JP2010199528A

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Publication number: JP2010199528A
Application number: JP2009094065A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hasegawa; 剛長谷川
Original assignee: Tatsuta System Electronics Co Ltd
Current assignee: Tatsuta System Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-09-09
Also published as: TW201037777A; WO2010087053A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve bonding strength in conjunction with an increase of operation speed even when a work stage temperature is as low as approximately 150°C. <P>SOLUTION: The bonding wire P connects an electrode (a) of an integrated circuit element to a conductor wiring c of a circuit wiring board by a ball bonding method. A coating layer 2 formed of one or more selected from gold, platinum. palladium and silver is formed on an entire outer circumference of a core material 1 formed of 99.99 mass% or more copper. The coating wire is subjected to diffusion heat treatment to improve adhesion of the core material 1 and coating layer 2. Then, the coating wire is drawn to have a wire diameter L of 12-50.8 μm. Furthermore, thermal refining treatment is carried out to have tensile elongation 8% or more to obtain the bonding wire having the coating layer 2 with a thickness 0.04-0.09 μm. The bonding wire of this structure is connected to the electrode and conductor wiring with sufficient bonding strength, and even in high-speed operation at a low temperature, the operation does not stop. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

Translated fromJapanese

この発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ等の集積回路素子上の電極と、リードフレーム、セラミック基板、プリント基板等の回路配線基板の導体配線とをボールボンディング法によって接続するためのボンディングワイヤ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a bonding wire for connecting an electrode on an integrated circuit element such as an IC, LSI, transistor or the like to a conductor wiring of a circuit wiring board such as a lead frame, a ceramic substrate, or a printed circuit board by a ball bonding method, and its manufacture. It is about the method.

この種のボールボンディング法による接続方法は、図１（ａ）〜（ｈ）に示す態様が一般的であり、同図（ａ）に示す、ワイヤＰがキャピラリー１０ａに挿通されてその先端にボール（ＦＡＢ：ＦｒｅｅＡｉｒＢａｌｌ）ｂが形成された状態から、クランプ１０ｂが開いて、キャピラリー１０ａが集積回路素子上の電極ａに向かって降下する。このとき、ボール（ＦＡＢ）ｂはキャピラリー１０ａ内に捕捉され、キャピラリー１０ａの中心にボンディングされる。 The connection method by this type of ball bonding method is generally in the form shown in FIGS. 1A to 1H, and the wire P shown in FIG. 1A is inserted through the capillary 10a and a ball is formed at the tip thereof. From the state where (FAB: Free Air Ball) b is formed, theclamp 10b is opened, and the capillary 10a is lowered toward the electrode a on the integrated circuit element. At this time, the ball (FAB) b is captured in the capillary 10a and bonded to the center of the capillary 10a.

ターゲットである電極ａにボールｂが接触すると（キャピラリー１０ａが電極ａに至ると）キャピラリー１０ａがボールｂをグリップし、ボールｂに熱・加重・超音波を与え、それによってボールｂと電極ａが固相接合され、１ｓｔボンドが形成されて電極ａと接着する（図１（ｂ））。
１ｓｔボンドが形成されれば、キャピラリー１０ａは、一定高さまで上昇した後（同図（ｃ））、導体配線ｃの真上まで移動する（同図（ｄ）〜（ｅ））。このとき、安定したループを形成するため、キャピラリー１０ａに特殊な動きをさせてワイヤＰに「くせ」を付ける動作をする場合がある（同図（ｄ）の鎖線から実線参照）。When the ball b comes into contact with the target electrode a (when the capillary 10a reaches the electrode a), the capillary 10a grips the ball b and applies heat, weight, and ultrasonic waves to the ball b, whereby the ball b and the electrode a Solid-phase bonding is performed to form a 1st bond and adhere to the electrode a (FIG. 1B).
If the 1st bond is formed, the capillary 10a moves up to a certain height (FIG. (C)) and then moves to a position directly above the conductor wiring c (FIGs. (D) to (e)). At this time, in order to form a stable loop, there is a case where a special movement is performed on the capillary 10a so as to attach a “garbage” to the wire P (see the solid line from the chain line in FIG. 4D).

導体配線ｃの真上に至ったキャピラリー１０ａは、導体配線ｃに向かって降下し、ワイヤＰを導体配線（２ｎｄターゲット）ｃに押付ける（同図（ｅ）〜（ｆ））。これと同時に、その押付け部位に熱・加重・超音波を与え、それによってワイヤＰを変形させ、ワイヤＰを導体配線ｃ上に接合させるためのステッチボンドと、次のステップでテイルを確保するテイルボンドを形成する（図１（ｆ））。 The capillary 10a that has reached directly above the conductor wiring c descends toward the conductor wiring c and presses the wire P against the conductor wiring (2nd target) c (FIGS. (E) to (f)). At the same time, heat, weight, and ultrasonic waves are applied to the pressed part, thereby deforming the wire P, and stitching for joining the wire P onto the conductor wiring c and a tail for securing the tail in the next step. A bond is formed (FIG. 1 (f)).

