KR102488240B1 - 와이어 본딩 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

와이어 본딩 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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신스케 테이
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

제1 본드점과 제2 본드점의 사이를 와이어로 접속하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 볼 본딩에 의해 제1 본드점에 압착 볼과 볼 네크를 형성하는 볼 본딩 공정과, 볼 네크와 압착 볼의 사이에 단면적을 줄인 박육부를 형성하는 박육부 형성 공정과, 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 내보낸 후, 캐필러리를 제2 본드점의 방향으로 이동시켜, 박육부에서 와이어 테일과 압착 볼을 분리하는 와이어 테일 분리 공정과, 캐필러리를 하강시켜 분리한 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합하는 와이어 테일 접합 공정을 포함한다.

Description

와이어 본딩 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은 와이어 본딩 장치의 구조 및 그 와이어 본딩 장치를 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체칩의 박형화가 요구되고 있다. 이 요구를 만족시키기 위해서는, 와이어 본딩에서 형성되는 루프 와이어의 높이를 낮게 억제하는 것이 필요하다. 그래서, 종래부터, 루프 높이를 억제하는 저루프 기술이 다수 제안되었다.
예를 들면, 볼 본딩을 행한 후, 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 연장시킨 후, 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 절단하고, 절단한 와이어 테일을 압착 볼의 위에 본딩함으로써 루프 높이를 낮게 억제하는 본딩 방법이 제안되었다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또, 제1 본드점에 볼 본딩을 행한 후, 캐필러리를 수평 이동시켜 압착 볼 위의 볼 네크를 깎아내고, 그 후 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 연장시키고, 연장시킨 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 복수회 가압한 후, 캐필러리를 제2 본드점을 향해 이동시킴으로써 루프 높이를 억제하는 방법이 제안되었다(예를 들면, 특허문헌 2 참조)
일본 특허 제4860128호 공보 일본 특개 2019-176111호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 종래기술과 같이 캐필러리를 바로 위로 상승시켜 와이어 테일의 연장, 절단을 행해도, 와이어 테일이 캐필러리의 페이스부의 하측에 위치하지 않기 때문에, 캐필러리로 와이어 테일을 압착 볼의 위에 접합하는 것이 곤란하여, 실현성의 문제가 있었다.
또, 특허문헌 2의 방법에서는, 누름 부분의 와이어 테일의 단면적이 작아져 버려, 와이어의 루프 형상이 제한되는 경우가 있었다.
그래서, 본 발명은 루프 형상의 자유도가 큰 저루프 와이어를 형성 가능한 와이어 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 제1 본드점과 제2 본드점의 사이를 와이어로 접속하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 와이어가 삽입통과되는 캐필러리와, 캐필러리를 이동시키는 이동 기구를 갖추는 와이어 본딩 장치를 준비하는 준비 공정과, 캐필러리에 삽입통과된 와이어의 선단에 프리 에어 볼을 형성한 후, 캐필러리의 선단을 압착 높이까지 하강시켜 프리 에어 볼을 제1 본드점에 접합하여 압착 볼과 압착 볼의 상측의 볼 네크를 형성하는 볼 본딩 공정과, 캐필러리의 선단을 수평 방향으로 이동시켜, 볼 네크와 압착 볼의 사이에 단면적을 줄인 박육부를 형성하는 박육부 형성 공정과, 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 내보낸 후, 캐필러리를 제2 본드점의 방향으로 이동시켜, 박육부에서 와이어 테일과 압착 볼을 분리하는 와이어 테일 분리 공정과, 캐필러리를 하강시켜 분리한 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합하는 와이어 테일 접합 공정
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
박육부 형성 공정에 의해, 볼 네크와 압착 볼과의 접속 부분의 단면적을 줄인 박육부를 형성하고 나서 와이어 테일을 압착 볼로부터 분리하므로, 작은 인장하중으로 와이어 테일을 압착 볼로부터 분리할 수 있다. 또, 캐필러리를 제2 본드점의 방향으로 이동시켜, 박육부에서 와이어 테일과 압착 볼을 분리하므로, 절단한 와이어 테일이 캐필러리의 제1 본드점측의 아래로 들어간다. 이 때문에, 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합할 수 있어, 와이어의 뻗는 방향을 수평 방향으로 하여 루프 높이를 낮게 할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 박육부를 형성한 후, 캐필러리를 제2 본드점의 방향으로 원호 형상으로 왕복 이동시켜 와이어를 구부림 변형시키는 와이어 테일 구부림 공정을 포함해도 된다.
이와 같이, 와이어를 구부림 변형시키므로, 와이어 테일을 압착 볼로부터 분리했을 때, 와이어 테일이 캐필러리의 제1 본드점측의 아래로 들어간 상태를 유지할 수 있어, 확실하게 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합할 수 있어 루프 높이를 낮게 할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 박육부 형성 공정은 캐필러리를 압착 높이보다 높은 전단 높이까지 상승시키고 캐필러리를 수평 방향으로 이동시켜도 된다.
이것에 의해, 확실하게 볼 네크를 변형시켜 박육부를 형성할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 박육부 형성 공정은 박육부를 형성할 때 캐필러리를 수평 방향으로 왕복 동작시켜도 된다.
