JPH11251357A - ワイヤボンディング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法および装置

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JPH11251357A
JPH11251357A JP5498298A JP5498298A JPH11251357A JP H11251357 A JPH11251357 A JP H11251357A JP 5498298 A JP5498298 A JP 5498298A JP 5498298 A JP5498298 A JP 5498298A JP H11251357 A JPH11251357 A JP H11251357A
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JP
Japan
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capillary
ball
bonding
wire
inclination angle
Prior art date
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JP5498298A
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English (en)
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Tsuguhiko Hirano
次彦 平野
Takao Yoshimura
孝夫 吉村
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Hitachi Ltd
Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファインピッチ対応の製品の歩留り向上とコ
スト低減を図る。 【解決手段】 ボンディングツールであるとともにワイ
ヤ２の先端に形成したボール２ｂを配置するインサイド
チャンファ３ｄが形成されたキャピラリ３と、ワイヤ２
の先端のボール２ｂを半導体チップのパッドに圧着して
ボール２ｂと前記パッドとを電気的に接続する第１ボン
ドが行われるとともに、前記第１ボンド後、ワイヤ２と
薄膜配線テープの内部リードとを電気的に接続する第２
ボンドが行われるボンディング処理部とからなり、キャ
ピラリ３のインサイドチャンファ３ｄが第１テーパ面３
ｅおよび第２テーパ面３ｆからなる２段テーパによって
形成され、先端側の第１テーパ面３ｅの傾斜角θ1 が４
５°より大きくかつ基端側の第２テーパ面３ｆの傾斜角
θ2 より大きく形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程に
おけるワイヤボンディング技術に関し、特に、ファイン
ピッチに対応するワイヤボンディング方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。
【０００３】半導体装置の軽薄短小化に伴い、ファイン
ピッチ（特に、８０μｍ以下）に対応するワイヤボンデ
ィング技術のニーズが高まっている。
【０００４】なお、前工程プロセスの微細化技術は著し
く進んでおり、その結果、チップサイズの小形化を図る
ためには、パッドピッチのファインピッチ化をさらに進
めなければならない。
【０００５】したがって、ワイヤボンディングのファイ
ンピッチ対応に関しても、さらにボンディング技術を高
めなければならない。
【０００６】ここで、ファインピッチに対応するボンデ
ィング技術としては、より小さなイニシャルボール（接
合前のボール）を形成して、より小さな荷重と超音波出
力とで接合することが必要となる。
【０００７】なお、ワイヤボンディング技術について
は、例えば、日経ＢＰ社、１９９３年５月３１日発行、
「実践講座ＶＬＳＩパッケージング技術（下）」香山
晋、成瀬邦彦（監修）、２２〜３０頁に記載されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術のワイヤボンディングにおいて、ファインピッチに対
応させようとすると、安定した大きさの圧着ボールを安
定した接合強度が得られるように形成しなければなら
ず、これは、技術的に困難であるとともに、コスト低減
の観点から既存の製造設備の活用が求められているた
め、以下の３点の技術をカバーすることが問題点として
挙げられる。
【０００９】すなわち、 １．イニシャルボールが大きく形成された場合でも小さ
な圧着ボールで接合可能な技術。
【００１０】２．イニシャルボール径がばらついても安
定した圧着ボールで接合可能な技術。
【００１１】３．ボンディング荷重および超音波出力の
変動を吸収して安定した圧着ボールを形成する技術。で
ある。
【００１２】本発明の目的は、ファインピッチ対応の製
品の歩留り向上とコスト低減を図るワイヤボンディング
方法および装置を提供することにある。
【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００１４】
【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、
以下のとおりである。
【００１５】すなわち、本発明のワイヤボンディング方
法は、ボール押し付け部に形成された複数のテーパ面の
