JP2001308132A - 電極の接合方法 - Google Patents

電極の接合方法

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JP2001308132A
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gold wire
electrode
aluminum electrode
aluminum
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Kazunari Kuzuhara
一功 葛原
Michihiko Ueda
充彦 植田
Noriyuki Yasuike
則之 安池
Nobuyuki Takakura
信之 高倉
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 合金層にＢｒが侵入することを防止し、確実
に金ワイヤとアルミパッドを接合できる電極の接合方法
を提供する。 【解決手段】 金ワイヤ１とアルミ電極２とをキャピラ
リ４によって接合し、臭素を含有する封止材９によって
封止される電極の接合方法において、キャピラリ４の先
端を先細り形状に形成し、アルミ電極２の表面を酸化さ
せた後、アルミ電極２を熱すると共に、超音波源６を取
り付けたキャピラリ４によって、金ワイヤ１とアルミ電
極２とを接合させて、接合面周縁部以外に合金層５を生
成させる。また、先端が複数の環形状に形成されたキャ
ピラリ４ａを用いて接合しても良い。さらに、金ワイヤ
１のボンド接合面積よりも小さい面積のアルミ酸化膜２
ａを除去して開口２ａａを形成し、キャピラリ４ｂによ
って、金ワイヤ１と、開口２ａａより露出しているアル
ミ電極２とを接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金ワイヤとアルミ
電極とを接合し、臭素を含有する封止材料によって封止
される電極の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＩＣ等の半導体デバイスの電極
と、ワイヤとを接合する手法として、ワイヤボンディン
グ法が知られている。ワイヤボンディング法とは、表面
にアルミ電極２が蒸着されたシリコン等の半導体素子３
を、ステージ８ａ上に載置した後、金ワイヤ１の先端を
アーク放電により融解させてボール状に形成し、ボール
状に形成された金ワイヤ１を、図４（ａ）に示すよう
に、円筒状の押圧治具であるキャピラリ４ｂにより、ア
ルミ電極２の上に熱圧着させて接合させる方法である。
【０００３】熱圧着させて接合すると、金ワイヤ１とア
ルミ電極２との間には、金とアルミの合金層５が形成さ
れ、図４（ｂ）に示すように、接合部（合金層５）は外
部からの保護のために、封止材９によって封止されるの
が一般的である。ここに、封止材９は、熱硬化性エポキ
シ樹脂のベースに対し、硬化剤、硬化促進剤、充填剤、
難燃効果を高めるために必須である臭化エポキシ樹脂等
が含有される混合物である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、封止が完了
した半導体パッケージを、高温雰囲気中に放置すると、
時間の経過と共に、合金層５に侵入した、臭化エポキシ
樹脂の中に含まれる臭素（Ｂｒ）が起因して、図４
（ｃ）に示すように、金ワイヤ１と合金層５との間に腐
食層１０が形成され、その強度の弱い腐食層１０によっ
て接合強度が低下して最終的には破断し、金ワイヤ１と
アルミ電極２の接合不良が発生するという問題点があっ
た。
【０００５】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、合金層にＢｒが
侵入することを防止し、確実に金ワイヤとアルミパッド
を接合できる電極の接合方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にあ
っては、金ワイヤとアルミ電極とをキャピラリによって
接合し、臭素を含有する封止材によって封止される電極
の接合方法において、前記キャピラリの先端を先細り形
状に形成し、前記アルミ電極の表面を酸化させた後、前
記アルミ電極を熱すると共に、超音波源を取り付けた前
記キャピラリによって、前記金ワイヤと前記アルミ電極
とを接合させて、接合面周縁部以外に合金層を生成させ
ることを特徴とするものである。
【０００７】請求項２記載の発明にあっては、金ワイヤ
とアルミ電極とをキャピラリによって接合し、臭素を含
