JPH06244230A - ボンディング電極を有する装置およびボンディング電極の製造方法 - Google Patents

ボンディング電極を有する装置およびボンディング電極の製造方法

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JPH06244230A
JPH06244230A JP5155693A JP5155693A JPH06244230A JP H06244230 A JPH06244230 A JP H06244230A JP 5155693 A JP5155693 A JP 5155693A JP 5155693 A JP5155693 A JP 5155693A JP H06244230 A JPH06244230 A JP H06244230A
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JP
Japan
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thick film
bonding
aluminum wire
junction
film conductor
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Rikiya Kamimura
力也 上村
Yoshitaka Nagayama
義高 永山
Yuji Omi
裕司 大見
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】悪環境に耐えるアルミワイヤーボンディングを
有する装置の提供。 【構成】図１(a) は第一のアルミワイヤー（以下ＡＷ）
ボンディング（以下ＢＮ）工程を示し、図１(c) は第二
のＢＮ工程の加熱工程を示す。図１(a) で、セラミック
基板４の上に形成された厚膜導体２にＡＷ１をボンディ
ングするため、ＢＮ工具３によりＡＷ１を接続部にあて
がって超音波振動を印加し、接合を形成する。接合状態
の拡大図が図１(b) で、厚膜２の内部はフリット５や空
孔６があり、ＡＷ１とは界面の凹凸部でのみ厚膜の金属
成分と接合している。その接合は部分的な接合のみであ
り、この接合を確実なものとするため、第二のＢＮ工程
として接合部にレーザービーム７を適度に照射すると、
図１(d) のように界面の接合部分の面積は増大する。本
発明では従来と同等以上の強度が得られている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は厚膜導体にアルミワイヤ
ーボンディング電極を形成した装置およびそのボンディ
ング電極を形成する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、主に半導体装置などで半導体素子
と回路基板との回路を形成するのに金属細線（ワイヤ
ー）をボンディングする方法が用いられている。これは
微小な電極と電極とを金やアルミなどの微細なリード線
でレーザーなどで電極部にスポット溶着させて回路を形
成するものである。接合を形成する方法としてはその他
に超音波振動を用いて圧着する方法があり、これらを同
時に使用する場合もある。一方、基板側として、電極は
導体箔を基板に被着形成したものや厚膜ペーストをスク
リーン印刷して焼成したものなどがある。厚膜導体にワ
イヤーボンディングを施すものについては、その基板の
製造の容易さから、安価に入手出来る材料で容易に製造
できることを目的とするものが多く、そのためにワイヤ
ーは安価なアルミワイヤーを用いることが多い。アルミ
は溶融接合をすると酸化してしまうため接合は困難であ
り加熱溶着方法は適用できない。また、アルミはもとも
と表面に酸化膜を自然に形成しており、専ら超音波圧着
法で接合させることがほとんどである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厚膜導
体に対しては、厚膜中に含まれるガラスや無機酸化物
（これらをフリットと記す）、そのほか気孔、凹凸など
が厚膜導体表面にも存在するため、金属薄膜に対する接
合のように確実なワイヤー接合強度が得られず、車載用
等の悪環境に対しては不十分なものとなっていた。また
それを回避するため条件の厳しい車載用等の厚膜を用い
た基板に対するワイヤーボンディングは厚膜導体上に金
属チップを半田付けし、そのチップにアルミワイヤーを
ボンディングしていたという経緯がある。そのため金属
チップを実装するためのスペースが基板に必要となるう
え、その実装工程を組み込まなければならず、元々の目
的である安価、容易な製造とはいえなくなっていたとい
う問題がある。従って本発明は、直接厚膜導体に対して
アルミワイヤーで強固なボンディングを施した装置を提
供することを目的とし、通常の銀パラジウム厚膜導体上
にアルミワイヤーを直接、信頼性よく接合できる条件が
見出されたので、本発明を提案するに到った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの第一発明の構成は、回路基板に機能を有する素子と
厚膜導体とを有し、その素子と前記厚膜導体との間の配
線にアルミワイヤーでボンディングされる装置におい
て、当該アルミワイヤーが直接厚膜導体に接合されたこ
とを特徴とする。またそれを実現するための第二発明の
構成は、回路基板に機能を有する素子と厚膜導体とを有
し、その素子と前記厚膜導体との間の配線にアルミワイ
ヤーでボンディングされる装置において、当該アルミワ
イヤーを厚膜導体に超音波圧着法で接合部を形成し、そ
の後、その接合部のみをスポット加熱装置で局部的に加
熱して接合強化することを特徴とする。
【０００５】
【作用】厚膜導体にアルミワイヤーを超音波圧着法でボ
ンディングすると、アルミは超音波振動により厚膜導体
とお互いに表面を擦り合わせ、塑性変形を起こしつつ表
面が削り取られ、未酸化部分が露出して厚膜導体の金属
成分と密着していく。ただし、厚膜導体は表面の凹凸が
あり、全ての表面がアルミと擦られず、厚膜導体の最表
面層の出っ張った部分の一部分でのみ密着状態となる。
