of bonding wires, the increase in the number of multi-stage wirings, and the increase in the number of loops in a complicated loop shape of staggered wiring. There is a need for improvement.

本発明は、上記問題点を解決し、リーニング不良が起き難く、更に圧着形状の優れた複雑な配線用、狭ピッチ配線用の半導体実装用金線を提供する。   The present invention solves the above-described problems, and provides a semiconductor mounting gold wire for complex wiring and narrow pitch wiring, which is less likely to cause leaning defects and has an excellent crimped shape.

本発明は、上記従来技術の問題を解決するために鋭意検討した結果、以下の構成を要旨とする。   The present invention is summarized as follows as a result of intensive studies to solve the above-described problems of the prior art.

本発明の請求項1記載の半導体素子接続用金線は、ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.005質量%未満、かつ、ベリリウムの含有量が0.0003質量%以上0.0008質量%以下、かつ、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下であることを特徴とする半導体素子接続用金線である。   The gold wire for semiconductor element connection according to claim 1 of the present invention has a nickel content of 0.0007 mass% or more and less than 0.005 mass%, a beryllium content of 0.0003 mass% or more and 0.0008 mass% or less, and calcium and A gold wire for connecting a semiconductor element, wherein the content of one or more elements selected from rare earth elements is more than 0.0009% by mass and 0.02% by mass or less.

本発明の請求項2記載の半導体素子接続用金線は、ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.005質量%以下、かつ、チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が0.0005質量%以上0.005質量%以下、かつ、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下であることを特徴とする半導体素子接続用金線である。   The gold wire for semiconductor element connection according to claim 2 of the present invention has a nickel content of 0.0007 mass% or more and 0.005 mass% or less, and the addition amount of either one or both of titanium and vanadium is 0.0005 mass% or more. A gold wire for connecting a semiconductor element, characterized in that the content of one or more elements selected from 0.005 mass% or less and calcium and rare earth elements is more than 0.0009 mass% and 0.02 mass% or less.

本発明の請求項3記載の半導体素子接続用金線は、ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.007質量%以下、かつ、ベリリウムの含有量が0.0003質量%以上0.0008質量%以下、かつ、チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が0.0005質量%以上0.005質量%以下、かつ、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下であることを特徴とする半導体素子接続用金線である。   The gold wire for connecting a semiconductor element according to claim 3 of the present invention has a nickel content of 0.0007 mass% or more and 0.007 mass% or less, a beryllium content of 0.0003 mass% or more and 0.0008 mass% or less, and titanium and The addition amount of either or both of vanadium is 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less, and the content of one or more elements selected from calcium and rare earth elements is more than 0.0009 mass% and 0.02 mass% or less There is a gold wire for connecting a semiconductor element.

本発明の請求項4記載の半導体素子接続用金線は、さらに、プラセオジウムの含有量が0.0016質量%以上0.02質量%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体素子接続用金線である。   4. The semiconductor element connecting gold wire according to claim 4 of the present invention, wherein the praseodymium content is 0.0016 mass% or more and 0.02 mass% or less. It is a gold wire for element connection.

本発明の請求項5記載の半導体素子接続用金線は、インジウム及びガリウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が0.0005質量%以上0.005質量%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体素子接続用金線である。   The gold wire for connecting a semiconductor element according to claim 5 of the present invention is characterized in that the addition amount of either one or both of indium and gallium is 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less. A gold wire for connecting a semiconductor element according to any one of the above.

本発明の請求項6記載の半導体素子接続用金線は、パラジウムを0.001質量%以上2質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体素子接続用金線である。   The gold wire for semiconductor element connection according to claim 6 of the present invention contains 0.001% by mass or more and 2% by mass or less of palladium. It is.

本発明の請求項7記載の半導体素子接続用金線は、マグネシウムを0.001質量%以上0.005質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体素子接続用金線である。   The gold wire for semiconductor element connection according to claim 7 of the present invention contains 0.001 mass% or more and 0.005 mass% or less of magnesium in the semiconductor element connection gold wire according to any one of claims 1 to 6. It is.

本発明の請求項8記載の半導体素子接続用金線は、線材を構成する個々の結晶粒の(111)面法線の1つが、線材の長さ方向に対して、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が、全体に対して、断面面積比で50%以上を占める、長さ方向に<111>配向したことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の半導体素子接続用金線である。   According to claim 8 of the present invention, in the semiconductor element connecting gold wire, one of the (111) plane normals of the individual crystal grains constituting the wire has an angle of 15 ° or less with respect to the length direction of the wire. The semiconductor element connection according to any one of claims 1 to 7, wherein a ratio of crystal grains having a cross-sectional area ratio of 50% or more with respect to the whole is <111> -oriented in a length direction. A gold wire.

本発明の半導体素子接続用金線によれば、カルシウ及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素を特定量含有することで金線の強度やヤング率を向上させると共に、ニッケルを特定量含有させることでネック部の強度を向上させ、ニッケルを含有させることによって生じるボールの圧着形状の真円性悪化を、ベリリウムを添加することによって抑制できる。また、ニッケルを含有させることによって生じるボールの圧着形状の真円性悪化を、チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方を添加することによって抑制できる。特にプラセオジウムの含有量を高めて、ネック部の熱影響部の長さを大きくする総合的な合金設計をすることによって、リーニング不良が生じ難くなる。よって、リーニング不良が起き難く、更に圧着形状の優れた複雑な配線用、狭ピッチ配線用の半導体実装用金線を提供することができる。   According to the gold wire for semiconductor element connection of the present invention, the strength and Young's modulus of the gold wire are improved by containing a specific amount of one or more elements selected from calcium and rare earth elements, and a specific amount of nickel is added. The inclusion improves the strength of the neck portion, and the roundness deterioration of the pressure-bonded shape of the ball caused by the inclusion of nickel can be suppressed by adding beryllium. Moreover, the roundness deterioration of the press-bonded shape of the ball caused by containing nickel can be suppressed by adding one or both of titanium and vanadium. In particular, by making a comprehensive alloy design that increases the praseodymium content and increases the length of the heat-affected zone of the neck portion, it becomes difficult to cause leaning defects. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor mounting gold wire for complicated wiring and narrow pitch wiring, which is less likely to cause leaning defects and has an excellent crimped shape.

本発明におけるリーニング不良の抑制は、ワイヤ強度の向上と、ネック部強度の向上と、ネック部軟化長さの制御とを基本とする。   The suppression of the leaning failure in the present invention is based on the improvement of the wire strength, the improvement of the neck portion strength, and the control of the neck portion softening length.

ボンディングワイヤの強度は、伸線加工と合金元素の添加によって増大される。合金元素の添加は、伸線加工時の加工強化にも寄与する。伸線加工時の加工強化が大きいのは、カルシウム及び希土類元素である。ここで、希土類元素とは、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ディスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムとイットリウムである。上記元素の中では、特にカルシウム、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウムの効果が大きい。これらの元素の添加によって、加工硬化が大きくなり母線強度が増し、線材の長さ方向に対して伸線集合組織である<111>配向が強くなり、ヤング率が増大する。その結果、ワイヤループ面の直角方向に対しての拮抗力が増大する。   The strength of the bonding wire is increased by wire drawing and addition of alloy elements. The addition of alloy elements also contributes to strengthening of the work during wire drawing. Calcium and rare earth elements have a great work strengthening at the time of wire drawing. Here, the rare earth elements are lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and yttrium. Among the above elements, calcium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, and samarium are particularly effective. By adding these elements, work hardening is increased, the bus bar strength is increased, the <111> orientation, which is the wire drawing texture, is strengthened in the longitudinal direction of the wire, and the Young's modulus is increased. As a result, the antagonistic force in the direction perpendicular to the wire loop surface increases.

ボンディング方法やループ形状にもよるが、カルシウムと希土類元素との総量が0.0009質量%以下の場合、本発明の添加元素の範囲内では、リーニング不良に強い材料の製造は困難である。したがって、カルシウム及び希土類元素のうちカルシウムだけを含有させる場合には、当該カルシウムの含有量が0.0009質量%超であることが望ましく、また当該カルシウムと希土類元素とを含有させる場合には、カルシウムと希土類元素との総量が0.0009質量%超であることが望ましい。   Depending on the bonding method and loop shape, when the total amount of calcium and rare earth elements is 0.0009% by mass or less, it is difficult to produce a material that is resistant to leaning defects within the range of the additive element of the present invention. Therefore, when only calcium is included among calcium and rare earth elements, the calcium content is preferably more than 0.0009% by mass, and when calcium and rare earth elements are included, calcium and rare earth elements are included. It is desirable that the total amount with the elements exceeds 0.0009% by mass.

伸線加工における断面減少率が99.8%以上の加工を行って、ボンディングワイヤ内の結晶粒のうち、伸線方向に<111>配向した結晶粒の占める割合が、断面面積比で50%以上あることが望ましい。ここで、<111>配向した結晶粒とは、ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有している結晶粒をいう。   Processing with a cross-sectional reduction rate of 99.8% or more in wire drawing, and the proportion of <111> -oriented crystal grains in the wire drawing direction is 50% or more in terms of cross-sectional area in the bonding wire It is desirable. Here, the <111> -oriented crystal grains mean that one of the (111) plane normals of the crystal grains has an angle of 15 ° or less with respect to the length direction (drawing direction) of the bonding wire. Refers to the crystal grains.

