JP2005310820A - フレキシブル両面プリント回路基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、半導体ベアチップを搭載するフレキシブル両面プリント回路基板において、2ndワイヤボンドを確実に且つ再現性良く行うことが可能なフレキシブル両面プリント回路基板を実現する。
【解決手段】絶縁体1の両面及び側面に金属導体からなる回路パターン2bが形成されたフレキシブル両面プリント回路基板3において、2ndワイヤボンドが施される位置に対してフレキシブル両面プリント回路基板3の絶縁体1を挟んで対向する位置を含む近傍に回路パターン2bを形成した。その結果、2ndワイヤボンド時にキャプラリ7によって加えられる荷重および超音波振動が効率良くボンディングワイヤ8に伝わり、回路パターン2bとボンディングワイヤ8の接合が確実に、再現性よく行われる。
【選択図】 図2
【解決手段】絶縁体1の両面及び側面に金属導体からなる回路パターン2bが形成されたフレキシブル両面プリント回路基板3において、2ndワイヤボンドが施される位置に対してフレキシブル両面プリント回路基板3の絶縁体1を挟んで対向する位置を含む近傍に回路パターン2bを形成した。その結果、2ndワイヤボンド時にキャプラリ7によって加えられる荷重および超音波振動が効率良くボンディングワイヤ8に伝わり、回路パターン2bとボンディングワイヤ8の接合が確実に、再現性よく行われる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、フレキシブル両面プリント回路基板に関するものであり、詳しくは半導体ベアチップを搭載してワイヤボンドを施すフレキシブル両面プリント回路基板に関する。
近年の電子機器の小型・薄型・軽量化および構造の複雑化に伴い、半導体ベアチップおよび電子部品を実装して電子機器に組込むプリント回路基板は、制約された空間の中に折り曲げ自在に収納されるように形状の自由度が確保できる柔軟性のある構成にすることが要求されている。
また、プリント回路基板に半導体素子の一種であるLEDベアチップを実装して透光性樹脂で封止した所謂表面実装型LEDと呼ばれる半導体発光装置においても、プリント回路基板を薄型化することによって小型・薄型化された製品が実用化されるに至っている。
例えば、絶縁体であるポリイミドフィルムの両面に金属導体による回路パターンが形成されたプリント回路基板に凹形状のキャビティを設けてパッケージを形成し、パッケージのキャビティ底部の回路パターン上に導電性接着剤を介してLEDベアチップを接着固定(ダイボンド)することによってLEDベアチップの下部電極と回路パターンの電気的導通を図り、一端がLEDベアチップの上部電極に接合(1stワイヤボンド)されたボンディングワイヤの他端をLEDベアチップが固定された回路パターンとは分離した回路パターンに接合(2ndワイヤボンド)することによってLEDベアチップの上部電極と回路パターンの電気的導通を図り、前記LEDベアチップ及びボンディングワイヤを透光性樹脂(エポキシ樹脂)で封止した表面実装型LEDがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開平8−264841号公報
しかしながら、LEDベアチップが実装された薄型で柔軟性のあるプリント回路基板に2ndワイヤボンドを施す場合には以下のような問題が生じる。図4は絶縁体51の両面および側面に金属導体による回路パターン52が形成されてLEDベアチップ(図示していない)が搭載された薄型(回路パターンを含めて約0.06mm程度の厚み)のフレキシブル両面プリント回路基板53が金属製のヒータブロック54上にセットされ、一端がLEDベアチップの上部電極に1stワイヤボンドで接合されたボンディングワイヤ55の他端をLEDベアチップがダイボンドされた回路パターンとは分離した回路パターン52にワイヤボンダに取付けられたキャピラリ56の荷重および超音波振動による2ndワイヤボンドで接合する機構を示したものである。
