半導体装置用ボンディングワイヤ(以下、 ボンディングワイヤという)について、導電� �金属からなる芯材と、該芯材の上に芯材と� �異なる面心立方晶の金属を主成分とする表� �層で構成されたものを検討した結果、ボン� �ィングワイヤの表面近傍に導電性金属を含� �させることにより、ウェッジ接合性の向上� �期待できる反面、ワイヤ製造工程での伸線� �工及び、ワイヤボンディング工程での複雑� �ループ制御等における、ワイヤ表面のキズ� �削れ等の発生が問題となること、ループ形� �の安定性等が十分でないこと等が判明した� �

 そこで、狭ピッチ接続、3次元接続の厳し いループ制御等の新たなニーズへの対応、細 線のワイヤ伸線加工における歩留まりの向上 等にも対応できる複層構造のボンディングワ イヤを検討した結果、特定の表皮層であって 前記表皮層の組織を制御することが有効であ ることを見出した。特に、これまで殆ど知ら れていなかった複層ワイヤの表面の集合組織 とワイヤボンディングの使用性能の関係に着 目することで、特定の結晶方位を制御するこ とにより、加工性、接合性、ループ制御性等 の総合的な改善が可能であることを初めて確 認した。更に効果的には、表皮層と芯材との 組織の組合せ等の制御が有効であることを見 出した。

 即ち、導電性金属からなる芯材と、該芯� ��の上に芯材とは異なる、面心立方晶の金属� ��主成分とする表皮層とを有するボンディン� ��ワイヤであって、前記表皮層の表面の結晶� ��における長手方向の結晶方位<hkl>の内� �50%以上が<111>であることを特徴とするボ ンディングワイヤであることが必要である。 該ボンディングワイヤであれば、ワイヤ製造 工程での伸線加工及び、ワイヤボンディング 工程での複雑なループ制御等における、ワイ ヤ表面のキズ、削れの発生を抑制する高い効 果が得られる。

 表皮層を構成する成分が面心立方晶の金� ��であれば、加工時の降伏降下もなく、加工� ��も良好であり、伸線加工、ループ制御等の� ��雑な加工、曲げ等に順応し易い。

 ボンディングワイヤのワイヤ長手方向の� ��晶方位<hkl>の内、50%以上が<111>であ ることにより、表皮層の表面硬度、加工性、 曲げ耐性等、両立が困難とされていた特性群 の総合的な改善が可能となり、結果として、 ワイヤ表面のキズ、削れを抑制することがで きる。面心立方晶の金属の<111>方位は最� ��密方向であり、この<111>方位が表層に� �まるほど、表面の機械的特性は向上する傾� �にあり、例えば硬度を高め、弾性変形に強� �、塑性変形への耐性が強く、靭性も高めら� �る。結晶方位の内<111>方位の占める割合 が50%以上であれば、ワイヤ表面のキズ、削れ を抑制する十分な効果が得られる。好ましく は、この<111>方位の割合が60%以上であれ� ��削れを抑える効果が高められ、ワイヤ長が5 mm以上のロングスパンでも削れ、キズを低減� ��きる。より好ましくは、70%以上であればキ� ��を抑制する効果がさらに高まり、例えば、� ��ープ高さが65μm以下の低ループでも、キズ� �削れを抑制して安定したループ形成が可能� �なる。

 複層ワイヤでは表層と芯材とが異なる成� ��で構成されているため、ワイヤ表面を被覆� ��ている表層の組織を分離して制御すること� ��比較的容易である。この表面組織の制御に� ��る特性改善効果も高い。こうした点では、� ��来の単層ワイヤの組織制御とは異なる。単� ��ワイヤでは、ワイヤ全体の集合組織及び結� ��方位を管理することはできるが、表面近傍� ��けワイヤ内部と分離して組織制御すること� ��難しい。因って、複層ワイヤの表層の組織� ��御には、複層ワイヤ独自の考え方が求めら� ��、単層ワイヤのワイヤ断面における集合組� ��及び結晶方位の管理を当て嵌めることはで� ��ない。

 表皮層の表面の結晶面における長手方向� ��結晶方位<hkl>の内、<111>と<100>� ��の占める割合の総計が60%以上であれば、ル� ��プ高さのバラツキを低減し、高速動作での� ��ープの安定制御が容易となる。通常のワイ� ��接続工程では、キャピラリの穴を通るボン� ��ィングワイヤが繰り出されたり、引き戻さ� ��たりする等、複雑な動作をする。これは数� ��ミリ秒のオーダのかなり高速でボンディン� ��ワイヤが出入りする動作である。<111>� �<100>それぞれの方位の具体的な効果、関 わりは明確でないが、ボンディングワイヤと キャピラリとの摺動抵抗を下げることで、ル ープ高さが安定化していると考えられる。言 い換えれば、こうした摺動性及びループ高さ を安定化させるには、<111>と<100>以� �の結晶方位を低く抑えることが有効である� �表皮層における<111>と<100>との占め� ��割合の総計が60%以上であれば、ワイヤ長が3 mm以下の一般的なスパンで、ループ高さを安� ��化する高い効果が得られる。好ましくは、8 0%以上であれば、ワイヤ長が5mm以上のロング� ��パンでもループ高さを安定化させる高い効� ��が得られる。また、<111>と<100>との 占める割合を高めることによる効果として、 成膜後の加工、熱処理のプロセスにおける膜 厚の不均一性を抑えることで、表皮層の厚さ の均一化にも有利である。

