JPH0341744A - 超音波ワイヤボンディング法 - Google Patents

超音波ワイヤボンディング法

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JPH0341744A
JPH0341744A JP1177494A JP17749489A JPH0341744A JP H0341744 A JPH0341744 A JP H0341744A JP 1177494 A JP1177494 A JP 1177494A JP 17749489 A JP17749489 A JP 17749489A JP H0341744 A JPH0341744 A JP H0341744A
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Tsutomu Sakatsu
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音波振動を利用して微少径のワイヤを半導
体チップ等の電極に接合する超音波ワイヤボンディング
法に関する。
（従来の技術） 一般に、ｒｃ等の半導体装置に半導体チップを組付ける
際には、半導体チップの電極と半導体装置の外部接続用
の電極を微細なワイヤで接続する必要があり、このため
超音波振動を利用した高速、かつ信頼性の高い超音波ワ
イヤボンディング法が広く採用されている。
従来のこの種の超音波ワイヤボンディング法としては、
例えば第３図に示すようなものが一般的である。第３図
において、符号１は上述の半導体装置の基板２に設けら
れた外部接続用の電極であり、電極ｌの平面状の表面ｌ
ａには、例えばアルミニウム素材からなるワイヤ３の端
部が載置されている。一方、符号４は超音波ボンディン
グ装置のウェッジであり、ウェッジ４の図中下端はワイ
ヤ３に当接してワイヤ３を電極１に押圧し、さらに図示
は省略しであるが超音波ボンディング装置の駆動部に駆
動されて超音波振動をワイヤ３に伝達する。そして、ワ
イヤ３が潰されて第３図中仮想線で示すように、電極ｌ
の表面１ａに沿って偏平状に変形し、電極１に接合され
る。なお、上述の電極１は半導体チップ側のポンディン
グパッドであっても差し支えない。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の超音波ワイヤボンディ
ング法にあっては、ワイヤが接合される電極の表面が平
面状に形成されていたため、ワイヤの接合界面の中央部
に非接合部が発生してワイヤと電極の接合強度が低下し
、またこれらの接合強度を向上させようとすると、接合
時のワイヤの潰れ幅が大きくなり、半導体装置の多極化
に伴う接合ピッチの微細化に対応できないという不具合
があった。
第４図は、電極１の表面１ａに接合されたワイヤ３を持
ち上げて部分的に電極１から剥離した状態を示す模式図
であり、第４図に示すように、ワイヤ３の接合界面の中
央部には斜線で示す接合部３ａに囲まれた空洞状の非接
合部３ｂが形成されている。なお、第４図に示すワイヤ
３と電極ｌの接合は、従来例で述べた通常の超音波ワイ
ヤポンディング法によるものであり、上述のような非接
合部３ｂの発生は、例えば”Ａｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ
ｔａｌ　Ｍｏ−ｄｅｌ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｍｉｃｒ
ｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　　
ｗｉｒｅ　　Ｂ−ｏｎｄｉｎｇ　Ｍｅｃｈａｎｉｓａ＋
　　（Ｇ、Ｇ、Ｈａｒｍａｎ　ａｎｄ　ｋ、ｏ、Ｌｅｅ
ｄｙ。
１９７２１ＥＥＥ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　ＳｙｍＰ、　（５Ａｐｒｉ１１９７２）　４９−５
６　）において既に指摘されている現象である。したが
って、非接合部３ｂの発生に伴いワイヤ３と電極１の接
合強度が低下し、ワイヤ３の潰れ幅を小さくして接合ピ
ンチを微細化しようとすると、接合部の脱落等の事故を
招くことになる。また、ワイヤ３と電極ｌの接合強度を
充分なものとするためには、接合時のワイヤ３の潰れ幅
を当初のワイヤ３の径の２倍程度とする必要があり、こ
のため、接合ピッチの微細化に対応できないことは前述
の通りである。
ここで、第５図は、第３図に示すワイヤ３がアルミニウ
ム素材から形成された場合に、ワイヤ３の表面に沿って
形成されたアルミニウムの酸化皮膜Ｎ５を示す拡大模式
図であり、酸化皮膜Ｎ５はは表面のピュアなアルミニウ
ム層を挟んで２層に形成され、図中酸化皮膜層５を境と
して上部はワイヤ３のピュアなアルミニウム部６を、ま
た下部は電極ｌを構成するメタル部７を示す。一方、第
６図は、第３図中仮想線で示すように超音波振動を受け
て電極１に接合されたワイヤ３の電極１の表面１ａに沿
った中央部Ａにおける拡大模式図、第７図は同様なワイ
ヤ３の側部Ｂにおける拡大模式図である。そして、第６
図および第７図に示すように、ワイヤ３の塑性変形時に
はアルミニウム部６内にそれぞれ破線で示すすべり面８
