JPH01295431A - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ゛　　本発明は、半導体装置の製造においてペレットと
リードとの結線に用いられるワイヤボンディング技術に
おいて、特にワイヤボンディング時のインナーリードの
変形、ワイヤの結線不良に適用して有効な技術に関する
。

〔従来の技術〕

近年におけるワイヤボンディングの一般的な技術につい
て記載されている例としては、株式会社工業調査会、昭
和６１年１１月１８日発行、「電子材料別冊、超ＬＳＩ
製造・試験装置ガイドブック」Ｐ１４８〜Ｐ１５３があ
る。

上記文献にも紹介されているように、熱圧着方式あるい
は熱圧着と超音波併用方式によるワイヤボンディング装
置では、キャピラリ等のボンディングツールによって、
リードフレーム上の半導体ベレットとインナーリードと
の結線を行なう技術が一般的である。この際に、インナ
ーリードの表面には、ワイヤとの接合性を高めるために
銀、銅あるいは半田等のめっき処理を施される場合が多
い。

このような従来のワイヤボンディング工程の一部につい
て第５図（ａ）および（５）を用いて説明する。

すなわち、同図において５１はリードフレームであり、
同図ではこのリードフレーム５１ではベレット５２とイ
ンナーリード５１ａとの間のワイヤ５３による結線が既
に完了した状態となっている。なお、上記インナーリー
ド５１ａの先端には図中斜線で示すようにワイヤ５３と
の接合性を高めるために銀、銅あるいは半田等のめっき
材５７が被着されている。上記構造のリードフレーム５
１は上面がステージ面Ｆを構成するヒートブロック５４
上に載置されており、該ヒートブロック５４は上下方向
への移動が可能となっている。図中において５４ａはヒ
ートブロック５４の上面に形成されたリードフレーム５
１の位置決め用突起である。また、５５はリードフレー
ム５１の側端部を支持するガイド１５５ａを備えたシュ
ートであり、ワイヤボンディング工程の完了したリード
フレーム５１を同図において手前方向、あるいはその逆
方向に順次移送する機能を有している。

上記ヒートブロック５４は、たとえばカートリッジヒー
タ等の同図では図示されていない加熱源を有しており、
ベレット５２のパッド５２ａおよびインナーリード５１
ａの被ボンディング部位をボンディング温度にまで高め
るようにされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記ワイヤボンディング技術においては、ス
テージ面Ｆに載置されたリードフレーム５１は高温状態
とされるため、めっき材５７がインナーリード５１ａの
表面で溶融状態となり、該インナーリード５１ａの裏面
側に回り込み、ステージ面Ｆとインナーリード５１ａと
が上記めっき材５７により接合されてしまう可能性が高
かった。

そのため、同図（ｂ）に示されるように、ワイヤボンデ
ィング工程が完了して、ヒートブロック５４が下降され
、リードフレーム５１がステージ面Ｆ上から離脱される
際に、インナーリード５１ａがステージ面Ｆ上に残着さ
れ、このためインナーリード５１ａの変形を来し、ワイ
ヤ５３のループ形状を変化させ、極端な場合にはワイヤ
５３のタブショート、ワイヤ間ンヨート等のボンディン
グ不良の要因となることが本発明者によって明らかにさ
れた。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、そ
の目的は、ワイヤボンディング時におけるインナーリー
ドの変形を防止し、信頼性の高い半導体装置を得ること
のできる技術を提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、概ね次の通りである。

すなわち、ステージ面において少なくともインナーリー
ド裏面の先端部とステージ面とが非接触となるように凹
部を形成したものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、リードフレームの加熱によりイ
ンナーリード先端のめっき材が溶融しインナーリードの
裏面側に回り込んだ場合においても、ステージ面に形成
された凹部により、インナーリード裏面の先端部とステ
ージ面とは非接触の状態を維持されているため、インナ
ーリードとステージ面とがめっき材により接合されてし
まうことを防止でき、リードフレームを取り出す際の、
インナーリードのステージ面上への残着を効果的に防止
できる。

〔実施例〕

第１図（ａ）およびら）は本発明の一実施例であるワイ
ヤボンディング装置１におけるボンディングステージ構
造を示す概略断面図、第２図は本実施例で用いられるリ
ードフレームの概略構造を示す平面図、第３図はワイヤ
ボンディング装置を示す説明図、第４図は本実施例を通
じて得られる半導体装置を示す概略断面図、第６図はワ
イヤボンディング工程を示す説明図である。

本実施例のワイヤボンディング装置１は、たとえば第４
図に示されるような樹脂封止パッケージ構造の半導体装
置２の組み立てに際して、ベレット３のパッド３ａとリ
ードフレーム４のインナーリード４ａとの電気的結線に
用いられるものである。

