(57)【要約】      （修正有）【課題】ボンディングワイヤを細くして溶融ボールを小さくしても、圧着ボールの溶着面積が花びら状に広がらず、安定して均一な圧着形状を確保することができるボールボンディング用銅合金線を提供する。【解決手段】本発明のボールボンディング用銅合金線は、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．０１〜１．５質量％の白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）、０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）、特に０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．０１〜１．５質量％の白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）、０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）、１０〜１００質量ｐｐｍのリン（Ｐ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールボンディング用ワイヤにおいて、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％、更に０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とするボールボンディング用銅合金線。
【請求項２】
ボールボンディング用ワイヤにおいて、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％、更に１０〜１００質量ｐｐｍのリン（Ｐ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とするボールボンディング用銅合金線。
【請求項３】
ボールボンディング用ワイヤにおいて、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％、更に０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）、１０〜１００質量ｐｐｍのリン（Ｐ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とするボールボンディング用銅合金線
【請求項４】
上記ニッケル（Ｎｉ）の含有量が０．２〜１．２質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のボールボンディング用銅合金線。
【請求項５】
上記白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）の含有量が０．０５〜０．８質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のボールボンディング用銅合金線
【請求項６】
上記イオウ（Ｓ）の含有量が２〜１０質量ｐｐｍであることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載のボールボンディング用銅合金線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールボンディング用銅合金線に関し、特にフリーエアボール（ＦＡＢ）ボンディングにより半導体素子上のパッド電極に第一ボンドをした後、ステッチボンディングにより、リードフレーム上の外部電極に第二ボンドをするボールボンディング用銅合金線の第一ボンドの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで銅ニッケル等合金は、ボンディングワイヤとしてほとんど考慮されていなかった。ニッケル（Ｎｉ）、あるいは、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）を添加すると銅（Ｃｕ）の抵抗が上昇する。このため、銅ニッケル等合金をボンディングワイヤにすると、金ボンディングワイヤの代替品として低抵抗を特徴とした銅ボンディングワイヤの優位性が失われてしまうという欠点がある。銅ニッケル等合金に関するボンディングワイヤを例示すると以下のものがある。
【０００３】
特開平０１−２９１４３５号公報（後述する特許文献１）の特許請求の範囲（１）に「Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐｍ以下とした高純度無酸素銅に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上を総計で１．０〜５００ｐｐｍ添加したことを特徴とする半導体装置用銅合金極細線」からなる発明が開示され、第１表の実施例６に、高純度無酸素銅にＮｉ：３７６ｐｐｍを添加した素材からなる半導体装置用銅合金極細線が開示されている。
