JP2006165447A - 半導体装置の製造装置及び製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造装置及び製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電極パッドとバンプとの接合に影響を及ぼさないよう、バンプまたはバンプ上で接続ワイヤの引きちぎりを行って、安定したワイヤボンディングをする。
【解決手段】キャピラリ１１が電極パッド１９まで下降し、ワイヤ１５の先端のボール１６を荷重で押し潰し、熱と超音波振動により接合して、圧着ボール部２８を形成する。ワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５繰り出し可能とし、キャピラリ１１先端が微少円弧状の動作で圧着ボール部２８へ下降し、片側上部に盛上部２９を形成しバンプ３０とする。その後、キャピラリ１１の上昇途中で押さえ部材３１がキャピラリ１１に対して相対的に下降しバンプ３０を押さえる。ワイヤ１５はバンプ３０につながっているため、キャピラリ１１の上昇により一定量のワイヤ１５が繰り出された時点でワイヤクランパ１３を閉じる。さらにキャピラリ１１の上昇によりバンプ３０につながったワイヤ１５を引きちぎる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤボンディングを用いて半導体装置を組み立てる半導体装置の製造装置及び製造方法に関するものである。
まず、従来のワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置及び製造方法について説明する。図１８は従来の半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部を示す斜視図である。図１８において、１１は取付部１２にねじ締めにより取り付けられたキャピラリ、１３はキャピラリ１１とほぼ一体的に動作し開閉駆動機構（図示せず）により開閉動作をするワイヤクランパ、１４はワイヤ１５の先端との間で放電を行うトーチである。
これらは、ＸＹテーブル（図示せず）に搭載されＸＹ方向に移動可能で、さらにその上に設けた上下動機構（図示せず）によりキャピラリ１１とワイヤクランパ１３はＺ方向にも移動可能となっている。図１８には、キャピラリ１１に挿通されたワイヤ１５とその先端に形成されたボール１６も合わせて示している。
次に、このワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法について説明する。図１９は従来の被ボンディング材に対するワイヤボンディング途中を示す斜視図である。図１９において、１７は被ボンディング材全体を示し、１８は半導体チップであり複数の電極パッド１９を有する。また、２１はリードフレーム全体を示し、このリードフレーム２１は、半導体チップ１８を載せるためのダイパッド２２、ダイパッド２２を支持する吊リード２３、補強ランド２４、内周ランド２５、外周ランド２６等で構成されている。
半導体チップ１８は、ダイボンドテープ２７によりダイパッド２２に固着されている。補強ランド２４、内周ランド２５、外周ランド２６はリードフレーム２１の外枠につながっているものの、外枠につながる部分はハーフエッチングにより下半分が除去されているため、樹脂封止された後で外部に露出するのはランド裏面の円形部のみである。
ここでは、この被ボンディング材１７に対して逆ボンドと呼ばれるワイヤボンディング方式を行うこととする。まず、半導体チップ１８の電極パッド１９上へのバンプ形成について説明する。図２０はバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図である。最初にキャピラリ１１が電極パッド１９まで下降、ワイヤ１５の先端のボール１６（図１８参照）をキャピラリ１１の荷重で押し潰すとともに、熱とキャピラリ１１の超音波振動により電極パッド１９との間で接合して、圧着ボール部２８を形成する。その後、図１８に示すワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５の繰り出しを可能とし、キャピラリ１１の先端は微少な円を描くような動作をして圧着ボール部２８へ下降、圧着ボール部２８の片側上部に盛上部２９を形成しバンプ３０とする。
その後、キャピラリ１１は上昇する。このときワイヤ１５はバンプ３０につながっているため、キャピラリ１１からはワイヤ１５が繰り出される。一定量のワイヤ１５が繰り出された時点でワイヤクランパ１３を閉じワイヤ１５をつかむ。ワイヤクランパ１３はキャピラリ１１とともに上昇を続け、これによりバンプ３０につながったワイヤ１５を引きちぎることになる。図１８に示すように、引きちぎったワイヤ１５に対し、トーチ１４から放電を行うことで、ワイヤ１５の先端に再度ボール１６を形成する。
