JP4229544B2

JP4229544B2 - Gas sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4229544B2
Application number: JP29986199A
Authority: JP
Inventors: 時夫大越; 宏東根; 忠男吉川; 伸行石丸
Original assignee: Figaro Engineering Inc
Current assignee: Figaro Engineering Inc
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: JP2001116713A

Description

【０００１】
【発明の利用分野】
この発明はガスセンサとその製造方法に関し、特にリードワイヤのボンディングに関する。
【０００２】
【従来技術】
ガスセンサのリードワイヤのボンディングについて、特開平９−６８５１２号公報がある。この公報では、たとえばセンサチップに設けた金−プラチナの２層のパッドに、Ｐｔ−Ｗなどの高抵抗貴金属合金線をボンディングする。パッドへのボンディング前に、貴金属合金線を枠体にボンディングし、枠体上の貴金属合金線に対してチップを位置決めして、パラレルギャップボンディングなどにより貴金属合金線をパッドにボンディングする。このときのボンディング強度は２０ｇｆ程度で比較的弱い。ついでボンディング強度の不足を補うため、パッドとリードワイヤとを覆うように金ペーストなどを点状に塗布し、乾燥後に焼成して、ボンディング部を補強する。こののち、パッドとパッドの間の不要なリードワイヤをカットし、枠体からワイヤをカットして、ステムにボンディングする。
【０００３】
このボンディング方法の基本的な問題点は、パッドに対するリードワイヤのボンディング強度が低い点にある。これを補うために、金ペーストの塗布と乾燥・焼成のプロセスが要求される。またリードワイヤのパッドへのボンディング強度が低く、ボンディングが難しいので、枠体にリードワイヤをボンディングして位置決めした後に、パッドに対してボンディングすることになる。そしてこのため、枠体が必要になり、かつ枠体のフレーム間を結ぶリードワイヤの長さは、ステム間の長さより一般に長いので、リードワイヤの大部分が無駄になる。さらにパッドとパッドの間のリードワイヤをカットして除去しなければならないが、この作業も面倒である。これらのために全体としては、ボンディングのためにかなりの工程数が必要になり、リードワイヤのロスなどの材料ロスも大きい。
【０００４】
【発明の課題】
この発明の基本的課題は、リードワイヤのボンディング作業を容易にし、かつボンディング強度を改善することにある。
【０００５】
【発明の構成】
この発明のガスセンサは、ガスセンサ本体のチップに設けたパッドに、リードワイヤをボンディングしたガスセンサにおいて、前記リードワイヤを覆うように、金または金合金からなるボールバンプを前記パッドと前記リードワイヤとに結合させて、ボールバンプとパッドの間にリードワイヤを挟み込み、かつボールバンプがパッドとリードワイヤとに結合していることにより、リードワイヤをパッドにボンディングしたことを特徴とする。
またこの発明は、ガスセンサ本体のチップに設けたパッドに、リードワイヤをボンディングしたガスセンサにおいて、前記リードワイヤを覆うように、金または金合金からなるワイヤを前記パッドと前記リードワイヤとに結合させて、前記ワイヤとパッドの間に前記リードワイヤを挟み込み、かつ前記ワイヤがパッドと前記リードワイヤとに結合していることにより、リードワイヤをパッドにボンディングしたことを特徴とする。
【０００６】
この発明のガスセンサの製造方法では、パッドを形成したチップ状のガスセンサ本体を用い、所定長に切断済みのリードワイヤをチャックし、リードワイヤの一端部付近を前記パッド上に配置し、金線または金合金線を治具から繰り出してボール状に成型し、成型したボールを、前記リードワイヤの一端部付近を覆うように、前記パッドと前記リードワイヤの一端部付近とにボンディングすることを特徴とする。
【０００７】
【発明の作用と効果】
