JPS61101039A - ワイヤボンデイング方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はボンディング技術に関し、特に、半導体装置の
組立におけるワイヤボンディング工程に適用して効果の
ある技術に関する。

［背景技術］ ペレットと外部端子との電気的な接続を達成するため、
次に述べるようなワイヤボンディングを行うことが考え
られる。

すなわち、金（Ａｕ）などからなるワイヤをキャピラリ
に挿通し、キャピラリ先端部に突出されたワイヤの先端
を、たとえば電気ｉ−チなどで溶融させ溶融部の表面張
力によってボールを形成させ、このボールを予め所定の
温度に加熱されているペレットのボンディングバノドに
押圧しつつ超音波振動を印加して熱圧着さセる。

次に、キャピラリを移動させると同時にワイヤを−１−
ヤピラリ先端部から弓、１き出してループを形成さ一口
、このループ端を予め所定の温度に加熱されたリードフ
レームの如き外部端子のボンディングボス１〜に押圧し
つつ超音波振動を印加して熱圧着さ・ｌたのも、キャピ
ラリにワイヤをクランプした状態でキャピラリを移動さ
せ、圧着部からワイヤを切り離して一対のポンディング
バノトおよびボンディングボストのワイヤによる電気的
な接続が達成されるものである。

一方、半導体装置の高集積化、高密度化にともなってペ
レノｌ〜」二に設けられるポンディングパソＦも微細化
、高密度化される傾向にあり、ごれに伴うボンディング
部相互の干渉を防止するためホール径は微小化されつつ
ある。

さらに、半導体装置の低価格化に伴ってボンディングに
使用されるワイヤの材質も金（Ａｌｌ）などの高価なも
のから銅（Ｃｕ）などの安価なものに転換されつつある
。

しかしながら、上記のようなワイヤボンディングにおい
ては、接合部形成時にキャピラリに加えられる押圧荷重
が一定であるため、押圧動作初期のボールのつふれに作
用する荷重と超音波印加時における荷重が一様となり、
ワイヤの材質やボール径の変化に応じてボールの初期変
形を調整できず、また超音波印加時に押圧荷重が不足し
てベレソＩ・が損傷されるなどの不都合がある。

さらに、ベレット上のボンディングパノドにボールが押
圧される初期には、ボールとボンディングパノドが点接
触となるためボンディングパノトに局所的に大きな押圧
力が作用し、金（ＡＩＪ＞よりも硬いがコスト的に有利
なたとえば銅（Ｃ１１）などからなるワイヤを使用する
場合にボンディングバノドが損傷されるなどの不都合が
あることを本発明者は見い出した。

なお、ワイヤボンディング技術について詳しく述べであ
る文献としては、株式会社工業調査会、１９８２年１１
月１５日発行「電子材料」１９８２年１１月号別冊、Ｐ
１６３〜Ｐ　］　６８がある。

「発明の目的」 本発明の目的は、ワイヤ材質やホール径が変化してもボ
ンディング位置の損傷を生しることなく、高信頼性をも
ってワイヤボンディングできるボンディング技術を１Ｍ
４バすることにある。

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
。

［発明の概要］ 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、次の通りである。

すなわち、ボンディング動作においてワイヤをボンディ
ング位置に押圧するボンディング荷重を調整可能にする
ことによって、ワイヤ材質やボール径に最適なボンディ
ング荷重を印加することを可能にし、ざらにホンディン
グ位置にボールを押圧する前にボンディング位置以外の
位置でボールに予備的な塑性変形を与えるボンディング
動作を行わ−Ｕることによって前記目的を達成するもの
である。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例である超音波ボンディングを
加味した熱圧着方式のワイヤボンディング装置の構成を
示す側面図である。

ＸＹテーブル１０の上には、第１図の紙面に垂直な平面
内で移動自在なボンディングヘッド２０が位置され、こ
のボンディングヘッド２０にはボンディングアーム３０
が支点３１を回動中心として、紙面内において回動自在
に保持されている。

