JP2010067786A - ワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ径の２倍以下のループ高さを有する低ループ形成を可能とすると共に、その低ループ形状においても十分なワイヤの引張強度を確保することが可能なワイヤボンディング方法を提供すること。
【解決手段】第１ボンディング点に圧着ボール３７形成後に前記キャピラリ３が上昇し、上昇後に前記キャピラリ３が第２ボンディング点側に移動して、前記圧着ボール３７の上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部３８の第２ボンディング点側に前記圧着ボールの膨出部４１を形成し、前記圧着ボールの膨出部４１を形成後に前記キャピラリ３が上昇し、上昇後に前記キャピラリ３が第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部４１を押圧して前記圧着ボールの頭頂部３８から水平方向にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部３９を形成するようにする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、第１ボンディング点と第２ボンディング点の間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラムに関し、特に低ループを形成することが可能なワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラムに関する。

半導体チップを内蔵した半導体装置、半導体チップを直接搭載した基板では、薄型化のため、半導体チップのパッドとリードとを接続するワイヤの低ループ化が図られている。

特許文献１乃至特許文献４にはワイヤの低ループ化に関する開示がなされている。

特許文献１は、第１ボンディング点にワイヤを接続する第１の工程と、続いてキャピラリを上昇移動・水平移動等のリバース動作によるループコントロールを行う第２の工程と、次に第１ボンディング点の接合ボールの頂上付近にボンディングを行う第３の工程と、次にキャピラリを上昇移動・水平移動等のループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方向に移動させてワイヤを第２ボンディング点に接続する第４の工程とから成るものである。

また、特許文献２は、ボールボンド１４を形成後、ボールボンドからボンディングツールを上昇させて、キャピラリ１０が第２ボンディング点から離れる方向に移動するリバース動作でボールボンドの上部にネック部を形成し、ワイヤを曲げる。次に、キャピラリ１０が第２ボンディング点側に移動してボンディングツール先端の外周をネック部上へ位置決めして、ボンディングツール先端の外周でネック部を押圧して、ネック部をボールボンドに接合することなく、ネック部にへこみ（凹部）を形成するようにして、ネック部の強度を保ち、低ループ化を図ったものである。

また、特許文献３は、第１のボンドサイト上にバンプを形成し、楕円形のワイヤの折り曲げ部を形成し、折り曲げ部を形成した後に、ワイヤをバンプの上部にボンディングし、バンプの上部と第２のボンドサイトとの間にワイヤループを形成するようにして、ループ高さの低いワイヤループを形成するものである。

また、特許文献４は、圧着ボール１１を形成後、キャピラリ５を上昇させ第２ボンド点Ｂと反対方向に移動させてリバース動作を行い、次にキャピラリ５を僅かに下降させる。続いてキャピラリ５を上昇させ、その後キャピラリ５を第２ボンド点Ｂの方向に該第２ボンド点Ｂと反対側のキャピラリ５の下面５ａが圧着ボール１１の上方に位置するように移動させて、キャピラリ５を下降させてワイヤ４を圧着ボール１１上に押圧して圧着ワイヤ１２を形成するようにして、圧着ボール直上のワイヤに強い屈折部を形成して、低ワイヤループ化を図るものである。

特開２００４−１７２４７７ 米国特許公開２００７−２８４４１６ 米国特許７３４７３５２号 特開２００５−０１９７７８

近年、携帯電話やデジタルＡＶ機器、ＩＣカード等の高機能化に伴い、搭載される半導体チップには小型、薄型、高集積化への要求が高まっている。ワイヤボンディングにおいてはこれに対応する為、高集積度のＩＣパッケージ（半導体装置）の薄型化を実現することが望まれている。ＩＣパッケージの薄型化を図るには、ループ高さをより低くすることが必要であり、現在要求されるループ高さは、ワイヤ径の２倍以下である。このため、ワイヤボンディングはループ高さがワイヤ径の２倍以下を満たす低ループの形成が必要となり、例えば、２５μｍのワイヤ径を使用した場合には、ループ高さは５０μｍ以下が要求される。

通常、第１ボンディング点であるパッドに圧着ボールを形成し、圧着ボールの直上のワイヤを横方向に移動させてワイヤを水平に形成するためには、圧着ボールのネック部から少なくともワイヤ径の２倍以上の高さが必要となる。これにより、ワイヤ径２５μｍのワイヤでは、圧着ボールのネック部からのワイヤの高さが５０μｍを超えてしまう。

図１２は、特許文献１に開示されたワイヤループ形状の一例を示す図である。なお、図１２に示すワイヤループは、半導体チップ（ＩＣチップ）３０上の第１ボンディング点であるパッド３１とリードフレーム３２の第２ボンディング点であるリード３３間をワイヤ３５が低ループとなるように形成されたものである。

図１２に示すように、特許文献１に開示されたワイヤループは、第１ボンディング点にボールを圧接後にリバース動作等を行って、ワイヤ３５を折り曲げて再度第１ボンディング点にワイヤ３５を押しつけるようにしている。このため、特許文献１のワイヤループでは、ワイヤ３５の折り返しにより圧着ボール５１とワイヤ３５間にワイヤ折り返し部５０を有している。図１２に示すワイヤループ形状に於けるループ高さＬＨ１は、ボール厚Ｔ１、ワイヤ折り返し部５０の厚みＴ２、ループの膨らみの高さＴ３及びワイヤ径Ｔ４を加算したものとなる。

しかしながら、特許文献１で開示されているループ形成方法では、ワイヤ径２５μｍのワイヤを用いて、ボール厚Ｔ１、ワイヤ折り返し部５０の厚みＴ２及びループの膨らみの高さＴ３を合計した値を２５μｍ以下にすることは困難な状況にあり、これにワイヤ径Ｔ４を加えると、ＬＨ１を５０μｍ以下にすることは難しく、更なる低ループ化が望まれている。

また、特許文献２は、ボールボンドの上部と一体化したネック部を形成し、特許文献３は、楕円形のワイヤの折り曲げ部を形成し、特許文献４は、圧着ボール直上のワイヤに強い屈折部を形成し、各特許文献とも、圧着ボールの上部に更にワイヤを押圧するため、特許文献１と同様に、ループ高さがワイヤ径の２倍以下にすることが困難な状況にある。 そこで本発明は、ワイヤ径の２倍以下のループ高さを有する低ループ形成を可能とすると共に、その低ループ形状においても十分なワイヤの引張強度を確保することが可能なワイヤボンディング方法及びそれを実現するワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラムを提供することを目的とするものである。

上記目的達成のため、本発明のワイヤボンディング方法は、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング方法において、キャピラリ先端のフリーエアーボールを第１ボンディング点に圧着して所望の圧着厚を有する圧着ボールを形成し、前記圧着ボールの形成後に前記キャピラリが上昇し、上昇後に前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部を形成するようにしたものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側と反対側の部分が平坦であるようにしたものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側に膨出部が形成されるものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法における前記膨出部は、前記キャピラリが第２ボンディング点側に水平移動又は下降しながら前記圧着ボールの上部の側面を前記キャピラリのチャンファー面及び底部によって押圧して形成するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法における前記膨出部の形成は、前記キャピラリに超音波振動を印加して前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの側面を押すようにするものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記膨出部の形成で、前記キャピラリの水平の移動量に対する前記キャピラリの下降量の比率が０から１以下の範囲となるように、前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記膨出部を形成後に前記キャピラリが上昇し、上昇後に前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を押圧して前記圧着ボールの頭頂部から水平方向にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部を形成するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法における前記ワイヤ引出部の形成は、前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を整形し、移動中に前記キャピラリから繰り出されたワイヤの上面を押圧するようにするものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法における前記ワイヤ引出部の形成は、前記キャピラリに超音波振動を印加して前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら行うものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記ワイヤ引出部の形成で、前記キャピラリの水平の移動量に対する前記キャピラリの下降量の比率が１以上となるように、前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記膨出部の形成における前記キャピラリの上昇量から下降量を引いた値と、ワイヤ引出部の形成における前記キャピラリの上昇量から下降量を引いた値と、前記圧着ボールの形成における前記所望のボール圧着厚とを加算した値が、目標とするループ高さ以下になるように前記キャピラリを制御するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記ワイヤ引出部を形成後に前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら上昇し、上昇後に前記キャピラリが第２ボンディング点と反対側に移動してワイヤに癖を付けるリバース動作を行い、リバース動作後に前記キャピラリが第２ボンディング点に移動してワイヤを第２ボンディング点に圧着して接合して、ワイヤを張設するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法は、前記圧着ボールの頭頂部の前記ワイヤ引出部の側面からワイヤが第２ボンディング点側にほぼ水平に延びるように張設するものである。