 芯材の断面におけるワイヤ長手方向の結� ��方位<hkl>の内、<111>と<100>との� ��める割合の合計が15%以上であれば、ボール� ��合部が真円から大きくずれた異常変形が発� ��する不良を抑制できる。この異常変形は隣� ��する電極との電気的ショートの直接的原因� ��なる等、ボール接合で最も懸念される不良� ��態の一つである。異常変形の判断基準の目� ��として、ボール接合部の長径サイズと短径� ��イズとの比率が1.3倍以上となる楕円状の形� ��を不良と判断する。例え低い発生率で突発� ��に発生するだけでも、ワイヤボンディング� ��生産性を阻害する。好ましくは、<111>� �<100>との占める割合の合計が30%以上であ れば、ボール接合部の外周近傍が凹凸変形す る小さな花弁不良を低減することになり、ボ ール接合部を真円に近づけて安定化させるこ とができる。真円性が良好であれば接合面積 の縮小に有利となり、接合工程の製造管理が 容易となったり、あるいは狭ピッチ接合の生 産性を向上できる。ボール部の凝固組織は、 芯材の組織も大きく反映され、芯材の結晶方 位<hkl>の内、<111>と<100>との占め る割合を高くすることが有効であることを確 認した。こうした芯材の結晶方位の制御につ いて、単層ワイヤでは効果が十分でないのに 対して、複層ワイヤでは高い効果が得られる ことが確認された。この要因について完全に は解明されていないが、複層ワイヤのボール 溶融では先に表皮層、次に芯材と段階的に溶 融されることで、芯材の組織がボール部の組 織に及ぼす影響が大きいためと推察される。 この作用効果は、通常のボールサイズの場合 に、より高い効果が確認されている。例えば 、初期ボール径/ワイヤ径の比率が1.9~2.2の通� ��サイズのボールを接合する場合に、ボール� ��合部における異方性や花弁状等の形状不良� ��低減して、真円性を向上できる。圧縮変形� ��超音波印加によるボール部の変形挙動を調� ��した結果、ボール接合形状に関しては、表� ��層の組織との相関は小さく、むしろ芯材の� ��織が支配的に作用することが確認された。� ��こで、芯材における<111>と<100>との 占める割合の合計が15%未満であれば、ボール 接合時の異常変形が発生する頻度が高くなり 、また、30%未満であれば、ボールが接合時に 花弁状、楕円状の変形を起こす頻度が高くな り、不良となる場合がある。ワイヤの組織が ボール変形に及ぼす影響は、複層ワイヤの方 が顕著であり、単層ワイヤの組織の影響とは 異なる場合が多い。好ましくは、芯材におけ る<111>と<100>との占める割合の合計� �50%以上であれば、小径ボールの接合形状を� �定化できる。例えば、初期ボール径/ワイヤ� ��の比率が1.5~1.7の範囲である小径ボールを接 合する場合に、ボール接合部の真円性を向上 することで、電極間隔が40μm以下の狭ピッチ� ��合でも良好なボール接合形状が得られる。� ��材における<111>と<100>との占める割 合の合計の上限は特にはないが、85%以下であ れば製造時の制御が比較的容易となる利点が ある。

 こうした芯材の組織と、前述した表皮層� ��組織とを組み合わせることにより相乗作用� ��期待でき、ループ形状の制御、ボール変形� ��安定化を同時に改善することが可能となる� ��即ち、表皮層の表面の結晶面における長手� ��向の結晶方位<hkl>の内、50%以上が<111& gt;であり、且つ、芯材の断面におけるワイヤ 長手方向の結晶方位<hkl>の内、<111>� �<100>との占める割合が40%以上である複層 構造のボンディングワイヤであることが望ま しい。これにより、三次元実装の代表例であ る、複数のチップを積層させた積層チップ接 続、BGA、CSPで最近使用される、隣接するボン ディングワイヤのループ高さが60~500μmの範囲 で大きく異なる多段接続(Multi-Tier Bonding)等に おいて、ボンディングワイヤの総合特性を改 善することができる。

