JPH0241864Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0241864Y2 JPH0241864Y2 JP1983165393U JP16539383U JPH0241864Y2 JP H0241864 Y2 JPH0241864 Y2 JP H0241864Y2 JP 1983165393 U JP1983165393 U JP 1983165393U JP 16539383 U JP16539383 U JP 16539383U JP H0241864 Y2 JPH0241864 Y2 JP H0241864Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding
- capillary
- gold
- tip
- ball
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/0711—Apparatus therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/0711—Apparatus therefor
- H10W72/07141—Means for applying energy, e.g. ovens or lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/075—Connecting or disconnecting of bond wires
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/531—Shapes of wire connectors
- H10W72/536—Shapes of wire connectors the connected ends being ball-shaped
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔考案の技術分野〕
本発明はトランジスタ、IC等半導体素子の組
立作業におけるワイヤボンデイング工程で使用す
るボンデイング用キヤピラリの表面仕上に関する
もので、特にサーモソニツクワイヤボンデイング
に使用されるボンデイング用キヤピラリである。 〔考案の技術的背景〕 リードフレーム等に取付けられた半導体素子
（半導体ペレツトともいう）上の電極とリードフ
レーム等の外部リードとを金属細線で接続する工
程をワイヤボンデイングと呼び、組立作業の中で
最も精度を要求され、半導体装置の歩留まり、信
頼性に大きな影響をおよぼす。ワイヤボンデイン
グには熱圧着法、超音波ボンデイング法等ある
が、最近では熱圧着法に超音波を加えてボンデイ
ングするサーモソニツクワイヤボンデイング法が
広く使用されている。超音波エネルギーを熱圧着
法のキヤピラリに加えると、ボンデイング時に通
常の熱圧着法で280℃程度以上を必要とする基板
温度を200℃以下に下げることができる。またキ
ヤピラリに超音波を加えても熱圧着法なので無方
向性に近いボンデイングが可能である。第２図な
いし第３図にもとずいてサーモソニツクワイヤボ
ンデイングによる従来のボンデイング作業例につ
いて説明する。キヤピラリ５のほぼ中心軸に沿つ
て挿通された金の細線６の先端はボール４を形成
している。リードフレーム９にマウントされた半
導体素子８上のアルミニウム電極７にあらかじめ
約200℃程度に加熱される。金ボール４を前記電
極７の面にあてがい、キヤピラリ５の先端押え部
１，２（第１図参照）で金ボール４に荷重を加え
たままの状態で、電極７の面とほぼ平行方向１０
の超音波振動をキヤピラリ５に与える。金ボール
４は押しつぶされて第３図に示す扁平な金ボール
４′となり接着面積が増大する。この過程で金ボ
ール４又は４′とはアルミニウム電極７との接触
面の酸化膜等は超音波振動により破壊され、金と
アルミニウムの新鮮な面が互に接触し、金とアル
ミニウムの２種の金属間に拡散が生じ、接触部は
金とアルミニウムとの金属間結合によりボンデイ
ングされる。次にキヤピラリを移動すると同時に
金線を引出してループを作り、リードフレームの
外部リード（図示されていない）上に金線をキヤ
ピラリ先端で圧着し、ほぼ上記と同様の方法で外
部リードに金線をボンデイングする。最後にキヤ
ピラリを持ち上げ水素焔により金線を切断する。 〔背景技術の問題点〕 前記の半導体素子８上のアルミ電極７に金線を
サーモニツクワイヤボンデイングする工程におい
て、ボンデイング条件（ボンデイング荷重、超音
波の出力、発振時間、温度等）のわずかな変動に
