JP2773541B2 - ワイヤボンディング方法およびその装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップと外部リ
ードとの間をワイヤで結線するワイヤボンディング方法
およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４（ａ），（ｂ）は従来のワイヤボン
ディング方法を示す図で、図４（ａ）は半導体チップ上
のボンド点とボンディングツールであるキャピラリとの
関係を示す図であり、図４（ｂ）は２点間をワイヤボン
ドする方法を説明する図である（特開昭５９−１５０４
３６号公報参照）。
【０００３】図４（ａ）において、上下，左右に移動で
きるキャピラリ１に挿通したワイヤ２の先端には、スパ
ーク（図示せず）によりボール３を形成している。この
ボール３により半導体チップ４上の第１のボンド点５に
ワイヤボンディングが行われる。
【０００４】図４（ｂ）において、６は外部リードで、
７はこの外部リード６上の第２ボンド点である。８はワ
イヤループで、このワイヤループ８はキャピラリ１が破
線で示した軌跡９、すなわち、上下方向と水平方向の移
動の合成運動により形成される。ループ高さＹとスロー
プ部分の長さＸでワイヤループ８は表すことができる。
【０００５】上記のループ高さＹは、ボール３を形成す
る際、加熱によりワイヤ２が一部分で結晶変化を起し硬
化した剛体と考えられ、キャピラリ１の上昇量Ｚは、第
１ボンド点５と第２ボンド点７の距離の１／２の長さＡ
とスロープ部分の長さＸにより決定され、関係式は、
【数１】 となる。ワイヤ繰出し位置１０は、キャピラリ１が上昇
量Ｚだけ上昇した後に水平に長さＡだけ移動した位置で
ある。
【０００６】次に、動作について説明する。まず、図４
（ａ）において、キャピラリ１が下降し、ボール３を第
１ボンド点５に押圧してワイヤ２の一端を接続する。
【０００７】次に、キャピラリ１は図４（ｂ）に示すよ
うに、上昇量Ｚだけ上昇した後、長さＡだけ水平移動す
ることによりワイヤ２はキャピラリ１から繰り出され
る。ワイヤ繰出し位置１０では最も多くワイヤ２は繰り
出される。キャピラリ１は後述するように円弧移動する
ので、ワイヤ繰出し位置１０では傾いている。
【０００８】次に、ループ高さＹを中心として半径Ｘの
円弧動作によりキャピラリ１を下降させ、第２ボンド点
７にワイヤ２の他端をボンディングし、ワイヤループ８
を形成すると同時に第１ボンド点５と第２ボンド点７間
をワイヤ２により接続する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のワ
イヤボンディング方法においては、図５（ａ）に示すよ
うに、キャピラリ１はホーン１１に取り付けられ、支点
１２を中心に円弧移動するので、ワイヤボンディングの
際に上昇すると図５（ｂ）に示すようにキャピラリ１は
角度θだけ傾く。
【００１０】従来のワイヤボンディング方法では、第１
ボンド点５と第２ボンド点７の距離により、ワイヤ繰出
し位置１０を算出していたので、図５（ｃ）に示すよう
に第１ボンド点５から第２ボンド点７に向うボンディン
グ向きが違っても、ワイヤ繰出し位置１０の第１ボンド
点５からの距離は同じである。
【００１１】しかし、実際に繰り出されたワイヤ２Ａ，
２Ｂの長さはキャピラリ１との摩擦の違いによりボンデ
ィング向きで変化する。すなわち、ボンディング向きＡ
では、キャピラリ１の摩擦はキャピラリ１が図５（ａ）
の状態に比べ小さいので、ワイヤ２Ａの長さは長くな
り、たるみが発生する。
【００１２】これに対しボンディング向きＢでは、キャ
ピラリ１の摩擦はキャピラリ１が図５（ａ）の状態に比
べ大きいので、ワイヤ２Ｂの長さは短くなり、張りが発
生する。
【００１３】上記のボンディング向きＡ，Ｂにより、ワ
イヤボンディングを行ったループ形状を図５（ｄ）に示
す。ボンディング向きＡによりボンディングを行ったル
ープ形状は、ループたれ１３のような不良なものとな
る。また、ボンディング向きＡによりボンディングを行
ったループ形状は、ループたおれ１４が発生する。さら
に、ボンディング向きＡとボンディング向きＢではルー
プ高さに差ｄが発生するなどの問題点があった。
【００１４】また、キャピラリ１を傾けずに垂直にした
場合は、ワイヤの繰出し量はボンディング向きＡ，Ｂで
も同一長となるが、キャピラリ１を垂直のまま上下させ
るためには構造上、極めて困難で、かつ高価となる問題
点があった。
【００１５】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、キャピラリが傾いた状態のボン
ディングで、ボンディングを行う向きが違っても実際に
繰り出されるワイヤの長さが一定となるとともに、ボン
ディングを行ったループ形状を一定にすることができる
ワイヤボンディング方法およびその装置を得ることを目
的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るワイヤボン
ディイング方法は、第１ボンド点と第２ボンド点の距離
により求めたワイヤ繰出し位置を、第１ボンド点から第
２ボンド点に向うボンディングを行う向きによりわずか
に変化させワイヤ繰出し量を一定に制御するものであ
る。
【００１７】また、本発明に係るワイヤボンディング装
置は、第１ボンド点と第２ボンド点により求めたワイヤ
繰出し位置を、第１ボンド点から第２ボンド点に向うボ
ンディングを行う向きによりわずかに変化させワイヤ繰
出し量を一定に制御する制御手段を具備したものであ
る。
【００１８】
【作用】本発明にかかるワイヤボンディング方法および
その装置においては、ワイヤ繰出し位置をボンディング
を行う向きによりわずかに変化させることから、ワイヤ
とキャピラリとの摩擦の影響が除去され実際に繰り出さ
れるワイヤの長さを一定にすることが可能となり、ボン
ディングを行ったループ形状を一定にすることができ
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を説明する
図である。図１（ａ）において、ボンディング向きＡは
ホーン１１の向きにボンディングを行う際の向きであ
る。ボンディング向きＢはホーン１１の向きの逆にボン
ディングを行う際の向きである。
【００２０】図１（ｂ）において、ボンディング向きＡ
にボンディングを行う際のワイヤ繰出し位置１０は、ス
ロープ部分の長さＸ１とキャピラリ１が水平に移動する
距離Ａ１と上昇量Ｚ１により決定される。スロープ部分
の長さＸ１と水平に移動する距離Ａ１と上昇量Ｚ１は図
４（ｂ）の各Ｘ，Ａ，Ｚを僅かに短くしたものである。
【００２１】ボンディング向きＢにボンディングを行う
際のワイヤ繰出し位置１０は、スロープ部分の長さＸ２
とキャピラリ１が水平に移動する距離Ａ２と上昇量Ｚ２
により決定される。スロープ部分の長さＸ２と水平に移
動する距離Ａ２と上昇量Ｚ２は図４（ｂ）の各Ｘ，Ａ，
Ｚを僅かに長くしたものである。なお、その他の符号は
従来方法と同様につき省略する。
【００２２】次に、動作について説明する。図１に示す
ようにボンディング向きＡの場合には、第１ボンド点５
にボンディングを行った後にキャピラリ１は上昇量Ｚ１
だけ上昇し、長さＡ１だけ水平移動することによりワイ
ヤ２はキャピラリ１から繰り出される。ワイヤ繰出し位
置１０では最も多くワイヤ２は繰り出される。
【００２３】次に、円弧動作によりキャピラリ１を下降
させ、第２ボンド点７にボンディングを行いワイヤルー
プ８を形成する。この際、スロープ部分の長さＸ１はワ
イヤループ８形成時のスロープ部分の長さＸに比べ短く
なる。しかし、図５（ｃ）に示すように、ボンディング
向きＡではワイヤ２とキャピラリ１の摩擦が小さいため
に繰り出されたワイヤ２Ａにはたるみが発生するので、
実際に繰り出されたワイヤ２の長さはワイヤループ８形
成時のスロープ部分の長さＸと同じになる。
【００２４】ボンディング向きＢの場合には、第１ボン
ド点５にボンディングを行った後にキャピラリ１は上昇
量Ｚ２だけ上昇し、長さＡ２だけ水平移動することによ
りワイヤ２はキャピラリ１から繰り出される。ワイヤ繰
り出し位置１０では最も多くワイヤ２は繰り出される。
【００２５】次に円弧動作によりキャピラリ１を下降さ
せ、第２ボンド点７にボンディングを行いワイヤループ
８を形成する。この際にスロープ部分の長さＸ２は、ワ
イヤループ８形成時のスロープ部分の長さＸに比べ長く
なる。
【００２６】しかし、図５（ｃ）に示すように、ボンデ
ィング向きＢではワイヤ２Ｂとキャピラリ１の摩擦が大
きいために繰り出されたワイヤ２Ｂには張りが発生する
ので実際に繰り出されたワイヤ２の長さは、ワイヤルー
プ形成時のスロープ部分の長さＸと同じになる。
【００２７】その他のボンディング向きについては、ボ
ンディング向きＡを最小のスロープ部分の長さとし、ボ
ンディング向きＢに近づくにつれ、スロープ部分の長さ
を徐々に長くし、ボンディング向きＢを最大のスロープ
部分の長さとするようにスロープ部分の長さを変化させ
る。
【００２８】次に、本発明のワイヤボンディング装置の
一例について説明する。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は
本発明のワイヤボンディング装置の一実施例を示す概略
構成図で、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は正面図、
図２（ｃ）はリンク部分の詳細図である。
【００２９】図において、１はキャピラリで、ワイヤ２
が挿通している。３はこのワイヤ２の先端に形成された
ボールであり、４はボンディングが行われる半導体チッ
プである。２１はボンディングヘッドで、ＸＹテーブル
２２の上に固定されている。ＸＹテーブル２２はＹ軸モ
ータ２３と、このＹ軸モータ２３に連結されたＹ軸ボー
ルネジ２４によりＹ方向に移動することができる。ま
た、Ｘ軸モータ２５と、このＸ軸モータ２５に連結され
たＸ軸ボールネジ２６によりＸ方向に移動することがで
きる。
【００３０】ボンディングヘッド２１には、Ｚ軸モータ
２７，支点１２，この支点１２を支持する支持ベアリン
グ２８，Ｚ軸モータ２７に取り付けられたリンク棒２
９，リンク部３０から構成される。リンク部３０は、Ｚ
軸モータ２７に取り付けられたリンク棒２９，リンクベ
アリング３１，リンク受け板３２により構成される。リ
ンク受け板３２は、ホーン１１と連結している。Ｚ軸モ
ータ２７の回転運動は、リンク部３０により上下運動に
変換される。リンク部３０の上下運動によりホーン１１
およびキャピラリ１は上下運動する。
【００３１】図３は、図２の動作を説明する機能ブロッ
クを示す図である。この図において、３３はＣＰＵであ
り、３４は前記Ｚ軸モータ２７を駆動するＺ軸制御回
路、３５は前記Ｘ軸モータ２５を駆動するＸ軸制御回
路、３６は前記Ｙ軸モータ２３を駆動するＹ軸制御回路
である。３７はライミング制御回路で、各軸制御回路３
４〜３６に各軸モータ２３，２５，２７の移動距離，移
動速度を与える。
【００３２】また、タイミング制御回路３７にボンディ
ングの各軸駆動タイミングを与えた後、ボンディングス
タートの信号を与える。タイミング制御回路３７はＣＰ
Ｕ３３により与えられたタイミングにより各軸制御回路
３４〜３６に駆動スタートを与え、ボンディングが完了
するとＣＰＵ３３に完了信号を与える。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるワ
イヤボンディング方法によれば、半導体チップと外部リ
ードを接続するワイヤボンディング向きにより、僅かに
ワイヤ繰出し位置を変化させてワイヤボンディングを行
うので、繰り出されるワイヤの長さはいずれの向きでも
一定となり、したがってボンディングを行ったワイヤル
ープ形状を一定にすることができ、高品質，高信頼性の
ワイヤボンディングが実現できる。
【００３４】また、本発明のワイヤボンディング装置に
よれば、半導体チップと外部リードを接続するワイヤボ
ンディング向きにより、僅かにワイヤ繰出し位置を変化
させてワイヤの繰出し量を制御してワイヤ繰出し量を一
定にする制御手段を具備したので、ボンディング向きに
かかわりなく、ワイヤボンディング後のワイヤループ形
状を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング方法ならびに装置
の一実施例を説明する図である。
【図２】本発明のワイヤボンディング装置の一実施例を
説明する図である。
【図３】図２の実施例の動作を説明するための機能ブロ
ック図である。
【図４】従来のワイヤボンディング方法を説明する図で
ある。
【図５】従来のボンディング方法の問題点を説明する図
である。
【符号の説明】
１ キャピラリ ２ ワイヤ ２Ａ ワイヤ ２Ｂ ワイヤ ３ ボール ４ 半導体チップ ５ 第１ボンド点 ６ 外部リード ７ 第２ボンド点 ８ ワイヤループ ９ キャピラリの軌跡 １０ ワイヤ繰出し位置 １１ ホーン １２ 支点 ２１ ボンディングヘッド ２２ ＸＹテーブル ２３ Ｙ軸モータ ２４ Ｙ軸ボールネジ ２５ Ｘ軸モータ ２６ Ｘ軸ボールネジ ２７ Ｚ軸モータ ２８ 支持ベアリング ２９ リンク棒 ３０ リンク部 ３１ リンクベアリング ３２ リンク受け板 ３３ ＣＰＵ ３４ Ｚ軸制御回路 ３５ Ｘ軸制御回路 ３６ Ｙ軸制御回路 ３７ タイミング制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 301

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円弧移動により上下動し水平に対し傾斜
    した状態のキャピラリに挿通されたワイヤを前記キャピ
    ラリを下降させ第１ボンド点にボンディングし、次に前
    記キャピラリを上昇、かつ水平方向に移動させてワイヤ
    を繰り出し、次に前記キャピラリを下降、かつ水平方向
    に移動させて第２ボンド点に前記ワイヤをボンディング
    するワイヤボンディング方法において、前記第１ボンド
    点にボンディングした後に前記キャピラリを上昇せし
    め、かつ水平方向に移動させて前記ワイヤを繰り出す際
    に、前記ワイヤの繰出し量が最大となる前記キャピラリ
    の位置をボンディング向きが前記キャピラリとワイヤと
    の摩擦が増大する方向のとき前記ワイヤの繰出し量が増
    加するように変化させ、一定長のワイヤを繰り出した後
    ボンディングすることを特徴とするワイヤボンディング
    方法。
  2. 【請求項２】 ボンディングヘッドに設けられたリンク
    部に、ホーンを介して取り付けられ、前記リンク部で回
    転運動を上下運動に変換し、前記ホーンの一点を支点と
    して上下動されるキャピラリと、前記ボンディングヘッ
    ドをＸＹ方向に移動することにより、前記キャピラリを
    水平方向に移動するＸＹテーブルと、前記リンク部およ
    びＸＹテーブルを駆動する駆動手段と、前記キャピラリ
    を前記上下動と水平方向の移動との合成による円弧移動
    により上下動し、水平に対し傾斜した状態のキャピラリ
    に挿通されたワイヤを前記キャピラリを下降させ第１ボ
    ンド点にボンディングした後に前記キャピラリを上昇せ
    しめ、かつ水平方向に移動させて前記ワイヤを繰り出す
    際に、前記ワイヤの繰出し量が最大となる前記キャピラ
    リの位置をボンディング向きが前記キャピラリとワイヤ
    との摩擦が増大する方向のとき前記ワイヤの繰出し量が
    増加するように変化させ、前記ワイヤの繰出し量を常に
    一定に制御する制御手段とを具備したことを特徴とする
    ワイヤボンディング装置。
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