JP2000299347A - ボンディングツール - Google Patents

ボンディングツール

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JP2000299347A
JP2000299347A JP11103785A JP10378599A JP2000299347A JP 2000299347 A JP2000299347 A JP 2000299347A JP 11103785 A JP11103785 A JP 11103785A JP 10378599 A JP10378599 A JP 10378599A JP 2000299347 A JP2000299347 A JP 2000299347A
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bonding
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Takayuki Suzuki
隆之 鈴木
Saburo Usami
三郎 宇佐美
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Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波出力と加圧力の増加による接合強度の改
善が困難であることから、太径のワイヤを用いた半導体
装置では熱疲労によるアルミワイヤのはく離が生じてし
まう。 【解決手段】ツール下端開口角度を溝開口角度よりも大
きくすることで、接合端角度が鈍角になり接合端部の応
力集中を低減させることを特徴とする。ワイヤの接合端
部の応力集中を低減させ接合部のはく離を抑制すること
ができ、接合部の熱疲労寿命を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はワイヤをウエッジと
呼ばれるボンディングツールで電子装置のパッドリード
線またはワイヤを超音波振動を加えながら圧着接合する
ときに用いるボンディングツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤをウエッジと呼ばれるボンディン
グツールを介して半導体チップ上のパッドおよびリード
フレームに押し付け超音波振動を加えながら圧着するウ
エッジボンディングは、アルミワイヤを使用した場合、
アルミ電極膜に常温で超音波接合可能である。パワーデ
バイス等の大容量素子では直径の大きいアルミワイヤで
半導体素子と電極板を接合している。ウエッジボンディ
ングの接合強度は超音波振幅，超音波時間，加圧力に影
響され、また接合強度とワイヤの変形量は密接な関係が
ある。強固な接合を得るために超音波出力や加圧力を上
昇させると半導体素子に損傷が生じてしまうため、必要
以上の負荷を与えずに接合を行う方法を用いなければな
らない。
【０００３】尚、この種のウエッジボンディング装置と
して、例えば特開平6−61313号に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】パワーデバイスは急速
に素子の大容量化が進み、配線に使用されるアルミワイ
ヤの径は以前の１.５ 倍以上太くなっている。太い径の
ワイヤを接合するためには超音波出力と加圧力を増加さ
せなければならないが、半導体素子に損傷を与えずに行
うには限界がある。超音波出力と加圧力の増加による接
合強度の改善が困難であることから、太径のワイヤを用
いた半導体装置では熱疲労によるアルミワイヤのはく離
が生じてしまい性能を十分発揮できない。また、配線に
は大電流が流れるようになったため、ワイヤおよび接合
部に生じる温度幅も従来より大きくなり、接合部の熱疲
労寿命を低減させる原因となっている。
【０００５】接合部のはく離は応力が集中する接合端部
より発生し、温度変化の繰返しにより徐々にはく離が進
行していく。図９に示す従来のボンディングツール１５
では、溝が浅いと共にボンディングツール底面に平坦部
があるため、図１０に示すようにワイヤ４と被接合材６
がためす角度α３が鋭角となり、接合端部での応力集中
が顕著であった。またワイヤを引出す必要があるため、
ボンディングツール１５のワイヤ長手方向は図１１に示
すような平坦部より構成されることとなり、ワイヤ４と
被接合材６がためす角度β１，β２は鋭角にならざるを
得ない。この端部での応力集中を低減させることと共
に、はく離が生じた場合には進展速度を低下させること
で長寿命化を図らなければならない。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、ワイヤをウエッジと呼ばれるボンディングツ
