(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールボンディング法に用いるバンプ電極形成用の金線であって、伸線上がり破断強度の９５〜８０％に相当する破断強度を有するように熱処理されていることを特徴とするバンプ電極形成用金線。
【請求項２】
ボールボンディング法に用いるバンプ電極形成用の金線の製造方法であって、破断強度が伸線上がり破断強度の９５〜８０％の範囲内となるように、伸線上がりの金線を熱処理することを特徴とするバンプ電極形成用金線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールボンディング法により半導体素子などの電子部品を基板やフィルムキャリヤなどに実装する際に、これらの電気的接続に用いるバンプ電極を形成するための金線及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＩＣチップなどの半導体素子を各種基板などに電気的に接続する場合には、半導体素子の電極パッドと基板などの外部電極との間を金線などのボンディングワイヤで接続するワイヤボンディング方式が主流をなしている。
【０００３】
しかし、近年における半導体デバイスの小型化や薄型化の要求に応えるためには、デバイス内部の限られたスペースに、より多くの半導体素子や回路を設ける必要がある。しかるに、ボンディングワイヤを張り渡すワイヤボンディング方式では、素子や回路の密度向上の要求に応えることが難しいため、その限界が指摘されている。
【０００４】
そこで、ワイヤボンディングに代わる接続方法として、例えば半導体素子の電極パッド上に金属の突起物（バンプ）を形成し、このバンプ電極に基板などの外部電極を接続する方法、即ちワイヤレスのボールボンディング法がある。このバンプ電極による接続方法によれば、ボンディングワイヤを張り渡す必要がなく、対向させた電極パッドと外部電極をバンプ電極を介して直接接続することができるので、素子や回路の高密度化が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しよとする課題】
上記ボールボンディング法に用いるバンプ電極の形成方法として、従来のワイヤボンディング装置と金線を用いた形成方法が知られている。この方法は、図１に示すように、ワイヤボンダーのキャピラリー２に移送した金線１の先端を、放電電極３との放電により加熱溶触させてボール４を形成した後、図２に示すように、キャピラリー２を下降させて上記ボール４を予め加熱した半導体素子５の電極パッド６に当接させ、荷重と超音波を印加して接合させる。接合が終了すると、図３に示すように、キャピラリー２の上方に設置されたクランパー７で金線１を挟持し、キャピラリー２と共にクランパー７を上昇させ、金線１を引き千切ってバンプ電極８を形成する。
【０００６】
しかし、かかる従来の方法では、図４に示すように、引き千切られてバンプ電極８の直上に残る金線１の破断長さｈ１のバラツキが大きくなり、従ってバンプ電極８全体のバンプ高さｈ２のバラツキも大きかった。その結果、図５に示すように、後に電極パッド６とフィルムキャリアや基板９などの外部電極１０とを接合させる際に、バンプ高さｈ２のバラツキが大きいため接合に必要な荷重で全体を均一に加圧することができなくなり、多数のバンプ電極８の一部に接合不良が発生しやすいという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、バンプ電極形成時における金線の破断長さのバラツキを抑え、安定したバンプ高さを得ることにより、安定した接合が可能となり、実装が容易で歩留りの向上を達成し得るバンプ電極形成用金線、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供するバンプ電極形成用金線は、伸線上がり破断強度の９５〜８０％に相当する破断強度を有するように熱処理されていることを特徴とするものである。また、本発明のバンプ電極形成用金線の製造方法は、破断強度が伸線上がり破断強度の９５〜８０％の範囲内となるように、伸線上がりの金線を熱処理することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
従来の金線でバンプ電極を形成したとき、金線の破断長さに大きなバラツキが生じて安定したバンプ高さが得られない理由を検討した結果、伸線後の金線の熱処理による残留応力の除去と再結晶組織に関連があることを見いだし、本発明に至ったものである。
【００１０】
従来から、バンプ電極の形成に使用する金線は、伸線後に一般的に４００℃を越える温度で、残留応力を十分除去すると共に再結晶組織になるように熱処理されていた。これは、残留応力の除去が不十分だと、金線が湾曲又はカールした状態になり、金線を軸中心とした点対称な正常なボールが形成できなくなるためであり、この欠点を無くすため再結晶組織になるまで余裕をもって十分に高い温度で熱処理していたのである。
【００１１】