一方で、これらの元素の添加量を増すと圧着ボールの真円性を劣化させる。すなわち、ワイヤ先端に放電し、溶融凝固させたフリーエアボール(単にボールともいう)形成時に金線の先端が溶融した時、ボール表面近傍の酸化によってカルシウムや希土類元素のボール表面濃度が低下し、表面からの抜熱も加わってボール内部より先に凝固する。その結果、ボール先端に引巣を生じさせ、引巣と表面層そのものがボール圧着時のボールの等方的な変形を阻害し、圧着ボールの真円性を劣化させる。これら元素の0.02質量%超の添加は、大気中でボールボンディングを行った場合、ボールの酸化による接合性の劣化が著しくなり、実用に耐えなくなる。したがって、カルシウム及び希土類元素のうちカルシウムだけを含有させる場合には、当該カルシウムの含有量が0.02質量%以下であることが望ましく、また当該カルシウムと希土類元素とを含有させる場合には、カルシウムと希土類元素との含有量が0.02質量%以下であることが好ましい。   On the other hand, when the addition amount of these elements is increased, the roundness of the press-bonded ball is deteriorated. That is, when the tip of the gold wire melts when forming a free air ball (also simply called a ball) that is discharged to the wire tip and melted and solidified, the ball surface concentration of calcium and rare earth elements decreases due to oxidation near the ball surface, The heat is extracted from the surface and solidifies before the inside of the ball. As a result, a nest is formed at the tip of the ball, and the nest and the surface layer itself inhibit the isotropic deformation of the ball during the pressure bonding of the ball, thereby degrading the roundness of the pressure-bonded ball. If these elements are added in an amount exceeding 0.02 mass%, when ball bonding is performed in the air, the deterioration of the bonding property due to the oxidation of the balls becomes significant, and it cannot be put into practical use. Therefore, when only calcium is included among calcium and rare earth elements, the content of calcium is preferably 0.02% by mass or less, and when calcium and rare earth elements are included, calcium and rare earth elements are included. The content with the element is preferably 0.02% by mass or less.

ニッケルも金線強度を高める元素である。ただし、カルシウムや希土類元素と異なり、固溶強化作用が高い。したがって、ネック部の強度を向上させる。   Nickel is also an element that increases the gold wire strength. However, unlike calcium and rare earth elements, the solid solution strengthening action is high. Therefore, the strength of the neck portion is improved.

ボールボンディングは、ボンディングワイヤ先端部をアーク放電により溶解してボールを形成し、これを圧着させてファースト接合させる。したがって、ボール直上部は熱影響部(HAZ)に当たり、熱で転位が移動、減少し、加工歪みが低下した軟化領域である。したがって、リーニング不良は、圧着ボール部を固定点として、熱影響部で曲がることによって生じる。   In ball bonding, the tip of the bonding wire is melted by arc discharge to form a ball, and this is crimped and first bonded. Therefore, the upper part of the ball hits the heat-affected zone (HAZ) and is a softened region in which dislocations move and decrease due to heat and processing strain is reduced. Therefore, leaning failure is caused by bending at the heat-affected zone with the press-bonded ball portion as a fixed point.

カルシウムや希土類元素は、加工強化作用が大きいため母線強度を大きく増大させるが、その分、母線に対するネック部の相対的強度を低下させる。その結果、ループ面に対して直角方向に何らかの影響により外力が加わった場合には、ネック部に応力が集中し、リーニング不良が起き易くなる。   Calcium and rare earth elements greatly increase the bus bar strength because of their large work strengthening effect, but correspondingly lower the relative strength of the neck with respect to the bus bar. As a result, when an external force is applied due to some influence in a direction perpendicular to the loop surface, stress concentrates on the neck portion, and leaning defects are likely to occur.

ニッケルは、本発明の添加量の範囲内では加工強化作用はあまり大きくなく、逆に固溶強化作用が大きいため、熱影響部自体の強度を高める他、母線との相対的強度差も小さくする作用がある。ボンディング条件やループ形状にもよるが、0.0007質量%より小さい添加量では、リーニング不良を抑制するための効果は殆どない。リーニング不良の抑制効果はニッケル添加量を増やすほど大きくなるが、ニッケルの添加はボールの圧着形状を悪化させる作用が大きい。したがって、これを抑制する元素を添加する必要がある。   Nickel does not have a large work strengthening effect within the range of the addition amount of the present invention, and conversely, since the solid solution strengthening action is large, in addition to increasing the strength of the heat affected zone itself, the relative strength difference from the bus bar is also reduced. There is an effect. Although depending on bonding conditions and loop shape, an additive amount less than 0.0007% by mass has little effect for suppressing leaning defects. Although the effect of suppressing leaning defects increases as the amount of nickel added increases, the addition of nickel has a large effect of deteriorating the pressure-bonded shape of the ball. Therefore, it is necessary to add an element that suppresses this.

本発明でリーニング不良を抑制するためにループ直角方向からの拮抗力を得るための最低限の条件は、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる少なくとも1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超、かつ、ニッケルの含有量が0.0007質量%以上となる。しかし、この量の成分元素を含有させる場合には、圧着ボールの真円性が悪化するため、ボールの圧着形状を整える元素として、ベリリウムを0.0003質量%以上添加することが望ましい。ベリリウムは、変形抵抗を増大させる元素であり、特に、ボンディング時の超音波の印加により、ボールの圧着径が超音波方向に伸びることを抑制する効果を有する。ベリリウムの量は、カルシウム、希土類元素、ニッケルの添加量を大きくするにしたがって、増量することが望ましい。しかし、ベリリウムは、酸化し易く、また拡散速度も大きいことから、金線表面に酸化物を形成し易い。その結果、セカンド接合性を劣化させる場合がある。また、ボンディング時のボール形成時にも、ボール表面に酸化物を形成し易い。この観点から、特にニッケルと組み合わせて使用する場合、ベリリウムの添加量は0.0008質量%以下であることが望ましい。この範囲であれば、ファースト接合性に対して上記の利点が大きい。   In order to suppress the leaning failure in the present invention, the minimum condition for obtaining the antagonistic force from the direction perpendicular to the loop is that the content of at least one element selected from calcium and rare earth elements exceeds 0.0009% by mass In addition, the nickel content is 0.0007% by mass or more. However, when this amount of component element is included, the roundness of the press-bonded ball is deteriorated, so it is desirable to add 0.0003% by mass or more of beryllium as an element for adjusting the press-fit shape of the ball. Beryllium is an element that increases deformation resistance. In particular, it has an effect of suppressing the pressure-bonded diameter of the ball from extending in the ultrasonic direction by application of ultrasonic waves during bonding. It is desirable to increase the amount of beryllium as the amount of calcium, rare earth element, or nickel is increased. However, since beryllium is easily oxidized and has a high diffusion rate, it is easy to form an oxide on the gold wire surface. As a result, the second bondability may be deteriorated. Further, it is easy to form an oxide on the ball surface during ball formation during bonding. From this point of view, it is desirable that the amount of beryllium added is 0.0008% by mass or less, particularly when used in combination with nickel. If it is this range, said advantage is large with respect to first joining property.

ベリリウムを添加しても、ニッケルの添加量が0.005質量%以上、又はカルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる少なくとも1種以上の元素の含有量が0.02質量%を超えると、健全なファースト接合は困難になる。   Even if beryllium is added, if the addition amount of nickel is 0.005% by mass or more, or the content of at least one element selected from calcium and rare earth elements exceeds 0.02% by mass, a sound first bonding is difficult. become.

ベリリウム以外でボールの圧着形状を整える作用を有する元素は、チタンとバナジウムとがある。チタン及びバナジウムは、ボンディング時にトーチ電極から放電、ワイヤ先端を溶融、凝固させてボールを形成する時の凝固時に作用して、結果的に圧着ボールの真円性を高める。   Elements other than beryllium that have the effect of adjusting the pressure bonding shape of the ball include titanium and vanadium. Titanium and vanadium act at the time of solidification when discharging from the torch electrode at the time of bonding, melting and solidifying the wire tip to form a ball, and as a result, increase the roundness of the press-bonded ball.

チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が、0.0005質量%以上0.005質量%以下であることが望ましく、0.0005質量%より小さければ、効果はなく、0.005質量%より大きければ、健全なファースト接合が困難になる。   It is desirable that the addition amount of one or both of titanium and vanadium is 0.0005% by mass or more and 0.005% by mass or less, and if it is less than 0.0005% by mass, there is no effect, and if it is greater than 0.005% by mass, a healthy first is obtained. Joining becomes difficult.

チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方を添加しても、ニッケルの添加量が0.005質量%、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる少なくとも1種以上の元素の含有量が0.02質量%を超えると、健全なファースト接合は困難になる。   Even if one or both of titanium and vanadium are added, the addition amount of nickel exceeds 0.005 mass%, and the content of at least one element selected from calcium and rare earth elements exceeds 0.02 mass% Sound first bonding becomes difficult.

ベリリウムの作用と、チタン及びバナジウムの作用とは、圧着ボールの形状を整える点で同じであるが、メカニズムが異なるため、両方を添加することで、より大きな効果を得ることができる。実際上、ベリリウムを0.0003質量%以上0.0008質量%以下、かつ、チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方を0.0005質量%以上0.005質量%以下の範囲で含有させることで、リーニング不良を抑制する元素であるニッケルの含有量を0.007質量%まで高めても、健全なファースト接合を形成することが可能になる。   The action of beryllium and the action of titanium and vanadium are the same in terms of adjusting the shape of the press-bonded ball. However, since the mechanism is different, a larger effect can be obtained by adding both. In practice, it is an element that suppresses leaning defects by containing beryllium in the range of 0.0003 mass% to 0.0008 mass% and one or both of titanium and vanadium in the range of 0.0005 mass% to 0.005 mass%. Even if the nickel content is increased to 0.007 mass%, it is possible to form a sound first joint.

