JP2925392B2 - ボール式ワイヤボンディング方法 - Google Patents

ボール式ワイヤボンディング方法

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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、電子部品の製造に際し
て、例えば半導体チップとリード端子との間を金線、銅
線等の細い金属線にてワイヤボンディングする方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のワイヤボンディング方法の従来
技術として、先行技術の特願昭５９−２３６２８２号
（特開昭６１−１１３２５０号公報）には、金属線が挿
通されたキャピラリの下方箇所で、当該金属線の下端部
を酸素火焔、水素火焔等のトーチ、または電気火花によ
り溶融してボール部を形成し、このボール部をキャピラ
リの下端によって半導体チップのボンディングパッド部
（電極部、第１ボンド側）に加熱圧接して、金属線の一
端を半導体チップに接合する。この部分を通常第１接合
部と称する。その後、前記金属線を繰り出し、リード部
（第２ボンド側）等の表面に前記金属線を加熱圧接する
ことにより、いわゆる第２接合部を形成し、その第２接
合部の上端で金属線を切断した後前記ボール部を再度形
成するという作業を繰り返して、ワイヤボンディングす
る方法が開示されている。
【０００３】この場合、前記ボール部を半導体チップの
ボンディングパッド部に押圧した状態において、キャピ
ラリに超音波による細かい往復振動を付与して、前記第
１接合部におけるボール部の半導体チップに対する接合
性を向上させることが実行されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記第２接
合部を形成した後、金属線をクランプ手段にて挟持した
状態でキャピラリを第２接合部から引き上げることによ
り、当該第２接合部の上端箇所で、金属線を切り離し、
且つその引き上げられたキャピラリの下端に垂れ下がる
金属線の部分（以下この部分をテール部と称する）を前
記トーチにより溶融してボール部を形成する。
【０００５】そのキャピラリの引き上げ時に、当該キャ
ピラリ内径の挿通部に貫通する金属線が撓み現象が発生
することや、挿通部と金属線との摺動摩擦等により、前
記キャピラリの下端から垂れ下がるテール部の長さが不
足する事態が発生し易い。このようにテール部の長さが
不足すると、位置固定的に正規の位置に設けたトーチの
高さ位置よりもテール部の下端が大きく上位置になって
しまい、トーチによるボール部の作成が不能になると、
下降時、キャピラリＣから金属線が抜けでてしまい、前
記第１接合部への金属線の接合が不可能になり、いわゆ
る空打ち現象が発生する。
【０００６】また、トーチと対面する箇所のテール部の
長さが正常の場合よりも不足することにより、図８
（ａ）に示すように、前記トーチのより成形されるボー
ル部Ｂの直径Ｄ１が正常の場合に比べて小さくなるとい
う事態が生じると、図８（ｂ）に示すように、キャピラ
リＣの下端にてボール部Ｂを前記第１接合部に押圧する
とき、当該第１接合部の接合厚さＴ１や広さ（幅寸法
等）Ｓ１が正規のものより不足し、当該第１接合部で押
圧されたボール部が剥離する等の不都合が発生する。前
記ボール部Ｂの直径が余りに小さいときには、キャピラ
リＣで加熱圧接しようとしても、前記第１接合部での接
合厚さが全く生じない場合があり、接合できない、いわ
ゆる空打ち不良となる。
【０００７】本発明はこのような従来の技術の不都合を
解消することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、キャピラリ内に挿通した金属線の下端に
ボールを形成し、このボール部をキャピラリにより、電
子部品の第１ボンド側に押圧接合して第１接合部を形成
した後、引き出された金属線の途中を電子部品の第２ボ
