JP2001007145A - ワイヤーボンドツール、ワイヤーボンド方法及びワイヤーボンド装置 - Google Patents

ワイヤーボンドツール、ワイヤーボンド方法及びワイヤーボンド装置

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Sumikazu Hosoyamada
澄和 細山田
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度実装に適合した半導体素子の電極に接
合するツール及びボンディング方法とその装置を提供す
る。 【解決手段】 ツールを固定する第１のホーン１０を有
する円筒状の第１のツール１２と、ツールを固定する第
２のホーン１１を有する角柱状の第２のツール１３とが
それぞれ独立して構成され、第１のツール１２には内部
に金属ワイヤーを通すための貫通穴１４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法の一部であるワイヤーボンドに使用するツール、そ
のツールを使用したワイヤーボンド方法及びその装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は従来例のワイヤーボンドに使用す
るツールの形状を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面
図で、４１はツール、４１−１はそのツールの先端の圧
着部、４１−２はワイヤーを通す貫通穴である。
【０００３】図１０（ａ）、（ｂ）及び図１１（ａ）、
（ｂ）は、図９に示すツールを用いた従来のワイヤーボ
ンド方法を示す図である。
【０００４】以下、図１０及び図１１を参照してワイヤ
ーボンド方法を順次説明する。
【０００５】まず、図１０（ａ）に示すように、金線５
１をツール４１に通し、金線５１の先端を金球形成用ト
ーチ５２で溶融して金球５３を形成する。
【０００６】次に、金球５３をＡｌ電極５４上に圧着し
た後、図１０（ｂ）のようにツール４１を矢印Ａ方向に
移動させ、更に図１１（ａ）でツール４１を矢印Ｂ方向
に移動し、ツール４１の先端のエッジ部で、インナーリ
ード５５上に金線５１を圧着する。
【０００７】次に、図１１（ｂ）のようにクランパ５６
で金線５１を矢印Ｃ方向に引っ張り、切断する。
【０００８】尚、図１０（ａ）における５７はチップ、
５８はダイパッドを示すものである。
【０００９】以上のように、１つのツールで半導体素子
の電極及びリードフレームの端子と金線を接合する方法
であった。
【００１０】図１２は従来のワイヤーボンド方法の実施
に当り、使用される装置の構成図である。
【００１１】図１２のようにＸ、Ｙそれぞれの方向に自
由に移動可能なＸＹテーブル６１、ワイヤーボンドツー
ル４１を取付けるホーン６２、金線をクランパするクラ
ンパ５６、金球形成時に放電を行うトーチ５２、ボンド
点の位置出しに必要な画像認識を行う際に使用するカメ
ラ６３、ホーン６２・クランパ５６を動作させるボンデ
ィングヘッド６４、リードフレーム・基板等の搬送を行
うフィーダー６５、リードフレーム・基板等を供給する
ローダー６６、リードフレーム・基板等を収納するアン
ローダー６７から構成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のツール
及びワイヤーボンド方法では半導体素子の電極の面積及
び個々の電極間の間隔が高密度実装により小さくなった
場合、接合可能な金球の圧着面積は半導体素子の電極の
面積より小さくなり、隣接の電極に接合された金球・金
線に接触しないようにする必要がある。
【００１３】このため、図９に示すツールの先端部の面
積を小さくしなければならず、又、金線をリードフレー
ムのインナーリード部に接合させる際の圧着面積が小さ
くなり、接合強度及び金線の引っ張り強度が低下すると
いう問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】第１のホーンに固定され
る円筒状の第１のツールと、第２のホーンに固定される
柱状の第２のツールとがそれぞれ独立して構成され、第
１のツールには内部に金属ワイヤーを通すための貫通穴
を設け、高密度実装に適合した半導体素子の電極に接合
するワイヤーボンドツール及びそのツールを使用したワ
イヤーボンディング方法とその装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態を
示す図で、（ａ）はツールの構成図、（ｂ）は第１のツ
ールの形状を示す図、（ｃ）は第２のツールの形状を示
す図である。
【００１６】図１において、ツールを固定する第１のホ
ーン１０を有する円筒状の第１のツール１２と、ツール
を固定する第２のホーン１１を有する柱状例えば角柱状
