JP2021086892A

JP2021086892A - 半導体製造装置

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Publication number: JP2021086892A
Application number: JP2019213933A
Authority: JP
Inventors: 祐輔家谷; Yusuke Ietani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-27
Also published as: JP7236988B2

Abstract

【課題】貫通孔の入口部側においてワイヤーの送り出しをスムーズに行うことができ、かつ、ワイヤーがワイヤーガイドにおける貫通孔の入口部側に引き戻されることを抑制可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】半導体製造装置１００は、ワイヤー１を供給する供給部と、貫通孔５の入口部から出口部へワイヤー１を案内するワイヤーガイド２と、ワイヤーガイド２により案内されたワイヤー１で半導体装置１５における第１の接続部と第２の接続部とを接続するツール１０と、ワイヤー１のうち、第１の接続部と第２の接続部との間の部分を除く残余の部分の先端を切断するカッター１１とを備え、貫通孔５における入口部５ａ側の部分の断面形状は、１つの形状からなり、貫通孔５における出口部５ｂ側の部分の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状である。【選択図】図５

Description

本発明は、ワイヤーをツールの下側へ案内するワイヤーガイドを備えた半導体製造装置に関するものである。

従来、アルミニウムまたは銅を主成分とするワイヤーを用いて半導体装置内の半導体チップと絶縁基板の回路パターン等を接続するワイヤーボンディング工程では、ワイヤーガイドを介してツールの下側へ案内されたワイヤーをツールで押圧しながら振動を加えて接合している。これにより、半導体装置の内部配線であるワイヤー配線が行われる。

また、ワイヤーボンディング工程では、ワイヤーガイドとツールが上下左右、またはθ回転することで、ワイヤーがワイヤーガイドにおける貫通孔の入口部側に引き戻されることがある。その結果、ワイヤーのループ高さ、ループ形状、およびフィード量にばらつきが生じ、ワイヤー配線が外観不良となるという問題があった。

例えば、特許文献１には、ワイヤーがリールに巻かれたことによる巻き癖に起因するワイヤーのループ形状の発生を抑制するために、ワイヤーが挿通されるキャピラリ（ワイヤーガイドに相当）の内部の貫通孔に縦溝を設けた構造が開示されている。

特開平１−２８９２６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ワイヤーの巻き癖に起因する回転力を消すことを目的として、縦溝がキャピラリの内部の貫通孔の全域に形成されているため、貫通孔の全域に渡って摩擦係数が高くなり、特に貫通孔の入口部側においてワイヤーの送り出しをスムーズに行うことができない場合が考えられる。

そこで、本発明は、貫通孔の入口部側においてワイヤーの送り出しをスムーズに行うことができ、かつ、ワイヤーがワイヤーガイドにおける貫通孔の入口部側に引き戻されることを抑制可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体製造装置は、半導体装置を製造する半導体製造装置であって、ワイヤーを供給する供給部と、前記ワイヤーが挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔の入口部から出口部へ前記ワイヤーを案内するワイヤーガイドと、前記ワイヤーガイドにより案内された前記ワイヤーで前記半導体装置における第１の接続部と第２の接続部とを接続するツールと、前記ワイヤーのうち、前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の部分を除く残余の部分の先端を切断するカッターとを備え、前記貫通孔における前記入口部側の部分の断面形状は、１つの形状からなり、前記貫通孔における前記出口部側の部分の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状である。

本発明によれば、貫通孔における入口部側の部分の断面形状は、１つの形状からなるため、貫通孔の入口部側の部分の摩擦係数を高めることなく、貫通孔の入口部側においてワイヤーの送り出しをスムーズに行うことができる。さらに、貫通孔における出口部側の部分の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状であるため、貫通孔の出口部側の部分の摩擦係数を高めることができる。これにより、ワイヤーが貫通孔の入口部側に引き戻されることを抑制できる。

実施の形態に係る半導体製造装置が備えるワイヤーガイドとその周辺の構成を示す側面図である。ワイヤーガイドがホルダーに取り付けられた状態を示す側面図である。ワイヤーガイドの平面図である。ワイヤーガイドの側面図である。ワイヤーガイドの正面図とその部分拡大図である。実施の形態の変形例１に係る半導体製造装置が備えるワイヤーガイドの平面図である。ワイヤーガイドの側面図である。ワイヤーガイドの正面図とその部分拡大図である。実施の形態の変形例２に係る半導体製造装置が備えるワイヤーガイドの平面図である。ワイヤーガイドの側面図である。ワイヤーガイドの正面図とその部分拡大図である。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る半導体製造装置１００が備えるワイヤーガイド２とその周辺の構成を示す側面図である。図２は、ワイヤーガイド２がホルダー１２に取り付けられた状態を示す側面図である。

