JPH11330138A - 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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JPH11330138A
JPH11330138A JP10138283A JP13828398A JPH11330138A JP H11330138 A JPH11330138 A JP H11330138A JP 10138283 A JP10138283 A JP 10138283A JP 13828398 A JP13828398 A JP 13828398A JP H11330138 A JPH11330138 A JP H11330138A
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bonding
wire
transducer
capillary
work
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JP10138283A
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Etsuo Takagi
悦夫 高木
Shigeru Yoshida
茂 吉田
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスデューサの熱膨張によるボンディン
グ位置のずれを低減するようにしたワイヤボンディング
装置を提供すること。 【解決手段】 ワイヤボンディング装置のボンディング
ヘッド１４が、ボンディングワイヤを挿通されるキャピ
ラリ１４ｃと、このキャピラリを先端に支持するトラン
スデューサ１４ｂと、トランスデューサを介してキャピ
ラリに伝達される超音波振動を発生する超音波振動子１
４ａと、キャピラリの先端から突出するボンディングワ
イヤとの間に放電を発生させて溶融する放電用電極１４
ｄとを備えていて、上記トランスデューサ１４ｂに隣接
して、トランスデューサを加熱するための加熱手段１４
ｅを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
の際に、半導体素子チップをリードフレームの外部端子
となるべき部分に対してワイヤボンディングするための
ワイヤボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置は、その製造工程にお
いて、例えばＩＣ等の半導体チップ上に形成された電極
部とパッケージのインナーリードとを金線等の導体金属
細線により電気的に接続（ワイヤボンディング）するよ
うになっている。
【０００３】ここで、上記ワイヤボンディングは、一般
的には、例えば図９に示すワイヤボンディング装置を使
用したボールボンド方式により、行なわれる。図９にお
いて、ワイヤボンディング装置１は、ワイヤボンディン
グすべきワーク２が載置されるボンディングステージ３
と、ボンディングステージ３の上方にて、ワイヤステー
ション部４から供給されるボンディングワイヤＷにより
ボンディングステージ３上のワーク２に対して所定のワ
イヤボンディングを行なうボンディングヘッド５とを備
えている。
【０００４】上記ワーク２は、例えば基板部分に半導体
チップが搭載されたリードフレームであって、ボンディ
ングステージ３上に図示しないクランプ等により固定保
持されるようになっている。
【０００５】上記ボンディングステージ３は、その上面
がワーク２の載置面として形成されていると共に、ワー
ク２を加熱するために高温加熱されている。
【０００６】上記ワイヤステーション部４は、ボンディ
ングワイヤＷが巻回されたワイヤスプール４ａと、ワイ
ヤスプール４ａから引き出されたボンディングワイヤＷ
に対して所定の張力を付与するエアノズル４ｂと、ボン
ディングワイヤＷをボンディングヘッド５に案内するワ
イヤガイド４ｃと、さらにボンディングワイヤＷに張力
を付与するエアステーション４ｄと、ボンディングワイ
ヤＷの先端付近を把持するワイヤクランパ４ｅとを備え
ている。
【０００７】上記ボンディングヘッド５は、超音波振動
子５ａと、超音波振動子５ａにより超音波振動が付与さ
れるトランスデューサ５ｂと、トランスデューサ５ｂの
先端に取り付けられたキャピラリ５ｃと、キャピラリ５
ｃの先端に近接して配設された放電用電極５ｄと、トラ
ンスデューサ５ｂに冷気を吹き付けるエアーノズル５ｅ
とを備えている。
【０００８】このような構成のワイヤボンディング装置
１によれば、前以てワーク２がボンディングステージ３
上に載置され、図示しないクランプ等により固定保持さ
れる。この状態から、ボンディングヘッド５が、ボンデ
ィングステージ３上に載置されたワーク２の上方に移動
