JPH02112246A - ボンディング装置 - 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、ボンディング技術、特に、被ボンディング物
の酸化防止技術に関し、例えば、半導体装置の製造工程
において、ベレッｌ−とリードフレームの各リードフレ
ームとを電気的に接続するワイヤボンディング装置に利
用して有効なものに関する。

〔従来の技術］ 半導体装置の製造工程において、ペレットとリードフレ
ームの各リードとをワイヤにより電気的に接続する手段
として、特開昭６１−２５３８２４号公報、および特開
昭６１−２５３８２５号公報に記載されているように、
リードフレームが一方向に歩進送りされる搬送路（フィ
ーダ）を還元性ガス雰囲気に保ち、リードフレームを歩
進送りする間に所定温度まで加熱した後、ボンディング
ステージにおいてワイヤボンディングが実行されるよう
に構成されているワイヤボンディング装置、が使用され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなワイヤボンディング装置においては、還元性
ガスの節約について配慮がなされておらず、還元性ガス
が多量に使用されるため、次のような問題点があること
が本発明者によって明らかにされた。

（１）還元性ガスが高価であり、しかも、多量に使用さ
れるため、半導体装置についての製造ｍｌスト増が招来
される。

（２）通例、還元性ガスには約１０〜２０％前後の水素
（Ｈ２）ガスが含有されているため、安全上の観点から
使用量を減少させることが望ましい。

本発明の目的は、還元性ガスの使用量を低減させること
ができるボンディング装置を提供することにある。

本発明の前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
。

〔課題を解決するだめの手段〕 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
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、被ボンディング物に対するボンディングが実
行されるボンディングステージの前段階に、被ボンディ
ング物を還元する還元ステージを設けるとともに、前記
ボンディングステージにはリードフレーム酸化防止用ガ
スが供給されるように構成したものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、還元性ガスは還元性ステージに
のみ供給すれば済むため、還元性ガスの供給量はその分
節約することができる。このとき、還元性ステージはボ
ンディングステージと独立した温度に加熱することがで
きるため、還元性ガスが最も有効に活性化される温度を
設定することができ、還元反応を最適化することができ
る。その結果、還元性ガスの使用量をより一層節約する
ことが可能になる。

他方、ボンディングステージにおいては、酸化防止用ガ
スの雰囲気が確保されるとともに、還元作用に規制され
ずに最適温度に制御することができるため、適正なボン
ディング作業が実行されることになる。また、ボンディ
ングステージにおいて還元性ガスを使用しないことによ
り、還元性ガスに含まれる可燃性ガスの引火を未然に回
避することができるため、ボンディング作業の安全性を
高めることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す正面断面図、第２図はその一部切断斜視図、第
３図は第１図の■−■線に沿う側面断面図である。

本実施例において、ワイヤボンディング装置は半導体装
置１におけるペレット２の電極バット−と多連リードフ
レーム３のリード４とにワイヤ５をそれぞれボンディン
グするごとにより、ペレット２と各リード４とを電気的
に接続するように構成されている。ここで、多連リード
フレーム３ば複数個の単位リードフレーム３ａが一方向
に規則的に配列されて一体的に構成されており、このワ
イヤボンディング装置において、搬送は多連リードフレ
ーム３毎に行われるが、ワイヤボンディングは各単位リ
ードフレーム３ａ毎に行われるようになっている。

このワイヤボンディング装置は多連リードフレーム３を
一方向に送るためのフィーダ６を備えており、フィーダ
６は多連リードフレーム３をガイドテーブル７により摺
動自在に載置しながら、適当な間欠送り手段（図示せず
）により単位リードフレーム３ａのピッチをもって歩進
送りするように構成されている。フィーダ６のボンディ
ングステージ（後記される。）の外部にはＸＹ子テーブ
ルがＸＹ力方向移動し得るように設備されており、ＸＹ
子テーブル上にはボンディングヘッド９が搭載されてい
る。ボンディングヘッド９にはボンディングアーム１０
が基端を回転自在に軸支されて支持されており、このア
ーム１０はその先端に固設されたキャピラリー１１が上
下動されるように、カム機構（図示せず）により駆動さ
れるように構成されている。ボンディングアーム１０の
上側には一対のクランパアーム１２．１３が電磁プラン
ジャ機構等のような適当な手段（図示せず）により作動
されるように設備されており、両アーム１２．１３の各
先端はキャピラリー１１の真上位置に配されてクランパ
１４を形成している。クランパ１４にはリール（図示せ
ず）から繰り出されるワイヤ５がガイド１５を介して挿
通されており、ワイヤ５はさらにキャピラリー１１に挿
通されている。

