JPH0719791B2 - ワイヤボンデイング用ボ−ルの形成方法 - Google Patents
ワイヤボンデイング用ボ−ルの形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ICやトランジスタなどの製造工程におい
て、金属細線を接続するワイヤボンディング方法、特に
ボールボンディング方法に関し、金属細線をボールボン
ディングするためのボールの形成方法に関するものであ
る。
て、金属細線を接続するワイヤボンディング方法、特に
ボールボンディング方法に関し、金属細線をボールボン
ディングするためのボールの形成方法に関するものであ
る。
従来ボンディング用金属細線としては、金線が使用され
ているが、この場合、コストが高くつくこととシリコン
チップ上のアルミ電極との接合部の長期信頼性が低いと
いう欠点を有するため、金に代えて、銅，アルミニウ
ム，パラジウム又はそれらの合金からなるワイヤを用い
ることが考えられる。
ているが、この場合、コストが高くつくこととシリコン
チップ上のアルミ電極との接合部の長期信頼性が低いと
いう欠点を有するため、金に代えて、銅，アルミニウ
ム，パラジウム又はそれらの合金からなるワイヤを用い
ることが考えられる。
またボンディング工程においては、方向性をなくすた
め、細線先端を球状化することが要求され、従来の金線
においては、ワイヤ先端と可動電極との間に高電圧を印
加し、放電させることによってワイヤの先端に入熱を与
え、溶融球状化している。この場合、従来の全ての例に
おいて、絶縁破壊の容易さから、電極をプラス，ワイヤ
をマイナスとしている。
め、細線先端を球状化することが要求され、従来の金線
においては、ワイヤ先端と可動電極との間に高電圧を印
加し、放電させることによってワイヤの先端に入熱を与
え、溶融球状化している。この場合、従来の全ての例に
おいて、絶縁破壊の容易さから、電極をプラス，ワイヤ
をマイナスとしている。
ここで、銅，アルミニウムなど、表面に数10Å程度の自
然酸化被膜を有しているワイヤに対して、従来の金線に
対するものと同様の方法でボール形成を行なった場合の
状況を第５図に模式的に示す。図において、１は金属ワ
イヤ、２は放電電極、３はアーク、４は電源、５はボン
ディングツールであるキャピラリチップ、６は電極が形
成され、熱が投与される部分、７はアルゴン等の不活性
ガス雰囲気、８は溶融履歴を経て形成された部分であ
る。
然酸化被膜を有しているワイヤに対して、従来の金線に
対するものと同様の方法でボール形成を行なった場合の
状況を第５図に模式的に示す。図において、１は金属ワ
イヤ、２は放電電極、３はアーク、４は電源、５はボン
ディングツールであるキャピラリチップ、６は電極が形
成され、熱が投与される部分、７はアルゴン等の不活性
ガス雰囲気、８は溶融履歴を経て形成された部分であ
る。
この方法では、放電時、マイナス極側においては、熱電
子放出がより安定な仕事関数の小さい点（即ちわずかな
金属酸化膜）を求めてその電極領域を広げようとする物
理的性質がある。従ってワイヤ１がマイナスの場合に
は、第５図（ａ）に示すようにワイヤ１の上方までアー
ク３が形成され、ワイヤ１の表皮部から熱が投与され
る。その結果、第５図（ｂ）に示すように、先端に芯、
即ちワイヤ１の未溶融部1aを残した欠陥ボール８を発生
しがちである。この欠陥ボール８は形状的に球状化して
いても、その内部に未溶融部1aを残し、シリコンチップ
上への接合の際に不良、即ちシリコンチップの微小クラ
ック発生などの要因となる。
子放出がより安定な仕事関数の小さい点（即ちわずかな
金属酸化膜）を求めてその電極領域を広げようとする物
理的性質がある。従ってワイヤ１がマイナスの場合に
は、第５図（ａ）に示すようにワイヤ１の上方までアー
ク３が形成され、ワイヤ１の表皮部から熱が投与され
る。その結果、第５図（ｂ）に示すように、先端に芯、
即ちワイヤ１の未溶融部1aを残した欠陥ボール８を発生
しがちである。この欠陥ボール８は形状的に球状化して
いても、その内部に未溶融部1aを残し、シリコンチップ
上への接合の際に不良、即ちシリコンチップの微小クラ
ック発生などの要因となる。
ただし、ワイヤが従来広く使用されていた金線の場合に
は、その表面に酸化物を形成しないので、このような問
題は全くないものであり、ただ放電の容易さから、専ら
上述のごときワイヤをマイナスにして用いており、又放
電電流及び放電時間についてはこれらを比較的大きな電
流及び長時間、例えば8mA,2msec〜4msecに設定していた
ものである。
は、その表面に酸化物を形成しないので、このような問
題は全くないものであり、ただ放電の容易さから、専ら
