JPWO2020235211A1 - ピン状ワイヤ成形方法及びワイヤボンディング装置 - Google Patents
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Abstract
先端からテールワイヤを延出させたキャピラリを基準面に向かって斜めに下降させて、テールワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程(S101)と、キャピラリの先端と基準面との間に折り曲げワイヤを挟みこんだ状態でキャピラリを横移動させて折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程(S102)と、起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程(S103)と、キャピラリに挿通されたワイヤを切断して起立ワイヤをピン状ワイヤとするワイヤ切断工程(S104)とを有する。
Description
本発明は、基板又は半導体素子の上にピン状のワイヤを成形する方法及びピン状ワイヤを成形するワイヤボンディング装置に関する。
近年、半導体パッケージを積層した半導体装置や、半導体素子を積層した半導体装置が用いられている。このような三次元実装半導体装置では、基板あるいは半導体素子の電極の上に所定の高さを有するピン状のワイヤを成形する必要がある。
このような、ピン状ワイヤを成形する方法としては、ボンディング位置にボールボンディングした後に、ボンディング位置と異なる位置にワイヤをルーピングしてワイヤの側面を押圧してワイヤの側面に切欠きを成形し、その後、ワイヤをボンディング位置に直立させ、切欠き位置でワイヤを切断する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、同様にワイヤの側面に薄肉部を成形し、その後、ワイヤをボンディング位置に直立させた後、ボンディングツールを横方向に移動させてからワイヤを切断する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1,2に記載された従来技術の方法は、ボンディング位置にボールボンディングした後に、ボンディング位置と異なる位置にワイヤをルーピングしてワイヤの側面を押圧してワイヤの側面に切欠き或いは薄肉部を成形し、ワイヤを直立させた後にこの切欠き或いは薄肉部でワイヤを切断してピン状ワイヤを成形するものである。ワイヤの側面に切欠き或いは薄肉部を成形するには、ある程度の力でワイヤを半導体素子の電極以外の位置に押圧する必要がある。このため、半導体素子の電極の上に特許文献1,2に記載された従来技術でピン状ワイヤを成形する場合に、半導体素子を損傷してしまう可能性があった。また、ボンディング位置の近傍に切欠き部あるいは薄肉部を成形するスペースが必要となることから、小型で電極ピッチの狭い半導体素子には適用することが難しいという問題があった。
そこで、本発明は、省スペースで半導体素子の損傷を抑制可能なピン状ワイヤの成形方法を提供することを目的とする。
本発明のピン状ワイヤ成形方法は、ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するピン状ワイヤ成形方法であって、先端から所定の長さのワイヤを延出させたボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を基準面に接触させてワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、ボンディングツールの先端と基準面との間に折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かってボンディングツールを横移動させて折り曲げワイヤをボンディングツールに沿って上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、ボンディングツールを基板又は半導体素子のボンディング位置の上に移動させて起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールを上昇させてボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって起立ワイヤをボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、を有することを特徴とする。ここで、基準面は、基板の表面又は半導体素子の表面であってもよい。
