WO2020240674A1 - ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置 - Google Patents

ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020240674A1
WO2020240674A1 PCT/JP2019/020960 JP2019020960W WO2020240674A1 WO 2020240674 A1 WO2020240674 A1 WO 2020240674A1 JP 2019020960 W JP2019020960 W JP 2019020960W WO 2020240674 A1 WO2020240674 A1 WO 2020240674A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capillary
wire
crimping
bonding
bonding point
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/020960
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩章 吉野
森介 手井
Original Assignee
株式会社新川
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社新川 filed Critical 株式会社新川
Priority to PCT/JP2019/020960 priority Critical patent/WO2020240674A1/ja
Priority to KR1020217040885A priority patent/KR20220008881A/ko
Priority to US17/610,445 priority patent/US20220208721A1/en
Priority to CN201980096062.8A priority patent/CN113785386A/zh
Priority to SG11202111889QA priority patent/SG11202111889QA/en
Publication of WO2020240674A1 publication Critical patent/WO2020240674A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/4501—Shape
    • H01L2224/45012—Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015—Cross-sectional shape being circular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4807—Shape of bonding interfaces, e.g. interlocking features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48095—Kinked
    • H01L2224/48096—Kinked the kinked part being in proximity to the bonding area on the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4845—Details of ball bonds
    • H01L2224/48451—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4845—Details of ball bonds
    • H01L2224/48451—Shape
    • H01L2224/48453—Shape of the interface with the bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78301—Capillary
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78301—Capillary
    • H01L2224/78302—Shape
    • H01L2224/78303—Shape of the pressing surface, e.g. tip or head
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78343—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure by ultrasonic vibrations
    • H01L2224/78353—Ultrasonic horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/786—Means for supplying the connector to be connected in the bonding apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/788—Means for moving parts
    • H01L2224/78821—Upper part of the bonding apparatus, i.e. bonding head, e.g. capillary or wedge
    • H01L2224/78824—Translational mechanism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/8503—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector
    • H01L2224/85035—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector by heating means, e.g. "free-air-ball"
    • H01L2224/85045—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector by heating means, e.g. "free-air-ball" using a corona discharge, e.g. electronic flame off [EFO]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85053—Bonding environment
    • H01L2224/85091—Under pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/8512—Aligning
    • H01L2224/85148—Aligning involving movement of a part of the bonding apparatus
    • H01L2224/85169—Aligning involving movement of a part of the bonding apparatus being the upper part of the bonding apparatus, i.e. bonding head, e.g. capillary or wedge
    • H01L2224/8518—Translational movements
    • H01L2224/85181—Translational movements connecting first on the semiconductor or solid-state body, i.e. on-chip, regular stitch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/852—Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201—Compression bonding
    • H01L2224/85205—Ultrasonic bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85986—Specific sequence of steps, e.g. repetition of manufacturing steps, time sequence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details

