JP2002164378A - ワイヤボンディング方法及び装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法及び装置

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JP2002164378A JP2000359892A JP2000359892A JP2002164378A JP 2002164378 A JP2002164378 A JP 2002164378A JP 2000359892 A JP2000359892 A JP 2000359892A JP 2000359892 A JP2000359892 A JP 2000359892A JP 2002164378 A JP2002164378 A JP 2002164378A
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wire
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electrode
crimping tool
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Eiichiro Kishida
栄一郎 岸田
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１ボンド点と第２ボンド点との間で弧を形
成して接続される金属細線の強度を向上させるワイヤボ
ンディング方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 金属細線５を通す圧着具１の側面に、金
属細線５が露出する孔１１を形成し、この孔１１と対向
して加熱手段３を設け、この加熱手段３により、孔１１
を介して、金属細線５を構成する材料が再結晶化する温
度以上で、その材料の融点より低い温度で金属細線５を
加熱しながら第１ボンド点Ａと第２ボンド点Ｂとの間で
金属細線５の弧（ループ）Ｌを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体チッ
プ上に形成された電極と、この半導体チップを搭載する
リードフレームのリード電極とを金属細線で接続するワ
イヤボンディング方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属細線を用いて２つの電極間を接続す
るワイヤボンディングには、圧着具として、軸心に金属
細線を通すための貫通孔を有し、先端が円錐形をしたキ
ャピラリーを用いるボールボンディングや、圧着具とし
て、楔形の先端形状を有し、超音波ホーン先端に取り付
けられるウェッジツールを用いるウェッジボンディング
がある。例えば特許第２９１２１２８号公報などにはボ
ールボンディングが示されており、金属細線として金線
をキャピラリーの貫通孔に通し、このキャピラリーの先
端部から垂下した金線の先端部をトーチ電極により溶融
させてボールを形成し、このボールを半導体チップ上の
電極に押し付けて加熱や超音波振動の印加などにより接
合し（第１ボンディング）、この第１ボンディング後、
弧（ループ）状に金線をリード電極まで導いて、キャピ
ラリー先端部で金線をリード電極に押し付けて加熱や超
音波振動の印加などにより接合し（第２ボンディン
グ）、この接合後、金線を第２ボンディング点から切断
することで半導体チップ上の電極とリード電極とを金線
で接続している。
【０００３】図６に、保持台２０上に支持された半導体
チップ２１上に形成された第１の電極２２の第１ボンド
点２２ａと、リード電極２３の第２ボンド点２３ａ間
に、弧（ループ）Ｌを形成して接続された金線２４を示
す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置のピ
ン数が増加する傾向にあり、その一方で半導体チップ上
に形成された電極の面積を縮小する傾向にある。これに
対応するため、金属細線の直径を細くすることが考えら
れている。このような金属細線の細線化は強度の低下を
招き、特にループＬの長さが長い場合や、ループＬの垂
直高さを高くする場合などには、ワイヤボンディング後
の樹脂封止（モールド）工程における樹脂流入の際に金
属細線が樹脂で押し流され、金属細線どうしが接触して
短絡したり、樹脂の流入圧力により金属細線が切断して
しまうおそれがある。
