JPH03203340A - Method and device for wire bonding - Google Patents

Method and device for wire bonding

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JPH03203340A
JPH03203340A JP1343000A JP34300089A JPH03203340A JP H03203340 A JPH03203340 A JP H03203340A JP 1343000 A JP1343000 A JP 1343000A JP 34300089 A JP34300089 A JP 34300089A JP H03203340 A JPH03203340 A JP H03203340A
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JP
Japan
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bonding
wire
load
bonded
vibration
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Application number
JP1343000A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Ohashi
芳雄 大橋
Makoto Nakajima
誠 中嶋
Takashi Nakagawa
隆 中川
Yukio Tani
由貴夫 谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce bonding damage and obtain excellent bonding condition by relatively vibrating wire and a part to be bonded so as to be bonded by diffusion after a bonding load, which is changed by time, reaches a prescribed press-bond diameter. CONSTITUTION:A ball 5a is plastically deformed by a first bonding load W1 so as to reach a prescribed press-bond diameter and is controlled by a small second load W2 and vibration f1. Thus, even an Al pad 2a is pressed by the ball 5a, the bottom layer part 31 of the pad 2a maintains a prescribed thickness, new planes 32 and 33 are created and the ball 5a and the pad 2a are surely bonded. Then, a capillary 11 is energized with ultrasonic oscillation f2 and a lead 4 is heated by a heat block 7. Thus, the wire and the part to be bonded are relatively vibrated and are bonded by diffusion.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ワイヤボンディング技術、特に、ボンダビリ
ティ−の改良に関し、例えば、半導体装置の製造工程に
おいて、半導体ペレット（以下、ペレットという、）と
リードとを電気的に接続するのに利用して有効な技術に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to wire bonding technology, particularly to improvement of bondability. This invention relates to an effective technology that can be used to electrically connect leads.

Ｃ従来の技術〕 半導体装置の製造工程において、ペレットのポンディン
グパッドとワイヤとを電気的に接続するワイヤボンディ
ング方法として、ボンディングツールとしてのキャピラ
リーに挿通されたワイヤの先端部に放電電極等を用いた
加熱溶融作用によりボールを形成させた後、このポール
を被ボンディング部であるペレットのポンディングパッ
ド（以下、パッドということがある。）に加熱下で、適
当なボンディング荷重をもって押接させるとともに、キ
ャピラリーを通じて超音波エネルギを付勢することによ
り、ワイヤをパッドに熱圧着させる超音波熱圧着式ワイ
ヤボンディング方法がある。C. Prior Art] In the manufacturing process of semiconductor devices, as a wire bonding method for electrically connecting a bonding pad of a pellet and a wire, a discharge electrode or the like is used at the tip of a wire inserted into a capillary as a bonding tool. After forming a ball by heating and melting the ball, this pole is pressed against the bonding pad (hereinafter sometimes referred to as "pad") of the pellet to be bonded under heat and with an appropriate bonding load. There is an ultrasonic thermocompression wire bonding method in which a wire is thermocompression bonded to a pad by applying ultrasonic energy through a capillary.

なお、ワイヤボンディング技術を述べである例としては
、特開昭６２−２７６８４１号公報がある。さらに、ボ
ンディング荷重が変更されるワイヤボンディング技術を
述べである例としては、特開昭５７−１５５７３９号公
報、特開昭６　ｔ−１０１０３９号公報、特開昭６１−
２０８８３６号公報、特開昭６４−９０５４０号公報、
がある。An example of a wire bonding technique is JP-A-62-276841. Furthermore, examples of wire bonding techniques in which the bonding load is changed include JP-A-57-155739, JP-A-6 T-101039, and JP-A-61-
No. 208836, Japanese Patent Application Laid-open No. 64-90540,
There is.

また、−船釣な接合技術を述べである例としては、「電
子部品における接合組立及び実装技術社団法人溶接学会
接合技術セミナー（昭和６０年１１月）Ｐ２０〜２８が
ある。Furthermore, an example of a detailed bonding technique is ``Joining Assembly and Mounting Technology Seminar of the Welding Society of Electronic Components (November 1985), pp. 20-28.

〔発明が解決しようとするｔｌｌａ〕[tlla that the invention attempts to solve]

しかし、このような超音波熱圧着式ワイヤボンディング
方法においては、アルミニウムにより形成されたポンデ
ィングパッドにワイヤをボンディングする際、接合に必
要な新生面を発生させるのに過大な超音波エネルギが付
勢されるため、次のような問題点が生ずることが本発明
者によって明らかにされた。However, in this type of ultrasonic thermocompression wire bonding method, when bonding a wire to a bonding pad made of aluminum, excessive ultrasonic energy is applied to generate a new surface necessary for bonding. The inventor of the present invention has revealed that the following problems arise due to the above.

（１１圧着後、パッドにおけるボール下のアルミニウム
が押し出されて薄くなる。(After 11 crimping, the aluminum under the ball on the pad is extruded and becomes thinner.

（２）　　アルミニウムパッドの下層に形成された酸化
膜およびペレット本体部（サブストレート）に、クラッ
ク等のようなボンディングダメージが発生することによ
り、ワイヤとパッドとの接合部の信頼度が低下する。(2) Bonding damage such as cracks occurs in the oxide film formed under the aluminum pad and the pellet body (substrate), reducing the reliability of the bond between the wire and the pad.

（３）　　通魔の超音波エネルギおよびボンディング荷
重が付勢されると、熱圧着後のボール径が大きくなる。(3) When the ultrasonic energy and bonding load are applied, the diameter of the ball after thermocompression bonding increases.

（４）　　ｆｉ音波エネルギおよびボンディング荷重の
付勢力を弱めると、目標とする接着強度が得られないか
、または、不圧着となる。(4) If the urging force of fi sonic energy and bonding load is weakened, the target adhesive strength may not be obtained or non-pressure bonding will occur.

前記問題点は、特に銅系材料から成るワイヤ（以下、銅
ワイヤということがある。）のように、被ボンディング
部であるアルミニウムパッドの硬度に比べて比較的硬度
の高い材料から放るワイヤをボンディングする瞭、顕著
となる。また、金ワイヤのようにアルミニウムパッドと
略同程度の硬度であっても、半導体装置製造プロセスの
微細化に伴うアルミニウムパッドの１膿化により、今後
大きなｔｉｎとなるであろうと思われる。The problem mentioned above is particularly important when wires made of a material that is relatively hard compared to the hardness of the aluminum pad to be bonded, such as a wire made of a copper-based material (hereinafter sometimes referred to as copper wire), are The bonding becomes clear and noticeable. Furthermore, even if the hardness of gold wire is approximately the same as that of aluminum pads, it is thought that the tin of aluminum pads will become larger in the future due to the shrinkage of aluminum pads due to the miniaturization of semiconductor device manufacturing processes.

近年、リード側についてのボンディング性向上を目的と
して行われているインナリードのめっきを廃止し、イン
ナリードの素材に直接ボンディングを行う技術が開発さ
れる傾向にある。In recent years, there has been a trend toward the development of technology that eliminates the plating of inner leads, which is performed for the purpose of improving bonding properties on the lead side, and performs bonding directly to the material of the inner leads.

また、金または銅等のような良導体材料から成る線材の
表面に樹脂等のような絶縁材料から處る！！ａｍが形成
されたワイヤ線材を用いて、ワイヤボンディングする技
術が研究されている。Also, the surface of the wire made of a good conductor material such as gold or copper may be covered with an insulating material such as resin! ! Research has been conducted on wire bonding techniques using wire materials with am formed thereon.

ところが、めっきを廃止したインナリードはボンディン
グ面に形成される酸化膜がボンディング性を低下させる
という問題点が、被覆線の場合は被覆材が接合界面に界
在して接合強度を低下させるという問題点が、考えられ
る。However, inner leads that do not require plating have the problem that the oxide film formed on the bonding surface reduces bonding properties, while coated wires have the problem that the coating material intersects at the bonding interface and reduces bonding strength. I can think of a few points.

本発明の目的の１つは、ボンディングダメージを抑制し
つつ、高い接合強度を得ることができるワイヤボンディ
ング技術を提供することにある。One of the objects of the present invention is to provide a wire bonding technique that can obtain high bonding strength while suppressing bonding damage.

本発明の２番目の目的は、前記の新たな材料に対応した
ワイヤボンディング技術を提供し、もって、リード側に
おけるボンディング強度を高めることによって半導体装
置の信軸性を向上させることにある。A second object of the present invention is to provide a wire bonding technique that is compatible with the above-mentioned new materials, thereby improving the axial stability of a semiconductor device by increasing the bonding strength on the lead side.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

氷層において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。A summary of typical inventions disclosed in ice layers is as follows.

