JPS62123728A - ワイヤボンデイング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンデイング方法および装置

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JPS62123728A
JPS62123728A JP60262454A JP26245485A JPS62123728A JP S62123728 A JPS62123728 A JP S62123728A JP 60262454 A JP60262454 A JP 60262454A JP 26245485 A JP26245485 A JP 26245485A JP S62123728 A JPS62123728 A JP S62123728A
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JP
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bonding
load
wire
ultrasonic vibration
wire bonding
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Michio Okamoto
道夫 岡本
Ichiro Okamoto
一朗 岡本
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Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
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、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有効な
技術に間する。
［背景技術］ ペレットの電極と外部端子との電気的接続を達成する手
段の一つとして、ワイヤボンディング法が知られている
。
このワイヤボンディング法による接合方式としては、・
熱圧着法および超音波法が知られている。
前者は、３００℃程度の加熱状態のもとで荷重を加えて
ワイヤの端部と電極との接合を行うものであるが、高温
条件を必要とするため、ペレット等の製品への影響が懸
念されている。これに対して後者の方法は、超音波エネ
ルギーを印加して通常の温度条件のもとで接合を行うも
のであるが、ボンディングに方向性が必要で、ワイヤの
材質もアルミニウム（ＡＩ）等のものに限定されてしま
うため、汎用性のあるポンディングを行うことができな
い。
上記の点に鑑みて、熱圧着と超音波を併用する、いわゆ
るサーモソニックポンディング法が考えられる。このサ
ーモソニックボンディング法は、圧着時に所定の荷重と
ともに継続的に超音波振動を印加してワイヤと電極との
接合を達成するものであり、熱圧着法よりも加熱および
荷重を低く押さえることができるため、製品への影響を
防止できるとともに、超音波法よりも汎用性を期待でき
るという利点を有するものである。
しかし、上記技術においても、接合温度条件としては２
００℃程度の高温条件が必要であるため、製品の熱破壊
の恐れもなおあることが本発明者によって明らかにされ
た。
ところで上記技術において、温度条件をさらに低温化す
ることも考えられるが、このような場合にはボンディン
グ不良を生じ、接合信軌性が却って低下する恐れのある
ことがさらに本発明者によって明らかにされた。
なお、上記に説明したワイヤボンディング法の技術とし
てさらに詳しく述べられている例としては、株式会社工
業調査会、１９８０年１月１５日発行「ｒＣ化実装技術
」　（日本マイクロエレクトロニクス協会ｉ）、ＰＬＱ
Ｌ〜Ｐ１０３がある。
［発明の目的］ 本発明の目的は、信頗性の高いワイヤボンディング技術
を提供することにある。
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、少なくとも一方のポンディング部とワイヤと
の接合において荷重とともに接合面を清浄化するための
超音波振動を所定時間印加した後に、接合のための荷重
と超音波振動とを印加して行うことにより、接合のため
の荷重と超音波振動との印加に先立って超音波振動の印
加によって接合面を清浄化することができるため、低温
条件下においても接合強度を高めることができ、接合信
頬性の高いワイヤボンディングを行うことができる。
し実施例］ 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
置を示す概略図、第２図＋ａ＋および（ｂｌは本実施例
の荷重と超音波振動の関係を説明する説明図である。
