JP2001068499A - ワイヤーボンディング装置およびワイヤーボンディング方法 - Google Patents

ワイヤーボンディング装置およびワイヤーボンディング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンディング工程での不良発生を防止し、パ
ッケージ自体の信頼性を向上させる。 【解決手段】 チップ上のパッド２とリードフレーム上
のリード３をワイヤー１で接合するボンディングツール
１１と、パッド２およびリード３と、ワイヤー３との接
合界面にレーザ３１を照射するレーザ照射器２１とを備
えたワイヤーボンディング装置において、接合界面２ａ
がボンディング時に移動しても、接合界面２ａが局部的
に加熱されるように、レーザ照射器２１のレーザの照射
位置，照射角度を制御する手段を備え、ボンディングし
ながら接合界面２ａにレーザ３１を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤーボンディ
ング装置およびワイヤーボンディング方法に関し、特
に、レーザ照射を利用したワイヤーボンディング装置お
よびワイヤーボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のワイヤーボンディング方法を図１
０，図１１に示す。
【０００３】図１０は、ワイヤー材に金を使用した従来
のワイヤーボンディング方法の概略を示す斜視図であ
る。従来のボンディング方法では、図１０に示すよう
に、超音波によりツールの円錐部に引き込まれた金ボー
ル１ａを振動させながら、デバイスのパッド２上に上方
より加圧し、デバイス下部からは熱を与えることにより
金ボール１ａとデバイスのパッド２とを接合させてい
る。
【０００４】図１１は、図１０の従来のボンディング方
法のツール先端拡大部を示す断面図である。上述したよ
うに熱を加えることにより、チップ４とリードフレーム
アイランド部６を接合しているＡｇペースト５が熱によ
り再軟化し、ボンディング時に超音波によりチップが振
動してしまい、超音波が逃げてしまう。更にこのとき、
チップ４のサイズが小さいと、リードフレームアイラン
ド部６との接合面積が小さいため、超音波の逃げが顕著
となり、不着による不良が発生する。また、付着による
不良を防ぐために超音波のパワーや、上方からの加圧を
上げると、超音波によりパッド２上層部のＡｌ層を破壊
してしまう不良であるＡｌハガレや、上方からの加圧に
よるパッドの更にその下層部にあるＳｉ層を破壊してし
まう不良であるＶクラックが発生する。また、従来のボ
ンディング工程で、エラーで設備が停止した場合、通常
より長い時間、リードフレームアイランド部が高温にさ
らされ、表面に酸化膜が生ずる場合がある。このような
場合、酸化膜によりアイランド部と封止樹脂との密着性
が悪くなり、この部分より樹脂ハガレが発生し、パッケ
ージの信頼性が低下する。
【０００５】また、特開昭６３−０７８５４３号公報の
ワイヤーボンディング方法は、パッド部にレーザを照射
し加熱した後に金ボールをボンディングしている若しく
はボンディング中に対してのみレーザを照射し、パッド
部を加熱しているのみであり、金線若しくは金ボールに
はレーザが照射されない、レーザにより加熱されないこ
とを示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のボンディング方法では、図１０，図１１で説明し
たように、ボンディング工程での不良が発生するという
問題があった。
【０００７】また、パッケージ自体の信頼性が低下する
という問題があった。
【０００８】このような問題点を解決するには、従来の
設備，方法では解決不可能であった。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記問題を解決
するために、ボンディング工程での不良発生を防止する
ことにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、パッケージ自
体の信頼性を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のワイヤーボンディング装置は、チップ上の
パッドおよびリードフレーム上のリードとワイヤーとの
接合に使用するボンディングツールと、ワイヤーとの接
合界面にレーザを照射するレーザ照射器とを備えた、チ
ップ上のパッドとリードフレーム上のリードとをワイヤ
ーで電気的に結線するワイヤーボンディング装置におい
て、接合界面がボンディング時に移動しても、接合界面
が局部的に加熱されるように、レーザ照射器のレーザの
照射位置，照射角度を制御する手段を備えたことを特徴
とする。
【００１２】また、照射位置，照射角度を制御する手段
は、ボンディングツールの高さ情報により制御するのが
好ましい。
【００１３】さらに、レーザ照射器は、ボンディングツ
