JPH0391941A - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

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】

〔産業上の利用分野〕 太発明は、半導体チップに形成された電極とリードをワ
イヤで接続するワイヤボンディング方法に関するもので
ある。 〔従来の技術〕 ワイヤボンディング方法には、種々のものがあり、例え
ば超音波圧着方式は、超音波エネルギにより半導体チッ
プの電極やリード等の被ボンデイング体にボンデイング
ワイヤを振動させながら加圧し、接触表面の酸化膜等を
塑性変形により破壊させて、前記被ボンデイング体及び
ボンデイングワイヤにそれぞれ清浄金属面を露出させ、
両露出面から接蝕相互拡散を起こさせて接合させるもの
である。この方式によればボンデイングに方向性がない
、接合温度が低い、接合時間が短いという特徴があり、
この特徴によりこの方式が広く用いられている。 この方式のワイヤボンディングを行う一般的な装置が、
例えば特公昭６４−８目号公報に示されている。第３図
はこのワイヤボンディング装置の全体構成図であって，
図において、（１）は超音波振動子、＋２）はこの超音
波振動子（１）からの超音波振動を伝達増幅するホーン
、（３）はこのホーン《２）の先端に保持されたボンデ
イングツールで、この例ではキャピラリが使われており
、ワイヤ（４）が挿通している。（５）は電極であるボ
ンデイング面（５ｍ）　（第４図参照）が形成された半
導体チップ、（６）は上記ホーン（２）を回転自在に軸
支するためのホルダー軸、（７）ハ上記ホーン（２）を
介して上記ボンデイングツール《３》にボンデイング荷
重を与えるための荷重バネ、（８）は上記ホーン（２）
を上下動させる駆動装置，（９）は上記ホーン｛２）の
移動量により上記キャピラリ（３）ノ位置を検出する位
置検出器である。 このように構成されたワイヤボンディング装置の要部で
あるボンデイング部分を拡大して、第４図に示す。図に
おいて、（１）は半導体チップ（５）が貼り付けられた
ダイパツド部（２０ｍ）と、導電性材料よりなる複数の
リード（２０ｂ）よりなるリードフレーム、のはこのリ
ードフレーム（イ）を固定するためのフレーム押えであ
る。 以上のように構成されたワイヤボンディング装置は、ワ
イヤ（４）が通されたキャビラリ（３）を半導体チップ
（５）のボ冫デイング面に着地させ、その後所定時間後
に超音波振動を加え、ワイヤ（４）とボンディング面（
５０をボンデイングし、その後、キャピラリ（３）を上
昇させる。次にリードフレーム（１）のリード（２０ｂ
）上にキャピラリ（３）を移動させ、半導体チップ（５
）のボンデイングと同様に、キャピラリ（３）をリード
（２０ｂ）に着地させた後、所定時間後に超音波振動を
加えてボンデイングを行い、その後キャピラリ（３）を
上昇させて、ワイヤ（４）切断する。この一連の動作を
繰り返して、ワイヤ（４）を接続していくこととなる。 一方、例えば特公昭６］−４２８６０号公報にワイヤボ
ンディング方法における超音波の発振タイミングが示さ
れている。第５図はキャビラリ（３）の先端部の高低変
位を示す図であって、この図に示されるように、まず駆
動装置（８）でホーン（２）を最初は急速に下降させ、
次いでゆっくり下降させる。そして、キャピラリ（３）
の先端部がワイヤボンディング面（５０に着地すると、
キャピラリ（３）の下降は停止される。その後、予め定
められた所定時間（Ｌｍ）経過後、超音波振動子（１）
が始動され、この結果ホーン＋２）が第３図図示矢印方
向に微振動されることとなり、ホーン《２）の先端に保
持されたキャピラリ（３）に挿通されたワイヤ（４）も
同様に矢印方向に微振動されることとなり、ワイヤ

【４
】の先端部とボンデイング面（５０でボンデイング作用
が開始される。そして、ワイヤ（４）とボンデイング面
（５ａ）が接合されると、超音波振動子（１）の振動は
停止され、キャピラリ｛３｝の残存振動が消滅するのに
必要な時間（ｔｂ）が経過後、駆動装置（８）によって
、キャビラリ（３）は上昇される。なお，このボンデイ
ングは半導体チップ（５）側とリード（２０ｂ）側とで
交互に行われる。 また、キャピラリ（３）がボンディング面（５ａ）にゆ
っくり下降するのは、ボンデイング面（５ａ）に衝撃を
もって接蝕することによって、フイヤ接合性の悪化、キ