プラセオジウムは、カルシウム及び希土類元素の中で、本発明の目的を達成するために最も優れた元素である。それは、強度に対して添加効率が高く、ボールの圧着形状に及ぼす影響が小さいためである。強度とボールの圧着形状が両立するプラセオジウムの組成範囲は、0.0016質量%以上0.02質量%以下であることが望ましい。0.02質量%までは、健全なボンディングが可能であるが、特に今後主流になると予想される35〜60μmパッドピッチのファインピッチ接続には、プラセオジウムの場合、0.0016質量%以上0.010質量%以下の範囲で含有させることによって、他の元素より低濃度で十分な強度が得られる。ニッケル、ベリリウム、チタン、又はバナジウムとの複合添加によって、リーニング特性、やボールの圧着形状に優れたボンディングワイヤを製造できる。   Praseodymium is the most excellent element for achieving the object of the present invention among calcium and rare earth elements. This is because the addition efficiency is high with respect to the strength and the influence on the pressure bonding shape of the ball is small. The composition range of praseodymium that satisfies both the strength and the pressure bonding shape of the ball is preferably 0.0016 mass% or more and 0.02 mass% or less. Sound bonding is possible up to 0.02% by mass, but in the case of fine pitch connection of 35-60μm pad pitch, which is expected to become the mainstream in the future, in the case of praseodymium, it is in the range of 0.0016% to 0.010% by mass. By containing, sufficient strength can be obtained at a lower concentration than other elements. By the combined addition with nickel, beryllium, titanium, or vanadium, a bonding wire having excellent leaning characteristics and a ball crimping shape can be manufactured.

さらに、インジウム、及びガリウムのうちいずれか一方又は両方を0.0005質量%以上0.005質量%以下の範囲で含有させることによって、圧着ボールとアルミニウム電極パッドとの間の接合強度を増大させることができる。したがって、上記の元素群との組合せによって、リーニング特性やボールの圧着形状、接合強度に優れたボンディングワイヤを製造できる。   Furthermore, by containing one or both of indium and gallium in the range of 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less, the bonding strength between the press-bonded ball and the aluminum electrode pad can be increased. Therefore, by combining with the above element group, it is possible to manufacture a bonding wire that is excellent in leaning characteristics, ball crimping shape, and bonding strength.

さらに、パラジウムを0.001質量%以上2質量%以下で含有させることによって、高温で保持した時の圧着ボールとアルミニウム電極パッドとの間で成長する金及びアルミニウムの不均一な成長を抑制して、圧着ボールと電極パッドとの剥離を抑制する。したがって、上記の元素群との組合せによって、リーニング特性やボール圧着形状、接合強度、高温信頼性に優れたボンディングワイヤを製造できる。   Furthermore, by containing palladium in an amount of 0.001% by mass to 2% by mass, the uneven growth of gold and aluminum that grows between the press-bonded ball and the aluminum electrode pad when held at a high temperature is suppressed, and the press-bonding is performed. Suppresses peeling between the ball and the electrode pad. Therefore, by combining with the above element group, a bonding wire excellent in leaning characteristics, ball crimping shape, bonding strength, and high temperature reliability can be manufactured.

上記の元素の組合せは、リーニング不良を引き起こし易くなる細線、特に直径25μm以下の金ボンディングワイヤに有効となる。   The combination of the above elements is effective for fine wires that tend to cause leaning defects, particularly gold bonding wires having a diameter of 25 μm or less.

上述した金属以外の添加元素は、フリーエアボール(free air ball)の酸化を促すなどの理由によって接合性の悪化を引き起こすことから含有させないことが望ましい。ただし、パラジウム以外の白金族元素、銀、銅等の酸化され難い金属は、含有されていても構わない。また、それ以外の金属でも、マグネシウム、ゲルマニウム、鉄は、0.005質量%以下であれば、接合性に悪い影響を与えないため、不可避金属としては含有されていても構わない。特にマグネシウムは、0.001質量%以上0.005質量%以下で含有させることによって、圧着ボール接合強度をより向上させる作用を有する。0.001質量%未満では、圧着ボール接合強度が向上しない場合がある。0.005質量%を超えると、良好な接合性に悪影響を与える場合がある。   It is desirable not to add any additive element other than the above-mentioned metal because it causes deterioration of the bonding property for the reason of promoting the oxidation of the free air ball. However, metals that are not easily oxidized such as platinum group elements other than palladium, silver, and copper may be contained. In addition, even in other metals, magnesium, germanium, and iron may be included as unavoidable metals because they do not adversely affect the bondability as long as they are 0.005% by mass or less. In particular, magnesium is contained in an amount of 0.001% by mass or more and 0.005% by mass or less, and thereby has an effect of further improving the pressure-bonding ball bonding strength. If it is less than 0.001% by mass, the bonded ball bonding strength may not be improved. If it exceeds 0.005% by mass, good bonding properties may be adversely affected.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、これは本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this shows a suitable example of this invention, and this invention is not limited at all by the Example.

(実施例1)
カルシウム、ランタン、セリウム、ベリリウム及びニッケルのうちから任意に選択した元素を含有した複数種類の金線を製造し、リーニング不良と圧着ボール形状とをそれぞれ評価した。
(Example 1)
A plurality of types of gold wires containing an element arbitrarily selected from calcium, lanthanum, cerium, beryllium, and nickel were manufactured, and leaning defects and crimped ball shapes were evaluated.

純度99.9998質量%以上の原料金に、カルシウム、ベリリウム及びニッケル等を添加して、直径5mm長さ100mmのインゴットを鋳造した。鋳造後、インゴットを溝型圧延機で約2mm角に圧延し、ダイヤモンドダイスを用いた引抜加工により、直径1.0mmまで単頭伸線を行って、その後、連続伸線機を使用して、巻取速さ20m/minで、潤滑液中にてダイヤモンドダイスで引抜加工を行い、25μmまで伸線を行った。連続引抜工程におけるダイス1パス当たりの各回減面率は約10%である。その後、管状炉を用いて、アルゴン中で連続的に熱処理(調質熱処理)を行い、温度を調整し、破断伸び4%のボンディングワイヤを作製した。   An ingot having a diameter of 5 mm and a length of 100 mm was cast by adding calcium, beryllium, nickel and the like to the raw material having a purity of 99.9998% by mass or more. After casting, the ingot is rolled to about 2 mm square with a grooved rolling mill, and single-head wire drawing is performed to a diameter of 1.0 mm by drawing using a diamond die, and then winding is performed using a continuous wire drawing machine. Drawing was performed with a diamond die in a lubricating liquid at a drawing speed of 20 m / min, and the wire was drawn to 25 μm. Each area reduction per die pass in the continuous drawing process is about 10%. Thereafter, using a tubular furnace, heat treatment (tempering heat treatment) was continuously performed in argon, the temperature was adjusted, and a bonding wire having a breaking elongation of 4% was produced.

ボンディング試験は、パッドピッチ間隔が70μm、パッド材質がAlのチップを用いて実施した。ボンディングは、K&S社製8028ppsを使用した。ファースト接合の圧着径を65μmに設定し、パッドからのループ高さ450μm、ループ長を3.0mmとした。ボンディングは大気中で行い、チップ表面温度は180℃とした。   The bonding test was performed using a chip having a pad pitch interval of 70 μm and a pad material of Al. Bonding used 8028pps made by K & S. The crimping diameter of the first joint was set to 65 μm, the loop height from the pad was 450 μm, and the loop length was 3.0 mm. Bonding was performed in the atmosphere, and the chip surface temperature was 180 ° C.

ボンディング特性の評価は、リーニング不良と圧着ボールの不良確率とを測定した。   The bonding characteristics were evaluated by measuring the leaning defect and the defect probability of the press-bonded ball.

リーニング不良の基準として、ボンディング後のループを真上から観察して、ボンディングワイヤ間の間隔が30μm以下のボンディングワイヤをリーニング不良として、当該リーニング不良の発生確率を調べた。観察したループ数は1000本である。   As a reference for the leaning failure, the bonding loop was observed from directly above, and a bonding wire having an interval between bonding wires of 30 μm or less was regarded as a leaning failure, and the occurrence probability of the leaning failure was examined. The number of observed loops is 1000.

圧着ボールの形状不良の基準として、ファースト接合部の超音波印加方向とその直角方向との圧着径を測定し、超音波印加直角方向の圧着径を超音波印加方向の圧着径で割った値が1.1を超えるものと、ボンディング時のファースト接合方向から見た時の圧着外周が凹形状になったものとを圧着ボール不良(すなわち圧着形状不良)として、観察数で割った値を圧着形状不良率とした。圧着ボールの観察数は200個である。   As a reference for the shape defect of the crimp ball, the crimp diameter of the first joint at the ultrasonic application direction and its perpendicular direction is measured, and the value obtained by dividing the crimp diameter of the ultrasonic application perpendicular direction by the crimp diameter of the ultrasonic application direction is Crimp shape failure rate is obtained by dividing the number exceeding 1.1 and the one with the concave outer periphery of the crimp when viewed from the first joining direction during bonding, as a result of dividing the number of observations by the number of observations. It was. The number of crimped balls observed is 200.

単頭伸線後にサンプリングを行い、成分分析を行った結果と、機械特性及びボンディング特性の測定結果とを表1に示す。   Table 1 shows the results of sampling and component analysis after single head drawing, and the measurement results of mechanical characteristics and bonding characteristics.

