JP2012204558A - ワイヤーボンディング構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 発光装置等における素子と配線パターンとを接続するワイヤーの断線が起き難いワイヤーボンディング構造を提供することにある。
【解決手段】 このワイヤーボンディング構造のワイヤー１７，１８は、発光素子１５から発光素子近傍の基板１１の表面に接近した位置まで垂れ下がる降下部１７ａ，１８ａと、この降下部の先端から基板１１の表面近くで且つ基板１１の表面に沿って延伸する延伸部１７ｂ，１８ｂを有している。このため、封止樹脂１９の上部に位置する部分が減り、ワイヤー１７，１８は封止樹脂１９の変形による影響を受けにくくなる。また、延伸部１７ｂ，１８ｂは、封止樹脂１１の変形が最も少ない下部内に位置しているので、ワイヤー１７，１８が動くことを防いでいる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、携帯用電子機器の照明やバックライト等に使用する発光装置等における基板上に取り付けられた素子と配線パターンとを接続するワイヤーボンディング構造に関するものである。
従来、ＬＥＤ等の発光装置では、大きく山形状あるいは放物線状にワイヤーを張るワイヤーボンディングにより、基板上の発光素子と配線パターンとを接続していた。このように大きく山形状等にワイヤーを張るワイヤーボンディングは、ワイヤーのたるみ又はワイヤーの変形によるショートを防ぐことを目的として高くワイヤーを引き上げて張っており、同じ目的で、ワイヤーを下から支えてたるみを防ぐもの等も提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、ワイヤーの変形によるショートや断線は、その多くが素子とワイヤーを封止する封止樹脂の膨張と収縮に起因するものであることが確認されている。図１５に示すように、基板１の表面上に取り付けられた発光素子２は、大きな山形状あるいは放物線状をなすワイヤー３により基板上の配線パターンに接続されている。この発光素子２とワイヤー３は、エポキシ樹脂等の封止樹脂４によって封止されている。この封止樹脂４は、その下部が基板１に密着していて変形が制限されているため、周囲の温度変化に応じて下部より上部が大きく膨張、収縮して変形する。即ち、この封止樹脂４は、温度が上昇すると膨張して上面が凸状に膨れ上がると共に側面上方が外側に傾き（図１５中、二点鎖線４Ａ）、温度が下降すると収縮して上面が内側に下がると共に側面上方が内側に傾くことになる（図１５中、二点鎖線４Ｂ）。
このように封止樹脂４の上部が大きく膨張、収縮して変形すると、封止樹脂４の上部内に位置するワイヤー３に大きなストレスがかかることになる。特に、このワイヤー３は、前述したように、大きく山形状あるいは放物線状をなすように形成されていたため、変形量が大きい封止樹脂４の上部にワイヤー３の大半が位置することになっていた。従って、封止樹脂４の上部が大きく変形すると、ワイヤー３は大きく動かされて、変形、断線が生じる可能性が高くなるという問題があった。
特開平５−１０２２２４号公報
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を解決し、発光装置等における素子と配線パターンとを接続するワイヤーの断線が起き難いワイヤーボンディング構造を提供することにある。
本発明のワイヤーボンディング構造は、基板上に取り付けられた素子のファースト電極と前記基板上に形成されたセカンド電極とをワイヤーにより接続し且つ封止樹脂で封止されるワイヤーボンディング構造であって、前記ワイヤーが、前記素子のファースト電極から前記素子近傍の前記基板の表面に接近する位置まで垂れ下がる降下部と、この降下部の先端から前記基板の表面に沿って延伸して前記セカンド電極に接続される延伸部とを有している。このワイヤーボンディング構造における前記素子は、前記基板のダイボンド電極上にダイボンディングされ、前記ダイボンド電極と前記セカンド電極との間に延伸部が配置されている。
