JPH0474859B2 - - Google Patents

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JPH0474859B2
JPH0474859B2 JP57051237A JP5123782A JPH0474859B2 JP H0474859 B2 JPH0474859 B2 JP H0474859B2 JP 57051237 A JP57051237 A JP 57051237A JP 5123782 A JP5123782 A JP 5123782A JP H0474859 B2 JPH0474859 B2 JP H0474859B2
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electrode
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bonding
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はワイヤボンデイング方法に関し、特に
アルミニウム線などの酸化しやすい金属の細線を
熱圧着法でボンデイングできるようにしたワイヤ
ボンデイング方法に関するものである。
半導体装置の製造工程のひとつに素子ペレツト
の電極パツドとパツケージ側のリードとをワイヤ
にて接続するワイヤボンデイング工程があり、現
在では金線（Auワイヤ）を用いた熱圧着法と、
アルミニウム線（Alワイヤ）を用いた超音波法
が多く使用されている。Auワイヤの熱圧着法は、
所謂ネイルヘツドボンデイングと称し、Auワイ
ヤの先端を水素トーチや放電アークにて加熱溶融
して金ボールを形成し、この金ボールをボンデイ
ング部位に押圧させながら圧着させるもので、強
固なボンデイングを可能にすると共にボンデイン
グの方向性が存在しないという利点を有するもの
の、ボンデイング部位がペレツト電極パツドのよ
うなアルミニウム材のときにはパープルプレーグ
現象が生じてボンデイング強度が低下したり、金
価格の高騰によつてコスト高になる等の問題があ
る。一方、Alワイヤの超音波法はAlワイヤを超
音波振動によつて固着させるため、低価格にでき
るという利点を有するものの、ボンデイングの方
向性が存在するためにワイヤボンダの構造が複雑
になると共にボンデイングスピードが低いという
問題がある。
このため、近年では両ボンデイング法の夫々の
利点を生かし得るように、Alワイヤを用いた熱
圧着法、即ちAlワイヤの先端にボールを形成し
てネイルヘツドボンデイングを行なう方法が考え
られている。しかしながら、従来のAuワイヤを
使用しているワイヤボンダをそのまま用いてAl
ワイヤでネイルヘツドボンデイングを行なつても
Alワイヤの先端に良好なボールを形成すること
はできず、したがつて高信頼性のワイヤボンデイ
ングを行なうことは困難である。
即ち、本発明者が、第１図に示すように、Al
ワイヤ１と放電用の電極２とに夫々高電圧源３の
負電位と正電位を加え、かつAlワイヤ先端をAr
ガス雰囲気に保つた状態で両者間に放電アークを
発生させてAlのボールを形成したところ、形成
されたボールの真球度は悪くかつボール直上のネ
ツク部にくびれが生じた。このため、このような
状態でワイヤボンデイングを行なうと圧着された
ボールの円形状が悪くかつ正しい位置へのボンデ
イングが困難になると共に前述したくびれの部分
から断線され易くなり、結果的にボンデイングの
信頼性が低下することになる。
このように、Alワイヤのボールの真球度が悪
くかつくびれが生ずる原因としては、Alワイヤ
の表面に形成されているアルミナ（Al2O3）がAl
ワイヤの溶融およびボール形成の障害になるこ
と、また、放電アークがAlワイヤの先端近傍に
広がつてエネルギ分散が生じてしまうこと等が大
きな原因になると考えられている。
したがつて本発明の目的は前記問題点を解決す
ることである。このような目的を達成する為の本
発明の要旨は酸化しやすいワイヤ先端と、それと
離間して対向する場所に電極を位置させ、前記ワ
