JPH09232386A - ワイヤボンダ - Google Patents

ワイヤボンダ

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JPH09232386A
JPH09232386A JP8035904A JP3590496A JPH09232386A JP H09232386 A JPH09232386 A JP H09232386A JP 8035904 A JP8035904 A JP 8035904A JP 3590496 A JP3590496 A JP 3590496A JP H09232386 A JPH09232386 A JP H09232386A
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JP
Japan
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wire
bonding tool
lead
lead frame
connection
Prior art date
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JP8035904A
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English (en)
Inventor
Masami Saito
政美 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
Original Assignee
Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd, Kansai Nippon Electric Co Ltd filed Critical Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ワイヤボンディング後に接続部にレーザビー
ムを照射する方法では、レーザビームの強度の設定が難
しく、ワイヤボンディング後に、接続部に熱処理を施
し、接続界面の合金層の厚みを増大させる方法では、熱
処理の工程が別途必要で、多大な用力を必要とする。 【解決手段】 銅または銅合金からなり電子部品本体を
マウントしたリードフレーム８の被接続部２にアルミニ
ウムワイヤ１５を重合させこのワイヤを超音波振動が付
与されたボンディングツール１６にて加圧しリードフレ
ームの被接続部とワイヤとを電気的に接続するワイヤボ
ンダにおいて、リードフレームの被接続部上に位置する
ワイヤを加熱しボンディングツールによって加圧された
ワイヤの展延性を良好にする加熱手段１７を付設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属細線にて電気的
接続を行うワイヤボンダに関する技術分野に属し、特に
金属細線としてアルミニウムワイヤをを用いたワイヤボ
ンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】電子部品、例えば樹脂モールド型半導体
装置の一例を図４から説明する。 図において、１は放熱板で、一端部に取付用の穴１ａを
穿設している。２は図示例では3本一組のリードで、中
央のリード２ａは放熱板１の他端に接続され、他のリー
ド２ｂ、２ｃはリード２ａの両側に平行配置されてい
る。３は放熱板１上に固定された電子部品本体である半
導体ペレットで、図示省略するが表面に電極を形成して
いる。 ４は半導体ペレット３の電極と、リード２ｂ、２ｃとを
それぞれ電気的に接続したワイヤ、５は半導体ペレット
３を含む主要部分を被覆し外装した樹脂を示す。この半
導体装置６は、多数組のリードを所定の間隔で配列して
各リードの中間部を連結条にて連結一体化し、所定のリ
ードに放熱板１を接続し一体化したリードフレームを用
いて製造される。 即ち、放熱板１に半導体ペレット３をマウントするマウ
ント工程、半導体ペレット３上の電極とリード２ｂ、２
ｃとをワイヤ４にて電気的に接続するワイヤボンディン
グ工程、半導体ペレット３を含む主要部分を樹脂被覆す
る樹脂モールド工程、リード２を連結し樹脂５から露呈
したリードフレームの連結条を切断し個々の半導体装置
６に分離する工程を経て製造される。 ここで、図５はワイヤボンディング工程で使用されるワ
イヤボンダの一例を示す。図において、７はリードフレ
ーム８をガイドするガイドレールで、リードフレーム８
を移動させる搬送機構や、リードフレーム８を所定位置
