(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接触面（１０）と第２の接触面（１２）との間の電気的な接続を生ぜしめる方法であって、
第１のステップで、ワイヤボンディング装置（１８）によって前記第２の接触面（１２）の上方に接触ワイヤ（２４）を配置し、
第２のステップで、前記接触ワイヤの自由端部（２６）に熱的エネルギを負荷することによって該自由端部を球に溶融し、
第３のステップで、前記球を前記第２の接触面へ押し付けて前記球を塑性変形させ、塑性変形された球としてのバンプ（３２）と前記第２の接触面との間を接続し、該バンプによって前記第２の接触面上に前記接触ワイヤ（２４）と同じ材料から成る接触金属化部（４２）を形成し、
第４のステップで、前記ワイヤボンディング装置によって該接触ワイヤを切断し、
第５のステップで、前記ワイヤボンディング装置によって前記第１の接触面（１０）の上方に前記接触ワイヤを配置し、
第６のステップで、前記接触ワイヤの自由端部に熱的エネルギを負荷することによって該自由端部を球に溶融し、
第７のステップで、前記球を前記第１の接触面へ押し付けて塑性変形させ、塑性変形された前記球と前記第１の接触面との間を接続し、
第８のステップで、前記ワイヤボンディング装置を持ち上げて前記接触ワイヤを引き延ばすことによりループ（３６）を形成しながら前記接触ワイヤを前記第２の接触面へ導き、
第９のステップで、前記ワイヤボンディング装置を前記第２の接触面の方向へ動かして前記接触ワイヤを前記バンプと結合させる、
第１の接触面と第２の接触面との間の電気的な接続を生ぜしめる方法において、
前記第３のステップにおいて、前記球を前記第２の接触面の空洞（４６）内で該第２の接触面へ押し付けて前記球を塑性変形させ、前記球の塑性変形した形状を前記空洞の形状に適合させることにより、押し付けられた前記球と前記第２の接触面との間を接続する
ことを特徴とする第１の接触面と第２の接触面との間の電気的な接続を生ぜしめる方法。
【請求項２】
前記第３のステップにおいて、前記接触金属化部に前記ワイヤボンディング装置によってバンプの尖端（３８）を圧刻し、該バンプの尖端を、後続の、接触ワイヤのループのステッチ（４４）との原子間結合力での結合の達成に役立たせることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第３のステップおよび前記第７のステップにおいて、前記少なくとも１つの接触面を単に球に内在する熱的エネルギによって加熱することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記第９のステップにおいて、前記ワイヤボンディング装置によって前記接触ワイヤを前記接触金属化部に押し付けることにより、前記接触ワイヤに目標破断箇所を形成し、その後、該目標破断箇所において前記接触ワイヤを前記ワイヤボンディング装置の持ち上げによって裂断させることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した特徴を有している電気的な接続を生ぜしめる方法及び請求項５の上位概念に記載した特徴を有している接触箇所に関する。
【０００２】
背景技術
少なくとも２つの接触面の間の電気的な接続を生ぜしめるために、個別ワイヤ型の接点接続、いわゆるボンディング、が公知である。この場合個別ワイヤ、特に金ワイヤあるいはアルミニウムワイヤ、がワイヤボンディング装置によって、接点接続すべき接触面の間に配置される。ボンディングの際に、接触ワイヤは圧力、超音波及び温度の作用の下で、接触面と接点接続せしめられる。接続ワイヤはまずその自由端部において熱的なエネルギで負荷されて球に溶融せしめられ、次いでボンディング毛管部により第１の接触面上に押し付けられる。この場合接触ワイヤは接触面と、接触面と接触ワイヤとの間の境界面に生ずる原子間結合力によって、結合する。第１の接触面との接点接続中に、あらかじめ溶融せしめられている球は釘頭部、いわゆるネールヘッドに変形する。次いで接触ワイヤがワイヤボンディング装置によって第２の接触面に導かれる。接触ワイヤが第１の接触箇所において裂断することを防止するために、接触ワイヤはこの場合アーチをなして、いわゆるループ状に、導かれる。接触ワイヤはワイヤボンディング装置によって第２の接触面上に、改めて圧力、超音波及び温度の作用の下で、押し付けられる。この場合接触ワイヤの締め付けが行われ、したがって接触ワイヤは目標破断箇所を形成し、この目標破断箇所において接触ワイヤはワイヤボンディング装置の離反移動の後に、第２の接触面から裂断する。接触ワイヤは第２の接触面といわゆるステッチを介して結合されており、その際やはり接触ワイヤと第２の接触面との間の境界面に原子間結合力が生じている。
