JP2645014B2 - Wire bonding equipment - Google Patents

Wire bonding equipment

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JP2645014B2
JP2645014B2 JP62128245A JP12824587A JP2645014B2 JP 2645014 B2 JP2645014 B2 JP 2645014B2 JP 62128245 A JP62128245 A JP 62128245A JP 12824587 A JP12824587 A JP 12824587A JP 2645014 B2 JP2645014 B2 JP 2645014B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はワイヤボンディング技術、特に、銅線のよう
に酸化し易いワイヤが使用されるワイヤボンディング技
術に関し、例えば、半導体装置の製造工程においてペレ
ットとリードとを電気的に接続するのに利用して有効な
技術に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wire bonding technique, and more particularly, to a wire bonding technique using a wire that is easily oxidized such as a copper wire. The present invention relates to a technique which is effective for electrically connecting a lead and a lead.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体装置の製造工程において、ペレットとリードを
電気的に接続するワイヤボンディング装置として、特開
昭58−169918号公報に記載されているように、ワイヤの
先端に放電アークを利用してボールを溶融形成し、この
ボールをペレットのボンディングパッドに熱圧着して第
１ボンディングを実施した後、ワイヤを引き出してその
中間部をインナリード上に熱圧着して第２ボンディング
を実施することにより、ワイヤの接続を行うようにした
ワイヤボンディング装置であって、ペレットが搭載され
た被加工物としてのリードフレームの周囲に水素ガスを
含有する還元性ガスを供給することにより、その雰囲気
を還元性ガス雰囲気に保持するように構成されているも
のがある。In a semiconductor device manufacturing process, as described in JP-A-58-169918, a ball is melted using a discharge arc at the tip of a wire as a wire bonding device for electrically connecting a pellet and a lead. After the ball is thermocompression-bonded to the bonding pad of the pellet to perform the first bonding, the wire is pulled out, and the intermediate portion is thermocompression-bonded to the inner lead to perform the second bonding. A wire bonding apparatus configured to perform connection, wherein a reducing gas containing hydrogen gas is supplied around a lead frame as a workpiece on which a pellet is mounted, thereby changing the atmosphere to a reducing gas atmosphere. Some are configured to hold.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、このようなワイヤボンディング装置において
は、還元性ガス中の水素含有量についてボンディング性
に対する配慮、並びに安全上の配慮がなされていないた
め、還元性ガス中の水素含有量が多くなると、還元性ガ
ス中で形成したボールの硬度が高くなり、ボンディング
性が低下し、その結果、ボールに過大な変形力が加えら
れるため、半導体素子のボンディングパッド下のシリコ
ンに大きなストレスが加わり、ボンディングダメージ
や、亀裂を生じさせやすいという問題点があることが、
本発明者によって明らかにされた。However, in such a wire bonding apparatus, no consideration is given to the bonding property and the safety in terms of the hydrogen content in the reducing gas. Therefore, when the hydrogen content in the reducing gas increases, the reducing property decreases. The hardness of the ball formed in the gas is increased, and the bonding property is reduced. As a result, an excessive deformation force is applied to the ball, so that a large stress is applied to the silicon under the bonding pad of the semiconductor element, and the bonding damage and There is a problem that cracks easily occur,
Revealed by the inventor.

また、このようなワイヤボンディング装置に使用され
る還元性ガス中の水素が大気中に放出された場合、空気
と水素の混合比が部分的にでも４％以上になると、ボー
ル形成時の放電火花等を着火源として着火することがあ
る。Further, when hydrogen in a reducing gas used in such a wire bonding apparatus is released into the atmosphere, if the mixing ratio of air and hydrogen is at least 4% or more, a discharge spark at the time of ball formation is generated. Etc. may be ignited using the ignition source.

本発明の目的は、良好なボンダビリティーおよび作業
の安全性を得ることができるワイヤボンディング技術を
提供することにある。An object of the present invention is to provide a wire bonding technique that can obtain good bondability and work safety.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、ボンディングツールから銅ワイヤを繰り出
して、銅系のリードフレームのリードと半導体ペレット
の電極パッドとを、前記銅ワイヤにより電気的に接続す
るようにし、銅ワイヤの先端部に水素を３％未満含有す
るとともに予熱された還元性ガスを供給し、リードフレ
ームには水素を４％未満含有する還元性ガスを供給す
る。That is, a copper wire is fed out from a bonding tool to electrically connect a lead of a copper-based lead frame and an electrode pad of a semiconductor pellet by the copper wire, and less than 3% of hydrogen is applied to the tip of the copper wire. A reducing gas containing and preheated is supplied, and a reducing gas containing less than 4% hydrogen is supplied to the lead frame.

〔作用〕[Action]

ボール形成時にボール酸化を防止し、かつ、ボールが
酸化物を含有した場合にその還元を目的として、放電部
周囲に供給する還元性ガス中の水素含有量が多いと、ボ
ールの粒界面に侵入する水素（放電溶融によりボールを
形成する際にボール内部に巻き込まれる水素）の量が増
加し、その結果、ボール硬度が高くなる。If the hydrogen content in the reducing gas supplied around the discharge part is large for the purpose of preventing ball oxidation during ball formation and reducing the oxide if the ball contains oxide, the ball may enter the grain interface of the ball. The amount of hydrogen (hydrogen caught inside the ball when the ball is formed by discharge melting) increases, and as a result, the ball hardness increases.