よつて例えばボール４のつぶれが大きくなり或は
大きくなりすぎて半導体素子上の別の電極に接触
する等不良が発生する。ワイヤボンデイングの不
良は半導体装置にとつては致命的であり、信頼性
の面から大きな問題点である。 〔考案の目的〕 本考案は前記問題点を解消し、ボンデイング条
件かなりの変動によつても十分なボンデイング強
度を得ることができるサーモソニツクワイヤボン
デイング用キヤピラリを提供することを目的とす
る。 〔考案の概要〕 前記問題点を解決するため本考案者はキヤピラ
リ先端の金ボール押え部１，２の形状、押え部表
面の粗さおよびボンデイング条件（ボンデイング
荷重、超音波の出力、発振時間、温度等）を種々
変化させ研究を重ねた結果、ボンデイング時に超
音波の振動エネルギーが金ボール４と半導体素子
上のアルミ電極７との接合反応に有効に使われる
ためにはキヤピラリ先端の金ボール押え部１，２
の表面をつや消し状態にすることが必要であると
判明した。すなわち本考案は「半導体素子上の電
極と外部リードとを金の細線で接続するサーモソ
ニツクワイヤボンデイングに使用するボンデイン
グ用キヤピラリにおいて、キヤピラリ先端押え部
１，２の表面の粗さが（0.05〜２）μｍRmaxで
あることを特徴とするサーモソニツクワイヤボン
デイング用キヤピラリ」である。 キヤピラリ先端押え部１，２はそれぞれ第１図
に示す線分１および円弧２に相当する部分であ
る。またRmaxはJISS Ｂ 0601−76（表面粗さ）
にもとづき求めた数値である。以下表面の粗さ
0.05μｍRmax以下のものを鏡面仕上げ、（0.05〜
２）μｍRmaxのものをつや消し仕上げ、2μｍ
Rmax以上のものを粗仕上げと呼ぶ。 キヤピラリの先端押え部１，２が鏡面仕上げの
場合には超音波のエネルギーが金ボール４と電極
７との接合面に有効に伝達されず、ボンデイング
条件のわずかな変動により、金ボールのつぶれ
幅、ボンデイング強度等の変動が多い。またキヤ
ピラリ先端が粗仕上げの場合には半導体素子上の
アルミ電極７と金ボール４とは良好なボンデイン
グ強度を有するが、外部リードと金線とのボンデ
イング強度が弱く実用できない。キヤピラリ先端
がつや消し仕上げ（0.05〜２）μｍRmaxの時ボ
ンデイング条件のかなりの変動によつても十分な
ボンデイング強度が得られる。 〔考案の実施例〕 サーモソニツクワイヤボンデイングに使用され
るキヤピラリの先端の形状をたとえば第１図の線
分３の角度と寸法ｄの値を変え金ボール４を保持
し易くしたり或は線分１の長さと角度、寸法ｅと
円弧２の半径を変え金ボール４との接触面積を大
きくしたりして金ボール４とアルミ電極７とのボ
ンデイング反応の促進を計つた。この場合にはボ
ンデイング荷重が少し大きすぎる時、超音波出力
のわずかな増加減は発振時間を長くすると第３図
に示す１′部分に超音波が有効に伝わらずに金ボ
ールは押し広げられるだけの状態をなり、つぶれ
るわりにはボンデイング強度が不足するとか、或
はつぶれすぎて第５図に示すように半導体素子上
の別の電極７′，７″に接触し短絡不良が発生す
る。他方ボンデイング荷重を少し弱くしたり、超
音波の出力をやや減少したり或は発振時間を短く
すると上記短絡不良は防止できるボンデイング強
度が不十分となる。このように良好な結果を得る
ボンデイング条件の許容範囲が極めて小さいとい
う問題がある。これは従来のキヤピラリの先端部
が鏡面に近い滑らかな状態となつていることが原
因であると推定された。 つぎに本考案者はキヤピラリ先端押え部１，２
の表面の粗さがボンデイング特性に大きな影響を
与えることに着目し、キヤピラリの先端押え部の
表面の仕上げ程度を種々変化させると同時に、ボ
ンデイング条件にも変動（振れ）を与へ、数多く
の試行を繰り返した。これらの試行においてボン
デイング効果の評価項目等は次の通りである。(a)
ボンデイング引張強度（ボンデイング個所の金ワ
イヤに規定張力を加え断線の有無をしらべる）、
(b)ボールはがし強度（ボンデイング後のつぶれた
ボールの横から、カミソリ状の先端をもつ治具に
てボールをはがし、金が残つているかどうかを見
て、金が残つていれば良とする）、(c)ボンデイン
グ後のボールの大きさ、(d)金とアルミニウムの反
応状態（ボンデイング個所の断面調査による）、
(e)製品での熱衝撃試験（−45℃〜150℃の加熱と
冷却を200回繰返した後の特性の良否）(f)外部リ
ードとの接着強度、とした。キヤピラリ先端部の
表面の粗さが0.05μｍRmax以下の滑らかな鏡面
仕上になると前記評価項目の(a)ないし(e)の特性は
いずれも劣化する。（第１表の比較試験結果で項