 これまでの説明では、測定できる結晶方� ��を基準として、特定の配向が占める割合が� ��ぼす作用、効果について説明している。今� ��狭ピッチ化に適応するため細線化が進めば� ��表面の影響度が増すことで、結晶方位の及� ��す効果をボンディングワイヤの表面を基準� ��して整理した方が、実用の効果を正確に把� ��することが可能である。

 具体的には、表皮層の表面の結晶面にお� ��る長手方向の結晶方位<hkl>の内、50%以� �が<111>である複層構造のボンディングワ イヤであって、さらに表皮層の表面における ワイヤ長手方向の結晶方位が<111>である� ��晶粒の面積が、ワイヤ表面の総面積に対す� ��割合として30%以上であることが望ましい。� ��れにより、ループ形状を安定化させる効果� ��高まり、中でも直径22μm以下に細線化され� �ボンディングワイヤでもループ特性が安定� �し、キズ、削れの低減に有効である。線径� �22μm以下の細いボンディングワイヤでは、伸 線加工歪みの増大等により、測定が難しい結 晶方位の領域が増加すること等で、測定でき る結晶方位の内の<111>の配向の割合だけ� ��はループ特性を正確に把握できない領域が� ��える傾向にある。そこで、表皮層の表面に� ��ける<111>結晶粒の面積が、ワイヤ表面� �総面積に対する割合(面積比率)で適正な割合 (適正な面積比率)とすれば、細線でも良好な� ��性が得られる。該面積比率が30%以上である� ��由は、結晶方位の内50%以上が<111>であ� �ても面積比率が30%未満であれば、線径22μm以 下のボンディングワイヤを用いて狭ピッチ接 続するとキズ、削れ等を抑制しきれないこと がある。好ましくは、該面積比率が40%以上で あれば、直径18μm以下の細線を接続しても、� ��ープ形成時のキズ、削れを低減できる。さ� ��に好ましくは、該面積比率が50%以上であれ� ��、直径18μm以下の細線でのキズ、削れを抑� �する効果がさらに高められるため、40μmピッ チ以下の狭ピッチ接続にも有利となる。

 表皮層の表面の結晶面における長手方向� ��結晶方位<hkl>の内、50%以上が<111>で ある複層構造のボンディングワイヤであって 、さらに表皮層の表面における結晶粒の平均 サイズについて、円周方向の平均サイズに対 する長手方向の平均サイズの比率(結晶粒径� �アスペクト比)が3以上であることを特徴とす る複層構造のボンディングワイヤであれば、 ループ形成したボンディングワイヤの直線性 を向上することができる。ボンディングワイ ヤは、キャピラリ先端の穴から出たり、戻っ たりすることでループを形成する際に、キャ ピラリ内壁との摩擦等により、ボンディング ワイヤが倒れたり、曲がりによるカール不良 、垂れによるボンディング不良等が発生する ことで、歩留まりが低下する。こうした不良 を抑制してループ直線性を向上するには、表 皮層の表面における結晶粒径のアスペクト比 を高めることが有効であることを見出した。 アスペクト比が高めれば、ワイヤ長手方向に 長い結晶粒が繊維状組織を形成することにな り、ループ形成時のボンディングワイヤに残 留する歪み、変形バラツキを低減することに 有利となる。アスペクト比が3以上であれば� �ループ直線性を向上する十分な効果が得ら� �る。好ましくは、アスペクト比が5以上であ� ��ば、直径25μm以下でワイヤ長が5mm以上のロ� �グスパンでも良好なループ直線性が得られ� �。さらに好ましくは、アスペクト比が10以上 であれば、ワイヤ長が7mm以上の超ロングスパ ンでもループ直線性を向上する効果が高めら れる。

 表皮層の主成分となる面心立方晶の金属� ��は、芯材の主成分である導電性金属とは異� ��る金属であり、ボンディングワイヤの接合� ��の改善に効果があり、ボンディングワイヤ� ��酸化防止にも有効である金属であることが� ��ましい。具体的には、Pd、Pt、Ru、Rh、Agが候 補となり、さらに実用性、コストパフォーマ ンス等を重視すれば、Pd、Pt、Ru、Agの少なく� ��も1種の金属であることがより望ましい。こ こでの主成分とは濃度が50mol%以上を有する元 素のことである。Pdは、封止樹脂との密着性� ��電極への接合性も十分であり、品質管理も� ��易である等の利点がある。Ptは、ボール形� �を安定化させることが比較的容易である。Ru は硬質で緻密な膜を形成し易く、材料費も比 較的安価である。Rhは耐酸化性等性能は良好� ��あるが、材料費が高価であるため、薄膜化� ��今後の検討が期待される。Agは軟質である� �め、表皮層が形成されたワイヤの伸線加工� �よるキズ抑制などが比較的容易であり、材� �費も安価であるため、コスト重視の半導体� �どに有用である。

