JP2000012598A - キャピラリおよびそれを用いたワイヤボンディング方法ならびに装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

キャピラリおよびそれを用いたワイヤボンディング方法ならびに装置および半導体装置の製造方法

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wire
bonding
wire bonding
groove
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Tsutomu Nakamaru
力 中丸
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Hitachi Ltd
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Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンディングにおけるボンディングの
接合強度の向上および製造コストの低減を図る。 【解決手段】 内部にワイヤ案内孔３ｃが形成されると
ともに、ボンディング時にワイヤのワイヤ接合部を加圧
する先端面３ａに溝部３ｂが形成されたキャピラリ３
と、キャピラリ３に超音波振動を印加するＵＳホーン
と、キャピラリ３によってワイヤボンディングが行われ
るボンディング処理部とを有し、キャピラリ３により前
記ワイヤ接合部を加圧してワイヤボンディングを行う際
に、キャピラリ３の先端面３ａに形成された溝部３ｂに
より、キャピラリ３と前記ワイヤ接合部との接触抵抗を
増加させて前記ワイヤ接合部の加圧を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に、キャピラリを用いてボールボンディングを
行うワイヤボンディングに適用して有効な技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。
【０００３】半導体集積回路における高集積化が進むに
つれ、半導体チップの表面電極（ボンディングパッド）
は、狭ピッチ化が進められている。ここで、狭ピッチで
配置された半導体チップの表面電極にワイヤボンディン
グを行う際のキャピラリは、ワイヤボンディング中の隣
接ワイヤへの干渉を防ぐため、その先端が細いものが使
用されている。
【０００４】なお、キャピラリには、その先端面が滑ら
かに仕上げ加工されたものや粗く仕上げ加工されたもの
などがある。
【０００５】ここで、先端を細く形成した構造のキャピ
ラリについては、例えば、日経ＢＰ社、１９９３年５月
３１日発行、「実践講座ＶＬＳＩパッケージング技術
（下）」香山晋、成瀬邦彦（監修）、２７〜３０頁に記
載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術のワイヤボンディングにおいては、キャピラリの先端
が細くなり、かつワイヤも細くなるため、キャピラリの
先端径に合わせてワイヤの圧着面積（ワイヤ接合部の面
積）も小さくなる。
【０００７】これにより、ワイヤボンディングにおける
接合強度が低下することが問題とされる。
【０００８】本発明の目的は、ボンディングの接合強度
の向上および製造コストの低減を図るキャピラリおよび
それを用いたワイヤボンディング方法ならびに装置およ
び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００１１】すなわち、本発明のキャピラリは、ワイヤ
ボンディング装置にボンディングツールとして設けられ
るものであり、ボンディング用のワイヤのワイヤ接合部
を加圧する先端面を有し、前記先端面に溝部が形成され
ている。
【００１２】また、本発明のワイヤボンディング方法
は、ワイヤ接合部を加圧する先端面に溝部が形成された
ボンディングツールである前記キャピラリを準備する工
程と、ボンディング用のワイヤを前記キャピラリのワイ
ヤ案内孔に通す工程と、前記キャピラリの前記先端面に
よって前記ワイヤの前記ワイヤ接合部を被接合部材の被
接合部に対して加圧するとともに、前記キャピラリによ
って前記ワイヤ接合部に超音波振動を印加して前記ワイ
ヤ接合部を前記被接合部に接合する工程とを有し、前記
キャピラリによって前記ワイヤ接合部を加圧する際に、
前記キャピラリの前記溝部により前記キャピラリと前記
ワイヤ接合部との接触抵抗を増加させて前記ワイヤ接合
部を加圧するものである。
【００１３】さらに、本発明のワイヤボンディング装置
は、ボンディング用のワイヤのワイヤ接合部を加圧する
先端面に溝部が形成されたボンディングツールであるキ
ャピラリと、前記キャピラリに超音波振動を印加する超
音波振動印加手段と、前記キャピラリによってワイヤボ
ンディングが行われるボンディング処理部とを有し、前
記キャピラリによって前記ワイヤ接合部の加圧を行う際
に、前記キャピラリの前記溝部により前記キャピラリと
前記ワイヤ接合部との接触抵抗を増加させて前記ワイヤ
接合部の加圧を行うものである。
【００１４】これにより、ワイヤボンディング時にキャ
ピラリによってワイヤ接合部を加圧した際に、キャピラ
リの溝部にワイヤ接合部の一部が入り込むため、キャピ
ラリのワイヤ保持力を高めることができる。
【００１５】したがって、キャピラリから超音波振動を
印加した際の振動エネルギをワイヤ接合部に対して効率
良く伝えることができる。
【００１６】その結果、ワイヤボンディングにおけるワ
イヤ接合部と被接合部材の被接合部との接合強度の向上
を図ることができる。
【００１７】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体チップをチップ支持部材のチップ支持部に接合す
る工程と、ワイヤ接合部を加圧する先端面に溝部が形成
されたボンディングツールであるキャピラリを準備する
工程と、ボンディング用のワイヤを前記キャピラリのワ