이것에 의해, 볼 네크와 압착 볼과의 접속 부분의 단면적을 최대한 작게 함과 아울러, 접속 부분의 단면적의 크기의 불균일을 억제할 수 있다. 이 결과, 와이어 테일을 절단했을 때 캐필러리의 선단으로부터 연장되는 와이어 테일의 형상을 안정시킬 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 와이어 테일 분리 공정은, 박육부에서 와이어 테일을 압착 볼로부터 분리할 때, 캐필러리를 제2 본드점의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 이동시켜도 된다.
이것에 의해, 절단한 와이어 테일과 압착 볼이 접촉하여 재접합되는 것을 억제할 수 있어, 와이어 본딩의 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 와이어 테일 접합 공정은, 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합할 때, 캐필러리의 제1 본드점 쪽의 페이스부를 압착 볼의 제2 본드점과 반대측의 단부의 위까지 이동시킨 후, 캐필러리를 하강시켜 캐필러리의 페이스부로, 구부림 변형된 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 제2 본드점과 반대측의 단부의 위에 접합해도 된다.
이것에 의해, 와이어 테일의 측면을 확실하게 압착 볼의 위에 접합할 수 있다.
본 발명의 와이어 본딩 장치는 제1 본드점과 제2 본드점의 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치로서, 와이어가 삽입통과되는 캐필러리와, 캐필러리를 이동시키는 이동 기구와, 이동 기구의 구동을 제어하는 제어부를 갖추고, 제어부는 캐필러리에 삽입통과된 와이어의 선단에 프리 에어 볼을 형성한 후, 캐필러리의 선단을 압착 높이까지 하강시켜 프리 에어 볼을 제1 본드점에 접합하여 압착 볼과 압착 볼의 상측의 볼 네크를 형성하고, 캐필러리의 선단을 수평 방향으로 이동시켜, 볼 네크와 압착 볼의 사이에 단면적을 줄인 박육부를 형성하고, 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 내보낸 후, 캐필러리를 제2 본드점의 방향으로 이동시켜, 박육부에서 와이어 테일과 압착 볼을 분리하고,
캐필러리를 하강시켜 분리한 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 제어부는, 볼 네크를 형성한 후, 캐필러리를 압착 높이보다 높은 전단 높이까지 상승시키고 캐필러리를 수평 방향으로 왕복 이동시켜 박육부를 형성하고, 박육부를 형성한 후, 캐필러리를 제2 본드점의 방향으로 원호 형상으로 왕복 이동시켜 와이어를 구부림 변형시키고, 박육부에서 와이어 테일을 압착 볼로부터 분리할 때, 캐필러리를 제2 본드점의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 이동시키고, 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합할 때, 캐필러리의 제1 본드점 쪽의 페이스부를 압착 볼의 제2 본드점과 반대측의 단부의 위까지 이동시킨 후, 캐필러리를 하강시켜 캐필러리의 페이스부로, 구부림 변형된 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 제2 본드점과 반대측의 단부의 위에 접합해도 된다.
본 발명은 루프 형상의 자유도가 큰 저루프 와이어를 형성 가능한 와이어 본딩 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태의 와이어 본딩 장치의 구성을 도시하는 입면도이다.
도 2는 실시형태의 와이어 본딩 장치에 부착되는 캐필러리의 단면도이다.
도 3은 실시형태의 와이어 본딩 장치에서 형성한 루프 와이어를 도시하는 입면도이다.
도 4는 캐필러리의 선단의 이동을 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시형태의 와이어 본딩 장치를 사용하여 와이어 본딩을 행할 때의 볼 본딩 공정을 나타내는 설명도이다.
도 6a는 실시형태의 와이어 본딩 장치를 사용하여 와이어 본딩을 행할 때의 박육부 형성 공정에 있어서 캐필러리를 조금 상승시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6b는 박육부 형성 공정에 있어서, 도 6a에 도시하는 상태로부터 캐필러리를 포워드 방향을 향해 수평 이동한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6c는 박육부 형성 공정에 있어서, 도 6b에 도시하는 상태로부터 캐필러리를 리버스 방향을 향해 수평 이동한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6d는 박육부 형성 공정에 있어서, 도 6c에 도시하는 상태로부터 캐필러리를 다시 포워드 방향을 향해 조금 수평 이동한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7a는 실시형태의 와이어 본딩 장치를 사용하여 와이어 본딩을 행할 때의 와이어 테일 구부림 공정에 있어서 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 연장시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7b는 와이어 테일 구부림 공정에 있어서, 도 7a에 도시하는 상태로부터 캐필러리를 제2 본드점을 향해 원호 형상으로 이동시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7c는 와이어 테일 구부림 공정에 있어서, 도 7b에 도시하는 상태로부터 캐필러리의 선단을 제1 본드점의 방향을 향해 원호 형상으로 이동시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 8은 실시형태의 와이어 본딩 장치를 사용하여 와이어 본딩을 행할 때의 와이어 테일 분리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 9a는 실시형태의 와이어 본딩 장치를 사용하여 와이어 본딩을 행할 때의 와이어 테일 접합 공정에 있어서 캐필러리를 압착 볼의 위까지 이동시킨 상태를 나타내는 설명도이다.
