JP3425492B2 - 半導体実装方法およびその装置 - Google Patents

半導体実装方法およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造工程にお
いて半導体チップとリードフレームなどを接合する半導
体実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップとリードフレームなどの外
部電極は、金やアルミなどのワイヤーによりワイヤボン
ダーを用いて接続される。このワイヤーと半導体チップ
または外部電極は、熱または超音波あるいは両者を用い
て接合されている。
【０００３】また、ワイヤーボンダーのうちでボールボ
ンディングと呼ばれるボンディング方法を行うものは、
ワイヤーの先端に電気放電などの加熱手段を用いてボー
ルを形成している。このときの接合条件としては、半導
体チップと外部電極を加熱するステージの温度、ワイヤ
ーを押し付ける圧力とその時間、超音波の発振出力とそ
の時間が挙げられる。
【０００４】これらの条件は、ワイヤーボンダーにデー
タとして保存されている。これらのデータは、全て固定
データ、または各ワイヤごとに固定データになってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ワイヤボンダーが複数
のワイヤーを連続してボンディングを行う場合、加圧ツ
ールは半導体チップ加熱部からの熱を受け温度上昇して
いる。また、ボール形成直後にボンディングを行うため
ボール温度も高温となっている。
【０００６】ところが、半導体チップの搬送時や、停止
後の再スタート時のようにボンディング後に次のボンデ
ィングまでの時間が長くなった場合には、加圧ツールや
ボールの温度が低下してしまう。このため、ワイヤーと
半導体チップの合金化が抑制され、ボンダビリティーが
悪化してしまう問題がある。
【０００７】本発明は次のボンディングまでの時間が長
くなった場合であっても、加圧ツールやボールの温度の
低下に影響されることなく接合できる半導体実装方法を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体実装方法
は、ボンディング加圧ツールでボンディングワイヤーを
ボンディング対象物に押し付けて熱接合，超音波接合の
少なくとも何れか一方の接合方法でボンディングワイヤ
ーをボンディング対象物に接合するに際し、加圧ツール
の温度を計測し、計測温度に基づいて次の接合時の加圧
力，加圧時間，超音波発振出力，超音波発振時間のうち
の少なくとも１つの接合条件を変更することを特徴とす
る。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
１〜図４に基づいて説明する。図１は第１の実施の形態
を示している。
【００１４】この第１の実施の形態は、熱、超音波接合
ボールボンディングまたはウェッジボンディング方式の
ワイヤーボンディング装置に搭載し、前回のボンディン
グから次のボンディングまでの時間を計測するボンディ
ング間隔時間測定手段より得られた結果をもとに、加圧
力、加圧時間、超音波発振出力、超音波発振時間の一部
または全てを変化させて実装する具体例である。
【００１５】ワイヤーボンディング装置は、ワイヤー供
給部１からボンディングワイヤー２を図示しない駆動方
法によりボンディング加圧ツール３に最適な長さだけ供
給し、ボンディング加圧ツール３を加圧部４でボンディ
ング対象物６に押し付ける。５はボンディング対象物６
を加熱する加熱部である。加圧部４はＡＣサーボモータ
やリニアモータ、エアーシリンダなどで構成されてい
る。加圧ツール３は超音波発振子７から発生する超音波
を接合部のワイヤー２に伝えるように構成されている。
【００１６】ボンディング全体の制御を行う主制御部９
は、データ記憶部１０から加圧力、加圧時間、超音波発
振出力、超音波発振時間のデータを読み込んで演算手段
１１へ出力する。
【００１７】演算手段１１は、前回のボンディングから
次のボンディングまでの時間を計測する時間計測手段１
２より得られた計測時間Ｔを基に、データを変化させ加
圧力・時間制御手段１３および超音波発振出力・時間制
御手段８へ指令を送るように構成されている。また、演
算手段１１は前記計測時間Ｔが長くなった場合に接合条
件が強くなるように作られている。接合条件が強いと
は、加圧力を上げる、または加圧時間を長くする、また
は超音波発振出力を上げる、または超音波発振時間を長
くすることである。
【００１８】加圧力・時間制御手段１３は演算手段１１
より与えられる指令に従って加圧部４を制御する。超音
波出力・時間制御手段８は演算手段１１より与えられる
指令に従い超音波発振子７を制御する。
【００１９】接合手順に従って説明すると、主制御部９
はボンディングの加圧時にボンディング間隔時間測定手
段１２をスタートさせている。次のボンディング時、演
算手段１１はボンディング間隔時間測定手段１２から計
測時間Ｔを受け取り、また主制御部９を介してデータ記
憶部１０から読み出したボンディングの条件データを受