ワイヤボンディング装置１の概略的な構成は第３図に示
す通りであり、駆動機構としてのボンディングヘッド５
が搭載されたｘＹステージ６と、被ボンデイング部材で
あるリードフレーム４の載置されるボンディングステー
ジ７とを有している。

上記ボンディングヘッド５の内部には、上下動ブロック
８がＸＹステージ６に対して垂直方向に設けられた案内
軸ｌＯによって昇降可能に取り付けられており、当該上
下動ブロック８の側面にはボンディングヘッド５に固定
されたサーボモータ１１の回転を上下方向の直線運動に
変換するボールねじ機構１２が配設されている。したが
って、サーボモータ１１の回転にともなって上下動ブロ
ック８が所定量だけ上下方向に移動可能とされている。

上下動ブロック８には回転軸１３を中心に鉛直平面内に
おいて回動可能なボンディングアーム１４が取り付けら
れている。このボンディングアーム１４の一端は、上下
動ブロック８に固定されたボイスコイルモータ１５によ
って上方に付勢されており、該ボイスコイルモータ１５
の作動によってボンディングアーム１４に対して反時計
方向の回動力が作用するように構成されている。

上記ボンディングアーム１４の上下動ブロック８側内端
には、超音波発振部１６が設けられており、ボンディン
グアーム１４に対して所定の超音波振動を伝える構造と
なっている。一方、ボンディングアーム１４の外方先端
には、ボンディングツールとしてのキャピラリ１７が該
ボンディングアーム１４に対してほぼ垂直下方に取り付
けられてふり、当該キャピラリ１７の軸方向には、上方
のワイヤスプール１８に巻回されたワイヤ２０がその一
端をキャピラリ１７の下方先端より突出させた状態で挿
通されている。なお、上記ワイヤ２０はワイヤスプール
１８よりキャピラリ１７に至る間にテンショナ２１によ
り所定の張力が加えられるとともに、ワイヤガイド２３
によりキャピラリ１７に対して位置決めされ、クランパ
２２により随時保持されるようになっている。

キャピラリ１７の下方には、図示されないアーク発生製
蓋と接続された放電トーチ２４が配置されており、この
放電トーチ２４はトーチモータ２５により回動可能とさ
れており、必要時にのみその放電面２４ａがキャピラリ
１７の直下に位置される構造となっている。

次に、本実施例のボンディングステージ７の構成につい
て説明する。

ボンディングステージ７は、ステージ本体２６の上部に
おいて上下動可能なヒートブロック２７とこのヒートブ
ロック２７に内設されたカートリッジヒータ等の加熱源
２８およびヒートブロック２７の側方に位置されるシュ
ート３０とを備えている。このような構成部材について
は前述の従来技術で説明したものと同様であるが、本実
施例ではヒートブロック２７の上面すなわちステージ面
Ｆの構造が異なっている。

すなわち、第１図に示されるように、ステージ面Ｆには
位置決め用突起３１の外方において、インナーリード４
ａの延設方向に対して垂直方向に凹部３２が形成されて
おり、この凹部３２によりインナーリード４ａの先端部
分においてステージ面Ｆはインナーリード４ａと非接触
の状態となっている。このように、インナーリード４ａ
の先端部がステージ面Ｆと非接触の状態で支持されてい
ても、ワイヤボンディング時にふいてインナーリード４
ａに対するワイヤ２０の接合部位は通常のボンディング
条件下でインナーリード４ａの先端よりも所定距離２分
だけ後退した位置（第６図参照）で行なわれるため、ワ
イヤボンディングに支障を来すことはない。

なお、上記ヒートブロック２７は着脱可能な構造とされ
ており、被ボンデイング部材であるリードフレーム４の
形状に対応して交換可能である。

上記ステージ面Ｆに供給されるリードフレーム４は、４
２７０イ°あるいはニッケル合金、コバール等で構成さ
れた導電性金属板に、エツチングあるいはプレス加工を
施して第２図に示されるような所定形状としたものであ
り、その平面中央に設けられたタブ４ｂの主面には、シ
リコン（Ｓｉ）半導体からなるペレット３が樹脂ペース
ト等の接合材３３によって被着されている。このような
ペレット３は、図示されないＳｉ半導体基板上に所定の
集積回路領域を多数形成した半導体ウェハを四角形状に
分割して得られるものであり、その表面にはアルミニウ
ム（ＡＮ）等で構成された多数のパッド３ａが配設され
た状態となっている。なお、インナーリード４ａの先端
表面にはワイヤ２０との接合性を良好に保つための銀等
からなるめっき材３４が被着された状態となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