Figure 2008218994
Figure 2008218994

カルシウム、プラセオジウム及びセリウムの含有量が0.0009質量%以下の場合(試料1〜3)には、ニッケルの添加の有無に関わらず、25μmのワイヤでも0.5%以上のリーニング不良が発生した。またリーニング不良の程度も大きいことが分かった。これは、ボンディングワイヤのワイヤ強度及びヤング率そのものが小さいためである。カルシウム、プラセオジウム及びセリウムの中で、強度に対する寄与は、プラセオジウム、カルシウム、セリウムの順に大きかった。これらの元素は、加工強化作用を大きくする元素であり、主として母線強度を増大させ、また、伸線方向の<111>配向性を高め、ヤング率を増大させる。次に電子背面反射回折(EBSD(Electron Backscatter Diffraction))法で、表1の金線の断面組織の結晶方位解析を実施した。この場合、カルシウムだけの含有量又は、当該カルシウムとプラセオジウム若しくはセリウムとの含有量が0.0009質量%以上で、かつヤング率が85.0GPa以上の試料5〜13では、ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有している結晶粒の割合が全体に対して、断面面積比で50%以上を占めることが分かった。   When the content of calcium, praseodymium and cerium was 0.0009% by mass or less (Samples 1 to 3), a leaning failure of 0.5% or more occurred even with a 25 μm wire regardless of whether or not nickel was added. It was also found that the degree of leaning failure was large. This is because the wire strength and Young's modulus itself of the bonding wire are small. Among calcium, praseodymium and cerium, the contribution to strength was greater in the order of praseodymium, calcium and cerium. These elements are elements that increase the work strengthening effect, and mainly increase the bus bar strength, increase the <111> orientation in the wire drawing direction, and increase the Young's modulus. Next, the crystal orientation analysis of the cross-sectional structure of the gold wire shown in Table 1 was performed by an electron backscatter diffraction (EBSD) method. In this case, in the samples 5 to 13 in which the content of calcium alone or the content of the calcium and praseodymium or cerium is 0.0009% by mass or more and the Young's modulus is 85.0 GPa or more, the length direction of the bonding wire (drawing) The ratio of crystal grains in which one of the (111) plane normals of the crystal grains has an angle of 15 ° or less is 50% or more in terms of the sectional area with respect to the whole. I understood.

カルシウムだけの含有量又は、当該カルシウムとプラセオジウム若しくはセリウムとの含有量が0.0009質量%以上含有されたボンディングワイヤでは、ニッケルを0.0007質量%以上添加することによってリーニング不良が0.5%〜0.1%に著しく改善した(試料4、6〜13)。そして、ニッケルを多く添加すると、リーニング不良が更に改善した。また、ワイヤ強度も増加した。これは、ニッケル添加により、固溶強化機構が働き、ワイヤ強度及びネック強度が高まったためである。一方、ニッケルを添加したものは、ボールの圧着形状不良が増加した(例えば、試料5及び6参照)。   For bonding wires that contain only calcium or 0.0009 mass% or more of calcium and praseodymium or cerium, the leaning defects are remarkably improved to 0.5% to 0.1% by adding 0.0007 mass% or more of nickel. (Samples 4, 6-13). Further, when a large amount of nickel was added, the leaning defect was further improved. Wire strength also increased. This is because the solid solution strengthening mechanism worked by adding nickel, and the wire strength and neck strength increased. On the other hand, the addition of nickel resulted in an increase in the poor pressure bonding shape of the balls (see, for example, Samples 5 and 6).

ニッケルを添加したボンディングワイヤにおけるボールの圧着形状の改善には、0.0003質量%以上のベリリウムの添加が有効であった(試料6〜8参照)。しかしながら0.0008質量%を超えてベリリウムを含有させたボンディングワイヤ(試料12及び13)では、僅かにボールの圧着形状が悪化した。   Addition of 0.0003% by mass or more of beryllium was effective in improving the pressure bonding shape of the ball in the bonding wire added with nickel (see Samples 6 to 8). However, in the bonding wires (samples 12 and 13) containing beryllium in excess of 0.0008 mass%, the pressure bonding shape of the ball was slightly deteriorated.

リーニング不良及びボールの圧着形状不良の良否をそれぞれの不良確率、0.5%と3%とで判断した時、表1より、カルシウムだけの含有量又は、当該カルシウムとプラセオジウム若しくはセリウムとの含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下、かつ、ベリリウムの含有量が0.0003質量%以上0.008質量%以下、かつ、ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.005質量%未満の複合添加が必要となることが確認できた(試料8〜11)。言い換えると、カルシウム又は当該カルシウムと希土類元素とを0.0009質量%超含有させることによって、ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が全体に対して、断面面積比で50%以上を占めるように<111>配向させ、かつ、0.0007質量%以上0.005質量%未満のニッケルを含有させることによって、リーニング不良の小さなボンディングワイヤとすることができた。   When judging whether or not the defect of the leaning and the pressure bonding shape of the ball is defective with the respective probability of failure, 0.5% and 3%, from Table 1, the content of calcium alone or the content of calcium and praseodymium or cerium is 0.0009. It can be confirmed that it is necessary to add more than 0.02 mass%, more than 0.002 mass%, beryllium content is 0.0003 mass% or more and 0.008 mass% or less, and nickel content is 0.0007 mass% or more and less than 0.005 mass%. (Samples 8 to 11). In other words, by including more than 0.0009 mass% of calcium or the calcium and the rare earth element, one of the (111) plane normals of the crystal grains with respect to the length direction (drawing direction) of the bonding wire is 15 By making the ratio of crystal grains having an angle of less than or equal to <111> so that the ratio of the crystal grains occupies 50% or more in terms of the cross-sectional area ratio, and by containing nickel of 0.0007% by mass or more and less than 0.005% by mass It was possible to make a bonding wire with a small leaning defect.

(実施例2)
カルシウム、ランタン、ベリリウム、ニッケル、チタン及びバナジウムのうちから任意に選択した元素を含有した複数種類の金線を製造し、リーニング不良と圧着ボール形状とをそれぞれ評価した。
(Example 2)
A plurality of types of gold wires containing an element arbitrarily selected from calcium, lanthanum, beryllium, nickel, titanium, and vanadium were produced, and the leaning defect and the press-bonded ball shape were evaluated.

純度99.9998質量%以上の原料金に、カルシウム、ランタン、ベリリウム、ニッケル、チタン及びバナジウム等を添加して、直径5mm長さ100mmのインゴットを鋳造した。鋳造後、インゴットを溝型圧延機で約2mm角に圧延し、ダイヤモンドダイスを用いた引抜加工により、直径1.0mmまで単頭伸線を行って、その後、連続伸線機を使用して、巻取速さ20m/minで、潤滑液中にてダイヤモンドダイスで引抜加工を行い、23μmまで伸線を行った。連続引抜工程におけるダイス1パス当たりの各回減面率は約10%である。その後、管状炉を用いて、アルゴン中で連続的に熱処理(調質熱処理)を行い、温度を調整し、破断伸び4%のボンディングワイヤを作製した。金線径が2μm小さくなったことで、リーニング不良は発生し易くなるため、カルシウムと希土類元素との含有量は、実施例1に比較して増量した。また、ベリリウムの添加量は0.0008質量%に固定した。   An ingot having a diameter of 5 mm and a length of 100 mm was cast by adding calcium, lanthanum, beryllium, nickel, titanium, vanadium, etc. to the raw material having a purity of 99.9998% by mass or more. After casting, the ingot is rolled to about 2 mm square with a grooved rolling mill, and single-head wire drawing is performed to a diameter of 1.0 mm by drawing using a diamond die, and then winding is performed using a continuous wire drawing machine. Drawing was performed with a diamond die in a lubricating liquid at a drawing speed of 20 m / min, and the wire was drawn to 23 μm. Each area reduction per die pass in the continuous drawing process is about 10%. Thereafter, using a tubular furnace, heat treatment (tempering heat treatment) was continuously performed in argon, the temperature was adjusted, and a bonding wire having a breaking elongation of 4% was produced. Leaning defects are likely to occur when the gold wire diameter is reduced by 2 μm. Therefore, the contents of calcium and rare earth elements were increased as compared with Example 1. The addition amount of beryllium was fixed at 0.0008% by mass.

作製した金線に対して、EBSD法を用いて、金線の断面組織の結晶方位解析を実施したところ、全てのボンディングワイヤで、当該ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が全体に対して、断面面積比で50%以上を占めることが分かった。   When the crystal orientation analysis of the cross-sectional structure of the gold wire was performed using the EBSD method on the produced gold wire, with respect to the length direction (drawing direction) of the bonding wire, One of the (111) plane normals of the crystal grains was found to account for 50% or more of the cross-sectional area ratio of the crystal grains having an angle of 15 ° or less.

ボンディング試験は、パッドピッチ間隔が70μm、パッド材質がAl-Cuのチップを用いて実施した。ボンディングは、K&S社製8028ppsを使用した。ファースト接合の圧着径を44μmに設定し、パッドからのループ高さ450μm、ループ長は3.0mmとした。ボンディングは大気中で行い、チップ表面温度は180℃とした。   The bonding test was performed using a chip having a pad pitch interval of 70 μm and a pad material of Al—Cu. Bonding used 8028pps made by K & S. The crimping diameter of the first joint was set to 44 μm, the loop height from the pad was 450 μm, and the loop length was 3.0 mm. Bonding was performed in the atmosphere, and the chip surface temperature was 180 ° C.

ボンディング特性の評価は、リーニング不良と圧着形状不良との発生確率を測定した。   The evaluation of bonding characteristics was performed by measuring the probability of occurrence of a leaning defect and a crimped shape defect.

リーニング不良の基準として、ボンディング後のループを真上から観察して、ボンディングワイヤ間の間隔が30μm以下のボンディングワイヤをリーニング不良として、発生確率を調べた。観察したループ数は1000本である。   As a criterion for the leaning failure, the bonding post-bonding loop was observed from directly above, and a bonding wire having a bonding wire spacing of 30 μm or less was regarded as a leaning failure, and the occurrence probability was examined. The number of observed loops is 1000.

