JPS6114740A - ボンデイングパツド - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、金融機器等に用いられる密着型イメージセ
ンサやファクシミリ等に用いられるサーマルプリンティ
ングヘッド等の厚膜導体のゴンディングノｅ、ドに関ス
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にＡｕ細線を用いたサーモソニック方式ワイヤデン
ディングは、デンディング時の低温化や、第１接続点と
なるＡｕ＆−ル作製の容易さから高密度実装を必要とす
る密着型イメージセンサやサーマルプリンテ（ングヘッ
ドに多用されている。

ここでは５金融機器としての紙幣鑑査機に用いられてい
る密着型イメージセンサについて説明するが、この密着
型イメージセンサは第１図に示すように構成されている
。

即ち、第１図中、１はガラス基板等の高抵抗基板上に膜
技術によって一列に高密度に並べた複数の光電変換素子
であり、２は上記光電変換素子１からの光電変換信号に
応答し、信号処理回路等から力る光電変換素子駆動用集
積回路である。３は光電変換素子１の一端１０を共通接
続した共通電極、４は光電変換素子１を集積回路２を通
じて選択的に通電し読取りをするための入力信号群であ
る。尚、光電変換素子１の矢印は、光信号を意味する。

又、上記光電変換素子１の他端１１は、選択的に出力さ
れる集積回路２の出力端子２１に対応するように接続さ
れている。５は集積回路２の出力信号用端子、６は集積
回路２への電源である。このようにして紙幣鑑査機の読
取りは、所望の光電変換素子１を選択的に通電させて行
なわれる。

このような密着型イメージセンサでは、光電変換素子の
数が数百から数十個と多数であるため、駆動回路の集積
化を図り、外部周辺回路の低減を図っている。この場合
に問題となるのは、使用される集積回路の出力が多いた
め、その周辺全ての辺（４辺）に入出力取出し用メンデ
ィングツ平、ドを配置しなければならないことである。

これに伴ない光電変換素子１と接続される配線２２は、
集積回路２の出力端子２１に対応した位置に、ワイヤボ
ンディングの第２接続点が配置されることになる。尚、
ワイヤボンディングはその修繕が容易さ等による自由度
の高い実装技術であることから、一般的に用いられてい
る。又、集積回路２のメンディングパット側をワイヤボ
ンディング時の第１接続点にするのは、集積回路２への
機械的ダメージを与えないために、通常一般的に採用さ
れている。又、出力端子２１の数は、経済性を考慮して
８〜１２８の出力数のものを使用している。従って、上
記光電変換素子１は８〜１２８個単位にて集積回路２の
出力端子２１と接続されることになる。

さて、第２図（、）は、第１図の密着型イメージセンサ
の回路構成の集積回路２周辺の一部を拡大した平面図で
ある。図中、３１は集積回路２上に設けられた入力信号
用ゾンデイングツ９．ドであり、３２も同様に設けられ
た出力信号用デンディング・ｆラドである。又、３３は
入力信号用厚膜導体・母ターン３！ｌに設けられた厚膜
導体のポンプイングツ’？　ラドであり、３４も同様で
出力信号用厚膜導体パターン３４′に設けられたポンプ
イングツ量、ドである。更に３５は集積回路２のポンプ
イングツ？、ド３１．３２と入出力信号用がンディング
ノ４　ｙド３３，３４との結ＭＫ用いるＡｕ細線である
。尚、厚膜導体はその生産性が高いことから入出力信号
用配線材料として多用されている。

次に第２図（ｂ）は（＆）の断面図であり、３６は厚膜
導体３４’、３７が印刷されたアルミナ基板、３７は集
積回路２載置用ダイパツド、３８は集積回路２を上記グ
イ・膏ッド３７上に接着取付けるための接着材である。

