JPS615536A - キヤピラリ及びそれを用いたワイヤボンデイング装置 - Google Patents

キヤピラリ及びそれを用いたワイヤボンデイング装置

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JPS615536A
JPS615536A JP59125160A JP12516084A JPS615536A JP S615536 A JPS615536 A JP S615536A JP 59125160 A JP59125160 A JP 59125160A JP 12516084 A JP12516084 A JP 12516084A JP S615536 A JPS615536 A JP S615536A
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capillary
bonding
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gold
area
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Masahiro Horii
堀井　将弘
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Hitachi Ltd
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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】 〔技術分野〕 本発明は、半導体装置、例えば半導体集積回路の組立て
時に用いられるキャピラリ、及びそれを用いたワイヤボ
ンディング装置に関する。
〔背景技術〕
［集積回路技術Ｊ　　（１９８１年３月１日、改訂第４
版、工業調査会発行、伝田精−著、Ｐ１４５〜Ｐ１４９
）に、上記キャピラリ、ワイヤボンディング装置が記載
されている。
一方、半導体集積回路装置（以下ＩＣとも称す）の技術
的動向の一つに、高集積度かつ小形化がある。小形化す
るためには、半導体チップ面積を縮小しなければならず
、このためにボンディングバラド面積、ひいてはボンデ
ィングエリアを縮小する傾向にあり、これば半導体チッ
プ面積を縮小するための重要外要因となっていることが
本発明者の検討によりわかった。
このような観点から、上記ボレディングパッド面積が大
となっている原因につい、て本発明者が検討した結果、
以下に述べる諸条件が重なってパッド面積が大となって
いることがわかった。第１にボンディング装置において
はパッド中心とボンディング中心とが合致するように初
期値設定を行うが“、′４そ・の′際の作業者のエラー
を考慮してパッド面積に余裕をもたせている。第２にボ
ンディング装置の機械的誤差を考慮してパッド面積に余
裕をもたせている。第３に金ボールをパッドに熱圧着す
る際の塑性変形量があるため、パッド面積に余裕をもた
せなければならない。
そこで、本発明者は上記第２、及び第３の条件に着目し
て、ボンディング装置の機械的精度の向上を計り、更に
金属線径を小径（細線化）にしてボンディング面積の縮
小を計ることにより、パッド面積を縮小するように対応
してきた。
しかし、以上の２点を考慮し、パッ゛ド面積の縮小化を
計ってきたが、パラ・ド面積の縮小が限界に達している
ため、チップ面積がこれ以上縮小できないことが判明し
た。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、半導体集積回路の組立て時に、おける
ポンディングパッド面積を縮小し得るキャピラリ、及び
ワイヤボンディング装置を提供することにある。
本発明の上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、その代表的なもの
の概要を述べれば下記のとおりである。
すなわち、キャビ゛ラリ先端部に凹部な設け、この凹部
内に金ボールの一部す一理込まれた状態でポンディ・グ
パ・ドと金ボー〜との熱圧着を行うと　　　　　　　　
）とＫより、上記圧着時の金ボールの横方向への拡がり
が低減され―ポンディングパッド面積を縮小する、とい
う本発明の目的を達成することができる。
〔実施例−１〕 次に、本発明を適用したキャピラリの第１実施例を第１
ａ図〜第３図を参照して説明する。なお、本実施例に示
すキャピラリはたとえば、金線（Ａｕ線）により、半導
体チップのポンディングパッドとインナーリードとを結
線する際に使用するものであり、特にネイルヘッドボン
ディング方式を採用するワイヤボンディング装置のキャ