【０００３】
この公知の、いわゆるボール・ウェッジ型ボンディング（第１の接触面［ボール］との球の接点接続、第２の接触面［ウェッジ］とのステッチの接点接続）においては、境界面における充分に大きな原子間結合力を生ぜしめるためには、接触ワイヤと接触面との間に強い材料関連性がある。特に第２の接触面の接点接続の際には、ステッチと接触面との間に比較的にわずかな面結合しかなく、この比較的にわずかな面結合は、特にボンディングしにくい材料から成る接触面の場合に不良接点接続をもたらすことがある。
【０００４】
発明の利点
これに対し、請求項１の特徴を具備した本発明による方法は、接触ワイヤと第２の接触面との間の接触の確実性が著しく改善されているという利点を有している。ワイヤボンディング装置によって、第１の接触面の接点接続の前に、第２の接触面上に、接触ワイヤの材料から成る接触金属化部が生ぜしめられることによって、この接触金属化部は、第２の接触面上での接触ワイヤの後の接点接続に役立てられる。この場合特に、今や同じ材料の間での、すなわち接触金属化部と接触ワイヤとの間での、接点接続を行うことができることは、有利である。
【０００５】
特に、接触金属化部を、接触ワイヤの自由端部を熱的なエネルギで負荷し、次いで接触ワイヤを超音波エネルギの作用の下で、第２の接触面上に押し付けることによって、生ぜしめると有利である。これによって第２の接触面上に接触ワイヤの後の接点接続に役立つ接触金属化部が準備され、この接触金属化部は、接触箇所を第１の接触面に形成することから自体公知であるその構造によって、比較的に大きな面で第２の接触面に接触する。これによってボンディングしにくい材料でも第２の接触面と接触金属化部との間の境界面に比較的に大きな原子間結合力を生ぜしめることができ、大きな接触の確実性を保証する。次いで接触金属化部との接触ワイヤの本来の接点接続が行われ、その際材料が同じであることによって、ボンディングすべき接触ワイヤの接触面が比較的に小さい場合でも、接触金属化部とボンディングすべき接触ワイヤとの間の境界面に大きな原子間結合力を作用させることができる。
【０００６】
更に、第２の接触面における接触ワイヤの本来の接点接続の際に、あらかじめ接触金属化部が生ぜしめられていることによって、ワイヤボンディング装置が必要な圧力を生ぜしめるためにもはや接触面の表面に直接に接触しないことは、有利である。ワイヤボンディング装置はこれにより接触面の局所的な影響及び物質特性の影響を受けない。
【０００７】
更に有利なことは、接触ワイヤの後の接点接続のために接触金属化部があらかじめ取り付けられていることによって、金属的にきれいな、異物で汚染されていない接触面が生ぜしめられていることであって、したがって接触ワイヤを最適に取り付けることが可能である。
【０００８】
更に有利なことは、接触ワイヤを同じ材料から成る接触金属化部上に接点接続することによって、この結合を室温の下で、換言すれば接触ワイヤの接点接続中に付加的な熱エネルギを供給することなしに、行うことができることである。それは室温での接触圧力で既に充分に大きな原子間結合力を達成することができるからである。もちろん必要な場合には、熱エネルギの自体必要でない付加的な供給を行うことができる。
【０００９】
本発明の有利な１実施形態では、接触金属化部を接触面上に取り付ける間に接触金属化部に形状特徴を圧刻し、この形状特徴が後続の接触ワイヤの接点接続を補助するようにする。これによって有利には接触ワイヤと接触金属化部との間の形状結合が可能になり、この形状結合はそれだけで電気的な接点接続を可能にする。ワイヤボンディング装置を介して接触箇所に加えるべき圧力はこれにより接触ワイヤの目標破断箇所を生ぜしめるのに充分な圧力に制限することができる。接触金属化部と接触ワイヤとの間の素材結合（原子間結合力）を達成するために必要な接触圧力は必要でないか、あるいは少なくとも減少させることができる。
【００１０】