される。そして、ボンディングヘッド５が下降すること
により、キャピラリ５ｃの先端がワーク２の例えば半導
体チップ上のボンディングパッドに対して当接し、放電
用電極５ｄによりボール状に溶融したボンディングワイ
ヤＷの先端が当該ボンディングパッドに対して接合され
る。その後、ボンディングヘッド５が、ボンディングワ
イヤＷを繰り出しながら対応するリードフレームのイン
ナーリードに当接する。これにより、このインナーリー
ドに対してボンディングワイヤＷが接合される。
【０００９】これにより、ワーク２である半導体チップ
上のボンディングパッドからリードフレームの対応する
インナーリードまで続く一本のボンディングワイヤＷに
よってワイヤボンディングが完成する。そして、ワーク
２である半導体チップ上のすべてのボンディングパッド
とリードフレームの対応するインナーリード間につい
て、上述した作業を繰返し行なうことにより、ワーク２
のワイヤボンディング作業が完了することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の半導
体装置等における高密度・高集積化に伴って、半導体チ
ップ上の電極の縮小化及び狭ピッチ化が進んでおり、こ
のためワイヤボンディング時に隣接する電極とのショー
トや半導体チップ内の配線とのショートの発生が大きな
問題になってきている。これは、ワイヤボンディング装
置１自体のボンディング位置の精度と、ワイヤボンディ
ング時のボンディングワイヤ先端のボールの変形や偏心
とによるものであると考えられる。
【００１１】ここで、ワイヤボンディング装置１自体の
ボンディング位置の精度に関しては、装置によるワーク
２のパターン認識精度や、モータ停止精度の他に、使用
に伴って発生する熱によるトランスデューサ５ｂの長手
方向の伸縮によるボンディング位置のずれが大きな原因
になっている。この熱の発生は、ワイヤボンディング時
のボンディングヘッド５の上下動用モータの発熱や、特
にボンディングステージ３の熱によるものである。
【００１２】このボンディングステージ３の熱によるト
ランスデューサ５ｂの温度上昇のメカニズムは、以下の
通りと考えられる。すなわち、装置停止時には、ボンデ
ィングヘッド５が加熱されているボンディングステージ
３から離れた位置に退避しているが、動作開始と共に、
トランスデューサ５ｂがボンディングステージ３上に移
動され、ボンディングステージ３からの熱がトランスデ
ューサ５ｂに伝達されてしまう。
【００１３】さらに、ワイヤボンディング時には、トラ
ンスデューサ５ｂに取り付けられたキャピラリ５ｃがボ
ンディングステージ３上に載置されたワーク２に接触す
ることにより、ボンディングステージ３からの熱がキャ
ピラリ５ｃを介してトランスデューサ５ｂに伝達される
ことになり、トランスデューサ５ｃの温度は、動作開始
と共に、徐々に上昇する。従って、トランスデューサ５
ｃの先端のキャピラリ５ｃの位置、即ちボンディング位
置は、トランスデューサ５ｂの温度上昇が安定するまで
の間、トランスデューサ５ｂの熱膨張によって経時的に
変化することになる。
【００１４】これに対して、従来は、トランスデューサ
５ｂに対して、エアーノズル５ｅにより冷気を吹き付け
て、冷却することにより、このトランスデューサ５ｂの
熱膨張を抑制するようにしている。
【００１５】しかしながら、このようなエアーノズル５
ｅによる冷気の吹き付けは、ワイヤボンディング装置１
の停止時には冷却が十分に行なわれることになるが、動
作開始と共に、トランスデューサ５ｂの温度が上昇する
ことになるので、結果的に停止時とワイヤボンディング
時のトランスデューサ５ｂの温度差が大きくなり、熱膨
張によるボンディング位置のずれは却って大きくなって
しまうという問題があった。
【００１６】本発明は、以上の点に鑑み、トランスデュ
ーサの熱膨張によるボンディング位置のずれを低減する
ようにした、ワイヤボンディング装置を提供することを
目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、ワイヤボンディングすべきワークを支持するボン
ディングステージと、ボンディングワイヤを供給するワ
イヤステーション部と、ワイヤステーション部からのボ
ンディングワイヤにより、ボンディングステージ上のワ
ークに対してワイヤボンディングを行なうボンディング
ヘッドとを含んでおり、このボンディングヘッドが、ボ
ンディングワイヤを挿通されるキャピラリと、このキャ
ピラリを先端に支持するトランスデューサと、トランス
デューサを介してキャピラリに伝達される超音波振動を
発生する超音波振動子と、キャピラリの先端から突出す
るボンディングワイヤとの間に放電を発生させて溶融す
る放電用電極とを備え、さらに、上記トランスデューサ
を加熱するための加熱手段を設けた、ワイヤボンディン
グ装置により、達成される。
