JPH04263441A - 半導体チップのボンディング装置とボンディング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＣやＬＳＩの如く集積
度の高い半導体装置の素子（チップ）段階におけるワイ
ヤ・ボンディング工程でのワイヤ間の接触による断線障
害をなくして生産性の向上を図った半導体チップのボン
ディング装置とボンディング方法に関する。

【０００２】最近の電子技術の進展に伴ってＩＣやＬＳ
Ｉの如き半導体装置はその集積度が急激に増大しつつあ
るが、このことは該半導体装置を構成するチップ上のボ
ンディング・パッドや該パッド間ピッチの微小化を意味
している。

【０００３】一方該各ボンディング・パッドに接続する
外部リードを持つリードフレームはプレス打抜き等の機
械的手段やエッチング等の化学的手段で形成されるため
パターンの微小化には限界があり、例えば特に集積度の
高い半導体装置ではチップ上のボンディング・パッドの
大きさや該パッド間ピッチと同じ程度の微小パターンを
形成することが困難になってきている。

【０００４】そこで最近では、上記各ボンディング・パ
ッドに対応して接続される外部リード部分を上記チップ
から離すことで該外部リード部分を形成可能な大きさに
すると共にボンディング・ワイヤを細くして確実な接続
を確保するようにしている。

【０００５】

【従来の技術】従来のワイヤ・ボンディング方法におけ
るボンディング・ワイヤ（以下ワイヤとする）の接続手
段には大別すると熱圧着方式と超音波方式および両者の
併用方式が実用化されているが、何れの方式においても
金属からなるボンディング・パッド（以下パッドとする
）とワイヤとの間の接合を利用するためそれぞれの表面
は清浄な状態でなければならない。

【０００６】そこで従来から少なくともワイヤには純度
の高い清浄な金属線として例えば９９．９９９％の金線
を使用するようにしている。図２は従来のボンディング
装置の一例を説明する概念図であり、図では熱圧着方式
と超音波方式を併用した場合の例を表わしている。

【０００７】また図３はボンディング方法を説明する工
程図であり、図２を矢印Ａ方向から見た側面図で示し図
２と同じ対象物には同一の記号を付して表わしている。 図２で、半導体チップ（以下チップとする）１の周辺に
沿う表面には複数のアルミニウム（Ａｌ）電極からなる
パッド１ａが整列して形成されている。

【０００８】そして該チップ１は、該チップ１を搭載す
るステージ２ａと該ステージ２ａの周囲に外方から内側
に向かう逆放射状に形成された上記パッド１ａに対応す
る外部リード２ｂとを具えたリードフレーム２の上記ス
テージ２ａ上に搭載されている。

【０００９】なお該リードフレーム２は制御部に繋がる
図示されないＸ−Ｙステージに装着されて予め設定され
ている情報信号に基づいて例えば図のＸ，Ｙ方向に移動
できるように構成されている。

【００１０】一方、上記チップ１の上方に位置する超音
波装置の振動子３と一体化したホーン４の先端部には中
心軸に沿ってワイヤ５が貫通し得る孔を持つペンシル状
のボンディング・ツール（以下キャピラリとする）６が
先細りになった先端部６ａを上記チップ１側に向けて装
着されている。

【００１１】更に該ホーン４の長さ方向中間部の近傍に
は該ホーン４の幅方向を回転軸として回転できる板状の
電極保持具７が配設されており、該電極保持具７は図示
されない制御部からの信号で矢印Ｂの如く主面７ａがほ
ぼ垂直位置と後方（図では右側）約３０度以内程度の範
囲で回転し得るように構成されている。

【００１２】そしてその主面７ａには針状の電極８が該
主面７ａに直交して装着されており特に該電極８の先端
は該主面７ａが垂直状態にあるときに上記キャピラリ６
の先端部６ａの近傍に位置するようになっている。

【００１３】また図示されないストッカリールに巻かれ
ている上述したワイヤ５は、アイドラ９とクランパ１０
を経由した後上記キャピラリ６を貫通してその先端が該
キャピラリ６の先端６ａから僅かに突出するようにセッ
トされている。

【００１４】なお上述したホーン４を含む超音波装置と
アイドラ９およびクランパ１０は一体化した状態で上記
リードフレーム２ひいてはチップ１に対して移動できる
ように構成されているが、この場合の移動は図示しない
制御機構部からの信号によってなされるようになってい
る。