請求項５に記載した特徴を有する本発明による接触箇所によって、有利には、材料性質によって境界面におけるわずかな原子間結合力しか期待できないような異なった材料の接触ワイヤと接触面との間のボンディングによる電気的な接点接続が可能になる。接触箇所がある量の接触材料を有しており、接触材料のこの量は接触面と接点接続されており、接触ワイヤは接触材料のこの量と接点接続されており、接触ワイヤと接触材料とは同一の材料から成っているようにすることによって、有利には、接触材料の配置によって異なった材料特性の接触面と接触ワイヤとの間の接点接続を生ぜしめることができる。特に接触材料が比較的に大きな面で接触面上に取り付けられることによって、不利な材料組み合わせの場合でも、良好な、つまり接触が確実なボンディングが行われる。接触材料と接触ワイヤとの間の後の比較的に小さな接触面は、接触材料と接触ワイヤとが同じ材料であるために、接触ワイヤの確実なボンディングのためには大したことではない。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態は従属請求項に記載した残りの特徴から生ずる。
【００１２】
実施例の説明
図１においては、第１の接触面１０と第２の接触面１２との間の電気的な接続を生ぜしめる方法の個々の段階が示されている。接触面１０は基板１４、例えばマイクロチップ、上に配置されているのに対し、第２の接触面１２は基板１６、例えばマイクロハイブリッド素子のケーシング部分、上に配置されている。接触面１０は例えば金パッドから成っているのに対し、接触面１２は例えばアルミニウムパッドから成っている。
【００１３】
接触面１０と１２との間の電気的な接続はここでは単に概略的に示してあるワイヤボンディング装置１８によって実施される。このようなワイヤボンディング装置１８は一般に周知であり、したがってその構造及び機能については本明細書においては特に説明することはしない。ワイヤボンディング装置１８は毛管部２０を有しており、この毛管部はワイヤ案内開口２２を有している。この場合ワイヤ案内開口２２は例えば毛管部２０の縦軸線に対して同軸的に延びていることができる。しかしながら別の実施例では、ワイヤ案内開口２２は毛管部２０の縦軸線に対して角度をなして配置しておくこともできる。ワイヤ案内開口２２によって接触ワイヤ２４が案内されている。接触ワイヤ２４は例えば金から成っている。図示していない送り装置によって接触ワイヤ２４はワイヤ案内開口２２を通して送られ、したがって、接触面１０と１２との間に電気的な接続を生ぜしめる前述の方法を行うことができ、また相応する時間的な順序で多数のこのような接続を生ぜしめることができる。この場合接触ワイヤ２４は図示していない貯蔵箇所から取り出される。
【００１４】
図１ａから図１ｋによって、導電接続を生ぜしめるのに必要な方法段階について説明する。まず図１ａにおいて、ワイヤボンディング装置１８が第２の接触面１２の上方に位置せしめられる。ワイヤ案内開口２２から突出している接触ワイヤ２４の自由端部２６が概略的に示した熱的なエネルギ源２８によって接触ワイヤ２４の融点よりも高温に加熱される。熱的なエネルギ源２８は例えば炎あるいは電気火花であることができる。表面張力によって接触ワイヤ２４の溶融物は球３０に収縮する。この球３０はいわゆるボールを形成する。次いで、図１ｃに示した段階では、ワイヤボンディング装置１８が第２の接触面１２の方向に動かされ、球３０が塑性変形せしめられる。この場合ワイヤボンディング装置１８は力Ｆと超音波エネルギＵＳとによって負荷される。力と超音波の作用によって、接触面１２と変形せしめられた球３０との間の境界面に原子間結合力、換言すれば原子価電子効果を利用した素材結合あるいはまた形状結合あるいは素材結合と形状結合との組み合わせが接触ワイヤ２４と接触面１２との間に生ぜしめられる。続いて図１のｄに示したように、ワイヤボンディング装置１８が接触面１２から持ち上げられることによって、接触ワイヤ２４が裂断する。それは変形せしめられた球３０、今やバンプ３２と接触面１２との間の結合力が接触ワイヤ２４の裂断負荷よりも大きいからである。
【００１５】
