JPH07120686B2 - ワイヤボンデイング用Ａｕ膜組成 - Google Patents

ワイヤボンデイング用Ａｕ膜組成

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、細い線材を基板上の微細パツドに超音波また
は熱圧着ボンデイングする場合の微細パツドのめつき構
成に係り、特にAu膜を有する微細パツドにおけるワイヤ
ボンデイング用Au膜組成に関する。
〔従来の技術〕 近年、半導体装置等の電子部品の超小形化、超高密度集
積化に伴い、これらの電子部品をプリント板等の絶縁基
板上に搭載する場合も、高密度集積化が図られ、製品の
小形高集積化が図られている。このような高密度基板
は、製造途中の欠陥及び設計変更に伴い、回路の一部を
変更する必要があり、基板上に、予め微細なボンデイン
グパツドが設けられており、このパツドに細い線材によ
り配線を施すことにより、欠陥の解消及び回路の変更を
可能としている。前述のような基板上のパツドに配線を
施す従来技術として、例えば、特開昭53−96669号公報
等に記載された技術が知られている。
この種従来技術は、一般に、線材として、芯線径30μｍ
〜100μｍのAu線、Al線、あるいはCuのAuめつき線等を
用い、ボンデイング工法として、熱圧着、超音波、ある
いは超音波＋熱圧着（サーモソニツク）等の微小溶接を
採用している。また、基板上のボンデイングパツドは、
Al、Au等の蒸着膜あるいはめつき膜を有して構成されて
おり、この膜表面に前述の線材がツールで押し付けられ
てボンデイングされ、線材と接続されるものである。こ
の接続において、ボンデイングパツドと線材とは、線材
パツド表面の金属界面の洗浄作用と摩擦熱による微小界
面の熱接合により接続される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記従来技術は、ボンデイングパツドの蒸着膜あるいは
めつき膜の構成によつては、パツドと線材との接続強度
が低下するという問題点があつた。すなわち、Au、Al等
の蒸着膜あるいはめつき膜をパツドのベースのなる金属
面に設けた場合、ベースとな金属と膜を形成している金
属との間の密着が非常に弱く、上からの加圧及び加熱に
よる熱膨張差により、膜面の剥れが発生する問題点があ
つた。また、密着力を向上させるために、熱を加えて金
属膜間の相互拡散を行い、密着力を向上させる手段もあ
るがこの方法は、Au膜中にバリアー膜であるNiが拡散さ
れ、Au−Niの化合物が生成され、このAu−Ni化合物の膜
へ線材をボンデイングすると、純粋なAu膜へのボンデイ
ングに較べ、接続強度が50％以下に低下し、ボンデイン
グの信頼性を極度に低下させてしまうという問題点があ
る。
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、
線材をパツド上に確実にボンデイングすることのできる
パツドにおけるワイヤボンデイング用Au膜組成を提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、前記目的は、ボンデイングパツドのバ
リアー膜となるNi膜上にボンデイング用のAu膜を形成
後、金属膜間の密着力を向上させる加熱処理を、ボンデ
イング用金属膜であるAu膜中のバリアー膜であるNi拡散
量が一定以下となるようにコントロールして行うことに
より達成される。
〔作 用〕
線材とボンデイングパツドとの間のボンデイング強度
は、ボンデイングパツドの複数の金属膜間の密着力の向
上と、線材とパツドの金属膜との密着力の向上とによつ
て、向上を図ることができる。ボンデイングパツドの複
数の金属膜間の密着力向上は、金属膜界面を加熱し相互
拡散を誘発させ、界面部において、相互の化合物を生成
させることにより達成される。また、線材とパツトの金
属膜との密着力の向上は、同一金属の清浄な面の摩擦熱
で微細な結合が発生して達成されるので、金属膜界面に
おける相互拡散量をコントロールし、パツドのAu膜中の
Niの拡散量を少なくして、Au線のボンデイング強度を純
粋なAu膜にボンデイングした場合と同等にすることによ
り達成される。前述により、線材とボンデイングパツド
との間のボンデイング強度の向上を図ることができる。
〔実施例〕 以下、本発明によるワイフボンデイング用Au膜組成の一
実施例を図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例によるボンデイングパツドの
金属膜構成を示す図、第２図はボンデイング工法を説明
する図、第３図はAu膜中のNi拡散量比をボンデイング特
性を説明する図である。第１図、第２図において、１は
基板、２はタングステン膜、３はNi膜、４はAu膜、５は
ボンデイングワイヤー、６はボンデイングチツプ、７は
加熱電源である。
本発明によるボンデイングパツドは、第１図に示すよう
に基板１上にタングステンの焼成パターン２を形成し、
その上にバリアー膜としてNi膜３を形成し、さらにその
上にAuメツキ膜４を数μｍの厚さに形成し、その後、パ
ツドを構成する金属膜間の密着力を向上させるために加
熱処理を行い、金属膜界面を相互に拡散させることによ