次に、バンプ３０上へのワイヤ１５の接続について説明する。図２１はバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺を示す拡大側面図である。最初にワイヤ１５の一端を、図１９に示す内周ランド２５または外周ランド２６に接続する。このためにキャピラリ１１が内周ランド２５または外周ランド２６まで下降、ワイヤ１５の先端のボール１６を荷重、熱、超音波振動により接合する。
次に、ワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５の繰り出しを可能とし、キャピラリ１１はループを形成するため、ワイヤ１５を繰り出しながら、ワイヤ１５に癖付けする動作をした後、バンプ３０へ下降、ワイヤ１５をバンプ３０に接続する。その後、キャピラリ１１はワイヤ１５を繰り出しながら上昇、一定量のワイヤ１５を繰り出した時点でワイヤクランパ１３を閉じワイヤ１５をつかむ。ワイヤクランパ１３はキャピラリ１１とともに上昇を続け、これによりバンプ３０とキャピラリ１１の間で、バンプ３０上に接続したワイヤ１５を引きちぎることになる。
キャピラリ１１側の引きちぎったワイヤ１５に対して、トーチ１４から放電を行うことで、ワイヤ１５の先端に再度ボール１６を形成する。このサイクルを繰り返すことで、半導体チップ１８と内周ランド２５または外周ランド２６との間で所定の接続を行う。なお、このバンプ３０上へのワイヤ１５の接続後に、電極パッド１９との接合界面からバンプ３０が剥がれた例を図１９のワイヤ１５’の箇所に示している。
ここで説明した逆ボンドと呼ばれるワイヤボンディング方式におけるキャピラリの動作を工夫して安定させる方法の例が特許文献１で開示されている。
特開２００４−５６０２１号公報
しかしながら、このような構成の従来のワイヤボンディングを用いる製造装置では、バンプ形成後、あるいは、バンプ上へのワイヤ接続後に電極パッド直上においてワイヤを引きちぎる際に、バンプに上方への力を掛けてしまい、電極パッドとバンプとの接合力が弱い場合にはバンプを剥がしてしまうという不具合があった。このことは、今後パッドピッチの縮小化が進み、バンプの径が小さくなり、電極パッドとバンプとの接合力が減少することで、より顕著化する問題でもある。これに対してキャピラリの移動経路の工夫やワイヤ径を小とすることで、バンプに加わる力を小さくする方法も検討されているが十分ではないという問題があった。
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、まず、第１に電極パッドとバンプとの接合に影響を及ぼさないよう、バンプまたはバンプ上で接続ワイヤを押さえながらワイヤの引きちぎりを行うこと、第２に電極パッドとバンプとの接合に影響を及ぼさないよう、ワイヤボンディングヘッド側に設けた部材によりワイヤを挟みワイヤを脆弱化させてから引きちぎること、またはワイヤを挟み破断させることで、安定したワイヤボンディングを可能とする半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載される半導体装置の製造装置は、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置であって、キャピラリに対して相対移動が可能で、かつワイヤボンディングによるワイヤの接続部分を押さえる押さえ部材と、押さえ部材をキャピラリに対して相対移動させる駆動機構とを備え、キャピラリと接続部分との間でワイヤを引きちぎることを特徴とする。
また、請求項２記載される半導体装置の製造装置は、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置であって、キャピラリに対して相対移動が可能で、かつワイヤボンディングによるワイヤの接続部分の近傍でワイヤを挟む挟み部材と、挟み部材をキャピラリに対して相対移動させる駆動機構とを備え、キャピラリと接続部分との間でワイヤを引きちぎることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項３に記載される半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、ワイヤボンディングにより形成したバンプを押さえ部材で押さえ、駆動機構により押さえ部材をキャピラリに対して相対移動させて、キャピラリとバンプの間でワイヤを引きちぎることを特徴とする。
