JPH0364940A - 超音波ボンディング方法 - Google Patents
超音波ボンディング方法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〕
本発明は超音波ボンディング法に関し、特に易酸化性金
属のボンディング法に関する。
属のボンディング法に関する。
超音波を用いたボンディングは固相接合の一種である。
その接合の機構を第４図に示すボンディング装置及び第
５図の断面図を用いて説明する。
５図の断面図を用いて説明する。
まずホーン１０に接続されたウェッジ１１の先端からワ
イヤー１に例えば４０〜６０ ｋＨｚで０．１〜２Ｗの
振動が伝えられ、ワイヤー１と被ボンディング材２との
間で摩擦を生じ、水分や表面の酸化Ｍ３の破壊が進む。
イヤー１に例えば４０〜６０ ｋＨｚで０．１〜２Ｗの
振動が伝えられ、ワイヤー１と被ボンディング材２との
間で摩擦を生じ、水分や表面の酸化Ｍ３の破壊が進む。
この時、ごく表面で発熱による部分的な溶融状態が生じ
る。
る。
こうして生じたワイヤー１と被ボンディング材２の清浄
面同志を加圧力により圧接することで、強固な固相接合
が実現する。
面同志を加圧力により圧接することで、強固な固相接合
が実現する。
上述した従来の超音波ボンディング法は、難酸化性金属
の金（Ａｕ）や、温度上昇による抗張力低下に伴なう塑
性変形を生じやすいアルミニウム（Ａｔ７）などで実用
化されているが、常温付近での作業が可能である反面い
ずれも軟かい金属である所から、ボンディング後の機械
的な衝撃によりワイヤーｌが変形しやすいという欠点が
あった。
の金（Ａｕ）や、温度上昇による抗張力低下に伴なう塑
性変形を生じやすいアルミニウム（Ａｔ７）などで実用
化されているが、常温付近での作業が可能である反面い
ずれも軟かい金属である所から、ボンディング後の機械
的な衝撃によりワイヤーｌが変形しやすいという欠点が
あった。
この欠点を克服するためには、ニッケル、マグネシウム
、タングステン、鉄などの単体やそれらの合金を用いれ
ば変形は小さくなるが、これらの金属は易酸化性である
ことから空気中でのボンディングは難しく、通常は不活
性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）中
で行なわれる。しかしながら不活性ガス中にはわずかな
がら酸素や窒素、ｃｏ２．ｃｏが数十ｐｐｍ含有されて
おり、これら不純物ガスとボンディング時に形成される
清浄面とが容易に反応し、反応生成物７が接合面６に包
含されてしまうため、接続の信頼性が低下するという欠
点があった。
、タングステン、鉄などの単体やそれらの合金を用いれ
ば変形は小さくなるが、これらの金属は易酸化性である
ことから空気中でのボンディングは難しく、通常は不活
性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）中
で行なわれる。しかしながら不活性ガス中にはわずかな
がら酸素や窒素、ｃｏ２．ｃｏが数十ｐｐｍ含有されて
おり、これら不純物ガスとボンディング時に形成される
清浄面とが容易に反応し、反応生成物７が接合面６に包
含されてしまうため、接続の信頼性が低下するという欠
点があった。
また、歓化防止のため雰囲気ガス中に水素（Ｉ（２）を
混入する方法もあるが、引火性の強いガスの混入は作業
性に難点がある。また水素脆性の生じやすい金属は、接
続の信頼性に欠けるといった欠点があった。
混入する方法もあるが、引火性の強いガスの混入は作業
性に難点がある。また水素脆性の生じやすい金属は、接
続の信頼性に欠けるといった欠点があった。
本発明の超音波ボンディング方法は、少くとも一方が易
酸化性金属からなる被ボンディング材とワイヤとを超音
波振動を用いてボンディングする超音波ボンディング方
法において、前記ボンディングを真空雰囲気中で行うも
のであり、更にボンディング後のワイヤーを荷電粒子線
を用いて切断するものである。
酸化性金属からなる被ボンディング材とワイヤとを超音
波振動を用いてボンディングする超音波ボンディング方
法において、前記ボンディングを真空雰囲気中で行うも
のであり、更にボンディング後のワイヤーを荷電粒子線
を用いて切断するものである。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
るためのワイヤーと被ボンディング材の断面図、第２図
はボンディング装置のウェッジ近傍の側面図である。こ
の場合ボンディング装置のおかれる雰囲気はｌＸ１０８
Ｐａ以下の超高真空である。
るためのワイヤーと被ボンディング材の断面図、第２図
はボンディング装置のウェッジ近傍の側面図である。こ
の場合ボンディング装置のおかれる雰囲気はｌＸ１０８
Ｐａ以下の超高真空である。
まず第１図（ａ）に示すように、Ｎｉからなる被ボンデ
ィング材２をウェッジ１１を用いて、例えば２５μｍφ
のＮｉからなるワイヤー１を接触させる。この時のワイ
ヤー１の表面および被ボンディング材２の表面には自然
酸化膜３が存在している。
ィング材２をウェッジ１１を用いて、例えば２５μｍφ
のＮｉからなるワイヤー１を接触させる。この時のワイ
ヤー１の表面および被ボンディング材２の表面には自然
酸化膜３が存在している。
このワイヤー１にホーン１０を介して超音波振動を印加
しつつ、被ボンディング材２に接触させると第１図（ｂ
）のように両者がこすれ合い、摩擦により両者の酸化膜
