JPH088284A - ワイヤボンディング構造及びその補強方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ボールボンディング法における2ndボンド部
をハンダで補強することにより、2ndボンド部の強度
を強化すること。 【構成】半導体チップと基板側パッド部をボールボンデ
ィング法により接続した後、基板側のワイヤボンド部に
ハンダを置き、ハンダのみを局部加熱・溶解することに
より、ボンド部とパッド部をハンダで覆う。 【効果】補強面積の調整が可能になり、ワイヤボンド部
の強度を自由に強化できる。また、局部加熱を導入する
ことで、ワイヤボンド部以外への熱的ダメージを抑える
ことができる。
をハンダで補強することにより、2ndボンド部の強度
を強化すること。 【構成】半導体チップと基板側パッド部をボールボンデ
ィング法により接続した後、基板側のワイヤボンド部に
ハンダを置き、ハンダのみを局部加熱・溶解することに
より、ボンド部とパッド部をハンダで覆う。 【効果】補強面積の調整が可能になり、ワイヤボンド部
の強度を自由に強化できる。また、局部加熱を導入する
ことで、ワイヤボンド部以外への熱的ダメージを抑える
ことができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
に用いられるワイヤボンディングに関する。
に用いられるワイヤボンディングに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造分野では、素子の電極
とリードのパッド部の接続にワイヤボンディングが用い
られている。その方法は図2に示すように、(a)キャ
ピラリ5内を通して突出させたワイヤ1の先端に、
(b)電気トーチ6により放電で溶融してボール1dを
つくり、(c)キャピラリ5で半導体チップ11の電極
10にボール1dを押し付け、熱と超音波を印加し接合
させる。(d)次に、ワイヤ1を引き出しながら、キャ
ピラリ5をリードフレーム15のパッド部2の上部まで
移動させ、(e)パッド部2にワイヤ1を押し付け、熱
と超音波を加えて接合し、半導体チップ11とリードフ
レーム15間の電気的接続を完了させる方法である。
とリードのパッド部の接続にワイヤボンディングが用い
られている。その方法は図2に示すように、(a)キャ
ピラリ5内を通して突出させたワイヤ1の先端に、
(b)電気トーチ6により放電で溶融してボール1dを
つくり、(c)キャピラリ5で半導体チップ11の電極
10にボール1dを押し付け、熱と超音波を印加し接合
させる。(d)次に、ワイヤ1を引き出しながら、キャ
ピラリ5をリードフレーム15のパッド部2の上部まで
移動させ、(e)パッド部2にワイヤ1を押し付け、熱
と超音波を加えて接合し、半導体チップ11とリードフ
レーム15間の電気的接続を完了させる方法である。
【0003】最近の半導体素子は、高密度化を図るため
に、電極のサイズやピッチ間隔を小さくする傾向にあ
る。それに伴い、ワイヤボンディングに関しては、隣接
したループワイヤ同志や接続されたボール同志の短絡を
防止するために、細線ワイヤを使用したり、先端径の小
さなキャピラリを使用する必要性が生じている。この場
合、リード側ワイヤボンド部においては接合面積が小さ
くなり、十分な接合強度が得られないという問題が生じ
る。
に、電極のサイズやピッチ間隔を小さくする傾向にあ
る。それに伴い、ワイヤボンディングに関しては、隣接
したループワイヤ同志や接続されたボール同志の短絡を
防止するために、細線ワイヤを使用したり、先端径の小
さなキャピラリを使用する必要性が生じている。この場
合、リード側ワイヤボンド部においては接合面積が小さ
くなり、十分な接合強度が得られないという問題が生じ
る。
【0004】また、最近では、電極数の増加に対応する
ため、金属リードフレームに代えて有機基板を使用した
構造が検討されている。この構造では、リード側パッド
部は、メッキ工程で形成されるため、従来の蒸着法に比
べパッド面が汚れる。更に、基板の耐熱温度から、金属
リードフレームの場合に比べてボンディング時の温度を
低くする必要がある。これらの条件下では、ボンディン
グされたワイヤとパッド間の接着力が弱いという問題が
ある。
ため、金属リードフレームに代えて有機基板を使用した
構造が検討されている。この構造では、リード側パッド
部は、メッキ工程で形成されるため、従来の蒸着法に比
べパッド面が汚れる。更に、基板の耐熱温度から、金属
リードフレームの場合に比べてボンディング時の温度を
低くする必要がある。これらの条件下では、ボンディン
グされたワイヤとパッド間の接着力が弱いという問題が
ある。
【0005】従来、これらの問題に対処する方法として
いくつかの案が提案されている。例えば、リード側ボン
ド上部に更にワイヤを加圧・超音波接合して補強する方
法(特開平3−289149 号公報)や、ワイヤを溶融してつ
くったボールをボンド上部に圧着して補強する方法(特
開平1−297834 号公報)等がある。また、これらの補強
法に類似した従来技術として、プリント基板などにおけ
る端子間の結線に被覆銅線を用い、低融点ハンダで銅線
及び端子全体を覆う、ハンダ接続技術がある。
