JP2008288473A - Wire bonding method and wire bonding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置に関する。 The present invention relates to a wire bonding method and a wire bonding apparatus.
従来、例えば特許文献1には、ボウ・ティー・アイ・キャピラリのキャピラリ面の縦軸方向がリードの長軸方向に沿うようにキャピラリを回転させるワイヤボンディング装置が開示されている。具体的には、このワイヤボンディング装置は、キャピラリを選定的にロックするロック機構を備えたキャピラリ取付け用レセプタクルをホーンに設けるとともに、電気モータによって回転するドライブシャフトに従って回転する第2の回転要素に嵌合する第1の回転要素をキャピラリに設け、電気モータの動作時に自動的にロック機構がアンロックされるようにコンピュータ制御を通して同期化した構成であり、ロック機構をロックした状態で半導体素子上の電極パッドに第1ボンドを行った後、ロック機構をアンロックすると同時に電気モータを動作させて、キャピラリ面の縦軸方向がリードの長軸方向に沿うようにキャピラリを回転させ、再度ロック機構をロックして、リードに第2ボンドを行う。 Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses a wire bonding apparatus that rotates a capillary so that a longitudinal axis direction of a capillary surface of a bow-tee eye capillary is along a major axis direction of a lead. Specifically, this wire bonding apparatus is provided with a receptacle for mounting a capillary having a lock mechanism for selectively locking a capillary on a horn and fitted on a second rotating element that rotates according to a drive shaft that is rotated by an electric motor. The first rotating element to be coupled is provided in the capillary and is synchronized through computer control so that the locking mechanism is automatically unlocked when the electric motor is operated. After the first bond is made to the electrode pad, the lock mechanism is unlocked and simultaneously the electric motor is operated to rotate the capillary so that the longitudinal axis direction of the capillary surface is along the major axis direction of the lead. Lock and make a second bond to the lead.
また、例えば特許文献2には、ボンディング面に対してボールを形成する第1ボンド時にはキャピラリを垂直状態に支持し、ワイヤを圧着する第2ボンド時には、ワイヤの張設方向に対して後傾するようにキャピラリを傾斜状態に支持するワイヤボンディング方法が開示されている。この方法によれば、第1ボンドではキャピラリを垂直状態に支持することでボンディングの接着強度を安定させ、第2ボンドではキャピラリを傾斜させることによりボンディング面に対してワイヤをしっかりとキャピラリにて押さえつけることでボンディングの接着強度を安定させることができる。 For example, in Patent Document 2, the capillary is supported in a vertical state at the time of the first bond for forming a ball with respect to the bonding surface, and tilted backward with respect to the wire tensioning direction at the time of the second bond for crimping the wire. Thus, a wire bonding method for supporting a capillary in an inclined state is disclosed. According to this method, in the first bond, the bonding strength of the bonding is stabilized by supporting the capillary in a vertical state, and in the second bond, the capillary is inclined and the wire is firmly pressed against the bonding surface by the capillary. As a result, the bonding strength of bonding can be stabilized.
一方、近年、カメラモジュールに搭載する光デバイスである半導体装置の小型化・薄型化の要求から、CCDチップやCMOSチップ等の半導体素子(光学素子)の画素領域を保護するカバーガラスを、半導体素子の上面に直接貼り付けた半導体装置が登場してきている。この半導体装置においては、半導体素子の小型化の要求から、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離を限界まで縮めることが求められている。しかしながら、この半導体装置においては、ワイヤボンディングの際に、キャピラリがカバーガラスに干渉して接続不良が発生することを防ぐ必要があり、従来のワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法では、上記した限界の距離はキャピラリの下部の形状によって決まるため、半導体素子の小型化を図れないという問題があった。 On the other hand, in recent years, a cover glass that protects a pixel region of a semiconductor element (optical element) such as a CCD chip or a CMOS chip from a demand for miniaturization and thinning of a semiconductor device that is an optical device mounted on a camera module has been developed. Semiconductor devices that are directly attached to the upper surface of the semiconductor have appeared. In this semiconductor device, it is required to reduce the distance between the end portion of the cover glass and the bonding position on the electrode pad to the limit because of the demand for miniaturization of the semiconductor element. However, in this semiconductor device, it is necessary to prevent the capillary from interfering with the cover glass at the time of wire bonding to prevent connection failure. In the conventional wire bonding apparatus and the wire bonding method, the above-mentioned limit distance is required. Since it is determined by the shape of the lower part of the capillary, there is a problem that the semiconductor element cannot be reduced in size.
すなわち、従来は、半導体素子の上に別の物体、例えばスタック型のパッケージで別の半導体素子が存在することはあっても、厚さとサイズとの関係で、それがワイヤの接続に影響を及ぼすことはないので、キャピラリと他の物体との干渉を考慮する必要がなかった。そのため、従来のワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法では、電極パッドへの第1ボンド時に、下部が円錐状(ボウ・ティー・アイ・キャピラリも略円錐状である。)のキャピラリを垂直状態に支持して第1ボンドを行うため、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離の限界が、キャピラリの下部の形状(円錐形状)により決まり、その限界を超えては、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離を縮めることができない。 That is, in the past, although another semiconductor element may exist on the semiconductor element, for example, in a stacked package, it affects the connection of the wire due to the relationship between the thickness and the size. There was no need to consider interference between the capillary and other objects. Therefore, in the conventional wire bonding apparatus and wire bonding method, at the time of the first bonding to the electrode pad, a capillary having a conical lower portion (a bow-tee eye capillary is also substantially conical) is supported in a vertical state. In order to perform the first bonding, the limit of the distance between the edge of the cover glass and the bonding position on the electrode pad is determined by the shape of the lower part of the capillary (conical shape). The distance between the end of the electrode and the bonding position on the electrode pad cannot be reduced.
図6、7にカメラモジュールに搭載する光デバイスである半導体装置を示す。図6、図7は、それぞれ半導体装置の製造途中のワイヤボンディング工程前の斜視図、断面図である。 6 and 7 show a semiconductor device which is an optical device mounted on a camera module. 6 and 7 are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, before the wire bonding step in the process of manufacturing the semiconductor device.