うち先端側の第１テーパ面の傾斜角が基端側の第２テー
パ面の傾斜角より大きく形成されたキャピラリを準備す
る工程と、ボンディング用のワイヤを前記キャピラリに
通してワイヤ先端にボールを形成する工程と、前記キャ
ピラリの前記ボール押し付け部に前記ボールを配置し、
その後、前記ボール押し付け部の前記第２テーパ面によ
って前記ボールを被接合面に押し付けてワイヤボンディ
ングを行う工程とを有するものである。
【００１６】これにより、キャピラリのボール押し付け
部すなわちインサイドチャンファの容積を増やすことが
できる。
【００１７】その結果、ボンディング時にインサイドチ
ャンファに配置したワイヤのボールに対して、このボー
ルをインサイドチャンファに閉じ込めようとする力を増
やすとともに、ボールをインサイドチャンファから押し
出そうとする力を減らすことができる。
【００１８】したがって、イニシャルボール径が大きい
場合であっても、ボンディング時、圧着ボール径が大き
くなることを抑制でき、これにより、圧着ボールの大き
さを抑えて小さく形成することができる。
【００１９】その結果、小さな圧着ボール径でボンディ
ングを行うことができる。
【００２０】これにより、ファインピッチに対応したキ
ャピラリを実現させることができ、その結果、ファイン
ピッチ対応の製品（半導体装置）の歩留り向上を図るこ
とができる。
【００２１】また、本発明のワイヤボンディング装置
は、ボールボンディングにおけるボンディングツールで
あるキャピラリを備え、前記キャピラリのボール押し付
け部が複数のテーパ面を有するとともに、前記複数のテ
ーパ面のうち前記キャピラリの先端側の第１テーパ面の
傾斜角が基端側の第２テーパ面の傾斜角より大きく形成
されているものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【００２３】図１は本発明のワイヤボンディング装置の
全体構造の実施の形態の一例を示す斜視図、図２は図１
に示すワイヤボンディング装置に設けられたキャピラリ
の構造とボール押し付け状態の一例を示す図であり、
（ａ）はキャピラリの拡大部分断面図、（ｂ）はボール
押し付け状態の拡大部分断面図、図３は図１に示すワイ
ヤボンディング装置によってワイヤボンディングされた
半導体装置（ＣＳＰ）の構造の一例を示す断面図、図４
および図５は本発明のワイヤボンディング方法における
ボンディング手順の一例を示す手順概念図、図６は図２
に示すキャピラリに対する変形例のキャピラリによるボ
ール押し付け状態を示す拡大部分断面図、図７は図２に
示すキャピラリに対する変形例のキャピラリの構造とボ
ール押し付け状態の一例を示す図であり、（ａ）はキャ
ピラリの拡大部分断面図、（ｂ）はボール押し付け状態
の拡大部分断面図、図８は図２に示すキャピラリに対す
る比較例のキャピラリによるボール押し付け状態を示す
拡大部分断面図、図９は図２に示すキャピラリと図６に
示す変形例のキャピラリとでボール押し付け状態を比較
して示す比較図、図１０は図７に示す変形例のキャピラ
リと図８に示す比較例のキャピラリとでボール押し付け
状態を比較して示す比較図、図１１は図２に示すキャピ
ラリに対する変形例のキャピラリの構造を示す拡大部分
断面図、図１２は図２に示すキャピラリに対する変形例
のキャピラリの構造を示す拡大部分断面図、図１３は図
７に示す変形例のキャピラリと図８に示す比較例のキャ
ピラリとにおける圧着ボール径を示す拡大部分断面図で
あり、（ａ）は変形例のキャピラリ、（ｂ）は比較例の
キャピラリ、図１４は図１３に示すそれぞれのキャピラ
リにおいて圧着ボール径の大きさを比較した際の比較デ
ータの一例を示す比較結果図である。
【００２４】図１に示す本実施の形態のワイヤボンディ
ング装置は、半導体製造工程のワイヤボンディング工程
において、半導体集積回路が形成された図３に示す半導
体チップ１のパッド１ａと、半導体チップ１を搭載する
基板の内部リード４ａとを金やアルミニウムなどからな
る金属細線であるボンディング用のワイヤ２によって電
気的に接続するものであり、ワイヤ２の先端に形成した
図４（ａ）に示すボール２ｂをボンディングツールであ
るキャピラリ３によって半導体チップ１のパッド１ａに
圧着し、その後、図５（ｃ）に示すように、ワイヤ２を
内部リード４ａに圧着するものである。
【００２５】したがって、前記ワイヤボンディング装置
は、キャピラリ３を用いてボールボンディング（ネイル
ヘッドボンディングともいう）を行うボンディング装置
である。
【００２６】図１〜図５を用いて、図１に示す前記ワイ
ヤボンディング装置の概略構成について説明すると、ボ
ールボンディングにおけるボンディングツールであると
ともに、ワイヤ２の先端に形成したボール２ｂを配置す
るボール押し付け部であるインサイドチャンファ３ｄが
形成されたキャピラリ３と、ワイヤ２の先端のボール２
ｂを半導体チップ１のパッド１ａに圧着してボール２ｂ
とパッド１ａとを電気的に接続する第１ボンドが行われ
るとともに、前記第１ボンド後、ワイヤ２と薄膜配線テ
ープ４の内部リード４ａとを電気的に接続する第２ボン
ドが行われるボンディング処理部５とからなり、図２
（ａ）に示すように、キャピラリ３のインサイドチャン
ファ３ｄが複数のテーパ面を有するとともに、前記複数
のテーパ面のうちキャピラリ３の先端側の第１テーパ面
３ｅの傾斜角θ1 が基端側の第２テーパ面３ｆの傾斜角
θ2 より大きく形成されている。
【００２７】ここで、インサイドチャンファ３ｄは、キ