このように、ワイヤの下端を基準面に接触させてワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形し、ボンディングツールの先端と基準面との間に折り曲げたワイヤを挟みこんでボンディングツールを横移動させて折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形し、成形した起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするので、ワイヤを半導体素子の電極以外の位置に押圧する必要がなく、ピン状ワイヤを成形する場合の半導体素子の損傷を抑制できる。また、ボンディング位置と離れた位置でワイヤの折り曲げ、起立を行うことができるので、少ないスペースでピン状ワイヤの成形を行うことができる。
本発明のピン状ワイヤ成形方法において、折り曲げワイヤ成形工程は、ボンディングツールを下降させるにつれてボンディングツールの移動方向と基準面とのなす角度が小さくなるように、ボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させること、としてもよい。
これにより、スムーズにワイヤを折り曲げることができる。
本発明のピン状ワイヤ成形方法において、ボンディング工程は、ボンディングツールの中心位置をボンディング位置の中心位置からずらしてボンディングしてもよい。
これにより、ボンディング位置の中心にピン状ワイヤを成形することができる。
本発明のピン状ワイヤ成形方法において、折り曲げワイヤ成形工程の前に、ボンディングツールをボンディング位置に向かって下降させて先端をフリーエアボールに成形したワイヤをボンディング位置にボンディングして圧着ボールを成形する圧着ボール成形工程と、ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出しながらボンディングツールを上昇させた後、繰り出したワイヤを圧着ボールの上に折り返し、押圧してバンプを成形するバンプ成形工程と、を含み、ボンディング工程は、起立ワイヤをバンプの上にボンディングしてもよい。
圧着ボール、バンプの上に起立ワイヤをボンディングするので、半導体素子の損傷をより好適に抑制することができる。
本発明のピン状ワイヤ成形方法において、バンプ成形工程は、繰り出したワイヤを圧着ボールの上に折り返し、ボンディングツールの中心位置をボンディング位置からずらしてワイヤを押圧して上面に凹み部を有するバンプを成形し、ボンディング工程は、起立ワイヤの根元がバンプの凹み部に合うようにボンディングツールの中心位置をボンディング位置からずらしてボンディングしてもよい。
このように、起立ワイヤの根元をバンプの凹み部に合わせてボンディングすることにより、ピン状ワイヤをより垂直に成形することができる。
本発明のピン状ワイヤ成形方法において、折り曲げワイヤ成形工程は、先端から所定の長さのワイヤを延出させたボンディングツールを基板の表面又は半導体素子の表面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端をバンプに接触させてワイヤを基板の表面又は半導体素子の表面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形してもよい。
これにより、より少ないスペースでピン状ワイヤの成形を行うことができる。
本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するワイヤボンディング装置であって、ボンディングツール位置を調整する制御部を備え、制御部が、先端から所定の長さのワイヤを延出させたボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を基準面に接触させてワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、ボンディングツールの先端と基準面との間に折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かってボンディングツールを横移動させて折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、ボンディングツールを基板又は半導体素子のボンディング位置の上に移動させて起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールを上昇させてボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって起立ワイヤをボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、を実行することを特徴とする。
本発明は、省スペースで半導体素子の損傷を抑制可能なピン状ワイヤの成形方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置1について説明する。図1に示すように、本実施形態に係るワイヤボンディング装置1は、基台2、XYテーブル3、ボンディングヘッド4、トーチ電極5、キャピラリ10、超音波ホーン6、クランパ15、ワイヤテンショナ8、回転スプール9、ボンディングステージ60、ヒータ61、制御部70を備えて構成される。