請求項１の発明では、金または金合金からなるボールバンプを用い、このボールバンプをリードワイヤを覆うように基板に設けたパッドに結合させる。ボールバンプは金あるいは金合金からなるので、パッドとの付着は容易であり、その結合強度も高い。同様にボールバンプは、リードワイヤとも容易に結合する。そこでボールバンプとパッドとの結合、ならびにボールバンプとリードワイヤとの結合により、リードワイヤをパッドにボンディングする。ここにリードワイヤとしては、Ｐｔ−Ｗ、Ｐｔ−Ｎｉ、Ｐｔ−Ｆｅ，Ａｕ−Ｐｄ−Ｍｏ、Ｐｔ−ＺＧＳなどの貴金属系高抵抗合金線が好ましい。このような貴金属系高抵抗合金線は、熱伝導率が小さいため、ガスセンサーの消費電力を減少させるのに適している。そして母材となるＰｔやＡｕなどの貴金属に添加物を加えて特性を改変するため、ボンディングが困難になっている。しかしながらボールバンプの金あるいは金合金（たとえばＡｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｐｄ）は、貴金属系高抵抗合金線などと容易に結合するので、高いボンディング強度を得ることができる。
【０００８】
このようにすると、リードワイヤとパッドとのボンディングが容易になる。そして、ボンディングのみで充分なボンディング強度が得られるので、金ペーストを塗布して乾燥・焼成するなどの作業が不要になる。またボンディングが容易なので、リードワイヤを枠体などに張り渡す必要はなく、最初から所定長に切断したものをボンディングできる。
【０００９】
ボンディングの相手をガスセンサ本体のチップに設けたパッドとし、特に好ましくはパッドをＡｕ−Ｐｔ合金などの金と白金系貴金属とを含むパッドとする。このようなパッドは、たとえば上層は金、下層は白金系貴金属とした２層のパッドでも良く、あるいはこれらの成分を混合した合金系の１層のパッドでもよい。
【００１０】
ボンディング材の取り扱いでは、たとえば金線または金合金線をトーチなどで加熱してボール状に成形し、このボールをリードワイヤ上にワイヤボンディングして、ボールバンプでリードワイヤをパッドに結合しても良い。あるいは金線または金合金線をキャピラリーなどから引き出し、リードワイヤとクロスするようにパッド上に配置し、これをボンディングして、リードワイヤをパッド上に押さえ込んでも良い。
【００１２】
【実施例】
実施例１，２を、図１〜図１０を参照して説明する。図１にボンディング前のセンサチップを全体として２で示し、図２に図１のII-II方向の断面を示す。４はアルミナ等の基板で、６，７は４個のパッドで、基板４の１つの主面上にあり、好ましくは金ー白金系貴金属等の２層または、金ー白金系貴金属等の合金を用いる。このパッドは基板４への結合強度と、リードワイヤのボンディング性とを改善するためのものである。
【００１３】
８はガスセンサの感応膜としての金属酸化物半導体で、ここではＳｎＯ2膜である。ガスセンサとしてはＳｎＯ2などの金属酸化物半導体を用いたガスセンサの他に、ＺｒＯ2を用いた固体電解質ガスセンサ、あるいは接触燃焼式ガスセンサも使用できる。ＺｒＯ2を用いた固体電解質ガスセンサの場合、基板４自体がＺｒＯ2でも良い。センサ本体のチップ２は図２に示すようにスルーホール加工されており、基板４の一方の面に揃えた４つのパッド６，７のうち、ヒータ用のパッド７をスルーホールを介してヒータ膜１０に接続する。
【００１４】
図３に、枠体やリードワイヤの不要部のカットを伴う従来例との比較のため、実施例でのボンディング工程を模式的に示す。リードワイヤ１２は貴金属高抵抗合金からなるワイヤで、Ｐｔ−Ｗ（Ｗ８％等）、Ｐｔ−Ｎｉ、Ｐｔ−Ｃｕ、Ｐｔ−Ｆｅ、Ｐｔ−ＺＧＳ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｍｏ等が使用できる。実施例ではＰｔ−Ｗ（Ｗ８％）線を使用し、線径はたとえば１０〜５０μｍ、ここでは４０μｍとした。またリードワイヤ１２はＰｔでも良い。１１はリードワイヤ１２のボビンで、そこからチャック１３で所定長のリードワイヤを取り出し、切断する。
【００１５】
チップ１つ当たりのワイヤ１２の本数は例えば４本であり、これらを図３のように位置決めして、１端部付近をパッド６，７上に配置する。次いで図４以降に示すプロセスで、リードワイヤ１２をパッド６，７にボンディングし、続いて図３の下部に示すステム２６に対してボンディングする。このボンディングは図４以降に示すプロセスでも良く、あるいは通常のパラレルギャップ溶接等でも良い。
【００１６】
図４に、第１の実施例でのボールバンプによるボンディングを示す。センサ本体のチップ２にパッド６，７を設け、ボンディング材としてのボール１８を、線径がたとえば２０〜１００μｍの金線１６の先端付近への、トーチからの放電等で形成する。金線１６に代えてＡｕ−ＰｄやＡｕ−Ｃｕ等のワイヤでも良い。実施例では線径５０μｍの金線１６を使用した。パッド６，７への金線１６のボンディングには例えば超音波熱圧着を用い、超音波パワー２Ｗ、超音波タイム４５ｍｓ、ボール１８の径が約１００μｍ、荷重１００ｇ、温度１５０℃とした。