キャピラリー１１の近傍には放電電極１６が独立して設
備されており、この放電電極１６はその上端部が回転自
在に軸支されることにより、その先端部がキャピラリー
１１の下方位置、すなわち、ワイヤ５の先端の真下位置
と、このキャピラリー１１の側方位置（退避位置）との
間を移動されるように構成されている。また、この放電
電極１６と前記クランパ１４との間には電源回路１７が
接続されており、これにより、クランパ１４、すなわち
、これに挿通されるワイヤ５を陽極とするとともに、電
極１６を陰極とし、電極１Ｇからワイヤ５に向かって放
電アークが生成されるようになっている。

前記フィーダ６上にばカバー１８がフィーダ６を送られ
る多連リードフレーム３を略全体にわたって被覆し得る
ように設備されており、カバー１８には略長方形形状の
開口部１９がボンディングステージとなる位置に搬送方
向を横断するように配されて、単位リードフレーム３ａ
の被ボンディング領域をカバーし得るように開設されて
いる。

開口部１９には略長方形枠形状に形成されたリードフレ
ーム押さえ部材２０が昇降自在に嵌合されており、この
押さえ部材２０はカム機構等の適当な駆動手段（図示せ
ず）によりフィーダ６の歩進送り作動に連携して昇降す
るように構成されている。

一方、フィーダ６のガイドテーブル７には一対のヒーＩ
・ブロンク２１および３１が、ボンディングステージと
、その上流側領域とで隣合うようにそれぞれ配されて設
備されており、両ヒートブロック２１．３１は互いに独
立したヒータ２１ａ１および３］ａにより各別に温度制
御されるように構成されている。

ボンディングステージ、すなわち、開口部１９が含まれ
るｆｉＩ域に配設されている第１ヒートブロツク２１に
は、多連リードフレーム３の酸化を防止するためのリー
ドフレーム酸化防止用ガス２２を供給する手段としての
ガス供給装置２３が設備されており、この供給装置２３
は吹出口２４を備えている。吹出口２４は多連リードフ
レーム３の周囲にリードフレーム酸化防止用ガス２２を
緩やかに吹き出し得るように、ヒートブロック２Ｉの上
面に複数個開設されており、この吹出口２４群にはガス
供給路２５が接続されている。ガス供給路２５はガス供
給ユニット２６に接続されており、ガス供給ユニット２
６はリードフレーム酸化防止用ガス、例えば、窒素（Ｎ
２）ガス等のような不活性ガスを、予め設定された流量
をもって供給し得るように構成されている。そして、第
１ヒートブロック２１が設備されている領域はボンディ
ングステージ２７を実質的に構成している。

また、このボンディングステージ２７の上流側領域に配
設されている第２ヒートブロツク３１には、多連リード
フレーム３を還元するための還元性ガス３２を供給する
手段としてのガス供給装置３３が設備されており、この
供給装Ｍ３３は吹出口３４を備えている。吹出口３４は
多連リードフレーム３の周囲に還元性ガス３２を緩やか
に吹き出し得るように、ヒートブロック３１の上面に複
数個開設されており、この吹出口３４群にはガス供給路
３５が接続されている。ガス供給路３５はガス供給ユニ
ット３６に接続されており、ガス供給ユニット３６は還
元性ガス、例えば、窒素ガスおよび水素ガスから成る混
合ガスを、予め設定された流量もって供給し得るように
構成されている。

そして、フィーダ６上に被せられたカバー１８の内面に
は、ガス流障害部Ｌ８ａが第１ヒートブロツク２１と第
２ヒートブロツク３１との略境目の位置に横断するよう
に配されて、第１ヒートブロツク２１側のガス流と第２
ヒートブロック３１例のガス流との混流を可及的に防止
するように下向きに突設されている。

次に作用を説明する。

各単位リードフレーム３ａにベレット２を銀（Ａｇ）ペ
ースト等のような適当なボンディング材層によりボンデ
ィングされた多連リードフレーム３は、フィーダ６によ
りそのガイドテーブル７上に設定された還元ステージ３
０に供給されζ来る。

