JPH09106988A - バンプ及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高さ及び形状のばらつきが小さいバンプを容
易にかつ確実に形成することができるバンプの形成方法
を提供すること。 【解決手段】 まずボール形成工程にて、ワイヤボンデ
ィング装置１のキャピラリ２の先端から突出している金
属線材である金ワイヤ３の先端をボール状に溶融する。
次のボール圧着工程にて、形成されたボールＢ1 を基板
７上のバンプ形成位置に圧着し、そのボールＢ1 をネイ
ルヘッド状に成形する。次の線材切断工程にて、金ワイ
ヤ３を適当な長さで引きちぎる。次のレベリング工程に
て、引きちぎられた部分３ａを放電によって溶融するこ
とにより、同部分３ａをボール状に成形する。以上の結
果、複雑な形状をしたバンプ１０が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤボンディン
グの手法によって形成されるバンプ及びその形成方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上にベアチップ等を表面実装する場
合、通常、基板側またはベアチップ側のいずれかには、
導電性材料からなるバンプ（突起電極）が形成される。
このようなバンプの形状としては、従来、半球状または
円柱状が主流であった。しかし、近年においては、この
ような単純な形状のものに止まらず、より複雑な形状の
ものを形成したいという要請も確実に増えつつある。

【０００３】複雑な形状のバンプ、例えば多段状のバン
プを形成する手法としては、例えばめっきによる方法
や、ワイヤボンディングによる方法などが知られてい
る。ここでは特に後者を例に採り上げて説明する。

【０００４】この手法では、まず、キャピラリ２１の先
端から突出している金属線材２２の先端をボール状に溶
融する（ボール形成工程）。次に、形成されたボールを
ベアチップ２３上のパッド２４に圧着するとともに、そ
のボールをネイルヘッド状に成形する（ボール圧着工
程）。次に、図示しないクランパ等によって金属線材２
２を挟むことにより、図８（ａ）に示されるように、金
属線材２２を適当な長さで引きちぎる（線材切断工
程）。この後、図８（ｂ）に示されるように、前記引き
ちぎられた部分２５をガラス板２６等で圧接することに
より、当該部分の高さを揃える（レベリング工程）。以
上の結果、図９または図１０のような形状のバンプ２７
が得られる。

【０００５】そして、バンプ２７が形成されたベアチッ
プ２３は、リフローソルダリング等によって、基板２８
のパッド２９にはんだ付けされるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のバン
プ形成方法には以下のような問題点があった。ワイヤボ
ンディング法におけるレベリングによると、図１１に示
されるようにどうしてもバンプ２７の高さや頭部２７ａ
の形状にばらつきが生じてしまい、ベアチップ側２３と
基板２８側との接続が不完全になる。よって、高い信頼
性が得られないとう問題があった。

【０００７】また、めっきによる方法では、めっきのた
めの設備が必要になり、場合によってはコスト高になる
という問題があった。本発明は上記の課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、高さ及び形状のばらつき
が小さいバンプを容易にかつ確実に形成することができ
るバンプの形成方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、ワイヤボンディング
の手法によりバンプを形成する方法において、キャピラ
リの先端から突出している金属線材の先端を溶融してボ
ール状にするボール形成工程と、形成されたボールを基
板上のバンプ形成位置に圧着するとともに、そのボール
をネイルヘッド状に成形するボール圧着工程と、前記金
属線材を所定の長さで引きちぎる線材切断工程と、前記
引きちぎられた部分を溶解することにより同部分をボー
ル状に成形するレベリング工程とからなるバンプの形成
方法をその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記レベリング工程は、前記引きちぎられた部分の
近傍に非接触の状態で配置される電気トーチと、前記基
板に接触する状態で配置される接触式陰極とを用いて行
われることをその要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記金属線材は金ワイヤである請求項１ま
たは２に記載のバンプの形成方法をその要旨とする。請
求項４に記載の発明は、ワイヤボンディングの手法によ
り形成されるバンプであって、ネイルヘッド状の基部と
ボール状の頭部とを備えたバンプをその要旨とする。

