(57)【要約】【課題】加工性が良好で、細線化しても断線が生じ難いボンディングワイヤ用銅素線、及びボンディングワイヤ用銅素線の製造方法を提供する。【解決手段】ボンディングワイヤを形成するためのボンディングワイヤ用銅素線であって、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなり、線径が０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であり、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下であることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングワイヤを形成するためのボンディングワイヤ用銅素線であって、
純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなり、
線径が０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であり、
伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下であることを特徴とするボンディングワイヤ用銅素線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディングワイヤを形成するためのボンディングワイヤ用銅素線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子を搭載した半導体装置においては、半導体素子とリードとが、ボンディングワイヤによって接続されている。従来、ボンディングワイヤとしては、伸線性及び導電性等の観点から主にＡｕ線が使用されている。しかしながら、Ａｕは高価であることから、Ａｕ線を代替するボンディングワイヤとして、Ｃｕ線からなるボンディングワイヤが提供されている。
【０００３】
Ｃｕ線からなるボンディングワイヤは、例えば、線径４ｍｍ〜８ｍｍの鋳造材を０．５ｍｍまで伸線加工して、ボンディングワイヤ用銅素線とした後に、このボンディングワイヤ用銅素線をさらに伸線加工して、線径３０μｍから５０μｍに加工することによって製造される。例えば特許文献１、２には、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅（いわゆる６ＮＣｕ）のＣｕ線からなるボンディングワイヤが提案されている。このボンディングワイヤは、純度が高いため強度が低く、ワイヤのループ形状等を形成し易くなり信頼性が向上する。また、純度が高いため介在物が少なく、伸線加工時において断線が生じることを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１１１４５５号公報
【特許文献２】特開平０４−２４７６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、半導体装置の小型化や低コスト化のために、ボンディングワイヤの細線化が求められており、今後、ボンディングワイヤの線径は、例えば１０μｍ以下まで進むことが想定される。したがって、ボンディングワイヤを形成するためのボンディングワイヤ用銅素線には、細線化しても伸線加工時において断線することのない加工性が必要とされている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に示されたボンディングワイヤの製造時において、ボンディングワイヤ用銅素線を伸線加工して例えば線径１０μｍまで加工すると、素線の伸びが不十分となり、高い頻度で素線の断線が生じてしまう。このようにボンディングワイヤ用銅素線を伸線加工する際に断線が生じると、生産性が著しく低下してしまう問題が生じる。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、加工性が良好で、細線化しても断線が生じ難いボンディングワイヤ用銅素線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】
【０００８】
本発明者らは、上述した課題を解決すべく検討した結果、ボンディングワイヤ用銅素線を伸線加工してボンディングワイヤを製造する際に、ボンディングワイヤ用銅素線において、伸線方向と垂直な断面における（００１）面の面積率を特定の範囲に制御することにより、ボンディングワイヤ用銅素線の加工性を向上させ、伸線加工時における断線を抑制できるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき完成させたものであって、その要旨は以下の通りである。
【０００９】
すなわち、本発明のボンディングワイヤ用銅素線は、ボンディングワイヤを形成するためのボンディングワイヤ用銅素線であって、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなり、線径が０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であり、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下であることを特徴としている。
【００１０】