また、本発明のワイヤボンディング方法における前記リバース動作は、前記キャピラリを、水平移動、直線的に下降移動、円弧状に下降移動、直線的に上昇移動、円弧状に上昇移動の各リバース動作から少なくとも１以上のリバース動作が可能であり、前記リバース動作をｎ回（ｎ＝１，２・・・）繰り返すものである。

また、本発明のワイヤボンディング装置は、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、第１ボンディング点に圧着された圧着ボールに形成された頭頂部の第２ボンディング点側にさらにワイヤ引出部を設けたものである。

また、本発明のワイヤボンディング装置は、前記圧着ボールの前記頭頂部の第２ボンディング点側と反対側の部分が平坦であるようにしたものである。

また、本発明のワイヤボンディング装置は、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリをＸＹ平面上に所定の位置に位置決めするＸＹ位置決め手段と、前記キャピラリを上下に移動するキャピラリ上下移動手段を有し、前記第１ボンディング点及び前記第２ボンディング点にボンディングを行うボンディング手段とを備え、前記ボンディング手段により第１ボンディング点に前記キャピラリ先端のボールを前記第１ボンディング点に圧着して圧着ボールを形成し、前記圧着ボールの形成後に前記キャピラリ上下移動手段によりキャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段によりキャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側に膨出部を形成するようにしたものである。

また、本発明のワイヤボンディング装置は、前記膨出部を形成後に前記キャピラリ上下移動手段により前記キャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段により前記キャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を押圧して前記圧着ボールの頭頂部から水平にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部を形成するようにしたものである。

また、本発明のワイヤボンディング制御プログラムは、キャピラリをＸＹ平面上に所定の位置に位置決めするＸＹ位置決め手段と、キャピラリを上下に移動するキャピラリ上下移動手段と、前記第１ボンディング点及び前記第２ボンディング点にボンディングを行うボンディング手段と、前記ＸＹ位置決め手段及びボンディング手段を制御する制御手段とを有し、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング装置のワイヤボンディング制御プログラムであって、前記ボンディング手段により第１ボンディング点に前記キャピラリ先端のボールを前記第１ボンディング点に圧着して圧着ボールを形成するボール圧着ステップと、前記圧着ボールの形成後に前記キャピラリ上下移動手段によりキャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段により前記キャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側に膨出部を形成する第１の押圧ステップとを有するものである。

また、本発明のワイヤボンディング制御プログラムは、前記第１の押圧ステップ後に前記キャピラリ上下移動手段により前記キャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段により前記キャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を押圧して前記圧着ボールの頭頂部から水平にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部を形成する第２の押圧ステップとを有するものである。

従来のワイヤボンディングでは、十分なワイヤの引張強度を確保するためにワイヤ折り返し部等を形成してそのワイヤ折り返し部等を圧着ボール上に重ねるようにしているため、その分厚みが増加してボールワイヤ径の２倍以下のループ高さを持つループを形成することが困難な状況にあったが、本発明によれば、十分なワイヤの引張強度を確保しつつ第１ボンディング点直上の高さを低くすることができる。

すなわち、本発明によれば、キャピラリは、第１ボンディング点の圧着ボールの側面を第２ボンディング点側に下降しながら押圧するため、圧着ボールに作用する水平方向の力が弱められ、パッドと圧着ボールとの接合に与える影響が少なく、パッドと圧着ボールの接合強度を維持することができ、しかも、ワイヤ径の２倍以下のループ高さを持つループを形成することが可能となる。

また、本発明によれば、第１ボンディング点の圧着ボールとワイヤのネック部分との接合部分の断面積が増加して、ワイヤのネック部分での必要な強度を維持させることができる。

以下図面を参照して、本発明によるワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラムの実施するための最良の形態について説明する。なお、本発明は、ボール押圧後にキャピラリが上昇し、上昇後にキャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降してボールの側面を斜めから押す工程と、キャピラリが所定の量を上昇後に、第２ボンディング点側に移動しながら下降してワイヤを斜めから押す工程とを有するようにして、ループ高さの更なる低ループ化を可能とすると共に、その低ループ形状において十分なワイヤの引張強度を有するようにしたものである。

［装置構成の概要］
最初に図１及び図２を参照してワイヤボンディング装置の構成を説明する。図１は、ワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図、図２は、図１に示すワイヤボンディング装置のキャピラリ、クランパ、放電電極の位置関係を示す説明図である。

図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、光学レンズ９を取り付けた撮像手段としてのカメラ８と、カメラ８からの映像信号を表示するモニタ２４と、ボンディングツールとしてのキャピラリ３が先端に装着された超音波ホーンからなるボンディングアーム２と、ボンディングアーム２を上下方向、すなわちＺ方向に駆動する駆動手段としてのリニアモータ（図示せず）を有するボンディングヘッド６と、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド６からなるボンディング手段及び撮像手段を搭載してＸ方向及びＹ方向に二次元的に相対移動させて位置決めするＸＹ位置決め手段としてのＸＹテーブル１２と、半導体チップ３０を搭載しキャピラリ３、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド６によるボンディング作業が行なわれ架台上にヒータプレートを有するヒータ部１３と、ワイヤボンディング装置１全体の制御を行うマイクロコンピュータを有する制御装置１７と、この制御装置１７からの指令信号に応じてボンディングヘッド６及びＸＹテーブル１２への駆動信号を発する駆動装置１６とを備えている。制御装置１７のマイクロコンピュータの記憶装置には、プログラムが内蔵されており、ワイヤボンディング等の動作は、プログラムを実行することにより行われる。なお、半導体チップ３０をマウントしたリードフレーム３２は、ヒータ部１３のヒータプレート上に搭載されて、ヒータ部１３のヒータにより加熱されるようになっている。

また、ワイヤボンディング装置１は、ＸＹテーブル１２を手動にて移動させることが可能なトラックボールからなる操作部２２のほか数値入力キー、操作スイッチを備え、パラメータ等のデータの入力や出力のほかデータを表示させて操作することが可能な操作パネル２３とを有している。操作部２２及び操作パネル２３等を操作手段と称する。これらの操作手段の操作によってワイヤボンディング装置は、手動若しくは自動で駆動する。

［主要な装置の働き等］
ボンディングアーム２をＺ方向の上下に駆動するボンディングヘッド６には、ボンディングアーム２の位置を検出する位置検出センサ７を備えており、位置検出センサ７は、ボンディングアーム２の予め設定された原点位置からのボンディングアーム２先端に装着されたキャピラリ３の位置を制御装置１７に出力するようになっている。また、ボンディングヘッド６のリニアモータは、制御装置１７によってボンディングアーム２を上下に駆動する他に、ボンディング時にキャピラリ３に対して荷重の大きさ、荷重の印加時間の制御がなされる。

また、このワイヤボンディング装置１は、超音波発振器（図示せず）を備えており、超音波ホーン２に組み込まれた振動子に電圧を印加して、超音波ホーン２の先端に位置するキャピラリ３に振動を発生させ、制御装置１７からの制御信号を受けて、キャピラリ３に超音波振動及び荷重を印加できるように構成されている。

また、キャピラリ３先端のボール形成は、制御装置１７からの制御信号を受けて、キャピラリ３から送り出されたワイヤの先端と放電電極（トーチロッド）との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してキャピラリ３内に挿通されたワイヤの先端にボールを形成するものである。なお、ワイヤの先端に形成されるボールをフリーエアーボール（ＦＡＢ）とも称する。

次に、ワイヤボンディング装置１の制御装置１７は、ボンディングに必要なボンディング点のＸＹの位置データを予め記憶しておく。すなわち、カメラ８で撮像した画像を表示するモニタ２４の表示画面の中心に表示されている十字マークの交点に図１に示す操作部２２を操作して第１ボンディング点としてのパッドの中心に目合わせし、また、第２ボンディング点としてのリード上の位置に目合わせを行う。目合わせした位置でのＸＹテーブル１２のＸ軸及びＹ軸の位置を制御装置１７にボンディング点の座標として記憶する。なお、ＸＹテーブル１２が光学レンズ９の位置とキャピラリ３の位置との距離（オフセット）分移動することにより、キャピラリ３がカメラ８で目合わせした位置の上方に位置するようになっている。

