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技術 複合銀ワイヤ

出願人 光大應用材料科技股ふん有限公司
発明者 ホンフェイイー
出願日 2011年9月20日 (7年10ヶ月経過) 出願番号 2011-204535
公開日 2013年1月31日 (6年5ヶ月経過) 公開番号 2013-021280
状態 特許登録済
技術分野 ボンディング
主要キーワード C状態 金属間酸化物 プルテスト ワイヤ素材 荒引き 銀ワイヤ 製品信頼性 化学的腐食
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年1月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

半導体素子上の電極及び外部接続端子などの間を接続するために利用されるボンディングワイヤに関し、被覆銅ワイヤを引き伸ばすと芯材の銅が露呈して、銅が酸化してしまう問題を避け、量産使用性が良く、製造コストを低く抑えることができる複合銀ワイヤを提供する。

解決手段

銀を主成分として金を含む複合銀ワイヤであって、金を4質量%以上8質量%以下で含み、かつ、パラジウムを2〜4質量%で含むことを特徴とする。

概要

背景

現在、半導体素子上の電極リードフレーム基板などの接続端子とを接続するボンディングワイヤとして、金ワイヤが実用化されている。金ワイヤの原料となる金は大気中では侵食されず、熱、湿気酸素化学的腐食に対して非常に強く、また柔らかくて、展性延性に富み、電気伝導も優れた性質を持ち、量産使用性もよいので、ボンディングの材料として多用されている。しかし、金は高価であるため、金に代わる低コストワイヤ素材として銅が検討されているが、銅は酸化し易い欠点があった。銅ワイヤ表面酸化を防ぐためには金、パラジウムなどの被覆層を設けているボンディングワイヤが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

半導体素子上の電極及び外部接続端子などの間を接続するために利用されるボンディングワイヤに関し、被覆銅ワイヤを引き伸ばすと芯材の銅が露呈して、銅が酸化してしまう問題を避け、量産使用性が良く、製造コストを低く抑えることができる複合銀ワイヤを提供する。銀を主成分として金を含む複合銀ワイヤであって、金を4質量%以上8質量%以下で含み、かつ、パラジウムを2〜4質量%で含むことを特徴とする。なし

目的

本発明は、銅の酸化の問題を避け、量産使用性が良く、製造コストを低く抑えることができる複合銀ワイヤを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

銀を主成分として金を含む複合銀ワイヤであって、該複合銀ワイヤが、該金を4質量%以上8質量%以下で含み、かつ、パラジウムを2〜4質量%で含むことを特徴とする、複合銀ワイヤ。

請求項2

0〜2質量%の白金を更に含むことを特徴とする、請求項1に記載の複合銀ワイヤ。

技術分野

0001

本発明は、半導体素子上の電極及び外部接続端子などの間を接続するために利用されるボンディングワイヤに関する。

背景技術

0002

現在、半導体素子上の電極とリードフレーム基板などの接続端子とを接続するボンディングワイヤとして、金ワイヤが実用化されている。金ワイヤの原料となる金は大気中では侵食されず、熱、湿気酸素化学的腐食に対して非常に強く、また柔らかくて、展性延性に富み、電気伝導も優れた性質を持ち、量産使用性もよいので、ボンディングの材料として多用されている。しかし、金は高価であるため、金に代わる低コストワイヤ素材として銅が検討されているが、銅は酸化し易い欠点があった。銅ワイヤ表面酸化を防ぐためには金、パラジウムなどの被覆層を設けているボンディングワイヤが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

台湾特開201037777A1号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記の金属被覆の銅ワイヤからなるボンディングワイヤによれば、接合強度を向上させて、ワイヤ小径化も図ることができるが、被覆銅ワイヤを引き伸ばすと芯材の銅が露呈して、銅が酸化してしまう。

0005

本発明は、銅の酸化の問題を避け、量産使用性が良く、製造コストを低く抑えることができる複合銀ワイヤ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

0006

上記目的を達成するため、本発明は、銀を主成分として金を含む複合銀ワイヤであって、金を4質量%以上8質量%以下で含み、かつ、パラジウムを2〜4質量%で含むことを特徴とする複合銀ワイヤを提供する。

発明の効果

0007

以上の構成によれば、所定量の銀、金、パラジウムを含むことにより、従来の酸化し難い金ワイヤと同等の効果を得ることができ、高温多湿環境試験を通過することができる製品信頼性を持つ複合銀ワイヤを得ることができる。また、本発明による銀ワイヤは、金などの貴金属を少なく含むようにすることができるので、製造コストを大幅に下げることができる。

0008

以下、本発明による複合銀ワイヤについて更に詳細に説明する。

0009

本発明による複合銀ワイヤは、銀を主成分として金を含むものであって、金を4質量%以上8質量%以下で含み、かつ、パラジウムを2〜4質量%含むことを特徴とする。また、本発明による複合銀ワイヤは、0〜2質量%の白金を更に含むことが好ましい。

0010

金を4質量%未満含むと、ワイヤの合金硬度が高くなり作業し難くなる。その一方、金を8質量%超含むと、作業性及び信頼性を高めることに顕著な効果が見られない上に、製造コストも高くなる。

0011

本発明による複合銀ワイヤは、パラジウムを2〜4質量%で含む。これは、パラジウムの含有量が2質量%未満になると、高温多湿な過酷環境試験を通過することができず、製品信頼性が低くなる。パラジウムの含有量が4質量%を超えると、ワイヤの硬度が高くなり作業性及び歩留まりが良くない。

0012

本発明による複合銀ワイヤは、白金を0〜2質量%で含むことが好ましい。これは、白金の含有量が2質量%を超えると、ワイヤの融点が高くなり、固体溶融が困難になり、製造コストが高くなるからである。