半導体製造装置１００は半導体装置１５を製造する装置であり、図１には、半導体製造装置１００が備えるワイヤーガイド２などが示されている。

最初に、半導体装置１５について簡単に説明する。半導体装置１５は、半導体チップ１３、絶縁基板１４、リードフレーム（図示省略）、およびベース板（図示省略）を備えており、半導体装置１５の内部は封止樹脂（図示省略）により封止され、ワイヤー１にて内部配線（すなわち、ワイヤーボンド）されている。

ワイヤー１は、アルミニウムまたは銅を主成分としており、ワイヤー１の直径φは１５０μｍ以上５００μｍ以下である。ワイヤー１の材質および直径φは、半導体装置１５の仕様に応じて使い分けられている。

半導体チップ１３が絶縁基板１４に搭載された後、ワイヤー１にて内部配線を行うワイヤーボンディング工程が行われる。ワイヤーボンディング工程は、半導体チップ１３と、絶縁基板１４の上面に形成された回路パターン１４ａとの間など、半導体装置１５における第１の接続部と第２の接続部とをワイヤー１で接続する工程であり、半導体装置１５が電気的な機能を果たすために重要な工程である。

次に、半導体製造装置１００について説明する。図１に示すように、半導体製造装置１００は、供給部（図示省略）、ワイヤーガイド２、ツール１０、カッター１１、およびホルダー１２を備えている。

供給部は、例えばワイヤー１が巻回されたリールであり、ワイヤー１をワイヤーガイド２に供給する。

図１と図２に示すように、ワイヤーガイド２は、ポリイミドなどの樹脂を用いて上下方向に延びる形状に形成され、ホルダー１２に保持されている。また、ワイヤーガイド２は、長手方向に沿って内部に形成された貫通孔５を備えている。供給部から供給されたワイヤー１はワイヤーガイド２の貫通孔５に挿通されており、ワイヤーガイド２は、貫通孔５の入口部５ａから出口部５ｂへワイヤー１を案内する。

ツール１０は、ツール１０の先端がワイヤーガイド２における貫通孔５の出口部５ｂの周囲に位置するように配置されている。また、ツール１０は、ワイヤーガイド２から送り出されたワイヤー１を押圧しながら振動を加えることで接合し、半導体装置１５における第１の接続部と第２の接続部とを接続する。

カッター１１は、カッター１１の先端がツール１０の先端の周囲に位置するように配置されている。また、カッター１１は、半導体装置１５における第１の接続部と第２の接続部の接続後、ワイヤー１のうち、第１の接続部と第２の接続部との間の部分を除く残余の部分の先端を切断する。ワイヤーボンディング工程では、これらの処理を繰り返すことで半導体装置１５に内部配線がなされる。

ワイヤーガイド２、ツール１０、カッター１１、およびホルダー１２は、ワイヤーボンディング工程において、一体となって上下左右およびθ回転可能なように駆動部（図示省略）に連結されている。

次に、図３〜図５を用いて、ワイヤーガイド２の詳細について説明する。図３は、ワイヤーガイド２の平面図である。図４は、ワイヤーガイド２の側面図である。図５は、ワイヤーガイド２の正面図とその部分拡大図である。

図３〜図５に示すように、ワイヤーガイド２は、貫通孔５およびホルダー取り付け溝６を備えている。ホルダー取り付け溝６は、ワイヤーガイド２の表面における長手方向中央部から入口部５ａ側に渡って形成されている。ホルダー取り付け溝６がホルダー１２に設けられたレール（図示省略）に嵌め込まれることで、ワイヤーガイド２はホルダー１２に取り付けられて保持される。

ワイヤーガイド２は、入口部５ａに対応する位置から長手方向中央部に渡って直線状であり、長手方向中央部から出口部５ｂに対応する位置に渡って先細り状である。

貫通孔５は、大径孔部３、および大径孔部３よりも内径が小さい小径孔部４を有している。大径孔部３は、貫通孔５の入口部５ａから長手方向の約３／４の位置に渡って形成されている。大径孔部３の断面形状は１つの形状、具体的には円形状または楕円形状からなる。

