JP2880832B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボ−ル又はワイヤを半
導体素子上の電極又は外部導出リ−ドに接合するワイヤ
ボンディング方法に関するもので、特に銅ワイヤのボン
ディングに使用されるものである。
導体素子上の電極又は外部導出リ−ドに接合するワイヤ
ボンディング方法に関するもので、特に銅ワイヤのボン
ディングに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、ワイヤボンディング方法は、超音
波を併用した熱圧着方式が主流である。以下、本方式を
用いたワイヤボンディング方法について説明する。ま
ず、キャピラリというツ−ルに通されたワイヤの先端に
放電等によってボ−ルを形成する。この後、ツ−ルを下
降させ、加熱されている半導体素子の電極上にボ−ルを
加圧し、さらにツ−ルに超音波振動を付加してワイヤと
電極との接合を行う。次に、ツ−ルの上下動によりル−
プを形成し、外部導出リ−ド上に同様の接合を行う。な
お、従来、電極又は外部導出リ−ドへの接合直前におけ
るツ−ルの速度（以下、サ−チスピ−ドという。）は、
一般に５〜３０ｍｍ／秒の設定範囲で一定速度とし、か
かる範囲内においてボンディングが行われている。
波を併用した熱圧着方式が主流である。以下、本方式を
用いたワイヤボンディング方法について説明する。ま
ず、キャピラリというツ−ルに通されたワイヤの先端に
放電等によってボ−ルを形成する。この後、ツ−ルを下
降させ、加熱されている半導体素子の電極上にボ−ルを
加圧し、さらにツ−ルに超音波振動を付加してワイヤと
電極との接合を行う。次に、ツ−ルの上下動によりル−
プを形成し、外部導出リ−ド上に同様の接合を行う。な
お、従来、電極又は外部導出リ−ドへの接合直前におけ
るツ−ルの速度（以下、サ−チスピ−ドという。）は、
一般に５〜３０ｍｍ／秒の設定範囲で一定速度とし、か
かる範囲内においてボンディングが行われている。
【０００３】つまり、上記方式によるワイヤの接合メカ
ニズムを簡単にまとめると、一般にボンディングワイヤ
として金ワイヤが用いられ、その金ワイヤのボ−ルをツ
−ルによって半導体素子上のアルミ電極に一定速度かつ
一定荷重で接触することに特徴を有する。即ち、アルミ
電極への衝撃荷重（接合時における荷重をいう。）でま
ずボ−ルを変形し、その後にボ−ルをアルミ電極に一定
時間加圧し（この際に加えられる一定荷重を静荷重とい
う。）かつ超音波振動を付加することで、銅ワイヤとア
ルミ電極のアルミニウムを相互拡散させ、接合強度を得
ている。
ニズムを簡単にまとめると、一般にボンディングワイヤ
として金ワイヤが用いられ、その金ワイヤのボ−ルをツ
−ルによって半導体素子上のアルミ電極に一定速度かつ
一定荷重で接触することに特徴を有する。即ち、アルミ
電極への衝撃荷重（接合時における荷重をいう。）でま
ずボ−ルを変形し、その後にボ−ルをアルミ電極に一定
時間加圧し（この際に加えられる一定荷重を静荷重とい
う。）かつ超音波振動を付加することで、銅ワイヤとア
ルミ電極のアルミニウムを相互拡散させ、接合強度を得
ている。
【０００４】しかしながら、近年、これまで半導体装置
のボンディングワイヤに主として用いられてきた金ワイ
ヤが、低コスト等の要求から安価な銅ワイヤに置き換わ
りつつある。つまり、銅ワイヤは、材料そのものが金に
比較して相当硬いため、ボ−ルを大きく変形させ接合強
度を得るためには、上記メカニズム中、衝撃荷重又は超
音波振動を大きくする必要がある。従って、図４（ａ）
に示すように、例えば衝撃荷重Ｗ1 によりボ−ルを大き
く変形させる方法では、サ−チスピ−ドが上述したよう
に５〜３０ｍｍ／秒の範囲内に限定されているため、静
荷重Ｗ2 を大きく設定する必要がある。ところが、静荷
重Ｗ2 を大きく設定すると、図４（ｂ）において破線で
示すような予め設定された超音波振動の振幅が、実際に
は実線で示すような振幅に押さえられるため、十分な接
合強度を得ることができなくなる。一方、図５（ａ）及
び（ｂ）に示すように、超音波振動を大きくして接合強
度を得る方法では、静荷重Ｗ2 を小さく設定する必要が
あるため、十分な接合強度を得ることができない。しか
も、十分な接合強度を得ることができる程度の大きな超
音波振動を加えると、接合性については良好な結果が得