도 9b는 와이어 테일 접합 공정에 있어서, 도 9a에 도시하는 상태로부터 캐필러리를 하강시켜 와이어 테일의 측면을 압착 볼의 위에 접합한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 10은 실시형태의 와이어 본딩 장치를 사용하여 제2 본드점에 루프 와이어를 스티치 본딩한 상태의 제1 본드부와 루프 와이어를 나타내는 설명도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하면서 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는 베이스(10)와, XY 테이블(11)과, 본딩 헤드(12)와, Z 방향 모터(13)와, 본딩 암(14)과, 초음파 혼(15)과, 캐필러리(20)와, 클램퍼(17)와, 방전 전극(18)과, 본딩 스테이지(19)와, 제어부(60)를 갖추고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 본딩 암(14) 또는 초음파 혼(15)이 뻗는 방향을 X 방향, 수평면에서 X 방향과 직각 방향을 Y 방향, 상하 방향을 Z 방향으로 하여 설명한다.
XY 테이블(11)은 베이스(10)의 위에 부착되어 상측에 탑재되는 것을 XY 방향으로 이동시킨다.
본딩 헤드(12)는 XY 테이블(11)의 위에 부착되어 XY 테이블(11)에 의해 XY 방향으로 이동한다. 본딩 헤드(12)의 속에는, Z 방향 모터(13)와 Z 방향 모터(13)에 의해 구동되는 본딩 암(14)이 격납되어 있다. Z 방향 모터(13)는 고정자(13b)를 갖추고 있다. 본딩 암(14)은 근원부(14a)가 Z 방향 모터(13)의 고정자(13b)에 대향하고, Z 방향 모터(13)의 샤프트(13a)의 둘레로 회전 자유롭게 부착되는 회전자로 되어 있다.
본딩 암(14)의 X 방향의 선단에는 초음파 혼(15)이 부착되어 있고, 초음파 혼(15)의 선단에는 캐필러리(20)가 부착되어 있다. 초음파 혼(15)은 도시하지 않은 초음파 진동자의 진동에 의해 선단에 부착된 캐필러리(20)를 초음파 가진한다. 캐필러리(20)는 뒤에서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 내부에 상하 방향으로 관통하는 관통구멍(21)이 설치되어 있고, 관통구멍(21)에는 와이어(16)가 삽입통과되어 있다.
또, 초음파 혼(15)의 선단의 상측에는 클램퍼(17)가 설치되어 있다. 클램퍼(17)는 개폐하여 와이어(16)의 파지, 개방을 행한다.
본딩 스테이지(19)의 상측에는 방전 전극(18)이 설치되어 있다. 방전 전극(18)은 베이스(10)에 설치된 도시하지 않은 프레임에 부착되어도 된다. 방전 전극(18)은 캐필러리(20)에 삽입통과되어 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 연장된 와이어(16)와의 사이에서 방전을 행하여, 와이어(16)를 용융시켜 프리 에어 볼(40)을 형성한다.
본딩 스테이지(19)는 상면에 반도체칩(34)이 실장된 기판(30)을 흡착 고정함과 아울러, 도시하지 않은 히터에 의해 기판(30)과 반도체칩(34)을 가열한다.
본딩 헤드(12)의 Z 방향 모터(13)의 고정자(13b)의 전자력에 의해 회전자를 구성하는 본딩 암(14)의 근원부(14a)가 도 1 중의 화살표(71)로 나타내는 바와 같이 회전하면, 초음파 혼(15)의 선단에 부착된 캐필러리(20)는 화살표(72)로 나타내는 바와 같이 Z 방향으로 이동한다. 또, 본딩 스테이지(19)는 XY 테이블(11)에 의해 XY 방향으로 이동한다. 따라서, 캐필러리(20)는 XY 테이블(11)과 Z 방향 모터(13)에 의해 XYZ 방향으로 이동한다. 따라서, XY 테이블(11)과 Z 방향 모터(13)는 캐필러리(20)를 XYZ 방향으로 이동시키는 이동 기구(11a)를 구성한다.
XY 테이블(11)과, Z 방향 모터(13)와, 클램퍼(17)와, 방전 전극(18)과, 본딩 스테이지(19)는 제어부(60)에 접속되어 있고, 제어부(60)의 지령에 근거하여 구동된다. 제어부(60)는 XY 테이블(11)과 Z 방향 모터(13)로 구성되는 이동 기구(11a)에 의해, 캐필러리(20)의 XYZ 방향의 위치를 조정함과 아울러, 클램퍼(17)의 개폐, 방전 전극(18)의 구동, 본딩 스테이지(19)의 가열 제어를 행한다.
제어부(60)는 내부에 정보 처리를 행하는 프로세서인 CPU(61)와, 동작 프로그램이나 동작 데이터 등을 격납하는 메모리(62)를 포함하는 컴퓨터이다.
다음에 도 2를 참조하면서 캐필러리(20)의 구조에 대해 설명한다. 도 2는 캐필러리(20)의 선단부의 일례를 도시하는 도면이다. 캐필러리(20)에는, 중심선(24)의 방향으로 관통하는 관통구멍(21)이 형성되어 있다. 이 관통구멍(21)의 속에는 와이어(16)가 삽입통과된다. 따라서, 관통구멍(21)의 내경(d1)은 와이어(16)의 외경(d2)보다 크다(d1>d2). 관통구멍(21)의 하단은 원추 형상으로 넓어져 있다. 이 원추 형상으로 넓어지는 테이퍼부는 챔퍼부(22)라고 불린다. 또, 이 원추 형상의 공간 중 최대의 직경(즉 최하단의 직경)은 챔퍼 직경(d3)이라 불린다.
