JP3709714B2 - ワイヤボンディング装置,ワイヤボンディング方法 - Google Patents
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- H01L2924/01046—Palladium [Pd]
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にダイボンディングされた半導体チップ上の電極と前記基板上の配線パターンとの間をワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング装置またはワイヤボンディング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
斯様なワイヤボンディングの従来技術として、例えば、金からなるボンディングワイヤ(以下、単にワイヤと称す)の先端部にトーチから放電を行うことによってボールを形成し、そのボールを予め基板上のランドにボンディングしておき(プレボール)、それから、半導体チップ上の電極に1次ボンディングしてルーピングしたワイヤを前記ランド上のプレボールに2次ボンディングするようにしたものがある。
【0003】
このように基板上のランドに予めプレボールを配置することで、一般に、ワイヤの材質である金に対して接合の良くない銅めっきで形成される基板上のランドに対しても、2次ボンディングの接続状態を良好にすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このプレボールを用いたボンディングには、プレボールをランド上に形成する際のワイヤの切断方式に以下のような問題があった。例えば、図14に示す方式では、ボール1をランド2に接合した後キャピラリ3によってワイヤ4をランド2の近傍に擦り付けて接合してからキャピラリ3を引き上げることで切断を行うものであるが、上述のように金と銅との接合性が良くないことから、例えば、キャピラリ3を引き上げた場合に、ランド2に擦り付けたワイヤ4部分が離脱しまうことがある。
【0005】
ワイヤボンディングにおいては、ワイヤ4の先端部にトーチ(図示せず)から放電を行うことによってボール1を形成する。そして、そのボール1の径を一定にするにはトーチによる放電距離を一定にする必要があり、そのためには、キャピラリ3の先端部からのワイヤ4の突出長さを略一定に維持する必要がある。故に、ワイヤ4は、ランド2との接合部から前記突出長さ分だけキャピラリ3の先端から引き出された時点で図示しないクランプ機構によりクランプされ、その後にキャピラリ3が所定量の引き上げられることで切断されるようになっている。
【0006】
従って、上述のようにランド2に擦り付けたワイヤ4部分が離脱するとワイヤ4が上方に伸びるため、切断された時点でのキャピラリ3先端からの突出長さはその分短くなってしまう。すると、放電により形成されるボール径にばらつきが生じたり、或いは放電が行われなくなりボンディング装置が異常停止することがある。
【0007】
また、図15に示す方式では、ボール1をランド2に接合した後ワイヤ4を固定した状態でキャピラリ3を上方に引き上げてワイヤ4を引き千切るものであるが、その引き千切りの際に所謂テール4aが発生することが避けられない。この時点でテール4aが発生すると、更に、2次ボンディングの際にもテールの発生を誘発することになり、他の配線との短絡が生じたり、或いは、上記と同様の放電不良を生じるおそれがある。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プレボール形成時において、テールを発生させることなくボンディングワイヤの切断を良好に行うことができるワイヤボンディング装置,ワイヤボンディング方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のワイヤボンディング装置または請求項8記載のワイヤボンディング方法によれば、プレボール形成手段によってワイヤの先端部に形成したボールを基板上の配線パターンのランドにボンディングする。それから、ワイヤをその形状が半導体チップ側に凸となるようにルーピングさせてから少なくともランド上のボールの中心位置まで相対的に移動させ、キャピラリをボール上に下降させてボールとワイヤとを接合する。
【0010】
この時、半導体チップ側に凸となる形状をなすようにルーピングされたワイヤは、ボールとキャピラリとの間に挟まれて押し潰されボールに圧接されるので、ワイヤには、塑性変形することにより径が細くなって括れた部分が生じる。従って、その後にキャピラリを所定位置まで上昇させると、僅かなテンションが作用するだけでワイヤは括れ部分において切断され、プレボールが形成される。
【0011】
従って、プレボール形成時におけるワイヤの切断を、テールを発生させることなしに容易且つ確実に行うことができる。また、ワイヤの切断時においてキャピラリから導出されるワイヤの寸法を略一定にすることができるので、先端に形成されるボール径も略一定となり、ボンディングを安定した状態で行うことができる。更に、従来とは異なり、キャピラリをランドよりは軟質な材料からなるボール(ワイヤ)に押し付けるので、キャピラリの摩耗を少なくして寿命を長期化することができ、加えて、ワイヤの切断のためにプレボールのつぶれ径以上の余分な面積を必要とすることがない。