Definitions

  • This specification discloses a wire bonding device for connecting a first bonding point and a second bonding point provided on a mounted body with a wire, a method for manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device.
  • the loop height is difficult to reduce sufficiently because the looping is performed with the cylindrical portion remaining on the crimping ball as it is.
  • Patent Document 1 discloses a wire bonding method that enables low loop formation. Specifically, in Patent Document 1, a free air ball at the tip of the capillary is crimped to the first bonding point to form a crimping ball having a desired crimping thickness, and then the capillary is raised and then the capillary is moved to the second bonding point side. By moving to, the side surface of the upper part (cylindrical part) of the crimping ball is pressed to form the crown of the crimping ball, and after the first step, the capillary is raised and then the second bonding point. The second step of descending while moving to the side and pressing the wire from diagonally above is executed. According to the technique of Patent Document 1, since a part of the upper part (cylindrical portion) of the crimping ball is crushed by the capillary, the loop height can be reduced to some extent.
  • Patent Document 1 discloses a wire bonding apparatus capable of further reducing the loop height, a method for manufacturing the semiconductor apparatus, and a semiconductor apparatus.
  • the wire bonding apparatus disclosed in the present specification is a wire bonding apparatus that connects a first bonding point and a second bonding point provided on an object to be mounted with a wire, and includes a cylinder that holds the wire and a cylinder that holds the wire.
  • a moving mechanism for moving the cylinder with respect to the mounted body and a control unit for controlling the drive of the moving mechanism are provided, and the control unit is provided with at least after a free air ball is formed at the tip of the wire.
  • the capillary After the execution of the first treatment, the capillary is horizontally moved at the crimping height to scrape the columnar portion with the capillary, and after the second treatment, the movement is higher than the crimping height.
  • the cylinder At the height, the cylinder is moved in the forward direction, which is a direction approaching the second bonding point, and during the movement, the cylinder is temporarily lowered so that the wire portion overlapping on the crimping ball is stepped on by the cylinder. It is characterized by executing a third process of repeating the trampling operation to be performed one or more times.
  • the columnar portion is scraped by the capillary, and the wire portion that overlaps the crimping ball is trampled by the capillary, so that the loop height can be further reduced.
  • control unit may horizontally move the capillary in the reverse direction, which is a direction away from the second bonding point, in the second process.
  • control unit may move the capillary horizontally by at least the diameter of the columnar portion or more in the second process.
  • control unit performs the stepping operation twice or more while changing the horizontal position of the capillary so that the wire portion overlapping on the crimping ball is evenly pressed by the capillary. You may.
  • the thickness of the first bond portion and, by extension, the loop height can be further reduced.
  • control unit may generate a movement sequence of the capillary based on the shape information of the capillary, the target shape information of the crimping ball, and the information of the wire.
  • Another method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor device is manufactured by connecting a first bonding point and a second bonding point with a wire by a capillary, and the above-mentioned capillary. After a free air ball is formed at the tip of the wire inserted into the first bonding point, the capillary is lowered toward the first bonding point to a specified crimping height, whereby the crimping ball and the crimping are performed at the first bonding point.
  • the capillary After executing the second step, the capillary is moved in the forward direction, which is a direction approaching the second bonding point, at a moving height higher than the crimping height, and is placed on the crimping ball during the movement. It is characterized by including a third step of repeating a stepping operation of raising and lowering the capillary one or more times so as to step on the overlapping wire portions with the capillary.
  • the columnar portion is scraped by the capillary, and the wire portion that overlaps the crimping ball is trampled by the capillary, so that the loop height can be further reduced.
  • Another semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a first bonding point on a semiconductor chip and a second bonding point on a lead frame on which the semiconductor chip is mounted are connected by a wire loop.
  • the wire loop includes a first bond portion formed at the first bonding point and a second bond portion formed at the second bonding point and connected to the first bond portion via the wire.
  • the first bond portion has a shape in which a part of the wire crushed toward the crimping ball is placed on a flat disk-shaped crimping ball at predetermined intervals.
  • One is characterized in that the wire is pulled out substantially horizontally from the end of the bond portion.
  • the thickness of the first bond portion and the loop height are reduced, which makes it possible to further reduce the thickness of the semiconductor device.
  • the loop height which is the distance from the upper surface of the semiconductor chip to the highest point of the wire loop, is smaller than or the same as the total value of the thickness of the crimping ball and the diameter of the wire. It may be.
  • the thickness of the first bond portion and, by extension, the loop height can be reduced, and the semiconductor device can be further thinned.
  • the columnar portion is scraped by the capillary, and the wire portion overlapping on the crimping ball is trampled by the capillary.
  • the loop height can be further reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wire bonding device 10.
  • the wire bonding device 10 is a device that connects the first bonding point P1 and the second bonding point P2 with a wire 50.
  • the first bonding point P1 is set on the pad 112 of the semiconductor chip 110.
  • the second bonding point P2 is set on the lead 122 of the lead frame 120 on which the semiconductor chip 110 is mounted.
  • the wire bonding apparatus 10 includes a bonding head 16 and a stage 20 on which a lead frame 120 on which a semiconductor chip 110 is mounted (hereinafter, when both are collectively referred to as an “mounted body”) is mounted.
  • the bonding head 16 further includes a bonding arm 14 that functions as an ultrasonic horn, and a capillary 12 attached to the tip of the bonding arm 14.
  • the bonding arm 14 is an arm that projects horizontally from the bonding head 16, and an ultrasonic oscillator is incorporated therein. By applying a voltage to this ultrasonic oscillator using an ultrasonic oscillator (not shown) provided in the wire bonding device 10, ultrasonic vibration can be applied to the capillary 12 located at the tip of the bonding arm 14. ..
  • the capillary 12 is attached to the tip of the bonding arm 14 so as to face the stage 20 vertically.
  • a through hole (hereinafter referred to as a “hole 40”, not shown in FIG. 1) penetrating in the axial direction is formed in the capillary 12, and a wire 50 such as a gold wire is inserted through the hole 40.
  • the capillary 12 is appropriately replaced according to the type of wire 50 used, the required shape of the crimping ball 60, and the like.
  • a discharge electrode 22 is arranged in the vicinity of the capillary 12.
  • the discharge electrode 22 is provided at the tip of the wire 50 to form a free air ball (hereinafter referred to as “FAB52”) formed by melting the wire 50.
  • FAB52 free air ball
  • a clamper 21 is arranged above the capillary 12.
  • the clamper 21 has a pair of gripping members arranged on both sides of the wire 50, and by approaching / separating the gripping members, the wire 50 is sandwiched or opened.
  • the bonding arm 14 is attached to the bonding head 16 via an elevating mechanism (not shown). Further, the bonding head 16 is installed on the XY table 18 and can move in the horizontal direction. Then, as the bonding head 16 moves horizontally and the bonding arm 14 moves vertically, the capillary 12 can move relative to the mounted body in the horizontal and vertical directions. That is, the elevating mechanism and the XY table 18 function as a moving mechanism for moving the capillary 12 relative to the mounted body. In this example, the capillary 12 is moved, but the stage 20 may be moved instead of the capillary 12.
  • a mounted body which is a lead frame 120 on which a semiconductor chip 110 is mounted, is mounted on the stage 20.
  • the stage 20 has a built-in heater (not shown) for heating the lead frame 120. During wire bonding, the heater heats the lead frame 120.
  • the control unit 24 controls the drive of each unit of the wire bonding device 10.
  • the control unit 24 includes, for example, a memory for storing various data and a CPU for performing various operations.
  • the data stored in the memory of the control unit 24 includes a control program for executing the bonding process, data necessary for generating a movement sequence of the capillary 12 described later, and the like.
  • control unit 24 controls the position of the capillary 12 with respect to the mounted body by driving and controlling the XY table 18 and the elevating mechanism.
  • the control unit 24 also controls the opening and closing of the clamper 21, the application of the discharge voltage, and the drive control of the heater of the stage 20 according to the progress of the bonding process.
  • the control unit 24 also functions as a generation unit that generates a movement sequence of the capillary 12 (the drive sequence of the XY table 18 and the elevating mechanism).
  • the memory of the control unit 24 stores information on the shape of the capillary 12, information on the target shape of the crimping ball 60 described later, and the like, which will be described later.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the tip portion of the capillary 12.
  • the capillary 12 is formed with a hole 40 which is a through hole penetrating in the axial direction thereof.
  • a wire 50 is inserted into the hole 40. Therefore, the diameter of the hole 40 (hole diameter H) is larger than the diameter of the wire 50 (wire diameter ⁇ ) (H> ⁇ ).
