(57)【要約】【課題】  均一で十分なボンディング接合強度を確保することができるバンプの形成方法を提供する【解決手段】  ワイヤ孔３が大径に拡大して開口した凹所４の底面と前記ワイヤ孔３の側壁６とがなす角度が略９０°であり、かつ、凹所４の側壁と下端面８とがなす角度が略９０°であるキャピラリ１を用いて、形成するバンプの体積に相当する体積を有する球形状の金属ボールＢを形成する工程と、キャピラリ１を下降させて被ボンディング部材の電極Ｐに金属ボールＢを押し付け、金属ボールＢの一部を凹所４に収容し、金属ボールＢの残部を凹所４の深さと略同じ厚みを有してキャピラリ１の下端面８にはみ出させ、超音波印加して、金属ボールＢと電極Ｐとの接触面を広げて金属バンプＣを電極Ｐ上に形成する工程と、金属ワイヤＷを金属バンプＣ上で切断する工程とを有し、所定のバンプ形状を得る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ孔が大径に拡大して開口した凹所が設けられ、該凹所の底面と前記ワイヤ孔の側壁とがなす角度が略９０°であり、かつ、大径の前記凹所の側壁と下端面とがなす角度が略９０°であるキャピラリを用いて、被ボンディング部材の電極上にバンプを形成する方法であって、
前記ワイヤ孔に金属ワイヤを通して前記キャピラリの前記下端面から所定長さだけ突出させて、形成するバンプの体積に相当する体積を有する球形状の金属ボールを形成する工程と、
前記キャピラリを下降させて被ボンディング部材の電極に前記金属ボールを押し付け、前記金属ボールの一部を前記キャピラリの下端部に形成された前記凹所に収容し、前記金属ボールの残部を前記凹所の深さと略同じ厚みを有して前記キャピラリの下端面にはみ出させ、前記金属ボールに超音波を印加して、前記電極との接触面を広げて金属バンプを前記電極上に形成する工程と、
前記金属ワイヤを上方に引張って、前記金属バンプ上で切断する工程とを有することを特徴とするバンプの形成方法。
【請求項２】
前記金属バンプを、前記キャピラリの下端面にはみ出させる部分の厚みをｈ1、前記凹所で形成する部分の厚みをｈ2、ワイヤ孔半径をｒ、バンプの最大半径をＲ1、インナーチャンファ半径をＲ2とし、Ｌ1＝（Ｒ2−ｒ）、Ｌ2＝（Ｒ1−Ｒ2）としたとき、
ｈ１＝ｈ２、
０．２（ｒ＋Ｌ1）＜Ｌ2＜１．２（ｒ＋Ｌ2）、
０．５Ｌ1＜Ｌ2
とした請求項１に記載のバンプの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバンプの形成方法に係り、特には、キャピラリを有するバンプ形成装置を用いて電極上にバンプを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品のフリップチップ実装では、実装を行う前に予め、実装部品あるいは実装基板の電極パッド等の被ボンディング面上に金属バンプを形成することが行われる。
【０００３】
従来、バンプの形成装置としては、図８に示すように、ワイヤ孔４１の下端の開口４２を拡大して凹所４３を形成したようなキャピラリ開口形状のものが使用されていた。しかしながら、このような開口形状のキャピラリでは、凹所４３の外周部に応力が集中してしまう。このため、図７に示すように、バンプ中心部の相当応力が小さい（接合強度が低い）といったようなムラがあった。すなわち、相当応力の小さいバンプ中心部では、接合面が形成され難く、十分な接合強度が得られず、接合信頼性が低いという問題があった。
【０００４】
そこで、応力効果の緩和を図ったバンプの形成方法の一例として、特開２００１−３３８９４１号公報に開示されているような方法が提案されている。このバンプ形成方法は、図９に示すように、キャピラリの下端部に、大径凹部４４と小径凹部４５が２段の段差状に空洞を有するバンプ形成装置によって実施される。ワイヤ孔４６の下端開口４７は小径凹部４５の底部に設けられていて、金属ボールがキャピラリから殆どはみ出さないようにしてバンプを形成している。
【０００５】
