WO2022130617A1 - ワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラム - Google Patents

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wire
bonding
tension
bonding tool
tail
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浩章 吉野
森介 手井
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株式会社新川
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Definitions

  • the present invention relates to a wire bonding apparatus, a wire cutting method and a program.
  • a wire bonding device for electrically connecting a first bond point (for example, a pad of a semiconductor die) and a second bond point (for example, a lead of a package) with a wire.
  • a first bond point for example, a pad of a semiconductor die
  • a second bond point for example, a lead of a package
  • the shape of the bonding end portion which is the connection portion between the lower end of the wire tail and the electrode pad which is the second bonding point, may not be thin.
  • the wire is gripped by the clamper and the wire tail is pulled up, a large tension is applied to the wire tail, so that the wire tail is in a stretched state. Then, after further pulling up the wire tail, the wire tail is cut at the bonding end.
  • the stretched wire tail jumps up due to the reaction force at the time of cutting. This causes the wire and wire tail at the bottom of the clamper to bend in an S-shape.
  • the bent wire tail may cause poor ball formation due to electric discharge or the like during the next bonding to the electrode pad. Therefore, a method for cutting a wire tail that does not cause bending of the wire tail has been proposed.
  • the wire bonding method disclosed in Patent Document 1 raises the capillary diagonally upward from the bonding position after bonding so that the wire tail led out to the tip of the capillary does not bend.
  • the wire bonding method if the bonding end portion which is the connection portion between the lower end of the tail wire and the electrode pad is not sufficiently thin, a large tensile force is applied to the wire when the wire tail is cut. In this case, in the wire bonding method, the wire jumps up due to the reaction force at the time of cutting the wire tail, and the wire at the lower part of the clamper and the wire tail may bend in an S shape.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to cut the wire tail without applying a large tensile force to prevent bending of the wire when the wire tail is cut.
  • the wire bonding apparatus is a wire bonding apparatus that performs a wire bonding process, and is an ultrasonic wave that supplies ultrasonic vibration to the bonding tool via a bonding tool through which a wire is inserted and an ultrasonic horn.
  • a vibrator, a drive mechanism for moving the bonding tool, and a control unit for controlling the wire bonding process are provided, and the control unit is a bond point to be bonded by pressing a wire with the bonding tool.
  • the tension releasing step of lowering the bonding tool to release the tension applied to the wire and the series of steps including the tension applying step and the tension releasing step at least once, the bonding tool To cut the wire tail from the wire bonded to the bond point.
  • the wire cutting method is a wire cutting method executed by using a wire bonding apparatus that performs a wire bonding process, wherein the wire bonding apparatus includes a bonding tool for inserting wires and an ultrasonic horn.
  • the wire cutting method includes an ultrasonic vibrator that supplies ultrasonic vibrations to the bonding tool via a wire, a drive mechanism that moves the bonding tool, and a control unit that controls the wire bonding process.
  • a tension applying step of raising the bonding tool to apply tension to the wire a tension releasing step of lowering the bonding tool to release the tension applied to the wire, a tension applying step, and the tension.
  • the bonding tool is raised to perform a tail cutting step of cutting the wire tail from the wire bonded to the bond point.
  • the program according to one aspect of the present invention is a program for causing a wire bonding apparatus to execute a wire bonding process, wherein the wire bonding apparatus superimposes a bonding tool through which a wire is inserted and the bonding tool via an ultrasonic horn.
  • the program includes an ultrasonic vibrator that supplies sonic vibration, a drive mechanism that moves the bonding tool, and a control unit that controls the wire bonding process.
  • a series of steps including a tension applying step of raising the wire to apply tension to the wire, a tension releasing step of lowering the bonding tool to release the tension applied to the wire, and the tension applying step and the tension releasing step.
  • the bonding tool is raised to perform a tail cut step of cutting the wire tail from the wire bonded to the bond point.
  • the present invention it is possible to cut the wire tail without applying a large tensile force and prevent the wire from bending when the wire tail is cut.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a wire bonding apparatus 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a top view of the bonding arm 20.
  • FIG. 2B is a bottom view of the bonding arm 20.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an outline of the detection unit 70.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the outline of the detection unit 70.
  • the wire bonding apparatus 1 includes, for example, an XY drive mechanism 10, a Z drive mechanism 12, a bonding arm 20, an ultrasonic horn 30, a bonding tool 40, a load sensor 50, and an ultrasonic wave. It includes a vibrator 60, a detection unit 70, a control unit 80, and a bonding tool position detection unit 90.
  • the XY drive mechanism 10 is configured to be movable in the XY axis direction (direction parallel to the bonding surface), for example.
  • the XY drive mechanism 10 is provided with, for example, a Z drive mechanism 12 capable of moving the bonding arm 20 in the Z-axis direction (direction perpendicular to the bonding surface).
  • the bonding arm 20 is supported by a support shaft 14 and is configured to swing freely with respect to the XY drive mechanism 10.
  • the bonding arm 20 is formed in a substantially rectangular parallelepiped so as to extend from the XY drive mechanism 10 toward the bonding stage 16 on which the semiconductor device 100 to be bonded is placed.
  • the bonding arm 20 includes an arm base end portion 22 attached to the XY drive mechanism 10, an arm tip portion 24 located on the tip end side ( ⁇ Y direction side) of the arm base end portion 22 and to which the ultrasonic horn 30 is attached. Includes a flexible connecting portion 23 that connects the arm base end portion 22 and the arm tip portion 24.
  • the connecting portion 23 extends from the top surface 21a of the bonding arm 20 toward the bottom surface 21b, for example, slits 25a and 25b having a predetermined width, and extends from the bottom surface 21b of the bonding arm 20 toward the top surface 21a. It is composed of a slit 25c having a predetermined width. In this way, the connecting portion 23 is locally configured as a thin-walled portion by the slits 25a, 25b, and 25c, so that the arm tip portion 24 can be bent with respect to the arm base end portion 22.
  • a recess 26 in which the ultrasonic horn 30 is housed is formed on the bottom surface 21b side of the bonding arm 20.
  • the ultrasonic horn 30 is attached to the arm tip portion 24 by a horn fixing screw 32 in a state of being housed in the recess 26 of the bonding arm 20.
  • the ultrasonic horn 30 holds a bonding tool 40 at a tip portion protruding from the recess 26, and the recess 26 is provided with an ultrasonic vibrator 60 that generates ultrasonic vibration.
  • Ultrasonic vibration is generated by the ultrasonic vibrator 60, and this is transmitted to the bonding tool 40 by the ultrasonic horn 30.
  • the ultrasonic vibration 60 can apply ultrasonic vibration to the object to be bonded via the bonding tool 40.
  • the ultrasonic oscillator 60 is, for example, a piezo oscillator.
  • slits 25a and 25b are formed in order from the top surface 21a toward the bottom surface 21b on the top surface 21a side of the bonding arm 20.
  • the upper slit 25a is formed wider than the lower slit 25b.
  • a load sensor 50 is provided in the wide upper slit 25a.
  • the load sensor 50 is fixed to the arm tip portion 24 by a preload screw 52.
  • the load sensor 50 is arranged so as to be sandwiched between the arm base end portion 22 and the arm tip portion 24.
  • the load sensor 50 is offset from the central axis in the longitudinal direction of the ultrasonic horn 30 in the contact / separation direction with respect to the bonding target, and the rotation center of the bonding arm 20 and the mounting surface of the ultrasonic horn 30 at the arm tip portion 24 (that is,). , The tip surface of the arm tip portion 24 on the bonding tool 40 side). Then, as described above, since the ultrasonic horn 30 holding the bonding tool 40 is attached to the arm tip portion 24, when a load is applied to the tip of the bonding tool 40 by the reaction force from the bonding target, the arm base is used. The arm tip portion 24 bends with respect to the end portion 22, and the load sensor 50 can detect the load.
  • the load sensor 50 is, for example, a piezo load sensor.
  • the bonding tool 40 is for inserting a wire 42, for example, a capillary provided with an insertion hole 41.
  • the wire 42 used for bonding is inserted into the insertion hole 41 of the bonding tool 40.
  • the bonding tool 40 is configured so that a part of the wire 42 can be fed out from the tip thereof.
  • the wire 42 unwound from the tip of the bonding tool 40 is referred to as a wire tail 42a.
