JP2005537682A - 可逆ウェッジボンディング器具での電子デバイス製造におけるワイヤのウェッジボンディング - Google Patents

Abstract

電子デバイス（２０、２０’）、例えばディスクリート半導体パワーデバイス又はＩＣの製造において、自身の対向する端部（１１、１２）の各々にボンディングチップ又はウェッジ（１、２）を有する可逆ボンディング器具（１０）が使用される。ワイヤ（２１）を接合するための一方の端部（１１）におけるウェッジチップ（１）の多くの使用の後、チップ（１）は磨耗させられる。従来技術の場合のように接合器具を置換することが必要とされる代わりに、本発明による器具（１０）はそれから、更なるワイヤ（２１’）を接合するための対向する端部（１２）におけるウェッジチップ（２）を使用するように反転させられる。

Description

本発明は、電子デバイスの製造におけるワイヤのウェッジボンディング（ｗｅｄｇｅ−ｂｏｎｄｉｎｇ）に関する。特に本発明はウェッジボンディング方法、装置、及び器具（ツール）に関し、更にこのような方法、装置、又は器具を使用してウェッジボンディングされるワイヤの形態の接続部を含む電子デバイスに関する。

ワイヤのウェッジボンディングは、電子デバイスにおける接続部をもたらすために何十年もの間使用されてきた安定した技術である。例えば以下はウェッジボンディングに関する最近の米国特許をそろえたものである。すなわち、米国特許第ＵＳ−Ａ−６，３５４，４７９号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−６，１３５，３４１号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，９５８，２７０号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，９５０，９０３号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，９４５，０６５号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，９０６，７０６号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，８３６，０７１号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，７０２，０４９号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，４９５，９７６号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，４５２，８３８号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，４４５，３０６号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，３６４，００４号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，２１７，１５４号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，１４８，９５９号公報、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，０１８，６５８号公報、及び米国特許第ＵＳ−Ａ−５，００７，５７６号公報である。これらの米国特許の全文は本明細書において参考文献として含まれる。通常タングステンカーバイドのボンディング器具（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｃａｒｂｉｄｅ）は、通常一方の端部にウェッジボンディングチップ（先端部（ｔｉｐ））を持つシャンク（柄）（ｓｈａｎｋ）を有する。

費用低減は常に所望される。稼動中の費用を含む多くの要素のうちの一つは、自身のボンディングチップが使用を通じて磨耗されているとき、接合（ボンド）器具を定期的に置換する必要性にある。

本発明の目的は、接合器具を置換する費用を低減することにある。

本発明の一つの態様によれば、自身の対向する端部にウェッジボンディングチップを有する可逆ボンディング器具がもたらされる。従って本発明は、器具の置換が必要とされる前の使用期間を増大させる二重チップ可逆器具（デュアルチップリバーシブルツール（ｄｕａｌ−ｔｉｐ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｔｏｏｌ））をもたらす。このように節減は器具内において実現され得る。

本発明の他の態様によれば、本発明によるこのような可逆ボンディング器具を有するワイヤボンディング装置がもたらされる。

本発明の更なる態様によれば、
・本発明による可逆ボンディング器具が使用され、
・ワイヤを接合するための一方の端部におけるチップを使用した後、前記器具が、更なるワイヤを接合（ボンディング）するための対向する（反対の）端部でウェッジボンディングチップを使用するために反転される
ウェッジボンディング方法がもたらされる。

本発明の更に他の態様によれば、本発明による方法、装置、又は器具を使用してウェッジボンディングされているワイヤの形態の接続部を含む、例えば集積回路又はパワー半導体デバイスのような電子デバイスがもたらされる。

本発明による様々な有利な特徴及び特徴の組み合わせが請求項に記載される。これら及び他の特徴は、この場合添付図面を参照して例示によって記載される本発明の実施例に記載される。

全ての図が概略図であることは注意されるべきである。図面における簡略化及び便宜のため、これらの図の部分の相対的な寸法及び比率は、寸法が強調されているか、又は縮小されて示されている。修正された実施例及び異なる実施例において対応する特徴又は同様の特徴を参照するために同じ参照符号が通常使用される。