【００１８】上記構成によれば、トランスデューサが、
前以て待機時に加熱手段好ましくは加熱エアーノズルに
よって加熱されることにより、動作時のボンディングス
テージからの熱による熱膨張が低減されることになる。
従って、トランスデューサの動作開始からの熱膨張によ
って、キャピラリによるボンディング位置のずれが低減
されることになり、ボンディング位置の精度が向上す
る。これにより、ワイヤボンディングすべきワークの高
密度化・高集積化に伴う半導体チップ上の電極の縮小化
や狭ピッチ化においても、隣接する電極とのショートや
半導体チップ内の配線とのショートが確実に回避される
ことになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１乃至図８を参照しながら、詳細に説明する。尚、
以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例である
から、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもの
ではない。
【００２０】図１は、本発明によるワイヤボンディング
装置の一実施形態を示している。図１において、ワイヤ
ボンディング装置１０は、ワイヤボンディングすべきワ
ーク１１が載置されるボンディングステージ１２と、ボ
ンディングステージ１２の上方にて、ワイヤステーショ
ン部１３から供給されるボンディングワイヤＷによりボ
ンディングステージ１２上のワーク１１に対して所定の
ワイヤボンディングを行なうボンディングヘッド１４と
を備えている。
【００２１】上記ワーク１１は、例えば基板部分に半導
体チップが搭載されたリードフレームであって、ボンデ
ィングステージ１２上に図示しないクランプ等により固
定保持されるようになっている。
【００２２】上記ボンディングステージ１２は、その上
面がワーク１１の載置面として形成されていると共に、
ワーク１１を加熱するために高温加熱されている。
【００２３】上記ワイヤステーション部１３は、ボンデ
ィングワイヤＷが巻回されたワイヤスプール１３ａと、
ワイヤスプール１３ａから引き出されたボンディングワ
イヤＷに対して所定の張力を付与するエアノズル１３ｂ
と、ボンディングワイヤＷをボンディングヘッド１４に
案内するワイヤガイド１３ｃと、さらにボンディングワ
イヤＷに張力を付与するエアステーション１３ｄと、ボ
ンディングワイヤＷの先端付近を把持するワイヤクラン
パ１３ｅとを備えている。
【００２４】上記ボンディングヘッド１４は、超音波振
動子１４ａと、超音波振動子１４ａにより超音波振動が
付与されるトランスデューサ１４ｂと、トランスデュー
サ１４ｂの先端に取り付けられたキャピラリ１４ｃと、
キャピラリ１４ｃの先端に近接して配設された放電用電
極１４ｄと、トランスデューサ１４ｂに空気を吹き付け
るエアーノズル１４ｅと、から構成されている。
【００２５】超音波振動子１４ａは、電源１４ｆから給
電されることにより、超音波振動を発生するようになっ
ている。トランスデューサ１４ｂは、超音波振動子１４
ａからの超音波振動をキャピラリ１４ｃに伝送するよう
になっている。キャピラリ１４ｃは、トランスデューサ
１４ｂの先端から下方に延びるように取り付けられてお
り、その軸心に設けられた孔（図示せず）に、前記ボン
ディングワイヤＷが挿通されるようになっている。放電
用電極１４ｄは、キャピラリ１４ｃの下端から下方に延
びるボンディングワイヤＷの先端との間に放電を発生さ
せて、ボンディングワイヤＷの先端をボール状に溶融さ
せるようになっている。
【００２６】これにより、放電用電極１４ｄによりボー
ル状に溶融されたボンディングワイヤＷは、キャピラリ
１４ｃがワーク１１の所定のボンディング位置に押し付
けられることにより、圧力，熱及び超音波等によって、
ワーク１１のボンディングパッドに対して接合されるよ
うになっている。ここで、ボンディングの際に、キャピ
ラリ１４ｃの下端が、ワーク１１の所定のボンディング
位置に移動されるように、ボンディングヘッド１４は、
図示しない駆動制御装置により、ボンディングステージ
１２に対して３軸方向に移動されるようになっている。
【００２７】さらに、本実施形態のワイヤボンディング
装置１０においては、トランスデューサ１４ｂの加熱手
段を備えている。この加熱手段は、本実施形態では、例
えば上記エアーノズル１４ｅにより構成されている。こ
のエアーノズル１４ｅは、高熱エアー源１６に接続され
ていて、加熱された熱気を、トランスデューサ１４ｂに
対して吹き付けるようになっている。このエアーノズル
１４ｅは、図２乃至図４に示すように、例えばトランス
デューサ１４ｂに近接して配置され、その長手方向に沿
って長く延びるノズル部１４ｅと、このノズル部１４ｅ
の側面に、列状に並ぶように形成された複数の噴射口１
４ｇを備えている。これにより、トランスデューサ１４
