(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる合金線材であって、
前記合金線材が面心立方格子（face-centered cubic lattice）の多結晶構造を有するもので、かつ複数の結晶粒を含み、
前記合金線材の軸から前記合金線材の半径方向に沿って３０パーセントの距離の位置まで伸びる領域である前記合金線材の中心部は細長い結晶粒及び／または等軸結晶粒からなり、前記合金線材のその他の部分は等軸結晶粒からなり、
焼なまし双晶（annealing twins）を含む前記結晶粒の数量が前記合金線材の前記結晶粒の総量の２０パーセント以上である
合金線材。
【請求項２】
前記銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、
前記銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、
前記銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含む
請求項１に記載の合金線材。
【請求項３】
前記合金線材の線径が１０μｍから５０μｍである請求項１に記載の合金線材。
【請求項４】
前記合金線材の線径が１０μｍから５０μｍである請求項２に記載の合金線材。
【請求項５】
銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる基材線材（base wire）であって、前記基材線材が面心立方晶相の多結晶構造を有すると共に複数の結晶粒を含み、前記基材線材の軸から前記基材線材の半径方向に沿って３０パーセントの距離の位置まで伸びる領域である前記基材線材の中心部は細長い結晶粒及び／または等軸結晶粒からなり、前記基材線材のその他の部分は等軸結晶粒からなり、焼なまし双晶を含む前記結晶粒の数量は前記基材線材の前記結晶粒の総量の２０パーセント以上である、基材線材と、
前記基材線材の上にメッキされる１または複数層の金属コーティングであって、前記金属コーティングが実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる、金属コーティングと、
を含む合金線材。
【請求項６】
前記銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、
前記銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、
前記銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含む
請求項５に記載の合金線材。
【請求項７】
前記合金線材の線径が１０μｍから５０μｍである請求項５に記載の合金線材。
【請求項８】
前記合金線材の線径が１０μｍから５０μｍである請求項６に記載の合金線材。
【請求項９】
前記金属コーティングが０．１μｍから５μｍの厚さである請求項５に記載の合金線材。
【請求項１０】
合金線材の製造方法であって、
銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料で作られた太線材を準備する工程、
Ｎ個の冷間加工成形工程により、前記太線材の線径を段階的に小さくして前記太線材よりも線径の小さい細線材を形成する工程であって、第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目の前記冷間加工成形工程のそれぞれにおいて、その直前の冷間加工成形工程による中間線材に対し変形量が１％から１５％であり、このうちＮは３以上の正の整数である、工程、ならびに
各前記冷間加工成形工程の間および第Ｎ番目の前記冷間加工成形工程の後に、Ｎ個の焼きなまし工程を前記中間線材に対してそれぞれ行う工程であって、
第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目の前記冷間加工成形工程の間の第（Ｎ−１）番目の前記焼きなまし工程は、焼きなまし温度０．５Ｔｍから０．７Ｔｍで焼きなまし時間１秒から１０秒間行い、このうちＴｍは前記太線材の前記材料のケルビン温度目盛（Kelvin temperature scale）における融点であり、かつ、
第Ｎ番目の前記冷間加工成形工程の後の第Ｎ番目の前記焼きなまし工程は、第（Ｎ−１）番目の前記焼きなまし工程よりも高い２０Ｋから１００Ｋの焼きなまし温度で焼きなまし時間２秒から６０秒間行い、これによって面心立方晶相の多結晶構造を有すると共に複数の結晶粒を含む前記細線材となり、このうち前記細線材の軸から前記細線材の半径方向に沿って３０パーセントの距離の位置まで伸びる領域である前記細線材の中心部は細長い結晶粒及び／または等軸結晶粒からなり、前記細線材のその他の部分は等軸結晶粒からなり、かつ前記結晶粒の少なくとも一部に焼きなまし双晶を形成しており、前記焼なまし双晶を含む前記結晶粒の数量が前記細線材の前記結晶粒の総量の２０パーセント以上である、工程、
を含む方法。
【請求項１１】
前記冷間加工成形工程が伸線工程、押出工程またはこれらの組み合わせである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記太線材の前記準備が、
前記太線材の前記材料の原料を溶融させてから、鋳造によりインゴットを形成する工程、および
前記インゴットに冷間加工を行って前記太線材を完成させる工程
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記太線材の前記準備が、前記太線材の前記材料の原料を溶融させてから、連続鋳造のプロセスにより前記太線材を形成する工程を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷間加工成形工程の前に、電気めっき、蒸着またはスパッタリングを用いて前記太線材の表面上に金属コーティングをメッキする工程をさらに含み、前記金属コーティングが、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
第Ｎ番目の前記冷間加工成形工程の後に、電気めっき、蒸着またはスパッタリングを用いて前記太線材の表面上に金属コーティングをメッキする工程をさらに含み、前記金属コーティングが、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、
前記銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、
前記銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含む
請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記太線材の線径が５ｍｍから１０ｍｍであり、前記細線材の線径が１０μｍから５０μｍである請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属コーティングが０．１μｍから１０μｍの厚さである請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属コーティングが０．１μｍから５μｍの厚さである請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年１月２日に出願された台湾特許出願第１０１１０００１４号の優先権を主張し、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は合金線材およびその製造方法に関し、より詳細には電子素子のパッケージのワイヤボンディングに用いられる合金線材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ワイヤボンディングは、半導体素子および発光ダイオード（ＬＥＤ）のパッケージングプロセスにおいて非常に重要な工程である。ボンディングワイヤは、チップとチップキャリア（基板）間で信号伝送および電力伝送が行われるようにするだけでなく、放熱の性能をも提供する。故に、ワイヤボンディング用の金属線材は、導電性および熱伝導性に優れるのみならず、強度および延性が十分であることが要される。