で位置決めする位置決め機構が付設されているが図示省
略する。 ９はガイドレール７の側方に配置されたＸＹテーブル、
１０はＸＹテーブル９に支持されＸＹ方向に移動する移
動ブロック、１１は中間部が移動ブロック１０に軸支さ
れて揺動し、一端部が上下動するホーンで、軸方向中間
部に斜めに貫通孔１１ａを穿設している。１２はホーン
１１の一端部に固定されたボンディングツールで、この
ボンディングツール１２は図６に示すように下端に突出
長さの異なる脚片１２ａ、１２ｂを有し、長い脚片１２
ａの下端にはホーン１１の軸と平行に溝１２ｃが形成さ
れ、短い脚片１２ｂにはホーン１１の貫通孔１１ａと前
記溝１２ｃにそれぞれ対向するガイド孔１２ｄを穿設し
ている。１３はホーン１１の他端に固定されホーン１１
に超音波振動を付与する超音波振動子、１４はＸＹテー
ブル９の上方に配置され、金属細線１５を巻回したスプ
ールを示す。スプール１４から繰り出された金属細線１
５は、ホーン１１の貫通孔１１ａ、ボンディングツール
１２のガイド孔１２ｄを通り先端部が溝１２ｃ内に位置
する。この装置には、ホーン１１を揺動させボンディン
グツール１２を上下動させる機構や金属細線１５の張力
を調整する機構、リードフレーム８上の半導体ペレット
３の電極位置を検出しボンディングツール１２の引き回
し方向や距離を設定する画像認識装置などが付設される
が図示省略している。 以下にこの装置の動作を説明する。先ず、予め半導体ペ
レット３をマウントしたリードフレーム８をガイドレー
ル７上の定位置で位置決めする。次に図示しない画像認
識装置によって半導体ペレット３上の電極位置を検出
し、ボンディングツール１２の適正な移動軌跡を演算す
る。そして、この演算出力に基づいてＸＹテーブル９を
移動制御し、ボンディングツール１２を半導体ペレット
３の電極上に位置させ、さらにホーン１１を揺動させて
ボンディングツール１２の下端で金属細線１５の先端部
を電極に押圧し、加圧した状態で超音波振動子１３を作
動させて、金属細線１５を電極に超音波接続する。この
ようにして金属細線１５の先端部を電極に接続した後、
ボンディングツール１２を上昇させ、ＸＹテーブル９を
制御して、金属細線１５をスプール１４から繰り出しつ
つボンディングツール１２をリード２ｂ上に移動させ
る。 この移動が完了すると、ホーン１１を揺動させてボンデ
ィングツール１２を降下させ金属細線１５の中間部をリ
ード２ｂに押圧しさらに超音波振動子１３を作動させて
接続する。この後、リード２ｂ上でボンディングツール
１２をわずかにずらし、接続部とボンディングツール１
２との間で金属細線１５を切断し、電極とリード２ｂと
の電気的接続を完了する。 そして同様の作業を他の電極と他のリード２ｃとの間で
行い、一つの半導体ペレット３上での接続作業を完了
し、リードフレーム８を所定ピッチ移動させて、上記動
作を繰り返し、リードフレーム８上の全ての半導体ペレ
ット３とリード２ｂ、２ｃのボンディング作業を行う。
ところで、金属細線１５の線径はその材料の導電率と通
電電流によって決定され、動作電流に最適な線径の金属
細線が用いられるが、小電流用のものでは細線加工が容
易な金が用いられ、直径１５μｍ〜３２μｍの金属細線
が一般的に用いられる。一方、動作電流が０．１アンペ
ア乃至数アンペア程度の中電流では、金の使用量が多く
高価となるため、比較的安価な銅やアルミニウムが用い
られるが、線材としてアルミニウムを用いると、導電率
が劣るため、線径を径大にして対応しており、直径０．
１ｍｍ乃至０．５ｍｍの金属細線が用いられる。また、
ボンディングツール１２は、その下端の溝１２ｃにて金
属細線１５を押圧して金属細線１５と電極又はリード２
とを接続するが、金属細線１５と電極又はリード２の間
の接触圧は、ツール下端で金属細線を押圧し金属細線１
５の断面形状を変形させる過程では、十分ではなく、ツ
ール下端と金属細線１５とが密着状態となった時点で、
ツールからの加圧力が十分にかかり接続強度が増大す
る。この場合でも、金属細線１５と電極又はリードの接
続面での接続強度の分布にむらがあり、図７に示すよう
にツールの溝１２ｃの周縁に対応する部分（図示斜線領
域Ａ）が最も接続強度が大きく、この領域から離れると
接続強度が低下する傾向があった。これは、ボンディン
グツール１２が金属細線１５を圧潰する過程で、圧縮さ
れ変形する部分に最も加圧力がかかり金属細線とリード
とが強固に密着した状態で超音波振動が付与されるため
のこの部分での接着が最も強固となり、その周辺の変形
過程の部分では上から押圧され水平方向に変形し拡がる
