JPH07283221A - バンプの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 比較的硬度が大きく，バンプ用のワイヤとし
て用いられたことのないＡｕ−Ｓｎ合金のワイヤを用い
て均一なバンプを形成する。 【構成】 キャピラリを挿通してこのキャピラリの先端
から突出したＡｕ−Ｓｎ合金製のワイヤの先端部に，酸
素を含有しない雰囲気ガスを吹き付けるとともに，ア−
ク放電させてバンプ用のボ−ルを形成して，このボ−ル
を被接合部に押圧接合するとともに，キャピラリに超音
波振動を付与することにより，ボ−ル側に連結されるワ
イヤ部分の切断箇所の強度を低下させる工程と，ボ−ル
に付加されている荷重を軽減するとともに，ボ−ル側に
連結されるワイヤ部分の切断箇所の強度をさらに低下さ
せる工程と，ワイヤを引っ張ることにより，切断箇所に
おいてワイヤを切断する工程と，被接合部に接合された
ボ−ルを加熱溶融してバンプを形成する工程とによりバ
ンプを形成するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，ＩＣ等のチップの電
極と外部端子とを直接接続するためのバンプの形成方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来，ＩＣ等の電極パッドと外部端子と
を電気的に接続する場合，電極パッドにバンプを形成
し，このバンプに外部端子を接続する方法が行われてい
る。このような，バンプを利用した接続方法では，電極
パッドと外部端子とが直接接続されるため，ワイヤで接
続するワイヤボンディング法に比較して接合部分が低く
なり，全体の高さ寸法を低く出来る。又，フィルムに多
数形成されている外部端子を電極パッドに１度に接合す
ることが出来るなどの利点があり，一般に多く利用され
ている。

【０００３】このバンプを利用した接続方法を実行する
ために，まず，ＩＣの表面に，半田に濡れない膜が形成
されるとともに，外部端子との接続箇所は，この半田に
濡れない膜が除去されて半田が濡れやすい状態に形成さ
れている。

【０００４】そこで，従来のバンプを利用した接続方
法，いわゆる，ボ−ルボンディング方法について，図６
〜図１０に基づいて説明する。図６に示すように，キャ
ピラリ１には，超音波ホ−ン２１が取り付けられてお
り，このキャピラリ１には，金，銅，アルミニウム等の
ワイヤ２が挿通されているとともに，このワイヤ２の先
端はキャピラリ１から突出している。

【０００５】このキャピラリ１の先端から突出している
ワイヤ２の先端に，電気ト−チ３が対向されており，こ
の電気ト−チ３に電圧を印加して，ワイヤ２の先端と電
気ト−チ３との間にスパ−クを発生させる。このスパ−
クにより，ワイヤ２の先端が溶融してボ−ル４が形成さ
れる。

【０００６】次いで，図７に示すように，キャピラリ１
が下降されてＩＣ５の電極パッド６上にボ−ル４が押圧
される。この時，ボ−ル４はキャピラリ１を介して超音
波ホ−ン２１からの超音波振動が加えられて発熱すると
ともに，ヒ−タブロック（図示せず）からの熱もＩＣ５
を介して伝達されボ−ル４は溶融されて電極パッド６に
固着される。

【０００７】ボ−ル４が電極パッド６に固着された後，
図８に示すように，キャピラリ１がわずかに上昇する
と，超音波ホ−ン２１が再度作動して，キャピラリ１は
超音波振動し，この振動はワイヤ２に伝達される。する
と，ワイヤ２のボ−ル４との接続部分，即ち，ボ−ル４
の真上の部分４ａが，曲げ応力を繰り返し受けることに
なり，この部分４ａの引っ張り強度が大きく低下する。

【０００８】次いで，図９に示すように，クランプ１１
が閉じてワイヤ２を把持し，キャピラリ１とともに上昇
する。すると，ワイヤ２は引っ張り強度が大きく低下し
ている部分４ａから切断される。