  • the lower end of the hole 40 extends in a conical shape. This conical tapered surface is called a chamfer surface 42. Further, the maximum diameter (that is, the diameter at the lowermost end) of this conical space is called a chamfer diameter CD.
  • the lower end surface of the capillary 12 is a face surface 44 that presses the FAB 52.
  • the face surface 44 may be a flat horizontal surface or an inclined surface that moves upward as it approaches the outside.
  • the width of the face surface 44 that is, the distance from the inner peripheral edge of the lower end of the hole 40 to the outer peripheral edge of the lower end of the capillary 12, is hereinafter referred to as "face width W".
  • FIG. 3 is an image diagram of a wire loop formed by the wire bonding device 10.
  • a plurality of pads 112 are arranged on the semiconductor chip 110, and a plurality of leads 122 are arranged on the lead frame 120.
  • the wire bonding apparatus 10 connects the first bonding point P1 located on the pad 112 and the second bonding point P2 located on the lead 122 with a wire 50.
  • a first bond portion 54 formed by pressing one end of the wire 50 against the pad 112 is formed, and the wire 50 drawn out from the first bond portion 54 is a second bonding point. Extends to P2.
  • a second bonding portion 58 formed by pressing the other end of the wire 50 against the lead 122 is formed.
  • the second bond portion 58 is usually a stitch bond in which the wire 50 is pressed against the lead 122 and crushed.
  • the first bond portion 54 is formed by a special process in order to reduce the loop height HL. This will be described in comparison with the prior art.
  • the direction approaching the second bonding point P2 with respect to the first bonding point P1 is referred to as the "forward direction”
  • the direction away from the second bonding point P2 is referred to as the "reverse direction”.
  • FIG. 9 is an image diagram showing a conventional flow of forming the first bond portion 54.
  • the crimp ball 60 is formed at the first bonding point P1 located on the pad 112 of the semiconductor chip 110.
  • the FAB 52 is formed at the tip of the wire 50.
  • the capillary 12 is lowered toward the first bonding point P1, and the FAB 52 is pressed against the first bonding point P1 on the face surface 44 of the capillary 12.
  • vibration may be applied to the capillary 12 via the bonding arm 14.
  • the FAB 52 is deformed flat, and a flat disk-shaped crimping ball 60 is formed on the pad 112. Further, a part of the material constituting the FAB 52 is filled in the hole 40 of the capillary 12. The material filled in the hole 40 constitutes a cylindrical portion 62 having a diameter smaller than that of the crimping ball 60 and a diameter larger than that of the wire 50. Then, by this pressing, a first bond portion 54 in which the columnar portion 62 is placed on the flat disk-shaped crimp ball 60 is formed at the first bonding point P1.
  • the control unit 24 moves the capillary 12 and loops the wire 50 toward the second bonding point P2. Specifically, as shown by the arrow in FIG. 9B, the control unit 24 moves the capillary 12 upward, in the reverse direction, and upward to give the wire 50 a bending habit, and then moves the capillary 12 upward. It is moved to the second bonding point P2. Then, at the second bonding point P2, the capillary 12 is pressed against the lead 122 to form a second bond portion 58 (stitch bond) in which the wire 50 is crushed. When the second bond portion 58 is formed, the control unit 24 moves the capillary 12 upward, then moves the capillary 12 further upward with the clamper 21 closed, and tears off the wire 50.
  • the control unit 24 moves the capillary 12 upward, then moves the capillary 12 further upward with the clamper 21 closed, and tears off the wire 50.
  • the periphery of the first bond portion 54 formed by the above procedure is obliquely drawn in a gentle arc after the wire 50 extends upward from the upper end of the first bond portion 54. It has a shape that extends downward.
  • the loop height HL is the sum of the thickness of the crimping ball 60, the thickness of the cylindrical portion 62, and the height of the wire 50 drawn out from the cylindrical portion 62 in a substantially U shape.
  • the loop height HL was relatively high, and was 2 to 4 times the wire diameter ⁇ . Such a large loop height HL hinders the thinning of the semiconductor device, and by extension, the miniaturization, thinning, and high integration of the semiconductor device.
  • a low loop technology that can further reduce the loop height HL has been studied.
  • a technique is performed in which a crimping ball 60 is formed at a first bonding point P1, the wire 50 is folded back on the crimping ball 60, and then the folded wire is pressed by a capillary 12.
  • the control unit 24 moves the capillary 12 upward, in the reverse direction, downward, and upward as shown by the arrow in FIG. 10 (a). After that, it is moved in the forward direction again, and once again at that point, it is moved downward again.
  • the wire 50 is folded back on the crimping ball 60.
  • the capillary 12 is moved upward, in the reverse direction, and upward in the same manner as in the normal looping operation to give a bending habit, and then moved to the second bonding point P2.
  • the wire 50 does not rise vertically from the first bond portion 54 but extends in a substantially horizontal direction, so that the loop height HL can be reduced as compared with the technique shown in FIG.
  • the columnar portion 62 is tilted sideways, and the wire 50 is placed on the columnar portion 62 that is tilted sideways.
  • the columnar portion 62 and the wire 50 are pressed by the capillary 12, it is difficult to sufficiently reduce their heights by simply pressing them.
  • the columnar portion 62 is harder than the other portions due to work hardening due to the formation of the crimping ball 60. It is difficult to sufficiently reduce the thickness of the cylindrical portion 62 only by pressing it with the capillary 12.
  • the loop height HL according to the technique of FIG. 10 is often about the sum of the thickness Bt of the crimping ball 60 and the wire diameter ⁇ .
  • the wire diameter is 18 ⁇ m and the thickness Bt of the crimping ball 60 is 7 ⁇ .
  • the loop height HL according to the technique of FIG. 10 was about 25 ⁇ m.
  • FIG. 4 is a diagram showing a movement locus of the capillary 12 when the first bond portion 54 is formed.
  • 5 and 6 are views showing the movement of the capillary 12 and the wire 50 when forming the first bond portion 54.
  • the alphabets a to l attached to each of FIGS. 5 and 6 correspond to the loci a to m shown in FIG.
  • the control unit 24 When forming the first bond portion 54, the control unit 24 first opens the clamper 21 and then drives and controls the XY table 18 and the elevating mechanism in that state to move the capillary 12 to the first bonding point P1. Move it directly above. Subsequently, the control unit 24 applies a high voltage between the discharge electrode 22 and the tip of the wire 50 to generate a discharge, and forms the FAB 52 at the tip of the wire 50.
  • the control unit 24 lowers the capillary 12 toward the first bonding point P1. At this time, the distance from the upper surface of the pad 112 to the lower end of the capillary 12 (hereinafter referred to as “crimp height H1”) is determined based on the target value of the thickness Bt of the crimp ball 60.
  • the locus a in FIG. 4 shows the locus when the capillary 12 is lowered to the crimping height H1.
  • the upper left end of FIG. 5 shows the state of the capillary 12 and the wire 50 in this locus a. Further, during this descent, ultrasonic vibration may be applied to the capillary 12 via the bonding arm 14.
  • the FAB 52 As the capillary 12 descends, the FAB 52 is pressed by the face surface 44 of the capillary 12 and flattened. Further, a part of the material constituting the FAB 52 is filled in the hole 40 of the capillary 12. As a result, as shown at the upper left end of FIG. 5, a flat disk-shaped crimping ball 60 and a columnar portion 62 placed on the crimping ball 60 are formed at the first bonding point P1.
  • the process / process for forming the crimping ball 60 and the columnar portion 62 is the first process / first process.
  • the control unit 24 subsequently moves the capillary 12 horizontally at the crimping height H1 and causes the columnar portion 62 to be scraped off by the capillary 12. Specifically, as shown by the locus b in FIG. 4, the control unit 24 does not raise the capillary 12, in other words, the capillary while the columnar portion 62 exists in the hole 40 of the capillary 12. 12 is horizontally moved in the reverse direction.
  • the upper center of FIG. 5 is a diagram showing a state at this time. In this case, as a matter of course, the inner peripheral surface of the hole 40 and the cylindrical portion 62 interfere with each other.
  • the cylindrical portion 62 is scraped by the capillary 12.
  • the scraped material of the columnar portion 62 partially escapes laterally and partly escapes into the inside of the hole 40, as shown by the dark ink hatching.
  • the columnar portion 62 is scraped off by the capillary 12 moving horizontally without rising after the crimping ball 60 is formed.
  • the process / process of scraping off the columnar portion 62 corresponds to the second process / second process.
  • the horizontal movement distance of the capillary 12 (movement distance of the locus b) is not particularly limited. However, since the purpose of this second step (trajectory b) is to scrape the cylindrical portion 62, it is desirable to horizontally move the capillary 12 by the diameter of the cylindrical portion 62 or more in the second step. Further, the horizontal movement direction of the capillary 12 may be a reverse direction or a forward direction as long as the columnar portion 62 can be scraped off. Further, the capillary 12 may advance and retreat once or more in the reverse direction and the forward direction as long as the cylindrical portion 62 can be scraped off. Further, in order to smoothly perform this scraping operation, ultrasonic vibration may be applied to the capillary 12 even while the locus b is moving.
  • the control unit 24 subsequently moves the capillary 12 in the forward direction at a moving height H2 higher than the crimping height H1 and performs a stepping operation of raising and lowering the capillary 12 in the middle of the movement.
  • the third step (third process) to be repeated more than once is executed.
  • the locus c to the locus k indicate the movement locus of the capillary 12 in this third step. Further, from the upper right end of FIG. 5 to the lower center of FIG. 6, the state of this third step is shown.