  • a pressing portion 40a for pressing the wire 42 is provided at the tip of the bonding tool 40.
  • the pressing portion 40a has a rotationally symmetric shape around the insertion hole 41 of the bonding tool 40 in the axial direction, and has a pressing surface on the lower surface around the insertion hole 41.
  • the bonding tool 40 is attached to the ultrasonic horn 30 so as to be replaceable by a spring force or the like.
  • the clamper 44 is provided above the bonding tool 40, for example, and operates together with the bonding tool 40.
  • the clamper 44 is configured to grip (constrain) or release the wire 42 at a predetermined timing based on, for example, a control signal output from the clamper control unit 81.
  • a wire tensioner (not shown) may be provided above the clamper 44.
  • the wire tensioner is configured to, for example, insert the wire 42 and apply an appropriate tension to the wire 42 during bonding.
  • the material of the wire 42 is appropriately selected from the viewpoint of ease of processing and low electrical resistance, and for example, gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or the like is used.
  • the wire 42 forms a ball portion 43 extending from the tip of the bonding tool 40.
  • the ball portion 43 is bonded to a predetermined bond point (for example, an electrode pad 112, hereinafter referred to as a first bond point).
  • the detection unit 70 electrically detects, for example, whether or not the ball unit 43 formed at the tip of the wire 42 inserted through the bonding tool 40 is grounded to the semiconductor device 100 to be bonded. Further, in the detection unit 70, for example, based on the output of the electric signal supplied to the wire 42, the wire tail 42a is a predetermined bond point (for example, an electrode pad 122, hereinafter referred to as a second bond point) of the semiconductor device 100. It detects whether or not it was disconnected from).
  • a predetermined bond point for example, an electrode pad 122, hereinafter referred to as a second bond point
  • the detection unit 70 includes, for example, a power supply unit 71, an output measurement unit 72, and a determination unit 73.
  • the power supply unit 71 applies a predetermined electric signal between the semiconductor device 100 and the wire 42, for example.
  • the output measuring unit 72 measures, for example, the output of an electric signal supplied by the power supply unit 71.
  • the determination unit 73 determines whether or not the wire 42 has electrically contacted the semiconductor device 100, for example, based on the measurement result of the output measurement unit 72. As shown in FIG. 1, in the detection unit 70, one terminal is electrically connected to the bonding stage 16 and the other terminal is electrically connected to the clamper 44 (or wire spool (omitted in FIG. 1)). There is.
  • the power supply unit 71 of the detection unit 70 may be composed of a DC voltage power supply. That is, when it is considered that the bond point of the semiconductor device 100 and the bonding stage 16 are connected only by the resistance component (for example, when both are electrically conductive), the detection unit 70 determines a DC voltage signal. It can be used as an electric signal of. In this case, when the ball portion 43 of the wire 42 comes into contact with the bond point of the semiconductor device 100, an electrical short circuit occurs between the bonding stage 16 and the wire 42.
  • the detection unit 70 determines whether or not the ball unit 43 has come into contact with the electrode pad 122, which is the second bond point of the semiconductor device 100, based on the change in the presence or absence of this electrical short circuit (for example, the change in the output voltage v). can do. In other words, the detection unit 70 can detect whether or not the wire tail 42a is cut from the second bond point of the semiconductor device 100.
  • the power supply unit 71 of the detection unit 70 may be composed of an AC voltage power supply. That is, when the bonding point of the semiconductor device 100 and the bonding stage 16 include a capacitive component (for example, when both are not electrically conductive), an AC voltage signal can be used as a predetermined electrical signal. In this case, when the ball portion 43 of the wire 42 comes into contact with the bond point of the semiconductor device 100, the capacitance value of the semiconductor device 100 is further added to the capacitance value of the wire bonding device 1. As a result, the capacitance value between the bonding stage 16 and the wire 42 changes.
  • the detection unit 70 can determine whether or not the ball unit 43 has contacted the second bond point of the semiconductor device 100 based on the change in the capacitance value (for example, the change in the output voltage v). In other words, the detection unit 70 can detect whether or not the wire tail 42a is cut from the second bond point of the semiconductor device 100.
  • the bonding tool position detecting unit 90 detects, for example, the position of the bonding tool 40 including the position of the bonding tool 40 in the Z-axis direction (for example, the position of the tip of the bonding tool 40).
  • the bonding tool position detection unit 90 outputs information regarding the detected result (hereinafter referred to as detection result information) to the control unit 80.
  • the control unit 80 includes, for example, a clamper control unit 81 and an XYZ axis control unit 82.
  • the clamper control unit 81 controls the opening / closing operation of the clamper 44.
  • the XYZ axis control unit 82 controls the operation in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction in the bonding tool 40.
  • the control unit 80 includes an XY drive mechanism 10, a Z drive mechanism 12, an ultrasonic horn 30 (ultrasonic oscillator 60), a clamper 44, a load sensor 50, a detection unit 70, a bonding tool position detection unit 90, and the like. It is connected so that signals can be sent and received between them. By controlling the operation of these configurations, the control unit 80 can execute a process of cutting the wire tail 42a so as not to cause bending of the wire tail 42a in the wire bonding.
  • the control unit 80 raises and lowers the bonding tool 40 in the Z-axis direction based on the detection result information output from the bonding tool position detection unit 90. After bonding the wire 42 to the second bond point, the control unit 80 applies tension to the wire 42 by raising the bonding tool 40 in the Z-axis direction (hereinafter referred to as a tension applying step). That is, the control unit 80 applies stress to the connection portion between the wire tail 42a and the second bond point. After that, the control unit 80 releases the tension applied to the wire 42 by lowering the bonding tool 40 in the Z-axis direction (hereinafter, referred to as a tension release step). That is, the control unit 80 releases the stress at the connection portion between the wire tail 42a and the second bond point.
  • a tension applying step that is, the control unit 80 applies stress to the connection portion between the wire tail 42a and the second bond point.
  • the control unit 80 determines, for example, the moving direction and height of the ascending tip of the bonding tool 40 in the tension applying step based on preset information on ascending (hereinafter referred to as ascending information). Similarly, the control unit 80 determines the moving direction and height of the descent of the tip of the bonding tool 40 in the tension release step, for example, based on preset information regarding descent (hereinafter referred to as descent information).
  • descent information preset information regarding descent
  • the height of the tip of the bonding tool 40 means a distance from a predetermined reference point, and the predetermined reference point is not particularly limited and may be, for example, a second bond point.
  • the control unit 80 determines the height of the tip of the bonding tool 40 based on the ascending information or the descending information, but the present invention is not limited to this.
  • the control unit 80 may determine the moving distance of the tip of the bonding tool 40 based on the ascending information or the descending information.
  • the control unit 80 may determine the moving distance that rises in the Z-axis direction from the second bond point in the tension applying step, or from the end point raised in the tension applying step in the tension releasing step.
  • the moving distance descending in the Z-axis direction may be determined.
  • the ascending height or moving distance of the tip of the bonding tool 40 may be referred to as an “ascending moving amount”, and the descending height or moving distance may be referred to as a “descending moving amount”.
  • the ascending moving direction is, for example, a direction away from the second bond point, and is preferably a Z-axis direction.
  • the downward moving direction is, for example, a direction approaching the second bond point, and is preferably a direction along the ascending moving direction.
  • stress in the X-axis direction or the Y-axis direction can be applied to the lower end of the wire tail 42a.
  • the wire tail 42a can be cut with a small tensile force as described later.
  • the starting point in the ascending moving direction may be, for example, a second bond point or a point deviated from the second bond point in the XY plane.
  • the start point in the descending moving direction may be, for example, the end point of the tension applying step.
  • the ascending moving direction and the descending moving direction are set in the Z-axis direction, the starting point of the starting ascending moving direction is set as the second bond point, and the starting descending moving direction is set. It will be described as assuming that the start point is set to the end point of the tension applying process.
  • control unit 80 may automatically set the height or the moving distance (moving amount) in the tension applying step and the tension releasing step based on the thickness of the wire 42, for example. Specifically, the control unit 80 may set, for example, a predetermined ratio (for example, 60%) to the thickness of the wire 42 as the ascending movement amount. The control unit 80 may set a predetermined ratio (for example, 30%) to the thickness of the wire 42 as the amount of downward movement. Further, the control unit 80 may automatically set the amount of movement of the descent in the tension release step based on, for example, the ascending information. Specifically, the control unit 80 may set a predetermined ratio (for example, 50%) to the ascending movement amount as the descending movement amount.
