JPS61172343A - ワイヤボンデイング方法及び装置 - Google Patents

ワイヤボンデイング方法及び装置

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JPS61172343A
JPS61172343A JP60012503A JP1250385A JPS61172343A JP S61172343 A JPS61172343 A JP S61172343A JP 60012503 A JP60012503 A JP 60012503A JP 1250385 A JP1250385 A JP 1250385A JP S61172343 A JPS61172343 A JP S61172343A
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JP
Japan
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capillary
ball
bonding
bonding wire
wire
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JP60012503A
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English (en)
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Kazuhiro Yamamori
山森　和弘
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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］ この発明は半導体装置の製造工程に適用されるワイヤボ
ンディング方法と該方法を実施するためのワイヤボンデ
ィング装置に関するものであり、特に銅又は調合金製の
ボンディングワイヤを用いて構成される半導体装置の製
造に好適なワイヤボンディング方法及びワイヤボンディ
ング装置に関するものである。
［発明の技術的背景］ 銅又は調合金製のボンディングワイヤを用いて構成され
る半導体装置のワイヤボンディング方法は、金線をボン
ディングワイヤとする半導体装置のワイヤボンディング
方法とほぼ同じく熱圧着方式もしくはサーモソニック方
式で行われるが、銅及び銅合金は酸化しやすいため、ボ
ール形成時にキャピラリの先端部近傍に不活性ガスを吹
きつけてボール及びボンディングワイヤの酸化を防止し
ながらボール形成を行っている。
第４図及び第５図は銅又は調合金製のボンディングワイ
ヤを使用する従来のワイヤボンディングの方法及び装置
の概略を示したものである。　同図において、１はワイ
ヤボンダのキャピラリ、２は該キャピラリ１を支持する
とともに周期的に昇降動するキャピラリ支持部材、３は
キャピラリ１の最上昇位置において該キャピラリ１の先
端から引き出されている銅又は調合金製のボンディング
ワイヤ、４は該キャピラリ１の最上昇位置に配置されて
該ボンディングワイヤの先端に不活性ガスを吹きつける
とともに該ボンディングワイヤ３との間で放電を行う電
気トーチ兼不活性ガスノズル、５はリードフレーム６上
に搭載された半導体チップ、７は半導体チップ５及びリ
ードフレーム６上を加熱するためのヒータである。
前記のごとき公知のワイヤボンダによって銅又は調合金
製のボンディングワイヤ３を半導体チップ５及びリード
フレーム６のリード部にボンディングする場合、第４図
に示すようにキャピラリ１の、最上昇位置において電気
トーチ兼不活性ガスノズル４からボンディングワイヤ３
の先端に不活性ガスを吹きつけつつ放電を行って不活性
ガス雰囲気中で該ボンディングワイヤ３の先端を溶融し
てボールの形成を行った後、第５図に示すようにキャピ
ラリ支持部材２を下降させてキャピラリ１の先端を半導
体チップ５上の電極パッド部に圧接させることにより該
ボールを該電極パッド部に圧着させる。　引き続いてキ
ャピラリ１に上昇及び水平移動並びに下降運動を行わせ
てキャピラリ１中からボンディングワイヤの後続部分を
引き出すとともに該後続部分の一部をリードフレーム６
のリード部にスティッチボンディングすることにより一
本のボンディングワイヤの接続を完成する。
［背景技術の問題点〕 前記のごとき従来方法及び装置には次のような問題点が
あった。
（ｉ）　　従来方法及び装置においては、ボール形成時
にのみ該ボールを不活性ガスで保護しているが、ボール
形成時以後は該ボール及びその後続ボンディングワイヤ
が大気中に曝された状態におかれるため、ボール及び後
続ボンディングワイヤの各々の表面に酸化膜が形成され
やすいという欠点があった。　特にリードフレーム６や
半導体チップ５の近傍はヒータ７の発生熱によって酸化
が促進されるため、金よりも酸化されやすい銅又は調合
金製のボンディングワイヤの場合、キャピラリ１がボー
ル形成位置から下降した時点以後においてボール表面や
後続ボンディングワイヤ表面に硬い酸化膜が生じること
は避けられなかった。　従って従来の方法及び装置では
、半導体チップに対するボンディング不良やリード部に
対するボンデインク不良が生じやすかった。　また、従
来の方法及び装置では、リード部に対するステインチボ
ンディング後に次のワイヤテールの表面に酸化膜が形成
されるため、次のボール形成時に酸化膜のついたワイヤ
を溶融することになってボール形成が安定しなくなると
いう問題もあった。
更に、前記従来の方法及び装置においては、−個の半導