．９が生じ、これらすべり面８．９に沿って酸化皮膜層
５が破壊され、ピュアなアルミニウム部６が電極１のメ
タル部７側に露出してワイヤ３と電極１が接合されるも
のと考えられる。
しかしながら、第６図に示すすべり面８は、第３図中矢
印で示すワ・イヤ３の変形方向のうち中央部Ａ付近のも
のと一致しているので、第６図中ワイヤ３と電極１の接
合面の法線に対する傾斜角θは微少であり、このためす
べり面８に沿って破壊される酸化皮膜Ｎ５同志の変位は
僅少で、ピュアなアルミニウム部６が電極ｌのメタル部
７側に殆ど露出しない。一方、第７図に示すすべり面９
は、第３図中矢印で示すワイヤ３の変形方向のうち側部
Ｂに向うものと一致しているので、第７図中ワイヤ３と
電極１の接合面の法線に対する傾斜角θ２が大きくなっ
てすべり面９に沿って破壊される酸化皮膜層５同志の変
位は大きく、ピュアなアルミニウム部６が電極１のメタ
ル部７側に露出する。このため、ワイヤ３の側部Ｂにお
いては、ワイヤ３のピュアなアルミニウム部６が電極ｌ
のメタル部７に直接に接触してワイヤ３と電極ｌが容易
に接合され、第４図に示す接合部３ａが形成される。こ
れに反して、中央部Ａにおいては、酸化皮膜層５が破壊
されているにも拘らず酸化皮膜層５に遮断されてワイヤ
３のピュアなアルミニウム部６が殆ど電極ｌに接触せず
、このため第４図に示す非接合部３ｂが形成されるもの
と考えられる。
（発明の目的） 本発明は、上述のような従来技術の課題を背景としてな
されたものであり、ワイヤが接合される電極の表面を凸
状に形成することにより、ワイヤの非接合部の発生を解
消して、これらの接合強度の向上および接合ピッチの微
細化が可能な超音波ワイヤボンディング法を提供するこ
とを目的としている。
（発明の構成） 本発明は、上記目的達成のため、電極の表面を凸状に形
成し、該電極の凸状の表面にワイヤを押圧するとともに
超音波振動させてワイヤを電極に接合することを特徴と
するものである。
以下、本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。第
１図および第２図はそれぞれ本発明による超音波ワイヤ
ボンディング法により接合されるワイヤと電極および接
合されたワイヤと電極の一実施例を示す図である。まず
、その構成を説明する。第１図において、符号１１は、
半導体装置の基板１２に設けられた電極であり、電極１
１の表面１１ａには、例えばアルミニウム素材からなる
接続用のワイヤ１３の端部が載置され、さらにワイヤ１
３は超音波ボンディング装置のウェッジ１４によって電
極１１の表面１１ａに押圧されている。上述の電極１１
の表面１１ａはワイヤ１３に向って凸状に形成されてお
り、このような凸状の表面１１ａは、例えば基板１２に
設けられた電極１１に予め突起部を形成しておき、ワイ
ヤ１３との対向面にアルミニウム、金等の金属薄膜を被
覆することによって容易に形成することが可能である。
そして、ワイヤ１３を電極１１の凸状の表面１１ａに押
圧するウェッジ１４は図示は省略しであるが、前述の超
音波ボンディング装置の駆動部に駆動されてワイヤ１３
を超音波振動させ、これに伴って第２図に示すように、
ワイヤ１３が電極１１の表面１１．ａに沿って塑性変形
し、偏平、凹状となって電極１１に接合される。なお、
ウェッジ１４のワイヤ１３の押圧面１４ａは、電極１１
の凸状の表面１１ａに沿ってワイヤ■３を変形し易いよ
うにワイヤ１３に対して凹状に形成されている。
次に、第１図および第２図に基づいて本発明による超音
波ワイヤボンディング法の一実施例につき説明する。第
１図において、半導体装置の基板１２に設けられた電極
１１の表面ｔｉａを凸状に形成し、電極１１の凸状の表
面１１ａに、例えばアルミニウム素材からなる接続用の
ワイヤ１３が載置される。次いで、超音波ボンディング
装置のウェッジ１４によってワイヤ１３が電極１１の表
面１１ａに押圧され、同時に図示しない上述の超音波ボ
ンディング装置の駆動部に駆動されてウェッジ１４がワ
イヤ１３を超音波振動させる。これに伴って、第２図に
示すように、ワイヤ１３が電極１１の表面ＩＬａに沿っ
て塑性変形し、偏平、凹状となって電極１１に接合され
る。
超音波振動に基づくワイヤ１３の塑性変形の際に、ワイ
ヤ１３の内部にはすべりを生じ、そのすべり方向は第１
図中矢印で示すように電極１１に向って放射状となる。
そして、これら放射状のすべり方向のうちワイヤ１３の
中心部におけるすべり方向は電極１１の表面１１．ａに
対して直交するが、ワイヤ１３の中心部から外れると、
電極１１の表面１１ａが凸状に形成されているので、す
べり方向はその位置における表面１１ａの法線に対して
傾斜することになり、その傾斜はワイヤ１３の中心部か
ら外れる程大きくなる。したがって、第２図中、塑性変
形したワイヤ１３の中心線Ｙ−Ｙからやや外れた０部に
おけるワイヤ１３のすべり面は、従来技術の課題の項で
示した第６図および第７図のうち、第７図に示すすべり
面９と同様となる。このため、第７図に示すように、す
べり面９に沿って破壊される酸化皮膜層５同志の変位が
大きくなってピュアなワイヤ３のアルミニウム部６、す
なわち本実施例におけるピュアなワイヤ１３のアルミニ