【0012】
請求項2,3記載のワイヤボンディング装置または請求項9,10記載のワイヤボンディング方法によれば、プレボール形成手段は、ルーピングさせたワイヤをボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてからキャピラリをボール上に下降させる(請求項2,9)。また、その移動距離をワイヤ径よりも小に設定する(請求項3,10)ことで、ボールとの接合時においてワイヤに形成される括れ部分の厚さ寸法が切断に適した良好な値となり、ワイヤの切断を一層確実に行うことができる。
【0013】
請求項4,5記載のワイヤボンディング装置または請求項11,12記載のワイヤボンディング方法によれば、ボンディング手段は、ルーピングしたワイヤをプレボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてからキャピラリをプレボール上に下降させて当該プレボールとワイヤとを接合し、その後にキャピラリを所定位置まで上昇させることでワイヤを切断して2次ボンディングを行う(請求項4,11)。また、その移動距離をワイヤ径よりも小に設定する(請求項5,12)ことで、請求項2,3または請求項9,10と同様に、2次ボンディング時においてもワイヤに形成される括れ部分の厚さ寸法が切断に適した良好な値となり、ワイヤの切断を確実に行うことができる。
【0014】
請求項6記載のワイヤボンディング装置または請求項13記載のワイヤボンディング方法によれば、配線パターンの材質が銅であり、ワイヤの材質が金であるものを対象とすることで、一般的に使用されるが接合性が悪い材質の組み合わせであっても、プレボール形成時におけるワイヤの切断は、従来のようにワイヤと配線パターンとの接合に基づいて行うものとは異なりワイヤとプレボールとの接合に基づいて行うので、切断を確実に行うことが可能となり有効に適用することができる。
【0015】
請求項7記載のワイヤボンディング装置によれば、プログラム作成手段は、ティーチング手段によって1次ボンディングの座標を第1座標とし、プレボールボンディング座標,プレボール形成時のワイヤ切断位置座標,2次ボンディング座標の内の何れか一つの座標を第2座標としてティーチングされたデータと、第2座標を基準として、方向及び位置指定手段によって指定された第1座標以外の他の2つの座標の方向及び位置データに基づいて、前記他の2つの座標を自動生成することによりワイヤボンディングの制御プログラムを作成する。
【0016】
従って、従来とは異なり、ユーザは全ての座標データをティーチングによって入力する必要がないので、ワイヤボンディングプログラムの作成時間を大幅に短縮することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図1乃至図8を参照して説明する。図6は、ワイヤボンディング装置の構成を示す機能ブロック図である。この図6において、マイクロコンピュータを中心として構成される制御部(プレボール形成手段,ボンディング手段)11は、モータなどで構成されるXY軸駆動部12に制御信号を与えて、XYテーブル13をXY方向(水平面内)に駆動して変位させるようになっている。
【0019】
XYテーブル13上には、モータなどで構成されるZ軸駆動部14が配置されており、制御部11は、Z軸駆動部14に制御信号を与えて、ボンディングへッドのトランスデューサ(Z軸駆動部14の一部,何れも図示せず)に取り付けられているキャピラリ15をZ方向(上下方向)に駆動して変位させるようになっている。即ち、制御部11は、両者の変位を合成することでワイヤボンディングを行うようになっている。
【0020】
また、制御部11は、上記駆動制御と共に行うワイヤボンディングをユーザによって作成された制御プログラムに従って実行するようになっている。その制御プログラムは、ユーザがティーチング部(ティーチング手段)16を操作することで得られるティーチングデータと、キーボードなどで構成される入力部(位置指定手段,距離指定手段)17を介して入力するボンディング条件のデータとに基づいてプログラム作成部(プログラム作成手段)18により作成され、例えばRAMやハードディスクなどで構成されるプログラム記憶部19に記憶されるようになっている。そして、制御部11は、プログラム記憶部19に記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。
【0021】
ティーチング部16は、具体的には図示しないが、ボンディングステーション上に配置された基板を上方から所定倍率で拡大して撮像するITVカメラと、そのITVカメラ(ボンディングへッドに固定されている)の撮像位置をXY方向に移動させるためにユーザが操作するマニピュレータと、ITVカメラによって撮像された画像を表示するモニタなどから構成される。そして、詳細は後述するが、ユーザの操作によりティーチングが行われると、プログラム作成部18は、制御部11を介して制御プログラムを作成するために必要な基板上の座標データ(ティーチングデータ)を得ることができるようになっている。
【0022】
また、制御部11は、その他基板をボンディングステーション上に供給するためのフレームローダや、キャピラリ15に超音波振動を与える超音波発振器(何れも図示せず),ワイヤに放電してボールを形成するトーチ20(図2参照)や基板を加熱するヒータなどの制御も行うようになっている。