ｂはその長さ方向に沿って、エアーノズル１４ｅの各噴
射口１４ｇから高温のエアーが吹きつけられ、トランス
デューサ１４ｂ全体が加熱されるようになっている。
【００２８】本実施形態によるワイヤボンディング装置
１０は、以上のように構成されており、前以てワーク１
１がボンディングステージ１２上に載置され、図示しな
いクランプ等により固定保持される。この状態から、ボ
ンディングヘッド１４が、ボンディングステージ１２上
に載置されたワーク１１の上方に移動される。そして、
ボンディングヘッド１４が下降することにより、キャピ
ラリ１４ｃの先端がワーク１１の例えば半導体チップ上
のボンディングパッドに対して当接し、放電用電極１４
ｄによりボール状に溶融したボンディングワイヤＷの先
端が当該ボンディングパッドに対して接合される。その
後、ボンディングヘッド１４が、ボンディングワイヤＷ
を繰り出しながら対応するリードフレームのインナーリ
ードに当接する。これにより、このインナーリードに対
してボンディングワイヤＷが接合される。
【００２９】これにより、ワーク１１である半導体チッ
プ上のボンディングパッドからリードフレームの対応す
るインナーリードまでの一本のボンディングワイヤＷの
ワイヤボンディングが完成する。そして、上述した作業
を、ワーク１１である半導体チップ上のすべてのボンデ
ィングパッドとリードフレームの対応するインナーリー
ド間について、繰返し行なうことにより、ワーク２のワ
イヤボンディング作業が完了することになる。
【００３０】この場合、上記トランスデューサ１４ｂ
は、待機状態にて、加熱エアーノズル１４ｅの噴射口か
ら加熱エアーが吹き付けられることによって、加熱され
ている。これにより、トランスデューサ１４ｂは、加熱
によって熱膨張することになる。従って、動作開始と共
に、ボンディングヘッド１４がボンディングステージ１
２の近くに移動され、あるいはワイヤボンディング時に
キャピラリ１４ｃの下端がボンディングステージ１２上
のワーク１１に当接して、ボンディングステージ１２か
らの熱が伝達されても、温度変化が殆ど発生しない。こ
のため、動作開始と共に、徐々に熱膨張によって、トラ
ンスデューサ１４ｂの先端に取り付けられたキャピラリ
１４ｃによるボンディング位置がずれてしまうようなこ
とがない。かくして、ボンディング位置の精度が向上す
ることになり、高密度化・高集積化に対応した正確なワ
イヤボンディングが行われることになる。
【００３１】ここで、トランスデューサ１４ｂが、図５
に示すように、ボンディングステージ１２から外れた待
機位置に停止し、従来のようにエアーノズルによって冷
気が吹き付けられた場合には、トランスデューサ１４ｂ
は十分に冷却されることになる。そして、ワイヤボンデ
ィングが開始されると、時間経過と共に、トランスデュ
ーサ１４ｂは、ボンディングステージ１２からの熱によ
って徐々に加熱されることにより、温度変化が非常に大
きくなる。従って、熱膨張によるキャピラリ１４ｃの変
位も、図８のグラフＡに示すように、非常に大きくなっ
てしまう。
【００３２】また、トランスデューサ１４ｂが、図６に
示すように、ボンディングステージ１２上に停止し、従
来のようにエアーノズルによって冷気が吹き付けられた
場合には、トランスデューサ１４ｂは冷却されることに
なる。そして、ワイヤボンディングが開始されると、時
間経過と共に、トランスデューサ１４ｂは、ボンディン
グステージ１２からの熱によって徐々に加熱されること
により、温度変化が大きくなる。従って、熱膨張による
キャピラリ１４ｃの変位も、図８のグラフＢに示すよう
に、大きくなってしまう。
【００３３】ここで、トランスデューサ１４ｂが、図７
に示すように、ボンディングステージ１２上に停止し、
冷気が吹き付けられない場合には、トランスデューサ１
４ｂはボンディングステージ１２からの熱を受けて温度
上昇する。従って、ワイヤボンディングが開始される
と、時間経過と共に、トランスデューサ１４ｂは、ボン
ディングステージ１２からの熱によってさらに加熱され
ることにより、温度変化がやや大きくなる。かくして、
熱膨張によるキャピラリ１４ｃの変位も、図８のグラフ
Ｃに示すように、やや大きくなってしまう。
【００３４】これに対して、トランスデューサ１４ｂ
が、図５の待機位置または図６に示すボンディングステ
ージ１２上の位置に停止し、本実施形態による加熱エア
ーノズル１４ｅによって適宜の温度の熱気が吹き付けら
れた場合には、トランスデューサ１４ｂは前以て加熱さ
れることになる。これにより、ワイヤボンディングが開
始されたとき、時間経過と共に、トランスデューサ１４
ｂは、ボンディングステージ１２からの熱を受けるが、
殆ど温度上昇せず、従って、熱膨張によるキャピラリ１
４ｃの変位も、図８のグラフＤに示すように、殆ど変化
しない。かくして、図７に示すように、ワイヤボンディ