図１に示すワイヤボンディング装置１は、リードフレームを加熱しつつ、半導体チップ３０上のパッドとリードフレーム等のリード間を金線等のワイヤで接続するものである。パッド又はリードでのワイヤの接続は、ボンディングツールとしてのキャピラリ３に超音波振動及び荷重を印加して行うものである。

なお、ＸＹテーブル１２に搭載されたボンディングヘッド６のボンディングアーム２の先端に位置するキャピラリ３は、ＸＹテーブル１２によるＸＹ軸上及びボンディングヘッド６によるＺ軸上の位置に移動可能に構成されているが、ボンディングヘッド６を筐体に固定して、被ボンディング部品を搭載するヒータ部１３をＸＹテーブル１２に搭載して、ボンディングヘッドはＺ軸方向の上下移動のみを行い、被ボンディング部品をＸＹテーブル上に搭載して、被ボンディング部品をキャピラリに対してＸＹ軸の２次元の相対移動を行う構成にしてもよい。

図２に示すように、クランパ４は、ボンディングアーム２（図１に示す）の上下動作と連動し、開閉機構（図示せず）によりワイヤ３５を挟んだり、解放するものであり、制御装置１７によって制御される。ワイヤ３５は、クランパ４の開閉機構のクランプ面を通り、キャピラリ３に設けられたホールを通り、キャピラリ３の先端から繰り出されている。また、キャピラリ３の下側には、放電電極５が設けられており、放電によりキャピラリ３の先端から繰り出されワイヤ３５の先端にフリーエアーボール３６を形成するようになっている。

なお、図１及び図２に示すワイヤボンディング装置の構成は、一般的な構成を示したものであり、本発明は、これに限定されるものではない。

［ワイヤボンディング方法］
次に、本発明のワイヤボンディング方法による低ループ形成を行う実施の形態について、図３乃至図７を参照して説明する。図３は、キャピラリの下部の形状を示す断面図、図４は、ループ形成におけるキャピラリの移動軌跡を示す図、図５は、キャピラリの移動軌跡による各時点でのボール圧着形状及びワイヤ形状を示す図、図６は、図５に示す（ａ）から（ｇ）のボール圧着形状の詳細を示す一部断面を含む図、図７は、図５に示す（ｈ）から（ｋ）のボール圧着形状の詳細を示す一部断面を含む図である。

［キャピラリの形状］
最初に、ワイヤボンディングに用いるキャピラリの形状について説明する。図３に示すように、キャピラリ３は、ワイヤを通すためのホール３ｃを有し、ホール３ｃから下方向に広がりを持つ略円錐台（以下、円錐台と称する。）の形状の空間を有する。円錐台の形状の空間の上面の直径はホール径Ｈ、底部３ｂの内側端部の直径はチャンファー径ＣＤで示され、円錐台の形状の空間の周囲は、チャンファー面３ａに囲まれている。なお、チャンファー面３ａが垂直を成している場合には、円柱の形状の空間を有する。したがって、円錐台は、略円錐台形状のものから円柱状の形状のものも含む。

また、キャピラリ３の底部３ｂは、図３に示すように、底部３ｂの内側底部からキャピラリ３の外周に向かって水平方向に対して角度θを有している。通常角度θは、４°又は８°である。なお、底部３ｂは、角度θが０゜のフラットな面であってもよい。キャピラリの底部３ｂの外周の径をＴとすると、キャピラリ３の底部３ｂのチャンファー径から外周までの水平方向の長さは、（Ｔ−ＣＤ）÷２となる。キャピラリ３の底部３ｂは、第１ボンディング点のパッドにフリーエアーボール３６を押圧したり、第２ボンディング点のリードにワイヤ３５を押圧するものであり、本発明では、後述する第１ボンディング点のボール厚着後の圧着ボールの側面を押圧する第１の押圧工程、第１の押圧工程後のワイヤ引出部の形成を行う第２の押圧工程にも使用する。なお、図３に示す２点鎖線は、フリーエアーボール３６を押圧して、キャピラリ３内部及び底部３ｂに形成される圧着ボールの状態を示すものである。

［ワイヤ引出部の形成］
次に、上記キャピラリを制御して低ループを形成するワイヤボンディング方法について説明する。なお、図５乃至図７に示す矢印はキャピラリの移動方向を示すものである。図４、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、最初に、ワイヤ３５をクランプするクランパ４（図２に示す）は開状態で、キャピラリ３が第１ボンディング点であるパッド３１の上方から下降してワイヤ３５先端に形成されたフリーエアーボール３６（図２に示す）を第１ボンディング点であるパッド３１のＡ点にボンディングする。このとき図６（ａ）に示すように、キャピラリ３先端のフリーエアーボール３６は、キャピラリ３の底部３ｂによりパッドに押圧されて変形し、キャピラリ３のチャンファー面３ａの成す円錐台の形状の空間内に充填される。キャピラリ３により押圧されたフリーエアーボールを圧着ボール３７と称する。また、キャピラリ３の内部には、図６（ａ）に示すように、圧着ボールの３７の上部に位置するネック部４２が存在し、ネック部４２は圧着ボール３７上部に位置している。なお、キャピラリ３のチャンファー面３ａの成す空間は、前述したように、円錐台に限ったものではなく、円柱の形状の空間でもよく、チャンファー面３ａの形状に依存した空間となる。

次に、図４、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、クランパ４は開状態でキャピラリ３の先端をＢ点まで垂直に上昇させる。図６（ｂ）に示すように、点で示すＢ点まで上昇することにより、キャピラリ３のチャンファー面３ａが圧着ボール３７の円錐台の形状の上部の側面に位置する。このＢ点の位置制御は、制御装置１７の指令によってボンディングヘッド６がＺ軸方向に対して駆動制御がなされているが、ＸＹ方向への駆動制御は、制御装置１７によってＸＹテーブル１２を駆動制御して行われる。以下、このような駆動制御を前提として説明する。また、圧着ボール３７の形状は円錐台に限るものではなく、キャピラリ３のチャンファー面３ａの形状に依存するため、他の圧着ボール３７の形状の場合にも適用可能である。

次に、図４、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示すように、前述したＢ点の位置からキャピラリ３を第２ボンディング点であるＫ点側のＣ点まで下降移動させる。このとき、図６（ｃ）に示すように、キャピラリ３のチャンファー面３ａ及び底部３ｂは、点で示すＢ点からネック部４２を含む円錐台の形状を成す圧着ボール３７上部の側面を斜めから押圧しながら第２ボンディング点側の点で示すＣ点に下降移動する。なお、圧着ボール３７上部の側面とは、圧着ボール３７の円錐台の側面及び圧着ボール３７の円錐台の上部からネック部４２までの円柱状に形成された部分の側面、または圧着ボール３７の円錐台の側面若しくは圧着ボール３７の円錐台の上部からネック部４２までの円柱状に形成された部分の側面をいう。下降移動により、第２ボンディング点側と反対側のキャピラリ３の底部３ｂが圧着ボール３７上部に位置する。キャピラリ３がＡ点からＣ点に移動する段階を第１の押圧工程と称する。

第１の押圧工程によって、圧着ボール３７の頭頂部３８（図６（ｃ）、図７（ｄ）に図示）の第２ボンディング点側に圧着ボール３７のネック部４２を有する膨出部４１が形成される。これにより、圧着ボール３７の中央に位置していたネック部４２は、第１の押圧工程により、圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点側に位置するようになる。また、第１ボンディング点の圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点と反対側に第２ボンディング点に向かって緩い傾きを有する平坦部４０が形成される。なお、キャピラリ３の底部３ｂがフラットの形状を有する場合には、圧着ボール３７の頭頂部３８の平坦部４０は水平に形成される。また、図６（ｃ）に示す平坦部４０の端部の符号Ｐは、以後の説明で同一箇所を明記するために付したものである。なお、符号Ｐは、図７、図９及び図１０に使用している。

また、第１の押圧工程でのキャピラリ３をＢ点からＣ点に下降移動させるときに、ボンディングアーム２としての超音波ホーン２の振動子を励磁して、キャピラリに振動を与えることも可能である。キャピラリ３を振動させることにより、圧着ボール３７の頭頂部３８の平坦部４０及び膨出部４１の形成を確実に行うことが可能となる。