イヤ案内孔に通す工程と、前記キャピラリによって前記
半導体チップの被接合部である表面電極に対してチップ
側の前記ワイヤの前記ワイヤ接合部を加圧および超音波
振動させてこのワイヤ接合部を前記表面電極に接合する
工程と、前記キャピラリによって前記チップ支持部材の
被接合部であるリード部に対してリード部側の前記ワイ
ヤの前記ワイヤ接合部を加圧および超音波振動させてこ
のワイヤ接合部を前記リード部に接合する工程と、前記
ワイヤを前記チップ側または前記リード部側の前記ワイ
ヤ接合部のキャピラリ側の近傍で切断する工程とを有
し、前記キャピラリによって前記チップ側または前記リ
ード部側の前記ワイヤ接合部を加圧および超音波振動さ
せる際に、前記キャピラリの前記先端面の前記溝部によ
り、前記チップ側または前記リード部側の前記ワイヤ接
合部と前記キャピラリとの接触抵抗を増加させて前記ワ
イヤ接合部を加圧および超音波振動させるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【００１９】図１は本発明のワイヤボンディング装置の
全体構造の実施の形態の一例を示す斜視図、図２は本発
明のキャピラリの構造の実施の形態の一例を示す図であ
り、（ａ）は一部破断して示す側面図、（ｂ）は拡大底
面図、（ｃ）は溝部の部分断面図、図３は図２に示すキ
ャピラリの取り付け状態の一例を示す部分拡大断面図、
図４は図１に示すワイヤボンディング装置によってワイ
ヤボンディングされた半導体装置の一例であるＢＧＡの
構造を示す断面図、図５（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明の
ワイヤボンディング方法におけるボンディング手順の一
例を示す手順概念図、図６（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明
のワイヤボンディング方法におけるボンディング手順の
一例を示す手順概念図、図７は本発明のワイヤボンディ
ング方法において加圧・超音波振動印加時のワイヤ接合
部の状態の一例を示す部分拡大断面図、図８は本発明の
ワイヤボンディング方法においてワイヤボンディング終
了後のワイヤ接合部の構造の一例を示す部分拡大平面図
である。
【００２０】図１に示す本実施の形態のワイヤボンディ
ング装置は、半導体製造工程のワイヤボンディング工程
において、半導体集積回路が形成された図４に示す半導
体チップ１（被接合部材）の被接合部である表面電極１
ａ（ボンディングパッドもしくは単にパッドともいう）
と、積層された３枚のパッケージ基板４を有した被接合
部材である本体部材１８（チップ支持部材）のリード部
４ａ（被接合部）とを金などからなる（銅やアルミニウ
ムなどでもよい）ボンディング用のワイヤ２によって電
気的に接続するものであり、ワイヤ２の先端に形成した
図５（ａ）に示すボール２ｂをボンディングツールであ
るキャピラリ３によって半導体チップ１の表面電極１ａ
に熱圧着し、その後、図６（ｃ）に示すように、ワイヤ
２をリード部４ａに熱圧着するものである。
【００２１】したがって、前記ワイヤボンディング装置
は、キャピラリ３を用いてボールボンディング（ネイル
ヘッドボンディングともいう）を行うボンディング装置
である。
【００２２】さらに、本実施の形態で説明する前記ワイ
ヤボンディング装置は、ボンディング時にキャピラリ３
に超音波を印加する超音波熱圧着法のワイヤボンディン
グ方式のものである。
【００２３】本実施の形態の図１に示す前記ワイヤボン
ディング装置の概略構成は、図２（ａ）に示すような内
部にワイヤ案内孔３ｃが形成されるとともに、ボンディ
ング時にワイヤ２のワイヤ接合部２ａ（図７参照）を加
圧する先端面３ａに溝部３ｂが形成された円筒形のキャ
ピラリ３と、キャピラリ３に超音波振動を印加する超音
波振動印加手段であるＵＳホーン１３と、キャピラリ３
によってワイヤボンディングが行われるボンディング処
理部５とを有し、キャピラリ３によりワイヤ接合部２ａ
を加圧してワイヤボンディングを行う際に、キャピラリ
３の先端面３ａに形成された溝部３ｂによりキャピラリ
３とワイヤ接合部２ａとの接触抵抗を増加させてワイヤ
接合部２ａの加圧を行うものである。
【００２４】続いて、図２に示す本実施の形態のキャピ
ラリ３の構成について説明すると、キャピラリ３は、表
面電極１ａが微細ピッチ（例えば、５０〜８０μｍ程度
の範囲の狭パッドピッチ）で設けられた半導体チップ１
に対応可能なように、その先端が細く形成されたもので
あり、その先端の直径は、例えば、１００μｍ程度であ
る。
【００２５】さらに、図２（ａ）に示すキャピラリ３に
おけるワイヤ案内孔３ｃの直径は、例えば、３６μｍ程
度である（この場合、ワイヤ２の直径が２７μｍ）。
【００２６】なお、本実施の形態のキャピラリ３は、図
２（ｂ）に示すように、溝部３ｂが、先端面３ａにおい
てそのほぼ中心に形成されたワイヤ案内孔３ｃから外周
部３ｄに向かって４方向に放射状に形成され、かつ、溝
部３ｂが先端面３ａの外周部３ｄに到達するように形成
されている。
【００２７】つまり、本実施の形態のキャピラリ３は、
溝部３ｂが直交した十字形に形成されている。
【００２８】したがって、ボンディング時、このキャピ
ラリ３によってワイヤ接合部２ａを加圧した際には、図
８に示す半導体チップ１の表面電極１ａに接合させるチ
ップ側のワイヤ接合部２ａにおいても、かつ、図６に示
すリード部４ａに接合させるリード部側のワイヤ接合部
２ａにおいてもそれぞれに溝部３ｂによって図８に示す
接合突出部２ｃが形成される。
【００２９】なお、本実施の形態のキャピラリ３は、例
えば、セラミックなどによって形成されているため、そ
の場合、先端面３ａに形成された溝部３ｂは、切削など
の機械加工によって形成される。
【００３０】したがって、図２（ｃ）に示すように、本
実施の形態のキャピラリ３の溝部３ｂは、その断面形状
が切削工具の刃部の外周形状に倣って半円形に形成され
ており、溝部３ｂの幅は、例えば、５〜１０μｍ程度で
あり、さらに、溝部３ｂの深さは、例えば、５μｍ前後
