JPH01148949A - ボンディングワイヤーのネック部粗粒域再現方法及び装置 - Google Patents
ボンディングワイヤーのネック部粗粒域再現方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ポールボンディングにおいて最も重要である
ポールネック部の機械的性質の測定を可能とすることを
目的としたものであり、ポールネック部の金屈組襟を機
械試験に必要な所定の長さ全体にわたって再現する方法
及びこの方法を実施する装置に関するものである。
ポールネック部の機械的性質の測定を可能とすることを
目的としたものであり、ポールネック部の金屈組襟を機
械試験に必要な所定の長さ全体にわたって再現する方法
及びこの方法を実施する装置に関するものである。
（従来の技術）
ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体製品のアセンブリー工程では、
半導体素子と外部端子との接続にワイヤーボンディング
法が広く用いられている。ワイヤーボンディング法には
ポールボンディング法及びウェッジボンディング法があ
るが、現在は生産性の点からポールボンディング法が多
く用いられている。ポールボンディング法は、水素炎、
あるいは電気放電によってワイヤ一端部にポールを形成
させ、熱圧着によってワイヤーと半導体素子上の電極と
の接合を行う方法であるが、大きな問題点はポール形成
時の熱サイクルによって、ポールネツク部近傍でワイヤ
ーの結晶粒が粗大化し、強度低下等の材質劣化が生じる
ことである。（以下、このボール直上の結晶粒の粗大化
した領域をネック部粗粒域と称することとする。）この
ような材質劣化は、ボンディング時、あるいは搬送時、
さらには高温使用時における断線の大きな要因となる。
半導体素子と外部端子との接続にワイヤーボンディング
法が広く用いられている。ワイヤーボンディング法には
ポールボンディング法及びウェッジボンディング法があ
るが、現在は生産性の点からポールボンディング法が多
く用いられている。ポールボンディング法は、水素炎、
あるいは電気放電によってワイヤ一端部にポールを形成
させ、熱圧着によってワイヤーと半導体素子上の電極と
の接合を行う方法であるが、大きな問題点はポール形成
時の熱サイクルによって、ポールネツク部近傍でワイヤ
ーの結晶粒が粗大化し、強度低下等の材質劣化が生じる
ことである。（以下、このボール直上の結晶粒の粗大化
した領域をネック部粗粒域と称することとする。）この
ような材質劣化は、ボンディング時、あるいは搬送時、
さらには高温使用時における断線の大きな要因となる。
従って、これ等の問題が生じないようにワイヤーの選択
を適切に行う必要があるが、このためにはネック部粗粒
域の機械的性質を事前に正確に把握することが重要であ
る。更に、ボール形成時の熱サイクルによる劣化の少な
いワイヤーの開発が今後型まれるが、これを行っていく
上でもネック部粗粒域の特性を正確に把握することは重
要である。
を適切に行う必要があるが、このためにはネック部粗粒
域の機械的性質を事前に正確に把握することが重要であ
る。更に、ボール形成時の熱サイクルによる劣化の少な
いワイヤーの開発が今後型まれるが、これを行っていく
上でもネック部粗粒域の特性を正確に把握することは重
要である。
−ｉに、ボンディング性の評価手段として、従来はＡＳ
ＴＭ規格 Ｆ４５９等に代表されるフックテストが広く
行われている。第６図にこの方法を示すが、半導体チッ
プ１３上の電極パッド１４とリードフレーム１５間に接
続されたボンディングワイヤー１をフック１６で上方に
引張り、その時の破断荷重Ｆを測定する方法である。し
かしながら、この方法では接合されたワイヤーループ全
体の引張強度を調べるには有効であるが、圧着後のボー
ル形状、ループ高さ等によって強度の値が影響されるた
め、ボールネック部粗粒域の機械的特性を正確に把握す
るには不十分である。また、２５０℃程度の高温雰囲気
での引張試験も、ボール熱サイクルによる材質劣化性と
多少関連はあるものの、粗粒域特性を直接把握できる試
験ではない。
ＴＭ規格 Ｆ４５９等に代表されるフックテストが広く
