(57)【要約】【課題】ボール形成性および接合性に優れる安価なボンディングワイヤーを提供する。【解決手段】銅を含む芯材と、芯材上に形成された被覆層とを有するボンディングワイヤーである。この被覆層は銅よりも高融点の金属または耐酸化性の金属であり、このボンディングワイヤーの単位断面積当たりの伸びが０．０２１％／μｍ２以上である。芯材と被覆層の材質を上記のように限定し、さらに伸びを特定することで、溶融時に安定して真円に近いボール、特に小径のボールを形成することができ、高い信頼性の接合を行うことができる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む芯材と、芯材上に形成された被覆層とを有するボンディングワイヤーであって、
前記被覆層は銅よりも高融点の耐酸化性の金属であり、
このボンディングワイヤーの単位断面積当たりの伸びが０．０２１％／μｍ２以上であることを特徴とするボンディングワイヤー。
【請求項２】
銅を含む芯材と、芯材上に形成された被覆層とを有するボンディングワイヤーであって、
前記被覆層は銅よりも耐酸化性の金属であり、
Ｘ＝（被覆層面積／芯材面積）とした場合、０．００７≦Ｘ≦０．０５であることを特徴とするボンディングワイヤー。
【請求項３】
０．０１≦Ｘ≦０．０４であることを特徴とする請求項２に記載のボンディングワイヤー。
【請求項４】
被覆層がパラジウム、白金、ニッケルの少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボンディングワイヤー。
【請求項５】
芯材に含まれる銅以外の元素の合計が０．００１質量％以上１質量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のボンディングワイヤー。
【請求項６】
被覆層は、芯材との融解熱差が２５ｃａｌ／ｇ以下の材料で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のボンディングワイヤー。
【請求項７】
芯材がアンチモン、リン、リチウム、スズ、鉛、カドミウム、ビスマスから選ばれた少なくとも１種以上の元素をｗｔｐｐｍで１０〜１０００ｐｐｍ含有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のボンディングワイヤー。
【請求項８】
被覆層が電気メッキにより形成されたことを特徴とする請求項請求項１〜７のいずれかに記載のボンディングワイヤー。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のボンディングワイヤーを用い、ボールボンディング時に、ワイヤー直径の３倍未満の小径ボールを形成させることを特徴とするボールボンディング方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載のボンディングワイヤーを用い、ボール形成時に導入ガスとして窒素濃度が９９．９％以上９９．９９９５％未満の窒素ガスを用いることを特徴とするボールボンディング方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載のボンディングワイヤーを用い、前記ワイヤー先端とトーチの放電点とを結ぶ直線と前記ワイヤーの延長線にて成立する角度θが０＜θ≦４５度であることを特徴とするボールボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路素子（ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ等）上の電極と、回路配線基盤（リードフレーム、セラミックス基盤、プリント基盤等）の導体配線とを接続するのに好適なボンディングワイヤーと、それを用いたボールボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路素子と回路配線基板との接続法としては、ボールボンディング法、ウェッヂボンディング法、半田接続法、抵抗溶接法等が行われている。その中でも金細線のボンディングワイヤーを用いたボールボンディング法が一般的である。
【０００３】