イヤを陽極に電極を陰極として、更に前記ワイヤ
先端と電極間を還元性雰囲気に保つことにより、
前記ワイヤ先端と電極間で放電させて前記ワイヤ
先端にボールを形成し、前記ボールを被ボンデイ
ング部に接続することを特徴とするワイヤボンデ
イング方法を提供することにある。
以下、本発明を図示の実施例により説明する。
第２図は本発明のワイヤボンデイング方法に用
いられるワイヤボンダの要部の構成図であり、
XYテーブル１０上に搭載したボンデイングヘツ
ド１１にはボンデイングアーム１２をその基端に
おいて枢支し、キヤピラリ１３を固設した先端を
図外のカム機構によつて上下に揺動できるように
している。前記ボンデイングアーム１２の上側に
は、例えば電磁ソレノイド１４にて作動される一
対のクランパアーム１５，１６を設置し、これら
アーム１５，１６の各先端を前記キヤピラリ１３
の直上位置に配設してクランパ１７を形成してい
る。１はAlワイヤであり、図外のスプールから
引き出され、ガイド１８を挿通した後はクランパ
１７間を通つてキヤピラリ１３に挿通される。な
お、ワイヤとしては、Alワイヤに限定されずSi
入りAlなどの酸化しやすい金属ワイヤであつて
もよいことは勿論である。
一方、１９はボンデイングステージであり、被
ボンデイング体としての半導体構体２０を載置
し、前記キヤピラリ１３の上下動によつてリード
フレーム２１と素子ペレツト２２との間にAlワ
イヤ１を接続させる。
更に、２３は本発明の特徴とする放電電極部で
あり、前記キヤピラリ１３の近傍に独立して設け
ている。この放電電極部２３は、第３図および第
４図に合わせて示すように、全体を略Ｌ字状に形
成した中空の電極２４を有し、その上側の端部に
一体的に設けた枢軸２５を装置固定部の軸受２６
に軸支させることにより、電極２４全体を図示矢
印方向に揺動でき、これにより電極２４の下側部
２４ａを前記キヤピラリ１３の下方位置、つまり
Alワイヤ１の先端の直下位置とキヤピラリ１３
の側方位置（退避位置）との間で移動させること
ができる。この場合、前記枢軸２５の一部にクラ
ンク２７を形成し、このクランク２７と新たに設
けた電磁ソレノイド２８とを連結杆２９にて連結
することにより、ソレノイド２８の往復移動を電
極２４の前記した揺動に変化できる。更に、前記
電極２４の下側部２４ａ上面には複数個の透孔３
０を形成してその中空内部と連通させると共に、
この下側部２４ａを包囲するようにして円筒状の
カバー３１を取着している。このカバー３１は上
側一部に略円周の４分の１の切欠き３２を形成
し、電極２４が下動したときにAlワイヤ１の先
端がこの切欠き３２を通してカバー３１内に侵入
位置されるようにしている。一方、前記電極２４
の基端には中空内部に連通するチユーブ３３を連
設し、このチユーブ３３を通して前記電極２４内
に後述するガスを供給する。また、この電極２４
と前記クランパ１７との間には、図示のような電
源回路３４を接続し、これによりクランパ１７、
即ちこれに導通されるAlワイヤ１を陽極とする
と共に電極２４を陰極とし、電極２４からAlワ
イヤ１に向かつて放電アークを生成させるように
している。
そして、本実施例においては前記したガスとし
て還元作用のあるガス、例えばH2、CO、N2O、
CH4等のガスを使用し、これらのガスを電極２４
の下側部２４ａの透孔３０からカバー３１内に噴
出させ、カバー内つまり電極２４とAlワイヤ１
との間を還元性ガス雰囲気に保つようにしている
のである。
以上の構成によれば、最初に電磁ソレノイド２
８の伸長作用によつてクランク２７および枢軸２
５を揺動すれば、電極下側部２４ａは下方へ揺動
してAlワイヤ１の直下位置に揺動位置され、Al
ワイヤ１の先端をカバー３１内に侵入させる。そ
して、電極２４の中空内部を通して透孔３０から
噴出された還元性ガスにより、カバー３１内、つ
まりAlワイヤ１と電極２４との間を還元性ガス
雰囲気に保持した上で電源回路３４をオン作動す
れば、Alワイヤ１と電極２４との間で放電アー
クが発生し、このアークのエネルギによつてAl
ワイヤ１先端が溶融してボールが形成されること