【００１５】かかるボンディング装置によるボンディン
グ方法を説明する図３で、（１）　〜（３）　はチップ
１のパッド１ａとワイヤ５との間の接続工程を示し，ま
た（４）　はリードフレーム２の外部リード２ｂとワイ
ヤ５との間の接続状態を示している。

【００１６】接続前の状態を示す（１）　で、チップ１
上のパッド１ａに対応する位置にはアイドラ９を経由し
てクランパ１０でクランピングされているワイヤ５の先
端が該ワイヤ５を保持するキャピラリ６から僅かに飛び
出した状態でセットされている。

【００１７】一方、該キャピラリ６を保持するホーン４
の中間部近傍に配設されている上記電極保持具７の電極
８の先端は該キャピラリ６から突出するワイヤ５の先端
に接近して位置している。

【００１８】そこで、該電極８に例えば数１０００Ｖの
高電圧を印加すると該電極８とワイヤ５の先端との間に
発生するスパークによってワイヤ５の先端部が溶融し表
面張力で球状になるが、この時点で上記電極保持具７が
図示されない制御部からの信号で後方すなわち図の右側
に回転して（２）　に示す状態となる。

【００１９】次いで、上記ホーン４を含む超音波装置と
アイドラ９およびクランパ１０を上記キャピラリ６の先
端６ａがほぼパッド１ａの表面に接触するまで図示Ｃの
ように降下させると同時に超音波装置を作動させ，　更
に該チップ１をＤのように下側から例えば３００　℃程
度に加熱すると、キャピラリ６の先端６ａから上記ワイ
ヤ５の先端球状部を介してパッド１ａの表面に伝わる超
音波振動とチップ１の下側からの熱によって該ワイヤ５
とパッド１ａを接続することができる。

【００２０】（３）　はこの状態を示したものである。 ここで上記クランパ１０のクランピングを解除してワイ
ヤ５が自由にキャピラリ６内を移動できる状態にした後
、ホーン４を含む超音波装置とアイドラ９およびクラン
パ１０をキャピラリ６の先端６ａが外部リード２ｂの所
定位置に位置するように予め設定した方向に所定距離だ
け図示Ｅのような山形に移動させると該キャピラリ６の
移動につれてワイヤ５が該キャピラリ６から繰り出され
る。

【００２１】従って、外部リード２ｂの所定位置でクラ
ンパ１０を動作させてワイヤ５をクランピングしてホー
ン４を含む超音波装置とアイドラ９およびクランパ１０
を僅かに降下させてキャピラリ６の先端６ａでワイヤ５
を外部リード２ｂ面に押圧し、外部リード２ｂの部分を
Ｆのように下面から例えば　３００℃位に加熱すると共
に上記超音波装置を作動させると（４）　に示す状態と
なり、キャピラリ６の先端６ａから上記ワイヤ５を介し
て外部リード２ｂの表面に伝わる超音波振動と上記熱に
よって該ワイヤ５とリードフレーム２の外部リード２ｂ
とを接続することができる。

【００２２】なおこの場合には、ワイヤ５と接続する外
部リード２ｂが例えば鉄銅合金等からなる金属板である
ためワイヤ５を（２）　で説明した如く球状化すること
なく容易に接続することができる。

【００２３】ここで例えばクランプ１０を閉じてキャピ
ラリ６を上方へ移動させて該ワイヤ５を切断した後、ホ
ーン４を含む超音波装置とアイドラ９およびクランパ１
０を図示Ｇのように移動させて（１）　で示す初期位置
に戻し、以下同様の動作を繰り返すことで図２に示すよ
うな複数箇所のボンディング作業を継続して行わせるこ
とができる。

【００２４】かかるボンディング装置で行うボンディン
グ作業では、確実な接続を効率的に実現できるメリット
がある。しかしチップ１としての集積度が向上して隣接
するパッド１ａ間のピッチが狭くなると、必然的にチッ
プ近傍での隣接するワイヤ間の間隔が狭くなると共に各
ワイヤの配線長さ（トラバース）が長くなるためワイヤ
の変形や隣接ワイヤ間の接触が発生し易くなりひいては
断線等の障害を誘起することとなる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】従来のボンディング装
置とボンディング方法では、チップとしての集積度が向
上するにつれてワイヤ断線等の障害が発生し易くなると
言う問題があった。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体チッ
プ上のボンディング・パッドと該半導体チップの周囲に
ボンディング・パッドと対応して位置するリードフレー
ムの外部リードとの間をボンディング接続する半導体チ
ップのボンディング装置であって、ボンディング・パッ
ドと外部リードとの間を接続するボンディング・ワイヤ
を貫通させて保持するキャピラリが、該ボンディング・
ワイヤを貫通させる貫通孔の一部に絶縁性樹脂液を溜め
る樹脂液溜りを具えて構成され、該キャピラリのボンデ
ィング・ワイヤ繰り出し側先端部近傍には、該先端部近
傍を吹きつけ領域とする熱風ブロアが配設されて構成さ
れている半導体チップのボンディング装置によって達成
される。