本発明のボンディングワイヤ用銅素線によれば、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下とされているので、加工性を向上させることができ、伸線時における断線の発生を抑制可能となる。
伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％未満の場合、（１１１）面をはじめとする他の方位が増加してしまい、強度が低下し、伸線加工時に破断が生じ易くなる。また、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が３０％超の場合、伸びが低下し、伸線加工時に破断が生じ易くなる。したがって、（００１）面の面積率は、上述の範囲に設定されている。
さらに、ボンディングワイヤ用銅素線が、純度９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなるので、このボンディングワイヤ用銅素線を用いたボンディングワイヤの強度を十分に低くし、ボンディングワイヤの信頼性を向上できる。また、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅は、介在物が少ないので、伸線加工時において介在物に起因する断線の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加工性が良好で、細線化しても断線が生じ難いボンディングワイヤ用銅素線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線の製造方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線、及びボンディングワイヤ用銅素線の製造方法について説明する。
【００１４】
本実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線は、線径８０μｍ以下、望ましくは線径５μｍ以上５０μｍ以下のボンディングワイヤを製造する際の素線として使用されるものである。また、ボンディングワイヤ用銅素線は、線径が０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下とされている。
【００１５】
ボンディングワイヤ用銅素線は、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅（６ＮＣｕ）からなる。
そして、このボンディングワイヤ用銅素線は、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下とされている。本実施形態において、伸線方向と垂直な断面とは、ボンディングワイヤ用銅素線の中心軸を含む断面である。また、本実施形態では、伸線方向と垂直な断面において、（００１）面に対してズレ角１５°以内の結晶面の合計の面積率を（００１）面の面積率としている。
【００１６】
ここで、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％未満の場合、（１１１）面をはじめとする他の方位が増加してしまい、強度が低下し、伸線加工時に破断が生じ易くなる。また、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が３０％超の場合、伸びが低下し、伸線加工時に破断が生じ易くなる。
このような理由により、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率は、上述の範囲に設定されている。
【００１７】
なお、伸線方向と垂直な断面の（００１）面の面積率については、電子後方散乱回折像（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ）法（ＥＢＳＤ法）によって測定することができる。このＥＢＳＤ法は、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）にＥＢＳＤ検出器を接続し、収束電子ビームを試料表面に照射したときに発生する個々の結晶の回折像（ＥＢＳＤ）の方位を解析、方位データと測定点の位置情報から材料の結晶方位を測定する方法である。
【００１８】
次に、本実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線の製造方法について説明する。ボンディングワイヤ用銅素線の製造方法は、例えば図１に示すように、熱間加工工程Ｓ１と、伸線加工工程Ｓ２と、加熱処理工程Ｓ３とを備えている。以下に、各工程の詳細を説明する。
【００１９】
（熱間加工工程Ｓ１）
まず、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなる直径２５０ｍｍ、長さ７００ｍｍのビレット（鋳塊）を用意する。
そして、このビレットを７００℃以上９００℃以下の温度範囲に加熱し、減面率９９％以上９９．９％以下の範囲で熱間押出し加工し、６ｍｍ以上２０ｍｍ以下の素線を製出する。この熱間加工工程Ｓ１においては、ビレット（鋳塊）が有する鋳造組織を破壊し、鋳造組織に比較して微細で均一な熱間加工組織にするために、上述の温度範囲及び減面率で熱間押出し加工を行っている。