【００１７】
ボンディングは、金ボール１８で、リードワイヤ１２の先端を覆って、パッド６、７との間に挟み込むように行った。キャピラリー１４に金線１６が通してあり、キャピラリー１４から金線１６の先端を引き出す。この金線１６の端部付近を、図示しないトーチ電極との間で放電させ、金線１６の先端を溶融してボール１８を形成する。この時、ワイヤ１２は図示しないチャックでパッド６、７に対して位置決めされており、超音波熱圧着等のワイヤボンディングにより、ボール１８をパッド６、７にボンディングする。ボンディング後、リードワイヤの剥離荷重をセンサ１０個で測定し、その平均剥離荷重（平均ボンディング荷重）を求めた。
【００１８】
ボンディングにより、ボール１８とパッド６，７との間、及びボール１８とリードワイヤ１２との間に、合金形成等の結合が生じる。たとえば、ボール１８とパッド６，７とが共に貴金属系材料で、ボール１８の金が低融点であるため容易に結合し、同様にボール１８とリードワイヤ１２との間でも合金が形成される。その後キャピラリー１４をクランプ等で保持し、金線１６を固定して持ち上げる。このためにボール１８の上部で金線１６が切断され、バンプ状のボール１８でリードワイヤ１２がパッド６，７に結合される。
【００１９】
図５に、第２の実施例でのウェッジボンディングによるボンディングを示す。金線１６をボンディング材として治具２０から繰り出し、リードワイヤ１２の先端とクロス、好ましくは直交するように配置し、ボンディング相手のパッド６、７にウェッジボンドする。ウェッジボンドは超音波熱圧着等で行う。基板４を、１００〜２００℃程度の所定温度に加熱し、キャピラリーなどの治具２０を用いてボンディング用のリードワイヤ１２の先端をパッド６、７上に置く。次いで超音波を加えて、基板４の予熱と超音波による接触部での局所的発熱でボンディングする。ボンディングは、例えば超音波パワー２Ｗ、超音波タイム４５ｍｓ、その他は第１の実施例と類似の条件で行った。ボンディング後、リードワイヤの平均剥離荷重を、第１の実施例と同様にして求めた。
【００２０】
図６に、参考例でのマイクロアークボンディングでの、ボンディングを示す。治具２４はセラミックなどの絶縁物のキャピラリーである。リードワイヤ１２を、パッド６、７上に置くと、ワイヤ１２には剛性があるため、図に示すようにパッド６、７上でワイヤの先端が寝る。そしてワイヤ１２側を適当な位置でアースするか、あるいはパッド６、７をアースして、放電電極２２をリードワイヤ１２の先端から一定の距離、例えば０.５〜３ｍｍ、まで近づけ、放電させる。この放電は放電電極２２から最も近い部分にある金属に集中し、リードワイヤ１２の先端付近が局所的に溶融し、ボール状に溶融してパッド６、７に溶着する。ボンディング後、リードワイヤの平均剥離荷重を、第１、第２の実施例と同様にして求めた。
【００２１】
図７〜図９に、第１〜３の実施例によるボンディングの出来上がり状態を示す。図７は、第１の実施例でのボールバンプ１９によるボンディング箇所を示し、ボールバンプ１９がリードワイヤ１２を挟み込み、ボールバンプ１９とパッド６，７の結合、及びボールバンプ１９とリードワイヤ１２の結合で、ボンディングしている。図８は、第２の実施例でのボンディング箇所を示し、金線１６に由来する金ワイヤ２１がリードワイヤ１２と直交するように覆い、金ワイヤ２１とパッド６，７の結合、及び金ワイヤ２１とリードワイヤ１２の結合で、ボンディングしている。図９は参考例でのボンディング箇所を示し、マイクロアークによりリードワイヤ１２の先端が溶けたボール２３がパッド６，７に付着し、ボール２３とパッド６，７の付着力で、ボンディングしている。
【００２２】
第１の実施例の条件では、センサ１０個の平均ボンディング荷重（剥離荷重）は約１００ｇｆであった。同様にウェッジボンディング（第２の実施例）では約８０ｇｆ、マイクロスポットボンディング（参考例）では約６０ｇｆであった。これに対して、通常のパラレルギャップボンディングではボンディング荷重は平均２２ｇｆであった。特に金ボールバンプを用いた方法では、通常のボンディングの約５倍の強度となり、ボンディング強度が著しく向上した。図１０に、リードワイヤ１２を、パッド６，７にボールバンプ１９でボンディングし、ステム２６にはマイクロアーク放電によるボール２３でボンディングしたものを示す。ステム２６へのボンディングは通常のスポット溶接等でも良い。
【００２３】
