JPH1116916A - バンプ電極形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半田ワイヤを用いてＡｕ電極上にウエッジボン
ディングによるバンプ形成を行う場合、ボンド不着率を
低減できるバンプ電極形成法を提供する。 【解決手段】基板１の配線上に形成されたパッド電極２
上に、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎのうち何れか１種を主成分とす
るワイヤＷを用いてウエッジボンディングし、該ワイヤ
をネック部で切断してウエッジバンプ３を形成した。該
ウエッジボンディングの際に加熱装置８により、上記パ
ッド電極２の温度を、７０℃を越え１５０℃以下に加熱
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子部品におけるバ
ンプ電極の形成方法に関し、特には半導体装置の実装に
用いて有用なバンプ電極の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体素子や半導体装置等の
電極と基板電極を接続する方法として、ワイヤ接続方法
とバンプ接続方法が知られている。ワイヤ接続方法は、
半導体素子等の電極上にワイヤの先端を第１ボンディン
グし、該ワイヤをループ状に配線した後、基板等の電極
上に第２ボンディングするものである。該接続方法はボ
ンディング装置によって量産出来る方法であるが、電極
を１個づつ接続する作業のため工数がかかると共に、ワ
イヤをループ状に配線するので半導体素子等における電
極の配置が配線面の外周部に限定され、高密度実装に限
界があるという欠点があった。

【０００３】これに対しバンプ接続方法は、半導体素子
等の電極と基板等の電極とを金属突起（バンプ電極）に
よって接続する所謂ワイヤレス接続法であり、半導体素
子上にパッド電極をエリアアレイ状に配列することが可
能であることなどから、ワイヤ接続方法における上記欠
点を解消し得るものの、以下のような問題点が無いとは
いえなかった。すなわち、従来のバンプ電極形成方法と
して、例えば特開平２−２３７１１９号公報の第８図に
開示されるように、基板上にバリヤメタルを蒸着法によ
り形成し、次いでレジスト形成した後、基板電極上にバ
ンプ電極をメッキ法により形成し、さらにレジスト除
去，不要部分のバリアメタルのエッチングによりバンプ
電極を完成する方法が知られている。この方法による
と、大掛かりなバンプ製造設備が新たに必要であると共
に、製造工程が複雑であるという問題があり、バンプ電
極をより簡単に形成可能な技術が望まれていた。

【０００４】このような要求に対応する手段として、例
えば特開平８−２３６５２７号公報等に開示されるよう
に、金属ボールをボール保持具で保持して電極上面に接
合させるバンプ電極形成方法が知られているが、該形成
方法においては、直径ばらつきの少ない金属ボールの製
造が困難であり、所定径の金属ボールを選別する作業が
面倒なため、コスト面で実用上限界がある。また、特開
昭６０−１３４４４４号公報に開示されるように、ワイ
ヤの先端を加熱溶融させて形成したボールを用いたボー
ルボンディングによるバンプ形成方法も従来から知られ
ているが、ボールボンディングする際に、２００〜２５
０℃での基板の加熱が必要であるため、樹脂結合材基板
を用いる場合に該基板を損傷する虞れがあり、用いる基
板の素材が限られるという問題がある。

【０００５】一方、例えば特開平２−２３７１１９号公
報等に開示されるように、ウエッジ形のツールでワイヤ
の先端部を電極に押圧接合後、該押圧接合した先端部か
らワイヤを切断して金属バンプ（ウエッジバンプ）を形
成することで、上記した金属ボールやボールボンディン
グによる問題点を解消して簡便な方法で形状の優れたバ
ンプ電極を形成し得る、ウエッジボンディングによるバ
ンプ電極形成方法も従来から知られている。また特開平
２−２３７１１９号には、ウエッジボンディングによる
バンプ電極形成用材料として、Ａｌワイヤ、Ａｕワイ
ヤ、Ｐｂ−Ｓｎ共晶半田ワイヤを用いることが開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、上記ウエ
ッジボンディングによるバンプ電極形成方法についてよ
り詳細に検討すると、バンプ電極形成用材料としてＡｌ
ワイヤ、Ａｕワイヤ等を用いた場合、基板に対して融点
が高すぎると共に、特にＡｕは高価であるという欠点を
有している。そこで、Ｐｂ−Ｓｎ共晶半田ワイヤを用い
ることが検討されたものの、高度な信頼性が要求される
半導体装置等の電子部品の実装において、耐蝕性に優れ
たＡｕ電極を用いた場合、ウエッジボンド不着が多発す
るという問題を有している。ウエッジボンド不着が発生
すると手直しのボンディングが必要となり、作業能率が
低下するという不具合を生じる。