以下の実施形態では、ボンディング対象となる半導体素子50(例えば半導体ダイ)やリードフレーム或いは基板に平行な平面をXY平面とし、XY平面に垂直な方向をZ方向とする。キャピラリ10の先端位置は、X座標、Y座標、およびZ座標で表される空間座標(X,Y,Z)で特定される。
基台2は、XYテーブル3を摺動可能に載置して構成されている。XYテーブル3は、制御部70からの駆動信号に基づいてキャピラリ10をXY平面で所定の位置に移動可能な移動装置である。
ボンディングヘッド4は、ボンディングアーム(図示しない)と一体に形成されており、制御部70からの駆動信号に基づいて超音波ホーン6の先端部に取付けられたキャピラリ10の先端12が基板などのワーク62の表面に接離するようにZ方向に移動可能に保持する移動装置である。
超音波ホーン6は、末端から先端にかけて、末端部、フランジ部、ホーン部、および先端部の各部で構成された棒状部材である。末端部は、制御部70からの駆動信号に応じて振動する超音波発振器7が配置されている。フランジ部は超音波振動の節となる位置でボンディングアームを介してボンディングヘッド4に共振可能に取付けられている。ホーン部は、末端部の径に比べて長く延在するアームであり、超音波発振器7による振動の振幅を拡大して先端部に伝える構造を備えている。先端部はキャピラリ10を交換可能に保持する取付部となっている。超音波ホーン6は全体として超音波発振器7の振動に共鳴する共振構造を備えており、共振時の振動の節に超音波発振器7およびフランジが位置し、振動の腹にキャピラリ10が位置するような構造に構成されている。これらの構成により、超音波ホーン6は電気的な駆動信号を機械的な振動に変換するトランスデューサとして機能する。
キャピラリ10は、ボンディングに用いられるボンディングツールの一つである。キャピラリ10には、挿通穴が設けられており、ボンディングに使用するワイヤ20が挿通されている。キャピラリ10は超音波ホーン6の先端部に交換可能に取付けられている。
クランパ15は、制御部70の制御信号に基づいて開閉動作を行う圧電素子を備えており、所定のタイミングでワイヤ20を把持したり解放したりすることが可能なように構成されている。
ワイヤテンショナ8は、ワイヤ20が挿通され、制御部70の制御信号に基づいてワイヤ20に対する張力を自在に変更することにより、ボンディング中のワイヤ20に適度な張力を与えることが可能に構成されている。
回転スプール9は、ワイヤ20が巻き回されたリールを交換可能に保持しており、ワイヤテンショナ8を通じて及ぼされる張力に応じてワイヤ20を繰り出すように構成されている。なお、ワイヤ20の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さから選択される。通常、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)又は銅(Cu)等が用いられる。
トーチ電極5は、図示しない放電安定化抵抗を介して図示しない高電圧電源に接続されており、制御部70からの制御信号に基づいてスパーク(放電)を発生し、スパークの熱によってキャピラリ10の先端12から繰り出されているワイヤ20の下端22にフリーエアボール30を成形可能に構成されている。
ボンディングステージ60は、ピン状ワイヤ25(図6、図10参照)を成形するためのワーク62(例えば基板又は半導体素子50など)を加工面に載置するステージである。ボンディングステージ60の加工面の下部にはヒータ61が設けられており、ワーク62をボンディングに適する温度にまで加熱可能に構成されている。また、ボンディングステージ60の上面には、基準面40が配置されている。
制御部70は、所定のソフトウェアプログラムに基づきワイヤボンディング装置1を制御する各種制御信号を出力可能に構成されている。具体的には、制御部70は限定のない例示として以下の制御を行う。
(1)図示しない位置検出センサからの検出信号に基づいてキャピラリ10の先端12の空間位置(X,Y,Z)を特定し、上記プログラムにより規定される空間位置へキャピラリ10の先端12を移動させる駆動信号をXYテーブル3およびボンディングヘッド4に出力する。これにより、制御部70は、キャピラリ10の先端12の位置を調整する。
(2)ボンディング点へのボンディング時に超音波振動を発生させる制御信号を超音波ホーン6の超音波発振器7に出力すること。
(3)上記プログラムにより規定されるワイヤ20の繰り出し状況となるようにクランパ15の開閉動作を制御する制御信号を出力すること。具体的にワイヤ20を繰り出す際にはクランパ15を解放状態とし、ワイヤ20に屈曲点を成形する場合または切断する場合にはクランパ15を閉状態とする。
(4)テールワイヤ21の下端22にフリーエアボール30を成形する時にトーチ電極5に放電させるための制御信号を出力すること。
なお、上記ワイヤボンディング装置1の構成は例示であり、上記に限定されない。例えば、X方向、Y方向、またはZ方向に移動させる移動装置はボンディングステージ60側に設けてもよく、またワイヤボンディング装置1側およびボンディングステージ60側の双方に設けることもできる。