また、請求項４に記載される半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、バンプにワイヤボンディングにより形成したワイヤの接続部分を押さえ部材で押さえ、駆動機構により押さえ部材をキャピラリに対して相対移動させて、キャピラリと接続部分との間でワイヤを引きちぎることを特徴とする。
また、請求項５に記載される半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、ワイヤボンディングによりバンプ形成後、駆動機構により挟み部材をキャピラリに対して相対移動させバンプの近傍でワイヤを挟み、キャピラリとバンプの間のワイヤを挟んだ位置で引きちぎることを特徴とする。
また、請求項６に記載される半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、ワイヤボンディングによりバンプとワイヤの接続部分を形成後、駆動機構により挟み部材をキャピラリに対して相対移動させ接続部分の近傍でワイヤを挟み、キャピラリと接続部分の間のワイヤを挟んだ位置で引きちぎることを特徴とする。
前記構成によれば、ワイヤボンディングにより形成した接続部分につながるワイヤを引きちぎる際に、接続部分に加わる引き剥がす力を、押さえ部材や挟み部材を用いることにより軽減でき、安定したワイヤボンディングにより半導体装置を製造することができる。
本発明によれば、バンプまたはバンプ上接続ワイヤを押さえながらワイヤの引きちぎりを行うことにより、また、バンプ形成後またはバンプ上接続ワイヤの要部と不要部を分離するためワイヤを挟むことで、ワイヤを脆弱化または破断させることができ、電極パッドとバンプ間に引き剥がす力を小さくし、または加えることなくワイヤの引きちぎりを行うことができ、安定したワイヤボンディングが可能となり、さらに、これまでは引きちぎりの際に電極パッドとバンプ間の引き剥がす力を軽減するため、バンプ形状やバンプ上へのワイヤ接続時のボンディング位置，荷重，超音波振動等の条件が制約されていたが、これらの制約を緩和できるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図１，図２は本発明の実施の形態１における半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部を示す斜視図である。ここで、前記従来例を示す図１８〜図２０において説明した構成部材に対応し実質的に同等機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。
まず、本実施の形態１における、ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置は、キャピラリに対して相対移動可能な押さえ部材を持つことに特徴がある。
図１，図２において、１１は取付部１２にねじ締めにより取り付けられたキャピラリ、１３はキャピラリ１１とほぼ一体的に動作し開閉駆動機構（図示せず）により開閉動作をするワイヤクランパ、１４はワイヤ１５の先端との間で放電を行うトーチである。そして、３１はキャピラリ１１に対し相対移動可能な押さえ部材であり、この押さえ部材３１の下端は半円状の押さえ部３２となっている。これがキャピラリ１１の両側に一対で存在することでどの方向に対する押さえも可能となっており、どちらか一方を選択して使用する。
押さえ部材３１のキャピラリ１１に対する駆動機構について説明する。図１には押さえ部材３１がキャピラリ１１に対して上昇した位置、図２には片側の押さえ部材３１がキャピラリ１１に対して下降した位置を示している。そして、３３はキャピラリ１１の両側に設けられて押さえ部材３１の姿勢を制御するカム板であり、カム溝３４が設けられ、押さえ部材３１に設けたピン（図では隠れて見えず）と係合する。３５は押さえ部材３１毎に設けられたリニアモータであり、そこから出たロッド３６に、押さえ部材３１は上端側で結合ピン３７により回動可能に結合されている。
リニアモータ３５を制御することで、押さえ部材３１は上下方向の可能範囲内の任意の位置に移動可能である。上端側がリニアモータ３５につながった押さえ部材３１が上下動するとき、下端側の位置は押さえ部材３１に設けたピン（図では隠れて見えず）が移動するカム溝３４の形状によって決めることができる。ここではカム溝３４を、押さえ部材３１を上昇させたときには、先端がキャピラリ１１の中心軸から離れた位置、押さえ部材３１を下降させたときには、先端がキャピラリ１１の中心軸に近付いた位置となる形状としている。
これら図１，図２中のものは、ＸＹテーブル（図示せず）に搭載されＸＹ方向に移動可能であり、さらにその上に設けた上下動機構（図示せず）によりキャピラリ１１、ワイヤクランパ１３及びキャピラリ１１に対する駆動機構を含む押さえ部材３１はＺ方向にも移動可能となっている。図１には、キャピラリ１１に挿通されたワイヤ１５とその先端に形成されたボール１６も合わせて示している。