【０００４】
金属線材の硬度は、ワイヤボンディング工程における熱プレス時にチップがクラックするのを回避し、かつ金属線材とボンドパッドの間の接触を良好とし優れた接合性を得るため、高すぎてはならない。さらに、パッケージングに用いるポリマー封止材は通常、腐食性の塩化物イオンを含み、かつ環境から水分を吸収する吸湿性を備えているため、金属線材は優れた抗酸化性および耐食性を備えている必要がある。
【０００５】
また、第１のボンド（ボールボンド）が溶融状態から室温に冷却するときに、金属線材が大量の熱をボールボンドに伝えるため、ボールボンド付近の金属線材に熱影響部（heat affected zone）が形成される。熱の蓄積（heat build-up）のため熱影響部における金属線材に結晶粒成長が生じ、これが局部の粗大結晶粒の形成につながる。かかる局部の粗大結晶粒は強度が比較的低いためワイヤプル試験（wire pull test）時に金属線材が熱影響部で折れてしまい、ボンディング強度に悪影響を及ぼす。半導体素子または発光ダイオードのパッケージングプロセスが完了し、パッケージ製品の使用時に、金属線材を通る高電流密度が金属線材中の原子を活性化し、これによって電子マイグレーション（electron migration）を生じさせる可能性がある。その結果、金属線材の端部に孔ができてしまい、導電性および熱伝導性を低下させ、ひいては断線を発生させることになる。
【０００６】
現在の電子産業において使用されるボンディングワイヤは、主に純金および純アルミニウムである。近年では、純銅線（特許文献１および特許文献２を参照）、ならびに金メッキされた銅線（特許文献３参照）、パラジウムメッキされた銅線（特許文献４参照）、白金メッキされた銅線（特許文献４参照）および銅メッキされたアルミニウム線（特許文献５参照）のような複合金属線材もボンディングワイヤに用いられている。
【０００７】
ワイヤボンディングに用いるこれら従来の金属線材の内部組織はいずれも等軸の微細結晶粒（fine grains）である。かかる従来の微細結晶粒組織は、十分な引張強度と延性を提供することができるが、これら微細結晶粒間には大量の大傾角粒界（high angle grain boundaries）が存在する。大傾角粒界は電子の輸送を阻むため、金属線材の電気抵抗率を高めると同時に、金属線材の熱伝導性を低下させてしまう。一方で、大傾角粒界はより高い界面エネルギーを有し、環境の酸化、硫化および塩化物イオンの腐食に有利な経路を提供するため、パッケージされた電子製品の信頼性を低下させてしまう。さらに、熱影響部は、ワイヤボンディング時に、第１のボンド（ボールボンド）付近の微細結晶粒組織を持つ金属線材に形成される傾向がある。このため、ワイヤボンディング強度が低下すると共に、パッケージされた半導体素子または発光ダイオードの使用中、電子マイグレーションが微細結晶粒組織を持つ金属線材に生じ易くなり、これらは全て、ワイヤボンディング技術を用いる従来のパッケージ製品の品質と信頼性の低下をもたらす主要な原因である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６０１８６５４４Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第４９８６８５６号明細書
【特許文献３】米国特許第７６４５５２２Ｂ２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３０１７３６５９Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許第６１７８６２３Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、上述した問題を解決するために、合金線材およびその製造方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１実施形態は、銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる合金線材を提供する。当該合金線材は、面心立方晶相（face-centered phase）の多結晶構造を有するもので、複数の結晶粒を含む。合金線材の中心部は細長い結晶粒または等軸結晶粒を含み、合金線材のその他の部分は等軸結晶粒からなる。焼なまし双晶（annealing twins）を含む結晶粒の数量は合金線材の結晶粒の総量の２０パーセント以上である。
【００１１】
上記合金線材において、銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含むことが好ましい。
【００１２】
合金線材の線径は１０μｍから５０μｍであると好ましい。
【００１３】
本発明の１実施形態は、基材線材（base wire）および１または複数層の金属コーティングを含む合金線材を提供する。基材線材は、銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる。基材線材は、面心立方晶相の多結晶構造を有するもので、複数の結晶粒を含む。基材線材の中心部は細長い結晶粒または等軸結晶粒を含み、基材線材のその他の部分は等軸結晶粒からなる。焼なまし双晶を含む結晶粒の数量は基材線材の結晶粒の総量の２０パーセント以上である。１または複数層の金属コーティングが基材線材の上にメッキされる。金属コーティングは、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる。
【００１４】
上記合金線材において銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含むことが好ましい。
【００１５】
合金線材の線径は１０μｍから５０μｍであることが好ましい。金属コーティングは０．１μｍから５μｍの厚さであることが好ましい。
【００１６】
本発明の１実施形態は合金線材の製造方法を提供する。先ず、銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる太線材を準備する。次いで、Ｎ個の冷間加工成形工程により、太線材の線径を段階的に小さくして、太線材よりも線径の小さい細線材を形成する。第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目の冷間加工成形工程のそれぞれにおいて、その直前の冷間加工成形工程による中間線材に対し、変形量は１％から１５％であり、このうちＮは３以上の正の整数である。各冷間加工成形工程の間および第Ｎ番目の冷間加工成形工程の後に、中間線材に対しＮ個の焼きなまし工程をそれぞれ行う。第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目の冷間加工成形工程の間の第（Ｎ−１）番目の焼きなまし工程は、焼きなまし温度０．５Ｔｍから０．７Ｔｍで、焼きなまし時間１秒から１０秒間行い、このうちＴｍは太線材の材料のケルビン温度目盛（Kelvin temperature scale）における融点である。第Ｎ番目の冷間加工成形工程の後の第Ｎ番目の焼きなまし工程は、第（Ｎ−１）番目の焼きなまし工程よりも高い２０Ｋから１００Ｋの焼きなまし温度で、焼きなまし時間２秒から６０秒間行い、これによって面心立方晶相の多結晶構造を有すると共に、複数の結晶粒を含み、かつ結晶粒の少なくとも一部に焼きなまし双晶を形成する細線材となる。細線材の中心部は細長い結晶粒または等軸結晶粒を含み、細線材のその他の部分は等軸結晶粒からなる。焼なまし双晶を含む結晶粒の数量は細線材の結晶粒の総量の２０パーセント以上である。
【００１７】
上記合金線材の製造方法において、冷間加工成形工程は、伸線（wire drawing）工程、押出（extrusion）工程またはこれらの組み合わせであることが好ましい。
【００１８】