になる。このとき、本例ではAlワイヤ１は還元
性ガス雰囲気でボール形成が行なわれるため、
Alワイヤ表面のアルミナが還元されてアルミニ
ウムとなりこの状態で溶融されるので、Alワイ
ヤ先端は内部および表面の全体が均一に溶融され
ることになり、したがつて均一な表面張力が発生
して真球度の高いボールが形成されることになる
のである。
また、このとき生成される放電アークは、Al
ワイヤと電極の極性に基づき、電極２４からAl
ワイヤ１に向かつて生ずるので、所謂クリーニン
グ作用（アークがAlワイヤ表面の新しい酸化膜
を求めて走り回る現象、Alワイヤ先端からその
近傍の広い範囲にわたつてアークが生じる作用）
が生じることはなく、これによりAlワイヤのボ
ール形成箇所以外に熱の影響をおよぼすことはな
い。したがつて、ボール直上部にくびれを生成さ
せることもない。
ボールの形成後は、電磁ソレノイド２８の短縮
によつて枢軸２５および電極２４は上方へ向かつ
て揺動され、電極下側部２４ａはAlワイヤ１の
直下位置から退避される。したがつて、ボンデイ
ングアーム１２の揺動に伴なつてキヤピラリ１３
を下動させれば、Alワイヤ１を半導体構体２０
のペレツト２２上に熱圧着させることができるの
であり、形成したボールの真球度の向上によつて
信頼性の高いワイヤボンデイングを行なうことが
できるのである。
次に本発明のワイヤボンデイング方法の他の実
施例を説明する。他の例は電極２４内に供給する
ガスとして、前例の還元性ガスに加えてサーマル
ピンチ作用のあるガスを添加したガスを使用する
点に特徴を有する。この種のガスとしてはH2、
He、CH4、N2等があり、このガスがAlワイヤ１
と電極２４との間の雰囲気中に存在すれば、放電
アークがAlワイヤ１の先端部に集中するという
所謂サーマルピンチ作用が得られ、これにより放
電エネルギがAlワイヤ先端に集中してボール形
成に有効に利用され、真球度の向上と共に省エネ
ルギの点でも有効である。なお、このサーマルピ
ンチ作用はAlワイヤと電極の極性に拘らず発生
するので、電源回路３４が図示のものに限定され
ることはない。また、ガスにH2、CH4、COを使
用すれば、H2、CH4、COは両方の作用を有して
いるので単独で両方の効果を得ることができる。
以上のようにして形成された半導体装置の一例
を第５図に示す。この半導体装置４０はリードフ
レーム２１上にペレツト２２をAu−Si共晶４１
等にて固着した上で、Alワイヤ１にてペレツト
２２のパツド４２とリードフレーム２１のインナ
リード４３をワイヤ接続し、レジン４４にてモー
ルド封止している。Alワイヤ１は前述のように
ボール形成した上で熱圧着により接続を行なう。
また、Alワイヤ１とインナリード４３との接続
を良好なものにするためにインナリード４３の表
面にAgまたはAuのめつき層４５を形成してい
る。
このような半導体装置では、Agワイヤに代え
てAlワイヤを使用するので低価格に製作できる。
また、熱圧着法を用いているのでボンデイングの
方向性がなく、ワイヤボンダの構成（特にボンデ
イングステージやボンデイングヘツドの構成）を
簡単化することができ、かつボンデイングスピー
ドが向上できる。また、ボールの真球度が向上し
たことにより、ボンデイングの信頼性を向上する
こともできる。
ここで、電極部２３の構成としては、第６図な
いし第８図に示すような構成としてもよい。第６
図のものは、電極２４の下側部２４ａに取着する
カバー３１Ａの一端を開放する一方、カバー３１
Ａの一部にガス供給口３５を形成し、この供給口
３５を通してカバー３１Ａ内にガスを満たそうと
するものであり、Alワイヤ１の先端にガスを吹
きかける方式である。第７図のものは、カバー３
１Ｂの両端を閉塞する点では第３図のものと同時
であるが、ガス供給口３６をカバー３１Ｂに直接
設けてガスを切欠部３２へ向けて直接的に直流さ
せ、Alワイヤ１の近傍でガスを噴き上げるよう
にした方式である。第８図のものは、前述の各例
のものとは全く異なりキヤピラリ１３のの外周に
カバー３７を一体に取着し、キヤピラリ１３とカ