行われている。第６図にこの方法を示すが、半導体チッ
プ１３上の電極パッド１４とリードフレーム１５間に接
続されたボンディングワイヤー１をフック１６で上方に
引張り、その時の破断荷重Ｆを測定する方法である。し
かしながら、この方法では接合されたワイヤーループ全
体の引張強度を調べるには有効であるが、圧着後のボー
ル形状、ループ高さ等によって強度の値が影響されるた
め、ボールネック部粗粒域の機械的特性を正確に把握す
るには不十分である。また、２５０℃程度の高温雰囲気
での引張試験も、ボール熱サイクルによる材質劣化性と
多少関連はあるものの、粗粒域特性を直接把握できる試
験ではない。
（発明が解決しようとする問題点）
このように、ネック部粗粒域の特性を直接的に評価する
手段はまだ確立されていないのが現状であるが、これは
、材質の劣化する領域の長さが１０μＩｌ〜５０μ−と
極めて短く、標準的な機械試験が不可能であることが一
因である。従って、本発明は各種機械試験が実施でき、
適切で有効なデータを得ることができるように、機械的
試験を行うに十分な長さについてネック部粗粒域の金属
組織を均一に再現する方法と装置を提供することを目的
としている。
手段はまだ確立されていないのが現状であるが、これは
、材質の劣化する領域の長さが１０μＩｌ〜５０μ−と
極めて短く、標準的な機械試験が不可能であることが一
因である。従って、本発明は各種機械試験が実施でき、
適切で有効なデータを得ることができるように、機械的
試験を行うに十分な長さについてネック部粗粒域の金属
組織を均一に再現する方法と装置を提供することを目的
としている。
（問題点を解決するための手段）
本発明はこの様な観点からなされたもので、その要旨と
するところは、（１）直径１０μｍ以上、１００ｐＩ迄
のボンディングワイヤーに対し、所定の長さ全体に直接
パルス電流を流すことによって加熱し、この際にパルス
電流、及びパルス幅によって熱サイクルを制御すること
を特徴とするボンディングワイヤーのネック部粗粒域再
現方法であり、又（２）ボンディングワイヤーを保持す
る電極と、ワイヤーに安定したパルス電流を供給するた
めの定電流電源、及びパルス幅制御回路と、熱サイクル
を測定するための放射型温度計、及び加熱中のワイヤー
の熱膨張による温潤スポットからのずれを防ぐための熱
膨張吸収用スプリングとを具備することを特徴とする、
ボンディングワイヤーのネック部）■粒域再現装置、で
ある。
するところは、（１）直径１０μｍ以上、１００ｐＩ迄
のボンディングワイヤーに対し、所定の長さ全体に直接
パルス電流を流すことによって加熱し、この際にパルス
電流、及びパルス幅によって熱サイクルを制御すること
を特徴とするボンディングワイヤーのネック部粗粒域再
現方法であり、又（２）ボンディングワイヤーを保持す
る電極と、ワイヤーに安定したパルス電流を供給するた
めの定電流電源、及びパルス幅制御回路と、熱サイクル
を測定するための放射型温度計、及び加熱中のワイヤー
の熱膨張による温潤スポットからのずれを防ぐための熱
膨張吸収用スプリングとを具備することを特徴とする、
ボンディングワイヤーのネック部）■粒域再現装置、で
ある。
（作 用）
本発明では、ボール形成時の極めて短時間の熱サイクル
をワイヤーに与える方法として直接通電によるジュール
加熱を用いている。これは、他の方法として（１ル−ザ
ー光を瞬間的に与える方法、（２）高周波誘導電流によ
って加熱する方法について検討を行った結果、（１）で
は大径のワイヤーで表面と内部とで温度差が生ずること
、（２）では、コイルのインダクタンスのため短時間加
熱ができないこと、の理由により、これらが不適当であ
ったためである。
をワイヤーに与える方法として直接通電によるジュール
加熱を用いている。これは、他の方法として（１ル−ザ
ー光を瞬間的に与える方法、（２）高周波誘導電流によ
って加熱する方法について検討を行った結果、（１）で
は大径のワイヤーで表面と内部とで温度差が生ずること
、（２）では、コイルのインダクタンスのため短時間加
熱ができないこと、の理由により、これらが不適当であ
ったためである。
また、短時間の熱サイクルを再現性良く、正確に制御す