なお、図４、図５（ｃ）及び図６（ｃ）でキャピラリ３を第１の押圧工程におけるＢ点の位置から第２ボンディング点であるＫ点側のＣ点まで下降移動させているが、キャピラリ３をＣ点まで水平移動することも可能である。すなわち、図４に示すＢ点の高さを図４に示すＣ点の高さと同一にして、キャピラリ３の先端をＢ点まで垂直に上昇させて、Ｂ点からＣ点まで水平に移動させるようにする。つまり、膨出部４１を形成するに必要な押圧荷重が印加されるものであれば足りる。

次に、図４、図５（ｄ）及び図６（ｄ）に示すように、キャピラリ３の先端をＣ点からＤ点まで上昇させる。これにより図６（ｄ）に示すように、キャピラリ３が点で示すＣ点から点で示すＤ点まで上昇することにより、第２ボンディング点と反対側のキャピラリ３のチャンファー面３ａが、膨出部４１の第２ボンディング点と反対側のネック部４２付近に位置する。このとき、図６（ｄ）、図４に示すように、Ｄ点は、Ｂ点よりも高い位置となっている。

次に、図４、図５（ｅ）及び図６（ｆ）に示すように、キャピラリ３を第２ボンディング点であるＫ点側のＥ点まで下降移動させる。図６（ｆ）に示すように、キャピラリ３は、点で示すＤ点から点で示すＥ点に下降移動する。なお、図６（ｅ）は、キャピラリ３が図６（ｄ）に示すＤ点から図６（ｆ）に示すＥ点に移動する際の中間状態を示す図である。このとき、図６（ｅ）に示すように、キャピラリ３のチャンファー面３ａは、ネック部４２を有する膨出部４１とワイヤ３５を斜めから押圧しながら第２ボンディング点側に下降移動する。なお、キャピラリ３がＣ点からＥ点に移動する段階を第２の押圧工程と称する。

第２の押圧工程により、膨出部４１が整形されて圧着ボール３７の頭頂部３８から水平にワイヤ３５を引き出すためのワイヤ引出部３９が形成される。また、膨出部４１のネック部４２から垂直に延びていたワイヤ３５は、第２の押圧工程により、ワイヤ引出部３９の側面から出るようになり、ネック部４２はワイヤ引出部３９の第２ボンディング点側の側面に位置する。また、ワイヤ引出部３９のネック部４２の断面積は、膨出部４１がキャピラリ３により押圧されるため、ワイヤ３５の断面積よりも大きくなる。このためネック部分での必要な強度を維持することができる。

なお，第２の押圧工程におけるＥ点の位置が後述する目標とするループ高さとなるように、キャピラリ３をＤ点からＥ点に下降移動するようにする。

また、キャピラリ３をＤ点からＥ点に下降移動させるときに、ボンディングアーム２としての超音波ホーン２の振動子を励磁して、キャピラリに振動を与えることも可能である。キャピラリ３を振動させることにより、ワイヤ引出部３９の形成を確実に行うことが可能となる。なお、図６（ｆ）に示すワイヤ引出部３９の端部の符号Ｑは、以後の説明で同一箇所を明記するために付したものである。符号Ｑは、図７、図９及び図１０に使用している。

［ループ形成動作］
次に図４、図５（ｆ）及び図６（ｇ）に示すように、キャピラリ３は、第２ボンディング点側に斜め方向に移動しながらＦ点まで上昇する。図６（ｇ）に示すように、キャピラリ３が第２ボンディング点に移動しながらＦ点まで上昇して、ワイヤ引出部３９からのワイヤが直線状となるようにキャピラリ３からワイヤ３５を繰り出すようにする。

そして、図４、図５（ｇ）及び図６（ｈ）に示すように、キャピラリ３は、Ｇ点まで垂直方向に上昇する。次に、図４、図５（ｈ）及び図７（ａ）に示すように、キャピラリ３は、Ｇ点から第２ボンディング点と反対側に水平移動してリバース動作を行いＨ点まで移動する。リバース動作によりワイヤ３５に曲げ癖３５ａ（図５（ｋ）及び図７（ｄ）に図示）、すなわちＨ点が形成される。図４に示す曲げ癖３５ａとなるＨ点まで移動後に、図４、図５（ｉ）及び図７（ｂ）に示すように、垂直方向にＩ点まで上昇する。Ｉ点まで上昇後、図４、図５（ｊ）及び図７（ｃ）に示すように、キャピラリ３は、第２ボンディング点側に円弧を描くようにｊ点を通って下降する。そして、図４、図５（ｋ）及び図７（ｄ）に示すように、キャピラリ３は第２ボンディング点であるＫ点に接地後、ワイヤ３５を第２ボンディング点のリード３３に接合する。これにより、図５（ｋ）に示すように、第１ボンディング点と第２ボンディング点間にワイヤループが形成される。

第２ボンディング点のリード３３に接合後に、キャピラリ３の先端からワイヤ３５を繰り出すために上昇し、所定の位置でクランパ４を閉じて、ワイヤ３５を第２ボンディング点から引きちぎり、その後放電電極５（図２に示す）に高電圧を印加してワイヤ３５の先端に次のフリーエアーボール３６を形成するようにする。

なお、Ｇ点からＨ点までのリバース動作は、キャピラリを水平移動したものであるが、他のリバース動作の形態としては、斜めに直線的に下降移動、斜めに円弧状に下降移動、斜めに直線的に上昇移動又は斜めに円弧状に上昇移動が可能である。斜めに直線的に下降移動又は斜めに円弧状に下降移動することによりワイヤ３５の癖が折れ曲げたようになり、斜めに直線的に上昇移動又は斜めに円弧状に上昇移動することによりワイヤ３５の曲げ癖が曲線的に形成される。なお、ループ形成におけるリバース動作は、上述した各種のリバース動作からループ形状に最適なものを選択するようにする。また、リバース動作は、Ｆ点からＨ点までの間で前述した各種のリバース動作を組み合わせてｎ回（ｎ＝１，２・・・）繰り返すことができる。例えば、第１ボンディング点と第２ボンディング点との距離が離れている場合には、ワイヤ長が長くなり、低ループでは、ワイヤの垂れが発生することがある。このためリバース動作を適宜行うことにより、ワイヤの垂れの発生を防ぐことができる。また、半導体チップ、特にＩＣチップでは、第１ボンディング点からワイヤを水平に保つ長さがワイヤ毎に異なる場合があり、各ワイヤのループ形状に合わせてリバース動作の種類、リバース動作を行う箇所、リバース動作を行う回数を設定するようにする。

また、図４に示すＩ点から第２ボンディング点であるＫ点までのキャピラリの下降移動動作は、円弧動作以外の他の動作でも可能である。例えば、キャピラリを直線、ベジェ曲線、スプライン曲線又は２段円弧の軌跡に沿って下降移動動作するようにしてもよい。また、前記動作を組み合わせて使用することも可能である。

以上述べた図４に示すＡ点からＫ点までの動作により、図５（ｋ）及び図７（ｄ）に示す低ループのワイヤ形状を形成することができる。図７（ｄ）に示すように、第１ボンディング点の圧着ボール３７の頭頂部３８に形成されたワイヤ引出部３９からワイヤ３５が直線的に引き出されて、被ボンディング部品である半導体チップ３０とワイヤ３５とが水平状態になるように形成されている。

このように、本発明は、キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降してネック部４２を含む圧着ボール３７の上部の側面を斜めから押圧して、圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点側に圧着ボール３７のネック部４２を有する膨出部４１を形成し、更にキャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降してネック部４２を有する膨出部４１を押圧して圧着ボール３７の頭頂部３８から水平にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部３９を形成する。このため、本発明は、従来のように第１ボンディング点にボールを圧着後にリバース動作等を行って、ワイヤを折り曲げて再度第１ボンディング点にワイヤを押しつけてワイヤ折り返し部を設ける必要がないため、第１ボンディング点での圧着ボールの高さを低くすることが可能である。

［キャピラリの移動量］
次に、図４に示す第１ボンディング点であるＡ点でのボール圧着後のＢ点からＥ点までのキャピラリの上昇量、下降量及び水平の各移動量について説明する。なお、キャピラリの移動は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３次元の空間の位置からの移動量を指定して行うようにする。図４に示すように、Ａ点からＢ点までのキャピラリの上昇量をＺ１、Ｂ点からＣ点までのキャピラリの下降量をＺ２、Ｃ点からＤ点までのキャピラリの上昇量をＺ３、Ｄ点からＥ点までのキャピラリの下降量をＺ４とし、また、Ｂ点からＣ点までのキャピラリのＸＹ移動量をＬ１、Ｃ点からＥ点までのキャピラリのＸＹ移動量をＬ２とする。但し、目標とするループ高さは、ワイヤ径の２倍以下とする。なお、以下の説明では、Ｂ点からＥ点までの位置は、キャピラリが第１ボンディング点で圧着ボールを形成した位置を基準とする。

