JPH0338738B2 - - Google Patents

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JPH0338738B2
JPH0338738B2 JP57141139A JP14113982A JPH0338738B2 JP H0338738 B2 JPH0338738 B2 JP H0338738B2 JP 57141139 A JP57141139 A JP 57141139A JP 14113982 A JP14113982 A JP 14113982A JP H0338738 B2 JPH0338738 B2 JP H0338738B2
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wire
bonding
electrode
ball
tip
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Kenichi Ootsuka
Wahei Kitamura
Hiroshi Mikino
Hajime Sato
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はワイヤボンダに関し、特にアルミニウ
ム線等の細線を熱圧着法でボンデイングできるよ
うにしたワイヤボンダに関するものである。
半導体装置の製造工程のひとつに素子ペレツト
の電極パツドとパツケージ側のリードとをワイヤ
にて接続するワイヤボンデイング工程があり、現
在では金線（Auワイヤ）を用いた熱圧着法と、
アルミニウム線（Alワイヤ）を用いた調音波法
が多く使用されている。Auワイヤの熱圧着法は
強固なボンデイングを可能にすると共にボンデイ
ングの方向性が存在しないという利点を有するも
のの、ボンデイング部位がペレツト電極パツドの
ようなアルミニウム材のときにはパープルプレー
ブ現象が生じてボンデイング強度が低下したり、
金価格の高騰によつてコスト高になる等の問題が
ある。一方、Alワイヤの調音波法は低価格にで
きるという利点を有するものの、ボンデイングの
方向性が存在するためにワイヤボンダの構造が複
雑になると共にボンデイングスピードが低いとい
う問題がある。
このため、近年では両ボンデイング法の夫々の
利点を生かし得るように、Alワイヤを用いた熱
圧着法、即ちAlワイヤの先端にボールを形成し
てネイルヘツドボンデイングを行なう方法が考え
られている。しかしながら、Auワイヤを使用し
ている従来のワイヤボンダをそのまま用いてAl
ワイヤでネイルヘツドボンデイングを行なつても
Alワイヤの先端に良好なボールを形成すること
はできず、したがつて高信頼性のワイヤボンデイ
ングを行なうことは困難である。
即ち、本発明者が第１図に示すように、Alワ
イヤ１と放電用の電極２の間に高電圧源３の高電
位を加え、かつAlワイヤ先端をArガス雰囲気に
保つた状態で両者間に放電アークを発生させて
Alのボールを形成したところ、形成されたボー
ルの真球度が極めて悪いものになつた。このた
め、このような状態でワイヤボンデイングを行な
うと圧着されたボールの円形状が悪くかつ正しい
位置へのボンデイングが困難になると共に前述し
たくびれの部分から断線され易くなり、結果的に
ボンデイングの信頼性が低下される。
このように、Alワイヤのボールの真球度が悪
くなる原因としては、AlボールはAl線先端の溶
融状態での表面張力によつて球形を構成するが、
このとき溶融状態から冷却固化までが極短時間で
あると溶融部分の全表面において均等な表面張力
が作用せず、この表面張力のばらつきによつて真
球形状が得られなくなるものと考えられている。
したがつて本発明の目的はAl線に良好な球形
のボールを形成することができるワイヤボンダを
提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、
Alワイヤの先端を還元性および不活性のガス雰
囲気に保つと同時にこれを高温雰囲気に保つよう
にしたものである。
以下、本発明を図示の実施例により説明する。
第２図は本発明のワイヤボンダの概略構成図で
あり、XYテーブル１０上に搭載したボンデイン
グヘツド１１にはボンデイングアーム１２はその
基端において枢支し、キヤピラリ１３を固設した
先端を図外のカム機構によつて上下に揺動できる
ようにしている。前記ボンデイングアーム１２の