通常、ボールボンディング法は以下のプロセスで行われる。移動自在なキャピラリー（以下「ボンディングツール」という）にガイドされたワイヤーの先端を電極トーチ間との放電により溶融し、ボールを形成する。その後、第１ボンディング点である集積回路素子上の電極に、超音波を印加しつつ前記ボールを押圧して接合を形成する（第１ボンド）。さらにワイヤーを引き出しながら、ボンディングツールを第２ボンディング点である回路配線基板の電極に移動して、同様に接続する（第２ボンド）。第２ボンドではボールの形成は行わない。接続後、ボンディングツールを上昇させ、ワイヤーをクランプで引っぱることにより切断する。
【０００４】
このようなボンディングワイヤーの素材としては、一般に金が使用されているが、高価であるため安価な他の金属からなるボンディングワイヤーの開発が望まれている。その要求に応えるものとして、低コストである銅を素材としたボンディングワイヤーが開発されている。しかし、銅ボンディングワイヤーは表面の酸化が起こりやすいために長時間保存することが難しいことや、ボンディング時の基板からの熱伝導で酸化が進行し、接合性が悪くなるという課題を有する。
【０００５】
この課題に対して、銅ボンディングワイヤーの表面酸化を防ぐために金等の貴金属または耐食性金属で被覆したボンディングワイヤーが提案されている（特開昭６２−９７３６０号公報）。これらのワイヤーは、金ボンディングワイヤーより遥かに安価であると同時に表面酸化が起こらず良好な接合性を得ることができるものと考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、半導体デバイスの更なる高集積化、小型化、すなわち隣接ワイヤー間隔の狭小化が押し進められる結果、金メッキ銅ボンディングワイヤーに新たな課題が生じている。隣接ワイヤー間隔の狭小化には径の小さいボールの形成が不可欠であるが、金メッキ銅ボンディングワイヤーで小径ボールを形成しようとすると真球とならず槍状あるいはゴルフクラブ状となり、且つ形状の再現性も不安定となり接合信頼性が低下するという課題である。
【０００７】
また、隣接ワイヤー間隔の狭小化に対応するには、小底面積のボンディングツールでボンディングする必要がある。その場合、特にワイヤーの溶融を行わない第２ボンドの接合面積が小さくなり、接合強度が低下するという課題もある。
【０００８】
さらに、銅ボンディングワイヤーでボールを形成する際、導入ガスとして窒素と水素の混合ガスが用いられている。しかし、水素を用いると爆発の危険を伴う。そのため、爆発防止対策として、水素漏れ検知設備などが必要とされ、コスト高の原因にもなっている。
【０００９】
従って、本発明の主目的は、ボール形成性および接合性に優れる安価なボンディングワイヤーを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、小径のボールを形成できるボールボンディング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボンディングワイヤーの材質と伸びを限定することで上記の目的を達成する。
【００１２】
すなわち、本発明ボンディングワイヤーは、銅を含む芯材と、芯材上に形成された被覆層とを有するボンディングワイヤーであって、前記被覆層は銅よりも高融点の耐酸化性の金属であり、このボンディングワイヤーの単位断面積当たりの伸びが０．０２１％／μｍ２以上であることを特徴とする。
【００１３】
芯材と被覆層の材質を上記のように限定し、さらに伸びを特定することで、溶融時に安定して真円に近く、その中心とワイヤー中心とのズレが無いボール、特に小径のボールを形成することができ、高い信頼性の接合を行うことができる。ここに言う小径ボールとは、ワイヤー直径の３倍未満のボールを言うことにする。また、高い伸びを有することで、破断し難く、ワイヤーの溶融を行わない第２ボンディング点においても高い接合強度を得ることができる。さらには、第１ボンディング点から第２ボンディング点へのボンディングツールの移動にワイヤーを円滑に追従させることができる。
【００１４】
我々はボンディングワイヤーの芯材と被覆層の材質がボール形成時の形状安定性に与える影響を鋭意研究した結果、芯材の銅ワイヤーに比べ被覆材の融点が高温であれば金メッキ銅ワイヤーのように小径ボールを形成時にボールが槍状になるという不具合がなく良好形状のボールが得られ易いとの知見を得た。被覆層金属の融点が銅よりも高い場合、被覆層金属の銅ワイヤーへの拡散・溶解が抑えられるためボールの真球性が保持されると考えられる。被覆層に用いる金属としては、パラジウム、白金、ニッケルの少なくとも一種が好適である。もちろん、パラジウム、白金、ニッケルの２種以上を含む合金を被覆層材としても良い。Ｃｕの融点は１０８４℃であるのに対し、Ｐｄの融点は１５５４℃、Ｐｔの融点は１７７２℃、Ｎｉの融点は１４５５℃である。被覆層材は、上記の元素が主体であれば、別の元素を含む合金であっても構わない。特にパラジウムはニッケルに対しては耐酸化性に優れる点、白金に対しては加工性に優れる（伸線加工が容易である）点で優位性を有するため好適である。ワイヤー径にもよるが被覆金属厚は芯ワイヤー径の０．１〜０．０００１倍程度が好適である。
