JP3873889B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１ボンディング面と第２ボンディング面との間をＡｌからなるワイヤにてワイヤボンディングを行うワイヤボンディング方法に関し、特に、第１ボンディング面および第２ボンディング面のどちらか一方にてワイヤの剥がれが生じたときに、剥がれが生じたワイヤをいったん除去し、あらためて修正のワイヤボンディングを行う修正ワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、第１ボンディング面と第２ボンディング面との間をＡｌからなるワイヤにてワイヤボンディングを行うワイヤボンディング方法としては、基板上にＡｌボンディング用のパッドや部品を搭載して、ＩＣチップとパッド間、基板と基板間、基板とコネクタ間等をＡｌワイヤでボンディングする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２１１５６０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたボンディング技術において、例えば、ボンディング面上の局部的な汚れやボンディング面の剛性不足等により、超音波パワーがボンディング面上に伝わらなくなり、ボンディング時にワイヤの剥がれが発生することがある、
このような場合、従来では、剥がれが生じたワイヤを除去し、除去されたワイヤに対応して残る打痕を避けて再度、修正のボンディングを行うことが行われてきた。また、この場合、上記打痕を避けてボンディングを行うためにボンディング面のサイズも十分に大きく確保されていた。
【０００５】
しかしながら、近年、電子装置の小型化や高密度化のニーズが高まり、Ａｌワイヤボンディングにおけるワイヤ間の狭ピッチ化が求められてきており、ボンディング面のサイズも著しく小さいものとなってきている。そのため、修正のボンディングを行う際に、打痕を回避して再度ボンディングすることは困難になってきている。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、Ａｌワイヤを用いたワイヤボンディング方法において修正のボンディングを行う際に、ワイヤの狭ピッチ化やボンディング面の小型化に適した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】
本発明者は、接合強度に関与するのは、ワイヤとボンディング面との接触領域全体ではなく、ワイヤを除去した後に残る打痕の部分であることに着目した（図３参照）。
【０００８】
そして、従来では、この打痕と重ねて修正のボンディングを行うことは、接合強度の面から回避されてきたのであるが、本発明者は、あえて打痕と重ねて修正ボンディングを行うようにした場合に、実用レベルにてどの程度まで接合性が確保できるかを検討した。本発明は、この検討に基づいて実験的に見出したものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明では、第１ボンディング面（２１）と第２ボンディング面（１１）との間をＡｌからなるワイヤ（３０）にてワイヤボンディングを行う際に、第１ボンディング面および第２ボンディング面のどちらか一方にてワイヤの剥がれが生じたときに、当該剥がれが生じたワイヤをいったん除去し、あらためて修正のワイヤボンディングを行う方法において、ワイヤを除去したボンディング面に対して、修正時のワイヤの接合面（３１）が、除去されたワイヤに対応した打痕（５０）と重なって位置するとともに、修正時のワイヤの接合面の面積に対する打痕と重なっている領域の面積割合が７５％以下となるように、修正のワイヤボンディングを行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明のように、修正のワイヤボンディングを行う際に、修正時のワイヤの接合面が打痕と重なって位置し、且つ、その修正時のワイヤの接合面の面積に対する打痕と重なっている領域の面積割合が７５％以下となるようにすれば、修正後のワイヤの接合性を実用レベルにて確保できることを、実験的に見出した（図５参照）。
【００１１】
そのため、修正時のワイヤの接合面を打痕と７５％の面積割合まで重ねることができるので、従来に比べて、ワイヤが狭ピッチ化された構成やボンディング面のサイズを小さくした構成においても修正のボンディングが可能となる。