なお、図示するボンディングヘッド２０は、本発明に特
に関係する部分のみである。実際のボンディングヘッド
は、ボンディングアームの上下動機構、ワイヤクランパ
の駆動機構、ボンディングワイヤの先端部を球状化する
ための放電加工機構等が含まれているものである。

ボンディングアーム３０の一端にはホーン４０が設けら
れ、超音波発振源４２によって駆動される発振子４１に
よって発生される超音波振動がホーン４０の先端部に固
定されるキャピラリ５ｏに伝達される。キャピラリ５０
ば熱圧着方式のワイヤポンディングを行うものであるが
、上記超音波振動をさらに印加しているのが本実施例の
ワイヤボンディング装置である。

キャピラリ５０にはスプール６０から供給されるワイヤ
６１が挿ｉｌｌされ、スプール６０とキャピラリ５０と
の間に設（Ｊられたクランプ６２によって適時にワイヤ
６１が固定される構造とされている。

キャピラリ５０の下方にはフレームフィーダ７０が位置
され、第２図（ａ）はこのフレームフィーダ７０を線■
−Ｈの方向からみた平面図である。

フレームフィーダ７０」二には、フレームフィーダ７０
によって紙面に垂直な方向に逐次移動されるリードフレ
ーム８０−１−に固定された複数のベレノ１−９０とり
一１′フレーム８０とが位置され、ペレット９０上に設
りられた複数のボンディングパソド９１　（第１の位置
）とリードフレーム８０上のボンディングボスト８１　
（第２の位置）とがキャピラリ５０に挿通されたワイヤ
６１によってボンディングされる。

ボンディングアーム３０の他端には荷重ばね３２が設け
られ、ねじ３３によってボンディングアーム３０に加え
られる回動力が調整される構造とされている。

さらに、ボンディングアーム３０の支点３１と荷重ばね
３２との間にはボイスコイル１００によって上下方向に
移動されボンディングアーム３０に回動力を発生させる
コア１０１が固定され、荷重ばね３２と同方向あるいは
逆方向の回動力を発生することによって、ボンディング
動作におけるギヤピラリ５０によるワイヤ６１のボンデ
ィングパソド９１あるいはリードフレー１、におけるボ
ンディングボスト８１に対するワイヤ６１のボンディン
グ荷重が調整されるよう構成されている。

ボイスコイル１００ばボンディング荷重パターン生成部
１０３によって制御されるボイスコイル駆動部１０２に
接続され、ボンディング時においてキャピラリ５０に種
々のボンディング荷重パターンに基づくボンディング荷
重が加えられる構造とされている。

ＸＹテーブル１０および超音波発振源４２．ポンディン
グ荷重パターン生成部７３は本体制御部１１０に接続さ
れ、装置全体が制御される構造とされている。

次に、本実施例の作用について説明する。

まずキャピラリ５０に挿通されたワイヤ６１の先端部は
電気１−−チ（図示せず）によって溶融され表面張力に
よって第２図（ｂ）に示されるように、ワイヤ６１の先
端部にボール６１ａが形成される。

次に、ＸＹテーブルが適宜駆動されキャピラリ５０の先
端部が目標のポンディングパノド９１の直」一部に位置
決めされる。

次に、ボイスコイル７０およびコア７１によって発生さ
れる、荷重ばね３２の回動力に抗する回動力が減少され
、ホンディングアーム３０ば第１図において反時計方向
に回動され、キャピラリ５０はボンディングパソド９１
の上に降下され、ワイヤ６１の先端部に形成されたボー
ル６１ａはボンディングパソド９１に押圧され熱圧着さ
れると同時に、ホーン４０を介してキャピラリ５０に超
音波振動が伝えられ超音波振動によるワイヤボンディン
グが加味される。

第３図（ｂ）〜（ｄ）は、この時のボンディング荷重の
パターンと超音波振動の印加のタイミングのいくつかの
例を示すグラフであり、縦軸にはボンディング荷重およ
び超音波振動の強度が取られ、横軸には時間が取られて
いる。

