JP2004335509A - ワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】フレーム電極の高さのバラツキを矯正することなくフレーム電極部を固定する。
【解決手段】ワイヤボンダの固定用ステージ２に、各フレーム電極部４ａ〜４ｆの位置に対応させて、上下動可動な複数の部分固定用ステージピン２ａ〜２ｆを設ける。その上で、搬送レール３上にあるリードフレーム４の周縁部をフレーム押さえ１で固定し、その後、固定用ステージ２をリードフレーム４に向けて上昇させていきながら、各可動ピン２ａ〜２ｆの頭部２Ｔをそれに対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの下面に接触させて、固定用ステージ２を停止させる。その接触状態で、各固定用爪６をリードフレーム４に向けて下降させて、各固定用爪６を対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの上面に接触させることで、フレーム電極部４ａ〜４ｆを固定する。尚、頭部２Ｔを局部的に加熱しつつワイヤボンドしても良い。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リードフレーム上に、半導体素子（例えばＩＧＢＴ又はパワーＭＯＳＦＥＴより成るスイッチング用パワー素子、及び／又は、制御用素子）を実装、又はチップ部品を実装、又は半導体素子とチップ部品とを混載実装して成る、半導体装置（例えば樹脂封止型半導体装置）を、ワイヤボンディングを通じて、製造する技術に関しており、特にワイヤボンダ（ワイヤボンディング装置）の、ワーク固定技術に関する。換言すれば、本発明は、ワイヤボンディング装置のワーク固定用ステージの改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リードフレーム上に、半導体素子を、あるいはチップ部品を、あるいは半導体素子とチップ部品とから成る混載部品を実装して成る樹脂封止型半導体装置においては、殆どの場合、ワイヤボンディング工程時に、内部回路配線を実施しているが、機能の増大化に応じてフレーム電極部数が増え、そのために配線の引き回しが煩雑化すると共に、フレーム電極部の高さ方向におけるバラツキが生じる。
【０００３】
この様なフレーム電極部の高さ方向におけるバラツキ解消を兼ねた、従来におけるワイヤボンディング時のフレーム電極部固定方法としては、リードフレーム下面側に位置するワイヤボンダの固定用ステージを上昇させ（ステップ１）、リードフレーム上面側に位置するワイヤボンダの各固定用爪を下降させる（ステップ２）ことで、リードフレームの各フレーム電極を固定用ステージと対応する固定用爪とで押さえ込み（ステップ３）、以って、フレーム電極部（ワークに該当）を固定している。これにより、各フレーム電極部の高さのバラツキは上記ステップ３で矯正される。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５６―１５８４４１号公報
【特許文献２】
特開２００１―６８４９９号公報
【特許文献３】
特開昭６２―１１５７３２号公報
【特許文献４】
特開２００１―２４４２９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のワイヤボンダを用いた方法では、以下の問題点（１）及び（２）が生じている。
【０００６】
（１）フレーム電極部の高さバラツキ解消方法として上記の従来方法を採用する場合、ワイヤボンディング工程におけるワーク固定時に、フレーム電極部が変位し、チップ部品を搭載している半導体装置においては、チップの半田、又は、チップ部品自身が割れると言う問題点が発生し得る。即ち、前工程で橋渡しされたチップ部分の半田、及び、チップ部品自身に、ストレスが加わる。
【０００７】
（２） 加えて、上記従来方法においてワークの固定を解除した際に、変位していたフレーム電極部が、金属フレームのバネ性によって、元の位置に戻る為、ボンディングを行ったワイヤ、及び、その接合部にストレスが生じ、信頼性が低下し、ワイヤ破断及び／又は接合部の剥離と言う問題点が、早期に発生する結果となる。即ち、ボンディング後に固定用爪と固定用ステージとが開放されると、フレーム電極部等は元の位置に戻る為、その変位量分のストレスが、ワイヤ及び／又はワイヤの接合部に、発生する。