また、このワイヤーボンディング構造における前記セカンド電極には、前記延伸部に適合する位置に切欠き又は孔からなる凹欠部が設けられている。また、このワイヤーボンディング構造における前記ダイボンド電極には、前記延伸部に適合する位置に切欠きからなる凹欠部が設けられている。
本発明のワイヤーボンディング構造では、ワイヤーに素子から基板の表面に接近した位置まで垂れ下がる降下部を設けることで、封止樹脂の上部に位置する部分を減らしている。その結果、ワイヤーは封止樹脂の変形による影響を受けにくくなり、ファーストボンディング付近の断線を防ぐことができる。また、ワイヤーは、基板の表面近傍で且つ基板の表面に沿って延伸する延伸部を有し、この延伸部が基板上のセカンド電極に接続されるので、封止樹脂の変形が最も少ない下部内にワイヤーを位置させてワイヤーが動くことを防ぎ、セカンドボンディング付近の断線を防ぐことができる。このように、本発明のワイヤーボンディング構造は、ワイヤーボンディングの信頼性を高めることができる。
また、セカンド電極とダイボンド電極に、ワイヤーの延伸部に適合する凹欠部を設けているので、ワイヤーの延伸部をより基板表面に近付けて且つ長く基板の表面に沿って配置し易くすることができる。
更に、この凹欠部を設けることで、封止樹脂と基板とが密着する部分の形状が入り組んで封止樹脂の変形による動きをより制限することができ、凹欠部周辺での断線が更に起きにくい状態にすることができる。
本発明の一実施例に係るワイヤーボンディング構造を示す発光装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示したワイヤーボンディング構造の一部変更例を示す発光装置の平面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 ワイヤーボンディングを施すキャピラリ先端を示す断面図である。 ファーストボンディング直前のキャピラリ先端を示す断面図である。 発光素子にファーストボンディングしたときの状態を示すキャピラリ先端の断面図である。 図７に示すキャピラリ先端の拡大断面図である。 発光素子からワイヤーを立ち上げたときの状態を示すキャピラリ先端の断面図である。 従来の形状にワイヤーを張ったときの状態を示すワイヤーの側面図である。 ワイヤーに降下部を形成した状態を示すワイヤーの側面図である。 図１１に示す降下部の先端から基板に沿って延伸する延伸部を形成した状態を示すワイヤーの側面図である。 基板上の配線パターンにセカンドボンディングしたときの状態を示すキャピラリ先端の断面図である。 基板側にファーストボンディングした後、素子側にセカンドボンディングする場合のワイヤー形状を示す側面図である。 発光素子とワイヤーを封止する封止樹脂の膨張、収縮による変形の状態を示す側面図である。
図１及び図２は本発明の一実施例に係るワイヤーボンディング構造を示す発光装置の平面図と断面図である。なお、本実施例においては、ＬＥＤ等の発光装置を例にとって説明する。１１はセラミックまたは有機材料等からなる基板である。この基板１１の表面にはワイヤーボンディング時にセカンド電極となる一対の配線パターン１２，１３がメッキ、印刷等によって形成されている。また、基板１１の表面中央にはダイボンド電極１４が形成されている。なお、本実施例におけるダイボンド電極１４は、配線パターン１３と一連に形成されている。
１５はワイヤーボンディングで配線パターン１２，１３に接続される素子としての発光素子である。本実施例における発光素子１５は、上面に、ワイヤーボンディング時にファースト電極となる電極１５ａ，１５ｂがあり、絶縁性を有するダイボンド用樹脂１６によってダイボンド電極１４上にダイボンディングされている。