図１１に、第２の参考例として別の種類のガスセンサのボンディングを示し、図１２に第２の参考例でのボンディング工程を示す。このガスセンサは、Ｐｔ−ＷやＰｔ、好ましくはＰｔ−Ｗの貴金属ヒータコイル３０を有し、その内部に中心電極３２を通している。ヒータコイル３０と中心電極３２は、いずれもリードワイヤ１２と同様の材質で、貴金属高抵抗合金ワイヤ、あるいはＰｔワイヤであり、線径はいずれも約２０μｍである。
【００２４】
このガスセンサを以下の手順で製造する。ヒータコイル３０をステム２６に対して位置決めし、ヒータコイル３０及びステム２６とは非接触の放電電極２２からヒータコイル３０の端部付近へアーク放電させ、ヒータコイルの端部付近を溶融してボール２３としステム２６に溶着し、ヒータコイル３０内に挿通済みの中心電極３２の少なくとも１端部付近をステム２６に対して位置決めし、同様に放電電極２２のアーク放電でステム２６に溶着する。ヒータコイル３０を覆うようにＳｎＯ2等の金属酸化物半導体ビード３４を成形して焼結し、ガスセンサとする。ここで途中を省略し、中心電極３２を含まない形にしても良い。またビードの形成後に中心電極３２をマイクロアーク放電でボンディングしても良い。実施例では荷重を加えずにボンディングできるので、ヒータコイル３０や中心電極３２の位置ずれを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボンディング前のセンサチップの平面図
【図２】ボンディング前のセンサチップの断面図
【図３】実施例のボンディング工程を模式的に示す図
【図４】第１の実施例でのボールバンプによるボンディングを示す断面図
【図５】第２の実施例でのウェッジボンディングによるボンディングを示す断面図
【図６】参考例でのマイクロアークボンディングを示す断面図
【図７】第１の実施例でのボンディング箇所を示す断面図
【図８】第２の実施例でのボンディング箇所を示す断面図
【図９】参考例でのボンディング箇所を示す断面図
【図１０】第１の実施例でのボンディング後のガスセンサの平面図
【図１１】第２の参考例のガスセンサの平面図
【図１２】第２の参考例でのボンディング工程を示す図[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a gas sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly to lead wire bonding.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-68512 discloses bonding of lead wires for gas sensors. In this publication, for example, a high-resistance noble metal alloy wire such as Pt—W is bonded to a gold-platinum two-layer pad provided on a sensor chip. Prior to bonding to the pad, the noble metal alloy wire is bonded to the frame, the chip is positioned with respect to the noble metal alloy wire on the frame, and the noble metal alloy wire is bonded to the pad by parallel gap bonding or the like. The bonding strength at this time is about 20 gf and is relatively weak. Next, in order to compensate for the lack of bonding strength, a gold paste or the like is applied in a dot shape so as to cover the pad and the lead wire, and dried and baked to reinforce the bonding portion. After that, an unnecessary lead wire between the pads is cut, and the wire is cut from the frame and bonded to the stem.
