JP2017168735A - Wire bonding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はワイヤボンディング方法に関する。 The present invention relates to a wire bonding method.
従来、半導体チップの電極パッドとリードフレームとを金属製のワイヤによって電気的に接続するワイヤボンディング技術においてAuワイヤ(金ワイヤ)が一般的に用いられてきた。近年では、Auよりも反射率が高く、価格が安いAgワイヤ(銀ワイヤ)をワイヤボンディングに使用することにつき検討が進んでいる(特許文献1の段落[0008]等参照)。 Conventionally, an Au wire (gold wire) has been generally used in a wire bonding technique in which an electrode pad of a semiconductor chip and a lead frame are electrically connected by a metal wire. In recent years, studies have been conducted on the use of Ag wire (silver wire), which has higher reflectance and lower price than Au, for wire bonding (see paragraph [0008] of Patent Document 1).
ただし、AgはAuと比べて硬く、脆いため、Auワイヤの場合とまったく同じボンディング方法では、安定した接合ができないおそれがある。
ワイヤの接合性を向上させるため、特許文献2に記載されているように半導体チップの電極パッドに白金(Pt)を用いることも考えられる(特許文献2の段落[0006]等参照)。しかしながら、その分、半導体チップの製造コストが高くなるという問題がある。また、Ag以外のワイヤに対する接合性が損なわれてしまう等の問題もある。
However, since Ag is harder and more brittle than Au, there is a possibility that stable bonding cannot be achieved by the same bonding method as that for Au wire.
In order to improve the bondability of the wire, it is conceivable to use platinum (Pt) for the electrode pad of the semiconductor chip as described in Patent Document 2 (see paragraph [0006] and the like of Patent Document 2). However, there is a problem that the manufacturing cost of the semiconductor chip increases accordingly. In addition, there is a problem that the bondability to wires other than Ag is impaired.
本発明は上記に鑑み、ワイヤボンディング技術において、Ag等のAu以外のワイヤを安定的に半導体チップの電極パッドに対して接合するための方法を提供することをその目的の一つとする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a method for stably bonding a wire other than Au, such as Ag, to an electrode pad of a semiconductor chip in the wire bonding technique.
本発明の発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のような本発明の各局面に想到した。
すなわち、本発明の第1の局面に係る方法は、キャピラリを用いて半導体チップの電極パッドにボンディングワイヤを接続するワイヤボンディング方法であって、ワイヤボンディング方法は、キャピラリが電極パッドに対して接地をする前から、キャピラリに第1の超音波出力を印加するステップと、キャピラリが接地をした後、キャピラリおよびボンディングステージの少なくとも一方を、第1の超音波出力よりも低い周波数かつ大きな振幅で電極パッドの表面に沿う方向に振動させるステップと、を含む。
The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems, and as a result, have arrived at the following aspects of the present invention.
That is, a method according to the first aspect of the present invention is a wire bonding method in which a bonding wire is connected to an electrode pad of a semiconductor chip using a capillary, and the wire bonding method is configured such that the capillary is grounded to the electrode pad. Before applying the first ultrasonic output to the capillary, and after the capillary is grounded, at least one of the capillary and the bonding stage is connected to the electrode pad at a lower frequency and a larger amplitude than the first ultrasonic output. Oscillating in a direction along the surface.
上記局面に係る方法によれば、キャピラリが電極パッドに対して接地をする前からキャピラリに第1の超音波出力を印加する。これにより、キャピラリ先端のイニシャルボールは、超音波振動をしながら半導体チップの電極パッドに対して接触することとなる。そのため、イニシャルボールから半導体チップの電極パッド表面に対して比較的大きな負荷(衝撃)を与えることができる。結果として、イニシャルボールおよび電極パッドの表面の汚れおよび酸化膜をより効果的に除去することができ、ボンディングワイヤと電極パッドとの金属間接着をより強固なものとすることができる。さらには、キャピラリが接地をした後、キャピラリおよびボンディングステージの少なくとも一方を、第1の超音波出力よりも低い周波数かつ大きな振幅で電極パッドの表面に沿う方向に振動させる。これにより、キャピラリの先端を電極パッド表面のより広い部分に対して接近させることができるため、ファーストボールの径を大きくし、かつ、ボンディングワイヤと電極パッドとの金属間接着をより強固なものとすることができる。 According to the method according to the above aspect, the first ultrasonic output is applied to the capillary before the capillary contacts the electrode pad. As a result, the initial ball at the tip of the capillary comes into contact with the electrode pad of the semiconductor chip while performing ultrasonic vibration. Therefore, a relatively large load (impact) can be applied from the initial ball to the electrode pad surface of the semiconductor chip. As a result, the dirt and oxide film on the surfaces of the initial ball and the electrode pad can be more effectively removed, and the metal-to-metal adhesion between the bonding wire and the electrode pad can be made stronger. Furthermore, after the capillary is grounded, at least one of the capillary and the bonding stage is vibrated in a direction along the surface of the electrode pad at a frequency lower than that of the first ultrasonic output and with a larger amplitude. As a result, the tip of the capillary can be brought closer to a wider part of the surface of the electrode pad, so that the diameter of the first ball is increased and the bonding between the bonding wire and the electrode pad is made stronger. can do.
