(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定長さの金属細線の先端を金属平板上にボールボンディングした試料を用いた疲労試験方法であって、前記試料を構成する金属平板を固定端とし、前記金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を自由端とすると共に、前記金属細線の長さ方向所定位置に繰り返し荷重を付与する金属細線の疲労試験方法。
【請求項２】
上記繰り返し荷重の周波数を１〜１０００Ｈｚの範囲に設定すると共に、繰り返し荷重を付与する金属細線の所定位置が荷重スパン５０〜５０００μｍであることを特徴とする請求項１記載の金属細線の疲労試験方法。
【請求項３】
所定長さの金属細線の先端を金属平板上にボールボンディングした試料を用いた疲労試験装置であって、前記試料を構成する金属平板を固定端とすると共に、該金属平板の側面部に前記金属細線先端をボールボンディングし、且つ該金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を自由端として、前記金属細線を水平方向に支持し、さらに該金属細線の長さ方向所定位置に繰り返し荷重を付与する治具を備えた金属細線の疲労試験装置。
【請求項４】
上記金属細線の断線検出装置を有することを特徴とする請求項３記載の金属細線の疲労試験装置。
【請求項５】
上記繰り返し荷重付与治具をスライド自在に設けてその配設位置を金属細線の長さ方向に調節可能とすると共に、前記繰り返し荷重付与治具による繰り返し荷重付与周波数を調節可能に形成したことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の金属細線の疲労試験装置。
【請求項６】
金属細線の断線検出装置が、金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を液体金属に浸漬させて液体金属、金属細線、ボールボンディング部、金属平板を配線した回路の導通を検出し、導通不良に至る迄の繰り返し荷重回数を表示する装置であることを特徴とする請求項４記載の金属細線の疲労試験装置。
【請求項７】
金属細線をボールボンディングした金属平板を室温以上から５００℃の範囲で加熱する加熱装置を有する請求項３〜６のいずれか１項に記載の金属細線の疲労試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップ上のＡｌ電極と外部リードを配線する為に用いるボールボンディングした金属細線ネック位置の疲労試験方法及び疲労試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＩＣチップ上のＡｌ電極と外部リードを配線する為に、金属細線の先端に形成したボールを前記Ａｌ電極上にボールボンディングし、ループを形成した後、該ループの末端に相当する金属細線の所定箇所を外部リードに超音波圧着し、且つその圧着箇所で金属細線を切断して配線する方法が主流となっている。
前記ボールボンディングとは、金属細線の先端を溶融してボールを形成し、該ボールを熱圧着する金属細線のボンディングであり、好ましい態様としては超音波の付加が併用されている。
【０００３】
ここで、上記のように配線した後の半導体装置の組立て作業中、コンベアや運搬車による移動中等に該半導体装置が振動に晒され、前記配線に断線が生じる虞れがある。
このような問題の防止対策として、前記断線防止に効果的な材料を開発するために、各種試験方法が提案されている。
例えば特開平２−２６０６４４号公報、特開平５−１７９３７５号公報には、ＩＣチップと外部リードを上記のようにして配線した後、これをカセット又はマガジン等の容器に収納し、該容器のまま振動に晒す試験方法が開示されている。また特開平５−９６２４号公報には、リードフレーム上にボールボンディングしたワイヤー先端に重りをぶら下げ、ワイヤーと所定角度をなすようボンディング面を回転させるネック部の強制曲げ試験方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記断線防止に効果的な材料を開発するための指標として、前記カセット等の容器に収納したまま振動に晒す試験方法では、材料が持つ振動性能とループ高さの影響に基づく振動性能の複合効果としての結果が出てくる。即ち、ボンディング条件によりループ高さが変わってくるため、試験結果にループ高さの影響が含まれて、材料そのものの振動性能の指標としては不十分である。また、金属細線の両端に何れも自由端を有しない上記強制曲げ試験方法では、材料を強制的に曲げた時の曲げ性能を測定しているものであり、自由に振動するボールボンディングした金属細線の振動性能の指標としては不十分である。