[0003]
The basic problem of this bonding method is that the bonding strength of the lead wire to the pad is low. In order to compensate for this, a gold paste application process and a drying / firing process are required. Also, since the bonding strength of the lead wire to the pad is low and bonding is difficult, the lead wire is bonded to the frame and positioned before bonding to the pad. For this reason, a frame is required, and the length of the lead wire connecting the frames of the frame is generally longer than the length between the stems, so that most of the lead wire is wasted. Furthermore, the lead wire between the pads must be cut and removed, which is also troublesome. Therefore, as a whole, a considerable number of processes are required for bonding, and material loss such as loss of lead wires is large.
[0004]
[Problems of the Invention]
A basic object of the present invention is to facilitate the bonding work of lead wires and to improve the bonding strength.
[0005]
[Structure of the invention]
In the gas sensor according to the present invention, a ball bump made of gold or a gold alloy is coupled to the pad and the lead wire so as to cover the lead wire in a gas sensor in which a lead wire is bonded to a pad provided on a chip of the gas sensor body. Thus, the lead wire is sandwiched between the ball bump and the pad, and the lead wire is bonded to the pad by bonding the ball bump to the pad and the lead wire.
Further, according to the present invention, in a gas sensor in which a lead wire is bonded to a pad provided on a chip of a gas sensor main body, a wire made of gold or a gold alloy is bonded to the pad and the lead wire so as to cover the lead wire. The lead wire is sandwiched between the wire and the pad, and the lead wire is bonded to the pad by bonding the wire to the pad and the lead wire.
[0006]
In the gas sensor manufacturing method of the present invention, a chip-shaped gas sensor main body having a pad formed thereon is used to chuck a lead wire that has been cut to a predetermined length, and one end portion of the lead wire is disposed on the pad, and a gold wire or the gold alloy wire by unwinding from the jig and molded into a ball shape, a molded ball, so as to cover the vicinity of one end portion of the lead wire, and characterized by bonding to the vicinity of one end of the lead wire and the pad To do.
[0007]
[Operation and effect of the invention]
In the first aspect of the invention, a ball bump made of gold or a gold alloy is used, and the ball bump is bonded to a pad provided on the substrate so as to cover the lead wire. Since the ball bump is made of gold or a gold alloy, it can be easily attached to the pad and has high bonding strength. Similarly, the ball bump is easily bonded to the lead wire. Therefore, the lead wire is bonded to the pad by bonding the ball bump and the pad and bonding the ball bump and the lead wire. Here, the lead wire is preferably a noble metal high resistance alloy wire such as Pt—W, Pt—Ni, Pt—Fe, Au—Pd—Mo, or Pt—ZGS. Such a noble metal-based high resistance alloy wire is suitable for reducing the power consumption of the gas sensor because of its low thermal conductivity. Further, since an additive is added to a noble metal such as Pt or Au as a base material to change the characteristics, bonding is difficult. However, since the gold or gold alloy (for example, Au—Cu, Au—Pd) of the ball bump is easily bonded to a noble metal high resistance alloy wire or the like, high bonding strength can be obtained.