本発明の第2の局面によれば、上記ワイヤボンディング方法は、キャピラリが接地をした後、キャピラリに対して第2の超音波出力を印加するステップを更に含み、第1の超音波出力は、第2の超音波出力と等しいか、より大きい。ある範囲内においては、キャピラリの接地前に印加される第1の超音波出力が大きい程、ボンディングワイヤと電極パッドとの金属間接着がより強固なものとなる。よって、第2の局面によれば、第1の局面と同等か、それ以上の効果が得られる。 According to the second aspect of the present invention, the wire bonding method further includes a step of applying a second ultrasonic output to the capillary after the capillary is grounded, wherein the first ultrasonic output is: Equal to or greater than the second ultrasound output. Within a certain range, the larger the first ultrasonic power applied before the capillary is grounded, the stronger the metal-to-metal bonding between the bonding wire and the electrode pad. Therefore, according to the second aspect, an effect equal to or greater than that of the first aspect can be obtained.
本発明の第3の局面によれば、上記ワイヤボンディング方法において、キャピラリのサーチスピード、すなわち、接地を検出するためにキャピラリが縦方向に移動する速度は10mm/s以下である。装置構成によっては、サーチスピードを遅くすることで、イニシャルボールが電極パッドに接触した状態で第1の超音波出力を印加する時間を長くすることができ、それによりボンディングワイヤと電極パッドとの金属間接着をより強固なものとすることができる。 According to the third aspect of the present invention, in the above wire bonding method, the capillary search speed, that is, the speed at which the capillary moves in the vertical direction to detect grounding is 10 mm / s or less. Depending on the device configuration, by slowing down the search speed, it is possible to lengthen the time during which the first ultrasonic output is applied while the initial ball is in contact with the electrode pad, and thereby the metal between the bonding wire and the electrode pad. Inter-bonding can be made stronger.
本発明の第4の局面によれば、上記ワイヤボンディング方法において、ボンディングワイヤはAgからなる。上記第1〜第3の局面に係るワイヤボンディング方法によれば、Agワイヤを用いる場合であっても安定した接合を行い得る。 According to a fourth aspect of the present invention, in the wire bonding method, the bonding wire is made of Ag. According to the wire bonding methods according to the first to third aspects, stable bonding can be performed even when an Ag wire is used.
本発明の第5の局面による検査方法は、上記ワイヤボンディング方法により半導体チップの電極パッドにボンディングワイヤを接続するステップと、ボンディングワイヤのシェア試験を実施するステップと、を含む。これによれば、半導体チップ単体の検査(出荷前抜き取り検査等)の信頼性を向上させることができる。 An inspection method according to a fifth aspect of the present invention includes a step of connecting a bonding wire to an electrode pad of a semiconductor chip by the above-described wire bonding method, and a step of performing a shear test of the bonding wire. According to this, the reliability of the inspection of the semiconductor chip alone (sampling inspection before shipping, etc.) can be improved.
図1は、本発明の一実施形態に係るワイヤボンディング方法に用い得るワイヤボンディング装置1およびワイヤボンディング方法の対象物の例を概略的に示す図である。図1に示すように、半導体チップ100の電極パッドに対してワイヤボンディングを行うワイヤボンディング装置1は、ボンディングワイヤ40をボンド点に接触させて圧着するキャピラリ10と、超音波を発生しキャピラリ10に対して超音波振動を印加する超音波振動子20と、キャピラリ10および超音波振動子20を上下および前後左右方向に移動させるアーム30と、アーム30を駆動する駆動部50と、駆動部50を含む各部を制御する制御部60と、を有する。ワイヤボンディング装置1はさらに、キャピラリ10に対してボンディングワイヤ40を送り込み、キャピラリ10の先端から延出させるためのワイヤ送り装置や、半導体を載置するボンディングステージ(すなわち、ステージ)、配線などを備えるが、それらについては一部図示を省略する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a