【０００５】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ループ高さの影響を含むことなく、金属細線固有の振動性能（以下「疲労」という）を測定することが出来る新規な疲労試験方法及び疲労試験装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る疲労試験方法は、所定長さの金属細線の先端を金属平板上にボールボンディングした試料を用い、前記金属平板を固定端とし、前記金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を自由端とすると共に、前記金属細線の長さ方向所定位置に繰り返し荷重を付与することを要旨とする。
上記繰り返し荷重の周波数を１〜１０００Ｈｚの範囲に設定すると共に、繰り返し荷重を付与する金属細線の所定位置が荷重スパン５０〜５０００μｍであると好ましい。
【０００７】
また本発明に係る装置は、所定長さの金属細線の先端を金属平板上にボールボンディングした試料を用いた疲労試験装置であって、前記試料を構成する金属平板を固定端とすると共に、該金属平板の側面部に前記金属細線先端をボールボンディングし、且つ該金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を自由端として、前記金属細線を水平方向に支持し、さらに該金属細線の長さ方向所定位置に繰り返し荷重を付与する治具を備えたことを要旨とする。
上記疲労試験装置は、金属細線の断線検出装置を有することが好ましい。
また、上記繰り返し荷重付与治具をスライド自在に設けてその配設位置を金属細線の長さ方向に対して調節可能とすると共に、該繰り返し荷重付与治具による繰り返し荷重付与周波数を調節可能に形成すると良い。前記周波数を調節可能にするための具体的手段の一例として、荷重付与治具の駆動源として圧電素子を用い、該圧電素子に供給する電流を電流制御器等により制御して、該圧電素子の駆動周波数及び振幅量を制御するよう構成することが挙げられる。
また、上記金属細線の断線検出装置が、金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を液体金属に浸漬させて液体金属、金属細線、ボールボンディング部、金属平板を配線した回路の導通を検出し、導通不良に至る迄の繰り返し荷重回数を表示する装置であることが好ましい。
さらに、金属細線をボールボンディングした金属平板を室温以上から５００℃の範囲で加熱する加熱装置を備えると良い。
【０００８】
而して本発明によれば、先端側を金属平板にボールボンディングして固定端とし、該ボールボンディング部と反対側を自由端とした金属細線の、長さ方向所定位置に繰り返し荷重を付与して疲労試験を行うので、ループ高さの影響を含むことなく、金属細線固有の疲労特性を測定することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３に示す実施の形態の一例に基づき、本発明をより詳細に説明する。
本発明は上述の通り、所定長さの金属細線の先端を金属平板上にボールボンディングした試料を用い、前記金属平板を固定端とし、前記金属細線のボールボンディング部と反対側の端部を自由端とすると共に、前記金属細線の長さ方向所定位置に繰り返し荷重を付与して該金属細線の疲労特性を測定することを要旨とする。
【００１０】
本発明が対象とする金属細線は、半導体素子上のＡｌ電極とリード部を配線する際に用いる金属細線であり、金属組成としてはＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ及びそれらの合金、また一般的であるがＰｄやＡｇ等を用いてもよい。直径１０〜１００μｍのものが好ましく用いられる。
また本発明の試験に供する試料としての金属細線の長さは、後述する荷重スパン（Ｌ）：５０〜５０００μｍ＋α：１０〜５０ｍｍのものが好ましく用いられる（図２参照）。
【００１１】
本発明に用いる、金属細線を金属平板上にボールボンディグした試料を図３に示す。図中の符号６は金属平板、７は金属細線、7aはボールボンディング部、6aはＡｌ膜である。金属平板６は磁性のある平板を用い、Ａｌ膜6aが被覆されていることが好ましい。
本発明では金属細線７における、ボールボンディング部と反対側の端部7bを自由端とする。即ち、金属細線７の前記端部7bに重り等を付けることで該端部7bが拘束されたり、金属細線７がループ状に直接配線されたりしていない状態にすることが必要である。
【００１２】
