JP2008108971A - ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】テールカット動作に伴うワイヤ変形を抑えることが出来るワイヤボンディング装置を提供する。
【解決手段】ワイヤ１を挿通するキャピラリ２と、ワイヤ１を挟持することが可能なクランパ３と、ワイヤ１にかかる荷重を測定する荷重センサ６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関するものである。
半導体装置の製造工程に、半導体チップ上の電極と、配線基板やリードフレーム上に形成されたインナーリードとを金属細線（ワイヤ）で電気的に接続するワイヤボンディング工程がある。
ワイヤボンディング工程では、まずキャピラリ先端からはみ出したワイヤ（テール）の先端に高電圧を加え放電によりワイヤを溶融させて、テールの先端に球状ボールを形成する。そして、加熱、加圧及び超音波振動を加えることでこの球状ボールと半導体チップ上の電極の接合を行う。その後、キャピラリを上昇させ、インナーリード上に移動し、加熱、加圧及び超音波振動を加えることでワイヤとインナーリードとの接合を行う。接合が完了したら所定の高さまでキャピラリを上昇させ、ワイヤをクランプすることでワイヤを切断する。このインナーリード上でのワイヤ切断をテールカット動作といい、テールカットによりキャピラリ先端には適当な長さのテールが残る。以上の一連の動作を繰り返すことによりワイヤボンディングが行われる。
テールカットの際はインナーリードとワイヤとの接合強度が適切でなければならない。例えば、インナーリードとワイヤとの接合が弱すぎる場合、インナーリード上からワイヤが剥がれてしまい、テールカットを行うことが出来なくなる。
一方、インナーリードとワイヤとの接合が強すぎる場合、接合時にインナーリード上でワイヤが切断されてしまい、適当な長さのテールが形成されない。適当な長さのテールが存在しないと適正な球状ボールが形成されず、その状態で次のワイヤ結線を行おうとするとキャピラリと半導体チップ上の電極とが直接接触し、電極や半導体チップが破損するという問題があった。このような問題を解決するため、テールカット後にキャピラリ先端に残っているテール長さを監視、測定する装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、テールカット時にワイヤには大きな破断荷重がかかるため、切断後にスプリングバック現象を起こし、ワイヤが座屈（変形）してしまう。その後の結線ではこの変形したワイヤが用いられてしまうため、隣接するワイヤ結線との接触によるショート不良を誘発し、歩留まりの低下をもたらすという問題を有している。
特開平７−１０６３６５号公報
本発明はテールカット動作に伴うワイヤ変形を抑えることが出来るワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によるワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するキャピラリと、前記ワイヤを挟持することが可能なクランパと、前記ワイヤにかかる荷重を測定する荷重センサと、を備えるものである。
また、本発明の一態様によるワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するキャピラリと、前記キャピラリを一端に保持するトランスデューサホーンと、前記キャピラリ上部に配設され前記ワイヤを狭持することが可能なクランパと、前記ワイヤにかかる荷重を測定する荷重センサと、前記クランパを一端に保持し、前記荷重センサを搭載するクランパ保持部と、前記トランスデューサホーンの他端及び前記クランパ保持部の他端が固定され、前記トランスデューサホーン及び前記クランパ保持部を一体に移動させるキャピラリ移動部と、を備えるものである。
本発明の一態様によるワイヤボンディング方法は、キャピラリ、クランパ、荷重センサ及び演算処理部を有するワイヤボンディング装置を用いて第１のボンディング点と第２のボンディング点とをワイヤ結線するワイヤボンディング方法であって、前記第１のボンディング点に前記ワイヤを接合した後、前記第２のボンディング点に前記ワイヤを接合する工程と、前記第２のボンディング点にワイヤを接合した後に前記キャピラリを上昇させる工程と、前記キャピラリが所定の高さに達したときに前記クランパを閉じて前記ワイヤを切断する工程と、前記ワイヤが切断される時の前記ワイヤにかかる荷重を前記荷重センサにより測定する工程と、前記演算処理部により前記ワイヤの線径に基づく最適破断荷重範囲に前記測定された荷重が含まれるかを検出し、検出結果に基づいてボンディングを続けるか否か判定する工程と、を含むものである。
本発明によれば、テールカット動作に伴うワイヤ変形を抑えることが出来る。
以下、本発明の実施の形態によるワイヤボンディング装置を図面に基づいて説明する。
図１に本発明の実施形態に係るワイヤボンディング装置の概略構成を示す。ワイヤボンディング装置は、ワイヤ１を挿通するキャピラリ２、キャピラリ２の上方に配置されワイヤ１を挟持することができるクランパ３、一端にキャピラリ２を保持するトランスデューサホーン４、ワイヤ１にかかる荷重を測定する荷重センサ６、荷重センサ６を搭載し一端にクランパ３を保持するクランパ保持部５、トランスデューサホーン４とクランパ保持部５の他端が固定されキャピラリ２とクランパ３を一体に移動させるキャピラリ移動部１０及び制御装置２０を備える。