その両ボンドを形成した後、キャピラリー１０ａはワイヤＰを残したまま上昇し、キャピラリー１０ａの先端に一定の長さのテイルを確保した後、クランプ１０ｂを閉じて（ワイヤＰをつかんで）、テイルボンドの部分からワイヤＰを引きちぎる（図１（ｇ））。このとき、テイルボンドがワイヤＰを仮止めしているため、テイルボンドをなすワイヤＰはキャピラリー１０ａと一緒に上昇しない。 After both the bonds are formed, the capillary 10a moves up with the wire P remaining, and after securing a tail of a certain length at the tip of the capillary 10a, theclamp 10b is closed (by grabbing the wire P). The wire P is torn off from the bond portion (FIG. 1 (g)). At this time, since the tail bond temporarily fixes the wire P, the wire P forming the tail bond does not rise together with the capillary 10a.

キャピラリー１０ａは、所要の高さまで上昇すると停止し、そのキャピラリー１０ａの先端に確保されたワイヤＰの先端部分に、放電棒ｇでもって高電圧を掛けて火花を飛ばし（放電し）、その熱でワイヤＰを溶かし、この溶けたワイヤ素材は表面張力によって球状に近いボールｂになって固まる（図１（ｈ））。 The capillary 10a stops when it rises to the required height, and a high voltage is applied to the tip of the wire P secured at the tip of the capillary 10a with the discharge rod g to discharge (discharge) the spark. The wire P is melted, and the melted wire material becomes a spherical ball b by the surface tension and hardens (FIG. 1 (h)).

以上の作用で一サイクルが終了し、以後、同様な作用によって、電極ａと導体配線ｃのボールボンディング法による接続がされる。 One cycle is completed by the above operation, and thereafter, the electrode a and the conductor wiring c are connected by the ball bonding method by the same operation.

このボールボンディング法による接続において、ボンディングワイヤＰには、金線が主に使用されるが、金は高価であるため、近年、銅純度９９．９９質量％以上の安価な銅線を使用することが行われている。そのとき、銅は裸のままでは、表面の酸化が起こり易いことから、図２に示すように、銅線からなる芯材１に耐酸化金属２を被覆したものが使用されている。
その被覆金属（被覆層）２としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等が採用されている（特許文献１〜３）。In the connection by this ball bonding method, a gold wire is mainly used as the bonding wire P. However, since gold is expensive, in recent years, an inexpensive copper wire having a copper purity of 99.99% by mass or more has been used. Has been done. At that time, since the surface is easily oxidized when the copper is bare, as shown in FIG. 2, acore material 1 made of a copper wire is coated with an oxidationresistant metal 2 is used.
As the coating metal (coating layer) 2, gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), nickel (Ni) or the like is employed (Patent Documents 1 to 3).

特開２００３−１３３３６１号公報JP 2003-133361 A特開２００４−６４０３３号公報JP 2004-64033 A特開２００７−１２７７６号公報JP 2007-12776 A

この金属被覆の銅線からなるボンディングワイヤＰにおいて、近年の電子部品の小型化等による集積回路素子間の極小化に伴い、上記ボールｂもより小さくする必要から、ボンディングワイヤＰにも小径のものが望まれ、そのためには、その径Ｌを５０μｍ以下とするのが好ましいとされている（特許文献１段落０００９第１２〜１４行）。
また、集積回路素子の電極ａへの接続において、ボールｂが下向き槍状（逆円錐状）になっていると、上記ボールｂの電極ａへの押付け時、そのボールｂの尖鋭端によって電極ａを損傷させる恐れがあるため、ボールｂはできるだけ、真球であることが好ましい。そのボールｂの真球度を高めるために、上記被覆層２の厚みｔを芯線径の０．００１以下としたり（特許文献１請求項１）、同じく被覆層２の厚みｔを０．００１〜０．２μｍとしたり（特許文献３請求項１）、芯材１の銅よりも高融点の耐酸化金属で被覆層２を形成したりしている（特許文献２段落００１４）。
さらに、有機基板をベースにしたＢＧＡ(ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ)などでは加熱温度(ステージ温度)を高くすると、反りが発生してボンディング性が著しく悪化する。このため、上記ワイヤＰと電極ａ又は導体配線ｃとの接合時の加熱温度（ステージ温度）を低く、例えば、１５０℃程度にしても、十分な接合強度を担保するための種々の工夫、例えば、熱処理後に伸線する加工等もされている（特許文献３段落００２０、同００５４等）。In the bonding wire P made of a metal-coated copper wire, the ball b needs to be made smaller with the miniaturization of integrated circuit elements due to the recent miniaturization of electronic components. For this purpose, the diameter L is preferably 50 μm or less (paragraph 0009, lines 12-14 of Patent Document 1).
In addition, when the ball b is in a downward bowl shape (reverse conical shape) in connection to the electrode a of the integrated circuit element, the electrode b is pressed by the sharp end of the ball b when the ball b is pressed against the electrode a. The ball b is preferably a true sphere as much as possible. In order to increase the sphericity of the ball b, the thickness t of thecoating layer 2 is set to 0.001 or less of the core wire diameter (Patent Document 1, Claim 1), and the thickness t of thecoating layer 2 is set to 0.001 to 0.001. The thickness is 0.2 μm (Claim 1 of Patent Document 3), or the coveringlayer 2 is formed of an oxidation-resistant metal having a melting point higher than that of copper of the core material 1 (paragraph 0014 of Patent Document 2).
Further, in the case of BGA (Ball Grid Array) based on an organic substrate, if the heating temperature (stage temperature) is increased, warping occurs and bonding properties are significantly deteriorated. For this reason, various devices for ensuring sufficient bonding strength, for example, even when the heating temperature (stage temperature) at the time of bonding between the wire P and the electrode a or the conductor wiring c is low, for example, about 150 ° C., In addition, the wire is drawn after the heat treatment (Patent Document 3, paragraphs 0020, 0054, etc.).

