JP2003100796A - ワイヤボンディング方法及び装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法及び装置

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JP2003100796A
JP2003100796A JP2001289986A JP2001289986A JP2003100796A JP 2003100796 A JP2003100796 A JP 2003100796A JP 2001289986 A JP2001289986 A JP 2001289986A JP 2001289986 A JP2001289986 A JP 2001289986A JP 2003100796 A JP2003100796 A JP 2003100796A
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ball
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雄二 駒木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性ワイヤの再結晶部分の長さを短くし、
低いループ高さのボンディングを可能にすること。 【解決手段】 ワイヤボンディング方法において、放電
電極１２とワイヤ１の先端との間に両者間の絶縁破壊に
必要な電圧を印加する第１の工程と、金属ボール２の形
成に必要な放電電流値Ａ１を維持するに必要な電圧を印
加する第２の工程と、金属ワイヤ１の溶融状態を維持す
るに必要な放電電流値Ａ２と放電を維持するために必要
な小さな放電電流値Ａ３とを交互に切り替えて通電する
第３の工程とを有してなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はワイヤボンディング
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤボンディング装置は、キャピラリ
に挿通した金属ワイヤの先端と放電電極の間に高電圧を
印加し、両者間に発生する放電によりワイヤの先端に金
属ボールを形成し、キャピラリによりワイヤの先端の金
属ボールを半導体素子の電極とリードフレームの電極に
押しつけることで結線を行なう。
【０００３】このとき、ワイヤボンディング装置では、
放電電極とワイヤの先端の間に電圧を印加する放電電源
と、放電電源が放電電極とワイヤの間に印加する電圧を
調整する放電制御部とを有して構成される。そして、放
電制御部は、放電中の経過時間に応じて図４に示す放電
電流値を通電するに必要な電圧が放電電極とワイヤの先
端の間に印加されるように放電電源を下記(A)〜(C)の如
くに制御する。
【０００４】(A)絶縁破壊（第１の工程） 放電電極とワイヤの先端との間に両者間の絶縁破壊に必
要な電圧を印加し、両者間に放電を発生させる。
【０００５】(B)金属ボール形成（第２の工程） 放電電極とワイヤの先端との間に金属ボールの形成に必
要な放電電流値を維持するに必要な電圧を印加する。こ
こで形成される金属ボールは、図３（Ａ）に示すように
ワイヤ１の中心線に対して放電電極１２寄りに偏心した
状態になることがある。
【０００６】(C)金属ボールの形状安定（第３の工程） 放電電極とワイヤの先端との間に、金属ボールの形状を
安定させるために金属ワイヤの溶融状態を維持するに必
要な放電電流値を通電するに必要な電圧を印加する。こ
れにより、金属ボールは、溶融状態にあるワイヤの中心
線に対して自重により偏心状態を解消するとともに、表
面張力で球状になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ワイヤボンディング装
置では、金属ワイヤが受ける放電の熱影響を考えた場
合、ワイヤの溶解熱の蓄積に基づく再結晶部分の長さ
が、半導体素子の電極とリードフレームの電極との間で
張られるワイヤのループの高さに影響を及ぼすことが知
られている。即ち、ワイヤの再結晶部分は硬度が高くな
るために曲がり難くなり、再結晶部分の長さ以下のルー
プ高さを得るのは困難になる。
【０００８】従来技術では、前述(A)、(B)は放電時間が
短いためワイヤの再結晶部分の成長は少ない。ところ
