JPH09148358A - ワイヤボンディングダメージ防止用キャピラリー - Google Patents

ワイヤボンディングダメージ防止用キャピラリー

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JPH09148358A
JPH09148358A JP7299844A JP29984495A JPH09148358A JP H09148358 A JPH09148358 A JP H09148358A JP 7299844 A JP7299844 A JP 7299844A JP 29984495 A JP29984495 A JP 29984495A JP H09148358 A JPH09148358 A JP H09148358A
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ball
wire bonding
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Masatoshi Takemura
正俊 竹村
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールボンディング時の半導体チップのチッ
プダメージおよびボール径の拡がりを防ぎ、ウエッジボ
ンディング時のワイヤとリードフレームとの圧着性が良
好なワイヤボンディングダメージ防止用キャピラリーを
提供する。 【解決手段】 キャピラリー２の下端の内周縁１７に面
取部１９を形成し、そのキャピラリー２の中空部１６に
ワイヤ１を挿通してワイヤボンディングを行うワイヤボ
ンディングダメージ防止用キャピラリーにおいて、上記
面取部１９に凹部を形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップのワ
イヤボンディング装置に係り、特に半導体チップにワイ
ヤをボンディングするためのワイヤボンディングダメー
ジ防止用キャピラリーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップのワイヤボンディングは、
ボールボンディングとウエッジボンディングとの二つの
ボンディング工程からなっている。
【０００３】ボールボンディングとは、半導体チップに
対して垂直方向に伸長されたキャピラリーに保持された
ワイヤの下端部を放電電極によって溶融し、溶融形成さ
れたボールを半導体チップの電極にボンディングするも
のである。
【０００４】ウエッジボンディングとは、ボールが半導
体チップの電極にボールボンディングされたワイヤを、
半導体チップが積載されているリードフレームにボンデ
ィングするものである。
【０００５】図６は、従来のキャピラリーによるボンデ
ィングの模式図を示したものである。図６（Ａ）はボー
ルボンディングを、図６（Ｂ）はウエッジボンディング
を示している。
【０００６】キャピラリー２２の中空部４１と下端平面
部２４との境界の内周縁には、テーパ加工が施された面
取部２３が形成され、ボールボンディング時において
は、この面取部２３でボール２５を半導体チップ２６の
電極に押付けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６
（Ａ）に示すように、内周縁に設けられた面取部２３で
形成される容積は、ボール２５を押さえ込むには小さい
ため、面取部２３に納まりきれないボール２５は、ボー
ルボンディング時に面取部２３からキャピラリー２２の
下端平面部２４に食み出して、ボール食み出し部２７を
形成する。
【０００８】面取部２３と下端平面部２４との角度θ3
は通常４０〜４５°のため、面取部２３におけるボール
２５の押付け力は大きくないが、キャピラリー２２の下
端平面部２４は半導体チップ２６とほぼ平行であるた
め、キャピラリー２２の下端平面部２４の局部におい
て、押付け力が大きくなり、半導体チップ２６にチップ
ダメージが発生する。
【０００９】さらに、キャピラリー２２の下端平面部２
４で押付けられたボール２５のボール食み出し部２７が
押し拡げられることによって、ボールボンディング後の
ボール径を大きくし、半導体チップ２６の電極の小型化
