JPH04251948A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04251948A
JPH04251948A JP3000771A JP77191A JPH04251948A JP H04251948 A JPH04251948 A JP H04251948A JP 3000771 A JP3000771 A JP 3000771A JP 77191 A JP77191 A JP 77191A JP H04251948 A JPH04251948 A JP H04251948A
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Yoshiaki Sano
義昭 佐野
Hideji Sakai
酒井　秀二
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体チップとこれを搭
載する基板パッケージ（以下基板という）をワイヤボン
ディングすることにより半導体装置を製造する方法に関
するものである。半導体チップの小型化及び高集積化に
伴い、ワイヤーの本数が増えかつワイヤーの間隔が狭く
なっており、さらに装置全体を小型化するためにワイヤ
ーの占める空間を少なくすることが必要である。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置のワイヤーボンディン
グ法としてボールボンディングとウェッジボンディング
がある。
【０００３】前者を図１０および１１に示す。図中１は
基板、２はろう材、３は半導体チップ、４はワイヤー、
５は半導体チップとの接続部に付着されたバンプ、６は
キャピラリー、７はクランパーである。
【０００４】ボールボンディング法では、キャピラリー
ツール６の中央を貫通する貫通孔６ａよりＡｕ線などの
ワイヤー４を通し、ワイヤー先端を加熱軟化させてボー
ル８を形成し、キャピラリーツール６によりボール８を
半導体チップ３上に圧着する。圧着により形成されたバ
ンプ５は高さが約９０ミクロン程度ある。ボールの圧着
後はキャピラリーツール６を配線方向に基板１との接続
位置まで移動させ、キャピラリーツール６を下降させ、
これによりワイヤーと基板１を圧着し、その後キャピラ
リーツール６を停止させたままで、ワイヤー４をクラン
パー７で挟んで引張ることによりワイヤー４を切断する
。
【０００５】ボールボンディング法では、ワイヤー４は
バンプ５からほぼ垂直方向に伸びているため、３６０°
どの方向にでもワイヤー４を引き出し配線することが可
能であるが、ボールが大きくまた、配線高さが高いため
に半導体装置を小型化できない欠点がある。
【０００６】後者のウェッジボンディング法を図１２に
示す。
【０００７】ウェッジボンディング法は、図１２の（ａ
）に示すウェッジツール１１の側面テーパ部１１ａの脇
をワイヤー４を導びくか（（ｂ）参照）、あるいはウェ
ッジツール１１の貫通孔を通して導き、ワイヤー４を基
板１または半導体チップ３の接続部で熱圧着または超音
波と熱による圧着する。ワイヤー４は横方向に伸びた状
態で圧着される。
【０００８】ウェッジボンディング法では、ワイヤー４
はほぼ水平方向に伸びているため、伸びている方向（図
１２の実線矢印の方向）しかワイヤー４を引き出すこと
が出来ず、反対方向に配線するときは被処理部品を回転
させた上でワイヤーを引き出す必要がある。すなわちウ
ェッジボンディングには一定方向で高速配線ができると
いう配線の方向性がある。しかし、ウェッジボンディン
グ法では、ワイヤー４が水平方向に圧着されているため
配線高さＨＢ　が低くできる利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従ってボンダーとして
は、一般ローコスト品にはボールボンディングが適用さ
れ、又、ボンディング部の面積が少ない製品等にはボン
ディングスピードを犠牲にし、ボンディング装置の複雑
化を忍んでもウェッジボンディングが用いられている。
【００１０】つまり、方向性のないウェッジボンディン
グ法が実現できると、配線高さを低くしかつ高速配線が
可能になると言える。この内で配線高さの低下は、ボー
ルボンダーの構造を工夫し、図１３に示すように、ワイ
ヤー４が中央を通るキャピラリーツール６を用いボール
を作らず、ワイヤー４にボール成形用ツールを当てるこ