図6、図7に示すように、半導体装置11は、上部が開放した容器型のセラミックパッケージ(支持体)12を有する。セラミックパッケージ12は、側壁13のうち対向する一対の側壁13が底部から突出し、他の対向する一対の側壁13が、底部より一段高い段部14から突出している。また、底部の上面(内面)は平坦であり、ダイパッド15となっている。また、ダイパッド15の両側の段部14の上面も平坦であり、それぞれ複数のリード(電極)16が等ピッチで列状に設けられている。リード16には、ワイヤボンディングの第2ボンドが行われる。また、セラミックパッケージ12の裏面には、複数の外部端子17が等ピッチで設けられている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
セラミックパッケージ12は、素材の層を複数積み重ねて焼結することで作製される。リード16や外部端子17は、素材の層に金属ペーストが印刷されて形成されており、リード16と外部端子17とは、側面(側壁13の外面)を通して電気的に接続されている。
The
以上のような構成のセラミックパッケージ12のダイパッド15に、接着ペースト18によりCCDチップやCMOSチップ等の半導体素子(光学素子)19が接着されている。半導体素子19の形状は直方体であり、上面の中央部が画素領域となっている。また、半導体素子19の上面の対向する一対の辺の近くには、それぞれワイヤボンディングの第1ボンドが行われる複数の電極パッド20が列状に設けられている。
A semiconductor element (optical element) 19 such as a CCD chip or a CMOS chip is bonded to the
さらに、半導体素子19の上面には、光透過性の蓋体であるカバーガラス21が接着剤22により直接貼り付けられている。このカバーガラス21は、半導体素子19の保護、および、半導体素子19に設けられた画素領域に対して光を透過させる役割を持っている。このようにカバーガラス21を半導体素子19上に直接貼り付けることで、半導体装置の薄型化を図ることができる。カバーガラス21の外形サイズ(面積)は、半導体素子19の外形サイズより一回り小さいものの、半導体素子19の中央部に設けられた画素領域を最大限に大きくできるよう、端部が電極パッド20に近付いている。
Further, a
続いて、図8を用いて、従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分に関して説明する。図8は、従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のXYテーブル(図示せず)に載っており、XYテーブルによりキャピラリ23が第1、第2ボンディング位置へ移動される。
Next, a head portion of a conventional wire bonding apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view of a head portion of a conventional wire bonding apparatus. The head portion is mounted on an XY table (not shown) of the wire bonding apparatus, and the
キャピラリ23に超音波振動を伝えるホーン24は、その先端が、ねじ25によりキャピラリ23を取り付ける構造となっており、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ23を第1、第2ボンディング面(電極パッド20、リード16)に押し付ける荷重を負荷する。
The tip of the
キャピラリ23は、中心軸に対して回転対称な筒形状をしており、その中にワイヤ26が通されている。また、キャピラリ23の上部23aは円柱状、下部23bは円錐状をしており、下部23bの先端面(キャピラリ面)は、円形状をしている。
The
ワイヤクランパ27は、ホーン24の上部にキャピラリ23と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ26のキャピラリ23に対する相対移動の可否を制御する。また、トーチ電極28は、キャピラリ23の周辺部に設けられており、イニシャルボール29を形成するために、キャピラリ23の先端から出ているワイヤ26の先端に放電を行う。
The
続いて、図9を用いて、図6、7に示す半導体装置(光デバイス)に対する従来のワイヤボンディング方法について説明する。図9(a)はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図9(b)はパッド接続時(第1ボンド時)のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図9(c)はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図9(d)はリード接続時(第2ボンド時)のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図9(e)はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図9では、ヘッド部分のうち、キャピラリ23とワイヤクランパ27のみを示す。また、図9に示す方向は、ワイヤクランパ27を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス21が直接貼り付けられた半導体素子19が実装されたセラミックパッケージ12を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
Next, a conventional wire bonding method for the semiconductor device (optical device) shown in FIGS. 6 and 7 will be described with reference to FIG. 9A is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device before the pad connection, FIG. 9B is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device when the pad is connected (during the first bond), FIG. FIG. 9C is a process diagram showing the state at the uppermost point of the capillary after pad connection, FIG. 9D is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device at the time of lead connection (during the second bond), and FIG. e) is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device after lead connection. FIG. 9 shows only the
まず、図9(a)に示すように、ワイヤクランパ27が閉じた状態で、キャピラリ23の先端から出ているワイヤ26の先端に、トーチ電極28からの放電によりイニシャルボール29を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, with the
次に、図9(b)に示すように、ワイヤクランパ27を開き、イニシャルボール29を半導体素子19の電極パッド(第1ボンディング面)20に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ26の一端を電極パッド20に接合する第1ボンドを行う。このときのキャピラリ23の姿勢は、ほぼ垂直となっている。
Next, as shown in FIG. 9B, the
その後、図9(c)、(d)に示すように、キャピラリ23はワイヤ26を繰り出しながら設定した経路を上昇し、最上点まで達した後、ワイヤ26の他端の接続先であるリード16へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループを形成する。その後、ワイヤ26の他端を、セラミックパッケージ12の内面に形成されているリード(第2ボンディング面)16に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ26の他端をリード16に接合する第2ボンドを行う。このときのキャピラリ23の姿勢もほぼ垂直となっている。
Thereafter, as shown in FIGS. 9C and 9D, the capillary 23 ascends the set path while feeding the
その後、図9(e)に示すように、キャピラリ23は上昇し、その途中からワイヤクランパ27を閉じることで、ワイヤ26のキャピラリ23に対する相対移動を不可として、ワイヤ26を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ23の先端からワイヤ26の先端が出た状態となる。そして、再度、イニシャルボール29を形成し、以上説明した方法で半導体素子19の次の電極パッド20とセラミックパッケージ12の次のリード16とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。
Thereafter, as shown in FIG. 9 (e), the capillary 23 is raised, and the
以上のように、従来のワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置では、上面にカバーガラスが直接貼り付けられた半導体素子上の電極パッドに第1ボンドを行う際に、キャピラリの姿勢を電極パッド(第1ボンディング面)に対して垂直にするため、上述したように、カバーガラス21の端部と電極パッド20上のボンディング位置との間の距離を縮めることができず、半導体素子の小型化を図ることができなかった。
本発明は、上記問題点に鑑み、上面にカバーガラスが直接貼り付けられたCCDチップ等の半導体素子上の電極パッドに第1ボンドを行う際に、障害物であるカバーガラスの端面に対向するキャピラリの側面が、略平坦な電極パッド(第1ボンディング面)に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することにより、半導体素子の小型化を図ることができるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention faces the end face of the cover glass that is an obstacle when the first bond is made to the electrode pad on the semiconductor element such as a CCD chip having the cover glass directly attached to the upper surface. The size of the semiconductor element can be reduced by supporting the capillary so that the side surface of the capillary has a predetermined angle corresponding to the shape of the end face of the obstacle with respect to the substantially flat electrode pad (first bonding surface). An object of the present invention is to provide a wire bonding method and a wire bonding apparatus that can be achieved.
