JPS61159743A - 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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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は卑金属ワイヤを用いた半導体装置のワイヤボン
ディング方法およびこれを実施する装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置の製造工程には、例えば
半導体素子とリードとをワイヤで接続するるワイヤボン
ディング工程がある。この作業は近時自動装置により極
めて高い能率で遂行されており、金ワイヤを用いた方法
が実用化されている。
このワイヤの材料も半導体素子の低コスト化に伴いコス
ト高の要因となり金代替ワイヤを用いてボンディングす
ることが要望さ−れている。その代表的なものに鋼ワイ
ヤやアルミニウムワイヤを用いることが試みられている
が、未だ実用化されていない。特に銅などの卑金属ワイ
ヤを用いた場合、素子やリードフレームなどの被接合部
材を載置するワークステージを加熱し、これらを２００
’Ｃ〜３５０°Ｃ程度に昇温する必要があるため、この
熱によりワイヤが酸化され、ワイヤの先端と放電電極と
の間でスパークしにりく、良好なボールが形成されにく
いことがあり、またウェッジボンディングの場合、被接
合面に接合されに＜＜、いずれも接合強度が不十分であ
るなど、ボール形成不良や、接合不良の問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は上述の不都合を除去するためになされたもので
、卑金属ワイヤを用いてもボール形成性および接合性の
良好な半導体装置のワイヤボンディング方法および装置
を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明はワイヤ繰出し部からキャピラリまでの間におい
てワイヤを還元性ガス雰囲気中で加熱して還元し、活性
化する還元処理を行なうことを特徴とする卑金属ワイヤ
を用いた半導体装置のワイヤボンディング方法およびこ
れを実施するための装置である。
〔発明の実施例〕
以下本発明方法および１！置の詳細を第１図〜第３図を
参照しながら実施例により説明する。なお本実施例は鋼
ワイヤを用いた電気トーチ法によるワイヤボンディング
に適用したものであるが、この電気トーチ法による全自
動ワイヤボンディング装置は当業者において周知である
から、本発明に直接関係する要部についてのみ説明する
。
第１図は本発明を実施した第１の実施例としてのワイヤ
ボンディング装置のワイヤ経路系（１）を示す。
ボンディング用ワイヤ、例えば銅ワイヤがワイヤ繰出し
部、例えばワイヤスプール（１ｍ＞に巻装されてボンデ
ィング装置に設置される。このワイヤスプール（１ａ）
から導出された銅ワイヤ（２）は、ワイヤガイド（３）
を経てクランパ、例えば第１のクランパ（４）、第２の
クランパ（５）を走行し、キャピラリ（６）を挿通して
、鋼ワイヤ（２）の先端がキャピラリ（６）から突出し
た成層で導かれる。この飼ワイヤ（２）の突出した先端
近傍には電気トーチ捧（７）が設置され、銅ワイヤ（２
）の生端にボールを形成する時のみ銅ワイヤ（２）の先
端との間で放電を発生させるように相対的に移動、例え
ばトーチＩ！！！　（７）を移動させてボール（８）を
形成する。この際、電気トーチ棒（７）とワイヤ（２）
近傍は酸化防止のためにノズル（７ａ）から流出する不
活性ガスや還元性ガスなどで覆われている。このボール
（８）の下方には被接合部材、例えば集積回路（ＩＣ）
（９）が取着されたリードフレーム員を設置するワーク
ステージＱυが設けられている。このワークステージａ
９にはヒータａ２が組み込まれており、銅ワイヤ（２）
のボンディングを良好に促進させるように温度、例えば
２００’ＣにワーＹ駆動テーブル（図示せず）上に設置
されるが、さらにキャピラリー（６）をボンディングア
ーム（６ａ）を介して上下方向（Ｚ軸方向）にも駆動す
るようにそれぞれ直接リニアモータ（図示せず）に接続
される＠ さらに上記テーブルにはボンディング位置を視覚認識す
るためのカメラ（図示せず）も設置され、出力をコンピ
ュータ（図示せず）に入力して、このコンピュータによ
りボンディング位置制御を行なうようになっている。
さらにまたワイヤガイド（３）と第１のクランパ（４）
との間および第１のクランパ（４）と第２のクランパ、
（５）との間および第２のクランパ（５）とキャピラリ
アーム（６ａ）との間にはワイヤ（２）の走行路を囲ん
でシールダクト　ａ３、Ｑｌ１（１！１９が設けられて
いて、これらには図示しない導入管により不活性ガスま
たは還元性ガスが流入しており、上述したようにヒータ
αりによる熱のため夫鋼ワイヤ（２）が酸化され止 るのを防もしている。本発明の装置は上述の装置にさら
に還元用ダクトＱ１）がワイヤスプール（１りとワイヤ
ガイド（３）との間に設けられている。
すなわち、還元用ダク＋ｌυは、透明な耐熱ガラスで形
成された両端開口した筒状部材であるダクト本体のに一
端から順次ガス流入口（ハ）、（２）、（ハ）を設け、
ダクト本体−を支持体翰で支持して構成されている。そ
してガス流入口（至）、（至）はそれぞれ両端開口側に
傾けて取付けられていて、窒素または不の流入口（財）
からは図示しない加熱装置により加熱された高温の還元
性ガス、例えば１０％の水素を混合したアルゴンガスが
流入している。
次に上述の装置の使用態様とともに、本発明方法につき