け取り、決められた演算を行い、加圧力・時間制御手段
１３と超音波発振出力・時間制御手段８に対し指令を出
す。
【００２０】ボンディングワイヤ２は、加圧ツール３に
よりボンディング対象物５に加圧され、また超音波発振
によりボンディングワイヤ２とボンディング対象物５の
接合が完了する。
【００２１】この結果、ボンディング間隔を検知して接
合条件を強くすることができ、ボンダビリティの悪化を
防止できる。なお、接合方法に熱接合方式のみを用いる
場合には超音波発振子７、および超音波発振出力・時間
制御手段８は不必要であり、超音波接合のみを用いる場
合には加熱部５が不必要であることは明らかである。
【００２２】図２は第２の実施の形態を示す。この第２
の実施の形態では、加圧ツール温度測定手段より得られ
た結果をもとに、加圧力、加圧時間、超音波発振出力、
超音波発振時間の一部または全てを変化させて実装する
具体例である。
【００２３】１４は加圧ツール３の温度を測定する加圧
ツール温度測定センサで、例としては、熱電対や非接触
熱センサが挙げられる。１５は加圧ツール温度測定セン
サ１４の出力に基づいて加圧ツールの温度を計測する加
圧ツール温度測定手段である。その他の構成のワイヤー
供給部１、ボンディングワイヤー２、ボンディング加圧
ツール３、加圧部４、加熱部５、ボンディング対象物
６、超音波発振子７、超音波出力時間制御手段８、主制
御部９、データ記憶部１０は、第１の実施の形態と同様
である。
【００２４】この第２の実施の形態の演算手段１１は、
加圧ツール温度測定手段１５より得られた計測温度を基
にデータを変化させ、加圧力・時間制御手段１３および
超音波発振出力・時間制御手段８へ指令を送るように接
続されており、計測温度が低下した場合に演算手段１１
は接合条件が強くなるように構成されている。
【００２５】ボンディング時に演算手段１１は加圧ツー
ル温度計測手段１２から計測温度を受け取り、データ記
憶部１０からボンディングの条件データを受け取り、決
められた演算を行い、加圧力・時間制御手段１３と超音
波発振出力・時間制御手段８に対し指令を出す。
【００２６】ボンディングワイヤ２は、加圧ツール３に
よりボンディング対象物６に加圧され、また超音波発振
によりボンディングワイヤ２とボンディング対象物６の
接合が完了する。
【００２７】この結果、加圧ツールの温度を検知して接
合条件を強くすることができ、ボンダビリティの悪化を
防止できる。図３は第３の実施の形態を示す。
【００２８】この第３の実施の形態では、ボール形成後
に次のボンディングまでの時間を計測する時間計測手段
より得られた結果をもとに、加圧力、加圧時間、超音波
発振出力、超音波発振時間の一部または全てを変化させ
て実装する具体例である。
【００２９】図３において、１６はエネルギー発生装置
で、ワイヤー先端にエネルギーを与えてワイヤーの先端
にボール１７を形成する。一例としては高電圧放電装置
が挙げられる。
【００３０】演算手段１１は、エネルギー発生装置によ
りボール１７を形成後に次のボンディングまでの時間を
計測する時間計測手段１８より得られた計測時間を基に
データを変化させ、加圧力・時間制御手段１３および超
音波発振出力・時間制御手段８へ指令を送るように構成
されている。演算手段１１は、計測時間が長くなった場
合に接合条件が強くなるように作られている。その他の
構成のワイヤー供給部１、ボンディングワイヤー２、ボ
ンディング加圧ツール３、加圧部４、加熱部５、ボンデ
ィング対象物６、超音波発振子７、超音波出力時間制御
手段８、主制御部９、データ記憶部１０は、第１の実施
の形態と同様である。
【００３１】ボンディング時、演算手段１１は時間計測
手段１８から計測時間を受け取り、データ記憶部１０か
らボンディングの条件データを受け取り、決められた演
算を行い、加圧力・時間制御手段１３と超音波発振出力
・時間制御手段８に対し指令を出す。
【００３２】ボンディングワイヤ２は加圧ツール３によ
りボンディング対象物６に加圧され、また超音波発振に
よりボンディングワイヤ２とボンディング対象物６の接
合が完了する。
【００３３】この結果、ボール形成後の時間を検知して
接合条件を強くすることができ、ボンダビリティの悪化
を防止できる。図４は第４の実施の形態を示す。
【００３４】この第４の実施の形態では、ボール温度計
測手段より得られた結果をもとに、加圧力、加圧時間、
超音波発振出力、超音波発振時間の一部または全てを変
化させて実装する具体例である。
【００３５】１９はボール温度測定センサで、例として
は、非接触熱センサが挙げられる。２０はボール温度測
定センサ１４の出力に基づいてボールの温度を計測する
ボール温度測定手段である。その他の構成のワイヤー供
給部１、ボンディングワイヤー２、ボンディング加圧ツ
ール３、加圧部４、加熱部５、ボンディング対象物６、
超音波発振子７、超音波出力時間制御手段８、主制御部
９、データ記憶部１０は、第１の実施の形態と同様であ
る。
【００３６】演算手段１１は、ボール１７の温度を計測
するボール温度測定手段２０より得られた計測温度を基
にデータを変化させ、加圧力・時間制御手段１３および