次に、図2〜図6を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置1が実行するピン状ワイヤ25(図6,図10参照)の成形方法について説明する。図2のステップS101〜S104に示すように、実施形態のピン状ワイヤ成形方法は、折り曲げワイヤ成形工程、起立ワイヤ成形工程、ボンディング工程、ワイヤ切断工程の4つの工程を含んでいる。
制御部70は、最初に図2のステップS101に示す折り曲げワイヤ成形工程を実行する。制御部70は、図3の(a)に示すように、キャピラリ10の先端12から所定の長さのテールワイヤ21を延出させる。テールワイヤ21の延出は、例えば、制御部70がワイヤ20を任意の位置にボンディングし、クランパ15を開としてキャピラリ10の先端12からワイヤ20を所定の長さだけ繰り出した後に、クランパ15を閉としてキャピラリ10とクランパ15とを上昇させてボンディング点でワイヤ20を切断して成形してもよい。また、複数のクランパ15を備え、複数のクランパ15の開閉とキャピラリ10の上下動作とを組み合わせて、キャピラリ10の先端12からワイヤ20を所定の長さだけ繰り出してもよい。
次に、制御部70は、図3の(a)〜(h)に示すように、クランパ15を閉とした状態でキャピラリ10の先端12を基準面40に向かって斜めに下降させていく。ここで、基準面40は、図1に示すようなボンディングステージ60の上面に配置された平面であっても良いし、ボンディングステージ60の上に載置された基板や半導体素子50の表面であってもよい。以下の例では、基準面40は、ボンディングステージ60の上面に配置された平面であるとして説明する。
制御部70は、図3の(a)〜(h)に示すように、先端12から延出させたテールワイヤ21の下端22を基準面40に接触させながらキャピラリ10の先端12を斜め下方向に移動させてテールワイヤ21を折り曲げて折り曲げワイヤ23を成形する折り曲げワイヤ成形工程を実行する。
まず、制御部70は、図3の(a)〜(c)に示すように、クランパ15を閉とした状態で、基準面40とのなす角度が角度θ1となるように、一点鎖線91に沿ってキャピラリ10の先端12を斜め下方向へ移動させていく。この際、制御部70は、テールワイヤ21の下端22を基準面40に接触させ、テールワイヤ21を基準面40に沿った方向に折り曲げながらキャピラリ10の先端12を斜め下方向に移動させていく。
次に、制御部70は、図3の(c)〜(e)に示すように、クランパ15を閉とした状態で、基準面40とのなす角度が角度θ1よりも小さい角度θ2となるように、一点鎖線92に沿ってキャピラリ10の先端12を斜め下方向へ移動させ、テールワイヤ21を更に基準面40に沿った方向に折り曲げていく。
更に、制御部70は、図3の(e)〜(h)に示すように、クランパ15を閉とした状態で、基準面40とのなす角度が角度θ2よりも小さい角度θ3となるように、一点鎖線93に沿ってキャピラリ10の先端12を斜め下方向へ移動させ、テールワイヤ21を更に基準面40に沿った方向に折り曲げていく。そして、図3の(h)に示すように、テールワイヤ21の下端22が基準面40の沿った方向となるまでテールワイヤ21を略直角に折り曲げて折り曲げワイヤ23を成形する。
このように、制御部70は、キャピラリ10を下降させるにつれてキャピラリ10の先端12の移動方向と基準面40とのなす角度θ1〜θ3が小さくなるように、キャピラリ10の先端12を基準面40に向かって斜めに下降させて折り曲げワイヤ23を成形する。制御部70は、図3の(h)に示すように折り曲げワイヤ23を成形したら折り曲げワイヤ成形工程を終了する。
次に、制御部70は、図2のステップS102に示すように起立ワイヤ成形工程を実行する。制御部70は、図4の(a),(b)に示すように、折り曲げワイヤ23をキャピラリ10の先端12と基準面40との間に挟み込んだ状態でキャピラリ10の先端12を横移動させて折り曲げワイヤ23を上方向に起立させて起立ワイヤ24を成形する。
制御部70は、折り曲げワイヤ成形工程を終了したら、図4の(a)に示すように、クランパ15を閉とした状態で、キャピラリ10の先端12を図4の(a)の矢印94に示すように僅かに下降させて、キャピラリ10の先端12と基準面40との間に折り曲げワイヤ23の根元部分を挟み込む。そして、制御部70は、クランパ15を閉とした状態で、折り曲げワイヤ23の延びる方向と反対方向に向かって図4の(b)に矢印95で示すようにキャピラリ10の先端12を横移動させる。すると、図4の(b)の矢印96に示すように示すように、キャピラリ10が横移動するに従って折り曲げワイヤ23は上方向に起立し、起立ワイヤ24が成形される。
制御部70は、図4の(b)に示すように、起立ワイヤ24を成形したら起立ワイヤ成形工程を終了する。