が、(C)は金属ボールの形状が安定するまでの比較的長
い間、金属ワイヤの溶融状態を維持する放電を継続して
行なうため、ワイヤに蓄積される溶解熱が多量になり、
結果としてワイヤの再結晶領域が拡大し、低いループ高
さのボンディングが困難になる。このことは、電子部品
の薄肉化を困難にすることを意味する。
【０００９】本発明の課題は、導電性ワイヤの再結晶部
分の長さを短くし、低いループ高さのボンディングを可
能にすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、導電
性ワイヤの先端と放電電極の間に放電を生じさせワイヤ
の先端にボールを形成するワイヤボンディング方法にお
いて、放電電極とワイヤの先端との間に両者間の絶縁破
壊に必要な第１の放電エネルギーを供給し、両者間に放
電を発生させる第１の工程と、放電電極とワイヤの先端
との間にボールの形成に必要な第２の放電エネルギーを
供給する第２の工程と、放電電極とワイヤの先端との間
に、ボールの形状を安定させるためにワイヤの溶融状態
を維持するに必要な第３の放電エネルギーと、放電を維
持するために必要な前記第３の放電エネルギーよりも小
さい第４の放電エネルギーとを交互に切り替えて供給す
る第３の工程とを有してなるようにしたものである。
【００１１】請求項２の発明は、導電性ワイヤの先端と
放電電極の間に放電を生じさせワイヤの先端にボールを
形成するワイヤボンディング装置において、放電電極と
ワイヤの先端の間に放電エネルギーを供給する電力供給
部と、電力供給部が放電電極とワイヤの間に供給する放
電エネルギーの大きさを調整する放電制御部とを有して
構成され、放電制御部は、放電電極とワイヤの先端との
間に両者間の絶縁破壊に必要な第１の放電エネルギーを
両者間に供給し、絶縁破壊後、放電電極とワイヤの先端
との間にボールの形成に必要な第２の放電エネルギーを
供給し、ボールの形成に必要な期間の経過後、放電電極
とワイヤの先端との間に、ボールの形状を安定させるた
めにワイヤの溶融状態を維持するに必要な第３の放電エ
ネルギーと、放電を維持するために必要な前記第３の放
電エネルギーよりも小さい第４の放電エネルギーとを交
互に切り替えて供給するように、電力供給部を制御する
ようにしたものである。
【００１２】請求項３の発明は、導電性ワイヤの先端と
放電電極の間に高電圧を印加し、両者間に発生する放電
によりワイヤの先端にボールを形成するワイヤボンディ
ング方法において、放電電極とワイヤの先端との間に両
者間の絶縁破壊に必要な電圧を印加し、両者間に放電を
発生させる第１の工程と、放電電極とワイヤの先端との
間にボールの形成に必要な放電電流値を維持するに必要
な電圧を印加する第２の工程と、放電電極とワイヤの先
端との間に、ボールの形状を安定させるためにワイヤの
溶融状態を維持するに必要な放電電流値と、放電を維持
するために必要な、前記ワイヤの溶融状態を維持するの
に必要な放電電流値よりも小さな放電電流値と、を交互
に切り替えて通電するに必要な電圧を印加する第３の工
程とを有してなるようにするものである。
【００１３】請求項４の発明は、導電性ワイヤの先端と
放電電極の間に高電圧を印加し、両者間に発生する放電
によりワイヤの先端にボールを形成するワイヤボンディ
ング装置において、放電電極とワイヤの先端の間に電圧
を印加する放電電源と、放電電源が放電電極とワイヤの
間に供給する電圧を調整する放電制御部とを有して構成
され、放電制御部は、放電電極とワイヤの先端との間に
両者間の絶縁破壊に必要な電圧を印加し、両者間に放電
を発生させ、絶縁破壊後、放電電極とワイヤの先端との
間にボールの形成に必要な放電電流値を維持するに必要
な電圧を印加し、ボールの形成に必要な期間の経過後、
放電電極とワイヤの先端との間に、ボールの形状を安定
させるためにワイヤの溶融状態を維持するに必要な放電
電流値と、放電を維持するために必要な、前記ワイヤの
溶融状態を維持するに必要な放電電流値よりも小さな放
電電流値と、を交互に切り替えて通電するに必要な電圧
を印加するように、放電電源を制御するようにするもの
である。
【００１４】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て更に、前記放電制御部が、放電中の経過時間をカウン