上述のごときワイヤをマイナスにして用いており、又放
電電流及び放電時間についてはこれらを比較的大きな電
流及び長時間、例えば8mA,2msec〜4msecに設定していた
ものである。
これに対し本件出願人は、銅，アルミニウム等の金属ワ
イヤ先端に、未溶融部を残さず、内部が完全に溶融履歴
を受けたボールを形成できる方法を既に開発し出願して
いる。これは、第６図に示すように、金属ワイヤ１をプ
ラス、放電電極２をマイナスとして両者間に高電圧を印
加するようにしたものである。
イヤ先端に、未溶融部を残さず、内部が完全に溶融履歴
を受けたボールを形成できる方法を既に開発し出願して
いる。これは、第６図に示すように、金属ワイヤ１をプ
ラス、放電電極２をマイナスとして両者間に高電圧を印
加するようにしたものである。
この方法では、金属ワイヤ１をプラスとしたことから、
ワイヤマイナスの場合のように電極領域６が広がるとい
う現象は発生せず、放電電極２との距離が最も短いワイ
ヤ１先端部６に集中的に熱が投与され、ワイヤ先端部６
が完全溶融され、内部まで完全に溶融履歴を受けたボー
ル18が形成され、その結果接合の際に微小クラック等の
不良が発生することがなく、良好な接合性が得られる。
ワイヤマイナスの場合のように電極領域６が広がるとい
う現象は発生せず、放電電極２との距離が最も短いワイ
ヤ１先端部６に集中的に熱が投与され、ワイヤ先端部６
が完全溶融され、内部まで完全に溶融履歴を受けたボー
ル18が形成され、その結果接合の際に微小クラック等の
不良が発生することがなく、良好な接合性が得られる。
しかるに上述のボールの形成方法では、ボールが内部ま
で完全に溶融履歴を受けた結果、ボールとワイヤの境界
部分であるネック部の強度が低く、ボンディング時のボ
ール強度が確保できず、ボンディング中にワイヤが引き
回される（ルーピング）と、ワイヤがボールネック部で
折れ曲ってしまうおそれがある。
で完全に溶融履歴を受けた結果、ボールとワイヤの境界
部分であるネック部の強度が低く、ボンディング時のボ
ール強度が確保できず、ボンディング中にワイヤが引き
回される（ルーピング）と、ワイヤがボールネック部で
折れ曲ってしまうおそれがある。
この発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもの
で、接合性とネック強度の双方を保証できるワイヤボン
ディング用ボールの形成方法を提供することを目的とし
ている。
で、接合性とネック強度の双方を保証できるワイヤボン
ディング用ボールの形成方法を提供することを目的とし
ている。
この発明に係るワイヤボンディング用ボールの形成方法
は、不活性ガス雰囲気中で金属ワイヤをマイナス、放電
電極をプラスとして両者間に高電圧を印加し、その際金
属ワイヤと放電電極間の放電電流を小電流に設定して金
属ワイヤの表面に形成された酸化膜を除去する第１の工
程と、第１の工程により酸化膜を除去した後に、金属ワ
イヤをマイナス、放電電極をプラスとして両者間に高電
圧を印加し、その際金属ワイヤと放電電極間の放電電流
を大電流に設定して金属ワイヤの先端部にボールを形成
する第２の工程とを含むようにしたものである。
は、不活性ガス雰囲気中で金属ワイヤをマイナス、放電
電極をプラスとして両者間に高電圧を印加し、その際金
属ワイヤと放電電極間の放電電流を小電流に設定して金
属ワイヤの表面に形成された酸化膜を除去する第１の工
程と、第１の工程により酸化膜を除去した後に、金属ワ
イヤをマイナス、放電電極をプラスとして両者間に高電
圧を印加し、その際金属ワイヤと放電電極間の放電電流
を大電流に設定して金属ワイヤの先端部にボールを形成
する第２の工程とを含むようにしたものである。
この発明においては、ワイヤをマイナスに放電電極をプ
ラスにして高電圧を印加するとともに、放電領域を不活
性ガス雰囲気とし、まず金属ワイヤと放電電極間の放電
電流を小電流に設定する第１の工程を行い、その後金属
ワイヤと放電電極間の放電電流を大電流に設定する第２
の工程を行うようにしたので、第１の工程では金属細線
の先端の溶融は行われず、その表面の清浄化のみが行わ
れ、表面が清浄になった後は金属細線先端と放電電極と
の間にアークが形成され、金属細線先端に集中的に熱が
投与されて、効率よく溶融が行なわれ、ネック部に若干
の未溶融部を残し、大部分が完全に溶融履歴を受けたボ
ールが形成されるものである。
ラスにして高電圧を印加するとともに、放電領域を不活
性ガス雰囲気とし、まず金属ワイヤと放電電極間の放電
電流を小電流に設定する第１の工程を行い、その後金属
ワイヤと放電電極間の放電電流を大電流に設定する第２
の工程を行うようにしたので、第１の工程では金属細線
の先端の溶融は行われず、その表面の清浄化のみが行わ
