JP2007324604A - ボンディング接合部および２つのコンタクト面をボンディングするための方法 - Google Patents

ボンディング接合部および２つのコンタクト面をボンディングするための方法 Download PDF

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マンフレート　ライノルト
Kaden Thomas
カーデン トーマス
Immanuel Mueller
ミュラー インマヌエル
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Abstract

【課題】僅かな面広がりで高い電流負荷の受容に適しているボンディング接合部を提供することであり、さらに、当該ボンディング接合部を製造するための方法を提供する。
【解決手段】ボンディングワイヤ４，５が、上下に配置されていて、かつ互いに伝導接合されているようにして、さらに、第１ボンディングワイヤ４）を、両コンタクト面２，３にボンディングし、第２ボンディングワイヤ５を、第１ボンディングワイヤ４の上に配置して、該第１ボンディングワイヤ４にボンディングするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、２つのコンタクト面の間のボンディング接合部、および請求項１０の上位概念部に記載した、２つのコンタクト面をボンディングするための方法に関する。
ボンディング接合部を製造するためには、円形の横断面を有するボンディングワイヤ、または帯状部材として形成されたボンディングワイヤが使用される。ボンディングワイヤは、たとえば集積回路またはＬＥＤのようなマイクロエレクトロニクス素子に用いられるボンディングワイヤである。特に、マイクロエレクトロニクス構成技術および接合技術において、ボンディングワイヤはたいてい金または金合金から成る。しかし、部分的に僅かなケイ素部分を有するアルミニウムから成るボンディングワイヤも使用される。僅かな電流強さの伝達のために、特に円形の横断面を有するボンディングワイヤが使用される。複数のボンディングワイヤは、たとえば１つのチップに外部から可視の接続材（ピン）をチップの内部にある接続材（パッド）に接合する。円形の横断面を有するボンディングワイヤの直径は、たいてい２５〜５０μｍの領域にある。パワーエレクトロニクスにおいては、主としてほぼ純正のアルミニウムボンディングワイヤが使用される。高い電流強さを伝達するためには、特に帯状ボンディングワイヤが適している。しかし、この領域では円形の横断面を有するボンディングワイヤも使用される。この使用領域で用いられるボンディングワイヤの直径は、伝達しようとする電流負荷に応じて、ほぼ１２５〜５００μｍである。
高い電流負荷を伝達することができるように、複数のボンディングワイヤを相並んで配置することが公知である。公知の配置形式は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１０４１８号明細書から公知である。この場合、各ボンディングワイヤは、接合したい両コンタクト面に溶接されている。このために、これらのボンディングワイヤを収容するための大きなコンタクト面が必要になる。しかし、相並んで配置された複数のボンディングワイヤを収容するためのスペースは、多くの使用例では提供されていない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１０４１８号明細書
従って、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、２つのコンタクト面の間の、少なくとも２つのボンディングワイヤが設けられているボンディング接合部を改良して、僅かな面広がりで高い電流負荷の受容に適しているボンディング接合部を提供することである。さらに、少なくとも１つの第１ボンディングワイヤと少なくとも１つの第２ボンディングワイヤとを使用して、２つのコンタクト面をボンディングするための方法を改良して、当該ボンディング接合部を製造するための方法を提供することである。
この課題を解決するために本発明では、ボンディングワイヤが、上下に配置されていて、互いに伝導接合されているようにした。さらに、この課題を解決するために本発明では、第１ボンディングワイヤを、両コンタクト面にボンディングし、第２ボンディングワイヤを、第１ボンディングワイヤの上に配置して、該第１ボンディングワイヤにボンディングするようにした。
本発明に係るボンディング接合部は、２つのコンタクト面の間の、少なくとも２つのボンディングワイヤが設けられているボンディング接合部であって、ボンディングワイヤが、上下に配置されていて、かつ互いに伝導接合されていることを特徴とする。
