(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリ（７）によって線材（５）を導体（４）に接続するボールボンディング方法であって、
前記キャピラリ（７）の先端に前記線材（５）によってボール（５ａ）を形成し、前記キャピラリ（７）を移動させて前記ボール（５ａ）を前記導体（４）に接触させた後、前記キャピラリ（７）を前記導体（４）の表面に対して垂直方向に移動させると同時に水平方向に移動させて、前記ボール（５ａ）を前記導体（４）の表面に対して斜め方向に押し付け、前記ボール（５ａ）を前記導体（４）に圧着させることを特徴とするボールボンディング方法。
【請求項２】
第１導体（３ａ）および第２導体（４）とをワイヤボンディングで形成された導線（１０）によって電気的に接続する方法であって、
ワイヤボンディングの２次側となる前記第２導体（４）に、線材（５）によってバンプ（６）を形成するバンプ形成工程と、
前記バンプ形成工程の後、前記第１導体（３ａ）を１次側とするとともに前記バンプ（６）を２次側としてワイヤボンディングを行うことにより前記導線（１０）を形成し、前記第１導体（３ａ）および前記第２導体（４）とを電気的に接続するボンディング工程とを備え、
前記バンプ形成工程では、キャピラリ（７）の先端に前記線材（５）によってボール（５ａ）を形成し、前記キャピラリ（７）を移動させて前記ボール（５ａ）を前記第２導体（４）に接触させた後、前記キャピラリ（７）を前記第２導体（４）の表面に対して垂直方向に移動させると同時に水平方向に移動させて、前記ボール（５ａ）を前記第２導体（４）の表面に対して斜め方向に押し付け、前記ボール（５ａ）を前記第２導体（４）に圧着させることを特徴とする電子部品の接続方法。
【請求項３】
前記バンプ形成工程における前記水平方向は、前記キャピラリ（７）が前記第１導体（３ａ）から遠ざかる方向であることを特徴とする請求項２に記載の電子部品の接続方法。
【請求項４】
前記キャピラリ（７）が前記第１導体（３ａ）から遠ざかる方向に移動することで、前記第２導体（４）の表面における前記第１導体（３ａ）側に、平坦部（６ａ）を形成することを特徴とする請求項３に記載の電子部品の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をワイヤボンディングで形成された導線によって電気的に接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップおよび回路基板（配線基板）とをＡｕワイヤを用いたワイヤボンディングにて電気的に接続する場合に、一般に、回路基板上の配線材料がＣｕ等のようなＡｕワイヤとの接合性の悪い材料であると、配線（ランド）上に直接ボンディングを行うことができないとされている。
【０００３】
このような回路基板でＩＣチップのパッド（第１導体）と回路基板のランド（第２導体）とをワイヤボンディングによって接合する手順を図９に基づいて説明する。
【０００４】
まず、回路基板Ｊ１のランドＪ４上にＡｕワイヤＪ５にて予め接合性のよいボールボンディングを行ってバンプＪ６を形成する。具体的には、ＡｕワイヤＪ５の先端を放電によって溶解させて球状ボールを形成し、キャピラリＪ７をランドＪ４表面に対して垂直方向に移動させてボールをランドＪ４に押し付ける（図９（ａ））。さらにキャピラリＪ７をランドＪ４上に押し付けてＡｕワイヤＪ５を切断する（図９（ｂ））。
【０００５】
次に、ランド上に形成したバンプＪ６とＩＣチップＪ３のパッドＪ３ａとをワイヤボンディングによって接合する。具体的には、ＩＣチップのパッドＪ３ａ上にボールボンディングによって１次ボンディングを行い（図９（ｃ））、続いてバンプＪ６にウェッジボンディングによって２次ボンディングを行う（図９（ｄ））。以上の図９（ａ）〜（ｄ）に示す工程によって、Ａｕワイヤボンディングの接合性を確保している。
【０００６】
この方法によれば、回路基板のＣｕ等のランドとＡｕワイヤは接合性のよいボールボンディングで接合し、さらに配線上のバンプとＡｕワイヤは通常のウェッジボンディングで同質同材のＡｕ同士の接合を行うことによって良好な接合を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の接続方法では、Ａｕワイヤと被ボンディング材料とを超音波振動によって固着させるだけでなく、熱を加えながらボンディングを行うことにより両金属間の拡散による合金層形成を促して接合性を得るという方法を用いている。従って、回路基板およびＩＣチップはボンディング時において加熱されている。このため、回路基板の配線（ランド）としてＣｕ等の卑金属を用いる場合には、室温放置でもランドの酸化が進行してしまうのに加え、熱によりボンディングが進むに従ってさらに酸化が進行してしまい、ボールボンディングが接合できなくなってしまうという問題がある。