圧着形状不良の基準として、ファースト接合部の超音波印加方向とその直角方向との圧着径を測定し、超音波印加直角方向の圧着径を超音波印加方向の圧着径で割った値が1.1を超えるものと、ボンディング時のファースト接合方向から見た時の圧着外周が凹形状になったものとを圧着形状不良として、観察数で割った値を圧着形状不良率とした。圧着ボールの観察数は200個である。   As a criterion for crimping shape failure, measure the crimping diameter of the first joint at the ultrasonic application direction and its perpendicular direction, and the value obtained by dividing the crimping diameter of the ultrasonic application perpendicular direction by the crimping diameter of the ultrasonic application direction is 1.1. Exceeding and those with a concave outer periphery when viewed from the first bonding direction at the time of bonding were regarded as defective crimping shapes, and the value divided by the number of observations was defined as the defective crimping rate. The number of crimped balls observed is 200.

単頭伸線後にサンプリングを行い、成分分析を行った結果と、機械特性及びボンディング特性の測定結果とを表2に示す。   Table 2 shows the results of sampling and component analysis after single head drawing, and the measurement results of mechanical characteristics and bonding characteristics.

Figure 2008218994
Figure 2008218994

カルシウムとランタンとをそれぞれ0.0015質量%、0.0005質量%含有するボンディングワイヤ(試料14)でも、本実施例のボンディング条件では、3.5%のリーニング不良が発生した。これにニッケルを含有させた場合、リーニング不良が大きく改善されたが、当該ニッケルの含有量が0.0052質量%としたボンディングワイヤでは、圧着形状不良率が5%となった(試料16)。   Even in the bonding wire (Sample 14) containing 0.0015 mass% and 0.0005 mass% of calcium and lanthanum, respectively, 3.5% leaning failure occurred under the bonding conditions of this example. When nickel was added to this, the defect in leaning was greatly improved, but the bonding wire defect rate was 5% in the bonding wire in which the nickel content was 0.0052 mass% (sample 16).

ベリリウム、チタン及びバナジウムを全く添加しない場合でも、ニッケルを0.002質量%添加することによって、リーニング不良を抑制するボンディングワイヤの製造は可能であったが、ボールの圧着形状が悪く、本発明の目的とする複雑な配線、狭ピッチ配線用半導体実装用金線として十分でないことが確認できた。   Even when no beryllium, titanium, or vanadium was added, it was possible to produce a bonding wire that suppressed leaning defects by adding 0.002% by mass of nickel. It was confirmed that this was not sufficient as a complicated wiring to be used and a gold wire for semiconductor mounting for narrow pitch wiring.

ベリリウムを添加しなくても、チタンとバナジウムとの含有量を0.0005質量%以上添加することによって、リーニング特性を維持したまま、ボールの圧着形状の改善が可能になることが確認できた(試料18)。リーニング不良率はチタン及びバナジウムの含有量が増すことによって改善した。   Even without adding beryllium, it was confirmed that by adding 0.0005 mass% or more of titanium and vanadium, the shape of the ball can be improved while maintaining the leaning characteristics (Sample 18) ). The leaning defect rate was improved by increasing the contents of titanium and vanadium.

また、チタン又はバナジウムを単独で0.005質量%、ベリリウムを0.00078〜0.00079質量%含有させた場合(試料20及び21)には、ニッケル含有量を、0.0052質量%添加した場合でも、圧着形状不良率が改善し、3%以下になった。チタン及びバナジウムの添加は、ボールの圧着形状以外に、リーニング不良に対しても効果が認められた。チタンとバナジウムとは、単独で含有させても、両方含有させても効果が認められた。   In addition, when 0.005% by mass of titanium or vanadium and 0.00078 to 0.00079% by mass of beryllium are included (samples 20 and 21), even when 0.0052% by mass of nickel is added, the defective shape of the crimping shape is low. Improved to 3% or less. The addition of titanium and vanadium was confirmed to have an effect on the leaning failure in addition to the pressure-bonded shape of the ball. Even if titanium and vanadium were contained alone or both, the effect was recognized.

ベリリウムと、チタン及び又はバナジウムとの複合添加によって、ニッケルを0.007質量%まで添加しても、圧着ボール形状の悪化を抑制することができた(試料23〜25)。   The composite addition of beryllium and titanium and / or vanadium could suppress the deterioration of the pressure-bonded ball shape even when nickel was added up to 0.007% by mass (samples 23 to 25).

リーニング不良、及びボールの圧着形状不良の良否をそれぞれの不良確率で0.5%と3%で判断した時、ベリリウムを0.0003質量%以上0.0008質量%以下含有し、かつチタン及びバナジウムのうち一方又は両方を0.0005質量%以上0.005質量%以下添加することによって、リーニング不良を抑制するニッケルの含有量を0.007質量%まで増加することが可能になった。   When the defectiveness of the leaning and the defective shape of the pressure bonding of the ball are judged as 0.5% and 3%, respectively, the beryllium content is 0.0003 mass% or more and 0.0008 mass% or less, and one or both of titanium and vanadium are contained. By adding 0.0005% by mass or more and 0.005% by mass or less, it became possible to increase the content of nickel that suppresses leaning failure to 0.007% by mass.

(実施例3)
プラセオジウム、カルシウム、ランタン、ベリリウム、ニッケル、チタン及びバナジウムのうちから任意に選択した元素を含有した複数種類の金線を製造し、リーニング不良と圧着ボール形状とをそれぞれ評価した。
(Example 3)
A plurality of types of gold wires containing an element arbitrarily selected from praseodymium, calcium, lanthanum, beryllium, nickel, titanium, and vanadium were manufactured, and the leaning defect and the pressure-bonded ball shape were evaluated.

純度99.9998質量%以上の原料金にプラセオジウム、カルシウム、ランタン、ベリリウム、ニッケル、チタン及びバナジウム等を添加して、直径5mm、長さ100mmのインゴットを鋳造した。鋳造後、インゴットを溝型圧延機で約2mm角に圧延し、ダイヤモンドダイスを用いた引抜加工により、直径1.0mmまで単頭伸線を行って、その後、連続伸線機を使用して、巻取速さ20m/minで、潤滑液中にてダイヤモンドダイスで引抜加工を行い、22.7μmまで伸線を行った。連続引抜工程におけるダイス1パス当たりの各回減面率は約10%である。その後、管状炉を用いて、アルゴン中で連続的に熱処理(調質熱処理)を行い、温度を調整し、破断伸び4.5%のボンディングワイヤを作製した。最終調質工程の温度を上げ、設定伸びを4.5%とすることで、強度及びヤング率は低下し、この点でリーニング不良には不利であるが、カールは除去し易くなるため、カールをきっかけとするリーニング不良の発生は抑制することが可能になった。   Praseodymium, calcium, lanthanum, beryllium, nickel, titanium and vanadium were added to the raw material with a purity of 99.9998% by mass or more to cast an ingot having a diameter of 5 mm and a length of 100 mm. After casting, the ingot is rolled to about 2 mm square with a grooved rolling mill, and single-head wire drawing is performed to a diameter of 1.0 mm by drawing using a diamond die, and then winding is performed using a continuous wire drawing machine. Drawing was performed with a diamond die in a lubricating liquid at a drawing speed of 20 m / min, and the wire was drawn to 22.7 μm. Each area reduction per die pass in the continuous drawing process is about 10%. Thereafter, using a tubular furnace, heat treatment (tempering heat treatment) was continuously performed in argon, the temperature was adjusted, and a bonding wire having a breaking elongation of 4.5% was produced. By raising the temperature of the final tempering process and setting the set elongation to 4.5%, the strength and Young's modulus decrease, which is disadvantageous for leaning defects, but curl is easy to remove, so it was triggered It has become possible to suppress the occurrence of leaning defects.

作製した金線に対して、EBSD法を用いて、金線の断面組織の結晶方位解析を実施したところ、全てのボンディングワイヤで、当該ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が全体に対して、断面面積比で50%以上を占めることが分かった。   When the crystal orientation analysis of the cross-sectional structure of the gold wire was performed using the EBSD method on the produced gold wire, with respect to the length direction (drawing direction) of the bonding wire, One of the (111) plane normals of the crystal grains was found to account for 50% or more of the cross-sectional area ratio of the crystal grains having an angle of 15 ° or less.

ボンディング試験は、パッドピッチ間隔が70μm、パッド材質がAl-Cu-Siのチップを用いて実施した。ボンディングは、K&S社製8028ppsを使用した。ファースト接合の圧着径を40μmに設定し、パッドからのループ高さ500μm、ループ長は3.0mmとした。ボンディングは大気中で行い、チップ表面温度は160℃とした。   The bonding test was performed using a chip having a pad pitch interval of 70 μm and a pad material of Al—Cu—Si. Bonding used 8028pps made by K & S. The crimping diameter of the first joint was set to 40 μm, the loop height from the pad was 500 μm, and the loop length was 3.0 mm. Bonding was performed in the atmosphere, and the chip surface temperature was 160 ° C.

ループ高さが高くなったこと、線径が小さくなったことで、リーニング不良は発生し易くなるため、カルシウムと希土類元素との含有量は実施例1及び2に比較して増量した。   Leaning defects are likely to occur because the loop height is increased and the wire diameter is decreased. Therefore, the contents of calcium and rare earth elements were increased as compared with Examples 1 and 2.

ボンディング特性の評価は、リーニング不良と圧着形状不良の発生確率を評価した。   The evaluation of the bonding characteristics was performed by evaluating the probability of occurrence of a leaning defect and a crimped shape defect.

リーニング不良の基準として、ボンディング後のループを真上から観察して、ボンディングワイヤ間の間隔が30μm以下のボンディングワイヤをリーニング不良として、発生確率を調べた。観察したループ数は1000本である。   As a criterion for the leaning failure, the bonding post-bonding loop was observed from directly above, and a bonding wire having a bonding wire spacing of 30 μm or less was regarded as a leaning failure, and the occurrence probability was examined. The number of observed loops is 1000.

