JP3436676B2 - ボンディングワイヤの成形方法 - Google Patents

ボンディングワイヤの成形方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば集積回路ま
たは大規模集積回路等の半導体素子、基板、コネクタの
電極パッド同士を接続するのに用いて好適なボンディン
グワイヤの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、従来技術によるボンディングワ
イヤは、素子、基板、コネクタの電極パッド同士を接続
するため、頂点から一側に延びる一側リード部と、頂点
から他側に延びる他側リード部とによって全体としてほ
ぼ逆Ｖ字状をなす１本のワイヤによって形成され、前記
一側リード部の先端には一方の電極パッドに接続される
一側接続部を形成し、前記他側リード部の先端には他方
の電極パッドに接続される他側接続部を形成したものが
一般に知られている。
【０００３】そこで、この種の従来技術によるボンディ
ングワイヤとして、素子にマイクロコンピュータ等を構
成するベアチップ素子を用いた場合を例に挙げ、図７な
いし図１０に基づいて説明する。
【０００４】まず、図７、図８において、１は絶縁性の
基板、２，２，…は該基板１上に形成された電極パッド
で、該各電極パッド２は、例えばアルミニウム，白金，
銀パラジウム等の金属材料から例えば平行四辺形状に形
成され、互いに同一形状をなしている。
【０００５】３は基板１上に搭載されたベアチップ素子
で、該ベアチップ素子３は例えばシリコン等から４個の
辺３Ａ，３Ａ，…（２個のみ図示）を有する四角形の板
状に形成され、その表面中央部には図示しない半導体集
積回路が形成されている。
【０００６】ここで、ベアチップ素子３の表面外周側に
は、前記半導体集積回路の入出力端子となる後述の各電
極パッド５が形成されている。また、ベアチップ素子３
の裏面側は図８に示すように、基板１上に形成された凹
陥部１Ａ内に添付した接着層４を用いて固定されてい
る。一方、基板１上には、例えば保護カバー（図示せ
ず）等がベアチップ素子３を覆うように取付けられ、該
ベアチップ素子３は基板１と保護カバーと共に、例えば
マイクロコンピュータ等のチップ部品を構成している。
【０００７】５，５，…はベアチップ素子３上に形成さ
れた素子側の電極パッドで、該各電極パッド５は例えば
アルミニウム，白金，銀パラジウム等の金属材料から四
角形状に形成され、ベアチップ素子３の外縁側に沿うよ
うにそれぞれ間隔をもって四角形状に列設されている。
【０００８】６，６，…は電極パッド２と電極パッド５
との間を接続する複数のボンディングワイヤで、該各ボ
ンディングワイヤ６は例えばアルミニウム，金等の金属
材料から針金状に形成されている。
【０００９】ここで、ボンディングワイヤ６は、図８に
示す如く、例えばワイヤボンディング等の手段により、
１本のワイヤを、頂点７から一側に延びる一側リード部
８と、頂点７から他側に延びる他側リード部９とによっ
て全体としてほぼ逆Ｖ字状をなして形成し、前記一側リ
ード部８の先端には基板１側の電極パッド２に接続され
る一側接続部１０が形成され、前記他側リード部９の先
端にはベアチップ素子３の電極パッド５が接続される他
側接続部１１が形成されている。そして、該ボンディン
グワイヤ６は、電極パッド２と電極パッド５との間をた
るみをもって架設している。なお、ボンディングワイヤ
６では、一側接続部１０と他側接続部１１との間の長さ
寸法をＬ、高さ寸法をｈとしている。
【００１０】このように構成される従来技術では、ベア
チップ素子３上に形成された前記半導体集積回路が電極
パッド２、電極パッド５およびボンディングワイヤ６等
を用いて基板１側の各ピン端子（図示せず）に接続さ
れ、これらのピン端子を通して外部の信号処理回路（図
示せず）等にそれぞれ接続されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術によるボンディングワイヤ６は、使用環境によっ
ても異なるが、熱や機械的な応力変化等により断線する
可能性があり、信頼性が低下するという問題がある。
【００１２】そこで、発明者は、ボンディングワイヤの
寿命を延ばすために、鋭意実験研究を行い、図９、図１
０の特性グラフに示すような結果を得た。また、各グラ
フの横軸はボンディングワイヤ６が破断するまでの破断
サイクル、縦軸はワイブル分布による累積故障率を示し
たものである。