すなわち、ワイヤを被ボンディング部に押し付けるため
の適当なボンディング荷重が、その大きさを時間ととも
に変更され、所期の荷重に達した後１、ワイヤと被ボン
ディング部とを相対的に振動させることによって拡散接
合するようにしたワイヤボンディング方法である。That is, the appropriate bonding load for pressing the wire against the bonded part is changed over time, and after reaching the desired load, the wire and the bonded part are vibrated relative to each other. This is a wire bonding method that uses diffusion bonding.

また、ワイヤボンディングを行う際、圧着時ｒ１１超音
波印加量、ボンディング荷重およびボンディングヘッド
を載せたＸ−Ｙテーブルの微小な動作であるスクラブに
関するデータがプログラムに組み込まれており、１ｓｔ
側（ペレット側）、２ｎｄ（リード側）のボンディング
条件をそれぞれの側において設定可能な権能を有するワ
イヤボンディング装置であって、前記の条件組み合わせ
をソシトウエアプログラムにより、その大きさおよび組
み合わせを自由に選定することにより、良好な接合状態
を得るようにしたワイヤボンディング装置である。In addition, when performing wire bonding, data regarding the R11 ultrasonic application amount during crimping, bonding load, and scrubbing, which is a minute movement of the X-Y table on which the bonding head is placed, is incorporated into the program.
This is a wire bonding device that has the ability to set bonding conditions for the second side (pellet side) and second (lead side) on each side, and the size and combination of the above conditions can be freely changed by a software program. This wire bonding device is designed to obtain a good bonding condition by selecting the appropriate wire.

〔作用〕[Effect]

まず、ペレット側のボンディングに際し、ワイヤ先端に
溶融形成されたボールが被ボンディング部であるパッド
に、初期の適当なボンディング荷重をもって押し付けら
れて塑性変形されると、充分な接合強度を得るための接
合面積が確保される。First, when bonding the pellet side, the ball melted at the tip of the wire is pressed against the pad to be bonded with an appropriate initial bonding load and is plastically deformed. The area is secured.

この際、超音波エネルギは印加されていないため、パッ
ドにおけるボール下のアルミニウムがボール周囲に押し
出される量はきわめて少ない、また、この初期のボンデ
ィング荷重は、一定であり、ボール全体の塑性変形は殆
どこの荷重により得られるように設定することができ、
目標とする圧着ボール径は容易に形成されることになる
。At this time, since no ultrasonic energy is applied, the amount of aluminum under the ball on the pad that is pushed out around the ball is extremely small.Also, this initial bonding load is constant, and there is almost no plastic deformation of the entire ball. This load can be set to obtain
The target crimp ball diameter can be easily formed.

その後、ボンディング荷重が初期の荷重に比べて小さな
所定の荷重に変更されるとともに、拡散接合に必要な新
生面を発生させるに必要な最小限の超音波エネルギ、ま
たは、ボールとパッドとの相対的な振動が与えられるこ
とによって、ボールがその変形過程においてボール下の
アル逅ニウムパッドを押し出してしまう現象が抑制され
る。The bonding load is then changed to a predetermined load that is smaller than the initial load, and the minimum ultrasonic energy required to generate the new surface required for diffusion bonding or the relative By applying vibration, the phenomenon in which the ball pushes out the aluminum pad under the ball during the deformation process is suppressed.

ここで、ボール下のアルミニウムパッドは予め設計され
た値の厚さを保持しているため、アルミニウムパッドが
前記の相対的な振動エネルギを吸収することにより、下
地であるサブストレートに過大なストレスを与えるダメ
ージの発生は防止され、ボールとパッドとの間の拡散接
合領域の相互拡大により、充分な接合強度が得られるこ
とになる。Here, since the aluminum pad under the ball maintains a pre-designed thickness, the aluminum pad absorbs the above-mentioned relative vibration energy, causing excessive stress on the underlying substrate. The occurrence of damage is prevented, and the mutual expansion of the diffusion bonding area between the ball and the pad results in sufficient bonding strength.

パッド側の接合完了後、ワイヤが別の被ボンディング部
であるインナリードに接合されるに際し、ワイヤ表面ま
たはインナリード接合部表面にボンダビリティ−を低下
させる原因となる酸化膜、または、ワイヤの表面に被覆
材が付着している場合において、一定のボンディング荷
重および一定の超音波エネルギが加えられる従来のボン
ディング方法では、きわめて大きなボンディング荷重お
よび超音波エネルギが加えられなければ、清浄な新生面
を発生させることができないことから、リードネック部
のつぶれ厚さを適正に確保することができず、接合強度
が低下する。After the bonding on the pad side is completed, when the wire is bonded to the inner lead, which is another part to be bonded, there is an oxide film on the surface of the wire or the surface of the inner lead bonding part that reduces bondability, or on the surface of the wire. Conventional bonding methods in which a constant bonding load and a constant ultrasonic energy are applied when a coating material is attached to the surface will produce a clean new surface unless extremely large bonding loads and ultrasonic energy are applied. As a result, the collapse thickness of the lead neck portion cannot be properly secured, resulting in a decrease in bonding strength.

これに対し、リード側のボンディングに際し、ボンディ
ング荷重が初期に小さくｉｍｗされ、その後、大きな荷
重に変更ａｉｌｌＢされるとともに、いずれの荷重印加
時にも適当な大きさの超音波エネルギが加えられると、
汚れ除去後の清浄な面は充分な強度をもって接合される
ことになる。On the other hand, when bonding on the lead side, if the bonding load is initially small imw, then changed to a large load aillB, and an appropriate amount of ultrasonic energy is applied when applying any load,
The clean surfaces after dirt removal will be joined with sufficient strength.

〔実施例〕〔Example〕

第１図（■、（ｂ）、（Ｃ）、〔（至）は本発明の一実
施例であるワイヤボンディング方法を示す各線図、ｌｌ
Ｎ２図はそのワイヤボンディング方法に使用される本発
明の一実施例であるワイヤボンディング装置を示す概略
正面図、第３図以降はその作用を説明するための各説明
図である。FIG.
Figure N2 is a schematic front view showing a wire bonding apparatus which is an embodiment of the present invention used in the wire bonding method, and Figures 3 and subsequent figures are explanatory views for explaining the operation thereof.

本実施例において、本発明に係るワイヤボンディング装
置は半導体装置１におけるペレット２の電極パッドとリ
ードフレーム３のリード４とに銅ワイヤ５をそれぞれボ
ンディングすることにより、ペレット２と各リード４と
を電気的に接続するよう構成されている。したがって、
本実施例において、ペレット２が搭載されているリード
フレーム３およびワイヤ５は被加工物を実質的に構成し
ている。In this embodiment, the wire bonding apparatus according to the present invention electrically connects the pellet 2 and each lead 4 by bonding the copper wire 5 to the electrode pad of the pellet 2 in the semiconductor device 1 and the lead 4 of the lead frame 3. is configured to connect to therefore,
In this example, the lead frame 3 on which the pellet 2 is mounted and the wire 5 substantially constitute the workpiece.

このワイヤボンディング装置はフィーダ６を備えており
、フィーダ６にはヒートブロック７がリードフレーム３
を加熱し得るように設備されている。フィーダ６のボン
ディングステージの外部にはＸＹ子テーブルがＸＹ力方
向移動し得るように設備されており、ＸＹテーブル８上
にはボンディングヘッド９が搭載されている。ボンディ
ングヘッド９にはボンディングアーム１０が、基端を回
転自在に軸支されて上下動するように支持されており、
このアーム１０の先端にはボンディング工具としてのキ
ャピラリ−１１が垂直下向きに配されて固定的に支持さ
れている。ボンディングへ・シト９はキャピラリー１１
を上下動させるべく、リニアモータやサーボモータ等の
ような精密制御可能な駆動手段（図示せず）により駆動
されるように構成されており、マイクロコンピュータ等
から成るコントローラ１２により制御されるようになっ
ている。また、ボンディングヘッド９にはボンディング
アーム１０を通じてキャピラリー１１を超音波振動させ
る超音波発振装置１３が設備されており、この振動発生
装置としての超音波発振装２１３はコントローラ１２に
よって制御されるようになっている。This wire bonding apparatus is equipped with a feeder 6 in which a heat block 7 is attached to a lead frame 3.
It is equipped to heat the An XY child table is installed outside the bonding stage of the feeder 6 so as to be movable in the XY force directions, and a bonding head 9 is mounted on the XY table 8. A bonding arm 10 is supported on the bonding head 9 so as to be movable up and down with its base end rotatably supported on a shaft.
At the tip of this arm 10, a capillary 11 serving as a bonding tool is arranged vertically downward and fixedly supported. To bonding, site 9 is capillary 11
It is configured to be driven by a precisely controllable drive means (not shown) such as a linear motor or a servo motor to move it up and down, and is controlled by a controller 12 consisting of a microcomputer or the like. It has become. Further, the bonding head 9 is equipped with an ultrasonic oscillator 13 that ultrasonically vibrates the capillary 11 through the bonding arm 10 , and the ultrasonic oscillator 213 as the vibration generator is controlled by the controller 12 . ing.