３が破壊し、清浄面４が表われる。この時に雰囲気ガス
量がＩ Ｘ １０−”Ｐａ程度、ボンディングの空間が
１０１！で清浄面が５０μｍφ程度であるなら、たとえ
反応生成物の全量が清浄面に生じたとしても０．５〜１
分子層にしかならず、清浄面４の汚れは非常に少ないも
のとなる。
しつつ、被ボンディング材２に接触させると第１図（ｂ
）のように両者がこすれ合い、摩擦により両者の酸化膜
３が破壊し、清浄面４が表われる。この時に雰囲気ガス
量がＩ Ｘ １０−”Ｐａ程度、ボンディングの空間が
１０１！で清浄面が５０μｍφ程度であるなら、たとえ
反応生成物の全量が清浄面に生じたとしても０．５〜１
分子層にしかならず、清浄面４の汚れは非常に少ないも
のとなる。
更に超音波振動を印加することにより第１図（Ｃ）に示
すように、清浄面同志がこすれ、一部は溶融し、次で印
加している圧力により互いに圧接されボンディングが完
成する。
すように、清浄面同志がこすれ、一部は溶融し、次で印
加している圧力により互いに圧接されボンディングが完
成する。
従来の不活性ガス中でのボンディングに於いては、例え
ばアルゴンガス中の０．ＩＰＰｍの０２ガスは１．２
Ｘ １０−”Ｐａの分圧に相当し、本発明に比ベロ桁も
多く反応生成物を形成することになり、第５図に示した
様に、接合面に多くの反応生成物７を包含してしまうこ
とになる。もちろん不純物濃度を下げることは可能であ
るが、せいぜい２〜４桁程度であり、本実施例による場
合に比べ、汚染の程度ははるかに高い。
ばアルゴンガス中の０．ＩＰＰｍの０２ガスは１．２
Ｘ １０−”Ｐａの分圧に相当し、本発明に比ベロ桁も
多く反応生成物を形成することになり、第５図に示した
様に、接合面に多くの反応生成物７を包含してしまうこ
とになる。もちろん不純物濃度を下げることは可能であ
るが、せいぜい２〜４桁程度であり、本実施例による場
合に比べ、汚染の程度ははるかに高い。
なお、本実施例に於いてステージ１２の温度を上げれば
上げるほどワイヤー１や被ボンディング材２の表面に付
着、吸蔵されている不純物は、アウトガスとなって放出
されるため、さらに確実に清浄面を得ることができる。
上げるほどワイヤー１や被ボンディング材２の表面に付
着、吸蔵されている不純物は、アウトガスとなって放出
されるため、さらに確実に清浄面を得ることができる。
吸着ガスや水分を効果的に除去するためには２００〜２
５０℃の加熱温度が適当である。
５０℃の加熱温度が適当である。
易酸化性金属が比較的高い蒸気圧を示す金属、例えばマ
グネシウム（Ｍｇ）の場合、１５０℃程度の温度でＩ
Ｘ １０ ””Ｐａ付近の蒸気圧をもつことから、ステ
ージには常温〜５０℃程度までの加熱するにとどめる必
要がある。
グネシウム（Ｍｇ）の場合、１５０℃程度の温度でＩ
Ｘ １０ ””Ｐａ付近の蒸気圧をもつことから、ステ
ージには常温〜５０℃程度までの加熱するにとどめる必
要がある。
このようにしてボンディングされたワイヤー１は第２図
に示す様に、電子ビームソース１４からの電子ビーム１
５を照射することで溶融・切断する。尚電子ビームの代
わりにレーザビームを用いてもよい。
に示す様に、電子ビームソース１４からの電子ビーム１
５を照射することで溶融・切断する。尚電子ビームの代
わりにレーザビームを用いてもよい。
第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのボンデ
ィング装置のウェッジ近傍の側面図である。この第２の
実施例においてもボンディング装置は真空雰囲気中にお
く。
ィング装置のウェッジ近傍の側面図である。この第２の
実施例においてもボンディング装置は真空雰囲気中にお
く。
ボンディングはまず第３図（ａ）に示す様に、中空のウ
ェッジ１１を貫通したワイヤー１の先端にあらかじめボ
ール部２ＯＡを形成しておき、これを被ボンディング材
２に押しっけ、超音波を印加しつつ加圧する。この加圧
によりボール部２０Ａが変形してつぶれると共に、被ボ
ンディング材２と圧接し、第１ボンディング部２１が形
成される。
ェッジ１１を貫通したワイヤー１の先端にあらかじめボ
ール部２ＯＡを形成しておき、これを被ボンディング材
２に押しっけ、超音波を印加しつつ加圧する。この加圧
によりボール部２０Ａが変形してつぶれると共に、被ボ
ンディング材２と圧接し、第１ボンディング部２１が形
成される。
次に第３図（ｂ）に示すように、ホーン１０とウェッジ
１１を移動し、第２ボンディング部２２でボンディング
を行う。
１１を移動し、第２ボンディング部２２でボンディング
を行う。
次に第３図（ｃ）に示すように、ホーン１０全体を少し
もち上げ、ボール部２０Ｂが形成されるに十分な量のワ
イヤ一部分を繰出した後、ワイヤー１をクランプし、そ
の後さらにホーン１０をもち上げるとワイヤーｌは第２
ボンディング部２２での最弱部からひきちぎられる。次
に第３図（ｄ）に示すように電子ビーム１５を照射し、
ワイヤー１を溶融してボール部２０Ｂを形成する。
もち上げ、ボール部２０Ｂが形成されるに十分な量のワ
イヤ一部分を繰出した後、ワイヤー１をクランプし、そ
の後さらにホーン１０をもち上げるとワイヤーｌは第２
ボンディング部２２での最弱部からひきちぎられる。次
に第３図（ｄ）に示すように電子ビーム１５を照射し、
ワイヤー１を溶融してボール部２０Ｂを形成する。
なお上記実施例ではニッケル・マグネシウム。
タングステン、鉄およびその合金をもちいたがこれに限
定されるものではなく、タンタル、チタン、コバルトや