【０００８】
この発明は斯かる問題点（１）及び（２）に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、「樹脂封止型半導体装置において、ワイヤボンディング工程のワーク固定時に、フレーム電極部の高さにバラツキがあっても、リードフレームを変位させる事無くフレーム電極部を固定すること」を可能にする点にある。
【０００９】
以下、添付図面を参照しつつ、リードフレーム上に、半導体素子を実装、又はチップ部品を実装、又は半導体素子とチップ部品とを混載実装して成る樹脂封止型半導体装置における、本発明の主題の適用例を、具体的に詳述する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の主題は、半導体素子及び／又はチップ部品がその上に実装されて成るリードフレームの各フレーム電極部を固定した上で、固定されたフレーム電極部に対してワイヤボンディングを行うワイヤボンディング方法であって、前記リードフレームの周縁部を固定し、各フレーム電極部毎に設けられた上下動可能な各可動ピンの頭部をそれぞれ対応するフレーム電極部の下面に向けて上昇させて前記フレーム電極部下面に接触させ、前記可動ピン頭部と前記フレーム電極部下面との各接触を保持しつつ、各固定用爪を当該爪に対応するフレーム電極部の上面に向けて下降させて前記フレーム電極部上面に接触させることで、前記各フレーム電極部を固定することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における、ワイヤボンディング工程におけるワーク固定方法を模式的に示す縦断面工程図であり、しかも、本工程で使用される本実施の形態に係るワイヤボンダの一部を示す装置構成図でもある。
【００１２】
尚、図１の一例においては、チップ部品５ａ〜５ｃのみをリードフレーム４のフレーム電極部４ａ〜４ｆ上に実装搭載している場合を示しているが、これは説明の便宜上の理由によるものであり、本実施の形態の技術的特徴（部分固定用ステージピンを備えるワイヤボンダ及びそれを用いたワーク固定方法）は、リードフレームの素子搭載部上に半導体素子のみを搭載して当該半導体素子とその周囲のフレーム電極部とをワイヤボンドする場合、あるいは、チップ部品と共に半導体素子をもリードフレーム上に搭載してワイヤボンドする場合の、何れにも、適用可能である。
【００１３】
図１に示す通り、本ワイヤボンダは、フレーム電極部の固定を担うシステムとして、▲１▼搬送レール３に搭載されたリードフレーム４の周縁部を圧接によって固定するための、上下動可能なフレーム押さえ１と、▲２▼リードフレーム４の下面側に配置されており、例えばコントローラ（図示せず）によって上下動可能な（但し、後述するセンサ方式で以って各可動ピンの動作を制御する場合には、上下動せずに固定であっても良い）、固定用ステージ２と、▲３▼リードフレーム４の各フレーム電極部４ａ〜４ｆの配設位置に対応して固定用ステージ２に上下動自在に設けられている複数の可動ピン２Ｐ（２ａ〜２ｆ）（部分固定用ステージピンとも称す）と、▲４▼各フレーム電極部４ａ〜４ｆの配設位置に対応してリードフレーム４の上面側に上下動可能に配置されており、それぞれは対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの上面に向けて下降してフレーム電極部上面に接触可能な、複数の固定用爪６とを備えている。ここで、各可動ピン２ａ〜２ｆは、その上下動により、当該ピン２Ｐに対応するフレーム電極部４ＦＥＰ（４ａ〜４ｆ）の下面に、当該フレーム電極部４ＦＥＰを変位させること無く、接触・支持することが可能である。例えば、各可動ピン２ａ〜２ｆは、対応フレーム電極部４ＦＥＰ（４ａ〜４ｆ）の下面に面接触してこれを支持する頭部２Ｔと、その一端部が頭部２Ｔに結合されており、当該一端部と他端部との間の部分が、固定用ステージ２に設けられた貫通孔（図示せず）に遊び（若干のクリアランス）を以って挿入された柱状部２Ｌとから、成立っている。