尚、図示していないが、上記入出力信号以外に電源用パ
ッド、配線も同時に設けられている。更に、このように
結線された後、やはり図示していないが、高分子系材料
によるＡｕ細線、集積回路及び厚膜導体の機械的保護を
兼ねたパッジページ、ン及び財源構造がとられて密着型
イメージセンサは構成されている。　　　。

ところで従来、ワイヤボンディングとしては、接着材及
び集積回路等への熱的ストレスを与えないため、低温化
が可能なサーモソニ、り方式ワイヤデンディングが採用
されている。しかし、この方式は超音波振動の発生源と
して厚み縦振動を利用した圧電素子を用いていることか
ら、機械的振動そのものに指向性がある。

このようなことから４辺にＨζンディングノ母ツドを有
する集積回路のデンディング／’Ｐ　ｙドと、これに相
対応して配設されセカンドボンド側となる厚膜導体のゲ
ンディングｔＪ？ツドとを結線するとき、超音波ホーン
軸方向の一軸のデンディング条件が採用されると、その
直角方向においてはデンディングがされなかったシ、逆
に超音波ホーン軸に直角方向の一軸のがンデイング条件
が採用されると、超音波ホーン軸方向のセカンド？ンド
部のワイヤ変形量が異常に大きくなるため、そのデンド
ネ、り部か弱くなりゼンディング強度が低いものであっ
た。又、超音波出力の指向性を考慮したセカンド側がン
ディング／４　ｙド形状となってい々いため、特に第２
図（ａ）のように全てのセカンｐ　／４　ｙド形状が同
一だったりして、高密度に配線されるものに至っては、
そのスペースファクタが悪いばか）でなく、第３図（、
）に示すように矢印方向で示す超音波ホーン軸方向が短
辺となったセカンド側ポンプイングツ臂、ドとなってい
た。又、極端な場合は、第３図（ｂ）に示すように隣接
ワイヤ間において、超音波出力の指向性を考慮した・９
ツド形状及び配置になっていないため、接触不良を起こ
すなどのボンディング不良が発生していた。尚、第３図
中、第２図と同一箇所は同一符号を設けている。

以上のことを含め、数百から数千本にわたってワイヤポ
ンディングされた密着型イメージセンサはボンディング
不８に起因する不良が多発し、セカンドがンドとなる厚
膜導体側のポンドはぐり、♂ンディング強度弱、等の初
期不良を含め信頼性の低いものであった。又、このよう
な状態でパターン認識技術をとう載したフルオートボン
ダを利用しても、その不良が発生するたびにボンダが停
止するので、機械稼動率が低いという問題があった。更
に、デンディング強度が低いため、後工程等での作業に
慎重さが要求され、生産性が悪いことは説明する迄も々
い。

（発明の目的〕 この発明の目的は、上記問題点を解消し、厚［導体上で
のプント剥離が発生せず、がンディング強度が向上し、
信頼性高くフルオートボンダに適した極めて生産性の高
いワイヤデンディングをする場合に、サーモンニック方
式ワイヤ？ンダの超音波振動の指向性を考慮した♂ンデ
ィングノ平、ドを提供することである。

〔発明の概要〕

この発明は、発明者らは、サーモソニック方式ボンダの
超音波出力及び印加時間を種々変えて、超音波ホーン軸
方向及びこれに直角方向にワイヤリングしてがンディン
グ強度に最も大きく影響を与えるセカンドボンド部のワ
イヤ変形量、デンディング強度、セカンドボンド部離の
プントリフトの発生具合等について検討し、上記この発
明の目的を達成すべく鋭意研究した結果、超音波ホーン
軸の直角方向については、ワイヤ変形幅Ｗｒ　（ワイヤ
変形幅／ワイヤ直径）が３．５　（Ｗｒ≦４．５、ホー
ン軸方向についてはワイヤ変形長Ｌｒ　（ワイヤ変形長
／ワイヤ直径）が３．０　（Ｌｒ≦３．５の範囲内が望
ましいことを見出している。更にこの発明は、この変形
幅、変形長に適した・母、ド形状比Ｆｒは超音波ホーン
軸に直角方向の・やラド形状比Ｆｒｘ　（ホーン軸方向
の〕４ラド寸法／ホーン軸に直角方向の・母、ド寸法）
が１．４以上、超音波ホーン軸方向のパッド形状比Ｆｒ
ｓが１．２以上であることを見出しこの発明を完成した
。尚、この発明のポンディングｉ４　ｙドは、超音波ホ
ーン軸と、これに直角の両軸方向へワイヤリングするも
のであるばかりでなく、どちらか一方向軸へワイヤリン
グするもののボンディングノ母ツドであってもよい。

〔発明の実施例〕

以下、この発明のボンディングノ母、ドヲ実施例によっ
て詳説するが、超音波出力、印加時間を種々変えてワイ
ヤデンディングを行ないセカンドボンド部のワイヤ変形
幅と長さの関係及び超音波ホーン軸に直角方向及びホー
ン軸方向のそれぞれの軸についてデンディングされない
割合、ポンディング強度比率と変形幅、変形長について
調べたものを以下に説明する。

即ち、第４図は発明者がこの実験に用いたサ一モソニッ
ク方式デンダ（型名ＳＷＢ　−ＦＡ−ＵＴＣ−７（（社
）折用製）の概略平面図である。図中、５１は超音波ホ
ーン５２を移動ならしめるｘ−ｙ移動台である。この超
音波ホーン５２のＸ−Ｙ移動台５１端側には、図示して
いないが、厚み縦振動を利用した圧電素子が取付けられ
ており、これより発生した超音波振動は超音波ホーン５
２を伝導し、その先端に設けられているワイヤ圧接工具
（以下キャピラリと呼ぶ）５３に伝えられる。又、５４
はワイヤデンディングされる試料を載置搬送可能なフィ
ーダである。尚、この試料は、図示していないが、ボン
ディング時に超音波振動等により動かないように、ホー
ルダによシ機械的にフィーダ上面に固定されている。

ここで圧電素子で発生した超音波振動が伝導される方向
、即ち超音波ホーン軸方向をＹ−Ｙ軸とし、これに垂直
方向をＸ−Ｘ方向とする。

次に第５図はセカンドがンド部の概略説明図である０図
中、６１はＡｕ線の外観を保っている部分、６２はキャ
ピラリ５３によって抑圧がンドされた所で、ポンディン
グ強度にはさほど影響を与えない部分、６３はこの変形
度合によりポンディング強度に大きく与えるセカンドが
ンドネ、り部である。又５Ｗは上記変形度合を表わすた
めに用いた変形幅領域を示し、Ｌはその変形長さを表わ
すために用いた領域を示している。以下、このＷ、Ｌを
ワイヤ径にて除し、基準化したものをそれぞれワイヤ変
形幅、ワイヤ変形長と呼ぶ。

さて、実験結果を数多くの実施例及び参考例について示
すと、上記第１表乃至第４表のようになるが、先ず実施
例１〜９及び参考例１〜２５について説明する。

即ち、Ａｇ／Ｐｄ／Ｐｔ系導体ペースト（す４０９３、
デュポン製）を９６％アルミナ基板にスクリーン印刷し
、乾燥後、最高温度８５０℃、保持時間１０分の連続炉
にて焼成し、導体幅０．５■、導体間スペース０．５■
の厚膜導体基板を得て、ワイヤボンディング用試料とし
た。この試料に直径３０μｍＡｕ線（ＦＡタイプ、日中
電子工業（株）製）を先端角度３０°のキャピラリ（型
名１５７２−２０−４３７Ｐ、がイブ製）を用い、サー
モンニ、り方式デンダでｘ−Ｘ方向、Ｙ−Ｙ方向に＆ン
ト９間距離１−のワイヤデンディングを行なった。この
とき、ファスト側がンディング条件はセカンド側の超音
波出力、印加時間のボンディング条件が種々変化しても
？ンド剥離等の初期不良が発生しないように充分大きな
超音波出力１１ｖ、印加時間２０ｍ５＠−に設定した。

又、Ｍンド荷重はテンシ、ンダーゾにて測定し、３０〜
４０１試料ノステ一ジ温度は１６０℃一定にて行なった
。

第１表及び第２表、中はどまでにＸ−Ｘ方向に超音波出
力１０〜２０ｖ５印加時間１５〜３５ｍａｅａまで種々
変化させて得られた試料群３４種類を示す。セカンド部
デンディングカサれない割合は、ボンディング終了直後
に顕微鏡観察にて数え、総ワイヤリング数で除して算出
した。同時にワイヤ変形量は幅Ｗと長さ■、を測長器（
型名ＳＲＣ−１６１０Ｍ、三層工業（株）製）を用い、
顕微鏡下１００倍にて測定し、ワイヤ直径にて除して基
準化した。更にデンディング強度は、デンディング後、
２４時間自然放置したものを引張試験機（型名ＭＰ−■
、ユニテ、り製）を用いて、プント間の中央位置を引張
り測定した。同時にセカンドプント部のＡｕ線と厚膜導
体界面から剥離するゼンドリフトを数え、引張シワイヤ
総数で除してその割合を算出した。尚、がンディング強
度比率は、Ａｕ線の平均破断荷重１６Ｉで除した比率で
ある。これらの測定結果を第１表及び第２表の中はどに
示す。

次に実施例１０〜３７及び参考例２６〜５２について説
明する。

上記と同様に、Ｙ−Ｙ方向についても超音波出力６〜１
５ｖ、印加時間５〜３５　ｍｓ＠ｅまで種々変化させ、
同一方法にて評価した。との結果を第２表の中はどから
第４表に示す。ここでＸ−Ｘ方向、Ｙ−Ｙ方向で超音波
出力及び印加時間の相違は、上記に説明してきたように
超音波出力に指向性があり、Ｘ−Ｘ方向はデンディング
され難く、Ｙ−Ｙ方向はぎンディングされ易いことを示
す。

又、第６図及び第７図には、それぞれＸ−Ｘ方向、Ｙ−
Ｙ方向のワイヤ変形量について横軸を変形幅、縦軸を変
形量として示す。図中、会印は第１表から第４表におい
てデンディングされ麦い割合、？ンドリフトの割合がそ
れぞれ零のものであることを示し、○印は両者かどちら
か一方に上記不良現象が現われたことを示す。

〜１８− これらの図から判るようにＸ−Ｘ方向のワイヤリングに
おいては、そのセカンドプント部のワイヤ変形量は幅方
向、即ち超音波出力の指向性の強い側に大きく変形し、
Ｙ−Ｙ方向については逆にその長さ方向に大きく変形し
ている。又Ｘ−Ｘ方向については変形量、Ｙ−Ｙ方向に
ついては変形幅がそれぞれ２．５前後に集中し、超音波
出力の指向性が弱い方向はキャピラリ先端のワイヤ抑圧
部寸法（約６５μｍ）にだけ依存していることである。

又、第８図はＸ−Ｘ方向の変形幅と・ぐラド形状比Ｆｒ
！を横軸、ビンディング強度比率を縦軸に、第９図には
Ｙ−Ｙ方向の変形量と・豐ツド形状比Ｆｒｓを横軸、ビ
ンディング強度比率を縦軸としてそれぞれ示す。尚、図
中・印、○印の内容は上記第６図、第７図と同じである
。

第８図よりＸ−Ｘ方向のポンディング強度比率は変形幅
に依存し、変形幅が小さいとデンディングされなかった
り、？ンドリフトが現われ、逆に変形幅が大き過ぎると
極度にがンディング強度が低下する。このことよシ、Ｘ
−Ｘ方向については、ノンディング強度が大きく、ノン
ディングされないなどの初期不良及びがンドリフトが発
生しない変形幅Ｗｒ領領域３．５　（Ｗｒ≦４．５とな
る。そして上記したＸ−Ｘ方向の超音波出力の指向性が
弱い方向である変形量は２．５前後であることから、ノ
ンディングの最適変形幅との比Ｆｒ１をとると、１．４
〜１．８となる。即ち、Ｘ−Ｘ方向における超音波出力
の指向性を考慮したセカンド側のポンプイングツ母、ド
形状比Ｆｒｘは１．４以上あれば問題ないととになる。

次に第９図よりＹ−Ｙ軸のノンディング強度比率は変形
量Ｌｒに依存し、Ｘ−Ｘ方向と同様の傾向があり、その
最適範囲は３．０（Ｌｒ≦３．５であり、変形幅（約２
．５）との比をとると、１．２〜１．４となる。即ち、
Ｙ−Ｙ方向についてのノンディング・母、ド形状比Ｆｒ
ｓは、１．２以上あればよいことになる。

以上、超音波出力、印加時間を種々変え、そのときのボ
ンディング初期不良、デンドリアトが発生しないセカン
ドポンド部の変形量を算出し、その結果より超音波出力
の指向性を考慮したセカンド側♂ンディングノ９ッド形
状比をＸ−Ｘ方向、Ｙ−Ｙ方向のそれぞれについて規定
した。

〔発明の効果〕

この発明によれば、超音波ホーン軸に直角方向（ｘ−Ｘ
方向）、ホーン軸方向（Ｙ−Ｙ方向）別々にワイヤリン
グされたワイヤの最も弱い部分であるセカンドポンド部
の変形幅及び長さを考慮し、これに最適な厚膜導体のポ
ンプイングツ量、ド形状比としているので、厚膜導体上
への極めて高信頼にてノンディングができるばかυでな
く、ポンプを停止させることも危く、生産性の向上を計
れる効果を有している。

又、この発明で限定したボンディングノ４．ド形状比に
することにより、セカンドプント部形部がノ平、ドより
はみ出すことが危くなり、隣接パッドとの短絡事故を防
止できるばかりでなく、特にＸ−Ｘ方向における隣接間
のワイヤ接触もＩンディングノ９ツド間が適正に保たれ
るので、減少する。

尚、上記実施例では厚膜導体としてＡｇ／Ｐｄ／ｐｔ系
のものを用いたが、他の厚膜導体に適応しても、同様効
果が望めることは言う迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は密着型イメージセンサを説明する回路図、第２
図及び第３図は密着型イメージセンサに使用させる集積
回路近傍の一部拡大図、第４図はサーモソニック方式が
ンダの概略説明図、第５図はセカンドポンド部を説明す
る概略図、第６図はポンプの超音波ホーン軸に直角方向
のセカンドプント部のワイヤ変形幅と変形量の関係を示
す特性図、第７図はポンプの超音波ホーン軸方向のセカ
ンドポンド部のワイヤ変形幅と変形量の関係を示す特性
図、第８図はポンプの超音波ホーン軸に直角方向のセカ
ンドポンド部の変形幅とがンディング強度比率の関係を
示す特性図、第９図はポンプの超音波ホーン軸方向のセ
カンドポンド部の変形量とゼンデイング強２２一 度比率の関係を示す特性図である。 第１図 第　２　図 （ａ） （ｂ） 第４０図 Ｘ　　　　Ｘ 第５図 第６図 変叫 食Ｙ′／幅 第７図 党焉長

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 厚膜導体へのＡｕ細線サーモニック方式ボンディング用
   のボンディングパッドにおいて、超音波ホーン軸に直角
   方向のパッド形状比Ｆｒ＿１（ホーン軸方向のパッド寸
   法／ホーン軸に直角方向のパッド寸法）が１．４以上、
   超音波ホーン軸方向のパッド形状比Ｆｒ＿２が１．２以
   上であることを特徴とするボンディングパッド。