JPS5987829A - ボンデイングボ−ル形成用の被覆ガス制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は毛管（キャピラリ）ワイヤボンディング工具に
よって略保持されているボンディングワイヤ又はリード
ワイＡ７の端部に形成する系ンデイング用のボールの形
成を制御するＩ′ｉ規な方法及びこの様にして形成され
るボールは、特に、集積回路チップのダイパッドへリー
ドワイヤをボールボンデ、Ｃングする場合に使用される
。特に、本発明は反応性被覆ガスの゛供給を制υｎ−Ｓ
＋”＞ことによってボールを形成−する際にボンディン
グ用ボールの特性、１法及び形状を制御する技１ｆｉ　
（’：間り′るものである。外部回路へ接続させる為に
リードフレーム上に装着されているマーイクロ回路ヂツ
ブヘリードワイＡ７をボンディングする場合には、通常
、ポールボンディング技４ｔｉによって行なわれる。こ
のボールボンデ、ｆング技１τｉに於いて１よ、リード
ワイヤ又は示ンデイングワーｒヤを毛ｌ■具内に保持し
、そのリードワイＡ７を工具の端部７Ｊ１１３突出させ
る。

この毛管工具はポールボンディング装量の１部を形成し
ており、集積回路チップのメタライズしたダイパッドの
路上方に位置ｆＪけし゛Ｃ装着されでいる。例えば、ボ
ンデインクワ−１′ヤと別の電極との間にアーク放電を
起こさせることによつ−（リードワイヤ又はボンディン
グワイヤの端部にボールを形成させる。固化させた後、
リードワイＡ７の端部に形成した金属性ボールをメタラ
イズしたダイパッドと密接状態とさゼ、次いで、通常、
熱圧着又は超音波ボンディング技術によってボンドを形
成する。

リードワイヤをボンディングさせる為のボールを形成す
゛る従来の方法に於いては、通常、ボールを形成する工
程に於ける制御上の問題が存在しており、その結果ボン
ディング用ボールの１法及び形状が異なったり酸化した
りするという問題があった。従来のボールボンディング
装置及び方法のその他の欠点は欧州特許出願用（１２４
００８７５，９号に記載されている。この欧州特許出願
用８２４００８７５．９号に記載されている改良された
ボンディングワイヤボール形成装置及び方法に於いては
、毛管工具から延在するボンディングワイＶの端部にボ
ールを形成するものであって、ボンディングワイヤの端
部を実質的にシュラウド又はシールドで包囲し、前記シ
ュラウド又はシールド及びボンディングワイヤの端部を
不活性ガスで充満し、且つ夫々が電極として鵬能する前
記リードワイヤと前記シュラウド又はシールドどの間に
制御した電気的アーク放電を発生させるものである。上
１）シた欧州特許出願に記載されている方法によれＩ、
ｒ２、一様な特性のボールを溶融し形成づる為のエネル
ギを正確に制御し且つ測定することが可能である。特に
、上掲した欧州特許出願に記載されている方法によれば
、制御した電気パルスのパルス列が発生され、且つワイ
ヤとシュラウドとの間にアーク放電を起こさせる為に供
給され、パルス列によつ−Ｃ供袷されるエネルギ百が、
所望の体積を持ったボールを溶融するエネルギ条件と正
確に見合ったものどしている。

本発明は、以上の点に鑑み一゛なされたちのＣあって、
上掲した欧州特許出ｗｒ１第１１２４００８７５．９月
に記載されている発明を更に改良・補充し℃−ボンディ
ングボールの寸法及び形状を制御するど共に、ボールを
形成する為にリードワイヤ７の端部にｈ３いて溶融され
る金属が酸化されることを最小どし、−拝な寸法、形状
及び特性を右するボンディングボ−ルを形成する為の新
規な方法及び装置を提供づることを目的とする。

本発明の１特徴によれば、ボンディングワイＡ７又はリ
ードワイヤを集積回路チップ外ボールボンディングさせ
る為に不活性被覆ガスの存在下に７Ａいてボンディング
ワイヤ又はリードワイヤの端部にボールを形成する方法
に間するものであって、前記不活性＊ｒＭガスに水素を
混合さけることを特徴どするものである。