【００１５】
一方、新たな課題として、これらの金属を被覆したワイヤーは、ボール形成時にボールの中心とワイヤーの軸とがずれて、いわゆるゴルフクラブ状となり易い不具合があることが判明した。これは大きな径のボールを形成するときに顕著となる。小径でのボール形成時であっても、サンプル数を非常に大きくとるとゴルフクラブ状の不良がある程度の割合で混入するが、大きな径でゴルフクラブ状となり易いワイヤーほど、この不良割合が多い傾向にある。我々はワイヤーの様々な物性とボール形成能との相関を調査した結果、ワイヤーの伸びとボール形状不良との間に相関があるとの知見を得た。
【００１６】
一般に、金ボンディングワイヤーではワイヤー単位断面積当たりの破断伸びが０．００５−０．０１５％／μｍ２程度のものが使われている。銅ワイヤーの場合も金ワイヤーに倣い破断伸びを同程度に設定するか、金に比して加工により伸びが生じやすいことを反映して０．０２０％／μｍ２迄の若干の高破断伸びを示すものが使われることが多い。しかし、我々の検討した結果、単位断面積当たりの破断伸びが０．０２１％μｍ２以上であればボールの形成能が優れることが判明した。より好ましい破断伸びは０．０２４％／μｍ２以上、さらに好ましくは０．０３０％／μｍ２以上である。これは、図１に示すように、第２ボンド後、クランプにてワイヤーを掴み、引っ張り切断したワイヤー端が、低伸びワイヤーではゴルフクラブのように先端屈曲状である（Ａ図）のに対し、高伸びワイヤーでは直線状になりやすい（Ｂ図）ためであると考えられる。なお、被覆銅ワイヤーは被覆が有るために銅よりも伸びにくい傾向にある。
【００１７】
本発明における伸びは、１０ｃｍの長さのワイヤーを引っ張り速度２０ｍｍ／分で引っ張り、破断した際の「伸び」を引っ張る前のワイヤーの断面積（芯材および被覆層の合計「μｍ２」）で割った値である。
【００１８】
被覆層の形成方法としては電気メッキ法が最適である。太い銅線に厚メッキを施したものを複数回伸線して狙いのワイヤー径、メッキ厚を出すと経済的で好ましい。特に、電気メッキと伸線の組合せは、厚みの均一性および表面の平滑性の点でもすぐれ、ボンディングツールのワイヤー通過穴内面との摩擦が小さくワイヤーのフィード性が良好である。さらには、芯材と被覆層との密着力が高いために、剥がれた被覆層の欠片がボンディングツール内で詰まる問題も解消できる。
【００１９】
ボンディングワイヤーでは通常、伸線して最終線径が得られた後にアニール（「最終アニール」）を行って伸び調整する。
【００２０】
最終アニールは、ワイヤー径にもよるが、４４０℃程度で伸びが飽和し、それ以上アニール温度を上げても伸びの向上はあまり期待できない。逆にアニール温度が高すぎると、伸びが低下する傾向にある。最終アニール温度を最適化した場合、後述する実施例から明らかなように、２０μｍ径ワイヤーの最高伸びは９％、２５μｍ径では１３％、２８μｍ径では１６％程度が得られる。
【００２１】
我々は鋭意検討の結果、最終アニール以外に被覆形成後、伸線工程の途中でもアニール（中間アニールと呼ぶ）を施すことにより、最終アニールのみでは困難な高伸びのボンディングワイヤーを得ることを見出した。この中間アニールを採用することにより、０．０３０％／μｍ２以上の高伸びのボンディングワイヤーを得ることができる。
【００２２】
また、ボールの真球性以外にも高伸びワイヤーにはいくつかのメリットがあることが分かった。一つはワイヤーループ形状のコントロール性の向上である。パラジウム、白金、ニッケル等の金属は硬いためにこれらを銅ワイヤーに被覆することにより屈曲性が低下する。その結果、ボンディングツールの第１ボンディング点から第２ボンディング点への移動にワイヤーが追従せず、ループ形状のコントロールが難しくなるという課題があった。ループ形状がいびつになったりバラツキが生じると、隣接ワイヤー間の接触不良が増加したり、ひどい場合にはルーピング中に第１ボンディング点に不自然な引っ張り応力がかかり接合部が外れるという不具合が生じていた。単位断面積当たりの破断伸びが０．０２１％／μｍ２以上の高伸びワイヤーを用いることで高い屈曲性を実現し、ワイヤーループ形状のコントロール性を改善することができる。