次に、半導体チップ100の電極パッドとリードフレームとをワイヤボンディングにより接続する一般的な工程の概略を説明する。半導体チップ100は支持体200に対してAgペーストなどの接着剤により固着されている。キャピラリ10の先端から延出したボンディングワイヤ40の先端はボール状に加工されイニシャルボール41となっている。まず、アーム30の駆動によりキャピラリ10を半導体チップ100の電極パッド表面に対して接近させ、イニシャルボール41を電極パッド表面に接触させる。この接触が成った状態を、本明細書においては「接地」と呼ぶこととする。次に、超音波振動子20によりキャピラリ10に対して超音波振動を印加する。これによりイニシャルボール41および電極パッドの表面の汚れや酸化物を破壊して金属間接着を行う。次に、キャピラリ10をリードフレーム側に移動させ、ボンディングワイヤ40をリードフレームに接合する。次に、電気トーチ(図示せず)からの放電によりボンディングワイヤ40の先端を溶融してボール状のイニシャルボール41を形成する。
Next, an outline of a general process for connecting the electrode pad of the
図2は、上記のワイヤボンディング方法により、半導体チップ100の一例としてのLEDチップ100の電極パッドとリードフレーム201、202とを電気的に接続した例を示す部分断面図である。図2中の42はイニシャルボール41の変形により形成されたファーストボールであり、ボンディングワイヤ40のファーストボール42と反対側の端部43がリードフレーム201、202にそれぞれ電気的に接続されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example in which the electrode pads of the
本実施形態においては、ボンディングワイヤ40としてAgを原料とするワイヤを用いる。本案におけるAgを原料とするボンディングワイヤ40としては、Agが100%で構成されるワイヤのほか、Agを主成分とするワイヤを用いることができる。Agを主成分とするワイヤとしてはAgが50%以上であればよく、例えば、本案においては、Agが88%、Pdが8.5%、Auが3.5%のボンディングワイヤ40を好適に採用し得る。
In the present embodiment, a wire made from Ag is used as the
このようにAgを原料とするボンディングワイヤ40を用いる場合、半導体チップ100の電極パッドとボンディングワイヤ40の十分な接合強度を確保するためには、Auワイヤの場合とは異なるワイヤボンディング条件が存在すると考えられる。そこで、ワイヤボンディング条件を様々に変化させて、半導体チップ100の電極パッドとAgを原料とするボンディングワイヤ40との接合強度を向上させるのに好適なワイヤボンディング条件を探索する試験を行った。ボンディングワイヤ40と電極パッドとの接合強度の指標としてシェア強度を用いた。
Thus, when using the
シェア強度に影響のあるワイヤボンディング条件として、「接地後超音波出力」と「ボンド荷重」の2つの制御パラメータが用いられる場合があった。今回、本発明の発明者らが新たに行った実験により、「接地前超音波出力」、「サーチスピード」、「スクラブ動作回数」、「スクラブ動作振幅」なる4つ制御パラメータがシェア強度に大きな影響を与え得ることが明らかとなった。そこで、以下ではそれら4つの制御パラメータの説明を行うとともに、各制御パラメータがシェア強度に影響を与える理由について図を参照しながら説明する。 In some cases, two control parameters of “ultrasonic output after grounding” and “bond load” are used as wire bonding conditions that affect the shear strength. According to a new experiment conducted by the inventors of the present invention, four control parameters such as “ultrasonic output before ground contact”, “search speed”, “number of scrub operations”, and “scrub operation amplitude” have a large share strength. It became clear that it could have an impact. In the following, these four control parameters will be described, and the reason why each control parameter affects the share strength will be described with reference to the drawings.
[接地前超音波出力]
従来のワイヤボンディング技術においては、キャピラリ10に対する超音波振動の印加は、半導体チップ100に対するキャピラリ10の接地を検出した後に開始されていた。このような超音波振動の印加の状態を図3(A)に模式的に示す。図3(A)において超音波振動が印加されたキャピラリ10の振れ幅を両矢印frにより模式的に表す。この状態においてイニシャルボール41は既に半導体チップ100に接しているため、両者間の摩擦の影響により、イニシャルボール41の振れ幅a1は振れ幅frと比べて相当小さなものとなっている。
[Ultrasonic output before grounding]
In the conventional wire bonding technique, application of ultrasonic vibration to the capillary 10 is started after the grounding of the capillary 10 to the
一方、本実施形態においては、キャピラリ10への超音波振動の印加を、半導体チップ100に対するキャピラリ10の接地を検出する前から継続的に行うこととした。図3(B)に、接地前の状態において超音波振動が印加されたキャピラリ10の振れ幅frを模式的に示す。図3(B)の状態においては、キャピラリ10の先端のイニシャルボール41が自由端となっている。そのため、図3(A)の場合と同じ振れ幅frでキャピラリ10が振動する場合、イニシャルボール41は半導体チップ100との摩擦によって振動を妨げられることがないため、図3(A)の場合の振れ幅a1よりも大きな振れ幅a2で振動する。