【００１１】次に、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、まずボール形成工
程では、ワイヤボンディング装置のキャピラリの先端か
ら突出している金属線材の先端が溶融してボール状にな
る。次のボール圧着工程では、形成されたボールを基板
上のバンプ形成位置に圧着する。前記ボールは、このと
きキャピラリの先端にあるワイヤ吐出口の内部形状に対
応した形状に、即ちネイルヘッド状に成形される。そし
て、このネイルヘッド状に成形されたボールはバンプの
基部となる。次の線材切断工程では、金属線材を所定の
長さで引きちぎる。次のレベリング工程では、その引き
ちぎられた部分を溶融する。すると、線状であった同部
分が溶融してボール状になることにより、バンプの頭部
が形成されかつ同時にレベリングが図られる。この場
合、引きちぎられた部分に多少長さばらつきがあったと
しても、溶融によって形成されるボールの大きさ及び形
状はほぼ等しいものとなる。

【００１２】つまり、ガラス板等の圧接というような物
理的作用によるレベリングが行われる従来方法とは異な
り、本発明では熱的作用によるレベリングが行われる。
よって、従来のワイヤボンディング法とは異なり、高さ
及び形状のばらつきが小さいバンプを形成することがで
きる。また、本発明の方法であると、既存のワイヤボン
ディング装置を利用してバンプを形成することが可能で
あるため、めっき装置が特別に必要となることもない。
従って、めっき法を選択した場合とは異なり、コスト高
になるおそれもない。

【００１３】請求項２に記載の発明によると、電気トー
チと接触式陰極とを用いて放電を行うと、電気トーチか
ら金属線材を経て陰極に電流が流れる。このとき発生す
るアークによって前記引きちぎられた部分が加熱・溶融
される結果、同部分がボール状に成形される。

【００１４】請求項３に記載の発明によると、金ワイヤ
は軟質であるため所望形状に比較的容易に成形すること
ができる。しかも、バンプの頭部が塑性変形しやすいた
め、そこに充分な接合面積を確保することができる。従
って、接続信頼性の向上を図ることができる。さらに、
金ワイヤは導電性が極めて良いため、バンプの低抵抗化
を図ることができる。また、金ワイヤは、ワイヤボンデ
ィング用の金属線材として一般的であるため、バンプ形
成用の金属線材としてそのまま流用することができる。

【００１５】請求項４に記載の発明によると、従来にお
けるワイヤボンディング法のレベリング工程によって形
成される頭部の形状（例えば図９のような尖塔状）とは
異なり、バンプの頭部の形状がボール状になっている。
このため、従来の形状に比較して、それが押し潰された
ときの接合面積が大きくなり、結果として高い接続信頼
性を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を多段状のバンプ１
を形成する方法に具体化した一実施の形態を図１〜図７
に基づき詳細に説明する。

【００１７】図１には、本実施形態のバンプ１０の形成
方法において使用されるワイヤボンディング装置１の要
部が概略的に示されている。この装置１を構成するキャ
ピラリ２には、ワイヤスプールＳｐから引き出された金
属線材としての金ワイヤ３が挿通されている。キャピラ
リ２とワイヤスプールＳｐとの間には、金ワイヤ３を挟
むためのクランパ４が配置されている。また、この装置
１は、放電を行うための手段として電気トーチ５と接触
式陰極６とを備えている。陽極である電気トーチ５は、
キャピラリ２の先端にあるワイヤ吐出口２ａの近傍まで
移動しうるように構成されている。一方、接触式陰極６
は、上下動することによって基板であるベアチップ７の
上面、より詳細には別の位置にあるパッド８等に接離し
うるように構成されている。

【００１８】次に、バンプ１０を形成する方法を工程順
に説明する。まず、金ワイヤ３の先端を、あらかじめキ
ャピラリ２のワイヤ吐出口２ａから僅かに突出させてお
く。次のボール形成工程では、前記突出している金ワイ
ヤ３の先端の近傍まで電気トーチ５を移動し、かつ金ワ
イヤ３と非接触の状態で通電を行う。すると、電気トー
チ５から金ワイヤ３へと電流が流れる結果、金ワイヤ３
の先端が溶融してボール状になる（図２参照）。

【００１９】次のボール圧着工程では、キャピラリ２を
下動させることにより、前記ボールＢ1 をバンプ形成位
置にあるパッド８の上面に圧着する。ボールＢ1 は、こ
のときキャピラリ２のワイヤ吐出口２ａの内部形状に対
応した形状に、即ちネイルヘッド状に成形される（図３
参照）。そして、このネイルヘッド状に成形されたボー
ルＢ1 は、バンプ１０の基部１１となる。