られるが、半導体素子の電極下地にダメ−ジを与え、ク
ラック等を発生させる欠点があるため、大変に好ましく
ない。
のボンディングワイヤに主として用いられてきた金ワイ
ヤが、低コスト等の要求から安価な銅ワイヤに置き換わ
りつつある。つまり、銅ワイヤは、材料そのものが金に
比較して相当硬いため、ボ−ルを大きく変形させ接合強
度を得るためには、上記メカニズム中、衝撃荷重又は超
音波振動を大きくする必要がある。従って、図４（ａ）
に示すように、例えば衝撃荷重Ｗ1 によりボ−ルを大き
く変形させる方法では、サ−チスピ−ドが上述したよう
に５〜３０ｍｍ／秒の範囲内に限定されているため、静
荷重Ｗ2 を大きく設定する必要がある。ところが、静荷
重Ｗ2 を大きく設定すると、図４（ｂ）において破線で
示すような予め設定された超音波振動の振幅が、実際に
は実線で示すような振幅に押さえられるため、十分な接
合強度を得ることができなくなる。一方、図５（ａ）及
び（ｂ）に示すように、超音波振動を大きくして接合強
度を得る方法では、静荷重Ｗ2 を小さく設定する必要が
あるため、十分な接合強度を得ることができない。しか
も、十分な接合強度を得ることができる程度の大きな超
音波振動を加えると、接合性については良好な結果が得
られるが、半導体素子の電極下地にダメ−ジを与え、ク
ラック等を発生させる欠点があるため、大変に好ましく
ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のワ
イヤボンディング方法では、銅ワイヤに対しては、衝撃
荷重を大きくするか、又は超音波振動を大きくして接合
強度を得る必要があった。しかし、前者の方法では、予
め設定したよりも超音波振動の振幅が小さくなり、十分
な接合強度が得られないという欠点があった。また、後
者の方法では、十分な接合強度を得るためには超音波振
動を非常に大きくする必要があり、このため半導体素子
の電極下地にダメ−ジを与える欠点があった。
イヤボンディング方法では、銅ワイヤに対しては、衝撃
荷重を大きくするか、又は超音波振動を大きくして接合
強度を得る必要があった。しかし、前者の方法では、予
め設定したよりも超音波振動の振幅が小さくなり、十分
な接合強度が得られないという欠点があった。また、後
者の方法では、十分な接合強度を得るためには超音波振
動を非常に大きくする必要があり、このため半導体素子
の電極下地にダメ−ジを与える欠点があった。
【０００６】本発明は、上記欠点を解決すべくなされた
もので、銅ワイヤのボンディングにおいても、半導体素
子の電極下地にダメ−ジやクラック等を発生させること
なく、良好な接合強度を得ることが可能なワイヤボンデ
ィング方法を提供することを目的とする。
もので、銅ワイヤのボンディングにおいても、半導体素
子の電極下地にダメ−ジやクラック等を発生させること
なく、良好な接合強度を得ることが可能なワイヤボンデ
ィング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のワイヤボンディング方法は、銅ワイヤを６
０ｍｍ／秒〜８０ｍｍ／秒の範囲内における一定速度
で、半導体素子上の電極又は外部導出用のリ−ドへ衝突
させ、前記半導体素子上の電極と前記外部導出用のリ−
ドとを互いに結線する。
に、本発明のワイヤボンディング方法は、銅ワイヤを６
０ｍｍ／秒〜８０ｍｍ／秒の範囲内における一定速度
で、半導体素子上の電極又は外部導出用のリ−ドへ衝突
させ、前記半導体素子上の電極と前記外部導出用のリ−
ドとを互いに結線する。
【０００８】
【作用】上記方法によれば、銅ワイヤのボンディングに
おいても、半導体素子の電極下地にダメ−ジやクラック
等を発生させることなく、銅ワイヤと半導体素子上の電
極又は外部導出用のリ−ドとが互いに良好に接合され
る。
おいても、半導体素子の電極下地にダメ−ジやクラック
等を発生させることなく、銅ワイヤと半導体素子上の電
極又は外部導出用のリ−ドとが互いに良好に接合され
る。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
【００１０】図１（ａ）は、本発明のワイヤボンディン
グ方法が適用されるツ−ル先端部の上下動の軌跡を、
又、図１（ｂ）は、本発明のワイヤボンディング方法に
係わるツ−ル先端部の上下動速度をそれぞれ示すもので
ある。
グ方法が適用されるツ−ル先端部の上下動の軌跡を、