また、バンプの形成方法ではなく、ワイヤボンディング方法ではあるが、他の例として、特開平１１−４０５９８号公報に示されるような、キャピラリを有する密封型ボールボンデイング装置によるボールボンデイング方法を参考にすることができる。特開平１１−４０５９８号公報に開示されるワイヤーボンディング装置のキャピラリは、図１０に示すように、ボールボンディング操作期間中に少なくとも部分的にボールボンドを成形するのに適した空洞５０をワイヤー供給ボア４９の下端に具備している。このキャピラリには、ワイヤー供給ボア４９に面取り部５１が形成されて空洞５０が形成されている。また、空洞５０の全てのエッジは丸められている。そして、この装置によるボールボンディング方法は次のような工程からなる。まず、前記キャピラリを通過するボンディングワイヤーの先端にボールを形成し、次に、前記キャピラリをボンディング表面上方の指定した高さに位置決めする。次いで、前記ボンディング装置が前記ボンディング表面に対して直接ボンディング力を付与させることなしに前記ボンディングワイヤーの先端を前記ボンディング表面に対して超音波接合させる。その場合に前記空洞がボールボンディング操作期間中に前記ボールボンドのかなりの部分を成形する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３８９４１号公報
【特許文献２】特開平１１−４０５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のキャピラリにおいては、大径凹部４４の周囲にはキャピラリ本体がＲを有して薄肉に形成されているにすぎず、キャピラリの下端面が殆ど形成されていない。従って、金属ボールの成形の誤差で金属ボールが大きくなり、通常の押圧力で押圧して金属ボールがキャピラリの大径凹部４４からはみ出した場合、所望の形状に形成することができない。また、キャピラリの大径凹部４４からはみ出した部分を十分に押圧できないという問題があった。そこで、金属ボールが大径凹部４４からはみ出さないように押圧力を低くすると、今度は、金属バンプ全体の接合強度が低くなり、接合信頼性が低くなってしまうという問題があった。さらに、金属ボールの成形の誤差で金属ボールが小さくなった場合、金属ボールが大径凹部４４と小径凹部４５との中に完全に収容されてしまい、十分に押圧できず、金属バンプ全体の接合強度が低くなるという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２の方法に係るボールボンディング装置においては、キャピラリ４８のワイヤー供給ボア４９は、空洞５０内へ面取り部５１を経て開口されている。また、空洞５０の全てのエッジは丸められている。従って、金属ボールをはみ出させて通常の押圧力で押圧して金属バンプを電極に接合した場合、金属バンプ中心部で荷重抜けが生じ、特に中央部で接合強度が低くなり、均一で十分な接合強度が得られず、接合信頼性が低くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明はこれらの問題点に鑑みて創案されたものであって、均一な十分なボンディング接合強度を確保することができるバンプの形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の本発明に係るバンプの形成方法は、ワイヤ孔が大径に拡大して開口した凹所が設けられ、該凹所の底面と前記ワイヤ孔の側壁とがなす角度が略９０°であり、かつ、大径の前記凹所の側壁と下端面とがなす角度が略９０°であるキャピラリを用いて、被ボンディング部材の電極上にバンプを形成する方法であって、
前記ワイヤ孔に金属ワイヤを通して前記キャピラリの前記下端面から所定長さだけ突出させて、形成するバンプの体積に相当する体積を有する球形状の金属ボールを形成する工程と、
前記キャピラリを下降させて被ボンディング部材の電極に前記金属ボールを押し付け、前記金属ボールの一部を前記キャピラリの下端部に形成された前記凹所に収容し、前記金属ボールの残部を前記凹所の深さと略同じ厚みを有して前記キャピラリの下端面にはみ出させ、前記金属ボールに超音波印加をして、前記電極との接触面を広げて金属バンプを前記電極上に形成する工程と、