この還元ステージ３０には還元性ガス３２が還元性ガス
供給ユニット３６によりガス供給路３５を介して吹出口
３４群から吹き出されており、吹き出された還元性ガス
３２がカバー１８により散逸を防止されるため、還元ス
テージ３０には還元性ガス雰囲気が形成されていること
になる。ちなみに、ボンディングステージ２７側へのガ
スの散逸はカバー１８に突設されたガス流障害部１８ａ
により防止される。

そして、この還元性ガス３２は第２ヒートブし１ツク３
１により、最も効果的にその還元反応が活性化する温度
、例えば、２５０°Ｃ以上であって、半導体装置に悪影
響を及ぼさない３５０°Ｃ以下に加熱される。しかも、
還元性ガス３２は第２ヒートブロック３１の内部を流通
されるため、効果的に、かつ、安定的に加熱されること
になる。

このようにして最も効果的に還元反応が活性化された還
元性ガス３２の雰囲気に多連リードフレーム３が供給さ
れると、例えば、酸化し易い銅系（銅または銅合金）材
料が使用されている場合であっても、リードフレーム３
は確実に還元されることになる。

また、多連リードフレーム３は第２ヒートブロック３１
によって加熱されることにより、次のボンディング作業
に対して予熱されるとともに、銀ペースト等のベレット
ボンディング材層についての硬化（キュアないしはヘー
ク）作用が実施されることになる。したがって、本実施
例によれば、ベレットボンディング材層の硬化に使用さ
れるキュア炉やベーク炉等のような加熱炉についての省
略化も可能になる。

そして、還元ステージ３０に供給された多連リードフレ
ーム３は前述した還元、予熱および硬化作用を受けなが
ら、フィーダ６によって歩進送りされることにより、ボ
ンディングステージ２７に順次供給されて行く。

このボンディングステージ２７にはリードフレーム酸化
防止用ガス２２がガス供給装置ユニッ１−２６により供
給路２５を介して吹出「１２４群から吹き出されており
、吹き出された酸化防止用ガス２２がカバー１８により
散逸を防止されるため、ボンディングステージ２７には
酸化防止用ガス雰囲気が形成されていることになる。

フィーダ６におけるボンディングステージ２７において
、リードフレーム押さえ部材２０の中空部内に単位リー
ドフレーム３ａが整合すると、多連リードフレーム３は
間欠停止される。

続いて、リードフレーム押さえ部材２０が下降されて、
中空部内における単位リードフレーム３ａの外周辺部が
押さえられる。そして、このボンディングステージ２７
には酸化防止用ガス雰囲気が形成されているため、単位
リードフレーム３ａは酸化防止用ガス雰囲気内に浸漬さ
れる。しだがって、還元ステージ３０において既に還元
された多連リードフレーム３は酸化を確実に防止される
ことになる。

一方、キャピラリー１１においては、放電電極１６がワ
イヤ５の下端に接近されて電源回路１７が閉じられるこ
とにより、ワイヤ５の先端にボール５ａが溶融形成され
る。このとき、ボンディングステージ２７に従来例のよ
うに還元性ガス雰囲気が形成されていると、放電電極１
６のアークにより還元性ガスに含まれている水素ガスの
ような可燃性ガスが引火される危険がある。

しかし、本実施例においては、ボンディングステージ２
７には窒素ガス等のような不活性ガスによる酸化防止用
ガス雰囲気が形成されているに過ぎないため、引火の危
険性はなく、作業上、きわめて安全である。

続いて、キャピラリー１１がボンディングヘッド９によ
り下降されてカバー１８の開口部１９に挿通され、ワイ
ヤ５の先端部に形成されたボール５ａが開口部１９に整
合した単位リードフレーム３ａにおけるベレット２のパ
ッドに押着される。

このとき、ベレット２が第１ヒートブロック２１によっ
て加熱されているため、ボール５ａはベレット２のパッ
ド上に熱圧着される。

第１ボンディング部が形成された後、キャピラＵ−１１
がＸＹ子テーブルおよびボンディングヘッド９により開
口部１９内において３次元的に相対移動され、開口部１
９に整合した単位リードフレーム３ａにおける所定のり
一ド４にワイヤ５の中間部を押着させる。このとき、リ
ーＦ４が第１ヒートブロツク２１によって加熱されてい
るため、ワイヤ５はリード４上に熱圧着される。