いくつかの案が提案されている。例えば、リード側ボン
ド上部に更にワイヤを加圧・超音波接合して補強する方
法(特開平3−289149 号公報)や、ワイヤを溶融してつ
くったボールをボンド上部に圧着して補強する方法(特
開平1−297834 号公報)等がある。また、これらの補強
法に類似した従来技術として、プリント基板などにおけ
る端子間の結線に被覆銅線を用い、低融点ハンダで銅線
及び端子全体を覆う、ハンダ接続技術がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ワイヤを用いてボンド
部を補強する方法では、使用するワイヤの径により補強
する面積が決定される。そのため、使用ワイヤの細線化
に伴って補強面積が不十分になりやすく、ワイヤボンド
部の強度が十分に得られない。
部を補強する方法では、使用するワイヤの径により補強
する面積が決定される。そのため、使用ワイヤの細線化
に伴って補強面積が不十分になりやすく、ワイヤボンド
部の強度が十分に得られない。
【0007】ボールによりボンド部を補強する方法にお
いては、補強面積が自由に変えられ、十分な強度を得る
ことが可能である。しかし、有機基板の場合のような、
パッド表面が汚れていたり、接合温度の低い条件下で
は、ワイヤ材とパッド材の接着力が弱いため、真に接合
された領域が少なく、未接合領域が広く、剥離が生じや
すい。
いては、補強面積が自由に変えられ、十分な強度を得る
ことが可能である。しかし、有機基板の場合のような、
パッド表面が汚れていたり、接合温度の低い条件下で
は、ワイヤ材とパッド材の接着力が弱いため、真に接合
された領域が少なく、未接合領域が広く、剥離が生じや
すい。
【0008】このため、上記のワイヤやボールに代えて
ハンダ等を用いてワイヤボンド部を補強する方法が考え
られる。しかしながら、この方法では、従来から知られ
ているプリント基板における被覆銅線のハンダ接続法に
比べて、次の3つの課題が存在する。1)フラックスを
用いて補強した場合、パッケージング前であるため洗浄
工程を導入することが難しく、また、無洗浄の場合には
残渣による腐食等が発生することが予想されることか
ら、フラックスレス化する必要があり、同時に雰囲気を
制御する必要がある。2)半導体の分野で一般的に用い
られているAuワイヤは、被覆銅線に比べてハンダに溶
解し易いため、加熱して補強構造を形成する途中でワイ
ヤボンド部がハンダ中に溶解し、ループにかかる張力の
ためボンディングワイヤが浮き上がり、ボンド部で断線
が生じる可能性がある。そのため、ボンド部全てが溶解
しないようにハンダの供給量を制限するとともに供給位
置を規定する必要がある。3)半導体装置が基板に搭載
される際、リードと基板の接続にはハンダが用いられる
ため、補強用に供給するハンダは接続に用いるハンダよ
り高融点でなければならない。また高融点ハンダを用い
た場合においても、半導体素子やハンダ付け部に損傷を
与えない加熱法を用いる必要がある。
ハンダ等を用いてワイヤボンド部を補強する方法が考え
られる。しかしながら、この方法では、従来から知られ
ているプリント基板における被覆銅線のハンダ接続法に
比べて、次の3つの課題が存在する。1)フラックスを
用いて補強した場合、パッケージング前であるため洗浄
工程を導入することが難しく、また、無洗浄の場合には
残渣による腐食等が発生することが予想されることか
ら、フラックスレス化する必要があり、同時に雰囲気を
制御する必要がある。2)半導体の分野で一般的に用い
られているAuワイヤは、被覆銅線に比べてハンダに溶
解し易いため、加熱して補強構造を形成する途中でワイ
ヤボンド部がハンダ中に溶解し、ループにかかる張力の
ためボンディングワイヤが浮き上がり、ボンド部で断線
が生じる可能性がある。そのため、ボンド部全てが溶解
しないようにハンダの供給量を制限するとともに供給位
置を規定する必要がある。3)半導体装置が基板に搭載
される際、リードと基板の接続にはハンダが用いられる
ため、補強用に供給するハンダは接続に用いるハンダよ
り高融点でなければならない。また高融点ハンダを用い
た場合においても、半導体素子やハンダ付け部に損傷を
与えない加熱法を用いる必要がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】ワイヤボンドの加圧部上
部をハンダで補強する際に、Pbの重量比が90wt%以
上であるPb−Sn系ハンダを用い、ハンダ加熱温度を
300〜330℃の範囲とし、供給するハンダ量を1.
20×10-6g 以下,または補強に使用するハンダボ
ール径をボンディングワイヤ径の2倍以下としたボール
状にして供給量を微量制御し、ハンダの供給及び加熱す
る工程における雰囲気を不活性ガスまたは還元ガス雰囲
気としてフラックスレスでハンダ付けを行い、予め加熱
したツールもしくは内部に備えた電熱線によって加熱さ
れたツールによりハンダボールを加圧及び加熱するか、
レーザ光線を用いてハンダ部のみを局所加熱することに
より上記の課題は解決される。
部をハンダで補強する際に、Pbの重量比が90wt%以
上であるPb−Sn系ハンダを用い、ハンダ加熱温度を
300〜330℃の範囲とし、供給するハンダ量を1.
