JP3854232B2 - バンプ形成方法及びワイヤボンディング方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子実装用又はワイヤ接続用等のバンプ形成方法及び２つの導体間をワイヤボンディングするワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高さの高いバンプを極めて簡単に形成することができるバンプ形成方法として、例えば図５に示す方法（特許文献１参照）及び図６に示す方法（特許文献２参照）が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−９５４６８号公報
【特許文献２】
特許第２７３５０２２号公報
【０００４】
図５のバンプ形成方法は、図５（ｅ）に示すように半導体素子１上の電極パッド２上に突起状接点の底部２０を形成し、この底部２０上に連続してリング状や逆Ｕ字型の突起状接点の頂部２１を形成するものである。その形成工程は、まず図５（ａ）に示すように，キャピラリ３に挿通されたワイヤ４の先端に放電スパーク等によりボール２２を形成する。次に図５（ｂ）に示すように、キャピラリ３を下降させてボール２２を電極パッド２上に熱圧着及び超音波振動によって接合させて突起状接点の底部２０を形成する。続いて、図５（ｃ）に示すように、キャピラリ３をループ状に移動させた後、図５（ｄ）に示すように、キャピラリ３を下降させてワイヤ４を底部２０の上面に接続してワイヤ４を切断し、リング状や逆Ｕ字型の形状の頂部２１を形成する。
【０００５】
図６のバンプ形成方法は、図６（ｉ）に示すように、半導体素子１上の電極パッド２上に第１のバンプ３０を形成し、この第１のバンプ３０上に第２のバンプ３１を形成して２段バンプ３２を形成するものである。その形成工程は、まず、図６（ａ）に示すように、キャピラリ３に挿通されたワイヤ４の先端に放電スパーク等によりボール３３を形成する。次いで図６（ｂ）に示すように、キャピラリ３を下降させてボール３３を電極パッド２上に熱圧着及び超音波振動によって接合させて第１のバンプ３０を形成する。次に図６（ｃ）に示すように、キャピラリ３を上昇させると共に、キャピラリ３の先端の平坦部が第１のバンプ３０の中心に対応して位置するようにキャピラリ３を横方向に移動させる。
【０００６】
次に図６（ｄ）に示すように、キャピラリ３を下降させて第１のバンプ３０を形成し、超音波を印加してワイヤ４に切欠き部３４を形成し、続いてキャピラリ３が上昇してワイヤ４を切断し、第１のバンプ３０が形成される。次に図６（ｅ）に示すように、ワイヤ４の先端にボール３５を形成する。その後は、図６（ｂ）乃至図６（ｄ）の工程と同様に、図６（ｆ）乃至図６（ｈ）の工程 により、第１のバンプ３０上に第２のバンプ３１を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す特許文献１の方法は、頂部２１の形状をリング状や逆Ｕ字型に形成するが、キャピラリ３の先端の孔の内径とワイヤの外径間にクリアランスがあるので、キャピラリ３の駆動中にワイヤ４の弛みが生じ、頂部２１を均一なリング状や逆Ｕ字型の形状が得られなく、またその形状の向きにばらつきが生じる。
【０００８】
図６に示す特許文献２の方法は、２段バンプ３２を形成する場合、２回ボール２２、３３を形成する工程及び２回ワイヤ４を切断する工程を必要とする。即ち、バンプの段数分のボール形成工程及びワイヤ切断工程を必要とするので、生産性が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、高さ及び形状が均一に形成でき、かつ生産性に優れたバンプ形成方法及びワイヤボンディング方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の請求項１は、キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にワイヤを前記第２のバンプから切断する第６の工程とからなることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の請求項２は、キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第４の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第２のバンプに対応して位置させる第６の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第２のバンプ上に押圧して第３のバンプを形成する第７の工程と、これらの第１乃至第７の工程を少なくとも有し、最後にワイヤを上段のバンプから切断する第８の工程とからなることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の請求項３は、第１導体上に１次ボンディングを行った後、第２導体上に２次ボンディングを行い、前記第１導体と前記第２導体間をワイヤボンディングする方法において、
キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを前記第２導体上に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して傾斜ウェッジの傾斜方向が第１導体側と反対側になるように第２のバンプを形成する第５の工程と、次にワイヤを前記第２のバンプから切断する第６の工程とによって２段バンプを形成し、
その後前記１次ボンディングを行い、次に前記バンプに対して前記第１導体側からワイヤをルーピングして前記バンプ上部の傾斜ウェッジ上に前記２次ボンディングを行うことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の請求項４は、第１導体上に１次ボンディングを行った後、第２導体上に２次ボンディングを行い、前記第１導体と前記第２導体間をワイヤボンディングする方法において、
キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第４の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第２のバンプに対応して位置させる第６の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第２のバンプ上に押圧して第３のバンプを形成する第７の工程と、これらの第１乃至第７の工程を少なくとも有し、最後の上段のバンプに傾斜ウェッジの傾斜方向が第１導体側と反対側になるように形成し、ワイヤを上段のバンプから切断する第８の工程とから多段バンプを形成し、
その後前記１次ボンディングを行い、次に前記バンプに対して前記第１導体側からワイヤをルーピングして前記バンプ上部の傾斜ウェッジ上に前記２次ボンディングを行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１により説明する。１は半導体素子、２は半導体素子１上に形成された電極パッドを示す。図１（ａ）に示すように、図示しないクランパが閉じた状態で、キャピラリ３に挿通されたワイヤ４の先端に放電スパーク等によりボール５を形成する。次に図示しないクランパが開き、図１（ｂ）に２点鎖線で示すように、キャピラリ３を下降させてボール５を電極パッド２上に超音波振動によって接合させて圧着ボール６を形成する。次に図１（ｂ）に実線で示すようにキャピラリ３を上昇させる。続いて図１（ｃ）に示すように、キャピラリ３の下端の平坦部３ａが圧着ボール６に対応して位置するようにキャピラリ３を横方向（右方向）に移動させる。
【００１５】
次に図１（ｄ）に示すように、キャピラリ３を下降させて圧着ボール６を押圧して第１のバンプ７を形成する。次に図１（ｅ）に示すようにキャピラリ３を上昇させる。続いて図１（ｆ）に示すように、キャピラリ３の下端の平坦部３ｂが第１のバンプ７に対応して位置するように、キャピラリ３を前記と逆の横方向（左方向）に移動させる。続いて図１（ｇ）に示すように、キャピラリ３を下降させてワイヤ４を折り曲げて第１のバンプ７上に完全に重ねて押圧し、超音波を印加して切欠き部１０を形成する。これにより、第１のバンプ７上にキャピラリ３の下端面３ｂの外形形状が転写された傾斜ウェッジ１１を持つ第２のバンプ８が形成される。次に図示しないクランパ及びキャピラリ３が共に上昇し、この上昇途中でクランパが閉じ、図１（ｈ）に示すように、ワイヤ４は第２のバンプ８の根元より切断される。これにより、２段バンプ９が形成される。
【００１６】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、図１（ｇ）の工程に続く工程で、図２（ｄ）に示すように、前記実施の形態で形成された第２のバンプ８上にキャピラリ３の下端面３ａの外形形状が転写された傾斜ウェッジ１５を持つ第３のバンプ１２を形成して３段バンプ１３を形成する場合を示す。
【００１７】
図１（ｇ）の状態より、図示しないクランパは開いたままで、図２（ａ）に示すようにキャピラリ３は上昇する。次に図２（ｂ）に示すように、キャピラリ３の平坦部３ａが第２のバンプ８に対応して位置するようにキャピラリ３を横方向（右方向）に移動させる。続いて図２（ｃ）に示すように、キャピラリ３を下降させてワイヤ４を折り曲げて第２のバンプ８上に完全に重ねて押圧し、超音波を印加して切欠き部１４を形成する。これにより、第２のバンプ８上にキャピラリ３の下端面３ａの外形形状が転写された傾斜ウェッジ１５を持つ第３のバンプ１２が形成される。次に図示しないクランパ及びキャピラリ３が共に上昇し、この上昇途中でクランパが閉じ、図２（ｄ）に示すように、ワイヤ４は第３のバンプ１２の根元より切断される。これにより、３段バンプ１３が形成される。
【００１８】
このように、図１に示すように２段バンプ９を形成する場合、図２に示すように３段バンプ１３を形成する場合、ボール５の形成は図１（ａ）に示す１回の工程でよく、またワイヤ切断は図１（ｈ）又は図２（ｄ）に示す１回の工程でよいので、生産性が向上する。また図１の２段バンプ９を形成する場合は、第１のバンプ７上にワイヤ４を完全に重ねて押圧して第２のバンプ８を形成し、図２の３段バンプ１３を形成する場合も、第２のバンプ８上にワイヤ４を完全に重ねて押圧して第３のバンプ１２を形成するので、２段バンプ９及び３段バンプ１３の高さ及び形状が均一に形成される。
【００１９】
なお、上記実施の形態においては、２段バンプ９及び３段バンプ１３を形成する場合について説明したが、４段バンプ以上を形成することができることは勿論である。
【００２０】
図３は、図１に示す本発明の一実施の形態に係るワイヤボンディング方法を用いて半導体素子と配線間にワイヤボンディングする工程の１例を示す。図３において、１６はセラミック基板やプリント基板等の基板又はリードフレーム等よりなる回路基板を示し、この回路基板１６上には、前記電極パット２が形成された半導体素子１がマウントされ、また回路基板１６には配線１７が形成されている。ワイヤボンデイングする場合には、図１（ｈ）に示す２段バンプ９の傾斜ウェッジ１１の方向は、図３（ａ）に示すように、配線１７側と反対側になるように形成する。
【００２１】
次に図３（ａ）に示すように、ワイヤ４の先端に放電スパーク等によりボール５を形成させる。続いて図３（ｂ）に示すように、キャピラリ３を配線１７上に位置させ１次ボンディングを行う。次に図３（ｃ）に示すように、ワイヤ４のルーピングを行い、ワイヤ４を２段バンプ９の傾斜ウェッジ１１の上部に位置させ、ワイヤ４を傾斜ウェッジ１１に２次ボンディングを行い、ワイヤ４を切断する。このように、傾斜ウェッジ１１に沿ってワイヤ４は接合されるので、ワイヤ４と半導体素子１との接触を防止できる。また傾斜ウェッジ１１の接合面積が広くなり、接合強度が向上する。
【００２２】