ンド側に前記キャピラリ下端で圧接して第２接合部を形
成するようにしたボール式ワイヤボンディング方法にお
いて、前記第２ボンド側に金属線を圧接した後、キャピ
ラリ内部の金属線を当該キャピラリの下端から繰り出す
途次、このキャピラリに振動を付与する方法を採用する
ものである。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図１は本発明を実行するためのワイヤボンディング
装置を示し、ワイヤボンディング機構部１はリードフレ
ーム２を載置する作業台３の後方に位置する。作業台３
の一側に設けた供給マガジン５から、半導体チップ４付
きのリードフレーム２を作業台３の所定方向に送り出
し、ワイヤボンディング作業終了後のリードフレーム２
を、作業台３の他側に設けた収納マガジン６に収納す
る。符号７は作業台３上のリードフレーム２のリード端
子１８（電極部、第２ボンド側）の位置及び半導体チッ
プ４におけるボンディングパッド部１７（電極部、第１
ボンド側）の位置を各々認識するためのＴＶカメラで、
符号８はＴＶモニタである。
【００１０】前記ワイヤボンディング機構部１はＸＹテ
ーブル９に搭載され、ＴＶカメラ７で認識された画像情
報と図示しない制御装置に予め記憶されたワイヤボンデ
ィングパターン情報に従い、Ｘ方向のサーボモータ１０
とＹ方向のサーボモータ１１とを有するサーボ機構によ
り、ＸＹテーブル９はＸ方向、Ｙ方向に駆動される。ワ
イヤボンディング機構部１におけるホルダ１２に支持さ
れたツールホーン１３の先端に取付くキャピラリＣに
は、リール１５から引き出される金線等の細い金属線Ｗ
が案内アーム１４を介して下に向かって挿通され、キャ
ピラリＣが前記リードフレーム２におけるアイランド部
１６上面にマウントされた半導体チップ４のボンディン
グパッド部１７と、リードフレーム２におけるリード端
子１８の電極部との間を往復動したのち、その往復動の
両端の位置で上下動するように構成されている。
【００１１】一方、このキャピラリＣが取付くツールホ
ーン１３には、当該ツールホーン１３をその長手方向、
つまりＹ軸方向に往復振動するための超音波等による振
動子１９と、当該ツールホーン１３をその長手方向と直
角方向、つまりＸ方向に往復振動するための超音波等に
よる振動子２０とが装着され、図示しない制御装置によ
り所定時期に各振動子１９，２０が作動するように構成
する。
【００１２】符号２１は、キャピラリＣの下方に位置す
るトーチで、実施例では酸素トーチ、または水素トーチ
であるが電気火花放電によるものであっても良い。符号
２２はキャピラリＣの上方に配置したクランパで、金属
線Ｗを挟持するものであり、所定のタイミングで昇降動
する構成である。なお、符号２５はキャピラリＣに穿設
された上下挿通孔であり、符号２６は上下挿通孔２５の
下端に連通し、且つキャピラリＣ下端に下向き開放状に
略半球状にて凹み形成された位置決め凹所である。
【００１３】次に前記構成によるワイヤボンディング作
業の順序について説明する。まず、図３（ａ）に示すよ
うに、キャピラリＣに挿通した金属線ＷをキャピラリＣ
の下端においてトーチ２１にて加熱する等してボール部
Ｂを形成する。次いで図３（ｂ）に示すように、クラン
パ２２にて金属線Ｗに軽いテンションを付与した状態で
キャピラリＣを半導体チップ４のボンディングパッド部
１７に向かって下降動すると、キャピラリＣの下端の位
置決め凹所２６にボール部Ｂの上半部が当接して抜け不
能状態となる。そのままキャピラリＣを下降動し続ける
と、金属線Ｗはクランパ２２による軽いテンションに抗
して下げられ、ボール部Ｂがボンディングパッド部１７
に当接し、さらに若干キャピラリＣを下向きに押圧して
加熱・圧接することにより第１接合部２３が形成される
（図４の実線参照、これをボールボンディングと称す
る）。
【００１４】このとき、図５に示すように、前記超音波
等による振動子１９，２０を同時に作動、または交互に
作動させることにより、ボール部Ｂがボンディングパッ