캐필러리(20)의 하단면은 도 1에 도시하는 프리 에어 볼(40)를 가압하는 페이스부(23)로 된다. 이 페이스부(23)는 평평한 수평면이어도 되고, 외측에 근접함에 따라 상방으로 진행하는 것과 같은 경사면이어도 된다. 페이스부(23)의 폭, 즉, 챔퍼부(22)와 캐필러리(20)의 하단의 외주와의 거리를, 「페이스폭(W)」이라 부른다. 페이스폭(W)은 챔퍼 직경(d3)과 캐필러리(20)의 외주 직경(d4)에 의해, W=(d4-d3)/2로 계산된다. 또, 이하의 설명에서는, 캐필러리(20)의 하단의 중심선(24) 위의 점을 캐필러리(20)의 선단(25)이라고 한다.
도 2 중에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 캐필러리(20)의 선단(25)을 높이(h1)의 점(a)까지 가공시켜 도 1에 도시하는 프리 에어 볼(40)을 패드(35)의 위에 가압하면, 프리 에어 볼(40)은 페이스부(23)로 가압되어 편평하게 되어 직경(d5)이고 두께(hb)의 편평 원기둥 모양의 압착 볼(41)이 형성된다. 또, 프리 에어 볼(40)을 형성하는 금속의 일부는 챔퍼부(22)로부터 관통구멍(21)으로 들어가고, 압착 볼(41)의 상측에 접속하는 원추 형상부(42a)와 원추 형상부(42a)의 상측에 접속하는 원기둥 형상부(42b)로 구성되는 볼 네크(42)가 형성된다.
도 3은 와이어 본딩 장치(100)에 의해 형성되는 루프 와이어(52)의 이미지도이다. 반도체칩(34)에는, 복수의 패드(35)가 배열 설치되어 있고, 기판(30)에는, 복수의 리드(31)가 배열 설치되어 있다. 와이어 본딩 장치(100)는 이 패드(35) 위에 위치하는 제1 본드점(P1)과, 리드(31) 위에 위치하는 제2 본드점(P2)을 루프 와이어(52)로 접속한다.
제1 본드점(P1)에는, 와이어(16)의 일단을 패드(35)에 내리눌러 형성되는 제1 본드부(50)가 형성되어 있고, 이 제1 본드부(50)로부터 인출된 루프 와이어(52)가 제2 본드점(P2)까지 뻗는다. 제2 본드점(P2)에는, 루프 와이어(52)의 타단을 리드(31)에 내리눌러 형성되는 제2 본드부(51)가 형성되어 있다. 여기에서, 제2 본드부(51)는, 통상, 루프 와이어(52)를 리드(31)에 눌러 형성되는 스티치 본드이다.
이하, 도 4∼도 9b를 참조하여 와이어 본딩 장치(100)의 제1 본드부(50)와 루프 와이어(52)와 제2 본드부(51)를 형성하는 동작에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 본드점(P1)에서 보아 제2 본드점(P2)에 근접하는 방향을 「포워드 방향」이라 부르고, 제2 본드점(P2)으로부터 벗어나는 방향, 또는, 제1 본드점(P1)에서 보아 제2 본드점(P2)과 반대 방향을 「리버스 방향」이라 부른다. 각 도면 중에 나타내는 「F」의 부호는 포워드 방향을 나타내고, 「R」의 부호는 리버스 방향을 나타낸다. 또, 도 4에 나타내는 화살표(81∼91)는 도 5∼도 9b 속에 나타내는 화살표(81∼91)에 대응한다.
제1 본드부(50)를 형성하는 경우, 제어부(60)의 프로세서인 CPU(61)는, 우선, 클램퍼(17)를 개방하고, XY 테이블(11) 및 Z 방향 모터(13)를 구동 제어하여, 캐필러리(20)의 선단(25)을 방전 전극(18)의 근방으로 이동시킨다. 그리고, CPU(61)는 방전 전극(18)과 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 연장된 와이어(16)의 사이에서 방전을 발생시켜, 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 연장된 와이어(16)를 프리 에어 볼(40)로 성형한다.
계속해서, CPU(61)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 볼 본딩 공정을 실행한다. CPU(61)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 중심선(24)의 XY 좌표를 제1 본드점(P1)의 중심선(36)의 XY 좌표에 맞추어, 도 4, 도 5에 나타내는 화살표(81) 와 같이 캐필러리(20)의 선단(25)을 제1 본드점(P1)을 향해 점(a)까지 하강시킨다. 이때, 패드(35)의 상면으로부터 캐필러리(20)의 선단(25)까지의 높이(h1), 즉 패드(35)의 상면으로부터 점(a)까지의 높이(h1)는 압착 볼(41)의 두께(hb)(도 2 참조)의 목표값에 기초하여 정해진다. 이하, 이 높이(h1)를 「압착 높이(h1)」라고 한다.
그리고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 페이스부(23)에서 프리 에어 볼(40)을 패드(35)의 위에 가압한다. 이때, 캐필러리(20)의 선단(25)에는 초음파 혼(15)을 통하여 초음파 진동이 부여되고 있어도 된다.
