JP3016956B2 - 半田ワイヤによるワイヤボンディング方法 - Google Patents

半田ワイヤによるワイヤボンディング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の製造に際し
て、例えば、リードフレーム又は基板等のワークにおけ
る半導体チップ等とリード端子等の間を、金属線を使用
してワイヤボンディングする場合に、前記金属線として
半田ワイヤを使用したワイヤボンディング方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のワイヤボンディングに
は、金線を使用するのが極く一般的であったが、金線が
非常に高価で、コストが大幅に嵩むことになるし、ま
た、金線ではこれを温度ヒューズにすることができない
から、これらのために、最近では、前記金線に代えて半
田ワイヤを使用することが行われている。
【０００３】その大きな特徴としては、半田ワイヤを使
用すると、その組成により、半田ワイヤの融点を変える
ことができるため、任意の温度で溶断する温度ヒューズ
の機能を持たせることができるというものである。
【０００４】ところで、ワイヤボンディングに金線を使
用する場合には、キャピラリツールに挿通した金線の先
端を通常の空気中で加熱・溶融することで当該先端にボ
ール部を形成した場合、そのボール部の表面に酸化膜が
出来難い。従って、このボール部を半導体チップ等に対
して押圧することによって接合したとき、前記ボール部
表面に酸化膜がないため、その接合強度が低下しないの
で、ボール式のワイヤボンディング方式を適用すること
ができた。
【０００５】しかし、半田ワイヤを使用した場合、その
先端を空気中で加熱すると、著しい酸化反応を起こし、
瞬時に炭化してしまうため、ボールの形成は不可能であ
り、実質上、ボール式ワイヤボンディングを行うことが
できなかった。
【０００６】なお、先行技術の特開平３−２０３３３１
号公報では、半田バンプを形成する工程において、予め
切断された半田ワイヤの先端部を、還元雰囲気中で放電
アークにて加熱することにより、該先端部にボール部を
形成し、この溶融状の半田ボールを配線部に付着し、次
いで半田ワイヤをキャピラリツールと共に引き上げると
きに半田ボールの根元で半田ワイヤが切断されて半田バ
ンプを形成することを提案している。
【０００７】しかし、この方法は、半田ワイヤによるワ
イヤボンディング作業に直接適用できない。もし、半田
ワイヤによるワイヤボンディング作業に適用しようとす
ると、アーク放電に先立って予め半田ワイヤを機械的に
切断する工程を別途必要とし、そのため、装置も複雑に
なると共に作業工程が複雑化し、ワイヤボンディング作
業速度が低下する。また、アーク放電のための針電極
は、その放電回数の累積により損傷を受け易く、耐久性
に乏しいという問題があった。
【０００８】そこで、従来、半田ワイヤを使用してのワ
イヤボンディングに際しては、前記半田ワイヤの先端
を、半導体チップ等に対して、高温半田を使用して半田
接合するか、或いは、キャピラリツールの挿通した半田
ワイヤの先端を、前記キャピラリツールの下端面から突
出し、この突出端を、前記キャピラリツールによって半
導体チップ等に対して押圧することで、直接的に接合す
るようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のよう
に、半田ワイヤの先端部を高温半田にて半田接合する方
法は、半田ワイヤとは別に、高温半田を必要とするの
で、材料費が嵩むばかりか、ワイヤボンディングの速度
が遅くて、ワイヤボンディングのコストが可成りアップ
する。
【００１０】さらに、高温半田による接合時、組成が
鉛、錫を主体とする低融点の半田ワイヤ自体が溶解し
て、接合部の半田ワイヤの直径が小さくなり過ぎること
を避けるため、半田ワイヤの直径を太くしなければなら
ず、そうすると、低融点で電気抵抗値が低い半田ワイヤ
にあっては、熱及び過大電流による溶断特性が悪くなる
という問題もあった。
【００１１】また、後者のように、半田ワイヤにおける
キャピラリツールからの突出端を押圧することによって
直接的に接合する方法は、接合面積が、当該突出端に金
線のようにボール部を形成し、このボール部を押圧する
場合よりも小さくて、接合強度が低いから、接合ミスが
多発する、また、電気抵抗値のバラツキが大きくなると
言う問題があった。
【００１２】本発明は、半田ワイヤによるワイヤボンデ
ィングが、前記金線の場合と同様に、ボール式のワイヤ
ボンディング方式にて、前記のような問題を招来するこ
となく、確実に行うことができるようにしたワイヤボン
ディング方法を提供することを技術的課題とするもので
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この技術的課題を達成す
るため本発明の半田ワイヤによるワイヤボンディング方
法は、「リードフレーム等のワークを、上面に開口部を