この場合、ヒータブロック54にセットされたフレキシブル両面プリント回路基板53の回路パターン52の2ndワイヤボンドが施される部分に対して絶縁体51を挟んで反対側(ヒータブロック54側)の対向する位置に回路パターンが形成されていないと、その部分が絶縁体51と回路パターン52との段差によってヒータブロック54から浮いた状態となる。この状態で2ndワイヤボンドを施すと、キャピラリ56の荷重によってフレキシブル両面プリント回路基板の2ndワイヤボンドが施される部分がヒータブロック54との間に生じた隙間57によって浮いた状態で、且つ撓んだ状態で2ndワイヤボンドが施されることになる。
その結果、(1)フレキシブル両面プリント回路基板53の2ndワイヤボンド部がヒータブロック54から浮いた状態でキャピラリ56の超音波振動がボンディングワイヤ55に加えられるため、超音波振動がフレキシブル両面プリント回路基板53のワイヤボンド部から周辺に伝播されてボンディングワイヤ55に集中されず、ボンディングワイヤ55の潰れが少なくなってボンディングワイヤ55と回路パターン55の間の接合強度(引張り強度)を十分に確保できないことになる。
また、(2)フレキシブル両面プリント回路基板53の回路パターン52の2ndワイヤボンド部がキャピラリ56の荷重によって撓んで傾斜し、キャピラリ56の先端面58と回路パター52ンとの間の平行度が保たれない状態で2ndワイヤボンドが施されるために、キャピラリ56の先端面58に接触するボンディングワイヤ55に加わるキャピラリ56の荷重および超音波振動が均一ではなく、ボンディングワイヤ55の先端部の方により強い荷重および超音波振動が加わることになる。よってボンディングワイヤ55と回路パターン52との接合面積が小さく、接合強度が不均一となり、(1)同様に十分な接合強度(引張り強度)が確保できないことになる。
更に、(2)同様にフレキシブル両面プリント回路基板53の回路パターン52の2ndワイヤボンド部がキャピラリ56の荷重によって撓んで傾斜し、キャピラリ56の先端面58と回路パターン52との間の平行度が保たれない状態で2ndワイヤボンドが施されるために、キャピラリ56の先端面58の外周部の一部と回路パターン52が直接接触した状態で加圧および超音波振動が加わり、回路パターン52に施されたメッキが破壊されて下地が露出し、腐食などにより製品の長期の使用に亘る信頼性の維持が阻害される要因となると共に、キャピラリ56の先端部が磨耗するために余分な交換費用(交換の手間および部品代)が発生する。
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、2ndワイヤボンドにおいてボンディングワイヤと回路パターンが十分な強度をもって接合されるフレキシブル両面プリント回路基板を提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、絶縁体の両面に金属導体による回路パターンが形成されたフレキシブル両面プリント回路基板に少なくとも1つ以上の半導体ベアチップを搭載し、一端を前記半導体ベアチップに設けられた電極に1stワイヤボンドで接合したボンディングワイヤの他端を前記回路パターンに2ndワイヤボンドで接合するフレキシブル両面プリント回路基板であって、前記2ndワイヤボンドが施される位置に対して前記絶縁体を挟んで対向する位置を含んだ近傍に回路パターンが形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記絶縁体はガラスエポキシ及びポリイミドのうちの1つからなることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1または2の何れか1項において、前記絶縁体は厚みが0.1mm以下であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項1から3の何れか1項において、前記半導体ベアチップは発光ダイオード及び受光素子のうちのいずれか一方または両方のベアチップであることを特徴とするものである。
絶縁体の両面に金属導体による回路パターンが形成されたフレキシブル両面プリント回路基板の回路パターンに2ndワイヤボンドを十分な接合強度で確実に行う目的を、フレキシブル両面プリント回路基板の2ndワイヤボンドが施される位置に対して絶縁体を挟んで対向する位置を含む近傍に回路パターンを形成することによって実現した。
以下、この発明の好適な実施例を図1から図3を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施例に限られるものではない。
