JPH06181243A - ワイヤーボンディング装置 - Google Patents

ワイヤーボンディング装置

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JPH06181243A
JPH06181243A JP33168892A JP33168892A JPH06181243A JP H06181243 A JPH06181243 A JP H06181243A JP 33168892 A JP33168892 A JP 33168892A JP 33168892 A JP33168892 A JP 33168892A JP H06181243 A JPH06181243 A JP H06181243A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波ボンディングにおけるワイヤーネック
部のクラックによるワイヤー破断防止と接合面積の拡大
を同時に実現する。 【構成】 ウェッジ本体５のワイヤー４と接する圧着部
に、曲率半径の小さい半円形状のグルーブ部５ｇと、曲
率半径の大きい円弧形状のコーンケーブ部５ｆとを形成
する。これにより、ワイヤーのネック部４ａのワイヤー
厚を厚くしてワイヤー破断を防止し、同時に接触圧の接
合部周辺への集中を少なくすることにより、接合面積を
拡大することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボンディングツールと
してウェッジを有するワイヤーボンディング装置に関
し、特にアルミワイヤーの超音波ウェッジボンディング
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣやトランジスタ等の半導体装置は、
ワイヤーボンディングによって外部リードと半導体ペレ
ット（以下、ペレットという）とを接続することが多
い。特にパワートランジスタでは、電流容量の大きいア
ルミワイヤーを用いて超音波ボンディングが行われてい
る。その概要を図５に示す。
【０００３】まず、リードフレームのペレットマウント
部１にペレット２をマウントし、ペレット２上の電極と
リードフレームのリード３とを電気的に接続し、ペレッ
ト２を含む主要部を樹脂モールドした後に、リード間を
連結したタイバーを切断除去して、リードを独立させ製
造される。
【０００４】ペレット上の電極とリードフレームのリー
ド３とを電気的に接続するに際しては、アルミニウムの
金属細線（以下、アルミワイヤーという）４をペレット
上の電極とリードフレームのリード遊端部とに順次押し
付け、押圧と同時にボンディング面に平行に超音波振動
を加えて接合させる超音波ボンディング装置が通常使用
される。
【０００５】この超音波ボンディング装置の要部を図
３，図４に示す。この要部はウェッジと呼ばれる。図３
（ａ），（ｂ）に示すように、コーンケーブタイプのウ
ェッジ本体５は、超音波ホーン（図示せず）に接続さ
れ、その下端面５ａにワイヤー４をガイドする凹みを有
し、その後方にワイヤー４を導く挿入孔５ｂが形成され
ていた。
【０００６】そしてワイヤー送り機構（図示せず）より
繰り出されたワイヤー４は、挿入孔５ｂを通ってウェッ
ジ下端面５ａにガイドされる。ここで、ウェッジ下端面
５ａをワイヤー４とペレット２の電極に押し付け、超音
波振動を加えると、ワイヤー４は塑性流動を生じ、超音
波の振動で両金属界面の酸化膜が破壊され、新生面の接
触による原子的結合を生じる。
【０００７】コーンケーブタイプのウェッジでは、下端
面５ａが緩やかな円弧形状のため、ボンディング後のワ
イヤーの断面は半月状になる（図３（ｄ））。この場
合、ワイヤー４の前端では十分な接合面積が得られる
が、後端では、ワイヤー４が半月状に押し潰されるた
め、ワイヤーの立上り部との間にくびれとなるネック部
４ａが形成されてしまう（図３（ｃ））。
【０００８】超音波ボンディングでは、溶着が加圧の中
心部ではなく、その周辺にドーナツ状に生じる。この現
象については、Ｍｉｎｄｌｉｎの弾性体モデルによる説
明がなされている。すなわち、強く押し付けられている
中心部はノンスリップ区域４ｃであり、スリップ域４ｂ
は接触圧の低くなる周辺部に生じるため、溶着がドーナ
ツ状になる（図３（ｅ））。
【０００９】コーンケーブタイプでは、接触圧が比較的
分散しやすく、スリップ域４ｂが広くなるため、溶着面
積が大きい代りに、ワイヤーの厚みが薄くなりやすく、
ネック部４ａに生じるクラックによりワイヤー破断とな
りやすい。
【００１０】一方、図４（ａ），（ｂ）に示すグルーブ
タイプのウェッジ本体５は下端面５ａに溝５ｃがあり、
ボンディング後のワイヤーの形状は図４（ｃ），（ｄ）
に示すような中央部の盛り上がった形になる。そのた
め、ネック部４ａにクラックが生じても、ワイヤーの厚
みが厚いため、ワイヤー破断は起こりにくい。しかし、
スリップ域４ｂに接触圧が集中するため、溶着面積が狭
くなり、接合強度が小さくなる傾向がある。
【００１１】また、ネック部４ａのクラックを防止する
ため、図６（ａ），（ｂ）に示すような構造のものが提
案されている（実開平１−８６２４５号公報）。このも
のでは、ネック部の溝を上にずらして上段溝５ｄとする
ことにより、ネック部の加圧を弱くしている。図３，図
４のようなウェッジの場合、ネック部より先端側では超
音波振動しているが、ネック部より奥の非接触側では、
急激に振動がなくなり、ネック部にストレスがかかりや
すい。図６のような形状にすることにより、振動が徐々