ボンディングアーム１０の上側には一対のクランパアー
ムｉ４ａ、１４ｂが、電磁プランジ中機構等のような適
当な手段（図示せず）により作動されるように設備され
ており、両アーム１４ａ、１４ｂの各先端はキャピラリ
ー１１の真上位置に配されてクランパ１４を構成してい
る。クランパ１４にはリール（図示せず）から纏り出さ
れる銅ワイヤ５がガイド１５を介して挿通されており、
ワイヤ５はさらにキャピラリー１１に挿通されている。A pair of clamper arms i4a, 14b are installed on the upper side of the bonding arm 10 so as to be actuated by suitable means (not shown) such as an electromagnetic plunge mechanism, etc., and each of the arms 14a, 14b is The tip is arranged directly above the capillary 11 and constitutes a clamper 14. A copper wire 5 uncoiled from a reel (not shown) is inserted through the clamper 14 via a guide 15.
The wire 5 is further inserted into a capillary 11.

キャピラリー１１の近傍には放電電極１６が独立して設
備されており、この電極１６はその上端部が回転自在に
軸貫されることにより、その先端部がキャピラリー１１
の下方位ｉ、すなわち、ワイヤ５の先端の真下位置と、
キャピラリー１１の側方位置（退避位置）との間を移動
されるように構成されている。また、この電極１６と前
記クランパ１４との間には電源回路１７が接続されてお
り、電極１６とワイヤ５の間で放電アークを生成させる
ようになっている。A discharge electrode 16 is installed independently in the vicinity of the capillary 11, and the upper end of this electrode 16 is rotatably passed through the shaft, so that its tip end is connected to the capillary 11.
i, that is, the position directly below the tip of the wire 5,
It is configured to be moved between a side position (retreat position) of the capillary 11 and a side position (retracted position). Further, a power supply circuit 17 is connected between the electrode 16 and the clamper 14, so that a discharge arc is generated between the electrode 16 and the wire 5.

このワイヤボンディング装置は、ワイヤ５の先端で生成
されるボールの周囲にガスを供給することにより、ガス
雰囲気を形成するためのチューブ１Ｂを備えており、こ
のガス供給手段としてのチューブ１８は放電電極１６に
チューブ開口部をキャピラリ−１１の下方位置に向けて
取り付けられている７チユーブ１８には還元作用のある
ガス、を供給するためのガス供給ユニット１９が接続さ
れている。チューブ１８の内部にはガス加熱手段として
のヒータ２０が絶縁物を挟設されて挿入されている。こ
のヒータ２０はガス（共給ユニット１９から供給された
還元性ガスＣ以下、ボール生成用ガスという、）２１を
チューブ１８内を通過する際に加熱することにより、所
定の温度に制御し得るように構成されている。This wire bonding apparatus includes a tube 1B for forming a gas atmosphere by supplying gas around the ball generated at the tip of the wire 5, and the tube 18 as a gas supply means is used as a discharge electrode. A gas supply unit 19 for supplying a reducing gas is connected to the tube 18 attached to the tube 16 with the tube opening directed toward the lower position of the capillary 11. A heater 20 serving as gas heating means is inserted into the tube 18 with an insulator interposed therebetween. This heater 20 heats the gas (reducing gas C supplied from the co-supply unit 19, hereinafter referred to as ball-generating gas) 21 as it passes through the tube 18, thereby controlling the temperature to a predetermined temperature. It is composed of

一方、フィーダ６の底部には、リードフレーム３の酸化
を防止するための還元性ガス（以下、リードフレーム酸
化防止用ガスという、）２２を供給する手段としての還
元性ガス供給装置２３が設備されており、この供給装置
２３は吹出口２４を備えている。吹出口２４はリードフ
レーム３の周囲にリードフレーム酸化防止用ガス２２を
緩やかに吹き出し得るように、フィーダ６の上面に複数
個開設されており、この吹出口２４群にはガス供給路２
５が接続されている。ガス供給路２５はガス供給ユニッ
ト２６に接続されており、ガス供給ユニット２６は還元
性ガス、例えば、窒素および水素から成る混合ガスを、
予め設定された流量をもって供給し得るように構成され
ている。On the other hand, at the bottom of the feeder 6, a reducing gas supply device 23 is installed as a means for supplying a reducing gas (hereinafter referred to as lead frame oxidation prevention gas) 22 for preventing oxidation of the lead frame 3. This supply device 23 is equipped with an air outlet 24 . A plurality of air outlets 24 are provided on the upper surface of the feeder 6 so as to gently blow out the lead frame oxidation prevention gas 22 around the lead frame 3.
5 is connected. The gas supply path 25 is connected to a gas supply unit 26, and the gas supply unit 26 supplies a reducing gas, for example, a mixed gas consisting of nitrogen and hydrogen.
It is configured so that it can be supplied at a preset flow rate.

そして、フィーダ６上にはカバー２７がフィーダ６を送
られるリードフレーム３を略全体にわたって被覆するよ
うに設備されており、このカバー２７はリードフレーム
３の周囲に供給された酸化防止用ガス２２をリードフレ
ーム３の周囲に可及的に停滞させるようになっている。A cover 27 is installed on the feeder 6 so as to cover almost the entire lead frame 3 to which the feeder 6 is fed. It is designed to stay around the lead frame 3 as much as possible.

カバー２７には窓孔２８がキャピラリー１１の真下にお
けるボンディングステージとなる位置に配されて、ワイ
ヤボンディングを実施し得る大きさの略正方形形状に開
設されている。この窓孔２８には略正方形枠形状に形成
されたリードフレーム押さえ具２９が昇降自在に嵌合さ
れており、この押さえ具２９はカム機構等のような適当
な駆動装置（図示せず）によりフィーダ６の間欠送り作
動に連携して上下動するように構成されている。すなわ
ち、この押さえ具２９はワイヤボンディングが実施され
る時にリードフレーム３を上から押さえることにより、
リードフレーム３の遊動を防止するように構成されてい
る。A window hole 28 is provided in the cover 27 at a position directly below the capillary 11 that will serve as a bonding stage, and is opened in a substantially square shape large enough to perform wire bonding. A lead frame presser 29 formed in a substantially square frame shape is fitted into this window hole 28 so as to be able to rise and fall freely, and this presser 29 is driven by a suitable drive device (not shown) such as a cam mechanism or the like. It is configured to move up and down in conjunction with the intermittent feeding operation of the feeder 6. That is, this presser 29 presses the lead frame 3 from above when wire bonding is performed, thereby
It is configured to prevent the lead frame 3 from floating.

次に、１１１図を参照して前記構成に係るワイヤボンデ
ィング装置に−よる本発明の一実施例であるワイヤボン
ディング方法を説明する。Next, a wire bonding method according to an embodiment of the present invention using the wire bonding apparatus having the above configuration will be described with reference to FIG. 111.

なお、第１図（ａ）はキャピラリーの上下動を経時的に
示す線図、第１固め）はボンディング荷重の変更線図、
′Ｗ４１図（Ｃ）はキャピラリーに加える超音波振動の
変更を示す線図、ｌｉ１図（ｄ）は各動作に要する時間
をそれぞれ示す区分図である。In addition, FIG. 1(a) is a diagram showing the vertical movement of the capillary over time, 1st hardening) is a diagram of changes in bonding load,
'W41 diagram (C) is a diagram showing changes in the ultrasonic vibration applied to the capillary, and li1 diagram (d) is a division diagram showing the time required for each operation.