次に制御部70は、図2のステップS103に示すようにボンディング工程を実行する。制御部70は、図5の(a),(b)に示すように、キャピラリ10を基準面40から半導体素子50のボンディング位置である電極51の上に移動させて起立ワイヤ24を電極51の上にボンディングする。
制御部70は、図5の(a)に示すように、キャピラリ10を基準面40からボンディング位置である半導体素子50の電極51の上に移動させる。そして、制御部70は、キャピラリ10のZ方向の中心線19の位置を電極51のZ方向の中心線52の位置から横方向に距離dだけずらした位置とする。そして、制御部70は、クランパ15を閉とした状態で、図5の(b)中の矢印99に示すようにキャピラリ10を下降させて起立ワイヤ24の根元を電極51の上にボンディングする。
起立ワイヤ24を電極51の上にボンディングすると、起立ワイヤ24は、図5の(b)中の矢印98に示すように略垂直方向に起立し、電極51の中心位置で中心線52に略沿った方向に延びるピン状ワイヤ25が成形される。
制御部70は、起立ワイヤ24をボンディングしてピン状ワイヤ25を成形したらボンディング工程を終了し、図2のステップS104に示すようにワイヤ切断工程を実行する。
制御部70は、図6に破線で示すようにクランパ15を開にした状態でキャピラリ10を上昇させて先端12からテールワイヤ21を所定の長さだけ延出させる。そして、制御部70は、図6に実線で示すように、クランパ15を閉としてクランパ15とキャピラリ10とを矢印100のように上昇させて、キャピラリ10に挿通しているテールワイヤ21の下端22を切断する。これにより、制御部70は、電極51の中心線52の上に独立したピン状ワイヤ25を成形する。
制御部70は、ワイヤ切断工程を終了したら、キャピラリ10を基準面40の上に移動させる。そして、制御部70は、図2のステップS105で全てのピン状ワイヤ25の成形をしたかどうかを判断し、図2のステップS105でNOと判断した場合には、図2のステップS101に戻って、図2のステップS101、図3の(a)〜(h)に示す折り曲げワイヤ成形工程、図2のステップS102、図4の(a),(b)に示す起立ワイヤ成形工程、図2のステップS103、図5の(a),(b)に示すボンディング工程、図2のステップS104、図6に示すワイヤ切断工程を繰り返し実行する。そして、図2のステップS105でYESと判断したらピン状ワイヤ25の成形を終了する。
以上説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法は、テールワイヤ21の下端22を基準面40に接触させ、テールワイヤ21を基準面40に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤ23を成形し、キャピラリ10の先端12と基準面40との間に折り曲げワイヤ23を挟みこんでキャピラリ10を横移動させ、折り曲げワイヤ23を上方向に起立させて起立ワイヤ24を成形し、成形した起立ワイヤ24をボンディング位置である半導体素子50の電極51にボンディングするので、従来技術のように、ワイヤ20を半導体素子50の電極51以外の位置に押圧する必要がなく、ピン状ワイヤ25を成形する場合の半導体素子50の損傷を抑制できる。また、半導体素子50の電極51と離れた位置でテールワイヤ21の折り曲げ、起立を行うことができるので、半導体素子50の表面の面積が小さい場合でもピン状ワイヤ25の成形を行うことができる。
以上、説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法では、折り曲げワイヤ成形工程において、キャピラリ10を下降させるにつれてキャピラリ10の先端12の移動方向と基準面40とのなす角度θ1〜θ3が小さくなるように、キャピラリ10の先端12を基準面40に向かって斜めに下降させて折り曲げワイヤ23を成形することとして説明したが、これに限らず、一定の角度でキャピラリ10の先端12を基準面40に向かって斜めに下降させて折り曲げワイヤ23を成形してもよい。
また、ボンディング工程において、制御部70は、キャピラリ10の中心線19の位置を電極51の中心線52の位置からずらしてボンディングを行うこととして説明したが、これに限らず、制御部70は、キャピラリ10の中心線19の位置を電極51の中心線52の位置に合わせてボンディングをしてもよい。
次に図7〜図10、及び、図3、図4を参照しながら他の実施形態のピン状ワイヤ成形方法について説明する。先に図2〜図6を参照して説明した実施形態と同様の部分については説明を省略する。
他の実施形態のピン状ワイヤ成形方法において、制御部70は、図7のステップS101に示す折り曲げワイヤ成形工程の前に、図7のステップS201、図8の(a)〜(b)に示す圧着ボール成形工程と、図7のステップS202、図8の(c)〜(e)に示すバンプ成形工程とを実行する。