本発明の請求項1記載のワイヤボンディング方法は、第1ボンドに際し、第1ボンディング位置の近傍に存在する第1の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第1ボンディング面に対して、前記第1の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とする。 In the wire bonding method according to claim 1 of the present invention, the side surface of the capillary facing the end surface of the first obstacle existing in the vicinity of the first bonding position at the time of the first bond is relative to the first bonding surface. The capillary is supported at a predetermined angle corresponding to the shape of the end face of the first obstacle.
また、本発明の請求項2記載のワイヤボンディング方法は、請求項1記載のワイヤボンディング方法であって、第1ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第1の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第1の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第1ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする。 Moreover, the wire bonding method according to claim 2 of the present invention is the wire bonding method according to claim 1, wherein the surface of the removed portion of the capillary from which a part of the side portion is removed at the time of the first bond. The capillary is rotated so as to face the end face of the first obstacle, or the capillary is inclined so that the upper part of the capillary is away from the first obstacle, and the side surface of the capillary is the first bonding. A predetermined angle with respect to the surface is used.
また、本発明の請求項3記載のワイヤボンディング方法は、請求項2記載のワイヤボンディング方法であって、さらに、第2ボンドに際し、第2ボンディング位置の近傍に存在する第2の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第2ボンディング面に対して、前記第2の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とする。 The wire bonding method according to claim 3 of the present invention is the wire bonding method according to claim 2, and further, the end face of the second obstacle existing in the vicinity of the second bonding position at the time of the second bond. The capillary is supported so that the side surface of the capillary facing the cap has a predetermined angle corresponding to the shape of the end surface of the second obstacle with respect to the second bonding surface.
また、本発明の請求項4記載のワイヤボンディング方法は、請求項3記載のワイヤボンディング方法であって、第2ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第2の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第2の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第2ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする。 The wire bonding method according to claim 4 of the present invention is the wire bonding method according to claim 3, wherein the surface of the removed portion of the capillary from which a part of the side portion is removed at the time of the second bond. The capillary is rotated so as to face the end surface of the second obstacle, or the capillary is inclined so that the upper part of the capillary is away from the second obstacle, and the side surface of the capillary is the second bonding A predetermined angle with respect to the surface is used.
また、本発明の請求項5記載のワイヤボンディング装置は、キャピラリと、前記キャピラリに超音波振動を伝えるホーンと、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向する前記キャピラリの側面が、ボンディング面に対して、前記障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるように前記キャピラリを支持する機構と、を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a wire bonding apparatus comprising: a capillary; a horn that transmits ultrasonic vibrations to the capillary; and a side surface of the capillary that faces an end face of an obstacle existing near a bonding position. And a mechanism for supporting the capillary so as to have a predetermined angle corresponding to the shape of the end face of the obstacle with respect to the surface.
また、本発明の請求項6記載のワイヤボンディング装置は、請求項5記載のワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリはその側部の一部が除去された形状を有し、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの除去された部分の面が前記障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させる回転機構を備えることを特徴とする。 Moreover, the wire bonding apparatus according to claim 6 of the present invention is the wire bonding apparatus according to claim 5, wherein the capillary has a shape in which a part of a side portion thereof is removed, and supports the capillary. As a mechanism, a rotation mechanism is provided that rotates the capillary so that the surface of the removed portion of the capillary faces the end surface of the obstacle.
また、本発明の請求項7記載のワイヤボンディング装置は、請求項6記載のワイヤボンディング装置であって、前記回転機構は、前記ホーンに固定されたモータの固定子と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられて前記固定子に対して回転するモータの回転子と、前記回転子の回転位相を検出する位相検出手段と、を備えることを特徴とする。 The wire bonding apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the wire bonding apparatus according to the sixth aspect, wherein the rotating mechanism includes a motor stator fixed to the horn and the capillary attached to one end. And a rotor of a motor that rotates relative to the stator and a phase detector that detects a rotational phase of the rotor.
また、本発明の請求項8記載のワイヤボンディング装置は、請求項5記載のワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの上部が前記障害物から遠ざかるように前記キャピラリを傾斜させる傾斜機構を備えることを特徴とする。 The wire bonding apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the wire bonding apparatus according to the fifth aspect, wherein, as a mechanism for supporting the capillary, the capillary is moved so that an upper portion of the capillary is moved away from the obstacle. An inclination mechanism for inclining is provided.
また、本発明の請求項9記載のワイヤボンディング装置は、請求項8記載のワイヤボンディング装置であって、前記傾斜機構は、モータと、前記モータの駆動軸に固定された第1歯車と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられた揺動体と、前記揺動体に固定された第2歯車と、前記第1歯車および前記第2歯車に嵌合するとともに、前記ホーンの一部に摺動自在に係合する歯板と、を備えることを特徴とする。 The wire bonding apparatus according to claim 9 of the present invention is the wire bonding apparatus according to claim 8, wherein the tilt mechanism includes a motor, a first gear fixed to a drive shaft of the motor, and one end. The oscillating body provided with the capillary mounting portion, the second gear fixed to the oscillating body, the first gear and the second gear are fitted, and the horn is slidable. And a tooth plate that engages with the tooth plate.
本発明の好ましい形態によれば、ボンディング位置の近傍に障害物が存在する場合であっても、その障害物とボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化、並びに半導体装置の小型化に寄与することができる。 According to the preferred embodiment of the present invention, even when an obstacle exists in the vicinity of the bonding position, the distance between the obstacle and the bonding position can be reduced, and the semiconductor device can be downsized. This can contribute to miniaturization of the semiconductor device.
また、キャピラリの一部を除去しても、キャピラリを回転することにより、第2ボンドの際は常にキャピラリの非除去部側でワイヤを押さえることができるため、ワイヤを押さえる面積が少なくなることはなく、良好な接合を行うことができる。 Also, even if a part of the capillary is removed, by rotating the capillary, the wire can always be pressed on the non-removed part side of the capillary at the time of the second bond, so that the area for pressing the wire is reduced. And good bonding can be performed.