【００２７】また、半導体チップ上のボンディング・パ
ッドと該半導体チップの周囲に該ボンディング・パッド
と対応して位置するリードフレームの外部リードとの間
をボンディング接続する半導体チップのボンディング方
法であって、ボンディング・パッドと外部リードとの間
を接続するボンディング・ワイヤを、該ボンディング・
ワイヤを貫通して保持するキャピラリの内部に形成した
絶縁性樹脂液を溜める樹脂液溜りを通過させた後加熱し
て該絶縁性樹脂液を乾燥させながら、上記ボンディング
・パッドおよび外部リードと接続する半導体チップのボ
ンディング方法によって達成される。

【００２８】

【作用】ワイヤの両端部接続部を除く全面を絶縁膜で被
覆すると隣接ワイヤ間の接触による断線障害を抑制する
ことができる。

【００２９】本発明ではキャピラリの内部に絶縁樹脂液
の液溜り領域を設け、該キャピラリ内を通過するワイヤ
を該液溜り領域を通過させることでワイヤ表面に絶縁膜
被覆を施すようにしている。

【００３０】従って、集積度の高いチップでも障害を起
こすことなく確実に接続できるボンディング方法とその
装置を実現することができる。

【００３１】

【実施例】図１は本発明になるボンディング装置の一例
を説明する図であり、（１−１）　は全体概念図，（１
−２）は主要部Ｈの拡大断面図である。

【００３２】なお図では、図３同様の側面図で示し図２
と同じ対象物には同一の記号を付して表わしている。図
１で、表面にパッド１ａが形成されているチップ１は図
示されないＸ−Ｙステージに装着されている図２で説明
したリードフレームのステージ２ａに搭載されている。

【００３３】一方、上記チップ１の上方に位置する超音
波装置の振動子３と一体化したホーン４の先端部には図
２のキャピラリ６と同様にワイヤ５が貫通し得る孔を持
つキャピラリ１１が先端部１１ａ　を上記チップ１側に
向けて装着されており、また該ホーン４の長さ方向中間
部近傍には図２同様に電極８が装着されている電極保持
具７が回転自在に配設されている。なお図示されないス
トッカリールに巻かれているワイヤ５が上記超音波装置
と一体化したアイドラ９とクランパ１０を経由した後上
記キャピラリ１１を貫通してその先端が該キャピラリ１
１の先端１１ａ　から僅かに突出してセットされている
ことは図２と同様である。

【００３４】特に図２のキャピラリ６よりも太く形成さ
れている上記キャピラリ１１は、その内部の先端部１１
ａ　近傍を除く領域１１ｂ　が上記ワイヤ５の貫通孔の
直径よりも太い孔径になるように段差を持って形成され
ているが、該領域１１ｂ　の一箇所にはポリウレタン系
やエナメルの如く粘性の低い絶縁性樹脂液を供給する樹
脂液供給パイプ１２が配設されている。

【００３５】そして該樹脂液供給パイプ１２は、超音波
装置と一体化した例えばアイドラ９の図示されない支持
具に繋がる破線で示すステイ１３に保持されている樹脂
液タンク１４に連通しており、該樹脂液タンク１４から
予め設定した量の樹脂液１５が供給されて上述したキャ
ピラリ１１内の領域１１ｂ　に樹脂液溜り１５ａ　が形
成できるように構成されている。

【００３６】このことは該キャピラリ１１を貫通するワ
イヤ５は必然的に該樹脂液溜り１５ａ　内を通ることを
意味しており、結果的に該キャピラリ１１から繰り出さ
れるワイヤ５の表面は総て絶縁性の樹脂液１５で覆われ
ることになる。

