(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀を主成分として金を含む複合銀ワイヤであって、該複合銀ワイヤが、該金を４質量％以上７．８質量％以下で含み、かつ、パラジウムを２〜４質量％で含むことを特徴とする、複合銀ワイヤであって、但し、酸化性非貴金属添加元素を加えたものを除く、複合銀ワイヤ。
【請求項２】
０〜２質量％の白金を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合銀ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子上の電極及び外部接続端子などの間を接続するために利用されるボンディングワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体素子上の電極とリードフレーム、基板などの接続端子とを接続するボンディングワイヤとして、金ワイヤが実用化されている。金ワイヤの原料となる金は大気中では侵食されず、熱、湿気、酸素や化学的腐食に対して非常に強く、また柔らかくて、展性と延性に富み、電気伝導も優れた性質を持ち、量産使用性もよいので、ボンディングの材料として多用されている。しかし、金は高価であるため、金に代わる低コストなワイヤ素材として銅が検討されているが、銅は酸化し易い欠点があった。銅ワイヤの表面酸化を防ぐためには金、パラジウムなどの被覆層を設けているボンディングワイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】台湾特開２０１０３７７７７Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の金属被覆の銅ワイヤからなるボンディングワイヤによれば、接合強度を向上させて、ワイヤの小径化も図ることができるが、被覆銅ワイヤを引き伸ばすと芯材の銅が露呈して、銅が酸化してしまう。
【０００５】
本発明は、銅の酸化の問題を避け、量産使用性が良く、製造コストを低く抑えることができる複合銀ワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、銀を主成分として金を含む複合銀ワイヤであって、金を４質量％以上８質量％以下で含み、かつ、パラジウムを２〜４質量％で含むことを特徴とする複合銀ワイヤを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
以上の構成によれば、所定量の銀、金、パラジウムを含むことにより、従来の酸化し難い金ワイヤと同等の効果を得ることができ、高温多湿な環境試験を通過することができる製品信頼性を持つ複合銀ワイヤを得ることができる。また、本発明による銀ワイヤは、金などの貴金属を少なく含むようにすることができるので、製造コストを大幅に下げることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明による複合銀ワイヤについて更に詳細に説明する。
【０００９】
本発明による複合銀ワイヤは、銀を主成分として金を含むものであって、金を４質量％以上８質量％以下で含み、かつ、パラジウムを２〜４質量％含むことを特徴とする。また、本発明による複合銀ワイヤは、０〜２質量％の白金を更に含むことが好ましい。
【００１０】
金を４質量％未満含むと、ワイヤの合金硬度が高くなり作業し難くなる。その一方、金を８質量％超含むと、作業性及び信頼性を高めることに顕著な効果が見られない上に、製造コストも高くなる。
【００１１】
本発明による複合銀ワイヤは、パラジウムを２〜４質量％で含む。これは、パラジウムの含有量が２質量％未満になると、高温多湿な過酷環境試験を通過することができず、製品信頼性が低くなる。パラジウムの含有量が４質量％を超えると、ワイヤの硬度が高くなり作業性及び歩留まりが良くない。
【００１２】
本発明による複合銀ワイヤは、白金を０〜２質量％で含むことが好ましい。これは、白金の含有量が２質量％を超えると、ワイヤの融点が高くなり、固体の溶融が困難になり、製造コストが高くなるからである。
【００１３】
本発明による複合銀ワイヤを製造するにあたって、一例として、銀、金、パラジウム及び／又は白金などの金属原料を加熱炉に投入し、溶かすことによって溶融状態の合金液を作り出す。そして、この合金液をインゴットに鋳造、ロール圧延（press roll）、荒引き（heavy drawing）、細引き（fine drawing）などの伸線加工、洗浄、乾燥、仕上げアニール、巻取り（rewinding）などの加工処理を施すことにより、複合銀ワイヤを製造することができる。得られた複合銀ワイヤは半導体素子のワイヤボンディング・パッケージ製造工程において用いられる。
【実施例】
【００１４】
本発明による複合銀ワイヤは、以下のいくつかの実施例によって説明するが、これらの例は本発明を制限することを意図していないことは特に理解されるべきである。
【００１５】
表１に示す実施例１〜１２の実施例ワイヤ及び比較例１〜１２の比較例ワイヤを製作し、そのボンディングワイヤの作業性及び信頼性を確認する試験を行った。実施例に係る複合銀ワイヤ（以下、本発明ワイヤという）は、ボンディングワイヤとしての特性を確認するため、本発明に係る範囲の成分組成を有する実施例原料を溶解鋳造し、伸線加工することにより製造されたものであり、比較例に係るボンディングワイヤ（以下、比較例ワイヤという）は本発明の組成範囲に入らず、実施例と同じ製造工程により製造されたものである。