本実施形態においては、８００℃に加熱し、減面率９９．９％の条件で熱間押出し加工を行い、８ｍｍの素線を製出した。
【００２０】
（伸線加工工程Ｓ２）
上述の熱間加工工程Ｓ１において製出された素線を、減面率８０％以上９９．６％以下の範囲内で伸線加工（冷間伸線加工）し、線径０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下に加工する。ここで、伸線加工は、１パスで行われても良いが、複数パスに分けて行われることが好ましい。この伸線加工工程Ｓ２においては、熱間加工工程Ｓ１で形成された熱間加工組織（結晶粒）が伸線加工方向に伸長し、繊維状の金属組織となる。
本実施形態においては、１５パスで直径８ｍｍから１ｍｍまで加工を行っており、減面率は９８％とされている。
なお、伸線加工工程Ｓ２においては、皮剥ぎ伸線加工が行われても良い。
【００２１】
（加熱処理工程Ｓ３）
上述の伸線加工工程Ｓ２において伸線された素線に対して２００℃以上２６０℃以下、３０分以上３００分以下の範囲内で加熱処理を行う。ここで、加熱処理工程Ｓ３は、還元雰囲気とされたバッチ式焼鈍炉で行われる。この加熱処理工程Ｓ３においては、伸線加工工程Ｓ２で繊維状とされた金属組織のうちの一部が再結晶し、繊維状の金属組織と等軸の再結晶組織とが混在した金属組織となっている。
本実施形態においては、バッチ式焼鈍炉によって、２２０℃で６０分の条件で、還元ガス雰囲気中で素線の加熱処理が行われている。
【００２２】
以上のようにして本実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線が製造される。
なお、このボンディングワイヤ用銅素線をボンディングワイヤに加工する場合、例えば減面率９９．９６％で伸線加工することにより、２０μｍのボンディングワイヤとされる。
【００２３】
以上のような構成とされた本実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線によれば、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下とされているので、加工性を向上させることができ、伸線時における断線の発生を抑制可能となる。
【００２４】
さらに、ボンディングワイヤ用銅素線が、純度９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなるので、このボンディングワイヤ用銅素線を用いたボンディングワイヤの強度を十分に低くし、ボンディングワイヤの信頼性を向上できる。また、純度が９９．９９９９質量％以上の高純度銅は、介在物が少ないので、伸線加工時において介在物に起因する断線の発生を抑制できる。
【００２５】
また、本実施形態に係るボンディングワイヤ用銅素線の製造方法によれば、高純度銅からなる鋳塊を熱間加工して素線を製出する熱間加工工程Ｓ１と、素線を減面率８０％以上９９．６％以下の範囲内で伸線加工をする伸線加工工程Ｓ２と、この伸線加工された素線に対して２００℃以上２６０℃以下、３０分以上３００分以下の範囲内で加熱処理を行う加熱処理工程Ｓ３と、を備える構成とされているので、伸線方向と垂直な断面において（００１）面の面積率が１５％以上３０％以下とされたボンディングワイヤ用銅素線を製造することができる。
【００２６】
熱間加工工程Ｓ１で製出された素線に対して、減面率８０％以上９９．６％以下の範囲内で伸線加工工程Ｓ２を行うと、結晶粒が伸線方向に繊維状に伸びた金属組織となり、伸線方向と垂直な断面において（００１）面が増加する。この繊維状に伸びた金属組織は、さらに伸線加工を行うと、伸びが低いために破断が生じてしまうことがある。そこで、上述した条件で加熱処理工程Ｓ３を行うことによって、繊維状に伸びた金属組織の一部を再結晶させて（００１）面の面積率を所定の範囲に制御して伸びを改善し、伸線時の加工性を向上させているのである。
【００２７】
また、加熱処理工程Ｓ３においては、伸線加工工程Ｓ２で伸線された素線に対して、バッチ式焼鈍炉によって、２００℃以上２６０℃以下、３０分以上３００分以下の範囲内で加熱処理を行う構成とされているので、伸線方向と垂直な断面における（００１）面の面積率を１５％以上３０％以下に確実に制御することができる。
【００２８】
加熱処理工程Ｓ３において、加熱温度が２００℃未満の場合、再結晶が十分に発生せず（００１）面の面積率を３０％以下に制御することが困難となり、伸びが低下し伸線加工時に破断が発生するおそれがある。また、加熱温度が２６０℃超の場合、再結晶が進行し過ぎて（００１）面の面積率を１５％以上に制御することが困難となり、強度が低下し、伸線加工時に破断し易くなってしまう。
【００２９】
また、加熱処理工程Ｓ３において、加熱時間が３０分未満の場合、再結晶が十分に発生せず（００１）面の面積率を３０％以下に制御することが困難となる。また、加熱時間が３００分超の場合、再結晶が進行し過ぎて（００１）面の面積率が１５％以上に制御することが困難となる。
以上の理由により、加熱処理工程の熱処理条件は、２００℃以上２６０℃以下、３０分以上３００分以下の範囲内とされている。
【００３０】
