ワイヤーボンディングボールはがれとボンディング…

Question

ワイヤーボンディング ボールはがれとボンディング条件

ＬＥＤで高温でのボール剥れ多発に困っています。ボール剥れを抑え様としてボンディング条件を強くして、電極下のクレタリングも起きています。
設備側とチップ側両方が不安定で付き難くなっていると考えていますが、作りやすくするため、金ワイヤとキャピラリの変更を検討しています。
理由として、ボールサイズが大きいため、ボールをつぶすのに条件を強くしていること、ボンディングの位置ずれ時にクレタリングが多いことから、ボールサイズを小さくしたいと思っています。現状は30μｍ金ワイヤーでボンディングのボール径が110130μmで、ボール厚1020μmです。

そこで、イニシャルボール径やボンディング後のボール径はボンダーの能力やキャピラリ形状でいくらでも(限度はあると思いますが)小さくできるのでしょうか。30μｍだったら、これぐらいのボール径のような目安があるのでしょうか。
あまり小さく出来ないようでしたら、25μmのワイヤーへの変更も考えていますので、25μmでのボール径目安もありましたら、教えていただけませんでしょうか。
よろしくお願いいたします。

Answer

金線径やFABに対する圧着径の目安と言うよりは、ほとんどがキャピラリのサイズで決まってしまいます。
と、言うか圧着径に合わせCDを検討し、キャピラリのデザインが決まったらFABの大きさを体積から算出します。

ちなみに、基本的な圧着径の計算方法としてはCD径X1.21.5倍が標準的な狙いです。それ以上、以下と言う事が極まれにありますが、あくまでも基本と言う事で理解してください。

また、超音波の逃に対する確認方法は圧着ボールの形状の安定性で判断できるかと思いますが、現状の圧着径を形成するのにCDがどの程度なのかによっても判断は変わってきます。
先般の説明にもあったように狙い径に対しCDが極端に小さいのであればボール変形や不着の対象になります。

チップ表面の汚染についてですが、よほど汚れているシートの張替えでなければ今回のトラブルの要因とはならないでしょう。
心配なのは酸化膜やフッ素の付着によって問題が発生しているのではないかと言う事です。
実験的にプラズマクリーニングを施した後に着き性がどの程度変わるかを調査されてみては如何でしょう。

最後にPadサイズとボールサイズが同等とのことですが、パシベーションやパターンを踏みつけるようなことがあると心配です。
LEDと言うことなので、どの様なパターンなのかはだいたいの想像は出来ますが、先ずは少しだけサイズを小さくしてみては如何でしょう。

Answer

金線径に対するFABの形成目安は、一般的に1.5倍以上あれば十分とされています。（よほど古い装置でなければ…）
また、ボール厚は圧着径に対して20％程度が理想とされています。（ディスクリート／LED系では例外もありますが…）

線径に対し大きすぎると逆に放電条件の影響を受け粒界結晶のダメージを促します。（FAB/HAZともにです）

但し狙っているボール径が大きいのなら仕方ありませんので、その影響を最小限におさえるスパーク条件と金線タイプを選ぶ必要があるでしょう。

さて、今回の件ですが不着の起因となるポイントははつかんでいるのでしょうか？
状況が見えないのではっきりとは言えませんが、私の経験から単にキャピラリやボールサイズの変更でで解決するとは思えないのですが、取り越し苦労でしょうか？
LED特有の押さえやワークに問題はありませんか？デバイスの浮きや超音波の発振漏れ、搬送系の問題…、またはPad表面の汚染などは大丈夫ですか？

もしかすると、条件が強すぎて接合後のボール裏面で層間剥離になっているのでしょうか？

もう一つ、大き目のボールで不着が発生しやすい要因としてキャピラリのCD径との不一致が考えられますが、どうでしょう？
CD径が小さく圧着ボールだけ大きいとなると超音波の伝わっているのはボールの中心部だけとなり、いくら条件を強くしてもボール全体の接合にはなりませんが、確認してみてください。

Answer

30μm径のワイヤでしたら
イニシャルボール（FAB）径は
７０９０μmが安定的にボールアップ
できる領域ではないでしょうか。
それ以下を狙うとなると、ボールの
偏芯などが発生しやすくなり、
条件管理で苦しむことになる恐れが
あります。

２５μmでも線径に対するFABの比率は、
上記とほぼ同様な範囲になるかと
と思います。

LEDBによる高温でのワイヤーボンディングについて