 即ち、表皮層はPd、Pt、Ruの導電性金属の� ��なくとも1種を主成分とする純金属、又は該 導電性金属を主成分とする合金であることが 好ましい。純金属であれば耐酸化性、接合性 の向上等が容易である利点があり、合金であ れば引張強度、弾性率の上昇により樹脂封止 時のワイヤ変形を抑制する利点がある。ここ での上記純金属とは、表皮層の一部に99mol%以 上の濃度を有する層が含まれるか、あるいは 拡散層を除く表皮層の平均濃度が80mol%以上で あることに相当する。上記合金とは、Pd、Pt� �Ruの少なくとも1種の金属を50mol%以上含有す� �ものである。

 芯材を構成する導電性金属は、Cu、Au、Ag� ��候補となり、実用性を重視すれば、Cu、Auの 内少なくとも1種を主成分することが望まし� �。Cuは、材料費が安く、電気伝導性が高く、 ボール形成時にシールドガスを吹付ければ良 好なボール形成も容易である等操作性も比較 的良好である。Auは、耐酸化性が強く、ボー� ��形成時にシールドガス等が不要であり、接� ��時の変形も良好であり、接合性を確保し易� ��等の利点がある。Agは、導電性が優れてい� �が、伸線加工がやや難があり、製造技術を� �正化することが必要である。一方、Cu、Auは� ��層ボンディングワイヤ用素材としての使用� ��績が多いことは利点でもある。

 芯材は導電性金属を主成分とする合金で� ��れば、ワイヤ強度の増加による細線化、又� ��接合信頼性の向上等に有利な場合もある。C u合金の場合には、B、Pd、Bi、Pの1種以上を5~30 0ppmの範囲で含有することで、ボンディング� �イヤの引張り強度、弾性率の増加等により� �スパン5mm程度までのロングスパンでの直線� �を向上する効果が得られる。上記の添加作� �を高めるには、Cuの単層ワイヤでは十分では ないのに対して、芯材の主成分がCuである複� ��ワイヤに適用する方が高い効果が得られる� ��とを確認した。即ち、芯材がB、Pd、Bi、Pを5 ~300ppmの範囲で含有するCu合金であり、表皮層 がPd、Pt、Ruの少なくとも1種を主成分として� �前記表皮層の表面の結晶面における長手方� �の結晶方位<hkl>のうち、<111>の占め� ��割合が50%以上であることにより、ロングス� ��ンでの直線性を向上する効果が一層高めら� ��る。この理由として、結晶方位を制御した� ��皮層と合金元素を含有する芯材との相乗効� ��により、直線性が向上すると考えられる。

 前記表皮層の表面の結晶面における長手� ��向の結晶方位<hkl>のうち、<111>の占 める割合が50%以上で、表皮層を構成する主成 分がPdまたはAgであり、芯材を構成する主成� �がCuで、芯材中にPdを5~10000ppmの範囲で含有す る複層構造のボンディングワイヤであれば、 キズ・削れの抑制、ループの形状および高さ の安定化または、ボール接合部の圧着形状の 安定化などを総合的に満足することが容易と なる。ワイヤ製造での熱処理工程において、 芯材/表皮層の界面近傍で、芯材中のPdと表皮 層中のPd、Agとがお互いに拡散するときにPd濃 度の変化を均一化且つ緩やかにさせる相乗作 用により、ループの上面近傍の剥離・削れを 低減させる作用、またループの倒れ、曲がり などの形状バラツキを低減させる高い作用が 得られる。この濃度変化はワイヤ全体だけで なく、ボール溶融の熱影響を受けるネック部 にも効果的であるため、ループ高さの安定化 にも有効である。また、Cuの芯材とPdの表皮� �との組み合わせでは、ボールが溶融すると� �にCuとPd、Agの混合が不均一となりボール形� �の異形が発生する場合があるが、芯材にPdを 含有させることで、ボール接合部の形状を真 円化させる効果が高められる。ここで芯材に 含まれるPd濃度に関しては、5ppm以上であれば 上記効果が確認され、好ましくは200ppm以上で あれば改善効果がより顕著である。該Pd濃度� ��上限に関しては、10000ppm以下であればボー� �の硬化によるチップ損傷を抑えることがで� �、好ましくは8000ppm以下であればチップ損傷� ��抑える効果がより高められ、狭ピッチ接続� ��も有利となる。

 Au合金の場合には、Be、Ca、Ni、Pd、Ptの1種 以上を5~8000ppmの範囲で含有することであれば 、同様の効果があり、良好な直線性を確保す るのが容易となる。即ち、芯材がBe、Ca、Ni、 Pd、Ptの1種以上を5~8000ppmの範囲で含有するAu� �金であり、表皮層がPd、Pt、Ruの少なくとも1� ��を主成分として、前記表皮層の表面の結晶� ��における長手方向の結晶方位<hkl>の内� �<111>の占める割合が50%以上であることが 望ましい。