【００２３】
もう一つのメリットは、第２ボンドの接合強度が大きくなるということである。ここでいう接合強度は、ボンディングされた素子を後工程で樹脂封止する時にワイヤーが溶融樹脂流にて引っ張り流される際のワイヤー破断力と相関を持つプル接合強度である。この接合強度は、ボンディングされたワイヤーにフックを引っかけて持ち上げ、ワイヤーの破断荷重で評価する。通常、ワイヤーは断面が円形の個所とボンディングツールで押し潰された扁平個所との境界部で破断する。第２ボンド時、ボンディングツールにてワイヤーが押しつぶされる際に伸びのあるワイヤーの方が接合幅が広くなる。そのため接合強度測定時にワイヤーから伝わった力は、この接合部で分散され、応力集中が起こりにくいため高接合強度となるものと推測される。また、ワイヤーが引っ張り切れる際、ワイヤー自体に伸びがあると応力が集中しにくいので割れが入りにくいし、入ったとしても応力集中による破断が起こりにくいため高接合強度となっていると推測される。
【００２４】
また、本発明ボンディングワイヤーは、銅を含む芯材と、芯材上に形成された被覆層とを有するボンディングワイヤーであって、前記被覆層は銅よりも耐酸化性の金属でありワイヤーに垂直に切断した際の断面においてＸ＝（被覆層面積／芯材面積）とした場合、０．００７≦Ｘ≦０．０５であることを特徴とする。
【００２５】
我々の調査の結果、芯材と被覆層の面積比を上記のように限定することで、真球のボールを形成することができ、ボールがゴルフクラブ状となる不良率を低減することができることが分かった。特に、前記面積比Ｘを０．０１≦Ｘ≦０．０４とすることが好適である。
【００２６】
面積比Ｘは、被覆層の厚みを変えることで容易に調整することができる。被覆層の厚みと伸びとの関係については、被覆層を設けると被覆層がない場合に比べて伸びにくくなり、被覆層が厚いほど伸びが出にくい傾向にある。
【００２７】
また、被覆層は、芯材との融解熱差が２５ｃａｌ／ｇ以下の材料で構成されることが望ましい。芯材との融解熱差が２５ｃａｌ／ｇ以下である金属で被覆層を構成すれば、ボンディング時、ワイヤー径に対し３倍未満の真球に近いボール形成が容易に実現できる。
【００２８】
本発明者等は、金メッキ銅ボンディングワイヤーにて径の小さいボールを形成する際に、形状が槍状となったり、大きさの再現性が不安定となる理由を鋭意研究した結果、放電によりワイヤー先端を溶融させてボール形成する際に、銅よりも融解熱の小さい金が優先的に溶解し（銅４９ｃａｌ／ｇ、金１６ｃａｌ／ｇ）、融解熱の大きい銅が芯として残ることが原因との結論に至った。形成するボールが小さい場合には、放電による供給される熱エネルギーが小さいために銅と金の融解熱差の影響がより顕著に現れるため真球が形成されなくなると考えられる。
【００２９】
芯材との融解熱差が２５ｃａｌ／ｇ以下である材料としては、前述したパラジウムや白金やニッケルが挙げられる。パラジウムの融解熱は３６ｃａｌ／ｇ、白金の融解熱は２７ｃａｌ／ｇ、ニッケルの融解熱は７０ｃａｌ／ｇである。融解熱差が２０ｃａｌ／ｇ以下であれば形成するボールの形状バラツキが小さいために更に好適である。
【００３０】
芯材に含まれる銅以外の元素の合計は０．００１質量％以上１質量％以下が好ましい。我々は「高伸び」という特性を出すために検討を重ねた結果、不純物が特性に大きく影響することを見出した。従来、金ワイヤーにおいては不純物の合計が０．００１質量％以下である金ワイヤーが使用されている。また、銅ワイヤーもこれに倣った純度にて使用されることが多い。しかし、本発明の被覆ワイヤーに関しては「高伸び」という特性を出すために芯材は、敢えて銅以外の元素を０．００１質量％より多く配合することが望ましい。この不純物量が０．０１質量％以上であれば更に好適である。
【００３１】
芯材に含有する不純物としてはベリリウム、スズ、亜鉛、ジルコニウム、銀、クロム、鉄、酸素、硫黄、水素等が挙げられる。このように不純物の混合量を設定することにより、不純物が少ない場合では実現しにくい高伸び特性が得られる。その他、特に高伸び特性を目指さない場合においても不純物が少ない場合に比べて加工時の断線等を大幅に減少させることができる。ただし、銅以外の元素量が多すぎると電気抵抗が高くなるなど電気特性面でマイナスとなる他、ボール形成時にボール表面がクレーター状になるという不具合が発生する。この観点から銅以外の元素の合計は１質量％より少ないことが望ましい。