ャピラリ（３）やボンディング面（５０の破損を防ぐた
めである。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかるに、最近半導体パッケージは、多ピン似小型化及
び薄型化が進み、リード（２０ｂ）の厚みは薄くなると
ともに、リード（２０ｂ）幅も狭くなり、リード（２０
ｂ）の剛性が低下してきた。その結果、上記した従来の
ワイヤボンディング方法においては、キャピラリ（３）
がリード（２０ｂ）に着地後、キャピラリ（３）の振動
が開始されるので、キャピラリ（３）の振動の立ち上が
りに際し、リード（２０ｂ）の剛性が低いため、リード
（２０ｂ）とキャピラリ（３）が一体となって振動し、
ワイヤ（４）とリード（２０ｂ）間に相対振動が起らず
、ワイヤ（４）とリード（２０ｂ）の接触表面における
酸化膜等の破壊が充分でなく、ワイヤ４４）とリード（
２０ｂ）間の接合が促進されず、接合強度が低下したり
、接合強度にバラツキを生じるという問題が生じてをだ
。 本発明は係る問題を解決するためになされたもので、リ
ード方向及びリードの剛性に係わらず安定したボンデイ
ングを可能にするワイヤボンディング方法を得ることを
目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 太発明に係るワイヤボンディング方法は、超音波発振手
段によりボンデイングツールを振動させ、このボンデイ
ングツールの振動がボンデイング適正振幅以上の振幅と
なった後、リードにこのボンデイングツールを着地させ
、前記ボンデイングツールに支持されたワイヤを適正振
幅にて振動させた状態で上記リードに接合させるもので
ある。 また、木発明の別の発明に係るワイヤボンディング方法
は、ボンデイングツールがリードに着地後、超音波発振
手段によりこのボンデイングツールの振動をボンデイン
グ適正振幅に瞬時立ち上げた後、適正振幅を維持して振
動させ、前記ボンデイングツールに支持さむたワイヤを
適正振幅にて振動させた状態で上記リードに接合させる
ものである。 〔作用〕 木発明においては、ボンデイングツールの振幅がボンデ
イング適正振幅以上の状態にて、ボンディングツールが
リードに着地するので、ボンデイングツールのリードに
対する超音波振動の立ち上がりを無限となし、リードが
ボンデイングツールの振動に追従できず相対運動をなさ
しめる。 また、本発明の別の発明においては、ボンデイングツー
ルがリードに着地した後、ボンデイングツールの振幅を
瞬時にボンディング適正振幅に立ち上げるので、リード
がボンデイングツールの振動に追従できず相対運動をな
さしめる。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を第１図及び第２図（＆）　
（ｂ）　（６）に基づいて説明する。第１図において、
Ｑｌｍは駆動装置〈８）に電力を供給する駆動回路、０
はキャピラリ（３）がボンデイングをおこなう面に接触
したことを検出する下面検出器、Ｏは位首検出器（９）
の出力が予め設定された値を越えると信号が出力される
比較器、０はワイヤー（４）をリード（２０ｂ）にボン
ディングする際にこの比較器＠の信号を受けて超音波発
振器α４の出力を制御するとともに、ワイヤ（４）をボ
ンデイング面（５ａ）にボンデイングする際に、キャビ
ラリ（３）のボンディング面（５０着地後に超音波発振
器α４の出力を制御する発振制御回路で、超音波振動子
（１）及び超音波発振器α４とともに超音波発信手段を
構成する。（自）は上記下面検出器０及び比較器αＯの
信号により、上記駆動回路０、比較器（自）及び発振制
御回路０を制御する主制御装置である。 以上のように構成されたボンデイング装置によるワイヤ
ボンディング方法について説明する。半導体チップ（５
）側のボンデイング方法については、従来の方法と同様
に、キャピラリ（３）がボンデイング面（５ａ）に着地
したのを下面検出器（ロ）にて検出し、その信号を受け
て主制御装置（ト）が所定時間００経過後ボンデイング
に必要な時間（Ｔ）を発振制御回路Ｏ及び超音波発振器
α４を介してホーン（２）を超音波発振させた後、キャ
ビラリ（３）の残存振動が消滅するのに必要な時間（ｔ
ｂ）経過後、キャビラリ（３）を上昇させるものである
。 一方、リード（２０ｂ）側でのボンデイング方法は次の
様になる。つまり、第２図の（ａ）　（ｂ）　（（１）
は、このボンデイング装置のリード（２０ｂ）側でのボ
