JPH05183004A - 画像装置 - Google Patents

画像装置

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JPH05183004A
JPH05183004A JP35855391A JP35855391A JPH05183004A JP H05183004 A JPH05183004 A JP H05183004A JP 35855391 A JP35855391 A JP 35855391A JP 35855391 A JP35855391 A JP 35855391A JP H05183004 A JPH05183004 A JP H05183004A
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wire
bonding
bond
thickness
diameter
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JP35855391A
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Shunji Murano
俊次 村野
Toshihiro Anzaki
俊広 安崎
Minoru Tsukada
稔 塚田
Yuuji Kashima
裕二 香嶋
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像装置のワイヤボンディングでの、セカン
ドボンドの不良率を減少させるとともに、ボンディング
パッドの小型化を可能にし、高密度配線に対応する。 【構成】 ボンディングツール痕外周部でのセカンドボ
ンド部のワイヤ厚δを、ワイヤ線径の１／１５〜１／
４、好ましくは１／６〜１／４とする。δが線径の１／
１５未満あるいは１／４超では強度不足である。セカン
ドボンド部でのワイヤの広がりはδが大きいほど減少
し、δを線径の１／６以上とすることにより、ボンディ
ングパッドの小型化を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】この発明は画像装置のワイヤボンデ
ィングに関し、特にセカンドボンド部でのボンディング
強度を確保すると共に、ボンディング部でのワイヤの広
がりを小さくし、高密度でボンディングできるようした
画像装置に関する。
【０００２】
【従来技術】ＬＥＤプリントヘッドやイメージセンサ、
サーマルヘッドでは、高密度のワイヤボンディングが必
要不可欠である。例えばＬＥＤプリントヘッドではＬＥ
Ｄアレイと基板をワイヤボンディングで接続し、イメー
ジセンサでは光電池アレイと基板をワイヤボンディング
する。またサーマルヘッドでは、発熱体アレイと基板を
ワイヤボンディングで接続する。画像装置では多数のワ
イヤボンディングを行うので、ボンディングの不良率を
低くしなければならない。１箇所でもボンディング不良
があると、装置全体が不良となる。これらのワイヤボン
ディングには多数の公知技術が有り、例えば実開昭６１
−１３８，２４７号や同６１−７５１３２号はボンディ
ングパッドの位置認識について提案している。また特公
昭６３−４２８５３号は、ボンディングパッドを高密度
に配置するためパッドを２列に配置し、パッドの両側の
配線を細く絞って、狭い領域に多数のパッドを配置する
ことを提案している。さらに実開昭６０−９９５３６号
は、細いリード線と太いリード線とを使い分け、リード
線相互のショートを防止することを提案している。しか
しながらこれらの公報は、ワイヤボンディング自体の条
件、特にボンディング部でのボンディング後のワイヤの
形状には触れていない。
【０００３】
【発明の課題】この発明の課題は、セカンドボンド部で
のボンディング不良を防止し、画像装置の収率を向上さ
せると共に信頼性を高めることにある。
【０００４】
【発明の構成】この発明は、画像素子アレイに設けた電
極パッドと、該画像素子アレイを搭載した基板に設けた
ボンディングパッドとを、ワイヤボンディングで接続し
た画像装置において、前記ワイヤボンディングのセカン
ドボンド部における、ボンディングツール痕外周部での
ワイヤ厚を、ワイヤ線径の１／１５〜１／４としたこと
を特徴とする。ここにボンディングツール痕外周部での
ワイヤ厚は、より好ましくはワイヤ線径の１／１０〜１
／４、最も好ましくは１／６〜１／４とする。ここにセ
カンドボンドとは、ワイヤボンディングでの最初のボン