本発明の別の特徴によれば、ボンディングワイヤ又はリ
ードワイ−７を集積回路チップへボールボンデ、ｆング
させる為の毛管ワイ駕７保持・ボンディング工具内に保
持したボンアイングワイ＼フ又はリードワイヤの端部に
ボールを形成する為の装置に閣づるものであって、ボン
ディングワイヤの端部を実質的に包囲づるシュラウド又
はシールドと、前記シュラウド又はシールドと前記ワ、
ｒヤの端部とを不活性被覆ガスで充満させる被覆ガス供
給手段と、前記シュラウド又はシールドの上流゛位置に
於いて前記被覆ガス供給手段内へ水素ガスを供給混合さ
せる手段と、被覆混合ガス中の水素の体積９６を所望の
範囲に制御する為に前記被覆ガス供給手段内への水素ガ
スの流量を測定・制御覆る手段とを有する装置が提供さ
れる。

本発明の更に別の特徴にＪ：れば、被覆混合ガスを形成
する水素の体積％が安全なレベルに制御されるものであ
るが、ボール形成工稈中実買的に酸化が発生することを
阻止する範囲に制御される。

最も広い”制御範囲は、被覆混合ガス中の水素の体積％
含Ｏ％、例えば５％、と２５％との間の範囲である。前
掲の欧州特許出願第８２４００８７５．９号に開示され
ている電圧及び電流の範囲内の電気的アーク放冷に対す
る好適な範囲としては、被覆混合ガス中の水素の体積％
を約７％乃至１０％の範囲に制御するものである。

本発明は、被覆混合ガス中の水素の体ＩＦ１９６を制御
することよってポンディ＝／グ用ボールの司法及び形状
を制御する新規な技術を提供するもの−Ｕある。通常、
不活性被覆ガスとしではアルゴンを使用するが、比較的
非反応性の任意のガスを使用することが可能なものであ
って、例えば、アルボ〕／。

ヘリウム、キセノン、窒素、その他の希ガスを使用する
ことが可能である。アルゴンを不活性被覆ガスとして使
用する場合には、被−ガス中に混合させる水素の休梢９
６は被覆ガスの特性的熱伝導度に実質的な制御を与える
ことを可能どする。本発明の特徴及び利点は、水素がア
ルゴンよりも１０倍Ｊヅ上の熱伝導度を呈するというこ
とである。その精算、被覆ガス中に於ける水素の消石を
増加させることにより、混合ガスの熱伝導度が増加し、
従って印加されたｎひエネルギをボール形成領１４から
取除くことが可能どなる。

混合させる水素の好適なｐ度範囲は、例′えば、体積９
６で７％乃至１０９６であり、ボールを形成する金属が
酸化されることが水素によって実質的に阻止され、その
結果奇脛な球状の形状をした表面を形成することが可能
となる。しかしながら、水素ガスの溌度を増加させるど
、リードワイヤの端部に形成しているボールへ供給する
よりも゛速く熱が持去られる。での結果−１小さな直径
を右する奇麗なボールが形成される。更に混合’Ａ度を
上げると、例えば、体積％に於いて′１８％程度に於い
ては、小さな卵形状をしたボールが形成される。

最後に、体積９６が２５％のａＩ３￥に於いては、前掲
した欧州特許出ＷＲ第８２４００８７５．９号に記載さ
れでいる様なボール形成工程に於いて使用される電力レ
ベルに於いては形成されるべきボールは消失する。

本発明に基づき被覆ガス中に水素を混合さｌることによ
る利点及び効果は、ボール形成］ニ程中に形成されるこ
とのある様な酸化物、特にｍの６１化物を水素が著しく
減少さけるということである。