  • a predetermined ratio for example, 60%
  • control unit 80 automatically sets, for example, the ascending movement amount of the tension applying process and the descending moving amount of the tension release process based on the material of the wire 42, in addition to the thickness of the wire 42. You may. Specifically, for example, the control unit 80 may set the ascending movement amount to be larger and the descending movement amount to be smaller as the material of the wire 42 is harder. This is because the stronger the strength of the wire 42, the less bending deformation occurs even if a large tension is applied. As a result, the amount of work required for setting the worker can be reduced.
  • control unit 80 is set so that, for example, the ascending movement amount in the tension applying process is larger than the descending moving amount in the tension release process. Then, it is desirable that the control unit 80 repeats, for example, the tension applying process and the tension releasing process a plurality of times. That is, in the control unit 80, for example, the height of the tip of the bonding tool 40 in the current tension applying step (the second tension applying step described later) is the bonding in the previous tension applying step (the first tension applying step described later). It is set to be higher than the height of the tip of the tool 40.
  • the control unit 80 repeats the tension applying step and the tension releasing step, so that the lower end of the wire tail 42a (the end in the ⁇ Z axis direction) and the wire 42 connected to the second bond point are finely crushed.
  • Metal fatigue is gradually caused in the portion between the shape and the end portion (hereinafter referred to as the bonding end portion 42c). That is, the tensile strength at the portion between the lower end of the wire tail 42a and the bonding end portion 42c is reduced.
  • the wire tail 42a can be cut from the second bond point without applying a large tensile force to the portion.
  • connection portion between the wire tail 42a and the second bond point is gradually thinned, and the wire tail 42a can be cut with a small pulling force at the time of cutting.
  • the wire tail 42a is not bent and deformed, and the bonding quality can be improved.
  • the control unit 80 has a series of steps including a tension applying step and a tension releasing step. To stop.
  • the tension applying step and the tension releasing step can be executed a minimum number of times, so that the time of the cutting step of the wire tail 42a can be shortened. Further, since it is not necessary to set the number of times of the tension applying process and the tension releasing process, the amount of work of the operator can be reduced.
  • the control unit 80 is connected to, for example, an operation unit 132 for inputting information for control (hereinafter referred to as control information) and a display unit 134 for outputting control information.
  • the operator confirms the screen on the display unit 134, and inputs control information (rising information, descending information, etc.) on the operation unit 132.
  • the control unit 80 is a computer device including a CPU, a memory, and the like, and the memory stores a program and the like for executing processing necessary for wire bonding in advance.
  • the control unit 80 is configured to perform each step for controlling the operation of the bonding tool 40 described in the wire bonding method described later (for example, includes a program for causing a computer to execute each step).
  • the wire bonding method is a method using a wire bonding method using the wire bonding device 1.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a wire bonding method.
  • 6A to 6L are diagrams showing an example of the operation of each process.
  • FIG. 7 is a timing chart showing each process.
  • the times t1 to t9 in FIGS. 6A to 6L correspond to the times t1 to t9 in FIG. 7.
  • FIG. 8 is a timing chart showing a detailed example of the tension applying process and the tension releasing process.
  • step S10 time t1
  • the wire bonding apparatus 1 forms a ball portion 43 at the tip of the wire 42 extending from the tip of the bonding tool 40.
  • the clamper 44 is, for example, in an open state.
  • step S11 (time t1), the wire bonding apparatus 1 lowers the bonding tool 40 toward the electrode pad 112 of the semiconductor die 110.
  • the clamper 44 is, for example, in a closed state.
  • step S12 time t2
  • the wire bonding device 1 brings the ball portion 43 into contact with the electrode pad 112.
  • the wire bonding apparatus 1 keeps the clamper 44 open and controls the ultrasonic vibration to ON (first bonding step).
  • the ball portion 43 is bonded to the electrode pad 112.
  • the wire bonding apparatus 1 pays out the wire 42 from the tip of the bonding tool 40 while raising the tip of the bonding tool 40 in the Z-axis direction.
  • the detection unit 70 detects an electric signal. At this time, the clamper 44 is in an open state.
  • step S13 time t3
  • the wire bonding apparatus 1 is connected to the wire 42 on the side opposite to the second bond point (here, the electrode pad 122) (in the direction of the “arrow” in FIG. 6C).
  • the wire 42 exhibits a bent shape.
  • step S14 time t4, as shown in FIG. 6D, the wire bonding apparatus 1 forms a wire loop of the wire 42 while bending the wire 42 toward the second bond point (wire loop step). Then, the wire bonding device 1 brings a part of the wire 42 into contact with the upper surface of the electrode pad 122. As a result, a wire loop (not shown) that electrically connects the electrode pad 112, which is the first bond point, and the electrode pad 122, which is the second bond point, is formed. In step S14, the clamper 44 is in the closed state.
  • step S15 the wire bonding apparatus 1 presses a part of the wire 42 against the electrode pad 122 by the pressing portion 40a of the bonding tool 40.
  • the wire bonding device 1 controls the ultrasonic vibration to ON and bonds a part of the wire 42 to the electrode pad 122 (second bonding step).
  • a finely crushed bonding end portion 42c is formed at the end portion of the wire 42 connected to the electrode pad 122.
  • the wire bonding apparatus 1 raises the tip of the bonding tool 40 in the Z-axis direction and feeds out the wire tail 42a from the tip (tail feeding step).
  • the clamper 44 is in an open state.
  • the bonding tool position detection unit 90 detects the height of the tip of the bonding tool 40, and outputs information indicating the height (hereinafter referred to as height information) to the control unit 80.
  • the control unit 80 acquires the height information indicating that the height of the bonding tool 40 indicates the height H1
  • the XYZ axis control unit 82 controls the Z drive mechanism 12 to operate the bonding tool 40. To stop.
  • the height of the tip of the bonding tool 40 is the height H1
  • the wire tail 42a is derived from the tip of the bonding tool 40.
  • the wire bonding apparatus 1 closes the clamper 44 and grips the wire 42. With the clamper 44 closed, at time t8, the wire bonding apparatus 1 executes the tension applying step and the tension releasing step. As shown in FIG. 7, the wire bonding apparatus 1 controls ultrasonic vibration to ON in, for example, a tension applying step and a tension releasing step.
  • the tension applying step and the tension releasing step at time t8 will be described with reference to FIG.
  • step S16 time t81 in FIG. 8
  • the wire bonding apparatus 1 holds the wire 42 with the clamper 44 and holds the tip of the bonding tool 40 together with the clamper 44 in the Z-axis direction. It is raised to a height (here, height H1 + D1) (hereinafter referred to as a first tension applying step).
  • a first tension applying step a height
  • the tip of the bonding tool 40 is increased by a predetermined moving distance (here, the moving distance D1).
  • the wire bonding apparatus 1 can apply tension to the bonding end portion 42c in the Z-axis direction.
  • the control unit 80 acquires the height information indicating that the height of the tip of the bonding tool 40 indicates the height H1 + D1
  • the XYZ axis control unit 82 controls the Z drive mechanism 12 to control the bonding tool 40 ( The operation of the clamper 44) is stopped.
  • step S17 time t82 in FIG. 8
  • the wire bonding apparatus 1 lowers the wire tail 42a in the Z-axis direction to a predetermined height (here, height H1 + D1-D2) (here, height H1 + D1-D2).
  • a predetermined height here, height H1 + D1-D2
  • the first tension release step the tip of the bonding tool 40 is lowered by a predetermined moving distance (here, the moving distance D2).
  • the wire bonding apparatus 1 can release the tension applied to the bonding end portion 42c.
  • the control unit 80 acquires the height information indicating that the height of the tip of the bonding tool 40 indicates the height H1 + D1-D2
  • the XYZ axis control unit 82 controls the Z drive mechanism 12 to control the bonding tool.
  • the operation of 40 (clamper 44) is stopped.
  • the wire bonding apparatus 1 is, for example, a next tension applying step (hereinafter referred to as a second tension applying step) and a tension releasing step (hereinafter referred to as a second tension) with respect to the first tension applying step and the first tension releasing step.
  • a movement amount indicating the height or movement distance of each bonding tool 40 (referred to as a release step) is set.