体チップのワイヤボンディング・が終って最後のボール
が形成された後、次の半導体チップが送られてくる間比
較的長時間放置されているため、該ボールの表面には酸
化膜の形成が進み、その結果、次の半導体チップに対す
る最初のワイヤボンディングが失敗するという問題も生
じていた。
（１１）　　前記のように、従来の方法及び装置では、
ボール表面とボンディングワイヤ表面とに酸化膜が生じ
やすく、従って銅又は調合金製のボンディングワイヤの
場合、ボールの硬さが金ワイヤの場合よりも高いので、
金ワイヤの場合よりも高い圧着荷重あるいは高い超音波
出力でボンディングを行っていたが、圧着荷重が占いた
め半導体チップに対するキャピラリの衝撃力も高く、そ
の結果、半導体チップに亀裂が入り、チップ破損が生じ
やすかった。
［発明の目的］ この発明の第一の目的は、前記従来方法に存する問題点
のないワイヤボンディング方法を提供することであり、
この発明の第二の目的は、この発明の方法を実施するた
めのワイヤボンディング装置を提供することである。
［発明の概要］ この発明によるワイヤボンディング方法は、ボール形成
後、次のボール形成直前までキャピラリ先端部近傍に還
元性の高温ガスを吹きつけることによりボール及びボン
ディングワイヤの酸化を防止しつつワイヤボンディング
を行うことを特徴とするものである。
また、この発明によるワイヤボンディング装置はキャピ
ラリと同期して昇降するとともに第一回のボール形成後
から次のボール形成蒔直前まで該キャピラリの先端部近
傍に対して還元性の高温ガスを継続して吹きつける還元
性高温ガスノズルを有していることを特徴とする。
従って本発明の方法及び装置によれば、ボール及びボン
ディングワイヤを酸化せずにワイヤボンディングを行う
ことができるとともにボール圧着部を還元性の高温ガス
でアニールすることができるので信頼性の高いボンディ
ング部分を形成することができる。
また、本発明の方法及び装置によれば、銅又は調合金製
のボンディングワイヤを酸化せずに従来よりも低い圧力
でボンディングすることができ、従ってワイヤボンディ
ング不良を減少させることができるとともにチップ破損
を皆無にすることができる。
［発明の実施例］ 以下に第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。
第１図は本発明の方法を実施するためのワイヤボンディ
ング装置の一実施例を示したものである。
第１図乃至第３図において、１はキャピラリ、２はキャ
ピラリ１を支持するとともに周期的に昇降動するキャピ
ラリ支持部材、３はキャピラリ１の先端から引き出され
ているボンディングワイヤ、８はキャピラリ１の最上昇
位置の近傍に配置された電気トーチ、９は電気トーチ８
を支持するとともに軸１０に回転のみ可能に支持された
支持ブロック、１１は支持ブロック９に一端を連結され
るとともに図示せぬ駆動機構により矢印ｒの方向に駆動
される電気トーチ駆動ロンド、５はリードフレーム６上
に搭載された半導体チップ、７はり一ドフレーム６及び
半導体チップ５を加熱するためのヒータである。　また
、１２はキャピラリ１の最上昇位置の近傍に配置されて
該キャピラリ１の先端部近傍（ボンディングワイヤ３）
にＡｒ等の不活性ガスを吹きつけるための不活性ガスノ
ズル、１３はキャピラリ支持部材２に取り付けられてキ
ャピラリ１の先端部近傍（すなわちボンディングワイヤ
３）に向けて還元性高温ガスを吹きつけるための還元性
高温ガスノズル、１４は該ノズル１３とガス加熱装置１
５とを連結した配管、１６は加熱装置１５に還元性ガス
を供給する還元性ガス供給管である。　なお、還元性高
温ガスノズル１３に供給される還元性高温ガスは、たと
えば不活性ガス中に水素等を１０〜２０％混入して２５
０℃以上の温度に加熱したものであるが、水素の代わり
に他の還元性ガスを使用してもよい。
次に第２図及び第３図を参照して本発明の方法について
説明する。
まず、第２図に示すようにキャピラリ１がその最上昇位
置にあるときに、不活性ガスノズル１２からボンディン
グワイヤ３に向けて不活性ガスを吹きつけつつ、電気ト
ーチ８からボンディングワイヤ３に向かって放電させる
ことによりボンディングワイヤ３の先端を溶融させてボ
ール形成を行う。　ボール形成後、還元性高温ガスノズ
ル１３からボール及びボンディングワイヤ３に向けて還
元性高温ガスが吹き出され、続いてキャピラリ支持部材
２が下降を始める。　キャピラリ１及びキャピラリ支持
部材２の下降中も還元性高温ガスがボール及びボンディ
ングワイヤ３に吹きつけられる。　そしてキャピラリ１
の先端が半導体チップ５の所定のポンディングパッドに
圧接されることによりボンディングワイヤ３の先端のボ
ールが該ポンディングパッドに圧着されて半導体チップ
５に対するボンディングが行われる（第３図参照）。
この場合、ボール表面には酸化膜が形成されていないう
え、ボールの温度が比較的高温に保たれているので、従
来方法よりもかなり小さな圧着力で圧着することができ
る。　また、圧着部にも還元性高温ガスノズル１３から
還元性高温ガスがキャピラリ１の先端部近傍に向かって
吹きつけられているため、該ポンディングパッド上にも
還元性高温ガスが吹きつけられて該圧着部が還元される
とともに圧着後もアニールされる。
続いてキャピラリ１及びキャピラリ支持部材２が上昇且
つ水平移動することによってキャピラリ１の先端から後
続のボンディングワイヤが引き出されるが、このときに
も還元性高温ガスが引き続きキャピラリ１の先端部近傍
に向けて吹きつけられているので、キャピラリ１の先端
から引き出されてくる後続ボンディングワイヤにもこの
還元性高温ガスが吹きつけられ、従って、後続ボンディ
