JP5971886B2 - ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線及び集積回路を基板に接続する方法 - Google Patents

ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線及び集積回路を基板に接続する方法 Download PDF

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Description

本発明は、集積回路及び個別（discrete）電気部品に関連して使用されるボール・バンプ結合（bonded：が結合された）リボン・ワイヤ配線（interconnect）に関する。このボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線は、リボン・ワイヤより狭い集積回路の接合（bond）パッドにリボン・ワイヤを接合可能にする点で、特に有益である。
ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線では、リボン・ワイヤより狭い集積回路の接合（bond）パッドにリボン・ワイヤを接合可能にすることが望ましい。リボン・ワイヤは、高周波数信号の損失やその他の不都合な効果を制限するため、広い信号路が望まれる場合に使用される。サーモソニック・ワイヤ・ボンディング装置が存在し、これはリボン・ワイヤの配線が可能であるが、既存技術では、リボン・ワイヤの幅以上の大きさの接合パッドを必要とするので、限界がある。リボン・ワイヤは、超音波エネルギーを加えてリボン・ワイヤと接合パッドのメタライゼーション（metallization）の間に接合（bond）を形成するために、接合ツールの下部（foot）とパッドの間に捕捉される。得られた接合によって、リボン・ワイヤと接合パッドのメタライゼーションの間に電気的な接続が形成される。
従って、接合ツールは、接合を形成する各区域上に着地できなければならず、また、各接合パッドの接触領域は、適切に接合を形成するために、接合ツール以上の大きさでなければならない。狭い接合パッドに対して広いリボン・ワイヤを使用する場合の問題は、接触領域が同じではないことである。より小さな接合パッドがある場合に、小さい領域にある量のエネルギーを加えると、過度のエネルギー集中による接合失敗を含む望ましくない結果が起こることがある。そこで、この環境では、接合に与えるエネルギーを制限するように、超音波エネルギー、力及び時間の組み合わせを制御しなければならない。
さらには、複数の接合パッドは、多くの場合、集積回路自身の表面と同じ表面上にあるか、又は、窪みにあることさえあるので、これによって、集積回路表面にわずかでも損傷した可能性のあるコンタクトを作ることなく、接合ツールをパッドに届くようにすることが妨げられる。加えて、リボン・ワイヤは不透明であるから、リボン・ワイヤを通して見ながら接合パッドを位置決めして接合を形成するのに、いつ接合ツールを位置決めするのが適当か判断することができない。
ワイヤ・メッシュ（mesh：網）を用いた配線が従来技術として知られている。ワイヤ・メッシュは、リボン又はストリップ（strip）の形で用いられる。しかし、金製（gold）ワイヤ・メッシュの手作業（manual）で切った片（pieces）が必要となり、金製ワイヤ・メッシュよりも幅の狭い接合パットに金製ワイヤ・メッシュを接続するのに、これらの片が手作業で配置される。ワイヤ・メッシュであれば、接合の位置をワイヤ・メッシュを通して見ることができる。これは接合パッドへの手作業（manual）での位置決めを容易にするもので、不透明なリボン・ワイヤでは不可能なことである。しかし、この既存の方法では、各配線に配置されたワイヤ・メッシュを交差して複数の接合を形成するのに膨大な手作業が必要となる。さらには、ワイヤ・メッシュをそれより狭い接合パッドに接合するときには、回路の短絡を防ぐため、その張り出したメッシュ（網）を折り曲げなければならないことも多く、追加の手作業が必要となる。
そこで、新しい改善されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線が必要とされており、これは、リボン・ワイヤよりも狭い集積回路の接合パッドに、リボン・ワイヤを接合可能にするために使用できる。その際、本発明の多様な実施形態は、これらのニーズのいくつかを満たすものである。この点において、本発明によるボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線は、従来技術のコンセプト及び設計から大きく飛躍し、これを行うことで、リボン・ワイヤより狭い集積回路の接合パッドへのリボン・ワイヤの接合を可能にすることを主たる目的として設計される装置を提供するものとなる。