ウム部が電極１１のメタル部に直接に接触して接合され
る。さらに、第２図中ワイヤ１３の中心線Ｙ−Ｙからさ
らに外れたＤ部においては、第７図に示すすべり面９の
傾斜角θ２がさらに大きくなるため、ピュアなワイヤ１
３のアルミニウム部が大幅に電極１１のメタル部に露出
して接触する。したがって、第４図に従来例として示し
たワイヤ３の中心部における非接合部３ｂはほぼ解消さ
れ、第２図に示すように、超音波振動によって電極１１
の凸状の表面１１ａに沿って凹状、偏平に変形したワイ
ヤ１３は表面１１ａの全面に亘って一様に電極１１に接
合される。このため、これらの接合強度を向上すること
ができ、さらに必要以上にワイヤ１３を潰してワイヤ１
３の漬れ幅を大きくすることがないので、接合ピッチを
微細化することが可能である。
このように、本実施例においては、ワイヤ１３が接合さ
れる電極１１の表面１１ａをワイヤ１３に向って凸状に
形成しているので、ワイヤ１３の非接合部の発生を解消
することができる。その結果、ワイヤ１３と電極１１の
接合強度を向上し、さらに接合ピッチを微細化すること
ができる。なお、電極１１の表面１１ａの形状について
は、上述の形状の外に表面１１ａに沿って多数の突起部
を形成するものも考えられる。この場合、上記の理由に
より、局所的に非接合部が生じることがあっても、全体
的には一様に接合するものと考えられるが、電極１１そ
のものの形成が著しく困難であり、実用に供する程のも
のではない。
（効果） 本発明によれば、ワイヤが接合される電極の表面を凸状
に形成しているので、ワイヤの非接合部の発生を解消す
ることができる。したがって、本発明の目的とするワイ
ヤと電極の接合強度の向上および接合ピッチの微細化が
可能な超音波ワイヤボンディング法を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明に係る超音波ワイヤボンデ
ィング法により接合されるワイヤと電極の一実施例を示
す図であり、第１図はその接合時の正面図、第２図はそ
の接合後の正面図である。 第３図および第４図は従来の超音波ワイヤボンディング
法により接合されるワイヤと電極の一例を示す図であり
、第３図はその接合時の正面図、第４図はその接合時に
発生する非接合部を示す斜視模式図である。第５図〜第
７図はワイヤ表面の酸化皮膜層の変化を示す拡大模式図
であり、第５図は接合前の酸化皮膜層を示す拡大模式図
、第６図および第７図はそれぞれその接合後の酸化皮膜
層を示す拡大模式図である。 １１・・・・・・電極、 １１ａ・・・・・・表面、 １３・・・・・・ワイヤ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電極の表面を凸状に形成し、該電極の凸状の表面にワイ
    ヤを押圧するとともに超音波振動させてワイヤを電極に
    接合することを特徴とする超音波ワイヤボンディング法
    。
JP1177494A 1989-07-10 1989-07-10 超音波ワイヤボンディング法 Pending JPH0341744A (ja)

Priority Applications (1)

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JP1177494A JPH0341744A (ja) 1989-07-10 1989-07-10 超音波ワイヤボンディング法

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JP1177494A JPH0341744A (ja) 1989-07-10 1989-07-10 超音波ワイヤボンディング法

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JPH0341744A true JPH0341744A (ja) 1991-02-22

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JP1177494A Pending JPH0341744A (ja) 1989-07-10 1989-07-10 超音波ワイヤボンディング法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5335842A (en) * 1993-03-19 1994-08-09 National Semiconductor Corporation Self-aligning single point bonding tool
US7367108B2 (en) 2005-12-20 2008-05-06 Fujitsu Limited Method of bonding flying leads
US7582553B2 (en) 2005-12-20 2009-09-01 Fujitsu Limited Method of bonding flying leads

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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