述べる。常法に従い、銅ワイヤ（２）を繰出し部である
スプール（１ａ＞から繰出し、還元用ダクトｃ１１）の
ダクト本体のを通し、シールドダクト峙、第１のクラン
パ（４）１シールドダクト（１４，第２のクランパ（５
）、シールドダクト（Ｉ！９およびキャピラリ（６）を
通して銅ワイヤ（２）を突出させた状態に準備してボン
デイン装置は作動を開始する。これにより一般公知の順
序に従ってノズル（７ａ）から流出する不活性ガスの中
で電気トーチ棒（７）により放電して銅ワイヤ（２）の
先端にボール（８）が形成され、Ｘ−Ｙステージにより
移動されて、同時に上下動してボンディング作業が続行
される。この間スプール（１ａ）から繰出された鋼ワイ
ヤ（２）は、ダクト本体＠に入ると１５０℃〜４００°
Ｃの高温に加熱されて流入口（財）からダクト本体の内
に流入する還元性ガスにより加熱されるとともに還元し
て活性化され、出口端近傍において流入口（ハ）から流
入する低温の不活性ガスにより十分冷却され還元用、、
、、）ＣＩ！１）ｅｆｆｉ−Ｃも酸化ス、。となく、次
。７−緋ダク）　（１３に入る。このようにして還元活
性化され桑 て順次クランパ、シールダクトを経てキャピラリ（６）
に至り、その間酸化されることなく活性を保ったままボ
ール（８）が形成され、ボンディングされる。
なお、本実施例においては、ダクト本体（２）を一体形
成したが、適宜、例えば３分割で構成してもよいことは
云うまでもないことである。
次に第２の実施例につき、第３図を参照して説明する。
この実施例は第１図に示した第１の実施例とはその還元
用ダクｌυの部分だけが相違しているので、他の部分に
ついては説明を省略する。
第３図において還元用ダクト（至）は一端が閉じられ他
端が開口した耐熱ガラスからなる透明な筒状部材である
ダクト本体（３のに、その両端近傍にガスを流入する流
入口（３３）、（３４）を設けるとともに、端壁（３５
）にワイヤ（２）を挿通ずる挿通孔（句を形成し、さら
にダクト本体（（２）の中央部外側にワイヤ（２）を加
熱する加熱装置（３７）　　（本実施例においては電気
ヒータ）を取付けて構成されている。そして加熱装置（
３７）でダクト本体く３の内を加熱することにより、挿
通孔＠）を通って走行する銅ワイヤ（２）を加熱する。
一方流入口（３３から還元性ガスとしてアルゴン＋１０
％水素のガスを流入させ、流入口（ト）から冷却用ガス
としてアルゴンガスを流入させる。これらにより還元性
ガス中で加熱されて還元され、活性化された銅ワイヤ（
２）は冷却され、酸化が防止された状態でキャピラリ（
６）の方に送られて行く。
なお、各実施例においては、加熱装置（３力として電気
ヒータを用いたが、ガスその他発熱装置ならば何でもよ
い。また還元用ダク）　Ｑｌ）はワイヤ繰出し部（１ｍ
＞からキャビラ（６）までの間のワイヤ経路系（１）の
いずれの部位に設けてもよい。さらにまた、使用する卑
金属ワイヤとして鋼ワイヤを用いたが、銅合金ワイヤ、
アルミニウムワイヤ、アル１＝ウム合金ワイヤ征どいず
れを用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明のワイボンデイング方法は
、ワイヤ繰出し部からキャピラリまでの間にワイヤを加
熱しながら還元性ガスの中を通す還元処理を施すので卑
金属ワイヤを用いても十分還元され、活性化されるため
、良好なポールを得ることができ、また接合性も向上す
るので、高品質な安定したボンディングを行なうことが
できる。
さらにまた、本発明のワイヤダンディング装置はワイヤ
経路系中に、還元用ダクトを設け、ダクト本体に還元性
ガスの流入口および出口側に冷却用ガスの流入口を設け
さらに加熱装置を設けて構成したので、十分加熱されて
ワイヤは還元されるとともに、出口において冷却される
から、活性化が保持されたままボンディングすることが
できるので本発明方法の効果を一層発揮する効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の実施例の要部を示す構成図、第２
図は同じく第１の実施例の要部（還元用ダクト）を示す
断面図、第３図は同じく第２の実施例の要部（還元用ダ
クト）を示す断面図である。 （１）・・・ワイヤ経路系、（ｌａ）・・・ワイヤ繰出
し部、スプール、（２）・・・卑金属ワイヤ、（４）、
（５１・・・クランパ、（６）・・・キャピラＩＪ　、
（９）、α〔・・・被接合部材（集積回路９−Ｆ７レー
Ａ）、（イ）Ｓ＠・・・筒状部材、ダクト本体、（２）
、（３３・・・流入口（還元用）、器、（３４）・・・
流入口（冷却用）、（メ・・・加熱装置。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑（はが１名）第１囚　
　　　第２図 手続補正書（＊Ｒ） １、事件の表示 特願昭６０−１８７号 ２、発明の名称 ワイヤボンディング方法および装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （３０７）　　株式会社　東芝 ４、代理人 〒１０５ 東京都港区芝浦−丁目１番１号 （１）明細書の発明の名称の欄 （２）明細書の特許請求の範囲の欄 （３）明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、　補正の内容 （］）明細書の発明の名称を「ワイヤボンディング方法
および装置」と変更する。 （２）明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり訂正する
。 （３）明細書の第３頁第４行目および第４頁第１８行目
