JPH053220A - 電子回路装置 - Google Patents

電子回路装置

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JPH053220A
JPH053220A JP3152951A JP15295191A JPH053220A JP H053220 A JPH053220 A JP H053220A JP 3152951 A JP3152951 A JP 3152951A JP 15295191 A JP15295191 A JP 15295191A JP H053220 A JPH053220 A JP H053220A
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wire
thin
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electronic circuit
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Ryohei Sato
了平 佐藤
Mitsukiyo Tani
光清 谷
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】薄膜多層回路や超ＬＳＩにワイヤボンディング
を行った電子回路装置であって、多層化する回路パター
ンや微細化するアクティブ素子に、ダメージを与えない
ものにする。 【構成】薄膜の電極メタライズ２に凹凸パターンを形成
し、その上にワイヤボンディング細線１を施工すること
により、凸部エッヂ近傍に応力集中を発生させることが
可能なため、低荷重で下地にダメージを与えないボンデ
ィングが達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子回路装置に係り、特
に、薄膜配線回路上の端子メタライズに下地素子、ある
いは配線にダメージを与えない低荷重ボンディングによ
り、確実に細線を引き出した電子回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に各種電子回路は、入出力端子から
の細線の引出しに、ワイヤボンディングを用いて行われ
ている。このワイヤボンディングは、Ｓｉあるいは、セ
ラミック上に形成した電極メタライズに熱圧着、超音波
あるいは、それらの組合せ荷重を加えて行っている。
（特開平２−１８１４５５号公報）この場合、メタライ
ズの下地が強固な無機材、あるいは薄い有機膜であるた
め、十分な荷重を加えて十分な強度のボンディングが達
成されている。
【０００３】一方、電子回路は、回路パターンの微細
化、多層化により増々高密度化した回路の形成が進めら
れている。このような高速信号の伝播では、絶縁材の誘
電率に依存した伝播遅延が問題となるため、絶縁材とし
て低誘電率の有機薄膜を用いた回路が形成されるように
なった。電子回路の規模によっては、多層配線パターン
による高密度化が進められ、有機薄膜の厚さは数百μｍ
に達している。このような厚い有機薄膜回路に対して
は、有機膜が軟らかいため、ワイヤボンディングによる
下地パターンへのダメージが起こるため、ボンディング
が難しいという問題があった。また、超ＬＳＩのように
アクティブ素子領域が、数μｍで多層化した微細配線パ
ターンからなる電子回路においても、これまでのＡｕ線
熱圧着ボンディングでは、下地素子やパターンにクラッ
ク等のダメージを与える問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術で示し
たように、より高密度化した電子回路を達成するために
増々微細で、多層化した薄膜回路の細線のボンディング
は回路にダメージを与えるため、できないという問題が
ある。
【０００５】本発明の目的は、より高密度化する電子回
路の細線のボンディングを達成するため、接続端子メタ
ライズに工夫して、回路にダメージのないボンディング
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、接続端子メ
タライズに細かな凹凸を形成し、その上に細線を低荷重
でボンディングすることにより達成される。
【０００７】
【作用】従来のボンディングのメカニズムは、日本金属
学会誌、４１（１９７７）１１５４〜１１６０Ｐ．に明
らかにされている。このメカニズムは、図１に示すよう
に、例えば、Ａｕ線の熱圧着ボンディングにおいて、球
状のＡｕのボールをＡｌ電極上に押付けることにより、
Ａｕが塑性変形し、Ａｕの表面に結晶のすべりによる凹
凸が形成され、それがＡｌ電極表面に刻印されることに
より、Ａｌ表面の薄い酸化膜Ａｌ2Ｏ3を破り、ＡｌとＡ
ｕの新生面同士が会合することで、そこに反応・拡散が
起こり、ボンディングが行われる。 従って、このボン
ディングを達成するためにはＡｕの塑性変形は必須であ
り、これを起こすために、約３０ＭＰａ以上の荷重をＡ
ｕのボールに加えている。
【０００８】この大きな荷重が回路の微細化によって、
下地素子やパターンに重大なダメージを与える結果とな
っている。このメカニズムは、超音波等他のボンディン
グ方法においても基本的に同様である。
【０００９】本発明のボンディングは、接合界面でのこ
のミクロな塑性変形性による新生面を容易に作り出すた
めに、薄膜メタライズ側に微細な凹凸を形成し、ボンデ
ィングの荷重を小さくする方法である。その結果、下地
メタライズにダメージを与えない接合が可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