例えば、ワイヤ径を２５μｍ、圧着径を６０μｍ、圧着厚を１０μｍ、目標とするループ高さ（以後を目標ループ高さと称する）をワイヤ径の２倍以下のループ高さを満たす４０μｍとした場合について述べる。圧着厚は、ボール圧着時のボール周辺に形成される鍔形状の厚さであり、ボール接合時のパッド表面からキャピラリ３の底部３ｂとの距離で表されるものである。なお、上記の圧着厚、圧着径のデータは、ボンディングにより得られる実際の圧着厚、圧着径に対する目標とする値（所望の値）であり、目標とする圧着厚、圧着径となるように、前もってボールが形成されるフリーエアーボール３６（図２に図示）の大きさ、第１ボンディング点のボンディングにおける超音波ホーン２の振動子に印加する超音波パワー及び印加時間、ボンディングヘッド６のリニアモータによる荷重の大きさ及び荷重の印加時間等を前もって設定しておくようにする。

最初に、キャピラリのＢ点から第２ボンディング点側のＣ点への移動におけるＸＹ移動量Ｌ１を決める。このＸＹの移動は、圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点側に圧着ボール３７のネック部４２を有する膨出部４１を形成し、また、第１ボンディング点の圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点と反対側に第２ボンディング点に向かって緩い傾きを有する平坦部４０を形成するためのものである。このためＸＹ移動量Ｌ１をこれらを形成するに必要な移動量となるようにする。例えば、ＸＹ移動量Ｌ１を圧着径６０μｍの約半分に相当する量である３０μｍとする。
また、キャピラリの上昇、下降の移動量は
（Ｚ１−Ｚ２）＋（Ｚ３−Ｚ４）＋圧着厚＝目標ループ高さ・・・（１）
（１）式を満たすように制御する。

キャピラリの上昇量Ｚ１、下降量Ｚ２については、図４に示すＣ点での高さ（Ｚ１−Ｚ２）が、目標ループ高さの約半分として２０μｍとなるようにする。これにより、上昇量Ｚ１は４０μｍ、下降量Ｚ２は２０μｍとする。なお、Ｂ点からＣ点への移動は、下降及びＸＹの移動を同時に行い、また、キャピラリが直線的に移動するように制御する。また、Ｂ点からＣ点の移動は、キャピラリの水平のＸＹ移動量Ｌ１に対するキャピラリの下降量Ｚ２の比率が１以下となるようにする。

これにより、キャピラリがＢ点から下降しながら第２ボンディング点側のＣ点に移動する角度θ１（図４に示す）は、４５°以下となるようにする。下降量Ｚ２は２０μｍ、ＸＹ移動量Ｌ１を３０μｍとすると、角度θ１は約３４°となる。

次に、ＸＹ移動量Ｌ２は、６０μｍの３分の２（約０．６７）に相当する量である４０μｍとする。Ｚ軸上昇量Ｚ３、下降量Ｚ４については、図４に示すＥ点での高さが、目標ループ高さの４０μｍとなるように制御する。また、Ｄ点からＥ点への移動は、キャピラリの水平のＸＹ移動量Ｌ２に対するキャピラリの下降量Ｚ４の比率が１以上となるようにする。ＸＹ移動量Ｌ２は、ワイヤをキャピラリ３の底部３ｂにより水平に整形するためのものであり、整形に必要な長さを確保するようにする。

これにより、キャピラリがＤ点から下降しながら第２ボンディング点側のＥ点に移動する角度θ２（図４に示す）は、４５°以上となる。すなわち、（１）式より、圧着厚を１０μｍとし、（Ｚ１−Ｚ２）が２０μｍ、目標ループ高さが４０μｍから、（Ｚ３−Ｚ４）は１０μｍとなる。なお、Ｄ点からＥ点への移動は、下降及びＸＹの移動を同時に行い、また、キャピラリが直線的に移動するように制御する。これにより、Ｄ点からＥ点への角度θ２を４５°とすると下降量Ｚ４は４０μｍとなり、上昇量Ｚ３は５０μｍとなる。

また、キャピラリのＸＹ移動量Ｌ２は、ワイヤをキャピラリの底部３ｂにより整形するため、キャピラリの底部３ｂの外周からチャンファー径までの長さに相当する量にしてもよい。例えば、キャピラリの底部３ｂの外周の径（図３に示すＴの寸法）が１５２μｍ、チャンファー径ＣＤを６４μｍとすると、キャピラリの底部３ｂの長さは、４４μｍであり、ＸＹ移動量Ｌ２を４４μｍとする。ＸＹ移動量Ｌ２を４４μｍとすると、Ｄ点からＥ点への角度θ２を４５°とすると下降量Ｚ４は４４μｍとなり、上昇量Ｚ３は５４μｍとなる。

また、キャピラリのＸＹ移動量Ｌ１及びＬ２を圧着径から規定したが、キャピラリの円錐台の形状の空間を形成するチャンファー面３ａの寸法、形状から規定するようにしてもよい。なお、以上の説明でキャピラリの上昇量、下降量及びＸＹ移動量を、圧着径又はキャピラリの寸法を用いたが、ボンディングで使用するワイヤ径により規定することも可能である。

［キャピラリの移動量の範囲］
上述したキャピラリの上昇量Ｚ１，Ｚ３、下降量Ｚ２，Ｚ４及びＸＹ移動量Ｌ１，Ｌ２の各量について、代表的な値（代表値）について述べたが、これらの各量について、範囲を設けることができる。許容される範囲は、それぞれ、上述した値の±３０％である。例えば、キャピラリのＢ点から第２ボンディング点側のＣ点への移動におけるＸＹ移動量Ｌ１は、圧着径６０μｍの半分（０．５）に相当する量である３０μｍであり、ＸＹ移動量Ｌ１の範囲は、３０μｍ±３０％で２１〜３９μｍである。また、図４に示すＣ点での高さ（Ｚ１−Ｚ２）は、目標ループ高さ（４０μｍとする）の０．５として２０μｍであり、Ｃ点での高さ（Ｚ１−Ｚ２）の範囲は、２０μｍ±３０％で１４〜２６μｍである。また、上昇量Ｚ１の代表値は４０μｍであり、上昇量Ｚ１の範囲は、２８〜５２μｍである。下降量Ｚ２の代表値は２０μｍであり、下降量Ｚ２の範囲は、１４〜２６μｍである。また、Ｂ点からＣ点への角度θ１の範囲は、２０°〜４４°となる。

また、キャピラリのＤ点からＥ点への移動に関しては次のようになる。ＸＹ移動量Ｌ２の代表値は４０μｍであり、ＸＹ移動量Ｌ２の範囲は、２８〜５２μｍである。（Ｚ３−Ｚ４）の代表値は１０μｍであり、（Ｚ３−Ｚ４）の範囲は、７〜１３μｍである。また、上昇量Ｚ３の代表値は５０μｍであり、上昇量Ｚ３の範囲は、３５〜６５μｍである。また、下降量Ｚ４の代表値は４０μｍであり、下降量Ｚ４の範囲は、２８〜５２μｍである。また、Ｄ点からＥ点への角度θ２の範囲は、４５°〜６２°となる。

なお、低ループの形成では、所望のボール圧着径、目標ループの高さ、ワイヤ径のサイズによりキャピラリの上昇量Ｚ１，Ｚ３、下降量Ｚ２，Ｚ４及びＸＹ移動量Ｌ１，Ｌ２の各量を可変するようにする。例えば、所望のボール圧着径が大きければ、Ｌ１，Ｌ２のＸＹ移動量は大きくし、所望のボール圧着径が小さければＬ１，Ｌ２のＸＹ移動量を小さくするようにする。また、目標ループ高さが高ければＣ点及びＤ点の少なくとも１つの点の位置を高くするようにして、目標ループ高さが低ければＣ点及びＤ点の少なくとも１つの点の位置を低くするようにする。

また、ワイヤ径が細ければ無理にワイヤを曲げる必要が無いためＥ点の位置を高くし、Ｌ２のＸＹ移動量は小さくするようにする。また、ワイヤ径が太ければワイヤ曲げを強くするためＥ点の位置を低く、Ｌ２のＸＹ移動量は大きくするようにする。なお、上述したＺ軸上昇量、下降量及びＸＹ移動量は、適宜変更可能である。