ャピラリ３の先端側の開口孔３ｃ付近に形成されたボー
ル２ｂの収容箇所であり、ワイヤ２の先端に形成された
ボール２ｂをボンディング時に収容かつ位置決めし、さ
らに、被接合面に対して押し付ける箇所である。
【００２８】なお、本実施の形態のキャピラリ３は、図
２（ａ）に示すように、インサイドチャンファ３ｄにお
いて相互に連なった２種類の前記テーパ面が形成されて
いる場合であり、両テーパ面とも、キャピラリ３の先端
方向に向かうにつれて徐々に広がった円錐形のテーパ面
である。
【００２９】したがって、本実施の形態のキャピラリ３
は、インサイドチャンファ３ｄが２段テーパによって形
成されているものである。
【００３０】さらに、本実施の形態のキャピラリ３は、
その第１テーパ面３ｅの傾斜角θ1が４５°より大きく
形成されている。
【００３１】また、キャピラリ３の先端径Ｔが１３０μ
ｍより小さく形成され、かつ先端面３ａの傾斜角つまり
先端面角度３ｂが５°より大きく形成されている。
【００３２】このキャピラリ３の形状（先端径Ｔが１３
０μｍより小さく、かつ先端面角度３ｂが５°より大き
い）は、ファインピッチ対応を表すものであり、この条
件を満たすキャピラリ３は、ファインピッチに対応して
ワイヤボンディングを行うことが可能なものである。
【００３３】したがって、本実施の形態のキャピラリ３
は、ファインピッチ対応のものである。
【００３４】これにより、本実施の形態では、前記ワイ
ヤボンディング装置によってワイヤボンディングが行わ
れる半導体装置の一例として、図３に示すような薄膜配
線テープ４を用いた小形のテープＢＧＡタイプのもので
かつファインピッチ（パッド１ａの設置ピッチが狭ピッ
チのもの）のＣＳＰ６を取り上げて説明する。
【００３５】なお、本実施の形態のキャピラリ３は、第
１テーパ面３ｅの傾斜角θ1 を４５°より大きくし、さ
らに、第１テーパ面３ｅの傾斜角θ1 を基端側の第２テ
ーパ面３ｆの傾斜角θ2 より大きく形成することによ
り、インサイドチャンファ３ｄの容積を増やしたもので
ある。
【００３６】これにより、図２（ｂ）に示すように、ボ
ンディング時にインサイドチャンファ３ｄに配置したワ
イヤ２のボール２ｂに対して、このボール２ｂをインサ
イドチャンファ３ｄに閉じ込めようとする力Ｆを増やす
作用を高めるとともに、ボール２ｂをインサイドチャン
ファ３ｄから押し出そうとする力Ｐを減らす作用を高め
るものである。
【００３７】次に、前記ワイヤボンディング装置の詳細
構成について説明すると、図４に示すワークであるダイ
ボンド済み（半導体チップ１搭載後）の薄膜配線テープ
４をボンディング処理部５に向けて送り出すローダ８
と、ワイヤボンディングを終えて搬送された薄膜配線テ
ープ４を受け取るアンローダ９と、薄膜配線テープ４を
ローダ８からボンディング処理部５に、かつボンディン
グ処理部５からアンローダ９に搬送するフィーダ部１０
と、ボンディングに関わるツールを搭載したボンディン
グヘッド１１と、ボンディング処理部５においてワーク
である薄膜配線テープ４を支持しかつθ回転可能なステ
ージ１２とを備えている。
【００３８】また、ボンディングヘッド１１は、その先
端にキャピラリ３が取り付けられたＵＳ（Ultra-Sonic)
ホーン（超音波ホーン）１３を上下に動かし、このボン
ディングヘッド１１が載るＸＹテーブル１４との動作制
御により、ワイヤ２を接続し、その結果、ワイヤ２のル
ープを形成する。
【００３９】なお、ＵＳホーン１３は、キャピラリ３に
超音波振動を付与するものでもある。
【００４０】さらに、キャピラリ３の上方にはワイヤ２
を挟んで引っ張りかつ切断するクランパ１７が設けられ
ている。
【００４１】また、ボンディングの際には、ボンディン
グヘッド１１に搭載されたカメラ１５が、薄膜配線テー
プ４とその上にダイボンディングされた半導体チップ１
との相対位置を検出し、所定の箇所にワイヤ２を圧着し
て接続する。前記カメラ１５が撮影した映像はモニタ１
６に出力される。
【００４２】次に、図３に示す半導体装置の構成につい
て説明する。
【００４３】前記半導体装置はＣＳＰ６であり、半導体
チップ１搭載用の基板として薄膜配線テープ４を用いた
ものであるとともに、外部端子として複数のボール状の
電極すなわち複数のバンプ１９が設けられたファインピ
ッチの小形のテープＢＧＡタイプのものである。
【００４４】ＣＳＰ６の構成は、半導体集積回路が形成
されかつアルミニウムからなるパッド１ａが設けられた
半導体チップ１と、半導体チップ１を支持し、かつこの
半導体チップ１のパッド１ａに応じて設けられた内部リ
ード４ａを備えた薄膜配線テープ４と、ＣＳＰ６の外部
端子として薄膜配線テープ４に複数個取り付けられたバ
ンプ１９と、キャピラリ３によって圧着され、半導体チ
ップ１のパッド１ａとこれに対応する内部リード４ａと
を電気的に接続する金線であるワイヤ２と、半導体チッ
プ１およびワイヤ２を樹脂封止して形成した封止部７と
からなる。
【００４５】なお、外部端子である複数のバンプ１９
は、薄膜配線テープ４のチップ搭載側の面と反対側の面
において格子状に配列され、さらに、半導体チップ１
は、予め薄膜配線テープ４に塗布された接着剤１８によ
って薄膜配線テープ４に固定されている。
【００４６】また、薄膜配線テープ４は、例えば、ポリ
イミドフィルムなどからなるテープ基材４ｂからなり、
このテープ基材４ｂに内部リード４ａ（内部配線も含
む）が形成され、内部リード４ａの接合面４ｃ以外の箇
所の表面は、レジスト膜４ｄによって覆われている。