り構成される。
このように構成されたパツドにAu線材であるボンデイン
グワイヤー５をボンデイングする場合、第２図に示すよ
うに、加熱電源７により加熱されているボンデイングチ
ツプ６により、ボンデイングワイヤー５の先端部をボン
デイングパツドの表面すなわち、Au膜４上に厚接するこ
とにより行われる。これにより、ボンデイングワイヤー
５は、ボンデイングパツドに接続される。
前述した加熱処理による金属膜界面における相互拡散
は、適度に行われた場合に、金属膜相互間の密着力を上
昇させ、ボンデイングパツドとボンデイングワイヤー５
との間のボンデイング強度を増加させるが、必要以上に
行われると、Au膜４内へバリアー膜のNiの拡散が異常に
発生し、ボンデイングパツドのパツト面、すなわちAu膜
４の表面にNiが下方から析出するようになり、ボンデイ
ング強度が低下するようになる。
このAu膜４内への拡散量比とボンデイング強度との関係
を調べると、第３図に示すような特性を実験的に得るこ
とができた。この特性は、ボンデイングを行う際の、ボ
ンデイングワイヤ５とボンデイングパツドのAu膜４との
間の加圧力によつて第３図に示すように異なるものとな
るが、第３図から理解できるように、いずれの場合に
も、所定のボンデイング強度を得るためには、Au膜４内
へのNiの拡散量比を15％以下に押えればよい。
このようなAu膜４内へのNi拡散量比を得るための加熱拡
散処理は、次のように行われる。
ボンデイングパツド表面をAuめつきによるAu膜とする場
合、パツドのベース材料にAuが拡散しないようにAuめつ
きの下地としてバリアー用のNiめつきをし、その上にAu
めつきを施すが、その後のパツドのベースとなる材料と
Ni膜間及びNi膜とAu膜間での密着力を向上させるための
加熱拡散処理は、膜界面における相互拡散の温度と活性
化エネルギーとの関係を実験的に求め、活性化エネルギ
ーと拡散速度、温度と拡散速度を逆算して、Au膜内のNi
量が所定の量となるように加熱温度を求め、その加熱温
度以下で実行される。これにより、Au膜４へのNiの過大
な拡散をおさえることができる。本発明の実施例におい
ては、加熱温度750℃、10分の加熱条件において、Niの
拡散量比が15％以下で、適正な密着力とボンデイング強
度を有する拡散を得ることができた。
また、パツドのベース材料にNiめつきを施した後Au薄め
つきを行い、その後に加熱拡散処理を行つて膜間の密着
力を向上させた後、さらにAuめつきを施し、パツドの表
面のAu膜を純粋なAuとしてもよい。さらに、表面のAuめ
つきを厚くして、Auめつき内のNiの拡散量をコントロー
ルすることも可能である。
前述したように、本発明の実施例はボンデイングパツド
のAu膜内に拡散されるバリアー膜のNiの量を15％以下に
押えることにより、ボンデイングパツドを構成する金属
膜間の密着度を増大させるとともに、このパツドに接続
されるボンデイングワイヤーとパツド間のボンデイング
強度を高くすることができるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、ボンデイングパ
ツドを構成する金属膜形成後の膜界面の密着力の向上
を、相互拡散による化合物生成により図ることができ、
さらに、Au膜中のNi量を15％以下に押えることにより、
ボンデイング強度を純粋Au膜との間のボンデイング時と
同等に高めることができる。これにより、微細な接続部
における微細線の配線を安定に高い強度で行うことがで
き、信頼性の高い配線を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例によるボンデイングパツドの
金属膜構成を示す図、第２図はボンデイング工法を説明
する図、第３図はAu膜中のNi拡散量比とボンデイング特
性を説明する図である。 １……基板、２……タングステン膜、３……Ni膜、４…
…Au膜、５……ボンデイングワイヤー、６……ボンデイ
ングチツプ、７……加熱電源。
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 了平 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 藤田 毅 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 根津 利忠 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 大島 宗夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】超音波または熱圧着等により金線をボンデ
    イングする基板上に設けたワイヤボンデイング用パツド
    において、該パツドを、ベースとなる金属膜の上にバリ
    アー膜としてのNi膜とAu膜とを施して構成し、膜界面の
    密着力向上のために加熱処理を行い、この処理による前
    記Au膜内のNi拡散量を15％以内としたことを特徴とする
    ワイヤボンデイング用Au膜組成。
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