図４は本発明の一実施の形態に係るワイヤボンディング方法を用いて半導体素子と配線間にワイヤボンディングした状態の他の例を示す。前記実施の形態においては、電極パッド２上に２段バンプ９を形成し、配線１７上に１次ボンディングを行い、２段バンプ９上の傾斜ウェッジ１１に２次ボンディングを行った。図４の場合は、配線１７上に図１（ａ）乃至図１（ｈ）の工程で２段バンプ９を形成し、２段バンプ９上の傾斜ウェッジ１１を半導体素子１側の反対側に形成した。そして、図３（ａ）乃至図３（ｃ）の工程で電極パッド２上に１次ボンディングを行い、２段バンプ９上の傾斜ウェッジ１１に２次ボンディングを行ってワイヤ４を切断した。即ち、図３の場合は、配線１７が第１導体となり、電極パッド２が第２導体となる。図４の場合は、電極パッド２が第１導体となり、配線１７が第２導体となる。
【００２３】
なお、図２に示す３段バンプ１３の場合も同様に半導体素子１と配線１７間にワイヤボンディングすることもできることは言うまでもない。この場合も、傾斜ウェッジ１５の傾斜方向は、第１導体側と反対側に形成することは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にワイヤを前記第２のバンプから切断する第６の工程とからなるので、高さ及び形状が均一に形成でき、かつ生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバンプ形成方法の第１の実施の形態を工程順に示す断面図である。
【図２】本発明のバンプ形成方法の第２の実施の形態で、図１（ｇ）の工程に続く工程を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るワイヤボンディング方法を用いてダイと配線間がワイヤボンディングされた状態の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るワイヤボンディング方法を用いてダイと配線間がワイヤボンディングされた状態の他の例を示す図である。
【図５】従来のバンプ形成方法を工程順に示す断面図である。
【図６】従来の他のバンプ形成方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子
２ 電極パッド
３ キャピラリ
３ａ、３ｂ 平坦部
４ ワイヤ
５ ボール
６ 圧着ボール
７ 第１のバンプ
８ 第２のバンプ
９ ２段バンプ
１２ 第３のバンプ
１３ ３段バンプ

Claims (4)

  1. キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にワイヤを前記第２のバンプから切断する第６の工程とからなることを特徴とするバンプ形成方法。
  2. キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第４の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第２のバンプに対応して位置させる第６の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第２のバンプ上に押圧して第３のバンプを形成する第７の工程と、これらの第１乃至第７の工程を少なくとも有し、最後にワイヤを上段のバンプから切断する第８の工程とからなることを特徴とするバンプ形成方法。
  3. 第１導体上に１次ボンディングを行った後、第２導体上に２次ボンディングを行い、前記第１導体と前記第２導体間をワイヤボンディングする方法において、
    キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを前記第２導体上に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して傾斜ウェッジの傾斜方向が第１導体側と反対側になるように第２のバンプを形成する第５の工程と、次にワイヤを前記第２のバンプから切断する第６の工程とによって２段バンプを形成し、
    その後前記１次ボンディングを行い、次に前記バンプに対して前記第１導体側からワイヤをルーピングして前記バンプ上部の傾斜ウェッジ上に前記２次ボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  4. 第１導体上に１次ボンディングを行った後、第２導体上に２次ボンディングを行い、前記第１導体と前記第２導体間をワイヤボンディングする方法において、
    キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合して圧着ボールとする第１の工程と、次にキャピラリを上昇及び横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記圧着ボールに対応して位置させる第２の工程と、続いてキャピラリを下降させて前記圧着ボールを押圧して第１のバンプを形成する第３の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第２の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第１のバンプに対応して位置させる第４の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第１のバンプ上に押圧して第２のバンプを形成する第５の工程と、次にキャピラリを上昇及び前記第４の工程における横方向移動と反対の横方向に移動させてキャピラリの下端の平坦部を前記第２のバンプに対応して位置させる第６の工程と、続いてキャピラリを下降させてワイヤを折り曲げ前記第２のバンプ上に押圧して第３のバンプを形成する第７の工程と、これらの第１乃至第７の工程を少なくとも有し、最後の上段のバンプに傾斜ウェッジの傾斜方向が第１導体側と反対側になるように形成し、ワイヤを上段のバンプから切断する第８の工程とから多段バンプを形成し、
    その後前記１次ボンディングを行い、次に前記バンプに対して前記第１導体側からワイヤをルーピングして前記バンプ上部の傾斜ウェッジ上に前記２次ボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
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