0013

本発明による複合銀ワイヤを製造するにあたって、一例として、銀、金、パラジウム及び/又は白金などの金属原料加熱炉投入し、溶かすことによって溶融状態の合金液を作り出す。そして、この合金液をインゴット鋳造ロール圧延(press roll)、荒引き(heavy drawing)、細引き(fine drawing)などの伸線加工洗浄、乾燥、仕上げアニール巻取り(rewinding)などの加工処理を施すことにより、複合銀ワイヤを製造することができる。得られた複合銀ワイヤは半導体素子のワイヤボンディングパッケージ製造工程において用いられる。

0014

本発明による複合銀ワイヤは、以下のいくつかの実施例によって説明するが、これらの例は本発明を制限することを意図していないことは特に理解されるべきである。

0015

表1に示す実施例1〜12の実施例ワイヤ及び比較例1〜12の比較例ワイヤ製作し、そのボンディングワイヤの作業性及び信頼性を確認する試験を行った。実施例に係る複合銀ワイヤ(以下、本発明ワイヤという)は、ボンディングワイヤとしての特性を確認するため、本発明に係る範囲の成分組成を有する実施例原料を溶解鋳造し、伸線加工することにより製造されたものであり、比較例に係るボンディングワイヤ(以下、比較例ワイヤという)は本発明の組成範囲に入らず、実施例と同じ製造工程により製造されたものである。

0016

次に本発明ワイヤと比較例ワイヤとを下記の評価を行った結果を上記成分組成と共に表1に示す。

0017

一、作業性(Unit Per Hour (UPH))
本発明ワイヤ及び比較例ワイヤ(UPH銀ワイヤ)の、一時間毎生産できる金ワイヤ(UPH金ワイヤ)を375pcs/hrとした基準値に対する比(%)を求めた結果を表1に示す。作業性について数値が大きいほど作業性がよいとする。

0018

二、信頼性(Reliability)
(一)プレッシャークッカー試験(Pressure Cooker Test;PCT):
ESD22−A102に基づいて、温度が121℃、湿度が100%RH、圧力が29.7psiの高温多湿高圧条件下で250時間、各実施例ワイヤ及び各比較例ワイヤに試験を行った。その後、集束イオンビーム(Focused Ion Beam;FIB)を用いてワイヤと基板との間の金属間酸化物IMC)の状態を観察し、下記レベル製品としてのワイヤの耐湿性を評価した。その結果を表1に示す。

0019

○:穴がないと認められ、製品として機能よく用いることができる。
△:穴は少しあると認められるが、製品として用いることができる。
×:穴が明らかに多いと認められ、製品として用いることができない。

0020

(二)超加速寿命試験(High Accelerated Stress Test;HAST)
JESD22−A110に基づいて、温度が130℃、湿度が85%RH、電圧が6ボルト環境条件下で200時間、各実施例ワイヤ及び各比較例ワイヤに試験を行った。その後、FIBを用いて上記試験と同様にしてIMC状態を観察し、下記レベルにて製品としてのワイヤの耐湿性を評価した。その結果を表1に示す。

0021

○:穴がなし〜少しあると認められる。
×:穴が明らかに多いと認められる。

0022

(三)高温多湿バイアス試験(Thermal Humidity Bias Life Test;THB)
JESD−A101に基づいて、温度が85℃、湿度が85%RH、電圧が6ボルトの環境条件下で1000時間、各実施例ワイヤ及び各比較例ワイヤに試験を行った。その後、FIBを用いて上記試験と同様にしてIMC状態を観察し、下記レベルにて製品としてのワイヤの耐腐食性を評価する。その結果を表1に示す。

0023

○:穴がなし〜少しあると認められる。
×:穴が明らかに多いと認められる。

0024

0025

表1に示した試験の結果から分かるように、実施例1〜12において、銀(Ag)を主成分とし、金(Au)を4質量%以上8質量%以下、パラジウム(Pd)を2〜4質量%含み、また実施例10、11において更に0〜2質量%の白金(Pt)を含むようにすることにより、全て作業性がほぼ90%以上になり、金ワイヤに近い作業性を得られることが分かる。また、全ての実施例ワイヤがPCT、HAST、THB等の高温多湿信頼性試験において穴の発生がなく、又は少ないことから、金ワイヤに相当する信頼性が得られることが分かり、Auを極力抑えて用いることができ、製造コストの削減を図ることができる。

0026

なお、図表に示さないが、ボールプルテスト(Ball Pull Test)、ボールせん断テスト(Ball Shear Test)等のワイヤボンディング信頼性試験を行った結果、実施例ワイヤのいずれも金ワイヤに劣らない接合強度を有することが分かった。

0027

また、比較例ワイヤにおいて、例えば比較例1〜4ではAuを8質量%超含むと、作業性及び信頼性を高めることに顕著な効果が見られず、また、Auを多く使うので、製造コストもかかる。

0028

その一方、Auを4質量%未満、あるいはPdを4質量%超含むと、ワイヤの合金硬度が高くなり、作業性及び量産性が悪いことが分かる。Pdを2質量%未満含むと、作業性も高温多湿環境の信頼性も劣ることも分かる。

実施例

0029

以上により、本発明による複合銀ワイヤによれば、所定量の銀、金、パラジウム及び/又は白金を含むことにより、従来の金ワイヤと同等の効果を得ることができ、高温多湿な環境試験を通過することができる製品信頼性を持つ複合銀ワイヤを得ることができる。また、本発明による複合銀ワイヤは、金などの貴金属を少なく含むようにすることができるので、製造コストを大幅に下げることができる。

0030

本発明による複合銀ワイヤは、半導体素子上の電極及び外部接続端子などの間を接続するために利用されるボンディングワイヤとして有用である。

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