【００１３】ここで、図９の特性グラフは、長さ寸法Ｌ
を５ｍｍとし、長さ寸法Ｌの方向に振幅０．２ｍｍで３
Ｈz の振動を発生させたもので、高さ寸法ｈを２．１ｍ
ｍ、３．７ｍｍ、４．５ｍｍとしたときの実験結果であ
る。
【００１４】一方、図１０の特性グラフは、高さ寸法ｈ
を４ｍｍとし、長さ寸法Ｌの方向に振幅０．４ｍｍで３
Ｈz の振動を発生させたもので、長さ寸法Ｌを５ｍｍ、
６ｍｍ、１０ｍｍとしたときの実験結果である。
【００１５】例えば、従来技術によるボンディングワイ
ヤ６において、長さ寸法Ｌを５ｍｍ、高さ寸法ｈを４ｍ
ｍとしたとき、一側接続部１０、他側接続部１１、頂点
７における応力を測定した結果は、一側接続部１０で８
Ｋｇf ／ｍｍ2 、他側接続部１１で６．５Ｋｇf ／ｍｍ
2 、頂点７で６．１Ｋｇf ／ｍｍ2 となり、一側接続部
１０に比較的大きな応力集中が起きていることがわか
る。これにより、ボンディングワイヤ６は、いずれの実
験においても、一側接続部１０で断線を起こしている。
【００１６】これらの実験結果からも明らかなように、
ボンディングワイヤ６の寿命を延ばすためには、長さ寸
法Ｌ、高さ寸法ｈの両方を大きくすればよいことがわか
る。しかし、基板１の凹陥部１Ａとベアチップ素子３と
の大きさ、ボンディングワイヤ６の高さ寸法ｈには限界
があり、ボンディングワイヤ６は限られたスペースに収
容しなくてはならず、従来技術によるボンディングワイ
ヤ６では寿命を延ばすことができなかった。
【００１７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は耐久性を高めて寿命を延ばすこ
とのできるボンディングワイヤの成形方法を提供するこ
とを目的としている。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【課題を解決するための手段】 上述した課題を解決する
ために、 請求項１の発明によるボンディングワイヤの成
形方法は、ワイヤの引出部位を接続ヘッドによって一方
の電極パッドに押付けて接続することにより一側接続部
を形成する第１の接続工程と、該第１の接続工程で接続
された一側接続部から引出された一側リード部の引出部
位を接続ヘッドによって基板側または電極パッドに押付
けることにより一側リード部をＳ字状に形成するＳ字形
成工程と、Ｓ字状とした一側リード部の引出部位を頂点
としてほぼ逆Ｖ字状に折曲げさらにワイヤを引出すこと
によって他側リード部を形成する他側リード部形成工程
と、ワイヤの他側リード部の引出部位を接続ヘッドによ
って他方の電極パッドに押付けて接続することにより他
側接続部を形成する第２の接続工程とからなる。
【００２１】このように構成することにより、Ｓ字形成
工程によって一側リード部の引出部位を基板側または電
極パッドに押付けて一側リード部をＳ字状に形成し、こ
のＳ字状は、一側接続部、頂点、他側接続部の各点にお
ける応力を分散させることができる。
【００２２】請求項２の発明によるボンディングワイヤ
の成形方法は、ワイヤの引出部位を接続ヘッドによって
一方の電極パッドに押付けて接続することにより一側接
続部を形成する第１の接続工程と、該第１の接続工程で
接続された一側接続部から引出すことにより一側リード
部を形成する一側リード部形成工程と、一側リード部の
引出部位をほぼＶ字状に折曲げさらに引出された他側リ
ード部の引出部位を接続ヘッドによって基板側または電
極パッドに押付けることにより他側リード部をＳ字状に
形成するＳ字形成工程と、Ｓ字状とした他側リード部の
引出部位を接続ヘッドによって他方の電極パッドに押付
けて接続することにより他側接続部を形成する第２の接
続工程とからなる。
【００２３】このように構成することにより、Ｓ字形成
工程によって他側リード部の引出部位を基板側または電
極パッドに押付けて他側リード部をＳ字状に形成し、こ
のＳ字状は、一側接続部、頂点、他側接続部の各点にお
ける応力を分散させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るボンディング
ワイヤの実施の形態を、図１ないし図６を参照しつつ詳
細に説明する。なお、本実施の形態では前述した従来技
術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省
略するものとする。
【００２５】まず、図１ないし図４に基づいて、第１の
実施の形態によるボンディングワイヤについて説明す