次に、この製造装置を用いてワイヤボンディングする製造方法について説明する。この製造方法は、バンプまたはバンプ上に接続したワイヤを押さえながらワイヤの引きちぎりを行うことに特徴がある。図３は本実施の形態１における被ボンディング材に対するワイヤボンディング後を示す斜視図である。
図３において、１７は被ボンディング材全体を示し、１８は半導体チップであり複数の電極パッド１９を有する。また、２１はリードフレーム全体を示し、このリードフレーム２１は、半導体チップ１８を載せるためのダイパッド２２、ダイパッド２２を支持する吊リード２３、補強ランド２４、内周ランド２５、外周ランド２６等で構成されている。
半導体チップ１８は、ダイボンドテープ２７によりダイパッド２２に固着されている。補強ランド２４、内周ランド２５、外周ランド２６はリードフレーム２１の外枠につながっているものの、外枠につながる部分はハーフエッチングにより下半分が除去されているため、樹脂封止された後で外部に露出するのはランド裏面の円形部のみである。この構成は、背景技術のものと同じであるが、バンプに押さえ跡がある点と、バンプ上の接続ワイヤに押さえ跡がある点で背景技術とは異なる。これに関しては、以下の別の図を使用して説明するが、ともに押さえ部材３１の形状が一部転写されてできたものである。
この被ボンディング材１７に対して逆ボンドと呼ばれるワイヤボンディング方式を行うときの半導体チップの電極パッド上へのバンプ形成について説明する。図４，図５，図６は、バンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図である。最初にキャピラリ１１が電極パッド１９まで下降、ワイヤ１５の先端のボール１６（図１参照）をキャピラリ１１の荷重で押し潰すとともに、熱とキャピラリ１１の超音波振動により電極パッド１９との間で接合して、圧着ボール部２８を形成する。その後、図１に示すワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５の繰り出しを可能とし、キャピラリ１１の先端は微少な円弧状の動作をして圧着ボール部２８へ下降、圧着ボール部２８の片側上部に盛上部２９を形成しバンプ３０とする。
その後、キャピラリ１１は上昇する。その途中で、図４に示すように押さえ部材３１がキャピラリ１１に対して相対的に下降し、バンプ３０を押さえる。押さえ部材３１は、キャピラリ１１の両側に存在しているが、バンプ３０がどの位置にあるかで、一方の押さえ部材３１のみが駆動される。このため図４，図５には、駆動される側の押さえ部材３１のみが現れている。
また、ワイヤ１５はバンプ３０につながっているため、キャピラリ１１の上昇により繰り出される。一定量のワイヤ１５が繰り出された時点でワイヤクランパ１３を閉じてワイヤ１５をつかみ、さらにキャピラリ１１はワイヤクランパ１３とともに上昇を続ける。これにより、図５に示すようにバンプ３０を押さえ部３２で押さえながら、バンプ３０につながったワイヤ１５を引きちぎる。ワイヤ１５を引きちぎった後は、押さえ部材３１はキャピラリ１１に対して相対的に上昇する。また押さえ部材３１は、次に押さえ動作を行うまでは、上昇した位置でキャピラリ１１と一体的に動作する。
図６にはバンプ形成終了時の状態を示しているが、押さえ部材３１がバンプ３０を押さえていた箇所は押さえ跡３８となる。この押さえ跡３８があっても、次に行うバンプ３０上へのワイヤ接続には支障がない。また、図１に示すように、引きちぎったワイヤ１５に対しては、トーチ１４から放電を行うことで、ワイヤ１５の先端にボール１６を形成する。
次に、バンプ上へのワイヤ接続について説明する。図７，図８，図９はバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図である。最初にワイヤ１５の一端を、図３に示す内周ランド２５または外周ランド２６に接続する。このために、キャピラリ１１が内周ランド２５または外周ランド２６まで下降、ワイヤ１５の先端のボール１６を荷重、熱、超音波振動により接合する。その後、ワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５の繰り出しを可能とし、キャピラリ１１はループを形成するため、ワイヤ１５を繰り出しながら、ワイヤ１５に癖付けする動作をした後、バンプ３０へ下降、ワイヤ１５をバンプ３０に接続して、キャピラリ１１は上昇する。上昇の途中で、図７に示すように押さえ部材３１がキャピラリ１１に対して相対的に下降し、バンプ上接続ワイヤ３９を押さえる。
