JP4744238B2 - ワイヤの切断方法 - Google Patents
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Description
ワイヤレスボンディング法においては、その後キャピラリの移動によって溶融「ボール近くに切欠き部を付与し、次いでワイヤをこの切欠き部で引き切る」方法(特許文献2参照)、並びに、「金属ワイヤとして高い硬度を有すると共に微粒状結晶構造を有するものを用い、熱エネルギーによるボールの形成後にこのボールに近接するワイヤ部分が再結晶により粗粒状結晶構造となってこのワイヤ部分が脆弱化するようにし、ワイヤをこの脆弱化部分で引き切る」方法(特許文献2参照)が開発されている。
また、ワイヤボンディング法においては、キャピラリを挿通した金(Au)線「先端部を前記キャピラリによって押圧すると同時に超音波振動を印加して圧着する工程と、前記キャピラリを押し当てたまま該キャピラリを水平方向に移動する工程と、前記Au線が供給される方向と逆方向に張力を与えて該Au線を切断する」方法(特許文献4参照)も開示されている。
(1) バンプワイヤをプルカットすると、残されたバンプワイヤがキャピラリ内で屈曲したり、バンプワイヤ先端が折れ曲がったりすることがある(図7)。このため、バンプワイヤとキャピラリの内孔との摩擦によりバンプワイヤがキャピラリからスムーズに引き出し難くなることがあり、また、次の箇所が屈曲等しているために、バンプワイヤで溶融ボールをつくろうとすると、イニシャルボールの偏心を誘発し、通称「ゴルフクラブボール」(図3(ロ))に代表される圧着ボールの形成異常をきたすとか、ボール部ではなく、屈曲したワイヤ部でボンディングする、通称“ネック打ちボンディング”を起こす等の不具合を起こし、連続的にボンディングすることが困難であった。
(3) また、上記のような不具合が避けられたとしても、これまでの前作業にはキャピラリを水平方向へ移動してバンプワイヤにくびれ部を形成する工程があるため、バンプワイヤを上方向へプルカットして溶融ボールを連続的に形成・接合するのに時間がかかりすぎるという問題がある。
しかし、これらのワイヤバンプ用材料を用いた場合でも、プルカットした時のバンプワイヤの反動を取り除くことはできず、上記の問題を克服することができなかった。
(a) キャピラリの孔に挿通されたバンプワイヤの先端に熱を加えて溶融ボールを形成し、該溶融ボールをキャピラリの下降動作によって接合導体に接合し、接合された溶融ボールからワイヤクランパの開閉動作とタイミングを取ってバンプワイヤを上方へ引っ張って引きちぎるバンプワイヤの切断方法において、溶融ボールの接合導体への接合後に上方へバンプワイヤを(ごくわずか)引っ張ることによってバンプワイヤに減径部分を形成させ、ワイヤクランパをいったん開とし、そしてワイヤクランパを閉として再度バンプワイヤを(強く)引っ張ることによってバンプワイヤを該減径部分から切断することを特徴とする。
なお、本発明において「上方」とは、ワイヤの減径部分(脆弱部分)にかかる応力の方向を意味する。もっとも好ましい「上方」の方向は、ワイヤの長手方向に沿った方向である。
また、ボンディングワイヤの場合も、同様にして、セカンド接合後のテールカットにおいても、ボンディングワイヤの引っ張りを2度行うことで、接合までに生じたボンディングワイヤの曲がりを引張矯正することができると共に、テールカット時の反動を抑制することができ、ボンディングワイヤがキャピラリ内で動き難くなったり、ボンディングワイヤの先端が折れ曲がることを回避することができる。
ここでは、本発明の第1の発明である、バンプワイヤの切断方法について説明するが、本発明の第2発明である、ボンディングワイヤのセカンド・ボンド後の切断でもその機序は同様である。
図1は、本発明の第1の発明のスタートをなす、バンプワイヤ先端への溶融ボール(バンプ)の成形工程を示す説明図である。
図2は、本発明の第1の発明の、バンプを電子回路素子の端子電極または回路基板の導体(接合導体)に接合した工程以降の工程を順に示す説明図である。
図4は、圧着ボールの偏心度合いを模式的に示す説明図である。
図5は、従来のバンプを形成する方法におけるタイミング・チャートを示す図である。
図6は、「ネック打ちボンディング」を示す図である。
図7は、「S字曲がり」を模式的に示す図である。
バンプ球15(溶融ボール)の直径は、バンプワイヤ13の直径の1.5〜3.0倍が好ましい。1.5倍未満だと接合導体17(図2(イ)参照)との接合が困難になり、3.0倍を超えると、バンプ球15形成時にバンプワイヤ13が溶断してしまう危険があるからである。