前記金属ワイヤを上方に引張って、前記金属バンプ上で切断する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の本発明に係るバンプの形成方法は、請求項１に記載したバンプの形成方法において、前記金属バンプを前記キャピラリの下端面にはみ出させる部分の厚みをｈ1、前記凹所で形成する部分の厚みをｈ2、ワイヤ孔半径をｒ、バンプの最大半径をＲ1、インナーチャンファ半径をＲ2とし、Ｌ1＝（Ｒ2−ｒ）、Ｌ2＝（Ｒ1−Ｒ2）としたとき、ｈ１＝ｈ２、０．２（ｒ＋Ｌ1）＜Ｌ2＜１．２（ｒ＋Ｌ2）、０．５Ｌ1＜Ｌ2とした。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載したバンプの形成方法にあっては、凹所の底面とワイヤ孔側壁となす角度及び凹所側壁と下端面となす角度が略９０°のキャピラリを用いて、凹所に収容した金属ボールと略同じ厚みの金属ボールを下端面にはみ出させてバンプを形成することで、バンプ中心部の荷重抜けを抑制することができ、バンプ中心部、圧着部において従来よりもより均一で十分な接合強度を確保することができる。さらに、下端面を有するキャピラリを用い、金属ボールの一部を意図的に下端面にはみ出させてバンプを形成するため、金属ボールの形成の誤差で金属ボールが大きくなったり小さくなったりした場合においても、はみ出した部分を押圧することができ、バンプの形成条件の許容度を広げることができる。
【００１３】
請求項２に記載したバンプの形成方法では、請求項１の発明の効果に加えて、さらに確実に、均一で十分なボンディング接合強度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るバンプの形成方法は、ワイヤ孔が大径に拡大して開口した凹所が設けられ、該凹所の底面と前記ワイヤ孔の側壁とがなす角度が略９０°であり、かつ、大径の前記凹所の側壁と下端面とがなす角度が略９０°であるキャピラリを用いて、被ボンディング部材の電極上にバンプを形成する方法であって、次記のように構成することにより、均一で十分なボンディング接合強度を確保するという目的を達成した。
【００１５】
本発明に係るバンプの形成方法は、具体的には、(1)キャピラリのワイヤ孔に金属ワイヤを通してキャピラリの下端面から所定長さだけ突出させて、形成するバンプの体積に相当する体積を有する球形状の金属ボールを形成する工程と、(2)キャピラリを下降させて被ボンディング部材の電極に金属ボールを加熱しながら押し付けて、金属ボールの一部をキャピラリの下端部に形成された凹所に収容し、金属ボールの残部を前記キャピラリの下端面にはみ出させ、金属ボールに超音波印加して前記凹所の深さと略同じ厚みを有して電極との接触面を広げつつ、接合面を形成して金属バンプを電極上に形成する工程と、(3)金属ワイヤを上方に引張って、金属バンプ上で切断する工程とを有する。
【００１６】
ここで、前記金属バンプを前記キャピラリの下端面にはみ出させる部分の厚みをｈ1、前記凹所で形成する部分の厚みをｈ2、ワイヤ孔半径をｒ、バンプの最大半径をＲ1、インナーチャンファ半径をＲ2とし、Ｌ1＝（Ｒ2−ｒ）、Ｌ2＝（Ｒ1−Ｒ2）としたとき、ｈ１＝ｈ２、０．２（ｒ＋Ｌ1）＜Ｌ2＜１．２（ｒ＋Ｒ2）とすることが好ましい。
【００１７】
以下に図面により本発明の実施の形態を金バンプを形成する場合について、説明する。
図１は本発明に係るバンプの形成方法において使用する第１実施例のバンプ形成装置に設けられたキャピラリの下端開口部の構成を示す図、図２は本発明に係るバンプの形成方法を簡略化して示した工程フロー図、図３は本発明により形成した金バンプの外観側面図、図５は本発明の方法により形成した金バンプの接合面の相当応力分布を示すグラフである。
【００１８】
本発明に係るバンプの形成方法を実施するのに使用するバンプ形成装置の最も大きな特徴とするところは、キャピラリの下端開口部である。