【００１１】図２（ａ）は、本発明による低荷重ボンデ
ィングを行った接合状態の部分断面図、図２（ｂ）、
（ｃ）は、本発明による低荷重ボンディングを行った接
合状態の接合界面を拡大して示した部分断面図、図３
は、本発明による薄膜電極メタライズの形成プロセスを
示す部分断面図、図４は、本発明によりボンディングを
行った結果を示す図である。
【００１２】まず、図２（ａ）において、薄膜回路はセ
ラミック基板５上に、有機絶縁膜としてポリイミド４
と、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒの金属配線３を用いて多層回路を
形成する。これは、通常の薄膜形成方式、スパッタ蒸着
とホトエッチングプロセスを用いて容易に形成できる。
最上層にＣｒ／Ａｌの電極メタライズ２を形成し、この
上に、Ａｕの細線でボンディングを行う。電極メタライ
ズ２は、図５の工程に従って形成する。まず、Ｃｒ／Ｃ
ｕ／Ｃｒの配線パターン上にポリイミドをエッチングし
て円形の窓を露出させ、その上にＣｒ、Ａｌ９の順でま
ず、スパッタ蒸着し、さらに、Ａｌ１０をスパッタ蒸着
後、ホトレジスト１１を塗布、エッチングの工程で格子
状の凹凸パターン１２をＡｌ電極上に形成する。この上
にＡｕの細線１を通常のボンディング方式である熱圧着
により、約１ｋｇ／ｍｍ2の荷重でボンディングする。
このようにして、得られたボンディングは、凸状のエッ
ヂ部に発生した応力集中により、ミクロ的に大きな塑性
変形が起こり、作用で示したメカニズムで、ボンディン
グが容易になされることを確認した。確認方法は、ボン
ディングしたＡｕボールを剪断引剥しにより、強制的に
剥して、接合面を走査型電子顕微鏡により観察した。そ
の結果、凸近傍でＡｕ−Ａｌの化合物が形成され、ボン
ディングされていることを確認した。
【００１３】この方法で、図４に示すように、ボンディ
ング荷重とポリイミド厚膜を変化させて行ったところ、
約２０ＭＰａを超える荷重では、下層ポリイミド膜及
び、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ配線にクラックが入り、約２ＭＰ
ａ以下の荷重では、未接続が発生することがわかった。
従って、本実施例では、約２０ＭＰａ以下、２ＭＰａ以
上の荷重であれば、良好な接続が得られる。凹凸パター
ンは、凸部の表面積が、電極メタライズの約２０％以上
あれば接合が良好であった。２０％以下でも凸部のエッ
ヂ効果で応力集中を発生できれば、良好な接続が得られ
ることは容易に予想できる。同様の評価は、超音波ボン
ディング等他のボンディング方式でも行い、同様な結果
が得られた。また、超ＬＳＩの微細パターンでも、素子
に対するダメージのないボンディングが得られ、凹凸パ
ターンメタライズが、細線の低荷重ボンディング方式と
して有効であることを確認した。
【００１４】本実施例におけるボンディング材料は、細
線としてＡｕ、電極メタライズとしてＡｌについて行っ
たが、同様にＡｕ−Ａｕ、Ａｌ−Ａｕ、Ａｕ−Ｃｕ等、
種々の材料の組合せあるいは、被覆細線でも金属球を形
成することにより、同様の効果が得られる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、電子回路の微細化に伴
って問題となる細線のボンディングを低荷重で行い、下
地の素子や回路パターンにダメージを与えることがない
ので、増々、高集積化する半導体やそれらを乗せて構成
する、多層薄膜回路の細線のボンディングが可能とな
り、高密度電子回路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の熱圧着ボンディングとその接合メカ
ニズムを示す断面図、
【図２】本発明に係る一実施例を拡大した断面図、
【図３】本発明に係る電極メタライズの形成プロセスの
説明図、
【図４】本発明に係るボンディング結果の説明図。
【符号の説明】
１…ボンディング細線、 ２…電極メタライズ、 ３…金属配線、 ４…有機あるいは無機絶縁膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】薄膜配線した回路基板、あるいは半導体装
    置の入出力端子から細線を引出す方法において、表面に
    凹凸を形成した薄膜金属端子に、細線をワイヤボンディ
    ングしたことを特徴とする電子回路装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、凸形状の表面積が端子
    面積の２０％以上を有する電子回路装置。
  3. 【請求項３】請求項１において、端子メタライズと細線
    が、金とその合金、及び、Ａｌとその合金、及び、Ｃｕ
    とその合金との組合せからなる電子回路装置。
  4. 【請求項４】請求項１において、細線が有機被覆された
    電子回路装置。
JP3152951A 1991-06-25 1991-06-25 電子回路装置 Pending JPH053220A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878410A (ja) * 1994-09-05 1996-03-22 Mitsubishi Electric Corp 配線接続部及びその製造方法
EP2339622A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-29 Nxp B.V. Wirebonding Process

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