ド（ファーストボンド）に対する、他端でのボンドを意
味する。
【０００５】
【発明の作用】発明者は、ワイヤボンディングのセカン
ドボンド部でのボンディングの良否が、ボンディングツ
ール外周痕でのワイヤの厚さで定まることを見い出し
た。例えば図４のようにワイヤボンディングを行った場
合、セカンドボンド部１２でのボンディング強度は、ボ
ンディングツール外周痕Ｄでのワイヤの厚さで定まる。
ボンディング後にワイヤ８を引っ張ると、この厚さδが
ワイヤの線径（ワイヤの直径）の１／１５未満では、位
置Ｄでワイヤが断線する。一方外周痕での厚さδがワイ
ヤ線径の１／４を越えると、位置Ｅでワイヤがボンディ
ングパッド６から引き剥される。これに対してボンディ
ングツール外周痕での厚さδがワイヤ線径の１／１５〜
１／４では、ワイヤ８は主としてファーストボンド部１
０の位置Ａ，Ｂや中間の位置Ｃで切断される。セカンド
ボンド部の不良率は厚さδを線径の１／１５から増すと
減少し、δを線径の１／１０以上とすると張力を加えた
際のセカンドボンド部での破断はさらに減少し、δが線
径の１／６〜１／４の範囲ではほとんどがファーストボ
ンド部や中間の位置Ｃで破断する。
【０００６】これはボンディングツール外周痕での厚さ
δがワイヤ線径の１／１５未満では、ボンディング部で
のワイヤの変形が過剰でワイヤは潰れて薄く広がり、ワ
イヤに張力を加えるとこの部分でワイヤが破断するため
である。一方厚さδがワイヤ線径の１／４を越える場
合、ボンディング部でのワイヤの変形が不十分なため、
張力を加えるとワイヤは図４の位置Ｅでパッド６から剥
がれるのである。
【０００７】ボンディングツール外周痕での厚さδは、
セカンドボンド部のワイヤの広がりと関係がある。この
値δが大きい程、セカンドボンド部でのワイヤの広がり
が小さく、ボンディングパッドは小さくても良い。これ
はδが大きい程、セカンドボンド時にワイヤがボンディ
ングツールで押し潰されて広がる程度が小さいためであ
る。そこで厚さδは好ましくはワイヤ線径の１／１０以
上、さらに好ましくは１／６以上とする。直径３２μｍ
の金ワイヤを例に説明すると、厚さδは２〜８μｍと
し、好ましくは３〜８μｍ、最も好ましくは５〜８μｍ
とする。
【０００８】厚さδの好ましい範囲はワイヤの線径にほ
ぼ比例して変化し、例えば線径２５μｍの金線では一般
的に１．６〜６μｍ、好ましくは２．５〜６μｍ、最も
好ましくは４〜６μｍとなる。線径２０μｍの金線の場
合、厚さδは１．４〜５μｍ、好ましくは２〜５μｍ、
最も好ましくは３〜５μｍとなる。ここでは金線を例に
説明したがＡｌ線でも好ましい範囲は同一であり、線材
の種類はボンディングツール外周痕での厚さδの好まし
い範囲とは関係が無い。例えば線径２５μｍの金線に対
し、厚さδを４〜６μｍとしてボンディング後に金線を
引っ張ると、金線は図４の位置Ａ，Ｂや位置Ｃで切断さ
れる。これはセカンドボンド部の強度が、ワイヤ自体の
強度以上に達したことを意味する。次に金線を線径２５
μｍのＡｌ線に替え、厚さδを４〜６μｍとすると、同
様に位置Ａ，Ｂや位置Ｃで切断される。また厚さδを８
μｍとすると、線径２５μｍの金線でも２５μｍのＡｌ
線でも、位置Ｅで破断する。一方厚さδを１．６μｍ未
満とすると、線径２５μｍの金線でも、線径２５μｍの
Ａｌ線でも、張力を加えると位置Ｄで断線する。このよ
うに線材の種類は、厚さδとの最適値とは関係が無い。
このことはセカンドボンド部でのボンディング後のワイ
ヤの広がりの程度でも同様で、金線の場合でもＡｌ線の
場合でも、線径３２μｍでδが８μｍ程度であればワイ
ヤの広がりは７０μｍ強となり、δが６μｍでは８０μ
ｍ程度、δが２μｍでは広がりが９０μｍ強となる。な
おδが同じ場合、セカンドボンド後のワイヤの広がり
は、線径と共に増加する。
【０００９】
【実施例】
【００１０】
【ワイヤボンディング】図４に示す形状で、ワイヤボン
ディングを行った。図において、２はＬＥＤプリントヘ
ッドのＬＥＤアレイ、４はガラスやセラミック等の基板
で、ここではガラス基板とし、６は基板４上の高密度配
線のボンディングパッドである。ボンディングパッドは
真空蒸着で高密度配線と同時に形成し、パッド６の厚さ
は２〜３μｍで、材質はＡｌである。基板４にガラスを
用いるためパッド６と基板４との密着力が低く、さらに
パッド６を薄膜とするためパッド６とワイヤとの付着力
が低いことが、問題点である。パッド６は例えば２列に
平行に配置し、高密度配線のためパッド６は小さく間隔
も狭い。