裂断中、接触ワイヤ２４はワイヤ案内開口２２を通して押し出され、改めて加熱される。これによって再び球３０′（図１ｅ，図１ｆ）が形成される。次いで図１ｇに示すように、ワイヤボンディング装置１８が第１の接触面１０の方向に動かされ、したがって球３０′が接触面１０と接触せしめられ、力及び超音波の作用の下で接触面１０と接合せしめられる。この場合、接触力Ｆ′の大きさ及び超音波エネルギＵＳの出力に相応して、変形せしめられた球３０′と接触面１０との間の境界面に原子間結合力が生ぜしめられる。
【００１６】
この場合接触面１０上にはいわゆるネールヘッド３４が形成される。
【００１７】
図１ｈに示した次の方法段階では、ワイヤボンディング装置１８が変位せしめられ、この場合ワイヤボンディング装置は接触面１０から上方並びに側方の接触面１２の方向に動かされる。この運動は順次に行ってもよいし、重畳させて行ってもよい。この場合接触ワイヤ３４は緩められた状態のままであり、裂断することはない。接触ワイヤ２４はループ３６を形成しながら第２の接触面１２に導かれる。次いでワイヤボンディング装置１８が接触面１２の方向に動かされる。これによって接触ワイヤ２４はバンプ３２と接触する。この場合毛管部２０は図１ｄで生じたバンプ３２を変形させる。接触力Ｆ″及び超音波エネルギＵＳを作用させることによって、接触ワイヤ２４はバンプ３２の尖端３８と一緒に変形せしめられ、したがって接触ワイヤ２４，すなわち接触ワイヤ２４のループ３６とバンプ３２との間に例えば金対金の素材結合が生じる。
【００１８】
図１ｋが示すように、ループ３６は、ワイヤボンディング装置１８が持ち上げられた後に、バンプ３２と、かつこのバンプを介して接触面１２と接点接続せしめられている。この形式で接触面１０と１２との間の電気的な接続が生ぜしめられている。図１ａから図１ｋまでによって説明した方法経過は、接点接続すべき接触面の数に相応して連続して繰り返される。この方法は、コンピュータ制御されるワイヤボンディング装置１８によって、大きな精度で迅速に繰り返し可能である。接触ワイヤ２４とバンプ３２（図１ｉ）との接合中に、毛管部２０を介して接触ワイヤ２４がつぶされ、したがって目標破断箇所が生じ、この目標破断箇所は毛管部２０の持ち上げ（図１ｋ）の際に破断する。
【００１９】
以上説明した方法経過、特に図１ｉ及び図１ｋによって明らかなように、ループ３６と接触面１２との間の接続が行われる接触箇所４０は、接触面１２と、接触金属化部４２としてのバンプ３２と、ループ３６のいわゆるステッチ４４とのサンドウイッチ状の構造である。この場合ステッチ４４はバンプ３２との接触面が比較的にわずかであり、その際、バンプ３２はやはり接触ワイヤ２４から生ぜしめられているので、材料性質が同じであることによって、このわずかな接触面は比較的に大きな、したがって確実な接触ボンディングを維持するのに充分である。基板１６の接触面１２へのボンディングは、バンプ３２と接触面１２との間の境界面を介して行われる。この接触面１２は図１ａから図１ｄによって説明した構成に基づいて比較的に大きな面であり、したがって確実な接点接続を保証する。
【００２０】
バンプ３２及びステッチ４４の幾何学的形状については、毛管部２０（ボンディング毛管）の形状によって影響を及ぼすことができる。毛管部２０の開口範囲の構成に応じて、例えばバンプ３２の尖端３８の形状あるいはその他の適当な形状特徴（例えば厚さ及び直径）を変化させることができ、これにより簡単な形式でステッチ４４との素材結合を生ぜしめ、あるいはバンプ３２も接触面１２に対する形状結合のボンディングに影響を及ぼすことができる。これによりループ３６と接触面１２との間の接続がまず第１にバンプ３２と接触面１２との間の形状結合を介して達成され、第２にステッチ４４とバンプ３２との間の原子間結合力（素材結合）を介して達成される。
【００２１】
もちろん本発明は図示の実施例に限定されるものではない。特にワイヤボンディング装置１８を別の構成にすることが可能であり、例えばバンプ３２及び又はステッチ４４の変形を行う毛管部の構成を接触ワイヤ２４の供給とは別個にすることができる。これによって接触ワイヤ２４の供給とは無関係に、ステッチ４４とバンプ３２との間の形状結合の構成を最適化することができる。
【００２２】
全体として、簡単な方法段階によって、いわゆるボール・ウェッジ結合法が実現可能であり、その際本発明による方法の構成によっていわゆるボール・ボール（ウェッジ）結合法が実現されている。
【００２３】