【０００９】このようにして，すべての電極パッド６に
ボ−ル４を形成した後，再度，電極パッド６を加熱して
ボ−ル４が溶融されると，ボ−ル４は均一な形状となり
バンプ４’となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする問題点】このようなボ−ルボ
ンディング方法でバンプを形成する際，ワイヤ２の材質
が金，銅，アルミニウム等の純粋金属の場合あるいはＡ
ｕ−Ｓｎ合金等の場合には，ワイヤ２の強度が比較的柔
らかいので，ほぼ予定の部分４ａで切断することが出来
る。

【００１１】しかしながら，このような方法では超音波
振動を付与してボ−ル４を加熱押圧するとともにワイヤ
２を切断するため，電極パッド６に接合されたボ−ル４
はいびつで扁平状に形成され，均一な高さのものがえら
れないという問題があった。その上，電気ト−チ３によ
りワイヤ２にスパ−クを発生させる際，ワイヤ２が高温
となるため，ボ−ル４の表面が酸化される。そのため，
ボ−ル４の表面には凹凸が生じるとともに，電気的に非
導通となる等の問題があった。

【００１２】一方，近年，基板の材質との関係で，ワイ
ヤの材質としてＡｕの中に２０％のＳｎを含有した共晶
合金であるＡｕ−Ｓｎ合金製のワイヤを使用したいとの
要望がある。しかしながら，Ａｕ−Ｓｎ合金を極細線の
ワイヤとして形成すると，このＡｕ−Ｓｎ合金は，純粋
のＡｕやＳｎで形成されたワイヤに比べて硬度が大で脆
く，且つ，融点も低く，その上，酸化しやすいという性
質がある。

【００１３】このような性質上，超音波振動を付加した
後，ワイヤ２を引っ張って切断する方法では，必ずしも
引っ張り強度が大きく低下している部分４ａから切断さ
れるとは限らない。そのため，ボ−ル４側に連結される
ワイヤ２の長さにばらつきが発生する。従って，ボ−ル
４を再度溶融して均一なボ−ル（バンプとなる）を形成
する際，均一な大きさのバンプ４’を形成することがで
きない。

【００１４】このようにバンプ４’の大きさが異なる
と，図１１に示すように，このＩＣ５の電極パット６に
形成されているバンプ４’と外部端子１０とを接合する
と，バンプ４’と外部端子１０との間に間隙ｄが発生し
て両者が接続されず，電気的に非導通な箇所が発生する
という問題がある。

【００１５】

【問題点を解決するための手段】この発明は，キャピラ
リを挿通してこのキャピラリの先端から突出したＡｕ−
Ｓｎ合金製のワイヤの先端部に，酸素を含有しない雰囲
気ガスを吹き付けるとともに，ア−ク放電させてバンプ
用のボ−ルを形成する工程と，キャピラリを降下させて
ボ−ルに荷重を付加することによりこのボ−ルを被接合
部に押圧接合するとともに，キャピラリに超音波振動を
付与することにより，ボ−ル側に連結されるワイヤ部分
の切断箇所の強度を低下させる工程と，キャピラリをわ
ずかに上昇させてボ−ルに付加されている荷重を軽減す
るとともに，キャピラリに付与される超音波出力を増加
してさらに強い振動を与えることにより，ボ−ル側に連
結されるワイヤ部分の切断箇所の強度をさらに低下させ
る工程と，ワイヤを引っ張ることにより，切断箇所にお
いてワイヤを切断する工程と，被接合部に接合されたボ
−ルを加熱溶融してバンプを形成する工程とによりバン
プを形成するようにしたものである。

【００１６】

【作用】雰囲気ガス８中で，キャピラリ１の先端から突
出したワイヤ２０の先端部２０ａに，ア−ク放電させる
と，ワイヤ２０の先端部２０ａにバンプ用のボ−ル４０
が形成される。この際，ボ−ル４０の表面が酸化される
ことはない。次に，キャピラリ１が下降し，キャピラリ
１によりボ−ル４０に荷重が付加されるとともに，超音
波振動がキャピラリ１に付加され，ボ−ル４０は電極パ
ッド６上に押圧接合される。