図１は本発明に係る疲労試験装置の実施の形態の一例を示す簡略図である。
図中の符号１は該装置のフレームで、基台となるベース1aと、該ベース1aからほぼ垂直に立ち上がる支持フレーム1bとを備え、この支持フレーム1bの所定位置には、シリンダ或いはモータ等の駆動手段２によって水平方向（図面では左右方向）に移動する第一の移動テーブル３を設置する。
上記第一の移動テーブル３の側面になるテーブル面3aには、該テーブル面3a内を垂直方向（図面では上下方向）に移動する第二の移動テーブル４を設置する。またこの移動テーブル４の側面になるテーブル面4aには電磁石５を固定状に配設し、この電磁石５の側面に前述の金属平板６を取り付ける。
【００１３】
金属平板６を前記第二の移動テーブル４に取り付ける方法として、好ましくは本例のように電磁石５を介在させ、且つ金属平板６として磁性材料を用いることが良い。最も好ましくは、通常リードフレームとして用いられる４２アロイを用いて金属平板６とすることである。
この金属平板６には前述の通り、Ａｌ膜6aが被覆され、このＡｌ膜6a形成面に対して、金属細線７の先端をボールボンディングする。金属細線７はボールボンディングした後、所定の長さをもって切断され、該切断箇所、即ちボールボンディング部7aと反対側になる端部7bを自由端とする。
このようにして配設された金属細線７は、図示のように、金属平板６の側面部に固定されたボールボンディング部7aから自由端である端部7bに向けて、ほぼ水平方向へ延出する片持ち支持状態となる。
【００１４】
８は荷重付与治具であり、前記の通り、ほぼ水平方向へ延出する状態に配置された金属細線７の長さ方向所定箇所において、該金属細線７の軸線に対しほぼ垂直方向に繰り返し荷重を与えるものである。
荷重付与治具８としては、例えば所定の厚さを有する平板形状のものにスリット8aを有する治具とすることが好ましい。
そうして、スリット8aに金属細線７を挿入して該治具８を垂直方向へ振動させることにより、金属細線７に前記繰り返し荷重を与えることが出来る。
また荷重付与治具８は、水平方向へスライド自在に設置するをもって、その配設位置を金属細線７の長さ方向に対して調節可能に形成する。スライド自在に設置する手段としては、荷重付与治具８をほぼ垂直状態に支持する支持フレーム1cに不図示のレール等を設け、該レール等によって荷重付与治具８を水平方向にスライド自在とし、且つ該荷重付与治具８のスライドを規制するネジ止め手段等を設けることが例示できる。
【００１５】
９は液体金属であり、水銀（Ｈｇ）が好ましく用いられる。Ｈｇ容器10の上部開口部10a を経て金属細線７の上記端部7bがＨｇと接触する。荷重付与治具８が振動中であっても金属細線７とＨｇとの接触が保たれるようにする為に、金属細線７の上記端部7bをＨｇ方向へ折り曲げておくことが好ましい。
さらに、液体金属９と電磁石５を導線11で電気的に接続するをもって、液体金属９、金属細線７、金属平板６、電磁石５を含む導通回路を作り、該回路中に電源12及び電流検出器13を配置し、金属細線７に断線が生じたことを電流検出器13で検出する断線検出装置14を構成する。また該検出装置14は、図示しないカウンター部や表示部などを備え、前記断線が生じるまでの繰り返し荷重回数を表示可能に構成する。
【００１６】
15は圧電素子であり、通電することにより荷重付与治具８の駆動源として働く。本例では、図示を省略した電流制御器により電流を制御して、圧電素子15の駆動周波数及び振幅量（即ち、荷重付与治具８による繰り返し荷重の周波数及び振幅量）を制御するように構成する。
圧電素子15の駆動周波数として、０．１〜１００００Ｈｚ利用出来るよう形成することが好ましい。
振動回数は周波数と時間から測定するようにする。また変移センサを取り付けて振幅量を制御したり、振動回数の測定に使用することも出来る。
【００１７】
上記Ｈｇ容器10、圧電素子15などは、上述したフレーム１のベース1aの所定箇所に立ち上げた支持フレーム1dにより支持する。
また本装置においては、必要に応じて金属細線７の加熱装置を設置する。
該加熱装置としては、図示しないが、高温加熱部を金属細線７の複数箇所に接触可能に配置させることが好ましい。高温加熱部としては、ヒートパイプや加熱された金属を用いることが例示出来る。
【００１８】
以下、図１に示す試験装置を用いた具体的な測定方法（試験方法）及びその実施例について説明する。
本測定方法においては、荷重付与治具８による繰り返し荷重の周波数及び荷重スパンを制御することが必要である。
ここで荷重スパンとは図２に示すように、金属平板６におけるボールボンディング側の面６’から荷重付与治具８の金属平板側の面８’迄の長さＬである。