ンデイング方法の作動を説明するための図で、第２図の
（ｍ）は縦軸ｌこリード（２０ｂ）に対するキャピラリ
（３）の先端部の高低変位、横軸に時間をとったもので
、第２図の（ｂ）は縦軸に超音波振動子（１）に掛かる
電圧、横軸に時間を取ったもので、第２図の（６）は縦
軸にキャピラリ（３）の振幅，横軸に時間を取ったもの
である。まず、主制御装置０の指令に基づ＆，ＸＹテー
ブル（図示せず）によって、リード（２０ｂ）上にキャ
ピラリ（３）を移動させ、主制御装置（自）の駆動指令
により駆動回路（ト）は駆動装置（８）に電力を供給し
、駆動装置（８〉はホーン（２）の下降を開始する。キ
ャピラリ（３）の高さは、駆動装置（８）におけるホー
ン（２）の下降移動量より位置検出装＠（９）によって
粗く検出され、主制御装置（自）に出力される。この出
力に基づいて、主制御装置（自）は下降量を制御し、第
２図の（４）に示されるようにキャピラリ（３）は、始
めは急速Ｅこ、次いでリード（２０ｂ）の着地直ＩＩｔ
ＩＩこは緩やかに下降される。この間に、比較器０に取
り込まれた位置検出器（９）からの出力が予め設定され
た値を越えると、比較器（６）は発振制御回路Ｏに超音
波発振指令を出す。ここで、超音波発振指令を出すタイ
ミングは、第２図の（ｅ）に示されるように、キャビラ
リ（３）がリード（２０ｂ）に着地した時点で、定常振
動している状態となるよう６こ設定されることとなる。 つまり、キャピラリ｛３｝は振動を開始してから定常振
動となるまでに約５ｍｓの時間を要するために、超音波
発振指令は、キャピラリ（３）がリード（２０ｂ）に着
地する約５ｍｓ以上前に出されることとなる。この超音
波発振指令を受けて、発振制御回路０は、第２図の（ｂ
）に示されるようにキャビラリ（３）がボンデイング適
正振幅（ボンデイングを行うための最適な振幅）となる
ように設定された電圧（ｖ１）を超音波発振器ａ４を通
じて、超音波振動子（１）に掛け６　０ＫＨｗの発振が
開始され、ホーン（２）及びその先端に保持されたキャ
ピラリ（３）は、第１図中の矢印Ａ方向に微振動されな
がら下降を続ける。そして、キャピラリ｛３）の先端は
リード（２０ｂ）に着地する。この時、キャピラリ《３
》の振動は、ボンデイング適正振幅にて定常状態になっ
ている。一方、キャピラリ（３）の先端がリード（２０
ｂ）に着地したことは直ちに、下面検出器（自）によっ
て検出され、主制御装置０に信号が送られる。この信号
を受け主制御装Ｍ（イ）に組み込まれたタイマ（図示せ
ず）が作動し、ボンデイング作用に必要な所定時間（Ｔ
）、例えば約３０ｍｓ経過後、超音波発振器α４を停止
させ、キャピラリ（３）の残存振動が消滅するのに必要
な時ｔｉｌｌ（ｔｂ）例えば５ｍｓ経過後、主制御装置
（自）の指令によって、駆動装首（８）はキャピラリ（
３）を急速に上昇させる。 以上説明したワイヤボンディング方法では、キャビラリ
（３）がボンデイング適正振幅にて定常振動している状
態にてリードｒ２０ｂ）に着地するので、リード（２０
ｂ）の剛性が低い場合においてもリード（２０ｂ）はキ
ャピラリ（３）の振動に追従できず、リード（２０ｂ）
とキャピラリ（３）が一体運動をはじめるまでに時間遅
れが生じる。その間に、ワイヤ（４）とリード（２０ｂ
）間に相対運動が起こり、接合が促進されることとなる
ので、リード（２０ｂ）の剛性が低く、超音波振動方向
とリード（２０ｂ）の長手方向が直交しているような場
合でも、接合強度にばらつきを生じることなく、充分な
接合強度が得られる。また、キャピラリ（３）はリード
（２０ｂ）着地時ｌこボンデイング適正振幅にて定常振
動しているので、キャピラリ（３）はリード直に着地後
直ちにボンデイング作用が促進されるために、従来例に
示したものに比較して、ボンデイングに要する時間は短
縮できる。 第２図の（ｄ）及び（●）は、この発明の他の実施例に
おける超音波振動子（１）に掛かる電圧、及びキャピラ
リ（３）の振幅を示したものである。この実施例では第
２図の（ｄ）に示されるように、キャピラリ（３）がリ
ード（２１ｌｂ）に着地前約５ｍｓ前にｖ１よりわずか
に大きい電圧（ｖ２）を超音波振動子（１）に掛けボン
デイングツール（３）の振動が定常振動となった後、リ
ード（２０ｂ）にキャピラリ（３）が着地し、その後直
ちに電圧（ｖ１）に切り換える方法である。このように
超音波振動子（１）への発振出力を制御することによっ