ここでもキャピラリ１１の両側に存在する押さえ部材３１のうち一方のみが使用される。ワイヤ１５はバンプ上接続ワイヤ３９につながっているため、キャピラリ１１の上昇で、ワイヤ１５が繰り出される。一定量のワイヤ１５が繰り出された時点でワイヤクランパ１３を閉じてワイヤ１５をつかみ、さらにキャピラリ１１はワイヤクランパ１３とともに上昇を続ける。これにより、図８に示すようにバンプ上接続ワイヤ３９を押さえながら、ワイヤ１５を引きちぎる。ワイヤ１５を引きちぎった後は、押さえ部材３１はキャピラリ１１に対して相対的に上昇する。押さえ部材３１は、次に押さえ動作を行うまでは、上昇した位置でキャピラリ１１と一体的に動作する。
図９にはバンプ上へのワイヤ接続終了時の状態を示しているが、押さえ部材３１がバンプ上接続ワイヤ３９を押さえていた箇所は、押さえ跡３８’となる。また、引きちぎったワイヤ１５に対しては、トーチ１４から放電を行うことで、ワイヤ１５の先端にボール１６を形成する。このサイクルを繰り返すことで、半導体チップ１８と内周ランド２５または外周ランド２６との間で所定の接続を行う。
このように本実施の形態１のワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置及び製造方法では、バンプ３０またはバンプ上接続ワイヤ３９を押さえながらワイヤ１５の引きちぎりを行うことで、電極パッド１９とバンプ３０間に引き剥がす力を加えることなく、ワイヤの引きちぎりを行うことができるため、安定したワイヤボンディングを可能とすることができる。
なお、本実施の形態１の製造方法では、バンプ形成直後とバンプ上へワイヤを接続した直後において、ともに押さえ部材３１を使用して引きちぎりを行うとしたが、押さえ部材３１を用いるのはどちらか一方であってもよい。また、押さえ部材３１における押さえ部３２の形状として、半円状の押さえ部３２を持つ押さえ部材３１がキャピラリ１１の両側にあり、バンプ３０またはバンプ上接続ワイヤ３９を押さえるとしたが、押さえ部３２の形状や押さえ部材３１の数は種々変形可能である。また、２個の押さえ部材３１をそれぞれ別のリニアモータ３５により駆動し、カム溝３４により下端側の位置を決めるとしたが、駆動源の数、駆動方法や位置決め方法は種々変形可能である。発明の要点は、押さえ部材３１により、バンプ３０またはバンプ直上に接続したバンプ上接続ワイヤ３９を押さえながらワイヤ１５の引きちぎりを行うことにある。
次に、本発明の実施の形態２について説明する。まず、ワイヤボンディングを用いる製造装置について説明する。この製造装置は、キャピラリに対して相対移動可能な挟み部材を持つことに特徴がある。
図１０，図１１は本実施の形態２におけるワイヤボンディングのヘッド先端部を示す斜視図である。図１０，図１１において、１１は交換可能で取付部１２にねじ締めにより取り付けられたキャピラリ、１３はキャピラリ１１とほぼ一体的に動作し開閉駆動機構（図示せず）により開閉動作をするワイヤクランパ、１４はワイヤ１５の先端との間で放電を行うトーチである。そして、４１はキャピラリ１１に対し相対移動可能な挟み部材であり、この挟み部材４１の下端は尖った挟み部４２となっており、これがキャピラリ１１の両側に一対で存在することでワイヤ１５を挟むことが可能となり、両方を同時に動作させる。
挟み部材４１のキャピラリ１１に対する駆動機構について説明する。図１０は挟み部材４１がキャピラリ１１に対して上昇した位置、図１１は挟み部材４１がキャピラリ１１に対して下降した位置を示している。そして、４３はキャピラリ１１の両側に設けられて挟み部材４１の姿勢を制御するカム板であり、カム溝４４が設けられ、挟み部材４１に設けたピン（図では隠れて見えず）と係合する。４５はソレノイドであり、そこから出て２方向に分岐したロッド４６に、挟み部材４１は上端側で結合ピン４７により回動可能に結合されている。
ソレノイド４５は電圧を掛ける方向を変えることで、上下２ポジション間を移動する。上端側がソレノイド４５につながった挟み部材４１が上下動するとき、下端側の位置は挟み部材４１に設けたピン（図では隠れて見えず）が移動するカム溝４４の形状によって決めることができる。ここではカム溝４４を、挟み部材４１を上昇させたときには、先端がキャピラリ１１の中心軸から離れて開いた位置とし、挟み部材４１を下降させたときには、先端がキャピラリ１１の中心軸に近付いて閉じた位置となるような形状としている。
これら図１０，図１１中のものは、ＸＹテーブル（図示せず）に搭載されＸＹ方向に移動可能で、さらにその上に設けた上下動機構（図示せず）によりキャピラリ１１、ワイヤクランパ１３及びキャピラリ１１に対する駆動機構を含む挟み部材４１はＺ方向にも移動可能となっている。図１０には、キャピラリ１１に挿通されたワイヤ１５とその先端に形成されたボール１６も合わせて示している。