【０００８】
また、ランドはめっきによって形成されていることから、ランド表面は下地材料の表面粗度の影響を受けやすい。このため、Ｃｕめっき配線上の表面粗度が大きくなるとボンディング性が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、電子部品をワイヤボンディングで形成された導線によって電気的に接続する方法において、ボンディングの接合性を確保することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、キャピラリ（７）によって線材（５）を導体（４）に接続するボールボンディング方法であって、キャピラリ（７）の先端に線材（５）によってボール（５ａ）を形成し、キャピラリ（７）を移動させてボール（５ａ）を導体（４）に接触させた後、前記キャピラリ（７）を導体（４）の表面に対して垂直方向に移動させると同時に水平方向に移動させて、ボール（５ａ）を導体（４）に圧着させることを特徴としている。
【００１１】
これにより、キャピラリ（７）の先端部によってボール（５ａ）を導体（４）の粒塊（４ａ）の凹凸に食い込ませることができるので、導体（４）とボール（５ａ）との接合面積が増大させることができるとともに、導体（４）の表面の粗さによるアンカー効果によって導体（４）とボール（５ａ）との間の高い接合性を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、第１導体（３ａ）および第２導体（４）とをワイヤボンディングで形成された導線（１０）によって電気的に接続する方法であって、ワイヤボンディングの２次側となる第２導体（４）に、線材（５）によってバンプ（６）を形成するバンプ形成工程と、バンプ形成工程の後、第１導体（３ａ）を１次側とするとともにバンプ（６）を２次側としてワイヤボンディングを行うことにより導線（１０）を形成し、第１導体（３ａ）および第２導体（４）とを電気的に接続するボンディング工程とを備え、バンプ形成工程では、キャピラリ（７）の先端に線材（５）によってボール（５ａ）を形成し、キャピラリ（７）を移動させてボール（５ａ）を第２導体（４）に接触させた後、キャピラリ（７）を第２導体（４）の表面に対して垂直方向に移動させると同時に水平方向に移動させて、ボール（５ａ）を第２導体（４）に圧着させることを特徴としている。
【００１３】
これにより、第１導体（３ａ）および第２導体（４）とをワイヤボンディングで形成された導線（１０）によって電気的に接続する方法において、予め第２導体（４）にバンプ（６）を形成する際に、第２導体（４）とバンプ（６）との間の高い接合性を得ることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明では、バンプ形成工程における水平方向は、キャピラリ（７）が第１導体（３ａ）から遠ざかる方向であることを特徴としている。このように、キャピラリ（７）が第１導体（３ａ）から遠ざかる方向に移動することで、請求項４に記載の発明のように、第２導体（４）の表面における前記第１導体（３ａ）側に平坦部（６ａ）を形成することができる。
【００１５】
これにより、バンプ（６）における第１導体側に形成される平坦部（６ａ）の面積が大きくすることができ、導線（１０）とバンプ（６）との接合部分の面積が大きくなって、導線（１０）とバンプ（６）との接合強度を向上させることができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したＩＣチップと回路基板との接続方法について図に基づいて説明する。図１および図２は、本発明の第１実施形態に係るＩＣチップ３と回路基板１との接続方法を示す工程図であり、図３は回路基板上のランドと、ランド上に形成されたバンプとの接続状態を示す拡大断面図である。
【００１８】
以下、接続工程順に説明する。
【００１９】
まず、回路基板（セラミック基板やプリント基板などの基板）１を用意する。この回路基板１の一面上には、ワイヤボンディングすべきＩＣチップ３が複数設置されている。このＩＣチップ３は、ダイマウントペースト２（例えばはんだやＡｇペースト）により回路基板１上にダイマウントされており、ＩＣチップ３上には、ＩＣチップ３の内部回路と電気的に接続されたパッド３ａが設けられている。一方、回路基板１の一面上のうちＩＣチップ３の設置領域と異なる部分には、Ｃｕ、Ｎｉ、フラッシュＡｕめっき等のようにＡｕワイヤと接合性の悪い配線材料を用いたランド４が形成されている。本実施形態においては、ランド４はＣｕめっきによって形成されている。