である。
【００３１】ただし、溝部３ｂの断面形状は、前記半円
形に限定されるものではなく、ワイヤ接合部２ａとの接
触面積などを考慮した場合、例えば、台形などであって
もよい。
【００３２】したがって、溝部３ｂの断面形状や、その
幅および深さなどは、前記形状あるいは前記数値に限定
されるものではない。
【００３３】また、本実施の形態のキャピラリ３には、
ワイヤボンディングを行った際に、溝部３ｂによって形
成される接合突出部２ｃが、図８に示すように、半導体
チップ１の四角形の表面電極１ａの４つの角部に配置さ
れるように、キャピラリ３のワイヤ案内孔３ｃを中心と
した取り付けの回転方向すなわちθ方向を常時一定とす
るθ位置決め手段である切り欠き部３ｅが、図２（ａ）
に示すように、その根元部に形成されている。
【００３４】さらに、図３に示すように、キャピラリ３
を支持するキャピラリ支持部材であるＵＳホーン１３
（超音波振動印加手段）にも、キャピラリ３の根元部の
外周形状と切り欠き部３ｅの形状とに倣ったホーン側切
り欠き部１３ａ（θ位置決め手段）を有するキャピラリ
支持孔１３ｂが設けられており、このホーン側切り欠き
部１３ａにキャピラリ３の切り欠き部３ｅを合わせてキ
ャピラリ３の根元部をキャピラリ支持孔１３ｂに挿入
し、その後、固定ねじ１３ｃによってねじ止めを行うこ
とにより、キャピラリ３をＵＳホーン１３に対して常時
一定のθ方向の位置で取り付けることができる。
【００３５】このようにしてキャピラリ３が図１に示す
ワイヤボンディング装置に取り付けられることにより、
キャピラリ３によってワイヤ接合部２ａの加圧と超音波
振動の印加とを行う際に、キャピラリ３の溝部３ｂに入
り込んだワイヤ接合部２ａの一部を前記超音波振動によ
ってワイヤ接合部２ａから突出させるとともに、溝部３
ｂによってワイヤ接合部２ａの前記一部を半導体チップ
１の表面電極１ａの４つの角部に案内し、これにより、
表面電極１ａの４つの前記角部にワイヤ接合部２ａから
突出した接合突出部２ｃを形成できる。
【００３６】次に、図１〜図８を用いて、図１に示すワ
イヤボンディング装置の全体基本構成について説明する
と、直交する十字形（４方向への放射状）の溝部３ｂが
先端面３ａに形成されたキャピラリ３と、ワイヤ２の先
端に形成したボール２ｂを半導体チップ１の表面電極１
ａに熱圧着してボール２ｂと表面電極１ａとを電気的に
接続する第１ボンドが行われるとともに、前記第１ボン
ド後、ワイヤ２とパッケージ基板４のリード部４ａとを
熱圧着によって電気的に接続する第２ボンドが行われる
ボンディング処理部５とを備えている。
【００３７】続いて、前記ワイヤボンディング装置の詳
細構成について説明すると、ダイボンド済み（半導体チ
ップ１搭載後）でかつパッケージ基板４が張り付けられ
た半導体装置であるＢＧＡ（Ball Grid Array)６の本体
部材１８（チップ支持部材）をボンディング処理部５に
向けて送り出すローダ８と、ワイヤボンディングを終え
て搬送されたワークである本体部材１８を受け取るアン
ローダ９と、本体部材１８をローダ８からボンディング
処理部５に、かつボンディング処理部５からアンローダ
９に搬送するフィーダ部１０と、ボンディングに関わる
ツールを搭載したボンディングヘッド１１と、ボンディ
ング処理部５においてワークである本体部材１８を支持
しかつθ回転可能なステージ１２とを備えている。
【００３８】また、ボンディングヘッド１１は、その先
端に図２に示すキャピラリ３が取り付けられたＵＳ（Ul
tra-Sonic)ホーン（超音波ホーン）１３を上下に動か
し、このボンディングヘッド１１が搭載されたＸＹテー
ブル１４との動作制御により、ワイヤ２を接続し、その
結果、ワイヤ２のループを形成する。
【００３９】なお、ＵＳホーン１３は、キャピラリ３に
超音波振動を印加する超音波振動印加手段でもあり、前
述したように、ホーン側切り欠き部１３ａとキャピラリ
３の切り欠き部３ｅとを合わせてキャピラリ３の根元部
をキャピラリ支持孔１３ｂに挿入し、固定ねじ１３ｃに
よってねじ止めを行うことにより、キャピラリ３を常時
一定のθ方向の位置で支持するものである。
【００４０】また、キャピラリ３の上方にはワイヤ２を
挟んで引っ張りかつ切断するクランパ１７が設けられて
いる。
【００４１】さらに、ボンディングの際には、ボンディ
ングヘッド１１に搭載されたカメラ１５が、本体部材１
８とこれにダイボンディングされた半導体チップ１との
相対位置を検出し、所定の箇所にワイヤ２を熱圧着して
接続する。前記カメラ１５が撮影した映像はモニタ１６
に出力される。
【００４２】次に、本実施の形態のワイヤボンディング
装置によってワイヤボンディングが行われる図４に示す
半導体装置の構成について説明する。
【００４３】なお、本実施の形態では、前記半導体装置
の一例として、図４に示すようなパッケージ基板４を有
する本体部材１８（チップ支持部材）のチップ支持部１
８ａに半導体チップ１が搭載されたＢＧＡ６を取り上げ
て説明する。
【００４４】ここで、本実施の形態のワイヤボンディン
グ装置によってワイヤボンディングされる際、先端径が
小さい（例えば、１００μｍ程度の先端径）キャピラリ
３を用いた場合に、大きな効果が得られるため、本実施
の形態では、ＢＧＡ６が、例えば、約６００個のバンプ
２０（外部端子）を有した多ピンのゲートアレイの場合
を説明する。
【００４５】したがって、ＢＧＡ６の半導体チップ１の
表面電極１ａの設置ピッチが微細ピッチ（例えば、５０
〜８０μｍ程度の狭パッドピッチまたはファインピッチ
ともいう）の場合である。
【００４６】ＢＧＡ６の構成は、半導体集積回路が形成
されかつアルミニウムからなる表面電極１ａ（被接合
部）が設けられたゲートアレイである半導体チップ１
（被接合部材）と、この半導体チップ１を支持するチッ
プ支持部１８ａを備え、かつ積層された３枚のパッケー
ジ基板４とヒートスプレッダである放熱板１９とを張り
合わせて形成された本体部材１８（被接合部材）と、半