【００２０】次の線材切断工程では、金ワイヤ３をクラ
ンプした状態でキャピラリ２を上動させることにより、
金ワイヤ３をあらかじめ設定された所定の長さで引きち
ぎる（図４参照）。この引きちぎられた部分３ａは、後
にバンプ１０の頭部１２となる。なお、この長さを長く
設定するほど、大きな頭部１２が得られる。

【００２１】次のレベリング工程では、まず、前記引き
ちぎられた部分３ａの近傍まで電気トーチ５を移動させ
る。それとともに接触式陰極６を下動させることによ
り、その接触式陰極６の先端をパッド８等に接触させる
（図５参照）。この状態で電気トーチ５に通電を行う
と、電気トーチ５から金ワイヤ３を経て接触式陰極６に
電流が流れる。このような放電を行った場合、前記引き
ちぎられた部分３ａと電気トーチ５との間にアークが発
生する。このとき、引きちぎられた部分３ａが加熱さ
れ、その結果として同部分が溶融してボール状になる。
以上のようにしてバンプ１０の頭部１２が形成され、か
つ同時にそのレベリングが図られる（図６参照）。な
お、ここでいう「ボール状」とは、完全な球形状ばかり
でなくそれに近い形状をも含んでいる。つまり、金属線
材３を溶融したときに得られる、角のとれた丸い形状を
広く指している。

【００２２】そして、上記の一連の手順を必要に応じて
繰り返すことにより、他の部分にも同様に多段状のバン
プ１０を形成する。以下、本実施形態に特徴的な作用効
果を列挙する。

【００２３】（イ）本実施形態の方法によると、上述し
たように、ボール形成工程及びボール圧着工程によって
バンプ１０の基部１１が形成された後、線材切断工程及
びレベリング工程によってバンプ１０の頭部１２が形成
される。この場合、引きちぎられた部分３ａに多少長さ
ばらつきがあったとしても、溶融によって形成されるボ
ール（即ち頭部１２）の大きさ及び形状はほぼ等しいも
のとなる。つまり、ガラス板等の圧接というような物理
的作用によるレベリングが行われる従来方法とは異な
り、この方法では熱的作用によるレベリングが行われる
ことになる。よって、従来のワイヤボンディング法とは
異なり、高さ及び形状のばらつきが小さいバンプ１０を
形成することができる。

【００２４】（ロ）また、本実施形態の方法であると、
既存のワイヤボンディング装置１を利用しかつそれに接
触式電極６を付加するだけで、所望形状のバンプ１０を
形成することが可能である。このため、めっき法を選択
した場合とは異なり、めっき装置が特別に必要となるこ
ともなく、コスト高になるおそれもない。

【００２５】（ハ）本実施形態によると、金属線材３と
して金ワイヤ３が選択されている。金ワイヤ３は軟質で
あるため、比較的容易に所望の形状に成形することがで
きる。しかも、ベアチップ７を図示しない基板に押し付
けたときにバンプ１０の頭部１２が塑性変形しやすいた
め、頭部１２に充分な接合面積を確保することができ
る。従って、接続信頼性の向上を図ることができる。

【００２６】さらに、金ワイヤ３は導電性が極めて良い
ため、バンプ１０の低抵抗化を図ることができる。ま
た、金ワイヤ３は、ワイヤボンディング用の金属線材と
して一般的なものである。このため、それをバンプ形成
用の金属線材としてそのまま流用することが可能であ
る。

【００２７】（ニ）この実施形態によると、レベリング
工程によって形成されるバンプ１０の頭部１２の形状は
ボール状である。これに対して、従来におけるワイヤボ
ンディング法のレベリング工程によって形成されるバン
プの頭部の形状は、例えば図９に示されるように尖塔状
である。従って、ボール状のバンプ１０の頭部１２が押
し潰された場合には、尖塔状のバンプが押し潰された場
合に比べて、充分な接合面積が確保されることになる。
よって、本実施形態のバンプ１０の形状であれば、従来
よりも高い接続信頼性を得ることができる。

【００２８】加えて、本実施形態のバンプ１０は多段状
になっている。ゆえに、図示しない基板上にベアチップ
７を表面実装する場合において、両者の界面を確実に樹
脂封止することができる。つまり、バンプ１０が前記形
状であると、樹脂の回りがよくなり、ボイド等ができに
くくなるからである。

【００２９】なお、本発明は上記の実施形態のみに限定
されることはなく、例えば次のように変更することが可
能である。 （１）ボール形成工程、ボール圧着工程及び線材切断工
程を全てのパッド形成位置について実施した後、それら
を一括してレベリングするという方法を採用してもよ
い。

【００３０】（２）電気トーチ５と接触式陰極６とを使
用せずにレベリング工程を実施することも一応可能であ
る。例えば、引きちぎられた部分３ａを狙ったレーザ光
の照射によって、同部分を溶融しかつボール状に成形す
る。ただし、この方法には、別に装置が必要になる、狙
うのが難しい等の欠点がある。従って、この種の欠点の
ない前記実施形態のレベリング方法のほうが、より優れ
ているものと考えられる。

【００３１】（３）金ワイヤ３のほかにも、例えば銀ワ
イヤ、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、ニッケルワイヤ
等を金属線材３として選択することも許容されうる。た
だし、上述した理由により、金ワイヤ３を選択すること
が最も好ましい。

【００３２】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される
技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） ワイヤボンディングの手法によりバンプを形成
する際のバンプ頭部のレベリング方法であって、後にバ
ンプ頭部となるべき部分を溶融することにより同部分を
ボール状に成形するレベリング方法。この方法である
と、バンプ頭部の高さをより確実に揃えることができ
る。

【００３３】（２） 請求項４において、前記バンプの
材質は金であることを特徴としたバンプ。この構成であ
ると、低抵抗であって接続信頼性に優れたバンプを得る
ことができる。

【００３４】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「キャピラリ： ワイヤボンディング装置の一部であっ
て、その先端にある吐出口から金属線材を吐出させる機
能を備えたものをいう。」

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、高さ及び形状のばらつきが小さいバ
ンプを形成することができるバンプの形成方法を提供す
ることができる。請求項２に記載の発明によれば、請求
項１に記載の発明の効果に加え、前記の優れたバンプを
容易にかつ確実に形成することができる。請求項３に記
載の発明によれば、請求項１，２の効果に加え、低抵抗
であって接続信頼性に優れたバンプを得ることができ
る。

【００３６】請求項４に記載の発明によれば、バンプ頭
部の形状がボール状であることから、例えばそれが尖塔
状である場合等に比較して、高い接続信頼性を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態のバンプの形成方法において使用さ
れるワイヤボンディング装置を示す概略図。

【図２】同じくバンプの形成方法を説明するための部分
概略断面図。

【図３】同じくバンプの形成方法を説明するための部分
概略断面図。

【図４】同じくバンプの形成方法を説明するための部分
概略断面図。

【図５】同じくバンプの形成方法を説明するための部分
概略断面図。

【図６】同じくバンプの形成方法を説明するための部分
概略断面図。

【図７】一実施形態の方法により形成されたバンプを示
す斜視図。

【図８】（ａ），（ｂ）は従来のバンプの形成方法を説
明するための部分概略断面図。

【図９】従来法により形成されたバンプを示す斜視図。

【図１０】従来法により形成されたバンプを示す斜視
図。

【図１１】ベアチップと基板とを示す概略図。

【符号の説明】

２…キャピラリ、３…金属線材としての金ワイヤ、３ａ
…引きちぎられた部分、５…電気トーチ、６…接触式陰
極、７…基板としてのベアチップ、１０…バンプ、１１
…基部、１２…頭部、Ｂ1 …ボール。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワイヤボンディングの手法によりバンプ
   （１０）を形成する方法において、 キャピラリ（２）の先端から突出している金属線材
   （３）の先端を溶融してボール状にするボール形成工程
   と、形成されたボール（Ｂ1 ）を基板（７）上のバンプ
   形成位置に圧着するとともに、そのボール（Ｂ1 ）をネ
   イルヘッド状に成形するボール圧着工程と、前記金属線
   材（３）を所定の長さで引きちぎる線材切断工程と、前
   記引きちぎられた部分（３ａ）を溶融することにより同
   部分（３ａ）をボール状に成形するレベリング工程とか
   らなるバンプの形成方法。
2. 【請求項２】前記レベリング工程は、前記引きちぎられ
   た部分（３ａ）の近傍に非接触の状態で配置される電気
   トーチ（５）と、前記基板（７）に接触する状態で配置
   される接触式陰極（６）とを用いて行われる請求項１に
   記載のバンプの形成方法。
3. 【請求項３】前記金属線材（３）は金ワイヤである請求
   項１または２に記載のバンプの形成方法。
4. 【請求項４】ワイヤボンディングの手法により形成され
   るバンプ（１０）であって、ネイルヘッド状の基部（１
   １）とボール状の頭部（１２）とを備えたバンプ。