【００４７】さらに、薄膜配線テープ４に取り付けられ
た複数のバンプ１９は、例えば、半田によって形成され
たものであり、また、封止部７を形成する封止用樹脂
は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂である。
【００４８】また、封止部７は、モールドによって形成
されたものであるが、モールド以外のポッティングなど
によって形成されてもよい。
【００４９】次に、本実施の形態のワイヤボンディング
方法について説明する。
【００５０】前記ワイヤボンディング方法は、図１に示
すワイヤボンディング装置を用いて行うものであり、本
実施の形態では、前記ワイヤボンディング方法を図３に
示すテープＢＧＡであるＣＳＰ６の製造方法と併せて説
明する。
【００５１】まず、所定箇所にダイボンド用の接着剤１
８が予め塗布された薄膜配線テープ４を準備する。
【００５２】続いて、接着剤１８上に半導体チップ１を
載置して所定温度に加熱してダイボンディングを行う。
【００５３】その後、半導体チップ１搭載済みの薄膜配
線テープ４（以降、この状態の薄膜配線テープ４をワー
クという）を図１に示すワイヤボンディング装置のロー
ダ８にセットする。
【００５４】さらに、フィーダ部１０によりローダ８か
ら前記ワークをボンディング処理部５まで搬送して、ス
テージ１２上にセットし、そこでワイヤボンディングを
行う。
【００５５】ここで、本実施の形態で用いるキャピラリ
３は、図２（ａ）に示すように、インサイドチャンファ
３ｄが２段テーパによって形成されたものである。
【００５６】さらに、キャピラリ３の先端側の第１テー
パ面３ｅの傾斜角θ1 が基端側の第２テーパ面３ｆの傾
斜角θ2 より大きく形成され、第１テーパ面３ｅの傾斜
角θ1 が４５°より大きく形成されているとともに、キ
ャピラリ３の先端径Ｔが１３０μｍより小さく形成さ
れ、かつ先端面３ａの傾斜角つまり先端面角度３ｂが５
°より大きく形成されている。
【００５７】これにより、本実施の形態のキャピラリ３
は、先端径Ｔが小さく形成されたファインピッチ対応の
ものである。
【００５８】ワイヤボンディングを行う際には、まず、
図４（ａ）に示すように、ボンディングツールを半導体
チップ１上に搬送し、そこで、ワイヤスプール２４に巻
かれて収容されたボンディング用の金線であるワイヤ２
を、所定量だけワイヤスプール２４からワイヤガイド２
５を介して引き出し、その後、エアテンショナー２６に
よってワイヤ２に所定のテンションを掛けつつ、ワイヤ
ガイド２５およびクランパ１７を介して図２（ａ）に示
すキャピラリ３の開口孔３ｃにワイヤ２を通す。
【００５９】さらに、電気トーチ２７によってワイヤ２
の先端にボール２ｂを所定の大きさに形成する。
【００６０】続いて、キャピラリ３によりボール２ｂを
半導体チップ１のパッド１ａに圧着してボール２ｂとパ
ッド１ａとを電気的に接続する第１ボンドを行う。
【００６１】この際、まず、図１に示すカメラ１５に接
続された図４（ｂ）に示すカメラ鏡筒１５ａによって、
ボンディングすべき半導体チップ１のパッド１ａおよび
薄膜配線テープ４の内部リード４ａの位置（座標）をモ
ニタ１６に出力しながら補正しつつ算出する（位置認識
を行う）。
【００６２】その後、キャピラリ３のボール押し付け部
であるインサイドチャンファ３ｄにワイヤ２の先端に形
成したボール２ｂを配置し、続いて、ＵＳホーン１３に
よって所定の超音波振動をキャピラリ３に付与しなが
ら、図２（ａ),（ｂ）に示すように、インサイドチャン
ファ３ｄの第２テーパ面３ｆによってボール２ｂを被接
合面である半導体チップ１のパッド１ａの接合面１ｂ
（図４参照）に押し付ける。
【００６３】この際、図２（ｂ）に示すように、図２
（ａ）に示す第２テーパ面３ｆからの押し出そうとする
力Ｐが比較的弱くボール２ｂに対して働く。
【００６４】これにより、図４（ｃ）に示すように、キ
ャピラリ３によって、ワイヤ２の先端に形成したボール
２ｂを半導体チップ１のパッド１ａに圧着し、その結
果、チップ側のボンディングである第１ボンドを完了す
る。その際、クランパ１７においては、これを開いて、
ワイヤ２を開放しておく。
【００６５】前記第１ボンドを終了した後、図５（ａ）
に示すように、キャピラリ３を薄膜配線テープ４のボン
ディングすべき内部リード４ａ上に移動させてルーピン
グを行う。
【００６６】続いて、図５（ｂ）に示すように、キャピ
ラリ３を降下させ、その後、キャピラリ３によってワイ
ヤ２を内部リード４ａに圧着するリード側すなわち第２
ボンド側の接合を行う。なお、第２ボンド側の接合の際
にも、ＵＳホーン１３によってキャピラリ３に超音波振
動も付与しながら接合を行う。
【００６７】前記第２ボンドの終了後、図５（ｃ）に示
すように、ワイヤ２を前記第２ボンド側のワイヤ接合部
２ａ近傍で切断するワイヤ切断を行い、その後、キャピ
ラリ３を上昇させて、再び、ボール２ｂの形成を行う。
【００６８】この手順により、半導体チップ１のボンデ
ィングすべき全てのパッド１ａに対し、これに対応する
薄膜配線テープ４の内部リード４ａとのワイヤボンディ
ングを、第１ボンドと第２ボンドとを順次繰り返して行
ってワイヤボンディングを終了する。
【００６９】その後、ワイヤボンディングが終了したワ
ークをフィーダ部１０によってアンローダ９に搬送し、
これをアンローダ９に収容する。
【００７０】続いて、アンローダ９からワークを取り出
し、半導体チップ１およびワイヤ２の封止を行う。