【０００４】
また、特開平０１−２９０２３１号公報（後述する特許文献２）の特許請求の範囲（２）項には、「Ｓ、ＳｅおよびＴｅの総含有量を１．０ｐｐｍ以下とした高純度無酸素銅に、少なくともＳｉを１．０ｐｐｍ添加し、さらにＡｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎの１種または２種以上をＳｉと総計で１．０〜５００ｐｐｍ添加したことを特徴とする半導体装置用銅合金極細線」からなる発明が開示され、第２表の実施例９に、純度無酸素銅にＳｉ：５４ｐｐｍおよびＮｉ：４６ｐｐｍを添加したことを特徴とする半導体装置用銅合金極細線」が開示されている。
【０００５】
しかしながら、同公報の第２表の比較例２では、高純度無酸素銅にＳｉ：８９ｐｐｍおよびＮｉ：６６０ｐｐｍを添加した素材は、ボール硬度が高くなり、被膜の損傷やマイクロクラックを回避できなかったことが記載されている。これは、ニッケル（Ｎｉ）の濃度が高くなると、表層における銅（Ｃｕ）マトリックス中で固溶したニッケル（Ｎｉ）が大気中の酸素と結びついて酸化ニッケル粒子を形成したためと考えられる。よって、この比較例２の素材を半導体装置用ボンディングワイヤに適用した場合、銅合金極細線として高温下で使用することができないことを示している。
【０００６】
このような状況下で本出願人は、特開２０１４−１６５２７２号公報（ｄ３）に係る発明「断面減少率９９％以上で連続伸線され、表層と内部酸化層及び銅稀薄ニッケル合金層とから構成される半導体装置接合用銅ニッケル希薄合金ワイヤにおいて、上記表層は酸化物の成長層からなり、上記内部酸化層は金属不足型酸化銅マトリックスに酸化ニッケル粒子が微細に分散した層からなり、上記銅稀薄ニッケル合金層は純度９９．９９５質量％以上の銅（Ｃｕ）マトリックスに０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）が均一固溶した合金層であって、上記表面層の厚さに対する上記内部酸化層の厚さが６０倍以上である、ことを特徴とする半導体装置接合用銅稀薄ニッケル合金ワイヤの構造」を開示した。これは、銅（Ｃｕ）マトリックス中の酸素を固溶したニッケル（Ｎｉ）が固定することおよび銅稀薄ニッケル合金の表面層に純銅層が形成されやすくなることを利用しようとしたものである。
【０００７】
その結果、このボンディングワイヤは、表層のＣｕ２Ｏ膜が周囲温度で成長するよりもはるかに速く、金属不足型銅酸化物（Ｃｕ２−ｘＯ）マトリックス中のフリーの酸素がＣｕ２−ｘＯマトリックス中をすばやく移動できる。よって、金属不足型銅酸化物（Ｃｕ２−ｘＯ）マトリックスがクッション層として働き、表層の半球状の酸化膜模様の形成が無くなり、表層のＣｕ２Ｏ膜が安定する。このため、このボンディングワイヤは、均一な再結晶組織が得られ、ワイヤが蛇行したり、リーニングしたりすることはない。すなわち、これまで溶融ボールが不規則に拡がるのは、リーニングと称されるボンディングワイヤの屈曲や折れ曲がりなどが解消された。また、第二ボンドにおけるボンディングワイヤのステッチ接合性も向上するなどの効果が得られる。
【０００８】
しかしながら、例示した銅ニッケル希薄合金のボンディングワイヤには、いずれもワイヤ表面上に不安定な酸化膜が形成されやすいという致命的な欠陥がある。このためこれまでの銅ニッケル希薄合金ワイヤを長期間放置すると、ワイヤ表面の酸素濃度が増加してワイヤに不安定な酸化物が増殖される。このようなボンディングワイヤにフリーエアボール（ＦＡＢ）方式で溶融ボールを形成し、アルミパッドに鉛直方向から溶融ボールを押圧しても圧着ボールが円盤状に広がらず、圧着ボールの外延部がいびつな花びら状の形状で凝固する傾向があった。
【０００９】
ここで、アルミパッドとは、純アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム（Ａｌ）が主成分の合金からなるパッド電極のことである。また、花びら状という表現は、図５に示すように、圧着ボールの中心とワイヤの軸中心とが一致しているものの、圧着ボールの外延部の形状が円形でない状態をいう。すなわち、圧着ボールが花びら状になる現象は、溶融ボールが作製された段階では発生せずに、溶融ボールをアルミパッドに対して鉛直方向から押圧する段階で圧着ボールに現れる異常な形状である。花びら状の計測手段は後述する。
【００１０】