導体チップ１の表面電極１ａとこれに対応するパッケー
ジ基板４上の上段・下段（ここでは、放熱板１９側のリ
ード部４ａを下段のリード部４ａとするが、上下段の関
係は、その反対であってもよい）のリード部４ａ（被接
合部）とを電気的に接続する金線であるワイヤ２と、格
子状に配置された外部端子である複数（ここでは、６０
０個）のバンプ２０と、半導体チップ１およびワイヤ２
を樹脂封止して形成した封止部７とからなる。
【００４７】なお、チップ支持部材である本体部材１８
は、放熱板１９を備えずに、パッケージ基板４のみによ
って形成されていてもよく、その場合、チップ支持部１
８ａもパッケージ基板４に形成されることになるととも
に、その際のパッケージ基板４は、１枚の単体のパッケ
ージ基板４からなるものであってもよく、また、複数枚
のパッケージ基板４が積層される場合においても、その
積層枚数は限定されるものではない。
【００４８】ここで、本実施の形態のＢＧＡ６において
は、ワイヤボンディング時に、図２に示すキャピラリ３
によってチップ側およびリード部側のそれぞれのワイヤ
接合部２ａが加圧されるため、それぞれのワイヤ接合部
２ａは、図８に示すような４つの接合突出部２ｃを有し
た形状となる。
【００４９】この接合突出部２ｃは、キャピラリ３によ
ってワイヤ接合部２ａを加圧した際に、ワイヤ接合部２
ａにおけるキャピラリ３との接触部の一部がキャピラリ
３の溝部３ｂに侵入し、かつ超音波振動により溝部３ｂ
を案内として外方に押し出されてワイヤ接合部２ａから
突出して形成されたものである。
【００５０】また、半導体チップ１は、例えば、エポキ
シ系の接着剤などによって本体部材１８の放熱板１９の
チップ支持部１８ａに固着されている。
【００５１】なお、放熱板１９は、例えば、銅やアルミ
ニウムなどによって形成され、さらに、パッケージ基板
４は、例えば、エポキシ系樹脂であるＢＴレジンなどに
よって形成されている。
【００５２】さらに、封止部７を形成する封止用樹脂
は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂であり、半導体
チップ１やワイヤ２およびワイヤ接合部２ａは、前記封
止用樹脂によって保護されている。
【００５３】また、封止部７は、モールドによって形成
されたものであるが、モールド以外のポッティングなど
によって形成されてもよい。
【００５４】次に、本実施の形態のワイヤボンディング
方法および半導体装置の製造方法について説明する。
【００５５】なお、前記ワイヤボンディング方法は、図
１に示すワイヤボンディング装置を用いて行うものであ
り、本実施の形態では、このワイヤボンディング方法を
図４に示すＢＧＡ６（半導体装置）の製造方法に含めて
説明する。
【００５６】そこで、本実施の形態では、例えば、直径
２７μｍの金のワイヤ２を用いて図４に示すＢＧＡ６を
製造する場合について説明する。
【００５７】また、後述するボンディング温度、ボンデ
ィング荷重および超音波発振時間などのボンディング条
件については、本実施の形態で説明したものに限定され
るものではない。
【００５８】なお、図５、図６に示すワイヤボンディン
グのボンディング手順は、半導体チップ１の表面電極１
ａと本体部材１８（チップ支持部材）の下段側のリード
部４ａとをワイヤボンディングによって電気的に接続す
る場合を示したものであり、本実施の形態では、半導体
チップ１の表面電極１ａと上段側のリード部４ａとのワ
イヤボンディングの説明については省略するが、上段側
のリード部４ａとのワイヤボンディングの手順およびボ
ンディング条件は、下段側のリード部４ａとのワイヤボ
ンディングのものと全く同じである。
【００５９】まず、図示しない半導体ウェハ上において
半導体集積回路が形成された半導体チップ１をダイシン
グにより個々の半導体チップ１に切断・分離する。
【００６０】また、３枚のパッケージ基板４を積層して
張り合わせ、かつ、これに放熱板１９を張り付けて形成
したチップ支持部材である本体部材１８を準備する。
【００６１】さらに、個々に分離した半導体チップ１を
本体部材１８のチップ支持部１８ａに搭載（接合）する
ダイボンドを行う。
【００６２】この際、図４に示すＢＧＡ６では、エポキ
シ系の接着剤などによって本体部材１８の放熱板１９の
チップ支持部１８ａに固着する。
【００６３】一方、ワイヤ接合部２ａを加圧する先端面
３ａに溝部３ｂが形成されたボンディングツールである
キャピラリ３を有した図１に示すワイヤボンディング装
置を準備する。
【００６４】すなわち、図２に示す先端が細いタイプ
（狭パッドピッチ対応）のキャピラリ３を備えた前記ワ
イヤボンディング装置のスタンバイを実行する。
【００６５】その後、半導体チップ１搭載済み（ダイボ
ンド済み）の本体部材１８（以降、この状態の本体部材
１８をワークという）を図１に示すワイヤボンディング
装置のローダ８にセットする。
【００６６】さらに、フィーダ部１０によりローダ８か
ら前記ワークをボンディング処理部５まで搬送して、ス
テージ１２上にセットし、そこでワイヤボンディングを
行う。
【００６７】ここで、本実施の形態で用いるキャピラリ
３は、ファインピッチ（狭パッドピッチ）対応のもので
あり、図２に示すように、その先端面３ａに直交する十
字形（４方向の放射状）の溝部３ｂが形成されている。
【００６８】その後、このキャピラリ３を用いてワイヤ
ボンディングを行う。
【００６９】なお、前記ワイヤボンディングを行う際に
は、まず、図５（ａ）に示すように、ボンディングツー
ルを半導体チップ１上に搬送し、そこで、ワイヤスプー
ル２４に巻かれて収容されたボンディング用の金線であ
るワイヤ２を、所定量だけワイヤスプール２４からワイ
ヤガイド２５を介して引き出す。
【００７０】その後、エアテンショナー２６によってワ
イヤ２に所定のテンションを掛けつつ、ワイヤガイド２
５およびクランパ１７を介して図２に示すキャピラリ３
のワイヤ案内孔３ｃにワイヤ２を通す。
【００７１】さらに、電気トーチ２７によってワイヤ２
の先端にボール２ｂを所定の大きさに形成する。