本発明に係る２つのコンタクト面をボンディングするための方法は、第１ボンディングワイヤを、両コンタクト面にボンディングし、第２ボンディングワイヤを、第１ボンディングワイヤの上に配置して、該第１ボンディングワイヤにボンディングすることを特徴とする。
本発明の有利な構成は、請求項２，３，４，５，６，７，８，１０に記載されている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、最下位のボンディングワイヤだけが、コンタクト面に直接接合されており、好ましくは溶接されている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、ボンディングワイヤが、互いに溶接されており、好ましくは超音波溶接されている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、ボンディングワイヤが、該ボンディングワイヤの長手方向で互いに離間された少なくとも２つの個所、好ましくはボンディングワイヤの自由端部の領域で、互いに接合されており、特に溶接されている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、少なくとも１つのボンディングワイヤ、好ましくは全ボンディングワイヤが、少なくともほぼ方形の横断面を有する帯状部材として形成されている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、ボンディングワイヤが、異なって寸法設定されている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、下側のボンディングワイヤが、該ボンディングワイヤの上側に配置された単数または複数のボンディングワイヤよりも広幅におよび／または肉薄になっている。
本発明に係るボンディング接合部は、有利には、ボンディングワイヤが、異なる材料から形成されている。
本発明に係る２つのコンタクト面をボンディングするための方法は、有利には、両ボンディングワイヤを、長手方向で互いに離間された個所だけで互いにボンディングする。
本発明の思想は、複数のボンディングワイヤを上下に配置すること、ひいては面広がりを減じることである。これらの上下に配置されたボンディングワイヤは、互いに導電接合されていて、有利には、互いに溶接されている。上下に配置された帯状部材の数が大きければ大きいほど、本発明によるボンディング接合部の電流耐性は一層大きくなる。さらに電流耐性は、ボンディングワイヤの幅および／または厚さもしくは直径の増大により高めることができる。
有利には、本発明の構成では、最下位に配置されたボンディングワイヤが、接合したいコンタクト面に伝導接合されていて、有利には、特に超音波溶接によって溶接されている。つまり、伝達したい電流は、１つのコンタクト面から最下位のボンディングワイヤに流れ、そこからコンタクト面に対して間隔をもって最下位のボンディングワイヤの上に配置された少なくとも１つのボンディングワイヤに流れる。これにより、本発明によるボンディング接合部の面広がりは特に僅かである。
本発明の有利な構成によれば、上下に配置されたボンディングワイヤは溶接、特に超音波溶接により互いに電気的に接合されている。この場合、溶接は半自動式または全自動式に行われ得る。
可能な限りフレキシブルで、ひいては振動変動負荷または温度変動負荷に対して耐性のあるボンディング接合部を得るために、上下に配置されたボンディング接合部は、全面的に互いに接合されているのではなく、ボンディングワイヤの長手方向で相互に離間された個所で接合されているだけである。有利には、ボンディングワイヤはその自由端部の領域だけにおいて互いに溶接されている。従って、ボンディングワイヤの、溶接点の間にある区分は、相対的に互いに運動することができ、ひいては温度変動に基づく長さ変化を、溶接接合部が剥がれるかまたは裂けることなく補償することができる。
ボンディング接合部が、少なくともほぼ方形の横断面を有する帯状部材として形成された少なくとも１つのボンディングワイヤを有していると、特に有利である。有利には、ボンディング接合部の全ボンディングワイヤが、帯状ボンディングワイヤとして形成されている。これにより、帯状部材の間の接触面と、接合しようとするコンタクト面の間の接触面とは特に大きくなっている。さらに、帯状ボンディングワイヤは、同じ電流耐性および同じ材料の場合には円形の横断面を有するボンディングワイヤよりもフレキシブルである。帯状ボンディングワイヤの面の平坦な構成に基づき、ボンディングワイヤは確実に位置決めすることができ、互いに溶接することができる。