即ら、水素は被覆ガス中の酸素と結合し、被覆混合ガス
を脱酸素化させると共に、金ｇボールの表面をクリーニ
ングする。更に、例えば、アルゴンと比較して水素の熱
伝導度が高いので、少叶使用するだけで被ｒ！１混合ガ
スの熱伝）ｒ）度を岡■１１することが可能であり、そ
の際にボールメ＼供給されるエネルギを制御し且つボー
ルの寸法・形状を制御覆ることが可能である。

従つ−（、本発明によれば、ボールを四日する被渭ガス
の熱伝導演を制御し且つ調節することによって供給され
る電気的エネルギを一定に制御することが可能である。

このことは、電子的乃至は電気的なパラメータを一定に
した状態で、被覆ガス内の水素の体積％乃至は比を変化
させることによって達成される。前掲した欧州特許出願
用８２４００８７５．９号に記載されている様な電気的
パルスの制御したパルス列の形状で電気的エネルギを与
えることも可能であり、−力制御したパルス幅を有する
単一パルスの形態で電気的エネルギを与えることも可能
である。本発明に於いて考−されている電圧及び電力レ
ベルは、例えば、前掲した欧州特許出願用８２４００８
７５．９＠に記載されている様なものであり、その場合
には貯蔵した電荷の１％を超えてｆｉｌ’！することが
ないコンデンサから供給される小さな電流状態に於いて
６００ボルトの電気パルスによってアークが形成される
ものである。

以下、添付の図面を参考に本発明の具体的実施の態様に
付いて詳輯に説明する。Ｋ　ｕ　ｌ　１ｃｋ−ｅ’＆　
Ｓ　ｏｆｆａインダストリーズ、インコーホレイテッド
（Ｋ＆Ｓ）ニブル４７８の俤なボールボンγイング特冒
又は前掲した欧州特許出願用８２４０（１８７５，４３
号に記載されているターｆ゛プのし］・Ｕフィツトした
ホールボンディング装置へ本発明に結づい（灯１！口）
Ｒ合ガメを供給する装置を第１図に示しで８”＋　；、
’、＞。被覆用混合ガス源１０は、ｖｃ来のアルニｒ　
＞　ＩＩスクンクと、アルゴン流Ｍ　！ｉ「Ｉ　４を介
しライン′１２にｌ’ｊ）ってアルゴンガスな供給する
為のレギニル−ク（不図示）とを有している。従来の水
素ガスクンク及びし宍ヤニレータ（不図示）が水素ガス
有水素流Ｑｇｌｉ６を介してライン１５に治って氷詰ガ
スを供給するつ＠　Ｉｎ　１１１４及び１Ｇは小型の可
敦面債型流Ｒ訓てあって、アメリカ合衆国、ペンシルベ
ニア１９１１４０　。

ハラ［・フィールドのエマーソンエレク１−リンクカン
パニーのプルツクスインストルメントデビジョンによっ
て製造されているＤｒｏｃｋｓ−一〜１目ｅフローイン
ジケータの様なＦ々絹絹目ロー制御・直接工λ取スケー
ルを有している。ガスライン１２及び１５は、流Ｒ計１
４及び１Ｇの下流側に於いて共通被ｍ混合ガス供給ライ
ン１８へ台流し−Ｃいる。ライン１８は、後述する如く
第２図及び第３図に示したタイプの所謂゛フレームオフ
シールド″へ被覆用ガスを供給する。ライン１５を介し
て軽量された水素がライン１８内のアルゴン又はその他
の比較的不活性な被覆用ガスと混合される。その混合位
置は、フレームオフシールドから十分上流側に離れた位
置であって、水素ガスと不活性被覆用ガスとが実質的に
完全に混合するのに十分な距離である。麹型的なポール
ボンディング装置に於いては、ライン１８は、例えば、
２乃至３フイート（０，６乃至１ｍ）の長さを有するも
のである。ライン１８は、通常、フレームオフシールド
へ接続した柔軟なホースであり、従ってシールドを後退
位置と前進位置どの間を移動することを可能とする。