ため、金属細線とリードとの接触界面が位置ずれしボン
ディングツール１２からの超音波振動がリード２に有効
に伝達されず接着強度が劣るためと考えられる。 また、アルミニウムは金属のうちでも比較的柔らかい
が、金と比較とすると硬く、さらに線径が太くなると変
形しにくいため、ボンディングツール１２の下端に金属
細線１５の周面が完全に倣わず、ボンディングツール１
２と圧潰された金属細線との間に微細な隙間が形成さ
れ、超音波振動の伝達を低下させることも考えられる。
一方、電子部品は樹脂５にて外装されているが、リード
２は樹脂５から外部に導出されているため、樹脂５とリ
ード２の密着性が劣るとこの界面から外部の水分や腐食
性のガスが樹脂内部に進入し、リードと金属細線１５の
接続部に至り、接続界面を腐食させ電気的接続を損なう
ことがあった。 このような問題を解決するために、樹脂に対する密着性
を良好にするような加工をリード表面に施したり、リー
ドに対する密着性の良好な樹脂を用いるなどの対策を講
じているが、樹脂内部に腐食性ガスが進入した場合、金
属細線１５とリード２の接続強度の大小によって電子部
品の寿命が左右されることとなり、金属細線の接続強度
を向上させることも検討されている。 金属細線の接続強度を向上させるには、半導体ペレット
又はリードを高温に加熱した状態で超音波振動を付与す
ればよいことは知られているが、金属細線１５としてア
ルミニウムを用いた場合、高温状態ではその表面に硬い
酸化膜が形成され、却って接続強度を低下させる虞があ
るため、金属細線を還元性あるいは不活性の非酸化性ガ
スで外気から遮断する必要があり、高価につくという欠
点があった。また、急激な加熱によってリードフレーム
が変形する虞があるため、徐々に昇温させるとガイドレ
ールの移動経路を長くせざるを得ず、外気の巻き込みを
完全に防止することが困難となり、リードフレーム表面
に酸化膜が形成されることによっても接続強度が低下す
るという問題があった。 そのため、例えば、特開平６−２４４２３０号公報に
は、ワイヤボンディング後、接続部にレーザビームを適
度に照射し、接続界面の面積を増大させることが開示さ
れ、また、特開昭６１−８９６４３号公報には、ワイヤ
ボンディング後、接続部に熱処理を施し、接続界面の合
金層の厚みを増大させることが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
ボンディング後に接続部にレーザビームを照射する方法
では、アルミニウムは表面が鏡面乃至光沢面で、光反射
率が高く、また接続部の表面状態が一様でなく、光反射
の方向のばらつきが大きく、レーザビームによる熱吸収
がばらつき発熱量もばらつくため、レーザビームの強度
の設定が難しく、強度が高いとアルミニウムが溶融沸騰
して飛散し、飛散微細片がリードフレーム上の不所望部
分に付着すると短絡や耐電圧低下などの原因となるとい
う問題があり、強度が低いと溶融させることができず所
期の効果が得られないという問題があった。 また、ワイヤボンディング後、接続部に熱処理を施し、
接続界面の合金層の厚みを増大させる方法では、熱処理
の工程が別途必要で、微小な接続部を加熱するためにリ
ードフレーム全体を加熱し３００乃至２０００時間とい
う長時間、１５０℃以上の環境に保持する必要があり、
多大な用力を必要とするという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、銅または銅合
金からなり電子部品本体をマウントしたリードフレーム
の被接続部にアルミニウムワイヤを重合させこのワイヤ
を超音波振動が付与されたボンディングツールにて加圧
しリードフレームの被接続部とワイヤとを電気的に接続
するワイヤボンダにおいて、リードに接続した金属細線
が径大であるとその接続領域内での接続強度がボンディ
ングツール下端の形状に関連してばらつくという現象
が、金属細線を加熱してその展延性を向上させることに
より改善されるということを見出し提案されたもので、
リードフレームの被接続部上に位置するワイヤを加熱し
ボンディングツールによって加圧されたワイヤの展延性
を良好にする加熱手段を付設したことを特徴とするワイ
ヤボンダを提供する。 ボンディングツールの材料として人工宝石、セラミクス
などの耐熱性絶縁物を用いいることが出来、この場合、
抵抗パターンによる加熱手段をボンディングツール周面
に形成することが出来る。 また、赤外線ランプ、レーザ光源などの熱光源を加熱手
段とし、ボンディングツールから離隔した位置からボン
ディングツールを加熱することが出来る。 この場合、金属細線を熱線により予熱することもでき