本発明は、改善されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線を提供し、従来技術の欠点及び障害を克服する。以下でより詳細に説明する本発明の大まかな目的は、上述した従来技術に全ての点で有利な改善されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線を提供することである。
これを実現するため、本発明の好ましい実施形態では、基本として、集積回路の結合パッドに取り付けられたボール・バンプを有している。リボン・ワイヤは、一端がボール・バンプに取り付けられ、他端が基板の金属化面（metallized surface：メタライゼーションされた面）に取り付けられる。リボン・ワイヤは、ボール・バンプよりも広く、ボール・バンプはリボン・ワイヤを集積回路表面から隔てる。リボン・ワイヤは、複数の集積回路を基板の金属化面に配線しても良く、これら集積回路のそれぞれはボール・バンプ又は適切な広さの金属化面を有している。本発明は、基板に電気部品を電気的に接続する方法も含んでいる。本発明のこれら以外の特徴ももちろんあり、これらについては後述されると共に、特許請求の範囲の主旨を形成している。
ここまで、かなり広めに概略を説明してきたが、これによって、本発明のより重要な特徴が以下の詳細な記述においてより良く理解され、また、その技術的な貢献もより良く認識されると考える。
本発明は、より具体的には、ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線に関する。これは、第１電気部品が基板に接続され、この電気部品にある上面には結合パッドが含まれる。基板には、結合パッド以外の第２電気コンタクトがある。所定のバンプ（bump：突起電極）幅を有するボール・バンプは、結合パッドに取り付けられる。リボン・ワイヤは、所定のリボン幅を有し、リボン・ワイヤの第１部分がボール・バンプに取り付けられ、リボン・ワイヤの第２部分が上記第２電気コンタクトに取り付けられる。
このとき、リボン・ワイヤには互いに対向する複数の端部があり、上記第１部分は、リボン・ワイヤの第１（一方の）端部である。第２電気コンタクトは基板表面の金属化された（メタライゼーション）コンタクトとしても良い。この場合、リボン・ワイヤは、サーモソニック処理で金属化コンタクトに溶接しても良い。
第２電気コンタクトは、基板に取り付けられた第２電気部品の結合パッドとしても良い。この場合に、リボン・ワイヤを、サーモソニック処理で結合パッドに溶接しても良い。
第２電気コンタクトには、リボン・ワイヤが接続されるボール・バンプを含めても良い。この場合に、リボン・ワイヤを、サーモソニック処理で第２電気コンタクトのボール・バンプに溶接しても良い。
ボール・バンプに、電気部品の上面より上に伸びている上側部分を設けても良い。上記リボン幅は、上記バンプ幅より広くしても良い。ボール・バンプには、結合パッドより上に達する上側部分を設けても良い。リボン・ワイヤは、ボール・バンプによって、電気部品の上面から距離を設けるようにすると良い。リボン・ワイヤは、サーモソニック処理でボール・バンプに溶接すると良い。
本発明によるボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線の別の構成においては、第１電気部品が結合パッドを含む上面を有し、第１金属化面を有する基板に接続される。ボール・バンプは、所定のバンプの幅を有し、上記第１電気部品の上記結合パッドに取り付けられる。リボン・ワイヤは、所定のリボン幅を有し、互いに対向する端部及び中間部分を有する。このとき、リボン・ワイヤの対向する端部の一方は、第１電気部品のボール・バンプに取り付けられる。第２電気部品は、結合パッドを含む上面を有し、第２金属化面を有する基板に接続される。所定のバンプの幅を有するボール・バンプが、第２電気部品の結合パッドにも取り付けられる。そして、リボン・ワイヤの中間部分が第２電気部品のボール・バンプに取り付けられ、リボン・ワイヤの対向する端部の他方が第２金属化面に取り付けられる。