上記合金線材の製造方法において、太線材の準備は、太線材の材料の原料を溶融させてから、鋳造によりインゴットを形成する工程、およびインゴットに冷間加工を行って太線材を完成させる工程を含んでいてよい。また、太線材の準備は、太線材の材料の原料を溶融させてから、連続鋳造のプロセスにより太線材を形成するステップを含んでいてもよい。
【００１９】
上記合金線材の製造方法において、当該方法が、冷間加工成形工程の前に、電気めっき、蒸着またはスパッタリングを用いて太線材の表面上に金属コーティングをメッキする工程をさらに含むと好ましい。金属コーティングは、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなることが好ましい。金属コーティングは０．１μｍから１０μｍの厚さであることが好ましい。
【００２０】
上記合金線材の製造方法において、当該方法が、第Ｎ番目の冷間加工成形工程の後に、電気めっき、蒸着またはスパッタリングを用いて太線材の表面上に金属コーティングをメッキする工程をさらに含むと好ましい。金属コーティングは、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなることが好ましい。金属コーティングは０．１μｍから５μｍの厚さであることが好ましい。
【００２１】
上記合金線材の製造方法において、銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含むことが好ましい。
【００２２】
上記合金線材の製造方法において、太線材の線径は５ｍｍから１０ｍｍであることが好ましく、細線材の線径は１０μｍから５０μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
従来の問題を解決した合金線材およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下の詳細な説明により、本発明のさらなる利用可能性の範囲が明らかとされるであろう。しかしながら、本発明の好ましい実施形態を示しはするが、これら詳細な説明および特定の実施例は単に説明の目的で記載されており、本発明の精神と範囲内における各種変更および修飾はこれら詳細な説明から当業者には明らかであろことが理解されるべきである。
【００２５】
添付の図面を参照にしながら、以下の実施形態において詳細な説明を行う。
【００２６】
添付の図面を参照にしながら後続の詳細な説明および実施例を読むことにより、本開示をより十分に理解することができる。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施形態の合金線材の一部分の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示される合金線材の長手方向に平行な方向に沿った、図１Ａに示される合金線材の縦切りの断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示される合金線材の長手方向に垂直な方向に沿った、図１Ａに示される合金線材の横断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第２の実施形態の合金線材の一部分の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示される合金線材の長手方向に平行な方向に沿った、図２Ａに示される合金線材の縦切りの断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａに示される合金線材の長手方向に垂直な方向に沿った、図２Ａに示される合金線材の横断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態の合金線材の製造方法の１例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態の合金線材の製造方法の１例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態の合金線材の製造方法の別の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図３〜５に示されるフローチャート中の太線材の準備の例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、図３〜５に示されるフローチャート中の太線材の準備の別の例を概略的に示している。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の１例の合金線材のＸ線回折図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、従来の線材のＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下の記載は、本発明を実施するのに最良であると考えられる形態である。この記載は本発明の主な原理を説明する目的でなされたものであって、限定の意味で解釈されるべきではない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲を参照することにより決定されるべきである。
【００２８】
本発明の概念および特定の実施方式が実施形態と添付の図面によって詳細に説明されるという点に留意されたい。図面または説明において、類似する要素は類似する参照番号および／または文字により示されている。さらに、図面における要素の形状または厚さは、表示の簡略化または便宜のために拡大されている場合がある。また、表示または説明されていない要素は、当業者が知るあらゆる形式であり得る。
【００２９】
以下の開示は、本発明のそれぞれ異なる特徴を実施するために多くの異なる実施形態または実施例を提示するものであるということが理解される。本開示を簡潔とすべく、構成要素および配置の特定の例が以下に説明される。当然に、これら特定の例は本発明を限定するためのものではない。例えば、以下の説明における第２の特徴の上方または上への第１の特徴の形成は、第１および第２の特徴が直接接触して形成される実施形態を含むと共に、第１および第２の特徴が直接接触されないようにさらなる特徴が第１および第２の特徴の間に形成され得る実施形態をも含み得る。加えて、本開示では、各実施例において参照番号および／または文字を繰り返すことがある。
【００３０】
後続の説明において、“実質上の純金（substantially pure gold）”、“実質上の純パラジウム（substantially pure palladium）”などの表現は、設計において何らの不純物も含まない純金、純パラジウムなどであることが見込まれることを意味し、実際には、原料から完全に不純物を除去することが難しい実際の製錬（smelting）、精錬（refining）および膜被覆（film coating）のプロセスの制限のために、数学的または理論的に純金、純パラジウムなどであることは困難である。さらに、偏差（deviation）が、対応する標準または規格の許容範囲内にあるときも、純金、純パラジウムなどであると認められる。当業者は、それぞれ異なる標準または規格は様々な特性および条件によって決まり、故に具体的に挙げることはできない旨を認めるものと期待される。
【００３１】
合金線材およびその製造方法の本発明の特定の実施形態を説明する。本発明の概念は、いかなる既知のまたは新たに開発された合金線材およびその製造方法にも適用できるという点に注目されたい。
【００３２】
本発明の第１の実施形態の合金線材１０を示す図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃを参照されたい。図１Ａは本発明の合金線材１０の一部分を概略的に示し、図１Ｂは図１Ａに示される合金線材１０の長手方向に平行な方向に沿った、図１Ａに示される合金線材１０の縦切りの断面図であり、図１Ｃは図１Ａに示される合金線材１０の長手方向に垂直な方向に沿った、図１Ａに示される合金線材１０の横断面図である。