［装置による低ループの形成動作］
次に、ワイヤボンディング装置１（図１に示す）による低ループの形成動作について図１，図４を参照して説明する。前述したＡ点からＢ点までのキャピラリの上昇量をＺ１、Ｂ点からＣ点までのキャピラリの下降量をＺ２、Ｃ点からＤ点までのキャピラリの上昇量をＺ３、Ｄ点からＥ点までのキャピラリの下降量をＺ４とし、また、Ｂ点からＣ点までのキャピラリのＸＹ移動量をＬ１、Ｃ点からＥ点までのキャピラリのＸＹ移動量をＬ２の各データは、前もって操作パネル２３（図１に図示）に表示されるメニューに基づいて、操作パネル２３の数値入力キーを用いて入力して、制御装置１７内のマイクロコンピュータの記憶装置に記憶しておく。なお、目標ループ高さ、ワイヤ径、ボールの圧着径、キャピラリの降下角度（図４に示すθ１，θ２）等のデータを入力して、これらのデータを用いて自動演算して、算出することも可能である。また、第１ボンディング点であるパッド及び第２ボンディング点であるリードのＸＹ座標値、超音波パワー、印加時間等のボンディングパラメータ、その他ボンディングに必要なデータは前もって設定しておくようにする。

最初に、制御装置１７は、ボンディングすべき第１ボンディング点であるパッド及び第２ボンディング点であるリードの位置データであるＸＹ座標値を記憶装置から読み出すようにする。制御装置１７は、ＸＹテーブル１２を制御してキャピラリ３を第１ボンディング点であるパッド直上に移動するようにする。制御装置１７はボンディングアーム２を下降させて、キャピラリ３先端のフリーエアーボール３６を第１ボンディング点であるＡ点のパッドに圧着するようにする。このとき、制御装置１７は超音波発振器により前もって設定した超音波パワー、印加時間で超音波ホーン２の振動子を駆動し、また、ボンディングヘッド６により所定の大きさの荷重を所定の時間キャピラリ３に印加するようにする。

これにより、目的とする圧着径、圧着厚を有する圧着ボールが形成される。次に、圧着ボール３７を形成後、制御装置１７は、ボンディングアーム２を駆動してキャピラリ３を上昇量Ｚ１に基づきＢ点まで上昇するように制御する。Ｂ点まで上昇後にキャピラリ３の底部３ｂは、圧着ボール３７の側面に位置する。次に、制御装置１７は、ボンディングアーム２及びＸＹテーブル１２を駆動して、キャピラリ３がＢ点から第２ボンディング点側のＣ点に下降しながら移動するように制御する。このときの下降量はＺ２、ＸＹ移動量はＬ１である。これにより、キャピラリ３のチャンファー面３ａ及び底部３ｂが第２ボンディング点側に移動しながら下降してネック部４２を含む圧着ボール３７の上部の側面を斜めから押圧して、圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点と反対側の領域に傾斜面又は平面の平坦部４０が形成され、圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点側に圧着ボール３７のネック部４２を有する膨出部４１が形成される。

次に、制御装置１７はボンディングアーム２を駆動して、キャピラリ３を上昇量Ｚ３に基づきＣ点からＤ点まで上昇するようにする。Ｄ点まで上昇後にキャピラリ３の底部３ｂは膨出部４１のネック部４２付近の側面に位置する。次に、制御装置１７は、ボンディングアーム２及びＸＹテーブル１２を駆動して、キャピラリ３がＤ点から第２ボンディング点側のＥ点に下降しながら移動するように制御する。このときの下降量はＺ４、ＸＹ移動量はＬ２である。これにより、圧着ボール３７の膨出部４１が整形されて、頭頂部３８の第２ボンディング点側の領域にワイヤ引出部３９が形成され、ワイヤ引出部３９からワイヤが水平方向になるように整形される。

次に、制御装置１７はボンディングアーム２を駆動して、キャピラリ３が第２ボンディング点側に移動しながらＦ点まで上昇するように制御する。キャピラリ３が第２ボンディング点に移動しながら上昇することにより、ワイヤ引出部３９からのワイヤ３５の直線性を保つようにする。

そして、制御装置１７はボンディングアーム２を駆動して、キャピラリ３がＧ点まで垂直方向に上昇する。キャピラリ３が垂直方向に上昇後制御装置１７はＸＹテーブル１２を駆動して、キャピラリ３が、第２ボンディング点と反対側に水平移動してＨ点まで移動するリバース動作の制御を行う。リバース動作によりワイヤ３５に折り曲げ癖３５ａが形成される。キャピラリ３がＨ点まで移動後に、制御装置１７はボンディングアーム２を駆動して、キャピラリ３が垂直にＩ点まで上昇するように制御する。キャピラリ３がＩ点まで上昇後、次に、制御装置１７はボンディングアーム２及びＸＹテーブル１２を駆動して、キャピラリ３が第２ボンディング点側に円弧を描くようにＪ点を通って下降しながら、第２ボンディング点であるＫ点に接地するように制御する。キャピラリ３が第２ボンディング点に接地後、制御装置１７は超音波発振器により前もって設定した超音波パワー、印加時間で振動子を駆動し、また、ボンディングヘッド６により所定の大きさの荷重を所定の時間キャピラリ３に印加して、ワイヤ３５を第２ボンディング点のリード３３に接合するようにする。第２ボンディング点のリード３３に接合後に、制御装置１７はボンディングアーム２を駆動して、キャピラリ３の先端からワイヤ３５を繰り出しながらキャピラリ３を上昇させ、所定の上昇位置で制御装置１７はクランパ４を閉じて、ワイヤ３５を第２ボンディング点から引きちぎり、その後放電電極５（図２に示す）に高電圧を印加してワイヤ３５の先端にフリーエアーボール３６を形成するようにする。以下、制御装置１７は、上記動作を繰り返して所定のワイヤ数をボンディングするようにする。

［低ループ形成の制御プログラム］
次に、ワイヤボンディング装置における制御装置内のマイクロコンピュータによる低ループ形成を行うための制御プログラムについて図１、図４及び図８を参照して説明する。図８は、マイクロコンピュータによる低ループ形成における制御プログラムのフローチャートを示す図である。

なお、第１ボンディング点であるパッド及び第２ボンディング点であるリードのＸＹ座標値、ループ形成に必要なキャピラリ３の上昇量Ｚ１，Ｚ３、下降量Ｚ２，Ｚ４及びＸＹ移動量Ｌ１，Ｌ２、超音波パワー、印加時間等のボンディングパラメータ、その他ボンディングに必要なデータは前もって設定しておくようにする。

最初に、ボンディングすべき第１ボンディング点であるパッド及び第２ボンディング点であるリードのＸＹ座標値を読み出すようにする。ＸＹテーブル１２を制御してキャピラリ３が第１ボンディング点であるパッド直上に移動するようにする。移動後ボンディングアーム２を下降するようにする。キャピラリ３先端のフリーエアーボール３６がパッドに接地したときに、超音波発振器に起動信号を発し、超音波ホーンの振動子に所定の超音波パワーを所定の時間印加し、また、ボンディングヘッド６のリニアモータに所定の荷重を所定の時間印加するように制御して、パッドにフリーエアーボール３６を圧接して圧着ボール３７を形成するようにする（ステップＳ１）。次に、記憶装置に記憶されているキャピラリ３の上昇量Ｚ１を読み出してボンディングアーム２をＺ１分上昇するようにして、キャピラリ３をＢ点まで上昇するようにする（ステップＳ２）。

次に制御装置１７内のマイクロコンピュータの記憶装置に記憶されている下降量Ｚ２及びＸＹ移動量Ｌ１を読み出して、ＸＹ移動量Ｌ１が第１ボンディング点のＸＹ位置の座標と第２ボンディング点のＸＹ位置の座標を結ぶ直線上に位置するように、Ｘ軸の移動量及びＹ軸の移動量を決定する。そしてボンディングアーム２を下降量Ｚ２に基づいて下降するようにし、また、ＸＹ移動量Ｌ１に相当するＸ軸の移動量及びＹ軸の移動量を駆動装置に出力してキャピラリ３をＢ点から第２ボンディング点側のＣ点に移動するようにする。なお、キャピラリ３の下降移動は直線的に行うように制御する。これは、キャピラリ３を第２ボンディング点側のＣ点に移動しながら下降してネック部４２を含む圧着ボール３７の上部の側面を斜めから押圧して、圧着ボール３７の頭頂部３８の第２ボンディング点側に圧着ボール３７のネック部４２を有する膨出部４１を形成するためである（ステップＳ３）。