降下された状態のヒートブロック２７の上方にシニート
３０を通じてリードフレーム４が移送されて所定の位置
に停止されると、上記ヒートブロック２７が上昇し、該
ヒートブロック２７のステージ面Ｆ上に該リードフレー
ム４を固定する。

次に、制御部３５の制御によりｘＹステージ６が作動し
て、ボンディングヘッド５をＸＹ力方向所定量移動し、
キャピラリ１７がボンディングを行なうパッド３ａの直
上となるように配置される。

次に、トーチモータ２５が作動され、放電トーチ２４の
放電面２４ａがキャピラ＋Ｊ　ｌ　７から突出されたワ
イヤ２０の先端の直下位置となるように制御される。こ
の状態で、放電トーチ２４に所定の高圧電流が印加され
ると、上記放電トーチ２４の放電面２４ａとワイヤ２０
の先端との間にアーク放電を生じ、ワイヤ２０の先端が
加熱溶融されてボンディングボール２０ａが形成される
。

次に、上下動ブロック８が下方に移動され、キャピラリ
１７が降下されてボンディングボール２０ａがパッド３
ａの表面に着地される（第６図参照）。ここで、制御１
１３５の制御によりボイスコイルモータ１５が作動しキ
ャピラリ１７の先端に所定の荷重が印加されるとともに
、超音波発振部１６の作動により所定周波数の超音波振
動がボン　。

ディングアーム１４を伝わり、キャピラリ１７の先端に
印加される。

ヒートブロック２７の加熱環境下における上記荷重と超
音波振動との相乗効果によってボンディングボール２０
ａはパッド３ａの表面に接合され、第１ボンデイングが
完了する。

この間、インナーリード４ａの先端に被着されためっき
材３４は、上記加熱により溶融状態となり、その一部が
インナーリード４ａの裏面側に回り込むことが予想され
るが、本実施例によれば上記に説明したように、ステー
ジ面Ｆ上において、インナーリード４ａの先端部に対応
する部位に凹Ｂ３２が形成され、インナーリード４ａの
先端とステージ面Ｆとが非接触状態とされているため、
溶融されためっき材３４が上記ステージ面Ｆに達するこ
とはない。

次に、上下動ブロック８が所定量だけ上昇されるととも
に、ＸＹステージ６のＸＹ力方向の移動によって、キャ
ピラリ１７はその先端からワイヤ２０をたぐり出しなが
ら、ループを描くようにして、インナーリード４ａの直
上に移動される。

この状態で、上下動ブロック８が下方に移動されると、
ワイヤ２０の途中部分を保持したキャビラ’Ｊ１７はイ
ンナーリード４ａの所定部位に着地される。ここで、ボ
イスコイルモータ１５と超音波発振部１６との作動によ
り、キャピラ＋７１７に対して荷重と超音波振動とが再
度印加され、キャピラリ１７からたぐり出されたワイヤ
２０の途中部分がインナーリード４ａに超音波接合され
る。

次に、クランパ２２によりキャピラリ１７の上方でワイ
ヤ２０が保持された状態で該キャピラリ１７が所定量上
昇することにより、ワイヤ２０の不要部分が切断除去さ
れ、１サイクルのワイヤボンディング工程が完了する。

上記ワイヤボンディング工程をリードフレーム４上のす
べてのパッド３ａとインナーリード４ａに対して所定サ
イクル繰り返すことによって半導体ペレット３とリード
との電気的導通が達成される。

次に、ボンディングボ−ル７において第１図（ｂ）に示
されるようにヒートブロック２７が下降すると、上記リ
ードフレーム４は固定状態を解除され、シ、−）３０の
ガイド溝３０ａに支持されて同図のたとえば手前方向に
移送される。

このとき本実施例によれば、ステージ面Ｆに形成された
凹Ｂ３２によりインナーリード４ａの先端裏面側に回り
込んだめっき材３４は、ステージ面Ｆとは非接触の状態
となっている。このため、インナーリード４ａはステー
ジ面Ｆと接合されることなく、ヒートブロック２７の降
下によるステージ面Ｆからのリードフレーム４の離脱は
極めて円滑に行なわれる。このため、インナーリード４
ａのステージ面Ｆへの残着に起因するインナーリード４
ａの変形およびこれにともなうワイヤループ形状の変形
が防止される。