次に、この製造装置を用いてワイヤボンディングする製造方法について説明する。この製造方法は、バンプ形成後、またはバンプ上へのワイヤ接続後のワイヤ引きちぎりの際にワイヤを挟むことに特徴がある。本実施の形態２はワイヤを挟むことを中心に説明を行う。実施の形態２の被ボンディング材に対するワイヤボンディング後の状態は、図３で示した実施の形態１のものとほぼ同様である。実施の形態１と異なる点は、バンプにカット端部がある点と、バンプ上接続ワイヤにカット端部がある点である。これに関しては、以下の別の図を使用して説明するが、ともに挟み部材を使用することで生じたものである。
この被ボンディング材に対して逆ボンドと呼ばれるワイヤボンディング方式を行うときの半導体チップの電極パッド上へのバンプ形成について説明する。図１２，図１３，図１４は、バンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図である。最初にキャピラリ１１が電極パッド１９まで下降、ワイヤ１５の先端のボール１６（図１０参照）をキャピラリ１１の荷重で押し潰すとともに、熱とキャピラリ１１の超音波振動により電極パッド１９との間で接合して、圧着ボール部２８を形成する。その後、図１０に示すワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５の繰り出しを可能とし、キャピラリ１１の先端は微少な円弧状の動作をして圧着ボール部２８へ下降、圧着ボール部２８の片側上部に盛上部２９を形成しバンプ３０とする。
その後、キャピラリ１１は上昇するが、ワイヤ１５はバンプ３０につながっているため、キャピラリ１１の上昇で、ワイヤ１５が繰り出される。一定量のワイヤ１５が繰り出された時点でワイヤクランパ１３を閉じワイヤ１５をつかむ。その直後に、図１２に示すように挟み部材４１がキャピラリ１１に対して相対的に下降し、繰り出されたワイヤ１５の下端付近を挟む。このワイヤ１５を挟むことにより、その部分に亀裂が入るとともに断面積が減少するため、その部分でワイヤ１５は脆弱化する。
この後、キャピラリ１１はワイヤクランパ１３とともに挟み部材４１に対して相対的に上昇する。これにより、図１３に示すようにワイヤ１５が引っ張られ、挟んだ位置でワイヤ１５は引きちぎられる。ワイヤ１５を引きちぎった後は、挟み部材４１はキャピラリ１１に対して相対的に上昇する。また挟み部材４１は、次に挟み動作を行うまでは、上昇した位置でキャピラリ１１とほぼ一体的に動作する。
図１４にはバンプ形成終了時の状態を示しているが、ワイヤ１５を挟んだ位置の下側には、カット端部４８ができる。このカット端部４８があっても、次に行われるこのバンプ３０上へのワイヤ接続には支障がない。また、カット端部４８が存在するのは、電極パッド１９の隣接方向ではないため、ショートによる不具合を起こすことはないが、ワイヤ１５を挟む位置をできる限り低くすることで、短くするのがよい。そして、引きちぎったワイヤ１５に対しては、トーチ１４から放電を行うことで、ワイヤ１５の先端にボール１６を形成する。
次に、バンプ上へのワイヤ接続について説明する。図１５，図１６，図１７はバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図である。最初にワイヤ１５の一端を、図３に示す内周ランド２５または外周ランド２６に接続する。このために、キャピラリ１１が内周ランド２５または外周ランド２６まで下降、ワイヤ１５の先端のボール１６を荷重、熱、超音波振動により接合する。その後、ワイヤクランパ１３を開きワイヤ１５の繰り出しを可能とし、キャピラリ１１はループを形成するため、ワイヤ１５を繰り出しながら、ワイヤ１５に癖付けする動作をした後、バンプ３０へ下降、ワイヤ１５をバンプ３０に接続して、キャピラリ１１は上昇する。このときワイヤ１５はバンプ上接続ワイヤ３９につながっているため、キャピラリ１１の上昇で、図１５に示すようにワイヤ１５が繰り出される。
一定量のワイヤ１５が繰り出された時点でワイヤクランパ１３を閉じワイヤ１５をつかむ。その直後に、挟み部材４１がキャピラリ１１に対して相対的に下降し、繰り出されたワイヤ１５の下端付近を挟む。この挟むことにより、その部分に亀裂が入るとともに断面積が減少するため、その部分でワイヤ１５は脆弱化する。この後、キャピラリ１１はワイヤクランパ１３とともに挟み部材４１に対して相対的に上昇する。これにより、図１６に示すようにワイヤ１５が引っ張られ、挟んだ位置でワイヤ１５は引きちぎられる。ワイヤ１５を引きちぎった後は、挟み部材４１はキャピラリ１１に対して相対的に上昇する。挟み部材４１は、次に挟み動作を行うまでは、上昇した位置でキャピラリ１１と一体的に動作する。