【００７１】この際、封止工程において、封止用樹脂と
して、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂などを用い、ポ
ッティングまたはモールドなどにより樹脂封止を行い、
これにより、封止部７を形成する。
【００７２】その後、ワークの薄膜配線テープ４の所定
箇所にはんだボールを供給し、ボール転写後、前記ワー
クをリフロー炉などに通してＣＳＰ６の外部端子である
ボール電極すなわちバンプ１９を所定数形成する。
【００７３】これにより、図３に示すＣＳＰ６（半導体
装置）を製造できる。
【００７４】本実施の形態のワイヤボンディング方法お
よび装置によれば、以下のような作用効果が得られる。
【００７５】すなわち、キャピラリ３のボール押し付け
部すなわちインサイドチャンファ３ｄの先端側の第１テ
ーパ面３ｅの傾斜角θ1 が基端側の第２テーパ面３ｆの
傾斜角θ2 より大きく形成され、さらに、その際、前記
傾斜角θ1 が４５°より大きく形成されていることによ
り、インサイドチャンファ３ｄの容積を増やすことがで
きる。
【００７６】これにより、ボンディング時にインサイド
チャンファ３ｄに配置したワイヤ２のボール２ｂに対し
て、図２（ｂ）に示すように、このボール２ｂをインサ
イドチャンファ３ｄに閉じ込めようとする力Ｆを増やす
とともに、ボール２ｂをインサイドチャンファ３ｄから
押し出そうとする力Ｐを減らすことができる。
【００７７】したがって、イニシャルボール径（接合前
のボール２ｂの径）が大きい場合であっても、ボンディ
ング時、圧着ボール径（接合後のボール２ｂの径）が大
きくなることを抑制でき、これにより、圧着ボールの大
きさを抑えて小さく形成することができる。
【００７８】その結果、小さな前記圧着ボール径でボン
ディングを行うことができる。
【００７９】これにより、ファインピッチに対応したキ
ャピラリ３を実現させることができ、その結果、ファイ
ンピッチ対応の製品（ＣＳＰ６）の歩留り向上を図るこ
とができる。
【００８０】さらに、キャピラリ３の先端径Ｔが１３０
μｍより小さく形成され、かつ先端面３ａの傾斜角つま
り先端面角度３ｂが５°より大きく形成されていること
により、ファインピッチに対応させたワイヤボンディン
グのボンダビリティをさらに向上できる。
【００８１】また、キャピラリ３のインサイドチャンフ
ァ３ｄの容積を増やすことができるため、前記イニシャ
ルボール径のばらつきが大きい場合であっても、ボンデ
ィング時、前記圧着ボール径のばらつきを抑えることが
できる。
【００８２】これにより、前記圧着ボールを安定した大
きさに形成することができ、その結果、前記同様、ファ
インピッチ対応のＣＳＰ６の歩留り向上を図ることがで
きる。
【００８３】ここで、図６および図７に示すキャピラリ
３は、本実施の形態のキャピラリ３に対する他の実施の
形態（変形例）のキャピラリ３を示すものであり、両者
ともファインピッチ対応のキャピラリ３である。
【００８４】図６に示すキャピラリ３は、本実施の形態
の図２に示すキャピラリ３と同様に、そのインサイドチ
ャンファ３ｄが２段テーパによって形成されているもの
である。
【００８５】その際、先端側の第１テーパ面３ｅ（図９
参照）の傾斜角θ1 は基端側の第２テーパ面３ｆの傾斜
角θ2 より大きく形成されているものの、図６に示すキ
ャピラリ３の傾斜角θ1 （図９参照）は、図２に示すキ
ャピラリ３の傾斜角θ1 より小さく形成されている。
【００８６】したがって、図６に示す変形例のキャピラ
リ３のインサイドチャンファ３ｄの容積は、図２に示す
キャピラリ３のインサイドチャンファ３ｄの容積より小
さい。
【００８７】また、図７に示すキャピラリ３は、そのボ
ール押し付け部であるインサイドチャンファ３ｄが、１
種類のテーパ面である第１テーパ面３ｅからなり、この
第１テーパ面３ｅの傾斜角θ1 が４５°より大きいもの
である。
【００８８】つまり、図７に示すキャピラリ３は、その
インサイドチャンファ３ｄが１段テーパによって形成さ
れているものである。
【００８９】この図７に示す変形例のキャピラリ３によ
ってボール２ｂの圧着を行う際には、このキャピラリ３
のインサイドチャンファ３ｄにボール２ｂを配置した
後、インサイドチャンファ３ｄの第１テーパ面３ｅによ
ってボール２ｂを被接合面である半導体チップ１のパッ
ド１ａの接合面１ｂに押し付けてワイヤボンディングす
なわちボール２ｂの圧着を行う。
【００９０】この際においても、図２に示すキャピラリ
３の場合と同様に、図７（ａ）に示す第１テーパ面３ｅ
からの押し出そうとする力Ｐが、図７（ｂ）に示すよう
に、比較的弱くボール２ｂに対して働く。
【００９１】ここで、図８に示すキャピラリ３は、本実
施の形態のキャピラリ３に対する比較例のキャピラリ３
を示すものであり、この図８に示す比較例のキャピラリ
３は、そのインサイドチャンファ３ｄが１段テーパによ
って形成され、かつ傾斜角θ1 は、４５°以下に形成さ
れている。
【００９２】すなわち、図８に示す比較例のキャピラリ
３は、そのインサイドチャンファ３ｄの容積が、図２
（本実施の形態）、図６または図９に示す変形例のキャ
ピラリ３のインサイドチャンファ３ｄの容積に比べて小
さい。
【００９３】したがって、図８に示す比較例のキャピラ
リ３のインサイドチャンファ３ｄでは、ボール２ｂをイ
ンサイドチャンファ３ｄから押し出そうとする力Ｐが大
きい。
【００９４】なお、図２（ｂ）、図６、図７（ｂ）およ
び図８に示すそれぞれのキャピラリ３において、圧着ボ