とによりキャピラリーツール先端より９０°方向に曲げ
、この状態でワイヤーと相手材を圧着すれば（図の（ａ
）参照）実現可能である。しかし配線方向は曲げ方向と
反対側（図１３の（ｃ）参照）しか実現できず、曲げ方
向側に配線すると（図１３の（ｂ）参照）、ワイヤー４
にクラック４ａが入るかあるいはワイヤー４が基板１か
ら外れ、配線が困難になる。
【００１１】このような問題を招かないためには、図１
３の（ａ）のような曲げと配線を避けるために、（ｂ）
のキャピラリーツール上昇移動（ｘ）のとき平面運動と
しては図１３の（ｄ）のように弧を描かせ、ワイヤー４
が小さい曲率半径で曲がるのを防ぐ等の曲げ方向のコン
トロールを行わなければならず、これは手動機では実現
するが、自動機では不可能であった。
【００１２】本発明は、配線高さを低くしかつ方向性の
ないワイヤボンディング法であって、特に、自動ボンデ
ィング機に可能な動作の中でワイヤーの曲げを行うこと
により自動化を容易にしたボンディング方法を提供する
ことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ワイヤ
ーの先端をキャピラリーツールから通過させるとともに
キャピラリーツールを降下させ、ワイヤー先端をパッケ
ージ基板または半導体チップの一方に当て、続いてワイ
ヤーを配線方向に移動させながらキャピラリーツールを
更に降下させ、ワイヤーが圧着される前に配線方向への
前記移動を中止し、キャピラリーツールを降下させて、
ワイヤーとパッケージ基板または半導体チップの前記一
方への圧着を完了し、続いてキャピラリーツールを配線
の方向へ移動しながら、所定の高さまで上昇し次いで下
降し、パッケージ基板または半導体チップの他方にワイ
ヤーをキャピラリーツールを用いて圧着し、キャピラリ
ーツールが上昇しワイヤーを切断する工程により半導体
装置を製造する。
【００１４】
【作用】本発明によれば、まず、ワイヤーの先端をキャ
ピラリーツールから通過させるとともに、キャピラリー
ツールを降下させ、ワイヤー先端をパッケージ基板また
は半導体チップの一方に当てる。この段階では、配線高
さを高くする原因になるワイヤー先端でのボールの形成
を行わない。また、ワイヤーを基板等と接触させる際に
所定の位置でワイヤーを曲げることができるように、ク
ランパーでワイヤーを保持している。
【００１５】続いてワイヤーを配線方向に移動させなが
らキャピラリーツールを更に降下させ、ワイヤーが圧着
される前に配線方向への移動を中止し、ワイヤーをクラ
ンパーから開放する。この段階では、ワイヤーはまだ圧
着されていない。したがって、ワイヤーは基板等と冶金
的にも機械的にも接合していないので、ワイヤーは３６
０度方向転換できることを利用してワイヤーを所望の配
線方向に移動させる。すなわち、本発明においては配線
すべき基板の外部配線と半導体チップのパッドの位置を
自動ボンディング機に記憶させておくと、移動方向と移
動距離は自動的に決定される。
【００１６】配線の始まりの位置を決めるためにはキャ
ピラリーツールを降下させながらこれらを配線方向に移
動させる。すると、ワイヤーは先端が最初に基板等と当
たった位置に留まりながら、配線方向に引出される。
【００１７】キャピラリーツールが下降するとともにワ
イヤーと基板等との機械的あるいは冶金的接合が進行す
る。その接合完了前に配線方向の移動を中止することに
よって接合部に剪断応力が加わることを防止し、垂直方
向のみの圧力で接合を完了し、接合を健全にする。圧着
の時にはワイヤーをクランパーから開放しキャピラリー
ツールを降下させることによって、ワイヤーに不要の応
力が加わらないようにする必要がある。ワイヤーと基板
のメタライズ配線との圧着は２回以上行うことができる
。
【００１８】引き続いてキャピラリーツールとクランパ
ー全体を配線の方向へ移動しながら、所定の高さまで上
昇し次いで下降し、パッケージ基板または半導体チップ
の他方にワイヤーをキャピラリーツールを用いて圧着し
、その後クランパーを閉じ、キャピラリーツールが上昇
しワイヤーを切断することによりワイヤーボンディング
を行う。この段階は通常のウェッジボンディング加工と
同じ操作であり、低い配線高さを実現することができる
。
【００１９】以上の加工操作は完全に自動化することが
できる。
【００２０】請求項２の方法は請求項１とはワイヤーの