【００３３】
図１Ａに示されるように、本発明の第１の実施形態の合金線材１０は銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる。図１Ｂに示されるように、合金線材１０の縦切りの断面は、面心立方晶相（face-centered phase）の多結晶構造、および合金線材１０が複数の結晶粒を含むことを示している。大部分の結晶粒は等軸結晶粒１２である。各等軸結晶粒１２の間に大傾角粒界（High angle grain boundaries）１４がある。焼なまし双晶（annealing
twins）１６を含む結晶粒の数量は、合金線材１０の結晶粒の総量の２０パーセント以上である。上記した等軸結晶粒１２に加え、合金線材１０の中心部にはいくらかの細長い結晶粒１８が存在し得る。
【００３４】
本明細書全体においていう“合金線材の中心部”は、合金線材の軸心（axis）から合金線材の半径方向に沿って、合金線材の半径の軸心から３０パーセントの距離の位置まで伸びる領域内にある合金線材の部分のことを意味する。“合金線材の中心部”は、全てが複数の細長い結晶粒１８もしくは等軸結晶粒１２により構成されていてもよいし、または等軸結晶粒１２および細長い結晶粒１８の両方を含んでいてもよい。“合金線材の中心部”以外の合金線材のその他の部分は、複数の等軸結晶粒１２により構成される。
【００３５】
次いで、本発明の第２の実施形態の合金線材２０を示す図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃを参照されたい。図２Ａは本発明の第２の実施形態の合金線材２０の一部分を概略的に示し、図２Ｂは図２Ａに示される合金線材２０の長手方向に平行な方向に沿った、図２Ａに示される合金線材２０の縦切りの断面図であり、図２Ｃは図２Ａに示される合金線材２０の長手方向に垂直な方向に沿った、図２Ａに示される合金線材２０の横断面図である。
【００３６】
本発明の第２の実施形態は基材線材（base wire）２１および金属コーティング２５を含む合金線材２０を提供する。基材線材２１は銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる。
【００３７】
基材線材２１は、面心立方晶相の多結晶構造を有するもので、かつ複数の結晶粒を含み、このうち大部分の結晶粒は等軸結晶粒２２である。各等軸結晶粒２２の間に大傾角粒界２４がある。焼なまし双晶２６を含む結晶粒の数量は、基材線材２１の結晶粒の総量の２０パーセント以上である。上記した等軸結晶粒２２に加え、合金線材２０の中心部にはいくらかの細長い結晶粒２８が存在し得るため、合金線材２０の中心部は細長い結晶粒２８、等軸結晶粒２２またはこれらの組み合わせを含み得る。金属コーティング２５が基材線材２１の上にメッキされる。金属コーティング２５は１の単層または複数層の金属膜から構成され得る。金属コーティング２５は、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる。金属コーティング２５に覆われた基材線材２１は、金属コーティング２５の材料の化学的不活性によって、腐食しないように保護され得る。金属コーティング２５は伸線工程時には潤滑体としても利用され得る。また、金属コーティング２５は０．１μｍから５．０μｍの厚さであることが好ましい。金属コーティング２５の結晶粒組織は図２Ｂおよび２Ｃには示されていない。
【００３８】
本明細書全体においていう銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金とは、主成分としての銀と、これに加えられる金および／またはパラジウムとを含む合金のことを意味し、このうち、金およびパラジウムの含有量は、主成分となる銀の含有量より大きくない。
【００３９】
さらに、本発明の第１および第２の実施形態の合金線材１０および２０の線径は１０μｍから５０μｍであることが好ましく、かかる線径は電子素子のパッケージのワイヤボンディングに用いられるワイヤに適したものである。なお、使用者は必要に応じ、本発明の合金線材を他の技術分野および目的、例えばオーディオ線、信号または電力伝送線、変圧器の線などにも利用できるという点に注目されたい。本発明の合金線材の線径も必要に応じて変更することができ、記載した例示の範囲内に限定はされない。
【００４０】
本発明の合金線材の特徴の１つは、当該合金線材が多結晶構造を有するもので、かつ複数の結晶粒を含むという点である。合金線材の中心部は細長い結晶粒を含み、合金線材のその他の部分は等軸結晶粒からなる。結晶粒の平均粒径は１μｍから１０μｍであり、０．５μｍから１μｍである従来のワイヤボンディング用の線材の平均粒径よりも若干大きい。これにより、本発明の合金線材の大傾角粒界の密度が減少し、上述した微細結晶粒間の大量の大傾角粒界に起因する欠点が低減されることとなる。
【００４１】
本発明の合金線材のより重要な特徴は、本発明の合金線材の結晶粒の少なくとも２０パーセントが、その中に焼なまし双晶組織を含むという点である。
【００４２】
焼なまし双晶組織の双晶境界は、低エネルギーのΣ３特殊粒界（special grain
boundaries）に属するコヒーレント結晶（coherent crystal）構造である。双晶境界の界面エネルギーは一般の大傾角粒界のわずか５パーセントである（George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGRAW-HILL Book Company,
1976, P. 135-141参照)。双晶境界のより低い界面エネルギーは、双晶境界が酸化、硫化および塩化物イオンの腐食の経路となってしまうのを防ぎ、よってより優れた抗酸化活性および耐腐食性を提供する。さらに、焼なまし双晶の対称な格子配列は、電子の輸送に対し妨げになることがほとんどないため、より優れた導電性および熱伝導性を提供する。かかる効果は、パルス電着（pulsed electrodeposited）銅箔において証明されている(L. Lu,
Y. Shen, X. Chen, L. Qian, and K. Lu, Ultrahigh Strength and High Electrical
Conductivity in Copper, Science, vol. 304, 2004, p. 422-426参照)。
【００４３】
低エネルギーの双晶組織の双晶境界は、より低い界面エネルギーのために、一般の大傾角粒界よりも安定している。高温において双晶境界は容易に移動しないだけでなく、双晶境界は結晶粒の周囲の大傾角粒界に対し固着作用（anchor effect）をも提供する。その結果、大傾角粒界も移動することができなくなり、結晶粒組織全体において目立った結晶粒成長は生じないことになる。ワイヤボンディング時に第１のボンド（ボールボンド）が溶融状態から冷却して室温になるときでさえも、本発明の合金線材の元の結晶粒度は維持され得るため、ボールボンド付近の従来の微細結晶粒構造の金属線材に蓄積されるボールボンドの凝固熱により結晶粒の成長が速くなることで熱影響部が形成されるということが回避され、かつワイヤプル試験による強度の低下が防がれる。その一方、双晶境界からの、またはこれを越える（cross）原子の拡散速度は極めて低く、電子製品の使用時に、高電流密度によりもたらされる合金線材中の内部の原子の移動の発生は極めて困難なものとなる。したがって、上述したようなワイヤボンディングに用いられる従来の金属線材において生じる電子マイグレーション（electron migration）の問題が解決される。双晶が銅薄膜における材料の電子マイグレーションを抑えられることを証明する刊行物がある (K.C. Chen, W.W. Wu, C.N. Liao, L.J. Chen, and K.N. Tu, Observation
of Atomic Diffusion at Twin-Modified Grain Boundaries in Copper, Science, vol.