【００７２】続いて、キャピラリ３によりボール２ｂを
半導体チップ１の表面電極１ａの接合面１ｂに熱圧着し
てボール２ｂと表面電極１ａとを電気的に接続する第１
ボンドを行う。
【００７３】この際、まず、図１に示すカメラ１５に接
続された図５（ｂ）に示すカメラ鏡筒１５ａによって、
ボンディングすべき半導体チップ１の表面電極１ａおよ
びパッケージ基板４の下段側のリード部４ａの位置（座
標）をモニタ１６に出力しながら補正しつつ算出する
（位置認識を行う）。
【００７４】その後、ワイヤ２の先端に形成したボール
２ｂをキャピラリ３の先端に配置し、続いて、ＵＳホー
ン１３によって所定の超音波振動をキャピラリ３に印加
しながら、キャピラリ３の先端面３ａによって半導体チ
ップ１の被接合部である表面電極１ａに対して（チップ
側の）ワイヤ２のワイヤ接合部２ａを加圧して（押し付
けて）このワイヤ接合部２ａを表面電極１ａに接合す
る。
【００７５】ここで、本実施の形態では、キャピラリ３
の先端面３ａにおいて溝部３ｂが直交した十字形に形成
されているため、図７に示すように、キャピラリ３によ
ってワイヤ接合部２ａを加圧すると、ワイヤ接合部２ａ
の一部がキャピラリ３の溝部３ｂに入り込む。
【００７６】これにより、キャピラリ３の先端面３ａと
ワイヤ接合部２ａとの接触面積を増加させることができ
る。
【００７７】さらに、ＵＳホーン１３によってキャピラ
リ３からワイヤ接合部２ａに対して超音波振動を印加す
ると、溝部３ｂに入り込んだワイヤ接合部２ａの一部
が、溝部３ｂの案内によりキャピラリ３の先端面３ａの
外方に移動する。
【００７８】その際、キャピラリ３は、図３に示すよう
に、これの切り欠き部３ｅとホーン側切り欠き部１３ａ
とが合わさって所定の向きで支持されているため、溝部
３ｂに入り込んだワイヤ接合部２ａの一部を半導体チッ
プ１の表面電極１ａの４つの角部に案内する。
【００７９】つまり、キャピラリ３の溝部３ｂに入り込
んだワイヤ接合部２ａの一部を前記超音波振動によって
ワイヤ接合部２ａから突出させるとともに、溝部３ｂに
よってワイヤ接合部２ａの一部を半導体チップ１の表面
電極１ａの角部に案内し、その結果、図８に示すよう
に、表面電極１ａの４つの角部にワイヤ接合部２ａから
突出した接合突出部２ｃを形成してワイヤ接合部２ａと
表面電極１ａとを接合する。
【００８０】なお、その際のボンディング温度は、例え
ば、１８０℃程度である。
【００８１】これにより、図５（ｃ）に示すように、キ
ャピラリ３によって、ワイヤ２の先端に形成したボール
２ｂを半導体チップ１の表面電極１ａに熱圧着し、その
結果、チップ側のボンディングである第１ボンドを完了
する。なお、第１ボンド側のボンディング荷重は、例え
ば、３０ｇであり、超音波発振時間は、２０ｍｓ程度で
ある。
【００８２】また、その際、クランパ１７においては、
これを開いて、ワイヤ２を開放しておく。
【００８３】前記第１ボンドを終了した後、図６（ａ）
に示すように、キャピラリ３を本体部材１８のパッケー
ジ基板４の下段側のボンディングすべきリード部４ａ上
に移動させてルーピングを行う。
【００８４】続いて、図６（ｂ）に示すように、キャピ
ラリ３を降下させ、その後、キャピラリ３によってワイ
ヤ２をパッケージ基板４の下段側のリード部４ａの接合
面４ｂに熱圧着するリード側すなわち第２ボンド側の接
合を行う。
【００８５】その際、キャピラリ３の先端面３ａによっ
て本体部材１８（チップ支持部材）の被接合部である下
段側のリード部４ａに対してリード部側のワイヤ２のワ
イヤ接合部２ａを加圧してこのワイヤ接合部２ａをリー
ド部４ａに接合する。
【００８６】なお、第２ボンド側の接合の際にも、ＵＳ
ホーン１３によってキャピラリ３に超音波振動を印加し
ながら接合を行う。
【００８７】その結果、キャピラリ３によってリード部
側のワイヤ接合部２ａを加圧する際に、キャピラリ３の
先端面３ａの溝部３ｂにより、ワイヤ接合部２ａから突
出した接合突出部２ｃを形成してワイヤ接合部２ａとリ
ード部４ａとを接合する。
【００８８】この際の第２ボンド側のボンディング荷重
は、例えば、１００ｇであり、超音波発振時間は、１５
ｍｓ程度である。
【００８９】前記第２ボンドの終了後、図６（ｃ）に示
すように、ワイヤ２を前記第２ボンド側のワイヤ接合部
２ａの近傍（ワイヤ２のキャピラリ３側の近傍）で切断
するワイヤ切断を行い、その後、キャピラリ３を上昇さ
せて、再び、ボール２ｂの形成を行う。
【００９０】この手順により、半導体チップ１のボンデ
ィングすべき全ての表面電極１ａに対し、これに対応す
る本体部材１８のパッケージ基板４の下段側のリード部
４ａとのワイヤボンディングを、第１ボンドと第２ボン
ドとを順次繰り返して行ってワイヤボンディングを終了
する。
【００９１】その後、半導体チップ１と下段側のリード
部４ａとのワイヤボンディングと同じ手順、かつ同じボ
ンディング条件によって半導体チップ１の表面電極１ａ
と上段側のリード部４ａとのワイヤボンディングを行
う。
【００９２】これにより、上下段のリード部４ａと半導
体チップ１とのワイヤボンディングを終える。
【００９３】その後、ワイヤボンディングが終了したワ
ークをフィーダ部１０によってアンローダ９に搬送し、
これをアンローダ９に収容する。
【００９４】続いて、アンローダ９から前記ワークを取
り出し、半導体チップ１およびワイヤ２の封止を行う。
【００９５】この際、封止工程において、封止用樹脂と
して、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂などを用い、ポ
ッティングまたはモールドなどによって半導体チップ１
およびワイヤ２を封止する樹脂封止を行い、これによ
り、封止部７を形成する。
【００９６】その後、本体部材１８において積層された
パッケージ基板４のうち、最も外側のパッケージ基板４
の所定箇所に外部端子であるバンプ２０を配置し、これ
を図示しないリフロー炉に通して前記外部端子の固着を
終える。