上側には、例えば電磁ソレノイド１４にて作動さ
れる一対のクランパアーム１５，１６を設置し、
これらアーム１５，１６の各先端を前記キヤピラ
リ１３の直上位置に配設してクランパ１７を形成
している。また、Alワイヤ１は図外のスプール
から引き出され、ガイド１８を挿通した後はクラ
ンパ１７間を通つてキヤピラリ１３に挿通され
る。
一方、１９はボンデイングステージであり、被
ボンデイング体としての半導体構体２０を載置
し、前記キヤピラリ１３の上下動によつてリード
フレーム２１と素子ペレツト２２との間にAlワ
イヤ１を接続させる。
更に、２３は放電電極部であり、前記キヤピラ
リ１３の近傍に独立して設けている。この放電電
極部２３は、第３図および第４図に合わせて示す
ように、全体を略Ｌ字状に形成した中空の電極２
４を有し、その上側の端部に一体的に設けた枢軸
２５を装置固定部２６に軸支させることにより、
電極２４全体を図示矢印方向に揺動でき、これに
より電極２４の下側部２４ａを前記キヤピラリ１
３の下方位置、つまりAlワイヤ１の先端の直下
位置とキヤピラリ１３の側方位置（退避位置）と
の間で移動させることができる。この場合、前記
枢軸２５の一部にクランク２７を形成し、このク
ランク２７と新たに設けた電磁ソレノイド２８と
を連結杆２９にて連結することにより、ソレノイ
ド２８の往復移動を電極２４の前記した揺動に変
化できる。更に、前記電極２４の下側部２４ａ上
面には複数個の透孔３０を形成してその中空内部
と連通させると共に、この下側部２４ａを包囲す
るようにして円筒状のカバー３１を取着してい
る。このカバー３１は上側一部に略円周の４分の
１の切欠き３２を形成し、電極２４が下方に揺動
したときにAlワイヤの先端がこの切欠き３２を
通してカバー３１内に侵入位置されるようにして
いる。一方、前記電極２４の基端には中空内部に
連通するチユーブ３３を連設し、このチユーブ３
３を通して前記電極２４内に後述するガスを供給
する。また、カバー３１内の一部、本例では電極
２４上には温度センサ３５を配設し、カバー３１
内、つまりAlワイヤ１先端部の雰囲気温度を検
出し得るようにしている。なお、前記電極２４と
クランパ１７との間には電源回路３４を接続し、
これによりクランパ１７、即ちこれに導通される
Alワイヤ１と電極２４との間に放電アークを生
成させるようにしている。
更に、本実施例においては前記したガスとして
H2、CO、N2O、CH4等の還元作用のあるガス
と、He、Ar、N2等の不活性ないし不活性に近い
性質のガス（本明細書ではこれらを総称して不活
性なガスという）との混合ガスを使用し、これら
のガスをガス源３６から加熱器３７を介装した前
記チユーブ３３を通して前記電極２４に送り、こ
の下側部２４ａの透孔３０からカバー３１内に噴
出させてカバー内、つまりAlワイヤと電極との
間を還元性と不活性のガスの混合ガス雰囲気に保
つようにしている。前記加熱器３７はヒータ等を
内蔵してチユーブ３３内を通流するガスを高温
（400℃〜）に加熱できる。また、この加熱器３７
には温度制御回路３８を介して前記温度センサ３
５を接続しており、フイードバツク制御を行なう
ループを形成している。
以上の構成によれば、最初に電磁ソレノイド２
８の伸長作用によつてクランク２７および枢軸２
５を揺動すれば、電極下側部２４ａは下方へ移動
してAlワイヤ１の直下位置に揺動位置され、Al
ワイヤ１の先端をカバー３１内に侵入させる。そ
して、電極２４の中空内部を通して透孔３０から
噴出された還元性および不活性なガスの混合ガス
により、カバー３１内をこのガス雰囲気に保持し
かつ同時に温度センサ３５、温度制御回路３８、
加熱器３７の作用によつて雰囲器を400℃以上の
高温に保持させる。この上で電源回路３４をオン
作動すれば、Alワイヤ１と電源２４との間で放
電アークが発生し、このアークのエネルギによつ
てAlワイヤ１先端が溶融してポールが形成され
ることになる。このとき、Alワイヤ１は前述の
高温ガス雰囲気でボール形成が行なわれるため、
Alワイヤがアークエネルギによつて溶融された
後に固化する際には従来よりも長い時間が必要と
され、Alワイヤ先端は内部および表面の全体が
均一に溶融された状態を保ちながら徐々に固化さ
れることになる。これにより均一な表面張力状態
で固化され真球度の高いボールが形成されるので
ある。このとき、固化が比較的ゆつくりと行なわ
れるのでAlワイヤボール部の吸蔵ガスの放出も