【００３２】
中でも、アンチモン、リン、リチウム、スズ、鉛、カドミウム、ビスマスから選ばれた少なくとも１種以上の元素をｗｔｐｐｍで１０〜１０００ｐｐｍ含有している芯材は、被覆層との融解熱差を小さくすることができる。各材料の融解熱は、アンチモン：３９ｃａｌ／ｇ）、スズ：融解熱１４ｃａｌ／ｇ、鉛：融解熱５．５ｃａｌ／ｇ、カドミウム：１４ｃａｌ／ｇ、ビスマス：１３ｃａｌ／ｇである。
【００３３】
本発明ワイヤーの直径は特に限定されない。特に小ボール径を目的とする場合、ワイヤー径は１５‐４０μｍが好適である。
【００３４】
また、本発明ボールボンディング方法は、上記の本発明ボンディングワイヤーを用い、ボールボンディング時に、ワイヤー直径の３倍未満の小径ボールを形成させることを特徴とする。
【００３５】
上述した本発明ボンディングワイヤーを用いることで、ほぼ真円で小径のボールを形成してボンディングを行うことができる。これにより、より小さな接合面積でボンディングを行うことができ、隣接するワイヤーとの間隔を小さくして、高密度の集積回路を構成することができる。なお、近年の半導体デバイスの狭小化要求を満たすには形成するボールの径は６０μｍ以下が必要とされる場合が多い。
【００３６】
また、本発明ボールボンディング方法は、上記の本発明ボンディングワイヤーを用い、ボール形成時に導入ガスとして窒素濃度が９９．９％以上９９．９９９５％未満の窒素ガスを用いることを特徴とする。
【００３７】
前述した本発明ワイヤーは、表面が貴金属などの耐酸化性金属にて覆われているので銅ボンディングワイヤーに比して酸化による不具合が生じにくい。そのため低純度窒素ガスでも良好なボール状態が得られる。つまり、窒素濃度が９９．９％以上の純度であれば、表面にクレーターがなく、真球性に優れた良好なボールを得ることができる。窒素純度は高い方が好ましいが、９９．９９９５％以上の窒素純度が保証されるガスは高価であることからコスト的に好ましくない。
【００３８】
ボール形成時の不活性ガスの供給方法には１本若しくは複数本のガス管からワイヤー先端にガスを吹き付けて供給する方法や、ワイヤー先端部周辺を壁で囲み、その壁の内部に不活性ガスを供給して貯める方法などが考えられる。最も簡単な供給方法である１本のガス管からワイヤー先端に不活性ガスを吹き付ける場合、ガス流量をガス管の開口面積で割った値を０．０１〜２．５リットル／分・ｍｍ２とすると好適である。０．０１リットル／分・ｍｍ２未満では充分なガスシールド性を実現することが難しい。逆に２．５リットル／分・ｍｍ２を超えるとガス吹き付けによる冷却能が強すぎて小ボールが形成されにくい他、ボールが歪む等の不具合が生じる。
【００３９】
さらに、本発明ボールボンディング方法の一つは、上記の本発明ボンディングワイヤーを用い、前記ワイヤー先端とトーチの放電点とを結ぶ直線と前記ワイヤーの延長線にて成立する角度θが０＜θ≦４５度であることを特徴とする。
【００４０】
我々がボールの形成因子（方法、条件）とその不良率との相関を調査した結果、いくつかの因子と相関があるとの知見を得た。その１つがボール形成時のトーチの放電点とワイヤー先端を結ぶ直線とワイヤーの延長線にて成立する角度である。この角度θを０＜θ≦４５度とすることが望ましい。特に２０度以下とすると良好なボール形状が得られる確率が増すので更に好適である。
【００４１】
一般に、ボールボンディング方法における放電電極として、可動トーチと固定トーチとが知られている。可動トーチは、放電によるボール形成時のみワイヤー先端の直下にトーチを移動させ、ボール形成が終わるとワイヤー先端の直下から外れた位置にトーチを移行させる構成である。一方、固定トーチは、ボンディングワイヤーの先端直下から若干ずれた位置にトーチを固定した構成である。ボール形成後、そのままキャピラリーがボンド点に向かって下りるとトーチとぶつかってしまうため、固定トーチではワイヤー先端の直下からずれた位置にトーチが固定されている。一方、可動トーチでは、トーチの移動時間が必要なためボール形成に時間がかかる他、構造が複雑なので故障が生じたりボール形成性が不安定になる等の不具合が生じる場合がある。本発明では、固定トーチを利用する場合、上記角度θを限定することで、ボール形成を短時間で行うと共に、真球状の良好なボールを成形することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
［試作例１］
＜ワイヤー製造＞