321, 2008, p. 1066-1069参照)。
【００４４】
まとめると、半導体素子および発光ダイオードの製品において本発明の合金線材をワイヤボンディング用の線材として用いる際に、本発明の合金線材は従来の金属線材よりも優れた品質および信頼性を提供する。
【００４５】
さらに、効果を明らかとするため、本発明の合金線材の結晶粒の総量の少なくとも２０パーセントが、その中に焼なまし双晶組織を含んでいることが必要である。ワイヤボンディング用の従来の金属線材にて、焼なまし双晶組織はまれに見られる場合があるが、
焼なまし双晶組織を含む結晶粒の数量は、従来の線材の全ての結晶粒の１０パーセント以下である。よって、従来の金属線材は、本発明の合金線材により提供される上述の効果を提供することができない。
【００４６】
より詳細には、本発明の合金線材の結晶粒度は従来の金属線材の結晶粒度に比べやや大きいが、本発明の合金線材中の多くの結晶粒が焼きなまし双晶を含み、これら焼きなまし双晶が、それらの存する結晶粒とは異なる結晶方位（crystal orientations）を有するため、転位（dislocations）の移動を阻止することができ、材料が強化される。この強化のメカニズムは、転位の移動を阻止するために大傾角粒界を要するが、ワイヤボンドの質および信頼性に悪影響を与える問題をもたらす微細結晶粒組織を有する従来の金属線材のそれとは異なる。よって、焼なまし双晶組織を含むワイヤボンディング用の合金線材は、微細結晶粒組織を含む従来の金属線材と同じような、またはこれより高い引張強度を備え得る。しかし、転位は双晶境界に蓄積し得ることより、本発明の合金線材の延性は従来の金属線材よりも高い。したがって、本発明の合金線材の機械的特性は従来の金属線材に比して優れている。
【００４７】
物理冶金学のメカニズムによれば（George E. Dieter,
Mechanical Metallurgy, McGRAW-HILL Book Company, 1976, P. 135-141.およびR.W. Cahn, Physical Metallurgy, 1970, P.1184-1185参照）、冷間加工時に材料に歪みエネルギーが蓄積され、結晶粒中の一部領域における原子がこの歪みエネルギーに駆動されて、これら原子の存する結晶粒内におけるせん断されていない原子と鏡面対称を形成する格子の位置まで均一にせん断される。
【００４８】
その結果、焼なまし双晶が形成され、その対称な界面が双晶境界である。焼なまし双晶は主に、結晶格子配列が最も密な面心立方（ＦＣＣ）格子を有する材料に生じる。双晶境界は低エネルギーのΣ３特殊粒界であり、かつその結晶方位は全て｛１１１｝面である。焼きなましによる一般の再結晶で形成される大傾角粒界に比べ、双晶境界の界面エネルギーは、当該大傾角粒界のわずか５％しかない。ＦＣＣ格子構造に加え、通常、積層欠陥エネルギーのより小さい材料に焼なまし双晶はより生じ易い。本発明の合金線材に用いられる金、銀、パラジウム、銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金の積層欠陥エネルギーはいずれも１００ｅｒｇ／ｃｍ２未満であり、故に焼なまし双晶が生じ易い。アルミニウムはＦＣＣ格子構造を持つ材料であるが、アルミニウムの積層欠陥エネルギーは約２００ｅｒｇ／ｃｍ２であるため、アルミニウムに焼なまし双晶が生じることは極めて少ない。このため、アルミニウムは本発明の合金線材の条件には合わない。
【００４９】
本発明の合金線材は銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる。その中の銀含有量、金含有量およびパラジウム含有量とは無関係に、銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金の積層欠陥エネルギーはいずれも１００ｅｒｇ／ｃｍ２  未満である。原料のコスト、入手可能性（availability）、鋳造時における偏析、伸線時における成形性、耐酸化性、引張強度、硬度、延性、ワイヤボンディングにおけるボールボンドの質、ボンディング強度などのようなその他の要因を考慮すると、銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含むことが好ましい。
【００５０】
さらに、焼きなまし処理前の冷間加工の変形量も重要な条件である。十分な冷間加工の変形量により蓄積される歪みエネルギーは、原子を駆動して焼なまし双晶を形成させることができる。しかしながら、冷間加工の変形量が大きすぎると、焼きなまし処理の一次再結晶の段階の早い時期に再結晶粒の核生成が引き起こされてしまう。よって、大量の微細結晶粒が形成され、焼なまし双晶が生じる可能性がより少なくなる。むしろ、従来の金属線材の組織が形成される。微細結晶粒は良好な引張強度および延性を提供するが、従来の金属線材における大量の大傾角粒界は電子の流れと熱伝達を妨げ、かつ金属線材の抗酸化活性と耐食性も低下させる。ワイヤボンディングの第１のボンドのボール形成において、大量の大傾角粒界を有する微細結晶粒は、溶融したフリーエアボール（free air ball, ＦＡＢ)の凝固熱から高熱エネルギーを受けることにより速く成長し、粗大な結晶粒になる。その結果、ワイヤボンディング時における最も深刻な問題、熱影響部の問題が引き起こされる。ワイヤプル試験における強度が低下する。そして後に、電子製品が通電されて動作するとき、電流により起こる金属線材の材料中の原子の輸送のために、しばしば電子マイグレーションが引き起こされる。これらの要因は、半導体素子および発光ダイオードのパッケージ製品の信頼性に極めてマイナスの影響を及ぼす。
【００５１】
よって、図３に示されるフローチャートを参照されたい。本発明の第１の実施形態の合金線材の製造方法の１例は、次の工程１０２、１０４および１０６を含み得る。
【００５２】
工程１０２において、銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなる太線材を準備する。
【００５３】
工程１０４において、Ｎ個の冷間加工成形工程により、太線材の線径を段階的に小さくして、太線材よりも線径の小さい細線材にする。第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目の冷間加工成形工程のそれぞれにおいて、太線材よりも線径の小さい細線材を形成する。冷間加工成形工程の第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目のそれぞれにおいて、その直前の冷間加工成形工程による中間線材に対し、変形量は１％から１５％である。このうちＮは３以上の正の整数である。
【００５４】