の第２のツール１３とがそれぞれ独立して構成される。
【００１７】このとき、第１のツール１２は従来使用し
ているツールと同じものを用いるため、この第１のツー
ル１２にはツール内部に図１（ｂ）に示すような金属ワ
イヤー例えば金線を通すための貫通穴１４が設けられて
いる。
【００１８】第１のツール１２を固定している第１のホ
ーン１０は従来と同じく振動子により超音波振動にて振
幅し、第１のツール１２に振動を付加する。
【００１９】第２のツール１３は金属ワイヤーをインナ
ーリード側（図示せず）にて接合させるため、図１
（ｃ）のような先端を角柱形状とし、金属ワイヤーを潰
して接続させるため断面積を従来のツールよりも大きく
する必要がある。
【００２０】このときの断面積としては従来のツールの
断面積の１．２倍〜５倍程度とする。この第２のツール
１３についても同様に、金属ワイヤーをインナーリード
に接続させるため、第２のホーン１１を用いて振動子に
より超音波振動にて金属ワイヤーを潰して接合させるた
めの第２のホーン１１にて固定されている。
【００２１】第１のツール１２は半導体素子の電極と金
球を接合させる際に用いるものであり、第２のツール１
３は金線とインナーリードを接合させる際に使用する。
【００２２】以上のように、金線をインナーリードに接
合させる際、第１のツールよりも圧着面積の大きな第２
のツールを使用しているため、第１のツールを使用した
場合に比べ、圧着面積が大きく接合強度及び引っ張り強
度の向上が図れる。
【００２３】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図３
（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態を示す図であ
って、第１の実施形態で示したワイヤーボンドツールを
使用したワイヤーボンド方法を示す図である。
【００２４】図２（ａ）に示すように、ダイパッド５８
上に固定されたチップ５７に設けられたＡｌ電極５４に
第１のツール１２の先端に設けられた金球５３を荷重、
超音波等により図２（ｂ）に示すように接合する。
【００２５】このとき、金球５３は第１のツール１２の
横に設けられた金球形成用トーチ５２を用い放電により
金属が溶融し、金球となる。Ａｌ電極５４と接合した金
線５１は第１のツール１２が動くのと一緒にインナーリ
ード５５上へ移動する。
【００２６】この際、第２のツール１３は、となりのす
でに接合した金線５１及び金球５３に接触しないように
上昇させておく。
【００２７】その後、図２（ｃ）のように、インナーリ
ード５５上に第１のツール１２、第２のツール１３が移
動後、第２のツール１３を下降させ、荷重、超音波を第
２のツール１３に印加し、金線５１とインナーリード５
５を接合させる。
【００２８】第２のツール１３は、第１のツール１２が
インナーリード５５に設置された後、超音波等にて仮接
合した後すぐに第２のツール１３を動かして接合面積を
大きくして本接合を完了させる。
【００２９】このとき、第２のツール１３の動作として
は、第２のツール１３の先端が第１のツール１２の先端
にできるだけ近く移動するように第２のツール１３を固
定している第２のホーン１１を角度を持った直線動作を
させる必要がある。
【００３０】この方法では第２のツール１３がＡｌ電極
５４とインナーリード５５の接合点の内側にある場合の
み使用できるため方向性が限られている。
【００３１】図３（ａ）に示すように、第２のツール１
３が下降した状態で第１のツール１２を上昇させ、金球
形成に必要な長さの金線５１を第１のツール１２の先端
より出たタイミングでクランパ５６を閉じ、さらに第１
のツール１２を上昇させて金線５１を切断する。
【００３２】図３（ｂ）に示すように、第２のツール１
３を元の位置に上昇させ、第１のツール１２を金球形成
用のスパークができる位置まで上昇させる。
【００３３】以上のように、金線をインナーリードに接
合させる際、第１のツールよりも圧着面積の大きな第２
のツールを使用しているため、第１のツールを使用した
場合に比べ、圧着面積が大きく接合強度及び引っ張り強
度の向上が期待できる。
【００３４】また、半導体素子の電極、インナーリード
それぞれ異なった材質のものに対してそれぞれ専用に第
１のツール、第２のツールを使い分けることが可能とな
る。
【００３５】インナーリード表面のめっきや異物の付着
等によるツール先端部の汚染防止の効果が期待できるこ
とから、Ａｌ電極上の金球の圧着形状の安定性が向上
し、信頼性の高い半導体装置が実現できる。
【００３６】図４は本発明の第３の実施形態を示す図
で、（ａ）はツールの構成図、（ｂ）は第１のツールの
形状を示す図、（ｃ）は第２のツールの形状を示す図で
ある。
【００３７】同図において、円筒状の第１のツール２２