直径２００μｍのＣｕボンディングワイヤーに電気メッキにて種々のメッキ被覆層を形成し、それを伸線することにより所望のワイヤー径とした。最終工程として３０ｍ／分の線速にて５０ｃｍ長の炉中を通してアニールすることにより伸びを調整した。炉の温度は表１、２の通りである。伸びは１０ｃｍの長さのワイヤーを引っ張り速度２０ｍｍ／分で破断するまで引っ張り、
１００×（引張後の標点距離−引張前の標点距離）／引張前の標点距離
で評価する。単位面積あたりの伸びは、前記「伸び」を引っ張る前のワイヤーの断面積（芯材および被覆層の合計面積「μｍ２」）で割った値である。
【００４３】
＜ボール形成能調査＞
ボンダー（株式会社カイジョー製　ＦＢ１３７（型番））で所望径のボールを１００個形成し、その際の形状不良率を調査した。ボールが真円状の場合を「良」とし、Ｐｄメッキワイヤーではゴルフクラブ状（ボールの中心とワイヤーの延長線がずれる）の場合を「不良」と、Ａｕメッキワイヤーでは槍状の場合を「不良」とした。ボール形成の条件としてはワイヤー先端とスパークロッド（トーチ）間距離を４００μｍとし、純度９９．９９９％の窒素を１リットル／分の流量でワイヤー先端部に吹き付け、その周辺の酸素濃度を低下させた状態で行った。
【００４４】
なお、ワイヤー直径２０μｍのワイヤーでは６０μｍ径のボール形成において、ワイヤー直径２５μｍでは７０μｍ径のボール形成において、ワイヤー直径２８μｍでは８０μｍ径のボール形成において不良率が９／１００以下を良好なワイヤーとした。
【００４５】
＜接合強度調査＞
基板温度２００℃、底面径１３０μｍのボンディングツールにて、ＩＣ電極上のアルミパッドに第１ボンドを、リードフレーム（Ａｇメッキ）上に第２ボンドを行い、第１ボンド点と第２ボンド点間距離：３ｍｍで結線してループを作製した。ループ形状は「ＮＯＲＭＡＬ」、ループ高さは「３００μｍ」である。各ワイヤーに関して４０ループの第２ボンド接合強度を測定し、平均接合強度を算出した。接合強度測定は、ワイヤーの第２ボンドの間際をフックで引っかけて０．５ｍｍ／ｓで引っ張り、破断した際の強度（ｇ）とした。
【００４６】
＜ルーピング特性調査＞
基板温度２００℃、底面径１３０μｍのボンディングツールにてＩＣ電極上のアルミパッドとリードフレーム（Ａｇメッキ）とを第１ボンド点と第２ボンド点間距離：２ｍｍで結線した。ループ形状は「ＨＩＧＨ」でループ高さは「２００μｍ」である。図２に示すように、ループを上面から見た際に、第１ボンド点と第２ボンド点を結ぶ線の中間点からループまでのズレ（距離）を測定することによりループ形状の安定性を量る目安とした。評価値には３０本のループの平均値を採用した。
【００４７】
［実施例１〜３および１５、比較例１〜３］
銅以外の不純物の合計が０．０５質量％であるＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２０μｍ、Ｐｄメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。実施例１５には中間アニールを施した。これらのワイヤーを用いてボール径６０μｍでのボール形成能の評価及び接合強度評価を行った。評価結果を表３、表４に示す。
【００４８】
［実施例４〜６および１６、比較例４〜６］
銅以外の不純物の合計が０．０５質量％であるＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２５μｍ、Ｐｄメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。実施例１６には中間アニールを施した。これらのワイヤーを用いて７０μｍ径でのボール形成能の評価及び接合強度評価を行った。更にルーピング特性の評価も行った。評価結果を表３、表４に示す。
【００４９】
［比較例７〜９、実施例７〜８］
銅以外の不純物の合計が０．００５質量％のＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２５μｍ、Ｐｄメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。これらのワイヤーを用いて７０μｍ径でのボール形成能の評価及び接合強度評価を行った。評価結果を表３、表４に示す。
【００５０】
［比較例１０〜１１］