図１に示すように、本実施例のキャピラリ１は、その下端開口部２は、金バンプの形成材料である金ワイヤをキャピラリ１の長手方向に貫通させるワイヤ孔（ホール）３と、キャピラリ１の下端にワイヤ孔３が大径に拡大して開口した凹所（インナーチャンファ）４が設けられ、凹所４の底面５とワイヤ孔３の側壁６となす角度が略９０°に形成されている。また、大径の凹所４の側壁７と下端面（フェイス部）８となす角度が略９０°に形成されている。
【００１９】
下端開口部２は、ワイヤ孔３が大径の凹所４の中央部に位置して構成され、本実施例では、ワイヤ孔３の側壁６と凹所４の側壁７とは同心円状に形成されている。凹所４は金ワイヤ先端に形成した金ボールの一部が収まるようにされている。そして、凹所４の底面５と凹所４の側壁７とは略９０°で交差するようにされている。底面５と側壁７は、望ましくは略９０°である。このとき、金ボールの把持性をより高めてバンプ形成時の押圧や超音波印加による金ボールの偏心をより効果的に防止し、十分な接合強度を有するバンプを形成することができる。
【００２０】
本実施例のキャピラリ１の下端開口部２の具体的な寸法例として、ワイヤ孔３の直径：４２μｍ、凹所４の直径：７４μm、凹所４の深さ：３０μｍとしている。
【００２１】
上記の実施例のバンプ形成装置を使って、金ワイヤを用いて金バンプを形成する方法例を図１および図２に基づいて説明する。
先ず、キャピラリ１のワイヤ孔３に金ワイヤＷを通してキャピラリ１の下端面から所定長さだけ突出させて、金ワイヤＷの先端部にトーチ電極１３を位置させ、金ワイヤＷの先端部とトーチ電極１３との間に電圧を印加し、トーチ電極１３と金ワイヤＷの先端部との間にスパークを発生させる。これにより、形成するバンプの体積に相当する体積を有する球形状の金ボールＢを形成する（図２（ａ））。本実施例においては、直径約７５μｍの金ボールＢを形成した。
【００２２】
金ボールＢを形成した後、金ボールＢの一部を凹所４からはみ出した状態にしてキャピラリ１を下降させ、金ボールＢを被ボンディング部材の電極Ｐに押し付け、加熱しつつ、金ボールＢの一部をキャピラリ１の下端部に形成された凹所４に収容し、残部をキャピラリ１の下端面にはみ出させて、凹所４周囲の下端面に広げる。そして、超音波印加装置１４により超音波を印加して、凹所４の深さと略同じ厚みを有する所定の形状の金バンプＣを電極Ｐ上に形成する（図２（ｂ））。
これにより、凹所４周囲の下端面に広がった金ボールＢ部分は、キャピラリ１の下端面に押し付けられた状態で潰され、電極Ｐと接する金ボールＢの下部は平担になる。そして、金ボールＢが電極Ｐに接合した状態になる。
【００２３】
次いで、キャピラリ１による押し付け力を適度に弱め、金ワイヤＷを上方に引張って、金ワイヤＷを金バンプＣ上で切断する（図２（ｃ））。
具体的には、クランプ１５で金ワイヤＷを把持して上方に引っ張ることにより、金ボール(金バンプ)Ｃ直上のネック部で金ワイヤＷが切断され、電極Ｐ上に金バンプＣが形成される。
【００２４】
上記実施例の方法で形成された金バンプは、図３に示すように、重ね餅形状であって、下部の圧着部（キャピラリの下端面にはみ出させる部分）１０と、圧着部１０上の中径部（インナーチャンファ部）１１と、中径部１１上に形成されたワイヤネック部１２とから構成されている。圧着部１０の半径Ｒ1、高さｈ1、中径部の下端での半径Ｒ2、高さｈ2、ワイヤネック部のまわりのワイヤ孔の半径ｒとし、Ｌ1＝（Ｒ2−ｒ）、Ｌ2＝（Ｒ1−Ｒ2）としたとき、
ｒ＝２１μｍ、ｈ１＝ｈ２＝３０μｍ、Ｒ1＝５５μｍ、Ｒ2＝３７μｍ
Ｌ1＝（Ｒ2−ｒ）＝１６μｍ、Ｌ2＝（Ｒ1−Ｒ2）＝１８μｍ、
なる値が得られた。そして、これより、
０．５Ｌ1＝８μｍ＜Ｌ2＝１８μｍ、
０．２（ｒ＋Ｌ1）＝７．４μｍ＜Ｌ2＝１８μｍ＜１．２（ｒ＋Ｌ2）＝４６．８μｍ、
と、所定の形状が得られた。
【００２５】
上記のような関係を有する金バンプについて、中心からの距離を変えた接合面の相当応力をシミュレーションによって算出した結果を図５に示した。
なお、ここで接合面の相当応力は、主応力と剪断応力からシミュレーションによって計算した値である。
図５から明らかなように、バンプ中心部でも圧着部とほぼ同じ大きさの相当応力が得られ、均一で十分大きな接合強度が得られた。
【００２６】