になくなるため、ストレスがかかりにくい。ただし、段
差部５ｅでは、かなりのストレスが残るため、クラック
を完全に除くことはできない。また、接合面積も通常の
グルーブタイプに比べて小さくなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のボン
ディング装置では、ネック部のクラックによるワイヤー
破断防止と、接合面積の拡大という相反する課題を解決
できない。
【００１３】すなわち、ワイヤーの厚みを充分残してワ
イヤー破断を防止しながら、接触圧の接合周辺部の集中
を防ぎ、接合面積を拡大することができないという問題
点があった。
【００１４】本発明の目的は、ワイヤーネック部のクラ
ックによるワイヤー破断防止と接合面積の拡大とを同時
に満たすワイヤーボンディング装置を提供することにあ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るワイヤーボンディング装置は、圧着部
を備えたウェッジ本体を有し、ウェッジ本体の圧着部で
ワイヤーをボンディング面に押付けて加圧振動させボン
ディングするワイヤーボンディング装置であって、ウェ
ッジ本体の圧着部は、コーンケーブ部とグルーブ部とを
有し、コーンケーブ部は、曲率半径の大きな円弧状に上
方に凹んで形成され、圧着部に供給されたワイヤーの先
端部を圧着するものであり、グルーブ部は、曲率半径の
小さな半円形状に上方に凹んで形成され、圧着部に供給
されたワイヤーの後端部を圧着するものであり、コーン
ケーブ部とグルーブ部との構造境界は、円弧状に形成さ
れたものである。
【００１６】また、圧着部を備えたウェッジ本体を有
し、ウェッジ本体の圧着部でワイヤーをボンディング面
に押付けて加圧振動させボンディングするワイヤーボン
ディング装置であって、ウェッジ本体の圧着部は、フラ
ット部とグルーブ部とを有し、フラット部は、平坦状に
形成され、圧着部に供給されたワイヤーの先端部を圧着
するものであり、グルーブ部は、曲率半径の小さな半円
形状に上方に凹んで形成され、圧着部に供給されたワイ
ヤーの後端部を圧着するものであり、フラット部とグル
ーブ部との構造境界は、円弧状に形成されたものであ
る。
【００１７】
【作用】超音波ボンディングのメカニズムとして、以下
のように説明されている。すなわち、ウェッジの荷重に
よりワイヤーが変形するにつれてワイヤーに加わる圧力
は減少していくが、接合に必要な摺動は接触面の周辺部
で生じる。接合部は時間とともに中心部に向かって拡大
していくが、ワイヤーの厚さをできる限り大きくするた
め、超音波時間はできるだけ短時間で行う。
【００１８】そこで、本発明は、従来のウェッジ本体下
端面に設けた溝の一部をコーンケーブ状、あるいはフラ
ット状にすることにより、この部分には、接合周辺部と
同じ圧力がかかるようにして接合面積を拡大する。
【００１９】又、ワイヤーのネック部に相当する部分
は、グルーブ状にすることにより、ワテヤーのネック部
が薄くなるのを防ぎ、ネック部の引張強度を低下させな
いで接合面積を拡大する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
【００２１】（実施例１）図１（ａ）は、本発明の実施
例１を示す正面図、（ｂ）は、同側面図、（ｃ）は、同
背面図である。
【００２２】図１において、ウェッジ本体５は、下端面
が圧着面として形成され、圧着面に向けて下傾した挿入
孔５ｂが設けられている。ワイヤー４は、挿入孔５ａ内
に挿通されてウェッジ本体５の下端面に供給される。
【００２３】ウェッジ本体５の圧着面は、ワイヤー４の
先端側を押圧する部分が上方に大きさ曲率半径をもって
緩やかな円弧形状に凹んだコーンケーブ部５ｆとして形
成されている。また、ウェッジ本体５の圧着面は、ワイ
ヤー４の後端部すなわちネック部が形成される側が上方
に小さな曲率半径をもって半円形状に凹んだグルーブ部
５ｇとして形成している。
【００２４】また、ウェッジ本体５のコーンケーブ部５
ｆとグルーブ部５ｇとの構造境界５ｈは、ペレット側に
近づくにつれてコーンケーブ部５ｆの割合が大きくなる
ように円弧状に形成してある。
【００２５】このウェッジを使用してボンディングした
ワイヤーの形状は図１（ｄ），（ｅ）に示すように、ワ
イヤー４の先端側ではコーンケーブ状となり、図１
（ｄ），（ｆ）に示すように、ワイヤーネック側は、グ
ルーブ状になっており、ワイヤーネック部４ａでのワイ
ヤー４の厚味が厚くなっている。
【００２６】図１（ｇ）にワイヤーの接合状態を示す。
接合はスリップ域４ｂに集中するが、このスリップ域４
ｂの面積が広く、十分な接合面積が得られる。
【００２７】（実施例２）図２は、本発明の実施例２に
係るワイヤーボンディング装置のウェッジを示すととも
に、接合により形成されたワイヤーの形状を示す図であ
る。
【００２８】本実施例は、ワイヤー４の先端側のウェッ
ジ本体下端面をフラット部５ｋとし、グルーブ部５ｇと
の構造境界５ｈをウェッジペレット側に近づくにつれて
グルーブ部５ｇの割合が大きくなるようにすることにあ
る。
【００２９】このウェッジを使用してボンディングした
ワイヤーの形状を図２（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す。
ワイヤーネック部４ａのアルミは厚いまま残っており、
先端はフラットになっている。
【００３０】図２（ｇ）にワイヤーの接合状態を示す。
ウェッジ本体５のフラット部５ｋは、接触圧が低めにな
るため、スリップ域４ｂが広くなり、接合面積が広くな
る。
【００３１】本発明と従来例との比較を行った結果を下
記の表１に示してある。
【００３２】
【表１】
【００３３】表１から明らかなように、本発明では、ワ
イヤーのネック部の破断防止と接合面積の拡大を同時に
満足している。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェッジ
の金属細線と接する圧着部に複数の断面形状を形成した
ので、ネック部のクラックによるワイヤー破断防止と接
合面積の拡大を同時に満足できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１を示す正面図、
（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同背面図、（ｄ）はボンデ
ィング状態を示す図、（ｅ）は（ｄ）のＣ−Ｃ’線断面
図、（ｆ）は（ｄ）のＤ−Ｄ’線断面図、（ｇ）はボン
ディング状態を示す平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例２を示す正面図、
（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同背面図、（ｄ）はボンデ
ィング状態を示す図、（ｅ）は（ｄ）のＥ−Ｅ’線断面
図、（ｆ）は（ｄ）のＦ−Ｆ’線断面図、（ｇ）はボン
ディング状態を示す平面図である。
【図３】（ａ）は従来例を示す正面図、（ｂ）は同側面
図、（ｃ）はボンディング状態を示す図、（ｄ）は
（ｃ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｅ）はボンディング状態
を示す図である。
【図４】（ａ）は従来例を示す正面図、（ｂ）は同側面
図、（ｃ）はボンディング状態を示す図、（ｄ）は
（ｃ）のＢ−Ｂ’線断面図、（ｅ）はボンディング状態
を示す図である。
【図５】ワイヤーボンディング後の全体を示す断面図で
ある。
【図６】（ａ）は従来例を示す正面図、（ｂ）は同側面
図である。
【符号の説明】
４ａ ワイヤーネック部 ４ｂ スリップ域 ４ｃ ノンスリップ域 ５ ウェッジ本体 ５ｆ コーンケーブ部 ５ｇ グルーブ部 ５ｈ 構造境界 ５ｋ フラット部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧着部を備えたウェッジ本体を有し、ウ
    ェッジ本体の圧着部でワイヤーをボンディング面に押付
    けて加圧振動させボンディングするワイヤーボンディン
    グ装置であって、 ウェッジ本体の圧着部は、コーンケーブ部とグルーブ部
    とを有し、 コーンケーブ部は、曲率半径の大きな円弧状に上方に凹
    んで形成され、圧着部に供給されたワイヤーの先端部を
    圧着するものであり、 グルーブ部は、曲率半径の小さな半円形状に上方に凹ん
    で形成され、圧着部に供給されたワイヤーの後端部を圧
    着するものであり、 コーンケーブ部とグルーブ部との構造境界は、円弧状に
    形成されたものであることを特徴とするワイヤーボンデ
    ィング装置。
  2. 【請求項２】 圧着部を備えたウェッジ本体を有し、ウ
    ェッジ本体の圧着部でワイヤーをボンディング面に押付
    けて加圧振動させボンディングするワイヤーボンディン
    グ装置であって、 ウェッジ本体の圧着部は、フラット部とグルーブ部とを
    有し、 フラット部は、平坦状に形成され、圧着部に供給された
    ワイヤーの先端部を圧着するものであり、 グルーブ部は、曲率半径の小さな半円形状に上方に凹ん
    で形成され、圧着部に供給されたワイヤーの後端部を圧
    着するものであり、 フラット部とグルーブ部との構造境界は、円弧状に形成
    されたものであることを特徴とするワイヤーボンディン
    グ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6100511A (en) * 1996-02-12 2000-08-08 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Method of bonding insulating wire and device for carrying out this method
WO2013067270A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-10 Invensas Corporation Bonding wedge
US9931709B2 (en) 2016-01-26 2018-04-03 Orthodyne Electronics Corporation Wedge bonding tools, wedge bonding systems, and related methods

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US10987753B2 (en) 2016-01-26 2021-04-27 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Wedge bonding tools, wedge bonding systems, and related methods

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