ペレット２がボンディングされている被加工物としての
リードフレーム３がフィーダ６により間欠送りされて、
ワイヤボンディングすべきペレット２の部分がフィーダ
６上におけるボンディングステージに供給されると、窓
孔２８内においてリードフレーム押さえ具２９が下降さ
れてリードフレーム３を押さえつける０ｗ１いて、ｘＹ
テーブル８が後述するようなボンディング動作を繰り返
すように適宜移動される。A lead frame 3 as a workpiece to which pellets 2 are bonded is intermittently fed by a feeder 6,
When the portion of the pellet 2 to be wire-bonded is supplied to the bonding stage on the feeder 6, the lead frame presser 29 is lowered in the window hole 28 and presses the lead frame 3.
The table 8 is moved as appropriate to repeat the bonding operation as described below.

一方、キャピラリー１１においては、放電電極１６が銅
ワイヤ５の下端に接近された後、電源回路１７が閉じら
れることにより、銅ワイヤ５の先端にボール５ａが溶融
形成される。このとき、還元性ガス２１がチューブ１８
から供給され、ワイヤ５と電極１６との間が還元性ガス
雰囲気に保持される。この還元性ガス２１はチューブ１
８の内部の途中に介設されているヒータ２０により所定
温度になるように加熱制御されるため、ガス雰囲気は所
定の温度範囲内になり、銅ワイヤ５の先端に形成される
ボール５ａの球状化時に高温の還元性ガスにより不純物
を巻き込まず、硬度の低いボールとすることができる。On the other hand, in the capillary 11, after the discharge electrode 16 approaches the lower end of the copper wire 5, the power supply circuit 17 is closed, so that the ball 5a is melted and formed at the tip of the copper wire 5. At this time, the reducing gas 21
A reducing gas atmosphere is maintained between the wire 5 and the electrode 16. This reducing gas 21 is in the tube 1
Since the heating is controlled to a predetermined temperature by a heater 20 interposed halfway inside the copper wire 8, the gas atmosphere is within a predetermined temperature range, and the spherical shape of the ball 5a formed at the tip of the copper wire 5 is During oxidation, high-temperature reducing gas does not entrain impurities, making it possible to form balls with low hardness.

続いて、キャピラリー１１がボンディングヘッド９によ
り下降されてワイヤ５の先端部に形成されたボール５ａ
をペレット２のパッドに徐々に挿着させ！、ｉｌ１図ノ
ｔｌ　Ｉ％ｆｌ参照。Subsequently, the capillary 11 is lowered by the bonding head 9 to release the ball 5a formed at the tip of the wire 5.
Gradually insert it into the pad of pellet 2! , see il1 fig. tl I%fl.

キャピラリー１１は、ボンディング荷重Ｗ１を加えられ
て見かけ上Ｓ１の量だけ沈み込む、このとき、ペレット
２がヒートブロック６によって加熱されていること、お
よび、前記ボンディング荷重Ｗ１が加えられたことによ
り、ボール５ａは相応に変形する。しかし、ワイヤ５が
銅ワイヤである場合、銅ワイヤに形成されたボール５ａ
は酸化され易く、硬度が高いため、ボール５ａに荷重を
加えたのみでは、接合に必要な新生面（後述する。The capillary 11 sinks by an apparent amount S1 due to the bonding load W1 applied thereto. At this time, the pellet 2 is heated by the heat block 6 and the bonding load W1 is applied, so that the ball 5a is deformed accordingly. However, if the wire 5 is a copper wire, the ball 5a formed on the copper wire
is easily oxidized and has high hardness, so simply applying a load to the ball 5a will not create a new surface (described later) necessary for bonding.

）を形成するのに不充分である。第１図のｔ２間４り照
。) is insufficient to form. t2 period 4 light in Figure 1.

つまり、＠１１ボンディング荷Ｗｌは、パッド２ａのア
ルミニウムをボール５ａによって著しく押し出さない程
度であって、しかも、半導体装置の品質上充分な接合強
度を得るのに必要な圧着径が得られる荷重に設定されて
いる１例えば、直径３０ｕｍの銅ワイヤが使用された場
合、ボンディング荷重Ｗｌは、１００〜２００ｇｒ、１
ｍｒｒｆ当たり１７．６−〜３５．２ｋｇ、とされる。In other words, the @11 bonding load Wl is set to a level that does not significantly push out the aluminum of the pad 2a by the ball 5a, and is set to a load that provides the crimp diameter necessary to obtain sufficient bonding strength in terms of the quality of the semiconductor device. For example, when a copper wire with a diameter of 30 um is used, the bonding load Wl is 100 to 200 gr, 1
It is said to be 17.6-35.2 kg per mrrf.

第１ボンディング荷重Ｗ１が予め設定された時間（例え
ば、１〜１０ｍｓ　ｅ　ｃ、でよい・）だけ作用される
と、コントローラ１２の指令により、′＃４２ポンディ
ング荷重Ｗ荷重上２超音波振動が付勢される。第１図の
１３間参照。When the first bonding load W1 is applied for a preset time (for example, 1 to 10 msec), the second ultrasonic vibration is applied to the bonding load W by the command of the controller 12. energized. See space 13 in Figure 1.

ところで、第３図および第４図に示されているように、
ペレット２のアルミニウムパッド２ａの表面には酸化膜
ないしは不純物１ｌｌＩ３０が存在する。By the way, as shown in Figures 3 and 4,
An oxide film or impurity 1llI30 exists on the surface of the aluminum pad 2a of the pellet 2.

また、銅ワイヤ等の場合、前記還元雰囲気中でボールを
形成したとしても、ボールを接着するまでの間にボール
５８表面上に極めて清い酸化膜が形成されるのは避は難
い、このため、ボール５ａおよびパッド２ａ表面にすべ
り変形を生じさせて新生面３２および３３を発生させる
必要がある。Furthermore, in the case of copper wire or the like, even if the ball is formed in the reducing atmosphere, it is inevitable that an extremely clean oxide film will be formed on the surface of the ball 58 before the ball is bonded. It is necessary to cause sliding deformation on the surfaces of the ball 5a and pad 2a to generate new surfaces 32 and 33.

そこで、本実施例においては、ボンディング荷重がＷｌ
からＷ２に変更された後、超音波発振装置１３が発振さ
れて、超音波エネルギｆ＋がボンディングアーム１０、
キャピラリー１１を通じてボール５ａに付勢されること
により、新生面３２および３３を強制的に発生させる。Therefore, in this embodiment, the bonding load is Wl
After the change from W2 to W2, the ultrasonic oscillator 13 is oscillated and the ultrasonic energy f+ is transmitted to the bonding arm 10,
By applying force to the ball 5a through the capillary 11, new surfaces 32 and 33 are forcibly generated.

第１図のｔ４間参照。See interval t4 in Figure 1.

そして、この超音波エネルギは、ボール５ａをパッド２
ａに押し付けるボンディング荷重Ｗ２の印加時のみに加
えられる。また、荷重変更および超音波エネルギ印加の
タイミングは、マイクロコンピュータから威るコントロ
ーラ１２により、ポンチインクヘッド９のリニアモータ
等のような駆動装置が制御されてボンディング荷重Ｗが
第１ＷＪ重Ｗ１から′１４２荷重Ｗ２へ変更され、超音
波発振装置１３が制御されて超音波振動が発生されるこ
とにより、それぞれ実行される。This ultrasonic energy then moves the ball 5a to the pad 2.
It is applied only when the bonding load W2 is applied to a. The timing of changing the load and applying ultrasonic energy is determined by controlling a drive device such as a linear motor of the punch ink head 9 by a controller 12 controlled by a microcomputer, so that the bonding load W is changed from the first WJ weight W1 to '142'. The load is changed to W2, and the ultrasonic oscillator 13 is controlled to generate ultrasonic vibrations, thereby executing the respective operations.

本実施例において、第２ボンディング荷重Ｗ２は第１ボ
ンディング荷重Ｗ１よりも低い荷重（例えば、３０〜７
０ｇｒ）に設定されており、かつまた、この第２ボンデ
ィング荷重Ｗ２が加えられたまま、超音波振動ｆ、が付
勢される。この超音波振動ｆ、は従来のワイヤボンディ
ング方法において加えられている超音波振動よりも小さ
な動作振幅でよい。なぜならば、第１ボンディング荷重
Ｗｌにより、ボール５ａは既に所期の圧着径に達してお
り、ボール全体を塑性変形させる程度の超音波エネルギ
は必要無く、接合に必要なエネルギのうち、不足分を補
う程度の小さいボンディング荷重および振動エネルギで
よいからである。つまり、ボール表面およびパッド表面
の酸化被膜をミクロ的に破壊するための超音波エネルギ
であって、ボンディング荷重Ｗｌによって発生した新生
面を補う新たな新生面を発生させることを主四とする。In this embodiment, the second bonding load W2 is a load lower than the first bonding load W1 (for example, 30 to 7
0gr), and the ultrasonic vibration f is applied while this second bonding load W2 is being applied. This ultrasonic vibration f may have a smaller operating amplitude than the ultrasonic vibration applied in conventional wire bonding methods. This is because the ball 5a has already reached the desired crimp diameter due to the first bonding load Wl, and there is no need for ultrasonic energy to plastically deform the entire ball. This is because the bonding load and vibration energy are small enough to compensate. That is, the ultrasonic energy is used to microscopically destroy the oxide film on the ball surface and the pad surface, and its main purpose is to generate a new surface to supplement the new surface generated by the bonding load Wl.