トする計測部と、経過時間毎の目標とする放電電流値を
設定する設定部とを有し、設定部は、ボールの形成に必
要な期間中に通電すべき該ボールの形成に必要な放電電
流値を目標として設定するとともに、ボールの形状安定
に必要な期間中に交互に切り替えて通電すべきワイヤの
溶融状態を維持するに必要な放電電流値と、放電を維持
するために必要な小さな放電電流値とを目標として設定
し、放電制御部は、計測部が放電開始とともにカウント
する経過時間に応じて、設定部に設定した目標の放電電
流値を通電するに必要な電圧が放電電極とワイヤの先端
の間に印加されるようにするものである。
【００１５】
【作用】伝導性ワイヤの先端にボールを形成する放電過
程において、ボールの形状を安定化する工程を、ワイヤ
の溶融状態を維持するに必要な第３の放電エネルギーの
供給区間と、放電を維持するために必要な第３の放電エ
ネルギーよりも小さな第４の放電エネルギーの供給区間
を交互に切り替えるものにした。このため、ワイヤの溶
融状態を維持する第３の放電エネルギーを継続すること
なく、中断することになり、ワイヤに蓄積される溶解熱
が多量にならず、結果としてワイヤの再結晶領域の成長
（再結晶領域の長さＬ）を小領域に抑え、低いループ高
さのボンディングが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１はワイヤボンディング装置を
示す模式図、図２は本発明による放電電流値の通電制御
特性を示す線図、図３は金属ボールの形成工程と形状安
定工程とを示す模式図、図４は従来例の放電電流値の通
電制御特性を示す線図である。
【００１７】ワイヤボンディング装置１０は、図１に示
す如く、キャピラリ１１に挿通した金属ワイヤ１の先端
と、その斜め下方に対向配置した放電電極１２の間に高
電圧を印加し、両者間に発生する放電によりワイヤ１の
先端に金属ボール２を形成する。そして、キャピラリ１
１により金属ワイヤ１の先端のボール２を半導体素子の
電極とリードフレームの電極に押しつけることで結線を
行なう。金属ワイヤ１は、金、銅、又はアルミニウム等
からなる。
【００１８】ワイヤボンディング装置１０は、放電電源
（電力供給部）２０と、放電制御部３０と、制御装置４
０とを有する。
【００１９】放電電源２０は、放電電極１２と金属ワイ
ヤ１の先端の間に電圧を印加する。放電制御部３０は、
制御装置４０により制御され、放電電源２０が放電電極
１２と金属ワイヤ１の先端の間に印加する電圧を調整す
る。
【００２０】また、放電制御部３０は、放電中の経過時
間をカウントする計測部３１と、経過時間毎の目標とす
る放電電流値を設定する設定部３２とを有する。
【００２１】設定部３２は、金属ボール２の形成に必要
な期間中に通電すべき該金属ボール２の形成に必要な放
電電流値Ａ１を目標として設定するとともに、金属ボー
ル２の形状安定に必要な期間中に交互に切り替えて通電
すべき、金属ワイヤ１の溶融状態を維持するに必要最小
の放電電流値Ａ２と、放電を維持するために必要最小の
放電電流値Ａ３（Ａ２＞Ａ３）とを目標として設定す
る。
【００２２】これにより、放電制御部３０は、計測部３
１が放電開始とともにカウントする経過時間に応じて、
設定部３２に設定した目標の放電電流値Ａ１、Ａ２、Ａ
３を下記(A)〜(C)の如くに通電するに必要な電圧を、放
電電極１２と金属ワイヤ１の先端の間に印加するように
放電電源２０を制御する（図２）。
【００２３】(A)絶縁破壊（第１の工程） 放電制御部３０は、制御装置４０から放電開始信号が出
力されると、先ず放電電源２０を制御し、放電電極１２
と金属ワイヤ１の先端との間に、予め設定されている両
者間の絶縁破壊（放電電極１２と金属ワイヤ１との間に
放電を生じさせる）に必要な電圧を印加し、両者間に放
電を発生させる。
【００２４】(B)金属ボール形成（第２の工程） 放電制御部３０は、絶縁破壊（放電発生）後、放電電極
１２と金属ワイヤ１の先端との間に金属ボール２の形成
に必要な放電電流値Ａ１を維持するに必要な電圧を印加
するように、放電電源２０を制御する。このとき、計測
部３１は、放電開始とともに経過時間のカウントを始め
る。
【００２５】ここで形成される金属ボール２は、図３
（Ａ）に示す如く、ワイヤ１の中心線に対して放電電極
１２寄りに偏心した状態になることがある。