 複層構造のボンディングワイヤの構成で� ��、表皮層と前記芯材との間に、前記表皮層� ��び前記芯材を構成する主成分とは異なる成� ��からなる中間金属層を有することで、前述� ��た表皮層の結晶方位の配向を制御するのが� ��より有利となる。表皮層の形成では下地の� ��晶方位の影響を受けることがあり、芯材の� ��晶方位を制御するよりも、芯材の上に形成� ��た中間金属層の結晶方位を制御する方が比� ��的容易であるためである。具体的には、表� ��層の金属と同じ面心立方晶の金属が、中間� ��属層として好ましい。特に、表皮層の金属� ��格子定数と中間金属層の金属の格子定数と� ��近いものが、より好ましい。

 即ち、前記表皮層と前記芯材との間に、� ��記表皮層及び前記芯材を構成する主成分と� ��異なる成分からなる中間金属層を有するこ� ��を特徴とする複層構造のボンディングワイ� ��が望ましい。中間金属層を加える効果とし� ��、表皮層と芯材との密着性の向上等により� ��ウェッジ接合部の接合強度の指標の一つで� ��るピール強度を高めることができる。ここ� ��、ピール強度の測定には、ウェッジ接合近� ��でのプル強度を測定する簡便な方法で代用� ��きる。従って、中間金属の挿入によりピー� ��強度が増加できる。ここで、中間金属層の� ��分は、表皮層及び芯材の成分との組み合わ� ��で選定されるべきものであり、上述のよう� ��金属成分とするのが好ましく、特に、Au、Pd 、Ptがより好ましい。更に好ましくは、表皮� ��/芯材の主成分の組合せがPd/Cuである場合、� ��間金属層の主成分がAuであれば、表皮層の� �晶方位の制御に有利であり、さらに表皮層/� ��間金属層/芯材のそれぞれの界面での密着性 も比較的良好である。また、表皮層/芯材の� �成分の組合せがPd/Auである場合、中間金属層 の主成分がPtであれば、結晶方位の制御と表� ��層の組成、膜厚の均一性に有利である。

 表皮層の厚さが0.005~0.2μmの範囲であれば� ��前述した表皮層の結晶方位の制御にも有利� ��あり、接合性、ループ制御等の要求特性も� ��合的に満足することが容易となる。厚さが0 .005μm以上であれば、結晶方位を制御した表� �層の十分な効果が得られるためであり、0.2μ mを超えると、ボール部の合金化による硬化� �顕著となり、接合時にチップにクラック等� �損傷を与えることが問題となる場合がある� �

 好ましくは、表皮層の厚さが0.01~0.15μmの� ��囲であれば、複雑なループ制御でも速度を� ��とすことなく、所望するループ形状を安定� ��て形成することができる。より好ましくは� ��0.020~0.1μmの範囲であれば、ボンディングワ� ��ヤの使用性能を維持しつつ、膜形成工程の� ��理効率を高められる等、安定した膜質を得� ��ことが容易である。

 中間金属層の厚さが0.005~0.2μmの範囲であ� ��ば、表皮層の結晶方位を制御するのが容易� ��なり、また芯材との界面の密着性を向上し� ��複雑なループ制御にも対応できる。好まし� ��は、0.01~0.1μmの範囲であれば、膜厚の均一� �、再現性を確保することが容易となる。

 ここで、表皮層と芯材との境界は、表皮� ��を構成する導電性金属の検出濃度の総計が5 0mol%の部位とする。よって、本発明でいう表� ��層とは、表皮層を構成する導電性金属の検� ��濃度の総計が50mol%の部位から表面であり、� ��ち、表皮層を構成する導電性金属の検出濃� ��の総計が50mol%以上の部位である。

 本発明における結晶方位は、ボンディン� ��ワイヤの長手方向に対する結晶方位の角度� ��が15°以内のものを含むことが好ましい。通 常、ある方向の結晶方位に着目しても、個々 の結晶はある程度の角度差を有しており、ま た、サンプル準備、結晶方位の測定法等の実 験法によっても若干の角度差が生じる。ここ で、角度差の範囲が15°以内であれば、それ� �れの結晶方位の特性を有しており、ボンデ� �ングワイヤの諸特性に及ぼす影響度も有効� �活用できるためである。

 25μm径程度の微細線の表面の集合組織に� �して、これまであまり知られておらず、特� �、微細線の複層ワイヤの最表面の集合組織� �関する報告例も少ない。ボンディングワイ� �のように、比較的軟質で線径の細い金属線� �おける集合組織を精度良く測定するには、� �度な測定技術が必要となる。