On the other hand, in the present embodiment, application of ultrasonic vibration to the capillary 10 is continuously performed before the grounding of the capillary 10 with respect to the
そのため、図3(B)に示す状態からキャピラリ10が降下してイニシャルボール41が半導体チップ100の電極パッドに接触する瞬間には、イニシャルボール41は少なくとも図3(A)に示す振れ幅a1より大きな振れ幅で振動している。よって、イニシャルボール41が半導体チップ100の電極パッドに接触する瞬間に、比較的大きな振れ幅のイニシャルボール41の振動により半導体チップ100の電極パッドに対してより大きな負荷(衝撃)を与えることができる。結果として、イニシャルボール41および電極パッドの表面の汚れおよび酸化膜をより効果的に除去することができ、ボンディングワイヤ40と電極パッドとの金属間接着をより強固なものとすることができる。さらに、ある範囲内においては、接地前超音波出力が大きい程、電極パッドに与える負荷(衝撃)がより大きくなり、金属間接着をより強固なものとする効果も向上すると考えられる。
Therefore, at the moment when the capillary 10 descends from the state shown in FIG. 3B and the
[サーチスピード]
キャピラリ10の接地を検出する方法の例を図4(A)に基づき説明する。この方法は本実施形態においても用いられる。この方法においては、キャピラリ10の高さH(図1参照)を経時的に計測し、図4(A)の実線(ア)により示す高さHの実測値の変化が止まった時点t1から、サーチ荷重または高さHの実測値の履歴から予想される高さHの予想値(破線(イ)により示す)の変化が所定の閾値(幅bにより示す)に達した時点t2をもってキャピラリ10の接地を検出する。本実施形態においては、接地を検出する時点t2までは接地前超音波出力fr1をキャピラリ10に印加し、時点t2以降は接地後超音波出力fr2をキャピラリ10に印加する。実際にはイニシャルボール41は時点t1で半導体チップ100の電極パッドに接触するため、時点t1から時点t2の間、接地前超音波出力fr1がキャピラリ10に対して印加される。
[Search speed]
An example of a method for detecting the grounding of the capillary 10 will be described with reference to FIG. This method is also used in this embodiment. In this method, the height H (see FIG. 1) of the capillary 10 is measured over time, and from the time t1 when the change in the actual measurement value of the height H indicated by the solid line (a) in FIG. At the time t2 when the change in the predicted value of the height H (indicated by a broken line (A)) estimated from the history of the actual value of the search load or the height H reaches a predetermined threshold (indicated by the width b), the capillary 10 Detect grounding. In this embodiment, the ultrasonic output fr1 before grounding is applied to the capillary 10 until the time t2 when the grounding is detected, and the ultrasonic output fr2 after grounding is applied to the capillary 10 after the time t2. Actually, since the
本実施形態においては接地のサーチスピードを比較的遅く設定する。図4(A)の実線(ア)および破線(イ)の傾きがサーチスピードに対応する。図4(A)よりもサーチスピードを遅くすると、図4(B)のように実線(ア)および破線(イ)の傾きがなだらかになる。閾値bが一定であるため、図4(A)と比べると、図4(B)の時点t1から時点t2までの時間が長くなる。そうすると、図4(B)において接地前超音波出力fr1をキャピラリ10に印加する時間が図4(A)の場合より長くなる。よって、図4(A)の場合よりも、図4(B)のようにサーチスピードを遅くした方が、接地前超音波出力fr1によって電極パッドに与えられる負荷(衝撃)の総量が大きくなる。よって、ボンディングワイヤ40と電極パッドの接合がより強固なものとなる。
In this embodiment, the ground search speed is set to be relatively slow. The slopes of the solid line (A) and the broken line (A) in FIG. 4A correspond to the search speed. When the search speed is made slower than that in FIG. 4A, the slopes of the solid line (A) and the broken line (A) become gentle as shown in FIG. 4B. Since the threshold value b is constant, the time from the time point t1 to the time point t2 in FIG. 4B is longer than that in FIG. Then, the time for applying the pre-ground ultrasonic output fr1 to the capillary 10 in FIG. 4 (B) becomes longer than in the case of FIG. 4 (A). Therefore, the total amount of load (impact) applied to the electrode pad by the pre-ground ultrasonic output fr1 becomes larger when the search speed is slowed as shown in FIG. 4B than in the case of FIG. 4A. Therefore, the bonding between the