れ、表面が清浄になった後は金属細線先端と放電電極と
の間にアークが形成され、金属細線先端に集中的に熱が
投与されて、効率よく溶融が行なわれ、ネック部に若干
の未溶融部を残し、大部分が完全に溶融履歴を受けたボ
ールが形成されるものである。
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第１図及び第２図は本発明の一実施例によるワイヤボン
ディング用ボールの形成方法を模式的に示したものであ
る。第１図において、第５図及び第６図と同一符号は同
図と同一のものを示し、28は溶融履歴を経て形成された
ボール、28aはボール28のネック部である。
ディング用ボールの形成方法を模式的に示したものであ
る。第１図において、第５図及び第６図と同一符号は同
図と同一のものを示し、28は溶融履歴を経て形成された
ボール、28aはボール28のネック部である。
また第２図は金属ワイヤ１と放電電極２との間の放電電
流の特性を示す。
流の特性を示す。
本実施例の方法では、まず不活性ガス雰囲気７中で、金
属ワイヤ１をマイナス、放電電極２をプラスとして両者
間に高電圧を印加してアーク３を発生させ、そのときの
放電電流を小電流I1（例えば1mA〜4mA）に設定する（第
２図参照）。すると第１図（ａ）に示すように、ワイヤ
１の上方までアーク３が形成され、ワイヤ１の溶融は行
なわれず、ワイヤ１の表面清浄化のみが行なわれる。
属ワイヤ１をマイナス、放電電極２をプラスとして両者
間に高電圧を印加してアーク３を発生させ、そのときの
放電電流を小電流I1（例えば1mA〜4mA）に設定する（第
２図参照）。すると第１図（ａ）に示すように、ワイヤ
１の上方までアーク３が形成され、ワイヤ１の溶融は行
なわれず、ワイヤ１の表面清浄化のみが行なわれる。
高電圧を印加してから設定時間t1（例えば1msec）が経
過すると（第２図参照）、ワイヤ１の表面の酸化膜は除
去され、第１図（ｂ）に示すように、ワイヤ１の先端と
放電電極２との間にアーク３が形成されるようになるの
で、このとき第１図（ｃ）に示すように、放電電流を大
電流I2（例えば5mA〜12mA）に設定する（第２図参
照）。するとワイヤ１の先端部６に集中的に熱が投与さ
れ、該先端部６は効率よく溶融され、溶融部28は球状を
保ちながら、その体積を増加させていき、設定時間t2
（例えば2msec）が経過すると（第２図参照）、第１図
（ｄ）に示すように、ネック部28aに若干の未溶融部を
残し、大部分が完全に溶融されたボール28が形成される
こととなる。
過すると（第２図参照）、ワイヤ１の表面の酸化膜は除
去され、第１図（ｂ）に示すように、ワイヤ１の先端と
放電電極２との間にアーク３が形成されるようになるの
で、このとき第１図（ｃ）に示すように、放電電流を大
電流I2（例えば5mA〜12mA）に設定する（第２図参
照）。するとワイヤ１の先端部６に集中的に熱が投与さ
れ、該先端部６は効率よく溶融され、溶融部28は球状を
保ちながら、その体積を増加させていき、設定時間t2
（例えば2msec）が経過すると（第２図参照）、第１図
（ｄ）に示すように、ネック部28aに若干の未溶融部を
残し、大部分が完全に溶融されたボール28が形成される
こととなる。
次に第３図を用いてボンディング工程の状況を説明す
る。上述のようにして金属ワイヤ１の先端にボール28が
形成されると（第２図（ａ）参照）キャピラリチップ５
が下方に移動し、金属ワイヤ１のボール28は半導体チッ
プ９の電極9aに押し付けられるとともにキャピラリチッ
プ５によって押圧され、ボール28はワイヤ１の軸に対し
て対称な形状に押しつぶされ（第２図（ｂ）参照）、こ
の状態でボール28は電極9aに圧着され、その後キャピラ
リチップ５は上方に移動し（第２図（ｃ）参照）、金属
ワイヤ１とリード（図示せず）とのボンディングが行な
われることとなる。
る。上述のようにして金属ワイヤ１の先端にボール28が
形成されると（第２図（ａ）参照）キャピラリチップ５
が下方に移動し、金属ワイヤ１のボール28は半導体チッ
プ９の電極9aに押し付けられるとともにキャピラリチッ
プ５によって押圧され、ボール28はワイヤ１の軸に対し
て対称な形状に押しつぶされ（第２図（ｂ）参照）、こ
の状態でボール28は電極9aに圧着され、その後キャピラ
リチップ５は上方に移動し（第２図（ｃ）参照）、金属
ワイヤ１とリード（図示せず）とのボンディングが行な
われることとなる。
以上のような本実施例の方法では、ワイヤマイナスと
し、小電流で表面清浄化を行なった後、大電流で溶融，
ボール形成を行なうようにしたので、ネック部に若干の
未溶融部を残し、大部分が完全溶融したボールを形成で
き、その結果接合性を向上できるとともに、ネック部の