本実施例のワイヤボンディング装置１は、たとえばベレ
ット２のパッド３とリードフレーム４のインナーリード
４ａとを結線するためのものであり、駆動機構としての
ボンディングヘッド５が搭載されたＸＹテーブル６とボ
ンディングステージ７とを有している。
ボンディングステージ７にはカム機構８により上下動が
可能なヒートブロック９がヒータ１０を内設した状態で
取付けられており、ヒートブロック９の表面に保持され
たリードフレーム４を所定の温度条件で加熱するように
なっている。
リードフレーム４は上記ヒートブロック９とポンディン
グステージ７の上部に取付けられたリード押さえ１１に
よって挟持された状態で固定される構造となっている。
なお、前記カム機構８は、ＸＹテーブル６に設けられた
プーリー３３およびベルト３４を経て所定のポンディン
グ周期毎に凹′転作動してヒートブロック９を上下動す
る構造となっている。
一方、ボンディングヘッド５の内部には、上下動ブロッ
ク２１が垂直方向に設けられた案内軸２２によって昇降
自在に取付けられている。この上下動ブロック２１の側
面部にはポンディングヘッド５に固定されたサーボモー
タ２３の回転運動を上下方向の直線運動に変換するポー
ルねし機構２４が設けられており、サーボモータ２３の
作動にともなって上下動ブロック２１が所定量だけ上下
方向に移動されるようになっている。
上下動ブロック２１には回転軸２４を中心に鉛立子面内
において回動自在なポンディングアーム２５が取付けら
れている。このボンディングアーム２５の一端側は上下
動ブロック２１に取付けられたボイスコイルモータ２６
によって上方に付勢されており、このボイスコイルモー
タ２６の作動によりポンディングアーム２５に反時計方
向の回動力が作用するように構成されている。
前記ポンディングアーム２５の他端側には超音波発振部
２７に接続される超音波ホーン２８が取付けられており
、この超音波ホーン２８の先端にはボンディングツール
としてのキャピラリ２９が超音波ホーン２８に対してほ
ぼ垂直方向に取付けられており、このキャピラリ２９に
はワイヤスプール３０に巻装されたワイヤ３１が端部を
キャピラリ２９の先端から突出させた状態で挿通されて
いる。
なお、前記ボイスコイルモータ２６および超音波発振部
２７は制御部３２によりその作動をそれぞれ独立に制御
されるようになっている。
次に、本実施例の作用について説明する。
まず、ポンディングステージ７のヒートブロック９上に
ペレット２が取付けられた状態のリードフレーム４が供
給されると、ＸＹテーブル６のプーリー３３が回転して
この回転力がベルト３４によって伝達され、ボンディン
グステージ７のカム機構８を駆動させる。このカム機構
８の駆動にともなってヒートブロック９が上昇してリー
ド押さえ１１との間に挟持する状態でリードフレーム４
が固定される。
次にＸＹテーブル６が適宜移動されることによってキャ
ピラリ２９の下端部がペレット２の所定のパッド３の直
上に位置決めされる。このとき、キャピラリ２９の先端
部からはワイヤ３１の端部が所定の長さだけ突出された
状態となっており、この端部が図示しない放電トーチに
より加熱されて溶融ボールが形成される。
次に、上下動ブロック２１が下方に移動され、キャピラ
リ２９が降下されてペレット２のバンド３上に着地する
。ここで制御部３２の制御によりボイスコイルモータ２
６が作動を開始してキャピラリ２９の先端に所定値の荷
重ｇ、たとえば６０ｇ　／　ａ＋Ｉ程度の荷重の印加が
開始されるとともに、超音波発振部２７が作動して超音
波振動ωが超音波ホー７２８を伝達されキャピラリ２９
の先端を振動作動させる。この振動動作が所定時間ＴＩ
、たとえば５ｍｓ程度行われた後に、超音波振動ωが減
衰されるとともに荷重ｇが所定値、たとえば１００ｇ／
ｃａｌ程度までに高められて所定時間Ｔ２、たとえば３
０ｍ５程度ｍ続して印加される（第２図ｉａｌ　、　（
ｂｌ　）。
このようにして、前記のボール部分がペレット２のパッ
ド３に押圧されて第一ボンディングが完了する。
このように、まず荷重ｇの印加とともに所定時間Ｔｌの
間、超音波振動ωを印加することにより、接合部である
ペレット２のパッド３を清浄化することができるため、
その後少ない荷重でしかもその荷重印加時間Ｔ２が短時
間をもって接合強度の高いボンディングを達成すること
ができる。
なお、制？１１１部３２による荷重ｇと超音波振動ωの
制御に際しては、上記の他にだとえばば第２図（′ｂ）
に示すように、接合面の清浄を行うための超音波振動ω
の印加とともに荷重ｇの印加も、たとえば６０ｇ／ｃｎ
程度の値で開始して、所定時間Ｔ３の経過後に超音波振
動ωを減衰させるとともに荷重ｇの印加も６０　ｇ　／
　ｃ４程度維持するという制御を行って接合を所定時間