る。さらには、熱光源をボンディングツールの一側壁に
対向させ、ボンディングツールの前記側壁と異なる面に
熱を伝達する熱線伝達手段を設けることもできる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
から説明する。図中、図４及び図５と同一符号は同一物
を示し、重複する説明を省略する。 本発明が図５装置と相違するのは、符号１６を付したボ
ンディングツールにある。即ち、このボンディングツー
ル１６は人工サファイア、人工ルビーやアルミナなどの
人工宝石やセラミクスなどの硬質で絶縁性と耐熱性を有
する材料からなり、図５装置のボンディングツールと同
様に、下端に突出長さの異なる脚片１６ａ、１６ｂを有
し、図示省略するが長い脚片１６ａの下端にはホーン１
１の軸と平行に溝が形成され、短い脚片１６ｂにはホー
ン１１の貫通孔１１ａと前記溝にそれぞれ対向するガイ
ド孔が穿設されている。そしてこのボンディングツール
１６の表面には導電ペーストを印刷することによりヒー
タ（抵抗パターン）１７が形成されている。 ヒータ１７の引き出しリードは、一端がＸＹテーブル９
上の移動ブロック１０に固定されホーン１１に沿って延
びるアーム（図示せず）に支持され通電制御される。 また、ガイドレール７には加熱手段（図示せず）が設け
られている。本発明装置は図５装置と同様に動作させる
が、金属細線１５としてアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなるものを、リードフレーム８として銅また
は銅合金からなるものをそれぞれ用いる。 そして少なくともリード２側を接続する際に、予めヒー
タ１７に通電して、ボンディングツール１６を加熱す
る。この温度は、ボンディングツール１６の下端で金属
細線を加圧した状態で、ガイドレール７の加熱手段から
の熱も含め、加圧面が２８０℃乃至３５０℃になるよう
に設定される。 このようにして加熱されたボンディングツールにて金属
細線１５を加圧すると、直接加熱された金属細線１５は
アルミニウムの融点（約６６０℃）の半分程度の温度に
温度上昇して軟化し、断面円形の状態から容易に圧潰さ
れて、金属細線１５の上周面はボンディングツール１６
の溝１５ｃ内に圧入されてツール下端に密着し、ツール
との接続が良好となる。同時にリード２に押しつけられ
た下周面は金属細線１５が軟化しているため、ボンディ
ングツール１５の加圧によってリードとの接触面が速や
かに拡がりボンディングツール１５の下端とほぼ等しい
面積の領域がリードと接触する。 この結果、ボンディングツール１５からの押圧力は金属
細線１５を介してリード２の接続面にほぼ均等にかか
り、ツールと金属細線とが密着しているため接続面に印
加される超音波の強度もばらつきが少なく、図２示すよ
うに接続強度が向上した領域Ｂの面積を拡大でき、接続
領域内での接続強度のばらつきも抑えることができる。 ボンディング強度はリードフレームを固定した状態で電
極とリード間を接続する金属細線のループにバネ秤のフ
ックを引っかけて荷重をかけ、電極側接続部、電極側立
上部、電極とリード間、リード側立上部、リード側接続
部のいずれかで切断するか確認することにより検査され
るが、金属細線の材質、線径などによって予め設定され
た荷重を越える荷重で、リード側接続部以外の部分で切
断するものは良品とし、所定の荷重内でリード側接続部
が切断するものは不良としているが、その不良率を従来
の１／１０に改善できた。そのため、接続作業時に金属
細線の溶融飛散による不所望な異物の発生がなく、ボン
ディング作業内でボンディング強度を向上できるから、
設備が小さくて済み、ボンディングツールを加熱するだ
けで良いから、用力費も小さくて済む。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例を図３から説明する。
図において、図４及び図５、図１と同一符号は同一物を
示し、重複する説明は省略する。 図中相違するのは、熱光源、例えば赤外線ランプを用い
た加熱手段１８で、ホーン１１の中間部下方に配置され
移動ブロック１０に固定され、光軸がホーン１１の軸と
ほぼ平行に配置され、ボンディングツール１２の側壁に
集光照射され加熱する。 ボンディングツール１２は人工宝石、セラミクスなどの
耐熱性、絶縁性部材の他に超硬合金などの金属部材を用
いることもできる。また、ボンディングツール１２の表
面を黒化処理したり、粗面加工することにより、熱の反
射を抑制して吸収を良好にできる。この装置は図１装置