【００１４】
この様に、本実施の形態においては、図１に示す様に、上下動可能な複数の可動ピン２ａ〜２ｆを固定用ステージ２に設けた上で、各可動ピン２ａ〜２ｆの頭部２Ｔをそれに対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの下面の位置まで上昇させて、頭部２Ｔで以って当該下面を支持することにより、各フレーム電極部４ａ〜４ｆの高さ方向のバラツキを矯正することなく、各フレーム電極部４ａ〜４ｆを固定する。この場合、各可動ピン２ａ〜２ｆは、それぞれ独立して上下動を行う。
【００１５】
ここで、各可動ピン２Ｐ（２ａ〜２ｆ）の上下動の一構成例として、各可動ピン２Ｐに対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆのバネ力よりも軽いバネ力ないしは弾性力を有する弾性バネ（図示せず）で以って、各可動ピン２Ｐ（２ａ〜２ｆ）の上下動制御ないしは位置制御を機械的に行うこととしても良い。この一例を採用する場合には、各可動ピン２Ｐの柱状部２Ｌにおける他端部に関する図１の図示（柱状部他端部は固定用ステージ２の貫通孔を介して下面から突出している状態が図示されている）とは異なり、柱状部２Ｌをその中に遊挿するための固定用ステージ側孔は固定用ステージ２の下面にまでは達しておらず（非貫通孔）、各固定用ステージ側孔の中には、当該孔の底面に一端が結合された弾性バネが配設されており、当該弾性バネの他端が当該孔内に遊挿された柱状部２Ｌの他端に結合されることとなる。従って、各固定用ステージ側孔内の弾性バネの伸長・伸縮により、各可動ピン２Ｐの柱状部２Ｌの上下動が制御される。
【００１６】
これに対して、フレーム電極部４ａ〜４ｆのバネ力よりも軽いバネ力を有するバネを柱状部２Ｌに取り付けない方法としては、例えば、各可動ピン２Ｐにセンサーを設け、各可動ピン２Ｐの頭部２Ｔと対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの下面との距離を上記センサーで検出しながら各可動ピン２Ｐの上昇を外部のコントローラで電気的に制御し、上記センサーが頭部２Ｔとフレーム電極部下面との接触を検知した時点で、当該可動ピン２Ｐの上昇を停止させる様に、各可動ピン２Ｐの位置制御を個別に行っても良い。この制御方式においては、各可動ピン２Ｐの他端部は、図１に図示する通りに、固定用ステージ２の下面より突出する様に、上下動する。
【００１７】
次に、図１の各ステップ１〜３を参照しつつ、ワイヤボンディングを行うための前工程である、フレーム電極部固定方法について記載する。
【００１８】
＜ステップ１＞
リードフレーム４の周縁部は、搬送レール３の断面Ｌ字型切欠き部の底面上に載置されており、この状態において、外部コントローラ（図示せず）によって制御されたフレーム押さえ１が下降して、リードフレーム４の周縁部を固定する。その上で、外部コントローラ（図示せず）によって制御された固定用ステージ２が、リードフレーム４の下面に向けて（図１中の矢印方向へ）上昇する。その上昇に伴ない、各可動ピン２ａ〜２ｆの各々は、それに対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの下面に接触していく。
【００１９】
図１の一例では、固定用ステージ２の上昇によって、平均的な下面位置よりも下方に位置するフレーム電極部４ｅの下面に、最初に、対応する可動ピン２ｅが面接触し、更に固定用ステージ２が上昇するので、可動ピン２ｅの頭部２Ｔとフレーム電極部４ｅの下面との接触を保ちつつ、可動ピン２ｅの柱状部２Ｌの他端は、固定用ステージ２の上昇が停止するまで、下方に移動し続ける。更なる固定用ステージ２の上昇により、次に、各可動ピン２ｂ〜２ｄ、２ｆの頭部２Ｔが対応するフレーム電極部下面と接触し、それ以降は、当該接触を保持しつつ、各可動ピン２ｂ〜２ｄ、２ｆの柱状部２Ｌの他端は、固定用ステージ２の上昇が停止するまで、下方に移動し続ける。更なる固定用ステージ２の上昇により、最後に、平均的な下面位置よりも上方に位置するフレーム電極部４ａの下面に、可動ピン２ａの頭部２Ｔが接触し、その後に、固定用ステージ２の上昇は停止する。と同時に、各可動ピン２ａ〜２ｆの柱状部２Ｌの他端は、それぞれに対応するフレーム電極部下面の高さに併せて、静止する。即ち、固定用ステージ２が停止した時点で、各可動ピン２ａ〜２ｆは、機械的（又は電気的）に固定される。ここで留意すべき点は、上記一連の上昇動作において、各フレーム電極部４ａ〜４ｆの下面は全く変位していない（不動）と言うことである。