【0023】
また、図7は、キャピラリ15の断面形状を示すものである。本実施例におけるキャピラリ15は、チャンファ角は120度であり、チャンファ径はボールのつぶれ径に略等しくなるように設定されている。各部寸法の一例として、キャピラリ15の直径は165μm,ボンディングワイヤ径は30μm,挿通孔15aの径は46μm,ボンディングワイヤに形成されるボール径70μmとするとボンディング時のつぶれ径は約90μmとなり、チャンファ径は91μmとなっている。
【0024】
次に、本実施例の作用について図2乃至図5をも参照して説明する。図2及び図3は、ワイヤボンディング装置によりワイヤボンディングを行う場合の状態を示す断面図であり、図4及び図5は、プレボール形成工程及び1次,2次ボンディング工程の処理手順を示すフローチャートである。図2において、セラミック基板またはガラスエポキシなどからなるプリント基板、若しくはリードフレームなどからなる基板21がボンディングステーション上に配置されている。その基板21上には、半導体チップ22がダイボンディングされている。
【0025】
半導体チップ22上には、例えばアルミニュウム(Al)などからなるボンディングパッド(電極)22aが形成されている。また、基板21上には、例えば銅(Cu)めっきにより配線パターン及びそのランド23が形成されている。そして、ワイヤボンディング装置によって、ボンディングパッド22aとランド23との間を、金(Au)からなるボンディングワイヤ24によって接続する。尚、ワイヤ24の径は、例えば30μmである。
【0026】
図2(a)に示すように、キャピラリ15の貫通孔15aにはワイヤ24が挿通されている。先ず、制御部11は、制御プログラムに従ってXYテーブル13を駆動することで、キャピラリ15がランド23上のプレーボールを配置する座標に位置するように移動させる(図4:ステップA1)。それから、キャピラリ15の先端から突出したワイヤ24の先端部にトーチ20により放電を行うことで直径70μm程度のボール24aを形成する。
【0027】
次に、図2(b)に示すように、制御部11は、キャピラリ15をZ軸方向に変位させてランド23上に落下させボール24aをランド23に押し付けて潰すと同時に、超音波振動を加えることによってプレボールボンディングを行う(ステップA2)。この時、ボール24aのつぶれ径は90μm程度となる。また、基板21は、ワイヤ24とランド23との接合がより良好に行われるように、ボンディング装置のヒータにより加熱されている。
【0028】
次に、図2(c)に示すように、制御部11は、キャピラリ15を引き上げると同時にXYテーブル13を変位させる。先ず、キャピラリ15を引き上げた直後は、キャピラリ15が半導体チップ22側(図2中左側)に近付くようにする(リバース動作)。それから、XYテーブル13の変位を停止させてキャピラリ15を引上げ、次に、リバース動作させた分だけXYテーブル13を逆方向に変位させてルーピングを行う。即ち、キャピラリ15の軌跡は、図2(c)においては略逆コ字状となり、その間にキャピラリ15より導出されたワイヤ24のルーピング部24bの形状も同様となる(ステップA3)。
【0029】
ステップA3が終了した時点で、キャピラリ15の中心はランド23上の潰されたボール24aの中心に一致している。制御部11は、そこからXYテーブル13を変位させて、キャピラリ15の中心がボール24aの中心に対して反半導体チップ(22)側(図2中右側)に位置するように制御する(ステップA4)。この場合、キャピラリ15のボール24aの中心位置に対する相対変位量は、例えば20μmである。尚、図2(c)ではここまでの工程を示している。
【0030】
次に、制御部11は、キャピラリ15をボール24a上に下降させる(ステップA5)。すると、図2(d)に示すように、キャピラリ15より導出されているワイヤ24が押し潰される。この時、ボール24aとキャピラリ15の貫通孔15aの(図2中)左側面との間に挟まれるワイヤ24のルーピング部24bは、ボール24aに圧接されると共に、大きく塑性変形してワイヤ24の径よりも細く(厚さが薄く)なる括れ部24cが生じる。
【0031】
それから、制御部11はキャピラリ15を上昇させる。この時、ワイヤ24は、クランプ機構によりクランプされると僅かなテンションがかかるだけで括れ部24cにおいて容易且つ確実に切断される(図2(e)参照,ステップA6)。すると、ランド23上にはプレボール25が形成される。ここまでがプレボール形成工程に対応する。尚、図1は、側面から見たプレボール25の形状を拡大して示すものである。
【0032】
次に、制御部11は、再びトーチ20によりワイヤ24の先端部にボール24aを形成する(図3(f)参照)。それから、XYテーブル13を変位させて、キャピラリ15を半導体チップ22のボンディングパッド22aの座標位置まで移動させてから下降させることで、一次ボンディングを行う(図3(g)参照,図5:ステップB1,B2)。
【0033】