  • the control unit 24 moves the capillary 12 upward (trajectory c) and then moves it to the forward side by a predetermined distance (trajectory d).
  • the wire 50 is folded back to the forward side and rests on the crimping ball 60.
  • the control unit 24 moves the capillary 12 downward (trajectory e), and tramples the wire 50 on the crimping ball 60 on the face surface 44 of the capillary 12 as shown in the lower center of FIG. ..
  • the folded wire portion includes the material (dark ink hatched portion) constituting the cylindrical portion 62.
  • the cylindrical portion 62 is harder than the other portions. Therefore, the original columnar portion 62 is not easily deformed and its thickness is not easily reduced just by stepping on it with the capillary 12. However, at this point, the columnar portion 62 has been scraped and destroyed by the capillary 12. Therefore, by stepping on the capillary 12, it is easily deformed and the thickness is reduced.
  • the control unit 24 repeats this stepping operation a plurality of times while changing the horizontal position until the wire 50 reaches the forward end of the crimping ball 60.
  • the control unit 24 performs the stepping operation three times.
  • the locus e in FIG. 4 and the lower center in FIG. 5 show the first trampling operation.
  • the locus h in FIG. 4 and the lower left of FIG. 5 show the second trampling operation
  • the locus k in FIG. 4 and the lower center of FIG. 6 show the third trampling operation.
  • FIGS. 5 and 6 by repeating the stepping operation until the wire 50 reaches the forward end of the crimping ball 60, the wire 50 is held thin while keeping the thickness of the first bond portion 54 thin. It can be pulled out from the forward side end of the crimp ball 60.
  • the number of times this trampling operation is performed and the horizontal interval are the face surface 44 on the reverse side of the hole 40, and the entire wire 50 placed on the crimping ball 60 is evenly distributed. It is desirable to set it so that it can be trampled.
  • the moving height H2 is set within a range in which the wire 50 can be folded back. That is, if the moving height H2 is excessively small as compared with the wire diameter ⁇ , the wire 50 is unlikely to fall down and the wire 50 cannot be folded back. On the other hand, if the moving height H2 is larger than necessary, it takes extra time. Therefore, it is desirable that a suitable value of the moving height H2 according to the diameter and material of the wire 50 to be used is obtained in advance by an experiment or the like and stored in the control unit 24.
  • the trampling height H3 is substantially the same as the crimping height H1.
  • H3 H1 due to the resistance force from the wire 50 trampled on the capillary 12, and in reality, H3 ⁇ H1.
  • the difference ⁇ H between the stepping height H3 and the crimping height H1 greatly affects the thickness of the first bond portion 54. Therefore, it is desirable that the appropriate value of the difference ⁇ H for each diameter of the wire 50 to be used and the material is also obtained in advance by an experiment or the like and stored in the control unit 24.
  • the control unit 24 executes a looping operation for pulling out the wire 50 to the second bonding point P2. Specifically, when the final stepping operation is completed, the control unit 24 moves the capillary 12 in the forward direction (trajectory l in FIG. 4) at the stepping height H3 and then moves upward (FIG. 4). The locus m) is made to give the wire 50 a bending habit. After that, the control unit 24 moves the capillary 12 diagonally downward toward the second bonding point P2.
  • the control unit 24 lowers the capillary 12 toward the second bonding point P2 and presses the wire 50 against the lead 122. At this time, if necessary, ultrasonic vibration is applied to the capillary 12. By this pressing, a stitch bond to be the second bond portion 58 is formed at the second bonding point P2 (lead 122). In this state, the control unit 24 raises the capillary 12 slightly and then closes the clamper 21. Then, with the clamper 21 closed, the wire 50 is torn off by laterally moving the capillary 12.
  • the capillary 12 is horizontally moved at the crimping height H1 to be above the crimping ball 60.
  • the columnar portion 62 located in is scraped off.
  • the wire 50 to be folded over the crimping ball 60 is trampled by the capillary 12.
  • the thickness of the first bond portion 54 can be significantly reduced, and by extension, the loop height HL of the wire loop can be significantly reduced.
  • FIG. 7 is a table showing the experimental results of wire bonding by the wire bonding apparatus 10 disclosed in the present specification.
  • the thickness Bt of the crimping ball 60 is 6.6 ⁇ m to 7.2 ⁇ m (average 6.9 ⁇ m), and the loop height HL is 19. It is 8 ⁇ m to 21.5 ⁇ m (average 20.5 ⁇ m).
  • FIG. 8 is an image showing an example of the first bond portion 54 formed by the technique disclosed in the present specification.
  • a part of the wire 50 crushed toward the crimping ball 60 at a predetermined interval is placed on the flat disk-shaped crimping ball 60.
  • the wire 50 is pulled out substantially horizontally from the forward end of the crimping ball 60, and the loop height HL is suppressed to about 1.1 to 1.2 times the wire diameter ⁇ . ..
  • the control unit 24 automatically generates the movement sequence of the capillary 12.
  • the operator inputs at least the size information of the capillary 12, the wire information, and the size information of the crimping ball 60 in advance.
  • the size information of the capillary 12 includes dimensional values of each portion of the tip portion of the capillary 12, that is, a hole diameter H, a chamfer diameter CD, an outer diameter T, a face width W, and the like. Further, instead of the dimensional values of each of these parts, the operator may input only the identification information (for example, the model number) of the capillary 12.
  • control unit 24 stores in advance the dimensional values of a plurality of types of the capillary 12 in association with the identification information, and based on the identification information input from the operator, the dimensional values of the capillary 12 actually used are stored. To identify.
  • the wire information includes the diameter and material of the wire to be used.
  • the size information of the crimping ball 60 includes target values of the diameter D and the thickness Bt of the crimping ball 60 to be formed.
  • the target values of the diameter D and the thickness Bt of the crimping ball 60 may be automatically calculated by the control unit 24 based on other information.
  • the control unit 24 stores the diameter D and the thickness Bt of the crimping ball 60 that can be formed for each shape of the capillary 12 to be used and the diameter of the wire, and stores the size information of the capillary 12 and the wire input from the operator. From the information, the diameter D and the thickness Bt of the crimping ball 60 may be automatically specified.
  • control unit 24 also acquires the position information of the first bonding point P1 and the second bonding point P2, that is, the position information of the leads of the pad 112 of the semiconductor chip 110 and the lead frame 120 prior to the generation of the sequence.
  • position information may be input by the operator or may be automatically acquired by the control unit 24. That is, for example, a camera that moves together with the bonding arm 14 is provided in the vicinity of the bonding arm 14, and the control unit 24 sets the first bonding point P1 and the first bonding point P1 based on the image obtained by the camera.
  • the position of the bonding point P2 may be calculated.
  • the control unit 24 calculates the movement position of the capillary 12 for each movement locus.
  • the control unit 24 calculates the heights H1 to H3, the horizontal movement amounts Lb, L1 to L3, and the like in order to calculate the movement position of the capillary 12.
  • the control unit 24 sets the crimping height H1, which is the distance from the upper surface of the pad 112 to the lower end of the capillary 12 in the first step (when the crimping ball 60 and the cylindrical portion 62 are formed), of the crimping ball 60. Calculated from the thickness Bt. Further, in the third step, the control unit 24 determines the moving height H2, which is the height at which the capillary 12 is horizontally moved, based on the type (diameter, material, etc.) of the wire 50.
  • the control unit 24 determines the stepping height H3, which is the height when the wire 50 is stepped on by the capillary 12, based on the crimping height H1 and the type (diameter, material) of the wire 50. .. That is, the stepping height H3 is a value obtained by adding a margin ⁇ H determined by the type of the wire 50 or the like to the crimping height H1.
  • control unit 24 determines the horizontal movement distance Lb in the second step based on the maximum diameter of the cylindrical unit 62 (that is, the chamfer diameter CD). Further, the control unit 24 calculates the number of trampling operations N in the third step and the horizontal intervals L1 to LN of the trampling operations based on the shape of the capillary 12 and the shape of the crimping ball 60. These values N, L1 to LN are set so that the wire 50 placed on the crimping ball 60 can be stepped on evenly on the face surface 44 of the capillary 12.
  • control unit 24 combines these values with the position information of the first bonding point P1 and the second bonding point P2. Generate a moving sequence of the capillary 12.
  • a wire loop having a reduced loop height HL can be formed. Further, according to the wire bonding apparatus 10 disclosed in the present specification, the movement sequence of the capillary 12 capable of realizing such a low loop is automatically based on the shape information of the capillary 12, the wire information, and the shape information of the crimping ball 60. Can be generated. As a result, the labor of the operator can be reduced.
  • the configuration described so far is an example, and at least the first process (first step) of forming the crimping ball 60 and the columnar portion 62 and the second step of horizontally moving the capillary 12 to scrape the columnar portion 62. If there is a control unit 24 that executes the process (second step) and the third process (third step) in which the trampling operation is performed one or more times while moving the capillary 12 in the forward direction, other The configuration may be changed as appropriate.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