以上のように、耐酸化金属で銅線を被覆したボンディングワイヤＰは、従来から、種々の工夫がなされてそれなりに好評を得ているが、近年の低コスト化に基づく、作業の高速化に伴う接合強度の向上がさらに要求されている。 As described above, the bonding wire P coated with a copper wire with an oxidation-resistant metal has been well-received as a result of various innovations. However, the work speed has been increased based on the recent cost reduction. There is a further demand for improved joint strength.

この発明はその要求に応えることを課題とする。 This invention makes it a subject to meet the request | requirement.

上記課題を達成するために、この発明は、上記の各工夫を全て採用して、ボンディングワイヤＰの線径Ｌは、１２μｍ以上５０．８μｍ以下とし、純度９９．９９質量％以上の銅からなる芯材１の外周全面に、金、白金、パラジウム、銀の１種以上による厚みｔ：０．０２〜０．０９μｍの被覆層２を形成したものとしたのである。 In order to achieve the above object, the present invention adopts all the above-described devices, and the wire diameter L of the bonding wire P is 12 μm or more and 50.8 μm or less, and is made of copper having a purity of 99.99 mass% or more. Thecoating layer 2 having a thickness t of 0.02 to 0.09 μm made of one or more of gold, platinum, palladium, and silver was formed on the entire outer periphery of thecore material 1.

ボンディングワイヤＰの線径Ｌを、５０．８μｍ以下としたのは、上述の特許文献１ではその径Ｌを５０μｍ以下としているが、５０．８μｍ以下であれば、５０μｍ以下とかわらない程度でもって、上記ボールｂをより小さくできるからである。
また、線径Ｌの下限を１２μｍ以上としたのは、１２μｍ未満ではボンディング前にオペレータがワイヤＰをキャピラリー１０ａに通すのが困難になり、作業性が悪くなるからである。
芯材１の銅純度を９９．９９質量％以上としたのは、銅の高導電性を担保するためである。The reason why the wire diameter L of the bonding wire P is set to 50.8 μm or less is that the diameter L is set to 50 μm or less in the above-mentionedPatent Document 1, but if it is 50.8 μm or less, it does not change to 50 μm or less. This is because the ball b can be made smaller.
The lower limit of the wire diameter L is set to 12 μm or more because if it is less than 12 μm, it becomes difficult for the operator to pass the wire P through the capillary 10a before bonding, resulting in poor workability.
The reason why the copper purity of thecore material 1 is 99.99% by mass or more is to ensure high conductivity of copper.

被覆層２の厚みｔは薄いほど、ボールｂの硬度が低くなり、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷の可能性が低くなるが、薄すぎると、ステッチボンド接合の際に芯材１の銅が露出する度合いが大きくなり、被覆層２を有さない銅ワイヤ程度のステッチボンド接合性しか発現できない。例えば、後記実施例と比較例の実験結果から理解できるように、２回以上のマシンストップが生じる恐れがある。このため、その実施例と比較例の実験結果から、被覆層２の厚みｔは０．０２μｍ以上とする。
なお、ステージ温度：１５０℃程の低温度でのボールボンディングの時には、連続ボンディング性の実験結果からその厚みｔを０．０４μｍ以上、より好ましくは、その０．０４μｍを越えるものとする。ステージ温度を低くすると、ステッチボンド接合に要する加重が大きくなり、被覆層２の厚みｔが０．０２μｍ以上から０．０４μｍ未満の範囲では芯材の銅が露出する度合いが大きくなり、連続ボンディング性が損なわれることがあるからである。
一方、被覆層２が厚いと、ボールｂの硬度が高くなり、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷の可能性が高くなる。このため、後記実施例と比較例の実験結果から、被覆層２の厚みｔは０．０９μｍ以下とする。The thinner the thickness t of thecoating layer 2, the lower the hardness of the ball b and the lower the possibility of damage to the Si chip (electrode a). However, if it is too thin, the copper of thecore material 1 will be lost during stitch bond bonding. The degree of exposure becomes large, and only the stitch bond bonding property of a copper wire not having thecoating layer 2 can be exhibited. For example, as can be understood from the experimental results of Examples and Comparative Examples described later, there is a possibility that two or more machine stops may occur. For this reason, the thickness t of thecoating layer 2 shall be 0.02 micrometer or more from the experimental result of the Example and a comparative example.
In the case of ball bonding at a stage temperature as low as about 150 ° C., the thickness t is 0.04 μm or more, more preferably 0.04 μm or more, based on the results of continuous bonding test. When the stage temperature is lowered, the load required for stitch bond bonding increases, and the degree of exposure of the core copper increases when the thickness t of thecoating layer 2 is in the range of 0.02 μm to less than 0.04 μm. This is because may be damaged.
On the other hand, if thecoating layer 2 is thick, the hardness of the ball b increases and the possibility of damage to the Si chip (electrode a) increases. For this reason, the thickness t of thecoating layer 2 shall be 0.09 micrometer or less from the experimental result of a postscript Example and a comparative example.