캐필러리(20)가 프리 에어 볼(40)을 패드(35)의 위에 가압하면, 먼저 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 페이스부(23)와 챔퍼부(22)는 프리 에어 볼(40)을 압착 볼(41)과 볼 네크(42)로 성형한다. CPU(61)는 압착 볼(41)과 볼 네크(42)가 형성되면 볼 본딩 공정을 종료한다.
다음에 CPU(61)는, 도 6a∼도 6d에 도시하는 바와 같이, 박육부 형성 공정을 실행하는 CPU(61)는 클램퍼(17)를 개방으로 해 둔다. 그리고, CPU(61)는, 도 6a에 도시하는 바와 같이, Z 방향 모터(13)를 구동하여, 캐필러리(20)의 선단(25)을 도 4, 도 6a 속에 나타내는 화살표(82)와 같이 점(b)까지 높이(△hb)만큼 약간 상승시켜, 캐필러리(20)의 선단(25)의 높이를 높이(h2)로 한다. 이하, 높이(h2)를 「전단 높이(h2)」라고 한다. 전단 높이(h2)는 압착 볼(41)의 상단면과 볼 네크(42)의 상단면 사이의 높이이며, 캐필러리(20)의 선단(25)이 볼 네크(42)의 측면에 위치하는 높이다.
다음에 도 6b에 도시하는 바와 같이, CPU(61)는 캐필러리(20)의 선단(25)의 높이를 전단 높이(h2)로 유지한 채, XY 테이블(11)을 구동하고, 도 4, 도 6b에 도시하는 화살표(83)와 같이 점(c)까지 캐필러리(20)를 제2 본드점(P2)을 향하는 포워드 방향으로 수평으로 거리(△xc)만큼 이동한다. 이것에 의해, 캐필러리(20)의 중심선(24)은 제1 본드점(P1)의 중심선(36)보다 제2 본드점(P2)에 접근한 위치가 된다.
다음에, 도 6c에 도시하는 바와 같이, CPU(61)는 캐필러리(20)의 선단(25)의 높이를 전단 높이(h2)로 유지한 채, 도 6b와는 반대로, XY 테이블(11)을 구동하여, 도 4, 도 6c에 나타내는 화살표(84)와 같이 점(d)까지 캐필러리(20)를 제2 본드점(P2)으로부터 제1 본드점(P1)을 향하는 리버스 방향으로 거리(△xd)만큼 수평 이동시킨다. △xd는 도 6b에 도시하는 △xc보다도 크므로, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 중심선(24)은 제1 본드점(P1)보다도 리버스측으로 되어 있다.
또한, CPU(61)는 캐필러리(20)의 선단(25)의 높이를 전단 높이(h2)로 유지한 채, XY 테이블(11)을 구동하여, 도 4, 도 6b에 나타내는 화살표(85)와 같이 점(e)까지 캐필러리(20)를 제2 본드점(P2)을 향하는 포워드 방향으로 수평으로 거리(△xe)만큼 이동한다. △xe는 도 6c에 나타내는 △xd보다도 작으므로, 도 6d에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 중심선(24)은, 제1 본드점(P1)보다도 리버스측에서, 압착 볼(41)의 제2 본드점(P2)과 반대측(리버스측)의 단부(45)를 통과하는 위치로 되어 있다.
도 6b 내지 도 6d에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 선단(25)의 높이를 전단 높이(h2)로 유지하고, 캐필러리(20)의 선단(25)을 수평 방향으로 포워드측과 리버스측을 향하여 왕복 이동시키면, 도 6c, 도 6d에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 선단(25)에 의해 볼 네크(42)의 일부가 전단 높이(h2)에서 전단 파단되어 수평 방향으로 깎인다. 이것에 의해, 포워드측의 전단면(44)과, 리버스측의 전단면(43)이 형성된다. 여기에서 포워드측의 전단면(44)은 압착 볼(41)의 상단면 근방에 출현한다. 또, 포워드측의 전단면(44)은 볼 네크(42)의 하단면 근방에 출현한다. 전단면(43)과 압착 볼(41)의 제2 본드점(P2)과 반대측(리버스측)의 단부(45) 상면과의 사이에는, 약간 공간이 생겨 있다. 포워드측의 전단면(44)과, 리버스측의 전단면(43)과의 사이에는, 볼 네크(42)와 압착 볼(41)의 사이를 접속하는 가는 접속부(46)가 형성된다. 접속부(46)는 와이어(16)보다도 단면적이 감소한 박육부이다.
이와 같이, 캐필러리(20)의 선단(25)을 수평 방향으로 포워드측과 리버스측을 향해 왕복 이동시켜, 전단면(43, 44)과, 접속부(46)를 형성하면, 접속부(46)의 단면적을 최대한 작게 할 수 있음과 아울러, 접속부(46)의 단면적의 크기의 불균일을 억제할 수 있다.
다음에 CPU(61)는, 도 7a∼도 7c에 도시하는 바와 같이, 와이어 테일 구부림 공정을 실행한다. CPU(61)는, 도 7a에 도시하는 바와 같이, Z 방향 모터(13)를 구동하여, 캐필러리(20)의 선단(25)을 도 4, 도 7a 속에 나타내는 화살표(86)와 같이 점(f)까지 상승시켜, 캐필러리(20)의 선단(25)의 높이를 높이(h3)로 한다. 이하, 높이(h3)는 「이동 높이(h3)」라고 한다. 이동 높이(h3)는 전단 높이(h2)보다도 높다. 이때, 볼 네크(42)와 압착 볼(41)의 사이는, 접속부(46)에 의해 접속되어 있고, 클램퍼(17)가 개방으로 되어 있으므로, 캐필러리(20)가 상승하면 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 와이어 테일(47)이 내보내진다.