【００１７】この際，超音波振動により，ワイヤ２０は
ボ−ル４０から所定長さにあるワイヤ部分２０ｂとワイ
ヤ２０との切断箇所２０ｃの強度が低下する。次に，キ
ャピラリ１をわずかに上昇させて，ボ−ル４０に付加さ
れる荷重を軽減するとともに，超音波出力を上げてキャ
ピラリ１に超音波振動が付与され，この振動はワイヤ２
０に伝達される。従って，ボ−ル４０とワイヤ２０との
切断箇所２０ｃにおいて，ワイヤ２０は曲げ応力を繰り
返し受けることになり，この切断箇所２０ｃの引っ張り
強度がさらに大きく低下される。

【００１８】次いで，キャピラリ１を上昇させて，ワイ
ヤ２０を引っ張ると，常に引っ張り強度が大きく低下し
ている切断箇所２０ｃから切断され，ボ−ル４０側に連
結して残存するワイヤ部分２０ｂの長さは，常に同一の
長さのものが得られる。

【００１９】再度，電極パッド６を加熱してボ−ル４０
を溶融すれば，ボ−ル４０の材質であるＡｕ−Ｓｎ合金
の表面張力により，電極パッド６上には均一な大きさの
バンプ４１が形成される。

【００２０】

【発明の実施例】この発明の実施例を，図１〜図５に基
づいて詳細に説明する。図１はこの発明の実施例を示す
構成図であるとともに，図１〜図５はバンプの形成工程
を示す説明図である。なお，従来例と同一のものは，同
一名称を使用し同一符号を付すとともに，その説明を省
略する。

【００２１】図１において，１２はア−ク電源で電気ト
−チ３からワイヤ２０に向けてア−ク放電される。１３
は雰囲気ガス源で，キャピラリ１の先端からテ−ブル１
４に載置されているＩＣ５の表面までの空間に酸素を含
まない雰囲気ガス８がノズル９から吹き付けられてい
る。１５は超音波発生器で，超音波ホ−ン２１を介して
キャピラリ１に超音波振動を付与している。１６は制御
部で，クランプ１１の把持，解除およびシリンダ１７に
よるキャピラリ１の上下動，ア−ク電源１２のオン，オ
フ，テ−ブル１４の移動，停止等各部分の単独動作や連
携動作をすべて制御している。

【００２２】２０はＡｕ−Ｓｎ合金製のワイヤで，材質
としてＡｕの中に２０％のＳｎを含有した共晶合金であ
る。ワイヤ２０はリ−ル（図示せず）に巻回されている
とともに，このリ−ルから引き出されて，キャピラリ１
の上方向においてクランプ１１に把持されているととも
に，キャピラリ１の貫通穴１ａを挿通して，その先端部
２０ａはキャピラリ１の先端から突出している。

【００２３】次に，バンプの形成方法について説明す
る。まず，図１〜図５に示すように，バンプを利用した
接続方法を実行するにあたっては，ＩＣ５の表面には半
田に濡れない膜５ａが形成されており，外部端子（図示
せず）との接続箇所，即ち，電極パッド６の部分は，こ
の膜５ａが除去されて半田が濡れやすい状態となってい
る。

【００２４】一方，キャピラリ１には，Ａｕ−Ｓｎ合金
製のワイヤ２０が挿通されているとともに，このワイヤ
２０の先端部２０ａは，キャピラリ１に先端から突出し
ており，キャピラリ１の上方向のワイヤ２０部分には，
ワイヤ２０を把持するためのクランプ１１が配設されて
いる。さらに，キャピラリ１の先端からテ−ブル１４の
上に載置されているＩＣ５の表面までの空間には，雰囲
気ガス源１３からの雰囲気ガス８がノズル９から吹き付
けられており，この空間は常時雰囲気ガス８中に存在す
るように構成されている。

【００２５】この状態において，クランプ１１に把持さ
れてリ−ル（図示せず）から繰り出されたワイヤ２０
は，キャピラリ１の貫通穴１ａを挿通して先端から突出
している。この突出しているワイヤ２０の先端部２０ａ
には，電気ト−チ３が対向されている。

【００２６】そこで，図２に示すように，ワイヤ２０の
先端部２０ａがキャピラリ１の先端から突出し，ア−ク
電源１２がオンすると，ワイヤ２０の先端部２０ａと電
気ト−チ３との間にア−ク放電が発生し，ワイヤ２０の
先端部２０ａは溶融されて先端にバンプ用のボ−ル４０
が形成される。このように，ワイヤ２０の先端にボ−ル
４０を形成する工程では，ボ−ル４０の表面が最も酸化
しやすいが，この工程は，雰囲気ガス８中で行われるた
め，ボ−ル４０の表面が酸化されることはなく，従っ
て，ボ−ル４０の表面に凹凸が形成されることもない。