このとき、ボール・バンプに、電気部品の上面よりも上に伸びている上側部分を設けても良い。上述のリボン幅は、バンプ幅より広くしても良い。ボール・バンプは、結合パッドより上まで伸びていても良い。リボン・ワイヤは、ボール・バンプによって電気部品の上面から距離が隔てられるようにすると良い。リボン・ワイヤは、複数のボール・バンプにサーモソニック処理で溶接すると良い。リボン・ワイヤは、金属化面にサーモソニック処理で溶接すると良い。
本発明の更に別の見方によれば、電気部品を基板に接続する方法であって、次のステップを具えている。即ち、自由端及び第２部分を有するリボン・ワイヤと、金属化面部分を有する基板と、結合パッドを含む上面を有し、基板に接続された部品とを用意するステップと、ボール・バンプを結合パッドに取り付けるステップと、リボン・ワイヤの自由端をボール・バンプに取り付けるステップと、リボン・ワイヤの第２部分を金属化面部分に取り付けるステップとを具えている。
このとき、ボール・バンプは、ワイヤ・ボール・ボンディング設備（facility）によって、結合パッドに取り付けるようにすると良い。リボン・ワイヤは、ワイヤ・ボール・ボンディング設備によって、ボール・バンプ及び金属化面に取り付けるようにすると良い。
この本発明による方法では、第２部分に隣接するリボン・ワイヤをワイヤ・ボール・ボンディング設備によって、第２部分から引き離すステップを更に具えるようにしても良い。
ボール・バンプには、電気部品の上面より上に伸びている上側部分を設けても良い。リボン・ワイヤは、ボール・バンプよりも広いものとしても良い。ボール・バンプに、結合パッドよりも上に伸びている上側部分を設けても良い。リボン・ワイヤは、ボール・バンプによって、電気部品の上面から距離を隔てるようにすると良い。リボン・ワイヤは、ボール・バンプ及び金属化面にサーモソニック処理によって溶接すると良い。
本発明の原理に沿って構成されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線の現状の実施形態の上面図である。 本発明によるボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線の現状の実施形態の側断面図である。 本発明によるボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線の他の実施形態の上面斜視図である。
本発明によるボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線の好ましい実施形態が、参照符号１０で示されている。なお、以下の図では、対応するものには同じ符号を付して説明する。
図１及び図２は、本発明による改善されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線１０を示している。ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線１０は、集積回路１２を基板２０に接続するリボン・ワイヤ配線１８を特に描いている。金製（gold）ボール・バンプ（Bump：突起電極）１６は、集積回路１２の接合パッド１４上に配置され、これはリボン・ワイヤより狭く、接合パッド１４の表面を高く持ち上げるものである。これは、図２に示すように、リボン接合ツールがボール・バンプ１６に接触し、ボール・バンプ１６の一部分を平らにすることによって、ボール・バンプ接合（bond）２４を形成することを可能にする。
ボール・バンプ１６を超えて伸びているリボン・ワイヤの部分は、近辺の接地パッド及び高い寄生容量を短絡させるような電気的な問題は起こさない。これは、集積回路１２の表面とほぼ平行で、空間的に離れているからである。リボン・ワイヤ配線１８は、基板２０の金属化した面（metallized surface）２２上の表面接合２６において普通のやり方で終端することができる。基板２０上の金属化面（metallized surface）２２は、少なくともリボン・ワイヤと同じ幅がある。表面接合２６において、リボン・ワイヤはその全幅に渡って強固に接合されるが充分に変形されるので、むしり取ることで配線されたリボン・ワイヤ１８からリボン・ワイヤを引き離す（分離する）ことができる。この実施形態では、リボン・ボンディング・ツールとの空間距離上の問題（clearance issues）を避けるために、集積回路１２が基板２０と同じか又は高い位置にあるのが好ましい。集積回路１２の上側表面（upper surface：上面）は、ボンディング・ツールが基板表面と干渉することなく集積回路の表面に届くことができる限り、隣接する基板ボンディング面より、わずかに低くても良い。しかし、装置はワイヤ・カッターと共に利用でき、リボン・ボンディング・ツール技術の進歩によって、将来はこの束縛を排除できるかもしれないので、これに限定して考えるべきではない。