を阻む一因となっている。
【００１０】また、図６（Ｂ）に示すように、ウエッジ
ボンディングにおいては、面取部２３と下端平面部２４
との角度θ3 が４０〜４５°の場合、キャピラリー２２
の下端平面部２４と面取部２３との境界部２８でワイヤ
２１がリードフレーム２９から剥離し易く、ウエッジボ
ンディング不良の原因となっていた。
【００１１】そこで、本発明は、上記課題を解決し、ボ
ールボンディング時における半導体チップのチップダメ
ージおよびボールボンディング後のボール径の拡がりを
防ぎ、ウエッジボンディング時におけるワイヤとリード
フレームとの圧着性が良好なワイヤボンディングダメー
ジ防止用キャピラリーを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、キャピラリー下端の内周縁に面取
部を形成し、そのキャピラリーの中空部にワイヤを挿通
してワイヤボンディングを行うワイヤボンディングダメ
ージ防止用キャピラリーにおいて、上記面取部に凹部を
形成したものである。
【００１３】請求項２の発明は、上記凹部と上記中空部
間の面取部に、テーパ開口角度θ1 が４０〜１２０°の
内側テーパ面を形成したものである。
【００１４】請求項３の発明は、上記凹部と上記キャピ
ラリー下端の下端平面部間の面取部に、テーパ開口角度
θ2 が１２０〜１７０°の外側テーパ面を形成したもの
である。
【００１５】請求項４の発明は、上記面取部の凹部は、
逆Ｒ加工を施した逆Ｒ部からなるものである。
【００１６】上記の構成によると、キャピラリーの中空
部と下端平面部との境界の内周縁に設けた面取部に逆Ｒ
加工を施した凹部である逆Ｒ部を設けることにより、キ
ャピラリー下端内径の容積が大きくなり、ボールボンデ
ィングの場合には、ボールを半導体チップの電極に押付
ける際に、逆Ｒ部全体に押付け力が分散するため、局部
的に大きな力がボールに負荷されなくなり、半導体チッ
プのチップダメージを防ぐことができる。また、ボール
を半導体チップの電極に押付ける際に、面取部全体でボ
ールを押さえ込むため、ボールボンディング後のボール
径の拡がりを防ぐことができる。
【００１７】逆Ｒ部の曲率半径は、ボール径の１．１〜
１．３倍が望ましい。１．１倍以下の場合、ボールの収
納が難しく、１．３倍以上の場合、キャピラリー下端平
面部が半導体チップに当接するおそれがある。
【００１８】また、逆Ｒ部と中空部間の面取部に、テー
パ開口角度θ1 が４０〜１２０°、テーパ長さが４〜２
０μｍの内側テーパ面を形成することにより、ボールの
キャピラリー中央への位置精度が良好になる。
【００１９】ウエッジボンディングの場合には、逆Ｒ部
とキャピラリー下端の下端平面部間の面取部に、テーパ
開口角度θ2 が１２０〜１７０°、テーパ長さが５〜２
０μｍの外側テーパ面を形成することにより、ワイヤが
リードフレームから剥離するのを防ぐことができる。
【００２０】外側テーパ面のテーパ開口角度θ2 が大き
ければ、ワイヤはキャピラリー下端部付近で強い力で押
付けられるが、キャピラリー下端部から遠ざかるにつ
れ、押付け力は急激に低下し、ワイヤはリードフレーム
から剥離しやすくなる。
【００２１】外側テーパ面のテーパ開口角度θ2 が１２
０°より小さいとワイヤがリードフレームに強く押付け
られる範囲が狭くなり、１７０°より大きいとワイヤの
つぶれにより引張強度が小さくなる。また、外側テーパ
面の長さは５μｍより短いとワイヤとリードフレームと
の圧着面積が狭くなるため、ワイヤとリードフレームと
の接合強度が小さくなり、２０μｍより長いとキャピラ
リー底面に占める開口部の面積が大きくなり過ぎる。
【００２２】
【発明の実施の形態】先ず、図４により、ワイヤボンデ
ィング装置の全体構成を説明する。
【００２３】図４に示すように、半導体チップ５に対し
て垂直方向に伸長され、かつワイヤ１を挿通するキャピ
ラリー２は、ＸＹテーブル８に支持されたキャピラリー
可動アーム３１に支持される。また、ＸＹテーブル８に
支持されたワイヤ送りアーム３２はワイヤ送り装置３３
を支持し、ワイヤ送り装置３３がワイヤ１をキャピラリ
ー２側に移送する。
【００２４】また、キャピラリー２に保持されたワイヤ
１の下部に放電を生じさせるための放電電極４を設け、