ワイヤボンディング装置は、キャピラリと、キャピラリを移動させる移動機構と、移動機構の駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、少なくとも、ＦＡＢが形成された後、キャピラリを第一ボンディング点に圧着高さまで下降させることで、第一ボンディング点に圧着ボールおよび円柱部を形成させる第一処理（軌跡ａ）と、第一処理の実行後、圧着高さにおいて、キャピラリを水平移動させることで、円柱部をキャピラリで削り取らせる第二処理（軌跡ｂ）と、第二処理の実行後、キャピラリをフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で圧着ボールの上に重なるワイヤ部分をキャピラリで踏みつけるべくキャピラリを一時的に下降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三処理（軌跡ｃ～ｋ）と、を実行させる。

Description

ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置
　本明細書では、被実装体に設けられた第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および半導体装置を開示する。
　近年、携帯情報端末や、デジタルＡＶ機器、ＩＣカード等の高機能化に伴い、搭載される半導体チップの小型化、薄型化、高集積化が求められている。特に、スタックメモリデバイスなどでは積層できるチップ数によってメモリ容量が求められる。そのため、決められたパッケージ高さ内に、より多量の半導体チップを積層できることが重要となる。こうした要求を満たすためには、ワイヤボンディングで形成されるワイヤループの高さを低く抑えることが必要となる。そこで、従来から、ループ高さを抑える低ループ技術が多数、提案されている。
　ここで、第一ボンディング点および第二ボンディング点を接続するワイヤの一端には、扁平円板状の圧着ボールと、圧着ボールの上に重なる円柱部と、が存在する。従来の低ループ技術の多くは、圧着ボールの上に円柱部がそのまま残った状態でルーピングしているため、ループ高さを、十分に小さくすることは難しかった。
　ここで、特許文献１には、低ループ形成を可能とするワイヤボンディング方法が開示されている。具体的には、特許文献１では、キャピラリ先端のフリーエアーボールを第一ボンディング点に圧着して所望の圧着厚の圧着ボールを形成した後、キャピラリを上昇させてからキャピラリを第二ボンディング点側に移動させることで、圧着ボールの上部（円柱部）の側面を押圧して、圧着ボールの頭頂部を形成する第一工程と、第一工程の後、キャピラリを上昇させてから第２ボンディング点側に移動しながら下降してワイヤを斜め上から押圧する第二工程と、を実行している。この特許文献１の技術によれば、圧着ボールの上部（円柱部）の一部が、キャピラリにより押しつぶされるため、ループ高さをある程度、低減できる。
特許第４６２５８５８号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、円柱部の一部しか押しつぶせないため、ループ高さを十分に低減するのは難しかった。そこで、本明細書では、ループ高さをより低減できるワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置を開示する。
　本明細書で開示するワイヤボンディング装置は、被実装体に設けられた第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、前記ワイヤを保持するキャピラリと、前記キャピラリを被実装体に対して移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、少なくとも、前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成させる第一処理と、前記第一処理の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取らせる第二処理と、前記第二処理の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを一時的に下降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三処理と、を実行させることを特徴とする。
　かかる構成とした場合、円柱部が、キャピラリで削られ、また、圧着ボールの上に重なるワイヤ部分がキャピラリで踏みつけられるため、ループ高さをより低減できる。
　この場合、前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、前記第二ボンディング点から離れる方向であるリバース方向に水平移動させてもよい。
　また、前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、少なくとも、前記円柱部の直径以上、水平移動させてもよい。
　かかる構成とすることで、円柱部をほぼ確実に削ることができる。
　また、前記制御部は、前記第三処理において、前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分が満遍なく前記キャピラリで押圧されるべく、前記キャピラリの水平位置を変えながら、前記踏み付け動作を２回以上行なわせてもよい。
　かかる構成とすることで、第一ボンド部の厚み、ひいては、ループ高さをより低減できる。
　また、前記制御部は、前記キャピラリの形状情報と、前記圧着ボールの目標形状情報と、前記ワイヤの情報と、に基づいて前記キャピラリの移動シーケンスを生成してもよい。
　かかる構成とすることで、オペレータの手間を軽減できる。
　他の本発明である半導体装置の製造方法は、第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続することで半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成する第一工程と、前記第一工程の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取る第二工程と、前記第二工程の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを昇降させる踏み付け動作を１回以上繰り返す第三工程と、を含むことを特徴とする。
　かかる構成とした場合、円柱部が、キャピラリで削られ、また、圧着ボールの上に重なるワイヤ部分がキャピラリで踏みつけられるため、ループ高さをより低減できる。
　他の本発明である半導体装置は、半導体チップ上の第一ボンディング点と、前記半導体チップがマウントされたリードフレーム上の第二ボンディング点と、がワイヤループで接続された半導体装置であって、前記ワイヤループは、第一ボンディング点に形成された第一ボンド部と、前記第二ボンディング点に形成されるとともに前記ワイヤを介して第一ボンド部に接続された第二ボンド部と、を有しており、前記第一ボンド部は、扁平円板状の圧着ボールの上に、所定間隔で、前記圧着ボールに向かって押し潰された前記ワイヤの一部が載った形状であり、前記第一ボンド部の端部から前記ワイヤがほぼ水平に引き出されている、ことを特徴とする。
　圧着ボールの上に、直接、押しつぶされたワイヤの一部が載っているため、第一ボンド部の厚み、ひいては、ループ高さが小さくなり、半導体装置の更なる薄型化が可能となる。
　この場合、前記半導体チップの上面から前記ワイヤループの最高点までの距離であるループ高さは、前記圧着ボールの厚みと、前記ワイヤの直径と、の合計値よりも小さいあるいは前記合計値と同じであってもよい。
　かかる構成とすることで、第一ボンド部の厚み、ひいては、ループ高さが小さくなり、半導体装置の更なる薄型化が可能となる。
　本明細書で開示するワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置によれば、円柱部が、キャピラリで削られ、また、圧着ボールの上に重なるワイヤ部分がキャピラリで踏みつけられるため、ループ高さをより低減できる。
ワイヤボンディング装置の構成を示す図である。 キャピラリ先端の形状を示す図である。 ワイヤループ形状の一例を示す図である。 キャピラリの移動軌跡を示す図である。 第一ボンド部形成時の様子を示す図である。 第一ボンド部形成時の様子を示す図である。 実験結果を示す表である。 本明細書で開示の技術で形成された第一ボンド部の一例を示す写真である。 従来の第一ボンド部形成の様子を示す図である。 従来の第一ボンド部形成の様子を示す図である。
　以下、図面を参照してワイヤボンディング装置１０の構成について説明する。図１は、ワイヤボンディング装置１０の構成を示す図である。このワイヤボンディング装置１０は、第一ボンディング点Ｐ１と第二ボンディング点Ｐ２との間をワイヤ５０で接続する装置であり、一般に、第一ボンディング点Ｐ１は、半導体チップ１１０のパッド１１２上に設定されており、第二ボンディング点Ｐ２は、半導体チップ１１０をマウントしたリードフレーム１２０のリード１２２上に設定されている。
　ワイヤボンディング装置１０は、ボンディングヘッド１６と、半導体チップ１１０をマウントしたリードフレーム１２０（以下、両者をまとめる場合は「被実装体」という）が載置されるステージ２０と、を備えている。ボンディングヘッド１６は、さらに、超音波ホーンとして機能するボンディングアーム１４と、当該ボンディングアーム１４の先端に取り付けられたキャピラリ１２と、を備えている。ボンディングアーム１４は、ボンディングヘッド１６から水平方向に突出するアームで、その内部には超音波振動子が組み込まれている。ワイヤボンディング装置１０に設けられた超音波発振器（図示せず）を用いて、この超音波振動子に電圧を印加することで、ボンディングアーム１４の先端に位置するキャピラリ１２に超音波振動を付与できる。
　キャピラリ１２は、ステージ２０と上下に対向するように、ボンディングアーム１４の先端に取り付けられている。キャピラリ１２には、軸方向に貫通する貫通孔（以下「ホール４０」と呼ぶ、図１では図示せず）が形成されており、このホール４０に金線などのワイヤ５０が挿通される。キャピラリ１２は、使用するワイヤ５０の種類や、要求される圧着ボール６０の形状等に応じて、適宜、交換される。
　キャピラリ１２の近傍には、放電電極２２が配置されている。放電電極２２は、ワイヤ５０の先端に、当該ワイヤ５０が溶融して成るフリーエアーボール（以下「ＦＡＢ５２」という）を形成するために設けられている。この放電電極２２とワイヤの先端との間に高電圧を印加して、放電を生じさせると、その放電エネルギによりワイヤ５０の先端部が溶融する。そして、この溶融によりワイヤ５０の先端に、ＦＡＢ５２が形成される。
　キャピラリ１２の上方には、クランパ２１が配されている。クランパ２１は、ワイヤ５０の両側に配された一対の把持部材を有しており、この把持部材を接近／離間させることで、ワイヤ５０を挟んだり、開放したりする。
　ボンディングアーム１４は、図示しない昇降機構を介してボンディングヘッド１６に取り付けられている。また、ボンディングヘッド１６は、ＸＹテーブル１８に設置されており、水平方向の移動が可能となっている。そして、ボンディングヘッド１６の水平移動およびボンディングアーム１４の垂直移動に伴い、キャピラリ１２が、被実装体に対して水平方向および垂直方向に相対移動できる。つまり、昇降機構およびＸＹテーブル１８は、キャピラリ１２を、被実装体に対して相対移動させる移動機構として機能する。なお、本例では、キャピラリ１２を移動させているが、キャピラリ１２ではなく、ステージ２０を移動させる構成としてもよい。
　ステージ２０は、半導体チップ１１０がマウントされたリードフレーム１２０である被実装体が載置される。このステージ２０には、リードフレーム１２０を加熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。ワイヤボンディングの実行時には、このヒータにより、リードフレーム１２０が、加熱される。
　制御部２４は、ワイヤボンディング装置１０の各部の駆動を制御する。制御部２４は、例えば、各種データを記憶するメモリと、各種演算を行なうＣＰＵと、を備えている。制御部２４のメモリに記憶されるデータとしては、ボンディング処理を実行するための制御プログラムや、後述するキャピラリ１２の移動シーケンスを生成するために必要なデータ等が含まれる。