また、モータの回転子にキャピラリの取り付け部を設けることで、モータを回転させるだけでキャピラリを回転させることができ、キャピラリの回転をアンロック、ロックさせる制御は不要となる。さらに、同じ回転位相におけるキャピラリの回転角度の再現性が良好となる。また、回転動作を行うための必要動作が少なくなり時間の短縮化が図れる。また、伝達部品の介在なしでキャピラリを回転させることができる。 Further, by providing the capillary attachment portion on the rotor of the motor, the capillary can be rotated simply by rotating the motor, and control for unlocking and locking the capillary is not required. Furthermore, the reproducibility of the rotation angle of the capillary at the same rotation phase is improved. Further, the number of operations necessary for performing the rotation operation is reduced, and the time can be shortened. In addition, the capillary can be rotated without the intervention of a transmission component.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置について説明する。図1は本発明の実施の形態1におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のXYテーブル(図示せず)に載っており、XYテーブルによりキャピラリ31が第1、第2ボンディング位置へ移動される。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a wire bonding method and a wire bonding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of a head portion of a wire bonding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The head portion is placed on an XY table (not shown) of the wire bonding apparatus, and the capillary 31 is moved to the first and second bonding positions by the XY table.
図1に示すように、キャピラリ31は筒形状をしており、その中にワイヤ26が通される。また、キャピラリ31は、その上部31aが中心軸に対して回転対称な円柱状をしているのに対し、下部31bは、その側部の一部が除去された形状をしている。具体的には、円錐形状の一部が除去された形状をしている。この除去された部分の面(切り欠き面)31cを、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向させることで、その障害物にキャピラリをより近づけることが可能となる。
As shown in FIG. 1, the capillary 31 has a cylindrical shape, and a
また、キャピラリ31に超音波振動を伝えるホーン32は、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ31を第1、第2ボンディング面に押し付ける荷重を負荷する。
In addition, the
また、ワイヤクランパ27は、ホーン32の上部にキャピラリ31と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ26のキャピラリ31に対する相対移動の可否を制御する。
The
また、トーチ電極28は、キャピラリ31の周辺部に設けられており、イニシャルボール29を形成するために、キャピラリ31の先端から出ているワイヤ26の先端に放電を行う。
The
本実施の形態1では、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、ボンディング面に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持する機構として、キャピラリ31の切り欠き面31cが障害物の端面に対向するようにキャピラリ31を回転させる回転機構を備える。以下、この回転機構について説明する。
In the first embodiment, the capillary side faced to the end face of the obstacle existing in the vicinity of the bonding position is at a predetermined angle corresponding to the shape of the end face of the obstacle with respect to the bonding face. Is provided with a rotation mechanism for rotating the capillary 31 so that the cut-out
この回転機構は、ホーン32の先端に形成されたモータの回転軸33の一端にキャピラリ31の取り付け部を設け、その回転軸に設けられたモータの回転子36が、ホーン32に固定されたモータの固定子37に対して回転することで、キャピラリ31を回転させる構成となっている。
In this rotation mechanism, a motor 31 in which a capillary 31 is attached to one end of a
具体的には、回転軸33は、その中央部が中空となっており、その中にワイヤ26が通される。また、回転軸33の下端はねじ34によりキャピラリ31を取り付ける構造となっており、ワイヤ26は、回転軸33の中を経由してキャピラリ31の先端から一端が出るよう通される。キャピラリ31のように軸対称でないものを取り付ける際には、ねじ34を目印にして取り付けるのがよい。
Specifically, the
また、回転軸33には、その円周方向に極性が交互に異なる永久磁石が一体的に設けられており、モータの回転子36となっている。回転軸33は、上部と下部の2箇所で、ホーン32に設けた軸受35により支持されている。この構造により、回転軸33および回転子36は、ホーン32に回転自在に支持される。
Further, the rotating
また、ホーン32には回転子36に対向する複数のコイルが設けられており、固定子37となっている。このコイルに選択的に電流を流すことにより、回転子36である永久磁石との間に吸引力、反発力を生じさせて、回転軸33とそれに固定されたキャピラリ31を回転させることができる。
The
また、ホーン32には、固定子37の近傍に、回転子36の回転位相を検出する位相検出手段である磁気型センサ38が複数設けられている。磁気型センサ38は、回転子36の回転位相に応じて信号を出す。この信号を処理することで回転子36の回転位相を検出できる。
The
また、ホーン32に一体形成された2つの突出部39により回転軸33と平行に支持されている中心軸40には、その中心軸40を軸心として回転可能な押圧部材41が係合しており、中心軸40に装着されているねじりばね42により押圧部材41が回転軸33を一方向に押すことで、回転軸33と軸受35との間の円周方向のあそびをなくしている。これにより、同じ回転位相におけるキャピラリの回転角度の再現性が良好となる。また、ボンディングの際に超音波を効率よくキャピラリ31に伝達することができる。
In addition, a pressing
この構造は、ダイレクトドライブ方式であり、ホーン32の先端に形成されたモータを回転させることで、同軸に取り付けられたキャピラリ31を、がたつきが生じることなく、回転させることができる。
This structure is a direct drive system, and by rotating a motor formed at the tip of the
続いて、図2を用いて、本実施の形態1におけるワイヤボンディング方法について、図6、7に示す半導体装置(光デバイス)11に対するワイヤボンディングを例に説明する。図2(a)はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図2(b)はパッド接続時(第1ボンド時)のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図2(c)はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図2(d)はリード接続時(第2ボンド時)のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図2(e)はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図2では、ヘッド部分のうち、キャピラリ31とワイヤクランパ27のみを示す。また、図2に示す方向は、ワイヤクランパ27を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス21が直接貼り付けられた半導体素子19が実装されたセラミックパッケージ12を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
Next, the wire bonding method according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 2 taking wire bonding to the semiconductor device (optical device) 11 shown in FIGS. 6 and 7 as an example. 2A is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device before pad connection, FIG. 2B is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device at the time of pad connection (during the first bond), FIG. FIG. 2C is a process diagram showing the state at the uppermost point of the capillary after pad connection, FIG. 2D is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device at the time of lead connection (during the second bond), and FIG. e) is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device after lead connection. FIG. 2 shows only the capillary 31 and the