【０００７】本発明は前述の従来事情によりなされたも
のであり、その目的とするところは、半田ワイヤを用い
てＡｕ電極上にウエッジボンディングによるバンプ形成
を行った場合においても、ボンド不着率を低減できるウ
エッジボンディングによるバンプ電極形成方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係るバンプ電極形成方法は請求項１記載
のように、基板配線上に形成されたパッド電極上に、Ｐ
ｂ，Ｓｎ，Ｉｎのうち何れか１種を主成分とするワイヤ
を用いてウエッジボンディングし、該ワイヤをネック部
で切断するバンプ電極形成方法において、上記パッド電
極温度を、７０℃を越え１５０℃以下に加熱制御してウ
エッジボンディングすることを特徴とする。

【０００９】上記パッド電極はＡｕ又はＡｕ合金である
ことが好ましい。また上記ウエッジボンディングが超音
波を印加するものであることが好ましく、該超音波の印
加時間が１〜３０ｍｓｅｃであることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明をさらに詳しく説明する。本発明に用いるバンプ電極
形成用の材料は、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎのうち何れか１種を
主成分とする合金組成とすることが必要である。ここで
主成分とは、合金を構成する成分の中で最も多い成分を
いう。このなかで、主成分は５０％以上であることが好
ましく、さらに好ましくは６０％以上である。

【００１１】また具体的な組成系としては、Ｐｂ，Ｓ
ｎ，Ｉｎのうち何れか１種を主成分とし、Ｆｅ，Ｎｉ，
Ａｇのうち少なくとも１種を１〜１０重量％含有した組
成系をあげることができる。

【００１２】また上記材料の製造方法として、通常はイ
ンゴットを押出し、伸線して製造するが、液体急冷法に
より得られた素線を伸線して製造することにより引張り
強度を高めることも出来る。

【００１３】また上記材料の形状は、ワイヤ状、テープ
状の何れでもよいが、生産性を考慮するとワイヤ状の方
が好ましい。バンプ電極に要求される大きさを考慮する
と、ワイヤの直径は０．０３〜１．０ｍｍであることが
好ましい。

【００１４】また本発明では、印刷回路用銅張積層板を
総称して基板という。樹脂結合材基板、セラミックス基
板、リードフレーム等が例示出来る。この中で、樹脂結
合材基板とは、印刷回路用銅張積層板の中で、基材の結
合材料に主として樹脂を用いたものをいう。紙・フェノ
ール銅張積層板、紙・エポキシ銅張積層板、ガラス・エ
ポキシ銅張積層板、ガラス・ＢＴエポキシ銅張積層板等
が例示出来る。本発明ではこれらの基板の中でも、前記
ガラス・エポキシ銅張積層板、ガラス・ＢＴエポキシ銅
張積層板が好ましく用いられる。