  • the wire bonding apparatus 1 sets the movement amount of each step based on, for example, information (rising information, descending information, etc.) regarding the movement amount stored in a predetermined storage unit.
  • the wire bonding apparatus 1 sets, for example, a height higher than the height of the first tension applying process to the height of the second tension applying process.
  • the wire bonding apparatus 1 sets, for example, a height higher than the height of the first tension release step to the height of the second tension release step.
  • the wire bonding apparatus 1 has, for example, the same moving distance as the moving distance of the first tension applying step and the moving distance of the first tension releasing step, the moving distance of the second tension applying step and the moving distance of the second tension releasing step. It may be set to a distance.
  • the "same travel distance" means, for example, a travel distance that allows a mechanical error of the wire bonding device 1 in two travel distances.
  • step S19 time t83 in FIG. 8
  • the wire bonding apparatus 1 grips the wire 42 with the clamper 44 in the second tension applying step, and holds the tip of the bonding tool 40 together with the clamper 44.
  • the tip of the bonding tool 40 is increased by a predetermined moving distance (here, moving distance D1) starting from the end point (here, height H1 + D1-D2) of the first tension release step.
  • the wire bonding apparatus 1 can apply tension to the bonding end portion 42c in the Z-axis direction.
  • the control unit 80 acquires the height information indicating that the height of the tip of the bonding tool 40 indicates the height H1 + 2D1-D2
  • the XYZ axis control unit 82 controls the Z drive mechanism 12 to control the bonding tool.
  • the operation of 40 (clamper 44) is stopped.
  • step S20 time t84 in FIG. 8
  • the wire bonding apparatus 1 raises the wire tail 42a in the Z-axis direction at a predetermined height (here, height H1 + 2D1) in the second tension release step. -Lower to -2D2).
  • the tip of the bonding tool 40 is lowered by a predetermined moving distance (here, moving distance D2) starting from the end point (here, height H1 + 2D1-D2) of the second tension applying step.
  • the wire bonding apparatus 1 can release the tension applied to the bonding end portion 42c.
  • the control unit 80 acquires the height information indicating that the height of the tip of the bonding tool 40 indicates the height H1 + 2D1-2D2
  • the XYZ axis control unit 82 controls the Z drive mechanism 12 to control the bonding tool.
  • the operation of 40 (clamper 44) is stopped.
  • step S21 the wire bonding apparatus 1 determines whether or not the wire tail 42a has been cut. Specifically, the wire bonding apparatus 1 determines that the wire tail 42a has been cut when the electric signal is not detected in the detection unit 70 (step S21: YES). In this case, the wire bonding apparatus 1 ends the process for cutting the wire tail 42a. On the other hand, when the electric signal is detected by the detection unit 70, the wire bonding apparatus 1 determines that the wire tail 42a is not cut (step S21: NO). In this case, the wire bonding apparatus 1 shifts the process to step S18.
  • first and second tension applying steps and the first and second tension releasing steps have been described as shown at time t81 to time t84, but as shown at time t85 and t86 in FIG. 8, detection.
  • the tension applying step and the tension releasing step are repeated until the electric signal is no longer detected in the unit 70.
  • tension is applied to the wire tail 42a stepwise by a plurality of tension applying steps, and excessive tension is applied to the wire tail 42a.
  • the bonding tool 40 can be operated so as not to be applied.
  • the connection portion between the wire tail 42a and the bond point here, the bonding end portion 42c
  • the wire tail 42a can be cut with a small pulling force at the time of cutting.
  • the wire bonding apparatus 1 does not detect the electric signal in the detection unit 70 as shown in the graph (OFF) of the “electric signal” shown in FIG. 7. After making a determination, the tension applying process and the tension releasing process are completed.
  • FIG. 9 is a timing chart showing other examples of the tension applying process and the tension releasing process.
  • the height of the second tension applying step (height H + D in FIG. 9) is higher than the height of the first tension applying step (height H in FIG. 9). It suffices if it is set to be high. That is, the height of the second tension release step may be the same as the height of the first tension release step. Furthermore, the height of the second tension release step and the height of the first tension release step may be substantially the same as the height of the second bond point. This simplifies the processing for the amount of downward movement in the tension release step, and thus improves the processing speed of the system.
  • the present invention is not limited to this.
  • the above embodiment may be applied to a method of forming a bump 140 on an electrode 212 which is a bond point of a semiconductor device 200 in the bump bonding shown in FIG.
  • the steps S10 to S14 can be omitted from the flowchart of FIG.
  • the above embodiment may be applied to wedge bonding. In this case, the process of step S10 can be omitted from the flowchart of FIG.
  • the wire bonding apparatus 1 has been described as determining whether or not the wire tail 42a has been cut after the second tension release step (step S20), but the present invention is not limited to this.
  • the wire bonding apparatus 1 may determine whether or not the wire tail 42a has been cut after the second tension applying step (step S19), or may always determine whether or not the wire tail 42a has been cut. good. As a result, it can be determined whether or not the wire tail 42a has been cut without delay, so that the operation related to the cutting of the wire tail 42a of the wire bonding apparatus 1 can be reduced.
  • the wire bonding apparatus 1 has been described as having the clamper 44 closed in the tension release step, but the present invention is not limited to this.
  • the clamper 44 may be open. This facilitates the operation of releasing the tension of the wire 42.

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Abstract

ワイヤテールに大きな引張り力をかけずに切断し、ワイヤテールを切断したときのワイヤの曲がりを防止するワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラムに関し、ボンド点にボンディングされたワイヤ(42)からワイヤテール(42a)を繰り出した後に、ワイヤ(42)をクランプした状態で、ボンディングツール(40)を上昇させて、ワイヤ(42)にテンションを付与するテンション付与工程と、ボンディングツール(40)を下降させて、ワイヤ(42)に付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、テンション付与工程及びテンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも1回実行してから、ボンディングツール(40)を上昇させて、ボンド点にボンディングされたワイヤ(42)からワイヤテール(42a)を切断するテールカット工程と、を実行する。

Description

ワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラム
 本発明は、ワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラムに関する。
 従来、第1ボンド点(例えば半導体ダイのパッド)と第2ボンド点(例えばパッケージのリード)とをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング装置が知られている。ワイヤボンディング装置のボンディングの条件によっては、ワイヤテールの下端と第2ボンド点である電極パッドとの接続部分であるボンディング端部の形状が細くなっていないことがある。この場合、クランパでワイヤを把持してワイヤテールを引っ張り上げると、ワイヤテールに大きな張力が付与されるため、ワイヤテールが引き伸ばされた状態となる。その後、さらにワイヤテールを引っ張り上げた後に、ワイヤテールがボンディング端部で切断される。このとき、引き伸ばされたワイヤテールが切断時の反力で跳ね上がる。これにより、クランパの下部におけるワイヤ及びワイヤテールがS字状に曲がる。曲がったワイヤテールによって、次の電極パッドへのボンディングの際に、放電などによるボール形成の不良を引き起こす虞がある。そこで、ワイヤテールに曲がりを生じさせないワイヤテールの切断方法が提案されている。
特許第2723277号公報
 特許文献1に開示されているワイヤボンディング方法は、ボンディングをした後にキャピラリをボンディング位置から斜め上方に上昇させることで、キャピラリの先端に導出されているワイヤテールが曲がらないようにしている。しかし、当該ワイヤボンディング方法では、テールワイヤの下端と電極パッドとの接続部分であるボンディング端部が十分細くなっていない場合、ワイヤテールの切断時にワイヤに大きな引張り力がかかる。この場合、当該ワイヤボンディング方法では、ワイヤテールの切断時の反力でワイヤが跳ね上がり、クランパの下部のワイヤ及びワイヤテールがS字状に曲がる虞がある。
 そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤテールに大きな引張り力をかけずに切断し、ワイヤテールを切断したときのワイヤの曲がりを防止することを目的とする。
 本発明の一態様に係るワイヤボンディング装置は、ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置であって、ワイヤを挿通するボンディングツールと、超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも1回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、実行する。
 本発明の一態様に係るワイヤ切断方法は、ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置を用いて実行されるワイヤ切断方法であって、前記ワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するボンディングツールと、超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、前記ワイヤ切断方法は、前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象である第1ボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも1回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、を実行する。
 本発明の一態様に係るプログラムは、ワイヤボンディング装置にワイヤボンディング処理を実行させるプログラムであって、前記ワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するボンディングツールと、超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、前記プログラムは、前記ワイヤボンディング装置に、前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディングステップと、前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出ステップと、ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与ステップと、前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放ステップと、前記テンション付与ステップ及び前記テンション解放ステップを含む一連のステップを少なくとも1回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカットステップと、を実行させる。
 本発明によれば、ワイヤテールに大きな引張り力をかけずに切断し、ワイヤテール切断の際のワイヤの曲がりを防止することができる。
本実施形態に係るワイヤボンディング装置の一例を示す図である。 ボンディングアームの頂面図である。 ボンディングアームの底面図である。 検出部の概要の一例を示す図である。 検出部の概要の他の例を示す図である。 ワイヤボンディング方法の一例を示すフローチャートである。 ボール部を形成する動作の一例を示す図である。 ボール部を電極パッドに接触させる動作の一例を示す図である。 リバース動作の一例を示す図である。 ワイヤループ工程の動作の一例を示す図である。 ワイヤの一部を電極パッドに押圧する動作の一例を示す図である。 ワイヤを繰り出す動作の一例を示す図である。 クランパを閉じる動作の一例を示す図である。 第1テンション付与工程の動作の一例を示す図である。 第1テンション解放工程の動作の一例を示す図である。 第2テンション付与工程の動作の一例を示す図である。 第2テンション解放工程の動作の一例を示す図である。 ワイヤテールを切断した状態の一例を示す図である。 各工程を示すタイミングチャートの一例である。 テンション付与工程及びテンション解放工程の詳細のタイミングチャートの一例である。 テンション付与工程及びテンション解放工程の詳細のタイミングチャートの他の例である。 ワイヤボンディング方法の他の例を示す図である。
 以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
[ワイヤボンディング装置1の構成]
 図1~図4を参照して、ワイヤボンディング装置1について説明する。図1は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置1の一例を示す図である。図2Aは、ボンディングアーム20の頂面図である。図2Bは、ボンディングアーム20の底面図である。図3は、検出部70の概要の一例を示す図である。図4は、検出部70の概要の他の例を示す図である。
 図1に示すように、ワイヤボンディング装置1は、例えば、XY駆動機構10と、Z駆動機構12と、ボンディングアーム20と、超音波ホーン30と、ボンディングツール40と、荷重センサ50と、超音波振動子60と、検出部70と、制御部80と、ボンディングツール位置検出部90とを含む。
 XY駆動機構10は、例えば、XY軸方向(ボンディング面に平行な方向)に移動可能に構成されいる。XY駆動機構10には、例えば、ボンディングアーム20をZ軸方向(ボンディング面に垂直な方向)に移動可能なZ駆動機構12が設けられている。
 ボンディングアーム20は、支軸14に支持され、XY駆動機構10に対して揺動自在に構成されている。ボンディングアーム20は、XY駆動機構10から、ボンディングの対象である半導体装置100が置かれたボンディングステージ16に向かって延出するよう略直方体に形成されている。ボンディングアーム20は、XY駆動機構10に取り付けられるアーム基端部22と、アーム基端部22の先端側(-Y方向側)に位置して超音波ホーン30が取り付けられるアーム先端部24と、アーム基端部22とアーム先端部24とを連結して可撓性を有する連結部23とを含む。この連結部23は、例えば、ボンディングアーム20の頂面21aから底面21bに向かって延出した所定幅のスリット25a、25b、及び、ボンディングアーム20の底面21bから頂面21aの方向に向かって延出した所定幅のスリット25cによって構成されている。このように、連結部23が各スリット25a、25b、25cによって局部的に薄肉部として構成されることで、アーム先端部24はアーム基端部22に対して撓むことができる。