図１７にはバンプ３０上へのワイヤ１５接続終了時の状態を示しているが、ワイヤ１５を挟んだ位置の下側には、カット端部４８’ができる。カット端部４８’が残っても、接続ワイヤの延長方向であるため不具合を起こすことはないが、ワイヤ１５を挟む位置をできる限り低くすることで、短くするのがよい。また、引きちぎったワイヤ１５に対しては、トーチ１４から放電を行うことで、ワイヤ１５の先端にボール１６を形成する。このサイクルを繰り返すことで、半導体チップ１８と内周ランド２５または外周ランド２６との間で所定の接続を行う。
このように本実施の形態２のワイヤボンディングを用いる製造装置及び製造方法では、バンプ３０またはバンプ上接続ワイヤ３９につながったワイヤ１５を挟むことでワイヤ１５を脆弱化または破断させ、ワイヤ１５の引きちぎりの際、電極パッド１９とバンプ３０間を引き剥がす力を小さく、または力の発生自体をなくすことができるため、安定したワイヤボンディングを可能とすることができる。
なお、本実施の形態２の製造方法では、挟み部材４１により、ワイヤ１５を挟むことでワイヤ１５を脆弱化させるとしたが、挟み部材４１により完全に切り離すとしてもよい。また、バンプ形成直後やバンプ上へワイヤを接続した直後において、挟み部材４１を使用してワイヤ１５を挟むとしたが、この挟み部材４１を用いるのは、どちらか一方であってもよい。
また、挟み部材４１がキャピラリ１１の両側にあり、それがワイヤ１５を対向から挟むとしたが、挟み部材４１及び挟み部４２の形状，数は種々変形可能である。また、２個の挟み部材４１を一つのソレノイド４５により駆動し、カム溝４４により下端側の位置を決めるとしたが、駆動源の数、駆動方法や位置決め方法においても種々変形可能である。発明の要点は、挟み部材４１により、バンプ３０形成後のワイヤ１５またはバンプ直上に接続したワイヤ１５の要部と不要部との間を分離するために挟むということである。
また、バンプ３０とバンプ上接続ワイヤ３９に対して、実施の形態１では押さえ部材３１を用いて、実施の形態２では挟み部材４１を用いる方法を説明したが、同一の部材に押さえ部材３１と挟み部材４１の機能を持たせ、バンプ３０に対しては押さえ部材３１、バンプ上接続ワイヤ３９に対しては挟み部材４１、またはバンプ３０に対しては挟み部材４１、バンプ上接続ワイヤ３９に対しては押さえ部材３１を用いてワイヤ１５を引きちぎるように組み合わせを変えてもよい。
また、実施の形態１，２の説明では、半導体チップ１８側にバンプ３０を形成し、その上にワイヤ１５を接続する逆ボンドを例として行ったが、リードフレーム２１側にバンプ３０を形成し、その上にワイヤ１５を接続するとしてもこの発明は適用できる。
本発明に係る半導体装置の製造装置及び製造方法は、バンプ形成後またはバンプ上接続ワイヤの要部と不要部を分離するため、バンプまたはバンプ上接続ワイヤを押さえながら、あるいは、ワイヤを挟んで脆弱化または破断させて、ワイヤの引きちぎりを行って、電極パッドとバンプ間に引き剥がす力を小さくしまたは加えることなく、安定したワイヤボンディングが可能となり、さらに、引きちぎりの際に電極パッドとバンプ間に作用する力を軽減して、ワイヤ接続時のボンディングの条件の制約を緩和でき、ワイヤボンディングを用いて半導体装置を組み立てる製造装置及び製造方法として有用である。
本発明の実施の形態１における半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部で押さえ部材がキャピラリに対して上昇した位置を示す斜視図 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部で押さえ部材がキャピラリに対して下降した位置を示す斜視図 本実施の形態１における被ボンディング材に対するワイヤボンディング後を示す斜視図 本実施の形態１におけるバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態１におけるバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態１におけるバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態１におけるバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態１におけるバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態１におけるバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本発明の実施の形態２における半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部で挟み部材がキャピラリに対して上昇した位置を示す斜視図 