[スクラブ動作回数及び振幅]
本実施形態においては、キャピラリ10の接地後、キャピラリ10のスクラブ動作を行う。スクラブ動作とは、キャピラリ10を、超音波振動よりも低い周波数(約500Hz)かつ大きな振幅(約1〜5μm)で電極パッド表面に沿う方向に振動させる動作を指すものとする。より具体的には、図5の(2)に示すように、半導体チップ100の電極パッドに接地したキャピラリ10を電極パッドの表面と平行にボンド点Bを中心とする半径rの円軌道に沿って所定の回数だけ回転させる。この場合、円軌道の半径rの値がスクラブ動作の振幅(約1〜5μm)に相当する。図5の(1)はスクラブ動作開始時のキャピラリ10の軌道であり、ボンド点Bから加速しながら上記円軌道に入る加速軌道である。図5の(3)はキャピラリ10が円軌道上の回転を終えてボンド点Bに戻るまでの減速軌道を示す。
[Number of scrub operations and amplitude]
In this embodiment, after the capillary 10 is grounded, the capillary 10 is scrubbed. The scrub operation refers to an operation in which the capillary 10 is vibrated in a direction along the electrode pad surface at a lower frequency (about 500 Hz) and a larger amplitude (about 1 to 5 μm) than the ultrasonic vibration. More specifically, as shown in FIG. 5B, the capillary 10 grounded to the electrode pad of the
これによりファーストボール42の径を大きくすることができる。また、電極パッド材料にAuを用いる場合、図6(A)に示すように、キャピラリ10の超音波振動によって、キャピラリ10の先端部分において最もAuAg合金が形成され易い。そのため、本実施形態においては、接地後のスクラブ動作によってキャピラリ10を電極パッド表面に沿う方向に振動させることにより、キャピラリ10の先端部分を電極パッド表面のより広い部分に対して接近させることができ、図6(B)に示すように、AuAg合金部分をより広い範囲で形成することができる。よって、本実施形態によれば、ボンディングワイヤ40を電極パッドに対してより強固に接合できる。なお、スクラブ動作はキャピラリ10の動作に限らず、半導体チップ100を載置するステージ側の動作によるものであってもよい。
Thereby, the diameter of the
図5の(2)に示すキャピラリ10の回転動作を行う回数を1〜5回、円軌道の半径rを1〜5μmの範囲で変動させ、より強固な接合を達成するための好適な条件を探索した。それらの条件におけるスクラブ動作に要した時間(単位:ms)の例を次の表1に示す。
以上説明した本実施形態のワイヤボンディング方法を行うワイヤボンディング装置1の動作の一例を図7の動作チャートに基づいて説明する。図7の動作チャートは横軸を時間軸として、本実施形態によるワイヤボンディング方法を実施した際のワイヤボンディング装置1のキャピラリ高さH、キャピラリ10がアーム3から受ける荷重Fw、半導体チップ100が受ける荷重Fc、超音波振動子20の超音波出力fr、キャピラリ10のスクラブ動作を縦軸方向にそれぞれ示す。
An example of the operation of the
より具体的には、キャピラリ10が上方から半導体チップ100の電極パッド表面に向かって降下して時点t0にキャピラリ高さHが所定の値H0となると、サーチスピードを低下させる。時点t0より接地前超音波出力fr1の出力を開始する。その後の時点t12にキャピラリ10の接地を検出すると超音波出力の設定値を接地前超音波出力fr1から接地後超音波出力fr2に変更する。接地から出力時間dの間だけ接地後超音波出力fr2をキャピラリ10に印加する。また、接地の時点t12にキャピラリ10(またはステージ)の振動によるスクラブ動作を開始する。図7中のスクラブ動作における矩形は上下一組が図5の(2)で説明したキャピラリ10の回転動作1回分に相当する。矩形の高さrがスクラブ動作の振幅を表している。キャピラリ10は接地後超音波出力fr2の出力時間dの終了に伴い上昇を開始する。キャピラリ10がアーム30から受ける荷重Fwのうち、接地前の荷重Fw1はサーチ荷重、接地後の荷重Fw2はボンド荷重である。時点t12はキャピラリ10の接地の瞬間を表す。時点t12の瞬間を時間軸方向に引き延ばしたものが図4の時点t1から時点t2までの時間に相当すると考えることもできる。
More specifically, when the capillary 10 descends from above toward the electrode pad surface of the
(実施例)
本実施形態に係るワイヤボンディング方法によりAgワイヤをLEDチップの電極パッドに接合する実験を複数のワイヤボンディング条件の下で行った。各実験結果を実施例として以下説明する。
各実施例共通の実施条件は次の通りとした。
ボンディングワイヤの材質:Agを88%、Pdを8.5%、Auを3.5%含む
ボンディングワイヤの直径:25μm
ファーストボールの直径: 75±10μm
(Example)
An experiment for bonding an Ag wire to an electrode pad of an LED chip by a wire bonding method according to this embodiment was performed under a plurality of wire bonding conditions. Each experimental result will be described below as an example.
Implementation conditions common to each example were as follows.