被覆金属を金、白金、パラジウム及び銀としたのは、これらの貴金属が電子材料の被覆材として一般的であり、入手が比較的に容易であるからである。これらの純度も芯材１の銅と同様に９９．９９質量％以上とすることが好ましい。被覆層２はこれらの貴金属の1
つで形成しても良いが、２種以上の金属の多層とすることもできる。The reason why the coating metals are gold, platinum, palladium and silver is that these noble metals are generally used as coating materials for electronic materials and are relatively easy to obtain. Similar to the copper of thecore material 1, the purity is preferably 99.99 mass% or more.Cover layer 2 is one of these precious metals.
However, it may be a multilayer of two or more metals.

以上から、このボンディングワイヤＰの構成としては、集積回路素子の電極ａと回路配線基板の導体配線ｃをボールボンディング法によって接続するための線径Ｌ：１２μｍ以上５０．８μｍ以下のボンディングワイヤＰにおいて、芯材１が純度９９．９９質量％以上の銅からなり、その芯材１の外周全面に、金、白金、パラジウム、銀の１種以上による厚み０．０２〜０．０９μｍの被覆層２を形成した構成を採用する。
この構成において、ステージ温度：１５０℃程の低温度でのボールボンディング用ボンディングワイヤにおいては、その被覆層の厚みｔは０．０４〜０．０９μｍとする。From the above, this bonding wire P is configured with a bonding wire P having a diameter L of 12 μm or more and 50.8 μm or less for connecting the electrode a of the integrated circuit element and the conductor wiring c of the circuit wiring board by the ball bonding method. Thecore material 1 is made of copper having a purity of 99.99% by mass or more, and acoating layer 2 having a thickness of 0.02 to 0.09 μm is formed on the entire outer periphery of thecore material 1 by one or more of gold, platinum, palladium, and silver. The structure which formed is adopted.
In this configuration, in the bonding wire for ball bonding at a stage temperature of as low as about 150 ° C., the thickness t of the coating layer is 0.04 to 0.09 μm.

これらの構成のボンディングワイヤＰの製造方法には種々のものが採用できるが、例えば、純度９９．９９質量％以上の銅からなる芯材１の外周全面に、金、白金、パラジウム、銀の１種以上による被覆層２を形成し、その被覆線を拡散熱処理して芯材と被覆層の密着性を高めた後、線径１２μｍ以上５０．８μｍ以下まで伸線し、さらに、引張伸びが８％以上となるように調質熱処理を行って、被覆層２の厚みｔ０．０２〜０．０９μｍとした構成を採用できる。 Various methods for manufacturing the bonding wire P having these configurations can be adopted. For example, gold, platinum, palladium, andsilver 1 are formed on the entire outer surface of thecore 1 made of copper having a purity of 99.99% by mass or more. After forming thecoating layer 2 of seeds or more, the coated wire is subjected to diffusion heat treatment to improve the adhesion between the core material and the coating layer, and then drawn to a wire diameter of 12 μm or more and 50.8 μm or less. It is possible to adopt a configuration in which the tempering heat treatment is performed so that the thickness becomes equal to or greater than% and the thickness t of thecoating layer 2 is 0.02 to 0.09 μm.