圧着形状不良の基準として、ファースト接合部の超音波印加方向とその直角方向との圧着径を測定し、超音波印加直角方向の圧着径を超音波印加方向の圧着径で割った値が1.1を超えるものと、ボンディング時のファースト接合方向から見た時の圧着外周が凹形状になったものとをボール不良として、観察数で割った値をボール不良率とした。圧着ボールの観察数は200個である。   As a criterion for crimping shape failure, measure the crimping diameter of the first joint at the ultrasonic application direction and its perpendicular direction, and the value obtained by dividing the crimping diameter of the ultrasonic application perpendicular direction by the crimping diameter of the ultrasonic application direction is 1.1. The ball defect rate was determined by dividing the number exceeding the above and the one having a concave shape on the outer periphery of the crimp when viewed from the first bonding direction during bonding, and dividing the value by the number of observations. The number of crimped balls observed is 200.

単頭伸線後にサンプリングを行い、成分分析を行った結果と機械特性及びボンディング特性の測定結果とを表3に示す。   Table 3 shows the results of sampling and component analysis after single-head drawing and the measurement results of mechanical characteristics and bonding characteristics.

Figure 2008218994
Figure 2008218994

カルシウムを0.0015質量%、プラセオジウムを0.004質量%含有したボンディングワイヤ(試料33〜35)では、強度及びヤング率がほぼ同等であったが、ニッケルを0.002質量%含有したボンディングワイヤ(試料34及び35)のリーニング特性は、ニッケルを含有していないボンディングワイヤ(試料33)に比較して、リーニング特性が明らかに優れていた。更に、ベリリウムを0.0006質量%、チタンを0.003質量%含有させたボンディングワイヤは、ボールの圧着形状が良好であった。   Bonding wires containing 0.0015 mass% calcium and 0.004 mass% praseodymium (samples 33 to 35) had almost the same strength and Young's modulus, but bonding wires containing 0.002 mass% nickel (samples 34 and 35) As compared with the bonding wire containing no nickel (Sample 33), the leaning characteristics were clearly superior. Further, the bonding wire containing 0.0006% by mass of beryllium and 0.003% by mass of titanium had a good pressure bonding shape of the ball.

カルシウムを0.0015質量%、ベリリウムを約0.0006質量%又は0.00061質量%、チタンを0.003質量%含有し、プラセオジウム又はランタンのいずれか一方を0.004質量%含有したボンディングワイヤ(試料35及び36)を比較すると、プラセオジウムを添加したボンディングワイヤ(試料35)の方が、リーニング特性が優れていた。これは、プラセオジウムを添加した方のボンディングワイヤの強度及びヤング率が高いためである。   When comparing bonding wires (samples 35 and 36) containing 0.0015% by weight calcium, about 0.0006% by weight or 0.00061% by weight beryllium, 0.003% by weight titanium, and 0.004% by weight of either praseodymium or lanthanum, The bonding wire to which praseodymium was added (Sample 35) had superior leaning characteristics. This is because the bonding wire to which praseodymium is added has high strength and Young's modulus.

このボンディングワイヤ(試料35)と同等の強度とヤング率とを得ようとした場合、カルシウム単独では0.007質量%の含有が必要であった(試料37)。これらのリーニング不良率を比較すると、プラセオジウムを含有したボンディングワイヤ(試料35)の方が優れていた。カルシウムとプラセオジウムとを比較した場合、プラセオジウムは質量数が大きいため、同じ強度を得るための原子濃度は小さい。このため、ネック部の軟化領域長さ(HAZ長さ)は、同じ強度でカルシウムを主体とするボンディングワイヤに比較して長くなる。ループの横方向に倒す力が働いた場合、HAZ長さが長い方が、応力集中が小さくなるため、同じ母線強度のボンディングワイヤの比較では、プラセオジウムを主体とするボンディングワイヤの方が優れていることが分かる。   When trying to obtain the same strength and Young's modulus as this bonding wire (sample 35), calcium alone needs to contain 0.007% by mass (sample 37). Comparing these leaning failure rates, the bonding wire (sample 35) containing praseodymium was superior. When calcium and praseodymium are compared, since praseodymium has a large mass number, the atomic concentration for obtaining the same strength is small. For this reason, the softened region length (HAZ length) of the neck portion is longer than that of a bonding wire mainly composed of calcium with the same strength. When the force to tilt the loop is applied, the longer the HAZ length, the smaller the stress concentration. Therefore, in the comparison of bonding wires with the same bus bar strength, bonding wires mainly composed of praseodymium are superior. I understand that.

プラセオジウムとカルシウムとの比を変えながら、同じ機械特性を有するボンディングワイヤを作製する場合、プラセオジウムの割合が大きいほど、小さな含有量で、強度及びヤング率を有するボンディングワイヤを作製することができる。特に0.0016質量%〜0.0079質量%のプラセオジウムを添加したボンディングワイヤ(試料39〜41)のリーニング特性が良好であり、これは軟化領域長さが長いためである。したがって、プラセオジウムを0.0016質量%〜0.0079質量%含有する金線は、特に高いループを張る必要のあるデバイスに有用である。プラセオジウムの含有量は、0.02質量%まで増やすことが可能であったが、0.0081質量%を超えると若干ボールの圧着形状の真円性が悪くなり、カルシウムや他の希土類元素と同様、0.02質量%を超えると、フリーエアボールの酸化が激しくなり、健全なファースト接合が得られなくなった。   When producing a bonding wire having the same mechanical properties while changing the ratio of praseodymium and calcium, a bonding wire having strength and Young's modulus can be produced with a smaller content as the proportion of praseodymium is larger. In particular, the bonding characteristics (samples 39 to 41) to which 0.0016% by mass to 0.0079% by mass of praseodymium is added have good leaning characteristics because the softened region has a long length. Therefore, a gold wire containing 0.0016 mass% to 0.0079 mass% praseodymium is useful for a device that needs to have a particularly high loop. The praseodymium content could be increased to 0.02% by mass, but when it exceeded 0.0081% by mass, the roundness of the ball's crimped shape slightly worsened, as with calcium and other rare earth elements, 0.02% by mass Exceeding this point caused the free air ball to oxidize violently, making it impossible to obtain a sound first bond.

したがって、本発明において、強度及びヤング率を増すために用いられるカルシウムと希土類元素との中で、リーニング不良を抑制するための元素としては、プラセオジウムが最も望ましい元素であり、最適な組成範囲は、0.0016質量%〜0.0079質量%の範囲であることが分かった。   Accordingly, in the present invention, among the calcium and rare earth elements used to increase the strength and Young's modulus, praseodymium is the most desirable element as an element for suppressing poor leaning, and the optimum composition range is It was found to be in the range of 0.0016 mass% to 0.0079 mass%.

(実施例4)
次に、インジウム、ガリウム及びパラジウムの添加効果について調べた。
Example 4
Next, the effect of adding indium, gallium and palladium was examined.

上記以外の添加元素として、カルシウム、プラセオジウム、ネオジウム、ニッケル、ベリリウム、バナジウム及びチタンのうちから任意に選択した元素を含有した複数種類の金線を製造し、リーニング不良、ボール形状、圧着ボールシェア強度及び高温信頼性をそれぞれ評価した。   As additive elements other than the above, various types of gold wires containing any element selected from calcium, praseodymium, neodymium, nickel, beryllium, vanadium and titanium are manufactured, resulting in poor leaning, ball shape, and crimped ball shear strength. And high temperature reliability were evaluated respectively.

純度99.9998質量%以上の原料金に上記添加元素の母合金を添加して、直径5mm、長さ100mmのインゴットを鋳造した。鋳造後、インゴットを溝型圧延機で約2mm角に圧延し、ダイヤモンドダイスを用いた引抜加工により、直径1.0mmまで単頭伸線を行って、その後、連続伸線機を使用して、巻取速さ20m/minで、潤滑液中にてダイヤモンドダイスで引抜加工を行い、22.7μmまで伸線を行った。連続引抜工程におけるダイス1パス当たりの各回減面率は約10%である。その後、管状炉を用いて、アルゴン中で連続的に熱処理(調質熱処理)を行い、温度を調整し、破断伸び4%のボンディングワイヤを作製した。   An ingot having a diameter of 5 mm and a length of 100 mm was cast by adding the mother alloy of the above additive elements to a raw material having a purity of 99.9998% by mass or more. After casting, the ingot is rolled to about 2 mm square with a grooved rolling mill, and single-head wire drawing is performed to a diameter of 1.0 mm by drawing using a diamond die, and then winding is performed using a continuous wire drawing machine. Drawing was performed with a diamond die in a lubricating liquid at a drawing speed of 20 m / min, and the wire was drawn to 22.7 μm. Each area reduction per die pass in the continuous drawing process is about 10%. Thereafter, using a tubular furnace, heat treatment (tempering heat treatment) was continuously performed in argon, the temperature was adjusted, and a bonding wire having a breaking elongation of 4% was produced.

ボンディング試験は、(株)新川製UTC-400を用いた。高さ150μmシリコンチップから42アロイのリードフレームまで、上記のボンディングワイヤで接続した。シリコンチップ側のAl電極上にファースト接合、42アロイ側の銀めっき電極上にウェッジ接合(セカンド接合)を行った。圧着ボール径の平均値は45μmとなるように調整した。ワイヤスパンは、5mmで、パッドからのループ高さは400μmである。ボンディングは大気中で実施し、接合温度は150℃とした。   For the bonding test, Shinkawa Co., Ltd. UTC-400 was used. The above bonding wires were used to connect a 150 μm high silicon chip to a 42 alloy lead frame. First bonding was performed on the Al electrode on the silicon chip side, and wedge bonding (second bonding) was performed on the silver alloy electrode on the 42 alloy side. The average value of the pressure-bonded ball diameter was adjusted to 45 μm. The wire span is 5 mm and the loop height from the pad is 400 μm. Bonding was performed in the atmosphere, and the bonding temperature was 150 ° C.