ピラリの先端部について述べる。
第１図に示される様に、本発明によるキャピラリ１の特
徴は、キャピラリ１先端部に、金線案内孔２に連続し、
かつ、前記金線案内孔２の径より大きな径の凹部３が形
成されているということである。この凹部３を有してい
ることより、ボンディング面積（ボンディングエリアと
も′称す）を縮小させることができることより、ポンデ
ィングパッド面積を縮小することが可能となる。さらに
は半導体チップの面積をも減少させることができる。
第１図、第２図、第３図を用い、本発明のキャピラリに
ついて詳細に説明する。
本発明のキャピラリｌは、たとえばネイルヘッドボンデ
ィング方式を採用しているワイヤボンディング装置（以
下、ワイヤボンダとも称する）忙取付けられているキャ
ピラリであり、たとえば、安価で耐摩耗性に優れたセラ
ミックで、又は、ルビーで形成されている。
ネイルヘッドボンディング方式に用いられるキャピラリ
１においては、キャピラリ１内部に、金属−線たとえば
金線（Ａｕワイヤ）を案内する金線案内孔２を有してい
て、そこから金線を必要に応じて順次送り出す構造とな
っている。
ボンディングに際しては、キャピラリ１先端部に所望長
さの金線２を突出させ、その金線２先端部をたとえば放
電により第２図に示されるようにポール状５（以下金ボ
ールと称することもある）とする。金線２の径ｄと上記
金ボール５の径りの関係はたとえばＤ＝２．５ｄ〜３ｄ
として形成されている。
ここで注目すべきはキャピラリ１先端部には、同図に示
されるように、金線案内孔２に連続し、かつ、金線４の
径ｄのたとえば２倍の径を有する凹部３が形成されてい
るため、第３図に示されるように、金線４とアルミニウ
ムで形成されたポンディングパッド７とをボンディング
する際には、金ボール５の大部分が凹部３内に充填され
るようになり、ボンディング面積が小さくできるように
工夫されていることである。
すなわち、ボンディングする際は、キャピラリｌを通し
て金ボール５部分に荷重が加えられ、ボンディング面に
対してボール５は塑性流動し変形しポンディングパッド
７上に拡がる。その時の金ボールの流動エネルギーによ
り、ボンディング対象であるポンディングパッド７の表
面の酸化皮膜（図示せず）が脱落し、新生面同士が結合
する。
同図のようにキャピラリ１先端部忙凹部３を有している
ことにより、大部分の金ボール５が凹部３内に収納され
るため、キャピラリｌ先端部によりて荷重が加えられて
、塑性流動する金ボール５の体積を減少させることがで
きる。これにより、ボンディングエリアの制御が可能と
なる。
たとえば、金線４の径をｄ、金ボール５の径を２．５ｄ
とした場合、従来のキャピラリを用いるとボンディング
エリアの直径は、金ポール５の大部分が塑性流動するた
め略５ｄとなるのに対し、本発明のキャピラリ１では、
塑性流動する金ボール５の体積が少ないことより、ボン
ディングエリア径を３ｄ〜３．５ｄとすることができる
。
また、ボンディングエリアの縮小が可能となることより
、ポンディングパッド７の面積を小さくできる。また、
ポンディングパッドフ面積を小さくできることより、半
導体チップ面積内に占めるポンディングパッド面積の占
有率を低下させることができることより、半導体チップ
面積を効果的に縮小させることができる。さら罠は、歩
留の向上、コストの低減が可能となるという優れた効果
を有している。
また、従来のボンディング方式では、熱圧着法を採用し
作業温度をたとえば３００℃として、金ボールの塑性流
動を利用してボンディングを行っている。この場合には
、ボンディングエリアが大きいため、接着強度が十分得
られているものの、ボンディングエリア内で接着強度に
差があることが発明者の検討によりわかった。すなわち
、塑性流動の少ないボンディングエリア中心の接着強度
が弱く、塑性流動の多いボンディングエリア周縁が強い
ということである。本発明では、ボンディングエリアを
縮小し十分な接着強度を得るため、また、ボンディング
エリア内での接着強度の差をなくすために熱圧着と同期
して超音波をたとえば１０　ｍ５ｅｃ　〜２０　ｍ５ｅ
ｃキヤピラリ１に作用させる手法が用いられる。上記の
手法を採用することにより、ボンディングエリアが小さ
いにもかかわらず、十分な強度を得ることができる。す
なわち、塑性流動を所望に制御し、ボンディングエリア
の低減を達成しているため、絶対的な塑性流動量は従来
とくらべ少なくなっている。塑性流動が減少するため、
ポンディングパッド７上の表面酸化皮膜除去機能も低下
するので、キャビラＩＪ　Ｉ　Ｋ超音波を作用させ表面
酸化膜の除去機能を促進させている。また、キャピラリ
１に超音波を併用させることにより、ポンディングパッ