なお、本発明に係るバンプの形成方法に使用するバンプ形成装置に設けられたキャピラリは、上記第１実施例のものに限られない。例えば、第２実施例のバンプ形成装置に設けられたキャピラリとして、図４に示されるようなキャピラリ下端開口部の形状をしたものでもよい。
この第２実施例のキャピラリの下端開口部は、ワイヤ孔（ホール）３が大径に拡大して開口した凹所（インナーチャンファ）の側壁がアール面とされ、そのＲの大きいところが上記第１実施例のバンプ形成装置と相違するのみなので、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
図４に示すように、本第２実施例のキャピラリ１は、その下端開口部２は、金バンプの形成材料である金ワイヤをキャピラリ１の長手方向に貫通させるワイヤ孔３と、キャピラリ１の下端にワイヤ孔（ホール）３が大径に拡大して開口した凹所（インナーチャンファ）４が設けられ、凹所４の底面５とワイヤ孔３の側壁６となす角度が略９０°に形成されている。また、大径の凹所４の底面５と下端面（フェイス部）８となす角度が略９０°に形成されている。そして、底面５と側壁７とは弧状に形成されている。
【００２８】
第２実施例のバンプ形成装置により形成したバンプについて、接合面の相当応力をシミュレーションにより算出した結果を図６に示す。図６から明らかなように、バンプ中心部でも第１実施例のバンプの形成方法によるバンプよりも大きな相当応力が得られ、大きな接合強度が得られた。また、中心部からやや離れた接合部においても第１実施例のバンプの形成方法によるバンプよりも、やや大きな相当応力が得られ、大きな接合強度が得られた。
【００２９】
なお、本発明は上記実施例に限定されず、設計変更程度で実施できるものも含まれる。例えば、上記においては、加熱しつつ、金ボールの一部をキャピラリの下端部に形成された凹所に収容する例で説明したが、加熱しなくてもよい場合には、加熱はしなくてもよい。また、バンプ形成装置のキャピラリの下端開口部の寸法は、上記実施例に限られないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のバンプの形成方法において使用する、第１実施例に係るバンプ形成装置のキャピラリ下部の概略縦断面図である。
【図２】本発明に係るバンプの形成方法における進行状態を示す工程フロー図である。
【図３】本発明の方法により形成した金バンプの側面図である。
【図４】本発明のバンプの形成方法において使用する、第２実施例に係るバンプ形成装置の要部の縦断面図である。
【図５】本発明の第１実施例のバンプ形成装置により形成した金バンプの接合面の相当応力分布を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例のバンプ形成装置により形成した金バンプの接合面の相当応力分布を示すグラフである。
【図７】従来のバンプ形成装置により形成した金バンプの接合面の相当応力分布を示すグラフである。
【図８】従来のバンプ形成装置を示す要部断面図である。
【図９】従来の他のバンプ形成装置を示す要部断面図である。
【図１０】従来のさらに他のバンプ形成装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    キャピラリ
２    下端開口部
３    ワイヤ孔
４    凹所
５    凹所底面
６    ワイヤ孔側壁
７    凹所側壁
８    下端面
１３    トーチ電極
１４    超音波印加装置
１５    クランプ
Ｂ    金ボール
Ｃ    金バンプ
【図１】
2005183817.tif 000003
【図２】
2005183817.tif 000004
【図３】
2005183817.tif 000005
【図４】
2005183817.tif 000006
【図５】
2005183817.tif 000007
【図６】
2005183817.tif 000008
【図７】
2005183817.tif 000009
【図８】
2005183817.tif 000010
【図９】
2005183817.tif 000011
【図１０】
2005183817.tif 000012