 集合組織の測定法には、測定領域を微小� ��絞ったり、最表面だけの情報を得るのに有� ��であることから、最近開発された後方電子� ��乱図形(Electron Back Scattering Pattern、以降EBSP という)法を用いることができる。EBSP法によ� ��集合組織の測定により、ボンディングワイ� ��のような細線でも、その表面又は断面の集� ��組織を精度良く、しかも十分な再現性をも� ��て測定できる。本測定方法により、ボンデ� ��ングワイヤの微細組織に関して、サブミク� ��ンの微細結晶粒の結晶方位、ワイヤ表面の� ��晶方位の分布等を、高精度に再現良く測定� ��きる。

 EBSP法では、通常、試料の凹凸、曲面が大 きい場合は、結晶方位を高精度測定するのが 難しい。しかしながら、測定条件を適正化す れば高精度の測定、解析が可能である。具体 的には、ボンディングワイヤを平面に直線状 に固定し、そのボンディングワイヤの中心近 傍の平坦部をEBSP法で測定する。測定領域に� �いて、円周方向のサイズはワイヤ長手方向� �中心を軸として線径の50%以下であり、長手� �向のサイズは100μm以下であれば、精度に加� �て測定効率を高められる。好ましくは、円� �方向のサイズは線径の40%以下、長手方向の� �イズは40μm以下であれば、測定時間の短縮に より測定効率をさらに高められる。

 EBSP法で高精度の測定を行うには、1回で� �定できる領域は限られるため、3箇所以上の� ��定を行い、ばらつきを考慮した平均情報を� ��ることが望ましい。測定場所は近接しない� ��う、円周方向に異なる領域を観察できるよ� ��に、測定場所を選定することが好ましい。

 例えば、線径25μmのボンディングワイヤ� �測定では、平板上にワイヤ向きをなるべく� �えるように固定したボンディングワイヤを� �い、そのワイヤ軸を中心に円周方向に8μm、� ��手方向には30μmのサイズを一回の測定エリ� �とし、1mm以上離して3箇所の測定を行うこと� ��、ワイヤ表面の結晶方位の平均的情報を入� ��することが可能である。但し測定の領域、� ��所の選定はこの限りでなく、測定装置、ワ� ��ヤ状態等を考慮して適正化することが望ま� ��い。

 また、芯材の結晶方位を測定する場合は� ��ワイヤの長手方向の垂直断面又は、長手方� ��と並行でワイヤ中心近傍の平行断面のどち� ��の測定も可能である。好ましくは、垂直断� ��の方が求める研磨面を容易に得られる。機� ��的研磨により断面を作製したときは、研磨� ��の残留歪みを軽減するためにエッチングに� ��り表層を除去することが望ましい。

 EBSP法による測定結果の解析では、装置に 装備されている解析ソフトを利用することで 、上述したワイヤ表面の測定面積に対する各 方位の結晶粒の面積が占める面積比、又は、 測定エリアの中で結晶方位が識別できる結晶 粒又は領域の総面積を母集団として各結晶方 位が占める比率等を算出できる。ここで結晶 方位の面積を算出する最小単位は、結晶粒又 は、結晶粒内の一部の微小領域でも構わない 。結晶粒のサイズに関しても長手方向と円周 方向とでの平均サイズ等を計算できる。

 本発明のボンディングワイヤを製造する� ��当り、芯材の表面に表皮層を形成する工程� ��、表皮層、拡散層、芯材等の構造を制御す� ��加工・熱処理工程とが必要となる。

 表皮層を芯材の表面に形成する方法には� ��メッキ法、蒸着法、溶融法等がある。メッ� ��法では、電解メッキ、無電解メッキ法は使� ��分けることが可能である。電解メッキでは� ��メッキ速度が速く、下地との密着性も良好� ��ある。電解メッキは1回のメッキ処理でも構 わないが、フラッシュメッキと呼ばれる薄付 けメッキと、その後に膜を成長させる本メッ キとに区分でき、これら複数の工程に分けて 行うことで、より膜質の安定化に有利である 。無電解メッキに使用する溶液は、置換型と 還元型とに分類され、膜が薄い場合には置換 型メッキのみでも十分であるが、厚い膜を形 成する場合には置換型メッキの後に還元型メ ッキを段階的に施すことが有効である。無電 解法は装置等が簡便であり、容易であるが、 電解法よりも時間を要する。

 蒸着法では、スパッタ法、イオンプレー� ��ィング法、真空蒸着等の物理吸着と、プラ� ��マCVD等の化学吸着を利用することができる� ��いずれも乾式であり、膜形成後の洗浄が不� ��であり、洗浄時の表面汚染等の心配がない� ��

 メッキ又は蒸着を施す段階について、狙� ��の線径で導電性金属の膜を形成する手法と� ��太径の芯材に膜形成してから、狙いの線径� ��で複数回伸線する手法とのどちらも有効で� ��る。前者の最終径での膜形成では、製造、� ��質管理等が簡便であり、後者の膜形成と伸� ��との組み合わせでは、膜と芯材との密着性� ��向上するのに有利である。それぞれの形成� ��の具体例として、狙いの線径の細線に、電� ��メッキ溶液の中にワイヤを連続的に掃引し� ��がら膜形成する手法、あるいは、電解又は� ��電解のメッキ浴中に太線を浸漬して膜を形� ��した後に、ワイヤを伸線して最終径に到達� ��る手法等が可能である。