ングワイヤの表面酸化が防止される。
そしてキャピラリ１及びキャピラリ支持部材２が下降し
始めると、キャピラリ１の先端から後続ボンディングワ
イヤの引き出しが停止するが、還元性高温ガスの吹きつ
けは継続しているため、キャピラリ１の先端部近傍のボ
ンディングワイヤには還元性高温ガスの吹きつけが継続
して集中的に行われる。
キャピラリ１の先端がリードフレーム６０所定のリード
部に圧接されると、キャピラリ１の先端から突出してい
る後続ボンディングワイヤの一部が該リード部に圧着さ
れ、これにより、第一のワイヤボンディングが終了する
。
続いてボンディングワイヤが切断された後、キャピラリ
１はその最上昇位置に戻るが、その間も還元性高温ガス
がキャピラリ１の先端部近傍に吹きつけられているため
、切断後に生じたボンディングワイヤ先端部（もしくは
ワイヤテール）にはキャピラリ１が最上昇位置に戻る直
前まで還元性高温ガスが吹きつけられている。
そしてキャピラリ１がその最上昇位置まで戻ると、不活
性ガスノズル１２から不活性ガネがボンディングワイヤ
３の先端及びキャピラリ１の先端部近傍に吹きつけられ
、還元性高温ガスの吹きつけは停止される。　従って、
次のボールが形成されるボンディングワイヤ先端部の酸
化が防止されるので、次のボール形成も前回とほぼ同じ
条件で行うことができ、その結果、安定したボール形成
が可能となる。
また、前記のごとき動作が繰り返されて一個の半導体チ
ップのすべてのワイヤボンディングが終了した後、キャ
ピラリ１がその最上昇位置に戻ると、キャピラリ１の先
端から突出したボンディングワイヤには不活性ガスノズ
ル１２から不活性ガスが吹きつけられるため、次の半導
体チップが送られてくる間にボンディングワイヤの先端
が酸化することはない。　ボール形成時に不活性ガスの
吹付けに変更するのはワイヤ材に対する水素の影響を考
慮したためである。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明の方法及び装
置によれば、ボンディング不良を生じる恐れが少なく、
且つチップ破損を生じることなく、銅又は調合金製のボ
ンディングワイヤをボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法を実施するための装置の一実施例
の斜視図、第２図及び第３図は第１図の装置による本発
明方法の実施を説明する図、第４図及び第５図は従来の
方法及び装置を説明するための図である。 １・・・キャピラリ、　２・・・キャピラリ支持部材、
３・・・ボンディングワイヤ、　４・・・電気トーチ兼
不活性ガスノズル、　５・・・半導体チップ、　６・・
・リードフレーム、　７・・・ヒータ、　８・・・電気
トーチ、１２・・・不活性ガスノズル、　１３・・・還
元性高温ガスノズル、　１４・・・配管、　１５・・・
加熱装置、１６・・・還元性ガス供給管。 第１図 第４図 第５図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　キャピラリの先端から引き出されたボンディングワ
    イヤの先端に不活性ガスを吹きつけつつ該ボンディング
    ワイヤの先端を溶融してボールを形成した後、該キャピ
    ラリの先端部並びに該ボール及び該ボンディングワイヤ
    に高温の還元性ガスを吹きつけつつ該キャピラリを下降
    させて該ボールを被ボンディング物に圧着させることに
    より第一次のワイヤボンディングを行い、引き続いて該
    キャピラリの先端部近傍に高温の還元性ガスを吹きつけ
    つつ第二次のワイヤボンディングを行つた後、更に次の
    ボール形成直前まで該キャピラリの先端部の近傍に高温
    の還元性ガスの吹きつけを続行することを特徴とするワ
    イヤボンディング方法。 ２　キャピラリと、該キャピラリを支持して周期的に昇
    降動するキャピラリ支持部材と、該キャピラリの最上昇
    位置において該キャピラリの先端部近傍に配置されたボ
    ール形成用手段と、該キャピラリの最上昇位置において
    該キャピラリの先端部近傍に向けて不活性ガスを噴出す
    るように配置された不活性ガスノズルと、該キャピラリ
    支持部材に取り付けられて該キャピラリの先端部近傍に
    高温の還元性ガスを吹きつける還元性高温ガスノズルと
    を具備してなるワイヤボンディング装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63164230A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 Hitachi Ltd ワイヤボンディング方法
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
US5658664A (en) * 1993-04-08 1997-08-19 Nippon Steel Corporation Thin gold-alloy wire for semiconductor device
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JP2007294975A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Kulicke & Soffa Industries Inc ワイヤーボンディング用の酸化減少システム

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