ール径のばらつきをそれぞれΔで表すと、ΔＬ7 ＝Ｌ8
−Ｌ7 ，ΔＬ5 ＝Ｌ6 −Ｌ5 ，ΔＬ3 ＝Ｌ4 −Ｌ3 ，Δ
Ｌ1 ＝Ｌ2 −Ｌ1 となり、これらにより、ΔＬ1 ＞ΔＬ
3 、ΔＬ5 ≧ΔＬ7 となることがわかる。
【００９５】また、図７に示す変形例のキャピラリ３に
おいてその傾斜角θ1 を４５°に設定した場合（図１３
（ａ）参照、本来、傾斜角θ1 ＞４５°であるが、ここ
では４５°に設定した）と、図８に示す比較例のキャピ
ラリ３においてその傾斜角θ1 を３０°に設定した場合
（図１３（ｂ）参照）とで、圧着ボール径の大きさとそ
のばらつきをテストした結果を図１４に示す。
【００９６】なお、両者とも、イニシャルボール径は同
じ大きさに設定し、同一条件下でテストを行ったもので
ある。
【００９７】図１４によれば、傾斜角θ1 ＝４５°（イ
ンサイドチャンファ３ｄの容積大）の方が、傾斜角θ1
＝３０°（インサイドチャンファ３ｄの容積小）の場合
より圧着ボール径が小さく、かつそのばらつきも少ない
ことがわかる。
【００９８】すなわち、キャピラリ３のインサイドチャ
ンファ３ｄの容積が大きい方が、容積が小さい場合よ
り、圧着ボール径が小さく、かつそのばらつきが少な
い。
【００９９】図１４のテスト結果を踏まえて、図２（本
実施の形態）、図６（変形例）、図７（変形例）および
図８（比較例）のそれぞれのキャピラリ３を用いた際の
圧着ボール径のばらつきを比較したものを図９および図
１０に示す。
【０１００】図９は、図２に示す本実施の形態のキャピ
ラリ３と図６に示す変形例のキャピラリ３とを比較した
ものであり、図１０は、図７に示す変形例のキャピラリ
３と図８に示す比較例のキャピラリ３とを比較したもの
である。
【０１０１】なお、図９および図１０において、圧着前
のボール２ｂの径をＤ1 ，Ｄ2 とし、圧着後のボール２
ｂ（ワイヤ接合部２ａ）の径をＬ1 〜Ｌ8 とすると、そ
れぞれのキャピラリ３における圧着前のボール２ｂのば
らつきは、ΔＤ＝Ｄ2 −Ｄ1によって表される。
【０１０２】また、圧着後のボール２ｂのばらつきは、
図２に示すキャピラリ３がΔＬ7 ＝Ｌ8 −Ｌ7 、図６に
示すキャピラリ３がΔＬ5 ＝Ｌ6 −Ｌ5 、図７に示すキ
ャピラリ３がΔＬ3 ＝Ｌ4 −Ｌ3 、図８に示すキャピラ
リ３がΔＬ1 ＝Ｌ2 −Ｌ1 によってそれぞれ表される。
【０１０３】これらにより、ΔＬ1 ／ΔＤ＞ΔＬ3 ／Δ
Ｄ、ΔＬ5 ／ΔＤ≧ΔＬ7 ／ΔＤとなることがわかり、
その結果、インサイドチャンファ３ｄの容積は、できる
だけ大きい方が良いことがわかる。
【０１０４】なお、本実施の形態のワイヤボンディング
装置においては、キャピラリ３だけの変更でファインピ
ッチ対応を実現できる。
【０１０５】したがって、既存の製造装置（例えば、ワ
イヤボンディング装置）をそのまま使用してワイヤボン
ディングを行うことができる。
【０１０６】これにより、ファインピッチ対応でワイヤ
ボンディングを行う際の設備投資を抑制できる。
【０１０７】その結果、ＣＳＰ６のコスト低減を図るこ
とができる。
【０１０８】さらに、キャピラリ３の交換により、イン
サイドチャンファ３ｄの容積を増やすことができるた
め、ボンディング荷重および超音波出力が変動（ばらつ
き）した際にもこの変動を吸収することができ、これに
より、圧着ボール径のばらつきを抑えることができる。
【０１０９】したがって、圧着ボールを安定した大きさ
に形成することができ、その結果、ファインピッチ対応
のＣＳＰ６の歩留り向上を図ることができる。
【０１１０】なお、これらにより、既存のワイヤボンデ
ィング装置を用いてファインピッチに対応したワイヤボ
ンディングを行うことができるため、設備投資を抑制で
きる。
【０１１１】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態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。
【０１１２】例えば、前記実施の形態では、キャピラリ
３におけるインサイドチャンファ３ｄの形状として、種
々のタイプについて説明したが、キャピラリ３のインサ
イドチャンファ３ｄの容積を大きくする形状は、他にも
考えられる。
【０１１３】そこで、図１１に示す他の実施の形態（変
形例）のキャピラリ３は、図２あるいは図６に示したキ
ャピラリ３と同様に２段テーパのものであるが、キャピ
ラリ３の第２テーパ面３ｆの傾斜角θ2 がマイナス側に
傾斜して形成されているものである。
【０１１４】すなわち、傾斜角θ1 ＞４５°かつ傾斜角
θ2 ＜０に形成されている。
【０１１５】その結果、図１１に示すキャピラリ３によ
れば、第２テーパ面３ｆの傾斜角θ2 がマイナス側に傾
斜してることにより、ボール２ｂをインサイドチャンフ
ァ３ｄから押し出そうとする力Ｐを増やすことができ、
これにより、ボール２ｂをインサイドチャンファ３ｄに
閉じ込めようとする力Ｆを維持した状態でボール２ｂの
接合強度を増加させることができる。
【０１１６】また、図１２に示す他の実施の形態のキャ
ピラリ３は、３段テーパのものであり、図１２（ａ）
は、「傾斜角θ1 ＞４５°＞θ2 ＞０かつ傾斜角θ3 は
任意」の条件により形成されたインサイドチャンファ３
ｄであり、さらに、図１２（ｂ）は、「傾斜角θ1 ＞４
５°かつθ2 ＜０かつ傾斜角θ3 は任意」の条件により
形成されたインサイドチャンファ３ｄである。
【０１１７】図１２（ａ),（ｂ）に示すキャピラリ３の