Ｔ４の間ｍｌしてもよい。
このような制御においては、初期のＴ３の間に接合面が
清浄化されるために、Ｔ４においては荷重値ｇを第２図
に示した例よりも低くしても接合強度が下がることなく
接合信頼性の高いワイヤボンディングが可能となる。
このように第一ボンディングにおいては、本実施例によ
れば低い押圧力での荷重の印加と短時間の超音波振動に
よってワイヤボンディングを行うものである。そのため
、押圧力や超音波振動力によるワイヤ形状の変形を極力
小さく抑えることができ、少ない接合面積でワイヤボン
ディングを行うことができる。この結果、バンドを小形
化でき、ペレットの小形化および半導体装置の高集積化
を促進することができる。
前記第一ポンディングの後、上下動ブロック２１が上昇
されるとともにＸＹテーブル６の水平方向の移動によっ
てキャピラリ２９はその先端からワイヤ３１を送り出し
つつリードフレーム４のポンディング部位であるインナ
ーリード４ａの所定部位の直上に移動される。
次に、上下動ブロック２１が再度下方に移動され、ワイ
ヤ３１を保持したキャピラリ２９がインナーリード４ａ
の所定部位に着地する。
ここで制御部により前記第一ボンディング時と同様の制
御が行われてワイヤ３１の他方の端部がインナーリード
４ａの所定部位に接合される。この第二ボンディング時
においても、前記キャピラリに荷重の印加とともに超音
波振動が所定時間継続され、さらに超音波振動が減衰さ
れ荷重の印加のみが継続されて接合が行われる。
このように、リードフレーム側の第二ボンディングにお
いても、荷重の印加とともにまず超音波振動を印加する
ことにより、接合部であるインナーリード４ａの表面を
清浄化することができる。
そのため、その後の荷重による押圧で接合強度の高いボ
ンディングを達成することができる。特に、ワイヤの表
面に酸化膜の形成されやすい銅系のワイヤを用いる場合
には、前記超音波振動の印加によって、酸化膜を除去す
ることができ、ワイヤ側の接合部表面の清浄化も達成で
きる。また、低い押圧力での荷重の印加であっても、ポ
ンディングを行うことができるため、押圧力によるワイ
ヤの幅方向のつぶれを小さく抑えることができ、少ない
幅面積でワイヤボンディングを行うことができる。この
結果、インナーリードを小形化することができ、パッケ
ージの多ピン化を促進することも可能となる。
上述したことから明らかな通り、本発明は、ワイヤボン
ディングを行うにあたって、ワイヤおよび被ワイヤボン
ディング面を超音波振動力によってクリーニングするこ
とにより、酸化膜やワイヤボンディングを妨げる有害物
を除去する第一工程後に、ワイヤボンディングを行う第
二工程を行うものである。したがって、第一工程での超
音波振動および印加荷重はワイヤおよび被ワイヤボンデ
ィング面のクリーニングに必要十分な印加パワーと印加
時間であればよい。
また、第二工程は、ワイヤおよび被ポンディング面のク
リーニング後に、ワイヤボンディングを行うものである
。したがって、クリーニングされた状態のワイヤと被ワ
イヤボンディング面との接合に必要でかつ十分な荷重と
超音波振動の印加で十分である。そのため、第二工程に
おいては、荷重印加のみで超音波振動印加を減衰または
停止した状態でワイヤボンディングを行うことができる
。
さらに、第一工程における荷重よりも第二工程での荷重
を大きくして接合面のワイヤと被ポンディング材との金
属拡散等の接合メカニズムの促進をはかること、第一工
程と第二工程との荷重とほぼ同一として接合形状を極力
小さくした状態でワイヤボンディングを行うこと、第一
工程よりも第二工程での荷重を小さくして接合形状を極
力小さくした状態でワイヤボンディングを行うことがで
きそれ故、従来の超音波振動を印加しないで熱圧着ワイ
ヤボンディングを行うサーモコンプレッション（ＴＣ）
ポンディングは、荷重１３０ｇ程度とし、印加時間が５
Ｑｍｓｅｃ程度であったものから比較すると、本発明に
おける印加荷重が１００ｇ以下という小さい荷重である
こと、印加時間も３５　ｍ５ｅｃ程度と短時間となる。
一方、従来の超音波振動を印加しながら荷重６０ｇ程度
、印加時間６０　ｍ５ｅｃの荷重をかけてワイヤボンデ
ィングを行うサーモソニック（ＴＳ）ポンディングに比
較し、本発明は短時間の超音波振動時間と短時間の荷重
印加時間とによりワイヤボンディングを行うことができ
るものである。
［効果］ （１）、少なくとも一方のポンディング部とワイヤとの
接合において荷重とともに接合面を清浄化するための超
音波振動を所定時間印加する第一工程後に、接合のため
の荷重の印加と第一工程よりも小さい超音波振動の印加
を行う第二工程によりワイヤボンディングを行うもので
あることにより、接合のための荷重の印加に先立って超
音波振動の印加によって接合面を′清浄化することがで