【００３７】また該キャピラリ１１の先端１１ａ　の近
傍には熱風を吹き出すブロア１６が配置されており、該
ブロア１６は上記樹脂液タンク１４を保持するステイ１
３に該タンク１４と同様に保持されている。

【００３８】従って該ブロア１６から例えば５０℃程度
の熱風を吹き出させた状態で上記キャピラリ１１からワ
イヤ５が繰り出されると、該ワイヤ５を覆っている樹脂
液１５が即時に乾燥されるので安定した絶縁皮膜を形成
することができる。

【００３９】そこで図３で説明した工程を経ることで所
要のボンディング作業を継続して実現することができる
。特にこの場合には、各ワイヤ５の表面が総て絶縁皮膜
で被覆されているため隣接するワイヤが接触しても断線
等の障害を発生することがなく、高い集積度を持つチッ
プでも従来と同様に作業できるメリットがある。

【００４０】なお直径が３０μｍ　のワイヤ５を使用す
る場合、上記キャピラリ１１の先端部１１ａ　近傍の貫
通孔の孔径を５０μｍ　程度とし，　また該キャピラリ
１１に供給する上記樹脂液１５の粘度を　０．２〜０．
５　ポアズ（ｐｏｉｓｅ）　程度にしたとき、樹脂液１
５の供給量を該ボンディング装置の稼働速度に合わせて
設定すると確実な絶縁皮膜を形成することができる。

【００４１】また、接合部分における該絶縁皮膜は超音
波振動のエネルギと熱圧着によって溶融して発散するの
で、接続特性に変化がないことを実験的に確認している
。

【００４２】

【発明の効果】上述の如く本発明により、ＩＣやＬＳＩ
の如く集積度の高い半導体装置の素子段階におけるワイ
ヤ・ボンディング工程でのワイヤ間の接触による断線障
害をなくして生産性の向上を図った半導体チップのボン
ディング装置とボンディング方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明になるボンディング装置の一例を説
明する図である。

【図２】　　従来のボンディング装置の一例を説明する
概念図である。

【図３】　　ボンディング方法を説明する工程図である
。 である。

【符号の説明】

１　　　　半導体チップ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１ａ　　　　ボンディング・パッド ２ｂ　　　　外部リード　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　３振動子４　　　　ホーン　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　５　　　　ボンデ
ィング・ワイヤ ７　　　　電極保持具　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　８　　　　電極９　　　　アイドラ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０　　　　ク
ランパ１１　　　　キャピラリ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１１ａ　　　先端部１２　　　　樹
脂液供給パイプ　　　　　　　　　　　　　　１３　　
　ステイ１４　　　　樹脂液タンク　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１５　樹脂液１６　　　　ブロア

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体チップ上のボンディング・パッ
   ドと該半導体チップの周囲にボンディング・パッドと対
   応して位置するリードフレームの外部リードとの間をボ
   ンディング接続する半導体チップのボンディング装置で
   あって、ボンディング・パッド（１ａ）と外部リード（
   ２ｂ）との間を接続するボンディング・ワイヤ（５）　
   を貫通させて保持するキャピラリ（１１）が、該ボンデ
   ィング・ワイヤ（５）　を貫通させる貫通孔の一部に絶
   縁性樹脂液（１５）を溜める樹脂液溜り（１５ａ）　を
   具えて構成され、該キャピラリ（１１）のボンディング
   ・ワイヤ繰り出し側先端部（１１ａ）　近傍には、該先
   端部（１１ａ）　近傍を吹きつけ領域とする熱風ブロア
   （１６）が配設されて構成されていることを特徴とした
   半導体チップのボンディング装置。
2. 【請求項２】　　半導体チップ上のボンディング・パッ
   ドと該半導体チップの周囲に該ボンディング・パッドと
   対応して位置するリードフレームの外部リードとの間を
   ボンディング接続する半導体チップのボンディング方法
   であって、ボンディング・パッド（１ａ）と外部リード
   との間を接続するボンディング・ワイヤ（５）　を、該
   ボンディング・ワイヤ（５）　を貫通して保持するキャ
   ピラリ（１１）の内部に形成した絶縁性樹脂液（１５）
   を溜める樹脂液溜り（１５ａ）　を通過させた後加熱し
   て該絶縁性樹脂液（１５）を乾燥させながら、上記ボン
   ディング・パッド（１ａ）および外部リード（２ｂ）と
   接続することを特徴とした半導体チップのボンディング
   方法。