図2のステップS201に示す圧着ボール成形工程において、制御部70は、図8の(a)に示すように、キャピラリ10をトーチ電極5の近傍に移動させて、トーチ電極5とキャピラリ10の先端12から延出させたテールワイヤ21との間に放電を発生させてテールワイヤ21をフリーエアボール30に成形する。フリーエアボール30は、キャピラリ10の中心に設けられた穴の先端のチャンファ部13で保持される。そして、制御部70は、図8の(b)に示すように、キャピラリ10のZ方向の中心線19の位置を半導体素子50の電極51のZ方向の中心線52に合わせ、クランパ15を開とした状態で、矢印101に示すようにキャピラリ10を下降させる。そして、制御部70は、キャピラリ10でフリーエアボール30を半導体素子50の電極51の上にボンディングする。フリーエアボール30は、周辺部が先端12に押圧されて円盤状となり、中央部がチャンファ部13に押圧されて円盤状の周辺部より少し上に突出した台座形状の圧着ボール31に成形される。
図8の(b)に示すように、制御部70は、圧着ボール31の成形が終了したら、図7のステップS202、図8の(c)〜(e)に示すバンプ成形工程を実行する。
図2のステップS202に示すバンプ成形工程において、制御部70は、図8の(c)の矢印102に示すように、クランパ15を開とした状態で、キャピラリ10を上昇させて先端12からワイヤ20を延出させた後、横方向に距離eだけ移動させ、その後わずかにキャピラリ10を下降させる。次に、図8の(d)の矢印103に示すように、制御部70は、キャピラリ10を元の高さまで上昇させた後、図8の(c)に示す場合と反対方向にキャピラリ10を距離(e+f)だけ横方向に移動させ、キャピラリ10を下降させる。この動作により制御部70は、延出させたワイヤ20を半導体素子50の電極51の上で左右に折り返し、折り返したワイヤ20を下側のワイヤ20の上に先端12で押圧し、図8の(d)に示すように、一方が盛り上がり、先端12で押圧した他方が凹み部36となるバンプ35を成形する。
制御部70は、バンプ35を成形したら、図8の(e)に破線で示すように、クランパ15を開とした状態で、キャピラリ10を上昇させてキャピラリ10の先端12から所定の長さのテールワイヤ21を延出させる。そして、制御部70は、図8の(e)に実線で示すように、クランパ15を閉とした状態でキャピラリ10とクランパ15とを図8に示す矢印104のように上昇させてテールワイヤ21の下端22を切断する。
次に制御部70は、図7のステップS101、図3の(a)〜(h)に示すように、先端12から延出させたテールワイヤ21の下端22を半導体素子50の表面に接触させながらキャピラリ10の先端12を斜め下方向に移動させてテールワイヤ21を半導体素子50の表面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤ23を成形する折り曲げワイヤ成形工程を実行する。折り曲げワイヤ成形工程は、下端22を半導体素子50の表面に接触させる点以外は先に説明した実施形態と同様である。
次に、制御部70は、図7のステップS102、図4の(a),(b)に示すように、キャピラリ10の先端12と半導体素子50の表面との間に折り曲げワイヤ23の根元部分を挟み込んでキャピラリ10の先端12を横移動させて、起立ワイヤ24を成形する起立ワイヤ成形工程を実行する。起立ワイヤ成形工程は、キャピラリ10の先端12と半導体素子50の表面との間に折り曲げワイヤ23を挟み込む以外は、先に説明した実施形態と同様である。
次に、制御部70は、図7のステップS103、図9の(a),(b)に示すように、ボンディング工程を実行する。制御部70は、図9の(a)の矢印105に示すように、キャピラリ10を半導体素子50の電極51の上に移動させ、キャピラリ10のZ方向の中心線19の位置を電極51のZ方向の中心線52の位置から横方向に距離gだけずらした位置とする。ここで、距離gは、起立ワイヤ24の根元24aがバンプ35の凹み部36に合うような距離である。
制御部70は、図9の(b)中の矢印106に示すように、クランパ15を閉とした状態で、キャピラリ10を下降させて起立ワイヤ24の根元24aをバンプ35の上面に成形された凹み部36の上にボンディングする。図9の(b)に示すように、起立ワイヤ24の根元24aはバンプ35の上面の形状に沿った形に成形されてバンプ35の上にボンディングされる。
起立ワイヤ24を電極51のバンプ35の上にボンディングすると、起立ワイヤ24は、図9の(b)中の矢印107に示すように略垂直方向に起立し、電極51の中心位置で中心線52に略沿った方向に延びるピン状ワイヤ25が成形される。
制御部70は、起立ワイヤ24をボンディングしてピン状ワイヤ25を成形したらボンディング工程を終了し、図7のステップS104に示すワイヤ切断工程を実行する。
制御部70は、図10に破線で示すようにクランパ15を開にした状態でキャピラリ10を上昇させて先端12からテールワイヤ21を所定の長さだけ延出させる。そして、図10に実線で示すように、制御部70は、クランパ15を閉としてクランパ15とキャピラリ10とを矢印108のように上昇させて、キャピラリ10に挿通しているテールワイヤ21の下端22を切断する。これにより、制御部70は、電極51のバンプ35の上に独立したピン状ワイヤ25を成形する。