ちなみに、第１ヒートブロツク２１は還元性ガスを活性
化させる必要がないため、半導体装置に悪影響を及ぼさ
ない温度であって、前記第１および第２ボンディング部
の熱圧着が確保される温度、例えば、１６０°Ｃ〜３４
０°Ｃに設定すればよい。

また、リードフレームは還元ステージ３０において予熱
されているため、第１ヒートブロック２１にお−いて加
熱に消費されるエネルギは節約されることになる。

第２ボンディングが終了すると、クランパ１４によりワ
イヤ５が把持され、クランパ１４はキャピラリー１１と
ともに第２ボンディング部に対して離反移動される。こ
の離反移動により、ワイヤ５は第２ボンディング部から
引き千切られる。その後、クランパ１４によるワイヤ５
の把持が解除されるとともに、キャピラリー１１が若干
上昇されることにより、ワイヤ５の先端部がボール５ａ
の成形に必要な長さだけ突き出される（テール出し）。

以後、前記作動が繰り返されることにより、第１番目の
単位リードフレーム３ａにおける各パッドおよびリート
についてワイヤボンディング作業が順次実施される。

第１番目の単位リードフレー１．３ａについてのワイヤ
ボンディングが完了すると、リードフレーム押さえ部材
２０が上昇される。リードフレーム押さえ部材２０が上
死点まで上昇すると、フィーダ６により多連リードフレ
ーム３が１ピツチ先方に送られ、新規の単位リードフレ
ーム３ａが押さえ部材２０内に対応するボンデインダス
テージに供給される。

以後、前記作動が繰り返されることにより、多連リード
フレーム３における全ての単位リードフレーム３ａにつ
いてワイヤボンディング作業が実施される。

ところで、リードフレームとして銅系のリードフレーム
が使用され、ボンディング部に部分銀めっき等が施され
ていない場合、銅は酸化され易く、酸化膜がボンディン
グ面に厚く形成されるため、第２ボンディングにおける
ボンダビリティ−が低下する。すなわち、酸化膜が形成
されると、ワイヤとの金属結合性が低下するため、ボン
ダビリティ−が低下する。

しかし、本実施例においては、リードフレームは還元ス
テージにおいてきわめて効果的に還元されるとともに、
ボンデインダステージに供給された後は、酸化防止ガス
雰囲気に浸漬されるごとにれ易い銅系リードフレームが
使用されていても、その表面に酸化膜が形成されること
はなく、その結果、ワイヤ５は良好なボンダビリティ−
をもってリード４上にボンディングされることになる。

しかも、フィーダ６上を被覆するカバー１８にはガス流
障害部ｌｅａが突設され、また、カバーはボンディング
作業に最小限必要な開口面積を有する開口部１９のみに
おいて開口されているため、還元性ガス雰囲気、および
酸化防止用ガス雰囲気はきわめて効率的にそれぞれ形成
されることになる。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１）　　リードフレームを還元するための還元ステー
ジをボンデインダステージの前段階に設けるとともに、
当該ボンディングステージに酸化防止用ガス雰囲気が形
成されるように構成することにより、還元性ガスの使用
量を抑制しながら、リードフレームの適正なボンダビリ
ティ−を確保することができるため、所期の品質および
信転性を確保しながら、コストを低減させることができ
る。

（２）　　還元ステージの温度制御がボンディングステ
ージから独立して実行されるように構成することにより
、ボンディングステージの温度に規制されずに還元性ガ
スの還元反応を最も効果的に活性化させることができる
ため、還元性ガスの使用量をより一層低減させることが
できる。

（３）還元ステージとボンディングステージとの境界に
ガス流障害部を介設することにより、還元性ガスのボン
ディングステージへの散逸を抑制することができるため
、還元性ガスの使用量をより一層低減させることができ
る。

（４）還元ステージにおいてリードフレームを加熱する
ことにより、リードフレームにペレットをボンディング
するのに使用される銀ペースト等のホンディング材層の
硬化を実行させることができるため、ボンディング材層
の硬化に使用される加熱炉を省略化することもできる。