目(a)に有意差がないのは本試験法が実用可否判定
であるため）またキヤピラリ先端部の表面の粗さ
を2μｍRmax以上に粗くすると半導体素子上のア
ルミ電極と金線とのボンデイング特性は良好であ
るが外部リードとのボンデイング強度は弱くな
る。ボンデイング特性の評価項目をすべて満足す
るキヤピラリ先端部の表面粗さは（0.05〜２）μ
ｍRmaxの範囲にあることが判明した。 〔考案の効果〕 サーモソニツクワイヤボンデイング用キヤピラ
リで先端の金ボール押え部の表面の粗さが(A)鏡面
仕上げ（0.05μｍRmax以下）(B)本考案のつや消
し仕上げ（0.05〜２）μｍRmax、および(C)粗仕
上げ（2μｍRmax以上）の３種類のキヤピラリを
用い、その他のボンデイング条件（超音波出力、
発振時間、ボンデイング荷重、温度）およびその
振れ等は３種類とも同一にして本考案の効果を調
べた結果を第１表に示す。本考案によるキヤピラ
リを用いてボンデイングした結果（(B)列）は、す
べての評価項目を満足し、ボンデイング条件のわ
ずかな変動によつても安定した十分なボンデイン
グ強度を得ることができる。 【表】
立作業におけるワイヤボンデイング工程で使用す
るボンデイング用キヤピラリの表面仕上に関する
もので、特にサーモソニツクワイヤボンデイング
に使用されるボンデイング用キヤピラリである。 〔考案の技術的背景〕 リードフレーム等に取付けられた半導体素子
（半導体ペレツトともいう）上の電極とリードフ
レーム等の外部リードとを金属細線で接続する工
程をワイヤボンデイングと呼び、組立作業の中で
最も精度を要求され、半導体装置の歩留まり、信
頼性に大きな影響をおよぼす。ワイヤボンデイン
グには熱圧着法、超音波ボンデイング法等ある
が、最近では熱圧着法に超音波を加えてボンデイ
ングするサーモソニツクワイヤボンデイング法が
広く使用されている。超音波エネルギーを熱圧着
法のキヤピラリに加えると、ボンデイング時に通
常の熱圧着法で280℃程度以上を必要とする基板
温度を200℃以下に下げることができる。またキ
ヤピラリに超音波を加えても熱圧着法なので無方
向性に近いボンデイングが可能である。第２図な
いし第３図にもとずいてサーモソニツクワイヤボ
ンデイングによる従来のボンデイング作業例につ
いて説明する。キヤピラリ５のほぼ中心軸に沿つ
て挿通された金の細線６の先端はボール４を形成
している。リードフレーム９にマウントされた半
導体素子８上のアルミニウム電極７にあらかじめ
約200℃程度に加熱される。金ボール４を前記電
極７の面にあてがい、キヤピラリ５の先端押え部
１，２（第１図参照）で金ボール４に荷重を加え
たままの状態で、電極７の面とほぼ平行方向１０
の超音波振動をキヤピラリ５に与える。金ボール
４は押しつぶされて第３図に示す扁平な金ボール
４′となり接着面積が増大する。この過程で金ボ
ール４又は４′とはアルミニウム電極７との接触
面の酸化膜等は超音波振動により破壊され、金と
アルミニウムの新鮮な面が互に接触し、金とアル
ミニウムの２種の金属間に拡散が生じ、接触部は
金とアルミニウムとの金属間結合によりボンデイ
ングされる。次にキヤピラリを移動すると同時に
金線を引出してループを作り、リードフレームの
外部リード（図示されていない）上に金線をキヤ
ピラリ先端で圧着し、ほぼ上記と同様の方法で外
部リードに金線をボンデイングする。最後にキヤ
ピラリを持ち上げ水素焔により金線を切断する。 〔背景技術の問題点〕 前記の半導体素子８上のアルミ電極７に金線を
サーモニツクワイヤボンデイングする工程におい
て、ボンデイング条件（ボンデイング荷重、超音
波の出力、発振時間、温度等）のわずかな変動に
よつて例えばボール４のつぶれが大きくなり或は
大きくなりすぎて半導体素子上の別の電極に接触
する等不良が発生する。ワイヤボンデイングの不
良は半導体装置にとつては致命的であり、信頼性
の面から大きな問題点である。 〔考案の目的〕 本考案は前記問題点を解消し、ボンデイング条
件かなりの変動によつても十分なボンデイング強
度を得ることができるサーモソニツクワイヤボン
デイング用キヤピラリを提供することを目的とす
る。 〔考案の概要〕 前記問題点を解決するため本考案者はキヤピラ
リ先端の金ボール押え部１，２の形状、押え部表
面の粗さおよびボンデイング条件（ボンデイング
荷重、超音波の出力、発振時間、温度等）を種々
変化させ研究を重ねた結果、ボンデイング時に超
音波の振動エネルギーが金ボール４と半導体素子
上のアルミ電極７との接合反応に有効に使われる
ためにはキヤピラリ先端の金ボール押え部１，２
の表面をつや消し状態にすることが必要であると