この半導体装置11では、第1ボンドに際し、半導体素子19の電極パッド20の近傍に存在するカバーガラス21が、ワイヤボンディングの障害物(第1の障害物)となる。カバーガラス21の端面は、略平坦な電極パッド20に対して略直角であるので、カバーガラス21の端面に対向するキャピラリ31の側面が電極パッド20に対して略直角となるように、キャピラリ31の下部31bの除去された部分の面(切り欠き面31c)を予めカバーガラス21側に向けておく。
In the
このように、キャピラリ31の切り欠き面を半導体素子19(カバーガラス21)側に向け、図2(a)に示すように、ワイヤクランパ27が閉じた状態で、キャピラリ31の先端から出ているワイヤ26の先端に、トーチ電極28からの放電によりイニシャルボール29を形成する。
In this way, the cut-out surface of the capillary 31 faces the semiconductor element 19 (cover glass 21) side, and as shown in FIG. 2A, the
次に、図2(b)に示すように、ワイヤクランパ27を開き、イニシャルボール29を半導体素子19の電極パッド(第1ボンディング面)20に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ26の一端を電極パッド20に接合する第1ボンドを行う。このとき、キャピラリ31を略垂直に支持して、キャピラリ31の切り欠き面とカバーガラス21の端面を略平行にする。このようにすれば、キャピラリ31は、カバーガラス21と干渉を起こすことなく、カバーガラス21により近付くことが可能となる。ここでは、側部を一部で除去したキャピラリ31を使用しているが、第1ボンドの良否に大きく関係するのは、キャピラリ31の先端面(キャピラリ面)の形状であり、側部の形状や、キャピラリの回転角度はほとんど影響しない。
Next, as shown in FIG. 2B, the
その後、図2(c)に示すように、キャピラリ31はワイヤ26を繰り出しながら設定した経路を最上点まで上昇する。この半導体装置11では、第2ボンドに際し、セラミックパッケージ12のリード16の近傍に存在するセラミックパッケージ12の側壁13が、ワイヤボンディングの障害物(第2の障害物)となる。側壁13の端面は、略平坦なリード16に対して略直角であるので、側壁13に対向するキャピラリ31の側面がリード16に対して略直角となるように、キャピラリ31が最上点に達した時点で、ホーン32の先端に形成されているモータを回転させてキャピラリ31を約180度回転させ、キャピラリ31の切り欠き面を側壁13側に向ける。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the capillary 31 moves up the set path to the uppermost point while feeding the
このようにキャピラリ31を回転させても、キャピラリ31の内周面とワイヤ26との間には隙間があるため、単にキャピラリ31が回転するのみで、ワイヤ26にねじり等の悪影響を及ぼすことはない。
Even if the capillary 31 is rotated in this way, there is a gap between the inner peripheral surface of the capillary 31 and the
キャピラリ31の回転終了後、図2(c)、(d)に示すように、キャピラリ31がワイヤ26の他端の接続先であるリード16へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループが形成される。その後、ワイヤ26の他端を、セラミックパッケージ12の内面に形成されているリード(第2ボンディング面)16に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ26の他端をリード16に接合する第2ボンドを行う。このとき、キャピラリ31を略垂直に支持して、キャピラリ31の切り欠き面と側壁13を略平行にする。このようにすれば、キャピラリ31は、側壁13と干渉を起こすことなく、側壁13により近付くことが可能となる。
After completion of the rotation of the capillary 31, as shown in FIGS. 2C and 2D, the capillary 31 performs an arc-shaped descending operation toward the
また、このとき、キャピラリ31の切り欠き面は、ワイヤ26のループ側とは逆の方向を向いており、ワイヤ26を押さえるのはキャピラリ31の非除去部側となる。ここで、図3を用いて、キャピラリ31の回転角度と第2ボンドとの関係について説明する。図3(a)にはキャピラリの非除去部側でワイヤを押さえた場合の第2ボンドの状態を示し、図3(b)にはキャピラリの一部除去部側でワイヤを押さえた場合の第2ボンドの状態を示す。ともに、キャピラリ31は先端近くの断面より下を示しており、キャピラリ31の中に通されているワイヤ26は描いていない。
At this time, the notch surface of the capillary 31 faces in the direction opposite to the loop side of the
側部を一部で除去したキャピラリ31を使用しても、非除去部側でワイヤを押さえれば、図3(a)に示すような第2ボンドの状態となり問題は生じない。しかし、一部除去部側でワイヤを押さえた場合、キャピラリ31の先端面でワイヤに荷重をかけることができても、先端面に隣接する側部は除去されており、側部でワイヤに加重をかけることができず、図3(b)に示すような第2ボンドの状態となり、接合が行われる面積が減り、ボンディングが不安定となる。 Even if the capillary 31 with the side portion partially removed is used, if the wire is pressed on the non-removed portion side, the second bond state as shown in FIG. However, when the wire is pressed on the part removal part side, even if a load can be applied to the wire on the tip surface of the capillary 31, the side part adjacent to the tip surface is removed and the wire is loaded on the side part. 3 cannot be applied, and the state of the second bond as shown in FIG. 3B is obtained, the area where the bonding is performed is reduced, and the bonding becomes unstable.
第2ボンド後、図2(e)に示すように、キャピラリ31は上昇し、その途中からワイヤクランパ27を閉じることで、ワイヤ26のキャピラリ31に対する相対移動を不可として、ワイヤ26を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ31の先端からワイヤ26の先端が出た状態となる。
After the second bond, as shown in FIG. 2 (e), the capillary 31 is raised, and the
この時点で、ホーン32の先端に形成されているモータを回転させてキャピラリ31を約180度回転させ、次の第1ボンドに際してキャピラリ31の切り欠き面がカバーガラス21の端面に対向するように、キャピラリ31の切り欠き面を半導体素子19(カバーガラス21)側に向ける。
At this time, the motor formed at the tip of the
キャピラリ31の回転終了後、イニシャルボール29を形成し、以上説明した方法で半導体素子19の次の電極パッド20とセラミックパッケージ12の次のリード16とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。なお、辺が変わっても、第1、第2ボンドにおける回転位相が入れ替わるだけでボンディング自体に支障を生じることはない。
After the rotation of the capillary 31, the
このように、本実施の形態1では、電極パッド近傍またはリード近傍にワイヤボンディングに対する障害物が存在する場合であっても、第1、第2ボンド時に、キャピラリ31の一部除去部側(切り欠き面)を障害物に向けることで、キャピラリ31を障害物に近づけることが可能となり、障害物と第1、第2ボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化および半導体装置の小型化に寄与することができる。 As described above, in the first embodiment, even when there is an obstacle to wire bonding in the vicinity of the electrode pad or the lead, at the time of the first and second bonds, the partial removal portion side (cutting) of the capillary 31 is cut. By directing the notch surface) toward the obstacle, the capillary 31 can be brought closer to the obstacle, the distance between the obstacle and the first and second bonding positions can be reduced, and the semiconductor element can be downsized. And it can contribute to size reduction of a semiconductor device.
また、第2ボンドの際に、ワイヤのループ側とは逆の方向にキャピラリ31の一部除去部側(切り欠き面)を向けることで、ワイヤを押さえる面積が減少することはなく、接合に関して不都合が生じることはない。 In addition, when the second bond is performed, the area where the part of the capillary 31 is removed (notched surface) is directed in the direction opposite to the loop side of the wire, so that the area for pressing the wire does not decrease. There is no inconvenience.