 ここで、前述した最終線径で表皮層を形� ��する最終メッキ法では、成膜後には熱処理� ��程だけである。また、太径の芯材に膜形成� ��る太径メッキ法では、狙いの線径までの加� ��工程と熱処理工程とを組み合わせることが� ��要となる。

 表皮層を形成した後の加工工程では、ロ� ��ル圧延、スエージング、ダイス伸線等を目� ��により選択、使い分ける。加工速度、圧加� ��又はダイス減面率等により、加工組織、転� ��、結晶粒界の欠陥等を制御することは、表� ��層の組織、密着性等にも影響を及ぼす。

 単純にワイヤを成膜、加工及び加熱した� ��けでは、表皮層の表面及び内部での集合組� ��の結晶方位を制御できない。通常のワイヤ� ��造で用いられる最終線径での加工歪取り焼� ��をそのまま適用しても、表皮層と芯材との� ��着性の低下によりループ制御が不安定にな� ��たり、ワイヤ長手方向の表皮層の均質性、� ��イヤ断面での表皮層、拡散層等の分布をコ� ��トロールすることは困難である。そこで、� ��皮層の成膜条件、伸線工程における減面率� ��速度等の加工条件、熱処理工程のタイミン� ��、温度、速度、時間等の適正化等を総合的� ��組合せることで、表皮層の集合組織を安定� ��て制御することが可能となる。

 ワイヤの圧延、伸線の工程では加工集合� ��織が形成され、熱処理工程では回復、再結� ��が進行して再結晶集合組織が形成され、こ� ��らの集合組織が相互に関連して、最終的に� ��皮層の集合組織及び結晶方位が決定する。� ��皮層の結晶方位を<111>に配向させるに� �、加工集合組織を利用することがより有効� �ある。成膜後に伸線加工の処理条件を適正� �することで、<111>への配向率を高めるこ とができる。前記伸線加工による<111>へ� ��配向率は、加工前の組成等ワイヤ条件によ� ��て異なるが、前述した表層の<111>配向� �を50%以上にするためには、例えば、加工率� �80%以上まで上昇させることが有効である。� �ましくは、加工率を95%以上とすることでボ� �ディングワイヤ全体に<111>配向率を上昇 させる効果を高められる。

 熱処理工程では、熱処理を1回又は複数回 実施することが有効である。熱処理工程は、 膜形成直後の焼鈍と、加工途中での焼鈍と、 最終径での仕上げ焼鈍とに分類され、これら を選択、使い分けることが重要となる。どの 加工段階で熱処理を行うかにより、最終の表 皮層、表皮層と芯材との界面での拡散挙動等 が変化する。一例では、メッキ処理後の加工 途中に中間焼鈍を施し、さらにワイヤを伸線 し、最終径で仕上げ焼鈍を施す工程で作製す ることで、中間焼鈍を施さない工程と比較し て、表皮層/芯材の界面に拡散層を形成して� �着性を向上するのに有利である。

 熱処理法として、ワイヤを連続的に掃引し� ��がら熱処理を行い、しかも、一般的な熱処� ��である炉内温度を一定とするのでなく、炉� ��で温度傾斜をつけることで、本発明の特徴� ��する表皮層及び芯材を有するボンディング� ��イヤを量産することが容易となる。具体的� ��事例では、局所的に温度傾斜を導入する方� ��や、温度を炉内で変化させる方法等がある� ��ボンディングワイヤの表面酸化を抑制する� ��合には、N ₂ やAr等の不活性ガスを炉内に流しながら加熱� ��ることも有効である。

 溶融法では、表皮層又は芯材のいずれか� ��溶融させて鋳込む手法であり、10~100mm程度� �太径で表皮層と芯材を接続した後に伸線す� �ことで生産性に優れているという利点や、� �ッキ、蒸着法に比べて表皮層の合金成分設� �が容易であり、強度、接合性等の特性改善� �容易である等の利点がある。具体的な工程� �は、予め作製した芯線の周囲に、溶融した� �電性金属を鋳込んで表皮層を形成する方法� �、予め作製した導電性金属の中空円柱を用� �、その中央部に溶融金属を鋳込むことで芯� �を形成する方法とに分けられる。好ましく� �、後者の中空円柱の内部に芯材を鋳込む方� �、表皮層中に芯材の主成分の濃度勾配等を� �定形成することが容易である。ここで、予� �作製した表皮層中に銅を少量含有させてお� �ば、表皮層の表面での銅濃度の制御が容易� �なる。また、溶融法では、表皮層にCuを拡散 させるための熱処理作業を省略することも可 能であるが、表皮層内のCuの分布を調整する� ��めに熱処理を施すことで更なる特性改善も� ��込める。