小径孔部４は、貫通孔５の出口部５ｂから長手方向の約１／４の位置に渡って形成されている。小径孔部４の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状、具体的には上側が三角形形状、下側が円形状である。すなわち、これら複数の形状を組み合わせた形状は、貫通孔５の出口部５ｂ側の部分に形成されている。

小径孔部４をこのような形状にすることにより、小径孔部４における上側部分の摩擦係数を高めることができる。その結果、ワイヤーボンディング工程では、貫通孔５の小径孔部４の区間Ｂにおいて、ワイヤー１が入口部５ａの方へ戻りにくくなるため、ワイヤー１の引き戻しを抑制することができる。

一方、ワイヤー１を出口部５ｂの方へ送り出すときは、ワイヤーガイド２、ツール１０、カッター１１、ホルダー１２、およびワイヤー１が一体となって上昇し、ワイヤー１は小径孔部４の断面形状のうち下側の円形状となっている箇所に接触しながら出口部５ｂの方へ移動するため影響がない。

なお、小径孔部４の区間Ｂ、すなわち、複数の形状を組み合わせた形状が形成された貫通孔５の出口部５ｂ側の部分は、出口部５ｂから貫通孔５の全長の５０％以下に渡る部分であればよく、全長Ａが約１０ｍｍの場合、区間Ｂは約５ｍｍ以下である。また、貫通孔５の入口部５ａ側の部分は、入口部５ａから貫通孔５の全長の５０％以下に渡る部分である。ここで、大径孔部３の直径はワイヤー１の直径×２．０以上、ワイヤー１の直径×２．２以下であり、小径孔部４の直径はワイヤー１の直径×１．３以上、ワイヤー１の直径×１．５以下である。

以上のように、実施の形態に係る半導体製造装置１００は、ワイヤー１を供給する供給部と、ワイヤー１が挿通される貫通孔５を有し、貫通孔５の入口部５ａから出口部５ｂへワイヤー１を案内するワイヤーガイド２と、ワイヤーガイド２により案内されたワイヤー１で半導体装置１５における第１の接続部と第２の接続部とを接続するツール１０と、ワイヤー１のうち、第１の接続部と第２の接続部との間の部分を除く残余の部分の先端を切断するカッター１１とを備え、貫通孔５における入口部５ａ側の部分の断面形状は、１つの形状からなり、貫通孔５における出口部５ｂ側の部分の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状である。

したがって、貫通孔５における入口部５ａ側の部分の断面形状は、１つの形状からなるため、貫通孔５の入口部５ａ側の部分の摩擦係数を高めることなく、貫通孔５の入口部５ａ側においてワイヤー１の送り出しをスムーズに行うことができる。さらに、貫通孔５における出口部５ｂ側の部分の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状であるため、貫通孔５の出口部５ｂ側の部分の摩擦係数を高めることができる。これにより、ワイヤー１が貫通孔５の入口部５ａ側に引き戻されることを抑制できる。

その結果、ワイヤー１のループ高さ、ループ形状、およびフィード量を安定させることが可能となるため、半導体製造装置１００を用いて製造される半導体装置１５の歩留りが向上する。

出口部５ｂ側の部分の内径は入口部５ａ側の部分の内径よりも小さいため、ワイヤーガイド２、ツール１０、カッター１１、ホルダー１２、およびワイヤー１が一体となって下降したときに、ワイヤー１がワイヤーガイド２の貫通孔５における出口部５ｂ側では断面形状の上側部分に接触しやすくなり、ワイヤー１の引き戻しをさらに抑制できる。

出口部５ｂ側の部分の断面形状は、三角形形状と円形状を組み合わせた形状であるため、貫通孔５の出口部５ｂ側の部分の上側の三角形形状となっている箇所の摩擦係数を高めることができる。ワイヤーボンディング工程では、ワイヤー１が貫通孔５の出口部５ｂ側の部分の上側部分に接触するため、ワイヤー１が貫通孔５の入口部５ａ側に引き戻されることを抑制できる。

一方、ワイヤー１を送り出すときは、ワイヤー１は貫通孔５における出口部５ｂ側の部分の断面形状のうち下側の円形状となっている箇所に接触しながら出口部５ｂの方へ移動するため、ワイヤー１の送り出しをスムーズに行うことができる。

出口部５ｂ側の部分とは、出口部５ｂから貫通孔５の全長の５０％以下に渡る部分であるため、貫通孔５における入口部５ａ側の部分を含むほとんどの部分の断面形状は複数の形状を組み合わせた形状ではないことから、ワイヤー１を入口部５ａから貫通孔５に挿入する際に挿入しやすく、さらにワイヤー１の送り出しもしやすい。