例えば、電流焼鈍のような高温短時間の加熱処理では、伸線加工によって形成された繊維状の組織中に再結晶組織を安定して形成することができず、伸線方向と垂直な断面における（００１）面の面積率を上述の範囲に制御することが困難となる。一方、本実施形態では、バッチ式焼鈍炉を用いて上述の加熱条件で加熱処理を行うことにより、安定して（００１）面の面積率を上述の範囲に制御することができるのである。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３２】
なお、純度９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなる鋳塊の形状やサイズに限定はなく、本実施形態に限定されることはない。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
（本発明例１〜５）
まず、純度９９．９９９９質量％以上の高純度銅からなる直径２５０ｍｍ、長さ７００ｍｍのビレットを用意した。このビレットを８００℃に加熱し、熱間押出し加工を行い、直径８ｍｍの素線を製出した。
次に、直径８ｍｍの素線に対して、冷間皮剥ぎ伸線を含め、直径１ｍｍまで伸線加工を行った。なお、この伸線加工は、減面率９８％とし、パス回数は１５回とした。
次いで、伸線加工された素線をバッチ式焼鈍炉に装入して、表１に示す加熱温度、加熱時間で加熱処理を行った。なお、バッチ式焼鈍炉の雰囲気は、還元雰囲気とした。
以上のようにして、本発明例１〜５のボンディングワイヤ用銅素線を製造した。
【００３４】
（比較例１）
比較例１では、伸線加工後の加熱処理を行わずにボンディングワイヤ用銅素線を製造した。すなわち、伸線加工後の加熱処理を行わないこと以外は、上述した本発明例と同様にして、比較例１のボンディングワイヤ用銅素線を製造した。
【００３５】
（比較例２）
まず、純度９９．９９９９％以上の高純度銅からなる鋳塊を用意した。この鋳塊を原料として直径８ｍｍの素線を鋳造した。
次に、直径８ｍｍの素線に対して、冷間皮剥ぎ伸線を含め、直径１ｍｍまで伸線加工を行った。なお、この伸線加工は、減面率９８％とし、パス回数は１５回とした。
このようにして、比較例２のボンディングワイヤ用銅素線を製造した。なお、比較例２においても、伸線加工後の加熱処理を行っていない。
【００３６】
上述のようにして製造されたボンディングワイヤ用銅素線において、伸線方向に垂直な断面のＥＢＳＤ測定を行い、（００１）面の面積率を測定した。
ＥＢＳＤ測定の手順について以下に説明する。まず、ボンディングワイヤ用銅素線を耐水研磨紙、及びダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨した後、コロイダルシリカ溶液を用いて仕上げ研磨した。そして、ＥＢＳＤ測定装置（ＨＩＴＡＣＨＩ社製  Ｓ４３００−ＳＥＭ、ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製  ＯＩＭ  Ｄａｔａ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）と、解析ソフト（ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製  ＯＩＭ  Ｄａｔａ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｖｅｒ．５．２）によって、ボンディングワイヤ用銅素線の伸線方向に垂直な断面の結晶方位を測定した。具体的には、試料表面の測定範囲内の個々の測定点に電子線を照射し、電子線を試料表面に２次元で走査させ、後方散乱電子線回折による方位解析を行った。
なお、ＥＢＳＤ測定されるボンディングワイヤ用銅素線の断面において、（００１）面に対してズレ角１５°以内の結晶面を（００１）面として、（００１）面の面積率を評価した。
【００３７】
また、製造されたボンディングワイヤ用銅素線に対して、さらに伸線加工を行い、直径５μｍまで加工した。具体的には、直径１ｍｍ（１０００μｍ）から１００μｍに伸線加工を行い、さらに１００μｍ→５０μｍ→２５μｍ→１０μｍ→５μｍのように伸線加工した。このとき、１００μｍから５μｍまで各直径に加工する際に発生した断線回数を測定した。なお、この伸線加工は、５μｍまで加工した段階で、全長１００ｍのワイヤが得られるように実施した。
なお、比較例１については、伸線加工において、断線が多発したため、途中で製造を中止した。
上記の測定結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
本発明例１〜５は、表１に示すように、１００μｍから５μｍまで伸線加工を施しても断線回数が少なく、加工性が良好であることが確認された。すなわち、本発明例１〜５は、細線化しても断線が生じ難いボンディングワイヤ用銅素線であることが確認された。
【００４０】
比較例１は、直径１ｍｍまで伸線加工した後に、加熱処理が行われていないので、（００１）面の面積率が３０％超となり、断線回数が本発明例と比較して多くなった。
また、比較例２は、直径８ｍｍの素線を鋳造し、この素線を直径１ｍｍまで伸線加工しており、直径１ｍｍまでの伸線加工の減面率が本発明例と比較して不足しているために、（００１）面の面積率が１５％未満となり、断線回数が本発明例と比較して多くなった。
【符号の説明】
【００４１】
Ｓ１  熱間加工工程
Ｓ２  伸線加工工程
Ｓ３  加熱処理工程
【図１】
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