スＩ・ツクボンディング装置の毛管工具の端部とボンデ
ィングワイヤとを包囲するのに適切な管状シュラウド又
はシールド２５を第２図及び第３図に示しである。シュ
ラウド２５は、例えａ′、ステンレススチール又はその
他の３！Ｉ電性物買から形成されその直径が３ｎ＋Ｉｎ
乃至４＋ｎｎ＋ｃある菅から形成され−Ｃいる。この管
状シュラウドの端部にはノツチ２６が形成されており、
それは１．５乃至２１ＩＩＩＩｌの幅と６乃至７＋ｕ＋
の長さを有している。尚、第３Ｂ図に示した如く、この
ノツチは、毛質工具１３の先端とボンディングワイＡ７
１１の端部とを受納し且つ実質的に取囲む様に適宜１妹
７を決足りる。

管状シュラウド２５は、前述したｊＪｌきアルゴンと水
素との被覆用混合ガスを供給する為の５り管を形成して
おり、可撓性ボースラーＣン１８と接続する為に適宜の
取付具２７へ接続され°Ｃいる。シュラウド２５の端部
近傍であって且つノツチ２Ｇに隣接して電極２８がシュ
ラウドへ電気的に接続されており、従ってシュラウドは
ボンディングワイヤ１１の端部に対し相補的な電極を形
成している。

尚、シュラウドとの接続部に於い１、シュラウドの内側
表面上のタングステンスポット又は区域がボンディング
ワイＡν１１の端部と電極２８との間のアーク放電に対
する好適な領域を提供する様にこのｆＩｉ極を構成する
ことが可能である。

尚、制御したアーク放電を使用するフレームオフサイク
ルを行なう装置に関しては欧州特許出願用８２４００８
７５．９号（１９８２年１１月１７日に公開番号０００
４９３０号として公開）に記載されている。

本発明によ１しは、被覆用混合ガス中の水素の体積９６
を７０−メータ１６によって制御し且つ変化させて特定
の適用に於いてＲ３＠　’Ｊ混合物とすることが可能で
ある。１例として上）ホしたタイプのフローメータを使
用する場合には、各々のガスに対して異なった変換係数
を使用して時間当たりの標準キュービックフィー１−（
ＳＣＦ＋−１）に於けるフローメータスケールから直接
読取った値を実際の流量へ変換させる必要がある。水素
とアルゴンとは特性が異なるので、上述したｌ’３　ｒ
ｏｏｆ’ｓ　−Ｍ　ｉｔｅフローメータを使用した場合
には、水素に対する変換係数は３．８でありアルゴンに
対する変換係数は０．８４９である。アルゴンと水素と
に対して異なった流量を使用して被覆用混合ガスを１９
だ場合の異なった水素の休ｆＭ　９６に対する要約を表
■に示しである。要約した４つの例に於いては、被覆用
混合ガス内に於ける水素の体稍゛当は０９６　＋　１０
９６　＋１８９６及び２５９６である。例えは、欧州特
許出願用８２４００８７５．９号に記載されているポー
ルボンディングＰｉ置及び方法を使用し且つ上）ホした
％の反応性被覆ガスを使用してフレームオフサイクルを
行なった場合のボール形成の結果も表■に示Ｊど共に第
４Ａ図乃至第４Ｄ図に示しである。

第４Ａ図は、本発明に於いて水素を添加することなしに
純粋なアルゴンからなる？ｉ頂用ガスを使用してリード
ワイヤの端部に形成したボンディング用ボール３０を示
している。勿論、その他の不活性ガス又は比較的非反応
性ガスを使用づることが可能である。ボールボンディン
グ用のリードワイヤは、通常、その直径が０．０旧イン
チであり、且つ例示したボンディングボフルは欧州特許
出願用８２４００８７５．９号に記載されている方法を
使用して冑たものである。被慣用混合ガス中に水素を体
積％で７％乃至１０９６の笥添加した場合、本実施例に
於いては１０９６を添加したちのＣＩＦ）るが、同一の
方法を使用した場合には第４Ｂ日に示した桿なボンディ
ングボール３２が冑られる。不活性被覆用ガスに１０％
の体積％で水、素を添加することにより、水素の熱伝導
率が高い為により小さなボンディングボールが１ｑられ
る。ボールの周りに存在するガスの全体的な熱伝導率が
増加されており、その結果ワイＡ７の端部へはより少な
いエネルギが供給される。水素を添加することによる特
徴及び利点は、銅の酸化物を形成することが水素によっ
て減少されているので、ボンディングボールの表面が極
めて奇麗であるということである。更に、水素が被覆用
ガス中のｎｑ素と結合づるので、奇麗なボンディングボ
ールが得られる。

水素の流量を増加させて、被覆用混合ガス中の体積９６
を１８％と覆ると、第４Ｃ図に示した拝な一層小さな楕
円形乃至は卵型をしたボンディングボール３４が１７ら
れる。更に被覆用混合ガス中の水素の体積％を上げて上
限値である２５％とすると、ボールの形成は著しく減少
される。この場合に、被覆用混合ガスの熱伝導率が極め
てｈいので、欧州特訂出願第８２４００８７５．９号の
装置及び方法に於いて使用されている電気的放電１ネル
ギでボンディングボールを形成”する為の十分な熱エネ
ルギがボンディングワイヤ１１の端部３Ｇから基本的に
取去られていることを意味している。従って、ストック
ボールボンディング装置に７１３い゛Ｃボールを形成す
る為に使用される電気的’Ｊｉ　、：？ルギの（〒準し
ベルに於いては、本発明の目的を達成覆る為には、体積
％で２５％の水素が反応性水素ガスを添加する為の上限
を形成している。

体積％が７９６乃至１０％である水素を添加す°る好適
範囲に於いては、本発明の方法は十分に安全係数内のも
のである。何故ならば、体積９６に於いて１０９６以下
の水素を含有づる混合ガスは不燃性と看做すことが可能
だからである。

以上、本発明の具体的実施、の態怪について詳絹に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。

表　　１ ０，４　　　　　０．３４　　　　　０　　　　　　０
　　　　　　０　　　　　３．０ミル丸 ０．４　　　　　０．３４　　　　０．０１　　　　０
．０３８　　　１０　　　　　２．５ミル九 ０．４　　　　　０，３４　　　　０．０２　　　　０
．０７（ｉ　　　　１８　　　　２．０−２．４ミル楕
円 ０．４　　　０，３４　　０．０３　　０．１１４　　
２５　　　０ボール無

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づき被覆用混合ガスを制御する為の
ガス混合装置を示した概Ｐ８図、ｍ２図はリードワイヤ
又はボンディングワイヤの端部へ被覆用混合ガスを供給
する為のシールド又はシュラウドを示した説明図、第３
Ａ図はリードヮイＡ７の端部をシュラウド内に受納させ
る前のシュラウドとリードワイ１７の端部の詳細を示し
た斜視図、第３Ｂ因はボール形成の準備を行なう為にリ
ードワイヤの端部をシュラウド内に包囲さｌ！た場合の
状態を示した斜視図、第４Δ図は不活１生被書ガスを使
用して欧州特許出願第８２４００８７５．９号に記載さ
れている方法で形成したボンディングボールを示した説
明図、第４Ｂ図は好）商範囲でおる体積％で７％乃至１
０％の水素を含有りる反応性？Ｉ！１頂用混台用混合ガ
スして本発明方法に基づい゛Ｃ形成したにり寸法の小さ
なボンディングボールを示した説明図、第４Ｃ図はより
高い水素の体積９６、例えば１８％を使用して本発明方
法に基づいて形成したより寸法の小さい卯型形状をした
ボンディングボールを示した説明図、第４Ｄ図は被覆用
混合ガス中の水素の体積９６を上限値である２５％で本
発明方法に基づいてボンディングボールを形成すること
ができなかった状態のリードワイ（７又はボンディング
ワイヤの端部を示した説明図、である。 （符号の説明）− １２：　アルゴンガスライン １４．１１３：　　流−計 １５：　水素ガスライン １８：　混合ガス供給ライン 特許出願人　　　フェアヂアイルド　カメラアンド　イ
ンスＩ〜ルメンＩ・ コーポレーション 代　　理　　人　　　　　小　　　橋　　　−男゛□同
　　　　　　　　小　　　橋　　　正　　　明　：’Ｊ
４　　゛！ −■の！？ｉＵ（内容に変更なし） ＦＩＧ＋ ７ ＩＧ３Ａ ＩＧ　４Ｄ 手続補正内 昭和５８年１１月７１日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事１′１ノ表示　　１１１７ｆ０５８年　特　訂　
Ｈｍ　　１８７１５６　　’Ｆｔ２、発明の名称　　　
ボンディングボール形成用の被覆ガス制御３、補正をづ
る者 事件どの関係　　　特に′ｆ出願人 コーポレーション ４、代Ｊｇ！人 ５、補正命令の日付　　　自　　発 Ｇ、？ｌｌｉ正により増加づる発明の＠　　　な　　し
７、補正の対象　　　　　委　任　状、　図　　面８、
補正の内容　　　　　別紙の通り １４１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不活性被覆ガスの存在下に於いてボンディングワイ
   Ａ７又はリードワイヤの端部にボールを形成し前記ワイ
   Ｖを集積回路チップへボールボンデインクさせる為のボ
   ールの形成方法に於いて、前記不活性被覆ガスに水素を
   混合させたことを特徴とする方法。 ２、上記第１項に於いて、前記ボンディングワイヤ又は
   リードワイＡ７を毛管ワイヤ保持・ボンディング工具内
   に保持しており、前記ワイヤの端部をシュラウド又はシ
   ールドで実質的に取囲み、前記シュラウド又はシールド
   及び前記ワイヤの端部を不活性被覆ガスで充満させ、前
   記ワイＡ７と前記シュラウド又はシールドとの間に電気
   的アーク放電を起こさせて前記ワイヤの端部に溶融状態
   のボールを形成させる各工程を有するボール゛形成方法
   に於いて、前記シュラウド又はシールドへ不活性被覆ガ
   スの流れを発生させ、前記不活性被覆ガスとは別の水素
   ガスの流れを発生さＩ、且つ前記水素と不活性ガスとが
   前記シュラウド又はシールドに到達するまでに実質的に
   完全番こ混合することが可能である俤な前記シュラウド
   又はシールドの上流側の位置に於いて前記水素ガスの流
   れと不活性ガスの流れとを混合させ、前記混合ガス中に
   於ける前記不活性被覆ガスに対する水素の体積９６を制
   御することを特徴とする方法。 ３、上記第１項又は第２項に於いて、前記混合を行なう
   工程に於いて、混合ガス中の不活性被覆ガスに対する水
   素の体積％を０％ど２５９６との間の範囲内に制御ブる
   ことを特１１ＱＩどする方法。 ４、上記第１項又は第２項に於いて、前記混合を行なう
   工程に於いて、前記混合ガス中の不活性被覆ガスに対す
   る水素の休（４％を約７％乃至１０％の範囲に制御する
   ことを特徴どづる方法。 ５、上記第１項又は第４１への何れか１項に於いて、前
   記不活性ガスがアルゴンを有することを特徴とする特許 ６、ボンディングワイヤ又はリードワイヤを集積回路ヂ
   ツプヘボールボンディングさせる為に毛管ワイヤ保持・
   ボンディング工具内に保持したボンディングワイヤ又は
   リードワイヤの端部にボールを形成する装置に於いて、
   前記ボンディングワイＡ７の端部を実質的に取囲む為の
   シュラウド又はシールドと、前記シュラウド又はシール
   ドと前記ワイヤの端部とを不活性被覆ガスで充満させる
   被覆ガス供給手段と、前記シュラウド又はシールドの上
   流側の位置に於いて前記被覆ガス供給手段内に水素ガス
   を供給・混合させる手段ど、被覆混合ガス中の水素の体
   積９６を所望の範囲に制９１１する為に前記被覆ガス供
   給手段内への水素ガスの流量を測定・制御する手段とを
   有することを特徴とする装置。