カルシウム、及び希土類元素の量は、実施例1〜3の結果から、良好と予想される量を添加した。作製した金線に対して、EBSD法を用いて、金線の断面組織の結晶方位解析を実施したところ、全てのボンディングワイヤで、ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が全体に対して、断面面積比で50%以上を占めることが分かった。   The amounts of calcium and rare earth elements were added as expected from the results of Examples 1 to 3. When the crystal orientation analysis of the cross-sectional structure of the gold wire was performed using the EBSD method on the prepared gold wire, the crystal was observed in all the bonding wires in the length direction (drawing direction) of the bonding wires. It was found that the ratio of crystal grains having one of the (111) plane normals of the grains having an angle of 15 ° or less occupies 50% or more in terms of the cross-sectional area ratio.

ボンディング特性の評価は、リーニング不良、圧着形状不良確率及び圧着ボールシェア強度を測定し、また、一部のボンディングワイヤについては、高温加速試験を行なった。   The bonding characteristics were evaluated by measuring the leaning defect, the bonding shape defect probability, and the bonding ball shear strength, and some bonding wires were subjected to a high-temperature acceleration test.

リーニング不良の基準として、ボンディング後のループを真上から観察して、ボンディングワイヤ間の間隔が30μm以下のボンディングワイヤをリーニング不良として、その発生確率を調べた。観察したループ数は1000本である。   As a reference for the leaning failure, the bonding loop was observed from directly above, and a bonding wire having an interval between bonding wires of 30 μm or less was regarded as a leaning failure, and the probability of occurrence was examined. The number of observed loops is 1000.

圧着形状不良の基準として、ファースト接合部の超音波印加方向とその直角方向との圧着径を測定し、超音波印加直角方向の圧着径を超音波印加方向の圧着径で割った値が1.1を超えるものと、ボンディング時のファースト接合方向から見た時の圧着外周が凹形状になったものとをボール不良として、観察数で割った値を圧着形状不良率とした。圧着ボールの観察数は200個である。   As a criterion for crimping shape failure, measure the crimping diameter of the first joint at the ultrasonic application direction and its perpendicular direction, and the value obtained by dividing the crimping diameter of the ultrasonic application perpendicular direction by the crimping diameter of the ultrasonic application direction is 1.1. The value obtained by dividing by the number of observations was determined as the defective shape of the crimping shape. The number of crimped balls observed is 200.

圧着ボールシェア強度は、パッド上1μmの高さでパッドと平行にツールを移動させてボールを剥離させることで測定した。圧着ボールシェア強度の測定数は50個でその平均値を算出した。   The pressure-bonded ball shear strength was measured by peeling the ball by moving the tool parallel to the pad at a height of 1 μm above the pad. The number of measurements of the pressure-bonded ball shear strength was 50, and the average value was calculated.

高温加速試験は、ボンディングしたチップを樹脂封止して、150℃に加熱した電気炉中に3000時間保持し、樹脂部を開封して、圧着ボールシェア強度を測定した。加熱前の圧着ボールシェア強度に対して、加熱、保持後の圧着ボールシェア強度の比を算出した。   In the high temperature accelerated test, the bonded chip was resin-sealed, held in an electric furnace heated to 150 ° C. for 3000 hours, the resin part was opened, and the pressure-bonded ball shear strength was measured. The ratio of the crimp ball shear strength after heating and holding to the crimp ball shear strength before heating was calculated.

単頭伸線後にサンプリングを行い、成分分析を行った結果と、機械特性及びボンディング特性の測定結果とを表4に示す。   Table 4 shows the results of sampling and component analysis after single head drawing, and the measurement results of mechanical characteristics and bonding characteristics.

Figure 2008218994
Figure 2008218994

プラセオジウムを0.0035質量%、カルシウムを0.001質量%添加した群(試料43と試料44〜48)で比較すると、ニッケルの含有の有無により、リーニング不良率は著しく異なり、ニッケル添加のリーニング不良に対する防止効果が改めて示された。また、これにガリウムを添加していくと、0.0005質量%〜0.005質量%まで、リーニング不良と圧着形状不良が低い水準のまま、圧着ボールシェア強度を向上させることが可能になった(試料45〜47)。ガリウムを0.0055質量%含有させたもの(試料48)は、圧着形状不良率が高くなり圧着ボール形状の劣化が認められた。   Compared with the group (sample 43 and samples 44 to 48) to which 0.0035% by mass of praseodymium and 0.001% by mass of calcium were added, the leaning failure rate was significantly different depending on the presence or absence of nickel, and the effect of preventing the addition of nickel to the leaning failure It was shown again. In addition, when gallium was added to this, it became possible to improve the pressure-bonding ball shear strength from 0.0005 mass% to 0.005 mass% while maintaining a low level of leaning failure and poor crimping shape (sample 45- 47). In the case of containing 0.0055% by mass of gallium (Sample 48), the crimping shape defect rate increased and the degradation of the crimped ball shape was observed.

プラセオジウムを0.002質量%、カルシウムを0.0015質量%、ネオジウムを0.0015質量%添加した群で比較すると、ベリリウム、バナジウムの含有の有無により、圧着形状不良率は著しく異なり、ベリリウム、バナジウム添加の圧着ボール真円性に対する効果が改めて示された。また、これにインジウムを添加していくと、0.0005質量%〜0.005質量%まで、リーニング不良と圧着形状不良とが低い水準のまま、圧着ボールシェア強度を向上させることが可能になった(試料51〜53参照)。インジウムを0.0052質量%含有させたもの(試料54)は、圧着形状不良率が高くなり圧着ボール形状の劣化が認められた。   Compared with the group that added praseodymium 0.002% by mass, calcium 0.0015% by mass, and neodymium 0.0015% by mass, the rate of defective shape of crimping was significantly different depending on the presence or absence of beryllium and vanadium. The effect on sex was shown anew. Moreover, when indium was added to this, it became possible to improve the pressure-bonding ball shear strength while maintaining a low level of leaning and poor crimping shape from 0.0005% to 0.005% by weight (Sample 51). ~ 53). In the case of containing 0.0052% by mass of indium (Sample 54), the defective shape of the press-bonded shape was increased, and the deterioration of the press-bonded ball shape was recognized.

プラセオジウムを0.0017質量%又は0.0018質量%、カルシウムを0.001質量%添加した群(試料55〜60)で比較すると、これらの元素に加えて、ニッケル、ベリリウム、チタン、バナジウム、インジウム、及びガリウムの含有により、リーニング不良率及び圧着形状不良率が低く、また圧着ボールシェア強度の高いボンディングワイヤが製造できた。また、これらの元素の、パラジウムを0.001質量%(試料56)から0.95質量%(試料60)添加しても、上記の特性は劣化することがなかった。更に、パラジウムの添加により、高温加速試験における圧着ボールシェア強度の低下を著しく抑制することができた。   Compared to the group (samples 55 to 60) in which praseodymium is added at 0.0017% by mass or 0.0018% by mass and calcium is added at 0.001% by mass, the inclusion of nickel, beryllium, titanium, vanadium, indium, and gallium in addition to these elements. In addition, a bonding wire having a low leaning defect rate and a crimping shape defect rate and a high crimp ball shear strength could be produced. Further, even when 0.001% by mass (sample 56) to 0.95% by mass (sample 60) of palladium of these elements was added, the above characteristics were not deteriorated. Furthermore, the addition of palladium was able to remarkably suppress a decrease in the pressure-bonded ball shear strength in the high temperature acceleration test.

以上のように、カルシウム、希土類元素、ベリリウム、チタン、及びバナジウムの添加に加えて、インジウム又は及びガリウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が、0.0005質量%以上0.005質量%以下含有させることにより、リーニング不良及び圧着形状不良を抑制したまま、圧着ボールシェア強度を高めることが可能で、ルーピング性能、接合信頼性の優れた金ボンディングワイヤを提供することができることが確認できた。また、パラジウムを0.001質量%以上含有させることにより、高温環境下で使用させるデバイスにも適用可能な半導体素子接続用金線が提供できることが確認できた。   As described above, in addition to the addition of calcium, rare earth elements, beryllium, titanium, and vanadium, the addition amount of either one or both of indium and gallium is 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less. It was confirmed that it is possible to increase the pressure-bonding ball shear strength while suppressing leaning defects and crimping shape defects, and to provide a gold bonding wire with excellent looping performance and bonding reliability. In addition, it was confirmed that a gold wire for connecting a semiconductor element applicable to a device used in a high temperature environment can be provided by containing 0.001% by mass or more of palladium.

(実施例5)
次に、マグネシウム、ゲルマニウム、鉄、リチウム、鉛、銀、銅、白金の添加による影響を調べた。
(Example 5)
Next, the influence of addition of magnesium, germanium, iron, lithium, lead, silver, copper and platinum was investigated.

実施例4の試料45をベースに上記元素を含有した複数種類の金線を製造し、リーニング不良、ボール形状、圧着ボールシェア強度をそれぞれ評価した。   A plurality of types of gold wires containing the above elements were produced based on the sample 45 of Example 4, and the leaning defect, the ball shape, and the pressure-bonded ball shear strength were evaluated.

純度99.9998質量%以上の原料金に添加元素の母合金を添加して、直径5mm、長さ100mmのインゴットを鋳造した。鋳造後、インゴットを溝型圧延機で約2mm角に圧延し、ダイヤモンドダイスを用いた引抜加工により、直径1.0mmまで単頭伸線を行って、その後、連続伸線機を使用して、巻取速さ20m/minで、潤滑液中にてダイヤモンドダイスで引抜加工を行い、22.7μmまで伸線を行った。連続引抜工程におけるダイス1パス当たりの各回減面率は約10%である。その後、管状炉を用いて、アルゴン中で連続的に熱処理(調質熱処理)を行い、温度を調整し、破断伸び4%のボンディングワイヤを作製した。   An ingot having a diameter of 5 mm and a length of 100 mm was cast by adding a mother alloy of an additive element to a raw material having a purity of 99.9998% by mass or more. After casting, the ingot is rolled to about 2 mm square with a grooved rolling mill, and single-head wire drawing is performed to a diameter of 1.0 mm by drawing using a diamond die, and then winding is performed using a continuous wire drawing machine. Drawing was performed with a diamond die in a lubricating liquid at a drawing speed of 20 m / min, and the wire was drawn to 22.7 μm. Each area reduction per die pass in the continuous drawing process is about 10%. Thereafter, using a tubular furnace, heat treatment (tempering heat treatment) was continuously performed in argon, the temperature was adjusted, and a bonding wire having a breaking elongation of 4% was produced.