と第１のツール２２の外形より大きな内径を持つ円筒状
の第２のツール２３より構成されている。
【００３８】このとき、第１のツール２２は従来使用し
ているツールと同じものを用いているためこの第１のツ
ール２２にはツール内部に図４（ｂ）のような金属ワイ
ヤーを通すための貫通穴２４が設けられている。
【００３９】第１のツール２２を固定している第１のホ
ーン２０は従来と同じく振動子により超音波振動にて振
動し、第１のツール２２に振動を付加する。
【００４０】第２のツール２３は金属ワイヤーをインナ
ーリード側（図示せず）にて接合させるため、全ての方
向性を持たせるように、第１のツール２２と同心円状に
一回り大きな貫通穴２５を設置して、貫通穴２５に第１
のツール２２を収容している。
【００４１】この第２のツール２３と第１のツール２２
の隙間として第１のツール２２が超音波振動しても影響
がないよう又、第２のツール２３が上下動しても第１の
ツール２２に接触しないよう５０μ〜５００μ程度の隙
間を持たせる必要がある。
【００４２】第２のツール２３はインナーリード側にて
接合させるときに、金属ワイヤーを潰して接合させるた
め第１のツール２２よりも金属ワイヤーを潰す面積を大
きくとる必要があり、ツール先端の肉厚を第１のツール
２２よりも１．２倍〜５倍程度厚くして構成したもので
ある。
【００４３】第１のツール２２は半導体素子の電極と金
球を接合させる際に用いるものであり、第２のツール２
３は金線とインナーリードを接合させる際に使用する。
【００４４】以上のように、金線をインナーリードに接
合させる際、第１のツールよりも圧着面積の大きな第２
のツールを使用しているため第１のツールを使用した場
合に比べ、圧着面積が大きく接合強度及び引っ張り強度
の向上が期待できる。
【００４５】また、円筒状であるため金線の配線方向に
制限がなく自由度が得られる。
【００４６】図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、
（ｂ）は本発明の第４の実施形態を示す図であって、第
３の実施形態で示したワイヤーボンドツールを使用した
ワイヤーボンド方法を示す図である。
【００４７】図５（ａ）に示すように、第１のツール２
２に金線５１を通し、金線５１の先端を溶融して金球５
３を作る。
【００４８】図５（ｂ）に示すように、第１のツール２
２に荷重、超音波を付加し、金球５３とチップ５７のＡ
ｌ電極５４を接合する。
【００４９】その際、第２のツール２３は、隣のすでに
接合した金線５１及び金球５３に接触しないように上昇
させておく。
【００５０】その後、インナーリード５５上に移動後、
図６（ａ）に示すように、第２のツール２３を下降さ
せ、荷重、超音波を第２のツール２３に付加し、図６
（ｂ）に示すように、金線５１とインナーリード５５を
接合させる。
【００５１】以上のように、金線をインナーリードに接
合させる際、第１のツールよりも圧着面積の大きな第２
のツールを使用しているため、第１のツールを使用した
場合に比べ、圧着面積が大きく接合強度及び引っ張り強
度の向上が期待できる。
【００５２】また、第１のツールと第２のツールがＸＹ
方向共に同一軸上にあるため、第２の実施形態に比べ、
ボンディングの際のツールの移動距離が短くてすみ、ボ
ンディング時間のスピードアップが図れる。
【００５３】図７は本発明の第５の実施形態を示す図で
あって、第４の実施形態で示したワイヤーボンド方法の
実施に当り使用する装置の構成図である。
【００５４】この装置はＸ、Ｙそれぞれの方向に自由に
移動可能なＸ、Ｙテーブル６１、２種類のツールをそれ
ぞれ取付ける第１のホーン２０、第２のホーン２１、金
線をクランプするクランパ５６、金球形成時に放電を行
うトーチ５２、ボンド点の位置出しに必要な画像認識を
行う際に使用するカメラ６３、ホーン・クランパを動作
させるボンディングヘッド６４、リードフレーム・基板
等の搬送を行うフィーダー６５、リードフレーム・基板
等を供給するローダー６６、収納するアンローダー６７
から構成される。
【００５５】また、第２の実施形態で示したワイヤーボ
ンド方法の実施に使用する場合にはフィーダー６５にボ
ンディングする基板等を回転させるステージ６８を付加
することで実現可能となる。
【００５６】図８は第２の実施形態で示したワイヤーボ
ンド方法の実施に使用する場合の第１のツール及び第２
のツールを装着した状態を示す一部拡大した装置構成図
である。
【００５７】第２の実施形態では第１のホーン１０の横
に第２のホーン１１及びそれらに固定された第１のツー
ル１２及び第２のツール１３を設置している。この第２
のホーン１１は垂直方向に対し角度を持ち、インナーリ
ードに接合させるときに第１のツール１２と第２のツー
ル１３が近くに配置できるように構成している。
【００５８】その他の構造としては、図７に示す構造と