に記載の「半導体装置の」とあるを特徴する 特許請求の範囲 （１）卑金属ワイヤをワイヤ繰出し部から導出しり２ン
パを介しキャピラリに挿通して被接合部材に圧着してポ
ンディ゛ングする半導体装置のワイヤボンディング方法
において、上記ワイヤ繰出し部から上記キャピラリまで
の間において上記ワイヤを加熱して還元処理を行なうこ
とを特徴とする’７（ヤボンディング方法。 （２）還元性ガスで卑金属ワイヤを加熱することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボヱｊユヱｙ
ｙｓｊゴ （３）還元処理はワイヤを還元後還元性ガスまたは不活
性ガスによる冷却を含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１項または第２項記載のワイヤボンディング方法。 （４）加熱用の還元性ガスは１５０℃〜４００℃の温度
であることを特徴とする特許請求の範囲′１Ｉｃ１項な
いし第３項のいずれかに記載のワイヤボンディング方法
。 （５）卑金属ワイヤをワイヤ繰出し部から導出しクラン
パを介してキャピラリに挿通するワイヤ経路系を有する
半導体装置のワイヤボンディング装置において、上記ワ
イヤ経路系は上記ワイヤを挿通する筒状部材と、この筒
状部材に還元性ガスを流入するガス流入口および還元後
のワイヤを冷却する還元性ガスまたは不活性ガスを流入
するガス流入口と、上記筒状部材内のワイヤを加熱する
加熱装置とを具備したことを特徴とするワイヤボンディ
ング装置。 （６）加熱装置は筒状部材に流入する還元性ガスを加熱
してワイヤを加熱するもの°であることを特徴とする特
許請求の範囲第５項記載のワイヤボンディング装置。 （７）加熱装置は筒状部材を外側から加熱してワイヤを
加熱するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
５項記載のワイヤボンディング装置。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）卑金属ワイヤをワイヤ繰出し部から導出しクラン
    パを介しキャピラリに挿通して被接合部材に圧着してボ
    ンディングする半導体装置のワイヤボンディング方法に
    おいて、上記ワイヤ繰出し部から上記キャピラリまでの
    間において上記ワイヤを加熱して還元処理を行なうこと
    を特徴とする半導体装置のワイヤボンディング方法。
  2. （２）還元性ガスで卑金属ワイヤを加熱することを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置のワイヤ
    ボンディング方法。
  3. （３）環元処理はワイヤを還元後還元性ガスまたは不活
    性ガスによる冷却を含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の半導体装置のワイヤボンデ
    ィング方法。
  4. （４）加熱用の還元性ガスは１５０℃〜４００℃の温度
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
    ３項のいずれかに記載の半導体装置のワイヤボンディン
    グ方法。
  5. （５）卑金属ワイヤをワイヤ繰出し部から導出しクラン
    パを介してキャピラリに挿通するワイヤ経路系を有する
    半導体装置のワイヤボンディング装置において、上記ワ
    イヤ経路系は上記ワイヤを挿通する筒状部材と、この筒
    状部材に環元性ガスを流入するガス流入口および環元後
    のワイヤを冷却する還元性ガスまたは不活性ガスを流入
    するガス流入口と、上記筒状部材内のワイヤを加熱する
    加熱装置とを具備したことを特徴とする半導体装置のワ
    イヤボンディング装置。
  6. （６）加熱装置は筒状部材に流入する環元性ガスを加熱
    してワイヤを加熱するものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第５項記載の半導体装置のワイヤボンディン
    グ装置。
  7. （７）加熱装置は筒状部材を外側から加熱してワイヤを
    加熱するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    ５項記載の半導体装置のワイヤボンディング装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4928871A (en) * 1988-02-23 1990-05-29 Emhart Deutschland Gmbh Apparatus and method of controlled feed of a bonding wire to the "wedge" of a bonding head
US4995552A (en) * 1988-06-02 1991-02-26 Samsung Electronics Co. Ltd. Anti-oxidation system of a wire bonder using a copper wire
US5152450A (en) * 1987-01-26 1992-10-06 Hitachi, Ltd. Wire-bonding method, wire-bonding apparatus,and semiconductor device produced by the wire-bonding method

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