図１Ａ及び１Ｂは、電子デバイス２０及び２０’、例えばディスクリート半導体パワーデバイス又は半導体集積回路（ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ））の製造におけるワイヤボンディング工程を示している。図２Ａ及び２Ｂを参照すると、器具の対向する端部１１及び１２の各々において（“ウェッジ”とも称される）ボンディングチップ１及び２を有する可逆二重チップボンディング器具（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｄｕａｌ−ｔｉｐ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｏｏｌ）１０が使用される。

（図１Ａに示されているように）ボンディングワイヤ２１に対する一方の端部１１におけるウェッジボンディングチップ１の多くの使用の後、チップ１はいくらか磨耗させられる。従来技術の場合のように接合器具を置換することが必要とされる代わりに、本発明による器具１０はそれから、（図１Ｂに示されているように）更なるワイヤ２１’を接合するために対向する端部１２におけるウェッジボンディングチップ２を使用するように反転させられる。このように費用節減が器具材に関して達成される。

本発明による可逆器具１０が使用される場合は別として、ウェッジボンディングプロセス及びワイヤボンディング装置は知られている形態であってもよいので詳細に記載されないであろう。

従って図１Ａ及び１Ｂは、デバイス２０及び２０’が作業台（ワークマウント（ｗｏｒｋ ｍｏｕｎｔ））３２上に位置される装置の作業（動作）領域（ワークエリア）を示している。ワイヤ２１及び２１’はスプール（巻き枠）（図示略）から当該作業領域に継続的にもたらされる。ワイヤ２１及び２１’はデバイス２０及び２０’の接合パッド（ボンドパッド（ｂｏｎｄ ｐａｄ））２３及び２３’にもたらされ、器具１０の下部作業（作用）端部（１１（図１Ａ）；１２（図１Ｂ））によって接合パッド２３及び２３’に対して加圧される。ワイヤ２１及び２１’は両方のディスクリートパワーデバイス及びＩＣのためにアルミニウム（通常Ａｌアロイ（ａｌｌｏｙ））を有していてもよく、接合パッド２３及び２３’もアルミニウムを有していてもよい。あるデバイスにおいて、金（ｇｏｌｄ）ワイヤ２１及び２１’を使用することが好まれてもよい。ワイヤ２１及び２１’は例えば接合パッド２３及び２３’とデバイスパッケージの端子リード（図示略）との間に電気的接続部を形成する。

接合パッド２３及び２３’に対して加圧される間、ワイヤ２１及び２１’は、器具１０の各々のボンディングチップ１又は２を介してパッド２３及び２３’上のワイヤ２１及び２１’に超音波エネルギをもたらす変換器（トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ））３０に対して超音波源（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｏｕｒｃｅ）をオンにすることによってパッド２３及び２３’に接合される。図１Ａ及び１Ｂは、変換器３０のホーン（角部（ｈｏｒｎ））に実装される器具１０を示している。ホーンは、超音波エネルギの源（ソース）（図示略）に結合される知られている形態となり得る。

図１Ａ及び１Ｂに示されている実施例において、接合器具１０は、自身の対向する端部においてテーパ（先細り）作業端部（ｔａｐｅｒｅｄ ｗｏｒｋ ｅｎｄ）１１及び１２を備えるシャンクを有している。（接合されるべきワイヤ２１及び２１’を結合する）狭いボンディングチップ１及び２はこれらの作業端部にもたらされており、特定の実施例が図２Ａ及び２Ｂに示されている。図の簡略化のために、テーパは図２Ａ及び２Ｂに示されていない。