銅以外の不純物の合計が０．０００５質量％のＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２５μｍ、Ｐｄメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。これらのワイヤーを用いて７０μｍ径でのボール形成能の評価及び接合強度評価を行った。評価結果を表３、表４に示す。なお、比較例１０，１１を超える高伸びワイヤーに関しては伸線工程でのワイヤー切れ等の問題が生じ、安定した長尺巻き品の生産が困難であった。
【００５１】
［実施例９〜１１および１７、比較例１２〜１４］
銅以外の不純物の合計が０．０５質量％であるＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２８μｍ、Ｐｄメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。これらのワイヤーを用いてボール径８０μｍでのボール形成能の評価及び接合強度評価を行った。実施例１７には中間アニールを施した。評価結果を表３、表４に示す。
【００５２】
［比較例１５〜１６］
銅以外の不純物の合計が０．０５質量％であるＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２５μｍ、Ａｕメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。これらのワイヤーを用いて７０μｍ径でのボール形成能の評価を行った。評価結果を表３、表４に示す。
【００５３】
［実施例１２〜１４、比較例１７〜１９］
銅以外の不純物の合計が０．０５質量％であるＣｕボンディングワイヤーを用いてワイヤー直径２５μｍ、Ｎｉメッキ厚０．１μｍのワイヤーとした。その際に加工条件及びアニール条件を変更することにより表１および表２に示す伸びの各ワイヤーを得た。これらのワイヤーを用いてボール径７０μｍでのボール形成能の評価及び接合強度評価を行った。評価結果を表３、表４に示す。
【００５４】
【表１】
2004064033.tif 000002
【００５５】
【表２】
2004064033.tif 000003
【００５６】
【表３】
2004064033.tif 000004
【００５７】
【表４】
2004064033.tif 000005
【００５８】
上述の実施例と比較例との対比から明らかなように、ボール形成能、接合強度、ルーピング特性のいずれも実施例の方が優れていることがわかる。中でも、中間アニールを施した実施例１５〜１７は０．０３０％／μｍ２以上の高い伸びが実現できてボール形成能の不良率も０である。
【００５９】
［試作例２］
純度９９．９９５％、外径２００μｍの銅ボンディングワイヤーに電気メッキにて、パラジウム、金またはニッケルの被覆層をそれぞれの０．８１μｍの厚さに形成した。このワイヤーを伸線することによりワイヤー直径２５μｍ、メッキ厚０．１μｍのパラジウム、金またはニッケルメッキ銅ボンディングワイヤーを作製した。
【００６０】
これらのボンディングワイヤーを用いてボンダー（（株）カイジョー製　ＦＢ１３７（型番））で各径のボールを形成し、その際の不良数と主な不良形状を調査し、その結果を表５に示す。
【００６１】
ここで、ボール径はその条件で形成される真球の径を持って決定した。また、ボール形成はワイヤー先端とスパークロッド間距離を４００μｍとし、純度９９．９９９％の窒素を１リットル／分の流量でワイヤー先端部に吹き付けて、その付近の酸素濃度を低減させた状態で行った。
【００６２】
金メッキ銅ボンディングワイヤーでは、ボール径がワイヤー径の３倍未満と小さいと、槍状の不良が多い。一方、パラジウムまたはニッケルメッキ銅ボンディングワイヤーなら、ボール径がワイヤー径の３倍未満と小さくても、真球状の安定したボールができ、高密度配線においても、接合性良好なボンディングができた。
【００６３】
【表５】
2004064033.tif 000006
【００６４】
［試作例３］
銅以外の不純物の総計が０．０５質量％、外径２００μｍの銅ボンディングワイヤーに電気メッキにてパラジウム層を所望の厚さに形成した。このワイヤーを伸線し、その後に最終アニール加工（４５０℃）することにより各ワイヤーを作製した。
【００６５】
これらのボンディングワイヤーをカイジョー製ボンダーＦＢ１３７を用いて、一方から純度９９．９９９％の窒素ガスを０．５リットル／分／ｍｍ２（ガス流量をガス管の開口面積で割った値）の流量で吹き付けながら７０μｍ径のボールを１００個形成し、ボールがゴルフクラブ状にずれる確率を調べた。ゴルフクラブ状の不良率が９／１００以下を良好とし、１０／１００以上を不良とした。