 さらに、こうした溶融金属を利用する場� ��、芯線及び表皮層の内、少なくとも一方を� ��続鋳造で製造することも可能である。この� ��続鋳造法により、上記の鋳込む方法と比し� ��、工程が簡略化され、しかも線径を細くし� ��生産性を向上させることも可能となる。

 芯材の主成分が銅である複層銅ワイヤを用� ��てボンディングするときは、ボールを形成� ��るときのシールドガスが必要であり、1~10%� �範囲でH ₂ を含有するN ₂ 混合ガス、又は純N ₂ ガスを用いる。従来の単層の銅ワイヤでは、 5%H ₂ +N ₂ に代表される混合ガスが推奨されていた。一 方、複層銅ワイヤでは、安価な純N ₂ ガスを使用しても良好な接合性が得られるた め、標準ガスである5%H ₂ +N ₂ ガスよりも、ランニングコストを低減できる 。N ₂ ガスの純度は99.95%以上であることが望ましい 。即ち、純度が99.95%以上のN ₂ ガスをワイヤ先端又はその周囲に吹付けなが らアーク放電を生じさせてボール部を形成し 、該ボール部を接合するボンディング方法で あることが望ましい。

 また、表皮層と芯材との間に拡散層を形� ��することで密着性を向上することができる� ��拡散層とは、芯材と表皮層の主成分が相互� ��散することで形成された領域であり、該主� ��分の濃度勾配を有する。拡散層を形成する� ��とで芯材と表皮層の密着性を向上させてル� ��プ制御や接合時の表皮層の剥離を抑制する� ��とができ、さらに濃度勾配を有することで� ��導電性金属は表皮層全体に均一濃度である� ��合より、複雑な塑性変形を受けるループ時� ��制御におけるワイヤ変形を安定化できる。� ��た前述した、表皮層の表面の<111>方位� �50%以上に高めることでキズ・削れを抑制す� �効果に対しても、濃度勾配を有する拡散層� �あればその効果が一層向上することが確認� �れた。拡散層内の濃度勾配は、深さ方向へ� �濃度変化の程度が1μm当り10mol%以上であるこ� ��が望ましい。好ましくは、0.1μm当り5mol%以� �であれば、表皮層と芯材の異なる物性を損� �うことなく、相互に利用する高い効果が期� �できる。拡散層の厚さは0.002~0.2μmの範囲で� �ることが好ましい。これは、拡散層の厚さ� �0.002μm未満であれば効果が小さく、分析で識 別することも難しいためであり、0.2μmを超え ると、表皮層の組織に影響を及ぼすため、前 述した結晶方位を安定して形成することが難 しいためである。この拡散層を制御するため 、熱処理を利用することが有効である。先述 したように、熱処理と加工を組み合わせて拡 散の進行度を制御することにより、ワイヤの 円周方向又は長手方向に所望する拡散層を均 一に形成することが可能となる。

 表皮層、芯材等の濃度分析について、ボ� ��ディングワイヤの表面からスパッタ等によ� ��深さ方向に掘り下げて行きながら分析する� ��法、あるいはワイヤ断面でのライン分析又� ��点分析する方法等が有効である。前者は、� ��皮層が薄い場合に有効であるが、厚くなる� ��測定時間がかかり過ぎる。後者の断面での� ��析は、表皮層が厚い場合に有効であり、ま� ��、断面全体での濃度分布や、数ヶ所での再� ��性の確認等が比較的容易であることが利点� ��あるが、表皮層が薄い場合には精度が低下� ��る。ボンディングワイヤを斜め研磨して、� ��散層の厚さを拡大させて測定することも可� ��である。断面では、ライン分析が比較的簡� ��であるが、分析の精度を向上したいときに� ��、ライン分析の分析間隔を狭くしたり、界� ��近傍の観察したい領域に絞っての点分析を� ��うことも有効である。これらの濃度分析に� ��いる解析装置では、電子線マイクロ分析法( EPMA)、エネルギー分散型X線分析法(EDX)、オー� ��ェ分光分析法(AES)、透過型電子顕微鏡(TEM)等 を利用することができる。特にAES法は、空間 分解能が高いことから、最表面の薄い領域の 濃度分析に有効である。また、平均的な組成 の調査等には、表面部から段階的に酸等に溶 解していき、その溶液中に含まれる濃度から 溶解部位の組成を求めること等も可能である 。本発明では、前記全ての分析手法で得られ る濃度値が本発明の規定範囲を満足する必要 はなく、1つの分析手法で得られる濃度値が� �発明の規定範囲を満足すればその効果が得� �れるものである。