【００１２】
よって、本発明によれば、Ａｌワイヤを用いたワイヤボンディング方法において修正のボンディングを行う際に、ワイヤの狭ピッチ化やボンディング面の小型化に適した方法を提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、打痕（５０）が楕円形状であり、さらに、第１ボンディング面（２１）および第２ボンディング面（１１）において、打痕の長径方向に沿った第１ボンディング面および第２ボンディング面の幅（Ｌ１）が打痕の長径（Ｌ）の２倍よりも小さいか、または打痕の短径方向に沿った第１ボンディング面および第２ボンディング面の幅（Ｗ１）が打痕の短径（Ｗ）の２倍よりも小さいとき、打痕の中心が第１ボンディング面および第２ボンディング面の中心から外れた位置となるように、修正前のワイヤボンディングを行うことを特徴とする。
【００１４】
上記請求項１に記載のワイヤボンディング方法といえども、少なくとも修正時のワイヤの接合面のうち打痕から外れた領域の面積割合が２５％よりも大きくなるように、ボンディング位置をずらして修正のボンディングを行う必要がある。つまり、ボンディング面において打痕を除いた部分のスペースが小さい場合には、打痕がボンディング面の中央に位置していると、修正時のボンディング領域を確保しにくい。
【００１５】
その点、請求項２に記載の方法のように、ボンディング面のサイズが楕円状の打痕の長径や短径の２倍よりも小さいときには、打痕の中心がボンディング面の中心から外れた位置となるように修正前のボンディングを行えば、修正時のボンディングの領域を適切に確保しやすくでき、好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、第１ボンディング面（２１）および第２ボンディング面（１１）において、面内に剛性の異なる部分が存在する場合には、修正前のワイヤボンディングを剛性の大きい方の部分にて行うようにすることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、修正前のボンディングにおいて、超音波パワーがボンディング面へ適切に伝えられるので、ワイヤの剥がれ自体を極力低減することができ、好ましい。
【００１８】
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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング構造の全体図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図２は図１中のコネクタの概略断面図である。
【００２０】
基板１０は、セラミック基板やプリント基板等を採用することができる。また、基板１０の表面には、ボンディング面としてのパッド１１が複数個形成されている。
【００２１】
本例では、基板１０はセラミック基板であり、パッド１１は４２アロイを基材として表面に電気Ｎｉめっきまたは無電解Ｎｉめっきを施したものである。図示しないが、このパッド１１は、基板１０の表面に形成されたＣｕ、Ａｇ等の電極上に対してはんだを介して固定されたものである。
【００２２】
コネクタ２０は基板１０と外部との電気的接続を行うものであり、例えば、インサート成形等により樹脂に金属製のターミナル２１が保持されてなるものである。
【００２３】
本例のコネクタ２０においては、図２に示すように、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂によってターミナル２１をインサート成形してなるものであり、このターミナル２１は、黄銅の表面に電気Ｎｉめっきまたは無電解Ｎｉめっきを施してなるものである。
【００２４】
ここで、樹脂部分から露出するターミナル２１の曲がり部がボンディング面として構成されており、コネクタ２０の開口部２０ａから露出するターミナル２１の端部が、外部配線部材と結合される部分となっている。
【００２５】
そして、図１、図２に示すように、基板１０のパッド１１およびコネクタ２０のターミナル２１は、Ａｌ（アルミ）からなるワイヤ３０によって結線されている。こうして基板１０とコネクタ２０との間がワイヤ３０を介して電気的に接続され、それにより回路が構成されている。