Bonding wire material: 88% Ag, 8.5% Pd, 3.5% Au Bonding wire diameter: 25 μm
First ball diameter: 75 ± 10 μm
以上の実施条件に基づく本実施形態のワイヤボンディング方法の実施例1〜11のデータを、比較例1〜4のデータと共に図8に示す。図8には、各実施例および各比較例の制御パラメータとしてのサーチスピード、接地後超音波出力、接地前超音波出力、スクラブ動作振幅、スクラブ動作回数、および、計測値としてのファーストボール径(x方向およびy方向)、ファーストボールと電極パッドの接合面積、シェア強度、および、判定項目として判定値、シェア強度と判定値の差、評価がそれぞれ記載されている。 The data of Examples 1-11 of the wire bonding method of this embodiment based on the above implementation conditions are shown in FIG. 8 together with the data of Comparative Examples 1-4. FIG. 8 shows the search speed, the ultrasonic output after contact, the ultrasonic output before contact, the scrub action amplitude, the number of scrub actions, and the first ball diameter ( x direction and y direction), the bonding area of the first ball and the electrode pad, the shear strength, and the judgment item, the judgment value, the difference between the shear strength and the judgment value, and the evaluation are described.
比較例1、2は接地前超音波出力を印加せず、接地後のスクラブ動作も行わない例である。比較例3、4は接地後超音波出力と同じ接地前超音波出力を印加し、接地後のスクラブ動作は行わず、サーチスピードを比較的速くする例である。実施例1〜6は接地後超音波出力と同じ接地前超音波出力を印加し、接地後のスクラブ動作は行わない例である。実施例7、8は接地後超音波出力より大きな接地前超音波出力を印加し、接地後のスクラブ動作は行わない例である。実施例9、10は接地後超音波出力と同じ接地前超音波出力を印加し、接地後のスクラブ動作を行う例である。実施例11は、接地後超音波出力より大きな接地前超音波出力を印加し、接地後のスクラブ動作を行う例である。 Comparative Examples 1 and 2 are examples in which the ultrasonic output before grounding is not applied and the scrubbing operation after grounding is not performed. Comparative Examples 3 and 4 are examples in which the same pre-grounding ultrasonic output as that after the grounding is applied, the scrub operation after the grounding is not performed, and the search speed is relatively high. Examples 1 to 6 are examples in which the same ultrasonic output before grounding as the ultrasonic output after grounding is applied and the scrubbing operation after grounding is not performed. Examples 7 and 8 are examples in which an ultrasonic output before grounding larger than the ultrasonic output after grounding is applied and the scrubbing operation after grounding is not performed. Examples 9 and 10 are examples in which the same pre-ground ultrasonic output as the post-ground ultrasonic output is applied and the scrub operation after the ground is performed. Example 11 is an example in which a pre-ground ultrasonic output larger than the post-ground ultrasonic output is applied to perform a scrub operation after the ground.
図9は横軸を接合面積、縦軸をシェア強度として、図8の実施例および比較例のデータを座標平面上にプロットした図である。○で囲んだ1〜11の数字がそれぞれ実施例1〜11を表し、△で囲んだ1〜4の数字がそれぞれ比較例1〜4を表す。図中の直線は実施例1〜6の接合面積(μm2)とシェア強度(gf:グラム重)の回帰直線を表す。接合面積をx、シェア強度をyとすると、回帰直線は次式により表される。
[数1]
y=0.0177x−24.636
図8の判定値は、上記式に基づき算出した。すなわち、接合面積に基づき、判定値を次のように算出した。
[数2]
判定値=0.0177×接合面積−24.636
そして、各例の評価は次のような基準で行った。すなわち、図9の回帰直線との比較により各例の良否を評価した。
[数式3]
◎: シェア強度−判定値>2gf
○: −2gf≦シェア強度−判定値≦2gf
×: シェア強度−判定値<−2gf
FIG. 9 is a diagram in which the data of the example and the comparative example of FIG. 8 are plotted on a coordinate plane with the horizontal axis representing the bonding area and the vertical axis representing the shear strength.
[Equation 1]
y = 0.0177x-24.636
The determination value in FIG. 8 was calculated based on the above formula. That is, the determination value was calculated as follows based on the bonding area.
[Equation 2]
Determination value = 0.0177 × joint area−24.636
Each example was evaluated according to the following criteria. That is, the quality of each example was evaluated by comparison with the regression line of FIG.