る。
【００２６】２１は本実施の形態に用いられるボンディ
ングワイヤで、該ボンディングワイヤ２１は従来技術で
用いられたボンディングワイヤ６に代えて用いられるも
ので、基板１側の電極パッド２とベアチップ素子３側の
電極パッド５とを電気的に接続するものである。
【００２７】ここで、ボンディングワイヤ２１は、例え
ばアルミニウム，金等の金属材料から針金状によって全
体としてほぼ逆Ｖ字状をなして形成され、後述するワイ
ヤボンディング装置３１により、頂点２２から一側に延
びる一側リード部２３と、頂点２２から他側に延びる他
側リード部２４と、前記一側リード部２３の先端を基板
１側の電極パッド２に接続する一側接続部２５と、前記
他側リード部２４の先端をベアチップ素子３の電極パッ
ド５に接続する他側接続部２６とから大略構成されてい
る。また、本実施の形態によるボンディングワイヤ２１
では、一側接続部２５と他側接続部２６との間の長さ寸
法をＬ、高さ寸法をｈとしている。
【００２８】２７はボンディングワイヤ２１の一側リー
ド部２３に形成されたＳ字形状で、該Ｓ字形状２７は一
側リード部２３の途中を湾曲させることによって、一側
接続部２５と頂点２２との間でＳ字状となっている。
【００２９】次に、図２を参照しつつ、本実施の形態に
よるボンディングワイヤ２１を成形するワイヤボンディ
ング装置の概略について説明する。
【００３０】３１はワイヤボンディング装置、３２は該
ワイヤボンディング装置３１の基台で、該基台３２は、
支柱３３と、該支柱３３の上側に設けられたヘッド保持
腕３４と、前記支柱３３の下側に設けられたテーブル支
持腕３５とから大略構成されている。
【００３１】３６はテーブル支持腕３５に取付けられた
ＸＹテーブルで、該ＸＹテーブル３６は、固定テーブル
と移動テーブル（いずれも図示せず）からなり、該ＸＹ
テーブル３６は、基板１を移動テーブル上に保持した上
で該基板１を水平面となるＸ軸、Ｙ軸方向に移動させる
ものである。
【００３２】３７はヘッド保持腕３４の先端に設けられ
たＺ軸移動機構で、該Ｚ軸移動機構３７は後述するヘッ
ド部材４０等をＸＹテーブル３６に対して上下方向に移
動させるものである。
【００３３】３８はワイヤ３９を巻回した状態で収容す
るワイヤ収容部となるリールで、該リール３８に巻回さ
れたワイヤ３９は後述するワイヤ送出部４２を経由して
接続ヘッド４１の先端に導かれる。
【００３４】４０はヘッド部材で、該ヘッド部材４０
は、接続ヘッド４１と、ワイヤ送出部４２と、接続ヘッ
ド４１とワイヤ送出部４２との間に設けられたカッター
４３によって構成されている。
【００３５】ここで、前記接続ヘッド４１は、ワイヤ３
９を電極パッドに接続するときに、超音波が印加される
ことにより、ワイヤ３９の引出部位３９Ａと電極パッド
とを圧着するものである。また、ワイヤ送出部４２は、
ヘッド部材４０の上下動に伴ってリール３８に巻回され
たワイヤ３９を送出すものである。さらに、カッター４
３は、接続ヘッド４１とワイヤ送出部４２との間に位置
し、ヘッド部材４０の先端に伸長することにより、ワイ
ヤ３９を切断するものである。なお、接続ヘッド４１の
先端には常にワイヤ３９の引出部位３９Ａが臨んでい
る。
【００３６】なお、ＸＹテーブル３６、Ｚ軸移動機構３
７、接続ヘッド４１、カッター４３等は図示しないコン
トロールユニットによって制御され、コントロールユニ
ットには基板１の大きさ、ベアチップ素子３の形状、電
極パッド２，５の位置、ボンディングワイヤ２１の長さ
寸法Ｌ，高さ寸法ｈ等が予め記憶されている。
【００３７】次に、上述したワイヤボンディング装置３
１を用いて本実施の形態によるボンディングワイヤ２１
を形成する場合を、図３を参照しつつ説明する。
【００３８】まず、第１の接続工程では、図３中の
（１）のように、ＸＹテーブル３６上に支持された基板
１に対してヘッド部材４０をＺ軸移動機構３７によって
近づける。そして、接続ヘッド４１によってワイヤ３９
の引出部位３９Ａを電極パッド２に押付け、該接続ヘッ
ド４１に超音波を印加することにより、ワイヤ３９の引
出部位３９Ａを基板１上の電極パッド２に接続する。こ
れにより、電極パッド２側にボンディングワイヤ２１の
一側接続部２５を形成する。
【００３９】次に、図３中の（２）に示すように、Ｚ軸
移動機構３７によってヘッド部材４０を電極パッド２か
ら離間させることにより、ワイヤ３９は一側接続部２５
を起点としてワイヤ送出部４２から引出される。
【００４０】次に、Ｓ字形成工程では、まず図３中の