この花びら状という現象は、これまでのリーニング等による凹部の花弁状欠陥（特開２００７−２８４７８７号公報の図１参照）、あるいは、歪んだ円形の圧着ボール（特開２００７−２６６３３９号公報の図２参照）のような状態をいうのではない。花弁状欠陥は、被覆層と芯材との界面構造に起因してボール接合部の最外周近傍が花弁状に凹凸変形を起こし、真円性からずれるものである。この花弁状欠陥は被覆層を有するボンディングワイヤにみられる現象であり、アルミパッド上の溶融ボールの濡れ性に起因する現象である。また、歪んだ円形の圧着ボールは、ワイヤ先端に形成したボール部がワイヤ軸に対し非対称に形成される現象であり、溶融ボールが形成された段階ですでに偏心している。さらに、リーニングは、ボンディングされたワイヤの第一ボンド付近において、鉛直方向から観察して再結晶領域（ＨＡＺ）と呼ばれる箇所で横方向に倒れるように曲がる現象である。このような偏心ボールが形成されたボンディングワイヤをアルミパッドに対して鉛直方向から押圧すると、後述するように、歪んだ円形の圧着ボールを一般的な顕微鏡下で観察することができる。これらの偏心ボールの一例を図７に示す。
【００１１】
偏心ボールでも歪んだ圧着ボールが発生すると、それを考慮してアルミパッドの圧着面積が大きくならざるを得ない。このため、これまではアルミパッドの単位面積当たりのボンディングワイヤの密集度を高くできないという欠点があった。また、偏心により圧着ボールがアルミパッドからはみ出すかどうかにかかわらず、近年の実装工程ではボンディングワイヤの集積密度がますます高まってきた。そのためボンディングワイヤの密集度を高めようとすると、第一ボンド工程において圧着ボールが、図５に示すように花びら状に変形するという現象そのものが許容されなくなってきた。
【００１２】
この花びら状という現象は、無垢のボンディングワイヤにあってこれまでまったく考慮されてこなかった課題である。「花びら状」という現象は銅合金の結晶構造に起因する。すなわち、花びら状現象は、溶融ボールが凝固する際、凝固組織の不均一さに起因して圧着ボールが等方的に凝固しない問題である。そのため、「花びら状」現象には、後述する実施例および比較例に示すように様々なものがあり、溶融ボールがキャピラリによって圧着され、凝固する際にこの「花びら状」現象がみられる。この原因は定かではないが、凝固組織の不均一さが関与しており、その結果、アルミパッドと圧着ボールの界面状態が不均質になるのである。「花びら状」現象がみられると、実装工程が安定しないので、実装工程で許容されなくなる。  
【００１３】
他方、本発明の銅合金線のボンディングワイヤを製造するにはこれまでのいくつかの製造方法を適宜利用することができる。
たとえば、特開昭５９−１５５１６１号公報の実施例には、「まず無酸素銅を用いて直径０．１３ｍｍの素材ワイヤを製造する。…（中略）…このようにして得られた金メッキワイヤを、引抜加工によって直径０．０２５ｍｍに仕上げる。必要に応じて約３５０度Ｃで焼鈍を行う」ことが示されている。
【００１４】
同様に、特開平０３−１３５０４１号公報の特許請求の範囲第１項には、「導体の表面に、合金元素あるいは高濃度合金を蒸着、メッキにより被覆した後、拡散熱処理を施すことにより合金化を行ない、その後伸線することを特徴とする半導体用ボンディング細線の製造方法」の発明が示されている。
【００１５】
また、特開昭６４−００３９０３号公報の特許請求の範囲第（３）項には、所定のＣｕ合金の鋳塊に、「熱間圧延を施し、その後伸線加工と少なくとも１回以上中間焼鈍を繰返して所定の線径に仕上げ、しかる後非酸化性又は還元性雰囲気下で焼鈍することにより、所望の機械的特性とすることを特徴とする電子機器用銅細線の製造法」の発明が示されている。
【００１６】
同様に、特開平１１−２９３４３１号公報の請求項１には、「晶出物などの異相を含む銅合金軟質素材を冷間加工し、必要に応じて中間焼鈍を施す、線径５０μｍ以下の銅合金極細線の製造方法であって、前記銅合金軟質素材からの冷間加工率を９９．９９９％以下とし、中間焼鈍を施す場合は、中間焼鈍と中間焼鈍の間の冷間加工率は９９．９９９％以下とし、最終中間焼鈍後の冷間加工率は８０〜９９％にすることを特徴とする銅合金銅細線の製造方法」の発明が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平０１−２９１４３５号公報
【特許文献２】特開平０１−２９０２３１号公報
【特許文献３】特開２０１４−１６５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明者等は、銅合金線ボンディングワイヤの花びら状現象を注意深く観察し、このような花びら状に拡がる現象は、製造直後のボンディングワイヤで観察されず、数か月放置したボンディングワイヤでみられたことに気が付いた。他方、無垢の純銅線の場合には、製造直後でも同様にボンディングワイヤの圧着ボールが花びら状に拡がることがあった。そこで、本発明者等は、圧着ボールが花びら状に拡がらない合金組成を種々探索し、さらに研究を進めて本発明を完成させるに至った。
