JPH03235340A - 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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JPH03235340A
JPH03235340A JP2029534A JP2953490A JPH03235340A JP H03235340 A JPH03235340 A JP H03235340A JP 2029534 A JP2029534 A JP 2029534A JP 2953490 A JP2953490 A JP 2953490A JP H03235340 A JPH03235340 A JP H03235340A
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Yasuhiko Shimizu
清水　靖彦
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この出願の発明は、半導体装置の製造に用いられるワイ
ヤボンディング方法に関する。
（従来の技術） ワイヤボンディングは、半導体チップ上に形成された電
極（以下、パッドという）とリードフレームのインナー
リードとを金属細線により接続することをいう。その金
属細線としては、２０〜３０μｓ径程度の金線あるいは
アルミニウム線を用いる。
ボンディング方法としては、金属の融点以下の温度で、
双方の金属の清浄面を加圧接触し、溶融することなく金
属の拡散によって接合させる熱圧着法、超音波の振動を
接続するアルミニウムなどの金属細線に伝えて、チップ
上のアルミニウムなどのパッドと金属細線間を接触させ
、その後、金属細線とボンディングツールとの間に生ず
る摩擦熱によって接合する超音波法および両方を併用す
る方法等がある。この併用する方法としては、第１図に
ワイヤボンディングの概観図、第２図にワイヤボンディ
ング装置を示す。
その機構動作について説明する。ボンディングヘッドは
、Ｘ−Ｙテーブルの駆動により、キャピラリ６の先端を
チップ８のパッド２とリードフレームのインナーリード
３間を移動させる。キャピラリ６のＺ方向上下移動は、
以下のように行なわれる。回転板に取り付けられたモー
ター（図示せず）を駆動することにより、軸を中心に回
転板を回転し、ビンを介して枠体を軸２３を中心に上下
動させる。ホーン４は、支持具を介して枠体のストッパ
１３にばね１２とリニアモータ１４の推力により押しあ
てられ、枠体の上下動と一体に動作する。枠体の回転中
心とホーン４の回転中心は、同一で軸２３となっている
。従って、回転板のモーター駆動により、キャピラリ６
がＺ方向移動を行なう。
金線５接続のシーケンスについて説明する。超音波ホー
ン４の先端に取り付けられたキャピラリ６に金線５を通
し、図示しないトーチ機構により金線５を球形にする。
トーチ機構は、トーチと金線５間に高圧電流を放電し、
そのエネルギにより金ＩｗＩ５を溶融させ、球形にする
。
金線５を球形にした後、第３図のボンディングシーケン
スに従って、金線５の接合を行なう。キャピラリ６は、
Ｘ−Ｙテーブルの駆動により、チップ８のパッド上に移
動し、第３図のキャピラリ６の２変位シーケンスに従っ
て動作して、キャピラリ６をチップ８のパッドとリード
フレームのインナーリード３間を移動して金線５のルー
プ１１形状を成形する（第１図参照）。
次に、金線５の接合について述べる。接合は、熱圧着と
超音波振動の併用によって行なわれる。
第３図のキャピラリ６の２変位に示すように、キャピラ
リ６は、チップ側にはじめ速いスピードで下降し、サー
チ高さに達したポイントで減速し、その後等速度運動を
行なう。この等速運動により、チップ高さが多少ばらつ
いても、同一の衝撃力となるよう接合の安定性を図って
いる。等速度で衝突した金線５は、ばね１２とリニアモ
ーター１４による負荷荷重と衝撃力によりつぶれ、その
後試料台１に取り付けられたヒーター（図示せず）の熱
とキャピラリ６の圧着力と超音波振動の併用により、金
線５の接着面に合金層を生成し、接合が完了する。
超音波振動は、第２図の超音波発振器１８により超音波
振動子１７を発振させ、ホーン４で増幅して、キャピラ
リ６に振動を伝導し、金線５を加振する。
リード側についても同様の手順により接合が行なわれる
。
このように、インナーリード３先端と半導体チップ８上
のパッド２とは、金線５によって、キャピラリ６の先端
を第６図（Ａ）、（Ｂ）に示すような軌跡を描きながら
接続される。両者を接続するこの金線５はループ１１を
形成する。
ループ１１の形状は自動的に一定になるように制御され
ているが、そのループ高さが低いと金線５がチップ８に
接触して短絡することがある（第６図（Ａ’））。この
様な短絡を防ぐため従来がら、キアピラリ６の先端の軌
跡においてキャピラリ６の先端がＺ軸方向に上昇中に、
ある定められた高さにおいて一時水平にリバースする動
作を加える（第６図（Ｂ））。その結果ループの高さは
増し、第６図（Ａ′）のようにループ１１がチップ８に
接触するようなことはなくなる。従来のワイヤボンディ
ング装置では、作業者がループの形状を確認しながら最