荷重スパン（Ｌ）の設定方法は、電磁石５の金属平板取付面5aと、荷重付与治具８の金属平板側の面８’を接触させた位置の目盛りを基準として、荷重スパンＬと金属平板６の厚み分の合計長さになる位置に電磁石５の金属平板取付面5aをセットすることにより設定する。
繰り返し荷重の周波数の設定は前述した通り、圧電素子へ通電する電流を制御してその駆動周波数を０．１〜１００００Ｈｚの範囲内で所定周波数に設定することで行う。
【００１９】
【実施例】
半導体装置の組立て作業中に振動に晒された際、断線が生じにくいことで知られている金属細線Ａと、断線が生じ易いことで知られている金属細線Ｂを用いて疲労試験を行った。
疲労試験試料として、４２アロイ板表面にＡｌ蒸着膜を形成してボールボンディグを行い、該４２アロイ板を８ｍｍ×８ｍｍに切断して、図３に示す試料を作成した。そうして、図１に示す前述の疲労試験装置を用いて、前記試料を電磁石５に取り付けて疲労試験を行った。
荷重スパン（Ｌ）を５０、５００、５０００、１００００μｍ、荷重付与治具８による繰り返し荷重の周波数を０．１、１、１０、１００、１０００、１００００Ｈｚの条件で疲労試験を行った。
上記金属細線Ａと金属細線Ｂを用いて、荷重スパン（Ｌ）と、繰り返し荷重の周波数の同一条件の試験を５回行い、その平均値を破断に至る振動回数とし、次式により、金属細線の疲労試験検出精度を求めた。
【００２０】
【数１】
0003650686.tif 000002
【００２１】
同一条件の５回の測定結果から標準偏差を求め、測定結果が何れも２．５σ以内にある条件を再現性良好と判断し、金属細線の疲労試験検出精度を表１に示した。測定結果が２．５σを超える条件については再現性不良として表１に「−」で表示した。
【００２２】
【表１】
0003650686.tif 000003
【００２３】
以上の測定結果から、本発明に係る疲労試験方法、疲労試験装置が、ループ高さの影響を含むことなく、金属細線固有の振動性能を測定することが出来る有用な方法、装置であることが確認できた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る疲労試験方法は以上説明したように、先端を金属平板にボンディングして固定端とする一方、該ボンディング部の反対側を自由端とした金属細線の所定箇所に繰り返し荷重を付与する試験方法としたので、ループ高さの影響を含むことなく、自由に振動するボールボンディングした金属細線固有の疲労特性を測定することが出来る。
従って、ワイヤボンディングによりループ状に配線した後の半導体装置が振動に晒された際の、前記配線の断線防止に効果的な材料を開発するための指標として、この種技術分野において好適に用いることが出来る。
さらに、上記繰り返し荷重の周波数や、該荷重を付与する位置（荷重スパン）を夫々所定範囲内において調節可能とすることで、各種条件での試験を再現性良く行うことができ、前述の効果をより実効あるものとし得る。
【００２５】
また本発明に係る疲労試験装置は、金属細線がほぼ水平方向に支持されるよう試料を配設して上記疲労試験方法を実施する構成としたので、例えば金属細線が垂直方向に支持されるようにして試験を実施する場合に比べ、ループ状に配線した金属細線に近い状態での試験が行え、より信頼性の高い測定結果を得ることができる。
また上記構成によれば、金属細線の自由端を下方へ折り曲げて液体金属に浸漬させることで、金属細線に断線が生じたことを検出するための断線検出装置を極めて簡単な構造で追加でき、断線が生じるまでの繰り返し荷重回数を自動的に表示することも可能であって、より簡便に、且つ高精度の測定が行える試験装置として好適に用いることができる。
さらに、繰り返し荷重付与治具の位置調節、繰り返し荷重付与周波数の調節、金属平板の加熱などのための機構、装置の追加も比較的簡単な構成の追加で成し得、幅広い条件での試験を再現性良く行い得るなど、多くの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る疲労試験装置の実施の形態の一例を示す簡略側面図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】本発明に用いる試料の拡大図。
【符号の説明】
１：フレーム
３：第一移動テーブル
４：第二移動テーブル
５：電磁石
６：金属平板
７：金属細線
7a：ボールボンディング部
7b：ボールボンディング部と反対側の端部
８：荷重付与治具
8a：スリット
９：液体金属
14：断線検出装置
【図１】
0003650686.tif 000004
【図２】
0003650686.tif 000005
【図３】
0003650686.tif 000006