有する封止材によって封止される電極の接合方法におい
て、前記キャピラリの先端を複数の環形状に形成し、前
記アルミ電極の表面を酸化させた後、前記アルミ電極を
熱すると共に、超音波源を取り付けた前記キャピラリに
よって、前記金ワイヤと前記アルミ電極とを接合させ
て、接合面周縁部以外に合金層を生成させることを特徴
とするものである。
【０００８】請求項３記載の発明にあっては、金ワイヤ
とアルミ電極とをキャピラリによって接合し、臭素を含
有する封止材によって封止される電極の接合方法であっ
て、前記アルミ電極の表面を酸化させてアルミ酸化膜を
形成させた後、前記金ワイヤのボンド接合面積よりも小
さい面積の前記アルミ酸化膜を除去して開口を形成し、
前記キャピラリによって、前記金ワイヤと、前記開口よ
り露出している前記アルミ電極とを接合することを特徴
とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］本実施形態
の接合方法について、図１に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態の接合方法を示す図であり、（ａ）
はキャピラリ４により金ワイヤ１がアルミ電極２に熱圧
着され、合金層５が形成された状態を示す図、（ｂ）は
接合後に封止材９によって封止された状態を示す図であ
る。
【００１０】図１（ａ）に示すように、本実施形態で用
いるキャピラリ４の一端は、略環状の先細り形状となっ
ている一方、他端は、超音波ホーン６（超音波源）の先
端部に穿設された挿入孔６ａに挿入され、ネジ７によっ
て超音波ホーン６に固定されている。また、本実施形態
で用いるステージ８ａは、その内部にヒーターが埋め込
まれており、半導体素子３を介してアルミ電極２の温度
を、任意の温度になるように調整することができるよう
になっている。
【００１１】以下、本実施形態の半導体パッケージの接
続方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すよう
に、アルミ電極２を蒸着させた半導体素子３をステージ
８上に載置した後、そのまま空気中に放置することによ
り、アルミ電極２の表面を酸化させる。次に、超音波ホ
ーン６に、６０〜１００ｋＨｚの周波数の超音波振動を
発生させ、キャピラリ４を振動させると共に、ステージ
８ａに埋め込まれたヒーターを動作させて、半導体素子
３を介して、２００度までアルミ電極２の温度を上昇さ
せる。
【００１２】そして、キャピラリ４の貫通孔に挿通させ
た金ワイヤ１の先端をアーク放電により融解させてボー
ル状に形成し、ボール状に形成された金ワイヤ１を、円
筒状の押圧治具であるキャピラリ４により、アルミ酸化
膜２ａの上に熱圧着する。例えば、直径２５μｍの金ワ
イヤ１で、ボール径を８０〜１００μｍにしたときに
は、キャピラリ４によって５０ｇ〜１００ｇの荷重を印
加する。熱圧着すると、金ワイヤ１とアルミ電極２との
間には、金とアルミの合金層５が形成される一方、合金
層５の形成されていない部分は加熱加圧により極表面で
圧着される。次に、図１（ｂ）に示すように、接合部
（合金層５）は外部からの保護のために、トランスファ
ーモールド成形等を用いて、樹脂等の封止材９によって
封止をする。
【００１３】このように、キャピラリ４の形状が、略環
状の先細りの形状になっているため、加圧力を高めて、
超音波が略環状の先端部が当接している部分の周囲に伝
播しにくいようにすることにより、キャピラリ４により
伝えられる超音波、加圧のエネルギーＥが略環状に集中
される。このようなボンディングを行うと、金ワイヤ１
と、アルミ電極２との間に略環状の合金層５が形成さ
れ、図４（ａ）に示す従来のボンディングのように、金
ワイヤ１とアルミ電極２との間より、合金層５が露出す
ることがない。従って、封止材９によって封止しても、
合金層５にＢｒが侵入することがないため、腐食層１０
が生成されず、確実に金ワイヤ１とアルミ電極２とを接
合することができる。
【００１４】[第２の実施の形態］次に、先端形状を複
数の環状に形成したキャピラリ４ａを用いることを特徴
とする半導体パッケージの接合方法について、図２に基
づいて詳細に説明する。図２は、本実施形態の接合方法
を示す図であり、（ａ）はキャピラリ４ａにより金ワイ
ヤ１がアルミ電極２に熱圧着され、合金層５が形成され
た状態を示す図、（ｂ）は接合後に封止材９によって封
止された状態を示す図である。尚、第１の実施形態と同
様の部分については、説明を省略することする。