これらの構成において、上記被覆層２をその融点が上記銅の融点より高いパラジウム又は白金がより好ましいと考えることができる。
上述のように、芯材１の銅よりも高融点の耐酸化金属で被覆層２を形成すれば、ボールｂの真球度が増すことが確認されているが、本発明者は、その理由として、放電によって銅が溶融して真球となる時、その溶融部分が表面張力によって真上にワイヤを這い上がっていくが、被覆層２も溶融していると、その這い上がりが悪くなって、真球になりにくいためと考えた。このことは、０．０２〜０．０９μｍ厚の被覆層２であると、顕著に表れる。
また、パラジウムと白金では、パラジウムの方がボールｂを真球にできる条件のマージン（限界）が広くなる。これは、パラジウムの融点が白金の融点に比べて銅の融点に近いためと考えられる。すなわち、被覆層２に白金を用いると、放電による銅の溶融後に白金が溶融するまでに時間差が生じるためである。被覆層２にパラジウムを用いれば、溶融の時間差は小さくなるため、より真球になりやすい。In these structures, it can be considered that palladium or platinum having a melting point higher than that of the copper is more preferable for thecoating layer 2.
As described above, it has been confirmed that if thecoating layer 2 is formed of an oxidation resistant metal having a melting point higher than that of the copper of thecore material 1, the sphericity of the ball b is increased. When the copper melts into a true sphere by discharge, the melted portion creeps up the wire directly above due to the surface tension, but when thecoating layer 2 is also melted, the creeping is worsened I thought it was difficult to become a true sphere. This appears remarkably when thecoating layer 2 has a thickness of 0.02 to 0.09 μm.
Further, in the case of palladium and platinum, the margin of the condition for making the ball b a true sphere becomes wider with palladium. This is considered because the melting point of palladium is closer to the melting point of copper than the melting point of platinum. That is, when platinum is used for thecoating layer 2, there is a time difference until the platinum melts after the copper is melted by discharge. If palladium is used for thecoating layer 2, the difference in melting time is small, so that it is more likely to be a true sphere.

因みに、上記純銅の融点：１０８３℃、金の融点：１０６４℃、パラジウムの融点：１５５４℃、銀の融点：９６２℃、白金の融点：１７７２℃である。
また、被覆層２の厚みｔを０．０４μｍ以上とした場合、ステージ温度１５０℃でもマシントラブルが少なくなるが、特にパラジウムを被覆層２に採用し、被覆層２の厚みｔを０．０５μｍ以上とした時にはステージ温度をより低温の１３５℃としたときでもマシントラブルが起こらないことも確認されている。これは、パラジウム被覆層２の場合、上記のように、銅とパラジウムの溶融時間差が小さく、より真球になりやすいこととの相乗効果に基づくものと考える。Incidentally, the melting point of the pure copper is 1083 ° C., the melting point of gold is 1064 ° C., the melting point of palladium is 1554 ° C., the melting point of silver is 962 ° C., and the melting point of platinum is 1772 ° C.
Further, when the thickness t of thecoating layer 2 is 0.04 μm or more, machine troubles are reduced even at a stage temperature of 150 ° C. However, palladium is particularly adopted for thecoating layer 2 and the thickness t of thecoating layer 2 is 0.05 μm or more. It has also been confirmed that no machine trouble occurs even when the stage temperature is set at a lower temperature of 135 ° C. In the case of thepalladium coating layer 2, it is considered that this is based on a synergistic effect with the fact that the difference in melting time between copper and palladium is small and the sphere is more likely to become a true sphere.

さらに、上記芯材の銅純度を９９．９９９質量％以上とすれば、後記実施例と比較例の実験結果から理解できるように、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷の可能性が低くなる。これは、銅純度を９９．９９９質量％以上とすることで、ＦＡＢ硬度をより低減できるからである。 Furthermore, if the copper purity of the core material is 99.999% by mass or more, as can be understood from the experimental results of Examples and Comparative Examples described later, the possibility of damage to the Si chip (electrode a) is reduced. This is because FAB hardness can be reduced more by making copper purity 99.999 mass% or more.

さらに、被覆層２は、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着法等の周知の手段によって形成され、一般に、ワイヤＰは大きな線径の銅ロッドをダイスと呼ばれるツールに順次貫通させていくことにより、所定の線径に仕上げられるため、この工程途中の適宜な線径で被覆層２を上記手段により形成する。このとき、被覆する際の芯材１の線径は作業性・コストにより決定されるが、製造装置の制限から０．２〜０．８ｍｍが一般的である。外周全面にパラジウム等の金属を被覆された被覆線は２００〜５００℃（被覆線の温度）で拡散熱処理を施して前記芯材１と被覆層２の密着性を高めた後、線径１２μｍ以上５０．８μｍ以下まで伸線し、さらに、引張伸びが８％以上となるように調質熱処理を行って、被覆層２の厚みｔ０．０２〜０．０９μｍとすることができる。
引張伸びを８％以上とするのは、ステッチボンド接合性を上げ、より安定したボンディング性を得るためである。
このとき、被覆層がパラジウムから成れば、芯材の銅純度を９９．９９９質量％以上とし、その被覆層の厚みｔを０．０５〜０．０９μｍとすることができる。Furthermore, thecoating layer 2 is formed by known means such as electrolytic plating, electroless plating, and vapor deposition. Generally, the wire P is formed by sequentially passing a copper rod having a large wire diameter through a tool called a die. Since it is finished to a predetermined wire diameter, thecoating layer 2 is formed by the above means with an appropriate wire diameter in the middle of this process. At this time, the wire diameter of thecore material 1 at the time of coating is determined by workability and cost, but is generally 0.2 to 0.8 mm due to the limitation of the manufacturing apparatus. The coated wire whose outer peripheral surface is coated with a metal such as palladium is subjected to diffusion heat treatment at 200 to 500 ° C. (temperature of the coated wire) to improve the adhesion between thecore material 1 and thecoating layer 2, and then the wire diameter is 12 μm or more. The wire is drawn to 50.8 μm or less, and further subjected to a tempering heat treatment such that the tensile elongation is 8% or more, so that the thickness t0.02 to 0.09 μm of thecoating layer 2 can be obtained.
The reason why the tensile elongation is 8% or more is to improve the stitch bondability and obtain more stable bonding properties.
At this time, if the coating layer is made of palladium, the copper purity of the core material can be 99.999 mass% or more, and the thickness t of the coating layer can be 0.05 to 0.09 μm.