ド面と金ボール５との接触面全面を均一な接着強度を得
ることができるという効果をも有している。
〔実施例−２〕 次に、本発明の第２実施例を第４図〜第７図を参照して
説明する。なお、本実施例はワイヤボンディング装置の
一例を示すものであるが、キせピラリには上記第１実施
例で述べたキャピラリ１が使用されている。
第４図において、１１はパッケージ、１２は半導体チッ
プ、１３はアルミニウム配線、１４はポンディングパッ
ド、１５はインナーリードのポストを示すものである。
上記構成のワイヤボンディング装置によれば、第４図に
示すようにパッケージ１１にチップ１２を載置して固定
した後、第５図に示すようにチップ１２の配線１３上に
設けられたパッド４に、キャピラリ１により金線４の先
端の金ボール５を接触させ、上記同様に超音波をかゆな
がら押圧する。
そして、第５図に示すように、パッケージ１１のインナ
ーリードのボスト１５に金線４を被着し筈上記パッド１
４とボスト１５とを結線する。次に、第６図に示すよう
に、金線４を切断し、更に第７図に示すように金線４の
先端に放電により金ボール５を形成する。
以上の如き一連の配線作業が複数のパッド毎に行われ、
ＩＣの配線作業が終了する。この際、上記第１実施例で
述べたキャピラリ１が使用されるので、各パッドの面積
を縮小することができ、これにもとづぎ半導体チップ１
３を小形にすることができる。
〔実施例−３〕 第８図に本発明の他の実施例のキャピラリの断面図を示
す。
前記実施例と同一物は同一符号で示す。
第８図におい℃特徴的なことは、キャピラリ１の先端部
下面１６の領域におい℃、同図に示されるように金属細
線の流動性が悪くなるように加工された加工面となる粗
面領域１６ａと金属細線の流動性が良くなるように加工
された加工面となる研摩領域１６ｂが設けられていると
いうことである。これに半り、金ポール５の拡がりを所
望に制御し、ボンディングエリアを縮小を可能にしてい
る。　　　。
すなわち、キャピラリ１の先端部丁寧１６の金線案内孔
２を中心として、所望領域を研摩面領域１６ｂとし、そ
の外側に粗面領域１６ａを形成するものである。本発明
者の検討によれば１．金ボール５の塑性流動量は、研摩
面では多く、粗面では少ないことがあきらかとされた。
本実施例においては、上記検討結果をキャピラリ１の先
端部下面１６に対して適用したものであり、前記実施例
同様の効果が得られるばかりでなく、キャピラリ１を本
実施例の如く加工する場合に、加工性が非常に良いとい
う効果をも有している。
〔実施例−４〕　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　′□９い９１．＊よ。１゜□□。ヤ、１．．ヶ　
　　１示す断面図である。
Ｗ、９図のキ、ヤピラリ、１に゛おいて特徴的なことは
１、キャピラリ１の金線案内孔２において、粗面領域１
８、及び研摩面領域１７が設けられているということで
ある。これにより、前胆実施例同様にボンディングエリ
アの縮小を達成しているのである。
すなわち、前記実施例で述べたと同様、金ボール５番組
研摩面領域１７部では塑性流動量が多いため、金線案内
孔゛２内面に、同図に示す如く粗面領域１８．研摩面領
域１７を設け、金ボール５が金線案内孔２の内部にまで
入り込むようにして、ボンディングエリアを縮小させて
いる。
本実施例では、前記実施例同様の効果が得られるばかり
でなく、さらに、加工の困難さを軽減できるという効果
をも有している。
さらに、前記実施例３と本実施例とを組合わせたキャピ
ラリであっても、同様な効果カド十分に得られる。すな
わち、第１０図に示される様に、キャピラリ１先端部の
金線案内孔、２付近の０点を中心とする半径ｒの点線で
示される球、１９の内部にあるキク４２９１表面を研摩
面とし、球１９の外部にあるキ、Ｙピラリ表面を粗面と
するものである。
〔効果〕
（１）キャピラリ先端部に金ボー〃の一部を埋込み可能
な凹部な設けることにより、熱圧着時の金ボ、−ルの横
方向への拡がりを減少させることができ、これによりボ
ンディング面積を縮小する、という効果が得られる。
（２）上記（１）により、ポンディングパッド自体の面
積を小にすることができる。
（３）上記（１）ｖ−より、半導体チップのサイズを小
にすることができる。
（４）上記（ＩＬＫより、生産コストの低減が可能にな
る。
（５）上記（１）により、製品の歩留り向上を計ること
ができる。
（６）キャピラリの先端部に凹部な形成すればよいので
、現在使用中のキャピラリに加工を施こして、上記（１
）〜（６）の効果を得ることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上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程々変更可