しかし、このように高温の熱処理で再結晶された金線は、結晶粒の大きさが粒成長により極めて不均一であるため、金線を引き千切る際にその破断箇所が一定でなくなる。その結果、図４に示すバンプ電極８の直上に残る金線１の破断長さｈ１が、破断箇所に応じて変化するので、バラツキが大きくなっていたことが判明した。
【００１２】
そこで、本発明においては、金線の熱処理条件を制御して破断強度を適宜に設定することにより、バンプ電極を形成する際の金線の破断長さ１のバラツキを抑えることができ、安定したバンプ高さｈ２が得られる。即ち、本発明のバンプ電極形成用の金線は、その破断強度を熱処理により制御して、伸線上がりの破断強度の９５〜８０％の範囲内に入るように調整する。
【００１３】
本発明によれば、金線の破断強度を伸線上がり破断強度の９５〜８０％に調整することによって、伸線による金線の加工歪みがほぼ完全に除去され、且つ金線の組織は再結晶前の回復状態にあるので、結晶粒の大きさが均一になっている。従って、バンプ電極形成時における金線の破断箇所が一定化し、破断長さのバラツキを最小限度に抑えることができると同時に、金線の湾曲やカールなどもなくなって、金線を軸中心とする点対称な正常なボール形成が可能となる。
【００１４】
金線の破断強度が伸線上がり破断強度の９５％より大きいと、金線の歪み除去が不十分となり、金線に湾曲やカールが残留するため、金線を軸中心とする点対称なボールを安定して形成できなくなりる。また、金線の破断強度が、伸線上がり破断強度の８０％未満になると、金線の再結晶化が一部進行し、加工組織と再結晶組織が混在した状態となるため、金線の破断長さにバラツキが生じるようになる。尚、金線の破断強度を伸線上がり破断強度の９５〜８０％の範囲内に調整するための熱処理条件は、金線の組成や線径などにより変化するので、実験的に適宜定める必要がある。
【００１５】
【実施例】
金の純度が９９．９９重量％以上の金合金を、高周波誘導加熱炉で溶解鋳造して、溝ロールで線状に加工し、更に伸線加工を経て直径２０μｍの金線とした。この金線の破断強度が、伸線上がり破断強度に対して下記表１に示す比率になるように熱処理温度を変化させてそれぞれ熱処理を行った。
【００１６】
これら表１に示す各金線を用いて、ボールボンディング用ワイヤボンダーにより、半導体素子の電極パッド上にバンプ電極を形成した。即ち、まず図１に示すように、ボールボンディング用ワイヤボンダーのキャピラリー２に金線１を移送し、その先端を放電電極３との放電により加熱溶触させ、先端にボール４を形成する。次に、図２に示すように、キャピラリー２を下降させて上記ボール４を押し下げて、予め加熱した半導体素子５の電極パッド６に当接させ、そのままボール４を圧し潰しながら荷重と超音波を印加して、電極パッド６に接合させる。接合が終了すると、図３に示すように、キャピラリー２の上方に設置されたクランパー７で金線１を挟持し、キャピラリー２と共にクランパー７を上昇させることにより、金線１を引き千切ってバンプ電極８を形成する。
【００１７】
得られた各試料ごとに１００個のバンプ電極８について、金属顕微鏡を用いてボール形状不良（ボールが金線を軸中心に点対称な位置に存在しないため、バンプ電極の位置精度が規格外となる不良）の有無を確認すると共に、図４に示す金線の破断長さｈ１を含めたバンプ高さｈ２を測定して標準偏差を求め、これらの結果を下記表１に併せて示した。
【００１８】
【表１】
0003629967.tif 000002
【００１９】
また、上記表１における本発明の各試料３〜６について、電極パッド６上のバンプ電極８を、図５に示すように、基板９上の外部電極１０に対向させて加圧接合したところ、全てを支障なく実装することができ、安定したバンプ電極による半導体装置の実装が可能であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、バンプ電極形成時におけるボール形状不良をなくすと共に、金線の破断長さのバラツキを抑え、安定したバンプ高さを得ることができる。そのため、バンプ電極による安定した接合が可能となり、半導体装置の実装を容易にし、その歩留りの向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボールボンディング法におけるボール形成工程を示す概略の一部切欠断面図である。
【図２】ボールボンディング法におけるボール接合工程を示す概略の一部切欠断面図である。
【図３】ボールボンディング法におけるバンプ形成工程を示す概略の一部切欠断面図である。
【図４】半導体素子の電極パッド上に形成したバンプ電極を示す概略の側面図である。
【図５】バンプ電極により半導体素子と基板とを接合した状態を示す概略の側面図である。
【符号の説明】
１    金線
２    キャピラリー
３    放電電極
４    ボール
５    半導体素子
６    電極パッド
７    クランパー
８    バンプ電極
９    基板
１０    外部電極
ｈ１    金線の破断長さ
ｈ２        バンプ高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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