作業領域及びウェッジチップに対して採用され得る様々な知られている形状及び構造体がもたらされる。図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、及び２Ｂは、シャンクと一体に形成される対向する作業端部１１及び１２におけるチップ１及び２のための非常に簡単な溝付き構造体（ｇｒｏｏｖｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を示している。この場合、ボンディング器具１０全体（自身のシャンク、端部、及びチップ）はタングステンカーバイドから構成されていてもよい。図２Ａ及び２Ｂにおいて各々のチップ１及び２に対して記載されている単一の溝は、超音波ボンディングの間、接合パッドに対する位置にワイヤを保持する役割を果たす。より複数なチップ設計において、交差溝（ｃｒｏｓｓ−ｇｒｏｏｖｅ）及び／又は突起部（ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）が含まれていてもよい。

図１Ａ及び１Ｂは、変換器ホーン３０における器具１０の実装に関してワイヤボンディング装置のいかなる詳細についても示していない。この実装（取付け）部３１は知られている態様で超音波によって器具１０を変換器に結合する。しかしながら、実装部３１の形態及び器具シャンクにより、一方の端部１１におけるウェッジボンディングチップ１（図１Ａ）か、又は対向する端部１２におけるウェッジボンディングチップ２（図１Ｂ）の何れかを使用してワイヤボンディングを可能にするように器具１０は実装部３１において反転させられることが可能となる。

実装部３１が、対向する端部１１と１２との間におけるある位置に器具１０のシャンクをもたらす場合、この可逆実装態様はたいてい容易に実現可能である。図１Ａ及び１Ｂに記載の実施例において、各々の端部１１及び１２が使用される場合、器具シャンク上に異なる実装位置がもたらされるが、シャンクは、少なくともこれらの実装位置がもたらされる長さに沿って同じ（すなわち均一な）断面になる。

図は器具に対して非常に簡単で基本的な形態しか示しておらず、装置及びボンディングプロセスの概略的な態様しか示していない。この基本形態が、技術において共通に使用される特徴、又はときとして使用される特徴の形式で展開され、付加され、修正されることは当業者にとって明らかである。

従って例えば図１は、ワイヤ２１及び２１’がガイドされ（導かれ）、デバイス接合パッド２３及び２３’にもたらされ得る態様を示すものではない。器具１０が、図１及び２に記載の非常に簡単な構造を有する場合、接合器具１０の外付けとなるガイド部（ｇｕｉｄｅ）は作業チップ１及び２の近くで使用されてもよい。他の実施例において、ワイヤのためのガイドホール（穴）（ｇｕｉｄｅ ｈｏｌｅ）が接合器具１０にもたらされてもよい。従って例えば（ワイヤ２１及び２１’のための経路を通じてもたらす）別個のガイドホールは、器具１０の各々の端部１１及び１２を通じて斜めに延在していてもよく、又は器具１０の長さを通じて延在する（細孔（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｂｏｒｅ）の形態の）単一のフィードホール（ｆｅｅｄ ｈｏｌｅ）がもたらされてもよい。

上記の実施例において、接合器具１０の全体はタングステンカーバイドから構成されている。しかしながら他の実施例は他の材料（物質）を使用してもよく、例えばシャンクに対して硬化（焼き入れ）鋼材（スチール）（ｈａｒｄｅｎｅｄ ｓｔｅｅｌ）が使用されるか、又はシャンクに対してチタンカーバイド（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅ）が使用される。

異なる知られている材料が、器具１０（シャンク、作業端部１１及び１２、並びにボンディングチップ１及び２）の異なる部分に対してバルク材（ｂｕｌｋ ｍａｔｅｒｉａｌ）とコーティング材（ｃｏａｔｉｎｇ）との両方として使用されてもよい。シャンク自体は、（タングステンカーバイド、硬化鋼材、又はチタンカーバイドのような）高弾性係数（ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）を有する比較的硬い（堅い）材料から形成されてもよいが、硬くて、精密な形状で、より高い耐磨耗性を有する他の材料が自身の対向する端部１１及び１２において使用されてもよい。従って例えば、ボンディングチップ１及び２自体はセラミック材料又はダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）若しくはオスミウム（ｏｓｍｉｕｎ）のような他のより高価な材料を有する。