まず、図1によって本発明のフレキシブル両面プリント回路基板を使用したワイヤボンドのプロセスを説明する。(a)に示すように、絶縁体1の両面に金属導体による回路パターン2a、2bが形成されたフレキシブル両面プリント回路基板3の回路パターン2a上に導電性接着剤4を介して半導体ベアチップ5が接着固定(ダイボンディング)されて半導体ベアチップ5の下部電極と回路パターン2aとの電気的導通が図られる。そして前記半導体ベアチップ5が接着固定されたフレキシブル両面プリント回路基板3がヒータブロック6上に配置される。なお、ヒータブロック6上に配置されたフレキシブル両面プリント回路基板3はヒータブロック6上を移動しないようにフレキシブル両面プリント回路基板3の上方からスプリング、プレートあるいはブロック等の押え治具の押圧力によって荷重固定されているが図面では省略している。
また、この状態でワイヤボンダ(図示していない)のキャピラリ7は半導体ベアチップ5の真上に位置し、ボンディングワイヤ8はキャピラリ7の中心を貫く貫通孔9内を導通されてキャピラリ7の先端部に略球形状のボール10を形成している。
次に、(b)に示すようにキャピラリ7が降下して半導体ベアチップ5の上部電極とボンディングワイヤ8の先端部に形成されボール10とが接触し、キャピラリ7による荷重および超音波振動がボンディングワイヤ8のボール10に加えられて半導体ベアチップ5の上部電極とボンディングワイヤ8のボール10とが接合される(1stワイヤボンド)。
次に、(c)に示すようにキャピラリ7が引き上げられて半導体ベアチップ5が接着固定された回路パターン2aとは分離された回路パターン2bの上方に移動される。このとき、ボンディングワイヤ8は先端部に形成されたボール10と半導体ベアチップ5の上部電極とが接合されているためにキャピラリ7の先端部から引出されながらキャピラリ7の移動に沿って引伸ばされる。
次に、(d)に示すようにキャピラリ7が降下して半導体ベアチップ5が接着固定された回路パターン2aとは分離された回路パターン2bとキャピラリ7の貫通孔9の先端部から導出されたボンディングワイヤ8とが接触し、キャピラリ7による荷重および超音波振動がボンディングワイヤ8に加えられて回路パターン2bとボンディングワイヤ8とが接合される(2ndワイヤボンド)。
なお、上記2ndワイヤボンドの詳細を図2に示す。本発明のフレキシブル両面プリント回路基板3は2ndワイボンドが施される位置の絶縁体1を挟んだ両面に金属導体による回路パターン2bが形成されており、このフレキシブル両面プリント回路基板3をヒータブロック6に配置すると回路パターン2bとヒータブロック6とが平行に保たれる。この状態でキャピラリ7を下降させてキャピラリ7の貫通孔9の先端部から導出されたボンディングワイヤ8と回路パターン2bを接触させて荷重を加えるとキャピラリ7の先端面11と回路パターンの表面12が略平行に保持され、更にキャピラリ7に超音波振動を与えるとボンディングワイヤ8のキャピラリ7の先端面11と回路パターン2bの表面12とに挟まれた部分には略均一な荷重および超音波振動が加えられて略均一に押し潰され、ボンディングワイヤ8と回路パターン2bの接合面積が大きく、接合強度が略均一な2ndワイヤボンドが施される。
最後に、図1(e)に示すように2ndワイヤボンドが完了するとキャピラリ7が上方に引き上げられ、キャピラリ7の上昇と同時にボンディングワイヤ8も上方に引っ張られて回路パターン2bとの接合部で切断されてボンディングワイヤ8の先端部も上方に引き上げられ、上昇途中でトーチ電極(図示していない)とボンディングワイヤ8の先端部との間に高電圧が印加されて放電が生じ、ボンディングワイヤ8の先端部を溶融させてボール10を形成して一連のワイヤボンドのプロセスを完了する。
図3は図1(e)の上面図であり、ワイヤボンドの全てのプロセスが完了した状態を示したものである。つまり、フレキシブル両面プリント回路基板3の回路パターン2aに複数の半導体ベアチップ5が導電性接着剤4を介して接着固定され、半導体ベアチップ5の上部電極と回路パターン2bが上記ワイヤボンドのプロセスを繰返すことによってボンディングワイヤ8を介して接続されている様子を示している。