【００１５】本発明において基板上のパッド電極とは、
配線上に形成されるバッファー電極をいう。一例を図２
（ｂ）で説明すると、図中の符号１１は基板で、該基板
１１上には図示しない配線（回路）が形成され、且つそ
の配線上の所定複数箇所にパッド電極１２が形成され
る。該パッド電極１２は、必要に応じてＮｉ下地を形成
した後Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂのうち何れか１種
を主成分とした合金パッド電極、例えばＰｂ−Ｓｎ合金
パッド，Ｃｕパッド等として形成される。これらの中で
も、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎのうち何れか１種を主成分とする
と、ウエッジボンディングによるウエッジバンプの接合
性が向上して好ましい。また、耐蝕性を考慮すれば、Ａ
ｕを用いることが良い。該パッド電極の形成はメッキ法
が用いられる。

【００１６】パッド電極としてＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ
のうち何れか１種を主成分として用いた場合、さらにそ
の表面部にＰｂ、Ｓｎのうち何れか１種を主成分とする
被膜が形成されると、ウエッジボンディングによるウエ
ッジバンプの接合性が向上して好ましい。

【００１７】本発明になるバンプ電極形成方法において
は、前記電極材質の何れを用いても良いが、特には電極
材質として耐蝕性に優れたＡｕを用いた場合、信頼性の
高い半導体装置を製造するに際して特に効果的であり好
ましく用いられる。

【００１８】以下、バンプ電極形成方法について詳述す
る。本発明になるバンプ電極形成法は、ウエッジボンデ
ィングによって、基板上のパッド電極上にバンプ電極を
形成するものである。この際、前記パッド電極温度が７
０℃を越え１５０℃以下になるよう加熱を施すことが必
要である。パッド電極材質にＡｕを用いた場合、前記パ
ッド電極温度が７０℃以下のとき不着率が増加する。ま
た１５０℃を越えるとウエッジツールへのワイヤの詰ま
りが著しくなってくる。

【００１９】図１は、加熱装置８の上に基板１を載置
し、前記温度にパッド電極２を加熱してウエッジボンデ
ィングする一例である。（ａ）図に示すように、ウエッ
ジ形のツールＴでワイヤＷの先端をパッド電極２に押圧
し、好ましくは超音波を印加して接合する。超音波の印
加は出力０．２〜２．０Ｗ、印加時間は０．８〜４０．
０ｍｓｅｃであることが好ましい。さらに好ましくは、
印加出力０．２〜２．０Ｗで印加時間１．０〜３０．０
ｍｓｅｃ、最も好ましくは、印加出力０．３〜１．６Ｗ
で印加時間１．０〜３０．０ｍｓｅｃである。次いで
（ｂ）図に示すように、前記ツールＴを斜め上方へ若干
上昇させた後、カッターＣを用いて、パッド電極２に接
合した先端部とワイヤＷとの境界部（ネック部）にノッ
チを入れ、しかる後ツールＴと共にワイヤＷを上昇させ
てノッチ部分で前記先端部とワイヤＷを切断し、ウエッ
ジバンプ３を形成する。若しくは、上記先端部をパッド
電極２に接合させ、次いで前記ツールＴを斜め上方へ若
干上昇させた後、該ツールＴを再び下降させてワイヤＷ
を押え込み、その状態でカッターＣを用いて上記境界部
（ネック部）にノッチを入れ、しかる後ツールＴと共に
ワイヤＷを上昇させてノッチ部分で前記先端部とワイヤ
Ｗを切断し、ウエッジバンプ３を形成しても良い。使用
するワイヤＷが直径０．３ｍｍ以下のとき、カッターＣ
を用いることなしに、上記先端部を押え込んだ状態でワ
イヤＷを引張って切断することも出来る。

【００２０】ここでウエッジバンプとは、バンプ電極形
成用材料をウエッジボンディングし、該材料から切断し
た状態のバンプをいう。

【００２１】上記のようにウエッジボンディングにより
バンプ電極形成用材料（前記例ではワイヤ）をボンディ
ングし、該材料をネック部で切断してウエッジバンプを
形成した後、該ウエッジバンプを７０〜２５０℃で加熱
する方法は、パッド電極とバンプ電極の接合性を向上さ
せるため、好ましく用いられる。さらに好ましい加熱温
度は１００〜２００℃である。本加熱を行うとき、Ａ
ｒ、Ｎ2 雰囲気が好ましい。本加熱は、パッド電極とバ
ンプ電極の接合性が十分得られている場合は特に必要な
いものの、接合性をさらに向上させることが要求される
場合に効果的に用いられる。