本発明の開示を読むことにより、多くの他のバリエーション及び変形例は当業者にとって明らかであろう。当該バリエーション及び変形例は、ウェッジボンディング器具及び装置並びにウェッジボンディングワイヤを有する電子デバイスの設計、製造、及び使用において既に知られている同等の特徴及び他の特徴を含んでいてもよいと共に、ここに既に記載されている特徴の代わりに、又はここに既に記載されている特徴に加えて使用されてもよい同等の特徴及び他の特徴を含んでいてもよい。当該特徴の例は、参考文献として本明細書において上記で引用されている米国特許公報において見つけられ得る。

請求項は、特定の特徴の組み合わせに対して本明細書において明確に記載されているが、本発明の開示の範囲は、本発明が軽減させる技術的課題と同じ技術的課題の何れか若しくは全てを軽減させるか否かにかかわらず、明示的又は暗示的にここに開示されているいかなる新規な特徴若しくはいかなる新規な特徴の組み合わせ、又はそれらのいかなる概念も含んでいることが理解されるべきである。

従って、本出願人は、本出願又はそれから引き出される何れかの他の出願の係争中、新たな請求項が当該特徴及び／又は当該特徴の組み合わせに対して明確に記載されてもよいという注意をもたらすものである。

電子デバイスの製造における連続した期間における使用の間の本発明の実施例における超音波ウェッジボンディング装置の一部の概略的な側面図を示す。 電子デバイスの製造における連続した期間における使用の間の本発明の実施例における超音波ウェッジボンディング装置の一部の他の概略的な側面図を示す。 図１の可逆ボンディング器具、特にその作業端部の下方向から見た透視図であり、本発明によるその上端部におけるボンディングチップが示されている。 図２のボンディング器具の下部作業端部の上方向から見た透視図であり、当該下部端部におけるボンディングチップが示されている。

Claims (9)

1. 電子デバイスの製造においてワイヤをウェッジボンディングする方法であって、
   ・自身の対向する端部においてウェッジボンディングチップを有する可逆ボンディング器具が使用され、
   ・ワイヤを接合するための一方の端部における前記ウェッジボンディングチップを使用した後、前記器具が、更なるワイヤを接合するための前記対向する端部における前記ウェッジボンディングチップを使用するように反転される
   方法。
2. 前記ボンディング器具が、自身の対向する端部における前記ウェッジボンディングチップを有するタングステンカーバイドのシャンクを有する請求項１に記載の方法。
3. 前記ワイヤが、アルミニウム又は金を有すると共に前記器具に結合される変換器を使用して超音波によって接合される請求項１又は２に記載の方法。
4. 電子デバイスの製造におけるワイヤの超音波ウェッジボンディングのためのワイヤボンディング装置であって、前記装置は、自身の対向する端部においてウェッジボンディングチップを有する可逆ボンディング器具と、前記器具を超音波変換器に結合するための実装部とを含み、前記実装部は、一方の端部における前記ウェッジボンディングチップか、又は前記対向する端部における前記ウェッジボンディングチップの何れかを使用してワイヤボンディングを可能にするように前記器具が反転させられることを可能にするワイヤボンディング装置。
5. 前記ボンディング器具が、自身の対向する端部において前記ウェッジボンディングチップを備えるシャンクを有し、前記実装部が、自身の対向する端部の間の前記シャンク上の位置において前記器具をもたらす請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
6. 自身の対向する端部においてウェッジボンディングチップを備えるシャンクを有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法、又は請求項４若しくは５に記載の装置における使用のための可逆ボンディング器具。
7. 前記器具が、自身の材料と異なると共に自身の対向する端部の各々においてウェッジボンディングチップをもたらす材料を自身の対向する端部において備えるシャンクを有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法、又は請求項４若しくは５に記載の装置における使用のための可逆ボンディング器具。
8. 前記対向する端部におけるウェッジボンディングチップが、タングステンカーバイドから構成される、請求項４若しくは５に記載の装置、又は請求項６若しくは７に記載の器具。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法若しくは装置、又は器具を使用してウェッジボンディングされるワイヤの形態での接続部を含む例えば集積回路又はパワー半導体デバイスのような電子デバイス。

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