第１図のｔ４間参照。そして、この時間ｔ４は、超音波
の印加が安定して得られる時間、例えば、１０〜２０ｍ
５ｅｃでよい。See interval t4 in Figure 1. This time t4 is a time during which ultrasonic waves can be stably applied, for example, 10 to 20 m.
5ec is sufficient.

ところで、同一の大きさのボンディング荷重Ｗおよび超
音波振動ｆを所定時間作用され続ける従来例の場合、ボ
ールとパッドとの接合面間に新生面が生成されるが、新
生面生成後も、同じ荷重によりアルミニウムパッドが押
され続けるとともに、同じ振動エネルギが付勢され続け
る。この場合、ボール５ａがパッド２ａに強く押さえ付
けられながら、塑性変形を伴って横方向に摺動されるた
め、第５図に示されているように、アルミニウムパッド
２ａのボール下層部３１のアルミニウムが振動方向の横
脇に押し出されるようにはみ出し、その結果、下層部３
１が薄くなり、振動エネルギを吸収しきれず、パッド２
８下方の絶縁層３４やペレット本体部３５にクラックが
発生する等のようなボンディングダメージが発生するこ
とになる。By the way, in the case of the conventional example in which the same bonding load W and ultrasonic vibration f are continuously applied for a predetermined period of time, a new surface is generated between the bonding surfaces of the ball and the pad, but even after the new surface is generated, the same load causes As the aluminum pad continues to be pressed, the same vibrational energy continues to be applied. In this case, since the ball 5a is strongly pressed against the pad 2a and slides in the lateral direction with plastic deformation, the aluminum of the ball lower layer portion 31 of the aluminum pad 2a as shown in FIG. is pushed out to the side in the vibration direction, and as a result, the lower layer 3
Pad 1 becomes thin and cannot absorb vibration energy, and pad 2
This results in bonding damage such as cracks occurring in the insulating layer 34 and the pellet body 35 below the bonding layer 8.

また、このクラックの発生を回避するため、ボンディン
グ荷重および超音波振動を小さ（抑制した場合、ボール
とパッドとの接合面に新生面が生成されないか、または
不充分であるため、ボールとパッドとの接合不足が発生
し、その結果、第１ボンディングの接合強度が不足して
しまう、ボンディング荷重のみを大きくした場合は、超
音波振動が減衰されるため、同様の結果となる。In addition, in order to avoid the occurrence of cracks, if the bonding load and ultrasonic vibration are kept small (suppressed), a new surface will not be generated at the bonding surface between the ball and the pad, or it will be insufficient, so the bonding force between the ball and the pad will be reduced. If only the bonding load is increased, where insufficient bonding occurs and as a result, the bonding strength of the first bond is insufficient, the same result will occur because the ultrasonic vibrations will be attenuated.

しかし、本実施例においては、＠１１ボンディング荷Ｗ
１の付勢段階において、まず、ボール５ａを塑性変形さ
せて、所期の圧着径に到達させた後、小さい第２ボンデ
ィング荷重Ｗ２および振動ｆ＋に抑制されるため、ボー
ル５ａによってアルミニウムパッド２ａが押されても、
第３図に示されているように、アルミニウムパッド２ａ
のボール下層部３１が押し出されることは抑制され、当
該ボール下層部３１は所定の厚さを維持することになる
。しかも、第２ボンディング荷重Ｗ２が小さく抑制され
ても、新生面３２．３３が生成されているため、ボール
５ａとパッド２ａとの接合は確実に実行され、所期の接
合強度が得られることになる。However, in this embodiment, @11 bonding load W
In the first biasing stage, the ball 5a is first plastically deformed to reach the desired crimp diameter, and then the aluminum pad 2a is suppressed by the small second bonding load W2 and the vibration f+. Even if I'm pushed,
As shown in FIG. 3, aluminum pad 2a
The ball lower layer portion 31 is prevented from being pushed out, and the ball lower layer portion 31 maintains a predetermined thickness. Moreover, even if the second bonding load W2 is suppressed to a small value, the new surfaces 32 and 33 are generated, so that the ball 5a and the pad 2a are reliably bonded, and the desired bonding strength is obtained. .

１Ｆ４１ボンディング部が形成された後、キャピラリ−
１１がＸＹ子テーブルおよびボンディングヘッド９によ
り３次元的に相対移動され、所定のり−ド４にワイヤ５
の中間部が所定のボンディング荷重Ｗ３をもって押し付
けられる。第１図のｔ５ｔ６間参照。After the 1F41 bonding part is formed, the capillary
11 is relatively moved three-dimensionally by the XY child table and the bonding head 9, and the wire 5 is placed on a predetermined board 4.
is pressed with a predetermined bonding load W3. See between t5t6 in Figure 1.

続いて、キャピラリー１１に超音波振動ｆ３が付勢され
る。第１図のｔ７間参照、そして、キャピラリー１１に
超音波振動ｆ、が付勢されるとともに、リード４がヒー
トブロック７によって加熱されている。Subsequently, the capillary 11 is energized with ultrasonic vibration f3. Refer to time t7 in FIG. 1, the capillary 11 is energized by ultrasonic vibration f, and the lead 4 is heated by the heat block 7.

このＩ！ｌＩ２ボンディング時においても、ボンディン
グ荷重および超音波振動は第１と第２とにｍｓされる。This I! Even during lI2 bonding, the bonding load and the ultrasonic vibration are applied in ms to the first and second parts.

すなわち、初期においては、小さな第１ボンディング荷
重Ｗ３を加えられるとともに、第１超音波振動ｆ２が加
えられる。この初期のボンディング荷重Ｗ３および超音
波振動ｆ！により、ワイヤ表面の汚れ、酸化膜が接合部
周囲に押し出される。That is, in the initial stage, a small first bonding load W3 is applied, and the first ultrasonic vibration f2 is applied. This initial bonding load W3 and ultrasonic vibration f! As a result, dirt and oxide film on the wire surface are pushed out around the joint.

その後、第１ボンディング荷重Ｗ３から第２ボンディン
グ荷重に変更されるとともに、清浄面を接合するに充分
な超音波振動ｆ３が印加される。Thereafter, the first bonding load W3 is changed to the second bonding load, and ultrasonic vibration f3 sufficient to bond the clean surfaces is applied.

このボンディング荷重および超音波振動の変更により、
必要以上にリードネック部が薄くなることを防止するこ
とができるため、リードネック部の強度が向上されるこ
とになる。１１１図のｔ８．１２間参照。By changing this bonding load and ultrasonic vibration,
Since it is possible to prevent the lead neck portion from becoming thinner than necessary, the strength of the lead neck portion is improved. See between t8.12 in Figure 111.

第２ボンディングが終了すると、クランパ１４によりワ
イヤ５が把持され、クランパ１４はキャピラリー１１と
共に第２ボンディング部に対して相対的に離反移動され
る。この離反移動により、ワイヤ５はｌｉ２ボンディン
グ部から引き千切られる。その後、クランパ１４がワイ
ヤ５の把持を解除するとともに、キャピラリー１１が若
干上昇することにより、ワイヤ５の先端部がボール５ａ
の成形に必要な長さだけ突き出される（テール出し）。When the second bonding is completed, the wire 5 is gripped by the clamper 14, and the clamper 14, together with the capillary 11, is moved away from the second bonding portion. This separation movement causes the wire 5 to be torn off from the li2 bonding portion. Thereafter, the clamper 14 releases its grip on the wire 5, and the capillary 11 rises slightly, so that the tip of the wire 5 moves into the ball 5a.
The tail is pushed out (tail extension) by the length required to form the material.

第１図ｔｌＯ間参照。See Figure 1 between tlO.