ールを介して半導体チップ上のパッドおよびリードフレ
ームに押し付け超音波振動を加えながら圧着するウエッ
ジボンディングにおいて、接合部の熱疲労寿命を向上す
ることができるボンディングツールを提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の特徴は、ウエッジボンディング用溝付きツ
ールの溝を山形状とすることで、ワイヤの頂上部に加圧
を行わず左右端に近い位置に加圧することでワイヤの左
右端側の変形を促進する。また、ツール下端開口角度を
溝開口角度よりも大きくすることで、接合端角度が鈍角
になり接合端部の応力集中が低減する。
【０００８】溝壁面にワイヤの曲率と同じ凹部を左右対
称に設けることで、ワイヤに加圧を有効に伝え、ワイヤ
の左右端側の変形を促進してもよい。
【０００９】ボンディングツールの底部の幅がワイヤ半
径の３倍から４倍であり、溝にワイヤを配置したとき
に、ワイヤの中心からツールの底までの距離がワイヤ半
径のπ／６倍からπ／４倍の値として、超音波接合中に
変形するワイヤを拘束し、ワイヤの変形幅がワイヤ強度
を著しく低下しない寸法に制御し、接合端角度が鈍角と
なるようにして接合端の応力集中を低減させてもよい。
【００１０】また、溝壁面に突起を左右対称に且つワイ
ヤ長手方向に連続に設けることで、接合端角度を大きく
し且つワイヤ厚さを薄くしたり、溝壁面の突起を曲面で
構成することで突起角部の応力集中を低減させてもよ
い。
【００１１】ウエッジボンディング用溝付きツールのワ
イヤ長手方向に、ツールの端部からツール全長の１／１
０〜１／５離れた位置にツール全長の１／２０〜１／１
０の幅の突起を設け、突起部間の溝深さが突起部外の溝
深さよりも浅くして、ワイヤの破断を防止し、長手方向
からの接合面はく離を抑制してもよい。
【００１２】前記の構成とすることで、接合部の熱疲労
寿命を向上することができるボンディングツールが達成
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例につき説明する。図１はボンディングツールの一実
施例の断面図である。ボンディングツール１は山形の溝
２が設けられている。ツールの下端３の開口角度θ２は
溝の開口角度θ１よりも大きくなっている。また、図２
は図１のボンディングツールを使用して接合したワイヤ
の形状を示す。図１のボンディングツールを使用する
と、ワイヤの頂上部に加圧を行わず左右端に近い位置に
加圧することでワイヤの左右端側の変形を促進し、ワイ
ヤは表面５を溝２に拘束されて変形した後、下端３と被
接合材６に挟まれて接合される。被接続材６とワイヤ４
の接合端角度はα１となり、山形溝により形成される角
度α２より大きくなる。接合端の応力集中は端部角度が
小さいほど大きくなる。例えばα＝０の場合にはき裂と
なり、応力集中が最大となる。上記ボンディングツール
を使用することで接合端角度を鈍角として応力集中を低
減させるのみならず、より接合端角度を大きくすること
で接合端部の応力を低減することができる。
【００１４】図３は請求項２と３の発明を示した断面図
である。加圧力を負荷する溝にワイヤ８の曲率と同じ凹
部を左右対称に設けてある。接合開始時に加圧面とワイ
ヤの接触面が大きいため、ワイヤへの加圧を有効に行う
ことができる。また、ボンディングツールの底部の幅ｗ
をワイヤ半径ｒの３倍から４倍とすることで、ワイヤの
変形後の幅がワイヤ強度を著しく低下しない寸法に制御
できる。また、溝にワイヤを配置したときに、ワイヤの
中心からツールの底までの距離ｈ１がワイヤ半径のπ／
６倍からπ／４倍の値とすることで、超音波接合中に変
形するワイヤが溝と被接続材との空間に充填され、接合
端角度が鈍角となる図２の形状に変形させることができ
る。
【００１５】図４は請求項４の発明を示した断面図であ
る。溝の壁面に突起８を左右対称に且つワイヤ長手方向
に連続で設けることによって、図５に示すように接合端
角度９が大きくワイヤ厚さ１０が薄い形状とすることが
できる。接合端角度が大きいことで応力集中が低減さ
れ、またワイヤ厚さが薄いことで温度変化により接合部
に生じる熱応力が低減する。
【００１６】図６は請求項５の発明を示した断面図であ
る。溝壁面の突起を曲面１１で構成することで突起角部
の応力集中が低減する。
【００１７】図７は請求項６の発明を示す正面図と長手
方向の断面図である。断面図は正面図のＡ−Ａ断面を示
す。ツールの端部からツール全長の１／１０〜１／５離
れた位置Ｌ２にツール全長Ｌ１の１／２０〜１／１０の
幅Ｌ３の突起１２を設けている。また、突起部間の溝深