その上、厚膜表面部にもフリットが含まれるため、アル
ミワイヤーは導電に寄与する金属系の厚膜導体材料部分
のみと接合状態となる。この超音波圧着で緩やかな接合
を形成したのちに、ワイヤーの接合部分のみに対してス
ポット加熱すると、接合を形成した部分が相互に拡散を
起こし、融着が広がって密着部分の接合強度が増し、確
実な接合となる。
【０００６】
【発明の効果】アルミワイヤーと厚膜導体との接合が密
着性良く確実に形成でき、従来厚膜導体に対して、直接
アルミワイヤーを強固にボンディングすることはできな
かったが、本発明により可能となり、車載時等の悪環境
な条件でも使用できるようになった。また、余分な金属
チップが不要となり、装置が小型化できた。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１(a) は第一のアルミワイヤーボンディング
工程を示し、図１(b) はその接合状態、図１(c) は第二
のボンディング工程の加熱工程、図１(d) は加熱後の接
合状態を示す。また、ボンディング装置の概略図を図２
に示す。
【０００８】まず図１(a) で、低温で焼成したセラミッ
ク基板４の上に形成された厚膜導体２にアルミワイヤー
１をボンディングするため、ボンディング工具３により
アルミワイヤー１を接続個所にあてがって、超音波振動
を印加し、ゆるやかな接合を形成する。接合完了後は、
図示していないワイヤーカッタで余分なアルミワイヤー
１を切断する。なお、アルミワイヤー１の他の先端は素
子など別の接合部にボンディングされている。接合の状
態を拡大した図が図１(b) で、厚膜２の内部はフリット
５や空孔６があり、アルミ１とは界面の凸部でのみ厚膜
の金属成分と接合している。その接合は超音波振動の擦
れによる部分的な接合のみであり、界面の凹凸のために
接合界面には空孔も存在している。
【０００９】このゆるやかな接合を確実なものとするた
め、第二のボンディング工程としてスポット加熱を接合
部に施す。ここでは制御性の高いレーザービームを用い
て瞬間的に高温状態とし、界面の金属接合部の溶着を拡
大させる。この様子を示したのが図１(c) である。図１
(a) で接合した個所にレーザービーム７を照射する。す
ると、図１(d) のように界面の接合部分の面積は増大
し、接合強度が増す。ちなみにスポット加熱ではない方
法、即ち基板を含めた装置全体を加熱する場合は、他の
部分に対する影響のためボンディング部分の接合強度を
あげるほどの加熱ができず、効果がないことが確認され
ている。
【００１０】本実施例の超音波とレーザーを用いたボン
ディングの場合、加えるエネルギーは最適範囲が存在す
るので、その一例として図３に示しておく。超音波振動
のエネルギーを過剰に印加するとアルミワイヤーや厚膜
導体自身が破断したり、潰れすぎてぼろぼろになったり
してしまうため、超音波のみで接合強度を確保するよう
に形成することは出来ず、図３のグラフに示す２. ４Ｄ
のラインがほぼ上限にあたる。なおこの値の意味は、使
用するワイヤーの直径を１Ｄとしたときに超音波で圧着
される部分の広がる幅を表し、潰れ幅という。また、レ
ーザービームについてはエネルギー密度が高すぎたり、
照射時間が長すぎたりすると、やはり接合部全体が溶融
してしまう。ちなみに本実施例では、超音波振動のエネ
ルギー印加は、潰れ幅が１. ２Ｄ〜２. ４Ｄの範囲で、
レーザーのエネルギー印加は５〜４０００(Joule/mm2)
の間で適正なボンディングが形成できた。
【００１１】本発明の接合によって、超音波振動の接合
のみを施した場合（レーザー加熱０(Joule/mm2) ）で
は、図４に示すように５０％以下の接続信頼性しかな
く、良好な環境に対してのみしか利用できなかったもの
が、第二の工程の加熱によって接続信頼性が大幅に向上
し、充分車載用に適用できる値を示している。なお、こ
の図４の信頼性の値は試験的にサンプルを作り引張り破
壊試験を行った結果を示し、製品の歩留りではない。ま
た、従来のチップを用いた場合の破壊試験では、本発明
におけるレーザー加熱処理が６０(Joule/mm2) の８５％
の信頼性の水準に当たり、本発明では従来と同等以上の
強度が得られている。従って車載用に充分な強度を有し
ているワイヤーボンディングであることが示された。
【００１２】なお、スポット加熱装置としては、レーザ
ービームの他に、マイロク波ビーム、赤外線集光装置な
どがあげられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボンディング工程を示す模式断面図。
【図２】ボンディング装置の概略図。
【図３】ボンディング形成の印加エネルギー条件の一例
を示す範囲図。
【図４】引っ張り破壊の試験結果図。
【符号の説明】
１ アルミワイヤー ２ 厚膜導体 ３ ボンディング工具 ４ セラミック基板 ５ フリット ６ 空孔 ７ レーザービーム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路基板に機能を有する素子と厚膜導体
    とを有し、前記素子と前記厚膜導体との間の配線がアル
    ミワイヤーでボンディングされる装置において、 前記アルミワイヤーが前記厚膜導体に直接接合されたこ
    とを特徴とするボンディング電極を有する装置。
  2. 【請求項２】 回路基板に機能を有する素子と厚膜導体
    とを有し、前記素子と前記厚膜導体との間の配線がアル
    ミワイヤーでボンディングされる装置の形成方法におい
    て、 前記アルミワイヤーを前記厚膜導体に超音波圧着法で接
    合部を形成し、 その後、前記接合部のみをスポット加熱装置で局部的に
    加熱し接合強化することを特徴とするボンディング電極
    の製造方法。
JP5155693A 1993-02-16 1993-02-16 ボンディング電極を有する装置およびボンディング電極の製造方法 Pending JPH06244230A (ja)

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