充分に行なわれ真球度の向上に有効となる。
ボールの形成後は、電磁ソレノイド２８の短縮
によつて枢軸２５および電極２４は上方へ向かつ
て揺動され、電極下側部２４ａはAlワイヤ１の
直下位置から退避される。したがつて、ボンデイ
ングアーム１２の揺動に伴なつてキヤピラリ１３
を下動させればAlワイヤ１を半導体構体２０の
ペレツト２２上に熱圧着させることができるので
あり、形成したボールの真球度の向上によつて信
頼性の高いワイヤボンデイングを行なうことがで
きるのである。
以上のようにして形成された半導体装置の一例
を第５図に示す。この半導体装置４０はリードフ
レーム２１上にペレツト２２をAu−Si共晶４１
等にて固着した上で、Alワイヤ１にてペレツト
２２のパツド４２とリードフレーム２１のインナ
リード４３をワイヤ接続し、レジン４４にてモー
ルド封止している。Alワイヤ１は前述のように
ボール形成した上で熱圧着により接続を行なう。
また、Alワイヤ１とインナリード４３との接続
を良好なものにするためにインナリード４３の表
面にAgまたはAuのめつき層４５を形成してい
る。
この半導体装置では、Auワイヤに代えてAlワ
イヤを使用するので低価格に製作できる。また、
熱圧着法を用いているのでボンデイングの方向性
がなく、ワイヤボンダ全体における構成（特にボ
ンデイングステージやボンデイングヘツドの構
成）を簡単化することができ、かつボンデイング
スピードが向上できる。また、ボールの真球度が
向上したことにより、ボンデイングの信頼性を向
上することもできる。
ここで、前記加熱器３７はカバー３１内や電極
２４に付設してもよく、またガス熱量が大きくて
ガス温の低下が少ない場合には温度センサ３５等
によるフイードバツク制御構成を省略してもよ
い。
以上のように本発明のワイヤボンダによれば、
ワイヤと電極との間、更に言えばワイヤ先端の雰
囲気を還元性と不活性のガスの混合ガス雰囲気に
保つと共に高温状態に保つて放電アークによりボ
ールを形成するようにしているので、Al等のワ
イヤの先端に形成するボールの真球度を向上し、
ワイヤボンデイングの信頼性を向上することがで
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来装置の一部の概略構成図、第２図
は本発明のワイヤボンダの一部の正面図、第３図
はその要部の拡大斜視図、第４図は第３図のAA
線断面図、第５図は半導体装置の断面図である。 １……Alワイヤ、１０……XYテーブル、１１
……ボンデイングヘツド、１２……ボンデイング
アーム、１３……キヤピラリ、１７……クラン
パ、１９……ボンデイングステージ、２０……半
導体構体、２１……リードフレーム、２２……ペ
レツト、２４……電極、２４ａ……下側部、３０
……透孔、３１……カバー、３２……切欠き、３
４……電源回路、３５……温度センサ、３６……
ガス源、３７……加熱器、３８……温度制御回
路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ワイヤの先端に放電アークを利用してボール
    を形成し、このボールを被ボンデイング体に熱圧
    着してワイヤの接続を行なうようにしたワイヤボ
    ンダにおいて、前記ワイヤの先端と、これに対向
    配置される放電用の電極との間の雰囲気を還元性
    ガスおよび不活性なガスの混合ガス雰囲気に保持
    できるように構成すると共に、前記混合ガスを高
    温状態に保持する加熱手段を設けたことを特徴と
    するワイヤボンダ。 ２ 加熱手段を混合ガスの供給通路に介装した加
    熱器にて構成してなる特許請求の範囲第１項記載
    のワイヤボンダ。 ３ ワイヤ先端部の近傍に温度センサを設け、こ
    の温度センサによる混合ガス温度の検出出力によ
    り前記加熱器を制御し得るよう構成してなる特許
    請求の範囲第２項記載のワイヤボンダ。 ４ 混合ガスを400℃以上に保持してなる特許請
    求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
    ワイヤボンダ。
JP57141139A 1982-08-16 1982-08-16 ワイヤボンダ Granted JPS5932142A (ja)

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