【００１９】
本発明の目的は、ボンディングワイヤを細くして溶融ボールを小さくしても、圧着ボールが花びら状に拡がらず、安定して均一な圧着形状を確保することができるボールボンディング用銅合金線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のボールボンディング用銅合金線の一つは、ボールボンディング用銅希薄合金において、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．０１〜１．５質量％の白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％、更に０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のボールボンディング用銅合金線の他の一つは、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．０１〜１．５質量％の白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％、更に１０〜１００質量ｐｐｍのリン（Ｐ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のボールボンディング用銅合金線の他の一つは、０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．０１〜１．５質量％の白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％、更に０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）、１０〜１００質量ｐｐｍのリン（Ｐ）、１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）および残部銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の実施態様は以下のとおりである。すなわち、上記ニッケル（Ｎｉ）の含有量が０．２〜１．２質量％であることが好ましい。より好ましくは、０．５〜１．０質量％の範囲である。また、上記白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）の含有量が０．０５〜０．８質量％であることが好ましい。そして、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）よりもニッケル（Ｎｉ）からなる銅希薄合金が好ましい。特にニッケル（Ｎｉ）および白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）からなる銅希薄合金がより好ましい。また、上記イオウ（Ｓ）の含有量が２〜１０質量ｐｐｍであることが好ましい。
【００２４】
本発明において、銅マトリックスに０．１〜１．５質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．０１〜１．５質量％の白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれか１種以上を合計で０．０１〜１．５質量％含有させるのは、これらの含有合金成分が銅マトリックスに完全に均一固溶するからである。また、ニッケル（Ｎｉ）等の含有合金成分は銅マトリックス中に存在する酸素を固定する作用を示すからである。また、この範囲内であれば、銅合金線ワイヤの表面に銅（Ｃｕ）の含有量が高い表面偏析層が生じることはない。
【００２５】
ニッケル（Ｎｉ）の含有量の下限値を０．１質量％とし、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）の下限値を０．０１質量％としたのは、この下限値未満では結晶粒が粗大化し圧着時に局所的に変形してしまうからである。他方、ニッケル（Ｎｉ）等のうちのいずれか１種以上の上限値を合計で１．５質量％としたのは、この上限値を超えると、圧着ボールが硬くなりすぎてチップダメージを起こすからである。ニッケル（Ｎｉ）の含有量が０．２〜１．２質量％であり、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）の含有量が０．０５〜０．８質量％であれば、圧着ボールの結晶粒径がある程度均一な大きさになり、安定した円盤状の圧着ボールが得られる。銅合金の圧着ボール形状に関しては白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）よりもニッケル（Ｎｉ）のほうが、作用効果が大きい。ニッケル（Ｎｉ）の含有量が０．５〜１．０質量％の範囲が特に好ましい。