　制御部２４は、具体的には、ＸＹテーブル１８および昇降機構を駆動制御することでキャピラリ１２の被実装体に対する位置を制御する。また、制御部２４は、ボンディング処理の進行状況に応じて、クランパ２１の開閉制御、放電電圧の印加制御、ステージ２０のヒータの駆動制御も行なう。また、制御部２４は、キャピラリ１２の移動シーケンス（ＸＹテーブル１８および昇降機構の駆動シーケンス）を生成する生成部としても機能する。移動シーケンスを生成するために、制御部２４のメモリには、キャピラリ１２の形状に関する情報、後述する圧着ボール６０の目標形状に関する情報等が記憶されているが、これについては、後述する。
　図２は、キャピラリ１２の先端部の一例を示す図である。キャピラリ１２には、その軸方向に貫通する貫通孔であるホール４０が形成されている。このホール４０内にはワイヤ５０が挿通される。したがって、ホール４０の直径（ホール径Ｈ）は、ワイヤ５０の直径（ワイヤ径φ）よりも大きい（Ｈ＞φ）。ホール４０の下端は、円錐状に広がっている。この円錐状に広がるテーパー面は、チャンファー面４２と呼ばれる。また、この円錐状の空間のうち最大直径（すなわち最下端の直径）は、チャンファー径ＣＤと呼ばれる。
　キャピラリ１２の下端面は、ＦＡＢ５２を押圧するフェース面４４となる。このフェース面４４は、フラットな水平面でもよいし、外側に近づくにつれ上方にすすむような傾斜面でもよい。フェース面４４の幅、すなわち、ホール４０下端の内周縁からキャピラリ１２下端の外周縁までの距離を、以下では、「フェース幅Ｗ」と呼ぶ。フェース幅Ｗは、キャピラリ１２の外径をＴとした場合、Ｗ＝（Ｔ－ＣＤ）／２である。
　図３は、ワイヤボンディング装置１０により形成されるワイヤループのイメージ図である。半導体チップ１１０には、複数のパッド１１２が配設されており、リードフレーム１２０には、複数のリード１２２が配設されている。ワイヤボンディング装置１０は、このパッド１１２上に位置する第一ボンディング点Ｐ１と、リード１２２上に位置する第二ボンディング点Ｐ２と、をワイヤ５０で接続する。
　第一ボンディング点Ｐ１には、ワイヤ５０の一端をパッド１１２に押し付けて形成される第一ボンド部５４が形成されており、この第一ボンド部５４から引き出されたワイヤ５０が、第二ボンディング点Ｐ２まで延びる。第二ボンディング点Ｐ２には、ワイヤ５０の他端をリード１２２に押し付けて形成される第二ボンド部５８が形成されている。ここで、第二ボンド部５８は、通常、ワイヤ５０をリード１２２に押し当てて潰したステッチボンドである。
　半導体装置を薄型化するためには、このワイヤループの高さ、特に、パッド１１２の上面からワイヤループの最上点さまでの垂直方向距離、すなわち、ループ高さＨＬを低減することが必要となる。本明細書では、このループ高さＨＬを低減するために、第一ボンド部５４を特殊な工程で形成している。これについて、従来技術と比較して説明する。なお、以下の説明では、第一ボンディング点Ｐ１からみて、第二ボンディング点Ｐ２に近づく方向を「フォワード方向」と呼び、第二ボンディング点Ｐ２から離れる方向を「リバース方向」と呼ぶ。
　はじめに、従来の第一ボンド部５４の形成について簡単に説明する。図９は、従来の第一ボンド部５４形成の流れを示すイメージ図である。第一ボンド部５４を形成する場合は、まず、半導体チップ１１０のパッド１１２上に位置する第一ボンディング点Ｐ１に、圧着ボール６０を形成する。具体的には、まず、図９（ａ）に示すように、ワイヤ５０の先端にＦＡＢ５２を形成する。続いて、図９（ｂ）に示すように、キャピラリ１２を第一ボンディング点Ｐ１に向かって下降させ、キャピラリ１２のフェース面４４でＦＡＢ５２を第一ボンディング点Ｐ１に押圧する。なお、この押圧の際には、ボンディングアーム１４を介してキャピラリ１２に振動を付与してもよい。この押圧に伴い、ＦＡＢ５２は、扁平に変形し、パッド１１２上に扁平円板状の圧着ボール６０が形成される。また、ＦＡＢ５２を構成する材料の一部は、キャピラリ１２のホール４０内に充填される。このホール４０内に充填された材料は、圧着ボール６０よりも小径かつワイヤ５０よりも大径の円柱部６２を構成する。そして、この押圧により、第一ボンディング点Ｐ１には、扁平円板状の圧着ボール６０の上に円柱部６２が載った第一ボンド部５４が形成される。
　第一ボンド部５４が形成されれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、移動させて、ワイヤ５０を、第二ボンディング点Ｐ２に向けてルーピングさせる。具体的には、制御部２４は、図９（ｂ）の矢印で示すように、キャピラリ１２を、上方、リバース方向、上方に移動させ、ワイヤ５０に曲げ癖をつけた上で、キャピラリ１２を第二ボンディング点Ｐ２へと移動させる。そして、第二ボンディング点Ｐ２において、キャピラリ１２をリード１２２に押し付けることで、ワイヤ５０が押しつぶされた第二ボンド部５８（ステッチボンド）が形成される。第二ボンド部５８が形成されれば、制御部２４は、キャピラリ１２を上方に移動させた後、クランパ２１を閉鎖した状態で、キャピラリ１２を更に上方向に移動させ、ワイヤ５０を引きちぎる。
　以上の手順で形成された第一ボンド部５４周辺は、図９（ｃ）のように、ワイヤ５０が、第一ボンド部５４の上端から上方に延びた後、緩やかな円弧を描いて、斜め下方向に延びる形状となる。この場合、ループ高さＨＬは、圧着ボール６０の厚みと、円柱部６２の厚みと、円柱部６２から略Ｕ字状に引き出されるワイヤ５０の高さと、の合計となる。このループ高さＨＬは、比較的高く、ワイヤ径φの２倍～４倍であった。かかる大きなループ高さＨＬは、半導体装置の薄型化、ひいては、半導体装置の小型化、薄型化、高集積化を阻害していた。
　そこで、従来から、ループ高さＨＬをより低減でき得る低ループ化技術が検討されている。例えば、図１０に示すように、第一ボンディング点Ｐ１において、圧着ボール６０を形成した後、当該圧着ボール６０の上でワイヤ５０を折り返した後、この折り返したワイヤをキャピラリ１２で押圧する技術が従来、提案されている。具体的には、制御部２４は、圧着ボール６０および円柱部６２が形成されれば、キャピラリ１２を、図１０（ａ）の矢印で示すように、上方、リバース方向、下方、上方へと移動させた後、再び、フォワード方向に移動させ、その地点で一度、再度、下方へと移動させる。これにより、圧着ボール６０の上でワイヤ５０が折り返される。そして、以降は、通常のルーピング動作と同様に、キャピラリ１２を、上方、リバース方向、上方へと移動させて、曲げ癖をつけた後、第二ボンディング点Ｐ２へと移動させる。
　かかる技術によれば、ワイヤ５０が、第一ボンド部５４から垂直に立ち上がらず、略水平方向に延びるため、図９で示した技術に比べて、ループ高さＨＬを低減できる。しかし、この技術では、円柱部６２を、横に倒し、この横に倒れた円柱部６２の上にワイヤ５０が載っている。この円柱部６２およびワイヤ５０は、キャピラリ１２により押圧されるものの、単純に押圧しただけでは、その高さを十分に低減することは難しい。特に、円柱部６２は、圧着ボール６０の形成による加工硬化により、他の部分に比べて硬くなっている。かかる円柱部６２は、キャピラリ１２で押圧するだけは、厚みを十分に低減することは難しい。その結果、図１０の技術によるループ高さＨＬは、圧着ボール６０の厚みＢｔとワイヤ径φとの合計程度になることが多く、例えば、ワイヤ径が１８μｍ、圧着ボール６０の厚みＢｔが７μの場合、図１０の技術によるループ高さＨＬは、２５μｍ程度となっていた。
　本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０では、ループ高さＨＬをより低減する。具体的には、本装置では、圧着ボール６０および円柱部６２を形成後、キャピラリ１２を上方に移動させることなく、そのまま水平移動させることで、円柱部６２をキャピラリ１２で削り、これにより低ループ化を図る。これについて、図４～図６を参照して説明する。図４は、第一ボンド部５４形成時のキャピラリ１２の移動軌跡を示す図である。また、図５、図６は、第一ボンド部５４を形成する際のキャピラリ１２およびワイヤ５０の動きを示す図である。なお、図５、図６の各図に付されたアルファベットａ～ｌは、図４に示す軌跡ａ～ｍに対応している。
　第一ボンド部５４を形成する場合、制御部２４は、まず、クランパ２１を開放しておき、その状態で、ＸＹテーブル１８および昇降機構を駆動制御して、キャピラリ１２を、第一ボンディング点Ｐ１の真上に移動させる。続いて、制御部２４は、放電電極２２とワイヤ５０の先端との間に高電圧を印加して、放電を生じさせ、ワイヤ５０の先端にＦＡＢ５２を形成する。
　ＦＡＢ５２が形成されれば、制御部２４は、キャピラリ１２を第一ボンディング点Ｐ１に向かって下降させる。このとき、パッド１１２の上面からキャピラリ１２の下端までの距離（以下「圧着高さＨ１」という）は、圧着ボール６０の厚みＢｔの目標値に基づいて決められる。
　図４における軌跡ａは、このキャピラリ１２を圧着高さＨ１まで下降する際の軌跡を示している。また、図５の上段左端は、この軌跡ａにおけるキャピラリ１２およびワイヤ５０の様子を示している。また、この下降時、キャピラリ１２には、ボンディングアーム１４を介して超音波振動が付与されてもよい。
　キャピラリ１２の下降に伴い、ＦＡＢ５２が、キャピラリ１２のフェース面４４で押圧され、扁平化する。また、ＦＡＢ５２を構成する材料の一部は、キャピラリ１２のホール４０内に充填される。結果として、第一ボンディング点Ｐ１には、図５の上段左端に示す通り、扁平円板状の圧着ボール６０と、当該圧着ボール６０の上に載った円柱部６２と、が形成される。この圧着ボール６０および円柱部６２を形成する工程・処理が、第一工程・第一処理である。
　圧着ボール６０が形成されれば、続いて、制御部２４は、キャピラリ１２を、圧着高さＨ１において水平移動させて、円柱部６２をキャピラリ１２で削り取らせる。具体的には、制御部２４は、図４の軌跡ｂで示すように、キャピラリ１２を上昇させることなく、換言すれば、キャピラリ１２のホール４０内に円柱部６２が存在する状態のまま、キャピラリ１２をリバース方向に水平移動させる。図５の上段中央は、このときの様子を示す図である。この場合、当然ながら、ホール４０の内周面と円柱部６２とが干渉することになる。キャピラリ１２が円柱部６２に干渉しながら水平移動することで、円柱部６２がキャピラリ１２により削られる。削られた円柱部６２の材料は、図５の上段中央において、濃墨ハッチングで示すように、一部は、横方向に逃げていき、一部は、ホール４０の内部に逃げていく。いずれにしても、キャピラリ１２が、圧着ボール６０形成後に上昇することなく水平移動することで、円柱部６２が削り取られる。この円柱部６２を削り取る工程・処理が、第二工程・第二処理に該当する。
　ここで、このキャピラリ１２の水平移動の距離（軌跡ｂの移動距離）は、特に限定されない。ただし、この第二工程（軌跡ｂ）は、円柱部６２を削ることを目的とするため、当該第二工程では、キャピラリ１２を、円柱部６２の直径以上、水平移動させることが望ましい。また、キャピラリ１２の水平移動の方向は、円柱部６２を削り取れるのであれば、リバース方向でもよいし、フォワード方向でもよい。また、キャピラリ１２は、円柱部６２を削り取れるのであれば、リバース方向およびフォワード方向に１回以上進退してもよい。また、この削り取り動作を円滑に行なうため、軌跡ｂの移動中も、キャピラリ１２に超音波振動を付与してもよい。
　第二工程が終われば、続いて、制御部２４は、圧着高さＨ１より高い移動高さＨ２においてキャピラリ１２をフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中でキャピラリ１２を昇降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三工程（第三処理）を実行する。軌跡ｃ～軌跡ｋは、この第三工程におけるキャピラリ１２の移動軌跡を示している。また、図５の上段右端から図６の下段中央は、この第三工程の様子を示している。