図示しない可動装置を備えた放電電極４の上部は交流電
圧に接続されている。交流電圧のもう一端はワイヤ送り
装置３３に接続されており、放電電極４およびワイヤ１
の下端部に電圧を付加する。
【００２５】半導体チップ５を積載したリードフレーム
６がフィーダー７によって、ボンディングステージに供
給されると、放電電極４によってワイヤ１の下端部に放
電を生じさせ、ボール３が溶融形成される。溶融形成さ
れたボール３は、半導体チップ５の電極にボールボンデ
ィングされる。
【００２６】半導体チップ５の電極にボールボンディン
グされたワイヤ１は、次にリードフレーム６にウエッジ
ボンディングされた後、リードフレーム６から切り離さ
れてワイヤボンディングが完了する。
【００２７】図５はワイヤボンディングして作製した半
導体製品の一例を示している。
【００２８】図５に示すように、リードフレーム６上に
半導体チップ５をＡｇペースト３４にて固着し、ワイヤ
１を介して接続されている半導体チップ５とリードフレ
ーム６は、レジン３５でモールド封止されて、半導体製
品３６に形成される。
【００２９】以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】図１（Ａ）は、本発明のキャピラリーを示
しており、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の下端部分Ｃの拡
大図を示している。
【００３１】図１（Ａ）に示すように、キャピラリー２
は半導体チップ５に対して垂直方向に伸長され、かつワ
イヤ１を挿通する中空部１６を有し、表面下部にテーパ
加工を施して先細りにした尖端部１８を有し、尖端部１
８の下端に下端平面部１５を有してなっている。図１
（Ａ）の下端部分Ｃの拡大図を図１（Ｂ）に示すよう
に、キャピラリー２の中空部１６と下端平面部１５との
境界の内周縁１７には面取部１９が形成され、その面取
部１９に逆Ｒ加工を施した凹部である逆Ｒ部１０を形成
している。逆Ｒ部１０の曲率半径は、図４で説明したボ
ール３の直径の１．１〜１．３倍とする。
【００３２】逆Ｒ部１０と中空部間の面取部１９には、
テーパ開口角度θ1 が４０〜１２０°、テーパ長さが４
〜２０μｍの内側テーパ面１１が形成される。
【００３３】また、逆Ｒ部１０とキャピラリー２の下端
の下端平面部１５間の面取部１９には、テーパ開口角度
θ2 が１２０〜１７０°、テーパ長さが５〜２０μｍの
外側テーパ面１２が形成される。
【００３４】次に、本発明の作用を説明する。
【００３５】図２は、本発明のキャピラリーによるボン
ディングの模式図を示したものである。図２（Ａ）はボ
ールボンディングを、図２（Ｂ）はウエッジボンディン
グを示している。
【００３６】図２（Ａ）に示すように、キャピラリー２
の下降によってワイヤ１の下端部のボール３は、キャピ
ラリー２の面取部１９に押付けられて半導体チップ５の
電極にボールボンディングされる。
【００３７】ボール３を半導体チップ５の電極に押付け
る際に、キャピラリー２の下端の内周縁１７に設けた面
取部１９の凹部である逆Ｒ部１０全体に押付け力が分散
するため、ボール３に局部的に大きな力が負荷されず、
半導体チップ５のチップダメージを防ぐことができる。
【００３８】さらに、ボール３が半導体チップ５に押付
けられる際、面取部１９全体でボール３を押さえ込むた
め、ボールボンディング後のボール径が拡がるのを防ぐ
ことができる。
【００３９】また、逆Ｒ部１０と中空部１６間の面取部
１９に形成された内側テーパ面１１により、ボール３の
キャピラリー２中央への位置精度が良好になる。
【００４０】図２（Ｂ）に示すように、キャピラリー２
は、ボールボンディング後、半導体チップ５から離れ、
リードフレーム６上に移動かつ下降し、ワイヤ１をリー
ドフレーム６にウエッジボンディングする。
【００４１】逆Ｒ部１０とキャピラリー２の下端の下端
平面部１５間の面取部１９に形成された外側テーパ面１
２により、ワイヤ１とワイヤ圧着部１３の境界部１４に
おけるワイヤ１の剥離を防ぐことができる。
【００４２】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
【００４３】図３は本発明のキャピラリーの他の実施の
形態を示している。