なお、フレキシブル両面プリント回路基板を構成する絶縁体はガラスエポキシあるいはポリイミドからなっている。また、本発明のフレキシブル両面プリント回路基板は薄いほど2ndワイヤボンドの接合強度の向上効果を発揮するものであり、絶縁体の厚みが0.1mm以下の場合に特に有効である。また、絶縁体の両面に形成される回路パターンは十分な接合強度を確保するためにメッキが施されており、その構成は、絶縁体の表面に接着されたCu箔の上にCuメッキを施し、その上にNiメッキ、更にその上にAuメッキが施されており、メッキを含めた回路パターン全体の厚みは約30μm程度である。更に、本発明のフレキシブル両面プリント回路基板に搭載される半導体ベアチップはLED等の発光素子、ホトダイオード等の受光素子を対象とすることができる。
ここで、本発明に係わる効果について説明する。まず、本発明のフレキシブル両面プリント回路基板は2ndワイボンドが施される位置およびその近傍の絶縁体を挟んだ両面に金属導体による回路パターンが形成されている。よってこのフレキシブル両面プリント回路基板をヒータブロック上に配置して2ndワイヤボンドを行う場合、フレキシブル両面プリント回路基板にキヤピラリによって荷重が加わってもフレキシブル両面プリント回路基板のその部分が撓んだり傾いたりすることがなく、キャピラリの先端面と回路パターンとは略平行が保たれる。この状態でキャピラリに超音波振動を生じさせると略平行が保たれたキャピラリの先端面と回路パターンとに挟まれたボンディングワイヤには略均一な荷重下で効率良く、且つ略均一に超音波振動が伝えられてボンディングワイヤが略均一に押し潰される。その結果、ボンディングワイヤと回路パターンの接合部の面積を大きく、且つ接合力を略均一にできるために、強力な接合力を再現性良く得ることができる。
また、ワイヤボンドの接合強度の向上は製品の製造歩留まりを向上させると同時に、長期の使用に亘って信頼性を維持することを可能にするものである。
さらに、2ndワイヤボンド時にキャピラリの先端面と回路パターンとが略平行に保たれるので、キャピラリの先端部が回路パターンと直接接触することがなく、キャピラリの先端部の磨耗が少ないために余分な交換費用(交換の手間および部品代)の発生を回避することができる。
1 絶縁体
2a、2b 回路パターン
3 フレキシブル両面プリント回路基板
4 導電性接着剤
5 半導体ベアチップ
6 ヒートブロック
7 キャピラリ
8 ボンディングワイヤ
9 貫通孔
10 ボール
11 先端面
12 表面
2a、2b 回路パターン
3 フレキシブル両面プリント回路基板
4 導電性接着剤
5 半導体ベアチップ
6 ヒートブロック
7 キャピラリ
8 ボンディングワイヤ
9 貫通孔
10 ボール
11 先端面
12 表面
Claims (4)
- 絶縁体の両面に金属導体による回路パターンが形成されたフレキシブル両面プリント回路基板に少なくとも1つ以上の半導体ベアチップを搭載し、一端を前記半導体ベアチップに設けられた電極に1stワイヤボンドで接合したボンディングワイヤの他端を前記回路パターンに2ndワイヤボンドで接合するフレキシブル両面プリント回路基板であって、前記2ndワイヤボンドが施される位置に対して前記絶縁体を挟んで対向する位置を含んだ近傍に回路パターンが形成されていることを特徴とするフレキシブル両面プリント回路基板。
- 前記絶縁体はガラスエポキシ及びポリイミドのうちの1つからなることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル両面プリント回路基板。
- 前記絶縁体は厚みが0.1mm以下であることを特徴とする請求項1または2の何れか1項に記載のフレキシブル両面プリント回路基板。
- 前記半導体ベアチップは発光ダイオード及び受光素子のうちのいずれか一方または両方のベアチップであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のフレキシブル両面プリント回路基板。
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2004
- 2004-04-16 JP JP2004121681A patent/JP2005310820A/ja active Pending
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