しかし、前記した手段によれば、水素含有量はボール
硬度が高くなる臨界値である３％未満に設定されている
ため、ボール硬度が高くなることは防止される。特に、
ワイヤの先端部に供給される還元性ガスを予熱するよう
にしたことから、ボールの硬度を抑制しつつ、銅ワイヤ
の酸化を除去することができる。However, according to the above-described means, the hydrogen content is set to less than 3%, which is a critical value at which the ball hardness increases, so that the ball hardness is prevented from increasing. Especially,
Since the reducing gas supplied to the tip of the wire is preheated, oxidation of the copper wire can be removed while suppressing the hardness of the ball.

また、還元性ガスが大気中に放出された場合、還元性
ガス中の水素含有量が４％未満であれば、空気との混合
比は当然４％未満になるため、着火源が周囲にあっても
着火することはない。When the reducing gas is released into the atmosphere, if the hydrogen content in the reducing gas is less than 4%, the mixing ratio with air is naturally less than 4%. Even if there is no ignition.

〔実施例〕〔Example〕

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング
装置を示す正面図、第２図はその要部の拡大部分正面
図、第３図はその作用を説明するための線図である。FIG. 1 is a front view showing a wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged partial front view of a main part thereof, and FIG. 3 is a diagram for explaining its operation.

本実施例において、ワイヤボンディング装置は半導体
装置１におけるペレット２の電極パッドとリードフレー
ム３のリード４とにワイヤ５をそれぞれボンディングす
ることにより、ペレット２と各リード４とを電気的に接
続するよう構成されている。したがって、本実施例にお
いて、ペレット２が搭載されているリードフレーム３お
よびワイヤ５は被加工物を実質的に構成している。In this embodiment, the wire bonding apparatus electrically connects the pellet 2 and each lead 4 by bonding the wire 5 to the electrode pad of the pellet 2 in the semiconductor device 1 and the lead 4 of the lead frame 3. It is configured. Therefore, in this embodiment, the lead frame 3 on which the pellet 2 is mounted and the wire 5 substantially constitute a workpiece.

このワイヤボンディング装置はフィーダ６を備えてお
り、フィーダ６にはヒートブロック７がリードフレーム
３を加熱し得るように設備されている。フィーダ６のボ
ンディングステージの外部にはXYテーブル８がXY方向に
移動し得るように設備されており、XYテーブル８上には
ボンディングヘッド９が搭載されている。ボンディング
ヘッド９にはボンディングアーム10が基端を回転自在に
軸支されて支持されており、このアーム10はその先端に
固設されたキャピラリー11を上下動させるべく、カム機
構（図示せず）により駆動されるように構成されてい
る。また、ボンディングヘッド９にはボンディングアー
ム10を通じてキャピラリー11を超音波振動させる超音波
発振装置（図示せず）が設備されている。This wire bonding apparatus includes a feeder 6, and a heat block 7 is provided on the feeder 6 so as to heat the lead frame 3. An XY table 8 is provided outside the bonding stage of the feeder 6 so as to be movable in the XY direction, and a bonding head 9 is mounted on the XY table 8. A bonding arm 10 is rotatably supported at the base end of the bonding head 9 and supported by the bonding head 9. The arm 10 is provided with a cam mechanism (not shown) for vertically moving a capillary 11 fixed at the tip end thereof. It is configured to be driven by The bonding head 9 is provided with an ultrasonic oscillator (not shown) for ultrasonically vibrating the capillary 11 through the bonding arm 10.

ボンディングアーム10の上側には一対のクランパアー
ム12,13が電磁プランジャ機構等のような適当な手段
（図示せず）により作動されうように設備されており、
両アーム12,13の各先端はキャピラリー11の真上位置に
配されてクランパ14を構成している。クランパ14にはリ
ール（図示せず）から繰り出される銅ワイヤ５がガイド
15を介して挿通されており、ワイヤ５はさらにキャピラ
リー11に挿通されている。On the upper side of the bonding arm 10, a pair of clamper arms 12, 13 are provided so as to be operated by appropriate means (not shown) such as an electromagnetic plunger mechanism.
The respective ends of the arms 12 and 13 are arranged right above the capillary 11 to form a clamper 14. A copper wire 5 fed from a reel (not shown) guides the clamper 14.
The wire 5 is further inserted through the capillary 11.

キャピラリー11の近傍には放電電極16が独立して設備
されており、この電極16はその上端部が回転自在に軸支
されることにより、その先端部がキャピラリー11の下方
位置、すなわち、ワイヤ５の先端の真下位置と、キャピ
ラリー11の側方位置（退避位置）との間を移動されるよ
うに構成されている。また、この電極16と前記クランパ
14との間には電源回路17が接続されており、電極16とワ
イヤ５の間で放電アークを生成させるようになってい
る。A discharge electrode 16 is provided independently in the vicinity of the capillary 11. The upper end of the discharge electrode 16 is rotatably supported so that the tip thereof is positioned below the capillary 11, that is, the wire 5. The capillary 11 is configured to be moved between a position immediately below the tip and a lateral position (retreat position) of the capillary 11. The electrode 16 and the clamper
A power supply circuit 17 is connected between the power supply circuit 14 and the power supply circuit 14 so as to generate a discharge arc between the electrode 16 and the wire 5.