[0008]
This facilitates bonding of the lead wire and the pad . Since sufficient bonding strength can be obtained only by bonding, a work such as applying a gold paste, drying and baking is unnecessary. Also, since bonding is easy, there is no need to stretch the lead wire to a frame or the like, and it is possible to bond a wire cut to a predetermined length from the beginning.
[0009]
The bonding partner is a pad provided on the chip of the gas sensor body, and the pad is particularly preferably a pad containing gold such as an Au—Pt alloy and a platinum-based noble metal. Such a pad may be, for example, a two-layer pad in which the upper layer is gold and the lower layer is a platinum-based noble metal, or may be an alloy-based one-layer pad in which these components are mixed.
[0010]
In handling the bonding material, for example, a gold wire or a gold alloy wire is heated with a torch or the like to be formed into a ball shape, this ball is wire-bonded onto the lead wire, and the lead wire is bonded to the pad with a ball bump. good. Alternatively, a gold wire or a gold alloy wire may be pulled out from a capillary or the like, placed on the pad so as to cross the lead wire, and bonded, and the lead wire may be pressed onto the pad.
[0012]
【Example】
Examples 1 and 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a sensor chip 2 before bonding as a whole, and FIG. 2 shows a cross section in the II-II direction of FIG. 4 is a substrate of alumina or the like, and 6 and 7 are four pads, which are on one main surface of the substrate 4, preferably two layers of gold-platinum noble metal or an alloy of gold-platinum noble metal, etc. Is used. This pad is for improving the bonding strength to the substrate 4 and the bonding property of the lead wire.
[0013]
Reference numeral 8 denotes a metal oxide semiconductor as a sensitive film of the gas sensor, and here is a SnO2 film. As a gas sensor, in addition to a gas sensor using a metal oxide semiconductor such as SnO2, a solid electrolyte gas sensor using ZrO2 or a catalytic combustion type gas sensor can be used. In the case of a solid electrolyte gas sensor using ZrO2, the substrate 4 itself may be ZrO2. The sensor body chip 2 is through-hole processed as shown in FIG. 2, and of the four pads 6, 7 aligned on one surface of the substrate 4, the heater pad 7 is used as a heater film through the through-hole. 10 is connected.
[0014]
FIG. 3 schematically shows a bonding process in the embodiment for comparison with a conventional example that involves cutting unnecessary portions of the frame and lead wires. The lead wire 12 is a wire made of a noble metal high resistance alloy, and Pt—W (W8% or the like), Pt—Ni, Pt—Cu, Pt—Fe, Pt—ZGS, Au—Pd—Mo, or the like can be used. In the examples, a Pt—W (W8%) wire was used, and the wire diameter was, for example, 10 to 50 μm, and here, 40 μm. The lead wire 12 may be Pt. Reference numeral 11 denotes a bobbin of the lead wire 12, from which a lead wire having a predetermined length is taken out by the chuck 13 and cut.
[0015]
The number of wires 12 per chip is four, for example, and these are positioned as shown in FIG. 3, and the vicinity of one end is arranged on the pads 6 and 7. Next, in the process shown in FIG. 4 and subsequent figures, the lead wire 12 is bonded to the pads 6 and 7, and subsequently bonded to the stem 26 shown in the lower part of FIG. This bonding may be the process shown in FIG. 4 or later, or normal parallel gap welding or the like.
[0016]
FIG. 4 shows bonding by ball bumps in the first embodiment. Pads 6 and 7 are provided on the chip 2 of the sensor body, and a ball 18 as a bonding material is formed by discharge from a torch near the tip of a gold wire 16 having a wire diameter of 20 to 100 μm, for example. Instead of the gold wire 16, a wire such as Au—Pd or Au—Cu may be used. In the examples, a gold wire 16 having a wire diameter of 50 μm was used. For example, ultrasonic thermocompression bonding was used for bonding the gold wire 16 to the pads 6 and 7, and the ultrasonic power was 2 W, the ultrasonic time was 45 ms, the diameter of the ball 18 was about 100 μm, the load was 100 g, and the temperature was 150 ° C.