鉄との合金であっても何らさしつかえは無い、また断面
が円形状のワイヤーを用いたが、この形状に限定される
ものでなく、本発明の効果が得られる形状であれば角型
状、リボン状、シート状のいずれでも良い。
定されるものではなく、タンタル、チタン、コバルトや
鉄との合金であっても何らさしつかえは無い、また断面
が円形状のワイヤーを用いたが、この形状に限定される
ものでなく、本発明の効果が得られる形状であれば角型
状、リボン状、シート状のいずれでも良い。
以上説明した様に本発明は、真空雰囲気中で超音波ボン
ディングを行うことにより、易酸化性金属のボンディン
グが容易にでき、しかも接続点への反応物の巻き込みも
制御することができるため、接続の信頼性を向上させる
ことができるという効果がある。またワイヤーの切断に
電子ビーム等の荷電粒子線を用いることから、余分な不
純物を取り込むこともないため、さらに信頼性を確保で
きる効果がある。
ディングを行うことにより、易酸化性金属のボンディン
グが容易にでき、しかも接続点への反応物の巻き込みも
制御することができるため、接続の信頼性を向上させる
ことができるという効果がある。またワイヤーの切断に
電子ビーム等の荷電粒子線を用いることから、余分な不
純物を取り込むこともないため、さらに信頼性を確保で
きる効果がある。
第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を説明するた
めのボンディング部の断面図及びウェッジ近傍の側面図
、第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのボン
ディング部の断面図、第４図及び第５図は従来例を説明
するためのウェッジ近傍の側面図及びボンディング部の
断面図である。 １・・・ワイヤー ２・・・被ボンディング材、３・・
・表面酸化膜、４・・・清浄面、５・・・巻き込まれた
酸化膜、６・・・接合面、７・・・反応生成物、１０・
・・ホーン、１１・・・ウェッジ、１２・・・ステージ
、１３・・・電子レンズ、１４・・・電子ビームソース
（源）、１５・・・電子ビーム、２ＯＡ、２０Ｂ・・・
ボール部、２１・・・第１ボンディング部、２２・・・
第２ボンディング部。
めのボンディング部の断面図及びウェッジ近傍の側面図
、第３図は本発明の第２の実施例を説明するためのボン
ディング部の断面図、第４図及び第５図は従来例を説明
するためのウェッジ近傍の側面図及びボンディング部の
断面図である。 １・・・ワイヤー ２・・・被ボンディング材、３・・
・表面酸化膜、４・・・清浄面、５・・・巻き込まれた
酸化膜、６・・・接合面、７・・・反応生成物、１０・
・・ホーン、１１・・・ウェッジ、１２・・・ステージ
、１３・・・電子レンズ、１４・・・電子ビームソース
（源）、１５・・・電子ビーム、２ＯＡ、２０Ｂ・・・
ボール部、２１・・・第１ボンディング部、２２・・・
第２ボンディング部。
Claims (1)
- 少くとも一方が易酸化性金属からなる被ボンディング材
とワイヤとを超音波振動を用いてボンディングする超音
波ボンディング方法において、前記ボンディングを真空
雰囲気中で行うことを特徴とする超音波ボンディング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201630A JPH0364940A (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 超音波ボンディング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1201630A JPH0364940A (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 超音波ボンディング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0364940A true JPH0364940A (ja) | 1991-03-20 |
Family
ID=16444258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1201630A Pending JPH0364940A (ja) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | 超音波ボンディング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0364940A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021225124A1 (ja) * | 2020-05-08 | 2021-11-11 | ローム株式会社 | 半導体装置、半導体パッケージ、および、それらの製造方法 |
-
1989
- 1989-08-02 JP JP1201630A patent/JPH0364940A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021225124A1 (ja) * | 2020-05-08 | 2021-11-11 | ローム株式会社 | 半導体装置、半導体パッケージ、および、それらの製造方法 |
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