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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:ワイヤーボンディングについて)

アルミ材のワイヤーボンディングに関する調査と対策

2023/10/12 16:24

このQ&Aのポイント
  • アルミ材(A5052)の形状加工とアロジン処理による納入先への供給が行われています。
  • 納入先ではアルミ板にFPCを貼り付け、チップ類を載せた後、ワイヤーボンディングによる回路接続を行っています。
  • 一部の製品で金線とアルミ板の接続に問題があり、取れてしまうとのクレームが発生しています。原因の特定と対策を検討しています。
※ 以下は、質問の原文です

ワイヤーボンディングについて

2001/08/17 11:06

アルミ材(A5052)を形状加工してからアロジン処理を施し、客先へ納入しております。
客先ではそれにFPCを貼り合わせ、何らかのチップ類を載せてから、ワイヤーボンディングにてそのアルミ板との回路接続(おそらくはSG?)を行うようなのですが、その金線とアルミとの接続がうまくいかない(取れてしまう)とのクレームがあり、調査しております。
納入はある程度継続しており、クレームとなったのは一時期限定(数量的には1ロットにも満たない程度の少量)であり、その前後品での作業上の問題は発生していないようです。
返品されず、サンプルも切れ端ほどのみで、どう調べたらいいものか判りません。
(客先での拡大写真では、微妙に面粗度が細かい=荒れていない感じもあり、また、触ったためか酸化したのかも良く判りませんが、サンプル表面は白っぽく変色も見られます。)
とりあえず御教授の程を....    
 ・そもそもワイヤーボンディングの仕組み(接着原理)とは?
 ・それを妨げる要因として考えられることは?
よろしくお願いいたします。

質問者が選んだベストアンサー

ベストアンサー
2001/08/18 01:45
回答No.2

1:ワイヤボンディングの原理
  ・正確には金属間の固相拡散による接合です。
  ・固相拡散を起こす為にある程度の熱を加える必要があります。
  ・一般的にはUS(超音波)方式と熱圧着方式の2種類があり、
   a)US方式
     →ワイヤをツールで押しつけて数十KHz程度の超音波
      (ultra sonic)振動でこすりつけ、その時発生する摩擦
      熱で接合します。
   b)熱圧着方式
     →接合に必要な熱を直接加熱で与えて接合します。

   半導体組み立ての場合は殆どUS方式(接合時間が短い)ですが
   熱圧着方式も時折見られます。

2.不着原因
  ワイヤ不着が発生する場合、この固相拡散接合を阻害する物質が
  接合面に存在していると考えるのが一般的です。
  阻害物質としては接着剤や油に代表される有機物、表面酸化が挙げ
  られます。US方式の場合はこれらの不純物を擦りながらはぎ取り
  ピュアな金属面を露出させる効果もあります。クロメート処理を
  施しているものにボンディングしているのであれば恐らくUS方式
  でしょうが、表面処理されているものをはぎ取って接合する訳です
  から、後から付着した有機物のせいとも考えられず、クロメート膜厚
  が厚くてはぎ取りきれないといった原因かも知れません。その他には
  ボンディング条件そのもののバラツキや、作業上のヒューマンエラー
  等も考えられますが。

補足

0002/11/30 00:00

御回答ありがとうございます。客先での作業条件もオープンにされず、原因は「表面処理エラー」だの「異常酸化」だのと一方的に押し付けられそうな状況です。
(おっとすみません、愚痴になってしまいました・・・。)
さて、よろしければもう少し教えて頂きたいのですが、
 ・US方式だとすれば、表面の酸化も「剥ぎ取れるもの」と思って良いのでしょ  うか?(もちろん程度にもよるでしょうが・・・)
 ・通常アロジンの皮膜は数ミクロン程度と考えますが、擦って剥ぎ取れる限界値  とは?(理論値でも参考値でも、お判りの範囲で結構です)
現状「なぜそのロットのみが異常なのか?」がクレームの焦点になりそうな気配ですが、いずれにしても当方にそれらの検証能力は無く、理論武装もままならないところです。

質問者

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その他の回答 (4件中 1~4件目)

2001/09/11 17:20
回答No.4

とりあえず答えられる部分だけですが、当然ながら先方も量産する前に試作
評価を実施してボンディング条件を決めており、それに合った設備
を使用している筈ですので、いわゆる「無理な条件」ではないのでしょう。
私の考えでは数ミクロンの皮膜を剥いで接合するのはかなり大変かな?
と思った程度です。