[0017]
Bonding was performed so that the tip of the lead wire 12 was covered with a gold ball 18 and sandwiched between the pads 6 and 7. A gold wire 16 is passed through the capillary 14, and the tip of the gold wire 16 is pulled out from the capillary 14. The vicinity of the end of the gold wire 16 is discharged with a torch electrode (not shown), and the tip of the gold wire 16 is melted to form a ball 18. At this time, the wire 12 is positioned with respect to the pads 6 and 7 by a chuck (not shown), and the ball 18 is bonded to the pads 6 and 7 by wire bonding such as ultrasonic thermocompression bonding. After bonding, the peeling load of the lead wire was measured with 10 sensors, and the average peeling load (average bonding load) was obtained.
[0018]
Bonding, such as alloy formation, occurs between the ball 18 and the pads 6 and 7 and between the ball 18 and the lead wire 12. For example, the ball 18 and the pads 6 and 7 are both precious metal materials, and since the gold of the ball 18 has a low melting point, it is easily bonded. Similarly, an alloy is formed between the ball 18 and the lead wire 12. Thereafter, the capillary 14 is held by a clamp or the like, and the gold wire 16 is fixed and lifted. For this purpose, the gold wire 16 is cut at the top of the ball 18, and the lead wire 12 is joined to the pads 6 and 7 by the bump-shaped ball 18.
[0019]
FIG. 5 shows bonding by wedge bonding in the second embodiment. The gold wire 16 is fed out from the jig 20 as a bonding material, arranged so as to cross, preferably orthogonally cross, the tip of the lead wire 12, and wedge bonded to the bonding partner pads 6 and 7. Wedge bonding is performed by ultrasonic thermocompression bonding or the like. The substrate 4 is heated to a predetermined temperature of about 100 to 200 ° C., and the tip of the bonding lead wire 12 is placed on the pads 6 and 7 using a jig 20 such as a capillary. Next, ultrasonic waves are applied, and bonding is performed by preheating the substrate 4 and local heat generation at the contact portion by ultrasonic waves. Bonding was performed under conditions similar to those of the first embodiment, for example, an ultrasonic power of 2 W and an ultrasonic time of 45 ms. After bonding, the average peel load of the lead wire was determined in the same manner as in the first example.
[0020]
FIG. 6 shows bonding in micro arc bonding in the reference example . The jig 24 is an insulating capillary such as ceramic. When the lead wire 12 is placed on the pads 6 and 7, since the wire 12 is rigid, the tips of the wires lie on the pads 6 and 7 as shown in the figure. Then, the wire 12 side is grounded at an appropriate position, or the pads 6 and 7 are grounded, and the discharge electrode 22 is brought close to a certain distance from the tip of the lead wire 12, for example, 0.5 to 3 mm, and discharged. This discharge is concentrated on the metal located closest to the discharge electrode 22, the vicinity of the tip of the lead wire 12 is locally melted, melted in a ball shape, and welded to the pads 6 and 7. After bonding, the average peel load of the lead wire was determined in the same manner as in the first and second examples.
[0021]
7 to 9 show the completed state of bonding according to the first to third embodiments. FIG. 7 shows a bonding portion by the ball bump 19 in the first embodiment. The ball bump 19 sandwiches the lead wire 12, the ball bump 19 and the pads 6, 7 are joined, and the ball bump 19 and the lead wire 12 are connected. Bonding and bonding. FIG. 8 shows the bonding location in the second embodiment, where the gold wire 21 derived from the gold wire 16 is covered so as to be orthogonal to the lead wire 12, and the gold wire 21 and the pads 6, 7 are joined together, and the gold wire. 21 and the lead wire 12 are bonded together. FIG. 9 shows a bonding portion in the reference example , and the ball 23 in which the tip of the lead wire 12 is melted by the micro arc adheres to the pads 6 and 7 and is bonded by the adhesion force between the ball 23 and the pads 6 and 7. .