20×10-6g 以下,または補強に使用するハンダボ
ール径をボンディングワイヤ径の2倍以下としたボール
状にして供給量を微量制御し、ハンダの供給及び加熱す
る工程における雰囲気を不活性ガスまたは還元ガス雰囲
気としてフラックスレスでハンダ付けを行い、予め加熱
したツールもしくは内部に備えた電熱線によって加熱さ
れたツールによりハンダボールを加圧及び加熱するか、
レーザ光線を用いてハンダ部のみを局所加熱することに
より上記の課題は解決される。
【0010】
【作用】ハンダは、ワイヤやパッド材として一般に使わ
れているAu,Agなどにぬれやすい。そのため、接合
温度を低くしたり、汚れたパッドへボンディングを行う
ような、ワイヤ圧着面とパッド面の接合力が低下してい
る場合であっても、補強材をハンダにすることで十分に
補強することが可能である。特に、ワイヤボンド上部に
ハンダを置いて加熱・溶解することにより、ハンダで十
分にワイヤボンド部とパッド部を覆うことができ、ワイ
ヤボンド部を強化することが可能になる。また、最終的
に半導体装置を基板表面へ実装する時には、通常、Pb
60wt%−Snのハンダが用いられる。図5にPb−S
n系溶融温度曲線を示す。この図から、このハンダの溶
融温度(液相線)は約190℃であることがわかるが、
基板の熱伝導及び熱分布を考慮して、ハンダ付けリフロ
ー温度は250℃で行われる。そのため、補強用ハンダ
の溶融温度をリフロー温度+50℃の300℃以上とす
ることで、リフロー中にワイヤボンド部を補強したハン
ダが完全に溶融することを防止できる。特に、Pb−S
n系のハンダを補強用に用いた場合、図5においてこの
条件に該当するためにはPbが90wt%以上必要であ
り、この場合、溶融温度は、300〜330℃の範囲と
なる。
れているAu,Agなどにぬれやすい。そのため、接合
温度を低くしたり、汚れたパッドへボンディングを行う
ような、ワイヤ圧着面とパッド面の接合力が低下してい
る場合であっても、補強材をハンダにすることで十分に
補強することが可能である。特に、ワイヤボンド上部に
ハンダを置いて加熱・溶解することにより、ハンダで十
分にワイヤボンド部とパッド部を覆うことができ、ワイ
ヤボンド部を強化することが可能になる。また、最終的
に半導体装置を基板表面へ実装する時には、通常、Pb
60wt%−Snのハンダが用いられる。図5にPb−S
n系溶融温度曲線を示す。この図から、このハンダの溶
融温度(液相線)は約190℃であることがわかるが、
基板の熱伝導及び熱分布を考慮して、ハンダ付けリフロ
ー温度は250℃で行われる。そのため、補強用ハンダ
の溶融温度をリフロー温度+50℃の300℃以上とす
ることで、リフロー中にワイヤボンド部を補強したハン
ダが完全に溶融することを防止できる。特に、Pb−S
n系のハンダを補強用に用いた場合、図5においてこの
条件に該当するためにはPbが90wt%以上必要であ
り、この場合、溶融温度は、300〜330℃の範囲と
なる。
【0011】また、補強を必要とする領域は、A:ボン
ディング時にキャピラリで潰されたワイヤの加圧部と、
B:特に未接合領域が広いために剥離が生じやすいネッ
ク部周辺であるが、A,Bのうち部分的に補強すること
で、ハンダが溶解中でもワイヤ部の一部がパッドと接続
されたままとなりワイヤの浮き上がりを防止でき、断線
を防げる。ワイヤ直径が30μmの場合、Aの部分の体
積は用いたキャピラリによって若干異なるが、図8に示
すように、通常用いられるキャピラリでは、先径T=1
78μm,内径OR=48μmで、(178−48)/2
×15×15×π=46000μm3(7.97×10-7
g)程度である。Pb90wt−%Snハンダを補強用
に用いた場合、図5より、溶融温度は300℃である。
この時、AuがPb,Sn中に溶ける量は、図6,図7
より、Au重量比が65/35,Sn/Au重量比が7
0/30である。従って、Aの部分のAuが全部ハンダ
中に溶けてしまう場合のハンダ量をYとした場合、次の
式が成り立つ。
ディング時にキャピラリで潰されたワイヤの加圧部と、
B:特に未接合領域が広いために剥離が生じやすいネッ
ク部周辺であるが、A,Bのうち部分的に補強すること
で、ハンダが溶解中でもワイヤ部の一部がパッドと接続
されたままとなりワイヤの浮き上がりを防止でき、断線
を防げる。ワイヤ直径が30μmの場合、Aの部分の体
積は用いたキャピラリによって若干異なるが、図8に示
すように、通常用いられるキャピラリでは、先径T=1
78μm,内径OR=48μmで、(178−48)/2
×15×15×π=46000μm3(7.97×10-7
g)程度である。Pb90wt−%Snハンダを補強用
に用いた場合、図5より、溶融温度は300℃である。
この時、AuがPb,Sn中に溶ける量は、図6,図7
より、Au重量比が65/35,Sn/Au重量比が7
0/30である。従って、Aの部分のAuが全部ハンダ
中に溶けてしまう場合のハンダ量をYとした場合、次の
式が成り立つ。
【0012】0.9Y×35/65+0.1Y×30/7
0=7.97×10-7 Y=1.51×10-6g(比重10.7g/cm3;1.41
×105μm3)であり、Aの部分のAuが全部ハンダ中
に溶解させないためには、Y以下の供給量でなければな
らない。