工程１０６において、各冷間加工成形工程の間および第Ｎ番目の冷間加工成形工程の後に、Ｎ個の焼きなまし工程を中間線材に対してそれぞれ行う。第（Ｎ−１）番目および第Ｎ番目の冷間加工成形工程の間の第（Ｎ−１）番目の焼きなまし工程は、焼きなまし温度０．５Ｔｍから０．７Ｔｍで、焼きなまし時間１秒から１０秒間行い、このうちＴｍは太線材の材料のケルビン温度目盛（Kelvin temperature scale）における融点である。第Ｎ番目の冷間加工成形工程の後の第Ｎ番目の焼きなまし工程は、第（Ｎ−１）番目の焼きなまし工程の焼きなまし温度よりも高い２０Ｋから１００Ｋの焼きなまし温度で、焼きなまし時間２秒から６０秒間行う。
【００５５】
工程１０２、１０４および１０６により、面心立方晶相の多結晶構造を備えると共に、複数の結晶粒を含み、かつ結晶粒の少なくとも一部に焼きなまし双晶を形成する細線材ができる。細線材の中心部は細長い結晶粒または等軸結晶粒を含み、細線材のその他の部分は等軸結晶粒からなる。焼なまし双晶を含む結晶粒の数量は、細線材の結晶粒の総量の２０パーセント以上である。
【００５６】
さらに、工程１０６で記載したＮ個の焼きなまし工程では、従来の金属線材を製造するために用いるのと同じ焼きなまし装置（annealing apparutus）を用いることができる。第（Ｎ−１）番目の焼きなまし工程前の他の焼きなまし工程の工程数と焼きなまし条件は、“Ｎは３以上の正の整数である”という条件に反しなければ、必要、装置の条件および／またはその他の要因に応じて適切に決めることができる。よって、本発明の特徴的な焼きなまし条件のみを説明し、焼きなまし装置、焼きなまし工程、ならびに他の焼きなまし工程の工程数および焼きなまし条件に関する詳細は省略する。
【００５７】
上述した工程において、太線材の線径は５ｍｍから１０ｍｍであることが好ましく、細線材の線径は１０μｍから５０μｍであることが好ましい。よって、本発明の合金線材はワイヤボンディング用のワイヤに用いることができる。
【００５８】
上述した工程において、太線材の材料となる銀−金合金、銀−パラジウム合金および銀−金−パラジウム合金の融点は、関連する平衡相図（equilibrium phase diagram）中の対応する成分のケルビン温度目盛における液化開始温度である。
【００５９】
上述した工程において、“変形量（deformation）”は、冷間加工時の材料の断面積の減少率を意味する。
【００６０】
図４に示されるフローチャートを参照されたい。本発明の第２の実施形態の合金線材の製造方法の１例は、工程１０２、１０３、１０４および１０６を含み得る。このうち、工程１０２、１０４および１０６は、本発明の第１の実施形態の合金線材の製造方法の例で述べたのと同じである。工程１０３は図３に示される工程１０４より前に行う。工程１０３において、電気めっき、蒸着またはスパッタリングを用いて太線材の表面上に１または複数層の金属コーティングをメッキする。金属コーティングは、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなることが好ましい。さらに、金属コーティングが０．１μｍから１０μｍの厚さであると好ましい。これにより、本発明の第２の実施形態の合金線材の作製が完了する。
【００６１】
図５に示されるフローチャートを参照されたい。本発明の第２の実施形態の合金線材の製造方法の別の例は、工程１０２、１０４、１０６および１０８を含み得る。このうち、工程１０２、１０４および１０６は、本発明の第１の実施形態の合金線材の製造方法の例で述べたのと同じである。工程１０８は図３に示される工程１０６の後に行う。工程１０８において、電気めっき、蒸着またはスパッタリングを用いて太線材の表面上に１または複数層の金属コーティングをメッキする。金属コーティングは、実質上の純金、実質上の純パラジウムおよび金−パラジウム合金よりなる群のうちの１つから選ばれる材料からなることが好ましい。さらに、金属コーティングが０．１μｍから５μｍの厚さであると好ましい。本発明の第２の実施形態の合金線材の製造方法の例を実行することにより、本発明の第２の実施形態の合金線材が完成する。
【００６２】
上述した全ての方法において、工程１０４中の冷間加工成形工程は伸線（wire
drawing）工程、押出（extrusion）工程またはこれらの組み合わせであることが好ましい。
【００６３】
上述した全ての方法において、太線材の準備の方法の１例は、図６に示されるフローチャートを参照にされたいが、次の鋳造工程２０２および冷間加工工程２０４を含むことが好ましい。
【００６４】
鋳造工程２０２において、太線材の材料の原料を加熱して溶融させ、続いて鋳造によりインゴットを形成する。
【００６５】
冷間加工工程２０４において、インゴットに冷間加工を行って太線材を完成させる。同様に、この冷間加工工程２０４も伸線工程、押出工程またはこれらの組み合わせとすることができる。
【００６６】
上述した全ての方法において、太線材の準備の方法の別の例は、図７に示される概略図を参照にされたいが、次の連続鋳造工程３０２を含むことが好ましい。
【００６７】
連続鋳造工程３０２において、太線材の材料の原料を加熱して溶融させ、続いて連続鋳造のプロセスによって太線材を形成する。
【００６８】
上述の方法において、銀−金合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金および残余の銀を含み、銀−パラジウム合金が０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含み、銀−金−パラジウム合金が０．０１から３０．００重量パーセントの金、０．０１から１０．００重量パーセントのパラジウムおよび残余の銀を含むことが好ましい。
【００６９】
上述した製造方法の条件に加え、本明細書に記載される本発明の合金線材に符合する線材が、異なる冷間加工法、異なる冷間加工の変形量、異なる焼きなまし条件などのようなその他の方法によって製造される場合、当該線材も本発明の範囲内に含まれる。
【００７０】
本発明者らは長年にわたって鋭意研究を重ね、適した冷間加工の変形量の条件を見出し、最適な焼きなまし温度および焼きなまし時間に対応させ、その中に大量の焼なまし双晶を含む新規な合金線材を完成させるに至った。この新規な合金線材は、高い導電性、高い熱伝導性、優れた抗酸化活性および優れた耐食性を提供する。双晶境界が電子マイグレーションを有効に抑制できるという点が、最も注目すべき点である。
【００７１】
双晶境界は結晶粒の周囲の大傾角粒界に対して固着作用があり、大傾角粒界を移動させ難くする。故に、結晶粒成長が抑制され、熱影響部はほとんど形成されない。その一方で、焼なまし双晶の結晶方位は、焼なまし双晶が存する結晶粒とは異なるために、焼なまし双晶は転位の移動を阻止することもでき、これにより材料の強化効果を提供する。したがって、本発明の合金線材の引張強度は従来の金属線材と同様またはそれより高いが、本発明の合金線材の延性は従来の線材よりも高い。これらの長所は、大量の焼なまし双晶を含む合金線材を用いワイヤボンディングを行ったパッケージされた半導体素子およびパッケージされた発光ダイオードの信頼性試験において優れた結果をもたらす。