【００９７】なお、本実施の形態のＢＧＡ６では、バン
プ２０を格子状に配置する。
【００９８】その後、ＢＧＡ６に対して所定の検査を行
う。
【００９９】その結果、図４に示すＢＧＡ６（半導体装
置）を製造できる。
【０１００】本実施の形態のキャピラリおよびワイヤボ
ンディング方法ならびに装置および半導体装置の製造方
法によれば、以下のような作用効果が得られる。
【０１０１】すなわち、キャピラリ３の先端面３ａに溝
部３ｂが形成されたことにより、ワイヤボンディング時
にキャピラリ３によってワイヤ接合部２ａを加圧した際
に、キャピラリ３の溝部３ｂにワイヤ接合部２ａの一部
が入り込むため、これにより、キャピラリ３とワイヤ２
のワイヤ接合部２ａとの接触面積および接触抵抗を増や
すことができる。
【０１０２】その結果、キャピラリ３のワイヤ保持力を
高めることができる。
【０１０３】したがって、キャピラリ３から超音波振動
を印加した際の振動エネルギをワイヤ接合部２ａに対し
て効率良く伝えることができる。
【０１０４】これにより、ワイヤボンディングにおける
ワイヤ接合部２ａと半導体チップ１（被接合部材）の被
接合部である表面電極１ａとの接合強度（ボンダビリテ
ィ）の向上を図ることができる。
【０１０５】また、先端面３ａの外周部３ｄに到達する
溝部３ｂが形成されたキャピラリ３を用いることによ
り、ボンディング時に超音波振動を印加した際に、この
溝部３ｂに沿って押し出された接合突出部２ｃがワイヤ
接合部２ａから突出して（はみ出して）形成される。
【０１０６】これにより、ワイヤ接合部２ａと表面電極
１ａとの接合面積が大きくなるため、ワイヤ接合部２ａ
と半導体チップ１の表面電極１ａとの接合強度を向上さ
せることができる。
【０１０７】さらに、先端面３ａにおいて溝部３ｂが直
交した十字形に形成されたキャピラリ３を用い、かつこ
のキャピラリ３とキャピラリ３を支持するキャピラリ支
持部材であるＵＳホーン１３とにキャピラリ３の切り欠
き部３ｅおよびホーン側切り欠き部１３ａ（θ位置決め
手段）が設けられていることにより、キャピラリ３の溝
部３ｂによってワイヤ接合部２ａの一部を半導体チップ
１の表面電極１ａ（被接合部）の角部に案内し、これに
より、四角形の表面電極１ａの４つの角部に接合突出部
２ｃを形成できる。
【０１０８】したがって、ワイヤ接合部２ａと接合突出
部２ｃとを表面電極１ａからはみ出さずに形成できるた
め、狭パッドピッチの半導体チップ１において、隣あっ
たワイヤ２同士もしくはワイヤ接合部２ａ間の電気的な
ショートの発生を防止しつつ、ワイヤ接合部２ａと表面
電極１ａとの接合強度を向上させることができる。
【０１０９】これにより、狭パッドピッチのチップ実装
が可能になるため、接合強度を向上させた半導体チップ
１のチップシュリンク（チップ小形化）を実現でき、そ
の結果、半導体ウェハ上における単位面積当たりのチッ
プ取り数を増やすことができる。
【０１１０】これにより、半導体装置の製造コストを低
減できる。
【０１１１】さらに、狭パッドピッチの半導体チップ１
において、隣あったワイヤ２同士もしくはワイヤ接合部
２ａ間の電気的なショートの発生を防止しつつ、ワイヤ
接合部２ａと表面電極１ａとの接合強度を向上させるこ
とができるため、半導体集積回路の高集積化をさらに促
進できる。
【０１１２】また、キャピラリ３の先端面３ａの溝部３
ｂが直交した十字形（４方向の放射状）に形成されてい
ることにより、ボンディング時のボンディング方向（キ
ャピラリ３の動作方向）が３６０°何れの方向であって
も接合強度向上の効果を同様に引き出すことができる。
【０１１３】つまり、ボンディング時のボンディング方
向に無関係に接合強度を向上させることができる。
【０１１４】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。
【０１１５】例えば、前記実施の形態では、キャピラリ
３の先端面３ａにおける溝部３ｂの形状が、直交する十
字形すなわち４方向の放射状の場合について説明した
が、溝部３ｂは、先端面３ａの外周部３ｄに到達する形
状であれば、直交する十字形に限定されるものではな
く、その他の形状であってもよい。
【０１１６】ここで、先端面３ａの外周部３ｄに到達す
る溝部３ｂの形状の他の実施の形態を図９および図１０
に示す。
【０１１７】図９に示すキャピラリ３の溝部３ｂは、先
端面３ａにおいて８方向の放射状に形成されたものであ
る。
【０１１８】さらに、図１０に示すキャピラリ３の溝部
３ｂは、先端面３ａにおいて格子状に形成されたもので
ある。
【０１１９】図９および図１０に示す他の実施の形態の
キャピラリ３のように、その先端面３ａにおける溝部３
ｂの数を増やすことにより、キャピラリ３による加圧時
のキャピラリ３とワイヤ接合部２ａとの接触面積および
接触抵抗をさらに増やすことができる。
【０１２０】その結果、キャピラリ３によって超音波振
動を印加した際の振動エネルギがさらに伝わり易くなる
ため、これにより、ワイヤ接合部２ａと被接合部材（半
導体チップ１）の被接合部（表面電極１ａ）との接合強
度をさらに向上させることができる。
【０１２１】また、前記実施の形態で説明した図３に示
すキャピラリ３のθ位置決めの方法は、キャピラリ３の
切り欠き部３ｅとホーン側切り欠き部１３ａと固定ねじ
１３ｃによる方法に限定されるものではなく、キャピラ
リ３のθ方向の取り付け方向を常時一定にできるもので
あれば、他の固定方法であってもよい。
【０１２２】さらに、前記実施の形態では、半導体装置
の一例としてＢＧＡ６の場合を説明したが、前記半導体
装置は、ＢＧＡ６に限定されるものではなく、先端面３
ａに溝部３ｂが設けられたキャピラリ３を用い、かつ超
音波振動を印加してボールボンディングを行って製造す
るものであれば、ＱＦＰ（Quad Flat Package)やＰＧＡ
（Pin Grid Array) などの他の半導体装置であってもよ
い。
【０１２３】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【０１２４】（１）．キャピラリの先端面に溝部が形成