캐필러리(20)의 선단(25)을 이동 높이(h3)까지 상승시키면, CPU(61)는 캐필러리(20)의 선단(25)을 도 4, 도 7b 속에 나타내는 화살표(87)와 같이 점(f)으로부터 점(g)까지 원호 형상으로 이동시킨다. 원호 형상의 이동은 도 7a에 나타내는 점(e)을 중심으로 하여 점(f)과 점(e)과의 거리를 반경으로 하는 원호를 따라 높이(h4)의 점(g)까지 이동시켜도 된다. 이것에 의해, 와이어 테일(47)은 접속부(46)로부터 포워드측으로 꺾어 구부러지고 하측의 측면은 압착 볼(41)의 상단면을 향해 꺾어 구부러진다.
다음에 CPU(61)는, 도 7b와는 반대로, 캐필러리(20)의 선단(25)을 도 4, 도 7c 속에 나타내는 화살표(88)와 같이 점(g)으로부터 점(f)까지 원호 형상으로 이동시켜, 캐필러리(20)의 선단(25)의 위치를 점(f)까지 되돌린다. 이것에 의해, 와이어 테일(47)은 접속부(46)로부터 포워드측을 향해 만곡된 후, 리버스측으로 만곡되는 형상으로 된다.
다음에 CPU(61)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 와이어 테일 분리 공정을 실행한다. CPU(61)는, 도 4, 도 8에 도시하는 바와 같이, 클램퍼(17)를 폐쇄로 하고, XY 테이블(11)과 Z 방향 모터(13)를 구동하여 캐필러리(20)의 선단(25)을 제2 본드점(P2)의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 높이(h5)의 점(h)까지 이동시킨다. 이 이동에 의해 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 연장되어 있던 와이어 테일(47)은 접속부(46)로부터 제2 본드점(P2)의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 연장되는 것과 같이 변형된다. 또, 이동 시, CPU(61)는 클램퍼(17)를 폐쇄로 하고 있으므로, 이동에 의해, 접속부(46)는 캐필러리(20)와 클램퍼(17)에 의하여 제2 본드점(P2)의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 잡아당겨진다. 이것에 의해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 접속부(46)가 파단되어 압착 볼측 파단면(48)과, 와이어 테일측 파단면(49)이 형성된다. 접속부(46)가 파단되었 때는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 와이어 테일(47)은 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 제1 본드점(P1)을 향해 리버스측을 향해 비스듬히 하방향으로 뻗어, 캐필러리(20)의 리버스측의 페이스부(23)의 하측으로 돌아 들어간다.
다음에 CPU(61)는, 도 9a, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 와이어 테일 접합 공정을 실행하는 CPU(61)는, 도 4의 화살표(90)로 나타내는 바와 같이, XY 테이블(11)과 Z 방향 모터(13)를 구동하여 캐필러리(20)의 선단(25)을 점(h)으로부터 점(i)까지 상승시킨 후, 점(i)으로부터 리버스 방향을 향해 이동시킨다. 그리고, 도 9a에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 제1 본드점측(리버스측)의 페이스부(23)가 압착 볼(41)의 리버스측의 단부(45)의 상방이 되도록 캐필러리(20)의 선단(25)의 위치를 높이(h6)의 점(j)까지 이동시킨다.
다음에 CPU(61)는 도 4, 도 9b에 나타내는 화살표(91)와 같이 캐필러리(20)의 리버스측의 페이스부(23)를 압착 볼(41)의 리버스측의 단부(45)를 향해 점(k)까지 하강시킨다. 그리고, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(20)의 리버스측의 페이스부(23)로 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 리버스측을 향해 비스듬히 하방향으로 뻗어 있는 와이어 테일(47)의 측면을 압착 볼(41)의 리버스측의 단부(45)의 위에 가압한다. 이것에 의해, 와이어 테일(47)은 단부(45)의 위에 접합되어, 제1 본드부(50)가 형성된다. 이때, 패드(35)의 상면으로부터 캐필러리(20)의 선단(25)까지의 높이(h7), 즉 패드(35)의 상면으로부터 점(k)까지의 높이(h7)는 제1 본드부(50)의 두께의 목표값에 기초하여 정해진다.
도 9b에 도시하는 바와 같이, 제1 본드부(50)는 압착 볼(41)의 리버스측의 단부(45)의 위에 접합되고, 제2 본드점(P2) 쪽은 압착 볼(41) 위의 전단면(44)을 따라 수평 방향으로 제2 본드점(P2)을 향해 뻗어 있다.
다음에, CPU(61)는 스티치 본딩 공정을 실행한다. CPU(61)는 클램퍼(17)를 개방으로 하여 도 4에 나타내는 화살표(92)와 같이 캐필러리(20)을 상승시켜 루프 와이어(52)를 캐필러리(20)의 선단(25)으로부터 연장시킨 후, 도 4에 나타내는 일점쇄선의 화살표(93)로 나타내는 바와 같이, 캐필러리(20)의 선단(25)을 루핑시켜, 캐필러리(20)의 중심선(24)의 위치를 제2 본드점(P2)의 중심선(37)(도 3 참조)의 위치에 맞춘다. 그리고, 캐필러리(20)의 선단(25)을 기판(30)의 리드(31)의 위에 가압하여 루프 와이어(52)의 측면을 리드(31)의 위에 스티치 본딩하여 제2 본드부(51)를 형성한다.