0=7.97×10-7 Y=1.51×10-6g(比重10.7g/cm3;1.41
×105μm3)であり、Aの部分のAuが全部ハンダ中
に溶解させないためには、Y以下の供給量でなければな
らない。
【0013】また、Pbの濃度が高くなるほど溶融温度
も高くなり、Auの溶解量も増えるため、Pb100w
t%が補強用のハンダ量の最小値となる。この場合、溶
融温度は330℃であり、液相重量比Pb/Auが60
/40であり、ハンダ限界量Y′は Y′×40/60=7.97×10−7 Y′=1.20×10-6g(比重11.35g/cm3;
1.05×105μm3)である。
も高くなり、Auの溶解量も増えるため、Pb100w
t%が補強用のハンダ量の最小値となる。この場合、溶
融温度は330℃であり、液相重量比Pb/Auが60
/40であり、ハンダ限界量Y′は Y′×40/60=7.97×10−7 Y′=1.20×10-6g(比重11.35g/cm3;
1.05×105μm3)である。
【0014】なお、ハンダワイヤから放電により形成さ
れたハンダボールを用い、放電条件によりハンダボール
の大きさをコントロールすることで、供給ハンダ量を調
整でき、補強面積の調整が可能になる。供給するハンダ
限界量Y′とワイヤ加圧部Aは比例関係がある。そのた
め、ハンダボールの直径とワイヤ直径は比例関係にある
と言える。前述のY′は、ハンダボールの直径に換算す
ると、約58μmであり、ハンダボールの直径/ワイヤ
直径=1.9 となる。従って、使用されているボンディ
ングワイヤの直径が30μmから変わった場合でも、補
強に使用するハンダボールの直径をボンディングワイヤ
の直径の1.9 倍以下として供給することにより、ボン
ド部のAu全てを溶解させず、ワイヤの断線を防止でき
る。なお、この場合、最終的に形成される補強部の大き
さZ′は、(ワイヤ直径)3 に対して、 Z′=1.05×105/303=3.9 すなわち、補強部の大きさは、(ワイヤ直径)3の3.9倍
以下であれば良い。
れたハンダボールを用い、放電条件によりハンダボール
の大きさをコントロールすることで、供給ハンダ量を調
整でき、補強面積の調整が可能になる。供給するハンダ
限界量Y′とワイヤ加圧部Aは比例関係がある。そのた
め、ハンダボールの直径とワイヤ直径は比例関係にある
と言える。前述のY′は、ハンダボールの直径に換算す
ると、約58μmであり、ハンダボールの直径/ワイヤ
直径=1.9 となる。従って、使用されているボンディ
ングワイヤの直径が30μmから変わった場合でも、補
強に使用するハンダボールの直径をボンディングワイヤ
の直径の1.9 倍以下として供給することにより、ボン
ド部のAu全てを溶解させず、ワイヤの断線を防止でき
る。なお、この場合、最終的に形成される補強部の大き
さZ′は、(ワイヤ直径)3 に対して、 Z′=1.05×105/303=3.9 すなわち、補強部の大きさは、(ワイヤ直径)3の3.9倍
以下であれば良い。
【0015】また、ハンダの供給及び加熱する工程にお
いてフラックスレスでハンダ付けを行うことにより、フ
ラックス洗浄時の残渣による腐食等を予め防止でき、同
時に、雰囲気を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気とする
ことで、ハンダの供給及び加熱時における酸化膜の成長
及びハンダのパッド及びワイヤへのぬれ性低下を防止で
きる。
いてフラックスレスでハンダ付けを行うことにより、フ
ラックス洗浄時の残渣による腐食等を予め防止でき、同
時に、雰囲気を不活性ガスまたは還元ガス雰囲気とする
ことで、ハンダの供給及び加熱時における酸化膜の成長
及びハンダのパッド及びワイヤへのぬれ性低下を防止で
きる。
【0016】また、レーザ光線や加熱ツール等を用いる
ことで、局部的に補強材のみを加熱でき、半導体素子や
ハンダ付け部に損傷を与えず、また、全体的に高温に加
熱することが難しい有機基板に対しても損傷を補強する
ことが可能になる。
ことで、局部的に補強材のみを加熱でき、半導体素子や
ハンダ付け部に損傷を与えず、また、全体的に高温に加
熱することが難しい有機基板に対しても損傷を補強する
ことが可能になる。
【0017】特に、補強すべきワイヤボンド部のボンデ
ィングパッドの材質に、AuもしくはAu合金またはA
gもしくはAg合金を用いることで、ハンダのぬれ性を
高めることができ、かつパッド材のハンダへの溶解があ
るためにワイヤのハンダへの溶解量を減少させることが
できる。
ィングパッドの材質に、AuもしくはAu合金またはA
gもしくはAg合金を用いることで、ハンダのぬれ性を
高めることができ、かつパッド材のハンダへの溶解があ
るためにワイヤのハンダへの溶解量を減少させることが
できる。
【0018】
【実施例】図1は、有機基板上に形成されたワイヤボン
ド部に対するハンダ補強の工程及び構造図を示す。
(a)はハンダボール作製工程、(b),(c)はハン
ダボール設置図及びそのA−A′断面図、(d)はハン
ダボール加熱工程、(e),(f)は補強完了図及びそ
のB−B′断面図である。
ド部に対するハンダ補強の工程及び構造図を示す。
(a)はハンダボール作製工程、(b),(c)はハン
ダボール設置図及びそのA−A′断面図、(d)はハン
ダボール加熱工程、(e),(f)は補強完了図及びそ
のB−B′断面図である。