同じである。
【００５９】以上のように、第２の実施形態及び第４の
実施形態のワイヤーボンド方法を実現することが可能と
なる。
【００６０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば金線をインナーリードに接合する際、第１のツール
より圧着面積の大きな第２のツールを使用しているた
め、第１のツールを使用した場合に比べ、圧着面積が大
きく接合強度及び引っ張り強度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図（その１）。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図（その２）。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す図。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す図（その１）。
【図６】本発明の第４の実施形態を示す図（その２）。
【図７】本発明の第５の実施形態を示す装置の構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる装置の構成
図。
【図９】従来のツールの形状を示す図。
【図１０】従来のワイヤーボンド方法を示す図（その
１）。
【図１１】従来のワイヤーボンド方法を示す図（その
２）。
【図１２】従来のワイヤーボンド装置の構成図。
【符号の説明】
１０，２０ 第１のホーン １１，２１ 第２のホーン １２，２２ 第１のツール １３，２３ 第２のツール １４，２４，２５ 貫通穴 ５１ 金線 ５２ 金球形成用トーチ ５３ 金球 ５４ Ａｌ電極 ５５ インナーリード ５６ クランパ ５７ チップ ５８ ダイパッド ６１ ＸＹテーブル ６３ カメラ ６４ ボンディングヘッド ６５ フィーダー ６６ ローダー ６７ アンローダー ６８ ステージ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のホーンに固定され、内部には金属
    ワイヤーを通す貫通穴が設けられ、ワイヤーと半導体素
    子の電極との接合に使用する円筒状の第１のツールと、 第２のホーンに固定され、前記第１のツールよりも大き
    な先端の断面積を有し、ワイヤーとリードフレームの接
    合に使用する柱状の第２のツールと、を備えたことを特
    徴とするワイヤーボンドツール。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のワイヤーボンドツールを
    使用し、ワイヤーと半導体素子の電極との接合を第１の
    ツールで行い、ワイヤーとリードフレームの接合を第２
    のツールで行うことを特徴とするワイヤーボンド方法。
  3. 【請求項３】 第１のホーンに固定され、内部には金属
    ワイヤーを通す貫通穴が設けられ、ワイヤーと半導体素
    子の電極との接合に使用する円筒状の第１のツールと、 第２のホーンに固定され、前記第１のツールよりも大き
    な先端の断面積を有し、前記第１のツールよりも大きな
    内径を持ち、前記内径内に前記第１のツールを収容し、
    ワイヤーとリードフレームの接合に使用する円筒状の第
    ２のツールと、を備えたことを特徴とするワイヤーボン
    ドツール。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のワイヤーボンドツールを
    使用し、ワイヤーと半導体素子の電極との接合を第１の
    ツールで行い、ワイヤーとリードフレームとの接合を第
    ２のツールで行うことを特徴とするワイヤーボンド方
    法。
  5. 【請求項５】 半導体素子の電極とリードフレーム間を
    ワイヤーでボンディングするワイヤーボンド装置におい
    て、 前記半導体素子とワイヤーとの接合に使用する第１のツ
    ールを取付けた第１のホーンと、 前記リードフレームとワイヤーとの接合に使用する第２
    のツールを取付けた第２のホーンと、 を備えたことを特徴とするワイヤーボンド装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7017794B2 (en) 2003-01-14 2006-03-28 Seiko Epson Corporation Wire bonding method and wire bonding apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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