適となるリバース量になるような条件を入力していた。
第５図は、チップ面とインナーリードの高さとの関係を
示すもので、チップ厚の異なるもの、チップ面が下がっ
ている品種などがある。これらの品種に対して、同一ル
ープ長のワイヤボンディングを行なうと、リバース量が
同一の場合、第５図（Ａ）〜（Ｄ）のようにチップ−イ
ンナーリード間の差によってループ形状が変わる。この
ため、作業者は、ループ形状を適宜確認しながらリバー
ス量を変更していた。一般に、従来のワイヤボンディン
グ装置では、リバース量は最初に入力した値に固定して
おくのが普通であった。
（発明が解決しようとする課題） 前述のように、従来のワイヤボンディング方法では、チ
ップとインナーリード間の差が変わった場合に作業者が
リバース量変更の作業をしていたので、迅速かつ的確に
変更することが難しく、品質管理の点で大きな問題であ
った。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、作業者
によらないでリバース量を変更するようにし、作業者ご
との品質差をなくし、品質の向上したワイヤボンディン
グを行なう方法を提供することを目的としている。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段） 本発明は、半導体チップの電極間を金属細線で接続する
ワイヤボンディング方法に関し、半導体チップのパッド
高さとリードフレームのインナーリード高さの差を測定
する手段と、この測定結果から、前記金属細線接続のた
めのボンディングツールの動作のリバース動作軌跡のリ
バース移動量を演算する手段およびその演算結果に基づ
いてボンディングツールをリバースする手段とを具備す
ることを特徴とする。また、リバース移動量を半導体チ
ップのパッドの高さとリードフレームのインナーリード
高さの差の関数とし、その関数に基づいて前記のように
リバース移動量を演算する。
（作用） 半導体チップとインナーリード間の高さの差が変わった
場合、ボンディング装置側でリバース移動量を自動変更
するので、作業者のリバース移動量を変更する作業をな
くすことができる。
（実施例１） 以下、本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。
第４図は、本発明による半導体チップ８とインナーリー
ド３間の高さの差とリバース移動量を関数で表わしたも
のである。すなわち、縦軸（ｙ）をリバース量、横軸（
Ｘ）を半導体チップ・インナーリード間の高さの差とす
ると、この関数は、ｙ　＝　ｆ　（ｘ）で表わされる。
この関数は、あらかじめ実験により求められる。
半導体チップ８とインナーリード３間の高さの差がａｌ
のとき最適ループ作成のリバース移動量がｂｌで、その
差がａ２のときそのリバース移動量がｂ２とそれぞれ具
体的に求め、これらの値から、補間法によって と決定する。この場合、関数の決定にあたっては、２点
の実験点の補間により求めたが実験点をさらに増やせば
、補間をより精度良く行なうことができる。
半導体チップの高さ（正確にはＺ方向のパッドの高さを
意味する）とインナーリードの高さは、第１図で示され
る超音波ホーンをＺ方向に下降させ、チップ、インナー
リード面と面接触させてその位置を検出し、その結果か
ら測定する。
金線５とチップ８の接触の検出は以下のように行なわれ
る。第２図において、キャピラリ６が下降してチップ８
上に接触すると、ホーン４の上下動が停止する。しかし
、枠体は、モーターにより回転を継続するため、ホーン
４の支持具と枠体のストッパ１３間にすきまが生じる。
このすきまを変位センサ１９により検出して、第３図の
変位センサ１９からの電圧出力のようにすきまに対応し
た電圧出力が得られる。この電圧があるレベルを越えた
ポイントで接触検出を行なう。この接触確認を行ったと
きのモーターの回転角を検出してＺ位置を求める。
上記のように、接触検出を行なった後、デイレタイムＴ
４の後、超音波発振器１８より超音波振動がＴ、タイム
間金線に印加される。
第５図に示すように、半導体チップ８とインナーリード
３の間の高さの差が異なる製品に対して次のような手順
でワイヤボンディングが行なわれる。まず、半導体チッ
プ面とインナーリード面の高さを前述のように超音波ホ
ーン４の面検出機能により求める。このデータから両者
の高さの差を算出し、その値を■式に代入してリバース
移動量を自動的に決定する。この決定したリバース移動
量に基づいてボンディングツールをワイヤボンディング
時にリバースさせる。この実施例では、ボンディングツ
ールにキャピラリ６を用いた。そして、金線の接合手段
としては、熱圧着法と超音波ボンディング法を併用した
超音波熱圧着法を用いた。この方法だと熱圧着のように
チップやリードフレームを３００℃程度まで加熱する必
要はないのでＡＱパッドと金線間で金属間化合物が形成
され、接合部分が脆弱になることはない。金線は２０〜
３０μｓ径の細線を用いる。
（実施例２） 実施例１では製品を変える毎に、最初に半導体チップ面
およびインナーリード面の高さを検出し、このデータに
より半導体チップとインナーリード間の高さの差を求め
、この差がら■式を用いてリバース移動量を自動的に決