【００１５】本実施形態は、キャピラリ４ａの先端形状
を二重環状に形成し、加圧力を高めて超音波が周囲に伝
播しにくいようにボンディングを行う。このようなボン
ディングを行うと、第１の実施形態と同様にして、エネ
ルギーＥが略二重環状に集中され、金ワイヤ１とアルミ
電極２間に二重環状の合金層５が形成させると共に、合
金層５の形成されていない部分は加熱加圧により極表面
で圧着される。このように、二重の環状の合金層５が形
成されるので、第１の実施形態よりも接合強度が向上す
ると共に、図４（ａ）に示す従来のボンディングのよう
に、金ワイヤ１とアルミ電極２との間より、合金層５が
露出することなく、合金層５にＢｒが侵入することがな
いため、確実に金ワイヤ１とアルミ電極２とを接合する
ことができる。
【００１６】尚、以上の第１及び第２の実施形態で、超
音波ホーン６を振動させる周波数を６０〜１００ｋＨ
ｚ、ステージ８ａに埋め込まれたヒーターによって加熱
する温度を２００度、加圧力を５０ｇ〜１００ｇとする
として説明したが、これらの数値に限定されるものでは
ない。また、半導体素子３を用いるとして説明したが、
樹脂基板等の場合にも適用することができるものであ
り、その場合には、基板の耐熱温度が低いので、ステー
ジ８ａに埋め込まれたヒーターによって加熱する温度
を、１５０℃程度に設定する。
【００１７】［第３の実施の形態］次に、プラズマクリ
ーニングにより、接合箇所の中央部分のアルミ酸化膜２
ａを除去してから、ワイヤボンディングを行うことを特
徴とする半導体パッケージの接合方法について、図３に
基づいて詳細に説明する。図３は、本実施形態の接合方
法を示す図であり、（ａ）はプラズマクリーニングによ
り、酸化膜２ａを除去している状態を示す図、（ｂ）は
キャピラリ４ｂにより金ワイヤ１がアルミ電極２に熱圧
着され、合金層５が形成された状態を示す図、（ｃ）は
接合後に封止材９によって封止された状態を示す図であ
る。尚、従来の技術と同様の部分については説明を簡略
化することし、本実施形態の特徴となる部分について詳
細に説明することとする。
【００１８】以下、本実施形態の半導体パッケージの接
続方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すよう
に、アルミ電極２を蒸着させた半導体素子３をステージ
８ａ上に載置した後、そのまま空気中に放置することに
より、アルミ電極２の表面を酸化させる。次に、接合箇
所の中央部分のアルミ酸化膜２ａを、プラズマクリーニ
ングによって除去する。酸化膜２ａを除去されてなる開
口２ａａの大きさは、その後に形成する金ワイヤ１のボ
ンド接合面積よりも充分小さいものとする。
【００１９】そして、金ワイヤ１の先端をアーク放電に
より融解させてボール状に形成し、ボール状に形成され
た金ワイヤ１を、図３（ｂ）に示すように、キャピラリ
４ｂにより、開口２ａａより露出しているアルミ電極２
上に熱圧着させる。このとき、金ワイヤ１のボンド接合
面が、開口２ａａの周縁部近傍のアルミ酸化膜２ａを被
覆するように熱圧着させるようにする。すると、金ワイ
ヤ１とアルミ電極２との間には、金とアルミの合金層５
が形成される一方、合金層５の形成されていない、金ワ
イヤ１とアルミ酸化膜２ａとの間は、加圧により極表面
で圧着される。次に、図３（ｃ）に示すように、接合部
（合金層５）は外部からの保護のために、トランスファ
ーモールド成形等を用いて、樹脂等の封止材９によって
封止をする。
【００２０】このように、アルミ電極２を空気中に放置
してアルミ酸化膜２ａを生成させ、接合箇所の中央部分
をプラズマクリーニングにより除去し、開口２ａａより
露出しているアルミ電極２ａ及びその周辺部分にワイヤ
ボンディングしているので、金ワイヤ１と、開口２ａａ
より露出されたアルミ電極２との間にのみ合金層５が形
成される。従って、図４（ａ）に示す従来のボンディン
グのように、金ワイヤ１とアルミ電極２との間より、合
金層５が露出することがないので、封止材９によって封
止しても、合金層５にＢｒが侵入することがなく、腐食
層１０が生成されないため、確実に金ワイヤ１とアルミ
電極２とを接合することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように請求項１乃至請求項３何れ
か記載の発明にあっては、合金層５が露出することがな
いように接合し、合金層にＢｒが侵入するのを防止する
ことによって、金ワイヤと合金層との間に腐食層が形成
されるのを防止し、確実に金ワイヤとアルミ電極の接合
をすることができるという効果を奏する。