【００６６】
なお、面積比Ｘは次式で求めた。
Ｘ＝（メッキ層面積／芯材面積）＝（ａ２−（ａ−ｂ）２）／（ａ−ｂ）２
ただし、ａ：メッキワイヤー半径　ｂ：メッキ厚
【００６７】
試験結果を表６〜８に示す。これらの表から明らかなように、面積比Ｘが０．００７≦Ｘ≦０．０５の場合にゴルフクラブ状になる不良率が低いことがわかる。
【００６８】
【表６】
2004064033.tif 000007
【００６９】
【表７】
2004064033.tif 000008
【００７０】
【表８】
2004064033.tif 000009
【００７１】
［試作例４］
純度９９．９５％、外径２００μｍの銅ボンディングワイヤーに電気メッキにてパラジウム、金またはニッケルの被覆層をそれぞれの０．８１μｍの厚さに形成した。このワイヤーを伸線し、最終アニール加工（４２５℃）することによりワイヤー径２５μｍ、メッキ厚０．１μｍ、伸び０．０２４％／μｍ２のパラジウムメッキ銅ボンディングワイヤーを作製した。
【００７２】
これらのボンディングワイヤーをカイジョー製ボンダーＦＢ１３７を用いて、一方から窒素ガスを０．５リットル／分／ｍｍ２（ガス流量をガス管の開口面積で割った値）の流量で吹き付けながら７０μｍ径のボールを１００個形成し、不活性ガス純度と表面クレータの有無との相関を調査した。表面クレーターは走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察により確認した。その結果を表９に示す。この表から明らかなように、窒素ガス純度が９９．９％以上であれば、表面にクレーターのできない良好なボールを形成できることがわかる。
【００７３】
【表９】
2004064033.tif 000010
【００７４】
［試作例５］
純度９９．９５％、外径２００μｍの銅ボンディングワイヤーに電気メッキにてパラジウムの被覆層を０．８１μｍの厚さに形成した。このワイヤーを伸線し、その後に最終アニール加工（４２５℃）することにより芯材２５μｍ、メッキ厚０．１μｍ、伸び０．０２４％／μｍ２のパラジウムメッキ銅ボンディングワイヤーを作製した。
【００７５】
これらのボンディングワイヤーをワイヤー先端と放電点との位置が可変な試作ボンダー（ワイヤー先端と放電点との距離は一定）を用いて各角度θで６０μｍ径のボールを５０個形成し、ボールがゴルフクラブ状にずれる確率を調べた。この角度θは、図３に示すように、端部を下に向けて垂直にワイヤー１を配置し、ワイヤー先端とトーチ２の放電点とを結ぶ直線と前記ワイヤーの延長線との角度で表される。ボール形成は一方から純度９９．９９９％の窒素ガスを０．５リットル／分／ｍｍ２（ガス流量をガス管の開口面積で割った値）の流量で吹き付けながら行った。ボールがゴルフクラブ状になる確率が１４／５０以下で、かつ固定トーチで対応可能である場合を「良好」とした。その結果を表１０に示す。表１０に示すように、角度θが４５度以下程度の場合にボールがゴルフクラブ状になる確率を低減できることがわかる。
【００７６】
【表１０】
2004064033.tif 000011
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、銅を主成分とする芯材の上に銅よりも高融点の金属で被覆層を形成し、ワイヤーの破断伸びを単位断面積当たり０．０２１％／μｍ２以上とすることにより、優れた真球性、接合性、ルーピング特性を得ることができる。また、Ｘ＝（被覆層面積／芯材面積）を０．００７≦Ｘ≦０．０５とした場合でも、同様に真球性に優れたボールを形成することができる。従って、より小さな接合面積でボンディングを行うことができ、隣接するワイヤーとの間隔を小さくして、高密度の集積回路を構成することができる。
【００７８】
さらに、本発明ボールボンディング方法によれば、小径ボールを安定形成させることができ、高密度配線でのボンディングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はゴルフクラブ状となったワイヤーの切断端部を示す説明図、（Ｂ）は直線状となったワイヤーの切断端部を示す説明図である。
【図２】ループ特性の評価基準を示す説明図である。
【図３】角度θの説明図である。
【符号の説明】
１　ワイヤー
２　トーチ
【図１】
2004064033.tif 000012
【図２】
2004064033.tif 000013
【図３】
2004064033.tif 000014