制御部70は、ワイヤ切断工程を終了したら、キャピラリ10を半導体素子50の上に移動させる。そして、制御部70は、図7のステップS105で全てのピン状ワイヤ25の成形をしたかどうかを判断し、図7のステップS105でNOと判断した場合には、図7のステップS201に戻って、図7のステップS201、図8の(a),(b)に示す圧着ボール成形工程、図7のステップS202、図8の(c)〜(e)に示すバンプ成形工程、図7のステップS101、図3の(a)〜(h)に示す折り曲げワイヤ成形工程、図7のステップS102、図4の(a),(b)に示す起立ワイヤ成形工程、図7のステップS103、図9の(a),(b)に示すボンディング工程、図7のステップS104、図10に示すワイヤ切断工程を繰り返し実行する。そして、図2のステップS105でYESと判断したらピン状ワイヤ25の成形を終了する。
以上説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法は、半導体素子50の電極51の上に圧着ボール31とバンプ35を成形し、バンプ35の上に起立ワイヤ24をボンディングしてピン状ワイヤ25を成形するので、ピン状ワイヤ25を成形する工程で半導体素子50に加える力が小さく、半導体素子50の損傷をより好適に抑制しながらピン状ワイヤ25を成形することができる。また、半導体素子50の表面にテールワイヤ21の下端22を接触させて折り曲げワイヤ23を成形するので、少ないスペースでピン状ワイヤ25を成形することができる。
以上、説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法では、制御部70は、ワイヤ成形工程において、テールワイヤ21の下端22を半導体素子50の表面に接触させてテールワイヤ21を折り曲げとして説明したがこれに限らず、例えば、図11に示すように、下端22をバンプ35に接触させて折り曲げるようにしてもよい。この場合、より少ないスペースでピン状ワイヤ25を成形することができる。
なお、制御部70は、本実施形態においても折り曲げワイヤ成形工程において、下端22を基板あるいは基準面40の表面に接触させてテールワイヤ21を折り曲げるようにしてもよい。また、半導体素子50の電極51の上に限らず、基板の電極の上にピン状ワイヤ25を成形してもよい。
1 ワイヤボンディング装置、2 基台、3 XYテーブル、4 ボンディングヘッド、5 トーチ電極、6 超音波ホーン、7 超音波発振器、8 ワイヤテンショナ、9 回転スプール、10 キャピラリ、12 先端、13 チャンファ部、15 クランパ、19,52 中心線、20 ワイヤ、21 テールワイヤ、22 下端、23 折り曲げワイヤ、24 起立ワイヤ、25 ピン状ワイヤ、30 フリーエアボール、31 圧着ボール、35 バンプ、36 凹み部、40 基準面、50 半導体素子、51 電極、60 ボンディングステージ、61 ヒータ、62 ワーク、70 制御部。
Claims (8)
- ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するピン状ワイヤ成形方法であって、
先端から所定の長さのワイヤを延出させた前記ボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を前記基準面に接触させてワイヤを前記基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、
前記ボンディングツールの先端と前記基準面との間に前記折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、前記折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かって前記ボンディングツールを横移動させて前記折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、
前記ボンディングツールを前記基板又は半導体素子の前記ボンディング位置の上に移動させて前記起立ワイヤを前記ボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディングツールを上昇させて前記ボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって前記起立ワイヤを前記ボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、
を有するピン状ワイヤ成形方法。 - 請求項1に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
前記折り曲げワイヤ成形工程は、前記ボンディングツールを下降させるにつれて前記ボンディングツールの移動方向と前記基準面とのなす角度が小さくなるように、前記ボンディングツールを前記基準面に向かって斜めに下降させること、
