JP3124653B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

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、半導体デバイスの組立
工程において、第１ボンディング点、例えばボンディン
グステージ上に載置された半導体チップ上の電極（パッ
ド）と、第２ボンディング点、例えばボンディングステ
ージ上に載置されたリードフレームに配設された外部リ
ードとをワイヤを用いて接続するワイヤボンディング方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの組立に際しては、ワイ
ヤボンディング装置によって金線又は銅、アルミニウム
などのワイヤを第１ボンディング点となる半導体チップ
上の電極と、第２ボンディング点となるリードとの間に
接続するように成される。
【０００３】図４は、この種のワイヤボンディング装置
によって成される一連のワイヤボンディング工程を示し
たものである。すなわち図４（ａ）乃至図４（ｈ）はＩ
Ｃチップ１が有する多数のパッド１ａのうち、いずれか
１つとこれに対応するリード２との間にそれぞれボンデ
ィングを行なう場合について工程順に示している。
【０００４】ボンディングステージ３上に載置されたＩ
Ｃチップ１上のパッド１ａ、すなわち第１ボンディング
点にワイヤボンディングを行なおうとする際には、まず
キャピラリ４に挿通されたワイヤ５の先端と図示せぬ電
気トーチとの間で高電圧の放電を行ない、ワイヤ５の先
端に予めボールを形成しておく。そしてキャピラリ４を
図示せぬ撮像装置等からの情報に基づいて、キャピラリ
４を保持するボンディングアーム（図示せず）等の機構
全体を載置したＸＹテーブルを移動させて位置決めした
後、キャピラリ４を図４（ａ）乃至図４（ｃ）に示すよ
うに降下させて前記パッド１ａにボールを押しつぶして
熱圧着ボンディングを行なう。この工程で（ａ）→
（ｂ）はボンディングアームは高速で下降移動させ、
（ｂ）→（ｃ）では低速で移動させる。なおこの時、ワ
イヤ５をその中央に挿通させたクランパ６は開状態とな
っている。
【０００５】次に第１ボンディング点への接続が終わ
り、（ｃ）→（ｄ）では前記クランパ６が開状態のまま
ボンディングアームが図４の上方向、すなわちＺ軸方向
に上昇してキャピラリ４が最上昇位置まで到達した後、
所定のループコントロールにしたがって（ｅ）に示すよ
うにクランパ６が開の状態でキャピラリ４からワイヤ５
が引き出され、（ｆ）に示す第２ボンディング点となる
リード２に接続される。この接続後キャピラリ４の先端
部にワイヤ５を（ｇ）に示すように所定のフィード量ｆ
だけ引き出した状態でクランパ６が閉じられる。この状
態でさらにボンディングアームを所定の高さまで上昇さ
せる過程で（ｈ）に示すように、ワイヤ５が第２ボンデ
ィング点の部分でカットされる。そして再びワイヤ５の
先端部に電気トーチを用いてボールを形成し、クランパ
６を開状態として（ａ）の状態に移行する。このような
一連の工程により第１ボンディング点および第２ボンデ
ィング点に対するワイヤボンディングが成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ワイヤボン
ディング装置において、キャピラリをＺ軸方向に上昇し
た最上昇位置から相対的に移動させるワイヤループコン
トロールとしては、図２に示すような円弧により駆動す
るのがよいとされている。これはキャピラリの移動に伴
ってワイヤの送り出し量がほぼ一定となるからである。
しかして、図２に示すようなワイヤループコントロール
を行うために従来のワイヤボンディング装置において
は、図５に示すような曲線パターンを用いて駆動してい
る。すなわち、前記図２に示すようなａ−ｂ間の軌道を
曲線軌道で動作させようとする場合、ＸＹテーブルによ
る水平方向のＸ軸（Ｙ軸）と垂直方向のＺ軸との関係
は、例えば、図５に示すようなパターンにて駆動され
る。図５は縦軸にキャピラリの移動速度（Ｖ）を示し、
横軸を経過時間（ｔ）で示したものであり、（イ）は水
平方向、すなわちＸ軸（Ｙ軸）方向の駆動パターンを示
し、また（ロ）は垂直方向、すなわちＺ軸方向の駆動パ
ターンが示されている。図５中、特に水平方向の駆動パ
ターン（イ）についてみると、略円弧パターンに成され
ており、速度と時間の関係から移動距離（面積を含む）
となるから当該曲線軌道の初期駆動時に、キャピラリを
含むボンディングアーム等の機構全体は急激な加速度が
加えられる結果となる。従って、ボンディングアーム等
の機構全体に振動が発生する。これは図２に示すような
キャピラリの軌道を達成するためにはＸＹテーブルによ
る水平方向への移動とＺ軸、すなわち垂直方向への移動
を同時に行うために機構系等に負荷が加わるからであ
る。従って、これら振動によりワイヤの繰り出し量の制