切断方法が異なり、パッケージ基板または半導体チップ
の前記他方にワイヤーをキャピラリーツールを用いて圧
着した後キャピラリーツールを所定量上昇させ、その後
キャピラリーツールの上方に設けられたクランパーを閉
じ、キャピラリーツールとクランパーの全体を上昇させ
、ワイヤーを切断する。この方法ではキャピラリーツー
ルと半導体チップなどの接触時間を調節することによっ
て、キャピラリーツールから半導体チップに加えられる
熱量を調整することができる。
【００２１】請求項３の方法は請求項１記載の方法と、
ワイヤーの先端が基板などと当たる際のクランプ方法が
異なり、その直前にクランプを開放し、続いてワイヤー
を配線方向に移動させなるなどの一連の加工を行う点は
請求項１の方法と同じである。基板等とワイヤーを接合
する際にはクランプによるワイヤーの保持は必ずしも必
要がなく、かえって不必要な引張応力がクランパーとワ
イヤー先端の間に加わり、キャピラリーツールからの熱
がワイヤー先端に加わるとワイヤーがこれら応力と伝熱
により永久変形することもあるから、冶金的圧着が進行
する時にはクランプをしないことが好ましいこともある
。
【００２２】請求項４は通常のボールボンダーを用い、
以上のような動作をさせるコンピュータプログラムを作
るものである。この場合キャピラリーツールよりワイヤ
ーを繰り出す量はツール先端の側面にて圧着できる長さ
とし、ボールを作るための加熱は省略し、キャピラリー
ツール上部に設けたクランパーにてワイヤーがもどらな
い程度押さえながら、配線しようとする方向に移動させ
ながら、降下させ、ワイヤー先端が基板へ当ってもなお
移動と降下を続ける。ワイヤー先端は必ず配線方向と反
対側に曲がり圧着される。圧着後または圧着直前にクラ
ンパーをはなし、キャピラリーツールを上昇させ、必要
長さ移動し、再度降下し圧着し配線を終了する。終了後
クランパを閉じ、上昇し、ワイヤーを圧着部より切断す
る。クランパーのみ一定量降下し、キャピラリーよりワ
イヤーを繰り出す。
【００２３】
【実施例】以下、図１〜９を参照し、本発明の実施例を
説明する。
【００２４】基板１（セラミックパッケージ）のＡｕメ
ッキされたインナーリードとチップ３上の電極を配線す
る場合繰り出したＡｕワイヤー４の長さＬ１　は通常１
ｍｍである。この長さＬ１　は長めの方が曲げが容易な
ため、第１回ボンディング（曲げは）インナーリード側
とした（図１、２参照）。キャピラリーツール６とクラ
ンパー７の間隔は特に加工操作に影響はなく通常１０ｍ
ｍである。
【００２５】繰り出し部の接合を良くするため、図９に
示すように２回圧着をし、チップ上へ配線する。この場
合１回目の圧着後キャピラリーツール６を約１００ミク
ロン上昇させかつ約数１００ミクロン配線方向に移動さ
せ再び下降させ圧着を行う。
【００２６】図３に示す、ボンディングは熱圧着のみ（
約３００℃）でも超音波併用でも、又超音波のみでもＡ
ｕワイヤーを同様に接合可能である。また、１本のワイ
ヤーを配線する以上の操作の全体は約０．１８秒で完了
する。
【００２７】図４では、ワイヤー４の高さはチップ３の
エッジの極近傍位置まで下げながら、キャピラリーツー
ル６をクランパー７とともに移動させる。実際はショー
ト防止のためチップに対し規定の間隔（数ミクロン）を
とる必要はある。それにしても、ボールボンディングの
場合、ワイヤー径（ｄ）に対しボールの径は３ｄはある
ため高さはそれ以上高くなっていることを考えると、本
発明では配線高さは非常に低くなる。
【００２８】図５でワイヤー４を半導体チップ３と圧着
する。圧着幅は、ボールの場合３ｄ以上は必要となるが
、本発明では２ｄ以下でも実用レベルの強度は得られた
。
【００２９】図８に示す電磁石１７によりクランパーバ
ー１６を吸引してクランパーヘッド１５の間にワイヤー
４を挟み付け、図６に示すようにクランパー７を引き上
げワイヤー４の切断を行う。図８の１８はバネである。
【００３０】先に半導体チップ３へのボンディングを行
い、続いて基板１へのボンディングを行っても良い。
【００３１】
【発明の効果】従来ウェッジ法しか使用できなかった品
種に対し、本発明によれば回転機構の要らない高速ボン
ダーが使用できる。
【００３２】ウェッジはワイヤーの位置合わせが重要で
あり、ボンダー機構が複雑になっていたが、本発明では
キャピラリーツールを使用することにより複雑化を避け