（３）に示すように、Ｚ軸移動機構３７を駆動してヘッ
ド部材４０を基板１側に近づけ、接続ヘッド４１によっ
て一側リード部２３に位置したワイヤ３９の引出部位３
９Ａを基板１側に押付けることにより、一側リード部２
３をＳ字形状２７に形成する。従って、図３中の（４）
に示すように、Ｚ軸移動機構３７によってヘッド部材４
０を基板１から離間させることにより、ワイヤ３９をワ
イヤ送出部４２から更に引出す。
【００４１】次に、他側リード部形成工程では図３中の
（５）に示すように、一側リード部２３をＳ字状に形成
した後に、接続ヘッド４１を下方に向け一側リード部２
３の先端となるワイヤ３９の引出部位３９Ａをほぼ逆Ｖ
字状に折曲げて頂点２２を形成しつつ、さらに引出部位
３９Ａを引出すことによって、他側リード部２４を形成
する。
【００４２】最後に、第２の接続工程では、図３中の
（６）に示すように、Ｚ軸移動機構３７によってヘッド
部材４０をベアチップ素子３の電極パッド５に近づけ
る。そして、接続ヘッド４１によって他側リード部２４
に位置したワイヤ３９の引出部位３９Ａを電極パッド５
に押付け、該接続ヘッド４１に超音波を印加することに
より、ワイヤの他端を電極パッド５に接続して他側接続
部２６を形成する。その後に、カッター４３によってワ
イヤ３９を切断する。
【００４３】このように、本実施の形態によるボンディ
ングワイヤ２１は、上述した如くの工程によって成形さ
れ、一側リード部２３をＳ字形状２７に成形することが
できる。これにより、本実施の形態によるボンディング
ワイヤ２１において、長さ寸法Ｌを５ｍｍ、高さ寸法ｈ
を４ｍｍとしたとき、一側接続部２５、他側接続部２
６、頂点２２の各点における応力を測定した結果は、一
側接続部２５で６．７Ｋｇf ／ｍｍ2 、他側接続部２６
で６Ｋｇf ／ｍｍ2 、頂点２２で５．７Ｋｇf ／ｍｍ2
となり、従来技術によるボンディングワイヤ６に比べて
応力を分散させることができる。
【００４４】なお、本実施の形態と従来技術による各部
位の応力の測定結果を比較すると下記の表のようにな
る。
【００４５】
【表１】
【００４６】しかも、図４に示す如く、本実施の形態に
よるボンディングワイヤ２１と従来技術によるボンディ
ングワイヤ６との寿命を比較した実験結果からも明らか
なように、耐久性を約２倍に高めて寿命を延ばすことが
できる。
【００４７】なお、この実験は、長さ寸法Ｌを５ｍｍ、
高さ寸法ｈを４ｍｍとした同一寸法のボンディングワイ
ヤ６，２１に対して、長さ寸法Ｌの方向に振幅０．４ｍ
ｍで３Ｈz の振動を発生させたものである。
【００４８】また、実施の形態でボンディングワイヤ２
１を成形する場合、従来のワイヤボンディング装置を使
用して、前述した如くのワイヤ３９を基板１側に押しつ
けてＳ字形状２７を形成するＳ字形成工程を追加するの
みで、容易に一側リード部２３をＳ字形状２７とするこ
とができる。
【００４９】さらに、ボンディングワイヤ２１は、基板
１側の電極パッド２とベアチップ素子３側の電極パッド
５との間の限られたスペース内に収容することもでき、
基板１、ベアチップ素子３等の改造を行わずに、Ｓ字形
状２７を有するボンディングワイヤ２１を配置すること
ができる。そして、該ボンディングワイヤ２１は、その
寿命を確実に延ばし、信頼性を高めることができる。
【００５０】次に、図５、図６により、第２の実施の形
態によるボンディングワイヤについて説明するに、本実
施の形態によるボンディングワイヤ２１′は、他側リー
ド部２４にＳ字形状２７′を形成したことにある。な
お、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同
一の構成要素に同一の符号を付してその説明を省略し、
変更した部分にはダッシュ（′）を付すものとする。
【００５１】ここで、図６中の（１）が一側接続部形成
工程、同じく（２）が一側リード部形成工程、（３）〜
（５）がＳ字形成工程、（６）が他側接続部形成工程を
示し、これらの各工程によってボンディングワイヤ２
１′を成形している。
【００５２】このように成形されるボンディングワイヤ
２１′においても、前述した第１の実施の形態によるボ
ンディングワイヤ２１と同様に、耐久性を高めて寿命を
確実に延ばすことができる。
【００５３】なお、ボンディングワイヤ２１は、基板１
の電極パッド２とベアチップ素子３の電極パッド５とを
接続する場合について述べたが、素子と素子、基板と基
板、コネクタと基板等の種々の接続に用いることもでき