このワイヤボンディング装置は、ワイヤ５の先端で生
成されるボールの周囲にガスを供給することにより、ガ
ス雰囲気を形成するためのチューブ18を備えており、こ
のガス供給手段としてのチューブ18は放電電極16にチュ
ーブ開口部をキャピラリー11の下方位置に向けて取り付
けられている。チューブ18には還元作用のあるガス、例
えば、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガス等を供給す
るためのガス供給ユニット19が接続されており、このユ
ニット19は供給する還元ガスの水素含有量が３％程度に
なるように制御されている。チューブ18の内部にはガス
加熱手段としてのヒータ20が絶縁テープを挟設されて挿
入されている。このヒータ20はガス供給ユニット19から
供給された還元性ガス（以下、ボール生成用ガスとい
う。）21をチューブ18とヒータ20との間隙を通過する際
に加熱することにより、所定の温度に制御し得るように
構成されている。This wire bonding apparatus is provided with a tube 18 for forming a gas atmosphere by supplying gas around a ball generated at the tip of the wire 5, and the tube 18 as a gas supply means is a discharge electrode. A tube opening is attached to 16 with the capillary opening facing the lower position of the capillary 11. The tube 18 is connected to a gas supply unit 19 for supplying a gas having a reducing action, for example, a mixed gas of argon gas and hydrogen gas, and the unit 19 has a hydrogen content of the supplied reducing gas. It is controlled to be about 3%. A heater 20 as gas heating means is inserted into the tube 18 with an insulating tape interposed therebetween. The heater 20 controls a predetermined temperature by heating a reducing gas (hereinafter referred to as a ball generating gas) 21 supplied from a gas supply unit 19 when passing through a gap between the tube 18 and the heater 20. It is configured to be able to.

一方、フィーダ６の底部には、リードフレーム３の酸
化を防止するための還元性ガス（以下、リードフレーム
酸化防止用ガスという。）22を供給する手段としての還
元性ガス供給装置23が設備されており、この供給装置23
は吹出口24を備えている。吹出口24はリードフレーム３
の周囲にリードフレーム酸化防止用ガス22を緩やかに吹
き出し得るように、フィーダ６の上面に複数個開設され
ており、この吹出口24群にはガス供給路25が接続されて
いる。ガス供給路25はガス供給ユニット26に接続されて
おり、ガス供給ユニット26は還元性ガス、例えば、窒素
および水素から成る混合ガスを、予め設定された流量を
もって供給し得るように構成されている。また、このユ
ニット26は供給するリードフレーム酸化防止用ガスの水
素含有量が４％未満になるように制御されている。On the other hand, on the bottom of the feeder 6, a reducing gas supply device 23 is provided as a means for supplying a reducing gas 22 (hereinafter, referred to as a lead frame oxidation preventing gas) for preventing oxidation of the lead frame 3. This supply device 23
Has an outlet 24. The outlet 24 is the lead frame 3
A plurality of outlets 24 are connected to a gas supply passage 25 so as to blow out the lead frame oxidation preventing gas 22 gently around the feeder 6. The gas supply path 25 is connected to a gas supply unit 26, and the gas supply unit 26 is configured to supply a reducing gas, for example, a mixed gas composed of nitrogen and hydrogen at a predetermined flow rate. . Also, the unit 26 is controlled so that the hydrogen content of the supplied lead frame oxidation preventing gas is less than 4%.

そして、フィーダ６上にはカバー27がフィーダ６を送
られるリードフレーム３を略全体にわたって被覆するよ
うに設備されており、このカバー27はリードフレーム３
の周囲に供給された酸化防止用ガス22をリードフレーム
３の周囲に可及的に停滞させるようになっている。カバ
ー27には窓孔28がキャピラリー11の真下におけるボンデ
ィングステージとなる位置に配されて、ワイヤボンディ
ングを実施し得る大きさの略正方形形状に開設されてい
る。この窓孔28には略正方形枠形状に形成されたリード
フレーム押さえ具29が昇降自在に嵌合されており、この
押さえ具29はカム機構等のような適当な駆動装置（図示
せず）によりフィーダ６の間欠送り作動に連携して上下
動するように構成されている。すなわち、この押さえ具
29はワイヤボンディングが実施される時にリードフレー
ム３を上から押さえることにより、リードフレーム３の
遊動を防止するように構成されている。A cover 27 is provided on the feeder 6 so as to cover almost the entire lead frame 3 to which the feeder 6 is fed.
The antioxidant gas 22 supplied around the lead frame 3 is stagnated around the lead frame 3 as much as possible. In the cover 27, a window hole 28 is disposed at a position directly below the capillary 11 to be a bonding stage, and is opened in a substantially square shape large enough to perform wire bonding. A lead frame retainer 29 formed in a substantially square frame shape is fitted into the window hole 28 so as to be able to move up and down. The retainer 29 is moved by a suitable driving device (not shown) such as a cam mechanism. The feeder 6 is configured to move up and down in cooperation with the intermittent feed operation. That is, this holding tool
Numeral 29 is configured to prevent the lead frame 3 from floating by pressing the lead frame 3 from above when wire bonding is performed.