【０００５】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、第１
ボンド点と第２ボンド点との間で弧を形成して接続され
る金属細線の強度を向上させるワイヤボンディング方法
及び装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
あたり、本発明のワイヤボンディング方法は、第１ボン
ド点と第２ボンド点との間における金属細線の弧の形成
を、金属細線を構成する材料が再結晶化する温度以上
で、その材料の融点より低い温度で金属細線を加熱しな
がら行う。
【０００７】また、本発明のワイヤボンディング装置
は、金属細線を通す圧着具の側面に、金属細線が露出す
る孔または溝を形成し、この孔または溝と対向して加熱
手段を設け、この加熱手段により、孔または溝を介し
て、金属細線を構成する材料が再結晶化する温度以上
で、その材料の融点より低い温度で金属細線を加熱しな
がら第１ボンド点と第２ボンド点との間で金属細線の弧
を形成する。
【０００８】すなわち、本発明のワイヤボンディング方
法またはワイヤボンディング装置では、金属細線の第１
ボンド点への接合後から、金属細線を加熱して再結晶化
させながら圧着具の先端部より引き出していき、第２ボ
ンド点との間で弧を形成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００１０】図１に、本実施の形態によるワイヤボンデ
ィング装置１５の要部の拡大図を示す。
【００１１】ワイヤボンディング装置１５は、圧着具と
してのキャピラリー１と、このキャピラリー１に下方へ
の押圧力を与える押圧手段（図示せず）と、キャピラリ
ー１を３次元的に移動させる圧着具移動手段（図示せ
ず）と、キャピラリー１に熱と超音波振動のどちらか一
方、あるいは両方を加える接合手段（図示せず）と、キ
ャピラリー１の先端部１ａ近傍の周囲に配設された加熱
手段としての放電電極（リング状電極）３と、金属細線
としての金線５の先端部５ａを溶融して球状化させるた
めのトーチ電極４と、リング状電極３と金線５との間、
及びトーチ電極４と金線５との間に接続される電源１４
と、キャピラリー１の上方に配設されたクランパー１０
とを備えている。
【００１２】キャピラリー１は、例えばセラミックスで
成り、上下方向に貫通孔２が形成されており、この貫通
孔２に金線５が通される。また、キャピラリー１の先端
部１ａ近傍の側面には貫通孔２と連通する丸孔１１が形
成されている。リング状電極３は、その内周側が丸孔１
１と対向する位置に、図示しない保持手段により配設さ
れる。リング状電極３はロッド部３ａを介して電源１４
と接続されている。
【００１３】以上のように構成されるワイヤボンディン
グ装置１５について、次に図２〜図５を参照してその作
用について説明する。
【００１４】先ず、図２Ａに示すように、キャピラリー
１の貫通孔２に金線５を通し、金線５をキャピラリー１
の先端部１ａよりわずかに突出させる。この位置で金線
５はクランパー１０によって挟まれて保持されている。
そして、金線５の先端部５ａの斜め下方位置に一時的に
トーチ電極４を位置させ、図１に示す電源１４からトー
チ電極４と金線５との間に電圧を印加することによりア
ーク放電を発生させ、トーチ電極４と金線５の先端部５
ａとの間にスパーク６を生じさせる。このスパーク６に
より金線５の先端部５ａは加熱されて溶融し、図２Ｂに
示すようにボール７を形成する。
【００１５】次に、クランパー１０を開いて金線５の保
持を解除した後、キャピラリー１を下降させて、図３Ａ
に示すように、キャピラリー１の先端部１ａでボール７
を、保持台１３に支持された半導体チップ１２上に形成
された第１の電極９の第１ボンド点Ａに押しつけ、更に
キャピラリー１に超音波振動と熱を加えて、ボール７を
第１ボンド点Ａに接合する。なお、このとき、リング状
電極３も、キャピラリー１の下降と共に、図示しない移
動手段によって下降して、常にキャピラリー１に形成さ
れた丸孔１１と対向する位置にある。
【００１６】次に、図３Ｂに示すように、キャピラリー
１の先端部１ａから金線５を引き出しながらキャピラリ
ー１を上昇させる。このとき、電源１４からリング状電
極３と金線５との間に電圧を印加することによりアーク
放電を発生させ、金線５における丸孔１１から露出して
いる部分を瞬間的に加熱する。加熱温度としては金線５
の材料である金が再結晶化する温度以上であり、また加
熱温度が金の融点以上であると金線５が溶融して切断し
てしまうので融点より低い温度とする。この加熱によ