【００２２】上記のようにしてウエッジバンプを形成し
た後、加熱をして該ウエッジバンプをボール状にし、ボ
ールバンプを形成する。この加熱を行うとき、Ａｒ、Ｎ
2 雰囲気が好ましい。また加熱温度はバンプ電極形成用
材料の組成により変わるが、該材料の融点＋４０〜６０
℃で加熱することが好ましい。

【００２３】次に、ウエッジバンプを形成した半導体装
置等の電子部品を実装する例を、図２を参照して説明す
る。図２の（ａ）図は、ヒーター１９を内蔵した加熱装
置１８により基板１１を介してパッド電極１２を加熱
し、上記した図１の手順によりウエッジバンプ１３を形
成した状態を示す。（ｂ）図は、該ウエッジバンプ１３
を加熱してボールバンプ１３’を形成した状態を示す。
さらに（ｃ）図に示すように、前記ボールバンプ１３’
を介して半導体素子１４のパッド電極１５を基板１１の
パッド電極１２に接合せしめるをもって、基板１１上に
半導体素子１４を実装する。最後に（ｄ）図のように半
導体素子１４を封止樹脂１６で封止して、半導体装置１
７が完成する。

【００２４】前述のように、本発明において使用するバ
ンプ電極は、半導体素子を基板に実装した半導体装置、
実装部品をさらに基板に実装したハイブリッドＩＣ等の
電子部品に用いて好適である。

【００２５】

【実施例】以下、上述した各種条件を採用した本発明の
方法による実施例を説明する。 （実施例１）Ｐｂに所定量のＳｎ，Ａｇを添加し、溶解
炉で溶解した後、鋳造して６０重量％Ｓｎ、２重量％Ａ
ｇ、残部Ｐｂからなる組成の直径１００ｍｍのインゴッ
トを得て、直径２ｍｍに押出し、伸線により直径０．１
ｍｍのワイヤに仕上げた。該ワイヤをウエッジボンダー
を用いて、図１（ａ）に示すように、基板上のパッド電
極にウエッジボンディングし、ワイヤを切断してウエッ
ジバンプを形成した。基板としてガラス・エポキシ基板
を用いて、Ｃｕ配線上にＡｕめっきしてパッド電極とし
た。さらに基板を下方から加熱して、パッド電極温度を
９０℃とした。ウエッジボンディングは荷重１２０ｇ、
出力０．２Ｗ、出力時間５ｍｓｅｃの条件で行った。ウ
エッジツールへの詰まりが生じるまでウエッジボンディ
ングによるバンプ形成を最高１００００回行い、該ボン
ディング回数に対する、顕微鏡観察によるボンド不着個
数をボンド不着率とし、ウエッジ詰まりまでのボンド数
と共に試験した。試験結果は、ボンド不着率は１０％で
あり、ウエッジツールへの詰まりは１００００回まで生
じなかった。試験条件及び試験結果を表１，表２に示
す。尚、表２中、ウエッジ詰まりまでのボンド数として
１００００回のウエッジボンディングを行っても詰まり
が生じなかったものは１００００以上と表示した。

【００２６】（実施例２〜１７／比較例１〜２）試験条
件として基板材質、ウエッジボンディング荷重、超音波
条件としての出力及び出力時間、パッド電極温度を表１
のようにしたこと以外は、実施例１と同様にしてワイヤ
を製造し、ウエッジバンプを形成した。これらの試験条
件と、試験結果としてボンド不着率とウエッジボンド詰
まりまでのボンド数を表１及び表２に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】以上の測定結果から、半田ワイヤを用い
て、パッド電極上にウエッジボンディングによりバンプ
形成を行う場合、ボンド不着率の低減，ウエッジボンド
詰りまでのボンド数の向上を図るためには、パッド電極
温度を７０℃を越え１５０℃以下に加熱してウエッジボ
ンディングすることが有用であることが確認できた。す
なわち、本発明に係る実施例１〜１７は、パッド電極温
度を７０℃を越え１５０℃以下に加熱したものであり、
同温度が７０℃以下又は１５０℃を越える比較例１，２
との対比から、本発明の課題に対して有利な効果が得ら
れることが確認できた。