ド部１７に押圧された状態で、キャピラリＣがＸ方向及
びＹ方向に細かく振動し、ボール部Ｂのボンディングパ
ッド部１７に対する第１接合部２３の接合強度が、前記
二つの方向のいずれに対しても向上することができるか
ら、従来のようにボール部Ｂの直径を大きくして第１接
合部２３での接合面積を増大させたり、押圧力増大させ
ることなく、所定の接合強度を得ることができる。
【００１５】次に、クランパ２２を開放した状態で、キ
ャピラリＣを所定距離だけ上昇させると共に、ＸＹテー
ブル９を移動させ、所定の高さ位置でキャピラリＣを上
昇動を停止する。これにより、金属線ＷはキャピラリＣ
の下端から所定の寸法（第１接合部２３からリード端子
１８までの配線に必要な長さ）だけ繰り出すことができ
る。次に、金属線Ｗを接合すべきリード端子１８の上方
位置になるようにＸＹテーブル９を移動させ、クランパ
２２を閉じた状態で、キャピラリＣをリード端子１８の
上面まで下降動し、所定のリード端子１８の上面にキャ
ピラリＣの下端縁の一部を押圧し（場合により加熱圧接
することで）、第２接合部２４を形成する（図３（ｃ）
の実線、及び図４二点鎖線参照、これをステッチボンデ
ィングと称する）。次に、クランパ２２を完全に閉じて
金属線Ｗに強い挟持力を付与しつつ、当該クランパ２２
の上下位置を固定したままでキャピラリＣのみを上昇さ
せると、前記第２接合部２４の後端部側において、金属
線Ｗが切断されることになる。キャピラリＣをさらに一
定距離だけ上昇させる（図６参照）。
【００１６】このキャピラリＣの上昇動作と同時に、ま
たは前記第２接合部２４の後部での金属線Ｗの切断時
に、振動子１９及び／又は２０を作動させることによ
り、キャピラリＣには細かい振動が付与されることにな
り、キャピラリＣの上下挿通孔２５内面と金属線Ｗとの
接触（摺動）抵抗が大幅に減少し、または完全に無くす
ることができるので、切断された金属線Ｗが上下挿通孔
２５内に引っ掛かったまま、換言すればキャピラリＣ下
端から繰り出される金属線Ｗの長さが不十分のままキャ
ピラリＣが上昇することがなく、当該キャピラリＣの下
端から金属線Ｗが所定寸法（Ｈ１）だけ垂れ下がるよう
に繰り出されることになる。この垂れ下がった箇所をテ
ール部２７と称する。そして、このテール部２７に向か
ってトーチから炎を出し、または電気放電火花により、
前記のボール部Ｂを形成するという操作を繰り返して、
多数箇所のワイヤボンディングを実行するのである。な
お、酸素トーチ、水素トーチの場合、トーチ筒を左右ま
たは上下に首振りさせても良い。
【００１７】前述のように、所定長さ（Ｈ１）のテール
部２７が形成された後に、その部分にトーチ２１の炎を
当てると、形成されるボール部Ｂの直径（Ｄ２）が所定
の大きさになる（図７（ａ）参照）。従って、前記キャ
ピラリＣ下端の位置決め凹所２６にてボール部Ｂをボン
ディングパッド部１７に加熱圧接されたときの、第１接
合部２３の厚さ寸法（Ｔ２）や幅寸法（Ｓ２）等が不足
せず、第１接合部２３の接合強度を向上させることがで
きる。
【００１８】なお、前記第２接合部２４を形成した後、
その後部で金属線Ｗを切断するに際して、金属線Ｗを強
く挟持したクランパ２２とキャピラリＣとを略同時に上
昇させ、次いでクランパ２２とキャピラリＣとの上下位
置を相対的に変化させてキャピラリＣの下端から金属線
Ｗを繰り出す（引き出す）ようにする工程を採用した場
合において、前記キャピラリＣの上昇時及び／又は下降
時のごとく、金属線ＷがキャピラリＣの上下挿通孔２５
に対して相対的に上下動する時に振動子１９及び／又は
振動子２０を作動させることにより、金属線Ｗとキャピ
ラリＣの上下挿通孔２５との接触（摺動）摩擦の増大を
無くするようにしても良いのであり、このような摩擦を
減少させるために、図２の一点鎖線で示すように、ツー
ルホーン１３を上下方向に往復振動せるための超音波等
の振動子２８を設け、この振動子２８を前記の所定の時
期に作動させて、キャピラリＣを上下に細かく振動させ
るようにしても良い。