ングを行なう場合に、トランスデューサ１４ｂは、最初
から熱膨張した状態にあるので、ワイヤボンディング開
始からの時間経過と共に、ボンディング位置のずれは発
生せず、ボンディング位置の精度が向上することにな
る。
【００３５】以上述べたように、上述の実施形態によれ
ば、トランスデューサが、前以て待機時に加熱手段好ま
しくは加熱エアーノズルによって加熱されることによ
り、動作時のボンディングステージからの熱による熱膨
張が低減されることになる。従って、トランスデューサ
の動作開始からの熱膨張によって、キャピラリによるボ
ンディング位置のずれが低減されることになり、ボンデ
ィング位置の精度が向上する。これにより、ワイヤボン
ディングすべきワークの高密度化・高集積化に伴う半導
体チップ上の電極の縮小化や狭ピッチ化においても、隣
接する電極とのショートや半導体チップ内の配線とのシ
ョートが確実に回避されることになる。
【００３６】上述した実施形態においては、トランスデ
ューサ１４ｂを加熱するための加熱手段として、加熱エ
アーノズル１４ｅが備えられているが、これに限らず、
トランスデューサ１４ｂを加熱できるものであれば、他
の任意の構成の加熱手段が使用されることは明らかであ
る。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ト
ランスデューサの熱膨張によるボンディング位置のずれ
を低減するようにした、ワイヤボンディング装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるワイヤボンディング装置の一実施
形態の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のワイヤボンディング装置の要部を示す部
分拡大平面図である。
【図３】図１のワイヤボンディング装置の要部を示す部
分拡大側面図である。
【図４】図１のワイヤボンディング装置の要部を示す部
分拡大正面図である。
【図５】図１のワイヤボンディング装置におけるトラン
スデューサの待機位置を示す概略図である。
【図６】図１のワイヤボンディング装置におけるトラン
スデューサの動作位置を示す概略図である。
【図７】図１のワイヤボンディング装置におけるトラン
スデューサの動作状態を示す概略図である。
【図８】図１のワイヤボンディング装置における各種条
件でのトランスデューサの熱膨張による変位の時間変化
を示すグラフである。
【図９】従来のワイヤボンディング装置の一例を示す概
略図である。
【符号の説明】
１０・・・ワイヤボンディング装置、１１・・・ワー
ク、１２・・・ボンディングステージ、１３・・・ワイ
ヤステーション部、１４・・・ボンディングヘッド、１
４ａ・・・超音波振動子、１４ｂ・・・トランスデュー
サ、１４ｃ・・・キャピラリ、１４ｄ・・・放電用電
極、１４ｅ・・・加熱エアーノズル（加熱手段）、１４
ｆ・・・電源。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤボンディングすべきワークを支持
    するボンディングステージと、ボンディングワイヤを供
    給するワイヤステーション部と、ワイヤステーション部
    からのボンディングワイヤにより、ボンディングステー
    ジ上のワークに対してワイヤボンディングを行なうボン
    ディングヘッドとを含んでおり、 このボンディングヘッドが、ボンディングワイヤを挿通
    されるキャピラリと、このキャピラリを先端に支持する
    トランスデューサと、トランスデューサを介してキャピ
    ラリに伝達される超音波振動を発生する超音波振動子
    と、キャピラリの先端から突出するボンディングワイヤ
    との間に放電を発生させて溶融する放電用電極とを備
    え、 さらに、上記トランスデューサを加熱するための加熱手
    段を設けたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】 上記加熱手段が、装置の待機時にも、ト
    ランスデューサを加熱することを特徴とする請求項１に
    記載のワイヤボンディング装置。
  3. 【請求項３】 上記加熱手段が、トランスデューサに近
    接して設けられ、このトランスデューサに対して適宜の
    温度の熱気を吹き付ける加熱エアーノズルであることを
    特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
  4. 【請求項４】 上記加熱エアーノズルが、トランスデュ
    ーサの長手方向に沿って並んだ噴射口を備えていること
    を特徴とする請求項３に記載のワイヤボンディング装
    置。
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