　具体的に説明すると、円柱部６２が削り取れれば、制御部２４は、キャピラリ１２を上方に移動（軌跡ｃ）させた後、フォワード側に所定距離、移動（軌跡ｄ）させる。これにより、図５の上段右端、および、下段左端に示すように、ワイヤ５０が、フォワード側に折り返され、圧着ボール６０の上に載る。この状態になれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、下方に移動（軌跡ｅ）させ、図５の下段中央に示す通り、圧着ボール６０の上のワイヤ５０をキャピラリ１２のフェース面４４で踏みつける。これにより、踏み潰されたワイヤ５０の材料の一部は、キャピラリ１２の外側に逃げ、他の一部は、キャピラリ１２のホール４０の内部に逃げる。その一方で、フェース面４４の真下における第一ボンド部５４の厚みは、大幅に低減される。
　ここで、この折り返されたワイヤ部分には、円柱部６２を構成していた材料（濃墨ハッチング箇所）が含まれる。円柱部６２は、既述したとおり、他の箇所に比べて、硬くなっている。そのため、もともとの円柱部６２は、キャピラリ１２で踏みつけただけでは、変形しにくく、厚みも低減されにくい。しかし、この時点で、円柱部６２は、キャピラリ１２により削られ、破壊されている。そのため、キャピラリ１２で踏みつけることで、容易に変形し、厚みも低減される。
　なお、ワイヤ５０をフェース面４４で踏みつける際、キャピラリ１２に超音波振動を付与してもよい。いずれにしても、このように、キャピラリ１２を、一時的に下降させる動作（軌跡ｅ，ｈ，ｋの動作）を、以下では、「踏み付け動作」と呼ぶ。
　制御部２４は、この踏み付け動作を、ワイヤ５０が圧着ボール６０のフォワード側端部に到達するまで、水平位置を変えながら複数回繰り返す。本例では、制御部２４は、踏み付け動作を、３回行っている。図４の軌跡ｅ、図５の下段中央は、１回目の踏み付け動作を示している。また、図４の軌跡ｈ、図５の下段左は、２回目の踏み付け動作を示し、図４の軌跡ｋ、図６の下段中央は、３回目の踏み付け動作を示している。図５、図６から明らかなとおり、ワイヤ５０が圧着ボール６０のフォワード側端部に到達するまで、踏み付け動作を繰り返すことで、第一ボンド部５４の厚みを薄く保ったまま、ワイヤ５０を、圧着ボール６０のフォワード側端部から引き出すことができる。
　ここで、この踏み付け動作を行なう回数、および、水平間隔（軌跡ｄ，ｇ，ｊの距離）は、ホール４０よりリバース側にあるフェース面４４で、圧着ボール６０の上に載るワイヤ５０全体を満遍なく踏みつけられるように設定されることが望ましい。
　また、移動高さＨ２は、ワイヤ５０の折り返しが可能な範囲で設定される。すなわち、ワイヤ径φに比べて移動高さＨ２が過度に小さいと、ワイヤ５０が倒れにくく、ワイヤ５０を折り返せない。一方で、移動高さＨ２が必要以上に大きいと、その分、余計な時間がかかる。そこで、使用するワイヤ５０の径や材質に応じた移動高さＨ２の適した値を、予め実験などにより求めておき、制御部２４に記憶しておくことが望ましい。
　踏み付け時におけるキャピラリ１２の高さ、すなわち、踏み付け高さＨ３は、圧着高さＨ１とほぼ同じであることが望ましい。ただし、実際には、キャピラリ１２に踏みつけられるワイヤ５０からの抵抗力などにより、Ｈ３＝Ｈ１とすることは難しく、実際には、Ｈ３＜Ｈ１となる。踏み付け高さＨ３と圧着高さＨ１との差分ΔＨは、第一ボンド部５４の厚みに大きく影響する。そのため、使用するワイヤ５０の径や材料ごとに差分ΔＨの適した値も、予め実験などにより求めておき、制御部２４に記憶しておくことが望ましい。
　第三工程が完了すれば、制御部２４は、ワイヤ５０を第二ボンディング点Ｐ２へと引き出すルーピング動作を実行する。具体的には、制御部２４は、最後の踏み付け動作が完了すれば、踏み付け高さＨ３において、キャピラリ１２をフォワード方向に移動（図４の軌跡ｌ）させた後、上方に移動（図４の軌跡ｍ）させて、ワイヤ５０に曲げ癖をつける。その後、制御部２４は、キャピラリ１２を、第二ボンディング点Ｐ２に向かって斜め下方向に移動させる。
　キャピラリ１２が第二ボンディング点Ｐ２に到達すれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、第二ボンディング点Ｐ２に向かって下降させ、ワイヤ５０をリード１２２に押し付ける。このとき、必要であれば、キャピラリ１２に超音波振動を付与する。この押し付けにより、第二ボンディング点Ｐ２（リード１２２）には、第二ボンド部５８となるステッチボンドが形成される。この状態になれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、僅かに上昇させた後、クランパ２１を閉鎖する。そして、クランパ２１を閉鎖した状態で、キャピラリ１２を横移動させることで、ワイヤ５０を引きちぎる。
　以上の説明で明らかなとおり、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０では、圧着ボール６０および円柱部６２を形成後、キャピラリ１２を圧着高さＨ１で水平移動させることで、圧着ボール６０の上に位置する円柱部６２を削り取っている。さらに、円柱部６２を削り取った後、圧着ボール６０の上に折り重なるワイヤ５０を、キャピラリ１２で踏みつけている。これにより、第一ボンド部５４の厚みを大幅に低減でき、ひいては、ワイヤループのループ高さＨＬを大幅に低減できる。
　図７は、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０によるワイヤボンディングの実験結果を示す表である。実験では、φ＝１８μｍの金線ワイヤを用いて、ワイヤループを３０回形成し、各ワイヤループの、圧着ボール６０の厚みＢｔ、ループ高さＨＬ、および、プル強度を計測した。
　図７に示すように、本明細書に開示の技術によれば、圧着ボール６０の厚みＢｔは、６．６μｍ～７．２μｍ（平均６．９μｍ）であり、ループ高さＨＬは、１９．８μｍ～２１．５μｍ（平均２０．５μｍ）となっている。一方、図１０に示した従来技術におけるループ高さＨＬは、既述したとおり、圧着ボール６０の厚みとワイヤ径との合計値程度であり、φ＝１８μｍの場合、２５μｍ前後である。つまり、本明細書に開示の技術によれば、図１０に示した従来技術に比べて、ループ高さＨＬを約２０％も低減できている。また、ワイヤループのプル強度は、図７に示す通り、２．０ｇｆ～２．４ｇｆであり、低ループでありながら、十分な強度を有していることが分かる。
　図８は、本明細書に開示の技術で形成された第一ボンド部５４の一例を示す画像である。図８に示すように、本例の第一ボンド部５４では、扁平円板状の圧着ボール６０の上に、所定間隔で圧着ボール６０に向かって押し潰されたワイヤ５０の一部が載っている。また、ワイヤ５０は、圧着ボール６０のフォワード側端部からほぼ水平に引き出されており、ループ高さＨＬは、ワイヤ径φの１．１～１．２倍程度に抑えられていることが分かる。
　次に、制御部２４によるキャピラリ１２の移動シーケンスの自動生成の流れについて説明する。既述したとおり、制御部２４は、キャピラリ１２の移動シーケンスを自動生成する。この移動シーケンスの自動生成のため、オペレータは、予め、少なくとも、キャピラリ１２のサイズ情報、ワイヤ情報、圧着ボール６０のサイズ情報を入力する。ここで、キャピラリ１２のサイズ情報としては、キャピラリ１２先端部の各部の寸法値、すなわち、ホール径Ｈ、チャンファー径ＣＤ、外径Ｔ、フェース幅Ｗ等が含まれる。また、こうした各部の寸法値に替えて、オペレータは、キャピラリ１２の識別情報（例えば型番）のみを入力するようにしてもよい。この場合、制御部２４は、予め、複数種類のキャピラリ１２の寸法値を識別情報と対応付けて記憶しておき、オペレータから入力された識別情報に基づいて、実際に使用するキャピラリ１２の寸法値を特定する。
　ワイヤ情報としては、使用するワイヤの径および材質などが含まれる。また、圧着ボール６０のサイズ情報としては、形成したい圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔの目標値が含まれる。なお、圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔの目標値は、制御部２４が、他の情報に基づいて、自動的に算出するようにしてもよい。例えば、制御部２４は、使用するキャピラリ１２の形状およびワイヤの径ごとに、形成可能な圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔを記憶しておき、オペレータから入力されたキャピラリ１２のサイズ情報およびワイヤ情報から、圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔを自動的に特定してもよい。
　また、制御部２４は、シーケンスの生成に先立って、第一ボンディング点Ｐ１および第二ボンディング点Ｐ２の位置情報、すなわち、半導体チップ１１０のパッド１１２およびリードフレーム１２０のリードの位置情報も取得する。こうした位置情報は、オペレータが入力してもよいし、制御部２４において、自動的に取得してもよい。すなわち、例えば、ボンディングアーム１４の近傍に、当該ボンディングアーム１４とともに移動するカメラを設けておき、制御部２４は、当該カメラで撮像して得られた画像に基づいて、第一ボンディング点Ｐ１および第二ボンディング点Ｐ２の位置を算出してもよい。
　これらの情報が取得できれば、制御部２４は、各移動軌跡ごとのキャピラリ１２の移動位置を算出する。ここでは、特に、第一ボンド部５４形成のための軌跡ｂ～ｋにおける移動位置の算出について説明する。制御部２４は、キャピラリ１２の移動位置を算出するために、高さＨ１～Ｈ３、および、水平移動量Ｌｂ，Ｌ１～Ｌ３などを算出する。
　具体的には、制御部２４は、第一工程（圧着ボール６０および円柱部６２の形成時）における、パッド１１２上面からキャピラリ１２の下端までの距離である圧着高さＨ１を、圧着ボール６０の厚みＢｔから算出する。また、制御部２４は、第三工程において、キャピラリ１２を水平移動させる際の高さである移動高さＨ２を、ワイヤ５０の種類（径、材質など）に基づいて決定する。さらに、制御部２４は、第三工程において、ワイヤ５０をキャピラリ１２で踏みつける際の高さである踏み付け高さＨ３を、圧着高さＨ１およびワイヤ５０の種類（径、材質）に基づいて決定する。すなわち、踏み付け高さＨ３は、圧着高さＨ１に、ワイヤ５０の種類などによって決まる余裕分ΔＨを付加した値となる。
　さらに、制御部２４は、円柱部６２の最大直径（すなわちチャンファー径ＣＤ）に基づいて、第二工程における水平移動距離Ｌｂを決定する。また、制御部２４は、第三工程における踏み付け動作の回数Ｎ、および、踏み付け動作の水平間隔Ｌ１～ＬＮを、キャピラリ１２の形状および圧着ボール６０の形状に基づいて算出する。これらの値Ｎ，Ｌ１～ＬＮは、圧着ボール６０の上に載るワイヤ５０が、キャピラリ１２のフェース面４４で、満遍なく踏み付け出来るように設定される。
　各軌跡の高さＨ１～Ｈ３、水平移動量Ｌｂ，Ｌ１～ＬＮが算出できれば、制御部２４は、これらの値と、第一ボンディング点Ｐ１、第二ボンディング点Ｐ２の位置情報などを組み合わせて、キャピラリ１２の移動シーケンスを生成する。
　以上の説明から明らかなとおり、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０によれば、ループ高さＨＬを低減したワイヤループを形成できる。また、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０によれば、こうした低ループを実現できるキャピラリ１２の移動シーケンスが、キャピラリ１２の形状情報、ワイヤ情報、圧着ボール６０の形状情報に基づいて自動的に生成できる。これにより、オペレータの手間を軽減できる。
　なお、これまで説明した構成は、一例であり、少なくとも、圧着ボール６０および円柱部６２を形成する第一処理（第一工程）と、円柱部６２を削るためにキャピラリ１２を水平移動させる第二処理（第二工程）と、キャピラリ１２をフォワード方向に移動させる途中で１回以上、踏み付け動作を行なう第三処理（第三工程）と、を実行させる制御部２４を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。
　１０　ワイヤボンディング装置、１２　キャピラリ、１４　ボンディングアーム、１６　ボンディングヘッド、１８　ＸＹテーブル、２０　ステージ、２１　クランパ、２２　放電電極、２４　制御部、４０　ホール、４２　チャンファー面、４４　フェース面、５０　ワイヤ、５４　第一ボンド部、５８　第二ボンド部、６０　圧着ボール、６２　円柱部、１１０　半導体チップ、１１２　パッド、１２０　リードフレーム、１２２　リード。