て、キャピラリ｛３）の振幅は、第２図（６１に示され
るようになる。 この実施例においても、キャピラリ（３）がリード（２
０ｂ）に着地する際には、ボンディング適正振幅を越え
た振幅にて振動しているので、リード（２０ｂ）はキャ
ピラリ（３）の振動に追従で八ず、上記実施例と同様な
効果が得られる。また、キャピラリ（３）の振幅は、超
音波振動子（１）に掛かる電圧にほぼ比例し、電圧（ｖ
１）より大きい電圧（ｖ２）を超音波振動子（１）に掛
けることによって、ボンデイング適正振幅より大きい振
幅にでき、リード（２０ｂ）に着地直後のキャピラリ（
３）の振動は大きいので、ワイヤ【４）とリード（２０
ｂ）の酸化膜等の破壊がより促進されるので、上記実施
例と比較して、ボンディングが短時間にて行うことがで
きる。また、リード（２０ｂ）に着地後には、超音波振
動子（１）にかかる電圧をＶｌに切換えることによって
、清浄金属面が露出後には、キャピラリ（３）の振幅が
ボンディング適正振幅となっているので，良好なボンデ
イング結果が得られた。 また、上記各実施例にて説明したワイヤボンディング方
法は、キャピラリ（３）がリード（２０ｂ）に着地する
前に、超音波発振指令を出していたが、第２図のＵ）及
び（ｇ）に示されるように、キャビラリ（３）がリード
（２０ｂ）に着地後、キャピラリ（３）にボンディング
適正振幅となる電圧（ｖ１）より数倍大きい電圧（ｖ３
）を超音波発振器０を通じて、極短時間例えば約１ｍｓ
間超音波振動子（１）に掛け、直ちにキャピラリ（３）
の振幅がボンデインゲ適正振幅となる電圧をＶｌｌこ切
換える。このように超音波振動子（１）への発振出力を
制御することによって、キャピラリ（３）の振幅は第２
図の位》に示されるように、ボンデイング適正振幅に瞬
時に立ち上がることとなる。つまり、キャピラリ（３）
が定常振幅に立ち上がるまでの過渡時間は振幅の大λさ
にほぼ無関係であるので、ホーン（２）及びキャピラリ
（３）の振幅が大きくなるほど、キャピラリ《３｝の振
動の立ち上がりは急峻Ｉこできる。一方、キャピラリ｛
３）の振幅は、超音波振動子（１）に掛かる電圧にほぼ
比例して、増大する。 よって、超音波振動子（１）に掛かる電圧を瞬時増大さ
せることによって、瞬時においてボンデイング適正振幅
にでをる。 このようにすることによって、ボンディング適正振幅ま
での過渡期を約１ｍｌｌと著しく短くでλ、約３　０　
ｍ　ｓのボンデイング期間（Ｔ）に対してほぼ無視でλ
る程度となる。したがって、上記実施例と同様にリード
（２０ｂ）とキャピラリ（３）が一体運動するまでの時
間遅れの間にボンデイングが促進されるので、リード（
２０ｂ）の剛性が低くとも良好なボンデイング結果が得
られる。 〔発明の効果〕 この発明は以上説明したように、超音波発振のタイミン
グ及び超音波発振出力を制御することによって、ボンデ
ィングツールがリードに着地した際にボンデイングツー
ルとリードとの間に相対運動を生じさせることができ、
リード方向及びリードの剛性に係わらず安定したボンデ
イングが可能になり、ワイヤボンディングの品質向上が
図れるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置を示す全体構成図、第２図は木発明の実施例を説明す
るための図、第３図は従来のワイヤボンディング装置の
断面図、第４図はワイヤボンディング装置における要部
拡大図、第５図は従来のワイヤボンディング方法を説明
するための図ンデイングツール、 （４）はワイヤである。 なお、 各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波発振手段によりボンディングツールを振動
   させ、前記ボンデイングツールの振動がボンデイング適
   正振幅以上の振幅となつた後、上記ボンディングツール
   をリードに着地させ、前記ボンデイングツールに支持さ
   れたワイヤを適正振幅にて振動させた状態で上記リード
   に接合させたことを特徴とするワイヤボンディング方法
   。
2. （２）ボンディングツールがリードに着地した後、超音
   波発振手段により前記ボンディングツールの振動をボン
   ディング適正振幅に瞬時立ち上げた後、適正振幅を維持
   して振動させ、前記ボンディングツールに支持されたワ
   イヤを適正振幅にて振動させた状態で上記リードに接合
   させたことを特徴とするワイヤボンディング方法。