また、第３図＜ａ＞は、考えられるワイヤボンディング
装置によるボンディングの場合を示すものである。

（ａ）の場合には、ボール６１ａの初期のつぶれによっ
てボンディング荷重が急激に減少した後は超音波振動の
印加の有無にかかわらずボンディング荷重はほぼ一定の
ままであるが、（ｂ）〜（ｄ）によって示される本実施
例のワイヤボンディング装置ではボール６１ａの初期の
つぶれ時と超音波振動印加時とは個別にボンディング荷
重が調整できることが示されている。

この結果、たとえばボール６１ａの径が小さい場合には
、グラフ（Ｃ）のようにボール６１ａの初期のつぶれ時
に作用するボンディング荷重を比較的小に設定し、ホー
ル６１ａの過度の塑性変形を防止するとともに、超音波
振動印加時にはボンディング荷重を増大さ・ｌて接合部
に対する超音波振動を効率的に作用さ−ｌ、ボンディン
グ荷重の不七分さに起因するホンディングバッドの破を
員や接合強度の低下が防１にされる。

さらに、たとえば、ワイヤ６１が銅（Ｃｕ）などの比較
的硬い材料で構成される場合には、グラフ（ｂ）で示さ
れるように、ボール６１ａの初期の塑性変形を充分行わ
−１るため、ホンディング荷重を比較的太に設定し、超
音波振動印加時にはボンディング荷重を徐々に減少させ
て、ホンディングバッド９１に過大な力が加わることを
防止して、銅などの比較的硬い材質からなる１ツイヤ６
１を用いたワイヤホンディングを可能にするものである
。

このように、ポンディングパソＦ９１におけるボンディ
ングが行われた後、キャピラリ５０が−に昇されると共
に、ＸＹテーブル１０が適宜駆動され、ワイヤ６１を引
出してループを形成しながらキャピラリ５０はリードフ
レーム８０Ｊ二のボンディングポスト８１の直ゴニに移
動される。

次に、キャピラリ５０はＷｓ下され、キャピラリ５０の
先端部によってワイヤ６１の側面部がボンディングボス
ト８１に押圧されるとともにボーン４０を介してキャピ
ラリ５ｏに超音波振動が印加され、ループ端がボンディ
ングボスト８１に圧着される。

次に、クランプ６２によってワイヤ６１がキャピラリ５
０側に固定された状態でキャピラリ５゜が」二昇され、
ワイヤ６１は圧着部近傍でひきちぎられて一対のボンデ
ィングパソド９１およびホンディングポスト８１間のワ
イヤボンディングが達成される。

上記の一連のボンディング動作を繰り返すことによって
複数のポンディングパッド９１およびボンディングポス
ト８１間のワイヤボンディングがボール６］ａの径やワ
イヤ６１の材質に影響されることなく高信頼度でおこな
われる。

Ｕ実施例２１ さらに、第２図（Ｃ）は本発明の他の実施例であるワイ
ヤボンディング方法を示すものであり、ワイヤ６１の先
端部に同図（ｂ）のように形成されたボール６］ａをペ
レノ１９０上のホンディングバッド９Ｉにホンディング
する前に、リードフレーム８０のボンディングボスト８
１の近傍の衝撃吸収層８３が設ＬＪられた予備打撃位置
８２　（第３の位置）に押圧してボール６１ａの下部を
平坦化さ−ｌるところが前記実施例１と異なり、他は実
施例１と同様である。

すなわち、ホンディングバッド９１へのボンディングに
先立ってボール６１ａの下部を平坦化ざセておくことに
よって、ワイヤ６１が比較的硬度の大きな、たとえば銅
（Ｃｕ）などの材質で構成される場合に、ホンディング
バッド９１と硬度の大きなボール６１ａが点接触となる
ことを防止して、ボンディングパｙ　ｔ’　９１がボー
ル６１ａによって損傷されることが防止されるものであ
る。

この場合、衝撃吸収層８３はたとえばアルミニラムから
なる層によっ”ζ構成され、ボール６１ａが予備打撃位
ｆｆ８２に押圧される際にボール６１ａに付着しホンデ
ィングバッド９１における接合部でも衝撃吸収層の作用
を果たす。