 図1及び図2Bに示すように、ボンディングアーム20の底面21b側には、超音波ホーン30が収容される凹部26が形成されている。超音波ホーン30は、ボンディングアーム20の凹部26に収容された状態で、アーム先端部24にホーン固定ネジ32によって取り付けられている。この超音波ホーン30は、凹部26から突出した先端部においてボンディングツール40を保持しており、凹部26には超音波振動を発生する超音波振動子60が設けられている。超音波振動子60によって超音波振動が発生し、これが超音波ホーン30によってボンディングツール40に伝達される。これにより、超音波振動し60は、ボンディングツール40を介してボンディングの対象に超音波振動を付与することができる。超音波振動子60は、例えばピエゾ振動子である。
 また、図1及び図2Aに示すように、ボンディングアーム20の頂面21a側には、頂面21aから底面21bに向かって順番にスリット25a及び25bが形成されている。上部のスリット25aは、下部のスリット25bよりも幅広に形成されている。そして、この幅広に形成された上部のスリット25aに、荷重センサ50が設けられている。荷重センサ50は、予圧用ネジ52によってアーム先端部24に固定されている。荷重センサ50は、アーム基端部22とアーム先端部24との間に挟み込まれるように配置されている。すなわち、荷重センサ50は、超音波ホーン30の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム20の回転中心とアーム先端部24における超音波ホーン30の取付面(すなわち、アーム先端部24におけるボンディングツール40側の先端面)との間に取り付けられている。そして、上記のように、ボンディングツール40を保持する超音波ホーン30がアーム先端部24に取り付けられているため、ボンディングの対象からの反力によりボンディングツール40の先端に荷重が加わると、アーム基端部22に対してアーム先端部24が撓み、荷重センサ50において荷重を検出することが可能となっている。荷重センサ50は、例えばピエゾ荷重センサである。
 ボンディングツール40は、ワイヤ42を挿通するためのものであり、例えば挿通穴41が設けられたキャピラリである。ボンディングツール40は、その挿通穴41にボンディングに使用するワイヤ42が挿通される。ボンディングツール40は、その先端からワイヤ42の一部を繰り出し可能に構成されている。以下、便宜上、ボンディングツール40の先端から繰り出されたワイヤ42をワイヤテール42aという。また、ボンディングツール40の先端には、ワイヤ42を押圧するための押圧部40aが設けられている。押圧部40aは、ボンディングツール40の挿通穴41の軸方向の周りに回転対称の形状を有しており、挿通穴41の周囲の下面に押圧面を有している。ボンディングツール40は、バネ力などによって交換可能に超音波ホーン30に取り付けられている。
 クランパ44は、例えば、ボンディングツール40の上方に設けられ、ボンディングツール40とともに動作する。クランパ44は、例えば、クランパ制御部81から出力される制御信号に基づいて、所定のタイミングでワイヤ42を把持(拘束)又は解放するよう構成されている。クランパ44のさらに上方には、ワイヤテンショナ(不図示)が設けられていてもよい。ワイヤテンショナは、例えば、ワイヤ42を挿通し、ボンディング中のワイヤ42に適度なテンションを付与するよう構成されている。
 ワイヤ42の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)又は銀(Ag)等が用いられる。なお、ワイヤ42は、ボンディングツール40の先端から延出したボール部43を形成する。ボール部43は、所定のボンド点(例えば電極パッド112であり、以下、第1ボンド点という)にボンディングされる。
 検出部70は、例えば、ボンディングツール40に挿通されたワイヤ42の先端に形成されるボール部43が、ボンディングの対象である半導体装置100に接地されているか否かを電気的に検出する。また、検出部70は、例えば、ワイヤ42に供給された電気信号の出力に基づいて、ワイヤテール42aが半導体装置100の所定のボンド点(例えば、電極パッド122であり、以下、第2ボンド点という)から切断されたか否かを検出する。
 検出部70は、例えば、電源部71と、出力測定部72と、判定部73とを備える。電源部71は、例えば、半導体装置100とワイヤ42との間に所定の電気信号を印加する。出力測定部72は、例えば、電源部71によって供給された電気信号の出力を測定する。判定部73は、例えば、出力測定部72の測定結果に基づいて、ワイヤ42が半導体装置100に電気的に接触したか否かを判定する。図1に示すように、検出部70は、一方の端子がボンディングステージ16に電気的に接続され、他方の端子がクランパ44(又はワイヤスプール(図1では省略))に電気的に接続されている。
 図3に示すように、検出部70は、その電源部71が直流電圧電源で構成されていてもよい。すなわち、検出部70は、半導体装置100のボンド点とボンディングステージ16とが抵抗成分のみで接続されているとみなされる場合(例えば両者が電気的に導通している場合)、直流電圧信号を所定の電気信号として用いることができる。この場合、ワイヤ42のボール部43が半導体装置100のボンド点に接触すると、ボンディングステージ16とワイヤ42との間に電気的短絡が生じる。検出部70は、この電気的短絡の有無の変化(例えば出力電圧vの変化)に基づいて、ボール部43が半導体装置100の第2ボンド点である電極パッド122に接触したか否かを判定することができる。換言すると、検出部70は、ワイヤテール42aが半導体装置100の第2ボンド点から切断されたか否かを検出することができる。
 図4に示すように、検出部70は、その電源部71が交流電圧電源で構成されていてもよい。すなわち、半導体装置100のボンド点とボンディングステージ16との間が容量成分を含む場合(例えば両者が電気的に導通していない場合)、交流電圧信号を所定の電気信号として用いることができる。この場合、ワイヤ42のボール部43が半導体装置100のボンド点に接触すると、ワイヤボンディング装置1の容量値に、半導体装置100が有する容量値がさらに加算される。これにより、ボンディングステージ16とワイヤ42との間の容量値が変化する。したがって、検出部70は、この容量値の変化(例えば出力電圧vの変化)に基づいて、ボール部43が半導体装置100の第2ボンド点に接触したか否かを判定することができる。換言すると、検出部70は、ワイヤテール42aが半導体装置100の第2ボンド点から切断されたか否かを検出することができる。
 図1に戻り、ボンディングツール位置検出部90は、例えば、ボンディングツール40のZ軸方向における位置を含むボンディングツール40の位置(例えば、ボンディングツール40の先端の位置)を検出する。ボンディングツール位置検出部90は、検出した結果に関する情報(以下、検出結果情報という)を、制御部80に出力する。
 制御部80は、例えば、クランパ制御部81と、XYZ軸制御部82とを含む。クランパ制御部81は、クランパ44の開閉動作を制御する。XYZ軸制御部82は、ボンディングツール40におけるX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の動作を制御する。
 制御部80は、XY駆動機構10、Z駆動機構12、超音波ホーン30(超音波振動子60)、クランパ44、荷重センサ50、検出部70及びボンディングツール位置検出部90などの各構成との間で信号の送受信が可能になるよう接続されている。制御部80は、これらの構成の動作を制御することにより、ワイヤボンディングにおいて、ワイヤテール42aに曲がりを生じさせないよう、ワイヤテール42aを切断する処理を実行できる。
 制御部80は、ボンディングツール位置検出部90から出力される検出結果情報に基づいて、ボンディングツール40をZ軸方向に上昇および下降させる。制御部80は、第2ボンド点にワイヤ42をボンディングした後に、ボンディングツール40をZ軸方向に上昇させることにより、ワイヤ42にテンションを付与する(以下、テンション付与工程という)。すなわち、制御部80は、ワイヤテール42aと第2ボンド点との接続部分に応力を加える。その後、制御部80は、ボンディングツール40をZ軸方向に下降させることにより、ワイヤ42に付与されているテンションを解放する(以下、テンション解放工程という)。すなわち、制御部80は、ワイヤテール42aと第2ボンド点との接続部分の応力を解放する。
 制御部80は、例えば、予め設定された上昇に関する情報(以下、上昇情報という)に基づき、テンション付与工程において、ボンディングツール40の先端の上昇の移動方向及び高さを決定する。同様に、制御部80は、例えば、予め設定された下降に関する情報(以下、下降情報という)に基づき、テンション解放工程において、ボンディングツール40の先端の下降の移動方向及び高さを決定する。ここで、ボンディングツール40の先端の高さとは、所定の基準地点からの距離をいい、所定の基準地点は特に限定されず、例えば第2ボンド点であってもよい。なお、上記において、制御部80は、上昇情報又は下降情報に基づき、ボンディングツール40の先端の高さを決定していると説明したが、これに限定されない。例えば、制御部80は、上昇情報又は下降情報に基づいて、ボンディングツール40の先端の移動距離を決定してもよい。具体的には、一例として、制御部80は、テンション付与工程では第2ボンド点からZ軸方向に上昇する移動距離を決定してもよいし、テンション解放工程ではテンション付与工程で上昇した終点からZ軸方向に下降する移動距離を決定してもよい。以下、便宜上、ボンディングツール40の先端の、上昇の高さ又は移動距離を「上昇の移動量」といい、下降の高さ又は移動距離を「下降の移動量」ということもある。
 ここで、上昇の移動方向とは、例えば、第2ボンド点から遠ざかる方向であり、Z軸方向であることが望ましい。下降の移動方向とは、例えば、第2ボンド点に近づく方向であり、上昇の移動方向に沿った方向であることが望ましい。ただし、上昇の移動方向及び下降の移動方向をZ軸方向に対して角度をもたせた場合、ワイヤテール42aの下端にX軸方向又はY軸方向の応力を付与できる。これにより、小さい引張り力で、後述するようにワイヤテール42aを切断できる。ここで、上昇の移動方向の始点は、例えば、第2ボンド点であってもよいし、第2ボンド点に対してXY平面でズレた点であってもよい。これにより、ワイヤテール42aの下端にX軸方向又はY軸方向の応力を付与できるため、小さい引張り力で、後述するようにワイヤテール42aを切断できる。また、下降の移動方向の始点は、例えばテンション付与工程の終点であってもよい。以下、便宜上、制御部80において、上昇の移動方向および下降の移動方向がZ軸方向に設定され、始めの上昇の移動方向の始点が第2ボンド点に設定され、始めの下降の移動方向の始点がテンション付与工程の終点に設定されていることとして説明する。
 また、制御部80は、例えば、ワイヤ42の太さに基づき、テンション付与工程及びテンション解放工程における高さ又は移動距離(移動量)を、自動的に設定してもよい。具体的には、制御部80は、例えば、ワイヤ42の太さに対する所定の割合(例えば、60%)を、上昇の移動量として設定してもよい。制御部80は、ワイヤ42の太さに対する所定の割合(例えば、30%)を、下降の移動量として設定してもよい。また、制御部80は、例えば、上昇情報に基づき、テンション解放工程における下降の移動量を、自動的に設定してもよい。具体的には、制御部80は、上昇の移動量に対する所定の割合(例えば、50%)を、下降の移動量として設定してもよい。さらに言うと、制御部80は、例えば、ワイヤ42の太さに加えて、ワイヤ42の材質に基づき、テンション付与工程の上昇の移動量及びテンション解放工程の下降の移動量を、自動的に設定してもよい。具体的には、制御部80は、例えば、ワイヤ42の材質が固い材質であるほど、上昇の移動量を大きく設定し、下降の移動量を小さく設定してもよい。これは、ワイヤ42の強度が強いほど、大きなテンションを付与しても曲げ変形を生じないためである。これにより、作業者の設定にかかる作業量を減らすことができる。