インサイドチャンファ３ｄは、３段テーパによって形成
されているため、その最も基端側には、第２テーパ面３
ｆから連なった第３テーパ面３ｇが形成されている。
【０１１８】なお、図１２に示すキャピラリ３によって
も、インサイドチャンファ３ｄの容積を大きくすること
が可能となり、前記実施の形態のキャピラリ３と同様の
作用効果が得られる。
【０１１９】つまり、本実施の形態のワイヤボンディン
グ装置に設置されるキャピラリ３は、そのインサイドチ
ャンファ３ｄ（ボール押し付け部）の容積を図８に示す
比較例のキャピラリ３のインサイドチャンファ３ｄより
も大きく形成したものであれば、その形状は特に限定さ
れるものではない。
【０１２０】ただし、前記キャピラリ３は、ファインピ
ッチ対応のものである際に、より大きな効果が得られる
ため、その先端径Ｔ（図２参照）が１３０μｍより小さ
く、かつ先端面角度３ｂが５°より大きく形成されてい
ることが好ましい。
【０１２１】また、図２、図６、図７、図１１および図
１２に示すキャピラリ３においては、そのインサイドチ
ャンファ３ｄに形成される角部がエッジ状のものを図示
したが、前記角部は、円弧状（Ｒ形状）に形成されてい
る方が好ましい。
【０１２２】さらに、前記実施の形態においては、ワイ
ヤボンディング方法および装置として、超音波を用いた
ボールボンディングの場合について説明したが、前記ワ
イヤボンディング方法および装置は、超音波を用いない
ボールボンディングであってもよい。
【０１２３】また、前記実施の形態では、半導体装置の
一例としてテープＢＧＡタイプのＣＳＰ６を取り上げて
説明したが、前記半導体装置は、ＣＳＰ６に限定される
ものではなく、キャピラリ３を用いてボールボンディン
グによるワイヤボンディングを行うものであれば、他の
半導体装置であってもよい。
【０１２４】その際、前記半導体装置は、薄膜配線テー
プ４の代わりとして、リードフレームを用いて製造する
ＱＦＰ（Quad Flat Package)などであってもよい。
【０１２５】
【発明の効果】本願によっ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、
以下のとおりである。
【０１２６】（１）．キャピラリのインサイドチャンフ
ァの先端側の第１テーパ面の傾斜角が基端側の第２テー
パ面の傾斜角より大きく形成されていることにより、イ
ンサイドチャンファの容積を増やすことができる。した
がって、イニシャルボール径が大きい場合であっても、
ボンディング時、圧着ボール径が大きくなることを抑制
でき、その結果、小さな圧着ボール径でボンディングを
行うことができる。これにより、ファインピッチに対応
したキャピラリを実現させることができ、その結果、フ
ァインピッチ対応の製品の歩留り向上を図ることができ
る。
【０１２７】（２）．前記（１）により、キャピラリだ
けの変更でファインピッチ対応を実現できるため、既存
の製造装置をそのまま使用してワイヤボンディングを行
うことができる。これにより、ファインピッチ対応でワ
イヤボンディングを行う際の設備投資を抑制でき、その
結果、半導体装置のコスト低減を図ることができる。
【０１２８】（３）．インサイドチャンファの容積を増
やすことができるため、イニシャルボール径のばらつき
が大きい場合であっても、ボンディング時、圧着ボール
径のばらつきを抑えることができる。これにより、圧着
ボールを安定した大きさに形成することができ、その結
果、ファインピッチ対応の製品の歩留り向上を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の全体構造の
実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ),（ｂ）は図１に示すワイヤボンディング
装置に設けられたキャピラリの構造とボール押し付け状
態の一例を示す図であり、（ａ）はキャピラリの拡大部
分断面図、（ｂ）はボール押し付け状態の拡大部分断面
図である。
【図３】図１に示すワイヤボンディング装置によってワ
イヤボンディングされた半導体装置（ＣＳＰ）の構造の
一例を示す断面図である。
【図４】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明のワイヤボンディ
ング方法におけるボンディング手順の一例を示す手順概
念図である。
【図５】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明のワイヤボンディ
ング方法におけるボンディング手順の一例を示す手順概
念図である。
【図６】図２に示すキャピラリに対する変形例のキャピ
ラリによるボール押し付け状態を示す拡大部分断面図で
ある。
【図７】（ａ),（ｂ）は図２に示すキャピラリに対する
変形例のキャピラリの構造とボール押し付け状態の一例
を示す図であり、（ａ）はキャピラリの拡大部分断面
図、（ｂ）はボール押し付け状態の拡大部分断面図であ
る。
【図８】図２に示すキャピラリに対する比較例のキャピ
ラリによるボール押し付け状態を示す拡大部分断面図で
ある。
【図９】図２に示すキャピラリと図６に示す変形例のキ
ャピラリとでボール押し付け状態を比較して示す比較図
である。
【図１０】図７に示す変形例のキャピラリと図８に示す
比較例のキャピラリとでボール押し付け状態を比較して
示す比較図である。
【図１１】図２に示すキャピラリに対する変形例のキャ
ピラリの構造を示す拡大部分断面図である。