[Formula 3]
A: Share strength-judgment value> 2 gf
○: -2 gf ≤ shear strength-judgment value ≤ 2 gf
×: Share strength−judgment value <−2 gf
図8および図9から、接地前超音波出力を印加しない比較例1、2と比較して、接地前超音波出力を印加する実施例1〜6ではシェア強度が安定的に確保できていることが分かる。ボンディングワイヤを電極パッドにより強固に接合するには両者間の接合面積を大きくすることが考えられ、実施例1→6のように超音波出力を大きくすることで、接地面積を拡大できる。しかしながら、素子側(パッド電極)の大きさに制約がある場合は、単に接地面積を拡大することは難しい。そこで実施例7〜11のようにすることで、接合面積の拡大を抑制しながらも、シェア強度を高めることができる。すなわち、接地後超音波出力と同じ接地前超音波出力を印加する実施例1〜6と比べて、接地後超音波出力より大きな接地前超音波出力を印加する実施例7、8、11の方がシェア強度を更に向上させられる傾向が読み取れる。また、スクラブ動作を行わない実施例1〜6と比べて、スクラブ動作を行う実施例9、10、11の方がシェア強度を更に向上させられる傾向が読み取れる。
実施例1〜11と比べてサーチスピードを速くした比較例3、4はシェア強度が悪化している。ここから、サーチスピードは遅い方が好ましいことが読み取れる。
From FIGS. 8 and 9, compared with Comparative Examples 1 and 2 in which the ultrasonic output before grounding is not applied, in Examples 1 to 6 in which the ultrasonic output before grounding is applied, the shear strength can be stably secured. I understand. In order to firmly bond the bonding wire with the electrode pad, it is conceivable to increase the bonding area between the two, and by increasing the ultrasonic output as in Examples 1 to 6, the grounding area can be expanded. However, if the size of the element side (pad electrode) is limited, it is difficult to simply increase the ground area. Therefore, by performing as in Examples 7 to 11, the shear strength can be increased while suppressing an increase in the bonding area. That is, compared with Examples 1-6 which apply the same pre-grounding ultrasonic output as the post-grounding ultrasonic output, Examples 7, 8, and 11 applying a pre-grounding ultrasonic output larger than the post-grounding ultrasonic output. However, it can be seen that the share strength is further improved. Further, it can be seen that in Examples 9, 10, and 11 in which the scrub operation is performed, the shear strength is further improved as compared with Examples 1 to 6 in which the scrub operation is not performed.
In Comparative Examples 3 and 4 in which the search speed is increased compared to Examples 1 to 11, the shear strength is deteriorated. From this, it can be seen that a slower search speed is preferable.
今回の実験により見出された、Agワイヤからなるボンディングワイヤと半導体チップ(例として、LEDチップ)の電極パッドの接合をより強固なものとするのに特に適した「サーチスピード」、「接地前超音波出力」、「スクラブ動作回数」、「スクラブ動作振幅」の条件を「本実施例の条件」として次の表2に示す。比較のため、Agワイヤを用いた従来のワイヤボンディング方法の場合の条件を「従来条件」として記載する。また、「従来条件」から「本実施例の条件」に変更した理由を「変更理由」として併せて記載する。表中の超音波出力の値は装置の設定値である。
上記表2においてはサーチスピードを10mm/sとしたが、シェア強度の向上のためには、サーチスピードを10mm/s以下、5mm/s以上とすることが好ましい。
上記表2においては接地前超音波出力を520としたが、これはAuワイヤを用いる場合の接地後超音波出力の約2倍の超音波出力に相当する。ある範囲内では、接地前超音波出力が大きい程、接地時に電極パッドに与える負荷(衝撃)が大きくなり、接合強度が向上する。シェア強度の向上のためには、接地前超音波出力を、接地後超音波出力の約1.00倍〜約1.08倍とすることが好ましい。
上記表2においてはスクラブ動作の回数を5回、振幅を2μmとした。シェア強度の向上のためにはスクラブ動作の回数を1回以上、振幅を2μm以上とすることが好ましい。一方、スクラブ動作の振幅は、ワイヤ直径の1/4以下とすることが好ましい。スクラブ動作がこれより大きくなると、ワイヤに過度の負荷がかかり、断線のおそれがあるためである。
上記の実施形態、実施例においてはスクラブ動作を円軌道に沿う動作としたが、楕円軌道に沿う動作としてもよく、その場合、楕円軌道の長軸の半分の長さがスクラブ動作の振幅に相当する。
In Table 2 above, the search speed is 10 mm / s. However, in order to improve the shear strength, the search speed is preferably 10 mm / s or less and 5 mm / s or more.
In Table 2 above, the ultrasonic output before grounding is set to 520, which corresponds to an ultrasonic output about twice as large as the ultrasonic output after grounding when an Au wire is used. Within a certain range, the greater the ultrasonic output before grounding, the greater the load (impact) applied to the electrode pad during grounding, and the bonding strength improves. In order to improve the shear strength, it is preferable to set the ultrasonic output before grounding to about 1.00 to 1.08 times the ultrasonic output after grounding.
In Table 2 above, the number of scrub operations was 5 and the amplitude was 2 μm. In order to improve the shear strength, it is preferable that the number of scrub operations is one or more and the amplitude is 2 μm or more. On the other hand, the amplitude of the scrubbing operation is preferably ¼ or less of the wire diameter. This is because if the scrubbing operation is larger than this, an excessive load is applied to the wire and there is a risk of disconnection.
In the above embodiments and examples, the scrubbing motion is a motion along a circular orbit, but it may be a motion along an elliptical trajectory, in which case the half length of the major axis of the elliptical trajectory corresponds to the scrubbing motion amplitude. To do.