次に、制御部11は、XYテーブル13を変位させて、1次ボンディングポイントから2次ボンディングポイントへキャピラリ15を移動させる。そして、プレボール形成工程と同様に、キャピラリ15の中心がプレボール25の中心に対して反半導体チップ側に位置するように制御する(ステップB4)。この場合の、キャピラリ15のボール24aの中心位置に対する相対変位量は、ステップA4と同様に例えば20μmである。尚、図3(h)ではここまでの工程を示している。
【0034】
次に、制御部11は、キャピラリ15をプレボール25上に下降させる(ステップB5)。すると、図2(d)と同様な作用によって、ルーピングされたワイヤ24の先端部はプレボール25とキャピラリ15の貫通孔15aの左側面との間に挟まれ塑性変形して括れ部が生じる。そして、制御部11がキャピラリ15を上昇させてワイヤ24をクランプすると、僅かなテンションによって括れ部よりワイヤ24は容易且つ確実に切断される(図3(i)参照,ステップb6)。
以上で2次ボンディングが完了する。それから、次のプレボールボンディングのために、トーチ20によりワイヤ24の先端にボール24aを形成する。
【0035】
次に、以上のようなプレボール形成工程並びに1次及び2次ボンディング工程を制御部11に実行させるための制御プログラムを作成する手順について、図8をも参照して説明する。プログラム作成部18は、先ずステップC1において、ユーザが、プレボールを用いたボンディングの制御プログラムの作成を指示する入力を入力部17より行ったか否かを判断する。その旨を指示する入力がなかった場合は「NO」と判断してステップC2に移行し、通常のティーチング動作を行う。
【0036】
ステップC1において前記入力があった場合、プログラム作成部18は「YES」と判断してステップC3に移行する。そして、ユーザがティーチング部16を操作して行うティーチングによって得られる1次ボンディングポイント(第1座標)のデータを得る。
【0037】
ティーチングは、例えば以下のように行われる。ユーザがティーチング部16のマニピュレータを操作すると、XY軸駆動部12によりXYテーブル13が駆動されITVカメラの視点が移動する。ユーザは、モニタ画面を見て、そのモニタ画面の中心に半導体チップ22のボンディングパッド22aの中心(1次ボンディングポイント)が位置するようにITVカメラを移動させる。そして前記位置が定まれば、確定入力を行うことでその時点でITVカメラが捕らえているモニタ画面の中心位置の座標が、1次ボンディングポイントの座標(x1 ,y1 )(ティーチングデータ)として確定する。
【0038】
次のステップC4においては、同様にして、ユーザが前記ボンディングパッド22aに接続すべき基板21上の配線パターンのランド23の中心位置(xp ,yp )(プレボールボンディングポイント,第2座標)にITVカメラを移動させるようにティーチングを行う。以上のステップC3及びC4のティーチングを、半導体チップ22の全てのボンディングパッド22aについて行うと、プログラム作成部18は、ステップC5で「YES」と判断してステップC6に移行する。
【0039】
ステップC6では、ユーザは、入力部17によりプレボール25形成時におけるワイヤ24の切断方向を入力して指定する。ここでは、プレボール25の中心に対して、例えば、半導体チップ側を“IN”,反半導体チップ側を“OUT”などのように指定する(ここでは“OUT”を指定)。次に、ユーザは、同様にプレボール25形成時におけるワイヤ24の切断位置を指定する(ステップC7)。例えば、プレボール25の中心を基準として“20μm”などを指定する。
【0040】
ユーザは、続くステップC8及びC9において、2次ボンディングポイントについては、ステップC6及びC7で指定したワイヤ切断位置ポイントを基準として方向及び位置を指定する。例えば、方向は無指定或いは“0”,位置も“0”とする。以上のステップC6〜C9のデータは、ユーザの選択により全てのボンディングポイントについて一括で指定することもできるし、個別に指定することもできるようになっている(ステップC10)。
【0041】
ユーザが一括指定を選択した場合は、ステップC11に移行して、各ボンディングポイントについてボンディング条件の入力を行うようにする。ボンディング条件とは、例えば、ボンディング時間,ボンディング時にキャピラリ15に加える荷重,超音波振動の出力(パワー)などである。このボンディング条件の入力についても、一括指定及び個別指定が可能となっている。
【0042】
また、ステップC10においてユーザが一括指定を選択しなかった場合は、ステップC12に移行して、全てのボンディングポイントについて個別の指定入力が完了したか否かを判断し、「NO」であればステップC6に移行し、「YES」であればステップC11に移行する。
【0043】
以上のように各データの入力が行われると、プログラム作成部18は、2次座標たるプレボールボンディングポイントを基準として、プレボールワイヤ切断ポイント及び2次ボンディングポイントの座標データを自動生成する。以上の例では、以下のように各座標データが決定され、制御プログラムが作成される(但し、1つのボンディング処理について)。例えば、反半導体チップ側“OUT”を+x方向とすると、
1次ボンディングポイント:(x1 ,y1 )
プレボールボンディングポイント:(xp ,yp )
プレボールワイヤ切断ポイント:(xp+20,yp )
2次ボンディングポイント:(xp+20,yp )
となる。