이것에 의해, 도 3, 도 10에 도시하는 바와 같이, 루프 와이어(52)는 압착 볼(41)의 리버스측의 단부(45)의 위에 접합된 제1 본드부(50)로부터 압착 볼(41)의 전단면(44) 위를 넘어 제2 본드점(P2)를 향해 수평 방향으로 뻗는 형상으로 된다.
또한, 도 4에서는, 캐필러리(20)의 선단(25)의 루핑의 궤적은 단순화하여 기재하고 있지만, 형성하려고 하는 루프 와이어(52)의 형상에 따라 여러 경로로 해도 된다.
그 후, CPU(61)는 클램퍼(17)를 폐쇄로 하고 캐필러리(20)를 상승시켜 와이어(16)를 절단한다. 이렇게 하여, 와이어 본딩 장치(100)는 도 3에 도시하는 바와 같은 제1 본드점(P1)과 제2 본드점(P2)을 제1 본드부(50)와, 루프 와이어(52)와, 제2 본드부(51)로 접속한다.
이상, 설명한 바와 같이, 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는 박육부 형성 공정에 의해, 볼 네크(42)와 압착 볼(41)의 접속부(46)의 단면적을 작게 하고 나서, 와이어 테일(47)을 구부림 변형시키고, 캐필러리(20)를 제2 본드점(P2)을 향해 이동시켜 와이어 테일(47)을 압착 볼(41)로부터 절단하므로, 절단한 와이어 테일(47)이 캐필러리(20)의 리버스측의 페이스부(23)의 하측에 들어간 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에, 와이어 테일(47)의 측면을 압착 볼(41)의 위에 접합하여 제1 본드부(50)를 형성했을 때, 제1 본드부(50)의 제2 본드점측이 압착 볼(41)의 위를 따라 수평 방향으로 제2 본드점(P2)을 향해 뻗도록 할 수 있다. 이 때문에, 도 3, 도 10에 도시하는 바와 같이, 루프 와이어(52)를 압착 볼(41)의 위로부터 수평으로 제2 본드점(P2)을 향하도록 형성할 수 있어, 루프 와이어(52)의 높이를 낮게 할 수 있다.
또, 특허문헌 2에 기재된 종래기술과 같이, 와이어 테일(47)의 측면을 압착 볼(41)의 위에 복수회 가압하지 않아도, 제1 본드부(50)의 제2 본드점측이 압착 볼(41)의 위를 따라 수평 방향으로 제2 본드점(P2)을 향해 뻗도록 할 수 있다. 이 때문에, 제1 본드부(50)와 루프 와이어(52)와의 접속 부분의 단면적을 종래기술보다도 크게 할 수 있으므로, 스티치 본딩 공정에 있어서, 캐필러리(20)의 선단(25)을 자유롭게 이동시킬 수 있어, 루프 와이어(52)의 형상의 자유도를 크게 할 수 있다.
또, 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에서는, 박육부 형성 공정에 있어서, 캐필러리(20)의 선단(25)을 수평 방향으로 포워드측과 리버스측을 향해 왕복 이동시켜 접속부(46)의 단면적을 최대한 작게 함과 아울러, 접속부(46)의 단면적의 크기의 불균일을 억제하도록 하고 있다. 이 때문에, 와이어 테일 분리 공정에 있어서, 와이어 테일(47)과 접속부(46)와의 파단 하중이 작아지고, 또한, 일정하게 되므로, 접속부(46)가 파단했을 때 캐필러리(20)의 리버스측의 페이스부(23)의 하측으로 들어가는 와이어 테일(47)의 형상이 불균일하지 않고, 안정한 형상으로 된다. 이것에 의해, 압착 볼(41)의 리버스측의 단부(45)의 위에 형성하는 제1 본드부(50)의 형상이 일정하게 되어, 안정한 와이어 본딩을 행할 수 있다.
또한, 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에서는, 와이어 테일 분리 공정에 있어서, 캐필러리(20)의 선단(25)을 제2 본드점(P2)의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 이동시키고 있으므로, 절단한 와이어 테일(47)과 압착 볼(41)이 접촉하여 재접합되는 것을 억제할 수 있어, 와이어 본딩의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 접속부(46)의 단면적을 더욱 작게 함으로써, 와이어 테일(47)과 접속부(46)와의 파단 하중을 더욱 작게 하여, 캐필러리(20)를 수평 방향으로 이동시킴으로써, 와이어 테일(47)의 절단을 행하도록 해도 된다.
10 베이스, 1l XY 테이블, 11a 이동 기구, 12 본딩 헤드, 13 Z 방향 모터, 13a 샤프트, 13b 고정자, 14 본딩 암, 14a 근원부, 15 초음파 혼, 16 와이어, 17 클램퍼, 18 방전 전극, 19 본딩 스테이지, 20 캐필러리, 21 관통구멍, 22 챔퍼부, 23 페이스부, 24, 36, 37 중심선, 25 선단, 30 기판, 31 리드, 34 반도체칩, 35 패드, 40 프리 에어 볼, 41 압착 볼, 42 볼 네크, 42a 원추 형상부, 42b 원기둥 형상부, 43, 44 전단면, 45 단부, 46 접속부, 47 와이어 테일, 48 압착 볼측 파단면, 49 와이어 테일측 파단면, 52 루프 와이어, 60 제어부, 61 CPU, 62 메모리, 100 와이어 본딩 장치.