なお、本実施の形態1では、キャピラリを約180度回転させたが、ボンディング位置の近傍に存在する障害物に、キャピラリの一部除去部側(切り欠き面)を向ければよいので、回転位相は変更可能である。但し、第2ボンド時にワイヤをキャピラリの非除去部側で押さえることができる回転位相にするのが好ましい。 In the first embodiment, the capillary is rotated about 180 degrees. However, the partial removal portion side (notch surface) of the capillary may be directed to the obstacle present in the vicinity of the bonding position. Can be changed. However, it is preferable to set the rotation phase so that the wire can be held on the non-removable part side of the capillary during the second bonding.
また、第1ボンド後、キャピラリが最上点に達したときに、キャピラリを回転させたが、キャピラリの回転は、第1ボンドと第2ボンドとの間ならどの時点でも、また、移動途中に行ってもよい。同様に、第2ボンド後のキャピラリの回転についても、第2ボンドと第1ボンドとの間に行えばよい。 Also, after the first bond, when the capillary reached the highest point, the capillary was rotated. However, the capillary was rotated at any point between the first bond and the second bond and during the movement. May be. Similarly, rotation of the capillary after the second bond may be performed between the second bond and the first bond.
また、ここでは、カバーガラス21の端面および側壁が、略平坦な電極パッドおよびリードに対して略直角であるので、垂直に支持されたキャピラリの切り欠き面が電極パッドおよびリードに対して略直角となるようにキャピラリの側部を一部除去した。このように、第1、第2ボンド時にキャピラリの切り欠き面と障害物の端面が略平行となるように、障害物の端面の形状に応じて、キャピラリの側部を一部除去するのが好適である。
Here, since the end face and the side wall of the
また、ここでは半導体素子の上面の4つの周辺部のうち対向する1対の周辺部にのみ電極パッドが形成されている場合について説明したが、無論、半導体素子の上面の4つの周辺部のうち3つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合についても同様に実施できる。 In addition, although the case where the electrode pad is formed only in a pair of opposing peripheral portions among the four peripheral portions on the upper surface of the semiconductor element is described here, of course, of the four peripheral portions on the upper surface of the semiconductor element. The same can be applied to the case where electrode pads are formed in three peripheral portions or all peripheral portions.
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2におけるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置について説明する。図4は本発明の実施の形態2におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のXYテーブル(図示せず)に載っており、XYテーブルによりキャピラリ23が第1、第2ボンディング位置へ移動される。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a wire bonding method and a wire bonding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective view of the head portion of the wire bonding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The head portion is mounted on an XY table (not shown) of the wire bonding apparatus, and the capillary 23 is moved to the first and second bonding positions by the XY table.
キャピラリ23は、中心軸に対して回転対称な筒形状をしており、その中にワイヤ26が通されている。また、キャピラリ23の上部23aは円柱状、下部23bは円錐状をしており、下部23bの先端面(キャピラリ面)は、円形状をしている。
The capillary 23 has a cylindrical shape that is rotationally symmetric with respect to the central axis, and a
また、キャピラリ23に超音波振動を伝えるホーン51は、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ23を第1、第2ボンディング面に押し付ける荷重を負荷する。
In addition, the
ワイヤクランパ27は、ホーン51の上部にキャピラリ23と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ26のキャピラリ23に対する相対移動の可否を制御する。
The
また、トーチ電極28は、キャピラリ23の周辺部に設けられており、イニシャルボール29を形成するために、キャピラリ23の先端から出ているワイヤ26の先端に放電を行う。
Further, the
本実施の形態2では、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、ボンディング面に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持する機構として、キャピラリ23の上部23aが障害物から遠ざかるようにキャピラリ23を傾斜させる傾斜機構を備える。以下、この傾斜機構について説明する。
In the second embodiment, the capillary side faced to the end face of the obstacle existing near the bonding position is at a predetermined angle corresponding to the shape of the end face of the obstacle with respect to the bonding face. Is provided with a tilting mechanism for tilting the capillary 23 so that the
この傾斜機構は、モータ52と、モータ52の駆動軸53に固定された原動歯車(第1歯車)54と、一端にキャピラリ23の取り付け部が設けられた揺動体55と、揺動体55に固定された揺動歯車(第2歯車)58と、原動歯車54および揺動歯車58に嵌合するとともに、ホーン51の一部に摺動自在に係合する歯板59と、を備える。
The tilt mechanism is fixed to the
具体的には、揺動体55は、ホーン51の両側に設けられた左右一対の中心軸57に、その中心軸57を軸心として回転可能に取り付けられている。また、揺動体55の下端はねじ56によりキャピラリ23を取り付ける構造となっている。また、揺動体55には、片側にのみ一体的に、中心軸57を軸心とする揺動歯車58が設けられている。
Specifically, the
また、ホーン51には、モータ52が取り付けられており、その駆動軸53には原動歯車54が固定されている。また、ホーン51には、揺動歯車58側の側面にガイド枠60が2つ設けられており、このガイド枠60に、原動歯車54および揺動歯車58に嵌合する歯部を有する歯板59が摺動自在に係合している。
A
以上の構造により、モータ52を回転させることで、原動歯車54、歯板59、揺動歯車58の順に駆動され、揺動体55の傾斜角度が変化する。また、モータ52の回転方向を変えれば、揺動体55は左右一対の中心軸57の回りに逆回転する。これにより、モータ52を両方向に回転させることで、揺動体55の先端に付いたキャピラリ23を揺動させることができる。
By rotating the
また、中心軸57にはねじりばね61が装着されており、一方の腕がホーン51に設けられた係止ピン62に係止し、他方の腕が揺動体55に設けられた係止ピン63に係止しており、このねじりばね61が揺動体55を一方向に押して揺動歯車58と歯板59との間のあそびをなくしている。これにより、同じ回転位相におけるキャピラリの揺動角度の再現性が良好となる。また、ボンディングの際に、超音波を効率よくキャピラリ23に伝達することができる。
Further, a
続いて、図5を用いて、本実施の形態2におけるワイヤボンディング方法について、前記した実施の形態1と同様に、図6、7に示す半導体装置(光デバイス)11に対するワイヤボンディングを例に説明する。 Subsequently, the wire bonding method in the second embodiment will be described with reference to FIG. 5 by taking the wire bonding to the semiconductor device (optical device) 11 shown in FIGS. 6 and 7 as an example, as in the first embodiment. To do.