ールを囲むように配置されるのが好ましい。
【００１４】また、本発明のワイヤーボンディング方法
は、チップ上のパッドおよびリードフレーム上のリード
とワイヤーとの接合に使用するボンディングツールと、
ワイヤーとの接合界面にレーザを照射するレーザ照射器
とを用いた、チップ上のパッドとリードフレーム上のリ
ードとをワイヤーで電気的に結線するワイヤーボンディ
ング方法において、接合界面がボンディング時に移動し
ても、接合界面を局部的に加熱できるように、レーザ照
射器のレーザの照射位置，照射角度を制御することを特
徴とする。
【００１５】また、制御は、ボンディングツールの高さ
情報により制御するのが好ましい。
【００１６】さらに、レーザを、ボンディングツールの
四方から照射するのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明をワ
イヤー材に金を使用し、ワイヤーの先端にボールを形成
するボールボンディングに適用した実施例について詳細
に説明する。
【００１８】まず、図１〜図３を参照して、本発明のワ
イヤーボンディング装置の実施例について説明する。
【００１９】図１は、本発明のワイヤーボンディング装
置の実施例の構成を示す概略図である。この図は、特
に、ワイヤーボンディング装置のボンドヘッド部分を示
す。この装置は、ボンディングツール１１，超音波ホー
ンを支えボンディングツール１１を上下させるボンディ
ングアーム１３，ボンディングツール１１を上下に駆動
するツール上下駆動装置１４，超音波発生部１５，超音
波ホーン１２，ボンディングワイヤーを把持するワイヤ
ークランパ１６，レーザ照射器２１からなる。このう
ち、レーザ照射器２１は、位置，角度がボンディングツ
ール１１の高さ情報より制御され、ボンディングツール
１１の先端方向にレーザ３１が照射する向きに、ボンデ
ィングツール１１を囲むように配置され、その数は１個
以上で構成される。
【００２０】図２，図３は、本発明のワイヤーボンディ
ング装置の実施例の動作を示す概略図である。図２は、
本発明のワイヤーボンディング装置の実施例におけるパ
ッドとワイヤーとの接合を示す拡大図であり、図３は、
ワイヤーとリードとの接合を示す拡大図である。
【００２１】まず、図２に示すように、ボンディングツ
ール１１をパッドとワイヤーとを接合する場合は、レー
ザ照射器２１からレーザ３１をパッド２とボール１ａと
の接合界面２ａに照射し、接合界面２ａを活性化させる
ことでボンディングワイヤー１と接合対象であるパッド
２とを接合させる。
【００２２】また、図３に示すように、ボンディングツ
ール１１をワイヤーとリードとを接合する場合は、レー
ザ照射器２１からレーザ３１をリード３とボール１ａと
の接合界面３ａに照射し、接合界面３ａを活性化させる
ことでボンディングワイヤー１とリード３とを接合させ
る。
【００２３】次に、図４〜図８を参照して、本発明のワ
イヤーボンディング方法の実施例について説明する。本
発明のワイヤーボンディング方法の実施例においては、
特に、チップ上の電極端子であるパッドと、リードフレ
ームの電極であるリードとを金線（ワイヤー）で接合す
る工程を含む。図４〜図６にパッド側接合方法を、図
７，図８にリード側接合方法を示す。
【００２４】まず、図４〜図６を参照して、本発明のワ
イヤーボンディング方法の実施例におけるパッドとワイ
ヤーとの接続方法について説明する。図４は、パッドと
ワイヤーとの接続方法を示すフローチャートであり、図
５は、図４の（ｂ），（ｃ）におけるパッドとワイヤー
との接続方法の概略を示す斜視図であり、図６は、図４
の拡大図であり、図６（ｂ），図６（ｃ）は、それぞれ
図４（ｂ），図４（ｃ）の拡大図である。
【００２５】まず、図４を参照して、本発明のワイヤー
ボンディング方法におけるパッド側接合方法を工程順に
説明する。図４（ａ）にツールを降下させる工程を、図
４（ｂ）に接触検出してボンディングを開始するまでの
工程を、図４（ｃ）にボンディング工程を、図４（ｄ）
にツールを上昇させる工程を示す。まず、図４（ａ）に
おいて、ワイヤー１先端に形成されたボール１ａがボン
ディングツール１１と共に降下し、それと連動してボー
ル１ａの最下端にレーザ３１が当たるようにレーザ照射
器２１が位置，角度を調整する。次に、図４（ｂ）にお
いて、ボール１ａのボンディングパッド２との接触を感
知すると、ボール１ａの最下端、即ちボール１ａとボン
ディングパッド２との接触部（接合界面２ａ）に向かっ
てレーザ３１が照射される。このレーザ３１の照射によ
る熱エネルギーにより接合界面２ａが活性化し、ボール
１ａと、ボンディングパッド２との接合界面２ａが接合
され易くなる。この後、図４（ｃ）において、ボンディ
ングツール１１に荷重をかけながら、超音波を印加する
ことで徐々にボンディングツール１１の高さが下がり、
それに伴いボール１ａがつぶれるとともに、ボール１ａ
とボンディングパッド２との接合界面は、図４（ａ），