Claims (8)

  1. 　被実装体に設けられた第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、
    　前記ワイヤを保持するキャピラリと、
    　前記キャピラリを被実装体に対して移動させる移動機構と、
    　前記移動機構の駆動を制御する制御部と、
    　を備え、前記制御部は、少なくとも、
    　前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成させる第一処理と、
    　前記第一処理の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取らせる第二処理と、
    　前記第二処理の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを一時的に下降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三処理と、
    　を実行させることを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 　請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、前記第二ボンディング点から離れる方向であるリバース方向に水平移動させる、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  3. 　請求項１または２に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、少なくとも、前記円柱部の直径以上、水平移動させる、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記制御部は、前記第三処理において、前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分が満遍なく前記キャピラリで押圧されるべく、前記キャピラリの水平位置を変えながら、前記踏み付け動作を２回以上行なわせる、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記制御部は、前記キャピラリの形状情報と、前記圧着ボールの目標形状情報と、前記ワイヤの情報と、に基づいて前記キャピラリの移動シーケンスを生成する、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  6. 　第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続することで半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
    　前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成する第一工程と、
    　前記第一工程の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取る第二工程と、
    　前記第二工程の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを昇降させる踏み付け動作を１回以上繰り返す第三工程と、
    　を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 　半導体チップ上の第一ボンディング点と、前記半導体チップがマウントされたリードフレーム上の第二ボンディング点と、がワイヤループで接続された半導体装置であって、
    　前記ワイヤループは、
    　第一ボンディング点に形成された第一ボンド部と、
    　前記第二ボンディング点に形成されるとともに前記ワイヤを介して第一ボンド部に接続された第二ボンド部と、
    　を有しており、前記第一ボンド部は、
    　扁平円板状の圧着ボールの上に、所定間隔で、前記圧着ボールに向かって押し潰された前記ワイヤの一部が載った形状であり、
    　前記第一ボンド部の端部から前記ワイヤがほぼ水平に引き出されている、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  8. 　請求項７に記載の半導体装置であって、
    　前記半導体チップの上面から前記ワイヤループの最高点までの距離であるループ高さは、前記圧着ボールの厚みと、前記ワイヤの直径と、の合計値よりも小さいあるいは前記合計値と同じ、ことを特徴とする半導体装置。
     
     
PCT/JP2019/020960 2019-05-27 2019-05-27 ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置 WO2020240674A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/020960 WO2020240674A1 (ja) 2019-05-27 2019-05-27 ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置
KR1020217040885A KR20220008881A (ko) 2019-05-27 2019-05-27 와이어 본딩 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 및 반도체 장치
US17/610,445 US20220208721A1 (en) 2019-05-27 2019-05-27 Wire bonding apparatus, method for manufacture of semiconductor device, and semiconductor device
CN201980096062.8A CN113785386A (zh) 2019-05-27 2019-05-27 打线接合装置、半导体装置的制造方法以及半导体装置
SG11202111889QA SG11202111889QA (en) 2019-05-27 2019-05-27 Wire bonding apparatus, method for manufacture of semiconductor device, and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/020960 WO2020240674A1 (ja) 2019-05-27 2019-05-27 ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020240674A1 true WO2020240674A1 (ja) 2020-12-03

Family

ID=73553136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/020960 WO2020240674A1 (ja) 2019-05-27 2019-05-27 ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220208721A1 (ja)
KR (1) KR20220008881A (ja)
CN (1) CN113785386A (ja)
SG (1) SG11202111889QA (ja)
WO (1) WO2020240674A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115954275A (zh) * 2022-12-28 2023-04-11 无锡市宏湖微电子有限公司 基于热压球形键合的芯片封装方法、装置及芯片封装结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103542A (ja) * 2009-10-30 2010-05-06 Shinkawa Ltd 半導体装置
JP4625858B2 (ja) * 2008-09-10 2011-02-02 株式会社カイジョー ワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラム
JP2014140074A (ja) * 2014-04-17 2014-07-31 Toshiba Corp 半導体装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4625858Y1 (ja) 1967-03-10 1971-09-06

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4625858B2 (ja) * 2008-09-10 2011-02-02 株式会社カイジョー ワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラム
JP2010103542A (ja) * 2009-10-30 2010-05-06 Shinkawa Ltd 半導体装置
JP2014140074A (ja) * 2014-04-17 2014-07-31 Toshiba Corp 半導体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115954275A (zh) * 2022-12-28 2023-04-11 无锡市宏湖微电子有限公司 基于热压球形键合的芯片封装方法、装置及芯片封装结构

Also Published As

Publication number Publication date
SG11202111889QA (en) 2021-11-29
US20220208721A1 (en) 2022-06-30
CN113785386A (zh) 2021-12-10
KR20220008881A (ko) 2022-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4625858B2 (ja) ワイヤボンディング方法、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング制御プログラム
JP2004282015A (ja) ワイヤボンディング機を用いて半導体相互接続のためのバンプを形成する方法及び装置
JP4298665B2 (ja) ワイヤボンディング方法
JP4137061B2 (ja) ワイヤループ形状、そのワイヤループ形状を備えた半導体装置、ワイヤボンディング方法
KR100646833B1 (ko) 와이어 루프와, 이를 갖는 반도체 디바이스와, 와이어접착 방법과, 와이어 접착 장치
KR101047921B1 (ko) 와이어 본딩 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2005268497A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6792877B2 (ja) ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置
WO2020240674A1 (ja) ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置
JP3049515B2 (ja) ワイヤボンデイング方法
TWI721404B (zh) 打線接合裝置、半導體裝置的製造方法以及半導體裝置
US6270000B1 (en) Wire bonding method
JP7333120B2 (ja) ワイヤ構造及びワイヤ構造形成方法
JP7152079B2 (ja) ワイヤボンディング装置及び半導体装置の製造方法
JP2500655B2 (ja) ワイヤ―ボンディング方法及びその装置
TWI818362B (zh) 半導體裝置的製造以及半導體裝置的製造裝置
JP2006032875A (ja) ワイヤボンディング方法及びその装置並びにバンプ形成方法
JP4616924B2 (ja) 半導体装置
JP4558832B2 (ja) 半導体装置
JP3296505B2 (ja) バンプ電極形成装置
JPH08153756A (ja) 半導体装置のワイヤボンディング方法及びそのための装置
JP2005093806A (ja) 半導体装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19931241

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217040885

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19931241

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP