JPH08162507A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤボンディング装置

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JPH08162507A
JPH08162507A JP29928994A JP29928994A JPH08162507A JP H08162507 A JPH08162507 A JP H08162507A JP 29928994 A JP29928994 A JP 29928994A JP 29928994 A JP29928994 A JP 29928994A JP H08162507 A JPH08162507 A JP H08162507A
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wire
ultrasonic transducer
wire bonding
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Isao Seki
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Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】超音波熱圧着方式のワイヤボンディング装置に
おけるキャピラリの超音波振動子への固定を確実なもの
にし、超音波振動の周波数を増加させても、効率のよい
超音波の伝達を可能にし、安定したワイヤボンディング
を行なう。 【構成】超音波振動子１０の先端部には、下方に向かっ
て開口したキャピラリ１１の取付け穴８ａと、超音波振
動子１０の先端から開口し、取付け穴８ａに貫通してい
るビス穴８ｂとを設けている。キャピラリ１１は、取付
け穴８ａに、ボンディングステージ２面に対して略垂直
に取り付けられ、ビス穴８ｂからセットビス１５でキャ
ピラリ１１上部側面を、超音波振動子１０の軸方向に向
かって締め付けることにより固定されている。 【効果】超音波振動子にキャピラリを確実に固定、密着
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造分野に
関するものであり、特に半導体チップの電極パッドとリ
ードフレームのインナーリードとを金属ワイヤで電気的
に接続するためのワイヤボンディング装置に利用して有
効なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップより電極を引き出す方法と
して、従来からワイヤボンディング法が用いられてい
る。特に、金線や銅線のボンディングに用いるネイルヘ
ッド型のワイヤボンディング装置については、従来の熱
圧着方式に超音波振動を併用させた超音波熱圧着方式の
ワイヤボンディング装置が現在主流となっている。
【０００３】従来から用いられている超音波振動の共振
周波数は、大部分が６０ｋＨｚであるが、最近、１００
ｋＨｚを越える周波数を用いてワイヤボンディングを行
なう事例が多く報告されている。例えば、「信学技報
TECHNICAL REPORT IEICE.ICD92-128 (1992-12)」（社団
法人 電子情報通信学会発行）第１７頁乃至第２４頁
に、「１２０ｋＨｚ印加による高信頼度ワイヤボンディ
ング技術」と題し、本発明者も含めた研究者によって論
文を発表している。すなわち、「ワイヤボンディングで
従来使用されていた超音波周波数６０ｋＨｚを１２０ｋ
Ｈｚに変えると、エネルギー効率の良い接合ができる。
このメカニズムは発振子が与えるより高速な歪速度によ
るワイヤの初期剛性が増大することで、ワイヤが効率の
良いエネルギー伝達のパスとなるからである。小さな潰
れ幅で接合可能なため、ボンディング条件の余裕がで
き、信頼度の向上することを示した。すなわち、接合電
極上のコンタミネーションや酸化膜に対する許容度が増
すこと、電極の不完全クランプにも対応可能なことを、
実験で示した。これらの効果により、ボンディング不良
率は、１０の−５乗／ワイヤのオーダーから１０の−６
乗／ワイヤのオーダーに改善可能であることを示し
た。」旨が記載されている。
【０００４】１００ｋＨｚを越える高周波数の超音波振
動を用いる場合、エネルギーをいかに効率良くワイヤに
伝達するかがポイントとなる。超音波振動を伝達する手
段のひとつとして超音波振動子がある。高周波の超音波
振動に耐えうる超音波振動子については、例えば特開平
１−１４３３３３号公報に開示されており、同公報第３
頁左上欄第８行目乃至同頁右上欄第１４行目には、超音
波振動子の前面体をコーン、ホーンを含む一体構造と
し、材質をチタン合金とすることにより、振動損失の原
因となる境界層が僅少で振動による内部摩擦が低損失な
チタン合金と相俟って高周波ボンダ用振動子が実現され
る旨が記載されている。
【０００５】しかし、金線や銅線等、ワイヤの先端にボ
ールを形成してからボンディングを行なうネイルヘッド
型の超音波熱圧着方式のワイヤボンディング装置におい
ては、超音波エネルギーを併用する点について後発的で
あるため、超音波エネルギーの損失が無視できない超音
波振動子とキャピラリとの境界部については、現在まで
特に議論されておらず、従来の方式でキャピラリが取り
付けられている。すなわち、従来のキャピラリの固定方
法は、図７（ａ）に示すように、超音波振動子のホーン
２６にスリット２８を入れ、ネジ２９によりスリットの
幅を狭くする事によりキャピラリ２７を固定する方法が
一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スリッ
ト２８をネジ２９で締め込んでキャピラリ２７を固定す
ると、ホーン２６のスリット２８先端部が締め付けられ
スリット幅が狭くなるが、キャピラリ２７自体が支点と
なり、てこの原理によりスリット２８の奥の部分がたわ
んでしまう。その為、強く締め込むとさらにたわみが大
きくなり、キャピラリ２７の固定が安定しなくなる。従
って、スリット２７のたわみが大きいと、キャピラリ２
７が超音波振動子のホーン２６に密着しないため、図７
（ｂ）に示すように、超音波振動方向にキャピラリ２７
の遊びが生じてしまい、超音波振動の伝達ロス、更には
高周波の超音波振動によって破壊されてしまうという問
題が本発明者によって見出された。
【０００７】本発明者は、超音波熱圧着方式のワイヤボ
ンディング装置において高周波の超音波振動を用いるた
めに、超音波エネルギーの伝達の損失を最小限にとどめ
るキャピラリの取付け方法について鋭意検討した。
【０００８】そこで本発明の目的は、超音波熱圧着方式
のワイヤボンディング装置におけるキャピラリの超音波
振動子への固定を確実なものにし、超音波振動の周波数
を増加させても、効率のよい超音波の伝達を可能にし、
安定したワイヤボンディングを行なうことにある。
【０００９】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになる
であろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
のとおりである。すなわち、超音波振動子の先端部に、
下方に向かって開口したキャピラリの取付け穴と、超音
波振動子の先端から開口し、取付け穴に貫通するビス穴
を設け、キャピラリを取付け穴に、ボンディング面に対
して略垂直に取り付け、ビス穴からセットビスで固定す
るものである。
【００１１】
【作用】上記手段によると、超音波振動子にキャピラリ
が確実に固定、密着される。また、超音波振動子にスリ
ットを作る必要がなくなる。そのため、共振周波数が１
００ｋＨｚを越える超音波振動を用いても、伝達効率が
向上しているため、より安定したワイヤボンディングが
可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。
【００１３】図１は、ワイヤボンディング装置の全体概
略図である。ワイヤボンディング装置１は、ボンディン
グステージ２と、ボンディングヘッド３、ローダー４、
アンローダー５、操作パネル６、及びモニター７等から
構成される。図２に、ボンディングヘッド３の拡大図を
示す。ボンディングヘッド３には、主に、半導体チップ
の電極パッドと外部導出リードとを電気的に接続するた
めのワイヤ（金属細線）１４を通し、先端部でワイヤ１
４に対し、押圧力及び超音波振動等の外力を印加するこ
とにより、電極パッド、外部導出リードにワイヤ１４を
接合するキャピラリ１１と、キャピラリ１１を固定し、
軸方向に振動する超音波振動をキャピラリ１１を通し
て、ワイヤ１４に伝達する超音波振動子１０、ワイヤ１
４をクランプするクランパ１２とから構成されている。
本発明では、図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、超音
波振動子１０の先端部には、下方に向かって開口したキ
ャピラリ１１の取付け穴８ａと、超音波振動子１０の先
端から開口し、取付け穴８ａに貫通しているビス穴８ｂ
とを設けている。キャピラリ１１は、取付け穴８ａに、
ボンディングステージ２面に対して略垂直に取り付けら
れ、ビス穴８ｂからセットビス１５でキャピラリ１１上
部側面を、超音波振動子１０の軸方向に向かって締め付
けられることにより固定されている。このキャピラリの
取付け方式によると、キャピラリ１１を、超音波振動子
１０の先端から軸方向へ向かってセットビス１５で締め
付けて固定するので、超音波振動子１０にキャピラリ１
１を確実に固定、密着させることができる。従って、超
音波振動子１０の軸方向、すなわち超音波振動の方向と
一致する方向でのキャピラリ１１の遊びがなくなるた
め、超音波振動を損失なく確実にワイヤ１４へ伝えるこ
とができる。また、従来の超音波振動子のようにスリッ
トを設けていないため、キャピラリと超音波振動子との
密着面積が増加する。従って、超音波振動の伝達効率が
向上し、より安定したワイヤボンディングが可能とな
る。
【００１４】図４にキャピラリ１１の斜視図を示す。本
発明では、超音波振動子１０にキャピラリ１１を固定す
る際に、セットビス１５の先端が接触するキャピラリ１
１の上部は肉厚を多く取っており、セットビスの締め付
けによるキャピラリの破損を防ぐように強度を持たせて
いる。また上部側面には、平坦部１１ｂを設けている。
これにより、セットビス１５の先端部が平坦部１１ｂと
面接触となるため、セットビス１５との密着度が向上
し、超音波振動の伝達効率向上に寄与している。
【００１５】以上のように、本発明では、超音波振動を
損失なく確実にワイヤへ伝えることができるため、ネイ
ルヘッド型の超音波熱圧着方式のワイヤボンディング
に、１００ｋＨｚ以上の高周波数を用いた場合、その効
果を特に発揮させるものである。 以下、本発明の作用
効果について説明する。
【００１６】（１）超音波振動子の先端部に、下方に向
かって開口したキャピラリの取付け穴と、超音波振動子
の先端から開口し、取付け穴に貫通するビス穴を設け、
キャピラリを取付け穴に、ボンディング面に対して略垂
直に取り付け、ビス穴からセットビスで固定することに
より、超音波振動子にキャピラリを確実に固定、密着さ
せることができる。これにより、超音波振動子の軸方
向、すなわち超音波振動の方向と一致する方向でのキャ
ピラリの遊びがなくなるため、超音波エネルギーを損失
なく確実にワイヤへ伝え、ワイヤの圧着を確実にするこ
とができる。また、従来の超音波振動子のようにスリッ
トを設けていないため、キャピラリと超音波振動子との
密着面積が増加する。従って、超音波振動の伝達効率が
向上し、より安定したワイヤボンディングが可能とな
る。
【００１７】（２）キャピラリ上部の取付け穴に取り付
けられる部分を、それ以外の部分よりも肉厚を多くとっ
て形成することにより、セットビスの締め付けによるキ
ャピラリの破損を防ぐことができる。
【００１８】（３）キャピラリのセットビスが接触する
部分を平坦面としたことにより、セットビスの先端部が
平坦面と面接触となるため、セットビスとの密着度が向
上し、超音波振動の伝達効率向上を図ることができる。
【００１９】（４）ネイルヘッド型の超音波熱圧着方式
ワイヤボンディングにおいて、超音波エネルギーを損失
なく確実にワイヤへ伝えることができるので、超音波振
動子の共振周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数に設定
することにより、小面積でも確実な接合を得ることがで
きる。従って、ワイヤ先端に形成するボールを小径化で
きるので、ファインピッチ化により、特に樹脂封止型の
論理ＬＳＩの多ゲート化、多ピン化を図ることができ
る。
【００２０】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、本発明は上記実施
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言うまでもない。例え
ば、図５に示すように、キャピラリ１７と取付け穴１６
ａとの間にスペーサー１９を介して、セットビスで締め
付けることによっても、キャピラリ１７と超音波振動子
１６との密着性を向上させることができる。また、従来
のキャピラリ取付け方式のように超音波振動子先端部に
スリットを設ける場合は、図６に示すように、キャピラ
リ２１を挟んで２か所、すなわち、ネジ２３及び２５を
締め付けることによって、キャピラリ２１を超音波振動
子２０に密着させる方法も有効である。
【００２１】
【発明の効果】本願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、下
記のとおりである。
【００２２】すなわち、超音波振動子の先端部に、下方
に向かって開口したキャピラリの取付け穴と、超音波振
動子の先端から開口し、取付け穴に貫通するビス穴を設
け、キャピラリを取付け穴に、ボンディング面に対して
略垂直に取り付け、ビス穴からセットビスで固定するこ
とにより、超音波振動子にキャピラリを確実に固定、密
着させることができる。これにより、超音波振動子の軸
方向、すなわち超音波振動の方向と一致する方向でのキ
ャピラリの遊びがなくなるため、超音波エネルギーを損
失なく確実にワイヤへ伝え、ワイヤの圧着を確実にする
ことができる。また、従来の超音波振動子のようにスリ
ットを設けていないため、キャピラリと超音波振動子と
の密着面積が増加する。従って、超音波振動の伝達効率
が向上し、より安定したワイヤボンディングが可能とな
る。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤボンディング装置の全体概略図である。
【図２】本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置のボンディングヘッドの拡大図を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施例であるワイヤボンデ
ィング装置の超音波振動子先端部の側面図、（ｂ）は上
面図、（ｃ）正面図である。
【図４】本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置に用いられるキャピラリの斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例であるワイヤボンディング
装置の超音波振動子先端部の上面図である。
【図６】本発明の他の実施例であるワイヤボンディング
装置の超音波振動子先端部の上面図である。
【図７】（ａ）は従来のワイヤボンディング装置の超音
波振動子先端部の上面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１……ワイヤボンディング装置，２……ボンディングス
テージ，３……ボンディングヘッド部，４……ローダ
ー，５……アンローダー，６……操作パネル，７……モ
ニター，８……ホーン，８ａ……取付け穴，８ｂ……ビ
ス穴，９……コーン，１０……超音波振動子，１１……
キャピラリ，１１ａ……通し穴，１１ｂ……平面部，１
２……クランパ，１３……トーチ電極，１４……ワイ
ヤ，１５……セットビス，１６……ホーン，１６ａ……
取付け穴，１６ｂ……ビス穴，１７……キャピラリ，１
８……セットビス，１９……スペーサー，２０……超音
波振動子，２１……キャピラリ，２２……スリット，２
３……ネジ，２４……取付け部，２５……ネジ，２６…
…超音波振動子，２７……キャピラリ，２８……スリッ
ト，２９……ネジ，３０……取付け部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップの電極パッドと外部導出リー
    ドとを電気的に接続するための金属細線を通し、先端部
    で前記金属細線に対し外力を印加することにより、前記
    電極パッド及び前記外部導出リードに前記金属細線を接
    合するキャピラリと、該キャピラリを固定し、長軸方向
    に振動する超音波振動を前記キャピラリを通して、前記
    金属細線に伝達する超音波振動子とを具備してなるワイ
    ヤボンディング装置であって、前記超音波振動子の先端
    部には、下方に向かって開口した前記キャピラリの取付
    け穴と、前記超音波振動子の先端から開口し、前記取付
    け穴に貫通しているビス穴が設けられ、前記キャピラリ
    は、前記取付け穴に、ボンディング面に対して略垂直に
    取り付けられ、前記ビス穴からセットビスで固定されて
    いることを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】前記キャピラリ上部の前記取付け穴に取り
    付けられる部分は、それ以外の部分よりも肉厚を多くと
    って形成されていることを特徴とする請求項１記載のワ
    イヤボンディング装置。
  3. 【請求項３】前記キャピラリの前記セットビスが接触す
    る部分は平坦面としたことを特徴とする請求項１又は２
    記載のワイヤボンディング装置。
  4. 【請求項４】前記超音波振動子の共振周波数は１００ｋ
    Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１又は２又は３
    記載のワイヤボンディング装置。
JP29928994A 1994-12-02 1994-12-02 ワイヤボンディング装置 Pending JPH08162507A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100357207B1 (ko) * 2000-10-25 2002-10-19 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 트랜스듀서의 캐필러리 유지구조
KR100968008B1 (ko) * 2002-03-07 2010-07-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 반도체장치 및 그 제조방법

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