(57)【要約】【課題】  簡単な工法で卑金属ボンディングワイヤー表面に薄く均一に貴金属皮膜を形成したボンディングワイヤーを製造する方法を提供する。【解決手段】  所望の線径に加工した卑金属系ボンディングワイヤー表面に、１００ｎｍ以下の粒子径の貴金属粒子を含有する液状組成物を塗布した後加熱することによって１μｍ以下の膜厚の貴金属皮膜を形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の線径に加工した卑金属系ボンディングワイヤー表面に、粒子径が１００ｎｍ以下の貴金属粒子を含有する液状組成物を塗布後加熱することによって貴金属皮膜を該卑金属系ボンディングワイヤー表面に形成することを特徴とするボンディングワイヤーの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のボンディングワイヤーに於いて、貴金属粒子が金であることを特徴とするボンディングワイヤーの製造方法。
【請求項３】
請求項１〜２記載のボンディングワイヤーに於いて、液状組成物中の貴金属粒子の含有比率が３０重量％以上６０重量％以下であることを特徴とするボンディングワイヤーの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３記載のボンディングワイヤーに於いて、貴金属皮膜の膜厚が１μｍ以下であり、ボンディングワイヤーが銅であることを特徴とするボンディングワイヤーの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４記載のボンディングワイヤーに於いて、液状組成物を表面に塗布後加熱する場合の加熱温度を１００℃以上３００℃以下とすることを特徴とするボンディングワイヤーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体上の電極と、その半導体と電気的導通を必要とする回路配線基板などの基材上の電極とを接続するために用いられるボンディングワイヤーに関するものである。特に卑金属系材質のワイヤーの表面を貴金属で被覆したボンディングワイヤーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路素子、ダイオードなどの半導体素子は外部への電気的導通を必要とするために、従来から５０μｍ以下の直径を持つ金の細線が使われてきた。これをボンディングワイヤーと言う。金はボンディングワイヤーを形成するための材質としては最適とされ、これまでほとんどのボンディングワイヤーには金が使用されてきた。
しかしボンディングワイヤー全体が金からなることは基本的に高価でありボンディングワイヤーの価格が安価にならない要因であった。そこでアルミニウム、銅など卑金属をベースとしたボンディングワイヤーが発明され特許文献１及び特許文献２にて公開され、一部実用化されるようになっている。
【０００３】
これらのボンディングワイヤーはボンディング作業においては金と同等もしくはそれを凌ぐ特性が得られる。しかしこれら卑金属は基本的に耐候性が悪いという大きな欠点を有している。卑金属は常温下で保存すると徐々に表面が酸化などの作用により電気的特性等ボンディングワイヤーに必要とされる諸特性が変化してしまう。そのため、上記の酸化で生じた酸化物はボンディングの際に接続不良などの不良を発生させてしまう原因になっていた。
【０００４】
このため卑金属ワイヤーの表面に貴金属メッキを施すことにより耐候性を改善しようという発明が特許文献３にて公開されている。
【０００５】
この公報は、５０μm以下の線径をもつ基本的に卑金属製ワイヤーの表面に貴金属のメッキを施すことによって耐候性を改善したボンディングワイヤーに関するものである。特許文献３の段落[００１１]
には「被覆法としては電気メッキが好ましい。それもやや太めの中心金属ワイヤーに厚メッキを施したものを伸線することにより、狙いの細いワイヤー径、薄メッキ厚を得ることが好ましい。」と記述されている。
【０００６】
さらに「化学蒸着方法、物理蒸着方法等の他の方法でも被覆の形成は可能であるが、製造コストが高くなる上に、それらの方法で製造したワイヤーは厚みが不均一になり表面凹凸が生じる」ため好ましく無いとされている。
【０００７】
また、特許文献３の段落[００１３]
に記載の実施例では、中心金属ワイヤーとして線径２００μmに線引き加工された銅ボンディングワイヤーに、厚めの貴金属メッキを施した後に再度伸線工程に戻りメッキ厚０．０１μｍ、０．００５μｍの線径に加工するといった、複雑な工程を経る必要があった。
【０００８】
メッキ以外の貴金属被覆法として、従来、貴金属粒子を分散したインキを塗布、焼成する方法は存在した。しかしこれらの組成物は１μｍ〜１０μｍの粒子径を持つ金属粒子を使用していたため数μｍの比較的厚い膜しか形成できなかった。組成物中の金属含有量を減らしていくとある程度薄膜化は可能だが、膜厚を１μｍ以下まで減少させると所々ポア（微小の空孔）が発生してしまい均一な膜が形成できないといった問題があった。
【特許文献１】特開平０７−１３８６７９号公報
【特許文献２】特公平０８−２８３８２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３３３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した従来の問題点を克服し、非常に簡単な工法でボンディングワイヤー表面に薄く均一に貴金属皮膜を形成させることができ、その結果、電気特性をはじめとするボンディングワイヤーに必要な諸特性の獲得と、加工コストの低減を両立させるボンディングワイヤーの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発明者は、所望の線径に加工した卑金属系ボンディングワイヤー表面に粒子径が１００ｎｍ以下の貴金属粒子を含有する液状組成物を塗布後加熱して貴金属皮膜を形成することにより、要求される電気特性をはじめとするボンディングワイヤーに必要な諸特性の獲得と、ボンディングワイヤー加工コスト低減を両立させ得ることを見出したものである。上記発明に用いる貴金属粒子としては、耐候性の観点から金であることが望ましく、主として電気的特性を獲得するため上記液体組成物に含有される当該貴金属粒子の含有比率は３０重量％以上６０重量％以下が望ましい。また、コスト低減上貴金属皮膜の膜厚は１μｍ以下が好ましく、導電性能とコスト低減上、上記卑金属系ボンディングワイヤーは銅であることが望ましい。さらに、所定の特性を有する貴金属皮膜を形成するため、塗布された液状組成物の加熱温度は１００℃以上３００℃以下とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のボンディングワイヤーは粒子径１００ｎｍ以下の貴金属粒子を含有する液状組成物、いわゆるナノインキを用い、上記した所定の条件にて卑金属ワイヤー上に焼成して貴金属を成膜する製造方法を採用した。このため、本発明では卑金属ワイヤー上に均一で薄い貴金属被覆膜を形成する製造工程を、従来の他の製造工程に比べ非常に簡単で容易なものとすることができた。その結果、ボンディングワイヤーに要求される電気的特性等の諸特性と低コストを両立させる被覆ボンディングワイヤーを得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の最良の実施形態を説明する。本発明の実施によって卑金属ワイヤー表面に加熱後生成された膜厚１μｍ以下の貴金属層は、以下に記載する高分子成分を含有する場合があり、この場合は微視的には貴金属粉末のみが互いに接合した状態、貴金属間に極薄い高分子膜が介在する状態、貴金属粒子と高分子剤が混合された状態等が混在する可能性がある。仮にこのような表面層の状態であったとしても、本発明者は本発明の製造方法で生産された被覆ボンディングワイヤーは所要の特性を発揮することを確認している。従って、本発明に於いては、上記ワイヤー表面に生成された膜厚１μｍ以下の層を貴金属皮膜と称する。
【００１３】
本発明に使用する貴金属粒子を含有する液状組成物であるナノインキは、貴金属紛体を溶剤に溶かして生成する。このとき、目的に応じて有機分散剤や高分子樹脂を添加しても良い。以下、それぞれの組成について説明する。
【００１４】
〔貴金属紛体〕ナノインキが含有する貴金属紛体の主成分としては金、白金、銀、パラジウムなど多種の金属が可能であり、また、これらは単独でも複合して適用してもよい。耐候性、ワイヤーの接合性など特性面からは金がもっとも望ましい。
【００１５】
〔溶剤〕溶剤としては水や有機溶剤を用いることができる。有機溶剤としては、ターピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等が選択できる。
【００１６】