り、キャピラリー１の移動でその先端部１ａから引き出
された金線５は金の再結晶化現象により強度を向上させ
ている。
【００１７】上昇開始後、キャピラリー１は、図４Ａに
示すように、第２の電極（半導体チップ１２が搭載され
るリードフレームのリード電極）８から遠ざかる方向に
一旦上昇した後、図４Ｂに示すように、第２の電極８の
第２ボンド点Ｂに向かって下降していき、図５Ａに示す
ように、キャピラリー１の先端部１ａが第２ボンド点Ｂ
に到達する。これら一連の動作で、第１ボンド点Ａと第
２ボンド点Ｂとの間で金線５の弧（ループ）Ｌが形成さ
れる。そして、このようにキャピラリー１を上昇させな
がら横方向（図において左右方向）の変化を与えること
で、たるみを生じさせることなく、第１ボンド点Ａと第
２ボンド点Ｂとの間で所望の高さの金線５のループＬを
形成することができる。
【００１８】そして、金線５の第１ボンド点Ａへの接合
後から始まる、以上述べたループＬの形成工程において
は、金線５は丸孔１１を介してリング状電極３より放電
エネルギーによる加熱を受けている。よって、キャピラ
リー１の先端部１ａより引き出されループＬを形成した
金線５は金の再結晶化現象により強度が増しており、ル
ープ長が長い場合やループ高さを高くする必要がある場
合でも金線５はたるみにくく、後の樹脂封止工程におい
て、金線５が樹脂に押し流されるのを防ぐことができ
る。また、金線５が半溶融して軟化した状態でループＬ
の形成を行うため、円滑にループ形成が行えると共に、
ループＬの頂部５ｂへのストレスの発生を抑えられ、破
断しにくい金線５のループＬを形成することができる。
【００１９】次に、キャピラリー１が第２ボンド点Ｂま
で移動したら、図５Ａに示すように、キャピラリー１に
下方への押圧力を与え、キャピラリー１の先端部１ａ近
傍の金線５を、その先端部１ａで第２の電極８に押し付
けながら、キャピラリー１に左右方向の超音波振動を与
えて、金線５を第２ボンド点Ｂに接合する。この第２ボ
ンド点Ｂへの接合が終了すると同時に、リング状電極３
からの放電を停止する。
【００２０】次に、第２ボンド点Ｂへの接合が終了する
と、図５Ｂに示すように、キャピラリー１を上昇させる
と共に、クランパー１０を閉じて金線５をつかんで上方
に引っ張ることにより金線５を第２ボンド点Ｂから切断
する。次いで、キャピラリー１をわずかに上昇させて、
図２Ａに示すように、金線５をキャピラリー１の先端部
１ａからわずかに突出させて次のワイヤボンディングに
備える。
【００２１】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２２】金属細線としては、金線に限らず、アルミ
ニウム線や銅線などでもよい。
【００２３】また、加熱手段としては放電電極（リング
状電極）３を用いて、これからの放電エネルギーで金線
５を加熱したが、これに限ることはない。しかし、第１
の電極と第２の電極とを１本の金属細線により接続する
一連のワイヤボンディング工程は、一般に約０．１５秒
〜０．２５秒で行われているため、瞬間的に金線５を再
結晶化する程度まで加熱させることのできる加熱手段で
ある必要があり、この点を考えて、例えばレーザー光な
どを用いてもよい。
【００２４】また、孔１１は１つに限らず、周方向に沿
って複数形成してもよく、更に孔１１に代えて周方向に
沿う溝であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】本発明の請求項１によれば、第１ボンド
点と第２ボンド点との間で弧を形成して接続される金属
細線の強度を向上させ、樹脂封止工程における樹脂の流
入圧力に対して耐性を持たせ、金属細線どうしの短絡や
切断を防げる。
【００２６】本発明の請求項３によれば、樹脂流入を受
けることによる金属細線の押し流れ現象によって短絡な
どが起きやすい、狭い隙間で多数の金属細線が形成され
る半導体装置に対してより効果的に金属細線の押し流さ
れ現象を防げる。
【００２７】本発明の請求項４によれば、第１ボンド点
と第２ボンド点との間で弧を形成して接続される金属細
線の強度を向上させ、樹脂封止工程における樹脂の流入
圧力に対して耐性を持たせ、金属細線どうしの短絡や切
断を防げる。
【００２８】本発明の請求項６によれば、アーク放電に
よる加熱は、ボールボンディング方法において、金属細
線の先端にボールを形成するときに一般的に用いられて
いるため容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるワイヤボンディング
装置の要部の拡大図である。
【図２】同装置によるワイヤボンディングを示す工程図
であり、金属細線の先端部を溶融させてボールを形成す
る工程を示す。
【図３】図２に続く工程図であり、金属細線の第１ボン
ド点への接合を示す。
【図４】図３に続く工程図であり、金属細線のループ形
成を示す。
【図５】図４に続く工程図であり、金属細線の第２ボン
ド点への接合及び第２ボンド点からの切断を示す。
【図６】第１ボンド点と第２ボンド点との間でループを
形成して接続された金属細線を示す図である。
【符号の説明】
１……圧着具、２……貫通孔、３……リング状電極、４
……トーチ電極、５……金線、７……ボール、８……第
２の電極、９……第１の電極、１０……クランパー、１
１……孔、１２……半導体チップ、１５……ワイヤボン
ディング装置。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧着具の貫通孔に通され、前記圧着具の
    先端部より突出する金属細線の先端部を、前記圧着具の
    前記先端部で第１の電極上の第１ボンド点に押し付けて
    接合する工程と、 前記第１ボンド点への前記金属細線の接合後、前記圧着
    具の前記先端部から前記金属細線を引き出しながら、前
    記圧着具の前記先端部を第２の電極上の第２ボンド点ま
    で移動させて、前記第１ボンド点と前記第２ボンド点と
    の間で前記金属細線の弧を形成する工程と、 前記圧着具の前記先端部近傍の金属細線を前記圧着具の
    前記先端部で前記第２ボンド点に押し付けて接合する工
    程と、 前記金属細線を引っ張って前記第２ボンド点から切断す
    る工程とを有するワイヤボンディング方法において、 前記第１ボンド点と前記第２ボンド点との間における前
    記金属細線の弧の形成を、前記金属細線を構成する材料
    が再結晶化する温度以上で、前記材料の融点より低い温
    度で前記金属細線を加熱しながら行うことを特徴とする
    ワイヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】 前記金属細線の前記材料は金であること
    を特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第１の電極は半導体チップ上に形成
    された電極であり、前記第２の電極は前記半導体チップ
    を搭載するリードフレームのリード電極であることを特
    徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】 貫通孔を有し、この貫通孔に金属細線を
    通している圧着具と、 前記圧着具に押圧力を与え、前記圧着具の先端部で前記
    金属細線を第１の電極上の第１ボンド点または第２の電
    極上の第２ボンド点に押し付ける押圧手段と、 前記第１ボンド点または前記第２ボンド点に押し付けら
    れた金属細線を前記第１ボンド点または前記第２ボンド
    点に接合させる接合手段と、 前記金属細線の前記第１ボンド点への接合後、前記金属
    細線が前記第１ボンド点と前記第２ボンド点との間で弧
    を形成するように、前記圧着具を、前記圧着具の前記先
    端部から前記金属細線を引き出しながら前記第２ボンド
    点まで移動させる圧着具移動手段と、 前記金属細線をつかんで引っ張り、前記第２ボンド点か
    ら前記金属細線を切断するクランパーとを備えたワイヤ
    ボンディング装置において、 前記圧着具の側面に、前記金属細線が露出する孔または
    溝を形成し、 前記孔または溝と対向して加熱手段を設け、 前記加熱手段により、前記孔または溝を介して、前記金
    属細線を構成する材料が再結晶化する温度以上で、前記
    材料の融点より低い温度で前記金属細線を加熱しながら
    前記第１ボンド点と前記第２ボンド点との間で前記金属
    細線の弧を形成することを特徴とするワイヤボンディン
    グ装置。
  5. 【請求項５】 前記金属細線の前記材料は金であること
    を特徴とする請求項４に記載のワイヤボンディング装
    置。
  6. 【請求項６】 前記加熱手段は、前記孔又は溝に対向し
    て配設された放電電極であることを特徴とする請求項４
    に記載のワイヤボンディング装置。
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