【００２０】
＜ステップ２＞
次に、各固定用爪６が、外部のコントローラ（図示せず）による制御の下で、対応するフレーム電極部４ａ〜４ｆの上面に向けて下降する。
【００２１】
＜ステップ３＞
その後、各固定用爪６は、対応フレーム電極部上面に面接触して停止する。これにより、各フレーム電極部４ａ〜４ｆは固定される。その際、ステップ１で、フレーム電極部４ａ〜４ｆを変位させずにステージ位置を固定した為、フレーム電極部４ａ〜４ｆを変位させること無く、フレーム電極部４ａ〜４ｆを押さえ込んで固定することが出来る。
【００２２】
これにより、チップ部品の半田付け部及び／又はチップ部品自身にストレスを与えること無く、固定された各フレーム電極部４ａ〜４ｆにおいて、ワイヤボンディングを引き続いて行うことが出来、しかも、ワイヤボンディング終了後の各フレーム電極部４ａ〜４ｆの固定開放時に（固定用ステージ２の下降及び固定用爪６の上昇）、ワイヤ及び／又はワイヤの接合部にストレスを与える事態は、発生しなくなる。
【００２３】
＜具体例＞
図２は、実施の形態１に係るフレーム電極部固定方法により固定されたリードフレームに対してワイヤボンディングを実行した後のリードフレームを示す上面図である。又、図３は、図２に示すリードフレームに対して金属太線８のワイヤボンディングを更に実行した後のリードフレームを示す上面図である。
【００２４】
図２及び図３の一例においては、半導体素子９Ａ（パワー素子）及び半導体素子９Ｂ（制御素子）とチップ部品５とが、同一リードフレーム４上に混載実装されている。そして、両図２及び３においては、各フレーム電極部（部品搭載部；ワイヤボンディングを行う部分は全て「フレーム電極部」と呼ばれる）４ＦＥＰは、図１で記載した可動ピン２ａ〜２ｆに相当する可動ピン（部分固定用ステージピン）２Ｐの頭部２Ｔで以って、変形されること無く、接触・支持されていると共に、対応する固定用爪６で以って、上側から変形されること無く接触・支持されている。金属細線７の各々は、半導体素子９Ｂの電極（図示せず）と、その周囲の対応するフレーム電極部４ＦＥＰとを接続する。又、金属太線８の各々は、半導体素子９Ａの電極（図示せず）と、その周囲の対応するフレーム電極部４ＦＥＰとを接続する。
【００２５】
（実施の形態２）
金線を使用してワイヤボンドを行う等、ワイヤボンディング工程に際して固定用ステージに熱源を必要とする場合、従来技術においては、熱源としてヒーターを使用して同ステージを昇温している。しかしながら、この方法を実施の形態１で記載した可動ピン２Ｐ付き固定用ステージ２に適用するときには、各可動ピン２Ｐ（２ａ〜２ｆ）に熱膨張が発生するため、この熱膨張が原因で、各可動ピン２Ｐ（２ａ〜２ｆ）の柱状部２Ｌと、固定用ステージ２に設けられた各柱状部２Ｌを挿入するための各挿入孔（図示せず）の内で対応する孔との隙間（クリアランス）がなくなってしまい、あるいは、より狭くなってしまい、その結果、柱状部２Ｌの上下動が阻害されると言う問題点が発生する。即ち、高温下での設計が難しくなり、その様な適用の実現化は困難である。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、ワイヤボンディング工程に際してステージに熱源を必要とする場合に、Ｉ）図１のステップ３に示す様な各フレーム電極部４ＦＥＰの固定状態において、各可動ピン２Ｐの頭部２Ｔを局部的に昇温する。そのために、例えば光ビーム加熱の様な、非接触型で局部的加熱を行うことが出来る装置を併用する（この点につき、図４を参照）。更に、ＩＩ）各可動ピン２Ｐの材料に、熱伝導率が比較的低いとされている材料を、例えばステンレスを選択する（頭部２Ｔから柱状部２Ｌの他端部に向けて熱伝達しにくい材料を使用する）ことで、柱状部２Ｌの熱膨張をより一層抑制することが出来る。
【００２７】