バー３７との間にガスを供給することにより、ガ
スをカバー３７の下端開口３８からAlワイヤ１
の先端に吹き下げるようにした方式である。
これらの各例においても、Alワイヤの先端を
所定のガス雰囲気に保持する点では全て共通して
おり、このガスに還元性ガスを使用すること、ま
たは還元性ガスとサーマルピンチ作用のあるガス
との混合ガスを使用することは必要に応じて選択
できる。
なお、本発明においては、放電用電源の電圧、
電流、時間等の電気的要因やAlワイヤと電極と
の距離等の機械的要因、更にはガス濃度等の化学
的要因等によつてボールの真球度やその寸法等に
若干の影響を受けることがあり、これらの要因は
要求されるボールの寸法等に合わせて適宜設定す
ることが肝要である。因みに、H2濃度変化によ
るボール径／ワイヤ径の特性変化を第９図に示
す。この特性はN2ガス中に含まれるH2濃度で示
しており、H2濃度が高い程ボールが真球に近づ
くことがわかる。したがつて、H2消費量をコス
ト等を比較した上で満足できるボールの得られる
H2濃度に設定すればよい。
以上のように本発明のワイヤボンデイング方法
によれば、ワイヤと電極との間、更に言えばワイ
ヤ先端の雰囲気を還元性雰囲気に保つて両者間に
放電アークを生成せしめるよう構成し、更にサー
マルピンチ作用が生ずるようなガス雰囲気に保つ
ように構成しているので、Alなどの酸化容易な
金属製ワイヤ先端に形成するボールの真球度を向
上すると共にワイヤのくびれを防止し、更にワイ
ヤと電極との極性を考慮することにより前述した
真球度やくびれを更に向上し、Alなどの酸化容
易な金属製ワイヤを使用したワイヤボンデイング
の信頼性を一層向上することができるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来装置の一部の概略構成図、第２図
は本発明のワイヤボンデイング方法に用いられる
ワイヤボンダの一部の正面図、第３図はその要部
の拡大斜視図、第４図は第３図のＡ−Ａ線断面
図、第５図はワイヤボンデイング方法によつて作
られた半導体装置の断面図、第６図ないし第８図
は夫々異なる変形例を示す斜視図および正面断面
図、第９図はH2濃度とボール形状の関係を示す
特性図である。 １…Alワイヤ、１０…XYテーブル、１１…ボ
ンデイングヘツド、１２…ボンデイングアーム、
１３…キヤピラリ、１７…クランパ、１９…ボン
デイングステージ、２０…半導体構体、２１…リ
ードフレーム、２２…ペレツト、２３…放電電極
部、２４…電極、２４ａ…下側部、３０…透孔、
３１，３１Ａ，３１Ｂ…カバー、３２…切欠き、
３４…電源、３５，３６…供給口、３７…カバ
ー、４０…半導体装置、４２…パツド、４３…イ
ンナリード、４４…レジン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化しやすいワイヤ先端と、それと離間して
    対向する場所に電極を位置させ、前記ワイヤを陽
    極に電極を陰極として、更に前記ワイヤ先端と電
    極間を還元性でかつサーマルピンチ作用を有する
    ガスの雰囲気に保つことにより、前記ワイヤ先端
    と電極間で放電させて前記ワイヤ先端にボールを
    形成し、前記ボールを被ボンデイング部に接続す
    ることを特徴とするワイヤボンデイング方法。 ２ 前記還元性でかつサーマルピンチ作用を有す
    るガスとして、すくなくともH2，CO，CH4のい
    づれかひとつのガスを用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載のワイヤボンデイング方
    法。 ３ 前記ワイヤ先端の延在方向に対して、前記還
    元性でかつサーマルピンチ作用を有するガスをワ
    イヤ先端に吹き付けることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項又は第２項記載のワイヤボンデイン
    グ方法。
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