【００２７】次に，図３に示すように，キャピラリ１が
下降され，ボ−ル４０が接合される被接合部であるＩＣ
５の電極パッド６上にボ−ル４０が押圧される。この
際，キャピラリ１によりボ−ル４０に付加される荷重
は，ワイヤ２０の径を３５μｍφとした時，約１００ｇ
ｆ程度の荷重が付加されている。

【００２８】このように，ボ−ル４０に荷重が付加され
ると同時に，ボ−ル４０には，キャピラリ１を介して超
音波発生器１５から，その出力約０．３ｗ程度の超音波
振動が超音波ホ−ン２１から加えられて発熱されている
とともに，ヒ−タブロック（図示せず）からの熱もＩＣ
５を介して伝達されている。そのため，ボ−ル４０は溶
融されて電極パッド６に押圧接合される。この際，電極
パッド６の部分は，半田に濡れ易い膜でおおわれている
ので，ボ−ル４０（形状の整っていないバンプ４１ａ）
は容易に固着されるとともに，超音波振動により，ワイ
ヤ２０はボ−ル４０から所定長さにあるワイヤ部分２０
ｂとワイヤ２０との切断箇所２０ｃの強度が低下する。

【００２９】このようにして，ボ−ル４０（バンプ４１
ａ）が電極パッド６に固着された後，図４に示すよう
に，キャピラリ１がわずかに上昇して，ボ−ル４０（バ
ンプ４１ａ）に付加される荷重が約３０ｇｆ程度に軽減
されるとともに，超音波発生器１５が再度オンされて，
その出力約０．５ｗ程度まで超音波出力を上げて，超音
波ホ−ン２１を介してキャピラリ１に超音波振動が付与
され，この振動はワイヤ２０に伝達される。

【００３０】すると，ボ−ル４０（バンプ４１ａ）とワ
イヤ２０との切断箇所２０ｃにおいて，ワイヤ２０は曲
げ応力を繰り返し受けることになり，この切断箇所２０
ｃの引っ張り強度がさらに大きく低下される。

【００３１】なお，この際，ワイヤ２０には，荷重を軽
減した状態で，超音波振動の出力を上げて付加するの
で，超音波振動によりＩＣ５の電極パッド６が破壊され
ることもない。又，ワイヤ２０の太さにより超音波発生
器１５の出力，振動数等が適当な値に決定される。

【００３２】次いで，図５に示すように，クランプ１１
が閉じてワイヤ２を把持するとともに，キャピラリ１は
シリンダ１７により上昇する。すると，ワイヤ２０は，
常に引っ張り強度が大きく低下している切断箇所２０ｃ
から切断され，バンプ４１ａ側に連結して残存するワイ
ヤ部分２０ｂの長さは，常に同一の長さのものが得られ
る。

【００３３】このようにして，ＩＣ５のすべての電極パ
ッド６にバンプ４１ａ（ボ−ル４０）が形成された後，
再度，電極パッド６を加熱してバンプ４１ａを溶融すれ
ば，ボ−ル４０の材質であるＡｕ−Ｓｎ合金の表面張力
により，電極パッド６上には，図１に仮想線で示すよう
に，均一な大きさのバンプ４１が形成される。この際，
バンプ４１とこれに連結して残存しているワイヤ部分２
０ｂは，すべて同一のものが得られるから，ボ−ル４０
（バンプ４１ａ）を再溶融して形成されたバンプ４１
は，均一な大きさを持つ形状のものが得られる。

【００３４】以上の各工程は，いずれも雰囲気ガス８中
で行われるため，バンプ４１の表面が酸化されることも
なく，常に，電気的にも形状においても均一なバンプ４
１を形成することが出来る。

【００３５】なお，この実施例では，雰囲気ガス８は，
キャピラリ１の先端とテ−ブル１４上のＩＣ５との空間
に吹き付けられているが，これに限定されることなく，
キャピラリ１の上端から貫通穴１ａへ吹き込むようにし
ても良く，あるいは全体を雰囲気ガス中で行っても同様
な作用効果が得られる。