【0044】
図2及び図3に示すワイヤボンディングを行うための制御プログラムを作成する場合には、図8に示すフローに従って入力を行うと、その入力に要する時間を大幅に短縮することができる。比較のため、以下に、図9に示す従来のプログラム作成のための入力手順について概略的に説明する。
【0045】
先ず、プレボールボンディングポイント(A)のティーチングを行い(ステップD1)、続いて、ボールボンディング後のワイヤ切断ポイント(B)のティーチングを行う(ステップD2)。次に、1次ボンディングポイントのティーチングを行い(ステップD3)、続いて、2次ボンディングポイント(C)のティーチングを行う(ステップD4)。
【0046】
以上4回のティーチングを行った後に、プレボールボンディングポイント(A),ワイヤ切断ポイント(B)及び2次ボンディングポイント(C)について、ティーチングにより入力された座標データの確認を行う(ステップD5)。これは、ティーチングによる座標データ入力は作業者(ユーザ)が目視によって行うため、例えば、ワイヤ切断ポイント(B)のように0〜数10μm程度の寸法に対応する座標データについては、所期の値となるように正確に入力を行うことは極めて難しく、入力された座標データを確認して修正を行う必要があるからである。
【0047】
よって、上記A,B及びCの3点の座標データについて確認後修正を行い(ステップD6)、その修正した座標上に各ポイントを移動させるようにする(ステップD7)。以上のステップD1〜D7を全てのボンディングワイヤについて行うと、ティーチングによる座標データの入力が終了する(ステップD8)。それから、ステップC11と同様に、各ポイントのボンディング条件の入力を行う。
【0048】
即ち、本実施例のプログラム作成部18によれば、1本のボンディングワイヤについてティーチングによりデータ入力を行う必要があるのは1次ボンディングポイント(ステップC3)及びプレボールボンディングポイント(ステップC4)の2点だけであり、ステップC6〜C9のデータ入力については全本数につき一括して入力を行うことができる、残りのワイヤ切断及び2次ボンディングポインとの座標データは自動的に生成される。
【0049】
そして、本発明の発明者が実際に行った制御プログラムの作成例では、100本のワイヤをボンディングするプログラムを作成した場合、図9に示す従来の方式では入力に5〜6時間程度を要したが、図8に示す本実施例の方式では、30分程度で入力を完了することができた。
【0050】
また、本実施例に用いたキャピラリ15は、図7に示す断面形状としたことにより以下のような作用をなす。図10は、従来のワイヤボンディング装置に用いられているキャピラリ26の断面形状を示すものである。従来のキャピラリ26のチャンファ角は90度であり、チャンファ径は{(ボールつぶれ径)−20μm}程度に設定されるものが一般的である。
【0051】
斯様なキャピラリ26を用いて、金との接合性が悪く表面粗度の大きい銅めっきからなる配線パターンのランド上にワイヤをボンディングしようとすると、図12(a)に示すように、ワイヤとランドとの接合状態にばらつきが生じて所謂プロセンスウインドウが狭くなり、基板のロット間における銅めっきの表面粗度等のばらつきによってはボンディング不良が生じるという不具合が発生するという問題があった。
【0052】
図12は、実際に複数のサンプルについてボンディングを行った結果を示すものであり、ボンディング条件の内ボンディング時間を一定として、荷重及び超音波振動の出力レベルを変化させた場合(横軸)の、ボンディング部分の剪断強度(g,縦軸)の変化を示す。尚、横軸は、荷重及び出力レベルについて、実際に印加されることが想定される範囲内の所定値を基準とした比によって、“荷重/出力レベル”の組合わせで表している。荷重については範囲の中央付近を、出力レベルについては範囲の最小値を夫々基準(1)としている。
【0053】
このように接合状態にばらつきが生じる理由としては、次のように考えられる。キャピラリ26によるボールボンディング時の断面を図11(a)に示すように、従来のキャピラリ26の形状では、ボンディング時においてボール27の変形に寄与する力の一部が、キャピラリ26の挿通孔26a内ではチャンファ角が小さいため図11中で上方に作用する。
【0054】
また、チャンファ径が小さいため(例えば、ボールつぶれ径90μmに対して74μm)、上記力の一部は、ボール27がそのチャンファ径を超えて水平方向につぶれ拡がる方向に作用する(矢印で示す)。そのため、ボール27を、ランド28に接合するために図11中で下方に向かって作用する力の成分に損失が生じていると想定される。
【0055】
そこで、図11(b)に示すように、キャピラリ15の形状を本実施例のようにチャンファ角を120度とし、チャンファ径をボールのつぶれ径と略等しくする(91μm)ことにより上記損失を極力抑制して、ボール24aとランド23との接合に寄与する、下方に(即ち、ランド23との接合界面に)向かって作用する力の成分をより多くすることで、ボンディングをより良好に行うことができるようになった。
【0056】