（ｂ）に示すとおりに移動する。このとき、ボンディン
グツール１１の高さと連動して、レーザ照射器２１の位
置，照射角度を制御し、レーザ３１がボール１ａとボン
ディングパッド２との接合境界２ａに常に照射されるよ
うにする。ボール１ａが接合に十分なツブレ径となった
ときにレーザ照射及び超音波の印加を停止し、図４
（ｄ）に示すようにボンディングツール１１を上昇し、
接合完了となる。
【００２６】次に、図５を参照して、図４の（ｂ），
（ｃ）の工程におけるパッドとワイヤーとの接合方法に
ついて説明する。この方法は、半導体組立工程のボンデ
ィング時において、レーザ照射器２１からレーザ３１を
接合界面２ａに照射し、接合界面２ａを活性化させるこ
とでボンディングワイヤー１とパッド２とを接合させる
ことを特徴とする。
【００２７】また、図６（ｂ），図６（ｃ）は、それぞ
れ図４（ｂ），図４（ｃ）の接合部の拡大図である。本
発明のワイヤーボンディング方法の実施例では、ボンデ
ィング時においてレーザ３１を接合時に移動する接合界
面２ａに接合過程の間、照射するようにレーザ照射器２
１の位置，角度を制御することを特徴とする。
【００２８】次に、図７を参照して、ワイヤーとリード
との接続方法におけるリード側接続方法を工程順に説明
する。図７は、パッド２に接続されたワイヤー１とリー
ド３との接続の動作を工程順に示す図である。図７
（ａ）において、パッド２に接続されたワイヤー１がボ
ンディングツール１１に通った状態で、ワイヤー１と共
にリード３上に降下し、それと連動してワイヤー１のリ
ード３との接続部にレーザ３１が当たるようにレーザ照
射器２１が位置，角度を調整する。図７（ｂ）において
ワイヤー１のリード３との接触を感知すると、ワイヤー
１とリード３との接触部（接合界面３ａ）に向かってレ
ーザ３１が照射される。このレーザ３１の照射による熱
エネルギーにより接合界面３ａが活性化し、ワイヤー１
と、リード３との接合界面３ａが接合され易くなる。こ
の後、図７（ｃ）において、ボンディングツール１１に
荷重と超音波をかけることで徐々にボンディングツール
１１の高さが下がり、それに伴いワイヤー１がつぶれ、
ワイヤー１とリード３との接合界面３ａは、ボンディン
グツール１１の中心から徐々に移動する。このとき、ボ
ンディングツール１１の高さと連動するように、レーザ
照射器２１の位置・照射角度を調整し、レーザ３１がワ
イヤー１とリード３との境界を常に照射するように制御
する。ワイヤー１が接合に十分な形状となったときにレ
ーザ照射及び超音波の印加を停止し、図７（ｄ）で示す
ようにボンディングツール１１を上昇し、図７（ｅ）で
示すようにワイヤーテールが十分な長さになったところ
で、ワイヤークランプを閉じ、そのままボンディングツ
ール１１を上昇させワイヤー１をカットして接合完了と
なる。接合完了後、図７（ｆ）に示すようにパッド２側
接合のためのボール１ａを電気スパークなどで形成しボ
ンディングサイクルが完了する。
【００２９】次に、図８を参照して、図７（ｂ），
（ｃ）の工程におけるワイヤーとリードとの接続方法に
ついて説明する。この方法は、半導体組立工程のボンデ
ィング時において、レーザ照射器２１からレーザ３１を
接合界面３ａに照射し、接合界面３ａを活性化させるこ
とでボンディングワイヤー１とリード３とを接合させる
ことを特徴とする。
【００３０】次に、図９は、本発明のワイヤーボンディ
ング装置の実施例におけるレーザ照射を示すフロー図で
ある。図９に示すように、レーザＺ制御系として、位
置，速度，加速度がある。これらをレーザ制御処理系に
て処理し、レーザ照射器高さＺ，レーザ照射器角度θ，
レーザ出力を調整する。
【００３１】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。
【００３２】本発明のボンディング方法の第２の実施例
としては、超音波を使用しない熱圧着式ボンダーに適用
した例であり、上記実施例に記載された動作の説明同様
に動作するが、超音波を用いずに熱圧着により接続す
る。接合界面がレーザ照射により十分に活性化すること
で超音波を用いずに接合することが可能となる。
【００３３】また、本発明の第３の実施例は、ウエッジ
ボンダーへ適用した例である。ウエッジボンダーにおい
ては、決められた一方向のみにワイヤーで結線する動作
ができないため、デバイス側を回転させる機能が付いて
いる。その為、熱エネルギーを併用するために下方から
加熱をする機能を付加する為には、機構が複雑であるヘ
ッド自体が可動テーブルごと回転動作するロータリーヘ
ッド式とするしかなかった。しかしながら本発明を適用
することで、上方からの加熱が可能となり、機構が複雑
であるロータリーヘッドを使用することなく熱エネルギ
ーを併用したウエッジボンディングが可能となる。これ
により、超音波のパワーを小さくしたボンディングを行
うことで、Ａｌハガレ、Ｖクラックなどの不良の発生を