【００２６】
本発明の銅合金線ワイヤに０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）を含有させると、意外にも酸素の侵入を止める効果のあることが分かった。これまでイオウ（Ｓ）は溶融した銅ボールを硬くするので、添加元素から排除されていた元素である。０．１〜２０質量ｐｐｍのイオウ（Ｓ）は銅合金線ワイヤの表面層を支配して表面希薄層をつくることもない。
【００２７】
イオウ（Ｓ）が０．１質量ｐｐｍ以上あると銅合金線の表面層を支配し、酸素の侵入を止めることができる。他方、イオウ（Ｓ）が２０質量ｐｐｍを超えると、圧着ボールが硬くなりすぎ、ボールボンディングするとアルミスプラッシュを起こす。よって、イオウ（Ｓ）の含有量を０．１〜２０質量ｐｐｍとした。イオウ（Ｓ）は銅合金線ワイヤに及ぼす影響力が強いので、イオウ（Ｓ）の含有量は２〜１０質量ｐｐｍであることが好ましい。
【００２８】
本発明の銅合金線ワイヤが大気中で長期保存に耐えるには、ワイヤ中にある程度の酸素量が必要である。本発明の銅合金線ワイヤに１０〜８０質量ｐｐｍの酸素（Ｏ）を含有させておくと、圧着ボール形状が安定する効果のあることが分かった。ニッケル酸化物等が銅マトリックス中に固定され、この酸化物粒子のピン止め効果によって圧着ボールの結晶粒径がある程度の均一な大きさに保たれるからである。酸素（Ｏ）が下限値未満であればこのような抑制効果はなくなる。また、酸素（Ｏ）が上限値を超えると、第２接合点（ボンディングワイヤとリードフレームや基板などとの接合点）において接合性が低下するため、接合不良や実装工程での歩留まり低下が発生する。よって、ボンディングワイヤとして使用する際の酸素（Ｏ）の含有量を１０〜８０質量ｐｐｍとした。
【００２９】
特にニッケル（Ｎｉ）は酸素（Ｏ）と酸化物を形成して銅（Ｃｕ）マトリックス中に固定されるので、ピン止め効果が大きくなる。ただし、酸素（Ｏ）は銅マトリックスを透過するので、通常の銅合金線においては、ニッケル（Ｎｉ）などが酸化ニッケル等になる分だけ酸素を含有することができる。しかしながら、酸化ニッケル等の酸化物になると、この体積膨張が呼び水となって大気中から銅マトリックスへ酸素が侵入しやすくなる。そこで、所定量のイオウ（Ｓ）またはリン（Ｐ）を添加することによって酸素（Ｏ）の侵入を抑制することにした。すなわち、所定量のイオウ（Ｓ）またはリン（Ｐ）を添加することによって数か月放置しても本発明の銅合金線ワイヤに含まれる酸素（Ｏ）の含有量があまり増加しない効果がある。
【００３０】
本発明において１０〜１００質量ｐｐｍのリン（Ｐ）は、銅合金線ワイヤを酸化させない効果のほかに、溶融ボールを形成したときにフラックス作用を示してワイヤ表面の酸化膜を除去する効果がある。リン（Ｐ）が下限値の１０質量ｐｐｍ未満では上記効果がない。また、リン（Ｐ）が上限値の１００質量ｐｐｍを超えると、アルミパッド上でアルミスプラッシュを起こす。よって、リン（Ｐ）の範囲を１０〜１００質量ｐｐｍとした。
【００３１】
本発明の銅合金線細線において、素材となる高純度銅（Ｃｕ）の純度は９９．９９質量％以上あればよい。リン脱酸銅や無酸素銅を用いることができる。残りの０．０１質量％未満には、銀（Ａｇ）や鉄（Ｆｅ）が代表的に含まれる。その他、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、クロム（Ｃｒ）、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）などが含まれる。
【００３２】
素材となる高純度銅（Ｃｕ）の純度は高いほど不純物が少なくなるので好ましい。高純度銅（Ｃｕ）の純度は、９９．９９５質量％以上、より好ましくは９９．９９８質量％以上、最も好ましくは９９．９９９８質量％以上である。しかし、本発明の銅合金線においては、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）の含有量が％オーダーなので、これらのｐｐｍオーダーの不純物の影響は無視することができる。
【００３３】
本発明の銅合金線は、所定量のイオウ（Ｓ）、あるいは、リン（Ｐ）の存在によって大気中の酸素による酸化の影響を少なくすることができる。よって、不活性雰囲気中であれば最終線径前の線径５０〜２５０μｍで熱処理を施しても、極端に酸素量が増えることがないことがわかった。このような熱処理を施す場合は、非酸化性雰囲気で温度は４００℃〜７００℃で行い、熱処理した線径にて常温での伸び率が５〜２５％となる条件であれば、本発明の酸素量を所定の範囲にとどめることができる。