図5(a)はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図5(b)はパッド接続時(第1ボンド時)のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図5(c)はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図5(d)はリード接続時(第2ボンド時)のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図5(e)はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図5では、ヘッド部分のうち、キャピラリ23とワイヤクランパ27のみを示す。また、図5に示す方向は、ワイヤクランパ27を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス21が直接貼り付けられた半導体素子19が実装されたセラミックパッケージ12を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
5A is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device before the pad connection, FIG. 5B is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device when the pad is connected (during the first bond), FIG. FIG. 5C is a process diagram showing the state at the uppermost point of the capillary after pad connection, FIG. 5D is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device at the time of lead connection (during the second bond), and FIG. e) is a process diagram showing the state of the capillary and the semiconductor device after lead connection. FIG. 5 shows only the capillary 23 and the
まず、カバーガラス21の端面が電極パッド20に対して略直角であるので、第1ボンドに際して、カバーガラス21の端面に対向するキャピラリ23の側面が、電極パッド20に対して略直角(所定の角度)となるように、キャピラリ23の上部がカバーガラス21から遠ざかる方向へ傾斜させた状態でキャピラリ23を支持し、図5(a)に示すように、ワイヤクランパ27が閉じた状態で、キャピラリ23の先端から出ているワイヤ26の先端に、トーチ電極28からの放電によりイニシャルボール29を形成する。
First, since the end surface of the
次に、図5(b)に示すように、ワイヤクランパ27を開き、イニシャルボール29を半導体素子19の電極パッド(第1ボンディング面)20に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ26の一端を電極パッド20に接合する第1ボンドを行う。
Next, as shown in FIG. 5B, the
このとき、キャピラリ23は、その上部23aがカバーガラス21から遠ざかる方向に傾斜しており、キャピラリ23のカバーガラス21側の側面とカバーガラス21の端面が略平行となっている。このようにすれば、キャピラリ23は、カバーガラス21と干渉を起こすことなく、カバーガラス21により近付くことが可能となる。また、キャピラリ23を傾斜させているものの第1ボンドはボール接合であるため、傾斜に対する許容度が大きく、接合に関して特に問題が生じることはない。
At this time, the capillary 23 is inclined in a direction in which the
その後、図5(c)に示すように、キャピラリ23はワイヤ26を繰り出しながら設定した経路を最上点まで上昇する。このワイヤ26の繰り出しにおいては、ワイヤ26とキャピラリ23とのなす角度が大きくなるが、それによる摺動抵抗の増加はわずかであり問題が生じることはない。このことは以降の動作についても同じである。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, the capillary 23 moves up the set path to the highest point while feeding the
キャピラリ23が最上点に達すると、セラミックパッケージ12の側壁13がリード16に対して略直角であるので、第2ボンドに際して、側壁13に対向するキャピラリ23の側面がリード16に対して略直角(所定の角度)となるように、キャピラリ23の上部が側壁13から遠ざかる方向にモータ52を回転させてキャピラリ23を傾斜させる。また、それと同時にキャピラリ23の先端の位置が変わらないようにヘッド部分が載ったXYテーブルを駆動する。この二つの動作により、ワイヤ26を無理に引っ張ることなく、キャピラリ23の傾斜方向を変更することができる。なお、このキャピラリ23の傾斜方向の変更は、キャピラリ23を上昇させた位置で行っているので、キャピラリ23と他の物体との間で干渉が生じることはない。
When the capillary 23 reaches the uppermost point, the
次に、図5(c)、(d)に示すように、キャピラリ23がワイヤ26の他端の接続先であるリード16へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループが形成される。その後、ワイヤ26の他端を、セラミックパッケージ12の内面に形成されているリード(第2ボンディング面)16に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ26の他端をリード16に接合する第2ボンドを行う。
Next, as shown in FIGS. 5C and 5D, a loop is formed by the capillary 23 performing an arc-shaped descending operation toward the
このとき、キャピラリ23は、その上部23aが側壁13から遠ざかる方向に傾斜しており、キャピラリ23の側壁13側の側面と側壁13が略平行となっている。このようにすれば、キャピラリ23は、側壁13と干渉を起こすことなく、側壁13により近付くことが可能となる。また、キャピラリ23は、ワイヤ26のループ側に傾斜しているので、ワイヤ26をより強く押さえることができ、より良好な接合を行うことができる。
At this time, the capillary 23 is inclined in a direction in which the
第2ボンド後、図5(e)に示すように、キャピラリ23は上昇し、その途中からワイヤクランパ27を閉じることで、ワイヤ26のキャピラリ23に対する相対移動を不可として、ワイヤ26を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ23の先端からワイヤ26の先端が出た状態となる。
After the second bond, as shown in FIG. 5 (e), the capillary 23 is raised, and the
この時点で、次の第1ボンドに際して、カバーガラス21に対向するキャピラリ23の側面が電極パッド20に対して略直角(所定の角度)となるように、キャピラリ23の上部がカバーガラス21から遠ざかる方向にモータ52を回転させてキャピラリ23を傾斜させる。また、それと同時にキャピラリ23の先端の位置が変わらないようにヘッド部分が載ったXYテーブルを駆動する。この二つの動作により、キャピラリ23の傾斜方向を変更することができる。なお、このキャピラリ23の傾斜方向の変更は、キャピラリ23を上昇させた位置で行っているので、キャピラリ23と他の物体との間で干渉が生じることはない。
At this time, at the time of the next first bond, the upper portion of the capillary 23 moves away from the
モータ52の回転終了後、イニシャルボール29を形成し、以上説明した方法で半導体素子19の次の電極パッド20とセラミックパッケージ12の次のリード16とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。なお、辺が変わっても、第1、第2ボンドにおける傾斜方向が入れ替わるだけでボンディング自体に支障を生じることはない。
After the rotation of the
このように、本実施の形態2では、電極パッド近傍またはリード近傍にワイヤボンディングに対する障害物が存在する場合であっても、第1、第2ボンド時に、キャピラリの上部が障害物から遠ざかる方向にキャピラリを傾斜させることで、干渉が先に起きるキャピラリの上部を逃がすことができ、キャピラリを障害物に近づけることが可能となる。よって、障害物と第1、第2ボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化および半導体装置の小型化に寄与することができる。また、第2ボンド時に、ワイヤのループ側にキャピラリを傾斜させているので、確実な接合を実現することができる。 As described above, in the second embodiment, even when there is an obstacle to wire bonding in the vicinity of the electrode pad or the lead, the upper part of the capillary moves away from the obstacle at the time of the first and second bonds. By tilting the capillary, the upper part of the capillary where the interference occurs first can be released, and the capillary can be brought close to an obstacle. Therefore, the distance between the obstacle and the first and second bonding positions can be reduced, which can contribute to the miniaturization of the semiconductor element and the semiconductor device. In addition, since the capillary is inclined toward the loop side of the wire at the time of the second bonding, reliable bonding can be realized.