又、図１（ｂ）は、本発明のワイヤボンディング方法に
係わるツ−ル先端部の上下動速度をそれぞれ示すもので
ある。
【００１１】まず、ボンディングツ−ルの先端部は、原
点（ある一定の高さ）の位置に静止している。ここで、
その先端部には、放電等によって銅からなるボ−ルが形
成される。この後、ボンディングツ−ルの先端部は、半
導体素子の電極（パッド）上に予め設定されたサ−チレ
ベルＳＬへ加減速しながら移動する。次に、ボンディン
グツ−ルの先端部のボ−ルをサ−チレベルＳＬから半導
体素子の電極上（パッドボンドレベルＰＬ）へサ−チス
ピ−ドＶs で衝突させる。この時、ボ−ルは、一定の衝
撃荷重により変形する。ボ−ルが電極に衝突した後、一
定の静荷重を一定時間ＴP だけ加え、かつ超音波振動を
付加することにより、接合が行われる。次に、ボンディ
ングツ−ルは、ル−ピングによる上下動の後、外部導出
用リ−ド上に予め設定されたサ−チレベルＳＬへ移動す
る。この後、ボンディングツ−ルの先端部のワイヤをサ
−チレベルＳＬから電極外部導出用リ−ド上（リ−ドボ
ンドレベルＲＬ）へサ−チスピ−ドＶs で衝突させる。
また、ワイヤがリ−ドに衝突した後、一定の静荷重を一
定時間ＴR だけ加え、かつ超音波振動を付加することに
より、接合が行われる。
点（ある一定の高さ）の位置に静止している。ここで、
その先端部には、放電等によって銅からなるボ−ルが形
成される。この後、ボンディングツ−ルの先端部は、半
導体素子の電極（パッド）上に予め設定されたサ−チレ
ベルＳＬへ加減速しながら移動する。次に、ボンディン
グツ−ルの先端部のボ−ルをサ−チレベルＳＬから半導
体素子の電極上（パッドボンドレベルＰＬ）へサ−チス
ピ−ドＶs で衝突させる。この時、ボ−ルは、一定の衝
撃荷重により変形する。ボ−ルが電極に衝突した後、一
定の静荷重を一定時間ＴP だけ加え、かつ超音波振動を
付加することにより、接合が行われる。次に、ボンディ
ングツ−ルは、ル−ピングによる上下動の後、外部導出
用リ−ド上に予め設定されたサ−チレベルＳＬへ移動す
る。この後、ボンディングツ−ルの先端部のワイヤをサ
−チレベルＳＬから電極外部導出用リ−ド上（リ−ドボ
ンドレベルＲＬ）へサ−チスピ−ドＶs で衝突させる。
また、ワイヤがリ−ドに衝突した後、一定の静荷重を一
定時間ＴR だけ加え、かつ超音波振動を付加することに
より、接合が行われる。
【００１２】なお、上記ボンディング方法では、サ−チ
スピ−ドＶs が６０〜８０ｍｍ／秒となるように設定さ
れている。サ−チスピ−ドＶs が６０〜８０ｍｍ／秒の
範囲内では、例えば図３（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、十分に大きな衝撃荷重Ｗ1を得るために、静荷重Ｗ
2 をさほど大きく設定する必要がなくなるため、十分な
接合強度を得るための最小限の超音波振動を加えること
ができる。つまり、十分に大きな衝撃荷重Ｗ1によりボ
−ルを変形することができ、かつその後の静荷重Ｗ2 も
大きくないため超音波振動が抑えられることがなく、十
分な接合強度を得ることが可能である。
スピ−ドＶs が６０〜８０ｍｍ／秒となるように設定さ
れている。サ−チスピ−ドＶs が６０〜８０ｍｍ／秒の
範囲内では、例えば図３（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、十分に大きな衝撃荷重Ｗ1を得るために、静荷重Ｗ
2 をさほど大きく設定する必要がなくなるため、十分な
接合強度を得るための最小限の超音波振動を加えること
ができる。つまり、十分に大きな衝撃荷重Ｗ1によりボ
−ルを変形することができ、かつその後の静荷重Ｗ2 も
大きくないため超音波振動が抑えられることがなく、十
分な接合強度を得ることが可能である。
【００１３】なお、実験では、表１に示すような結果が
得られた。ここに、表１では、サ−チスピ−ドＶs をパ
ラメ−タにとり、衝撃荷重Ｗ1 と静荷重Ｗ2 との関係を
示す。
得られた。ここに、表１では、サ−チスピ−ドＶs をパ
ラメ−タにとり、衝撃荷重Ｗ1 と静荷重Ｗ2 との関係を
示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】本発明によれば、衝撃荷重が十分に大きい
ため、ボ−ルの変形量が大きくなる。また、その後の静
荷重も小さいため、適切な超音波振動を加えることがで