 また、制御部80は、例えば、テンション付与工程における上昇の移動量がテンション解放工程における下降の移動量よりも大きくなるよう設定する。そして、制御部80は、例えば、テンション付与工程およびテンション解放工程を複数回繰り返すことが望ましい。すなわち、制御部80は、例えば、今回のテンション付与工程(後述する第2テンション付与工程)におけるボンディングツール40の先端の高さが、前回のテンション付与工程(後述する第1テンション付与工程)におけるボンディングツール40の先端の高さよりも高くなるよう設定している。これにより、制御部80は、テンション付与工程およびテンション解放工程を繰り返すことにより、ワイヤテール42aの下端(-Z軸方向の端部)と、第2ボンド点に接続されたワイヤ42が細く押しつぶされた形状の端部(以下、ボンディング端部42cという)との間の部分に、徐々に金属疲労を生じさせる。つまり、ワイヤテール42aの下端とボンディング端部42cとの間の部分における引っ張り強度が低下する。これにより、当該部分に大きな引張り力をかける必要なく、ワイヤテール42aを第2ボンド点から切断できる。換言すると、ワイヤテール42aと第2ボンド点との接続部分を徐々に薄くして、切断時点では小さい引っ張り力でワイヤテール42aを切断できる。これにより、ワイヤテール42aに曲げ変形を生じさせず、ボンディング品質の向上を図ることができる。
 また、制御部80は、例えば、検出部70においてワイヤテール42aが半導体装置100の第2ボンド点から切断されたことを検知したことを契機に、テンション付与工程及びテンション解放工程を含む一連の工程を停止させる。これにより、テンション付与工程およびテンション解放工程を最小限の回数で実行できるため、ワイヤテール42aの切断工程の時間を短くできる。また、テンション付与工程およびテンション解放工程の回数の設定が不要となるため、作業者の作業量を減らすことができる。
 制御部80には、例えば、制御するための情報(以下、制御情報という)を入力するための操作部132と、制御情報を出力するための表示部134とが接続されている。作業者は、表示部134で画面を確認して、操作部132で制御情報(上昇情報や下降情報など)を入力する。なお、制御部80は、CPU及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を実行するためのプログラムなどが格納される。制御部80は、後述するワイヤボンディング方法において説明するボンディングツール40の動作を制御するための各工程を行うように構成されている(例えば、各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを備える)。
[ワイヤボンディング方法]
 次に、図5~図8を参照して、ワイヤボンディング方法について説明する。ワイヤボンディング方法は、ワイヤボンディング装置1によるワイヤボンディング方法を用いた方法である。図5は、ワイヤボンディング方法の一例を示すフローチャートである。図6A~図6Lは、各工程の動作の一例を示す図である。図7は、各工程を示すタイミングチャートである。図6A~図6Lの時刻t1~t9は、図7の時刻t1~t9に対応する。図8は、テンション付与工程及びテンション解放工程の詳細の一例を示すタイミングチャートである。
 ステップS10(時刻t1)において、図6Aに示すように、ワイヤボンディング装置1は、ボンディングツール40の先端から延び出るワイヤ42の先端部にボール部43を形成させる。ステップS10において、クランパ44は例えば開いた状態である。
 ステップS11(時刻t1)において、ワイヤボンディング装置1は、ボンディングツール40を半導体ダイ110の電極パッド112に向かって下降させる。ステップS11において、クランパ44は例えば閉じた状態である。
 ステップS12(時刻t2)において、図6Bに示すように、ワイヤボンディング装置1は、ボール部43を電極パッド112に接触させる。そして、ワイヤボンディング装置1は、クランパ44を開いた状態にして、超音波振動をON制御する(第1ボンディング工程)。これにより、ボール部43が電極パッド112にボンディングされる。ワイヤボンディング装置1は、ボンディングツール40の先端をZ軸方向に上昇させつつ、当該先端からワイヤ42を繰り出す。ステップS12において、検出部70は電気信号を検知する。このとき、クランパ44は開いた状態である。
 ステップS13(時刻t3)において、図6Cに示すように、ワイヤボンディング装置1は、第2ボンド点(ここでは、電極パッド122)とは反対側(図6Cの「矢印」の方向)にワイヤ42を動作させる(リバース動作)。これにより、ワイヤ42は屈曲形状を呈する。
 ステップS14(時刻t4)において、図6Dに示すように、ワイヤボンディング装置1は、第2ボンド点に向かってワイヤ42を屈曲させながら、ワイヤ42のワイヤループを形成させる(ワイヤループ工程)。そして、ワイヤボンディング装置1は、ワイヤ42の一部を電極パッド122の上面に接触させる。これにより、第1ボンド点である電極パッド112と、第2ボンド点である電極パッド122とを電気的に接続するワイヤループ(不図示)を形成する。ステップS14において、クランパ44は閉じた状態である。
 ステップS15(時刻t5)において、図6Eに示すように、ワイヤボンディング装置1は、ボンディングツール40の押圧部40aによって、ワイヤ42の一部を電極パッド122に押圧する。ワイヤボンディング装置1は、超音波振動をON制御して、ワイヤ42の一部を電極パッド122にボンディングする(第2ボンディング工程)。このとき、電極パッド122に接続されたワイヤ42の端部に、細く押しつぶされた形状のボンディング端部42cが形成される。
 時刻t6において、図6Fに示すように、ワイヤボンディング装置1は、ボンディングツール40の先端をZ軸方向に上昇させて、当該先端からワイヤテール42aを繰り出す(テール繰出工程)。このとき、クランパ44は開いた状態である。ボンディングツール位置検出部90は、ボンディングツール40の先端の高さを検出し、その高さを示す情報(以下、高さ情報という)を制御部80に出力する。
 また、時刻t6において、制御部80は、ボンディングツール40の高さが高さH1を示す高さ情報を取得すると、XYZ軸制御部82によりZ駆動機構12を制御させて、ボンディングツール40の動作を停止させる。このとき、図6Fに示すように、ボンディングツール40の先端の高さが高さH1となり、ボンディングツール40の先端からワイヤテール42aが導出している。
 時刻t7において、図6Gに示すように、ワイヤボンディング装置1は、クランパ44を閉じてワイヤ42を把持する。クランパ44を閉じた状態で、時刻t8において、ワイヤボンディング装置1は、テンション付与工程及びテンション解放工程を実行する。図7に示すように、ワイヤボンディング装置1は、例えば、テンション付与工程及びテンション解放工程において、超音波振動をON制御する。以下、図8も参照しつつ、時刻t8におけるテンション付与工程及びテンション解放工程について説明する。
 ステップS16(図8の時刻t81)において、図6Hに示すように、ワイヤボンディング装置1は、クランパ44でワイヤ42を把持しながら、クランパ44とともにボンディングツール40の先端を、Z軸方向に所定の高さ(ここでは、高さH1+D1)まで上昇させる(以下、第1テンション付与工程という)。換言すると、ボンディングツール40の先端を所定の移動距離(ここでは、移動距離D1)上昇させる。これにより、ワイヤボンディング装置1は、ボンディング端部42cにZ軸方向にテンションを付与することができる。このとき、制御部80は、例えば、ボンディングツール40の先端の高さが高さH1+D1を示す高さ情報を取得すると、XYZ軸制御部82によりZ駆動機構12を制御して、ボンディングツール40(クランパ44)の動作を停止させる。
 ステップS17(図8の時刻t82)において、図6Iに示すように、ワイヤボンディング装置1は、ワイヤテール42aをZ軸方向に所定の高さ(ここでは、高さH1+D1-D2)まで下降させる(以下、第1テンション解放工程という)。換言すると、ボンディングツール40の先端を所定の移動距離(ここでは、移動距離D2)下降させる。これにより、ワイヤボンディング装置1は、ボンディング端部42cにかかるテンションを解放することができる。このとき、制御部80は、例えば、ボンディングツール40の先端の高さが高さH1+D1-D2を示す高さ情報を取得すると、XYZ軸制御部82によりZ駆動機構12を制御して、ボンディングツール40(クランパ44)の動作を停止させる。
 ステップS18において、ワイヤボンディング装置1は、例えば、第1テンション付与工程及び第1テンション解除工程に対する、次のテンション付与工程(以下、第2テンション付与工程という)及びテンション解放工程(以下、第2テンション解放工程という)それぞれのボンディングツール40の高さ又は移動距離を示す移動量を設定する。ワイヤボンディング装置1は、例えば、所定の記憶部に記憶されている移動量に関する情報(上昇情報、下降情報など)に基づいて、各工程の移動量を設定する。
 ここで、ワイヤボンディング装置1は、例えば、第1テンション付与工程の高さよりも高い高さを、第2テンション付与工程の高さに設定する。同様に、ワイヤボンディング装置1は、例えば、第1テンション解放工程の高さよりも高い高さを、第2テンション解放工程の高さに設定する。また、ワイヤボンディング装置1は、例えば、第1テンション付与工程の移動距離及び第1テンション解放工程の移動距離と同一の移動距離を、第2テンション付与工程の移動距離及び第2テンション解放工程の移動距離に設定してもよい。ここで、「同一の移動距離」とは、例えば、二つの移動距離においてワイヤボンディング装置1の機械的な誤差を許容する移動距離をいう。
 ステップS19(図8の時刻t83)において、図6Jに示すように、ワイヤボンディング装置1は、第2テンション付与工程において、クランパ44でワイヤ42を把持しながら、クランパ44とともにボンディングツール40の先端を、Z軸方向に所定の高さ(ここでは、高さH1+2D1-D2)まで上昇させる。換言すると、ボンディングツール40の先端を、第1テンション解放工程の終点(ここでは、高さH1+D1-D2)を始点として、所定の移動距離(ここでは、移動距離D1)上昇させる。これにより、ワイヤボンディング装置1は、ボンディング端部42cにZ軸方向にテンションを付与することができる。このとき、制御部80は、例えば、ボンディングツール40の先端の高さが高さH1+2D1-D2を示す高さ情報を取得すると、XYZ軸制御部82によりZ駆動機構12を制御して、ボンディングツール40(クランパ44)の動作を停止させる。
 ステップS20(図8の時刻t84)において、図6Kに示すように、ワイヤボンディング装置1は、第2テンション解放工程において、ワイヤテール42aをZ軸方向に所定の高さ(ここでは、高さH1+2D1-2D2)まで下降させる。換言すると、ボンディングツール40の先端を、第2テンション付与工程の終点(ここでは、高さH1+2D1-D2)を始点として、所定の移動距離(ここでは、移動距離D2)下降させる。これにより、ワイヤボンディング装置1は、ボンディング端部42cにかかるテンションを解放することができる。このとき、制御部80は、例えば、ボンディングツール40の先端の高さが高さH1+2D1-2D2を示す高さ情報を取得すると、XYZ軸制御部82によりZ駆動機構12を制御して、ボンディングツール40(クランパ44)の動作を停止させる。