以降、前記作動がペレット２のパッドおよびインナリー
ド４の数に対応する回数だけ織り返されることにより、
所要のワイヤボンディング作業が実施される。その後、
１単位のリードフレームについてのワイヤボンディング
作業が完了すると、押さえ具２９が上昇され、次のペレ
ット２がボンディングステージの所へ位置するようにリ
ードフレーム３が１ピツチ送られる。以後、各単位のペ
レット２について前記ワイヤボンディング作業が順次実
施されて行く。Thereafter, the above operation is repeated a number of times corresponding to the number of pads of the pellet 2 and the number of inner leads 4, so that
The necessary wire bonding operations are performed. after that,
When the wire bonding work for one unit of lead frame is completed, the presser 29 is raised and the lead frame 3 is fed one pitch so that the next pellet 2 is positioned at the bonding stage. Thereafter, the wire bonding operation is sequentially performed for each unit of pellets 2.

そして、前記ボンディング作業中、フィーダ６の上面に
開設された吹出口２４からリードフレーム酸化防止用還
元性ガス２２が常時吹き出されているため、リードフレ
ーム３は還元性ガス雰囲気内に浸漬されている。このと
き、還元性ガス雰囲気はフィーダ６上に敷設されたカバ
ー２７によって被覆されているため、この還元性ガス２
２はリードフレーム３およびペレット２を効果的に包囲
することになる。したがって、リードフレーム３等の酸
化は防止されている。During the bonding operation, the reducing gas 22 for preventing oxidation of the lead frame is constantly blown out from the outlet 24 provided on the top surface of the feeder 6, so the lead frame 3 is immersed in the reducing gas atmosphere. . At this time, since the reducing gas atmosphere is covered by the cover 27 laid over the feeder 6, this reducing gas 2
2 will effectively surround the lead frame 3 and the pellet 2. Therefore, oxidation of the lead frame 3 and the like is prevented.

ここで、リードフレームとして銅系のリードフレームが
使用されている場合、銅は酸化され易く、酸化膜がボン
ディング面に原く形成されるため、第２ボンディングに
おけるボンダビリティ−が低下する。すなわち、酸化膜
が形成されると、ワイヤとの金属結合性が低下するため
、ボンダビリティ−が低下する。Here, when a copper-based lead frame is used as the lead frame, copper is easily oxidized and an oxide film is originally formed on the bonding surface, resulting in poor bondability in the second bonding. That is, when an oxide film is formed, the metal bondability with the wire decreases, resulting in a decrease in bondability.

しかし、本実施例においては、フィーダ６上がカバー２
７により被覆されているとともに、そのカバー内に供給
された還元性ガス雰囲気により、フレーム３が包囲され
ているため、酸化され易い銅系リードフレームが使用さ
れていても、その表面に酸化膜が形成されることはなく
、その結果、ワイヤ５は良好なボンダビリティ−をもっ
てり−ド４上にボンディングされることになる。However, in this embodiment, the top of the feeder 6 is the cover 2.
7 and is surrounded by a reducing gas atmosphere supplied into the cover, so even if a copper-based lead frame that is easily oxidized is used, an oxide film will not form on its surface. As a result, the wire 5 is bonded onto the wire 4 with good bondability.

さらに、リード側ボンディング時に本発明のボンディン
グ方法を通用することにより、ワイヤおよび被ボンディ
ング部の接合界面に早期に新生面を発生させることがで
きるため、接合部分のワイヤのつぶれＤさを確保するこ
とができ、リードネック部の強度を従来に比べて向上さ
せられる。Furthermore, by applying the bonding method of the present invention during lead-side bonding, a new surface can be generated at an early stage at the bonding interface between the wire and the bonded part, so it is possible to ensure the flatness of the wire at the bonded part. This makes it possible to improve the strength of the lead neck compared to the conventional method.

前記実施例によれば次の効果が得られる。According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.

（１）　　ワイヤを被ボンディング部に押し付けるため
のボンディング荷重が、その大きさを時間と共に変更さ
れ所期の荷重に達した後、ワイヤと被ボンディング部と
を相対的に振動させることによって、ワイヤと被ボンデ
ィング部とを接合することにより、適切な接合面積をも
ってパッドの変形を抑制しつつ、ワイヤと被ボンディン
グとを接合することができ、パッド下方の絶縁層やペレ
ット本体部に悪影響を及ぼすボンディングダメージを低
減させることができる。(1) After the bonding load for pressing the wire against the bonded part changes its size over time and reaches the desired load, the wire and the bonded part are vibrated relative to each other. By joining the wire to the bonding target part, it is possible to bond the wire and the bonding target while suppressing deformation of the pad with an appropriate bonding area, thereby preventing bonding damage that adversely affects the insulating layer below the pad and the pellet body. can be reduced.

（２）　　前記（１）により、銅ワイヤ等のような金ワ
イヤに比べて硬度が高い材料からなるワイヤであっても
、良好なボンダビリティ−をもってワイヤをパッドにボ
ンディングすることができるため、金ワイヤに代えて、
価格の安い銅ワイヤ等の使用を実現することができ、生
産コストを低減させることができる。(2) According to (1) above, even if the wire is made of a material that is harder than gold wire, such as copper wire, it is possible to bond the wire to the pad with good bondability. Instead of wire,
It is possible to use inexpensive copper wire, etc., and production costs can be reduced.

（３）　　ワイヤの先端部が溶融されてワイヤ先端にボ
ールが生成され、このボールが被ボンディング部にボン
ディングされるに際し、ワイヤ先端部を還元性ガス雰囲
気に保持するとともに、この還元性ガス雰囲気を高温に
維持することにより、被ボンディング部に押し付けられ
るボールの硬度の増大化を抑制することができるため、
前記（１）の作用効果を助けることができる。(3) The tip of the wire is melted to form a ball at the tip of the wire, and when this ball is bonded to the part to be bonded, the tip of the wire is held in a reducing gas atmosphere and this reducing gas atmosphere is By maintaining the temperature at a high temperature, it is possible to suppress the increase in hardness of the ball that is pressed against the bonded part.
The effect of (1) above can be assisted.

（４）　　ワイヤの中間部が被ボンディング部であるリ
ードにボンディングされるに際し、リードの周囲を還元
性ガス雰囲気に保持することにより、リードの表面に酸
化膜が形成されるのを防止するとともに、形成された酸
化膜を還元させることができるため、ワイヤとリードと
を適正に接合することができる。(4) When the intermediate part of the wire is bonded to the lead, which is the part to be bonded, by keeping the area around the lead in a reducing gas atmosphere, it is possible to prevent the formation of an oxide film on the surface of the lead, Since the formed oxide film can be reduced, the wire and the lead can be properly joined.

（５）　　ワイヤの中間部がボンディング部であるリー
ドにボンディングされるに際し、ボンディング荷重およ
び超音波振動を第１と′Ｗ４２とにａｉ！変更すること
により、ワイヤとリードとの接合面に新生面が早期に生
成されるのを助けることができるため、ワイヤとリード
とを適正に接合することができる。(5) When the intermediate part of the wire is bonded to the lead which is the bonding part, the bonding load and ultrasonic vibration are applied to the first and 'W42 ai! By making this change, it is possible to help generate a new surface at the bonding surface between the wire and the lead at an early stage, so that the wire and the lead can be properly bonded.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor.

例えば、ボンディング荷重および振動の変更調幣は、そ
の大きさおよび振幅と時間との関係線図が、第１図（ｂ
）および（Ｃ）に示されているような矩形線図になるよ
うに実行するに限らず、第６図に示されているように、
荷重を変更する際、時間の経過に伴って次第に漸減して
連続的に変化して行くように実行してもよい。For example, when changing the bonding load and vibration, the relationship diagram of the magnitude and amplitude versus time is shown in Figure 1 (b
) and (C), as shown in FIG.
When changing the load, it may be performed so that it gradually decreases over time and changes continuously.

ちなみに、１１６図の場合には、リード側の第２ボンデ
ィングが一定のボンディング荷重Ｗ３および超音波振動
ｆ８によって実行されている。Incidentally, in the case of FIG. 116, the second bonding on the lead side is performed with a constant bonding load W3 and ultrasonic vibration f8.

また、ワイヤと被ボンディングとの間の相対的振動は、
超音波帯域の振動に躍らず、それ以下の低周波数帯域の
振動であってもよく、そのような帯域の振動は、超音波
発振装置によって得るように構成するに限らず、ＸＹ子
テーブル規１１Ｊ的に往復動（スクラブ）させることに
より得るように構成してもよい。Also, the relative vibration between the wire and the bonded object is
Vibration in the low frequency band below the ultrasonic band may be used instead of vibration in the ultrasonic band. It may also be configured to obtain the information by reciprocating (scrubbing).

