JP3855532B2 - Ｉｃチップと回路基板との接続方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップのパッドと回路基板のランドとをワイヤボンディングで形成された導線によって電気的に接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップおよび回路基板（配線基板）とをＡｕワイヤを用いたワイヤボンディングにて電気的に接続する場合に、一般に、回路基板上の配線材料がＣｕ等のようなＡｕワイヤとの接合性の悪い材料であると、配線（ランド）上に直接ボンディングを行うことができないとされている。
【０００３】
このような回路基板でＩＣチップの電極（パッド）および回路基板の電極（ランド）とにワイヤボンディングを行う手順を図５に基づいて説明する。
まず、回路基板のランド上にＡｕワイヤにて予め接合性のよいボールボンディングを行ってバンプを予め形成しておく（図５（ａ）、（ｂ））。次に、ＩＣチップのパッド上に１次ボンディングを行い（図５（ｃ））、続いて配線上に形成しておいたバンプに２次ボンディングを行う（図５（ｄ））。以上の図５（ａ）〜（ｄ）に示す工程によって、Ａｕワイヤボンディングの接合性を確保している。
【０００４】
この方法によれば、回路基板のＣｕ等のランドとＡｕワイヤは接合性のよいボールボンディングで接合し、さらに配線上のバンプとＡｕワイヤは通常のウェッジボンディングで同質同材のＡｕ同士の接合を行うことによって良好な接合を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、ＩＣチップ上に形成されているボンディングパッドは多ピン、狭ピッチ化が進んでおり、ＩＣチップ上のパッドにボールボンディングを行う際には、パッドの大きさに応じて小径のボールを用いなければならない。このとき、チップ上のパッドにボールボンディングを行うのと同じボール径のボールを用いて、基板上のＣｕ等のランドにボールボンディングを行ったとすると、ボールの体積が小さいため、Ｃｕ等のランドとＡｕワイヤの界面が十分接合されないうちにつぶれてしまうことになる。その結果、ボンディング後の接合強度が弱いばかりでなく、ボンディング中においても接合が確保されず、はがれてしまうという不具合が発生する。
【０００６】
また、逆に基板ランド上へのボンディング性を確保するために、ランドにボールボンディングを行うのと同じボール径のボールを用いてＩＣチップ上のパッドにボールボンディングと行うとすれば、ボールがパッドから大きくはみ出してしまい隣り合うパッドでショートしてしまうという不具合が発生する。
本発明は、上記点に鑑み、ＩＣチップと回路基板とをワイヤボンディングで形成された導線によって電気的に接続する方法において、回路基板と導線との接合性を確保するとともに多ピンかつ狭ピッチのＩＣチップへのボンディングを可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１のボール（５ａ）を形成してボールボンディングを行うことにより、ワイヤボンディングの２次側となるランド（４）にバンプ（６）を形成するバンプ形成工程と、パッド（３ａ）に応じて第１のボール（５ａ）より小径の第２のボール（５ｂ）を形成してボールボンディングを行うことにより、パッド（３ａ）を１次側としてワイヤボンディングを行う１次側ボンディング工程と、バンプ（６）を２次側としてワイヤボンディングを行って導線（１０）を形成し、ＩＣチップ（３）および回路基板（１）とを電気的に接続する２次側ボンディング工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】
これにより、回路基板（１）上のランド（４）にボンディングを行う際には、大径の第１のボール（５ａ）を用いてボールボンディングを行って接合性を確保できるとともに、ＩＣチップ（３）上のパッド（３ａ）にボンディングを行う際には、第１のボール（５ａ）より小径の第２のボール（５ｂ）を用いてボールボンディングを行い、パッド（３ａ）からのはみ出しや、ショートを防ぐことができ、多ピンかつ狭ピッチのＩＣチップ（３）へのボンディングが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、バンプ形成工程は、ワイヤボンディングの２次側となるランド（４）のすべてについて連続してバンプ（６）を形成することを特徴としている。
このようにすべてのランド（４）について連続してボンディングを行うことにより、ランド（４）とパッド（３ａ）で異なるボール径のボールを形成してボールボンディングを行う場合に、ボール径を変更することなくランド（４）にボールボンディングを行うことができ、ボンディングを効率よく行うことができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、ＩＣチップ（３）が複数であり、異なるボール径の第２のボール（５ｂ）を必要とするパッド（３ａ）が存在する場合には、ボンディング工程において、パッド（３ａ）に応じて第２のボール（５ｂ）のボール径を変更するとともに、同じボール径の第２のボール（５ｂ）に対応するパッド（３ａ）のすべてについて連続してワイヤボンディングを行うことを特徴としている。
【００１１】
これにより、複数のＩＣチップ（３）が回路基板（１）に設置されており、各ＩＣチップ（３）におけるパッド（３ａ）の大きさ等が異なる場合には、それぞれのパッド（３ａ）からはみ出したりすることなくボンディングを行うことができ、同じボール径の第２のボール（５ｂ）を必要するパッド（３ａ）についてボール径を変更することなく連続してボンディングを行うことができ、ボンディングを効率よく行うことができる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したＩＣチップと回路基板との接続方法について図に基づいて説明する。
図１から３は、本発明の第１実施形態に係るＩＣチップ３と回路基板１との接続方法を示す工程図であり、図４はボンディング後の回路基板を示している。なお、図４ではＩＣチップ３上のパッド３ａを省略している。以下、接続工程順に説明する。
【００１４】
まず、回路基板（セラミック基板やプリント基板などの基板）１を用意する。この回路基板１の一面上には、ダイマウントペースト２（例えばはんだやＡｇペースト）によりＩＣチップ３がダイマウントされ、ＩＣチップ３上には、ＩＣチップ３の内部回路と電気的に接続されたパッド３ａが設けられている。本実施形態では、回路基板１には複数のＩＣチップ３が設置されている。
【００１５】
一方、回路基板１の一面上のうちＩＣチップ３の設置領域と異なる部分には、Ｃｕ、Ｎｉ、フラッシュＡｕめっき等のようにＡｕワイヤと接合性の悪い配線材料を用いたランド４が形成されている。
そして、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、このランド４上に、Ａｕよりなる凸状のＡｕバンプ６を、Ａｕワイヤ５を用いてボールボンディングにより形成する。これは、ＩＣチップ３のパッド３ａとランド４との間をＡｕワイヤ５を用いてワイヤボンディングして後述の導線１０を形成する場合に、Ａｕバンプ６と導線１０とを同質材質のＡｕにより構成することにより、導線１０の接合性を良くするためである。
【００１６】
具体的には、図１（ａ）に示すように、キャピラリ７の貫通孔７ａにＡｕワイヤ５を挿通した状態で、トーチ電極８からの放電によりキャピラリ７から突出したＡｕワイヤ５の先端に第１のボール５ａを形成する。
このとき、使用するＡｕワイヤ５の径が３０μｍの場合には、第１のボール５ａのボール径ｄを７０〜８０μｍとすることがランド４とＡｕワイヤ５との接続性を確保するために最適である。本実施形態においては、第１のボール５ａのボール径ｄを例えば７５μｍとしている。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、キャピラリ７をランド４上に位置させてボールボンディングを行う。このボールボンディングによってＡｕバンプ６を形成する。
次に、図１（ｃ）に示すように、キャピラリ７を後方（Ａｕバンプ６に対しＩＣチップ３と反対側の方向）に移動させてウェッジボンディングを行う。このとき、キャピラリ７をランド４上に押しつけてＡｕバンプ６から延びるＡｕワイヤ５を切断する。
【００１８】
次に、再度、キャピラリ７を上方に移動させ、図１（ｄ）に示すように、トーチ電極８からの放電により、Ａｕワイヤ５の先端に第１のボール５ａを形成する。
以上の図１（ａ）〜（ｄ）の工程を順次繰り返し、回路基板１のすべてのランド４上にＡｕバンプ６を形成していく。図４（ａ）はすべてのランド４上にＡｕバンプ６を形成した状態の配線基板１を示す。
【００１９】
次に、図２（ａ）に示すように、キャピラリ７の貫通孔７ａにＡｕワイヤ５を挿通した状態で、トーチ電極８からの放電によりキャピラリ７から突出したＡｕワイヤ５の先端に上記第１のボール５ａより小径の第２のボール５ｂを形成する。このとき、ＩＣチップ３上におけるパッド３ａの大きさが９０〜１１０μｍであり、隣り合うパッド３ａの間隔が１００〜１４０μｍであるとすると、パッド３ａからのはみ出し等を防止するためには第２のボール５ｂのボール径を６０〜７０μｍとすることが最適である。本実施形態では、トーチ電極８の電圧、電流量を調整することにより第２のボール５ｂのボール径ｅを例えば６５μｍとしている。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＩＣチップ３に形成されたパッド３ａ上にボールボンディング（１次ボンディング）を行うとともに、図２（ｃ）に示すように、上記工程で形成したランド４上のバンプ６にウェッジボンディング（２次ボンディング）を行う。これにより、ＩＣチップ３のパッド３ａとランド４上のバンプ６との間にＡｕよりなる上記導線１０が形成され、ＩＣチップ３と回路基板１とが電気的に接続される。