【0019】まず、各工程について説明する。(a)に
おいて、ハンダワイヤ用キャピラリ5a内部を通したハ
ンダワイヤ3bを用意し、その先端に電気トーチ6aに
より放電でハンダボール3cをつくる。(b)におい
て、まず、ワイヤボンディングの完了した半導体装置を
用意する。そして、パッド部2上に形成されたワイヤボ
ンド加圧部1b上に、キャピラリ5aを介してハンダボ
ール3cを設置する。なお、(c)に示すように、ボー
ルとハンダワイヤ間はワイヤカッタ14などで機械的に
切断する。(d)において、電熱線8を備えたツール7
により(c)で形成されたハンダボール3cを加圧・加
熱しながら、(e)において、ハンダを溶融し、ワイヤ
ボンド加圧部1bとリード側パッド部2の一部を覆う補
強構造を形成する。
おいて、ハンダワイヤ用キャピラリ5a内部を通したハ
ンダワイヤ3bを用意し、その先端に電気トーチ6aに
より放電でハンダボール3cをつくる。(b)におい
て、まず、ワイヤボンディングの完了した半導体装置を
用意する。そして、パッド部2上に形成されたワイヤボ
ンド加圧部1b上に、キャピラリ5aを介してハンダボ
ール3cを設置する。なお、(c)に示すように、ボー
ルとハンダワイヤ間はワイヤカッタ14などで機械的に
切断する。(d)において、電熱線8を備えたツール7
により(c)で形成されたハンダボール3cを加圧・加
熱しながら、(e)において、ハンダを溶融し、ワイヤ
ボンド加圧部1bとリード側パッド部2の一部を覆う補
強構造を形成する。
【0020】(a)〜(f)の一連の工程は、雰囲気をN
2 中で行っている。そのため、補強に使用するハンダに
はフラックスを使用せずに済み、かつハンダの酸化を防
止できる。なお、Arなどの不活性ガスもしくはH2 を
含んだ還元ガス雰囲気でも同様な効果が得られる。
2 中で行っている。そのため、補強に使用するハンダに
はフラックスを使用せずに済み、かつハンダの酸化を防
止できる。なお、Arなどの不活性ガスもしくはH2 を
含んだ還元ガス雰囲気でも同様な効果が得られる。
【0021】次に、構成について説明する。ボンディン
グに使用したワイヤ1及びパッド部2の材質はAuであ
る。そのため、補強に用いるハンダ3であるPb−Sn
系でぬれ性が高い。また、基板4は半導体チップを搭載
した有機基板である。この有機基板は、最終的に別基板
に表面実装され、その時のリフロー温度は、約200〜
250℃程度である。そのため、補強したハンダ3の再
溶融を防ぐため、溶融温度を300℃とした。この温度
となるハンダ組成(重量比)の、Pb/Sn=90/1
0のハンダを補強用として選択する。なお、Pbの重量
%が90%以上であれば、溶融温度が300℃以上とな
るので、代用は可能である。
グに使用したワイヤ1及びパッド部2の材質はAuであ
る。そのため、補強に用いるハンダ3であるPb−Sn
系でぬれ性が高い。また、基板4は半導体チップを搭載
した有機基板である。この有機基板は、最終的に別基板
に表面実装され、その時のリフロー温度は、約200〜
250℃程度である。そのため、補強したハンダ3の再
溶融を防ぐため、溶融温度を300℃とした。この温度
となるハンダ組成(重量比)の、Pb/Sn=90/1
0のハンダを補強用として選択する。なお、Pbの重量
%が90%以上であれば、溶融温度が300℃以上とな
るので、代用は可能である。
【0022】次に、各形状について説明する。(b)及
び(c)中に示してあるワイヤボンド加圧部1bの形状
は、超音波の振動方向がワイヤループ部1aに対して直
角の場合のものである。ワイヤ直径Rは30μmであ
り、この場合、ワイヤループ部1aと順方向である無加
圧部までの潰れ長さLは75μm,ループと直角方向で
あるワイヤの潰れ幅Wは85μm程度である。但し、ワ
イヤボンド加圧部1bにおけるWは、振動方向が平行に
近づくにつれ、小さくなる。このワイヤボンド加圧部1
bの大きさは46000μm3 程度なので、(a)にお
けるハンダボールの直径Rsは、Rs<1.9×30=
57μm から、55μm程度とする。ハンダボールの
供給位置は、ワイヤボンド加圧部1b上ではあるが、キ
ャピラリで加圧されないワイヤループ部1aの境界域1
cから遠ざける。このようにすることで、ハンダの溶融
中におけるワイヤループ部1aの溶解を防止できる。
(e)及び(f)中に示してある、ハンダ3を溶融して
形成される補強構造では、ワイヤボンド加圧部1bの一
部は溶解しており、加熱時間数十msで、補強ハンダ長
さLs=50μm,幅Ws=90μm,高さHs=20
μm程度に形成される。加熱時間を増やすとハンダ3は
更にぬれ広がるが、その大きさは、4R3 以下の体積で
ある。
び(c)中に示してあるワイヤボンド加圧部1bの形状
は、超音波の振動方向がワイヤループ部1aに対して直
角の場合のものである。ワイヤ直径Rは30μmであ
り、この場合、ワイヤループ部1aと順方向である無加
圧部までの潰れ長さLは75μm,ループと直角方向で
あるワイヤの潰れ幅Wは85μm程度である。但し、ワ
イヤボンド加圧部1bにおけるWは、振動方向が平行に
近づくにつれ、小さくなる。このワイヤボンド加圧部1
bの大きさは46000μm3 程度なので、(a)にお
けるハンダボールの直径Rsは、Rs<1.9×30=
57μm から、55μm程度とする。ハンダボールの