た。
【００３３】本発明によれば、ワイヤー高さが低くなり
半導体装置が小型薄型化が可能であり、また高周波特性
の面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるワイヤー繰り出しを説
明する図面である。
【図２】本発明の実施例におけるワイヤーのクランプと
キャピラリーツールの下方移動を説明する図面である。
【図３】本発明の実施例におけるワイヤーと基板との圧
着を説明する図面である。
【図４】本発明の実施例におけるキャピラリーツールの
配線方向への移動を説明する図面である。
【図５】本発明の実施例におけるワイヤーと半導体チッ
プとの圧着を説明する図面である。
【図６】本発明の実施例におけるワイヤーの切断を説明
する図面である。
【図７】本発明の実施例におけるクランパーとキャピラ
リーツールの動作のタイムチャートを説明する図面であ
る。
【図８】クランパーの構造を説明する図面である。
【図９】２回圧着をしたワイヤーの平面図である。
【図１０】ボールボンディング法の説明図である。
【図１１】キャピラリーツールとワイヤーの説明図であ
る。
【図１２】ウェッジボンディング法の説明図である。
【図１３】キャピラリーツールを用いワイヤーを９０度
曲げて行う比較例に係るワイヤボンディング法の説明図
である。
【符号の説明】
１　　基板（パッケージ基板） ２　　ろう材 ３　　半導体チップ ４　　ワイヤー ６　　キャピラリーツール ７　　クランパー １１　　ウェッジツール

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　ワイヤーの先端をキャピラリーツール
    から通過させるとともに、キャピラリーツールを降下さ
    せ、ワイヤー先端をパッケージ基板または半導体チップ
    の一方に当て、続いてワイヤーを配線方向に移動させな
    がらキャピラリーツールを更に降下させ、ワイヤーが圧
    着される前に配線方向への前記移動を中止し、キャピラ
    リーツールを降下させて、ワイヤーとパッケージ基板ま
    たは半導体チップの前記一方への圧着を完了し、続いて
    キャピラリーツールを配線の方向へ移動しながら、所定
    の高さまで上昇し次いで下降し、パッケージ基板または
    半導体チップの他方にワイヤーをキャピラリーツールを
    用いて圧着し、キャピラリーツールが上昇しワイヤーを
    切断する工程を有することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項２】　　請求項１記載の方法において、パッケ
    ージ基板または半導体チップの前記他方にワイヤーをキ
    ャピラリーツールを用いて圧着した後、キャピラリーツ
    ールを所定量上昇させ、その後キャピラリーツールの上
    方に設けられたクンパーでワイヤーを保持し、キャピラ
    リーツールとクランパーの全体を上昇させ、ワイヤーを
    切断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】　　請求項１記載の方法において、ワイヤ
    ーの先端をキャピラリーツールから通過させるとともに
    キャピラリーツールの上方に設けられたクランパーでワ
    イヤーを保持したままキャピラリーツールとクランパー
    全体を降下させ、ワイヤー先端がパッケージ基板または
    半導体チップの一方に当たる直前にクランパーを開放し
    、続いてワイヤーを配線方向に移動させながらキャピラ
    リーツールを更に降下させ、以降ワイヤーの圧着を行う
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】　　通常のボールボンダーを用いて請求項
    １から３のいずれか１項記載の方法を行う半導体装置の
    製造方法。
JP3000771A 1991-01-09 1991-01-09 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH04251948A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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