本実施の形態の採用により、金線等を使用したワイヤボンディングを行うに際して必要箇所のみの昇温が可能となり、高温下においても各可動ピン２Ｐの動きに影響を与えることなく、上述した実施の形態１の作用効果を実現することが可能となる。
【００２８】
（付記）
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の主題によれば、（１）各フレーム電極部へのワイヤボンディングを行うに際して、各フレーム電極部を変位させることなく、つまり、各フレーム電極部における高さ方向のバラツキを維持したまま（矯正されることなく）、各フレーム電極部を固定することが出来る。このため、フレーム電極部間に跨るチップ部品の電極及び半田付け部分に印加されるストレスを抑制することが出来る。
【００３０】
加えて、本発明の主題によれば、（２）ワイヤボンディング後に各フレーム電極部の固定を解除しても、各フレーム電極部の変位は生じないため、ワイヤボンディング後のワイヤ及び接合部分に印加されるストレスをも抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るフレーム電極部の固定方法を示す縦断面図である。
【図２】実施の形態１に係るフレーム電極部固定方法により固定されたリードフレームに対するワイヤボンディングを実行した後のリードフレームを示す上面図である。
【図３】図２に示すリードフレームに対する金属太線のワイヤボンディングを実行した後のリードフレームを示す上面図である。
【図４】実施の形態２に係る技術的特徴を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ フレーム押さえ、２ 固定用ステージ、２ａ〜２ｆ，２Ｐ 可動ピン（部分固定用ステージピン）、２Ｔ 頭部、３ 搬送レール、４ リードフレーム、４ａ〜４ｆ，４ＦＥＰ フレーム電極部、５ａ〜５ｆ，５ チップ部品、６ 固定用爪、７金属細線、８ 金属太線、９Ａ パワー半導体素子、９Ｂ 制御用半導体素子。

Claims (3)

  1. 半導体素子及び／又はチップ部品がその上に実装されて成るリードフレームの各フレーム電極部を固定した上で、固定されたフレーム電極部に対してワイヤボンディングを行うワイヤボンディング方法であって、
    前記リードフレームの周縁部を固定し、
    各フレーム電極部毎に設けられた上下動可能な各可動ピンの頭部をそれぞれ対応するフレーム電極部の下面に向けて上昇させて前記フレーム電極部下面に接触させ、
    前記可動ピン頭部と前記フレーム電極部下面との各接触を保持しつつ、各固定用爪を当該爪に対応するフレーム電極部の上面に向けて下降させて前記フレーム電極部上面に接触させることで、前記各フレーム電極部を固定することを特徴とする、
    ワイヤボンディング方法。
  2. 請求項１記載のワイヤボンディング方法であって、
    前記各フレーム電極部の固定状態において、前記可動ピン頭部のみを局部的に昇温させつつ前記ワイヤボンディングを行うことを特徴とする、
    ワイヤボンディング方法。
  3. 搬送レールにその周縁部が固定されたリードフレームの下面側に配置された固定用ステージと、
    前記リードフレームの各フレーム電極部の配設位置に対応して前記固定用ステージに上下動可能に設けられている複数の可動ピンと、
    前記各フレーム電極部の配設位置に対応して前記リードフレームの上面側に上下動可能に配置されており、それぞれは対応するフレーム電極部の上面に向けて下降して前記フレーム電極部上面に接触可能な複数の固定用爪とを備えており、前記複数の可動ピンの各々は、前記上下動により、対応するフレーム電極部の下面に、当該フレーム電極部を変位させること無く、接触可能であることを特徴とする、
    ワイヤボンディング装置。
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CN102054730A (zh) * 2010-11-19 2011-05-11 上海凯虹电子有限公司 引线框架的传送装置以及粘贴芯片的方法
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