【００２０】
なお、本実施形態では第１導体はＩＣチップ上のパッド３ａにより構成され、第２導体は回路基板上のランド４により構成される。
【００２１】
そして、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、このランド４上に、Ａｕよりなる凸状のＡｕバンプ６を、Ａｕワイヤ（線材）５を用いてボールボンディングにより形成する。これは、ＩＣチップ３のパッド３ａとランド４との間をＡｕワイヤ５を用いてワイヤボンディングして後述の導線１０を形成する場合に、Ａｕバンプ６と導線１０とを同質材質のＡｕにより構成することにより、導線１０の接合性を良くするためである。
【００２２】
具体的には、図１（ａ）に示すように、キャピラリ７の貫通孔７ａにＡｕワイヤ５を挿通した状態で、トーチ電極８からの放電によりキャピラリ７から突出したＡｕワイヤ５の先端にボール５ａを形成する。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、キャピラリ７をランド４上に位置させてボールボンディングを行うことによってＡｕバンプ６を形成する。
【００２４】
このボールボンディング工程について図３、図４に基づいて説明する。図３は、図１（ｂ）に示すボール５ａをランド４に圧着させる工程の詳細を示しており、図４はＡｕバンプ６とランド４との境界における接触状態を示している。
【００２５】
まず、図３（ａ）に示すようにキャピラリ７をランド４上に移動させてボール５ａをランド４に接触させる。このとき、キャピラリ７には超音波振動が加えられており、回路基板は加熱されているので、図３（ｂ）に示すようにボール５ａがランド４に接触した瞬間から、超音波振動による凝着と熱による拡散が始まる。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すようにキャピラリ７をランド４の表面に対して垂直方向に移動させると同時に水平方向にも移動させる。即ち、ボール５ａはランド４に対して斜め方向に押し付けられて荷重をかけられることになる。これにより、ボール５ａはキャピラリ７の先端部によってランド４にこすりつけられ、図４に示すようにボール５ａはランド４の粒塊４ａの凹凸に食い込むように圧着される。
【００２７】
このとき、キャピラリ７は、回路基板１上におけるＩＣチップ３搭載位置から遠ざかる方向（図３中右側）に移動させる。これにより、図３（ｃ）に示すようにキャピラリ７の先端部によってＡｕバンプ６のＩＣチップ３搭載位置側（図３中左側）に平坦部６ａが形成される。
【００２８】
次に、図１（ｃ）に示すように、キャピラリ７を後方（Ａｕバンプ６に対しＩＣチップ３と反対側の方向）に移動させてウェッジボンディングを行う。このとき、キャピラリ７をランド４上に押しつけてＡｕバンプ６から延びるＡｕワイヤ５を切断する。
【００２９】
次に、再度、キャピラリ７を上方に移動させ、図１（ｄ）に示すように、トーチ電極８からの放電により、Ａｕワイヤ５の先端に第１のボール５ａを形成する。
【００３０】
以上の図１（ａ）〜（ｄ）の工程を順次繰り返し、ワイヤボンディングの２次側となるランド４上にＡｕバンプ６を形成していく。
【００３１】
次に、図２（ａ）に示すように、キャピラリ７の貫通孔７ａにＡｕワイヤ５を挿通した状態で、トーチ電極８からの放電によりキャピラリ７から突出したＡｕワイヤ５の先端にボール５ａを形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、ＩＣチップ３に形成されたパッド３ａ上にボールボンディング（１次ボンディング）を行うとともに、図２（ｃ）に示すように、上記工程で形成したランド４上のバンプ６にウェッジボンディング（２次ボンディング）を行う。これにより、ＩＣチップ３のパッド３ａとランド４上のバンプ６との間にＡｕよりなる上記導線１０が形成され、ＩＣチップ３と回路基板１とが電気的に接続される。
【００３２】