【００２６】(C)金属ボールの形状安定（第３の工程） 放電制御部３０は、金属ボール２の形成に必要な期間の
経過後、目標電流値をＡ１からＡ３に切り替え、その
後、所定の時間経過毎に、目標電流値をＡ２とＡ３に交
互に切り替えながら放電電圧の制御を行なう。
【００２７】即ち、放電制御部３０は、放電電極１２と
金属ワイヤ１の先端との間に、金属ボール２の形状を安
定させるために金属ワイヤ１の溶融状態を維持するに必
要最小の放電電流値Ａ２と、放電を維持する（再絶縁破
壊を不要とする）ために必要最小となる放電電流値Ａ３
とを、交互に切り替えて通電するに必要な電圧を印加す
るように、放電電源２０を制御し、パルス放電を行な
う。金属ボール２の形状安定に必要な期間が経過するま
でこの制御を繰り返した後、放電を終了する。
【００２８】これにより、金属ボール２は、図３（Ｂ）
に示す如く、溶融状態にある金属ワイヤ１の中心線に対
して自重により前述(B)の偏心状態を解消するととも
に、表面張力で球状になる。
【００２９】従って、本実施形態によれば以下の作用が
ある。 金属ワイヤ１の先端にボール２を形成する放電過程に
おいて、金属ボール２の形状を安定化する工程を、ワイ
ヤ１の溶融状態を維持するに必要な放電電流値Ａ２の通
電区間と、放電を維持するために必要な小さな放電電流
値Ａ３の通電区間を交互に切り替えるものにした。この
ため、金属ワイヤ１の溶融状態を維持する放電を継続す
ることなく、中断することになり、ワイヤ１に蓄積され
る溶解熱の増加が抑制され、結果としてワイヤ１の再結
晶領域の成長（再結晶領域の長さＬ）を小領域に抑えら
れ、低いループ高さのボンディングが可能になる。
【００３０】ワイヤボンディグ装置１０の放電制御部
３０が、放電中の経過時間をカウントする計測部３１
と、経過時間毎の目標とする放電電流値を設定する設定
部３２とを有するものとした。従って、放電中の経過時
間に対する放電電流値の通電制御特性を多様に設定でき
る。
【００３１】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限
られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えばワイ
ヤは金属に限らず、導電性を有するワイヤであれば適用
可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、導電性ワ
イヤの再結晶部分の長さを短くし、低いループ高さのボ
ンディングを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はワイヤボンディング装置を示す模式図で
ある。
【図２】図２は本発明による放電電流値の通電制御特性
を示す線図である。
【図３】図３は金属ボールの形成工程と形状安定工程と
を示す模式図である。
【図４】図４は従来例の放電電流値の通電制御特性を示
す線図である。
【符号の説明】
１ 金属ワイヤ ２ 金属ボール １０ ワイヤボンディング装置 １２ 放電電極 ２０ 放電電源 ３０ 放電制御部 ３１ 計測部 ３２ 設定部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電性ワイヤの先端と放電電極の間に放
    電を生じさせワイヤの先端にボールを形成するワイヤボ
    ンディング方法において、 放電電極とワイヤの先端との間に両者間の絶縁破壊に必
    要な第１の放電エネルギーを供給し、両者間に放電を発
    生させる第１の工程と、 放電電極とワイヤの先端との間にボールの形成に必要な
    第２の放電エネルギーを供給する第２の工程と、 放電電極とワイヤの先端との間に、ボールの形状を安定
    させるためにワイヤの溶融状態を維持するに必要な第３
    の放電エネルギーと、放電を維持するために必要な前記
    第３の放電エネルギーよりも小さい第４の放電エネルギ
    ーとを交互に切り替えて供給する第３の工程とを有して
    なることを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】 導電性ワイヤの先端と放電電極の間に放
    電を生じさせワイヤの先端にボールを形成するワイヤボ
    ンディング装置において、 放電電極とワイヤの先端の間に放電エネルギーを供給す