有するカバー体にて囲い、且つ、内部を還元性ガスの雰
囲気にしたトンネル空間内を移送する一方、半田ワイヤ
を挿通したキャピラリツールを、前記カバー体の上面に
おける開口部から前記トンネル空間内に挿入し、このト
ンネル空間内における還元性ガスの雰囲気中にて、前記
半田ワイヤのうち前記キャピラリツールの下端面から突
出する部分を、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスからな
る酸水素炎にて切断すると同時に、その切断の両端部に
ボール部をそれぞれ形成するステップと、該各ボール部
を前記ワークに接合するステップとを行う。」ことを特
徴とする。
【００１４】
【発明の効果】このように、キャピラリツールの下端面
から突出する半田ワイヤを、トンネル空間内の還元性ガ
ス雰囲気中にて、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスから
なる酸水素炎にて、加熱・溶融することにより、半田ワ
イヤの途中が溶断されると同時にその溶断により切断さ
れた端部の溶融半田は、その表面に酸化皮膜が形成され
ることなく、表張力によって球形になるから、前記半田
ワイヤの切断の両端部に同時に、半田のボール部を確実
に形成することができる。
【００１５】そして、前記キャピラリツールをワークに
向かって移動させて、前記のボール部を、ワークにおけ
る半導体チップ等に対して押圧することにより、前記半
田ワイヤを半導体チップ等に対して、確実に接合するこ
とができるのである。
【００１６】この場合、ボール部を形成してそのボール
部をボールボンディングまたは圧接することで、半田ワ
イヤとワークとの接合面積を大きくして接合強度を向上
させることができるという効果を奏するのである。
【００１７】従って，本発明によると、半田ワイヤを使
用してのワイヤボンディングを、前記金線を使用しての
ワイヤボンディングの場合と同様にボール式にて行うこ
とができるから、半田ワイヤを使用してのワイヤボンデ
ィングに際して、別の高温半田を使用することによるコ
ストのアップを招来することがないと共に、接合ミスが
発生することを大幅に低減できるのである。
【００１８】しかも、本発明は、前記半田ワイヤの加熱
・溶融によるボール部の形成、及び、半田ワイヤのワー
クに対する接合を含む一連のワイヤボンディングを、キ
ャピラリツールをカバー体の上面における開口孔からカ
バー体内に挿入した状態で、カバー体で囲ったトンネル
空間内における還元性ガスの雰囲気で行うことにより、
例えば、特開昭６１−２５３８２４号公報に記載されて
いるように、前記カバー体で囲ったトンネル空間内に供
給した還元性ガスを、前記カバー体に穿設した孔から前
記キャピラリツールに向かって吹き上げてキャピラリツ
ールの下端部の付近を還元性ガスの雰囲気にする場合よ
りも、還元性ガスの消費量を少なくできるから、半田ワ
イヤによるワイヤボンディングに要するコストの低減を
図ることができるのである。
【００１９】
【実施例】次に、本発明を具体化した実施例について説
明する。図１〜図３の実施例は、コンデンサ素子１に温
度ヒューズとしての半田ワイヤ２を合成樹脂製パッケー
ジ（図示せず）内で接続付加したタンタル固体電解コン
デンサを製造する場合を示し、コンデンサ素子１は、タ
ンタル金属の陽極リード線３とタンタル金属粉末をプレ
ス成形した後焼結してなる陽極部と、その外周に陽極酸
化にて形成したタンタルの酸化皮膜と、その外周を覆う
固体電解質である二酸化マンガンと、その外周のグラフ
ァイトと、銀ペースト等の陰極側部位としての接続用皮
膜層とから成る。
【００２０】タンタル固体電解コンデンサにおける端子
部４，５は外部回路への接続用のものであり、前記合成
樹脂製パッケージから先端が突出すべきこれら端子部
４，５は、図１に示すようなリードフレーム６にて形成
してあり、陽極端子部４に前記リード線３を抵抗溶接等
により接合する。前記コンデンサ素子１における陰極側
部位としての接続用皮膜層と陰極端子部５との間を、
鉛、錫を主体とする低融点金属（融点３００℃程度）か
ら成る半田ワイヤ２にて接続する。
【００２１】半田ワイヤ２の直径は略５０μｍ〜１２０
μｍを使用する。直径８０μｍの場合１Ａ〜２Ａの電流
を流して１０秒で溶断し、直径１２０μｍの場合には５
Ａの電流を流すと５秒で溶断するものとする。
【００２２】次に半田ワイヤ２によるワイヤボンディン
グの作業工程について説明する。移送台８に沿って図１
及び図３の矢印Ａ方向に間欠的に移送させる前記リード
フレーム６を、その移送経路内に設けたヒータブロック
７にて加熱するように構成し、移送台８の上面のカバー
体９との間にトンネル空間１０を形成し、移送台８とカ
バー体９との隙間などから還元性ガスをトンネル空間１
０内に供給するように構成する。還元性ガスは、水素を
１（体積％）〜１５（体積％）、残部窒素等の不活性ガ
スからなる。
【００２３】前記カバー体９の上面には、トンネル空間
１０に連通する開口部１１を前記リードフレーム６の移