以上の図２（ａ）〜（ｃ）の工程を順次繰り返して、複数のＩＣチップ３におけるすべてのパッド３ａについてボンディングを行う。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、ランド４にボールボンディングによってバンプ６を形成する際に、キャピラリ７をランド４表面に対して垂直方向に移動させるだけなく、キャピラリ７を回路基板１上におけるＩＣチップ搭載方向の反対側にも移動させることによって、キャピラリ７の先端部によってボール５ａをランド４の粒塊４ａの凹凸に食い込ませることができる。これにより、図４に示すようにランド４とバンプ６との接合面積が増大させることができ、さらに、ランド４の表面の粗さによるアンカー効果によってランド４とバンプ６との間の高い接合性を得ることができる。
【００３４】
また、このときキャピラリ７をＩＣチップ３搭載位置から遠ざかる方向に移動させることによって、バンプ６におけるＩＣチップ搭載側に形成される平坦部６ａの面積が大きくなる。これにより、図５に示すように導線１０とバンプ６との接合長ｋが長くなり、導線１０とバンプ６との接合強度を向上させることができる。
【００３５】
次に、本発明者らが本実施形態におけるＩＣチップと回路基板との接合方法について試作検討した結果を図６から図８に基づいて説明する。本検討では、比較的表面粗度の大きな（Ｒｚ＝４〜６μｍ）ランドに対してボールボンディングを行っている。
【００３６】
図６はランド上に形成したＡｕバンプのせん断強度（Ｎ）を示しており、図７はＡｕバンプのせん断後におけるＡｕ残り率（％）を示しており、図８は導線の引っ張り強度（ｍＮ）を示している。なお、図７のＡｕ残り率とは、せん断後においてランド上に残っているＡｕの面積の割合をいう。また、図６から図８における横軸のボンディング条件とは、キャピラリに加える超音波振動、キャピラリによる荷重のかけ方等のボールボンディングを行う際の条件を示しており、ボールボンディングにより適した条件の場合にボンディング条件が高くなる。
【００３７】
まず、ランド上にボールボンディングによって形成したＡｕバンプのせん断強度とせん断後のＡｕ残り率について説明する。図６に示すように本実施形態によれば従来の接合方法と比較してＡｕバンプのせん断強度が向上しており、さらに、図７に示すように、本実施形態ではＡｕ残り率が大幅に向上している。これは、ランドを構成するＣｕ粒塊同士の接する凹部にＡｕボールが入り込んだことにより、ランドとＡｕバンプとの接合面積が増大するとともに、アンカー効果によってランドとＡｕバンプとの密着力が向上したためにＡｕ残り率が向上したものと考えられる。
【００３８】
次に、ＩＣチップ上のパッドとバンプとを接合するＡｕワイヤからなる導線の引っ張り強度について説明する。図８に示すように、本実施形態によれば従来の接合方法と比較して全体的に引っ張り強度が向上していることがわかる。また、従来の接合方法ではボンディング条件の低い領域において、低強度のものがばらつきとして発生する場合があったのに対し、本実施形態においては、ボンディング条件の低い領域でも強度のばらつきが減少している。
【００３９】
これは、図５に示すようにバンプと導線との接合長ｋが長くなり、これにより低いボンディング条件でも接合力が向上したため、強度ばらつきが起きにくくなったためと考えられる。
【００４０】
なお、上記実施形態ではＩＣチップ上のパッドと回路基板上のランドとを接続するワイヤボンディングにおいて、ランド上にバンプを形成する場合について説明したが、これに限らず、本発明はワイヤを接合性の悪い導体上に接合するボールボンディングであれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】回路基板のランド上にバンプを形成する手順を示す工程図である。
【図２】図１の工程に続いて、パッドとバンプとワイヤボンディングによって接続する手順を示す工程図である。
【図３】図１（ｂ）のボールをランドに押し付ける手順の詳細を示す工程図である。
【図４】回路基板のランドと、ランド上に形成されたバンプとの接合状態を示す拡大断面図である。
【図５】Ａｕバンプと導線との接合状態を示す拡大断面図である。
【図６】ランド上に形成したＡｕバンプのせん断強度を示す特性図である。
【図７】Ａｕバンプのせん断後におけるＡｕの残り率を示す特性図である。
【図８】ＩＣチップと回路基板とを接合している導線の引っ張り強度を示す特性図である。
【図９】従来技術のＩＣチップと回路基板とを接続する手順を示す工程図である。
【符号の説明】
１…回路基板、３…ＩＣチップ、３ａ…パッド、４…ランド、５…Ａｕワイヤ、５ａ…ボール、６…Ａｕバンプ、７…キャピラリ、１０…導線。
【図１】
0003972518.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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