JP3210456B2 - 金属ワイヤにおけるボールの形成方法 - Google Patents

金属ワイヤにおけるボールの形成方法

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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、ワイヤボンダを用いて
半導体素子のチップ電極と基板上の外部リードとを接続
するワイヤボンディング法、或いは前記チップ電極又は
外部リード上にバンプ電極を形成するワイヤレスボンデ
ィング法におけるボールの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えばＡｕ，Ａｇ，Pb-Sn ，
Ｓｎ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属元素からなるワイヤの先端を
溶融してボールを形成し、このボールをチップ電極に圧
着した後にワイヤを引張ってボールを切断してバンプ電
極を形成するバンプ接続法や、前記ボールをチップ電極
に圧着したワイヤをループ状に外部リードまで導いて圧
着させた後に切断するワイヤボンディング法が知られて
いる。
【０００３】また、上記ボールの形成方法として図３，
４に示すように、ワイヤボンダの先端キャピラリ100 に
垂下せしめた金属ワイヤ200 先端をアーク放電等で加
熱，溶融せしめてボール300 を作製することも周知であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら従来のボー
ル形成方法によれば、Ａｕ以外の金属元素からなるワイ
ヤ200 を用いた場合、その金属元素が酸化し易いことか
らボール300 を真球状に作製することが難しく、Ｃｕワ
イヤにおいては還元ガスを用いた不活性雰囲気中でボー
ル形成することで対処しているものの、その他Pb-Sn ワ
イヤ等では還元ガスを用いても真球度を向上させること
が困難であった。
【０００５】また従来の方法においては、アーク放電等
による熱がボンダ先端から突出するワイヤ部分全域に伝
わることから、その熱によって組織が粗大化する領域40
0 が長くなる結果、バンプ形成時にはネック切れ高さ50
0 が高くなり、フリップチップ実装を行った際にそのネ
ックが隣接するバンプに触れて短絡不良などを起こす要
因となる。またボンディング時にはループ高さが高くな
って、近年におけるＬＳＩパッケージの小型，薄型化に
伴う低ループの要求を満足できない不具合が生じてい
た。
【０００６】本発明はこのような従来事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、Pb-Sn 等の
酸化し易い金属元素からなるワイヤを用いても真球度の
高いボールを作製できると共に、ボール作製時の熱がワ
イヤの長さ方向に伝わらないようにしてバンプ形成時に
おけるネック切れ高さを短くし得、且つボンディング時
における低ループ化をなし得るボール形成方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに本発明の形成方法は、ワイヤボンダにおけるワイヤ
挿通路の先端導出口から突出する金属ワイヤ先端を還元
ガス雰囲気中にて加熱してボールを作製するボール形成
方法であって、前記導出口内面に形成した略半球形状の
凹部内にてワイヤ先端を加熱して溶融ボールを形成し、
且つその溶融ボールの表面上半部を前記凹部内面に当接
させてボールを作製することを特徴とする。
【０００８】
【作用】上述の手段によれば、アーク放電等により加熱
されたワイヤ先端は凹部内にて溶融しボール形状となる
が、その際このボールは表面上半部を凹部内面に当接
し、且つ表面下半部には前記当接による表面張力が作用
することから、真球度の高いきれいなボールがワイヤの
軸線と同芯状に作製される。
【０００９】同時に、ボール形成時の熱を、ワイヤ長さ
方向へ伝わる以前にボンダに伝達させて吸収することで
ボール直上部分のワイヤ組織の粗大化領域を短くでき、
バンプ形成時にはネック切れ高さが低くなり、ボンディ
ング時にはループ高さが低くなる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明に係るボール形成方法の一実施
例を図面を参照して説明する。本発明で使用する金属ワ
イヤａは例えばＡｕ，Ａｇ，Pb-Sn ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｃｕ
等の中の何れか一つを単独で、若しくは何れか一つを主
要元素として所望な添加元素を配合せしめ、これを線径
30μmm程度の細線状に作製したものである。
【００１１】また、本発明で用いるワイヤボンダＷは、
例えば図２に示すようなワイヤテンションW1，ワイヤク
ランパW2，トランスデューサW3，キャピラリ（又はツー
ル）W4等を備えた周知な構成において、そのワイヤ挿通
路W5の先端、即ち、キャピラリW4先端に開口するワイヤ
導出口W6の内面に、図１に示す如く略半球形状の凹部W7
を形成してなる。
【００１２】尚、上記ワイヤボンダＷには、後述するボ
ール形成時の熱吸収作用を向上させるために、トランデ
ューサW3又はキャピラリW4用の水冷若しくは空冷冷却手
段を設け、さらにキャピラリW4をタングステンカーバイ
ド等の熱伝導のよい材質で形成する。
【００１３】そうして、上記金属ワイヤａをワイヤ挿通
路W5に挿通せしめてその先端a1を導出口W6から突出せし
め、且つその先端a1を還元ガス雰囲気中で、その先端a1
付近に設けた電極Ｙと金属ワイヤａとの間でのアーク放
電により加熱してボールa2を形成する。
【００１４】上記還元ガスには例えばＡｒガス又はＮ2
ガスなどを用いる。また本実施例におけるアーク放電の
放電時間は0.0005〜0.01秒とする。
【００１５】而して、金属ワイヤａの先端a1を凹部W7か
ら若干突出せしめた状態でアーク放電を行って加熱すれ
ば（図１-(a)）、その先端a1は凹部W7内にて溶融しボー
ル形状となるが、その際このボールa2は表面上半部を凹
部W7内面に当接し、且つ表面下半部には前記当接による
表面張力が作用することから、真球度が高くしわのない
きれいなボールa2がワイヤａの軸線と同芯状に作製され
る（図１-(b)）。
【００１６】同時に、ボール形成時の熱がワイヤａ長さ
方向へ伝わる以前にキャピラリW4に伝達して吸収され
る。よって、ボール形成時の熱により組織が粗大化する
領域a3が短くなる。
【００１７】このようにして得られたボールa2を用い
て、半導体素子のチップ電極と基板上の外部リードとを
接続する。
【００１８】ワイヤレスボンディング法においては図１
に示すように、上記ボールa2を半導体素子のチップ電極
（又は基板の外部リード）Ｘ上に供給してバンプ電極Ｚ
を形成する。即ち、キャピラリW4を下降させて金属ワイ
ヤａ先端に形成されたボールa2をチップ電極上のパッド
部に接合させ、その状態でキャピラリW4を引き上げるこ
とにより、ボールa2の根本部で金属ワイヤａから切断さ
れてバンプ電極Ｚが形成される。
【００１９】上記ワイヤａの切断は、Pb-Sn ，Ｓｎ系の
金属ワイヤａでは急冷凝固法により作製することで格子
欠陥の導入，結晶粒の微細化，非平衡相の生成，元素相
互間の強制固溶などが生じ、この金属ワイヤａによりボ
ールa2を加熱形成した際に、ボール根本部において前記
非平衡相の消失，元素相互間の強制固溶の解放，格子欠
陥の解放，結晶粒の粗大化などが生じ、その部分（ボー
ル根本部）の引っ張り強度が減少し、キャピラリW4によ
りワイヤａを引き上げるだけでボールa2がその根本部で
降伏，破断することによって起こる。また、Pb-Sn ，Ｓ
ｎ系以外のワイヤについても、特開平4-12543 号公報に
開示される添加元素の種別及びその含有率の範囲によっ
て、前記同様のボール切断作用が得られる。
【００２０】次に、上記バンプ電極Ｚを、外部リード
（又はチップ電極）に直接接着させることにより、フィ
リップチップボンディング型の半導体装置が形成され
る。また、上記バンプ電極ＺをＴＡＢテープのリードに
接続すれば、テープキャリアボンディング型の半導体装
置が形成される。
【００２１】この時、ワイヤａにおける組織の粗大化領
域a3を短くしたことからボールa2を切断した際のネック
高さa4が従来に比して極めて短くなると共に、真球度の
高いきれいなボールa2によりバンプ電極Ｚが形成される
ことから、接合強度が高く且つ導通不良などを引き起こ
す虞れのないバンプ接続がなされ、信頼性の高い半導体
装置の提供が可能になる。