【００１１】８はワイヤで、ここでは線径２０μｍ，２
５μｍ，３２μｍの金線と、線径２５μｍのＡｌ線につ
いて、ワイヤボンディングを行った。１０は、ＬＥＤア
レイ２上の個別のＬＥＤ毎の電極へのファーストボンド
部で、１２はパッド６へのセカンドボンド部である。Ｌ
ＥＤアレイ２にファーストボンドし、パッド６にセカン
ドボンドするのは、脆弱なＬＥＤアレイ２により容易で
衝撃の少ないファーストボンドを行い、ＬＥＤアレイ２
の破壊やクラックの発生を防止するためである。もちろ
ん基板４上のパッド６にファーストボンドし、ＬＥＤア
レイ２にセカンドボンドしても良い。
【００１２】ＬＥＤプリントヘッドには、これ以外にレ
ンズアレイやハウジング、ＬＥＤアレイ２の制御回路等
が必要であるが、ワイヤボンディングとは関係が無いの
で省略した。実施例はＬＥＤプリントヘッドを例に説明
するが、サーマルヘッドやイメージセンサのワイヤボン
ディングでも同様である。
【００１３】ワイヤボンディングは、基板４やＬＥＤア
レイ２を１７０℃に加熱し、超音波とワイヤ８に加える
荷重とで行った。セカンドボンドの機構を図５，図６に
示す。ボンディングツールのキャピラリー１４にワイヤ
８を通し、先端にボールを形成してファーストボンドを
行う。ボンディングツールの種類はキャピラリー１４に
限らず、任意である。次いでキャピラリー１４をパッド
６へと移動させ、キャピラリー１４を超音波振動させな
がら、荷重を加えてワイヤ８をパッド６にボンディング
し、同時にワイヤ８を切断する。セカンドボンド時の圧
力や超音波でパッド６には、図５のようなキャピラリー
痕１６が生じる。キャピラリー痕１６の外周部（図のラ
インＤ）でのワイヤ８の垂直方向の厚さを、厚さδと呼
ぶ。δが適切な場合には、セカンドボンド部１２の強度
は充分高く、セカンドボンド部１２は図５のような形状
となる。これに対してδが小さ過ぎる場合には、セカン
ドボンド部１２は図６のように広がり、張力を加えると
ワイヤ８はラインＤの付近で断線する。
【００１４】厚さδとセカンドボンド部１２でのワイヤ
の広がり、（ラインＤに沿ったセカンドボンド部１２の
幅）、は密接な関係が有り、δが大きい程セカンドボン
ド部１２の広がりが小さい。そこでδを適切な値とする
ことにより、ボンディングパッド６を小さくし、図７の
ように高密度配線することができる。即ちパッド６を小
型化して、高密度配線相互のショートや断線を防止し、
同時にワイヤ８相互のショートも防止できる。
【００１５】表１に最適ワイヤボンディング条件を示
す。
【００１６】
【表１】 最適ワイヤボンディング条件 ワイヤ８の種類 ファーストボンド セカンドボンド 金線 ３２μｍ 超音波（Ｗ） ０．１４５ ０．１４ 荷重 （ｇ） ６５ ６０ 金線 ２５μｍ 超音波（Ｗ） ０．１４ ０．１３５ 荷重 （ｇ） ６０ ５５ 金線 ２０μｍ 超音波（Ｗ） ０．１３５ ０．１３ 荷重 （ｇ） ５０ ４５ Ａｌ線２５μｍ 超音波（Ｗ） ０．１５ ０．１４５ 荷重 （ｇ） ６５ ６０ ＊ 線径は直径で示す。
【００１７】
【セカンドボンド部１２の特性】図１〜図３に、セカン
ドボンド部１２の特性を示す。ワイヤボンディング後の
ワイヤ８を引っ張り、どこで断線するかを調べた。図４
の位置Ａ，Ｂ，Ｃで断線する場合、セカンドボンド部１
２には充分な強度が有り、セカンドボンド部１２の強度
はワイヤ８自体の強度よりも高い、あるいはファースト
ボンド部１０の強度よりも高いといえる。そこでこのよ
うなものをセカンドボンド部１２が良好とし、図４の位
置Ｄ，Ｅで断線するものをセカンドボンド不良とする。
【００１８】線径２５μｍの金線をワイヤ８とした場合
の、厚さδとセカンドボンド不良率との関係を図１に示
す。図１から明らかなように、δが１．６μｍ未満では
不良率は極めて高く、４μｍ程度までδと共に不良率が
減少する。６μｍを越えると不良率は再度増加し、δが
４μｍ以下での不良は主として図４での位置Ｄに沿った
断線である。一方δが６μｍ以上での不良は、図４の位
置Ｅでワイヤ８がセカンドボンド部１２から外れる不良
である。
【００１９】ここでは線径２５μｍの金線を例に説明し
たが、この傾向は線径２０μｍや３２μｍの金線、ある
いは線径２５μｍのＡｌ線でも同様で、線径２０μｍの
金線ではδが１．４μｍ未満では位置Ｄでの断線頻度が
高く、δが３μｍ程度までδを増すと不良率が減少す
る。一方δを５μｍ超とすると、位置Ｅでの不良率が増
加する。同様に線径３２μｍの金線の場合、δが２μｍ