きる。これにより、素子へのダメ−ジを与えることな
く、十分な接合強度を得ることができる。図２は、本発
明の効果を示すもので、サ−チスピ−ドＶS と、素子の
ダメ−ジ発生率及び接合強度との関係を表している。サ
−チスピ−ドＶS が６０〜８０ｍｍ／秒の範囲では、素
子にダメ−ジを与えることなく、かつ十分な接合強度が
得られている。
ため、ボ−ルの変形量が大きくなる。また、その後の静
荷重も小さいため、適切な超音波振動を加えることがで
きる。これにより、素子へのダメ−ジを与えることな
く、十分な接合強度を得ることができる。図２は、本発
明の効果を示すもので、サ−チスピ−ドＶS と、素子の
ダメ−ジ発生率及び接合強度との関係を表している。サ
−チスピ−ドＶS が６０〜８０ｍｍ／秒の範囲では、素
子にダメ−ジを与えることなく、かつ十分な接合強度が
得られている。
【００１６】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のワイヤ
ボンディング方法によれば、次のような効果を奏する。
ボンディング方法によれば、次のような効果を奏する。
【００１７】銅ワイヤのボンディングにおいても、半導
体素子の電極下地にダメ−ジやクラック等を発生させる
ことなく、良好な接合強度を得ることが可能なワイヤボ
ンディング方法を提供できる。
体素子の電極下地にダメ−ジやクラック等を発生させる
ことなく、良好な接合強度を得ることが可能なワイヤボ
ンディング方法を提供できる。
【図１】本発明のワイヤボンディング方法が適用される
ツ−ル先端部の上下動の軌跡、及びツ−ル先端部の上下
動速度をそれぞれ示す図。
ツ−ル先端部の上下動の軌跡、及びツ−ル先端部の上下
動速度をそれぞれ示す図。
【図２】本発明の効果を示す図。
【図３】本発明に係わる衝撃荷重、静荷重及び超音波振
動を示す図。
動を示す図。
【図４】従来の衝撃荷重、静荷重及び超音波振動を示す
図。
図。
【図５】従来の衝撃荷重、静荷重及び超音波振動を示す
図。
図。
Ｖs …サ−チスピ−ド、Ｗ1 …衝撃荷重、Ｗ2 …静荷
重。
重。
Claims (1)
- 【請求項１】 銅ワイヤを６０ｍｍ／秒〜８０ｍｍ／秒
の範囲内における一定速度で、半導体素子上の電極又は
外部導出用のリ−ドへ衝突させ、前記半導体素子上の電
極と前記外部導出用のリ−ドとを互いに結線することを
特徴とするワイヤボンディング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207967A JP2880832B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | ワイヤボンディング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207967A JP2880832B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | ワイヤボンディング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547821A JPH0547821A (ja) | 1993-02-26 |
| JP2880832B2 true JP2880832B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=16548486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207967A Expired - Lifetime JP2880832B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | ワイヤボンディング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2880832B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3207967A patent/JP2880832B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0547821A (ja) | 1993-02-26 |
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