【図１２】（ａ),（ｂ）は図２に示すキャピラリに対す
る変形例のキャピラリの構造を示す拡大部分断面図であ
る。
【図１３】（ａ),（ｂ）は図７に示す変形例のキャピラ
リと図８に示す比較例のキャピラリとにおける圧着ボー
ル径を示す拡大部分断面図であり、（ａ）は変形例のキ
ャピラリ、（ｂ）は比較例のキャピラリである。
【図１４】図１３（ａ),（ｂ）に示すそれぞれのキャピ
ラリにおいて圧着ボール径の大きさを比較した際の比較
データの一例を示す比較結果図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ １ａ パッド １ｂ 接合面 ２ ワイヤ ２ａ ワイヤ接合部 ２ｂ ボール ３ キャピラリ（ボンディングツール） ３ａ 先端面 ３ｂ 先端面角度（傾斜角） ３ｃ 開口孔 ３ｄ インサイドチャンファ（ボール押し付け部） ３ｅ 第１テーパ面（テーパ面） ３ｆ 第２テーパ面（テーパ面） ３ｇ 第３テーパ面（テーパ面） ４ 薄膜配線テープ ４ａ 内部リード ４ｂ テープ基材 ４ｃ 接合面 ４ｄ レジスト膜 ５ ボンディング処理部 ６ ＣＳＰ（半導体装置） ７ 封止部 ８ ローダ ９ アンローダ １０ フィーダ部 １１ ボンディングヘッド １２ ステージ １３ ＵＳホーン １４ ＸＹテーブル １５ カメラ １５ａ カメラ鏡筒 １６ モニタ １７ クランパ １８ 接着剤 １９ バンプ ２４ ワイヤスプール ２５ ワイヤガイド ２６ エアテンショナー ２７ 電気トーチ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボール押し付け部に形成された複数のテ
    ーパ面のうち先端側の第１テーパ面の傾斜角が基端側の
    第２テーパ面の傾斜角より大きく形成されたキャピラリ
    を準備する工程と、 ボンディング用のワイヤを前記キャピラリに通してワイ
    ヤ先端にボールを形成する工程と、 前記キャピラリの前記ボール押し付け部に前記ボールを
    配置し、その後、前記ボール押し付け部の前記第２テー
    パ面によって前記ボールを被接合面に押し付けてワイヤ
    ボンディングを行う工程とを有することを特徴とするワ
    イヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】 ボール押し付け部に形成されたテーパ面
    である第１テーパ面の傾斜角が４５°より大きく形成さ
    れたキャピラリを準備する工程と、 ボンディング用のワイヤを前記キャピラリに通してワイ
    ヤ先端にボールを形成する工程と、 前記キャピラリの前記ボール押し付け部に前記ボールを
    配置し、その後、前記ボール押し付け部の前記第１テー
    パ面によって前記ボールを被接合面に押し付けてワイヤ
    ボンディングを行う工程とを有することを特徴とするワ
    イヤボンディング方法。
  3. 【請求項３】 ボールボンディングにおけるボンディン
    グツールであるキャピラリを備え、前記キャピラリのボ
    ール押し付け部が複数のテーパ面を有するとともに、前
    記複数のテーパ面のうち前記キャピラリの先端側の第１
    テーパ面の傾斜角が基端側の第２テーパ面の傾斜角より
    大きく形成されていることを特徴とするワイヤボンディ
    ング装置。
  4. 【請求項４】 ボールボンディングにおけるボンディン
    グツールであるキャピラリを備え、前記キャピラリのボ
    ール押し付け部がテーパ面である第１テーパ面を有する
    とともに、前記第１テーパ面の傾斜角が４５°より大き
    く形成されていることを特徴とするワイヤボンディング
    装置。
  5. 【請求項５】 請求項３記載のワイヤボンディング装置
    であって、前記キャピラリの前記第１テーパ面の傾斜角
    が４５°より大きく形成されていることを特徴とするワ
    イヤボンディング装置。
  6. 【請求項６】 請求項３または５記載のワイヤボンディ
    ング装置であって、前記キャピラリの前記第２テーパ面
    の傾斜角がマイナス側に傾斜して形成されていることを
    特徴とするワイヤボンディング装置。
  7. 【請求項７】 請求項３，４，５または６記載のワイヤ
    ボンディング装置であって、前記キャピラリの先端径が
    １３０μｍより小さく形成され、かつ先端面の傾斜角が
    ５°より大きく形成されていることを特徴とするワイヤ
    ボンディング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6715658B2 (en) * 2001-07-17 2004-04-06 Kulicke & Soffa Investments, Inc. Ultra fine pitch capillary
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US7124927B2 (en) 1999-02-25 2006-10-24 Reiber Steven F Flip chip bonding tool and ball placement capillary
US7389905B2 (en) 1999-02-25 2008-06-24 Reiber Steven F Flip chip bonding tool tip

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