判明した。すなわち本考案は「半導体素子上の電
極と外部リードとを金の細線で接続するサーモソ
ニツクワイヤボンデイングに使用するボンデイン
グ用キヤピラリにおいて、キヤピラリ先端押え部
１，２の表面の粗さが（0.05〜２）μｍRmaxで
あることを特徴とするサーモソニツクワイヤボン
デイング用キヤピラリ」である。 キヤピラリ先端押え部１，２はそれぞれ第１図
に示す線分１および円弧２に相当する部分であ
る。またRmaxはJISS Ｂ 0601−76（表面粗さ）
にもとづき求めた数値である。以下表面の粗さ
0.05μｍRmax以下のものを鏡面仕上げ、（0.05〜
２）μｍRmaxのものをつや消し仕上げ、2μｍ
Rmax以上のものを粗仕上げと呼ぶ。 キヤピラリの先端押え部１，２が鏡面仕上げの
場合には超音波のエネルギーが金ボール４と電極
７との接合面に有効に伝達されず、ボンデイング
条件のわずかな変動により、金ボールのつぶれ
幅、ボンデイング強度等の変動が多い。またキヤ
ピラリ先端が粗仕上げの場合には半導体素子上の
アルミ電極７と金ボール４とは良好なボンデイン
グ強度を有するが、外部リードと金線とのボンデ
イング強度が弱く実用できない。キヤピラリ先端
がつや消し仕上げ（0.05〜２）μｍRmaxの時ボ
ンデイング条件のかなりの変動によつても十分な
ボンデイング強度が得られる。 〔考案の実施例〕 サーモソニツクワイヤボンデイングに使用され
るキヤピラリの先端の形状をたとえば第１図の線
分３の角度と寸法ｄの値を変え金ボール４を保持
し易くしたり或は線分１の長さと角度、寸法ｅと
円弧２の半径を変え金ボール４との接触面積を大
きくしたりして金ボール４とアルミ電極７とのボ
ンデイング反応の促進を計つた。この場合にはボ
ンデイング荷重が少し大きすぎる時、超音波出力
のわずかな増加減は発振時間を長くすると第３図
に示す１′部分に超音波が有効に伝わらずに金ボ
ールは押し広げられるだけの状態をなり、つぶれ
るわりにはボンデイング強度が不足するとか、或
はつぶれすぎて第５図に示すように半導体素子上
の別の電極７′，７″に接触し短絡不良が発生す
る。他方ボンデイング荷重を少し弱くしたり、超
音波の出力をやや減少したり或は発振時間を短く
すると上記短絡不良は防止できるボンデイング強
度が不十分となる。このように良好な結果を得る
ボンデイング条件の許容範囲が極めて小さいとい
う問題がある。これは従来のキヤピラリの先端部
が鏡面に近い滑らかな状態となつていることが原
因であると推定された。 つぎに本考案者はキヤピラリ先端押え部１，２
の表面の粗さがボンデイング特性に大きな影響を
与えることに着目し、キヤピラリの先端押え部の
表面の仕上げ程度を種々変化させると同時に、ボ
ンデイング条件にも変動（振れ）を与へ、数多く
の試行を繰り返した。これらの試行においてボン
デイング効果の評価項目等は次の通りである。(a)
ボンデイング引張強度（ボンデイング個所の金ワ
イヤに規定張力を加え断線の有無をしらべる）、
(b)ボールはがし強度（ボンデイング後のつぶれた
ボールの横から、カミソリ状の先端をもつ治具に
てボールをはがし、金が残つているかどうかを見
て、金が残つていれば良とする）、(c)ボンデイン
グ後のボールの大きさ、(d)金とアルミニウムの反
応状態（ボンデイング個所の断面調査による）、
(e)製品での熱衝撃試験（−45℃〜150℃の加熱と
冷却を200回繰返した後の特性の良否）(f)外部リ
ードとの接着強度、とした。キヤピラリ先端部の
表面の粗さが0.05μｍRmax以下の滑らかな鏡面
仕上になると前記評価項目の(a)ないし(e)の特性は
いずれも劣化する。（第１表の比較試験結果で項
目(a)に有意差がないのは本試験法が実用可否判定
であるため）またキヤピラリ先端部の表面の粗さ
を2μｍRmax以上に粗くすると半導体素子上のア
ルミ電極と金線とのボンデイング特性は良好であ
るが外部リードとのボンデイング強度は弱くな
る。ボンデイング特性の評価項目をすべて満足す
るキヤピラリ先端部の表面粗さは（0.05〜２）μ
ｍRmaxの範囲にあることが判明した。 〔考案の効果〕 サーモソニツクワイヤボンデイング用キヤピラ
リで先端の金ボール押え部の表面の粗さが(A)鏡面
仕上げ（0.05μｍRmax以下）(B)本考案のつや消
し仕上げ（0.05〜２）μｍRmax、および(C)粗仕
上げ（2μｍRmax以上）の３種類のキヤピラリを
用い、その他のボンデイング条件（超音波出力、
発振時間、ボンデイング荷重、温度）およびその
振れ等は３種類とも同一にして本考案の効果を調
べた結果を第１表に示す。本考案によるキヤピラ