【００３４】
また、本発明のボールボンディング用銅合金線においては、貴金属めっきされたアルミニウムパッドを用いることができる。ボンディングワイヤからアルミニウムパッド中に酸素が侵入するのを防ぐためである。貴金属めっきは、金（Ａｕ）めっき、銀（Ａｇ）めっき、パラジウム（Ｐｄ）めっきの軟質めっきがよい。また、めっき硬さはボールボンディング用銅合金線の静的硬さと同程度にしておくと、溶融ボールの組成流動をコントロールすることができ、チップ割れを防ぐことができる。具体的にはめっき硬さをヌープ硬さで測定し、ボンディングワイヤのビッカース硬さに近似させることができる。
【００３５】
また、本発明においては、リードフレームが銅（Ｃｕ）合金または鉄（Ｆｅ）素材に銅（Ｃｕ）または銅（Ｃｕ）合金が電気めっき等により被覆されたものであるものを用いることもできる。リードフレーム以外にも、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）のような樹脂基板や、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ  ｐａｃｋａｇｅ）のようなリードのないフレームなど、ボンディングワイヤが一般的な電気接合線用途として使用される様々なパッケージにも適用されることが可能である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のボールボンディング用銅合金線においては、１週間程度放置しても銅合金線中に含まれる酸素の含有量はほとんど変化しない。しかも、アルミパッドに対して鉛直方向から溶融ボールを押圧してできた圧着ボールの溶着面積が広がらず、花びら状に拡がる現象は生じない。よって、第一ボンディングにおいて安定して均一な溶着面積を確保することができ、高密度実装用ボンディングワイヤとして最適となる。特に直径を１８μｍ以下にしても、溶融ボールが硬くならず、溶着面積がほとんど変化しない。また、生産性、あるいは、セカンド接合性やルーピング特性など他のボンディング特性は、従前のボンディングワイヤと同様に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】は、実施例１の溶融ボールの圧着状態を示す顕微鏡写真である。
【図２】は、実施例２の溶融ボールの圧着状態を示す顕微鏡写真である。
【図３】は、実施例３の溶融ボールの圧着状態を示す顕微鏡写真である。
【図４】は、実施例４の溶融ボールの圧着状態を示す顕微鏡写真である。
【図５】は、比較例１の溶融ボールの圧着状態を示す顕微鏡写真である。
【図６】は、花びら状の形状の計測手段を示す顕微鏡写真である。
【図７】は、従来の偏心ボールの圧着状態を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［実施例１］
市販の純度９９．９９９９質量％以上の電解銅素材に、純度９９．９９９質量％以上のニッケル（Ｎｉ）を０．２５質量％、純度９９．９９９質量％以上の白金（Ｐｔ）を０．５質量％、イオウ（Ｓ）を１０質量ｐｐｍ、およびリン（Ｐ）を１５質量ｐｐｍ、それぞれ配合して所定の銅合金線を得た。この合金を連続鋳造後、ダイヤモンドダイスを使用して、連続伸線加工し、直径１８μｍのワイヤを得た。その後、常温での伸び率が１０％となるように、最終連続焼鈍を約５００℃にて行った。このワイヤを室温の大気中に３日間放置した後、この合金ワイヤの酸素濃度を測定したところ、２５質量ｐｐｍであった。このボンディングワイヤを実施例１とした。
【００３９】
（第一ボンドの接合性試験）
この実施例１のボンディングワイヤをボンディングマシン（装置名：キューリックアンドソファー社製ＩＣｏｎｎタイプ）を用いて０．８μｍ厚のＡｌ−０．５質量％Ｃｕパッド上へボールボンディングを１００本連続して行った。このパッドは厚さ０．２０ｍｍのチップ上にある。フリーエアーボール（ＦＡＢ）の作製条件は、ＦＡＢ径が線径の１．５倍となるように設定し、第一ボンドの超音波および荷重の条件は圧着径がＦＡＢの１．３倍となるよう設定した。ループ長さは２．５ｍｍ、ループ高さは３００μｍとした。
【００４０】
第一ボンドの全数の溶着状態を一般的な測定顕微鏡（オリンパス社製のＳＴＭ６）の対物レンズ５０倍で観察して目視で優と判断した。このボンディングワイヤの圧着ボールの代表的な５個の外観（「実施例１型」と称す）を図１に示す。５個の圧着ボール径の平均値は２７μｍ、圧着ボール厚みは１１μｍであった。
【００４１】
［実施例２］