定し、この移動量で全パッドにワイヤボンディングをし
ている。したがって、同一製品では同一のリバース移動
量を使用していた。
しかし、第５図に示すように、半導体チップ面のチップ
高さは、アイランド９上のマウント樹脂の高さも含まれ
ており、半導体チップとマウント樹脂の高さの和を意味
している。このマウント樹脂の厚みは製品毎に変動が有
り、また、半導体チップの下に均一に塗布されない場合
もあり、その様なときは半導体チップの面は傾く。その
他アイランドのそりや傾き、インナーリードのそりゃ傾
きなどが考えられるので、半導体チップ面の高さ、イン
ナーリードの高さは製品ごと、インナーリードごと、ワ
イヤボンディングされるパッドごとに変化するのが実情
である。したがって、半導体チップとインナーリード面
の高さの差は１ワイヤごとに変化するものであり、１ワ
イヤごとにリバース移動量を補正する必要がある。
ところで、半導体チップとインナーリードとの差は、チ
ップ面の傾き、リードフレームのそりなどによっても発
生するが、その差は隣接する１パツドごとではそれ程大
きいものではない。したがって、あるパッドでの半導体
チップ高さおよびインナーリード高さは、１ワイヤ前の
それと大きな変化はないから、１ワイヤ前のチップ高さ
及びインナーリード高さを利用してリバース移動量を決
定することができる。
まず、半導体チップ８をワイヤボンディング装置の試料
台１上のアイランド９に装着する。そして、実施例１の
ようにリバース移動量を決め、これに基づいて第１のパ
ッド２とインナーリート３先端を金線５でボンディング
してループ１１を形成する。それと同時に、第１のパッ
ド部分のチップ高さおよびインナーリード高さを検出し
ておき、次のワイヤを第２のパッドにボンディングする
前に、第４図の関数を用いてリバース移動量を決定し、
この量を次のワイヤボンディングのリバース移動量とす
る。このように、１ワイヤ毎にリバース移動量を決める
ので最適なループ形状が常に得られる効果がある。
実施例では、補正関数を直接使用しているが、さらにこ
のリバース移動量に定数を加えて補正の追加を行なって
も良い。
実施例１，２では、超音波熱圧着法を用いたが、本発明
では、熱圧着法でも良いし、超音波ボンディング法を適
用することができる。超音波ボンディング法の場合は、
ワイヤ、即ち金属細線にはアルミニウム線を用いる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体チップとインナーリード間の高
さの差が変わった場合、ボンディング装置側でリバース
移動量を自動変更するので、作業者のリバース移動量を
変更する作業をなくすことができ、かつ、作業者ごとの
品質差をなくし、品質の向上したワイヤボンディングを
行なうことができる。また、１ワイヤ毎にリバース量を
変更することが可能になるので常に最適なループ形状を
確保することができる。さらに、製品が変更されるとき
の品種切換時のループ形状の条件出しが不要となるので
品種切換時間が大巾に短縮されるなど顕著な効果がある
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に用いられる半導体チップとリ
ードフレームを装着したワイヤボンディング装置概略図
、第２図は本発明に用いられるワイヤボンディング装置
の概観図、第３図は本発明のボンディングシーケンスの
説明図、第４図は本発明における半導体チップとインナ
ーリード間の高さの差とリバース移動量の関数を示す図
、第５図はリバース移動量を固定した従来例の半導体チ
ップとインナーリード高さの差によるループ形状を説明
する図および第６図は本発明および従来のキャピラリの
移動軌跡を示し、（Ａ）はリバース動作なし、（Ｂ）は
リバース動作あり、　　（Ａ’）はリバースなしのルー
プ形状、（Ｂ’）はリバースありのループ形状そして（
Ａ′）はリバースなしでワイヤがチップに接触した状態
を示す図である。 １・・・試料台、　　　２・・・半導体チップのパッド
、３・・・リードフレームのインナーリード、４・・・
超音波ホーン、　５・・・金線、６・・・キャピラリ、
　　　８・・・半導体チップ、９・・リードフレームの
アイランド、 １０・・・検出用カメラ、　１１・・・金属細線のルー
プ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体チップとリードフレームの電極間を金属細線で接
    続するワイヤボンディング方法において、半導体チップ
    のパッド高さとリードフレームのインナーリード高さの
    差を測定する手段と、その測定結果から、前記金属細線
    接続のためのボンディングツールの動作のリバース動作
    軌跡のリバース移動量を演算する手段およびその演算結
    果に基づいてボンディングツールをリバースする手段と
    を具備してなることを特徴とするワイヤボンディング方
    法。
JP2029534A 1990-02-13 1990-02-13 ワイヤボンディング方法 Expired - Lifetime JPH0713988B2 (ja)

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