されたことにより、キャピラリとワイヤのワイヤ接合部
との接触面積および接触抵抗を増やすことができる。そ
の結果、キャピラリのワイヤ保持力を高めることがで
き、したがって、キャピラリから超音波振動を印加した
際の振動エネルギをワイヤ接合部に対して効率良く伝え
ることができる。これにより、ワイヤボンディングにお
けるワイヤ接合部と被接合部材の被接合部との接合強度
の向上を図ることができる。
【０１２５】（２）．先端面の外周部に到達する溝部が
形成されたキャピラリを用いることにより、ボンディン
グ時に超音波振動を印加した際に、この溝部に沿って押
し出された接合突出部がワイヤ接合部から突出して形成
される。これにより、ワイヤ接合部と被接合部との接合
面積が大きくなるため、ワイヤ接合部と被接合部材の被
接合部との接合強度を向上させることができる。
【０１２６】（３）．先端面において溝部が直交した十
字形に形成されたキャピラリを用い、かつこのキャピラ
リとキャピラリ支持部材とにキャピラリのθ位置決め手
段が設けられていることにより、キャピラリの溝部によ
ってワイヤ接合部の一部を半導体チップの表面電極の角
部に案内し、これにより、表面電極の角部に接合突出部
を形成できる。したがって、ワイヤ接合部と接合突出部
とを表面電極からはみ出させずに形成できるため、隣あ
ったワイヤ接合部間の電気的なショートの発生を防止し
つつ、ワイヤ接合部と被接合部との接合強度を向上させ
ることができる。これにより、狭パッドピッチのチップ
実装が可能になるため、接合強度を向上させた半導体チ
ップのチップシュリンクを実現できる。
【０１２７】（４）．前記（３）により、半導体ウェハ
上における単位面積当たりのチップ取り数を増やすこと
ができ、その結果、半導体装置の製造コストを低減でき
る。
【０１２８】（５）．狭パッドピッチの半導体チップに
おいて、隣あったワイヤ同士もしくはワイヤ接合部間の
電気的なショートの発生を防止しつつ、ワイヤ接合部と
被接合部との接合強度を向上させることができるため、
半導体集積回路の高集積化をさらに促進できる。
【０１２９】（６）．キャピラリの先端面の溝部が直交
した十字形を含む放射状に形成されていることにより、
ボンディング時のボンディング方向が３６０°何れの方
向であっても接合強度向上の効果を引き出すことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の全体構造の
実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明のキャピラリの構
造の実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は一部破
断して示す側面図、（ｂ）は拡大底面図、（ｃ）は溝部
の部分断面図である。
【図３】図２に示すキャピラリの取り付け状態の一例を
示す部分拡大断面図である。
【図４】図１に示すワイヤボンディング装置によってワ
イヤボンディングされた半導体装置の一例であるＢＧＡ
の構造を示す断面図である。
【図５】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明のワイヤボンディ
ング方法におけるボンディング手順の一例を示す手順概
念図である。
【図６】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明のワイヤボンディ
ング方法におけるボンディング手順の一例を示す手順概
念図である。
【図７】本発明のワイヤボンディング方法において加圧
・超音波振動印加時のワイヤ接合部の状態の一例を示す
部分拡大断面図である。
【図８】本発明のワイヤボンディング方法においてワイ
ヤボンディング終了後のワイヤ接合部の構造の一例を示
す部分拡大平面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態であるワイヤボンディ
ング装置に設けられたキャピラリの構造を示す拡大底面
図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態であるワイヤボンデ
ィング装置に設けられたキャピラリの構造を示す拡大底
面図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ（被接合部材） １ａ 表面電極（被接合部） １ｂ 接合面 ２ ワイヤ ２ａ ワイヤ接合部 ２ｂ ボール ２ｃ 接合突出部 ３ キャピラリ ３ａ 先端面 ３ｂ 溝部 ３ｃ ワイヤ案内孔 ３ｄ 外周部 ３ｅ 切り欠き部（θ位置決め手段） ４ パッケージ基板 ４ａ リード部（被接合部） ４ｂ 接合面 ５ ボンディング処理部 ６ ＢＧＡ（半導体装置） ７ 封止部 ８ ローダ ９ アンローダ １０ フィーダ部 １１ ボンディングヘッド １２ ステージ １３ ＵＳホーン（超音波振動印加手段） １３ａ ホーン側切り欠き部（θ位置決め手段） １３ｂ キャピラリ支持孔 １３ｃ 固定ねじ １４ ＸＹテーブル １５ カメラ １５ａ カメラ鏡筒 １６ モニタ １７ クランパ １８ 本体部材（チップ支持部材） １８ａ チップ支持部 １９ 放熱板 ２０ バンプ ２４ ワイヤスプール ２５ ワイヤガイド ２６ エアテンショナー ２７ 電気トーチ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤボンディング装置にボンディング
    ツールとして設けられるキャピラリであって、ボンディ
    ング用のワイヤのワイヤ接合部を加圧する先端面を有
    し、前記先端面に溝部が形成されていることを特徴とす
    るキャピラリ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のキャピラリであって、前
    記先端面に、その外周部に到達する前記溝部が形成され
    ていることを特徴とするキャピラリ。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載のキャピラリを用