供給位置は、ワイヤボンド加圧部1b上ではあるが、キ
ャピラリで加圧されないワイヤループ部1aの境界域1
cから遠ざける。このようにすることで、ハンダの溶融
中におけるワイヤループ部1aの溶解を防止できる。
(e)及び(f)中に示してある、ハンダ3を溶融して
形成される補強構造では、ワイヤボンド加圧部1bの一
部は溶解しており、加熱時間数十msで、補強ハンダ長
さLs=50μm,幅Ws=90μm,高さHs=20
μm程度に形成される。加熱時間を増やすとハンダ3は
更にぬれ広がるが、その大きさは、4R3 以下の体積で
ある。
【0023】以上のような本実施例では、(a)のよう
にボール状にしてハンダを供給することで、微量供給が
可能になり、また、(d)のように加熱用のツールによ
りハンダ部を局部加熱したので、有機基板に対し損傷を
与えずに済む。また、一連の工程をフラックスレスで行
えるので、フラックス残渣による半導体チップや基板の
腐食等を未然に防ぎ、更に、ワイヤボンド部の断線を防
止しながら、接合部の強度を上げることができる。
にボール状にしてハンダを供給することで、微量供給が
可能になり、また、(d)のように加熱用のツールによ
りハンダ部を局部加熱したので、有機基板に対し損傷を
与えずに済む。また、一連の工程をフラックスレスで行
えるので、フラックス残渣による半導体チップや基板の
腐食等を未然に防ぎ、更に、ワイヤボンド部の断線を防
止しながら、接合部の強度を上げることができる。
【0024】図3は、加熱用ツールを用いたワイヤボン
ド部の補強工程の斜視図である。
ド部の補強工程の斜視図である。
【0025】(a)において、半導体チップ11とリー
ドフレーム15側パッド部2の間のワイヤボンディング
が完了したリード側ワイヤボンド加圧部1b上部の複数
にハンダ3aを置く。なお、ハンダ3aの供給方法は、
図1と同様である。更に(b)において、大面積を加熱
できるように先端を大きくしたレーザ光線12を用意
し、これをハンダ3a上から加圧及び加熱する。(c)
複数のリード側ボンド部を一回で補強する。このように
することで、複数のリード側ボンド部の強度を向上させ
ることが可能となり、更に、工程にかかる時間を短縮す
ることが効果となる。
ドフレーム15側パッド部2の間のワイヤボンディング
が完了したリード側ワイヤボンド加圧部1b上部の複数
にハンダ3aを置く。なお、ハンダ3aの供給方法は、
図1と同様である。更に(b)において、大面積を加熱
できるように先端を大きくしたレーザ光線12を用意
し、これをハンダ3a上から加圧及び加熱する。(c)
複数のリード側ボンド部を一回で補強する。このように
することで、複数のリード側ボンド部の強度を向上させ
ることが可能となり、更に、工程にかかる時間を短縮す
ることが効果となる。
【0026】図4は、レーザ光線を使用したワイヤボン
ド部の補強工程を示す断面図である。(a)において、
レーザ照射装置13からレーザ光線12をハンダワイヤ
3bの先端に照射することにより、ハンダボール3cを
つくる。この時、用いるレーザ光線は、熱源として用い
るために波長の長いものが良く、例えば、YAGレーザ
などが挙げられる。(b)においてハンダボール3cを
ワイヤボンド加圧部1b上に設置する。この時、ハンダ
ボール3cのワイヤボンド加圧部1bへの圧接に、超音
波を加えると更に工程がスムーズに行える。(c)にお
いて、ハンダワイヤ3bとハンダボール3c間に、レー
ザ照射装置13からレーザ光線12を照射することによ
り、ハンダワイヤ3bとハンダボール3cを切断する。
この時、切断と同時に、ハンダワイヤ3b先端に(a)
工程と同様に新しいハンダボールを形成しておく。
(d)において、レーザ照射装置13の照射位置を回転
もしくは移動させることにより、ハンダボール3cを局
部加熱し溶融することにより、(e)において、補強構
造を形成する。
ド部の補強工程を示す断面図である。(a)において、
レーザ照射装置13からレーザ光線12をハンダワイヤ
3bの先端に照射することにより、ハンダボール3cを
つくる。この時、用いるレーザ光線は、熱源として用い
るために波長の長いものが良く、例えば、YAGレーザ
などが挙げられる。(b)においてハンダボール3cを
ワイヤボンド加圧部1b上に設置する。この時、ハンダ
ボール3cのワイヤボンド加圧部1bへの圧接に、超音
波を加えると更に工程がスムーズに行える。(c)にお
いて、ハンダワイヤ3bとハンダボール3c間に、レー
ザ照射装置13からレーザ光線12を照射することによ
り、ハンダワイヤ3bとハンダボール3cを切断する。
この時、切断と同時に、ハンダワイヤ3b先端に(a)
工程と同様に新しいハンダボールを形成しておく。
(d)において、レーザ照射装置13の照射位置を回転
もしくは移動させることにより、ハンダボール3cを局
部加熱し溶融することにより、(e)において、補強構
造を形成する。
【0027】このような工程においては、レーザ光線で
ハンダを局部加熱することにより、チップへの熱ダメー
ジを与えずに接合強度の向上ができる。更に、ハンダボ
ール3cを加圧せず、レーザ光線が与える熱のみで補強
構造を決定できるため、更にパッドピッチが微細化され
た場合のワイヤボンド部に対し、短絡などを生じさせず
に、精密に補強できる。