を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。 - 請求項1又は2に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
前記ボンディング工程は、前記ボンディングツールの中心位置を前記ボンディング位置の中心位置からずらしてボンディングすること、
を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。 - 請求項1又は2に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
前記折り曲げワイヤ成形工程の前に、
前記ボンディングツールを前記ボンディング位置に向かって下降させて先端をフリーエアボールに成形したワイヤを前記ボンディング位置にボンディングして圧着ボールを成形する圧着ボール成形工程と、
前記ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを上昇させた後、繰り出したワイヤを前記圧着ボールの上に折り返し、押圧してバンプを成形するバンプ成形工程と、を含み、
前記ボンディング工程は、前記起立ワイヤを前記バンプの上にボンディングすること、
を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。 - 請求項4に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
前記バンプ成形工程は、繰り出したワイヤを前記圧着ボールの上に折り返し、前記ボンディングツールの中心位置を前記ボンディング位置からずらしてワイヤを押圧して上面に凹み部を有する前記バンプを成形し、
前記ボンディング工程は、前記起立ワイヤの根元が前記バンプの前記凹み部に合うように前記ボンディングツールの中心位置を前記ボンディング位置からずらしてボンディングすること、
を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。 - 請求項1又は2に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
前記基準面は、前記基板の表面又は前記半導体素子の表面であること、
を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。 - 請求項5に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
前記折り曲げワイヤ成形工程は、先端から所定の長さのワイヤを延出させた前記ボンディングツールを前記基板の表面又は前記半導体素子の表面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を前記バンプに接触させてワイヤを前記基板の表面又は前記半導体素子の表面に沿った方向に折り曲げて前記折り曲げワイヤを成形すること、
を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。 - ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するワイヤボンディング装置であって、
前記ボンディングツールの位置を調整する制御部を備え、
前記制御部が、
先端から所定の長さのワイヤを延出させた前記ボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を前記基準面に接触させてワイヤを前記基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、
前記ボンディングツールの先端と前記基準面との間に前記折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、前記折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かって前記ボンディングツールを横移動させて前記折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、
前記ボンディングツールを前記基板又は半導体素子の前記ボンディング位置の上に移動させて前記起立ワイヤを前記ボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディングツールを上昇させて前記ボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって前記起立ワイヤを前記ボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、
を実行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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