【００４４】上述した本発明においては、キャピラリー
２の下端の内周縁１７に面取部１９を形成し、その面取
部１９に逆Ｒ加工を施した凹部である逆Ｒ部１０を形成
したが、本実施の形態においては、図３に示すように、
適宜、多段のテーパ加工を施したテーパ部２０からなる
凹部を形成したものである。本実施の形態の場合、図１
の本発明と比較して、面取部１９の加工が容易になる。
【００４５】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【００４６】（１） キャピラリーの下端の内周縁の面
取部に逆Ｒ加工を施した凹部である逆Ｒ部を形成するこ
とにより、ボールボンディング時における半導体チップ
のチップダメージを軽減することができるため、金ワイ
ヤより硬い銅ワイヤの使用が可能となる。
【００４７】（２） キャピラリーの下端の内周縁の面
取部に逆Ｒ加工を施した凹部である逆Ｒ部を形成するこ
とにより、ボールボンディング後におけるボール径の拡
がりを防ぐため、半導体チップの電極を小さくすること
ができ、電極数の多い大容量の半導体チップを小サイズ
化できる。
【００４８】（３） 逆Ｒ部とキャピラリー下端の下端
平面部間の面取部に外側テーパ面を形成することによ
り、ウエッジボンディング時におけるワイヤとリードフ
レームとの圧着性が向上し、ワイヤとリードフレームと
の圧着性に問題のあるメッキレスフレームへの適用、あ
るいは銅ワイヤの使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のキャピラリーを示した図である。
【図２】本発明のキャピラリーによるボンディングの模
式図である。
【図３】本発明のキャピラリーを変形した他の実施の形
態を示した図である。
【図４】ワイヤボンディング装置の全体図である。
【図５】ワイヤボンディングして作製した半導体製品の
一例を示した図である。
【図６】従来のキャピラリーによるボンディングの模式
図である。
【符号の説明】
１ ワイヤ ２ キャピラリー １０ 逆Ｒ部 １１ 内側テーパ面 １２ 外側テーパ面 １５ 下端平面部 １６ 中空部 １７ 内周縁 １９ 面取部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キャピラリー下端の内周縁に面取部を形
    成し、そのキャピラリーの中空部にワイヤを挿通してワ
    イヤボンディングを行うワイヤボンディングダメージ防
    止用キャピラリーにおいて、上記面取部に凹部を形成し
    たことを特徴とするワイヤボンディングダメージ防止用
    キャピラリー。
  2. 【請求項２】 上記凹部と上記中空部間の面取部に、テ
    ーパ開口角度θ1 が４０〜１２０°の内側テーパ面を形
    成した請求項１記載のワイヤボンディングダメージ防止
    用キャピラリー。
  3. 【請求項３】 上記凹部と上記キャピラリー下端の下端
    平面部間の面取部に、テーパ開口角度θ2 が１２０〜１
    ７０°の外側テーパ面を形成した請求項１記載のワイヤ
    ボンディングダメージ防止用キャピラリー。
  4. 【請求項４】 上記面取部の凹部は、逆Ｒ加工を施した
    逆Ｒ部からなる請求項１記載のワイヤボンディングダメ
    ージ防止用キャピラリー。
JP7299844A 1995-11-17 1995-11-17 ワイヤボンディングダメージ防止用キャピラリー Pending JPH09148358A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6065667A (en) * 1997-01-15 2000-05-23 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for fine pitch wire bonding
WO2009148450A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Bonding tool with improved working face

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