Claims (8)

  1. 제1 본드점과 제2 본드점의 사이를 와이어로 접속하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 와이어가 삽입통과되는 캐필러리와, 상기 캐필러리를 이동시키는 이동 기구를 갖추는 와이어 본딩 장치를 준비하는 준비 공정과,
    상기 캐필러리에 삽입통과된 상기 와이어의 선단에 프리 에어 볼을 형성한 후, 상기 캐필러리의 선단을 압착 높이까지 하강시켜 상기 프리 에어 볼을 상기 제1 본드점에 접합하여 압착 볼과 상기 압착 볼의 상측의 볼 네크를 형성하는 볼 본딩 공정과,
    상기 캐필러리의 선단을 수평 방향으로 이동시켜, 상기 볼 네크와 상기 압착 볼의 사이에 단면적을 줄인 박육부를 형성하는 박육부 형성 공정과,
    상기 박육부를 형성한 후, 상기 캐필러리를 상기 제2 본드점의 방향으로 원호 형상으로 왕복 이동시켜 상기 와이어를 구부림 변형시키는 와이어 테일 구부림 공정과,
    상기 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 내보낸 후, 상기 캐필러리를 상기 제2 본드점의 방향으로 이동시켜, 상기 박육부에서 상기 와이어 테일과 상기 압착 볼을 분리하는 와이어 테일 분리 공정과,
    상기 캐필러리를 하강시켜 분리한 상기 와이어 테일의 측면을 상기 압착 볼의 위에 접합하는 와이어 테일 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박육부 형성 공정은 상기 캐필러리를 상기 압착 높이보다 높은 전단 높이까지 상승시키고 상기 캐필러리를 수평 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 박육부 형성 공정은 상기 박육부를 형성할 때 상기 캐필러리를 수평 방향으로 왕복 동작시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 와이어 테일 분리 공정은 상기 박육부에서 상기 와이어 테일을 상기 압착 볼로부터 분리할 때,
    상기 캐필러리를 상기 제2 본드점의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 와이어 테일 접합 공정은, 상기 와이어 테일의 측면을 상기 압착 볼의 위에 접합할 때, 상기 캐필러리의 상기 제1 본드점 쪽의 페이스부를 상기 압착 볼의 상기 제2 본드점과 반대측의 단부의 위까지 이동시킨 후, 상기 캐필러리를 하강시켜 상기 캐필러리의 상기 페이스부로, 구부림 변형된 상기 와이어 테일의 측면을 상기 압착 볼의 상기 제2 본드점과 반대측의 상기 단부의 위에 접합하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1 본드점과 제2 본드점의 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치로서,
    상기 와이어가 삽입통과되는 캐필러리와,
    상기 캐필러리를 이동시키는 이동 기구와,
    상기 이동 기구의 구동을 제어하는 제어부를 갖추고,
    상기 제어부는
    상기 캐필러리에 삽입통과된 상기 와이어의 선단에 프리 에어 볼을 형성한 후, 상기 캐필러리의 선단을 압착 높이까지 하강시켜 상기 프리 에어 볼을 상기 제1 본드점에 접합하여 압착 볼과 상기 압착 볼의 상측의 볼 네크를 형성하고,
    상기 캐필러리의 선단을 수평 방향으로 이동시켜, 상기 볼 네크와 상기 압착 볼의 사이에 단면적을 줄인 박육부를 형성하고,
    상기 박육부를 형성한 후, 상기 캐필러리를 상기 제2 본드점의 방향으로 원호 형상으로 왕복 이동시켜 상기 와이어를 구부림 변형시키고,
    상기 캐필러리를 상승시켜 와이어 테일을 내보낸 후, 상기 캐필러리를 상기 제2 본드점의 방향으로 이동시켜, 상기 박육부에서 상기 와이어 테일과 상기 압착 볼을 분리하고,
    상기 캐필러리를 하강시켜 분리한 상기 와이어 테일의 측면을 상기 압착 볼의 위에 접합하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 박육부를 형성할 때 상기 캐필러리를 상기 압착 높이보다 높은 전단 높이까지 상승시키고 상기 캐필러리를 수평 방향으로 왕복 이동시키고,
    상기 박육부에서 상기 와이어 테일을 상기 압착 볼로부터 분리할 때, 상기 캐필러리를 상기 제2 본드점의 방향을 향해 비스듬히 상방향으로 이동시키고,
    상기 와이어 테일의 측면을 상기 압착 볼의 위에 접합할 때, 상기 캐필러리의 상기 제1 본드점 쪽의 페이스부를 상기 압착 볼의 상기 제2 본드점과 반대측의 단부의 위까지 이동시킨 후, 상기 캐필러리를 하강시켜 상기 캐필러리의 상기 페이스부로, 구부림 변형한 상기 와이어 테일의 측면을 상기 압착 볼의 상기 제2 본드점과 반대측의 상기 단부의 위에 접합하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
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