強度を向上してボンディング時のワイヤ折れを防止でき
る。
し、小電流で表面清浄化を行なった後、大電流で溶融，
ボール形成を行なうようにしたので、ネック部に若干の
未溶融部を残し、大部分が完全溶融したボールを形成で
き、その結果接合性を向上できるとともに、ネック部の
強度を向上してボンディング時のワイヤ折れを防止でき
る。
またこのように金属ワイヤの接合性とネック強度とが確
保できる結果、金に代えて銅，アルミニウム等の材料の
ワイヤの使用が可能となる。
保できる結果、金に代えて銅，アルミニウム等の材料の
ワイヤの使用が可能となる。
また第４図は本発明の他の実施例を示し、この実施例で
は、金属ワイヤ１と放電電極２間の放電電圧Ｖを検出
し、それがほぼ設定電圧V1一定となったときに、放電電
流を小電流I1から大電流I2に変化させるようにしてい
る。
は、金属ワイヤ１と放電電極２間の放電電圧Ｖを検出
し、それがほぼ設定電圧V1一定となったときに、放電電
流を小電流I1から大電流I2に変化させるようにしてい
る。
即ち本実施例の方法では、金属ワイヤ１と放電電極２間
に高電圧を印加し、放電が開始されると、放電電圧Ｖが
低下し（第４図Ａ部参照）、表面浄化作用によって酸化
被膜の除去が開始されると放電電圧Ｖが上昇し（第４図
Ｂ部参照）、酸化被膜がほぼ完全に除去され、金属ワイ
ヤ１の先端にアーク３が形成されるようになると放電電
圧Ｖはほぼ設定電圧V1一定となるので（第４図Ｃ部参
照）、このとき放電電流を大電流I2に設定するものであ
る。
に高電圧を印加し、放電が開始されると、放電電圧Ｖが
低下し（第４図Ａ部参照）、表面浄化作用によって酸化
被膜の除去が開始されると放電電圧Ｖが上昇し（第４図
Ｂ部参照）、酸化被膜がほぼ完全に除去され、金属ワイ
ヤ１の先端にアーク３が形成されるようになると放電電
圧Ｖはほぼ設定電圧V1一定となるので（第４図Ｃ部参
照）、このとき放電電流を大電流I2に設定するものであ
る。
以上のように、本発明に係るワイヤボンディング用ボー
ルの形成方法によれば、不活性ガス雰囲気中で金属ワイ
ヤをマイナス、放電電極をプラスとして両者間に高電圧
を印加し、その際金属ワイヤと放電電極間の放電電流を
小電流に設定して金属ワイヤの表面に形成された酸化膜
を除去する第１の工程と、第１の工程により酸化膜を除
去した後に、金属ワイヤをマイナス、放電電極をプラス
として両者間に高電圧を印加し、その際金属ワイヤと放
電電極間の放電電流を大電流に設定して金属ワイヤの先
端部にボールを形成する第２の工程とを含むようにした
のでボールの接合性とネック強度の双方を保証でき、金
に代えて銅，アルミニウム等のワイヤの使用が可能とな
る効果がある。
ルの形成方法によれば、不活性ガス雰囲気中で金属ワイ
ヤをマイナス、放電電極をプラスとして両者間に高電圧
を印加し、その際金属ワイヤと放電電極間の放電電流を
小電流に設定して金属ワイヤの表面に形成された酸化膜
を除去する第１の工程と、第１の工程により酸化膜を除
去した後に、金属ワイヤをマイナス、放電電極をプラス
として両者間に高電圧を印加し、その際金属ワイヤと放
電電極間の放電電流を大電流に設定して金属ワイヤの先
端部にボールを形成する第２の工程とを含むようにした
のでボールの接合性とネック強度の双方を保証でき、金
に代えて銅，アルミニウム等のワイヤの使用が可能とな
る効果がある。
第１図（ａ）〜（ｄ）は各々本発明の一実施例によるワ
イヤボンディング用ボールの形成方法における状況を示
す模式図、第２図は上記方法における放電電流特性を示
す図、第３図（ａ）〜（ｃ）は各々上記方法によるボー
ルを形成した金属ワイヤのボンディング工程における状
況を示す模式図、第４図は本発明の他の実施例を説明す
るための放電電圧の変化と放電電流の変化のタイミング
チャートを示す図、第５図（ａ）（ｂ）は各々従来の方
法におけるアーク放電時及びボール形成時の模式図、第
６図（ａ）（ｂ）は各々本件出願人の開発に係る方法に
おけるアーク放電時及びボール形成時の模式図である。 １……金属ワイヤ、２……放電電極、７……不活性ガス
雰囲気、９……半導体チップ、9a……電極、28……ボー
ル、28a……ネック部。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
イヤボンディング用ボールの形成方法における状況を示
す模式図、第２図は上記方法における放電電流特性を示
す図、第３図（ａ）〜（ｃ）は各々上記方法によるボー
ルを形成した金属ワイヤのボンディング工程における状
況を示す模式図、第４図は本発明の他の実施例を説明す
るための放電電圧の変化と放電電流の変化のタイミング
チャートを示す図、第５図（ａ）（ｂ）は各々従来の方