【００２２】ワイヤボンディング法においては、図示し
ないが、上記のように作製されたボールa2をチップ電極
に圧着して接着せしめた後にループ状に外部リードまで
導いて該外部リードに圧着，切断することにより、チッ
プ電極と外部リードを接続させて半導体装置を形成す
る。
【００２３】この時、前述の如くワイヤａにおける組織
の粗大化領域a3を短くしたことから、ボールa2をチップ
電極に接着せしめた後のループ形成においてそのループ
高さが低くなると共に、真球度の高いきれいなボールa2
により接合強度が高く且つ導通不良などを引き起こす虞
れのない接続がなされ、信頼性が高く、しかもＬＳＩパ
ッケージの小型，薄型化等の要求を満足し得る半導体装
置の提供が可能になる。
【００２４】尚、ワイヤボンディング法に用いる金属ワ
イヤａは、急冷凝固法以外の周知な製法により作製した
もの、または、急冷凝固法により作製する特開平2-2162
8 号公報に開示される合金ワイヤ等を使用することがで
きる。
【００２５】
【発明の効果】本発明に係るボール形成方法は以上説明
したように構成したので、Ａｕ以外の酸化し易い金属元
素からなるワイヤを用いても、ワイヤ導出口の内面形状
を利用して真球状のきれいなボールを作製できる。同時
に、ボール形成時の熱をボンダで吸収してワイヤ組織の
粗大化領域を短くし、ワイヤレスボンディングにおいて
はバンプ形成時のネック切れ高さを低くし得、ワイヤボ
ンディングにおいてはループ形成時の低ループ化が図れ
る。
【００２６】従って、半導体素子のチップ電極と基板上
の外部リードとを、高い接合強度をもって導通不良など
を引き起こす虞れなく接続して、信頼性の高いワイヤボ
ンディング型，ワイヤレスボンディング型の半導体装置
を提供できる。またワイヤボンディング型においてはル
ープ形状の低ループ化により、ＬＳＩパッケージの小
型，薄型化の促進に寄与するなど、多くの効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボール形成方法の一実施例を示す
断面図。
【図２】ワイヤボンダの側面図。
【図３】従来の形成方法を示す斜視図。
【図４】従来の形成方法を示す断面図。
【符号の説明】
ａ：金属ワイヤ a1：ワイヤ先端
a2：ボール a3：ワイヤ組織の粗大化領域 a4：ネック切れ高さ Ｗ：ワイヤボンダ W4：キャピラリ
W5：ワイヤ挿通路 W6：導出口 W7：凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−32427（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−105533（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−203331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−14650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−98838（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤボンダにおけるワイヤ挿通路の先端
    導出口から突出する金属ワイヤ先端を還元ガス雰囲気中
    にて加熱してボールを作製する方法であって、前記導出
    口内面に形成した略半球形状の凹部内にてワイヤ先端を
    加熱して溶融ボールを形成し、且つその溶融ボールの表
    面上半部を前記凹部内面に当接させてボールを作製する
    ことを特徴とする金属ワイヤにおけるボールの形成方
    法。
JP34582492A 1992-12-25 1992-12-25 金属ワイヤにおけるボールの形成方法 Expired - Lifetime JP3210456B2 (ja)

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JP6543579B2 (ja) * 2016-01-28 2019-07-10 株式会社沖データ 光学ヘッド、画像形成装置および画像読取装置
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