ボンディング荷重付加時に加えられる超音波振動または
機械的振動（スクラブ）は、第７図、第８図および第９
ｒｇＪに禾されているように！１１ｉ１してもよい。The ultrasonic vibrations or mechanical vibrations (scrubbing) applied when bonding load is applied are as shown in Figures 7, 8 and 9.
It's like being admired by RGJ! 11i1 may be used.

第７図に示されている実施例においては、リード側のボ
ンディング時に超音波振動の印加が２段階に変更１ｍＷ
されているとともに、第１超音波振動ｆ、から第２超音
波振動ｆ、に変更される際、漸減するようにｌｌ幣され
ている。In the embodiment shown in FIG. 7, the application of ultrasonic vibration was changed to two stages at 1 mW during bonding on the lead side.
At the same time, when changing from the first ultrasonic vibration f to the second ultrasonic vibration f, the ultrasonic vibration is gradually decreased.

１４８図に示されている実施例においては、ペレット側
のボンディング時に超音波振動の印加が２段階に変更＊
＊されているとともに、第１超音波振動ｆ１から第２Ｂ
音波振動ｆｔに変更される際、漸減するようにｉＩＷさ
れている。In the example shown in Figure 148, the application of ultrasonic vibration is changed to two stages during bonding on the pellet side*
*At the same time, the first ultrasonic vibration f1 to the second B
When changing to sonic vibration ft, iIW is performed so that it gradually decreases.

第９図に示されている実施例においては、ペレ、／ト側
のボンディング時に、初期にスクラブ振動が印加された
後、超音波振動ｆ、が印加される。In the embodiment shown in FIG. 9, during bonding on the pellet and/or side sides, a scrub vibration is initially applied, and then an ultrasonic vibration f is applied.

さらに、ボンディング荷重および振動の変更の段階は１
段階に限らず、２段階以上であってもよい。Furthermore, the steps of bonding load and vibration changes are 1
It is not limited to one stage, but may be two or more stages.

また、ボンディング振動は振幅を変更するに限らず、振
動周波数を変更してもよいし、超音波とスクラブを併用
しても良い。Furthermore, the bonding vibration is not limited to changing the amplitude, but may also change the vibration frequency, or may use ultrasonic waves and scrubbing together.

ワイヤは銅ワイヤを使用するに限らず、金ワイヤ、アル
藁ニウムワイヤ、良導体材料から成る線材に絶縁層が形
成されて成る被膜ワイヤ等を使用してもよい。The wire is not limited to a copper wire, but may also be a gold wire, an aluminum wire, a coated wire formed by forming an insulating layer on a wire made of a good conductor material, or the like.

前記実施例は、超音波熱圧着式ボールボンディング（ネ
イルヘッドボンディング）について説明したが、本発明
はウェッジボンディングに対しても適用することができ
る。In the above embodiment, ultrasonic thermocompression type ball bonding (nail head bonding) was explained, but the present invention can also be applied to wedge bonding.

以上述べたワイヤボンディング方法は、圧着時間、超音
波振動印加量、ボンディング荷重およびスクラブ等のよ
うなボンディング条件に関するデータをプログラムに組
み込み、１ｓｔｌｌ（ペレット側）、２ｎｄ側（リード
側）のボンディング条件をそれぞれの側で複数段に設定
可能（前記実施例においては、２段階に設定されている
。）な機能を持ち、前記ボンディング条件の組み合わせ
をソフトウェアプログラムにより、自由に選択し得る機
能を備えたワイヤボンディング装置によって達成するこ
とができる。The wire bonding method described above incorporates data related to bonding conditions such as crimping time, amount of ultrasonic vibration applied, bonding load and scrubbing into a program, and sets the bonding conditions for the 1st (pellet side) and 2nd (lead side) sides. A wire having a function that can be set to multiple stages on each side (in the above embodiment, it is set to two stages), and a function that allows the combination of the bonding conditions to be freely selected by a software program. This can be achieved by a bonding device.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本職において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this work is as follows.

ワイヤを被ボンディング部に押し付けるためのボンディ
ング荷重が、その大きさを時間とともに変更され所期の
荷重に達した後、ワイヤと被ボンディング部とを相対的
に振動させることによって接合を行うことにより、従来
、ワイヤ（ボール）の変形過程で生じていたパッドにお
けるアルミニウムの押し出しを抑制することができる。After the bonding load for pressing the wire against the bonded part changes its size over time and reaches the desired load, bonding is performed by vibrating the wire and the bonded part relatively. It is possible to suppress the extrusion of aluminum in the pad, which conventionally occurred during the deformation process of the wire (ball).

この際、ボンディング荷重が一定であるため、ばらつき
の少ない所期の圧着径が得られる。接合部のアルミニウ
ムは、一定の厚さを保持することにより、接合時の振動
エネルギを吸収し、新生面を拡大して確実な接合が得ら
れるとともに、サブストレートに過大なストレスを与え
ることを防止することができるため、ボンディングダメ
ージを低減することができ、半導体装ｌの信鉗性を向上
させることができる。At this time, since the bonding load is constant, the desired crimp diameter with little variation can be obtained. By maintaining a constant thickness of the aluminum in the joint, it absorbs the vibration energy during joining, expands the new surface to ensure a reliable joint, and prevents excessive stress from being applied to the substrate. Therefore, bonding damage can be reduced and reliability of the semiconductor device 1 can be improved.