上記ワイヤボンディング工程の後、リードフレーム４は
図示されない金型内に装着され、この金型内に溶融状態
の合成樹脂３６が高圧注入されることにより、半導体装
置２のパッケージ本体が形成される。このとき、合成樹
脂３６の高圧注入にともない、ワイヤ２０のループ形状
に異常があると、ワイヤ２０の注入圧による隣接ワイヤ
２０同士、半導体ペレット３の端部あるいはタブ４ｂと
の接触を生じる場合があるが、本実施例によれば上記に
説明したようにワイヤボンディング工程に右いて、ステ
ージ面Ｆからリードフレーム４を離脱する際の、インナ
ーリード４ａの変形が防止されているため、ワイヤ２０
ループも正常なループ形状を維持されている。そのため
当該樹脂モールド工程において、上記ループ形状の異常
が原因となるモールド不良も効果的に防止される。

以上のようにして注入された合成樹脂３６が冷却硬化さ
れた後、パッケージ本体と一体となったリードフレーム
４が金型から取り出され、パッケージ本体の側面から突
出されたアウターリード４Ｃがそれぞれ分離・成形加工
されると、第４図に示される半導体装置２となる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、上記実施例で
はボールねじ機構１２を備えたデジタルボンディングヘ
ッドを搭載したワイヤボンディング駆動機構について説
明したが、Ｘ軸方向の駆動を揺動形のボイスコイルモー
タを用いた駆動機構で行なうものであってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる半導体装置におけるワ
イヤボンディング技術に適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、他の電子機器にお
ける電気的結線を行なう技術にも広く適用することが可
能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、リードフレームの加熱によりインナーリード
先端のめっき材が溶融しインナーリードの裏面側に回り
込んだ場合においても、ステージ面に形成された凹部に
より、インナーリード裏面の先端部とステージ面とは非
接触の状態を維持されているため、インナーリードとス
テージ面とがめっき材により接合されてしまうことを防
止でき、リードフレームを取り出す際の、インナーリー
ドのステージ面上への残着を抑止できる。このため、イ
ンナーリードの変形を防止でき、信頼性の高い半導体装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例であるワ
イヤボンディング装置におけるボンディングステージ構
造を示す概略断面図、 第２図は上記実施例で用いられるリードフレームの概略
構造を示す平面図、 第３図は同じ〈実施例のワイヤボンディング装置を示す
説明図、 第４図は上記実施例により得られる半導体装置を示す概
略断面図、 第５図（ａ）および（ｂ）は従来技術におけるボンディ
ングステージ構造を示す概略断面図、 第６図は実施例にふけるワイヤボンディング工程を示す
説明図である。 １・・・ワイヤボンディング装置、２・・・半導体装置
、３・・・ペレッ）、３ａ・・・パッド、４・・・リー
ドフレーム、４ａ・・・インナーリード、４ｂ・・・タ
ブ、４Ｃ・・・アウターリード、５・・・ボンディング
ヘッド、６・・・ＸＹステージ、７・・・ボンディング
ステージ、８・・・上下動ブロック、１０・・・案内軸
、１１・・・サーボモータ、１２・・・ボールねじ機構
、１３・・・回転軸、１４・・・ボンディングアーム、
１５・・・ボイスコイルモータ、１６・・・超音波発振
部、１７・・・キャピラリ、１８・・・ワイヤスプール
、２０・・・ワイヤ、２０ａ・・・ボンディングボール
、２１・・・テンショナ、２２・・・クランパ、２３・
・・ワイヤガイド、２４・・・放電トーチ、２４ａ・・
・放電面、２５・・・トーチモータ、２６・・・ステー
ジ本体、２７・・・ヒートブロック、２８・・・加熱源
、３０・・・シュート、３０ａ・・・ガイド溝、３１・
・・位置決め用突起、３２・・・凹部、３３・・・接合
材、３４・・・めっき材、３５・・・制御部、３６・・
・合成樹脂、５１・・・リードフレーム、５１ａ・・・
インナー’Ｊ−）’、５２・・・ペレット、５２ａ　・
・　・パッド、５３・　・・ワイヤ、５４・・・ヒート
ブロック、５４ａ・・・位置決め用突起、５５・・・シ
ュート、５５ａ・・・ガイド溝、５７・・・めっき材、
Ｆ・・・ステージ面。 代理人　弁理士　筒　井　大　和

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステージ面に載置されたリードフレーム上のインナ
   ーリード表面とペレットのパッドとを結線するワイヤボ
   ンディング装置であって、上記ステージ面において少な
   くともインナーリード裏面の先端部とステージ面とが非
   接触となるよう凹部が形成されていることを特徴とする
   ワイヤボンディング装置。 ２、上記ステージ面が、加熱源を内蔵しリードフレーム
   の外形に応じて着脱交換可能なヒートブロックで形成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンデ
   ィング装置。