【００２２】請求項２記載の発明にあっては、接合部が
複数形成されることで、金ワイヤとアルミ電極との接合
強度を強くすることができ、接合性が向上するという効
果を奏する。
【００２３】請求項３記載の発明にあっては、金ワイヤ
とアルミ電極との接合部が中央部に広く形成されること
で、金ワイヤとアルミ電極との接合強度を強くすること
ができ、接合性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の接合方法を示す図であり、
（ａ）はキャピラリ４により金ワイヤ１がアルミ電極２
に熱圧着され、合金層５が形成された状態を示す図、
（ｂ）は接合後に封止材９によって封止された状態を示
す図である。
【図２】第２の実施形態の接合方法を示す図であり、
（ａ）はキャピラリ４ａにより金ワイヤ１がアルミ電極
２に熱圧着され、合金層５が形成された状態を示す図、
（ｂ）は接合後に封止材９によって封止された状態を示
す図である。
【図３】第３の実施形態の接合方法を示す図であり、
（ａ）はプラズマクリーニングにより、酸化膜２ａを除
去している状態を示す図、（ｂ）はキャピラリ４ｂによ
り金ワイヤ１がアルミ電極２に熱圧着され、合金層５が
形成された状態を示す図、（ｃ）は接合後に封止材９に
よって封止された状態を示す図である。
【図４】従来の接合方法を示す図であり、（ａ）はキャ
ピラリ４ｂにより金ワイヤ１がアルミ電極２に熱圧着さ
れ、合金層５が形成された状態を示す図、（ｂ）は接合
後に封止材９によって封止された状態を示す図、（ｃ）
は金ワイヤ１と合金層５との間に腐食層１０が形成され
た状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 金ワイヤ ２ アルミ電極 ２ａ アルミ酸化膜 ２ａａ 開口 ４ キャピラリ ４ａ キャピラリ ５ 合金層 ６ 超音波ホーン（超音波源） ９ 封止材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安池 則之 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高倉 信之 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F044 AA14 CC01 JJ03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金ワイヤとアルミ電極とをキャピラリに
    よって接合し、臭素を含有する封止材によって封止され
    る電極の接合方法において、前記キャピラリの先端を先
    細り形状に形成し、前記アルミ電極の表面を酸化させた
    後、前記アルミ電極を熱すると共に、超音波源を取り付
    けた前記キャピラリによって、前記金ワイヤと前記アル
    ミ電極とを接合させて、接合面周縁部以外に合金層を生
    成させることを特徴とする電極の接合方法。
  2. 【請求項２】 金ワイヤとアルミ電極とをキャピラリに
    よって接合し、臭素を含有する封止材によって封止され
    る電極の接合方法において、前記キャピラリの先端を複
    数の環形状に形成し、前記アルミ電極の表面を酸化させ
    た後、前記アルミ電極を熱すると共に、超音波源を取り
    付けた前記キャピラリによって、前記金ワイヤと前記ア
    ルミ電極とを接合させて、接合面周縁部以外に合金層を
    生成させることを特徴とする電極の接合方法。
  3. 【請求項３】 金ワイヤとアルミ電極とをキャピラリに
    よって接合し、臭素を含有する封止材によって封止され
    る電極の接合方法であって、前記アルミ電極の表面を酸
    化させてアルミ酸化膜を形成させた後、前記金ワイヤの
    ボンド接合面積よりも小さい面積の前記アルミ酸化膜を
    除去して開口を形成し、前記キャピラリによって、前記
    金ワイヤと、前記開口より露出している前記アルミ電極
    とを接合することを特徴とする電極の接合方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100968008B1 (ko) 2002-03-07 2010-07-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 반도체장치 및 그 제조방법

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