ボンディング試験は、(株)新川製UTC-400を用いた。高さ150μmシリコンチップから42アロイのリードフレームまで、上記のボンディングワイヤで接続した。シリコンチップ側のAl電極上にファースト接合、42アロイ側の銀めっき電極上にウェッジ接合(セカンド接合)を行った。圧着ボール径の平均値は45μmとなるように調整した。ワイヤスパンは、5mmで、パッドからのループ高さは400μmである。ボンディングは大気中で実施し、接合温度は150℃とした。   For the bonding test, Shinkawa Co., Ltd. UTC-400 was used. The above bonding wires were used to connect a 150 μm high silicon chip to a 42 alloy lead frame. First bonding was performed on the Al electrode on the silicon chip side, and wedge bonding (second bonding) was performed on the silver alloy electrode on the 42 alloy side. The average value of the pressure-bonded ball diameter was adjusted to 45 μm. The wire span is 5 mm and the loop height from the pad is 400 μm. Bonding was performed in the atmosphere, and the bonding temperature was 150 ° C.

EBSD法を用いて、金線の断面組織の結晶方位解析を実施したところ、全てのボンディングワイヤで、ボンディングワイヤの長さ方向(伸線方向)に対して、結晶粒の(111)面法線の1つが、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が全体に対して、断面面積比で50%以上を占めることが分かった。   When the crystal orientation analysis of the cross-sectional structure of the gold wire was performed using the EBSD method, the (111) plane normal of the crystal grain was observed with respect to the length direction (drawing direction) of the bonding wire for all bonding wires. One of them was found that the ratio of crystal grains having an angle of 15 ° or less occupied 50% or more in terms of the cross-sectional area ratio with respect to the whole.

ボンディング特性の評価は、リーニング不良率、圧着形状不良率及び圧着ボールシェア強度を測定した。   For evaluation of bonding characteristics, a leaning defect rate, a crimping shape defect rate, and a crimped ball shear strength were measured.

リーニング不良の基準として、ボンディング後のループを真上から観察して、ボンディングワイヤ間の間隔が30μm以下のボンディングワイヤをリーニング不良として、その発生確率を調べた。観察したループ数は1000本である。   As a reference for the leaning failure, the bonding loop was observed from directly above, and a bonding wire having an interval between bonding wires of 30 μm or less was regarded as a leaning failure, and the probability of occurrence was examined. The number of observed loops is 1000.

圧着ボールの形状不良(すなわち圧着形状不良)の基準として、ファースト接合部の超音波印加方向とその直角方向との圧着径を測定し、超音波印加直角方向の圧着径を超音波印加方向の圧着径で割った値が1.1を超えるものと、ボンディング時のファースト接合方向から見た時の圧着外周が凹形状になったものとをボール不良として、観察数で割った値を圧着形状不良率とした。圧着ボールの観察数は200個である。   Measure the crimp diameter of the first joint in the direction of ultrasonic application and the direction perpendicular to it as the standard for the defective shape of the press-bonded ball (that is, the defective crimp shape). When the value divided by the diameter exceeds 1.1, and when the outer circumference of the crimp when viewed from the first bonding direction during bonding is a concave shape, the value divided by the number of observations is the crimp shape failure rate. did. The number of crimped balls observed is 200.

単頭伸線後にサンプリングを行い、成分分析を行った結果と、機械特性及びボンディング特性の測定結果とを表5に示す。   Table 5 shows the results of sampling and component analysis after single head drawing, and the measurement results of mechanical characteristics and bonding characteristics.

Figure 2008218994
Figure 2008218994

マグネシウム、ゲルマニウム、鉄、リチウム、鉛、銀、銅、白金は、金線の機械的特性に殆ど影響を与えなかった。   Magnesium, germanium, iron, lithium, lead, silver, copper and platinum had little effect on the mechanical properties of the gold wire.

ボンディング特性に対しては差が認められた。マグネシウム、ゲルマニウム、鉄、銀、銅、白金は、0.005質量%の添加まではリーニング、圧着ボールの形状は良好に保たれたのに対し、リチウム、鉛は、特に圧着形状を劣化させた(試料68及び69参照)。酸化されやすい不純物の混入は避ける必要がある。この中でマグネシウム、鉄、ゲルマニウムは、比較的多く含有されていても、リーニング、圧着形状を劣化させないが、0.005質量%を超えて添加した場合、フリーエアボールの表面酸化が激しくなり、多量のボンディングした時のキャピラリの汚れ、詰まりが懸念させることから、これらの元素は、0.005質量%以下に抑制されることが望ましい。この中で、マグネシウムは、0.001質量%以上0.005質量%以下の範囲で添加することにより、圧着ボールシェア強度が向上する効果が認められた(試料62〜64参照)。   Differences were observed in bonding characteristics. Magnesium, germanium, iron, silver, copper, platinum were leaned until the addition of 0.005% by mass, and the shape of the press-bonded ball was kept good, whereas lithium and lead deteriorated the press-fit shape in particular (sample) 68 and 69). It is necessary to avoid contamination with impurities that are easily oxidized. Among these, magnesium, iron, and germanium do not deteriorate the leaning and crimping shape even if they are contained in a relatively large amount, but when added in excess of 0.005% by mass, the surface oxidation of the free air ball becomes severe, and a large amount In order to raise concerns about contamination and clogging of the capillary when bonded, it is desirable that these elements be suppressed to 0.005 mass% or less. Among these, when magnesium was added in the range of 0.001% by mass or more and 0.005% by mass or less, the effect of improving the pressure-bonded ball shear strength was recognized (see Samples 62 to 64).

リーニング不良と圧着ボール形状不良との説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of a leaning defect and a crimp ball | bowl shape defect.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a、1b ボンディングワイヤ
2c、2d パッド
3c 圧着ボール
1, 1a, 1b Bonding wire
2c, 2d pad
3c Crimp ball

Claims (8)

ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.005質量%未満、かつ、ベリリウムの含有量が0.0003質量%以上0.0008質量%以下、かつ、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下であることを特徴とする半導体素子接続用金線。   The content of nickel is 0.0007 mass% or more and less than 0.005 mass%, the content of beryllium is 0.0003 mass% or more and 0.0008 mass% or less, and the content of one or more elements selected from calcium and rare earth elements is A gold wire for connecting a semiconductor element, characterized by being more than 0.0009 mass% and not more than 0.02 mass%. ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.005質量%以下、かつ、チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が0.0005質量%以上0.005質量%以下、かつ、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下であることを特徴とする半導体素子接続用金線。   The nickel content is 0.0007 mass% or more and 0.005 mass% or less, and the addition amount of either one or both of titanium and vanadium is 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less, and is selected from calcium and rare earth elements A gold wire for connecting a semiconductor element, wherein the content of one or more elements is more than 0.0009% by mass and 0.02% by mass or less. ニッケルの含有量が0.0007質量%以上0.007質量%以下、かつ、ベリリウムの含有量が0.0003質量%以上0.0008質量%以下、かつ、チタン及びバナジウムのうちいずれか一方又は両方の添加量が0.0005質量%以上0.005質量%以下、かつ、カルシウム及び希土類元素のうちから選ばれる1種以上の元素の含有量が0.0009質量%超0.02質量%以下であることを特徴とする半導体素子接続用金線。   Nickel content is 0.0007 mass% or more and 0.007 mass% or less, beryllium content is 0.0003 mass% or more and 0.0008 mass% or less, and the addition amount of either or both of titanium and vanadium is 0.0005 mass% or more A gold wire for connecting a semiconductor element, characterized in that the content of one or more elements selected from calcium and rare earth elements is 0.005% by mass or less and more than 0.0009% by mass and 0.02% by mass or less. プラセオジウムを0.0016質量%以上0.02質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体素子接続用金線。   The gold wire for connecting a semiconductor element according to any one of claims 1 to 3, wherein praseodymium is contained in an amount of 0.0016 mass% to 0.02 mass%. さらに、インジウム及びガリウムのうちいずれか一方又は両方を0.0005質量%以上0.005質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体素子接続用金線。   Furthermore, 0.0005 mass% or more and 0.005 mass% or less of any one or both indium and gallium are contained, The semiconductor element connection gold wire in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. パラジウムを0.001質量%以上2質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体素子接続用金線。   The gold wire for connecting a semiconductor element according to any one of claims 1 to 5, which contains palladium in an amount of 0.001 mass% to 2 mass%. さらに、マグネシウムを0.001質量%以上0.005質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体素子接続用金線。 Furthermore, magnesium is contained 0.001 mass% or more and 0.005 mass% or less, The gold | metal | money wire for a semiconductor element connection in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 線材を構成する個々の結晶粒の(111)面法線の1つが、線材の長さ方向に対して、15°以下の角度を有する結晶粒の割合が、全体に対して、断面面積比で50%以上を占める、長さ方向に<111>配向したことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の半導体素子接続用金線。

The ratio of crystal grains in which one of the (111) plane normals of the individual crystal grains constituting the wire has an angle of 15 ° or less with respect to the length direction of the wire The gold wire for connecting a semiconductor element according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is <111> oriented in the length direction occupying 50% or more.

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