［効果］ （１）２第１の位置または第２の位置の少なくとも一方
におけるボンディング動作時のボンディング荷重がボン
ディング荷重パターン生成部によって可変であるため、
ボール径やワイヤ材質に最適なボンディング荷重の印加
パターンを実現することが可能となる結果、ボンディン
グ部を損傷することなく高信頼度のワイヤボンディング
を行うことができる。

（２）、第１の位置または第２の位置の少なくとも一方
におけるボンディングに先立って、第３の位置において
ワイヤ先端部に形成されたボールに塑性変形が与えられ
ボールの圧着部が平坦化されるため、比較的硬い材質か
らなるワイヤを用いたワイヤボンディングにおいて、ボ
ールとボンディング部が点接触となってボンディング部
に過大な押圧力が作用することが防止される結果、ボン
ディングにおけるボンディング部の損傷が防止される。

（３）、前記（１）の結果、より小径なホールをワイヤ
先端に形成さ−Ｕたワイヤボンディングが可能となり、
１敗細なポンディング部にワイヤボンディングを行うこ
とができる。

（４）、　１９ｉ７記＋１１．　ｆ２）の結果、より安
価な材質からなるワイヤを用いたワイヤボンディングが
可能となり、半導体装置の低価格化が実現できる。

（５）、前記（３）の結果、半導体装置の小型化、高集
積化が実現できる。

（６）、第３の位置に衝撃吸収層が設けられているため
、第３の位置の損傷が防止される。

以−に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Ａｉ前記実施例に限定さ
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いうまで４）ない。

たとえば、第３の位置を電気トーチ面とすることも可能
である。もちろん、超音波を使わない熱圧着方式のワイ
ヤボンディングとして用いても有効である。

図面の簡（２）な説明 第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置の側面図、 第２図（ａ）は第１図において線■−■で示される部分
の平面図、 第２図（ｂ）はキャピラリ先端部を拡大して示す図、 第２図（Ｃ）は本発明の他の実施例を説明する図、 第３図（ａ）は考えられるワイヤボンディング装置のボ
ンディング荷重パターンを示す図、第３図（ｂ）〜（ｄ
）は本発明の一実施例であるワイヤホンディング装置の
ボンディング荷重パターンを示す図である。

１０・・・ＸＹテーブル、２０・・・ボンディングヘッ
ド、３０・・・ボンディングアーム、４０・・・ホーン
、５０・・・キャピラリ、７０・・・フレームフィーダ
、８０・・・ジ−１゛フレーム、８１・・・ボンディン
グボス１−（第２の位置）、８２・・・予備打撃位置（
第３の位置）、８３・・・衝撃吸収層、９０・・・ペレ
ット、９１・・・ボンディングパ７１　　（第１の位置
）、１００・・・ボイスコイル、１０１・・・コア、１
０２・・・ボイスコイル駆動部、１０３・・・ボンディ
ング荷重パターン生成部、＋１０・・・本体制御部。

（Ｃ） ３図 贋　１’４閥ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導体からなるワイヤによって第１の位置および第２
   の位置間の電気的な接続を達成するワイヤボンディング
   方法であって、第１の位置および第２の位置の少なくと
   も一方のボンディング動作におけるボンディング荷重を
   変化させながらボンディングすることを特徴とするワイ
   ヤボンディング方法。 ２、第１の位置および第２の位置の少なくとも一方のボ
   ンディング動作に先立って第３の位置においてボンディ
   ングワイヤ先端のボールに塑性変形が与えられることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボンディ
   ング方法。 ３、第３の位置に衝撃吸収層が設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のワイヤボンディン
   グ方法。 ４、導体からなるワイヤによって第１の位置および第２
   の位置間の電気的な接続を達成するワイヤボンディング
   装置であって、第１の位置および第２の位置の少なくと
   も一方のボンディング動作におけるボンディング荷重を
   可変とする手段がボンディングアームに設けられている
   ことを特徴とするワイヤボンディング装置。