１７，１８は発光素子１５と配線パターン１２，１３をそれぞれワイヤーボンディングすることにより接続する金線等からなるワイヤーである。このワイヤー１７，１８は、それぞれ発光素子１５の上面の電極１５ａ，１５ｂに接続された一端から立ち上がり、そこから発光素子１５近傍の基板１１の表面に接近する位置まで垂れ下がるように張った降下部１７ａ，１８ａを備えている。また、ワイヤー１７，１８は、発光素子１５近傍の基板１１の表面に接近した降下部１７ａ，１８ａの先端から基板１１の表面に沿ってそれぞれ配線パターン１２，１３が形成されている方向へ延伸して他端が配線パターン１２，１３にそれぞれ接続される延伸部１７ｂ，１８ｂを有しており、この延伸部１７ｂ，１８ｂに続く降下部１７ａ，１８ａの先端部分にはワイヤー１７，１８が弛みを持った状態の垂れ部１７ｃ，１８ｃが作られている。このワイヤー１７，１８の形成及び形状の詳細については、図５乃至図１３を用いて後述する。
１９はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなる封止樹脂である。この封止樹脂１９は、発光素子１５及びワイヤー１７，１８を封止して基板１１の表面に密着している。
上記構成からなるワイヤーボンディング構造を備えた発光装置では、ワイヤー１７，１８が発光素子１５の上面から急降下するように垂れ下がると共に基板１１に沿って延伸する形状に形成されている。これにより、ワイヤー１７，１８は、その殆どが封止樹脂１９の下部に位置することになり、膨張、収縮によって封止樹脂１９の上部が大きく変形しても、その影響を受けて大きく動き、断線することがない。
特に、ワイヤー１７，１８の延伸部１７ｂ，１８ｂは、基板１１の表面近傍をその表面に沿って延伸するため、封止樹脂１９が最も変形し難い部分に位置することになる。その結果、ワイヤー１７，１８は大きく動くことがなくなり、断線することがなくなる。
図３及び図４は図１に示すワイヤーボンディング構造の一部変更例を示す発光装置の平面図と断面図である。このワイヤーボンディング構造を備えた発光装置においては、セカンド電極としての配線パターン１２，１３に半円状の切欠き又は円孔からなる凹欠部１２ａ，１３ａを設けている。凹欠部１２ａ，１３ａは、ワイヤー１７，１８の延伸部１７ｂ，１８ｂに適合するように、延伸部１７ｂ，１８ｂに相対する位置に設けられている。
このように凹欠部１２ａ，１３ａを設けると、ワイヤー１７，１８の延伸部１７ｂ，１８ｂを基板１１の表面により近付けることができると共に、その状態のままより長く延伸させることができるようになる。その結果、膨張、収縮による変形が最も少ない封止樹脂１９の底部付近に、ワイヤー１７，１８の大部分を配置することができ、ワイヤー１７，１８の動きを抑えて断線を防ぐことができる。
このような凹欠部は、ワイヤー１７とダイボンド電極１４との接触を防ぐために、ダイボンド電極１４におけるワイヤー１７の延伸部１７ｂに相対する部分にも切欠きからなる凹欠部１４ａを設けることが望ましい。
次に、図５乃至図１３に基づいて、ワイヤーボンディングによるワイヤー１７，１８の形成を説明する。２０はワイヤーボンディング用のキャピラリであり、その中央にワイヤー１７，１８となる約１０〜３０μｍの線径の金線２１が挿通されている。
はじめに、キャピラリ２０から適宜引き出された金線２１の先端にロッド２３を近付けて超音波、放電等を加えることで、図６に示すようなボール２２を形成する。本実施例におけるボール２２は約１００μｍの直径を有する。上記のように形成したボール２２は、図７に示すように、発光素子１５の上面にある電極１５ａに、キャピラリ２０の先端で加圧され且つ超音波等を加えることで無理なくつぶされて接合される。図８に示すように、キャピラリ２０の先端でつぶされたボール２２は、発光素子１５の電極１５ａに密着してファーストボンディングされる。
その後、図９に示すように、キャピラリ２０は上昇し、配線パターン１２の方向へ移動する。このときに、従来のワイヤーボンディングでは、図１０に示すように、大きく山形状又は放物線状に金線２１を引き出してセカンドボンディング位置に接続していたが、本実施例では図１１に示すように、ファーストボンディング位置から上昇したキャピラリ２０は、直ぐに発光素子１５近傍の基板１１の表面に向かって急降下し、引き出された金線２１がファーストボンディング位置から垂れ下がって降下部１７ａを形成する。そして、発光素子１５近傍の基板１１の表面近傍にキャピラリ２０が達すると、図１２に示すようにキャピラリ２０は基板１１の表面に沿って配線パターン１２の方向へ移動し、このときに金線２１が降下部１７ａの先端から垂れ部１７ｃを作った状態で基板の表面に沿って延びて延伸部１７ｂを形成する。