次に、前記構成にかかるワイヤボンディング装置の作
用を説明する。Next, the operation of the wire bonding apparatus according to the above configuration will be described.

ペレット２がボンディングされている被加工物として
のリードフレーム３がフィーダ６により間欠送りされ
て、ワイヤボンディングすべきペレット２の部分がフィ
ーダ６上におけるボンディングステージに供給される
と、窓孔28内においてリードフレーム押さえ具29が下降
されてリードフレーム３を押さえつける。続いて、XYテ
ーブル８が後述するようなボンディング作動を繰り返す
ように適宜移動される。When the lead frame 3 as the workpiece to which the pellet 2 is bonded is intermittently fed by the feeder 6 and the portion of the pellet 2 to be wire-bonded is supplied to the bonding stage on the feeder 6, The lead frame presser 29 is lowered to press the lead frame 3. Subsequently, the XY table 8 is appropriately moved so as to repeat a bonding operation described later.

一方、キャピラリー11においては、放電電極16が銅ワ
イヤ５の下端に接近されて電源回路17が閉じられること
により、銅ワイヤ５の先端にボール5aが溶融形成され
る。このとき、水素含有量が３％程度になるように制御
された還元性ガス21がチューブ18から供給され、ワイヤ
５と電極16との間が還元性ガス雰囲気に保持される。こ
の還元性ガス21はチューブ18の内部の途中に介設されて
いるヒータ20により所定温度になるように加熱制御され
るため、ガス雰囲気は所定の温度範囲内になり、ワイヤ
５の先端に形成されるボール5aの温度の低下が防止され
る。その結果、還元性ガス21が溶融したボール5aに吹き
付けられても、ボール5aの硬度が低下することはない。On the other hand, in the capillary 11, when the discharge electrode 16 approaches the lower end of the copper wire 5 and the power supply circuit 17 is closed, the ball 5a is melt-formed at the tip of the copper wire 5. At this time, the reducing gas 21 whose hydrogen content is controlled to be about 3% is supplied from the tube 18, and the space between the wire 5 and the electrode 16 is maintained in the reducing gas atmosphere. Since the reducing gas 21 is controlled to be heated to a predetermined temperature by a heater 20 provided in the middle of the tube 18, the gas atmosphere falls within a predetermined temperature range and is formed at the tip of the wire 5. The temperature of the ball 5a is prevented from lowering. As a result, even if the reducing gas 21 is sprayed on the molten ball 5a, the hardness of the ball 5a does not decrease.

続いて、キャピラリー11がボンディングヘッド９によ
り下降されてワイヤ５の先端部に形成されたボール5aを
ペレット２のパッドに徐々に押着させる。このとき、ペ
レット２がヒートブロック７によって加熱されているた
め、ボール5aはペレット２のパッド上に熱圧着される。
そして、ボール5aはガス雰囲気における水素の含有量が
３％程度になるように保たれることにより、次に述べる
ように硬くなることを抑制されているため、良好なボン
ダビリティーをもって熱圧着されることになる。Subsequently, the capillary 11 is lowered by the bonding head 9 to gradually press the ball 5a formed at the tip of the wire 5 onto the pad of the pellet 2. At this time, since the pellet 2 is heated by the heat block 7, the ball 5a is thermocompression-bonded onto the pad of the pellet 2.
Since the ball 5a is kept from having a hydrogen content of about 3% in the gas atmosphere, thereby preventing the ball 5a from being hardened as described below, the ball 5a is thermocompressed with good bondability. Will be.

ところで、ボール生成用ガスにおける水素含有量が多
い場合、銅ワイヤ５の先端に溶融生成されたボール5aに
おける粒界内に巻き込まれるようににして侵入する水素
分子の量が増加することにより、ボール硬度が高くなる
ため、第１ボンディングにおけるボンダビリティーが低
下するという問題があることが、本発明者によって明ら
かにされた。By the way, when the content of hydrogen in the ball-forming gas is large, the amount of hydrogen molecules that intrude into the tip of the copper wire 5 by being caught in the grain boundary of the ball 5a that is melt-produced increases, and The present inventors have clarified that there is a problem that bondability in the first bonding is reduced due to an increase in hardness.

そこで、本実施例においては、ボール生成用ガス21に
おける水素含有量を３％程度に抑制することにより、溶
融生成されたボール5aの粒界内に水素が巻き込まれる量
を減少させ、ボール硬度が高くなるのを防止している。
その結果、還元性ガス21の吹き付けによる温度低下を還
元性ガス21の予熱により防止することとあいまって、ボ
ール硬度が高くなるのを有効に防止することができるた
め、前記した第１ボンディングにおけるボンダビリティ
ーを高めることができる。Therefore, in the present embodiment, by suppressing the hydrogen content in the ball-forming gas 21 to about 3%, the amount of hydrogen entrained in the grain boundaries of the melt-produced ball 5a is reduced, and the ball hardness is reduced. It prevents it from getting high.
As a result, the reduction in temperature due to the blowing of the reducing gas 21 can be prevented by the preheating of the reducing gas 21 and the increase in ball hardness can be effectively prevented. Ability can be enhanced.

第３図はボール生成用ガスに含有する水素の割合と、
このガス雰囲気中で生成されたボールの硬度との関係を
示した線図である。横軸にはボール生成用ガスに含有す
る水素の割合（％）が示されており、縦軸にはそれらの
割合のガス雰囲気中で生成されたボールの硬度が、水素
の割合が10％のガス中で生成されたボールの硬度を
「１」とした場合の硬度比で示されている。銅ワイヤと
しては銅純度99.999％のものが使用されており、ボール
は直径80μｍに生成されている。また、硬度はマイクロ
・ビッカース硬度計を用いて、室温下で測定されてい
る。FIG. 3 shows the proportion of hydrogen contained in the ball generating gas,
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between hardness of a ball generated in this gas atmosphere. The horizontal axis shows the percentage (%) of hydrogen contained in the ball-forming gas, and the vertical axis shows the hardness of the ball generated in the gas atmosphere of those percentages and the percentage of hydrogen of 10%. The hardness ratio is shown when the hardness of the ball generated in the gas is "1". Copper wires having a purity of 99.999% are used as the copper wires, and the balls have a diameter of 80 μm. The hardness is measured at room temperature using a micro-Vickers hardness meter.

第３図によれば、ボール生成用がスに含有する水素の
割合が３％を越えると、ボール硬度が高くなって行く。
そこで、本実施例においては、ボール生成用ガス21に含
有する水素の割合を３％とした。第３図に示すように、
水素の割合を３％未満としても、ボールの硬度が高くな
るのを防止することができた。According to FIG. 3, when the proportion of hydrogen contained in the steel for ball production exceeds 3%, the ball hardness increases.
Therefore, in the present embodiment, the ratio of hydrogen contained in the ball forming gas 21 is set to 3%. As shown in FIG.
Even when the proportion of hydrogen was less than 3%, it was possible to prevent the hardness of the ball from increasing.

第１ボンディング部が形成された後、キャピラリー11
がXYテーブル８およびボンディングヘッド９により３次
元的に相対移動され、所定のリード４にワイヤ５の中間
部を押着させる。このとき、キャピラリー10に超音波振
動が付勢されるとともに、リード４がヒートブロック７
によって加熱されているため、ワイヤ５はリード４上に
超音波熱圧着される。After the first bonding portion is formed, the capillary 11
Are three-dimensionally moved relative to each other by the XY table 8 and the bonding head 9 to press the intermediate portion of the wire 5 on the predetermined lead 4. At this time, the ultrasonic vibration is applied to the capillary 10 and the lead 4 is connected to the heat block 7.
Therefore, the wire 5 is ultrasonically thermocompression-bonded onto the lead 4.

第２ボンディングが終了すると、クランパ14がワイヤ
５を把持し、クランパ14はキャピラリー11と共に第２ボ
ンディング部に相対的に離反移動される。この離反移動
により、ワイヤ５は第２ボンディング部から引き千切ら
れる。その後、クランパ14がワイヤ５の把持を解除する
とともに、キャピラリー11が若干上昇することにより、
ワイヤ５の先端部がボール5aの成形に必要な長さだけ突
き出される（テール出し）。When the second bonding is completed, the clamper 14 holds the wire 5 and the clamper 14 is moved away from the second bonding portion together with the capillary 11. Due to this separation movement, the wire 5 is cut off from the second bonding portion. Thereafter, the clamper 14 releases the grip of the wire 5 and the capillary 11 is slightly raised,
The tip of the wire 5 is protruded by a length necessary for forming the ball 5a (tailing).

以降、前記動作がペレット２のパッドおよびリード４
の数に対応する回数だけ繰り返されることにより、所要
のワイヤボンディング作業が実施される。その後、１単
位のリードフレームについてのワイヤボンディング作業
が完了すると、押さえ具29が上昇され、次のペレット２
がボンディングステージの所へ位置するようにリードフ
レーム31が１ピッチ送られる。以後、各単位のペレット
２について前記ワイヤボンディング作業が順次実施され
て行く。Hereinafter, the above operation is performed by using the pad of the pellet 2 and the lead 4
The required wire bonding operation is performed by repeating the number of times corresponding to the number. Thereafter, when the wire bonding operation for one unit of the lead frame is completed, the presser 29 is raised and the next pellet 2 is moved.
The lead frame 31 is fed by one pitch so that is positioned at the bonding stage. Thereafter, the wire bonding operation is sequentially performed on the pellets 2 of each unit.

そして、前記ボンディング作業中、フィーダ６の上面
に開設された吹出口24からリードフレーム酸化防止用還
元性ガス22が常時吹き出されているため、リードフレー
ム３は還元性ガス雰囲気内に浸漬されている。このと
き、還元性ガス雰囲気はフィーダ６上に敷設されたカバ
ー27によって被覆されているため、この還元性ガス22は
リードフレーム３およびペレット２を効果的に包囲する
ことになる。したがって、リードフレーム３等の酸化は
確実に防止されている。During the bonding operation, since the reducing gas 22 for preventing oxidation of the lead frame is constantly blown out from the outlet 24 opened on the upper surface of the feeder 6, the lead frame 3 is immersed in the reducing gas atmosphere. . At this time, since the reducing gas atmosphere is covered by the cover 27 laid on the feeder 6, the reducing gas 22 effectively surrounds the lead frame 3 and the pellet 2. Therefore, oxidation of the lead frame 3 and the like is reliably prevented.

ここで、リードフレームとして銅系のリードフレーム
が使用されているので、銅は酸化され易く、酸化膜がボ
ンディング面に厚く形成されるため、第２ボンディング
におけるボンダビリティーが低下する。すなわち、酸化
膜が形成されると、ワイヤボンディングとの金属結合性
が低下するため、ボンダビリティーが低下する。Here, since a copper-based lead frame is used as the lead frame, copper is easily oxidized, and an oxide film is formed thick on the bonding surface, so that the bondability in the second bonding is reduced. That is, when the oxide film is formed, the metal bonding property with wire bonding is reduced, so that the bondability is reduced.

しかし、本実施例においては、フィーダ６上がカバー
27により被覆されているとともに、そのカバー内に供給
された還元性ガス雰囲気により、フレーム３が包囲され
ているため、酸化され易い銅系リードフレームが使用さ
れていても、その表面に酸化膜が形成されることはな
く、その結果、ワイヤ５は良好なボンダビリティーをも
ってリード４上にボンディングされることになる。However, in this embodiment, the top of the feeder 6 is covered.
27, and the frame 3 is surrounded by the reducing gas atmosphere supplied into the cover. Therefore, even if a copper-based lead frame that is easily oxidized is used, an oxide film is formed on the surface thereof. No wire is formed, so that the wire 5 is bonded onto the lead 4 with good bondability.

ところで、リードフレーム酸化防止用還元性ガス22は
水素を含んでいるため、カバー27外に逃散して大気中の
酸素に接触することにより、放電電極16のアーク等を火
種として着火し燃焼することがある。そして、カバーの
外部で水素の燃焼が発生すると、リードフレームの酸化
等は起きないとしても、次のような点でボンディング条
件が変動するため、ボンダビリティーの安定性が低下す
るという問題点があることが、本発明者によって明らか
にされた。By the way, since the reducing gas 22 for preventing oxidation of the lead frame contains hydrogen, it escapes from the cover 27 and comes into contact with oxygen in the atmosphere, so that it is ignited and burns using the arc or the like of the discharge electrode 16 as a fire. There is. Then, if hydrogen combustion occurs outside the cover, even if oxidation of the lead frame does not occur, the bonding conditions fluctuate in the following points, and the stability of bondability is reduced. Some have been made clear by the present inventors.

（１）．環境温度の変動により、リードフレームやキャ
ピラリーの温度が不安定になるため、ボール生成や第１
および第２ボンディングにおける熱圧着作用が不安定に
なる。(1). Since the temperature of the lead frame and the capillary becomes unstable due to the fluctuation of the environmental temperature, ball generation and primary
And the thermocompression bonding operation in the second bonding becomes unstable.

（２）．環境温度の変動により、熱膨張の度合が変動し
たり、装置各構成部の作動不良等が発生するため、ボン
ディングの位置精度が低下する。(2). Due to the fluctuation of the environmental temperature, the degree of thermal expansion fluctuates, the operation failure of each component of the apparatus, and the like occur, so that the positional accuracy of bonding decreases.

（３）．燃焼に伴う所謂陽炎の発生により、パターン認
識装置の画面が揺らぐため、パターン認識精度が低下す
る。(3). Since the screen of the pattern recognition device fluctuates due to the generation of the so-called heat haze accompanying the combustion, the pattern recognition accuracy decreases.

しかし、本実施例においては、リードフレーム酸化防
止用ガス22は水素の含有量が４％未満になるように制御
されているため、リードフレーム酸化防止用ガス22中の
水素が燃焼することは防止され、その結果、ボンダビリ
ティーの安定性が維持される。However, in this embodiment, since the lead frame oxidation preventing gas 22 is controlled so that the hydrogen content is less than 4%, the combustion of the hydrogen in the lead frame oxidation preventing gas 22 is prevented. As a result, the stability of bondability is maintained.

すなわち、カバー27内の酸化防止還元性ガス22がキャ
ピラリー11の進退に伴うこと等によって窓孔28から外部
へ逃散したとしても、還元性ガス22中に含まれた４％未
満の水素ガスは燃焼することはない。つまり、水素は空
気との混合比が４％以下であると、燃焼しないため、水
素の含有量が４％未満になるようにガス供給ユニット26
によって制御しておくことにより、逃散した還元性ガス
22中の水素の燃焼を防止することができる。That is, even if the antioxidant reducing gas 22 in the cover 27 escapes from the window hole 28 due to the advance and retreat of the capillary 11, etc., less than 4% of the hydrogen gas contained in the reducing gas 22 is burned. I will not do it. That is, if the mixing ratio of hydrogen with air is 4% or less, hydrogen does not burn, so that the gas supply unit 26 has a hydrogen content of less than 4%.
, The escaped reducing gas
The combustion of hydrogen in 22 can be prevented.

このようにしてカバー27外における燃焼が防止される
ことにより、陽炎の発生が抑止され、環境温度が一定に
維持されるため、ボール生成や熱圧着作用、およびボン
ディングの位置精度やパターン認識精度が安定し、その
結果、それらに伴うボンダビリティーの安定性低下は未
然に防止されることになる。By preventing the combustion outside the cover 27 in this way, the generation of a heat haze is suppressed and the environmental temperature is kept constant, so that the ball generation, thermocompression bonding, bonding position accuracy and pattern recognition accuracy are improved. As a result, the stability of bondability associated therewith is prevented beforehand.

前記実施例によれば次の効果が得られる。 According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

（１）．ボール生成用ガスの水素含有量を３％程度に抑
制することにより、溶融生成されたボールの粒界内に水
素が巻き込まれる量を減少させることができるため、ボ
ール硬度が高くなるのを防止することができ、第１ボン
ディングにおけるボンダビリティーを高めることができ
る。(1). By suppressing the hydrogen content of the ball generating gas to about 3%, the amount of hydrogen entrained in the grain boundaries of the melt-produced ball can be reduced, thereby preventing the ball hardness from increasing. Therefore, bondability in the first bonding can be improved.

（２）．ボール生成用ガスを予熱することにより、溶融
生成されたボールにガスを吹きつけても温度が低下する
のを防止することができるため、前記（１）とあいまっ
て、ボール硬度が高くなるのを防止することができる。(2). By preheating the ball-forming gas, it is possible to prevent the temperature from lowering even if the gas is blown onto the melt-produced ball, so that in combination with the above (1), it is possible to prevent the ball hardness from increasing. Can be prevented.

（３）．リードフレームに供給される還元性ガスの水素
含有量を４％未満に設定することにより、逃散した還元
性ガスの燃焼を抑止することができるため、燃焼に伴う
ボンディング条件の変動によるボンダビリティーの安定
性低下を未然に防止することができ、ボンディング、強
いては製品の品質および信頼性を高めることができる。(3). By setting the hydrogen content of the reducing gas supplied to the lead frame to be less than 4%, the combustion of the escaping reducing gas can be suppressed. A decrease in stability can be prevented beforehand, and bonding and, consequently, product quality and reliability can be improved.

（４）．銅系のワイヤおよびリードフレームにおけるボ
ンダビリティーの低下を防止することにより、銅系のワ
イヤおよびリードフレームの使用を実現化することがで
きるため、コストの低減化等を促進させることができ
る。(4). By preventing the bondability of the copper-based wire and the lead frame from lowering, the use of the copper-based wire and the lead frame can be realized, so that cost reduction and the like can be promoted.

（５）．酸化膜の形成を確実に防止することにより、良
好な金属結合性を維持して適正なボンダビリティーを確
保することができるため、ボンディング、強いては製品
の品質および信頼性を高めることができる。(5). By reliably preventing the formation of an oxide film, it is possible to maintain good metal bondability and secure appropriate bondability, so that the quality and reliability of bonding and ultimately the product can be improved.

（６）．フィーダ上にカバーを敷設し、このカバーにボ
ンディング作業の実施に最小限度必要な開口面積の窓孔
を開設することにより、還元性ガスの逃散の最小限度に
抑制することができるため、還元性ガス雰囲気の形成を
一層効率化させることができるとともに、ガス使用量を
抑制させることができる。(6). By laying a cover on the feeder and opening a window with the minimum opening area required for performing the bonding work on this cover, it is possible to minimize the escape of the reducing gas. The formation of the atmosphere can be made more efficient, and the amount of gas used can be suppressed.

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づ
き具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments, and it can be said that various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Not even.

例えば、ボール生成用ガスに含有する水素の割合は３
％程度に限らず、３％未満であってもよい。特に、ボー
ル生成以前におけるワイヤの自然酸化が完全に防止され
ている場合には、水素の割合は０％であってもよい。For example, the ratio of hydrogen contained in the ball generating gas is 3
%, It may be less than 3%. In particular, if the natural oxidation of the wire before the formation of the ball is completely prevented, the proportion of hydrogen may be 0%.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である超音波熱圧着式ワ
イヤボンディング技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、熱圧着式ボンディ
ング技術等に適用することができる。本発明は少なくと
も、還元性ガスを用いるワイヤボンディング技術全般に
適用することができる。In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the ultrasonic thermocompression bonding wire bonding technique, which is the application field in the background, has been described. It can be applied to a bonding technique or the like. The present invention can be applied to at least general wire bonding technology using a reducing gas.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものに
よって得られる効果を説明すれば、次のとおりである。The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be described as follows.