    る電力供給部と、電力供給部が放電電極とワイヤの間に
    供給する放電エネルギーの大きさを調整する放電制御部
    とを有して構成され、 放電制御部は、 放電電極とワイヤの先端との間に両者間の絶縁破壊に必
    要な第１の放電エネルギーを両者間に供給し、 絶縁破壊後、放電電極とワイヤの先端との間にボールの
    形成に必要な第２の放電エネルギーを供給し、 ボールの形成に必要な期間の経過後、放電電極とワイヤ
    の先端との間に、ボールの形状を安定させるためにワイ
    ヤの溶融状態を維持するに必要な第３の放電エネルギー
    と、放電を維持するために必要な前記第３の放電エネル
    ギーよりも小さい第４の放電エネルギーとを交互に切り
    替えて供給するように、 電力供給部を制御することを特徴とするワイヤボンディ
    ング装置。
  3. 【請求項３】 導電性ワイヤの先端と放電電極の間に高
    電圧を印加し、両者間に発生する放電によりワイヤの先
    端にボールを形成するワイヤボンディング方法におい
    て、 放電電極とワイヤの先端との間に両者間の絶縁破壊に必
    要な電圧を印加し、両者間に放電を発生させる第１の工
    程と、 放電電極とワイヤの先端との間にボールの形成に必要な
    放電電流値を維持するに必要な電圧を印加する第２の工
    程と、 放電電極とワイヤの先端との間に、ボールの形状を安定
    させるためにワイヤの溶融状態を維持するに必要な放電
    電流値と、放電を維持するために必要な、前記ワイヤの
    溶融状態を維持するのに必要な放電電流値よりも小さな
    放電電流値と、を交互に切り替えて通電するに必要な電
    圧を印加する第３の工程とを有してなることを特徴とす
    るワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】 導電性ワイヤの先端と放電電極の間に高
    電圧を印加し、両者間に発生する放電によりワイヤの先
    端にボールを形成するワイヤボンディング装置におい
    て、 放電電極とワイヤの先端の間に電圧を印加する放電電源
    と、放電電源が放電電極とワイヤの間に供給する電圧を
    調整する放電制御部とを有して構成され、 放電制御部は、 放電電極とワイヤの先端との間に両者間の絶縁破壊に必
    要な電圧を印加し、両者間に放電を発生させ、 絶縁破壊後、放電電極とワイヤの先端との間にボールの
    形成に必要な放電電流値を維持するに必要な電圧を印加
    し、 ボールの形成に必要な期間の経過後、放電電極とワイヤ
    の先端との間に、ボールの形状を安定させるためにワイ
    ヤの溶融状態を維持するに必要な放電電流値と、放電を
    維持するために必要な、前記ワイヤの溶融状態を維持す
    るに必要な放電電流値よりも小さな放電電流値と、を交
    互に切り替えて通電するに必要な電圧を印加するよう
    に、 放電電源を制御することを特徴とするワイヤボンディン
    グ装置。
  5. 【請求項５】 前記放電制御部が、放電中の経過時間を
    カウントする計測部と、経過時間毎の目標とする放電電
    流値を設定する設定部とを有し、 設定部は、ボールの形成に必要な期間中に通電すべき該
    ボールの形成に必要な放電電流値を目標として設定する
    とともに、ボールの形状安定に必要な期間中に交互に切
    り替えて通電すべきワイヤの溶融状態を維持するに必要
    な放電電流値と、放電を維持するために必要な小さな放
    電電流値とを目標として設定し、 放電制御部は、計測部が放電開始とともにカウントする
    経過時間に応じて、設定部に設定した目標の放電電流値
    を通電するに必要な電圧が放電電極とワイヤの先端の間
    に印加されるように放電電源を制御する請求項４に記載
    のワイヤボンディング装置。
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WO2026070953A1 (ja) * 2024-09-26 2026-04-02 タツタ電線株式会社 ワイヤボンディング方法

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