配線パターン１２のセカンドボンディング位置にキャピラリ２０が達すると、図１３に示すように、キャピラリ２０の先端で金線２１を加圧しながら超音波等を加えることで金線２１を配線パターン１２に接合してセカンドボンディングを行なう。このときに、キャピラリ２０をスライドさせる等により、キャピラリ２０の先端と配線パターン１２との間に挟んだ金線２１を切断する。
上記のようなワイヤーボンディングを、発光素子１５の電極１５ｂと配線パターン１３との接続にも同様に行なうことで、発光素子１５を配線パターン１２，１３にそれぞれワイヤーボンディングする。
上記のように、本実施例におけるワイヤー１７，１８は、降下部１７ａ，１８ａによって、できる限り封止樹脂１９の下部にワイヤー１７，１８を引き込み、延伸部１７ｂ，１８ｂによって封止樹脂１９の最も変形が少ない部分でワイヤー１７，１８を延伸させて接続している。このため、図１０に示すような従来のワイヤー形状に比べて、封止樹脂１９の膨張、収縮による変形の影響を受け難く、断線を防止することができる。
なお、図１４に示すように、基板１１上の配線パターン１２，１３にファーストボンディングした後、発光素子１５の電極１５ａ，１５ｂにセカンドボンディングすることも従来行なわれており、このようにワイヤーボンディングすると、発光素子１５の高さにまでワイヤー１７の高さを抑えることが可能である。しかし、ファーストボンディング時に立ち上げたワイヤー１７を更に高所へ引き上げると共にワイヤー１７が低い位置から発光素子１５に近付くとワイヤー１７が発光素子１５に接触する危険性もあるため、ワイヤー１７を基板１１の表面に近付けたり、基板１１の表面に沿って延伸させることは極めて難しくなる。
また、発光素子１５にセカンドボンディングすると、キャピラリ２０の圧力や熱等が発光素子１５に直接加わるため、発光素子１５が破損することもあり、好ましいものではない。
このため、本実施例においては、発光素子１５側にファーストボンディングを施し、基板１１側にセカンドボンディングを施すことで、降下部１７ａ，１８ａと延伸部１７ｂ，１８ｂを有するワイヤー１７，１８の形状を形成している。
１１ 基板
１２，１３ 配線パターン
１２ａ，１３ａ，１４ａ 凹欠部
１４ ダイボンド電極
１５ 発光素子
１５ａ，１５ｂ 電極
１６ ダイボンド用樹脂
１７，１８ ワイヤー
１７ａ，１８ａ 降下部
１７ｂ，１８ｂ 延伸部
１７ｃ，１８ｃ 垂れ部
１９ 封止樹脂
２０ キャピラリ
２１ 金線
２２ ボール
２３ ロッド

Claims (5)

  1. 基板上に取り付けられた素子のファースト電極と前記基板上に形成されたセカンド電極とをワイヤーにより接続し且つ封止樹脂で封止されるワイヤーボンディング構造であって、
    前記ワイヤーが、前記素子のファースト電極から前記素子近傍の前記基板の表面に接近する位置まで垂れ下がる降下部と、この降下部の先端から前記基板の表面に沿って延伸して前記セカンド電極に接続される延伸部とを有することを特徴とするワイヤーボンディング構造。
  2. 前記延伸部に続く降下部の先端部分にワイヤーの垂れ部が作られている請求項１に記載のワイヤーボンディング構造。
  3. 前記素子は前記基板のダイボンド電極上にダイボンディングされ、前記ダイボンド電極と前記セカンド電極との間に延伸部が配置される請求項１に記載のワイヤーボンディング構造。
  4. 前記セカンド電極には、前記延伸部に適合する位置に切欠き又は孔からなる凹欠部が設けられている請求項３に記載のワイヤーボンディング構造。
  5. 前記ダイボンド電極には、前記延伸部に適合する位置に切欠きからなる凹欠部が設けられている請求項５に記載のワイヤーボンディング構造。
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