キャピラリ移動部１０はキャピラリ２をボンディング対象７に対し垂直のＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動部１１、ボンディング対象７上面に平行な面内で直交する２方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させるＸ軸駆動部１２、Ｙ軸駆動部１３を有する。Ｚ軸駆動部１１、Ｘ軸駆動部１２、Ｙ軸駆動部１３は例えばサーボモータである。ボンディング対象７は例えば配線基板やリードフレーム上に形成されたインナーリードである。また、インナーリードから半導体チップの電極へ結線を行う所謂逆ボンディングにおいては、チップ電極上にワイヤを利用したバンプを形成してから逆ボンディングを行う。このバンプ形成時にもテールカット動作を行うことになり、この場合ボンディング対象７はチップ電極となる。
制御装置２０は、演算処理部２１、制御部２２及びメモリ２３を有する。メモリ２３は超音波出力強度、ワイヤ１のループ形状を決定するキャピラリ２の軌跡情報等の制御パラメータやワイヤ１の線径等の複数のパラメータが外部から与えられ、それらを保持する。制御部２２はメモリ２３に保持される各種パラメータに基づきキャピラリ移動部１０の駆動、クランパ３の開閉、ボンディング時にトランスデューサホーンに与える超音波エネルギーの制御を行う。演算処理部２１はワイヤ１の線径に基づく最適破断荷重範囲を算出し、荷重センサ６により測定されるワイヤ切断（テールカット）時の破断荷重がこの最適破断荷重範囲内に含まれるか否かの判定を行う。最適破断荷重範囲内に含まれていないと判定された時は、装置を停止するよう制御部２２へ停止信号を送信する。荷重センサ６は例えば歪みゲージを用いることができる。
また、テールカット時に破断荷重が最適破断荷重範囲内に含まれるときのワイヤ接合条件、破断荷重が最適破断荷重範囲内に含まれないときのワイヤ接合条件、接合強度が強すぎて適当な長さのテールが形成されないワイヤ接合条件等をメモリ２３に保持し、テールカット時に破断荷重が最適破断荷重範囲内に含まれ、かつ適当な長さのテールが形成されるような最適接合条件でワイヤボンディングを行うことが出来る。
図２を用いてワイヤボンディング方法（テールカット時）を説明する。まず、図２（ａ）に示すようにボンディング対象７にワイヤ１を接合させる。接合完了後、図２（ｂ）に示すように、キャピラリ２をＺ軸方向に移動（上昇）させる。図２（ｃ）に示すように、キャピラリ２が所定の高さまで上昇した時にクランパ３を閉じて、ワイヤ１を切断する。この時の破断荷重がクランパ保持部５に搭載された荷重センサ６により測定され、制御装置２０内の演算処理部２１にて、荷重センサ６により測定された破断荷重が最適破断荷重範囲内に含まれるか否かの判定が行われる。破断荷重が最適破断荷重範囲内に含まれていないときは装置を停止し、キャピラリ２内のワイヤ１が座屈していないか検査する。これにより変形したワイヤを用いたワイヤボンディングが行われることを防止することができる。
このように、本実施形態によるワイヤボンディング装置により、テールカット動作に伴うワイヤ変形を抑えることが出来る。また、変形したワイヤを用いたワイヤボンディングを未然に防止することができる。
上述した実施の形態はいずれも一例であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施形態によるワイヤボンディング装置の概略構成図である。 同実施形態によるワイヤボンディング方法を示す工程図である。
符号の説明
１ ワイヤ
２ キャピラリ
３ クランパ
４ トランスデューサホーン
５ クランパ保持部
６ 荷重センサ

Claims (4)

  1. ワイヤを挿通するキャピラリと、
    前記ワイヤを挟持することが可能なクランパと、
    前記ワイヤにかかる荷重を測定する荷重センサと、
    を備えることを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. ワイヤを挿通するキャピラリと、
    前記キャピラリを一端に保持するトランスデューサホーンと、
    前記キャピラリ上部に配設され前記ワイヤを狭持することが可能なクランパと、
    前記ワイヤにかかる荷重を測定する荷重センサと、
    前記クランパを一端に保持し、前記荷重センサを搭載するクランパ保持部と、
    前記トランスデューサホーンの他端及び前記クランパ保持部の他端が固定され、前記トランスデューサホーン及び前記クランパ保持部を一体に移動させるキャピラリ移動部と、
    を備えることを特徴とするワイヤボンディング装置。
  3. さらに、
    制御パラメータ及び前記ワイヤの線径情報を保持する記憶部と、
    前記制御パラメータに基づいて前記キャピラリ移動部及び前記クランパの駆動制御を行う制御部と、
    前記ワイヤの線径情報に基づく最適破断荷重範囲を算出し、前記荷重センサにより測定される前記ワイヤの切断時の荷重が前記最適破断荷重範囲内に含まれるか検出し、検出結果に基づいて前記制御部へ装置停止信号を送信する演算処理部と、
    を有する制御装置を備えることを特徴とする請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
  4. キャピラリ、クランパ、荷重センサ及び演算処理部を有するワイヤボンディング装置を用いて第１のボンディング点と第２のボンディング点とをワイヤ結線するワイヤボンディング方法であって、
    前記第１のボンディング点に前記ワイヤを接合した後、前記第２のボンディング点に前記ワイヤを接合する工程と、
    前記第２のボンディング点にワイヤを接合した後に前記キャピラリを上昇させる工程と、
    前記キャピラリが所定の高さに達したときに前記クランパを閉じて前記ワイヤを切断する工程と、
    前記ワイヤが切断される時の前記ワイヤにかかる荷重を前記荷重センサにより測定する工程と、
    前記演算処理部により前記ワイヤの線径に基づく最適破断荷重範囲に前記測定された荷重が含まれるかを検出し、検出結果に基づいてボンディングを続けるか否か判定する工程と、
    を含むことを特徴とするワイヤボンディング方法。
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