この発明は、以上のようにしたので、安定した接合強度を有する純銅に貴金属を被覆したボンディングワイヤを得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, a bonding wire obtained by coating a noble metal on pure copper having stable bonding strength can be obtained.

ボールボンディング接続法の説明図であり、（ａ）〜（ｈ）はその途中図It is explanatory drawing of a ball bonding connection method, (a)-(h) is the middle figureこの発明に係るボンディングワイヤの断面図Sectional drawing of the bonding wire which concerns on this inventionオージェピーク強度と被覆層（メッキ層）深さの関係図Relationship diagram of Auger peak intensity and coating layer (plating layer) depth

表１に示す実施例１〜４５及び比較例１〜１３を製作し、そのボンディングワイヤＰの１ｓｔ接合部のＳｉチップ（電極ａ）の損傷度合、及び連続ボンディング性の試験を行った。
すなわち、まず、銅純度９９．９９質量％の純銅（表１中：４Ｎ）と銅純度９９．９９９質量％の純銅（表１中：５Ｎ）の０．２〜０．８ｍｍ径の銅線を用意し、その銅線に、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｇの貴金属を電解メッキ法によって被覆し、その被覆線を巻き戻し、焼鈍炉を通したのち、再び巻き取り用リールで巻き取ることによって連続拡散熱処理を行った。焼鈍炉は炉長１ｍの炉芯管を有する電気炉を用い、炉芯管には窒素ガスを流した。その炉温度は５００℃以上８００℃以下として被覆線の温度を２００〜５００℃とし、その被覆線の走行速度は５〜６０ｍ/分とした。以上の拡散熱処理を施して銅線（芯材）１と被覆層２の密着性を高めた後、線径１５〜５０．８μｍまで伸線し、さらに、引張伸びが８％以上となるように調質熱処理を行って、被覆層２の厚みｔ：０．００１〜０．１１２μｍのボンディングワイヤＰ（実施例１〜４５及び比較例１〜１３）を得た。表１中、２種の貴金属を示す例は、その２種の金属を同一厚で２重被覆したものである。Examples 1 to 45 and Comparative Examples 1 to 13 shown in Table 1 were manufactured, and the degree of damage of the Si chip (electrode a) at the first bonding portion of the bonding wire P and the continuous bonding property test were performed.
That is, first, a copper wire having a diameter of 0.2 to 0.8 mm of pure copper having a copper purity of 99.99% by mass (in Table 1: 4N) and pure copper having a copper purity of 99.999% by mass (in Table 1: 5N) is used. Prepare and coat the copper wires with noble metals such as Au, Pd, Pt and Ag by electrolytic plating, rewind the coated wires, pass through an annealing furnace, and then rewind them with a take-up reel. Diffusion heat treatment was performed. As the annealing furnace, an electric furnace having a furnace core tube having a furnace length of 1 m was used, and nitrogen gas was allowed to flow through the furnace core tube. The furnace temperature was 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, the temperature of the coated wire was 200 to 500 ° C., and the traveling speed of the coated wire was 5 to 60 m / min. After performing the above diffusion heat treatment to improve the adhesion between the copper wire (core material) 1 and thecoating layer 2, the wire is drawn to a wire diameter of 15 to 50.8 μm, and the tensile elongation is 8% or more. A tempering heat treatment was performed to obtain bonding wires P (Examples 1 to 45 and Comparative Examples 1 to 13) having a thickness t of thecoating layer 2 of 0.001 to 0.112 μm. In Table 1, an example showing two kinds of noble metals is a double coating of the two kinds of metals with the same thickness.

つぎに、この各ボンディングワイヤＰにおいて、下記の評価を行った結果を表１に示す。

「被覆層（表面皮膜層）２の厚み」：
オージェ電子分光分析法にて測定した。Ａｒで被覆層の表面からスパッタリングし、単位時間のスパッタリング毎にスペクトル測定を行った。深さ方向の単位はスパッタ時間とし、事前に測定しておいた標準試料ＳｉＯ_２のスパッタリングレートから、対象材の深さ方向の距離をＳｉＯ_２換算にて算出した。被覆層については、図３の通り、対象被覆層元素のオージェピーク強度を縦軸、深さを横軸にとったグラフにおいて、オージェピーク強度が８４％の位置から１６％の位置までの距離を被覆層の厚みとした。