有利には、本発明の改良形では、ボンディング接合部のボンディングワイヤが、異なって寸法設定されている。これにより、上側のボンディングワイヤは、たとえば１つもしくは複数の上側のボンディングワイヤの下側に配置された各ボンディングワイヤを側方で突き出すことがないように形成され得る。有利には、最下位のボンディングワイヤの上側に配置された少なくとも１つのボンディングワイヤは、コンタクト面に対して垂直方向で最下位に配置されたボンディングワイヤよりも肉厚に、つまり高く形成されている。これにより、ボンディング接合部の電流耐性は総じて高められる。ボンディングワイヤとして帯状ワイヤが使用されると、ボンディング接合部は、たとえばピラミッド状に形成することができる、つまりそれ自体上方に向かって狭幅しているボンディングワイヤである。
有利には、本発明の構成では、異なる材料から成るボンディングワイヤが、ボンディング接合部を製造するために使用される。たとえば、最下位に配置されたボンディングワイヤを、接合しようとするコンタクト面の材料に確実にボンディングされ得る材料から形成することができる。たとえば、ボンディング接合部の最下位のボンディングワイヤとして、アルミニウムワイヤを使用する。最下位に配置されたボンディングワイヤの上側には、たとえば電流耐性のある、特に銅または金から成るボンディングワイヤを配置することができる。
さらに、前記ボンディング接合部を製造するための方法が本発明の対象であり、この方法では、離間された２つのコンタクト面、たとえば集積回路のコンタクト面および基板または打抜き格子体等のコンタクト面を、少なくとも２つのボンディングワイヤで互いに導電接合している。本発明によれば、下側の第１ボンディングワイヤを、両コンタクト面にボンディング、有利には溶接するようになっている。この下側のボンディングワイヤに、少なくとも１つの別のボンディングワイヤをボンディングし、この別のボンディングワイヤを、両コンタクト面から離間して配置する。つまり、最下位に配置されたボンディングワイヤを、コンタクト面と、最下位のボンディングワイヤの上に配置されたボンディングワイヤとの間に配置している。第２ボンディングワイヤのボンディング基部を、最下位のボンディングワイヤの既にボンディングされた第１ボンディング基部にボンディングし、第２ボンディングワイヤの第２ボンディング基部を、最下位のボンディングワイヤの既にボンディングされた第２ボンディング基部にボンディングする。同じことがこの上に配置されるか、もしくは配置された別のボンディングワイヤにも当てはまる。
本発明による方法の実施態様では、両ボンディングワイヤを、その互いに離間されたボンディング基部の領域だけにおいて互いにボンディングする。有利には、両ボンディングワイヤ間に位置するボンディングワイヤ区分の少なくとも１つの区分を、互いに離間していて、その結果、ボンディングワイヤを比較的中央の区分において相対的に互いに運動できるようにする。空気を、互いにボンディングされたボンディングワイヤ間を通り抜けられるようにすることで、電流の流れによりも発生させられた廃熱を導出できる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
図１には、２つのコンタクト面２，３の間のボンディング接合部１が示してある。この実施例では、コンタクト面２は集積回路のコンタクト面であり、コンタクト面３は基板のコンタクト面である。つまり両コンタクト面２，３は、マイクロエレクトロニクスエレメントのコンタクト面である。
コンタクト面２，３は、２つのボンディングワイヤ４，５を介して互いに導電接合されている。この場合、本発明によれば、ボンディングワイヤ４，５は相並んで配置されているのではなく、上下に配置されている。つまり上側のボンディングワイヤ５は、コンタクト面２，３に対して間隔をもって配置されている。直接的なコンタクトは、下側のボンディングワイヤ４とコンタクト面２，３との間にだけ存在する。
両ボンディングワイヤ４，５は、少なくともほぼ方形の横断面を備えたいわゆる帯状ボンディングワイヤとして形成されている。この構成では、上側のボンディングワイヤ５の幅Ｂ５は、下側のボンディングワイヤ４の幅Ｂ４よりも小さく寸法設定されている。
下側のボンディングワイヤ４は、その自由端部６，７の領域において、コンタクト面２，３と超音波溶接されている。下側のボンディングワイヤ４の上に位置するボンディングワイヤ５は、その自由端部８，９の領域において、ボンディングワイヤ４の自由端部に対して少なくともほぼ平行に配置されていて、下側のボンディングワイヤ４のコンタクト領域を介して、コンタクト面２，３にボンディングワイヤ４と一緒に超音波溶接されている。これらの互いに離間されたコンタクト領域の間で、中央で曲げられた両ボンディングワイヤ４，５は、互いに伝導接合されておらず、両ボンディングワイヤ４，５の間にエアギャップ１０が設けられている。このエアギャップ１０を通って流れる空気は、抵抗熱を導出することができる。