防ぐことが出来る。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のボンディ
ング方法では、レーザで局部的に加熱をすることでリー
ドフレーム下方よりヒーターで加熱する従来の方法と比
較して効率よく熱エネルギーを接合エネルギーとして使
用することができ、リードフレームアイランド部とチッ
プを接合しているＡｇペーストを加熱することなく、ボ
ンディングが可能となるという効果を奏する。
【００３５】また、従来よりも超音波のパワーを下げて
ボンディングが可能となるという効果を奏する。
【００３６】さらに、上記のことから、パッドへのダ
メージ（Ａｌハガレ，Ｖクラック）、超音波のロス
（接合部の固定が不十分の時）や他の原因による接合不
良（Ａハガレ，Ｅハガレ）、リードフレームの酸化に
よる封入後のモールドの剥離などの不良を押さえること
が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるボンドヘッドの構成を
示す概略図である。
【図２】本発明の実施例におけるツール先端拡大図（パ
ッド側接合時）である。
【図３】本発明の実施例におけるツール先端拡大図（リ
ード側接合時）である。
【図４】本発明の実施例におけるパッド側接続方法を
（ａ）〜（ｄ）と工程順に示す断面図である。
【図５】図４の（ｂ），（ｃ）の工程における、本発明
のパッド側接続方法を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例におけるパッド側接続方法を示
す拡大断面図である。図６（ｂ），（ｃ）は、それぞれ
図４（ｂ），（ｃ）に対応する図である。
【図７】本発明の実施例におけるリード側接続方法を
（ａ）〜（ｆ）と工程順に示す断面図である。
【図８】図７の（ｂ），（ｃ）の工程における、本発明
のリード側接続方法を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例におけるレーザ照射制御を示す
フロー図である。
【図１０】従来例におけるパッド側接続方法を示す図で
ある。
【図１１】従来例におけるツール先端拡大図（パッド側
接合時）である。
【符号の説明】
１ ワイヤー １ａ ボール ２ ボンディングパッド ２ａ ボール・パッド接合界面 ３ リード ３ａ ワイヤー・リード接合界面 ４ チップ ５ Ａｇペースト ６ リードフレームアイランド部 １１ ボンディングツール １２ 超音波ホーン １３ ボンディングアーム １４ ツール上下駆動装置 １５ 超音波発生装置 １６ ワイヤークランパ ２１ レーザ照射器 ３１ レーザ光

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】チップ上のパッドおよびリードフレーム上
    のリードとワイヤーとの接合に使用するボンディングツ
    ールと、前記ワイヤーとの接合界面にレーザを照射する
    レーザ照射器とを備えた、チップ上のパッドとリードフ
    レーム上のリードとをワイヤーで電気的に結線するワイ
    ヤーボンディング装置において、 前記接合界面がボンディング時に移動しても、前記接合
    界面が局部的に加熱されるように、前記レーザ照射器の
    レーザの照射位置，照射角度を制御する手段を備えたこ
    とを特徴とするワイヤーボンディング装置。
  2. 【請求項２】前記照射位置，照射角度を制御する手段
    は、前記ボンディングツールの高さ情報により制御する
    ことを特徴とする、請求項１に記載のワイヤーボンディ
    ング装置。
  3. 【請求項３】前記レーザ照射器は、前記ボンディングツ
    ールを囲むように配置されたことを特徴とする、請求項
    １または２に記載のワイヤーボンディング装置。
  4. 【請求項４】チップ上のパッドおよびリードフレーム上
    のリードとワイヤーとの接合に使用するボンディングツ
    ールと、前記ワイヤーとの接合界面にレーザを照射する
    レーザ照射器とを用いた、チップ上のパッドとリードフ
    レーム上のリードとをワイヤーで電気的に結線するワイ
    ヤーボンディング方法において、 前記接合界面がボンディング時に移動しても、前記接合
    界面を局部的に加熱できるように、前記レーザ照射器の
    レーザの照射位置，照射角度を制御することを特徴とす
    るワイヤーボンディング装置。
  5. 【請求項５】前記制御は、前記ボンディングツールの高
    さ情報により制御することを特徴とする、請求項４に記
    載のワイヤーボンディング方法。
  6. 【請求項６】前記レーザを、前記ボンディングツールの
    四方から照射することを特徴とする、請求項４または５
    に記載のワイヤーボンディング方法。
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