図３は、本発明による他の実施形態である改善されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線１００を示している。なお、リボン・ワイヤは、説明の都合上、半透明で描いている。この他の実施形態である改善されたボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線１００では、ボール・バンプ接合１２４及び表面接合１２６の組み合わせを用いて複数の集積回路を接続するリボン・ワイヤ配線１１８を特に描いている。リボン・ワイヤ配線１１８は、第１集積回路１１２にはボール・バンプ接合１２４で接続され、第１基板１２８には表面接合１２６で接続され、第２集積回路１３０にはボール・バンプ接合１２４で接続され、第２基板１３２には表面接合１２６で接続される。最後の接合が表面接合であるか又は最後の接合が接合パッド上で接合ツールの下部の全幅に接触するほど長くてリボン・ワイヤ配線１１８を終端するよう機能する限り、ボール・バンプ接合及び表面接合のどの組み合わせも第１（first：最初の）接合又は中間接合（複数）として利用できる。しかし、リボン・ボンディング・ツール技術の進歩によって、将来はこの束縛を排除できるかもしれないので、これに限定して考えるべきではない。
ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線によって電気部品を基板に接続するため、ワイヤ・ボール・ボンディング装置は、複数のボール・バンプを加工対象の接合パッドそれぞれの上に配置するが、このとき開示した形態の接合が作られる（リボン・ワイヤより狭いものを利用するなど）。ボール・バンプには、集積回路よりも高い位置に上位部分があり、これが加工対象となっている。
ボール・バンプを配置した後、加工対象物がリボン・ボンディング装置又はワークステーションへと移動させられる。そこでは、ボンディング・ツールによって、リボン・ワイヤの一方の自由端をウェッジ・ボンディング（wedge bonding）を用いて最初の場所へサーモソニック的処理により溶接する。最初の場所は、ボール・バンプ若しくは金属化面上、又はリボン・ワイヤ以上の幅の接合パッド上としても良い。続いてリボン・ボンディング・ツールは、リボン・ワイヤ配線を金属化面又はリボン・ワイヤ以上の幅の接合パッドで終端させる前に、必要に応じてリボン・ワイヤを他の場所にも接合（bond）するが、その場所は、ボール・バンプ、金属化面又はリボン・ワイヤ以上の幅の接合パッドのどの組み合わせでも良い。１つの接合パッドに複数のボール・バンプがあり、これらがリボン・ワイヤの幅より狭い距離で隣接又は隔てられている場合では、リボン・ワイヤを近距離の全てのボール・バンプにサーモソニック処理で同時に溶接しても良い。２つの異なる装置で別々のパスを用いることは、一般には非効率と考えられているが、これまで自動化を阻んできた既知の手動による方法と比較し、本発明は効率を著しく改善する。
ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線の現時点での実施形態を詳細に記述してきたが、これに加えて、本発明の真の趣旨と範囲内に入る限り、種々の変更及び変形が可能なことは明らかであろう。上述に関しては、大きさ、材料、外観、形態、機能、操作方法、組み立て及び使用におけるバリエーションを含め本発明による部品の最適な寸法的関係は、当業者であれば直ちに明らかとなることが理解されるであろう。また、図示すると共に明細書に記述したものと等化なものも全て本発明に含まれると考える。例えば、適当な電気的に導電性で耐食性（corrosion resistant）のあるどのような材料も金製ボール・バンプの代わりに用いることができる。更には、ワイヤ・ボール・ボンディング装置によるボール・バンプの配置を説明したが、ボール・バンプの配置は他の方法で行っても良い。ある時間だけ超音波エネルギーを圧力と共に加える超音波圧縮ボンディングを、説明したサーモソニックによる溶接の代わりに用いても良い。リボン・ワイヤよりも狭い集積回路の接合パッドへのリボン・ワイヤの接合を可能にすることについて説明してきたが、ここに説明したボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線は、ダイオード、トランジスタ及びアッテネータといった個別電気部品について使用するのにも適していることを理解すべきである。更には、ワイヤ・メッシュ（mesh：網）をリボン・ワイヤの代わりに用いることもできる。