御等が難しくなりボンディング不良を起こす等の問題が
ある。
【０００７】そこで、本発明は従来の問題点に鑑みて成
されたものであって、ボンディングアーム等の機構全体
に急激な加速度が加えられるような動作を回避させ、理
想的なワイヤループを得ることができると共に前記した
従来の問題点を解消できるようにしたワイヤボンディン
グ方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤボン
ディング方法は、ボンディングステージ上に載置された
第１ボンディング点である半導体チップ上の電極にワイ
ヤを接続後、ボンディングアームを揺動させてワイヤを
繰り出しつつキャピラリを最上昇位置まで上昇させ、更
にＸＹテーブルの駆動により前記ワイヤを繰り出しつつ
前記キャピラリを前記ボンディングステージ上に載置さ
れた第２ボンディング点であるリード方向に移動させて
前記ワイヤを第２ボンディング点に接続するワイヤボン
ディング方法であって、前記第１ボンディング点にワイ
ヤを接続後、前記キャピラリが前記第１ボンディング点
の前記最上昇位置から所定のワイヤループコントロール
にしたがって第２ボンディング点にワイヤを接続する場
合において、前記第１ボンディング点の上方の前記最上
昇位置から前記ＸＹテーブルの駆動による前記キャピラ
リの水平方向への相対的な移動は、略サイクロイドパタ
ーンを基準パターンとして行われ、前記ボンディングア
ームの揺動による前記キャピラリの下降方向への移動
は、前記キャピラリの水平方向への相対的な移動開始後
所定時間経過後に開始されるとともに前記キャピラリの
下降方向へ移動する曲線パターンの到達時間は前記基準
パターンの到達時間に一致させるものである。
【０００９】
【実施例】以下、本発明に係るワイヤボンディング方法
について図１乃至図３に基づいて説明する。なお、本発
明に係るワイヤボンディング方法の一連の工程は、図４
に示すものと同様であるためその詳細な説明は省略す
る。
【００１０】本発明に係るワイヤボンディング方法は、
図２に示すａ点からｂ点に至る曲線軌道に沿ってキャピ
ラリを駆動制御するものである。すなわち、図１は縦軸
にキャピラリの移動速度（Ｖ）、横軸に経過時間（ｔ）
として示した特性を示しており、図中曲線（ハ）はＸ
（Ｙ）軸の駆動パターン、すなわちＸＹテーブルによっ
て成される水平方向の移動特性を示しており、図中曲線
（ニ）はＺ軸の駆動パターン、すなわちボンディングア
ームの揺動によって成されるキャピラリの垂直方向の移
動特性を示している。
【００１１】図１の曲線（ハ）によって理解されるとお
り、ＸＹテーブルによって成される水平方向の移動特性
は、Ｘ（Ｙ）パターンとして示されたように、略サイク
ロイドパターンに成されている。ここでいう略サイクロ
イドパターンとは、例えば株式会社日刊工業新聞社発行
の機械設計第３３巻第３号（１９８９年３月号Ｃ言語に
よるカム曲線の計算と作図山梨大学牧野洋著第６４頁）
に示されているサイクロイド曲線を含み、該サイクロイ
ド曲線を基準として図１に示すように速度Ｖを可変して
作成したパターンをも含む。
【００１２】すなわち、図４の（ｄ）に示す第１ボンデ
ィング点であるパッドにボンディング接続した後、ボン
ディングアームの揺動によりキャピラリ４がＺ軸方向に
上昇してキャピラリの最上昇位置まで上昇して停止す
る。この最上昇位置は、図２に示すように、ａ点となっ
ており、このときのＸＹパターンは、ａ点でｔ＝０とな
っている。 図２に示すように、ａ点からｂ点に至る曲線
軌道の動作において、水平方向の移動はａ点（ｔ＝０）
において初速０から動作が開始し、時間経過と共にサイ
クロイドパターンに従って移動速度が略２乗特性で増加
し、図２に示すａ点とｂ点の略中間時点（ｔ＝ｔｈ1 ）
で移動速度が最高速となり、ｂ点（ｔ＝ｔ0 ）におい
て、その速度は０になる特性で駆動される。こうするこ
とによって、図５に示す従来の特性に比較して初期駆動
時において、移動速度（Ｖ）の急激な変化を抑えること
ができる。従って初期駆動時において、キャピラリを含
むボンディングアーム等の機構全体に対して加えられる
加速度は比較的軽減される。
【００１３】一方、キャピラリの垂直方向への移動特性
は、図１の（ニ）にＺパターンとして示されるように、
前記水平方向への相対的な移動開始後所定時間（△ｔ）
経過した後に初速０から動作が開始し、時間経過と共に
速度が増加し、図２で示すａ点とｂ点の略中間時点を若
干過ぎた時点（ｔ＝ｔｈ2 ）で移動速度が最高速とな
り、ｂ点（ｔ＝ｔ0 ）において、その速度は０になる特
性で駆動される。なお、前記所定時間（△ｔ）は、一般
に数ｍｓｅｃ程度に設定される。このＺパターンは、前
記サイクロイドパターンを基準パターンとして時間ｔ＝
ｔ0 で到達時間が同じとなるような曲線パターンにより
一致させるように制御される。
【００１４】このようにキャピラリの水平方向および垂