本発明の実施の形態２における半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部で挟み部材がキャピラリに対して下降した位置を示す斜視図 本実施の形態２におけるバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態２におけるバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態２におけるバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態２におけるバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態２におけるバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図 本実施の形態２におけるバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図 従来の半導体装置の製造装置に用いるワイヤボンディングのヘッド先端部を示す斜視図 従来の被ボンディング材に対するワイヤボンディング途中を示す斜視図 従来のバンプ形成時の半導体チップ周辺の拡大側面図 従来のバンプ上へのワイヤ接続時の半導体チップ周辺の拡大側面図
符号の説明
１１ キャピラリ
１２ 取付部
１３ ワイヤクランパ
１４ トーチ
１５，１５’ ワイヤ
１６ ボール
１７ 被ボンディング材
１８ 半導体チップ
１９ 電極パッド
２１ リードフレーム
２２ ダイパッド
２３ 吊リード
２４ 補強ランド
２５ 内周ランド
２６ 外周ランド
２７ ダイボンドテープ
２８ 圧着ボール部
２９ 盛上部
３０ バンプ
３１ 押さえ部材
３２ 押さえ部
３３，４３ カム板
３４，４４ カム溝
３５ リニアモータ
３６，４６ ロッド
３７，４７ 結合ピン
３８，３８’ 押さえ跡
３９ バンプ上接続ワイヤ
４１ 挟み部材
４２ 挟み部
４５ ソレノイド
４８，４８’ カット端部

Claims (6)

  1. ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置であって、
    キャピラリに対して相対移動が可能で、かつ前記ワイヤボンディングによるワイヤの接続部分を押さえる押さえ部材と、前記押さえ部材を前記キャピラリに対して相対移動させる駆動機構とを備え、前記キャピラリと前記接続部分との間で前記ワイヤを引きちぎることを特徴とする半導体装置の製造装置。
  2. ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造装置であって、
    キャピラリに対して相対移動が可能で、かつ前記ワイヤボンディングによるワイヤの接続部分の近傍で前記ワイヤを挟む挟み部材と、前記挟み部材を前記キャピラリに対して相対移動させる駆動機構とを備え、前記キャピラリと前記接続部分との間で前記ワイヤを引きちぎることを特徴とする半導体装置の製造装置。
  3. ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングにより形成したバンプを押さえ部材で押さえ、駆動機構により前記押さえ部材をキャピラリに対して相対移動させて、前記キャピラリと前記バンプの間で前記ワイヤを引きちぎることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、
    バンプに前記ワイヤボンディングにより形成したワイヤの接続部分を押さえ部材で押さえ、駆動機構により前記押さえ部材をキャピラリに対して相対移動させて、前記キャピラリと前記接続部分との間でワイヤを引きちぎることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによりバンプ形成後、駆動機構により挟み部材をキャピラリに対して相対移動させ前記バンプの近傍でワイヤを挟み、前記キャピラリと前記バンプの間の前記ワイヤを挟んだ位置で引きちぎることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. ワイヤボンディングを用いる半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによりバンプとワイヤの接続部分を形成後、駆動機構により挟み部材をキャピラリに対して相対移動させ前記接続部分の近傍でワイヤを挟み、前記キャピラリと前記接続部分の間の前記ワイヤを挟んだ位置で引きちぎることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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