る。
【００５４】また、実施の形態では、Ｓ字形成工程にお
いて、ワイヤ３９の引出部位３９Ａを基板１側に押付け
ることにより、Ｓ字形状２７を形成するようにしたが、
これに限らず、電極パッドに押付けることにより、Ｓ字
形状２７を形成するようにしてもよい。
【００５５】
【００５６】
【発明の効果】 以上詳述した如く、 請求項１、請求項２
の発明では、Ｓ字形成工程によってワイヤの引出部位を
基板側または電極パッドに押付けることにより、リード
部をＳ字状に形成するから、従来によるワイヤボンディ
ング装置を改造することなく、Ｓ字形状を有するワイヤ
を容易に成形することができる。これにより、一側リー
ド部または他側リード部のうちいずれか一方のリード部
をＳ字形状に形成できるから、一側接続部、頂点、他側
接続部における応力を分散させることができ、ボンディ
ングワイヤの耐久性を高めて寿命を確実に延ばすことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるボンディングワイヤを
用いて基板とベアチップ素子とを接続した状態を示す断
面図である。
【図２】第１の実施の形態によるボンディングワイヤの
接続に用いられるワイヤボンディング装置を示す構成図
である。
【図３】ボンディングワイヤの成形方法を示す説明図で
ある。
【図４】本実施の形態によるボンディングワイヤと従来
技術によるボンディングワイヤとの寿命を比較した特性
線図である。
【図５】第２の実施の形態によるボンディングワイヤを
用いて基板とベアチップ素子とを接続した状態を示す断
面図である。
【図６】ボンディングワイヤの成形方法を示す説明図で
ある。
【図７】従来技術によるボンディングワイヤを用いて基
板とベアチップ素子との接続状態を示す平面図である。
【図８】図７中の矢示VIII−VIII方向からみた断面図で
ある。
【図９】ボンディングワイヤにおいて高さ寸法ｈを変化
させたときのボンディングワイヤの寿命を比較した特性
線図である。
【図１０】ボンディングワイヤにおいて電極パッド間の
長さ寸法Ｌを変化させたときのボンディングワイヤの寿
命を比較した特性線図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２，５ 電極パッド ３ ベアチップ素子 ２１，２１′ ボンディングワイヤ ２２ 頂点 ２３ 一側リード部 ２４ 他側リード部 ２５ 一側接続部 ２６ 他側接続部 ２７，２７′ Ｓ字形状 ３１ ワイヤボンディング装置 ３９ ワイヤ ３９Ａ 引出部位 ４１ 接続ヘッド

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤの引出部位を接続ヘッドによって
    一方の電極パッドに押付けて接続することにより一側接
    続部を形成する第１の接続工程と、該第１の接続工程で
    接続された一側接続部から引出された一側リード部の引
    出部位を接続ヘッドによって基板側または電極パッドに
    押付けることにより一側リード部をＳ字状に形成するＳ
    字形成工程と、Ｓ字状とした一側リード部の引出部位を
    頂点としてほぼ逆Ｖ字状に折曲げさらにワイヤを引出す
    ことによって他側リード部を形成する他側リード部形成
    工程と、ワイヤの他側リード部の引出部位を接続ヘッド
    によって他方の電極パッドに押付けて接続することによ
    り他側接続部を形成する第２の接続工程とからなるボン
    ディングワイヤの成形方法。
  2. 【請求項２】 ワイヤの引出部位を接続ヘッドによって
    一方の電極パッドに押付けて接続することにより一側接
    続部を形成する第１の接続工程と、該第１の接続工程で
    接続された一側接続部から引出すことにより一側リード
    部を形成する一側リード部形成工程と、一側リード部の
    引出部位をほぼＶ字状に折曲げさらに引出された他側リ
    ード部の引出部位を接続ヘッドによって基板側または電
    極パッドに押付けることにより他側リード部をＳ字状に
    形成するＳ字形成工程と、Ｓ字状とした他側リード部の
    引出部位を接続ヘッドによって他方の電極パッドに押付
    けて接続することにより他側接続部を形成する第２の接
    続工程とからなるボンディングワイヤの成形方法。
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