未満では位置Ｄでの断線頻度が高く、δが５μｍまでδ
を増すと不良率が減少し、δが８μｍを越すと位置Ｅで
の不良率が増加する。金線とＡｌ線とによる最適δの差
は見られず、２５μｍのＡｌ線でもδが１．６μｍ未満
では位置Ｄでの不良率が高く、δが４μｍまでδと共に
不良率が減少し、６μｍを越えると位置Ｅでの不良率が
増加する。
【００２０】これらのことから、セカンドボンド部１２
でのキャピラリー外周痕でのワイヤ８の厚さは、下限を
ワイヤ８の線径の１／１５、より好ましくは１／１０、
さらに好ましくは１／６とし、上限を１／４とする。
【００２１】図２に、線径２５μｍの金線での、セカン
ドボンド時の荷重とδやセカンドボンド部１２での不良
率の関係を示す。なお超音波エネルギーは最適値の０．
１４Ｗである。キャピラリー外周痕でのワイヤ厚δは主
としてボンディング時の荷重と超音波エネルギーとで定
まり、薄いパッド６にワイヤ８を密着させるため荷重を
大きくせざるを得ないことが、δが小さくなる主因であ
る。そこでセカンドボンドの荷重を適切にする必要があ
り、線径２５μｍの金線やＡｌ線に対しては５０〜７０
ｇ，最適には６０±５ｇ、線径３２μｍの金線やＡｌ線
に対しては５５〜７５ｇ，最適には６５±５ｇ、線径２
０μｍの金線やＡｌ線に対しては４５〜５５ｇ，最適に
は５０±２ｇとする。
【００２２】図３に、線径３２μｍの金線での、図５の
ラインＤに沿ったセカンドボンド部１２でのワイヤの広
がりを示す。図から明らかなように、δを増すとセカン
ドボンド部１２の広がりは減少し、小さなパッド６にボ
ンディングできることが分かる。またセカンドボンド部
１２でのワイヤの広がりはほぼ線径に比例し、２５μｍ
や２０μｍの線材では、広がりはより小さくなる。この
こととセカンドボンド部１２の強度とから、厚さδは、
ワイヤ８の線径の１／１０〜１／４が好ましく、より好
ましくは１／６〜１／４とする。そしてセカンドボンド
部１２でのワイヤ８の広がりを小さくすれば、パッド６
を小型化できて高密度配線の設計が容易になり、またワ
イヤ８相互のショートを防止できる。
【００２３】
【発明の効果】この発明では、セカンドボンド部でのボ
ンディング不良を除き、画像装置の収率や信頼性を向上
させる。特にセカンドボンド部１２でのキャピラリー外
周痕でのワイヤ厚さをワイヤの線径の１／１０〜１／
４、より好ましくは１／６〜１／４とすれば、セカンド
ボンド部でのワイヤの広がりを抑制して小さなボンディ
ングパッドにボンディングでき、高密度配線の断線やシ
ョート、ワイヤ相互のショートを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ボンディングツール痕外周端部でのワイヤ
厚δと、セカンドボンド不良率との関係を示す実施例の
特性図
【図２】 セカンドボンド荷重と、δ及び不良率との
関係を示す実施例の特性図
【図３】 セカンドボンドでのワイヤの広がりとδと
の関係を示す実施例の特性図
【図４】 δの定義を示す実施例の側面図
【図５】 適切なδでのセカンドボンド部の平面図
【図６】 δが小さ過ぎる場合の、セカンドボンド部
の平面図
【図７】 実施例でのワイヤボンディング部の平面図
【符号の説明】
２ ＬＥＤアレイ ４ 基板 ６ ボンディングパッド ８ ワイヤ １０ ファーストボンド部 １２ セカンドボンド部 １４ キャピラリー １６ キャピラリー痕
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚田 稔 鹿児島県姶良郡隼人町内999番地３ 京セ ラ株式会社鹿児島隼人工場内 (72)発明者 香嶋 裕二 鹿児島県姶良郡隼人町内999番地３ 京セ ラ株式会社鹿児島隼人工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像素子アレイに設けた電極パッド
    と、該画像素子アレイを搭載した基板に設けたボンディ
    ングパッドとを、ワイヤボンディングで接続した画像装
    置において、 前記ワイヤボンディングのセカンドボンド部における、
    ボンディングツール痕外周部でのワイヤ厚を、ワイヤ線
    径の１／４〜１／１５としたことを特徴とする、画像装
    置。
JP35855391A 1991-12-30 1991-12-30 画像装置 Pending JPH05183004A (ja)

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