（５）　　ボンディングステージを酸化防止ガス雰囲気
に形成することにより、還元性ガスに含まれている水素
等のような可燃性ガスの引火を回避することができるた
め、ネイルボール形成のための放電電極やトーチを使用
するワイヤボンディング作業の安全性を高めることがで
きる。

（６）　　リードフレームを効果的に還元させるととも
に、酸化膜の形成を確実に防止することにより、良好な
金属結合性を維持して適正なボンディング、強いては製
品の品質および信頼性を高めることができ、また、銅系
のように酸化され易いリードフレームであっても酸化膜
の形成を確実に防止することができるため、銅系のリー
ドフレームの使用を実現化することにより、コストの低
減化等を促進させることができる。

（７）　　カバーにボンディング作業の実施に最小限度
必要な開口面積の開口部を開設することにより、還元性
ガスおよび酸化防止用ガスの逃散を最小限度に抑制する
ことができるため、還元性ガスおよび酸化防止用ガス雰
囲気の形成を一層効率化させることができるとともに、
ガス使用量を抑制させることができる。

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、本発明は前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。

例えば、リードフレームとしては銅系のものを使用す８
に限らず、鉄−ニッケル系のリードフレーム等を使用し
てもよいし、また、複数のり一トフレームが一方向に配
列されている多連リードフレームを使用するに限らず、
複数のり一トフレームが縦横に配列されたマルチリード
フレーム等を使用してもよい。

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
をその背景となった利用分野である熱圧着式ワイヤボン
ディング技術に適用した場合に一ついて説明したが、そ
れに限定されるものではなく、超音波熱圧着式や超音波
式のワイヤボンディング技術、さらにはペレットボンデ
ィング技術や、プリント配線基板への電子部品の実装技
術等に適用することができる。

例えば、ボンディング材料としてはんだ材が使用される
ペレットボンディングに本発明が適用された場合、リー
ドフレームに予め形成されたはんだボンディング床の濡
れ性を高めることができるという効果も得られる。

〔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、次の通りである。

リードフレーＪ３を還元するだめの還元ステージをボン
ディングステージの前段階に設りノるとともに、当該ボ
ンディングステージに酸化防止用ガス雰囲気が形成され
るように構成することにより、還元性ガスの使用量を抑
制しながら、リードフレームの適正なボンダビリティ−
を確保することができるため、所期の品質および信頼性
を確保しながら、コストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す正面断面図、 第２図は一部切断斜視図、 第３図は第１図のＩＩＩ−ＩＩ線に沿う側面断面図であ
る。 ■・・・半導体装置、２・・・ペレット、３・・・多連
り−ドフレーム、３ａ・・・単位リードフレーム、４・
・・リード、５・・・ワイヤ、５ａ・・・ポール、６・
・・フィーダ、７・・・ガイドテーブル、８・・・ｘＹ
子テーブル９・・・ボンディングヘッド、１０・・・ボ
ンディングアーム、１１・・・キャピラリ＝（ボンディ
ングツール）、１２．１３・・・クランパアーム、１４
・・・クランパ、１５・・・ガイド、１６・・・放電電
極、１７・・・電源回路、１８・・・カバー　１８ａ・
・・ガス流障害部、１９・・・開口部、２０・・・リー
ドフレーム押さえ部材、２１・・第１ヒートブロツク、
２２・・・リードフレーム酸化防止用ガス、２３・・・
酸化防止用ガス供給装置、２４・・・吹出口、２５・・
・供給路、２６・・・ガス供給ユニット、３０・・・還
元ステージ、３１・・・第２ヒートフロツク、３２・・
・還元性ガス、３３・・・還元性ガス供給装置、３４・
・・吹出口、３５・・・ガス供給路、３６・・・ガス供
給ユニッＩ・。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被ボンディング物に対するボンディングが実行され
   るボンディングステージの前段階に、被ボンディング物
   を還元する還元ステージが設けられているとともに、前
   記ボンディングステージにはリードフレーム酸化防止用
   ガスが供給されるように構成されていることを特徴とす
   るボンディング装置。 ２、前記還元ステージが、被ボンディング物を一方向に
   搬送するフィーダ上における前記ボンディングステージ
   の上流側に隣接されて配設されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のボンディング装置。 ３、前記ボンディングステージおよび前記還元ステージ
   が、互いに独立して温度制御されるようにそれぞれ構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のボンディング装置。