次に、記憶装置に記憶されている上昇量Ｚ３を読み出してボンディングアーム２をＺ３分上昇するようにして、キャピラリ３をＣ点からＤ点まで上昇するようにする（ステップＳ４）。次に、記憶装置に記憶されている下降量Ｚ４及びＸＹ移動量Ｌ２を読み出して、ＸＹ移動量Ｌ２が第１ボンディング点のＸＹ位置の座標と第２ボンディング点のＸＹ位置の座標を結ぶ直線上に位置するように、Ｘ軸の移動量及びＹ軸の移動量を決定する。そしてボンディングアーム２を下降量Ｚ４に基づいて下降するようにし、ＸＹ移動量Ｌ２に相当するＸ軸の移動量及びＹ軸の移動量を駆動装置に出力してキャピラリ３をＤ点から第２ボンディング点側のＥ点に移動するようにする。なお、キャピラリ３の下降移動は直線的に行うように制御する。これは、キャピラリ３が第２ボンディング点側に移動しながら下降してネック部４２を有する膨出部４１を押圧して、圧着ボール３７の頭頂部３８から水平にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部３９を形成するためである（ステップＳ５）。以上により、第１ボンディング点の圧着ボールの頭頂部にはワイヤ引出部が形成される。

次に、第１ボンディング点から第２ボンディング点へのワイヤループの形成を行う。なお、Ｅ点以後のキャピラリ３の上昇量、下降量、ＸＹ移動量は、第１ボンディング点と第２ボンディング点間のワイヤ長、ループのフラット部分の長さによって決定されるため、Ｅ点以後の動作はキャピラリ３の移動の形態について述べる。

Ｅ点からＦ点までのＸＹ移動量は、第１ボンディング点のＸＹ位置の座標と第２ボンディング点のＸＹ位置の座標を結ぶ直線上に位置するように、Ｘ軸の移動量及びＹ軸の移動量を決定する。そしてボンディングアーム２を上昇するようにし、Ｆ点までのＸＹ移動量に相当するＸ軸の移動量及びＹ軸の移動量を駆動装置１６に出力してＸＹテーブル１２を制御し、キャピラリ３をＥ点から第２ボンディング点側のＦ点に移動、上昇させるようにする。なお、キャピラリ３の上昇移動は直線的に行うように制御する（ステップＳ６）。

次に、ボンディングアーム２を上昇するようにして、キャピラリ３をＦ点から第２ボンディング点側のＧ点に上昇させるようにする（ステップＳ７）。

次に、Ｇ点からＨ点までのＸＹ移動量に相当するＸ軸の移動量及びＹ軸の移動量を駆動装置に出力してＸＹテーブル１２を制御し、キャピラリ３をＧ点から第２ボンディング点と反対側のＨ点に移動してリバース動作を行う（ステップＳ８）。リバース動作後、キャピラリ３がＨ点からＩ点に上昇するようにボンディングアーム２を上昇させる（ステップＳ９）。次に、Ｉ点から第２ボンディング点であるＫ点までキャピラリ３をＪ点を通って円弧移動するように、ボンディングアーム２及びＸＹテーブル１２を制御する（ステップＳ１０）。第２ボンディング点のＫ点に接地後、超音波発振器により前もって設定した超音波パワー、印加時間で振動子を駆動し、また、ボンディングヘッド６により所定の大きさの荷重を所定の時間キャピラリ３に印加して、ワイヤ３５を第２ボンディング点のリード３３に接合するようにする（ステップＳ１１）。

次に、ボンディングアーム２を上昇させて、キャピラリ３の先端からワイヤ３５を繰り出しながらキャピラリ３を上昇するように制御し、所定の上昇位置でクランパ４を閉じて、ワイヤ３５を第２ボンディング点から引きちぎり、その後放電電極５（図２に図示）に高電圧を印加してワイヤ３５の先端にフリーエアーボール３６を形成するようにする（ステップＳ１２）。以後、ステップＳ１からの動作を繰り返して所定のワイヤ数をボンディングするようにする（ステップＳ１３）。

以上説明した、低ループの形成方法で形成した第１ボンディング点に於ける圧着ボールの形状及びワイヤ引出部からのワイヤの形状の一例を図９を参照して説明する。図９は、第１ボンディング点での圧着ボール及びワイヤ引出部の形状の一例を示す図である。

図９に示すように、第１ボンディング点に於ける圧着ボール３７は、その頭頂部３８の第２ボンディング点側と反対の位置に平坦部４０を有し、第２ボンディング点側にはワイヤ引出部３９を有している。ワイヤ引出部３９は、バンプ形状を有する圧着ボール３７の頭頂部３８にワイヤ３５を接合したような形状を有している。しかしながら、ワイヤ引出部３９は、圧着ボール３７と一体に形成されているものであり、ワイヤ３５を接合したものでないため、圧着ボール３７とワイヤ引出部３９とは、十分な強度を有している。ワイヤ引出部３９からは第２ボンディング点側にワイヤ３５が引き出されており、被ボンディング部品の表面と水平を成すようにループが形成されている。

［ループ高さ］
次に、本発明によるループ形成方法で形成したループ形状におけるループ高さについて図１０を参照して説明する。図１０は、本発明による低ループの形状及びループ高さを説明する図であり、図７（ｄ）に示すＩＣチップ３０上の第１ボンディング点であるパッド３１とリードフレーム３２の第２ボンディング点であるリード３３間の低ループ形成での、第１ボンディング点近傍における圧着ボール３７及び圧着ボール３７からのワイヤ３５の詳細を示したものである。

図１０に示すように、圧着ボール３７は、その頭頂部３８の第２ボンディング点側と反対の位置に平坦部４０を有し、第２ボンディング点側にはワイヤ引出部３９を有している。なお、図１０に示す圧着ボール３７の形成は、図４に示すキャピラリ３の上昇量Ｚ１，Ｚ３、下降量Ｚ２，Ｚ４及びＸＹ移動量Ｌ１，Ｌ２を上述した題目［キャピラリの移動量］での代表値で行う。

図１０に示すループ高さＬＨ２は、圧着厚Ｔ４と、ボール表面４３からワイヤ３５の下面までのギャップＴ５と、ワイヤ径Ｔ６との合計した値である。図１０に示すＱ点は、ワイヤの最も高い位置であり、キャピラリが図４に示すＥ点に下降したときの目標ループ高である４０μｍに相当する高さである。また、図１０に示す圧着厚Ｔ４は１０μｍ、ワイヤ径Ｔ６は２５μｍであり、圧着表面とワイヤとのギャップ長Ｔ５は５μｍとなる。このため、ループ高さＬＨ２は、目標ループ高である４０μｍとなる。このように、本発明によるワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラムによれば、ワイヤ径の２倍以下のループ高さの形成が可能となる。

［測定結果］
以下に、ワイヤ径２５μｍのワイヤを用いて、上述した低ループの形成方法に基づいて行ったボンディングでのループ高さ、引っ張り強度を測定した結果を図１１に示す。図１１は、ワイヤ数１０本でのループ高さ、引っ張り強度を測定した結果を示す図である。

図１１に示すように、ワイヤ数１０本でのループ高さの平均値は、３７．６μｍであり、また、ループ高さの最大値は、４１．４μｍであるため、ループ高さをワイヤ径の２倍以下にするとの目標を十分に達成している。また、引っ張り強度（プル強度）は、平均値が４．８ｇｆであり、最小値が４．２ｇｆである。また、ワイヤの切断モードは、すべてのワイヤでＢモード（ネック部からの切断）であるため、本ワイヤループ形成方法において十分な引っ張り強度を有することを確認した。また、図１１には記載していないが、圧着ボールに水平方向に荷重を加えて圧着ボールとパッドとの接合が壊れたときの荷重を測定したシェア強度も十分な強度を有し、また、シェア強度の測定時の圧着ボールとパッドとの剥離状態を示す剥離モードも全てパッド上に金が残っていることを確認した。

以上述べたように、従来、ワイヤ径の２倍以下のループ高さを持つループを形成することが困難であったが、本発明によれば、第１ボンディング点直上の高さを低くすることができるため、ワイヤ径の２倍以下のループ高さを持つループを形成することが可能となる。