リード側の第２ボンディングにおいては、荷重と超音波
振動を第１と第２とに変更調整することによって、接合
界面に早期に新生面を発生させることができるため、接
合部分のワイヤのつぶれ濃さを確保することができ、ボ
ンディング強度を従来に比べて向上させることができる
。In the second bonding on the lead side, by changing and adjusting the load and ultrasonic vibration between the first and second bonding, it is possible to generate a new surface at the bonding interface at an early stage, thereby reducing the degree of collapse of the wire at the bonding part. can be ensured, and the bonding strength can be improved compared to the conventional method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）は本発明の一実
施例であるワイヤボンディング方法を示す各線図、第２
図はそれに使用される本発明の一実施例であるワイヤボ
ンディング装置を示す一部切断正面図、 第３図は同じく拡大部分断面図、 第４図は第３図■部を示す拡大部分断面図、第５図はそ
の作用を説明するための拡大部分断面図である。 第６図（ａ）、へ）、（ｃ）、（ｄｌは本発明の他の実
施例であるワイヤボンディング方法を示す各線図である
。 第７図、第８図および第９図はボンディング荷重付加時
に加えられる振動の各変形例をそれぞれ示す各線図であ
る。 １・・・半導体装置、２・・・ペレット、２ａ・・・ポ
ンディングパッド、３・・・リードフレーム、４・・・
インナリード、５・・・ワイヤ、５　ａ・・・ボール、
８・・・ＸＹ子テーブル９・・・ボンディングヘッド、
ｌＯ・・・ボンディングアーム、１１・・・キャピラリ
ー（ボンディングツール）、１２・・・コントローラ、
１３・・・超音波発振装置（振動発生袋Ｗ）、１４・・
・クランパ、１５・・・ガイド、１６・・・放電電極、
１７・・・電源回路、１８・・・チューブ、１９・・・
ガス供給ユニット、２０・・・ヒータ、２１．２２・・
・還元性ガス、２３・・・還元性ガス供給装置、２４・
・・吹出口、２５・・・ガス供給路、２６・・・ガス供
給ユニット、２７・・・カバー、２８・・・窓孔、２９
・・・リードフレーム押さえ具、３０・・・酸化膜また
は不純物膜、３１・・・パッドのボール下層部、３２・
・・ボールの新生面、３３・・・バ・ンドの新生面、３
４・・・絶１Ｌ３５・・・ペレット本体部。 第４図 第５図FIGS. 1(a), (b), (C), and (d) are diagrams showing a wire bonding method according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a partially cutaway front view showing a wire bonding device that is an embodiment of the present invention used therein, FIG. 3 is an enlarged partial sectional view, and FIG. 4 is an enlarged partial sectional view showing part , FIG. 5 is an enlarged partial cross-sectional view for explaining its operation. FIGS. 6(a), 6), 6(c), and dl are diagrams showing wire bonding methods according to other embodiments of the present invention. FIGS. 7, 8, and 9 are diagrams showing bonding loads. 1 is a diagram illustrating each modification of the vibration applied at the time of application. 1... Semiconductor device, 2... Pellet, 2a... Bonding pad, 3... Lead frame, 4...
Inner lead, 5... wire, 5 a... ball,
8...XY child table 9...bonding head,
lO...Bonding arm, 11...Capillary (bonding tool), 12...Controller,
13... Ultrasonic oscillator (vibration generating bag W), 14...
・Clamper, 15... Guide, 16... Discharge electrode,
17...Power supply circuit, 18...Tube, 19...
Gas supply unit, 20... Heater, 21.22...
・Reducing gas, 23... Reducing gas supply device, 24.
...Air outlet, 25...Gas supply path, 26...Gas supply unit, 27...Cover, 28...Window hole, 29
...Lead frame holding tool, 30...Oxide film or impurity film, 31...Ball lower layer part of pad, 32.
... New surface of the ball, 33 ... New surface of the ball, 3
4... Absolute 1L35... Pellet main body. Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、ワイヤを被ボンディング部に押し付けるためのボン
ディング荷重が、その大きさを時間とともに変更され所
定の荷重に達した後、ワイヤと被ボンディング部とを相
対的に振動させることによってワイヤが被ボンディング
部に拡散接合されることを特徴とするワイヤボンディン
グ方法。 ２、前記ボンディング荷重が、その大きさと時間との関
係線図が略矩形線図になるように変更されることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボンディング
方法。 ３、前記ボンディング荷重が、その大きさと時間との関
係線図が傾斜して連続的に変化するように変更されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボン
ディング方法。 ４、前記ボンディング荷重が、初期に大きく、その後、
小さくなるように変更されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のワイヤボンディング方法。 ５、特許請求の範囲第１項記載のワイヤボンディング方
法であって、ワイヤを被ボンディング部に押し付けるた
めの前記ボンディング荷重が、その大きさを時間ととも
に変更されるとともにワイヤと被ボンディング部との前
記相対的振動が、その振幅または周波数の少なくとも一
方を時間とともに変更されることを特徴とするワイヤボ
ンディング方法。 ６、前記振動が、超音波帯域の振動であることを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載のワイヤボンディング方
法。 ７、前記ボンディング荷重と前記振動とが、同調して変
更されることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
ワイヤボンディング方法。 ８、特許請求の範囲第１項記載のワイヤボンディング方
法が半導体ペレット側についてのボンディング時に、用
いられるとともに、インナリード側についてのボンディ
ング時にワイヤとインナリードとの相対的な振動および
ボンディング荷重の双方、または、一方が時間とともに
多段階に変更され、前段側の荷重が後段側の荷重よりも
小さく設定されることを特徴とするワイヤボンディング
方法。 ９、ワイヤを被ボンディング体に押し付けるための荷重
が各々一定な２段階に変更可能なワイヤボンディング装
置が用いられて、半導体ペレット側をボンディングされ
る際は前段の荷重が後段の荷重よりも大きくなるように
変更調整され、リード側がボンディングされる時は、後
段の荷重が前段の荷重よりも大きくなるように変更調整
されるとともに、超音波振動がペレット側ボンディング
時については軽い荷重（後段の荷重）に変更された後に
印加され、また、リード側ボンディング時については、
初段の荷重時から印加されることを特徴とするワイヤボ
ンディング方法。 １０、ワイヤを挿通保持して被ボンディング部に押し付
けるためのボンディングツールと、このボンディングツ
ールを保持して移動させるボンディングアームと、この
ボンディングアームを移動させるとともに、前記ボンデ
ィングツールを介してワイヤに適当なボンディング荷重
を作用させるボンディングヘッドとを備えており、前記
ボンディングヘッドがワイヤに作用させる前記ボンディ
ング荷重を、その大きさがワイヤを被ボンディング部に
押し付ける時間とともに変更されるように、調整すべく
構成されていることを特徴とするワイヤボンディング装
置。 １１、ワイヤを挿通保持して被ボンディング部に押し付
けるためのボンディングツールと、このボジディングツ
ールを保持して移動させるボンディングアームと、この
ボンディングアームを移動させるとともに、前記ボンデ
ィングツールを介してワイヤに適当なボンディング荷重
を作用させるボンディングヘッドと、前記ボンディング
ツールと前記被ボンディング部とを相対振動させる振動
発生装置とを備えており、前記ボンディングヘッドが前
記ワイヤに作用させる荷重を、その大きさがワイヤを被
ボンディング部に押し付ける時間とともに変更されるよ
うに、調整すべく構成されているとともに、荷重が所望
の大きさに達した後、前記振動発生装置において、前記
振動の後幅または周波数の少なくとも一方を時間ととも
に変更させるように構成されていることを特徴とするワ
イヤボンディング装置。 １２、圧着時間、超音波印加量、ボンディング荷重およ
びボンディングヘッドを載せたＸ−Ｙテーブルを微少に
動作させる機械的なスクラブ量（回数、動作幅）に関す
るデータがプログラムに組み込まれており、ペレット側
およびリード側のボンディング条件をそれぞれの側にお
いて、複数段に設定可能な機能を持ち、かつ、前記パラ
メータの組み合わせおよび設定量をソフトウェアプログ
ラムにより、自由に選択、設定し得る機能を持っている
コントローラを備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１０項または第１１項記載のワイヤボンディング
装置。[Claims] 1. After the bonding load for pressing the wire against the bonded part changes its magnitude over time and reaches a predetermined load, the wire and the bonded part are vibrated relative to each other. A wire bonding method characterized in that a wire is diffusion bonded to a bonded part by. 2. The wire bonding method according to claim 1, wherein the bonding load is changed so that a relationship diagram between its magnitude and time becomes a substantially rectangular diagram. 3. The wire bonding method according to claim 1, wherein the bonding load is changed so that a relationship diagram between the bonding load and time is sloped and continuously changes. 4. The bonding load is initially large, and then,
2. The wire bonding method according to claim 1, wherein the wire bonding method is modified to become smaller. 5. The wire bonding method according to claim 1, wherein the bonding load for pressing the wire against the bonded part is changed in magnitude with time, and the bonding load for pressing the wire against the bonded part is A wire bonding method characterized in that the relative vibration is changed in at least one of its amplitude or frequency over time. 6. The wire bonding method according to claim 5, wherein the vibration is a vibration in an ultrasonic band. 7. The wire bonding method according to claim 5, wherein the bonding load and the vibration are changed in synchronization. 8. The wire bonding method according to claim 1 is used when bonding the semiconductor pellet side, and when bonding the inner lead side, both the relative vibration between the wire and the inner lead and the bonding load are Alternatively, a wire bonding method characterized in that one side is changed in multiple stages over time, and the load on the front stage side is set smaller than the load on the rear stage side. 9. A wire bonding device is used that can change the load for pressing the wire against the object to be bonded in two stages, each of which is constant, and when bonding the semiconductor pellet side, the load on the first stage is larger than the load on the second stage. When the lead side is bonded, the load on the rear stage is changed and adjusted so that it is larger than the load on the front stage, and when the ultrasonic vibration is bonded on the pellet side, the load is changed and adjusted so that it is a light load (later stage load). is applied after being changed to, and also for lead side bonding,
A wire bonding method characterized in that a load is applied from the first stage. 10. A bonding tool for inserting and holding a wire and pressing it against a bonded part, a bonding arm for holding and moving this bonding tool, and a bonding arm for moving this bonding arm and applying an appropriate force to the wire via the bonding tool. and a bonding head that applies a bonding load, and is configured to adjust the bonding load that the bonding head applies to the wire so that the magnitude thereof changes with time for pressing the wire against the bonded part. A wire bonding device characterized by: 11. A bonding tool for inserting and holding the wire and pressing it against the bonded part, a bonding arm for holding and moving the bonding tool, and a bonding arm for moving the bonding arm and applying an appropriate force to the wire via the bonding tool. The bonding head is provided with a bonding head that applies a bonding load, and a vibration generator that vibrates the bonding tool and the bonded part relative to each other. The vibration generator is configured to adjust at least one of the width or the frequency of the vibration after the load reaches a desired magnitude. A wire bonding device characterized in that it is configured to change over time. 12. Data regarding crimping time, amount of ultrasonic application, bonding load, and amount of mechanical scrubbing (number of times, operation width) of minutely moving the X-Y table on which the bonding head is mounted are incorporated into the program, and the data on the pellet side and a controller that has a function that allows setting of bonding conditions on the lead side in multiple stages on each side, and a function that allows the combination and setting amount of the parameters to be freely selected and set using a software program. A wire bonding apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the wire bonding apparatus comprises:
JP1343000A 1989-12-29 1989-12-29 Method and device for wire bonding Pending JPH03203340A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996025263A3 (en) * 1995-02-15 1996-09-26 Fraunhofer Ges Forschung Process for bonding a flexible substrate to a chip
JP2011249724A (en) * 2010-05-31 2011-12-08 Renesas Electronics Corp Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

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