従って、上述の内容は、本発明の原理の説明のための例としてのみ考えるべきである。当業者であれば、多数の変形及び変更を容易に考えつくので、本発明は、説明した構成及び動作等に厳密に限定されるべきでなく、適切な変形及び等化なものの全ては、本発明の範囲に含まれる。
１０ ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線
１２ 集積回路
１６ ボール・バンプ（突起電極）
１８ リボン・ワイヤ配線
２０ 基板
２２ 金属化面（metallized surface）
２４ ボール・バンプ接合
２６ 表面接合
１００ ボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線（他の実施例）
１１２ 第１集積回路
１１６ ボール・バンプ（突起電極）
１１８ リボン・ワイヤ配線
１２０ 基板
１２２ 金属化面（metallized surface）
１２４ ボール・バンプ接合
１２６ 表面接合
１２８ 第１基板
１３０ 第２集積回路
１３２ 第２基板

Claims (3)

  1. 上面に結合パッドを含み，基板上に設けられた集積回路と，
    上記基板が有する上記結合パッド以外の第２電気コンタクトと，
    所定バンプ幅を有し，上記結合パッドに取り付けられるボール・バンプと，
    実質的に一定で，上記バンプ幅より広いリボン幅を有するリボン・ワイヤとを具え，
    上記リボン・ワイヤの第１部分は上記ボール・バンプによって，上記リボン幅より幅が狭い上記結合パッドと電気的に接続されると共に，上記リボン・ワイヤの第２部分が上記リボン幅以上の広さの幅を有する上記第２電気コンタクトに取り付けられ，高周波数信号の損失を低減することを特徴とするボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線。
  2. 第１結合パッドを含む上面を有する，基板上に設けられた第１集積回路と，
    所定バンプ幅を有し，上記第１集積回路の上記第１結合パッドに取り付けられる第１ボール・バンプと，
    所定リボン幅を有すると共に，対向する端部及び中間部分を有するリボンワイヤであって，上記対向する端部の一方が上記第１ボール・バンプによって，上記リボン幅より幅の狭い上記第１結合パッドと電気的に接続される上記リボンワイヤと，
    第２結合パッドを含む上面を有する，上記基板上に設けられた第２集積回路と，
    所定バンプ幅を有し，上記第２集積回路の上記第２結合パッドに取り付けられる第２ボール・バンプと，
    上記基板が有する上記第１及び第２結合パッド以外の電気コンタクトである金属化面とを具え，
    上記所定リボン幅は，実質的に一定で，上記第１及び第２ボール・バンプの上記バンプ幅よりも広く，上記リボン・ワイヤの上記中間部分が上記第２集積回路の上記第２ボール・バンプによって，上記リボン幅より幅が狭い上記第２結合パッドと電気的に接続され，上記リボン・ワイヤの上記対向する端部の他方が上記リボン幅以上の広さの幅を有する上記金属化面に取り付けられ，高周波数信号の損失を低減することを特徴とするボール・バンプ結合リボン・ワイヤ配線。
  3. 実質的に一定の所定リボン幅を有すると共に自由端及び第２部分を有するリボン・ワイヤと，金属化面部分を有する基板と，結合パッドを含む上面を有し，上記基板上に設けられた集積回路とを用意するステップと，
    ボール・バンプを上記結合パッドに取り付けるステップと，
    上記ボール・バンプよりも幅の広い上記リボン・ワイヤの上記自由端をサーモソニック処理によって上記ボール・バンプに溶接することにより，上記リボン幅より幅の狭い上記結合パッドと上記リボン・ワイヤとを電気的に接続するステップと，
    上記リボン・ワイヤの上記第２部分を上記リボン幅以上の広さの幅を有する上記金属化面部分に取り付けるステップと
    を具え，高周波数信号の損失を低減することを特徴とする集積回路を基板に接続する方法。
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