と同様の効果を有する上に、金属細線１５を予熱でき、
ボンディング作業の直前にボンディングツール１２と金
属細線１５とをほぼ同じ温度に設定できるから、押圧時
に温度低下などの変化が少なく、ボンディング品質のば
らつきをより一層抑えることが出来る。 この実施例では、ボンディングツール１２に受熱用のフ
ィン（熱線伝達手段）を取り付け、受熱面積を拡大し、
ボンディングツール１２全周の温度分布を均一にするこ
とができる。また、熱光源１８からの光を直接的または
反射により間接的にボンディング予定部に照射し、金属
細線１５だけでなくリード２上の主要部分を予熱するこ
ともできる。さらには、熱光源１８は、赤外線ランプだ
けでなく、レーザ光源を用いることもできる。
【０００７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、金属細
線のボンディング予定部を加熱し軟化させるようにした
から、ボンディングツールと金属細線との馴染みを良好
にでき、ボンディングツールから接続部への加圧力と超
音波振動の伝達を良好にできるため、接続強度を向上さ
せることができる。そのため、樹脂外装型電子部品の樹
脂とリードの界面から水分や腐食性のガスが樹脂内部に
進入しても接続界面の腐食の進行が抑えられるため、信
頼性の高い電子部品を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態を示す側面図
【図２】 図１装置による金属細線の接続強度の状態を
説明するための金属細線とリードの接続部拡大平面図
【図３】 本発明の実施例を示す側断面図
【図４】 樹脂モールド型半導体装置の一例を示す一部
透視斜視図
【図５】 ワイヤボンダの一例を示す側断面図
【図６】 ボンディングツールの要部拡大側面図
【図７】 図５装置による金属細線の接続強度の状態を
説明するための金属細線とリードの接続部拡大平面図
【符号の説明】
２ 被接続部 ３ 電子部品本体 ８ リードフレーム １２ ボンディングツール １５ 金属細線（アルミニウムワイヤ） １６ ボンディングツール １７ 加熱手段（抵抗パターン） １８ 加熱手段（熱光源）
【手続補正書】
【提出日】平成８年４月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】銅または銅合金からなり電子部品本体をマ
    ウントしたリードフレームの被接続部にアルミニウムワ
    イヤを重合させこのワイヤを超音波振動が付与されたボ
    ンディングツールにて加圧しリードフレームの被接続部
    とワイヤとを電気的に接続するワイヤボンダにおいて、 上記ワイヤのリードフレームの被接続部上に位置する部
    分を加熱する加熱手段を付設したことを特徴とする請求
    項１に記載のワイヤボンダ。
  2. 【請求項２】耐熱性絶縁物よりなるボンディングツール
    の周面に形成した抵抗パターンにて加熱手段を構成した
    ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ。
  3. 【請求項３】加熱手段が熱光源であることを特徴とする
    請求項１に記載のワイヤボンダ。
  4. 【請求項４】熱光源をボンディングツールの一側壁に対
    向させ、ボンディングツールの前記側壁と異なる面に熱
    を伝達する熱伝達手段を備えたことを特徴とする請求項
    ３に記載のワイヤボンダ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4676573B1 (ja) * 2010-08-25 2011-04-27 スターエンジニアリング株式会社 非接触ｉｄ識別装置用の巻線型コイルとｉｃチップとの接続方法
JP2019192917A (ja) * 2015-01-29 2019-10-31 京セラ株式会社 ウエッジボンディング用部品

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4676573B1 (ja) * 2010-08-25 2011-04-27 スターエンジニアリング株式会社 非接触ｉｄ識別装置用の巻線型コイルとｉｃチップとの接続方法
JP2012048419A (ja) * 2010-08-25 2012-03-08 Star Engineering Co Ltd 非接触ｉｄ識別装置用の巻線型コイルとｉｃチップとの接続方法
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