さｈ５が突起部外の溝深さｈ４より浅くなっている。図
７のボンディングツールを用いることで図８に示すワイ
ヤ断面形状となる。ワイヤ引出しのために接合端角度β
１，β２を鈍角にすることができない。このため接合端
部よりはく離が生じ易い。この端部での応力集中を低減
させるために図８に示す形状が有効である。被接合材よ
りヤング率が低いワイヤに突起１２で幅方向の溝１４を
設け、これにより接合部の応力を低減させることができ
る。また、はく離が生じた場合においても接合部の発生
応力が小さい溝近傍で、はく離が進展する速度が低下す
る。丸い突起１３として角部の応力集中を避けてもよ
い。また、突起部間の溝深さｈ５を突起部外の溝深さｈ
４より浅くしてワイヤの変形量を少なくすることで、引
出したワイヤの破断を防ぐことができる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、ワイヤの接合端部の応
力集中を低減させ接合部のはく離を抑制することがで
き、接合部の熱疲労寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボンディングツールの一実施例を示す
断面図。
【図２】図１のボンディングツールで接合されたワイヤ
の断面模式図。
【図３】本発明のボンディングツールの他の実施例を示
す断面図。
【図４】本発明のボンディングツールの他の実施例を示
す断面図。
【図５】図４のボンディングツールで接合されたワイヤ
の断面模式図。
【図６】本発明のボンディングツールの他の実施例を示
す断面図。
【図７】（ａ）は本発明のボンディングツールの他の実
施例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図８】図７のボンディングツールで接合されたワイヤ
のワイヤ引出し方向断面模式図。
【図９】従来のボンディングツールを示す断面図。
【図１０】図９の従来のボンディングツールで接合され
たワイヤの断面模式図。
【図１１】従来のボンディングツールを示すワイヤ引出
し方向断面図。
【図１２】図１１の従来のボンディングツールで接合さ
れたワイヤのワイヤ引出し方向断面模式図。
【符号の説明】 １…ボンディングツール、２…ボンディングツールの
溝、３…ボンディングツール底部、４…ワイヤ、５…ワ
イヤ外形、６…被接合材、７…凹部、８，１２…突起、
９…接合端部、１０…ワイヤ厚さ、１１…丸状突起、１
３…丸先端突起１４…ワイヤ溝、１５…従来のボンディ
ングツール、θ１…ツール溝開口角度、θ２…ツール下
端開口角度、ｒ…ワイヤ半径、ｗ…ボンディングツール
幅。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ウエッジボンディング用溝付きツールの溝
    を山形状とし、ツール下端開口角度が溝開口角度よりも
    大きいことを特徴とするボンディングツール。
  2. 【請求項２】溝壁面にワイヤの曲率と同じ凹部を左右対
    称に設けることを特徴とする請求項１記載のボンディン
    グツール。
  3. 【請求項３】ボンディングツールの底部の幅がワイヤ半
    径の３倍から４倍であり、溝にワイヤを配置したとき
    に、ワイヤの中心からツールの底までの距離がワイヤ半
    径のπ／６倍からπ／４倍の値であることを特徴とする
    請求項１または２記載のボンディングツール。
  4. 【請求項４】溝壁面に突起を左右対称に且つワイヤ長手
    方向に連続に設けることを特徴とした請求項１または２
    記載のボンディングツール。
  5. 【請求項５】溝壁面の突起を曲面で構成することを特徴
    とした請求項４記載のボンディングツール。
  6. 【請求項６】ウエッジボンディング用溝付きツールの端
    部からツール全長の１／１０〜１／５離れた位置にツー
    ル全長の１／２０〜１／１０の幅の突起を設け、突起部
    間の溝深さが突起部外の溝深さより浅いことを特徴とし
    た請求項１〜６のいずれか１項記載のボンディングツー
    ル。
JP11103785A 1999-04-12 1999-04-12 ボンディングツール Pending JP2000299347A (ja)

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JP11103785A JP2000299347A (ja) 1999-04-12 1999-04-12 ボンディングツール

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