バンプ球15(キャピラリ11)の接合導体17への接近は、当初は比較的早く、近付いたら、接触面(接合面)を検出して、降下速度を遅くすることによって、接触時の衝撃を避け、チップの割れを防止することが望ましい。
図3の(b)線図におけるBフェーズでは、超音波振動や、バンプの変形によるキャピラリの沈み込みがあるが、図3では省略されている。
次いで、図2(ハ)に示すように、ワイヤクランパ12でバンプワイヤ13を把持する。そして、キャピラリ11とワイヤクランパ12を上方へごくわずか引っ張る(図3の(b)線図におけるCフェーズ、図2におけるδ1)。「ごくわずか」とは、バンプワイヤのキャピラリからの引き出し・バンプ球の形成、クランプでの把持等によってバンプワイヤに生じたわずかな折れ曲がりを引張矯正すると同時に、バンプワイヤをわずかに塑性変形させ、切断にまでは至らない範囲で減径部分19を生じさせることを意味する。
切断されない範囲内としては、図2(ハ)から図2(ニ)へのバンプワイヤ13の移動量(δ1)は、バンプワイヤの(破断)伸び率の20〜90%が好ましい。20%以下だと切断位置(縮径部分)を定めることが困難になる場合があり、90%以上だとバンプワイヤ13が切断してしまう危険があるからである。より好ましくは、切断位置を安定させる観点からも、50%〜90%が良い。
図5は、本発明において適用される、図3のタイミング・チャートに対応させて示されており、従来技術におけるA’フェーズ・B’フェーズは、本発明のAフェーズ・Bフェーズと同様であるが、従来技術におけるE’フェーズは、本発明におけるCフェーズ・Dフェーズがなく、いきなり本発明のEフェーズに相当する、引っ張りによるバンプワイヤの切断が行われる。
そのため、切断箇所がなかなか一定せず、かつ、切断に伴う反動・衝撃が大きくなり、バンプワイヤの屈曲・折れ曲がりが生じやすくなっていた。
図2(イ)のバンプワイヤ13が接合導体17へ接合を開始してから図2(ニ)のワイヤクランパ12が上昇し終える時間は、5〜50ミリ秒が好ましい。5ミリ秒未満だとバンプ球(溶融ボール)や接合バンプ(接合ボール)が冷却しきれず、また、50ミリ秒以上だとバンプワイヤ13が完全に冷却してしまい、引張矯正作用が不十分になったり、弾性変形が主流となって、減径部分を生じさせるための引っ張り量が増大したりして好ましくない。より好ましくは、作業効率の点から、5ミリ秒〜30ミリ秒が良い。
この操作によってバンプワイヤ13に加わっていた張力が解消される。この解放時間は0.1〜5ミリ秒が好ましい。0.1ミリ秒以下だとバンプワイヤ13に加わっていた張力を十分に解消することができず、30ミリ秒以上だと、バンプワイヤ13の溶融ボール形成時に予熱された箇所が完全に冷却して、減径部分(脆弱位置)を定めることが困難になるからである。より好ましくは、作業効率の点から、0.5ミリ秒〜3ミリ秒が良い。
参考までに、用いられる半田材料を例示すれば、スズ(Sn)−鉛(Pb)合金、スズ(Sn)−銀(Ag)−インジウム(In)合金、スズ(Sn)−銅(Cu)合金、スズ(Sn)−銅(Cu)−ニッケル(Ni)合金、インジウム(In)合金などがあるが、スズ(Sn)−銀(Ag)−インジウム(In)合金が接合信頼性の観点から好ましい。
減径部分が導入されていることによって、バンプワイヤを一気に切断するのに要する応力を小さくすることができる。従って、切断に伴う反動・衝撃も小さくなり、バンプワイヤが衝撃(切断の反動)で曲がる可能性も極めて小さくなる。
上に説明したバンプワイヤの切断と同様にして、ボンディングワイヤにおけるセカンド・ボンド接合後のテールをカットする時にボンディングワイヤの延伸(引っ張り)を2回行えば、テールカット時の反動を抑制することが可能になるので、ボンディングワイヤの切断位置が正確に決まるだけでなく、切断後のテール長さも短いものとすることができる。
純度99.9%以上のパラジウム(Pd)金属、リン(P)を10〜500ppmおよび残部が純度99.9%以上の銅(Cu)からなる銅(Cu)合金。また、白金(Pt)、パラジウム(Pd)および銅(Cu)のうち少なくとも一種を合計で0.01〜5%および残部が純度99.9%以上の金(Au)からなる金(Au)合金。
[実施例1]
バンプワイヤとして、直径25μmの純度99.9%以上の金(Au)を用い、純度99.99%以上のアルミニウム(Al)端子電極(接合導体)へ、図1(イ)の接合バンプ(接合ボール)が端子電極(接合導体)へ接合を開始してから図1(ニ)のワイヤクランパが上昇し終える1回の接合時間が8ミリ秒で、3万回の接合試験を市販のボンダーを用いておこなった。このときのキャピラリとワイヤクランパの位置、およびワイヤクランパの開閉のタイミング・チャートは、定性的に図3に示すとおりである。