リを用いてボンデイングした結果（(B)列）は、す
べての評価項目を満足し、ボンデイング条件のわ
ずかな変動によつても安定した十分なボンデイン
グ強度を得ることができる。 【表】
注：表中○印は全数合格
△印は不合格品を含む。
△印は不合格品を含む。
第１図ないし第５図はサーモソニツクワイヤボ
ンデイング用キヤピラリの先端部分の拡大断面図
である。第１図はキヤピラリの断面図、第２図お
よび第３図は半導体素子上の電極に金の細線をボ
ンデイングする工程を説明するための断面図で、
第２図は工程開始直前、第３図は工程終了直後を
示す。第４図および第５図はボンデイング時のボ
ールのつぶれ状態を示し、第４図は正常、第５図
はつぶれすぎの状態を示す。 １……キヤピラリ先端押え部１、２……キヤピ
ラリ先端押え部２、４……金ボール、５……ボン
デイング用キヤピラリ、６……金の細線、７……
半導体素子上の電極、８……半導体素子、９……
リードフレーム。
ンデイング用キヤピラリの先端部分の拡大断面図
である。第１図はキヤピラリの断面図、第２図お
よび第３図は半導体素子上の電極に金の細線をボ
ンデイングする工程を説明するための断面図で、
第２図は工程開始直前、第３図は工程終了直後を
示す。第４図および第５図はボンデイング時のボ
ールのつぶれ状態を示し、第４図は正常、第５図
はつぶれすぎの状態を示す。 １……キヤピラリ先端押え部１、２……キヤピ
ラリ先端押え部２、４……金ボール、５……ボン
デイング用キヤピラリ、６……金の細線、７……
半導体素子上の電極、８……半導体素子、９……
リードフレーム。
Claims (1)
- 半導体素子上の電極と外部リードとを金の細線
で接続するサーモソニツクワイヤボンデイングに
使用するボンデイング用キヤピラリにおいて、キ
ヤピラリ先端押え部１，２の表面の粗さが（0.05
〜２）μｍRmaxであることを特徴とするサーモ
ソニツクワイヤボンデイング用キヤピラリ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1983165393U JPS6073238U (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | ワイヤボンデイング用キヤピラリ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1983165393U JPS6073238U (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | ワイヤボンデイング用キヤピラリ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6073238U JPS6073238U (ja) | 1985-05-23 |
| JPH0241864Y2 true JPH0241864Y2 (ja) | 1990-11-08 |
Family
ID=30362367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1983165393U Granted JPS6073238U (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | ワイヤボンデイング用キヤピラリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6073238U (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7261230B2 (en) * | 2003-08-29 | 2007-08-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | Wirebonding insulated wire and capillary therefor |
-
1983
- 1983-10-27 JP JP1983165393U patent/JPS6073238U/ja active Granted
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BONDING HANDBOOK=1979 * |
| MICRO-SWISSubh|-þbþ * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6073238U (ja) | 1985-05-23 |
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