実際にボンディングを行った結果を図12(b)に示すが、図12(a)に比較してボンディング部分の剪断強度のばらつきが縮小したことは明らかである。例えば、図12(b)に破線で示すように、キャピラリ15を用いた場合には、剪断強度60〜90gの範囲でプロセスウインドウを広く形成することができるため、より広いボンディング条件(荷重やパワーの印加条件)に対して安定したボンディングを行うことができる。
【0057】
これに対して、図12(a)では同じ範囲でプロセスウインドウを形成することはできず、極めて狭い範囲のものしか形成できない。加えて、図12(a)では、1.3/1.0,1.3/1.5,1.3/1.8の荷重が比較的大きい領域において全くボンディングすることができなかったサンプルが生じているが、図12(b)についてはそのようなサンプルは存在せず、やはり、キャピラリ15の方が安定したボンディングが可能であることを明示している。
【0058】
また、図13(a)に示すように、従来のキャピラリ26により形成されたプレボール29にルーピングしたワイヤ30を2次ボンディングする場合(ここでは、一般的な例を示す)は、主としてプレボール29のチャンファ径を超えてフランジ状につぶれ拡がったフランジ部29aに接合(接合長L1)が行われる。
【0059】
それに対して、図13(b)に示すように、本実施例のキャピラリ15により形成されたプレボール29′にワイヤ30を2次ボンディングする場合は、プレボール29′の斜面部29′aに接合(接合長L2)が行われる。後者の方が、接合が斜面部29′aに均一に行われることでL1<L2となり、両者間の接合面積が大となるので2次ボンディングの強度も向上することになる。
【0060】
また、上記のキャピラリ15がなす作用はプレーボール25のボンディング時に限るものではなく、半導体チップ22に対する1次ボンディング時においても、ボンディングパッド22aとボール24aとの間についても同様に作用することは言うまでもない。
【0061】
以上のように本実施例によれば、制御部11は、金からなるワイヤ24の先端部に形成したボール24aを基板21上の銅めっきからなるランド23にボンディングし、ワイヤ24を半導体チップ22側に凸となる形状にルーピングさせてから、ボンディングされたボール24aの中心より反半導体チップ側にワイヤ24の径よりも小である距離20μmだけ移動させ、キャピラリ15をボール24a上に下降させてボール24aとワイヤ24とを接合することでワイヤ24に括れ部24cを形成するようにした。
【0062】
従って、ボール24aとの接合時において形成される括れ部24cの厚さ寸法が切断に適した良好な値となり、プレボール25形成時におけるワイヤ24の切断をテールを発生させることなしに容易且つ確実に行うことができる。また、ワイヤ24の切断時においてキャピラリ15から導出されるワイヤ24の寸法を略一定にすることができるので、先端に形成されるボール24aの径も略一定となり、ボンディングを安定した状態で行うことができる。
【0063】
また、ワイヤ24及びランド23の材質の組み合わせが、金と銅のように一般的に使用されるが接合性が悪いものであっても、プレボール25の形成時におけるワイヤ24の切断は、従来のようにワイヤ24とランド23との接合に基づいて行うものとは異なりワイヤ24とプレボール25との接合に基づいて行うので、切断を確実に行うことが可能となり有効に適用することができる。そして、キャピラリ15の摩耗を少なくして寿命を長期化することができ、加えて、ワイヤ24の切断のためにプレボール25のつぶれ径以上の余分な面積を必要とすることがない。
【0064】
また、本実施例によれば、制御部11は、2次ボンディング時においても同様に、ルーピングしたワイヤ24を少なくともプレボール25の中心から反半導体チップ側に20μm移動させてからキャピラリ15をプレボール25上に下降させて両者を接合し、その後にキャピラリ15を所定位置まで上昇させることでワイヤ24を切断するので、2次ボンディング時にもワイヤ24の切断を確実に行うことができる。
【0065】
更に、本実施例によれば、プログラム作成部18は、ティーチング部16によって1次ボンディングポイントを第1座標とし、プレボールボンディングポイントを第2座標としてティーチングされたデータと、第2座標を基準として相対的な方向及び位置が指定されたプレボール25形成時のワイヤ24の切断位置ポイント並びに2次ボンディングポイントデータに基づいて、それら2つの絶対座標を自動生成することにより制御プログラムを作成する。
【0066】
従って、従来とは異なり、全ての座標データをティーチングによって入力する必要がなく、制御プログラムの作成時間を大幅に短縮することができる。また、修正が必要な場合には、第2座標のみを修正すればワイヤ24の切断位置ポイント並びに2次ボンディングポイントの座標データは自動的に修正されるので、修正作業もより効率的に行うことができる。
【0067】
加えて、本実施例によれば、キャピラリ15のチャンファ角を120度に設定し、チャンファ径を、ボール24aがボンディングされた場合のつぶれ径に略等しい91μmとすることで、ボールボンディングを行う場合にボール24aに作用する変形力が当該ボール24aとランド23との接合に寄与しない方向に作用することを極力抑制して、両者の接合界面方向に向かうようにすることができ、両者間の接合強度をより高めることができる。その結果、ボンディング条件のプロセスウインドウをより広くすることができ、より広いボンディング条件に対しても安定したボンディングを行うことができる。