 ステップS21において、ワイヤボンディング装置1は、ワイヤテール42aが切断されたか否かを判定する。具体的には、ワイヤボンディング装置1は、検出部70において電気信号が検知されなかった場合、ワイヤテール42aが切断されたと判定する(ステップS21:YES)。この場合、ワイヤボンディング装置1は、ワイヤテール42aを切断するための処理を終了させる。一方、ワイヤボンディング装置1は、検出部70において電気信号が検知された場合、ワイヤテール42aが切断されていないと判定する(ステップS21:NO)。この場合、ワイヤボンディング装置1は、処理をステップS18に移行する。
 また、上記では、時刻t81~時刻t84に示すように、第1,第2テンション付与工程及び第1,第2テンション解放工程のみ説明したが、図8の時刻t85,t86に示すように、検出部70において電気信号が検知されなくなるまで、テンション付与工程及びテンション解放工程を繰り返す。
 このように、テンション付与工程及びテンション解放工程を繰り返すことで、図8に示すように、複数回のテンション付与工程により段階的にワイヤテール42aにテンションをかけて、ワイヤテール42aに過大なテンションがかからないよう、ボンディングツール40を動作させることができる。これにより、ワイヤテール42aとボンド点との接続部分(ここでは、ボンディング端部42c)を徐々に薄くして、切断時点において小さい引っ張り力でワイヤテール42aを切断できる。
 図6Lに示すように、ワイヤボンディング装置1は、ワイヤテール42aが切断された場合、図7に示す「電気信号」のグラフ(OFF)に示すように、検出部70において電気信号が検知されないと判定して、テンション付与工程及びテンション解除工程を終了する。
[変形例]
 上記において、ワイヤボンディング装置1は、図8に示すように、第1テンション付与工程の移動距離及び第1テンション解放工程の移動距離と同一の移動距離を設定した動作について説明したが、これに限定されない。図9は、テンション付与工程及びテンション解放工程の他の例を示すタイミングチャートである。図9に示すように、ワイヤボンディング装置1は、例えば、第2テンション付与工程の高さ(図9では高さH+D)が第1テンション付与工程の高さ(図9では高さH)よりも高くなるよう設定されていればよい。すなわち、第2テンション解除工程の高さが第1テンション解除工程の高さと同一であってもよい。さらに言うと、第2テンション解除工程の高さ及び第1テンション解除工程の高さは、第2ボンド点と略同一の高さであってもよい。これにより、テンション解除工程における下降の移動量に対する処理が簡素化されるため、システムの処理速度が向上する。
 上記において、ワイヤボンディング方法の一例として、ボンディング対象の2点間をワイヤ接続するワイヤボンディングについて説明したが、これに限定されない。例えば、上記の実施形態を、図10に示すバンプボンディングにおいて、半導体装置200のボンド点である電極212上にバンプ140を形成する方法に適用してもよい。この場合、図5のフローチャートからステップS10乃至ステップS14の工程を省略して実現することができる。また、例えば、上記の実施形態を、ウェッジボンディングに適用してもよい。この場合、図5のフローチャートからステップS10の工程を省略して実現することができる。
 上記において、ワイヤボンディング装置1は、第2テンション解放工程(ステップS20)の後に、ワイヤテール42aが切断されたか否かを判定することとして説明したが、これに限定されない。ワイヤボンディング装置1は、第2テンション付与工程(ステップS19)の後に、ワイヤテール42aが切断されたか否かを判定してもよいし、常にワイヤテール42aが切断されたか否かを判定してもよい。これにより、遅滞なくワイヤテール42aが切断したか否かを判定できるため、ワイヤボンディング装置1のワイヤテール42aの切断にかかる動作を減らすことができる。
 上記において、ワイヤボンディング装置1は、テンション解放工程においてクランパ44が閉じているとして説明したが、これに限定されない。テンション解放工程において、クランパ44が開いていてもよい。これにより、ワイヤ42のテンションを解放する動作が容易になる。
 上記発明の実施形態を通じて説明された実施の態様は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
 1…ワイヤボンディング装置、12…Z駆動機構、40…ボンディングツール、42…ワイヤ、42a…ワイヤテール、44…クランパ、60…超音波振動子、80…制御部。

Claims (10)

  1.  ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置であって、
     ワイヤを挿通するボンディングツールと、
     超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、
     前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、
     前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
     を備え、
     前記制御部は、
     前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、
     前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、
     ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、
     前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、
     前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも1回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、
     を実行する、ワイヤボンディング装置。
  2.  前記制御部は、前記テールカット工程において、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を複数回実行する、
     請求項1に記載のワイヤボンディング装置。
  3.  前記テンション付与工程は、第1テンション付与工程と、前記第1テンション付与工程よりも後に実行される第2テンション付与工程とを含み、
     前記テンション解放工程は、前記第1テンション付与工程と前記第2テンション付与工程の間に実行され、
     前記第2テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量は、前記テンション解放工程における前記ボンディングツールの下降の移動量よりも大きい、
     請求項2に記載のワイヤボンディング装置。
  4.  前記第1テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量は、前記第2テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量と同一である、
     請求項3に記載のワイヤボンディング装置。
  5.  前記第1テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量は、前記テンション解放工程における前記ボンディングツールの下降の移動量と同一である、
     請求項3に記載のワイヤボンディング装置。
  6.  前記制御部は、
     前記ボンディングツールの先端のワイヤを第1ボンド点にボンディングする第1ボンディング工程と、
     前記第1ボンディング工程を実行した後、前記第1ボンド点から、前記ボンド点である第2ボンド点に向かってワイヤをループさせるワイヤループ工程と、
    をさらに実行する、
     請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  7.  前記ボンディング工程は、前記ボンディングツールの先端のワイヤをボール状に形成し、前記ボール状に形成されたワイヤを前記ボンド点にボンディングすることを含む、
     請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  8.  クランプされたワイヤに供給される電気信号に基づいて、前記ボンド点で前記ワイヤテールが切断されたことを検出する検出部をさらに備え、
     前記制御部は、前記検出部において前記ボンド点で前記ワイヤテールが切断されたことが検知されたときに、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を停止させる、
     請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のボンディング装置。
  9.  ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置を用いて実行されるワイヤ切断方法であって、
     前記ワイヤボンディング装置は、
     ワイヤを挿通するボンディングツールと、
     超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、
     前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、
     前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
     を備え、
     前記ワイヤ切断方法は、
     前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、
     前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、
     ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、
     前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、
     前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも1回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、
     を実行する、ワイヤ切断方法。
  10.  ワイヤボンディング装置にワイヤボンディング処理を実行させるプログラムであって、
     前記ワイヤボンディング装置は、
     ワイヤを挿通するボンディングツールと、
     超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、
     前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、
     前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
    を備え、
     前記プログラムは、前記ワイヤボンディング装置に、
     前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディングステップと、
     前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出ステップと、
     ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与ステップと、
     前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放ステップと、
     前記テンション付与ステップ及び前記テンション解放ステップを含む一連のステップを少なくとも1回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカットステップと、
     を実行させる、プログラム。
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