るためには通常の商用周波数の電源等では不可能である
が、パルス電流を用い、電流値、パルス幅を制御するこ
とによって精度良く熱サイクルが再現できる。
るためには通常の商用周波数の電源等では不可能である
が、パルス電流を用い、電流値、パルス幅を制御するこ
とによって精度良く熱サイクルが再現できる。
次に、本発明の詳細を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の装置を示す模式図である。ボンディン
グワイヤーｌを電極２ａ、２ｂにてクランプし、定電流
電源ａにて一定電流をワ不ヤーに供給し、加熱を行う。
グワイヤーｌを電極２ａ、２ｂにてクランプし、定電流
電源ａにて一定電流をワ不ヤーに供給し、加熱を行う。
この際の通電時間はパルス幅制御回路ｌ）によって調整
する。ワイヤー加熱長さはスライド板３、送りネジ４に
よって調整する。
する。ワイヤー加熱長さはスライド板３、送りネジ４に
よって調整する。
１ｆｆｉＮ時のワイヤー熱サイクルの測定は熱電対等の
接触式のものでは不可能であるため、微小領域（１０−
２０μｎ＋）の放射型温度計５にて行う。
接触式のものでは不可能であるため、微小領域（１０−
２０μｎ＋）の放射型温度計５にて行う。
また、加熱時にはワイヤーは熱膨張し、放射型温度計の
スポットからのずれが生ずる。スライドベアリング６、
スプリング７はこの熱膨張によるワイヤーの曲がりが生
じないように、ワイヤーに張力を与えて加熱時において
も直線が保たれるようにするためのものである。ロード
セル８はこの張力が過度にならないようにモニターする
ためのものである。また、ボンディングワイヤーは熱容
量が小さいため、僅かの大気の対流等によって温度にゆ
らぎが生ずる。これを防ぐために遮へい用のチャンバー
１２を用いる。９はワイヤーを固定するためのクランプ
、１０．１１は電極保持台である。
スポットからのずれが生ずる。スライドベアリング６、
スプリング７はこの熱膨張によるワイヤーの曲がりが生
じないように、ワイヤーに張力を与えて加熱時において
も直線が保たれるようにするためのものである。ロード
セル８はこの張力が過度にならないようにモニターする
ためのものである。また、ボンディングワイヤーは熱容
量が小さいため、僅かの大気の対流等によって温度にゆ
らぎが生ずる。これを防ぐために遮へい用のチャンバー
１２を用いる。９はワイヤーを固定するためのクランプ
、１０．１１は電極保持台である。
第２図は本装置による熱サイクルの再現性について大気
遮へいをした場合としない場合について調べたものであ
る。供試ワイヤーは２５μｍ金ワイヤ−、加熱長さは５
０ｍｍ、電流密度は９４０Ａ／ｍ１ｌ１２、通電時間は
０．６秒である。図のように、遮へい無しでは温度にゆ
らぎが認められるが、チャンバーで遮へいすることによ
って熱サイクルは極めて安定し、再現性が得られること
が判る。また、図よりワイヤー温度は０．２〜０．３秒
付近で定常ＩＬａとなっている。実際のポール形成時の
熱サイクルは０．０１〜０．１秒程度と考えられるが、
熱サイクルの安定性をより高めるためには、通電時間と
しては温度が安定し始める時間以−ヒ、即ち０．２〜０
．３秒以上で行い、最高温度を実際のボール形成時のそ
れよりやや低めにすることによって等価的に粗粒域を再
現することができる。
遮へいをした場合としない場合について調べたものであ
る。供試ワイヤーは２５μｍ金ワイヤ−、加熱長さは５
０ｍｍ、電流密度は９４０Ａ／ｍ１ｌ１２、通電時間は
０．６秒である。図のように、遮へい無しでは温度にゆ
らぎが認められるが、チャンバーで遮へいすることによ
って熱サイクルは極めて安定し、再現性が得られること
が判る。また、図よりワイヤー温度は０．２〜０．３秒
付近で定常ＩＬａとなっている。実際のポール形成時の
熱サイクルは０．０１〜０．１秒程度と考えられるが、
熱サイクルの安定性をより高めるためには、通電時間と
しては温度が安定し始める時間以−ヒ、即ち０．２〜０
．３秒以上で行い、最高温度を実際のボール形成時のそ
れよりやや低めにすることによって等価的に粗粒域を再
現することができる。
また、本発明では適用ワイヤーを１０〜１００μｍとし
たが、これは、１０μｍ以下ではワイ・ヤーの熱容量が
小さずぎて熱サイクルの安定性が悪く、また１００．＋
１ｍ以上では電極との接触面積のばらつきが大きくなっ
てくるためである。
たが、これは、１０μｍ以下ではワイ・ヤーの熱容量が
小さずぎて熱サイクルの安定性が悪く、また１００．＋
１ｍ以上では電極との接触面積のばらつきが大きくなっ
てくるためである。
以下に本発明の実施例を示す。用いたワイヤーはすべて
直径２５μｍの金ワイヤーである。
直径２５μｍの金ワイヤーである。
（ｊＦ−貝以下な竹）
（実施例１）
第３図は上記のように構成された装置を用いてワイヤー
の加熱長さを５０ｍ５、電流密度を９６０Ａ／ｍｔａ”
、通電時間を０．６秒として、実験を行った後の、ミク
ロ組織を調べたものである。ワイヤー中央部と中央より
１５ｍｍとの組織は同等であり、長さ方向で均一な熱サ
イクルとなっていることがわかる。
の加熱長さを５０ｍ５、電流密度を９６０Ａ／ｍｔａ”
、通電時間を０．６秒として、実験を行った後の、ミク
ロ組織を調べたものである。ワイヤー中央部と中央より
１５ｍｍとの組織は同等であり、長さ方向で均一な熱サ
イクルとなっていることがわかる。
（実施例２）
第４図は、実際のボンディングにおける粗粒域の！ｆ−
１１織との対応を、化学成分の異なる８種ｆｆ （Ｎａ
１〜８）の２５μｍ径の金ワイヤーを用いて調べたもの
である。ここで、ボール形成は電気トーチによる標準的
条件で行った。図のように、電流密度が９７０ Ａ／ｍ
ｎ＋”の条件で実際の粗粒域結晶粒径とほぼ１：１の対
応を示し、組織比較によっても同等な組織が得られてい
ることが判明した。本条件によってネック部粗粒域の再
現が可能となったため、）■粒域再現後の４種類のワイ
ヤーの機械的性質を引張試験により調べた。この結果が
第５図であるが、各々のワイヤーの強度、伸び特性が明
確に把握でき、粗粒域の強度、伸び特性の優れたワイヤ
ーが明かとなつた例である。
１１織との対応を、化学成分の異なる８種ｆｆ （Ｎａ
１〜８）の２５μｍ径の金ワイヤーを用いて調べたもの
である。ここで、ボール形成は電気トーチによる標準的
条件で行った。図のように、電流密度が９７０ Ａ／ｍ
ｎ＋”の条件で実際の粗粒域結晶粒径とほぼ１：１の対
応を示し、組織比較によっても同等な組織が得られてい
ることが判明した。本条件によってネック部粗粒域の再
現が可能となったため、）■粒域再現後の４種類のワイ
ヤーの機械的性質を引張試験により調べた。この結果が
第５図であるが、各々のワイヤーの強度、伸び特性が明
確に把握でき、粗粒域の強度、伸び特性の優れたワイヤ
ーが明かとなつた例である。
（発明の効果）
以上のように、本発明によれば、ボンディングワイヤー
ネック部粗粒域の金属組織を所定の長さにわたって均一
に再現することが可能となるため、標準的な引張試験に
よって粗粒域の機械的性質を把握することができる。従
って、耐ネック切れ性の評価を正確に行うことができ、
用途に応じて適切にワイヤーの選択を行うことができる
。また、ボール形成条件の変化に伴うネック部の組織変
化を所定の長さにわたって均一にシミュレートできるた
め、ポール形成時の入熱の粗粒域特性への影響を詳細に
把握できる。さらには、ワイヤー成分の影響等、詳細に
把握できるため、新ワイヤーの開発を行う上で極めて有
効な手段となる。
ネック部粗粒域の金属組織を所定の長さにわたって均一
に再現することが可能となるため、標準的な引張試験に
よって粗粒域の機械的性質を把握することができる。従
って、耐ネック切れ性の評価を正確に行うことができ、
用途に応じて適切にワイヤーの選択を行うことができる
。また、ボール形成条件の変化に伴うネック部の組織変
化を所定の長さにわたって均一にシミュレートできるた
め、ポール形成時の入熱の粗粒域特性への影響を詳細に
把握できる。さらには、ワイヤー成分の影響等、詳細に
把握できるため、新ワイヤーの開発を行う上で極めて有
効な手段となる。
本実施例では粗粒域の引張特性について行ったが、疲労
特性等、他の特性についても同様に評価、解析手段とし
て本発明を用いることとができる。
特性等、他の特性についても同様に評価、解析手段とし
て本発明を用いることとができる。
第１図は本発明の方法を実施する装置の一例の構成図、
第２図はワイヤー加熱時に大気遮へいを行った場合と遮
ヘイのない場合についての熱サイクル測定結果を示す図
、第３図は再現試験後のワイヤー中央部と中央より１５
ｍｍの部分の金属Ｍｉ織の写真、第４図は実際のボンデ
ィングにおけるネック部粗粒域結晶粒径と再現試験にお
ける試験材の結晶粒径とを比較した図、第５図は粗粒域
再現条件のもとての引張試験結果を示した図、第６図は
ワイヤーボンディングのフックテストの模式図である。 １・・・ボンディングワイヤー、２ａ、２ｂ・・・電極
、３・・・スライド板、４・・・送りネジ、５・・・微
小領域（１０−２０μｍ）放射温度計、６・・・スライ
ドベアリング、７・・・スプリング、８・・・ロードセ
ル、９・・・クランプ、１０．１１・・・電極保持台、
１２・・・遮へい用チャンバー、１３・・・半導体チッ
プ、１４・・・電極パッド、１５・・・リードフレーム
、１６・・・フック。 供試ワイヤｍ：２５咽φ金ワイヤー □ａ蔽あり ＋＋ ＋＋−＋ａ蔽なし 第２図 第３図 ′〜′。 粗粒域ＩＩｆ現装ｒａｖｃよる結晶粒径（７＋ｍ）供試
ワイヤー（品種Ａｌ〜８）：２５＃ｍφ雀ワイヤー辿電
′１Ｍ＋ｍｍ度： ９７０ Ａ／ｍｍ２一定第４図
第２図はワイヤー加熱時に大気遮へいを行った場合と遮
ヘイのない場合についての熱サイクル測定結果を示す図
、第３図は再現試験後のワイヤー中央部と中央より１５
ｍｍの部分の金属Ｍｉ織の写真、第４図は実際のボンデ
ィングにおけるネック部粗粒域結晶粒径と再現試験にお
ける試験材の結晶粒径とを比較した図、第５図は粗粒域
再現条件のもとての引張試験結果を示した図、第６図は
ワイヤーボンディングのフックテストの模式図である。 １・・・ボンディングワイヤー、２ａ、２ｂ・・・電極
、３・・・スライド板、４・・・送りネジ、５・・・微
小領域（１０−２０μｍ）放射温度計、６・・・スライ
ドベアリング、７・・・スプリング、８・・・ロードセ
ル、９・・・クランプ、１０．１１・・・電極保持台、
１２・・・遮へい用チャンバー、１３・・・半導体チッ
プ、１４・・・電極パッド、１５・・・リードフレーム
、１６・・・フック。 供試ワイヤｍ：２５咽φ金ワイヤー □ａ蔽あり ＋＋ ＋＋−＋ａ蔽なし 第２図 第３図 ′〜′。 粗粒域ＩＩｆ現装ｒａｖｃよる結晶粒径（７＋ｍ）供試
ワイヤー（品種Ａｌ〜８）：２５＃ｍφ雀ワイヤー辿電
′１Ｍ＋ｍｍ度： ９７０ Ａ／ｍｍ２一定第４図
Claims (2)
- （１）直径１０μｍ以上、１００μｍ迄のボンディング
ワイヤーに対し、所定の長さ全体に直接パルス電流を流
すことによって加熱し、この際にパルス電流、及びパル
ス幅によって熱サイクルを制御することを特徴とするボ
ンディングワイヤーのネック部粗粒域再現方法。 - （２）ボンディングワイヤーを保持する電極と、ワイヤ
ーに安定したパルス電流を供給するための定電流電源、
及びパルス幅制御回路と、熱サイクルを測定するための
放射型温度計、及び加熱中のワイヤーの熱膨張による測
温スポットからのずれを防ぐための熱膨張吸収用スプリ
ングとを具備することを特徴とするボンディングワイヤ
ーのネック部粗粒域再現装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62307562A JPH068792B2 (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | ボンディングワイヤーのネック部粗粒域再現方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62307562A JPH068792B2 (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | ボンディングワイヤーのネック部粗粒域再現方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01148949A true JPH01148949A (ja) | 1989-06-12 |
| JPH068792B2 JPH068792B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=17970574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62307562A Expired - Lifetime JPH068792B2 (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | ボンディングワイヤーのネック部粗粒域再現方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068792B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013534322A (ja) * | 2010-08-20 | 2013-09-02 | コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ | 非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置 |
| CN105259010A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-01-20 | 贵州大学 | 一种金属样品磨样机 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5062697A (ja) * | 1973-10-05 | 1975-05-28 | ||
| JPS50117486A (ja) * | 1974-02-27 | 1975-09-13 | ||
| JPS54161356A (en) * | 1978-06-09 | 1979-12-20 | Nec Corp | Testing method of interface contacting condition |
| JPS61138152A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-25 | Babcock Hitachi Kk | 電気伝導性セラミツクスと金属の接合部の非破壊的検査法 |
-
1987
- 1987-12-07 JP JP62307562A patent/JPH068792B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5062697A (ja) * | 1973-10-05 | 1975-05-28 | ||
| JPS50117486A (ja) * | 1974-02-27 | 1975-09-13 | ||
| JPS54161356A (en) * | 1978-06-09 | 1979-12-20 | Nec Corp | Testing method of interface contacting condition |
| JPS61138152A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-25 | Babcock Hitachi Kk | 電気伝導性セラミツクスと金属の接合部の非破壊的検査法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013534322A (ja) * | 2010-08-20 | 2013-09-02 | コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ | 非定常熱線法を用いたナノ流体の熱伝導度測定装置 |
| CN105259010A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-01-20 | 贵州大学 | 一种金属样品磨样机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH068792B2 (ja) | 1994-02-02 |
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