[0022]
Under the conditions of the first example, the average bonding load (peeling load) of 10 sensors was about 100 gf. Similarly, it was about 80 gf for wedge bonding (second example) and about 60 gf for micro spot bonding ( reference example ). On the other hand, in ordinary parallel gap bonding, the average bonding load was 22 gf. In particular, in the method using gold ball bumps, the strength was about five times that of normal bonding, and the bonding strength was remarkably improved. FIG. 10 shows the lead wire 12 bonded to the pads 6 and 7 with ball bumps 19 and the stem 26 bonded to the balls 23 by micro arc discharge. Bonding to the stem 26 may be ordinary spot welding or the like.
[0023]
11, as the second reference example shows the bonding of different kinds of gas sensors, showing the bonding process of the second reference example in FIG. 12. This gas sensor has a noble metal heater coil 30 of Pt-W or Pt, preferably Pt-W, and a central electrode 32 is passed through the noble metal heater coil 30. Each of the heater coil 30 and the center electrode 32 is made of the same material as the lead wire 12 and is a noble metal high resistance alloy wire or Pt wire, and the wire diameter is about 20 μm.
[0024]
This gas sensor is manufactured by the following procedure. The heater coil 30 is positioned with respect to the stem 26, arc discharge is performed from the discharge electrode 22 that is not in contact with the heater coil 30 and the stem 26 to the vicinity of the end of the heater coil 30, and the vicinity of the end of the heater coil is melted to form a ball. The center electrode 32 that has been inserted into the heater coil 30 is positioned with respect to the stem 26, and is similarly welded to the stem 26 by arc discharge of the discharge electrode 22. A metal oxide semiconductor bead 34 such as SnO2 is molded and sintered so as to cover the heater coil 30 to obtain a gas sensor. Here, the middle may be omitted, and the center electrode 32 may not be included. The center electrode 32 may be bonded by micro arc discharge after the bead is formed. In the embodiment, since bonding can be performed without applying a load, positional deviation of the heater coil 30 and the center electrode 32 can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a sensor chip before bonding. FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor chip before bonding. FIG. 3 is a diagram schematically showing a bonding process of an embodiment. Cross-sectional view showing bonding by ball bump [FIG. 5] Cross-sectional view showing bonding by wedge bonding in the second embodiment [FIG. 6] Cross-sectional view showing micro arc bonding in the reference example [FIG. 7] First implementation FIG. 8 is a cross-sectional view showing bonding locations in the second embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view showing bonding locations in the reference example . FIG. 10 is a cross-sectional view showing bonding locations in the second embodiment. FIG. 11 is a plan view of the gas sensor of the second reference example . FIG. 12 is a diagram showing a bonding process in the second reference example .

Claims

In the gas sensor where the lead wire is bonded to the pad provided on the chip of the gas sensor body,
A ball bump made of gold or a gold alloy is bonded to the pad and the lead wire so as to cover the lead wire, the lead wire is sandwiched between the ball bump and the pad, and the ball bump is connected to the pad and the lead wire. A gas sensor, wherein a lead wire is bonded to a pad by being bonded to the pad.

In the gas sensor where the lead wire is bonded to the pad provided on the chip of the gas sensor body,
A wire made of gold or a gold alloy is bonded to the pad and the lead wire so as to cover the lead wire, and the lead wire is sandwiched between the wire and the pad, and the wire is connected to the pad and the lead wire. A gas sensor in which a lead wire is bonded to a pad by being bonded to the pad.

Using a chip-shaped gas sensor body with a pad,
Chuck a lead wire that has been cut to a predetermined length,
Place one end of the lead wire near the pad,
A gold wire or a gold alloy wire is drawn out from a jig and formed into a ball shape .
A method of manufacturing a gas sensor, comprising bonding a molded ball to the pad and one end portion of the lead wire so as to cover the vicinity of one end portion of the lead wire .