能であることはいうまでもない。
例えば、キャピラリの先端部に形成される凹部の形状は
特に限定されるものではなく、テーバ状であってもよい
。この場合、上記効果以外に金線の抜けがよいという利
点もある。
〔利用分野〕
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体装置の組立
てについて説明したが、それに限定されるものではない
。
本発明は少なくとも、微小な部品間の結線を行う際に利
用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を適用したキャピラリの第１実施例を示
すキャピラリの断面図を示し、第２図は上記キャピラリ
と金ボールとの関係を示す断面図を示し、 第３図は金ボールとポンディングパッドとの接着を示す
断面図を示し、 第４図、第５図、第６図、第７図は本発明の第２実施例
を示すワイヤボンディングによる配線状況を示す概略図
を示す。 第８図は、本発明の他の一実施例を示すキャピラリの断
面図、 第９図は、本発明のさらに他の一実施例を示すキャピラ
リの断面図、 第１０図は、本発明のさらに他の一実施例を示すキャピ
ラリの断面図である。 １・・・キャピラリ、２・・・金線案内孔、３・・・凹
部、４・・・金線、５・・・金ボール、７，１４・・・
ポンディングパッド、１１・・・パッケージ、８，１２
・・・半導体チップ、１３・・・アルミニウム配線、１
５・・・インナーリードのポスト、１６・・・キャピラ
リ先端部下面、１６ａ・・・粗面領域、１６ｂ・・・研
摩面領域、１７・・・研摩面領域、１８・・・粗面領域
、１９・・・球。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　４　　図 第　　５　　図 第　　６　　図 第　　７　　図 第　　８　　図 第　　９　　図 第　　１０　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置の電極と所定のインナーリードとを金属
    細線で結線するためのキャピラリであって、上記キャピ
    ラリの先端部に、上記金属細線の直径よりも大きな径に
    形成された凹部、及びまたは、キャピラリ先端部の金属
    細線案内孔付近に中心をもち、かつ、キャピラリ先端部
    の下面の一部を含む球内のキャピラリ表面は、金属細線
    の流動性が良好となる様に加工された加工面で、前記球
    外のキャピラリ表面は金属細線の流動性が悪くなる様に
    加工された加工面であることを特徴とするキャピラリ。 ２、先端部に凹部、及びまたは、キャピラリ先端部の金
    属細線案内孔付近に中心をもち、かつ、キャピラリ先端
    部の下面の一部を含む球内のキャピラリ表面は、金属細
    線の流動性が良好となる様に加工された加工面で、前記
    球外のキャピラリ表面は金属細線の流動性が悪くなるよ
    うに加工された加工面を有した半導体装置の電極と所定
    のインナーリードとを金属細線で結線するためのキャピ
    ラリと、超音波を発生し上記電極の表面の酸化膜を脱落
    させる超音波発生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。
JP59125160A 1984-06-20 1984-06-20 キヤピラリ及びそれを用いたワイヤボンデイング装置 Pending JPS615536A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5938105A (en) * 1997-01-15 1999-08-17 National Semiconductor Corporation Encapsulated ball bonding apparatus and method
US6065667A (en) * 1997-01-15 2000-05-23 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for fine pitch wire bonding
US6213378B1 (en) 1997-01-15 2001-04-10 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for ultra-fine pitch wire bonding

Cited By (3)

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