きるため、低温条件下においても接合強度を高めること
ができ、接合信頌性の高いワイヤボンディングを行うこ
とができる。
（２）、前記（１）により、荷重の印加量を少なくする
ことができるため、接合時の接合面積を小さくすること
ができる。
（３）、前記（２）により、バッドおよび内部電極を小
形化することができ、半導体装置の高集積化を促進する
ことができる。
（４）、前記（１）により、荷重の印加量を少なくする
ことができるため、ベレットおよび内部電極の損傷を防
止することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は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もない。
たとえば、実施例では被ボンデイング部材がリードフレ
ーム状態で提供される場合についてのみ説明したが、こ
れに限らずパッケージ基板の状態で提供されるものであ
ってもよい。
また、実施例の作用では荷重の印加とともに超音波振動
の印加を減衰させた場合についてのみ説明したが、超音
波振動の印加を停止した状態で荷重の印加を行うもので
あってもよい。
さらに、実施例では、超音波振動と荷重の印加の独立制
御を、ベレット側および内部電極側の双方の部位でのボ
ンディングについて行った場合ζこついて説明したが、
いずれか一方側でのボンディング時のみ制御するもので
あってもよい。
［利用分野］ 以上の説明では王として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる半導体装置の電極間結
線を行うワイヤボンディング装置に適用した場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、他のワ
イヤボンディング装置に適用しても有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
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
置を示す概略図、 第２図（ａｌ、　（ｂｌ及び第３図［ａ）、　［ｂｌは
実施例の荷重と超音波振動の関係を説明する説明図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ワイヤの張設によって二つのボンディング部間の電
    気的接続を達成するワイヤボンディング方法であって、
    少なくとも一方のボンディング部とワイヤとの接合にお
    いて荷重とともに超音波振動を所定時間ワイヤに印加す
    る第一工程と、第一工程後に、超音波振動印加を前工程
    の超音波振動よりも小さくした状態で荷重の印加を所定
    時間ワイヤに対して行う第二工程とからなることを特徴
    とするワイヤボンディング方法。 ２、第二工程における超音波振動の印加のみを停止させ
    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、第一工程の荷重と第二工程における荷重とは異なる
    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。 ４、ワイヤの張設によって二つのボンディング部間の電
    気的接続を達成するワイヤボンディング装置であって、
    超音波振動および荷重の印加量を各々独立して変更可能
    な制御機構を有することを特徴とするワイヤボンディン
    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
US4984730A (en) * 1988-11-11 1991-01-15 Emhart Inc. Quality control for wire bonding
US5340010A (en) * 1991-04-16 1994-08-23 Kabushiki Kaisha Shinkawa Bonding apparatus
US6676005B2 (en) 1999-09-09 2004-01-13 International Business Machines Corporation Wire bonding method and apparatus

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US5340010A (en) * 1991-04-16 1994-08-23 Kabushiki Kaisha Shinkawa Bonding apparatus
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