なお、ここでは、障害物の端面に対向するキャピラリの側面をボンディング面に対して略垂直にしたが、キャピラリの傾斜角度は、接合において問題が起きず、且つ障害物との干渉が起きない範囲で任意に設定可能である。また、傾斜角度は、第1ボンドと第2ボンドで同じであってもよいし違ってもよい。 Here, the side surface of the capillary facing the end face of the obstacle is made substantially perpendicular to the bonding surface, but the inclination angle of the capillary is within a range where no problem occurs in joining and interference with the obstacle does not occur. Can be set arbitrarily. Further, the inclination angle may be the same or different between the first bond and the second bond.
また、第1ボンド後、キャピラリが最上点に達したときに、キャピラリの傾斜方向を変更したが、これに限らず、第1ボンドと第2ボンドとの間なら、キャピラリが他の物体と干渉を起こさない限り、どの時点で行ってもよい。また、移動途中に、第1ボンディング位置から第2ボンディング位置へキャピラリを移動させるXYテーブルの動作と融合させながら、キャピラリの傾斜方向を変更してもよい。同様に、第2ボンド後のキャピラリの傾斜方向の変更についても、第2ボンドと第1ボンドとの間に行えばよい。また、キャピラリを常に傾斜させておく必要はなく、一連の動作の中で姿勢をほぼ垂直とする区間を設けてもよい。 In addition, after the first bond, when the capillary reaches the highest point, the direction of inclination of the capillary is changed. However, the present invention is not limited to this, and if the capillary is between the first bond and the second bond, the capillary interferes with other objects. As long as it does not occur, it can be done at any time. In addition, during the movement, the inclination direction of the capillary may be changed while fusing with the operation of the XY table that moves the capillary from the first bonding position to the second bonding position. Similarly, the change in the inclination direction of the capillary after the second bond may be performed between the second bond and the first bond. Further, it is not necessary to always incline the capillary, and a section in which the posture is substantially vertical may be provided in a series of operations.
また、ここでは半導体素子の上面の4つの周辺部のうち対向する1対の周辺部にのみ電極パッドが形成されている場合について説明したが、無論、半導体素子の上面の4つの周辺部のうち3つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合についても同様に実施できる。 In addition, although the case where the electrode pad is formed only in a pair of opposing peripheral portions among the four peripheral portions on the upper surface of the semiconductor element is described here, of course, of the four peripheral portions on the upper surface of the semiconductor element. The same can be applied to the case where electrode pads are formed in three peripheral portions or all peripheral portions.
また、図4にはキャピラリを傾斜させる機構として1軸の揺動機構を示したが、半導体素子の上面の4つの周辺部のうち3つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合には、同様の機構を方向を変えてさらに設けて軸数を増やしてよいし、ホーンとキャピラリとを全方向に傾斜可能なボールジョイントでつなぎ、傾き方向と角度を制御するようにしてもよい。キャピラリを傾斜させる機構は、第1、第2ボンド時にキャピラリの上部が障害物から遠ざかるようにキャピラリの傾斜方向を変更できればよく、図4に示す機構に限るものではない。 FIG. 4 shows a uniaxial swing mechanism as a mechanism for tilting the capillary. However, electrode pads are formed on three or all peripheral portions of the four peripheral portions on the upper surface of the semiconductor element. In this case, the number of axes may be increased by changing the direction of the same mechanism to increase the number of axes, and the horn and capillary are connected by a ball joint that can be tilted in all directions, and the tilt direction and angle are controlled. Also good. The mechanism for tilting the capillary is not limited to the mechanism shown in FIG. 4 as long as the tilt direction of the capillary can be changed so that the upper part of the capillary moves away from the obstacle during the first and second bonds.
なお、上記した実施の形態1、2では、下部の基本形状が円錐形のキャピラリを用いたが、より先端を細くしたボトルネック型のキャピラリを用いてもよい。また、セラミックパッケージを用いた半導体装置を例に説明したが、セラミックパッケージに限らず、他のパッケージを用いた半導体装置であってもよい。また、キャピラリと干渉する可能性のある障害物として、半導体素子上に直接貼り付けられたカバーガラスとセラミックパッケージの側壁を例に説明したが、無論、障害物はこれに限るものではない。 In Embodiments 1 and 2 described above, a capillary having a conical bottom shape is used, but a bottleneck capillary with a narrower tip may be used. Moreover, although the semiconductor device using the ceramic package has been described as an example, the semiconductor device is not limited to the ceramic package, and may be a semiconductor device using another package. In addition, as an obstacle that may interfere with the capillary, the cover glass directly attached on the semiconductor element and the side wall of the ceramic package have been described as examples. However, the obstacle is not limited to this.
本発明にかかるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置は、半導体素子の電極パッド近傍に障害物が存在する場合であっても、その障害物とキャピラリとの干渉を起こさずに、障害物と第1ボンディング位置との間の距離を縮めることができ、半導体素子の小型化、並びに半導体装置の小型化を図ることができ、CCDチップやCMOSチップを実装したパッケージの製造に有用である。 In the wire bonding method and the wire bonding apparatus according to the present invention, even when an obstacle exists near the electrode pad of the semiconductor element, the obstacle and the first bonding are not caused without causing interference between the obstacle and the capillary. The distance to the position can be reduced, the semiconductor element can be downsized, and the semiconductor device can be downsized, which is useful for manufacturing a package mounted with a CCD chip or a CMOS chip.
11 半導体装置
12 セラミックパッケージ
13 側壁
14 段部
15 ダイパッド
16 リード
17 外部端子
18 接着ペースト
19 半導体素子
20 電極パッド
21 カバーガラス
22 接着剤
23 キャピラリ
23a キャピラリの上部
23b キャピラリの下部
24 ホーン
25 ねじ
26 ワイヤ
27 ワイヤクランパ
28 トーチ電極
29 イニシャルボール
31 キャピラリ
31a キャピラリの上部
31b キャピラリの下部
31c 切り欠き面
32 ホーン
33 モータの回転軸
34 ねじ
35 軸受
36 モータの回転子
37 モータの固定子
38 磁気型センサ
39 突出部
40 中心軸
41 押圧部材
42 ねじりばね
51 ホーン
52 モータ
53 モータの駆動軸
54 原動歯車
55 揺動体
56 ねじ
57 中心軸
58 揺動歯車
59 歯板
60 ガイド枠
61 ねじりばね
62 係止ピン
63 係止ピン
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