ハンダを局部加熱することにより、チップへの熱ダメー
ジを与えずに接合強度の向上ができる。更に、ハンダボ
ール3cを加圧せず、レーザ光線が与える熱のみで補強
構造を決定できるため、更にパッドピッチが微細化され
た場合のワイヤボンド部に対し、短絡などを生じさせず
に、精密に補強できる。
【0028】
【発明の効果】このようにしてハンダでワイヤボンド部
を補強することにより、フラックスレスで補強でき、補
強中に生じやすいワイヤの断線を防止できる。また、補
強面積の調整が可能になり、ワイヤボンド部の強度を十
分に強化できる。また、局部加熱を導入することで、ワ
イヤボンド部以外の部分への熱的ダメージを抑えること
ができる。
を補強することにより、フラックスレスで補強でき、補
強中に生じやすいワイヤの断線を防止できる。また、補
強面積の調整が可能になり、ワイヤボンド部の強度を十
分に強化できる。また、局部加熱を導入することで、ワ
イヤボンド部以外の部分への熱的ダメージを抑えること
ができる。
【図1】有機基板上に形成されたワイヤボンド部に対す
るハンダ補強の工程及び構造図である。
るハンダ補強の工程及び構造図である。
【図2】ワイヤボンディング方法を示す図である。
【図3】加熱用ツールを用いたワイヤボンド部の補強工
程を示す斜視図である。
程を示す斜視図である。
【図4】レーザ光線を使用したワイヤボンド部の補強工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図5】Pb−Sn系溶融温度の曲線図である。
【図6】Au−Pb系溶融温度の曲線図である。
【図7】Au−Sn系溶融温度の曲線図である。
【図8】キャピラリによるワイヤ加圧の断面図である。
1…ワイヤ、1a…ワイヤループ部、1b…ワイヤボン
ド加圧部、1c…境界域、1d…ボール、2…パッド
部、3,3a…ハンダ、3b…ハンダワイヤ、3c…ハ
ンダボール、4…基板、5,5a…キャピラリ、6,6
a…電気トーチ、7…ツール、8…電熱線、9…接着
剤、10…電極、11…半導体チップ、12…レーザ光
線、13…レーザ照射装置、14…ワイヤカッタ、15
…リードフレーム、16…ワーク台。
ド加圧部、1c…境界域、1d…ボール、2…パッド
部、3,3a…ハンダ、3b…ハンダワイヤ、3c…ハ
ンダボール、4…基板、5,5a…キャピラリ、6,6
a…電気トーチ、7…ツール、8…電熱線、9…接着
剤、10…電極、11…半導体チップ、12…レーザ光
線、13…レーザ照射装置、14…ワイヤカッタ、15
…リードフレーム、16…ワーク台。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 和弥 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (10)
- 【請求項1】材質がAuもしくはAu合金からなるワイ
ヤをキャピラリから突出させ、その先端を溶融してボー
ルをつくり、これを第1の接合部材面に押し付け、熱あ
るいは超音波あるいはその両者を加えて1st側のボー
ルボンディングを行い、その後もう一方の接合位置にワ
イヤを繰り出しつつキャピラリを移動し、第2の接合部
材面にキャピラリ先端面でワイヤを押し付け、熱あるい
は超音波あるいはその両者を加えて2nd側のウェッジ
ボンディングを行ったワイヤボンディング構造におい
て、 2nd側ウェッジボンディング部に、Pbの重量比が9
0wt%以上であるPb−Sn系ハンダを、体積が(ワ
イヤ直径)3 の3.9倍以下である量だけ供給し、そのハ
ンダをリフローさせてワイヤと第2の接合部材の隙間を
ハンダで埋めることを特徴とするワイヤボンディング構
造の補強方法。 - 【請求項2】請求項1において、接続されたワイヤ他端
側の接合部材面の材質に、AuもしくはAu合金または
AgもしくはAg合金を用いることを特徴とするワイヤ
ボンディング構造の補強方法。 - 【請求項3】請求項1において、使用されるボンディン
グワイヤの直径が30μmの場合に、供給するハンダ量
を1.20×10-6g 以下に,ハンダ加熱温度を300
〜330℃の範囲としたことを特徴とするワイヤボンデ
ィング構造の補強方法。 - 【請求項4】請求項1において、ハンダの供給及び加熱
する工程における雰囲気を、不活性ガスまたは還元ガス
雰囲気とし、フラックスレスでハンダ付けすることを特
徴とするワイヤボンディング構造の補強方法。 - 【請求項5】請求項1において、ハンダの供給源として
ハンダワイヤを用い、放電によりハンダワイヤ先端にボ
ールを作製し、このハンダボールを2ndワイヤボンド
部に押し付けて熱あるいは超音波あるいはその両方を加
えて接合した後、ワイヤを引張ってハンダボールとハン
ダワイヤの間を切断することにより、微量に制御したハ
ンダを2ndボンド部に供給することを特徴とするワイ
ヤボンディング構造の補強方法。 - 【請求項6】請求項5において、使用されているボンデ
ィングワイヤの直径に対し、補強に使用するハンダボー
ルの直径を1.9 倍以下として供給することを特徴とす
るワイヤボンディング構造の補強方法。 - 【請求項7】請求項1において、予め加熱したツールも
しくは内部に備えた電熱線によって加熱されたツールに
より、ワイヤボンド上部に置かれたハンダを加圧しなが
ら加熱することを特徴とするワイヤボンディング構造の