超音波発振出力・時間制御手段８へ指令を送るように構
成されている。演算手段１１は、計測温度が低下した場
合に接合条件が強くなるように作られている。
【００３７】ボンディング時、演算手段１１はボール温
度計測手段２０から計測温度を受け取り、データ記憶部
１０からボンディングの条件データを受け取り、決めら
れた演算を行い、加圧力・時間制御手段１３と超音波発
振出力・時間制御手段８に対し指令を出す。
【００３８】ボンディングワイヤ２は、加圧ツール３に
よりボンディング対象物５に加圧され、また超音波発振
によりボンディングワイヤ２とボンディング対象物５の
接合が完了する。
【００３９】この結果、ボール温度の低下を検知して接
合条件を強くすることができ、ボンダビリティの悪化を
防止できる。なお、接合条件を変更する際、加圧時間、
加圧力、超音波発振出力、超音波発振時間のいずれかの
みの変更であってもボンダビリティの向上を計ることが
可能なため、必ずしも全てのデータをデータ記憶部１０
で記憶している必要はなく、いずれかのデータが固定さ
れているボンディング方法、ボンディング装置を構成す
ることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体チ
ップの搬送時や、停止後の再スタート時のように、ボン
ディング後次のボンディングまでの時間が長くなった場
合であっても、加圧ツールやボールの温度の低下に影響
されることなく、ワイヤーと半導体チップの接合を行う
ことが可能となり、ボンダビリティが低下しないという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の具体的な構成図で
ある。
【図２】本発明の第２の実施の形態の具体的な構成図で
ある。
【図３】本発明の第３の実施の形態の具体的な構成図で
ある。
【図４】本発明の第４の実施の形態の具体的な構成図で
ある。
【符号の説明】
１ ワイヤー供給部 ２ ボンディングワイヤー ３ ボンディング加圧ツール ４ 加圧部 ６ ボンディング対象物 ７ 超音波発振子 ８ 超音波発振出力・時間制御手段 ９ 主制御部 １０ データ記憶部 １１ 演算手段 １２ 時間計測手段 １３ 加圧力・時間制御手段 １４ 加圧ツール温度測定センサ １５ 加圧ツール温度測定手段 １６ エネルギー発生装置 １７ ボール １８ 時間計測手段 １９ ボール温度測定センサ ２０ ボール温度測定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−14871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−126643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−231728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128130（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257838（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−204300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202948（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−23340（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−275674（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディング加圧ツールでボンディング
    ワイヤーをボンディング対象物に押し付けて熱接合，超
    音波接合の少なくとも何れか一方の接合方法でボンディ
    ングワイヤーをボンディング対象物に接合するに際し、
    加圧ツールの温度を計測し、計測温度に基づいて次の接
    合時の加圧力，加圧時間，超音波発振出力，超音波発振
    時間のうちの少なくとも１つの接合条件を変更する半導
    体実装方法。
  2. 【請求項２】 ボンディングワイヤーにエネルギーを加
    えてボンディングワイヤーの先端にボールを形成し、こ
    れをボンディング加圧ツールでボンディング対象物に押
    し付けて接合する請求項１記載の半導体実装方法。
  3. 【請求項３】 ボンディング加圧ツールでボンディング
    ワイヤーをボンディング対象物に押し付けて熱接合，超
    音波接合の少なくとも何れか一方の接合方法でボンディ
    ングワイヤーをボンディング対象物に接合する半導体実
    装装置において、加圧ツールの温度を検出する加圧ツー
    ル温度測定手段と、加圧ツール温度測定手段の検出温度
    をパラメータとし演算し接合条件を変更する演算手段と
    を設けた半導体実装装置。
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