【0068】
尚、一般にルーピングとは、半導体チップ上に1次ボンディングを行った後、基板上の配線パターンに2次ボンディングを行うためにワイヤを引き回すことを称するが、本実施例においては、プレボール形成時においても従来は行うことがなかったワイヤの引き回しを行うので、その場合のワイヤの引き回しをもルーピングと称している。
【0069】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
プレボール25の形成時において、ルーピングさせたワイヤ24をボール24aの中心に対して反半導体チップ側に移動させる距離は、20μmに限ることなく適宜変更して良いが、ワイヤ24の径より小であるのが好ましく、特に、0(反半導体チップ側に移動させず、ボール24aの中心に一致させても良い)〜20μmの範囲が好適であり、ワイヤ24の切断を良好に行うことができる。2次ボンディング時についても同様である。
また、上記数値は、ワイヤ24の径が30μmである場合の一例であり、ワイヤの径が異なる場合はそれに応じて適宜変更すれば良い。
【0070】
基板は、ガラスエポキシに限ることなく、セラミック基板や或いはリードフレームであっても良い。配線パターンの材質は、銅めっきに限ることなく、Ag厚膜,Ag−Pd,Ag−Pt,下地がニッケルであるフラッシュAuめっきなどでも良い。
XYテーブル13上にボンディングへッドに代えてボンディングステージを載置して、XY軸方向については、キャピラリ15を移動させる代わりに基板21側を移動させても良い。
制御プログラムを作成する場合に、ステップC4において第2座標としてティーチングする座標は、プレボール25のポイントに限ることなく、2次ボンディングポイントや或いはプレボール25形成時のワイヤ切断ポイントであっても良い。それに応じて、ステップC6〜C9においては、残る2つのポイントについての相対方向及び位置の指定を行うようにすれば良い。
【0071】
ステップC8及びC9において、2次ボンディングポイントについては、同様に、プレボール25の中心を基準として方向及び位置を指定しても良い。また、本実施例のように、ワイヤ切断ポイントと2次ボンディングポイントとが同一の座標となる場合には、ステップC6とC8,C7とC9とを夫々共通化しても良い。
また、プログラム作成部18により作成される制御プログラムは、上記実施例の工程によりプレボール形成及び1次,2次ボンディングを行うものに限らず、例えば、プレボール形成時におけるワイヤの切断を、図14に示す従来技術のようにキャピラリをランド上に擦り付けて行うものに適用することも可能である。キャピラリの形状は、チャンファ角を120度とするものに限らず、90度よりも大に設定すれば良い。また、チャンファ91μmも、ワイヤ24の径が30μmで且つボール24aの径が約70μm,そのつぶれ径が約90μmである場合の一例であり、上記各数値が異なる場合はそれに応じて適宜変更すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における、側面から見たプレボール25の形状を拡大して示す図
【図2】ワイヤボンディングの工程を示す図(その1)
【図3】ワイヤボンディングの工程を示す図(その2)
【図4】プレボール形成工程における制御部の制御内容を示すフローチャート
【図5】1次及び2次ボンディング工程における図4相当図
【図6】ワイヤボンディング装置の電気的構成を示す機能ブロック図
【図7】キャピラリの形状を示す断面図
【図8】プログラム作成部の制御内容を示すフローチャート
【図9】従来の図8相当図
【図10】従来の図7相当図
【図11】ボールボンディングを行う場合にボールに作用する変形力の状態を説明する図であり、(a)は従来のキャピラリによるもの,(b)は本実施例のキャピラリによるものを示す
【図12】実際にボールボンディングを行った場合の剪断強度のばらつきを示す図であり、(a)は従来のキャピラリによるもの,(b)は本実施例のキャピラリによるものを示す
【図13】2次ボンディングを行った場合のプレボールとワイヤとの接合状態を示す図であり、(a)は従来のキャピラリによるもの,(b)は本実施例のキャピラリによるものを示す
【図14】従来技術におけるプレボール形成時のワイヤの切断工程を示す図(その1)
【図15】従来技術におけるプレボール形成時のワイヤの切断工程を示す図(その2)
【符号の説明】
11は制御部(プレボール形成手段,ボンディング手段)、15はキャピラリ、16はティーチング部(ティーチング手段)、17は入力部(位置指定手段,距離指定手段)、18プログラム作成部(プログラム作成手段)、21は基板、22は半導体チップ、22aはボンディングパッド(電極)、23はランド、24はボンディングワイヤ(ワイヤ)、24aはボール、24bはルーピング部、24cは括れ部、25はプレボールを示す。
Claims (13)
- 基板上にダイボンディングされた半導体チップ上の電極と前記基板上の配線パターンとの間をワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング装置において、