【００３６】なお，Ａｕ−Ｓｎ合金製のワイヤで形成さ
れるバンプと接合される外部端子が形成されている基板
側の材質としては，アルミニウム，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ合
金等が適している。

【００３７】

【発明の効果】この発明は，キャピラリを挿通してこの
キャピラリの先端から突出したＡｕ−Ｓｎ合金製のワイ
ヤの先端部に，酸素を含有しない雰囲気ガスを吹き付け
るとともに，ア−ク放電させてバンプ用のボ−ルを形成
する工程と，キャピラリを降下させてボ−ルに荷重を付
加することによりこのボ−ルを被接合部に押圧接合する
とともに，キャピラリに超音波振動を付与することによ
り，ボ−ル側に連結されるワイヤ部分の切断箇所の強度
を低下させる工程と，キャピラリをわずかに上昇させて
ボ−ルに付加されている荷重を軽減するとともに，キャ
ピラリに付与される超音波出力を増加してさらに強い振
動を与えることにより，ボ−ル側に連結されるワイヤ部
分の切断箇所の強度をさらに低下させる工程と，ワイヤ
を引っ張ることにより，切断箇所においてワイヤを切断
する工程と，被接合部に接合されたボ−ルを加熱溶融し
てバンプを形成する工程とによりバンプを形成するよう
にしたので，比較的硬度が大きく，従来，バンプ用のワ
イヤとして用いられたことのないＡｕ−Ｓｎ合金のワイ
ヤを用いて均一なバンプを形成することが出来る。

【００３８】さらに，バンプ用のボ−ルの形成過程にお
いて，ボ−ルが酸化されることもなく，従来のワイヤの
材質である純粋のＡｕやＳｎで形成されたワイヤに比べ
て均一なバンプを形成することが困難であったＡｕ−Ｓ
ｎ合金のワイヤを使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す構成図である。

【図２】この発明の実施例を示すもので，バンプの形成
工程の説明図である。

【図３】この発明の実施例を示すもので，バンプの形成
工程の説明図である。

【図４】この発明の実施例を示すもので，バンプの形成
工程の説明図である。

【図５】この発明の実施例を示すもので，バンプの形成
工程の説明図である。

【図６】従来例を示すもので，バンプの形成工程の説明
図である。

【図７】従来例を示すもので，バンプの形成工程の説明
図である。

【図８】従来例を示すもので，バンプの形成工程の説明
図である。

【図９】従来例を示すもので，バンプの形成工程の説明
図である。

【図１０】従来例を示すもので，バンプの形成工程の説
明図である。

【図１１】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ キャピラリ ８ 雰囲気ガス ９ ノズル １１ クランプ ２０ ワイヤ ２０ａ ワイヤ２０の先端部 ２０ｂ ワイヤ部分 ２０ｃ 切断箇所 ４０ ボ−ル ４１ バンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャピラリを挿通してこのキャピラリの
   先端から突出したＡｕ−Ｓｎ合金製のワイヤの先端部
   に，酸素を含有しない雰囲気ガスを吹き付けるととも
   に，ア−ク放電させてバンプ用のボ−ルを形成する工程
   と，前記キャピラリを降下させて前記ボ−ルに荷重を付
   加することによりこのボ−ルを被接合部に押圧接合する
   とともに，前記キャピラリに超音波振動を付与すること
   により，前記ボ−ル側に連結されるワイヤ部分の切断箇
   所の強度を低下させる工程と，前記キャピラリをわずか
   に上昇させて前記ボ−ルに付加されている荷重を軽減す
   るとともに，前記キャピラリに付与される超音波出力を
   増加してさらに強い振動を与えることにより，前記ボ−
   ル側に連結されるワイヤ部分の切断箇所の強度をさらに
   低下させる工程と，前記ワイヤを引っ張ることにより，
   前記切断箇所において前記ワイヤを切断する工程と，前
   記被接合部に接合された前記ボ−ルを加熱溶融して，前
   記バンプを形成する工程とを有することを特徴とするバ
   ンプの形成方法。