【００１６】
次に本発明ワイヤと比較例ワイヤとを下記の評価を行った結果を上記成分組成と共に表１に示す。
【００１７】
一、作業性（Ｕｎｉｔ Ｐｅｒ Ｈｏｕｒ （ＵＰＨ））
本発明ワイヤ及び比較例ワイヤ（ＵＰＨ銀ワイヤ）の、一時間毎に生産できる金ワイヤ（ＵＰＨ金ワイヤ）を３７５ｐｃｓ／ｈｒとした基準値に対する比（％）を求めた結果を表１に示す。作業性について数値が大きいほど作業性がよいとする。
【００１８】
二、信頼性（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）
（一）プレッシャークッカー試験（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｏｋｅｒ  Ｔｅｓｔ；ＰＣＴ）：
ＪＥＳＤ２２−Ａ１０２に基づいて、温度が１２１℃、湿度が１００％ＲＨ、圧力が２９．７ｐｓｉの高温、多湿、高圧条件下で２５０時間、各実施例ワイヤ及び各比較例ワイヤに試験を行った。その後、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ；ＦＩＢ）を用いてワイヤと基板との間の金属間酸化物（ＩＭＣ）の状態を観察し、下記レベルで製品としてのワイヤの耐湿性を評価した。その結果を表１に示す。
【００１９】
○：穴がないと認められ、製品として機能よく用いることができる。
△：穴は少しあると認められるが、製品として用いることができる。
×：穴が明らかに多いと認められ、製品として用いることができない。
【００２０】
（二）超加速寿命試験（Ｈｉｇｈ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｔｅｓｔ；ＨＡＳＴ）
ＪＥＳＤ２２−Ａ１１０に基づいて、温度が１３０℃、湿度が８５％ＲＨ、電圧が６ボルトの環境条件下で２００時間、各実施例ワイヤ及び各比較例ワイヤに試験を行った。その後、ＦＩＢを用いて上記試験と同様にしてＩＭＣ状態を観察し、下記レベルにて製品としてのワイヤの耐湿性を評価した。その結果を表１に示す。
【００２１】
○：穴がなし〜少しあると認められる。
×：穴が明らかに多いと認められる。
【００２２】
（三）高温多湿バイアス試験（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  Ｂｉａｓ  Ｌｉｆｅ  Ｔｅｓｔ；ＴＨＢ）
ＪＥＳＤ−Ａ１０１に基づいて、温度が８５℃、湿度が８５％ＲＨ、電圧が６ボルトの環境条件下で１０００時間、各実施例ワイヤ及び各比較例ワイヤに試験を行った。その後、ＦＩＢを用いて上記試験と同様にしてＩＭＣ状態を観察し、下記レベルにて製品としてのワイヤの耐腐食性を評価する。その結果を表１に示す。
【００２３】
○：穴がなし〜少しあると認められる。
×：穴が明らかに多いと認められる。
【００２４】
【表１】
0005417647.tif 000002
【００２５】
表１に示した試験の結果から分かるように、実施例１〜１２において、銀（Ａｇ）を主成分とし、金（Ａｕ）を４質量％以上８質量％以下、パラジウム（Ｐｄ）を２〜４質量％含み、また実施例１０、１１において更に０〜２質量％の白金（Ｐｔ）を含むようにすることにより、全て作業性がほぼ９０％以上になり、金ワイヤに近い作業性を得られることが分かる。また、全ての実施例ワイヤがＰＣＴ、ＨＡＳＴ、ＴＨＢ等の高温多湿信頼性試験において穴の発生がなく、又は少ないことから、金ワイヤに相当する信頼性が得られることが分かり、Ａｕを極力抑えて用いることができ、製造コストの削減を図ることができる。
【００２６】
なお、図表に示さないが、ボールプルテスト（Ｂａｌｌ Ｐｕｌｌ Ｔｅｓｔ）、ボールせん断テスト（Ｂａｌｌ Ｓｈｅａｒ Ｔｅｓｔ）等のワイヤボンディング信頼性試験を行った結果、実施例ワイヤのいずれも金ワイヤに劣らない接合強度を有することが分かった。
【００２７】
また、比較例ワイヤにおいて、例えば比較例１〜４ではＡｕを８質量％超含むと、作業性及び信頼性を高めることに顕著な効果が見られず、また、Ａｕを多く使うので、製造コストもかかる。
【００２８】
その一方、Ａｕを４質量％未満、あるいはＰｄを４質量％超含むと、ワイヤの合金硬度が高くなり、作業性及び量産性が悪いことが分かる。Ｐｄを２質量％未満含むと、作業性も高温多湿環境の信頼性も劣ることも分かる。
【００２９】
以上により、本発明による複合銀ワイヤによれば、所定量の銀、金、パラジウム及び／又は白金を含むことにより、従来の金ワイヤと同等の効果を得ることができ、高温多湿な環境試験を通過することができる製品信頼性を持つ複合銀ワイヤを得ることができる。また、本発明による複合銀ワイヤは、金などの貴金属を少なく含むようにすることができるので、製造コストを大幅に下げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明による複合銀ワイヤは、半導体素子上の電極及び外部接続端子などの間を接続するために利用されるボンディングワイヤとして有用である。