ワイヤーガイド２は、表面における長手方向中央部から入口部５ａ側に渡って形成されたホルダー取り付け溝６をさらに有するため、作業者はワイヤーガイド２の向きを確認しながらワイヤーガイド２を正しい向きに固定することができる。

＜変形例＞
小径孔部４の断面形状は、他の形状であってもよい。例えば、図６〜図８に示すように、小径孔部４の断面形状は、上側が三角形形状、下側が楕円形状であってもよい。図６は、実施の形態の変形例１に係る半導体製造装置１００が備えるワイヤーガイド２Ａの平面図である。図７は、ワイヤーガイド２Ａの側面図である。図８は、ワイヤーガイド２Ａの正面図とその部分拡大図である。

以上のように、実施の形態の変形例１に係る半導体製造装置１００では、出口部５ｂ側の部分の断面形状は、三角形形状と楕円形状を組み合わせた形状であるため、上記の実施の形態の場合と同様の効果が得られる。

また、例えば、図９〜図１１に示すように、出口部５ｂ側の部分の断面形状は、上側がワイヤー１の直径よりも小さな幅を有する溝形状、下側が円形状であってもよい。図９は、実施の形態の変形例２に係る半導体製造装置１００が備えるワイヤーガイド２Ｂの平面図である。図１０は、ワイヤーガイド２Ｂの側面図である。図１１は、ワイヤーガイド２Ｂの正面図とその部分拡大図である。

小径孔部４における出口部５ｂ側の部分には、この部分の上側部分に連通する溝形状である溝部７が形成されており、溝部７はワイヤー１の直径よりも小さな幅を有する。溝部７は、出口部５ｂから貫通孔５の全長の１０％以下に渡る部分、すなわち、貫通孔５の出口部５ｂ側の部分に形成されている。これにより、貫通孔５の出口部５ｂ側の部分の上側部分の摩擦係数を高めることができる。なお、出口部５ｂ側の部分の断面形状において下側は楕円形状であってもよい。ここで、溝部７は、出口部５ｂから貫通孔５の全長の５０％以下に渡る部分に形成されていればよい。

以上のように、実施の形態の変形例２に係る半導体製造装置１００では、出口部５ｂ側の部分の断面形状は、ワイヤー１の直径よりも小さな幅を有する溝部７と、円形状または楕円形状を組み合わせた形状であるため、貫通孔５の出口部５ｂ側の部分の上側の溝部７の箇所の摩擦係数を高めることができる。ワイヤーボンディング工程では、ワイヤー１が貫通孔５の出口部５ｂ側の部分の上側部分の溝部７に接触するため、ワイヤー１が貫通孔５の入口部５ａ側に引き戻されることを抑制できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ワイヤー、２，２Ａ，２Ｂワイヤーガイド、５貫通孔、５ａ入口部、５ｂ出口部、６ホルダー取り付け溝、１０ツール、１１カッター、１５半導体装置、１００半導体製造装置。

Claims

半導体装置を製造する半導体製造装置であって、
ワイヤーを供給する供給部と、
前記ワイヤーが挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔の入口部から出口部へ前記ワイヤーを案内するワイヤーガイドと、
前記ワイヤーガイドにより案内された前記ワイヤーで前記半導体装置における第１の接続部と第２の接続部とを接続するツールと、
前記ワイヤーのうち、前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の部分を除く残余の部分の先端を切断するカッターと、を備え、
前記貫通孔における前記入口部側の部分の断面形状は、１つの形状からなり、
前記貫通孔における前記出口部側の部分の断面形状は、複数の形状を組み合わせた形状である、半導体製造装置。
前記出口部側の部分の内径は前記入口部側の部分の内径よりも小さい、請求項１に記載の半導体製造装置。
前記出口部側の部分の断面形状は、三角形形状と、円形状または楕円形状を組み合わせた形状である、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
前記出口部側の部分の断面形状は、前記ワイヤーの直径よりも小さな幅を有する溝形状と、円形状または楕円形状を組み合わせた形状である、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
前記出口部側の部分とは、前記出口部から前記貫通孔の全長の５０％以下に渡る部分である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記ワイヤーガイドは、表面における長手方向中央部から前記入口部側に渡って形成されたホルダー取り付け溝をさらに有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。