送経路に沿って適宜間隔で複数設ける。一つの開口部１
１の上方に半田ワイヤ２を挿通したキャピラリツール１
２を昇降動可能に配置し、該開口部１１の下方のトンネ
ル空間１０内には、後述するボール部２ａ，２ｂを形成
するためのトーチ１３を左右首振り動するように配置す
る。また、他方の開口部１１には押圧ツール１４を前記
コンデンサ素子１の上面に対して昇降動可能に設け、前
記トーチ１３と押圧ツール１４との間のトンネル空間１
０内には、押し込み片１５を進退動可能に配置する。
【００２４】後述のように、トンネル空間１０から開口
部１１を介して上方に吹き上げる還元性ガスにて半田ワ
イヤ２の切断箇所の周りを還元性雰囲気とし、この還元
性ガス雰囲気中で、後述のようにトーチ１３からの酸水
素炎にて半田ワイヤ２の先端（下端）にボール部２ａを
形成し、加熱されたリードフレーム６の陰極端子部５表
面に向かってキャピラリツール１２を下降させてボール
部２ａを押圧することで、当該ボール部２ａの表面に酸
化皮膜が形成されることなく、ボールボンディングし、
次いで、キャピラリツール１２を引き上げると、陰極端
子部５からキャピラリツール１２の下端まで、半田ワイ
ヤ２の支柱部ができる。
【００２５】次いで、トンネル空間１０から開口部１１
を介して上方に吹き上げる還元性ガスにて半田ワイヤ２
の切断箇所の周りを還元性雰囲気とし、この還元性雰囲
気内で、前記トーチ１３から酸素ガスと水素ガスの混合
ガスを噴出させてなる直径0.5 ｍｍ程度の炎（酸水素
炎）を、0.05秒〜1 秒程度の間、前記半田ワイヤ２に接
近させ（炎自体を半田ワイヤ２に接触させても良いし、
炎を半田ワイヤ２に接触させないでも良い）、半田ワイ
ヤ２を切断（溶断）すると、該溶断部の両端は溶融した
半田金属自体の表面張力にて球状のボール部２ａ，２ｂ
が成形できる。この場合、両ボール部２ａ，２ｂの溶融
金属中の酸素が前記還元性ガスにて還元作用を受け、各
ボール部表面の酸化皮膜の形成が妨げられる。
【００２６】そして、この切断後、キャピラリツール１
２を適宜寸法下降させると、当該キャピラリツール１２
の下端にボール部２ａが接当し、次の箇所の陰極端子部
５へのボールボンディングの準備が整う。この作業と同
時に、リードフレーム６を矢印Ａ方向に適宜距離だけ移
動させた後停止し、前記切断にて形成された上端のボー
ル部２ｂを、コンデンサ素子１の陰極側部位（接続用皮
膜層）の表面に臨むように、半田ワイヤ２の中途部を押
し込み片１５にて屈曲させたのち、再度リードフレーム
６を矢印Ａ方向に適宜距離だけ移動させ、他方の開口部
１１箇所で、前記ボール部２ｂを押圧ツール１４にてコ
ンデンサ素子１に圧接（熱圧着）すれば良い。
【００２７】なお、キャピラリツールに挿通した半田ワ
イヤの端部を図示しない機械的手段等により、予めボー
ルのない切断部に形成し、この切断端部を還元性雰囲気
中で酸水素炎にて加熱することにより、半田ボール部を
成形することができることは言うまでもない。さらに、
このように半田ワイヤの端部に形成した半田のボール部
を、電子部品の配線回路表面等に押圧した後キャピラリ
ツールを引き上げて、ボール部の根本から半田ワイヤを
引き離すことにより、従来と同様にして半田バンプを形
成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例を示す斜視図である。
【図２】要部拡大断面図である。
【図３】図２のIII −III 視断面図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ素子 ２ 半田ワイヤ ２ａ，２ｂ ボール部 ３ 陽極リード線 ４ 陽極端子部 ５ 陰極端子部 ６ リードフレーム ７ ヒータブロック ９ カバー体 １０ トンネル空間 １１ 開口部 １２ キャピラリツール １３ トーチ １４ 押圧ツール １５ 押し込み片

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】リードフレーム等のワークを、上面に開口
    部を有するカバー体にて囲い、且つ、内部を還元性ガス
    の雰囲気にしたトンネル空間内を移送する一方、半田ワ
    イヤを挿通したキャピラリツールを、前記カバー体の上
    面における開口部から前記トンネル空間内に挿入し、こ
    のトンネル空間内における還元性ガスの雰囲気中にて、
    前記半田ワイヤのうち前記キャピラリツールの下端面か
    ら突出する部分を、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスか
    らなる酸水素炎にて切断すると同時に、その切断の両端
    部にボール部をそれぞれ形成するステップと、該各ボー
    ル部を前記ワークに接合するステップとを行うことを特
    徴とする半田ワイヤによるワイヤボンディング方法。
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