【００１９】このように、第２接合部２４の形成後にキ
ャピラリＣ下端から金属線Ｗを繰り出すとき、前記振動
子１９及びまたは振動子２０を作動させることにより、
金属線ＷがキャピラリＣの上下挿通孔２５に対して支え
る現象をなくし、第２接合部２４の後部の本来の金属線
Ｗの切断箇所よりも上位置で金属線Ｗが切断したり、キ
ャピラリＣ下端からの金属線Ｗの繰り出し量が不足する
等の現象を防止して、その繰り出された金属線Ｗに形成
するボール部の大きさを所定の大きさに保持できる結
果、第１接合部を確実に形成し，且つその接合強度も所
定のものとすることができる。
【００２０】そして、前記キャピラリＣへの振動付与の
手段として、第１接合部２３形成時に使用される振動付
与の手段（超音波等による振動子１９、２０）を利用す
れば、設備費も増大しないし、構成も複雑化しないとい
う利点を有する。
【００２１】
【発明の作用・効果】以上に説明したように、本発明
は、キャピラリ内に挿通した金属線の下端にボールを形
成し、このボール部をキャピラリにより、電子部品の第
１ボンド側に押圧接合して第１接合部を形成した後、引
き出された金属線の途中を電子部品の第２ボンド側に前
記キャピラリ下端で圧接して第２接合部を形成するよう
にしたボール式ワイヤボンディング方法において、前記
第２ボンド側に金属線を圧接した後、キャピラリ内部の
金属線を当該キャピラリの下端から繰り出す途次、この
キャピラリに振動を付与するようにしたもので、キャピ
ラリ内に金属線が支えたり、第２接合部での金属線の切
断箇所が本来の切断部より上位置となる等の現象がなく
なり、キャピラリの下方で成形するボール部の大きさを
確実に所定のものとすることができる結果、第１接合部
の接合強度にばらつきがなくなり、ワイヤボンディング
の品質が向上し、不良品の発生もなくなるという顕著な
効果を奏する。
【００２２】また、電気火花放電のスパーク時の電圧波
形の安定により、金属線切断不良が減少し、ワイヤボン
ディング不良のために装置が停止することが減少すると
いう効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤボンディング装置の概略斜視図である。
【図２】ワイヤボンディング機構の要部斜視図である。
【図３】第１接合部形成の作業工程を示す説明図であ
る。
【図４】第２接合部形成の作業工程を示す説明図であ
る。
【図５】図４の平面図である。
【図６】本発明の作業工程を示す説明図である。
【図７】（ａ）は本発明によるボール部の説明図であ
り、（ｂ）は第１接合部の説明図である。
【図８】（ａ）は小さいボール部の説明図であり、
（ｂ）はその場合の第１接合部形成の説明である。
【符号の説明】
Ｗ 金属線 Ｂ ボール部 Ｃ キャピラリ １ ワイヤボンディング機構部 ２ リードフレーム ４ 半導体チップ １２ ホルダ １３ ツールホーン １６ アイランド部 １７ ボンディングパッド部 １８ リード端子 １９，２０，２８ 振動子 ２１ トーチ ２２ クランパ ２３ 第１接合部 ２４ 第２接合部 ２５ 上下挿通孔 ２６ 位置決め凹所 ２７ テール部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キャピラリ内に挿通した金属線の下端に
    ボールを形成し、このボール部をキャピラリにより、電
    子部品の第１ボンド側に押圧接合して第１接合部を形成
    した後、引き出された金属線の途中を電子部品の第２ボ
    ンド側に前記キャピラリ下端で圧接して第２接合部を形
    成するようにしたボール式ワイヤボンディング方法にお
    いて、前記第２ボンド側に金属線を圧接した後、キャピ
    ラリ内部の金属線を当該キャピラリの下端から繰り出す
    途次、このキャピラリに振動を付与することを特徴とす
    るボール式ワイヤボンディング方法。
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