一般的な半導体チップについてもロット間でボンディング条件が異なるのは
よくあることですが余りにも最初の条件から外れた場合には、やはり不良品
と考え、表面状態の分析等解析を依頼するケースはございます。確かに条件
を高く(強く)すればいつかは不着が無くなると思うのですが、最終的な
判断はワイヤ接合強度とその経時変化ですのでむやみに条件を高くもできない
のです。

とりあえず以上です。表面処理の件は過去皮膜形成のプロセス中に酸洗いを
する工程で白っぽくなったりすることがあると聞いたことがありますが。

お礼

0002/11/30 00:00

確かにおっしゃる通りだと思います。条件を上げてくっ付いたからそれでいいか、という訳にはいきませんね。私もおかしな質問をしたものだと反省しております。
表面処理については、クレームレベルの白濁が通常の出荷検査にて検出できなかったとも思えず、発生そのものは出荷後であろうと考えます。ただ、このロットに対し何かしらの異常が有った事は確かなのでしょうし、結局最後には「なぜこのロットだけが?」となると弱いのですが、検証できる限りを報告して見ようと思います。正直申しまして、全てを公にしきれない中での質問に対し、非常に解り易い御回答をくださった事に感謝しております。ありがとうございました。

質問者
2001/09/07 03:49
回答No.3

ご苦労なさっておられるようですね。
ボンディング条件にもよりますが、基本的には剥ぎ取れるはずで
剥ぎ取れない場合は当然不着になります。逆にいうならば確実にはぎ取って接合させる条件でワイヤボンディングを行わなければならないんですよね。特に元々アルミの表面は大気中では酸化しているはずなので。
でも防食被膜が施してあるのに「異常酸化」ってのも変な話だなと思うのですが。

理論値とかは正直不明です。ただ、数ミクロンの被膜を剥ぐならば相当強い条件かなぁ・・・とは思いますが。本当に金ワイヤでのボンディングなんでしょうか?自動車用電装装置なんかだとアルミワイヤーでボンディングしているようですけど。

ここから先は私見ですが、「不着の発生したロットだけが何か異常で、その前後は問題ない」という結論にしたいのかなぁ・・・と。
思うんですけどね。

補足

0002/11/30 00:00

#1.失礼いたしました。化成処理にて生成される酸化皮膜は、「多くても数ミクロン(1桁前半?)」「通常推定0.10.3ミクロン」「測定不能」等々、資料によってもばらばらで、私自身も実は曖昧です。申し訳ありません。ところで、御回答の中の「数ミクロンの被膜を剥ぐならば相当強い条件かなぁ・・・」というのは、「かなり無理がある=ワイヤ不着になりやすい」という捉え方でよろしいのでしょうか? #2.冒頭にあるボンディング条件についてですが、機械的に設定(周波数,温度,時間等?)を可変させる余地があるとして、もしクレーム品に対し「それら設定をMAXに変更したら接合できた」場合は、それでも不良品でしょうか?(通常W.B関係の業界ではどういう扱いになるものか?変な質問ですみません・・・。) #3.ワイヤーですが、写真で見る限り「金色」です。めっきかどうかはわかりませんが・・・。 #4.「異常酸化」についても、実は良くわかりません。選別の際に「白っぽい」「つやが無い」物を比較検査で分別したのみです(私が見たのではないので、これも聞いた限りです)。返却された切れ端は確かに白かったのですが、アルミ板を切断しているので、はたして手垢やら酸化やらもわかりません。わからない事ばかりですみません・・・。

質問者
2001/08/17 14:35
回答No.1

ワイアボンディングとは半導体チップの入出力ピンの接続の方法の1つで、チップのパッドと外部接続パッド間を金、又はアルミなどの金属線を溶接して接続する方法です。
前処理で密着力を高めるための粗化と、しっかりと洗浄をする必要があります。粗化は表面が梨地状になる様に処理をしてあげた方が良いです。洗浄は普通、クリーンルーム(1000クラス程)で純水を使用します。酸化、変色はもっての外です。これは納品先での問題になると思いますが・・・。
前処理の装置はジェットスクラブ研磨機が良いです。

お礼

0002/11/30 00:00

御回答ありがとうございます。
やはり表面は「荒い」方が良いのでしょうか?ぬれ性等を考えたりもして、どちらが良いものやら判らずにおりました。
「梨地処理」の検討は可能と思いますが、「クリーンルーム」は現状無理です・・・。
「純水洗浄」はしておりますが、その後の工程(検査・梱包)でも接触は避けられず、他でも「イオンコンタミ」の指摘まで有ったりしましたが、正直対応しきれずにおります。
問題は山積み、といったところでしょうか・・・?

質問者

お礼をおくりました

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