【００２６】
このワイヤ３０は、パッド１１およびターミナル２１のどちらか一方を第１ボンディング面、他方を第２ボンディング面としてワイヤボンディングすることにより形成される。本例では、コネクタ２０のターミナル２１を第１ボンディング面、基板１０のパッド１１を第２ボンディング面としている。
【００２７】
このワイヤボンディングにおいて、ターミナル（第１ボンディング面）２１およびパッド（第２ボンディング面）１１のどちらか一方にてワイヤ３０の剥がれが生じたときに、当該剥がれが生じたワイヤ３０をいったん除去し、あらためて修正のワイヤボンディングを行う。
【００２８】
本実施形態は、この修正のワイヤボンディングに特徴を持たせたものである。まず、図３を参照して、基本的なワイヤボンディング方法と打痕との関係を示す。
【００２９】
図３において、（ａ）はワイヤ径方向におけるツールおよびワイヤの断面形状およびそれに対応した打痕の平面形状を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の側面から見たツールおよびワイヤの形状およびそれに対応した打痕の平面形状を示す図である。なお、図３において、打痕５０には点々ハッチングが施してある。
【００３０】
ツール４０は、図示しないボンディング装置によって駆動され、ワイヤ３０をボンディング面１１、２１に押し付けて超音波パワーを加えることにより、ワイヤ３０をボンディング面１１、２１に接合させるものである。このツール４０にはワイヤ３０を保持するための溝４１が形成されている。本例では、溝４１はＶ溝形状である。
【００３１】
図３に示すように、ワイヤ３０はツール４０によって潰された形でボンディング面１１、２１に接合される。ここで、ワイヤ３０が剥がれたときには、図３に示すような楕円形状の打痕５０がボンディング面１１、２１の表面に残る。この打痕５０は、Ａｌが残ってボンディング面１１、２１に付着することで形成される。
【００３２】
ここで、第１ボンディング面（本例ではターミナル２１）にてボンディングができずに剥がれが生じた場合には、ボンディング装置が停止し、第１ボンディング面に残る打痕５０は、単純にワイヤ３０が剥がれた状態であり、剥がれ面となる。
【００３３】
この時点では、剥がれたワイヤ３０を除去して新しいワイヤ３０を引っぱり出し、この剥がれ面としての打痕５０が存在する第１ボンディング面２１に対して、再度修正のワイヤボンディングを行う。
【００３４】
一方、第２ボンディング面（本例ではパッド１１）にてワイヤ３０の剥がれが生じた場合には、この第２ボンディング面における打痕５０は上記剥がれ面となるが、第１ボンディング面ではすでに正常に接合を終えているため、接合されたワイヤ３０がそのまま残っている。
【００３５】
この時点で、修正のワイヤボンディングをしようとしても、第１ボンディング面２１におけるワイヤ３０が邪魔になり、ボンディングを行うことができない。その場合、図３（ａ）に示すように、剥がし治具６０を用いて第１ボンディング面２１のワイヤ３０を強制的に剥がす。こうして剥がれが生じたワイヤ３０を除去した後、修正のワイヤボンディングを行う。
【００３６】
なお、剥がし治具６０は鋼等の鉄系金属からなるもので、図３（ａ）中の矢印に示すように移動させることで、ワイヤ３０をせん断して除去する。つまり、この場合、打痕５０は、せん断面となる。
【００３７】
具体的なワイヤ除去の条件としては、剥がし治具６０と第１ボンディング面２１との間隔ｈを１０μｍ以下とし、剥がし治具６０の移動速度は０．２５ｍｍ／ｓｅｃ程度とする。そのため、せん断面としての打痕５０に残るＡｌの高さは１０μｍ以下である。また、上記した剥がれ面としての打痕５０においても、残るＡｌの高さは１０μｍ以下であるが、せん断面に比べて、残るＡｌはまばらな状態であり、その量も少ない。
【００３８】
また、この楕円形状の打痕５０の長径Ｌは、ツール４０の溝４１の長さＬに相当し、打痕５０の短径Ｗはツール４０の溝４１の幅Ｗに相当する。また、打痕５０の中心は、ツール４０の中心が当たったところとなる。
【００３９】
また、この打痕５０は、ワイヤ３０の接合面と一致したものである。つまり、ワイヤ３０とボンディング面１１、２１との接触する領域の全てが接合強度に関与するのではない。打痕５０となる領域が接合強度に関与し、図３中に示されるつぶれエッジ部３０ａ、ワイヤ先端部３０ｂ、ワイヤネック部３０ｃは接合強度に関与しない。
【００４０】
したがって、長径Ｌと短径Ｗで決められる楕円形状の打痕５０の領域が接合強度に関与する部分、すなわちボンディング面１１、２１におけるワイヤ３０の接合面３１に実質的に相当する。換言すれば、ワイヤ３０の接合面３１は、ツール４０の溝４１の長さＬと幅Ｗで決められる楕円形状となる。
【００４１】
この打痕５０およびワイヤ３０の接合部３１の楕円形状は、使用するボンディング装置（ボンダー）、ツール４０の形状およびワイヤの径により変わる。標準的には、次の通りである。
【００４２】
例えば、ワイヤ３０の径：２５０μｍのとき、楕円の長径Ｌ：７２０μｍ、短径Ｗ：２７５μｍであり、ワイヤ３０の径：１５０μｍのとき、楕円の長径Ｌ：４３０μｍ、短径Ｗ：１６５μｍでありでワイヤ３０の径：３００μｍのとき、楕円の長径Ｌ：８６０μｍ、短径Ｗ：３３０μｍである。
【００４３】
次に、本実施形態にて行う修正のワイヤボンディング方法について、図４を参照して述べる。図４は、修正のワイヤボンディング方法を示す図であり、（ａ）は、修正時のワイヤ３０の接合状態を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は、打痕５０と修正時のワイヤ３０の接合面３１との関係を示す図である。
【００４４】
本実施形態の修正のワイヤボンディングは、ワイヤ３０を除去したボンディング面１１、２１に対して、修正時のワイヤ３０の接合面３１が、除去されたワイヤに対応した打痕５０と重なって位置するとともに、修正時のワイヤ３０の接合面３１のうち打痕５０と重なっている領域３１ａの割合が７５％以下となるように行う。
【００４５】
図４では、上述したように、コネクタ２０のターミナル２１を第１ボンディング面、基板１０のパッド１１を第２ボンディング面とし、かつ、第２ボンディング面であるパッド１１にて剥がれが生じた場合としている。
【００４６】
つまり、図４においては、ターミナル２１上の打痕５０はせん断面としての打痕であり、パッド１１上の打痕５０は剥がれ面としての打痕である。ここで、前者の打痕５０は符号５０ａ、後者の打痕５０は符号５０ｂとして示し、区別することとする。
【００４７】
図４（ｂ）に示すように、点々ハッチングで示される楕円形状の打痕５０ａ、５０ｂと楕円形状をなす修正時のワイヤ３０の接合面３１とが重なっている。この重なった領域３１ａを重なり部３１ａとする。なお、図４（ｃ）では、打痕５０ａ、５０ｂは残っているＡｌの厚みを以て表してあり、その厚さは上述したように１０μｍ以下である。
【００４８】
このように、修正時のワイヤ３０の接合面３１のうち打痕５０との重なり部３１ａの面積割合（以下、重なり量という）が７５％以下であれば、修正後のワイヤ３０の接合性を実用レベルにて確保できる。これは、次に示すような実験検討を行った結果、見出されたものである。
【００４９】
図５は、上記重なり量を変えていったときのワイヤ３０の接合強度をせん断強度として表した図である。重なり量は重なり部３１ａの面積を接合面３１の面積で除した百分率である。また、ワイヤ３０の径はφ２５０μｍのものとした。
【００５０】
図５において（ａ）はせん断面としての打痕５０ａについて、（ｂ）は剥がれ面としての打痕５０ｂについて調べた結果であり、各重なり量についてサンプル数は同じである。なお、せん断面としての打痕５０ａは、上述した剥がし治具６０を用いた具体的なワイヤ除去条件にて形成した。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、打痕がせん断面であるか剥がれ面であるかに関わらず、重なり量が７５％を超えると、接合強度（せん断強度）の平均値が低下すると共に、そのばらつきも急激に大きくなっている。
【００５２】
この結果から、本実施形態では、重なり量が７５％以下であれば、修正後のワイヤ３０の接合性が実用レベルにて確保できることがわかった。なお、ワイヤ３０の径を２５０μｍから変えた場合にも、図５と同様の傾向が確認された。
【００５３】
このことは、逆に言えば、修正時のワイヤ３０の接合面３１のうち打痕５０の無い新生面と重なる領域の面積割合を２５％以上とすれば、修正後のワイヤ３０の接合性を実用レベルにて確保できることである。
【００５４】
なお、上述したように、ワイヤ３０の接合面３１は、ツールの溝幅Ｗ（短径）と溝長さＬ（長径）で決められる楕円に相当するものであるため、修正時のワイヤ３０の接合面３１のうち打痕５０との重なり部３１ａの面積割合が７５％以下となるように、修正のワイヤボンディングを行うことは、ツール４０の位置を決めることで容易に可能である。
【００５５】
このように本実施形態の修正のワイヤボンディング方法によれば、修正時のワイヤ３０の接合面３１を打痕５０と７５％の割合まで重ねることができるので、従来に比べて、ワイヤが狭ピッチ化された構成やボンディング面のサイズを小さくした構成においても修正のボンディングが可能となる。
【００５６】
ちなみに、従来の修正のワイヤボンディング方法は、図６に示すように、修正時のワイヤ３０の接合面３１を打痕５０から回避させていたため、ボンディング面１１、２１のサイズを小さくできず、ワイヤの狭ピッチ化に対しては不適であった。
【００５７】
よって、本実施形態によれば、Ａｌワイヤ３０を用いたワイヤボンディング方法において修正のボンディングを行う際に、ワイヤ３０の狭ピッチ化やボンディング面１１、２１の小型化に適したワイヤボンディング方法を提供することができる。
【００５８】
例えば、φ２５０μｍのワイヤ３０を用いた場合、上記図１（ａ）に示される長方形のボンディング面１１、２１において、長幅を１．２ｍｍ、短幅を０．６ｍｍ程度にすることができる。このような小さなボンディング面のサイズは、φ２５０μｍのワイヤ３０を用いた場合、従来では実現されていなかった。
【００５９】
また、ボンディング面１１、２１において、面内に剛性の異なる部分が存在する場合には、修正前のワイヤボンディングを剛性の大きい方の部分にて行うようにすることが好ましい。
【００６０】
例えば、本実施形態では、上記図２に示すように、第１ボンディング面であるコネクタ２０のターミナル２１においては、ボンディング面を支持する下部の形状が図中の一点鎖線で示すボンディング面の中心から左右非対称である。つまり、ここでは、ボンディング面のうち左側の部分が、右側の部分よりも支持が強固であって剛性の大きい部分となっている。
【００６１】
このようなターミナル２１の場合、図２中の白抜き矢印に示すように、剛性の大きい左側の部分に、修正前のボンディングを行うようにする。それによれば、剛性の小さい右側の部分にボンディングする場合に比べて、超音波パワーがボンディング面２１へ適切に伝えられるので、ワイヤ３０の剥がれ自体を極力低減することができ、好ましい。
【００６２】
また、図７は、本実施形態の好ましい形態を説明するための平面図である。これは、修正前のボンディングに関するものである。上記図３等にも示したが、打痕５０は一般に楕円形状である。このような楕円形状の打痕５０とボンディング面１１、２１のサイズとの関係について、次のような場合を考える。
【００６３】
図７に示すように、第１ボンディング面２１および第２ボンディング面１１において、打痕５０の長径方向に沿った第１ボンディング面２１および第２ボンディング面１１の幅Ｌ１が打痕５０の長径Ｌの２倍よりも小さいか、または打痕５０の短径方向に沿った第１ボンディング面２１および第２ボンディング面１１の幅Ｗ１が打痕５０の短径Ｗの２倍よりも小さいとする。
【００６４】
修正時のボンディングにおいては、ボンディング位置を多少なりとも打痕５０からずらして行う必要があるが、ボンディング面１１、２１の幅Ｌ１、Ｗ１が上記したサイズである場合、打痕５０の中心がボンディング面１１、２１の中央にあると、その周囲に位置する新生面の幅が小さくなり、修正時のボンディング領域を確保しにくい。
【００６５】
それに対して、図７に示すように、打痕５０の中心がボンディング面１１、２１の中心から外れた位置となるように修正前のボンディングを行えば、ボンディング面１１、１２の中心から一方の側では新生面の領域を広く採ることができ、修正時のボンディング領域を適切に確保しやすくできる。
【００６６】
また、修正時のワイヤ３０の接合面３１と打痕５０との重なり形状は、上記図４（ｂ）に示した形状以外にも、図８（ａ）〜（ｃ）の各図に示すような形状であっても良い。
【００６７】
特に、図８（ｃ）に示すように、同じボンディング面１１、２１で２回剥がれが生じた場合など、３回目のボンディングが修正のワイヤボンディングとなる。この場合、３回目のボンディングにおけるワイヤ３０の接合面３１を、１回目の打痕５０、２回目の打痕５０’と重なるようにする。そして、当該接合面３１のうち図８（ｃ）中、斜線ハッチングで示す新生面の領域が２５％以上となるようにすればよい。
【００６８】
また、本実施形態では、第１ボンディング面２１と第２ボンディング面１１との間をワイヤボンディングによって形成されたＡｌからなるワイヤ３０にて接続する場合において、両ボンディング面１１、２１の少なくとも一方にてワイヤ３０のはがれが生じたときに、あらためて修正のワイヤボンディングを行って両ボンディング面１１、２１をワイヤ３０にて接続してなるワイヤボンディング構造において、修正がなされたボンディング面１１、２１においては、修正時のワイヤ３０の接合面３１が修正前のワイヤ３０の打痕５０と重なって位置しており、ワイヤ３０の接合面３１のうち打痕５０と重なっている領域が７５％以下であることを特徴とするワイヤボンディング構造も提供される。
【００６９】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、第１ボンディング面と第２ボンディング面とを逆にする、すなわち基板１０のパッド１１を第１ボンディング面とし、コネクタ２０のターミナル２１を第２ボンディング面とするようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るワイヤボンディング構造の全体図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１中のコネクタの概略断面図である。
【図３】ワイヤボンディング方法と打痕との関係を示す図である。
【図４】上記実施形態に係る修正のワイヤボンディング方法を示す図である。
【図５】重なり量とワイヤの接合強度との関係を示す図である。
【図６】従来の修正のワイヤボンディング方法を示す図である。
【図７】好ましい形態を説明するための平面図である。
【図８】修正時のワイヤの接合面と打痕との重なり形状の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１１…パッド、２１…ターミナル、３０…ワイヤ、３１…ワイヤの接合面、
５０…打痕。

Claims (3)

  1. 第１ボンディング面（２１）と第２ボンディング面（１１）との間をＡｌからなるワイヤ（３０）にてワイヤボンディングを行う際に、前記第１ボンディング面および前記第２ボンディング面のどちらか一方にて前記ワイヤの剥がれが生じたときに、当該剥がれが生じた前記ワイヤをいったん除去し、あらためて修正のワイヤボンディングを行う方法において、
    前記ワイヤを除去したボンディング面に対して、修正時の前記ワイヤの接合面（３１）が、前記除去されたワイヤに対応した打痕（５０）と重なって位置するとともに、修正時の前記ワイヤの接合面の面積に対する前記打痕と重なっている領域の面積割合が７５％以下となるように、修正のワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 前記打痕（５０）が楕円形状であり、
    さらに、前記第１ボンディング面（２１）および前記第２ボンディング面（１１）において、前記打痕の長径方向に沿った前記第１ボンディング面および前記第２ボンディング面の幅（Ｌ１）が前記打痕の長径（Ｌ）の２倍よりも小さいか、または前記打痕の短径方向に沿った前記第１ボンディング面および前記第２ボンディング面の幅（Ｗ１）が前記打痕の短径（Ｗ）の２倍よりも小さいとき、
    前記打痕の中心が前記第１ボンディング面および前記第２ボンディング面の中心から外れた位置となるように、修正前のワイヤボンディングを行うことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
  3. 前記第１ボンディング面（２１）および前記第２ボンディング面（１１）において、面内に剛性の異なる部分が存在する場合には、修正前のワイヤボンディングを剛性の大きい方の部分にて行うようにすることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤボンディング方法。
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