市販の純度９９．９９質量％以上の無酸素銅素材に、純度９９．９９質量％以上のニッケル（Ｎｉ）を０．５質量％、純度９９．９９質量％以上のパラジウム（Ｐｄ）を０．２５質量％、イオウ（Ｓ）を１５質量ｐｐｍ、およびリン（Ｐ）を８０質量ｐｐｍ、それぞれ配合して所定の銅合金線を得た。この合金を連続鋳造後、ダイヤモンドダイスを使用して、連続伸線加工した。なお、連続伸線加工途中の直径６０μｍで５００℃の熱処理し、その線径で常温の伸び率を測定すると１５％であった。その後に再度連続伸線加工を行い最終線径１８μｍのワイヤまで加工し、常温での伸び率が１２％となるように、最終連続焼鈍を約５５０℃にて行った。このワイヤを室温の大気中に３日間放置した後、この合金ワイヤの酸素濃度を測定したところ、３１質量ｐｐｍであった。このボンディングワイヤを実施例２とした。
【００４２】
（第一ボンドの接合性試験）
この実施例２のボンディングワイヤを実施例１と同様にして１００本ボンディングを行った。第一ボンドの全数の溶着状態を一般的な測定顕微鏡（オリンパス社製ＳＴＭ６）の対物レンズ５０倍で観察して目視で良と判断した。このボンディングワイヤの圧着ボールの代表的な５個の外観（「実施例２型」と称す）を図２に示す。圧着ボール径の平均値は２７μｍ、圧着ボール厚みは１１μｍであった。
【００４３】
［実施例３］
市販の純度９９．９９質量％以上のリン脱酸銅素材に、純度９９．９９質量％以上のニッケル（Ｎｉ）を１．０質量％、純度９９．９９９質量％以上の白金（Ｐｔ）を０．１質量％、純度９９．９９質量％以上のパラジウム（Ｐｄ）を０．０５質量％およびイオウ（Ｓ）を１質量ｐｐｍ、それぞれ配合して所定の銅合金線を得た。この合金を連続鋳造後、ダイヤモンドダイスを使用して、連続伸線加工し、直径１８μｍのワイヤを得た。その後、常温での伸び率が１２％となるように、最終連続焼鈍を約５５０℃にて行った。このワイヤを室温の大気中に３日間放置した後、この合金ワイヤの酸素濃度を測定したところ、３６質量ｐｐｍであった。このボンディングワイヤを実施例３とした。
【００４４】
（第一ボンドの接合性試験）
この実施例３のボンディングワイヤを実施例１と同様にして１００本ボンディングを行った。第一ボンドの全数の溶着状態を一般的な測定顕微鏡（オリンパス社製ＳＴＭ６）の対物レンズ５０倍で観察して目視で可と判断した。このボンディングワイヤの圧着ボールの代表的な５個の外観（「実施例３型」と称す）を図３に示す。圧着ボール径の平均値は２７μｍ、圧着ボール厚みは１１μｍであった。
【００４５】
［実施例４］
市販の純度９９．９９９９質量％以上の電解銅素材に、純度９９．９９質量％以上のニッケル（Ｎｉ）を０．１質量％、純度９９．９９質量％以上の白金（Ｐｔ）を０．１質量％、イオウ（Ｓ）を１０質量ｐｐｍおよびリン（Ｐ）を１０質量ｐｐｍ、それぞれ配合して所定の銅合金線を得た。この合金を溶解鋳造後にて直径５ｍｍの鋳造材を製造した。
【００４６】
得られた各々の鋳造材について溝ロール、ダイヤモンドダイスを使用して、連続伸線加工した。なお、連続伸線加工途中の直径１００μｍで５００℃の熱処理を行い、その線径で常温の伸び率を測定すると１８％であった。その後に再度連続伸線加工を行い最終線径１８μｍのワイヤまで加工し、常温での伸び率が１３％となるように、最終連続焼鈍を約５５０℃にて行った。このワイヤを室温の大気中に３日間放置した後、この合金ワイヤの酸素濃度を測定したところ、２９質量ｐｐｍであった。このボンディングワイヤを実施例４とした。
【００４７】
（第一ボンドの接合性試験）
この実施例３のボンディングワイヤを実施例１と同様にして１００本ボンディングを行った。第一ボンドの全数の溶着状態を一般的な測定顕微鏡（オリンパス社製ＳＴＭ６）の対物レンズ５０倍で観察して目視で可と判断した。このボンディングワイヤの圧着ボールの代表的な５個の外観（「実施例４型」と称す）を図４に示す。圧着ボール径の平均値は２８μｍ、圧着ボール厚みは１０μｍであった。
【００４８】
［実施例５〜２４］
次に、合金成分の組成を変えて種々のボールボンディング用銅合金線（実施例５〜２４）を作製し、第一ボンドの接合性試験を行った。これらの結果を実施例１〜実施例４の範疇に属するものに分類し、表１に示す。
【００４９】
花びら形状の計測は、基本的に図６の図６−１〜図６−４のようにして行った。圧着ボールの形状は、図６−１のように外周部と内周部とからなる。この圧着ボールの中心軸を通る図６−１の内周部の中心点をMとし、Mを中心として内周部を取り囲むような円を図６−２のように実線で描いた。次に、図６−３のように、圧着ボールの外周部を実線Ｒでなぞった。そして、Ｍを中心にして外周部Ｒまでの半径Ｌを３６０度回転しながら求める。その後、図６−４に示すとおり、Ｌの最大値（Ｌ（Ｍａｘ））をほほ水平方向に表示し、Ｌの最小値（Ｌ（Ｍｉｎ））を右斜め上方に表示した。
【００５０】