(変形例)
上記実施形態に係るワイヤボンディング方法は、半導体チップを有する製品の製造に用いるのみならず、半導体チップ単体の検査(出荷前抜き取り検査等)の精度を向上する目的のためにも用いることができる。
上記実施形態に係るワイヤボンディング方法は、従来のワイヤボンディング方法との比較においては次の各点により特徴付けられる。
(1)接地のサーチスピードを下げる。
(2)接地前超音波出力を印加する。
(3)接地後のスクラブ動作を行う。
これら(1)〜(3)の特徴はいずれもシェア強度の向上に寄与する。シェア強度が大きくなると、接合後のボンディングワイヤに力が加わった場合に、電極パッドの強度によっては電極パッドが剥がれる不具合(パッド剥がれ)が発生する可能性も高くなる。
よって、出荷前抜き取り検査等の検査のためにサンプルとして抜き取った半導体チップを評価用基板に搭載し、上記(1)〜(3)の特徴を有する上記実施形態のワイヤボンディング方法を適用すれば、意図的にパッド剥がれが発生し易い条件によるワイヤボンディングを行うことができる。すなわち、パッド剥がれに関してより厳しい条件の下でシェア試験を行い、シェア試験後のパッド剥がれの有無を確認することができる。こうして、出荷前抜き取り検査等の検査をより信頼性の高いものとすることができる。特に上記の「(1)接地のサーチスピードを下げる」、「(2)接地前超音波出力を印加する」という条件は、電極パッドに対する負荷(衝撃)を増加させるものであることからも、よりパッド剥がれを発生させ易くする条件であると言える。
(Modification)
The wire bonding method according to the above embodiment can be used not only for the manufacture of a product having a semiconductor chip, but also for the purpose of improving the accuracy of inspection of a semiconductor chip alone (sampling inspection before shipment, etc.).
The wire bonding method according to the above embodiment is characterized by the following points in comparison with the conventional wire bonding method.
(1) Reduce the ground search speed.
(2) Apply ultrasonic output before grounding.
(3) The scrub operation after the grounding is performed.
All of these features (1) to (3) contribute to the improvement of the shear strength. When the shear strength is increased, there is a high possibility that a defect (pad peeling) occurs when the electrode pad is peeled off depending on the strength of the electrode pad when a force is applied to the bonded bonding wire.
Therefore, if the semiconductor chip extracted as a sample for inspection such as pre-shipment inspection is mounted on the evaluation substrate, and the wire bonding method of the above embodiment having the features (1) to (3) is applied, Wire bonding can be performed under conditions where pad peeling is intentionally likely to occur. That is, it is possible to perform a shear test under more severe conditions regarding pad peeling and to confirm whether or not there is pad peeling after the shear test. In this way, inspections such as a sampling inspection before shipment can be made more reliable. In particular, the conditions “(1) reduce the search speed of grounding” and “(2) apply ultrasonic output before grounding” increase the load (impact) on the electrode pad. It can be said that this is a condition that facilitates pad peeling.
本発明は、前記各局面、前記各実施形態、前記各実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。 The present invention is not limited to the description of each aspect, each embodiment, and each example. Various modifications are also included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims. The contents of publications and the like specified in the present specification are all incorporated by reference.
1 ワイヤボンディング装置
10 キャピラリ
20 超音波振動子
30 アーム
40 ボンディングワイヤ(Agワイヤ)
41 イニシャルボール
42 ファーストボール
43 端部
50 駆動部
60 制御部
100 半導体チップ
200 支持体
201、202 リードフレーム
DESCRIPTION OF
41
Claims (5)
前記キャピラリが前記電極パッドに対して接地をする前から、前記キャピラリに第1の超音波出力を印加するステップと、
前記キャピラリが前記接地をした後、前記キャピラリおよびボンディングステージの少なくとも一方を、前記第1の超音波出力よりも低い周波数かつ大きな振幅で前記電極パッドの表面に沿う方向に振動させるステップと、を含むワイヤボンディング方法。 A wire bonding method for connecting a bonding wire to an electrode pad of a semiconductor chip using a capillary,
Applying a first ultrasonic output to the capillary before the capillary is grounded to the electrode pad;
Vibrating at least one of the capillary and the bonding stage in a direction along the surface of the electrode pad at a lower frequency and a larger amplitude than the first ultrasonic output after the capillary is grounded. Wire bonding method.
前記第1の超音波出力は、前記第2の超音波出力と等しいか、より大きい、請求項1に記載のワイヤボンディング方法。 Further comprising applying a second ultrasonic output to the capillary after the capillary is grounded;
The wire bonding method according to claim 1, wherein the first ultrasonic output is equal to or greater than the second ultrasonic output.
前記ボンディングワイヤのシェア試験を実施するステップと、を含む検査方法。
Connecting a bonding wire to an electrode pad of a semiconductor chip by the wire bonding method according to claim 1;
Carrying out a shear test of the bonding wire.
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