従来のボール・ウェッジ法における確実性のために必要な熱的エネルギ（接触面１０及び１２若しくは基板１４及び１６の加熱）は本発明による方法によって必ずしも必要ではない。これによって本発明による方法の普遍性は明らかである。それは熱的に敏感な若しくは構造的に制約されて加熱可能でない素子、装置などの接点を本発明による方法で接続することができるからである。
【００２４】
接触力Ｆ及び超音波エネルギＵＳを適当に選択することによって、図１ｃによる方法段階で敏感な接触面１２を接点接続することができる（直接的なステッチ又はウェッジの接点接続で可能であるよりもわずかな面圧）。接点であるバンプ３２とウェッジの高められた構造によって、空洞内で接点接続する可能性が生じる。このことは従来の方法では毛管の寸法によって可能ではなかった。
【００２５】
図２ａ〜図２ｃの拡大図によって、バンプ３２と基板１６の接触面１２との間の形状結合について説明する。この場合基板１６内に空洞４６が示されており、この空洞は基板１６内の凹所を形成している。この場合空洞４６の形状は自由に選択可能であり、有利には生ぜしめられるバンプ３２の形状に適合せしめられている。図２ｃに概略的に示すように、空洞４６は不規則な形状を有することができる。これによってバンプ３２と基板１６の接触面１２との間の形状結合を改善することが可能である。この改善された形状結合自体は、バンプ３２と基板１６とがその材料性質によりボンディングしにくい場合でも、バンプと基板との間の効果的な、特に確実なボンディングを可能にする。空洞４６を適当に構成する場合、バンプと接触面１２との間の素材結合を場合により完全に行わないことができる。その場合には素材結合はステッチ４４とバンプ３２との接点接続部だけにおいて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｂ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｃ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｄ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｅ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｆ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｇ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｈ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｉ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図１ｋ】  本発明による方法の方法段階を概略的に示した図である。
【図２ａ】  接触箇所の拡大図である。
【図２ｂ】  接触箇所の拡大図である。
【図２ｃ】  接触箇所の拡大図である。
【符号の説明】
１０  第１の接触面、  １２  第２の接触面、  １４  基板、  １６  基板、  １８  ワイヤボンディング装置、  ２０  毛管部、  ２２  ワイヤ案内開口、  ２４  接触ワイヤ、  ２６  自由端部、  ２８  エネルギ源、  ３０  球、  ３０′  球、  ３２  バンプ、  ３４  ネールヘッド、  ３６  ループ、  ３８  尖端、  ４０  接触箇所、  ４２  接触金属化部、  ４４  ステッチ、  ４６  空洞、  Ｆ  力、  Ｆ′  接触力、  Ｆ″  接触力、  ＵＳ  超音波エネルギ
【図１ａ】
0004700191.tif 000002
【図１ｂ】
0004700191.tif 000003
【図１ｃ】
0004700191.tif 000004
【図１ｄ】
0004700191.tif 000005
【図１ｅ】
0004700191.tif 000006
【図１ｆ】
0004700191.tif 000007
【図１ｇ】
0004700191.tif 000008
【図１ｈ】
0004700191.tif 000009
【図１ｉ】
0004700191.tif 000010
【図１ｋ】
0004700191.tif 000011
【図２ａ】
0004700191.tif 000012
【図２ｂ】
0004700191.tif 000013
【図２ｃ】
0004700191.tif 000014