評価としては、個々の圧着ボールについてそのX方向とY方向のボール径およびボールの偏心発生率を測定して評価するとともに、連続ボンディング性の評価としてボンダーの停止回数を測定して評価した。
ここで、圧着ボール径は、50個の圧着ボールについて測長顕微鏡によってX方向とY方向のボール径をそれぞれ測定した。
評価としては、個々の圧着ボールについてそのX方向とY方向のボール径およびボールの偏心発生率を測定して評価するとともに、連続ボンディング性の評価としてボンダーの停止回数を測定して評価した。
ここで、圧着ボール径は、50個の圧着ボールについて測長顕微鏡によってX方向とY方向のボール径をそれぞれ測定した。
ボンダーの停止回数は、3万回の接合試験中にボンダーが停止した回数を数えた。
この結果を表1に示す。
ボンディングワイヤ12として、直径25μmの純度99.9%以上の金(Au)を用い、純度99.99%以上のアルミニウム(Al)端子電極(接合導体)へファースト・ボンド接合を行い、続いて銀(Ag)めっきされた基板へセカンド・ボンド接合を、1ボンド(第一ボンド、あるいは第二ボンド)当たりの接合時間が8ミリ秒、ワイヤ切断から次のワイヤ切断までの1サイクル時間が70〜100ミリ秒で3万回、市販のボンダーを用いて行った。
また、ボンディングワイヤの第1回目の引っ張りにおける上昇量は、実施例1と同様に、ワイヤが切断するまでの伸び率の50%と25%とした。
評価としては、ループ形状を3万箇所の全数観察し、ループ形状に異常な屈曲や折れがあるものの個数を数えた。
この結果を表2に示す。
バンプワイヤの第1回目の引っ張りを行わなかった以外は、実施例1と同様にして、直径25μmの純度99.9%以上のパラジウム(Pd)金属バンプワイヤを純度99.99%以上のアルミニウム(Al)端子電極(接合導体)へ接合時間が8ミリ秒で3万回の接合試験を行った。このときのキャピラリの位置とワイヤクランパの位置、およびワイヤクランパの開閉のタイミング・チャートを図5に示す。
評価としては、実施例1と同様の評価を行った。この結果を表1に合わせて示す。
表1中、「ネック打ちボンディング」とは、図6に示すように、ボールが接合されずにワイヤが接合されてしまうものをいい、その発生率とは3万回中に発生する百分率の割合をいう。
ボンディングワイヤとして、直径25μmの純度99.9%以上の金(Au)を用い、純度99.99%以上のアルミニウム(Al)端子電極(接合導体)へファースト・ボンド接合を行い、銀(Ag)めっきされた基板へセカンド・ボンド接合を、接合時間が8ミリ秒で3万回行った。また、ボンディングワイヤの第1回目の引っ張りを行わなかった(このときのキャピラリの位置とワイヤクランパの位置、およびワイヤクランパの開閉のタイミング・チャートを図5に準じる)。
評価としては、ループ形状を3万箇所の全数観察し、ループ形状に異常な屈曲や折れがあるものの個数を数え、百分率で表した。この結果を表2に合わせて示す。
12:ワイヤクランパ
13:バンプワイヤ
14:(バンプワイヤを挿通するための)孔
15:バンプ球(溶融ボール)
16:(IC、LSI等の)電子回路素子
17:接合導体(電子回路素子16の上面に設けられた端子電極)
18:接合バンプ(接合ボール)
19:減径部分
20:切断
Claims (2)
- キャピラリの孔に挿通されたバンプワイヤの先端に熱を加えて溶融ボールを形成し、該溶融ボールをキャピラリの下降動作によって接合導体に接合し、接合された溶融ボールからワイヤクランパの開閉動作とタイミングを取ってバンプワイヤを上方へ引っ張って引きちぎるバンプワイヤの切断方法において、溶融ボールの接合導体への接合後に上方へバンプワイヤを引っ張ることによってバンプワイヤに減径部分を形成させ、ワイヤクランパをいったん開とし、そしてワイヤクランパを閉として再度バンプワイヤを引っ張ることによってバンプワイヤを該減径部分から切断することを特徴とするバンプワイヤの切断方法。
- キャピラリの孔に挿通されたボンディングワイヤの先端を前記キャピラリによって押圧しながら超音波振動を印加して接合導体にボンディングワイヤを接合し、同様にしてセカンド・ボンド接合をした後にセカンド・ボンド接合された箇所からワイヤクランパの開閉動作とタイミングを取ってボンディングワイヤを上方へ引っ張って引きちぎるボンディングワイヤの切断方法において、ボンディングワイヤのセカンド・ボンド接合後に上方へボンディングワイヤを引っ張ることによってボンディングワイヤに減径部分を形成させ、ワイヤクランパをいったん開とし、そしてワイヤクランパを閉として再度ワイヤを引っ張ることによってボンディングワイヤを該減径部分から切断することを特徴とするボンディングワイヤの切断方法。
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