エアギャップ１０に基づき、ボンディングワイヤ４，５の比較的中央の区分は、長手方向と、横方向と、鉛直方向とに相対的に移動することができる。これにより、ボンディング接合部は、振動変動負荷および温度変動負荷に対して極めて頑丈である。これによって、特に溶接プロセス時の熱影響により結び付けられる長さ変化は、改善されて補償することができる。
図示の実施例では、下側のボンディングワイヤ４はアルミニウムから形成されていて、下側のボンディングワイヤ４の上側に配置されるボンディングワイヤ５は銅から形成されており、つまり同じ厚さでボンディングワイヤ４よりも高い電流耐性を有する。
相応の材料選択により、ボンディング接合部１の厚さＤを可能な限り僅かに保持することができる。
本発明によるボンディング接合部を製造する場合、まず下側のボンディングワイヤ４を、その両ボンディング基部、つまり下側のボンディングワイヤ４の自由端部６，７の領域でコンタクト面２，３にボンディングする。この上に次のステップで、この実施例では銅から成る比較的狭幅のボンディングワイヤ５をその両ボンディング基部で、下側のボンディングワイヤ４のボンディング基部の直ぐ上側で下側のボンディングワイヤ４にボンディングする。
両ボンディングワイヤ４，５の上下配置形式に基づき、ボンディング接合部１の面広がりは、相並んで配置された同じ電流耐性のボンディングワイヤと比べて僅かである。
上下に配置された２つのボンディングワイヤを使用した、２つのコンタクト面の間のボンディング接合部を示した図である。
符号の説明
１ ボンディング接合部、 ２，３ コンタクト面、 ４，５ ボンディングワイヤ、 ６，７，８，９ 自由端部、 １０ エアギャップ、 Ｄ 厚さ

Claims (10)

  1. ２つのコンタクト面（２，３）の間の、少なくとも２つのボンディングワイヤ（４，５）が設けられているボンディング接合部であって、
    ボンディングワイヤ（４，５）が、上下に配置されていて、かつ互いに伝導接合されていることを特徴とする、ボンディング接合部。
  2. 最下位のボンディングワイヤ（４）だけが、コンタクト面（２，３）に直接接合されており、好ましくは溶接されている、請求項１記載のボンディング接合部。
  3. ボンディングワイヤ（４，５）が、互いに溶接されており、好ましくは超音波溶接されている、請求項１または２記載のボンディング接合部。
  4. ボンディングワイヤ（４，５）が、該ボンディングワイヤ（４，５）の長手方向で互いに離間された少なくとも２つの個所、好ましくはボンディングワイヤ（４，５）の自由端部（６，７，８，９）の領域で互いに接合されており、特に溶接されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のボンディング接合部。
  5. 少なくとも１つのボンディングワイヤ（４，５）、好ましくは全ボンディングワイヤ（４，５）が、少なくともほぼ方形の横断面を有する帯状部材として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のボンディング接合部。
  6. ボンディングワイヤ（４，５）が、異なって寸法設定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のボンディング接合部。
  7. 下側のボンディングワイヤ（４）が、該ボンディングワイヤ（４）の上側に配置された１つまたは複数のボンディングワイヤ（５）よりも広幅におよび／または肉薄になっている、請求項６記載のボンディング接合部。
  8. ボンディングワイヤ（４，５）が、異なる材料から形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のボンディング接合部。
  9. 少なくとも１つの第１ボンディングワイヤ（４）と少なくとも１つの第２ボンディングワイヤ（５）とを使用して、２つのコンタクト面（２，３）をボンディングするための方法において、
    第１ボンディングワイヤ（４）を、両コンタクト面（２，３）にボンディングし、第２ボンディングワイヤ（５）を、第１ボンディングワイヤ（４）の上に配置して、該第１ボンディングワイヤ（４）にボンディングすることを特徴とする、２つのコンタクト面をボンディングするための方法。
  10. 両ボンディングワイヤ（４，５）を、長手方向で相互に離間された個所だけで互いにボンディングする、請求項９記載の方法。
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