「芯材（銅）の純度」：
ＧＤＭＳ(グロー放電質量)分析にて全元素の濃度を測定してＣｕ純度を決定した。

「連続ボンディング性」（１）：
ボンディングマシンで１０，０００回の連続ボンディングを行い、マシンストップが発生しなければ「Ａ」、１回のマシンストップが発生すれば「Ｂ」、２回以上のマシンストップが起これば「Ｄ」とした。このとき、ステージ温度が低くなれば、その連続ボンディングが困難になることから、２００℃(±５℃)、１５０℃(±５℃)の２水準で行った。

「１ｓｔ接合部のＳｉチップ損傷」（２）：
ボンディング後、１ｓｔボール接合部直下のＳｉチップ損傷を評価するために、ボール接合部ａおよび電極膜を王水で溶解し、Ｓｉチップのクラックを光顕とＳＥＭで観察した。このとき、100個の接合部を観察して５μｍ以下の微小なピットが１個もしくはまったく見られない場合は「Ａ」、５μｍ以下の微小なピットが２個以上認められる場合は実用上は有害でないため「Ｂ」、５μｍ以上のクラックが認められた場合は「Ｄ」とした。

「総合評価」：
（１）の評価が２００℃・１５０℃ともにＡであり、かつ（２）の評価がＡのものを「Ａ」、（１）の評価が２００℃・１５０℃ともにＡであり、かつ（２）の評価がＢのものを「Ｂ」、（１）の評価が２００℃ではＡであり、１５０℃ではＢのものを「Ｃ」とした。また、ひとつでもＤのあるものについては実用上問題であるので「Ｄ」とした。Next, Table 1 shows the results of the following evaluation on each bonding wire P.

“Thickness of coating layer (surface coating layer) 2”:
Measured by Auger electron spectroscopy. Sputtering was performed from the surface of the coating layer with Ar, and the spectrum was measured for each unit time sputtering. The unit in the depth direction was the sputtering time, and the distance in the depth direction of the target material was calculated in terms of SiO₂ from the sputtering rate of the standard sample SiO₂ measured in advance. For the coating layer, as shown in FIG. 3, in the graph in which the Auger peak intensity of the target coating layer element is on the vertical axis and the depth is on the horizontal axis, the distance from the position where the Auger peak intensity is 84% to the position of 16% is shown. It was set as the thickness of the coating layer.

"Purity of core material (copper)":
Cu purity was determined by measuring the concentration of all elements by GDMS (glow discharge mass) analysis.

“Continuous bonding” (1):
Bonding machine performs 10,000 continuous bonding, "A" if no machine stop occurs, "B" if one machine stop occurs, "D" if more than one machine stop occurs It was. At this time, if the stage temperature is lowered, the continuous bonding becomes difficult. Therefore, it was performed at two levels of 200 ° C. (± 5 ° C.) and 150 ° C. (± 5 ° C.).

“Si chip damage at 1st junction” (2):
After bonding, in order to evaluate the damage of the Si chip directly under the 1st ball joint, the ball joint a and the electrode film were dissolved with aqua regia, and the crack of the Si chip was observed with a light microscope and SEM. At this time, when observing 100 joints and one or more micropits of 5 μm or less are not observed, “A”, and when two or more micropits of 5 μm or less are observed, it is practically harmful. Therefore, “B” and “D” when a crack of 5 μm or more was observed.

"Comprehensive evaluation":
The evaluation of (1) is A for both 200 ° C. and 150 ° C. and the evaluation of (2) is “A”, the evaluation of (1) is A for both 200 ° C. and 150 ° C., and (2 ) Was evaluated as “B” for B, and (1) as A at 200 ° C., and “C” at B at 150 ° C. Moreover, since it is a problem practically about one with D, it was set as "D".

この試験結果から、被覆層厚ｔが０．０２μｍ未満であると、２００℃及び１５０℃の両連続ボンディング性が低下し（比較例１、２、４、５、９、１０、１２）、０．０２μｍに近くなると、前者の連続ボンディング性が満足できるものとなり（比較例２）、０．０２μｍ以上となると、両者の連続ボンディング性が満足できるものとなることが理解できる（実施例１〜４５、比較例３、６〜８、１１、１３）。
一方、被覆層厚ｔが０．０９μｍを越えると、ボールｂが硬くなって、Ｓｉチップ（電極ａ）の損傷が認められるようになる（比較例３、６〜８、１１、１３）。
また、純銅５Ｎを使用し、被覆層厚ｔを０．０４μｍ以上としたもの（実施例５、１２、１３、１６、２０、２７、３２、３４、３７、４４、４５）では、総合評価が「Ａ」となって、ステージ温度が１５０℃程の低温度においても、連続ボンディング性が良好であってその連続ボンディング性の担保に有効であることが分る。特に、被覆層厚ｔが０．０５μｍ以上では顕著である（実施例１２、１３、１６）。From this test result, when the coating layer thickness t is less than 0.02 μm, both continuous bonding properties at 200 ° C. and 150 ° C. are reduced (Comparative Examples 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12). It can be understood that when the thickness is close to 0.02 μm, the former continuous bonding property is satisfactory (Comparative Example 2), and when it is 0.02 μm or more, both continuous bonding properties are satisfactory (Examples 1 to 45). Comparative Examples 3, 6-8, 11, 13).
On the other hand, when the coating layer thickness t exceeds 0.09 μm, the ball b becomes hard and damage to the Si chip (electrode a) is recognized (Comparative Examples 3, 6-8, 11, 13).
In addition, when pure copper 5N was used and the coating layer thickness t was 0.04 μm or more (Examples 5, 12, 13, 16, 20, 27, 32, 34, 37, 44, 45), the overall evaluation was It can be seen that even when the stage temperature is as low as about 150 ° C., the continuous bonding property is good and effective for ensuring the continuous bonding property. In particular, it is remarkable when the coating layer thickness t is 0.05 μm or more (Examples 12, 13, and 16).