銅ワイヤに供給される還元性ガスの水素含有量を３％
未満としたので、銅ワイヤの先端に形成されるボールの
硬度が高くなるのを防止することができ、第１ボンディ
ングにおけるボンダビリティを高めることができる。そ
して、銅ワイヤに供給される還元性ガスを予熱すると、
ボールの温度低下を防止することができる。また、リー
ドフレームに供給される還元性ガスの水素含有量を４％
未満としたので、リードフレームに供給される還元性ガ
スの中の水素が燃焼することを防止でき、ボンダビリテ
ィの安定性を維持することができる。Reduce hydrogen content of reducing gas supplied to copper wire by 3%
Since it is less than the above, it is possible to prevent the hardness of the ball formed at the tip of the copper wire from increasing, and to enhance the bondability in the first bonding. And when preheating the reducing gas supplied to the copper wire,
It is possible to prevent the temperature of the ball from lowering. In addition, the hydrogen content of the reducing gas supplied to the lead frame is reduced by 4%.
Since it is less than the above, it is possible to prevent the hydrogen in the reducing gas supplied to the lead frame from burning, and to maintain the stability of the bondability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す正面図、第２図はその要部の拡大部分正面図、
第３図はその作用を説明するための線図である。 １……半導体装置（電子装置）、２……ペレット、３…
…リードフレーム、４……リード、５……銅ワイヤ、5a
……ボール、６……フィーダ、７……ヒートブロック、
８……XYテーブル、９……ボンディングヘッド、10……
ボンディングアーム、11……キャピラリー（ボンディン
グツール）、12,13……クランパアーム、14……クラン
パ、15……ガイド、16……放電電極、17……電源回路、
18……チューブ、19……ガス供給源（第１ガス供給手
段）、20……ヒータ（予熱手段）、21……ボール生成用
還元性ガス、22……リードフレーム酸化防止用還元性ガ
ス、23……還元性ガス供給装置（第２ガス供給手段）、
24……吹出口、25……供給路、26……ガス供給ユニッ
ト、27……カバー、28……窓孔、29……リードフレーム
押さえ具。FIG. 1 is a front view showing a wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged partial front view of a main part thereof,
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation. 1 ... Semiconductor device (electronic device), 2 ... Pellet, 3 ...
... lead frame, 4 ... lead, 5 ... copper wire, 5a
... ball, 6 ... feeder, 7 ... heat block,
8 XY table, 9 Bonding head, 10…
Bonding arm, 11… Capillary (bonding tool), 12, 13… Clamper arm, 14… Clamper, 15… Guide, 16… Discharge electrode, 17… Power supply circuit,
18 ... tube, 19 ... gas supply source (first gas supply means), 20 ... heater (preheating means), 21 ... reducing gas for generating balls, 22 ... reducing gas for preventing oxidation of lead frame, 23 ... reducing gas supply device (second gas supply means),
24 ... outlet, 25 ... supply path, 26 ... gas supply unit, 27 ... cover, 28 ... window hole, 29 ... lead frame holder.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽鳥 和夫 高崎市西横手町111番地 株式会社日立 製作所高崎工場内 (72)発明者 荒木 勲 高崎市西横手町111番地 株式会社日立 製作所高崎工場内 (72)発明者 小泉 正博 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 大貫 仁 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−201447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−87829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−181040（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−32427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−106126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−123198（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kazuo Hatori, 111 Nishiyokote-cho, Takasaki City, Hitachi, Ltd.Takasaki Plant, Ltd. (72) Inventor Isao Araki 111, Nishiyokote-cho, Takasaki City, Hitachi, Ltd., Takasaki Plant, Hitachi, Ltd. 72) Inventor Masahiro Koizumi 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory, Ltd. (72) Inventor Hitoshi Onuki 4026 Kuji-machi, Hitachi City, Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory Hitachi Research Laboratory, Ltd. (56) References JP JP-A-59-201447 (JP, A) JP-A-59-87829 (JP, A) JP-A-59-181040 (JP, A) JP-A-58-32427 (JP, A) JP-A-59-106126 (JP, A) , A) JP-A-55-123198 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】銅ワイヤ（５）を繰り出して、銅系のリー
ドフレーム（３）のリード（４）と半導体ペレット
（２）の電極パッドとを、前記銅ワイヤ（５）により電
気的に接続するボンディングツール（11）と、 前記銅ワイヤ（５）の先端部に水素を３％未満含有する
還元性ガスを供給する第１ガス供給手段（19）と、 前記リードフレーム（３）に水素を４％未満含有する還
元性ガスを供給する第２ガス供給手段（23）と、 前記第１ガス供給手段（19）から前記銅ワイヤ（５）の
先端部に供給される還元性ガスを予熱する予熱手段（2
0）とを有することを特徴とするワイヤボンディング装
置。A copper wire (5) is fed out, and a lead (4) of a copper-based lead frame (3) and an electrode pad of a semiconductor pellet (2) are electrically connected by the copper wire (5). A bonding tool (11), a first gas supply means (19) for supplying a reducing gas containing less than 3% hydrogen to the tip of the copper wire (5), and hydrogen to the lead frame (3). A second gas supply unit (23) for supplying a reducing gas containing less than 4%; and a reducing gas supplied from the first gas supply unit (19) to the tip of the copper wire (5). Preheating means (2
0).
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