花びら形状は、経験的にＬ（Ｍｉｎ）とＬ（Ｍａｘ）の比率が３倍を超えた圧着形状とした。実施例および比較例では、１００個の圧着径の中から発生数の個数を計測した。また、比較例の中にはごく少量であるが、図７に示すような偏心した圧着ボールも含まれた。そこで、花びら形状の比較を容易にするため、Ｌ（Ｍｉｎ）が０となっている角度が３０度以上のものや、Ｌ（Ｍｉｎ）とＬ（Ｍａｘ）の比率が３倍を超えた状態が角度３０度以上連続しているものは、実施例および比較例の花びら形状のカウント数から除外した。実施例および比較例では、花びら形状の発生数が０個のものを◎、発生数が１〜３のものを○、そして、発生数が４個以上のものを×とした。これらの結果を表１右欄に示す。
【００５１】
０．８μｍ厚のアルミニウム（Ａｌ−０．５％Ｃｕ）電極膜のダメージは、ボールボンディング直後に割れが発生していないかを、１００個の電極膜で確認した。ボールボンディングされた状態でアルミニウム（Ａｌ）電極膜を上部から観察し、圧着されたボール周辺の電極膜に割れや盛り上がりのダメージが入っている個数を数え、０〜５個を○、６〜１０個を△、１１個以上を×とした。これらの結果を表１右欄に示す。
【００５２】
【表１】
2018064050.tif 000002
【００５３】
［比較例１］
市販の純度９９．９９９９質量％以上の電解銅素材に、純度９９．９９９質量％以上のニッケル（Ｎｉ）を０．０５質量％、純度９９．９９９質量％以上の白金（Ｐｔ）を０．０５質量％およびリン（Ｐ）を１２０質量ｐｐｍ配合して所定の銅合金線を得た。この合金を連続鋳造後、ダイヤモンドダイスを使用して、連続伸線加工し、直径１８μｍのワイヤを得た。その後、常温での伸び率が１１％となるように、最終連続焼鈍を約５００℃にて行った。
【００５４】
このワイヤを室温の大気中に３日間放置した後、この合金ワイヤの酸素濃度を測定したところ、３０質量ｐｐｍであった。このボンディングワイヤを比較例１とした。この比較例１はニッケル（Ｎｉ）と白金（Ｐｔ）の含有量が下限値を下回り、リン（Ｐ）の含有量が上限値を超えている。
【００５５】
（第一ボンドの接合性試験）
この比較例１のボンディングワイヤを実施例１と同様にして１００本ボンディングを行った。第一ボンドの全数の溶着状態を一般的な測定顕微鏡（オリンパス社製ＳＴＭ６）の対物レンズ５０倍で観察して目視で不可と判断した。このボンディングワイヤの圧着ボールの代表的な５個の外観（「比較例型」と称す）を図５に示す。
【００５６】
［比較例２〜５］
同様にして比較例２〜４のボールボンディング用銅合金線を作製し、第一ボンドの接合性試験を行った。これらの組成と結果を表１に示す。比較例２は、白金（Ｐｔ）の含有量が上限値を超えている。また、リン（Ｐ）の含有量が下限値を下回っている。比較例３は、酸素（Ｏ）の含有量が上限値を超え、かつ、イオウ（Ｓ）の含有量が下限値を下回っている。比較例４は、パラジウム（Ｐｄ）の含有量が下限値を下回り、かつ、イオウ（Ｓ）の含有量が上限値を超えている。
【００５７】
図１〜図５および表１の結果から明らかなように、本発明の実施例１〜２４のボールボンディング用銅合金線においては、銅合金線を細くして溶融ボールを小さくしても、圧着ボール形状が安定し、圧着ボールが花びら状に拡がらないことがわかる。図１〜図５で示すように、圧着ボール形状が良かった順序は、実施例１型≒実施例２型≒実施例３型＞実施例４型＞比較例１型の順序であった。図１〜図５では判読しにくいが、特に実施例１および実施例２の銅合金線がボンディングワイヤとして優れていることがわかる。このことは図１〜図５に例示されているとおりである。
【００５８】
他方、表１の結果から明らかなように、比較例１〜４のボールボンディング用銅合金線は、圧着ボール形状が安定せず、圧着ボールが花びら状に拡がっていることがわかる。このことは、図５にも例示されているように、圧着ボール形状が花びら状に観察されることからも理解できる。また、比較例２はアルミニウム電極膜のダメージ発生数が実施例よりも著しく多いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明ボールボンディング用銅合金線は、携帯電話といった携帯用電子機器、自動車などに載置される電子部品、医療機器、産業用ロボットなどの各種の電気・電子機器に組み込まれる半導体装置のボンディングワイヤのみならず、これらの電気・電子機器の電線、代表的には同軸ケーブルの極細線に好適に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月1日(2017.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
【表１】
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