    いたワイヤボンディング方法であって、 ワイヤ接合部を加圧する先端面に溝部が形成されたボン
    ディングツールである前記キャピラリを準備する工程
    と、 ボンディング用のワイヤを前記キャピラリのワイヤ案内
    孔に通す工程と、 前記キャピラリの前記先端面によって前記ワイヤの前記
    ワイヤ接合部を被接合部材の被接合部に対して加圧する
    とともに、前記キャピラリによって前記ワイヤ接合部に
    超音波振動を印加して前記ワイヤ接合部を前記被接合部
    に接合する工程とを有し、 前記キャピラリによって前記ワイヤ接合部を加圧する際
    に、前記キャピラリの前記溝部により前記キャピラリと
    前記ワイヤ接合部との接触抵抗を増加させて前記ワイヤ
    接合部を加圧することを特徴とするワイヤボンディング
    方法。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のワイヤボンディング方法
    であって、前記キャピラリによって前記ワイヤ接合部の
    加圧と前記超音波振動の印加とを行う際に、前記キャピ
    ラリの前記溝部に入り込んだ前記ワイヤ接合部の一部を
    前記超音波振動によって前記ワイヤ接合部から突出させ
    るとともに、前記溝部によって前記ワイヤ接合部の一部
    を前記被接合部である半導体チップの表面電極の角部に
    案内し、これにより、前記表面電極の前記角部に前記ワ
    イヤ接合部から突出した接合突出部を形成して前記ワイ
    ヤ接合部と前記表面電極とを接合することを特徴とする
    ワイヤボンディング方法。
  5. 【請求項５】 ボンディング用のワイヤのワイヤ接合部
    を加圧する先端面に溝部が形成されたボンディングツー
    ルであるキャピラリと、 前記キャピラリに超音波振動を印加する超音波振動印加
    手段と、 前記キャピラリによってワイヤボンディングが行われる
    ボンディング処理部とを有し、 前記キャピラリによって前記ワイヤ接合部の加圧を行う
    際に、前記キャピラリの前記溝部により前記キャピラリ
    と前記ワイヤ接合部との接触抵抗を増加させて前記ワイ
    ヤ接合部の加圧を行うことを特徴とするワイヤボンディ
    ング装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載のワイヤボンディング装置
    であって、前記先端面の外周部に到達する前記溝部が形
    成された前記キャピラリを設けたことを特徴とするワイ
    ヤボンディング装置。
  7. 【請求項７】 請求項５または６記載のワイヤボンディ
    ング装置であって、前記キャピラリの前記先端面におい
    て前記溝部が直交した十字形に形成され、かつ前記キャ
    ピラリとこれを支持するキャピラリ支持部材とに前記キ
    ャピラリのθ位置決め手段が設けられていることによ
    り、前記キャピラリによって前記ワイヤ接合部の加圧と
    前記超音波振動の印加とを行う際に、前記キャピラリの
    前記溝部に入り込んだ前記ワイヤ接合部の一部を前記超
    音波振動によって前記ワイヤ接合部から突出させるとと
    もに、前記溝部によって前記ワイヤ接合部の一部を被接
    合部である半導体チップの表面電極の角部に案内し、こ
    れにより、前記表面電極の前記角部に前記ワイヤ接合部
    から突出した接合突出部が形成されることを特徴とする
    ワイヤボンディング装置。
  8. 【請求項８】 半導体チップをチップ支持部材のチップ
    支持部に接合する工程と、 ワイヤ接合部を加圧する先端面に溝部が形成されたボン
    ディングツールであるキャピラリを準備する工程と、 ボンディング用のワイヤを前記キャピラリのワイヤ案内
    孔に通す工程と、 前記キャピラリによって前記半導体チップの被接合部で
    ある表面電極に対してチップ側の前記ワイヤの前記ワイ
    ヤ接合部を加圧および超音波振動させてこのワイヤ接合
    部を前記表面電極に接合する工程と、 前記キャピラリによって前記チップ支持部材の被接合部
    であるリード部に対してリード部側の前記ワイヤの前記
    ワイヤ接合部を加圧および超音波振動させてこのワイヤ
    接合部を前記リード部に接合する工程と、 前記ワイヤを前記チップ側または前記リード部側の前記
    ワイヤ接合部のキャピラリ側の近傍で切断する工程とを
    有し、 前記キャピラリによって前記チップ側または前記リード
    部側の前記ワイヤ接合部を加圧および超音波振動させる
    際に、前記キャピラリの前記先端面の前記溝部により、
    前記チップ側または前記リード部側の前記ワイヤ接合部
    と前記キャピラリとの接触抵抗を増加させて前記ワイヤ
    接合部を加圧および超音波振動させることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の製造方法で
    あって、前記キャピラリにより前記ワイヤ接合部を加圧
    および超音波振動させて前記ワイヤ接合部と前記表面電
    極とを接合する際に、前記キャピラリの前記溝部に入り
    込んだ前記ワイヤ接合部の一部を前記超音波振動によっ
    て前記ワイヤ接合部から突出させるとともに、前記溝部
    によって前記ワイヤ接合部の一部を前記被接合部である
    半導体チップの表面電極の角部に案内し、これにより、
    前記表面電極の前記角部に前記ワイヤ接合部から突出し
    た接合突出部を形成して前記ワイヤ接合部と前記表面電
    極とを接合することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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