法におけるアーク放電時及びボール形成時の模式図、第
６図（ａ）（ｂ）は各々本件出願人の開発に係る方法に
おけるアーク放電時及びボール形成時の模式図である。 １……金属ワイヤ、２……放電電極、７……不活性ガス
雰囲気、９……半導体チップ、9a……電極、28……ボー
ル、28a……ネック部。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】金属ワイヤを半導体チップの電極にボール
ボンディングするためボールの形成方法であって、 不活性ガス雰囲気中で金属ワイヤをマイナス、放電電極
をプラスとして両者間に高電圧を印加し、その際金属ワ
イヤと放電電極間の放電電流を小電流に設定して金属ワ
イヤの表面に形成された酸化膜を除去する第１の工程
と、 第１の工程により酸化膜を除去した後に、金属ワイヤを
マイナス、放電電極をプラスとして両者間に高電圧を印
加し、その際金属ワイヤと放電電極間の放電電流を大電
流に設定して金属ワイヤの先端部にボールを形成する第
２の工程とを含むことを特徴とするワイヤボンディング
用ボールの形成方法。 - 【請求項２】上記第１の工程において、金属ワイヤと放
電電極間の放電電圧がほぼ一定となったときに、上記放
電電流を大電流に設定して上記第２の工程に移行するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボン
ディング用ボールの形成方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7302585A JPH0719791B2 (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | ワイヤボンデイング用ボ−ルの形成方法 |
| KR1019860000462A KR910005701B1 (ko) | 1985-03-01 | 1986-01-24 | 와이어본딩용 볼의 형성방법 |
| KR1019900000620A KR900007053B1 (ko) | 1985-03-01 | 1990-01-19 | 반도체장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7302585A JPH0719791B2 (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | ワイヤボンデイング用ボ−ルの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61231726A JPS61231726A (ja) | 1986-10-16 |
| JPH0719791B2 true JPH0719791B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=13506386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7302585A Expired - Fee Related JPH0719791B2 (ja) | 1985-03-01 | 1985-04-05 | ワイヤボンデイング用ボ−ルの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719791B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0383355A (ja) * | 1989-08-28 | 1991-04-09 | Marine Instr Co Ltd | 半導体ワイヤボンダーにおけるワイヤ切れ検知装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4459452A (en) * | 1980-06-30 | 1984-07-10 | The Welding Institute | Ball bonding of wire |
| JPS5764944A (en) * | 1980-10-08 | 1982-04-20 | Hitachi Ltd | Forming and bonding methods for ball of metallic wire |
-
1985
- 1985-04-05 JP JP7302585A patent/JPH0719791B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61231726A (ja) | 1986-10-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |