JPS6126221B2 - - Google Patents

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JPS6126221B2
JPS6126221B2 JP9057278A JP9057278A JPS6126221B2 JP S6126221 B2 JPS6126221 B2 JP S6126221B2 JP 9057278 A JP9057278 A JP 9057278A JP 9057278 A JP9057278 A JP 9057278A JP S6126221 B2 JPS6126221 B2 JP S6126221B2
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ball
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aluminum
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Ian Jonson Keisu
Haauei Sukotsuto Maikeru
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小形の回路要素または回路の電気的相
互接続方法に関し、特に、集積シリコン回路チツ
プを基板回路に接続する場合への適用が期待され
るものに関する。
現在、集積シリコン回路チツプは、例えば直径
25ミクロンのアルミニウムワイヤまたは金ワイヤ
によつて基板回路に接続される。一つの技法にお
いては、アルミニウムまたは金のワイヤをシリコ
ンチツプのパツドまたは基板のパツドに接続する
のに、くさび形の超音波工具が用いられる。
知られた技法の他の一つにおいては、金のワイ
ヤの終端に球（ボール）が形成され、該金のボー
ルは熱圧縮または超音波接合によりシリコンチツ
プまたは基板回路に接続される。ボールは、ワイ
ヤに水素焔を適用するかまたはワイヤと電極との
間に火花放電を生成することにより形成される。
火花放電は、金のワイヤと他の電極との間に、そ
の間の空間に放電が生起するように、充分な電圧
（350ボルトまたはそれ以上）を印加することによ
つて形成される。
ボール接合はくさび状工具を使用する接合に比
していくつかの利点をもつ。さらに、アルミニウ
ムのパツドとワイヤとの間の単金属アルミニウム
接合は望ましいことであり、その理由は、該接合
はもろい金属間化合物の可能性を無くし、信頼性
を増加させまた経済的に有利であるからである。
それにも拘らず、長年の間ボール接合技法をアル
ミニウムに適用することは実用的でないと考えら
れて来た。ワイヤが焔にさらされると、アルミニ
ウムの露出表面上に非常に迅速に形成される酸化
層が満足なボールの形成を妨害する。金のワイヤ
のボール接合用に用いられる火花放電設備を用い
ると、ボールはアルミニウムワイヤ上に形成され
ることは可能であるが、ボールは極度に酸化され
使用不能になる。保護雰囲気（例えばアルゴン）
内においてアルミニウムワイヤ上にボールを形成
しようとする試みがなされると、グロー放電は生
ずるがボールは生成されない。
「ブリテイツシユ・ジヤーナル・オブ・アブラ
イド・フイジツクス」1965年第16巻第865ないし
868頁には、デイー・ベイカー、およびアイ・イ
ー・ブライアンの論文「熱圧縮接合の一つの改良
形態」が報告され、これにおいては、アルミニウ
ムワイヤをボール接合する方法を発展させる試み
がなされたが不成功であつたことが報告されてお
り、この場合には熱源として試みられたもののな
かには、集束レーザビーム、マイクロプラズマ
焔、コンデンサ放電および小形放射加熱器があ
る。しかし、前記著者は、表面酸化物薄膜は、た
とえ加熱が保護雰囲気中で行われても、要求され
るボール終端を形成しようとする表面張力に反抗
するのに充分であることを発見している。
本発明者は、ワイヤと電極との間に、金のワイ
ヤに用いられる電圧（650ボルト）より相当に小
さい、200ボルトより大でない電圧を印加し、ワ
イヤと電極とを一時的に接触させてワイヤ終端を
溶融し火花放電を形成し、その間、火花放電の領
域にシールドガスを供給することにより、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を用いてボールを
形成することが可能であることを発見した。
この方法は、本発明者の特許出願昭和51年第
54834号の主題であり、良好に作動するが、一つ
の欠点を有し、該欠点は火花始動の接触方法のた
めに電極の疲労が増大し、その結果として、放電
が間隙間に始動させられる場合よりも電極の取替
がより頻繁に必要になることである。
本発明者は、間隙において始動する火花放電を
用いて、シールド雰囲気内においてアルミニウム
又はアルミニウム合金のワイヤ上にボールを形成
することが可能であることを発見した。本発明に
よれば、回路要素または端子に対するワイヤのボ
ール接合を許容するために、火花放電によつてワ
イヤ上にボールを形成する方法において、火花放
電はシールド雰囲気内において電極とワイヤとの
間の間隙に350ボルトと10000ボルトの間の電圧を
印加することにより形成され、その場合に回路抵
抗はワイヤ断面における最大電流密度が1.2×109
アンペア毎平方メートルから13.5×109アンペア
毎平方メートルになるように選択される。
電流密度の下限において、この値は金のボール
接合に用いられる値の40倍、上限においては、こ
の値は金の場合の450倍である。金のボール接合
に用いられる電流密度値によれば空気中において
アルミニウム上にボールが形成されるであろう、
しかし、該ボールは酸化の為に欠陥がある。アル
ゴン内においては、グロー放電は、電流密度が少
くとも40の比率で増加しない限り、ボールの形成
なしに、前述と同様な結果をもたらす。
放電用の電流は、コンデンサから供給される
が、該コンデンサは、25ミクロンのワイヤについ
て、0.2マイクロフアラドないし0.5マイクロフア
ラドの値をもつことができる。500ボルトの出力
を有する電源については、回路抵抗は75オームな
いし85オームであるべきであり、この場合に、抵
抗範囲の下限において6.7アンペアの最大電流値
を、抵抗範囲の上限において0.6アンペアの最大
電流値を示す。
本発明者は、上述の範囲内の値を用いることに
より、直径25ミクロンのアルミニウムワイヤを用
い、ワイヤを回路において正側として、アルゴン
内において良質のボールが形成され得ることを発
見した。
本発明をよりよく理解させるために、本発明を
実行するための装置の一例が添附図面を参照しつ
つ記述される。
第１図において、ワイヤ１は、リール２から、
導電性クランプ３および超音波溶接工具６のホー
ン５の終端に形成された細管状ノズル４を通つて
延びている。細管状ノズル４から延びているワイ
ヤチツプは受け台８に位置するマイクロ回路７に
溶接されるべきである。
ワイヤの終端にボールを形成するには、火花放
電がワイヤ１の先端と電極９との間に、約0.125
mmの間隙において、生成される。電極９は、透明
な前方部分１１（図においては断面であらわす）
によつて形成されるホルダ１０に支持され、か
つ、ピポツト腕１２の終端に装着される。駆動手
段１４によつて回動せしめられるカム１３が腕１
２を枢支し電極を球形成のために第１図に示す位
置に前進させ、ついでアーム１２が接合を許容す
る状態を取消すことを許容する。電極ホルダ１０
の透明な前方部分はスロツト１５により形成され
それによりノズル先端およびワイヤが、その前進
につれて、電極ホルダ中を通過することを許容す
る。
第１コンデンサＣ１は、変圧器Ｔおよび整流器
Ｕを通して充電され、また、抵抗Ｒ１を通して、
放電電流を供給する蓄積用コンデンサＣ２に接続
される。コンデンサＣ２はサイリスタThがトリ
ガされると抵抗Ｒ２を通して放電し、アーク放電
が電極９とワイヤ終端との間に開始する。シール
ドガス供給部２４が管２５を通して電極ホルダに
接続される。アーク放電が行われている間、シー
ルドガスは電極とワイヤ先端に沿つて流れ、スロ
ツト１５を通つて流れ出る。
コンデンサＣ２および抵抗Ｒ２の値は前述の範
囲内にある。
ワイヤと電極との間の火花放電は、ワイヤの終
端上にボールを形成するという結果をもたらす。
カム１３が回転を継続するにともない、電極は後
退する。
駆動手段１４はまた、カム３０を駆動する。カ
ム３０は従動子３１を通して腕３２を軸３３のま
わりに枢動させるが、該腕３２の終端上に導電性
クランプ３が装着される。超音波変換器集合体６
がまた、軸３３のまわりに枢動する。第１図に示
す位置において、カム３０は腕３２および変換器
集合体６を枢動させて導電性クランプ３および細
管状ノズル４を、ボールの形成を許容するよう
に、加工片の上方へ上昇させている。ボールが形
成されると、カム３０は導電性クランプ３および
細管状ノズル４が下方へ枢動することを許容する
ように回転し、ボールをマイクロ回路と接触する
状態にもたらす。ばね３４は従動子３１がカム３
０と接触していることを維持する。ついで超音波
変換器６が附勢され、超音波ホーン５を通して作
用し、ノズル４、したがつて、マイクロ回路に対
しワイヤの終端上のボールを振動させ、それによ
り知られている様式で超音波接合を形成する。
前述の様式でワイヤがマイクロ回路に接合され
ると、ワイヤは導出端子３５に接続される。ワイ
ヤを端子３５に接続する態様は本発明の一部を構
成するものではなく、実際には利用できる接合領
域がより大であるためくさび接合が使用され得
る。マイクロ回路への接続のためには、利用でき
る接合領域が小であり、接合を作るために要求さ
れるエネルギの量はより限界的である。望まれる
場合には、細管状ノズル４が、知られた様式で、
導出端子へのくさび接合を作るために使用され得
る。
この例において、マイクロ回路へのワイヤの超
音波接合を図解説明したが、これが本発明者が好
適であると考える接合形式である。しかし、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金のワイヤの終端
上に形成されたボールを熱圧縮接合によつてマイ
クロ回路に接続することもまた可能である。
第２図は、好適な接合用工具の加工端部の断面
を図解説明する。細管状孔部４０が工具を軸方向
に貫通し加工面における拡開状開口４１において
終端する。拡開状開口の壁が工具の軸となす角度
は45゜である。加工面は外径約254ミクロンの実
質的に平担な環状部４２を具備する。拡開状開口
は、接合にさき立つて、アルミニウムワイヤおよ
びボールと接合部に続く回路素子または端子との
機械的位置合わせを改善するために、知られた態
様で、ボールが引き込まれる凹部を提供する。
電極は、好ましくは、タングステンで作られ
る。工具は、通常いくらかのコバルトを含む炭化
チタン又は炭化タングステンで作られることが可
能である。
前述においては、25ミクロンの直径のアルミニ
ウムワイヤを用いての接合についての説明がなさ
れ、回路素子の値はこの直径のワイヤについての
ものが挙げられたが、本発明の方法はまた他の直
径のワイヤについても用いられ得る。例えば、75
ミクロンの直径のアルミニウムワイヤの場合に
は、本発明者は3.1マイクロフアラドのコンデン
サおよび30オームの抵抗を500ボルトの電源とと
もに使用した。
一般的にいえば、コンデンサの静電容量値はワ
イヤの断面積に比例して増加する。本発明は375
ミクロンのアルミニウムワイヤについても適用可
態である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の方法を実施するための、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金のワイヤの先
端上にボールを形成するための回路図を示し、第
２図は本発明の方法によりその上にボールが形成
されるアルミニウムワイヤとともに使用される好
適な接合用工具の図を示す。 （符号の説明）、１：ワイヤ、２：リール、
３：導電性クランプ、４：細管状ノズル、５：ホ
ーン、６：超音波溶接工具、７：マイクロ回路、
８：受け台、９：電極、１０：ホルダ、１１：透
明な前方部分、１２：ピボツト腕、１３：カム、
１４：駆動手段、１５：スロツト、２４：シール
ドガス供給部、２５：管、３０：カム、３１：従
動子、３２：腕、３３：軸、３４：ばね、３５：
端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 回路要素または端子に対するワイヤのボール
    接合を許容するために、火花放電によつてワイヤ
    上にボールを形成する方法において、アルミニウ
    ムまたはアルミニウム合金のワイヤが用いられ、
    火花放電はシールド雰囲気内において電極とワイ
    ヤとの間の間隙に350ボルトと10000ボルトの間の
    電圧を印加することにより形成され、その場合に
    回路抵抗はワイヤ断面における最大電流密度が
    1.2×109アンペア毎平方メートルから13.5×109ア
    ンペア毎平方メートルになるように選択されてい
    ることを特徴とする火花放電によつてワイヤ上に
    ボールを形成する方法。 ２ 電極およびあらかじめ定められた断面積のワ
    イヤを供給するためのワイヤホルダであつて、電
    極とワイヤ先端との間に火花放電を生成させるた
    めの間隙を形成するようにされたものと、コンデ
    ンサと、該コンデンサの充電回路であつて、該電
    極および使用時においてワイヤホルダ内のワイヤ
    に電気的に接続された手段を包含するものとを用
    い、該コンデンサから間隙に印加される電圧が
    350ボルトと10キロボルトとの間であるように選
    択される、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 実質的な直径が25ミクロンであるワイヤを用
    い、回路抵抗が75ないし850オームであるように
    選択される、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 該ワイヤを収容する中央の細管状孔部を有す
    る、炭化チタンまたは炭化タングステンから成る
    接合用工具を用いる特許請求の範囲第１項記載の
    方法。
JP9057278A 1977-07-26 1978-07-26 Method of bonding high voltage aluminum ball Granted JPS5440570A (en)

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GB31346/77A GB1600021A (en) 1977-07-26 1977-07-26 Electrical inter-connection method and apparatus

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JPS5440570A JPS5440570A (en) 1979-03-30
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JP9057278A Granted JPS5440570A (en) 1977-07-26 1978-07-26 Method of bonding high voltage aluminum ball

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JP (1) JPS5440570A (ja)
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