補強方法。 - 【請求項8】請求項1において、ワイヤボンド上部に置
かれたハンダの加熱源としてレーザ光線を用いることを
特徴とするワイヤボンディング構造の補強方法。 - 【請求項9】キャピラリから突出させたAuワイヤの先
端を溶融してボールをつくり、これを第1の接合部材面
に接合し、その後更に第2の接合部材面にワイヤ他端を
接合したワイヤボンディング構造において、 2nd側のワイヤボンド構造が、ワイヤと第2の接合部
材が直接金属結合した領域と、ワイヤと第2の接合部材
間にハンダが介在して接合された領域とが混在する構造
となっていることを特徴とするワイヤボンディング構
造。 - 【請求項10】請求項9において、ハンダがAuを10
at%以上含む合金となっていることを特徴とするワイ
ヤボンディング構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13687994A JPH088284A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | ワイヤボンディング構造及びその補強方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13687994A JPH088284A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | ワイヤボンディング構造及びその補強方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH088284A true JPH088284A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15185679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13687994A Pending JPH088284A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | ワイヤボンディング構造及びその補強方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH088284A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000036511A (ja) * | 1998-07-01 | 2000-02-02 | Motorola Inc | 電子部品の製造方法 |
DE102007019795A1 (de) * | 2007-04-26 | 2008-11-06 | Infineon Technologies Ag | Chipmodul und Verfahren zum Herstellen dieses Chipmoduls |
US7906858B2 (en) * | 1998-05-27 | 2011-03-15 | Robert Bosch Gmbh | Contact securing element for bonding a contact wire and for establishing an electrical connection |
CN107731772A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-23 | 北京无线电测量研究所 | 一种楔形键合引线加固结构和加固方法 |
CN109560026A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-02 | 北京遥感设备研究所 | 一种真空电子组件力学环境适应性装置 |
CN109585405A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-05 | 北京遥感设备研究所 | 一种真空电子组件力学环境适应性*** |
US11198188B2 (en) | 2019-05-29 | 2021-12-14 | Fanuc Corporation | Soldering device for soldering with laser beam and robot apparatus provided with soldering device |
-
1994
- 1994-06-20 JP JP13687994A patent/JPH088284A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007019795B4 (de) * | 2007-04-26 | 2012-10-04 | Infineon Technologies Ag | Chipmodul und Verfahren zum Herstellen dieses Chipmoduls |
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CN107731772B (zh) * | 2017-09-13 | 2020-08-04 | 北京无线电测量研究所 | 一种楔形键合引线加固结构和加固方法 |
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