【００３０】また、実施例７とそれ以外の実施例の対比
から、印加出力０．２〜２．０Ｗで印加時間１．０〜３
０．０ｍｓｅｃの時により好ましい効果が得られ、さら
に実施例１とそれ以外の実施例の対比から、印加出力
０．３〜１．６Ｗで印加時間１．０〜３０．０ｍｓｅｃ
の時に最も好ましい効果がえられることが確認できた。

【００３１】尚、実施例１、７と比較例２を対比した場
合、ボンド不着率の点では比較例２の方が好ましい結果
を得られるが、該比較例２はウエッジボンド詰りまでの
ボンド数が２００回であり、実用上不適であることはい
うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、基板配線
上のパッド電極上に、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎのうち何れか１
種を主成分とするワイヤを用いてウエッジボンディング
し、該ワイヤをネック部で切断するバンプ電極形成方法
において、上記パッド電極温度を７０℃を越え１５０℃
以下に加熱してウエッジボンディングすることで、前記
パッド電極にＡｕ電極を用いたとしても、ボンド不着率
を低減せしめて、作業能率の向上を図ることができる。
従って、バンプ電極の形成材料としてコスト面で有利な
半田ワイヤを用いる一方、パッド電極には耐蝕性に優れ
たＡｕ電極を用いて、ウエッジボンディングによりバン
プ電極を形成するに際し、ボンド不着やウエッジ詰り等
の不具合を解消し、高密度実装が可能なバンプ接続方法
の利点をより実効あるものとし得るバンプ電極形成方法
として、電子部品，半導体装置の組み立て等に好適に用
いることができる。

【００３３】また、上記パッド電極がＡｕ又はＡｕ合金
である場合は、パッド電極の耐蝕性等が高まり、信頼性
の高い電子部品，半導体装置の組み立てにより好適に用
いることができる。さらに、上記ウエッジボンディング
が超音波を印加したものであること、該超音波の印加時
間が１〜３０ｍｓｅｃであること等は、ボンド不着率を
低減する上で特に好ましく、前述の効果をより実効ある
ものとし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るバンプ電極形成方法の実施の形
態の一例を示す簡略図。

【図２】 本発明で形成したバンプ電極を用いて半導体
装置を基板へ実装する形態の一例を示す簡略図。

【符号の説明】

１，１１：基板 ２，１２：基板上のパッド電極 ３，１３：ウエッジバンプ ８，１８：加熱装置 １４：半導体素子 １７：半導体装置 Ｔ：ウエッジ形のツール Ｗ：ワイヤ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板配線上に形成されたパッド電極上
   に、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎのうち何れか１種を主成分とする
   ワイヤを用いてウエッジボンディングし、該ワイヤをネ
   ック部で切断するバンプ電極形成方法において、上記パ
   ッド電極温度を７０℃を越え１５０℃以下に加熱してウ
   エッジボンディングすることを特徴とするバンプ電極形
   成方法。
2. 【請求項２】 上記パッド電極がＡｕ又はＡｕ合金であ
   ることを特徴とする請求項１記載のバンプ電極形成方
   法。
3. 【請求項３】 上記ウエッジボンディングが超音波を印
   加したことを特徴とする請求項１又は２記載のバンプ電
   極形成方法。
4. 【請求項４】 上記超音波の印加時間が１〜３０ｍｓｅ
   ｃであることを特徴とする請求項３記載のバンプ電極形
   成方法。