【００７２】
例えば、本発明の合金線材を用いる電子製品は、最も厳しいプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）において、Ｔａ＝１２１℃、１００％ＲＨおよび２ａｔｍの条件に１２８時間以上耐えることができ、この１２８時間は一般の電子製品の信頼性試験に求められる９６時間よりもはるかに高い。また、本発明の合金線材を用いる電子製品は、極めて厳しい高度加速ストレス試験（ＨＡＳＴ）において、Ｔａ＝１４８℃、９０％ＲＨおよび３．６ボルトのバイアスの条件に１２８時間以上耐えることができ、この１２８時間は一般の電子製品の信頼性試験に求められる９６時間よりもはるかに高い。
【実施例】
【００７３】
（実施例１）
銀−８ｗｔ％・金−３ｗｔ％・パラジウム合金を高周波電気製錬（high
frequency electric smelting）により製錬してから、連続鋳造により線径６ｍｍの太線材を形成する。その太線材は、複数の伸線・延伸（wire drawing elongation）および焼きなまし処理の工程の後に、線径２２．６μｍの細線材となり、続いて最後から２番目の伸線・延伸工程を行うことにより、線径２０μｍの細線材となる。次にその細線材を５３０℃で１．５秒間焼きなましてから、最後の伸線・延伸工程を行うことで、線径１７．５μｍの細線材になる。最後に、最後の焼きなまし処理の工程を焼きなまし温度５７０℃で４．８秒間、細線材に対して行う。最後の焼きなまし処理の工程が完了したら、細線材を巻き取り、そしてワイヤボンディングに用いる合金線材製品が完成する。
【００７４】
大量の焼なまし双晶組織が本発明の新規な合金線材の優れた性能に寄与することを実証するため、銀−８ｗｔ％・金−３ｗｔ％・パラジウムからなる同じ合金を用い、従来の伸線および焼きなまし条件で線径１７．５μｍの細線材を形成し、これを本発明の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材に対する対照群とする。対照群の合金線材は、大量の焼なまし双晶組織をその中に有さないことが予測される。さらに、合金線材の特性を、商用の４Ｎ純金線材およびパラジウムでコーティングされた銅線材の特性とも比較する。
【００７５】
実施例１の本発明の合金線材の縦切り断面に沿った金属組織（Metallography
structure）の写真は、本発明の合金線材の中心部にいくらかの細長い結晶粒が存在し、本発明の合金線材のその他の部分は等軸結晶粒からなっていたことを示しており、焼なまし双晶を含む結晶粒の数量は、本発明の合金線材の結晶粒の総量の３０パーセントよりも多かった。
【００７６】
実施例１の本発明の合金線材の横断面に沿った金属組織の写真は、焼なまし双晶を含む結晶粒の数量が、本発明の合金線材の結晶粒の総量の４０パーセントより多いと見積もられることを示していた。
【００７７】
対照群の従来の合金線材の縦切り断面に沿った金属組織の写真は、従来の合金線材の中心部にいくらかの細長い結晶粒が少量の粗大な結晶粒と混ざって存在し、従来の合金線材のその他の部分は微細結晶粒組織からなっていたことを示しており、このうち焼なまし双晶を含む結晶粒の数量は、従来の合金線材の結晶粒の総量のわずか１０パーセント未満であった。
【００７８】
対照群の従来の合金線材の横断面に沿った金属組織の写真は、焼なまし双晶を含む結晶粒の数量が、従来の合金線材の結晶粒の総量のわずか１５パーセントであると見積もられることを示していた。
【００７９】
商用の４Ｎ純金線材およびパラジウムでコーティングされた銅線材の縦切り断面および横断面に沿った金属組織の写真において示されるように、同様に少量の結晶粒しか焼きなまし双晶組織を有していなかった。
【００８０】
事実、本発明の特徴である大量の焼なまし双晶組織が従来のワイヤボンディング用の金属線材に見られるということを開示した刊行物はこれまでに無い（George G. Harman, Reliability and Yield Problems of Wire Bonding in
Microelectronics, National Institute of Standards and Technology, 1991 by
International Society for Hybrid Microelectronics参照)。
【００８１】
図８Ａおよび８ＢはＸ線回折図であり、図８Ａは本発明の実施例１の合金線材のＸ線回折図を示し、図８Ｂは従来の線材のＸ線回折図を示している。図８Ａおよび８Ｂにおいて、Ｘ軸は回折角を示し、Ｙ軸は回折強度を示し、このうち回折角の単位は“度”(°)であり、回折強度の単位は通常、一般のＸ線回折図中で示される“任意単位（Arbitrary Unit）”である。
【００８２】
さらに、図８Ａおよび８Ｂに示される分析結果を比較すると、本発明の実施例１の合金線材の図ははっきりとした｛１１１｝の結晶方位のスペクトル線を示していた。｛１１１｝のスペクトル線は焼なまし双晶の典型的な結晶方位のスペクトル線である。対照群の従来の合金線材のＸ線回折図中にははっきりとした｛１１１｝のスペクトル線は無かった。商用の４Ｎ純金線材およびパラジウムでコーティングされた銅線材のサンプルのＸ線回折図中にもはっきりとした｛１１１｝のスペクトル線は無かった。結果、本発明の実施例１の合金線材の材料中に大量の焼なまし双晶組織が存在していたことが確認された。
【００８３】
本発明の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材により提供される優れた性能を実証して、本発明の改良された性能を十分に提示すべく、先ず、引張試験を行った。試験結果は、本発明の大量の焼なまし双晶組織を有した合金線材および対照群の合金線材の引張強度が約７．５ｇであったことを示し、これは商用の４Ｎ純金線材およびパラジウムでコーティングされた銅線材の引張強度（６．６ｇから１０．７ｇ）と似たようなものである。しかし、対照群の少量の焼なまし双晶組織しか有さない合金線材の伸び率はわずか２．５％であった。本発明の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材の伸び率は４．５％に達し、これは商用の４Ｎ純金線材およびパラジウムでコーティングされた銅線材の伸び率（４．０％から６．０％）に近いものである。
【００８４】
次に、電気特性試験を行った。試験結果は、本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材の電気抵抗率の平均値が約５．０μΩ・ｃｍであることを示し、このうち最小値は４．１μΩ・ｃｍであり、対照群の少量の焼なまし双晶組織しか有さない合金線材の電気抵抗率の平均値である５．５μΩ・ｃｍよりも小さいものであった。さらに、本発明の合金線材の電気抵抗率は、商用の４Ｎ純金線材（２．３μΩ・ｃｍ）およびパラジウムでコーティングされた銅線材（１．９μΩ・ｃｍ）より若干大きかった。