【００２１】
以上の図２（ａ）〜（ｃ）の工程を順次繰り返して、第２のボール５ｂの同じボール径ｅを必要とするすべてのパッド３ａ、すなわち大きさや間隔が同程度であるすべてのパッド３ａについてボンディングを行う。図４（ｂ）は、以上の図２（ａ）〜（ｃ）の工程により、大きさ、間隔が同じであるすべてのパッド３ａにボンディングが終了した後の回路基板１を示している。
【００２２】
また、本実施形態のように複数のＩＣチップ３が回路基板１に設置されており、さらに、各ＩＣチップ３でパッド３ａの大きさ等が異なる場合には、各ＩＣチップ３ごとに、そのパッド３ａの大きさ、間隔に応じたボール径の第２のボール５ｂを形成する。例えば、図３に示すように、上記のボール径ｅより大きく第１のボールのボール径ｄより小さいボール径ｆの第２のボール５ｂをトーチ８の電流、電圧量を調整して形成する。
【００２３】
そして、上記で図２（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明したのと同様に、ＩＣチップ３に形成されたパッド３ａ上にボールボンディング（１次ボンディング）を行うとともに、ランド４上のバンプ６にウェッジボンディング（２次ボンディング）を行う。図４（ｃ）は、以上の工程によってすべてのパッド３ａにボンディングが終了し、ＩＣチップ３と回路基板１とが電気的に接続された後の回路基板１を示している。
【００２４】
以上のように、本発明によれば、回路基板１上のランド４側は大きなボール径の第１のボール５ａにてボールボンディングを行って接合性を確保することができる。そして、ＩＣチップ３のパッド３ａ側はパッド３ａの大きさ、間隔に合わせて、第１のボール５ａより小径の第２のボール５ｂを形成し、この第２のボール５ｂにてボールボンディングを行うことにより、パッド３ａからのはみ出し、ショートを防止することができる。従って、回路基板１と導線１０との接合性を確保できるとともに多ピンかつ狭ピッチのＩＣチップ３へのボンディングを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１のボールにてランド上にバンプを形成する手順を示す工程図である。
【図２】第２のボールにてパッドとバンプとを接続する手順を示す工程図である。
【図３】第２のボールのボール径を変更した場合を示す側面図である。
【図４】ＩＣチップと配線基板とを接続する各段階における配線基板の状態を示す平面図である。
【図５】従来技術のＩＣチップと配線基板との接続手順を示す工程図である。
【符号の説明】
１…回路基板、３…ＩＣチップ、３ａ…パッド、４…ランド、５…Ａｕワイヤ、５ａ…第１のボール、５ｂ…第２のボール、６…凸状のＡｕバンプ、１０…導線。

Claims (3)

  1. ＩＣチップ（３）のパッド（３ａ）および回路基板（１）のランド（４）とをワイヤボンディングで形成された導線（１０）で電気的に接続する方法であって、
    第１のボール（５ａ）を形成してボールボンディングを行うことにより、ワイヤボンディングの２次側となる前記ランド（４）にバンプ（６）を形成するバンプ形成工程と、
    前記第１のボール（５ａ）より小さいボール径の第２のボール（５ｂ）を形成してボールボンディングを行うことにより、前記パッド（３ａ）を１次側としてワイヤボンディングを行うとともに、前記バンプ（６）を２次側としてワイヤボンディングを行って前記導線（１０）を形成し、前記ＩＣチップ（３）および前記回路基板（１）とを電気的に接続するボンディング工程とを備えることを特徴とするＩＣチップと回路基板との接続方法。
  2. 前記バンプ形成工程は、ワイヤボンディングの２次側となる前記ランド（４）のすべてについて連続して前記バンプ（６）を形成することを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップと回路基板との接続方法。
  3. 前記ＩＣチップ（３）が複数であり、異なるボール径の前記第２のボール（５ｂ）を必要とする前記パッド（３ａ）が存在する場合には、
    前記ボンディング工程において、前記パッド（３ａ）に応じて前記第２のボール（５ｂ）のボール径を変更するとともに、同じボール径の前記第２のボール（５ｂ）に対応する前記パッド（３ａ）のすべてについて連続してワイヤボンディングを行うことを特徴とする請求項２記載のＩＣチップと回路基板との接続方法。
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