また、キャピラリ３は、第１ボンディング点の圧着ボールの側面を第２ボンディング点側に下降しながら押圧するため、圧着ボールに作用する水平方向の力が弱められ、パッドと圧着ボールとの接合への影響が与少ないため、パッドと圧着ボールの接合強度を維持することができる。

また、第１ボンディング点の圧着ボールとワイヤのネック部分との接合部分の断面積が増加して、ワイヤのネック部分での必要な強度を維持することができる。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

ワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。 図１に示すワイヤボンディング装置のキャピラリ、クランパ、放電電極の位置関係を示す説明図である。 キャピラリの下部の形状を示す断面図である。 ループ形成におけるキャピラリの移動軌跡を示す図である。 キャピラリの移動軌跡による各時点でのボール圧着形状及びワイヤ形状を示す図である。 図５に示す（ａ）から（ｇ）のボール圧着形状の詳細を示す一部断面図を含む図である。 図５に示す（ｈ）から（ｋ）のボール圧着形状の詳細を示す一部断面図を含む図である。 マイクロコンピュータによる低ループ形成における制御プログラムのフローチャートを示す図である。 本発明による第１ボンディング点での圧着ボール及びワイヤ引出部の形状の一例を示す図である。 本発明による低ループの形状及びループ高さを説明する図である。 ループ高さ、引っ張り強度を測定した結果を示す図である。 従来の低ループの形状及びループ高さを説明する図である。

符号の説明

１ ワイヤボンディング装置
２ 超音波ホーン（ボンディングアーム）
３ キャピラリ（ボンディングツール）
３ａ チャンファー面
３ｂ 底部
３ｃ ホール
４ クランパ
５ 放電電極（トーチロッド）
６ ボンディングヘッド
７ 位置検出センサ
８ カメラ
９ 光学レンズ
１２ ＸＹテーブル
１３ ヒータ部
１６ 駆動装置
１７ 制御装置
２２ 操作部（トラックボール）
２３ 操作パネル
２４ モニタ
３０ 半導体チップ（ＩＣチップ）
３１ パッド
３２ リードフレーム
３３ リード
３５ ワイヤ
３５ａ 曲げ癖
３６ フリーエアーボール（ＦＡＢ）
３７、５１ 圧着ボール
３８ 頭頂部
３９ ワイヤ引出部
４０ 平坦部
４１ 膨出部
４２ ネック部
４３ ボール表面
５０ ワイヤ折り返し部

Claims (20)

1. 第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング方法において、
   キャピラリ先端のフリーエアーボールを第１ボンディング点に圧着して所望の圧着厚を有する圧着ボールを形成し、
   前記圧着ボールの形成後に前記キャピラリが上昇し、上昇後に前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部を形成するようにしたことを特徴とするワイヤボンディング方法。
2. 前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側と反対側の部分が平坦であることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
3. 前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側に膨出部が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のワイヤボンディング方法。
4. 前記膨出部は、前記キャピラリが第２ボンディング点側に水平移動又は下降しながら前記圧着ボールの上部の側面を前記キャピラリのチャンファー面及び底部によって押圧して形成することを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディング方法。
5. 前記膨出部の形成は、前記キャピラリに超音波振動を印加して前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの側面を押すようにすることを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディング方法。
6. 前記膨出部の形成で、前記キャピラリの水平の移動量に対する前記キャピラリの下降量の比率が０から１以下の範囲となるように、前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動することを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディング方法。
7. 前記膨出部を形成後に前記キャピラリが上昇し、上昇後に前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を押圧して前記圧着ボールの頭頂部から水平方向にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部を形成することを特徴とする請求項３乃至請求項６のうち、いずれか１に記載の記載のワイヤボンディング方法。
8. 前記ワイヤ引出部の形成は、前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を整形し、移動中に前記キャピラリから繰り出されたワイヤの上面を押圧するようにすることを特徴とする請求項７記載のワイヤボンディング方法。
9. 前記ワイヤ引出部の形成は、前記キャピラリに超音波振動を印加して前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら行うことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のワイヤボンディング方法。
10. 前記ワイヤ引出部の形成で、前記キャピラリの水平の移動量に対する前記キャピラリの下降量の比率が１以上となるように、前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら下降することを特徴とする請求項７乃至請求項９のうち、いずれか１に記載のワイヤボンディング方法。
11. 前記膨出部の形成における前記キャピラリの上昇量から下降量を引いた値と、ワイヤ引出部の形成における前記キャピラリの上昇量から下降量を引いた値と、前記圧着ボールの形成における前記所望のボール圧着厚とを加算した値が、目標とするループ高さ以下になるように前記キャピラリを制御することを特徴とする請求項７乃至請求項１０のうち、いずれか１に記載のワイヤボンディング方法。
12. 前記ワイヤ引出部を形成後に前記キャピラリが第２ボンディング点側に移動しながら上昇し、上昇後に前記キャピラリが第２ボンディング点と反対側に移動してワイヤに癖を付けるリバース動作を行い、リバース動作後に前記キャピラリが第２ボンディング点に移動してワイヤを第２ボンディング点に圧着して接合して、ワイヤを張設することを特徴とする請求項７乃至請求項１１のうち、いずれか１に記載のワイヤボンディング方法。
13. 前記圧着ボールの頭頂部の前記ワイヤ引出部の側面からワイヤが第２ボンディング点側にほぼ水平に延びるように張設することを特徴とする請求項１２記載のワイヤボンディング方法。
14. 前記リバース動作は、前記キャピラリを、水平移動、直線的に下降移動、円弧状に下降移動、直線的に上昇移動、円弧状に上昇移動の各リバース動作から少なくとも１以上のリバース動作が可能であり、前記リバース動作をｎ回（ｎ＝１，２・・・）繰り返すことを特徴とする請求項１２記載のワイヤボンディング方法。
15. 第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、
    第１ボンディング点に圧着された圧着ボールに形成された頭頂部の第２ボンディング点側にさらにワイヤ引出部を設けたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
16. 前記圧着ボールの前記頭頂部の第２ボンディング点側と反対側の部分が平坦であることを特徴とする請求項１５記載のワイヤボンディング装置。
17. 第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、
    前記キャピラリをＸＹ平面上に所定の位置に位置決めするＸＹ位置決め手段と、
    前記キャピラリを上下に移動するキャピラリ上下移動手段を有し、前記第１ボンディング点及び前記第２ボンディング点にボンディングを行うボンディング手段とを備え、
    前記ボンディング手段により第１ボンディング点に前記キャピラリ先端のボールを前記第１ボンディング点に圧着して圧着ボールを形成し、
    前記圧着ボールの形成後に前記キャピラリ上下移動手段によりキャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段によりキャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側に膨出部を形成するようにしたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
18. 前記膨出部を形成後に前記キャピラリ上下移動手段により前記キャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段により前記キャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を押圧して前記圧着ボールの頭頂部から水平にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部を形成するようにしたことを特徴とする請求項１７記載のワイヤボンディング装置。
19. キャピラリをＸＹ平面上に所定の位置に位置決めするＸＹ位置決め手段と、
    キャピラリを上下に移動するキャピラリ上下移動手段と、前記第１ボンディング点及び前記第２ボンディング点にボンディングを行うボンディング手段と、前記ＸＹ位置決め手段及びボンディング手段を制御する制御手段とを有し、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続するワイヤボンディング装置のワイヤボンディング制御プログラムであって、
    前記ボンディング手段により第１ボンディング点に前記キャピラリ先端のボールを前記第１ボンディング点に圧着して圧着ボールを形成するボール圧着ステップと、
    前記圧着ボールの形成後に前記キャピラリ上下移動手段によりキャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段により前記キャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら前記圧着ボールの上部の側面を押圧して、前記圧着ボールの頭頂部の第２ボンディング点側に膨出部を形成する第１の押圧ステップとを有することを特徴とするワイヤボンディング制御プログラム。
20. 前記第１の押圧ステップ後に前記キャピラリ上下移動手段により前記キャピラリを上昇させ、上昇後に前記キャピラリ上下移動手段及び前記ＸＹ位置決め手段により前記キャピラリを第２ボンディング点側に移動しながら下降して前記膨出部の上部を押圧して前記圧着ボールの頭頂部から水平にワイヤを引き出すためのワイヤ引出部を形成する第２の押圧ステップとを有することを特徴とする請求項１９記載のワイヤボンディング制御プログラム。