【００８５】
本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材の高温安定性を実証すべく、上述した全ての種類の線材を、大気雰囲気を用いる炉内に置いて６００℃で３０分間熱処理を行った。
【００８６】
本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材の金属組織の写真は、熱処理後に結晶粒度（grain size）がほんの少しだけ大きくなったことを示していた。
【００８７】
対照群の従来の合金線材の金属組織の写真は、結晶粒度が元の微細結晶粒に比べて急に増大したことを示し、その増大した結晶粒度は、熱処理後の本発明の実施例１の合金線材のそれよりも大きかった。
【００８８】
さらに、商用の４Ｎ純金線材の金属組織の写真は、熱処理後の急激な結晶粒成長を示し、その結晶粒度は線径に近いものであった。
【００８９】
パラジウムでコーティングされた銅線材の金属組織の写真は、熱処理後にパラジウムでコーティングされた銅線材がほぼ完全に酸化されたことを示し、このことはパラジウム表面コーティングの付加が銅線の酸化の問題を解決する最善の解決策でないことを表している。
【００９０】
実験を要約すると、大量の低エネルギーの双晶の存在のために本発明の実施例１の合金線材の結晶粒組織が粒界の移動を阻止できるということが確認された。したがって、従来の合金線材、商用の４Ｎ純金線材およびパラジウムでコーティングされた銅線材に比して、本発明の実施例１の合金線材はワイヤボンディング後の合金線材における熱影響部の形成に関連する高熱安定性に優れ、かつ信頼性試験のパフォーマンスに優れている。
【００９１】
本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材および対照群の少量の焼なまし双晶組織しか有さない合金線材を用い、ワイヤボンディング装置でフリーエアボール（ＦＡＢ）を作製した。
【００９２】
対照群の少量の焼なまし双晶組織しか有さない合金線材のフリーエアボールの断面金属組織の写真は、熱影響部が６０μｍであり、かつ結晶粒度が熱影響部における初期の結晶粒度の１０倍より大きく成長したことを示した。
【００９３】
本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材のフリーエアボールの断面金属組織の写真は、熱影響部がわずか約１５μｍであり、かつ結晶粒度が熱影響部における初期の結晶粒度の２倍に満たない程度に成長したことを示した。
【００９４】
このように、本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材における熱影響部はきわめて小さく、かつ結晶粒成長がボールの接触の強度を低下させるようなことはほぼなかった。
【００９５】
本発明の実施例１の大量の焼なまし双晶組織を有する合金線材を用いてワイヤボンディングを行うプロセスにより完成させた半導体素子は、いずれも一連の信頼性試験に合格した。その結果が表１に示されている。これら半導体素子は最も厳しいプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）の条件に１２８時間以上耐え、この１２８時間は一般の電子製品の信頼性試験に求められる９６時間よりもはるかに高いものである。また、これら半導体素子は、極めて厳しい高度加速ストレス試験（ＨＡＳＴ）の条件に１２８時間以上耐え、この１２８時間は、一般の電子製品の信頼性試験に求められる９６時間よりもはるかに高いものである。
【００９６】
【表１】
0005670412.tif 000002
【００９７】
（実施例２）
銀−８ｗｔ％・金−３ｗｔ％・パラジウム合金を高周波電気製錬（high
frequency electric smelting）により製錬してから、連続鋳造により線径６ｍｍの太線材を形成する。その太線材は、複数の伸線・延伸（wire drawing elongation）および焼きなまし処理の工程の後に、線径２２．６μｍの細線材となり、続いて最後から２番目の伸線・延伸工程を行うことにより、線径２０μｍの細線材となる。次にその細線材を６５０℃で１０秒間焼きなましてから、最後の伸線・延伸工程を行うことで、線径１７．５μｍの細線材になる。最後に、最後の焼きなまし処理の工程を焼きなまし温度７００℃で６０秒間、細線材に対して行う。最後の焼きなまし処理の工程が完了したら、細線材を巻き取り、そしてワイヤボンディングに用いる合金線材製品が完成する。
【００９８】
実施例２の本発明の合金線材の縦切り断面に沿った金属組織の写真は、本発明の合金線材が全て等軸結晶粒からなることを示しており、焼なまし双晶を含む結晶粒の数量は、本発明の合金線材の結晶粒の総量の３０パーセントよりも多かった。
【００９９】
大気雰囲気を用いる炉内にて６００℃で３０分熱処理を行った後の、実施例２の本発明の合金線材の縦切り断面に沿った金属組織の写真は、熱処理後に結晶粒度（grain size）がほんの少しだけ大きくなったことを示していた。
【０１００】
本発明を実施例および好ましい実施形態により説明したが、本発明はこれらに限定はされないと理解されるべきである。それとは反対に、本発明は（当業者には明らかであるように）各種の変更および類似のアレンジをカバーするよう意図されている。よって、添付の特許請求の範囲には、かかる変更および類似のアレンジが全て含まれるよう最も広い解釈が与えられなければならない。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…合金線材
１２…等軸結晶粒
１４…大傾角粒界
１６…焼なまし双晶
１８…細長い結晶粒
２０…合金線材
２１…基材線材
２２…等軸結晶粒
２４…大傾角粒界
２５…金属コーティング
２６…焼なまし双晶
２８…細長い結晶粒
１０２…工程
１０３…工程
１０４…工程
１０６…工程
１０８…工程
２０２…鋳造工程
２０４…冷間加工工程
３０２…連続鋳造工程
【図１Ａ】
0005670412.tif 000003
【図１Ｂ】
0005670412.tif 000004
【図１Ｃ】
0005670412.tif 000005
【図２Ａ】
0005670412.tif 000006
【図２Ｂ】
0005670412.tif 000007
【図２Ｃ】
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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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【図８Ａ】
0005670412.tif 000014
【図８Ｂ】
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