直方向の移動特性、すなわち速度制御を持たせること
で、急激な加速度等により振動を発生することなく図２
に示すような理想的な曲線軌道を得ることができる。な
お図２の縦軸はＺ軸方向の距離、換言すればキャピラリ
の上下方向の移動距離を示し、また横軸はＸ軸（Ｙ軸）
方向の距離、換言すればキャピラリの水平方向の移動
（ＸＹテーブルによって成される）距離を示している。
【００１５】また図３はキャピラリの水平方向への移動
開始タイミングと垂直方向の駆動開始タイミングとの時
間差（△ｔ）を変数とした場合のキャピラリの移動特性
を例示したものである。なお図３の縦軸はＺ軸方向の距
離、換言すればキャピラリの上下（垂直）方向の移動距
離を示し、また横軸はＸ軸（Ｙ軸）方向の距離、換言す
ればキャピラリの水平方向の移動距離を示している。そ
して前記△ｔが大になるにしたがって矢印（ホ）方向
に、また△ｔが小になるにしたがって矢印（ヘ）方向に
キャピラリの移動軌跡が変動することを示している。こ
の図３に示すようにキャピラリのＺ軸方向へのスタート
タイミング（△ｔ）を制御することにより、種々の曲線
軌道を得ることが可能であり、例えば第１ボンディング
点と第２ボンディング点の間に段差が存在する場合にお
いても、容易に理想とする曲線軌道を得ることが可能と
なる。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ワイヤボンディング方法によると、キャピラリが移動す
る移動範囲において、キャピラリの水平方向への移動
は、移動速度対経過時間特性で示した場合、略サイクロ
イドパターンを描くように速度制御が成される。このよ
うにキャピラリの速度制御を成すことで、キャピラリが
移動する際に、ボンディングアーム等の機構全体に水平
方向への加速度が加わる度合いが軽減され、従来のワイ
ヤボンディング装置に見られるように、ボンディングア
ーム等の機構全体に振動を発生させ、ボンディング不良
を起こさせる等の問題点の発生を防止させることが可能
となる。また本発明のワイヤボンディング方法による
と、キャピラリの垂直方向への移動は、前記水平方向へ
の移動開始後所定時間経過した後に開始されるようタイ
ミング制御が成される。このようなタイミング制御によ
り、例えば第１ボンディング点と第２ボンディング点の
間に段差が存在する場合においても、容易に理想とする
曲線軌道を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るワイヤボンディング方法
によって駆動されるキャピラリの速度制御パターンを示
した特性図である。
【図２】図２は、本発明のワイヤボンディング方法によ
って得られるキャピラリの移動特性を示した特性図であ
る。
【図３】図３は、図１における△ｔを変化させた場合の
キャピラリの移動特性を示した特性図である。
【図４】図４は、ワイヤボンディング装置によって成さ
れるボンディング工程図である。
【図５】図５は、従来のワイヤボンディング方法によっ
て駆動されるキャピラリの速度制御パターンを示した特
性図である。
【符号の説明】
１ ＩＣチップ １ａ パッド（第１ボンディング点） ２ リード（第２ボンディング点） ３ ボンディングステージ ４ キャピラリ ５ ワイヤ ６ クランパ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディングステージ上に載置された第
    １ボンディング点である半導体チップ上の電極にワイヤ
    を接続後、ボンディングアームを揺動させてワイヤを繰
    り出しつつキャピラリを最上昇位置まで上昇させ、更に
    ＸＹテーブルの駆動により前記ワイヤを繰り出しつつ前
    記キャピラリを前記ボンディングステージ上に載置され
    た第２ボンディング点であるリード方向に移動させて前
    記ワイヤを第２ボンディング点に接続するワイヤボンデ
    ィング方法であって、 前記第１ボンディング点にワイヤを接続後、前記キャピ
    ラリが前記第１ボンディング点の前記最上昇位置から所
    定のワイヤループコントロールにしたがって第２ボンデ
    ィング点にワイヤを接続する場合において、 前記第１ボンディング点の上方の前記最上昇位置から前
    記ＸＹテーブルの駆動による前記キャピラリの水平方向
    への相対的な移動は、略サイクロイドパターンを基準パ
    ターンとして行われ、前記ボンディングアームの揺動に
    よる前記キャピラリの下降方向への移動は、前記キャピ
    ラリの水平方向への相対的な移動開始後所定時間経過後
    に開始されるとともに前記キャピラリの下降方向へ移動
    する曲線パターンの到達時間は前記基準パターンの到達
    時間に一致させることを特徴とするワイヤボンディング
    方法。
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