Ｐボンディングワイヤ
１芯材
２被覆層
ａ集積回路素子の電極
ｂボンディングボール
ｃ回路配線基板の導体配線P Bonding wire 1Core material 2 Coating layer a Integrated circuit element electrode b Bonding ball c Circuit wiring board conductor wiring

Claims

Translated fromJapanese

集積回路素子の電極（ａ）と回路配線基板の導体配線（ｃ）をボールボンディング法によって接続するための線径（Ｌ）１２μｍ以上５０.８μｍ以下のボンディングワイヤ（Ｐ）であって
、芯材（１）が純度９９．９９質量％以上の銅からなり、その芯材（１）の外周全面に、金、白金、パラジウム、銀の１種以上による厚み（ｔ）０．０２〜０．０９μｍの被覆層（２）を形成したことを特徴とするボンディングワイヤ。A bonding wire (P) having a wire diameter (L) of 12 μm or more and 50.8 μm or less for connecting an electrode (a) of an integrated circuit element and a conductor wiring (c) of a circuit wiring board by a ball bonding method, (1) is made of copper with a purity of 99.99% by mass or more, and the thickness (t) of 0.02 to 0.09 μm is formed on one or more of gold, platinum, palladium and silver on the entire outer periphery of the core material (1). A bonding wire characterized in that a coating layer (2) is formed.

上記被覆層（２）の厚み（ｔ）が０．０４〜０．０９μｍであることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤ。 The bonding wire according to claim 1, wherein the thickness (t) of the covering layer (2) is 0.04 to 0.09 µm.

上記被覆層（２）をその融点が上記銅の融点より高いパラジウム又は白金としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボンディングワイヤ。 The bonding wire according to claim 1 or 2, wherein the coating layer (2) is palladium or platinum whose melting point is higher than that of the copper.

上記被覆層（２）をその融点が上記銅の融点より高いパラジウムとし、その厚み（ｔ）が０．０５〜０．０９μｍであることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤ。 The bonding wire according to claim 1, wherein the coating layer (2) is palladium whose melting point is higher than the melting point of the copper, and the thickness (t) is 0.05 to 0.09 µm.

上記芯材（１）の銅純度を９９．９９９質量％以上としたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載のボンディングワイヤ。 The copper wire of the said core material (1) was 99.999 mass% or more, The bonding wire as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.

集積回路素子の電極（ａ）と回路配線基板の導体配線（ｃ）をボールボンディング法によって接続するための請求項１〜４の何れか１つに記載のボンディングワイヤ（Ｐ）の製造方法であって、純度９９．９９質量％以上の銅からなる芯材（１）の外周全面に、金、白金、パラジウム、銀の１種以上による被覆層（２）を形成し、その被覆線を拡散熱処理して前記芯材（１）と被覆層（２）の密着性を高めた後、線径（Ｌ）１２μｍ以上５０．８μｍ以下まで伸線し、さらに、引張伸びが８％以上となるように調質熱処理を行ったことを特徴とするボンディングワイヤの製造方法。 The method for manufacturing a bonding wire (P) according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode (a) of the integrated circuit element and the conductor wiring (c) of the circuit wiring board are connected by a ball bonding method. Then, a coating layer (2) made of one or more of gold, platinum, palladium and silver is formed on the entire outer periphery of the core material (1) made of copper having a purity of 99.99% by mass or more, and the coated wire is subjected to diffusion heat treatment. After improving the adhesion between the core material (1) and the coating layer (2), the wire diameter (L) is drawn to 12 μm or more and 50.8 μm or less, and the tensile elongation is 8% or more. A method for producing a bonding wire, characterized by performing tempering heat treatment.

上記芯材（１）の銅純度を９９．９９９質量％以上とし、上記被覆層（２）がパラジウムから成ってその厚み（ｔ）を０．０５〜０．０９μｍとしたことを特徴とする請求項６に記載のボンディングワイヤの製造方法。 The copper purity of the core material (1) is 99.999% by mass or more, the coating layer (2) is made of palladium, and the thickness (t) is 0.05 to 0.09 μm. Item 7. A method for producing a bonding wire according to Item 6.