〔有機分散剤〕好ましい分散剤としては、高分子分散剤、特に樹脂分散剤が挙げられる。具体的には、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、ポリアクリル酸、アクリル酸−アクリルニトリル共重合体、アクリル酸塩−アクリルニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、又はアクリル酸−アクリル酸エステル共重合体などのアクリル系樹脂、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、又はスチレン−アクリル樹脂、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、イソブチレン−マレイン酸樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、あるいは、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、又は酢酸ビニル系共重合体等が挙げられる。
【００１７】
〔高分子樹脂〕加熱後の貴金属皮膜の固着力向上を目的として、次のような樹脂を添加してもよい。すなわち、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ブチルメタクリレート、メチルメタクリレート等のアクリル系樹脂等が採用できる。
【００１８】
塗布方法としては、一般的に用いられている各種の塗布方法を用い得るが、ワイヤーへの塗布方法としてはディッピングする方法がもっとも簡単である。ディッピングの場合、浸漬時間は重要ではない。ディッピングによりワイヤーに付着するインキの塗布量はインキ中に含有する貴金属の含有量によって制御可能である。実用的にはインキ中に金属粒子が３０重量％以上、６０重量％以下であることが望まれる。３０重量％未満であると均一な皮膜が形成できず、６０重量％を越えるとインキの粘度が高すぎて均一な膜形成が阻害される。
【００１９】
塗布後加熱工程では１００℃以上なら膜形成が可能である。３００℃を超える温度での加熱では貴金属膜の形成前に素材である卑金属の酸化が進行するため、３００℃以下で加熱するか、若しくは３００℃を超える場合は中性である窒素雰囲気中もしくはそれよりやや還元性雰囲気中で加熱することが必要である。なお、高分子樹脂をナノインキに含有させた場合、上記の温度設定範囲では加熱、焼成後に金属粒子とともに一部の高分子樹脂が被覆膜中に残ることがあるが、使用したナノインキ中に金属粒子が３０重量％以上、６０重量％以下含有されているものの焼成膜であれば、ワイヤーが使用時に要求される導電性等の機能上の問題は生じない。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）  ドローイングにより平均線径２５μｍにまで伸線された銅ワイヤー表面に付着した油分を有機溶剤などで除去する。その後、平均粒子径約５０ｎｍの金粒子を５０重量％、高分子分散剤として、ジョンソンポリマー社製のジョンクリル６１Jを１０重量％、イオン交換水４０重量％の組成で金粒子を分散させたナノインキにディッピングした。ナノインキから引き上げられたワイヤーはピーク温度２００℃のトンネル炉内を走行させ、加熱して、表面に金皮膜を形成した金被覆ワイヤーを作製した。
【００２１】
（実施例２）  ドローイングにより平均線径２５μｍにまで伸線された銅ワイヤー表面に付着した油分を有機溶剤などで除去する。その後、平均粒子径約５０ｎｍの金粒子を４０重量％、平均粒子径約４０ｎｍのパラジウム粒子を４重量％、高分子分散材として、ジョンソンポリマー社製のジョンクリル６１Jを１０重量％、イオン交換水４０重量％の組成を持ち、各粒子を分散させたナノインキにディッピングした。ナノインキから引き上げられたワイヤーはピーク温度２００℃のトンネル炉内を走行させ、加熱して、表面に金皮膜を形成した金被覆ワイヤーを作製した。
【００２２】
上記２例で作製したワイヤーの断面を電子顕微鏡で観察し皮膜の厚さを測定した。実施例１では約０．６μｍ、実施例２では約０．５μｍ  の均一な膜が形成されたことが確認された。
【００２３】
次に皮膜を形成しない銅ワイヤーを比較例として追加し、いずれも７０℃恒温槽の中に５０ｃｍの長さのワイヤーを放置し重量増加を追うことによって耐候性を評価した。４８時間経過後の重量増加は比較例が１．４％、２つの実施例は０．０％であった。２つの実施例のものは、薄い膜ではあるが皮膜内部の卑金属層を雰囲気から守っていることが確認された。
さらに、本実施例１、２により作製したワイヤーをボンディングマシンに装着し、ボンディング特性を確認したところ、電気的特性等の要求品質を満たし、稼働率等の操業上の要求項目においても、被覆を有さない従来技術による金合金ワイヤーと変わらない性能を有することを確認した。