キャピラリから導出されるワイヤの先端部に形成したボールを前記基板上の配線パターンのランドにボンディングした後、前記ワイヤをその形状が前記半導体チップ側に凸となるようにルーピングさせてから少なくとも前記ランド上のボールの中心位置まで相対的に移動させ、前記キャピラリを前記ボール上に下降させて当該ボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断してプレボールを形成するプレボール形成手段と、
前記半導体チップ上の電極に1次ボンディングを行った後に、ルーピングしたワイヤを前記プレボールに対して2次ボンディングするボンディング手段とを備えたことを特徴とするワイヤボンディング装置。 - 前記プレボール形成手段は、ルーピングさせたワイヤを前記ボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記ボール上に下降させることを特徴とする請求項1記載のワイヤボンディング装置。
- 前記ワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項2記載のワイヤボンディング装置。
- 前記ボンディング手段は、ルーピングしたワイヤを前記プレボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記プレボール上に下降させて当該プレボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断して前記2次ボンディングを行うことを特徴とする請求項1または2記載のワイヤボンディング装置。
- ルーピングしたワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項4記載のワイヤボンディング装置。
- 前記配線パターンの材質は銅であり、
前記ワイヤの材質は金であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のワイヤボンディング装置。 - 前記1次ボンディングの座標を第1座標として、また、前記プレボールをボンディングする座標,前記プレボール形成時において前記ワイヤを切断する位置の座標,前記2次ボンディングの座標の内の何れか一つの座標を第2座標としてティーチングするためのティーチング手段と、
前記第2座標を基準として、前記第1座標以外の他の2つの座標の方向を指定するための方向指定手段と、
前記第2座標を基準として、前記他の2つの座標までの距離を指定するための距離指定手段と、
前記ティーチング手段によりティーチングされたデータ並びに前記方向及び距離指定手段により指定された各データに基づいて、前記他の2つの座標を自動生成することによりワイヤボンディングの制御プログラムを作成するプログラム作成手段とを備えてなることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のワイヤボンディング装置。 - 基板上にダイボンディングされた半導体チップ上の電極と前記基板上の配線パターンとの間をワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング方法において、
プレボール形成手段により、キャピラリから導出されるワイヤにより形成したボールを前記基板上の配線パターンのランドにボンディングする工程と、
前記プレボール形成手段により、前記ワイヤをその形状が前記半導体チップ側に凸となるようにルーピングさせてから少なくとも前記ランド上のボールの中心位置まで相対的に移動させ、前記キャピラリを前記ボール上に下降させて当該ボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断してプレボールを形成する工程と、
ボンディング手段によって前記半導体チップ上の電極に1次ボンディングを行う工程と、
前記ボンディング手段によってルーピングしたワイヤを前記プレボールに2次ボンディングする工程とからなることを特徴とするワイヤボンディング方法。 - 前記プレボール形成工程は、ルーピングさせたワイヤを前記ボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記ボール上に下降させることを特徴とする請求項8記載のワイヤボンディング方法。
- 前記ワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項9記載のワイヤボンディング方法。
- 前記2次ボンディングを行う工程は、ルーピングしたワイヤを前記プレボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記プレボール上に下降させて当該プレボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断することを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載のワイヤボンディング方法。
- ルーピングしたワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項11記載のワイヤボンディング方法。
- 前記配線パターンの材質は銅であり、
前記ワイヤの材質は金であることを特徴とする請求項8乃至12の何れかに記載のワイヤボンディング方法。
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