JPH06104319A - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング方法

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JPH06104319A
JPH06104319A JP4249499A JP24949992A JPH06104319A JP H06104319 A JPH06104319 A JP H06104319A JP 4249499 A JP4249499 A JP 4249499A JP 24949992 A JP24949992 A JP 24949992A JP H06104319 A JPH06104319 A JP H06104319A
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laser
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film
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Toshiyuki Takahashi
敏幸 高橋
Ryoichi Kajiwara
良一 梶原
Mitsuo Kato
光雄 加藤
和弥 ▲高▼橋
Kazuya Takahashi
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】ボンディングツールのワイヤ２の圧着面にレー
ザ吸収膜３，３ａ、ワイヤ圧着面とレーザ光線５の入射
面以外にレーザ反射膜を施し、ツールに入射したレーザ
光線５を吸収膜に集光させて加熱し、吸収膜３，３ａか
らワイヤに直接伝熱する。 【効果】被ボンディング部の半導体素子を加熱しないの
で、素子の加熱による破損及び劣化を防ぐことができ
る。また吸収膜のみを加熱しその熱伝導でワイヤを加熱
することで、ツールを加熱せずに効率が良くなり、低出
力のレーザ光線でボンディングできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光線及び超音波
エネルギを利用したワイヤボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の配線等に用いられるワイヤボン
ディング方法は、主に超音波併用熱圧着方法である。こ
の方法はワイヤを圧着して超音波接合するときに加熱す
ることでボンディング部分の接合性を向上させているの
だが、この場合、試料台上に半導体素子を固定して試料
台を加熱し、試料台からの伝熱により半導体素子を加熱
している。そのため被ボンディング部の半導体素子の電
極部分のみでなく、能動領域までも含んだ半導体素子全
体を加熱してしまう。その結果、半導体素子の破損や劣
化を引き起こす。そのため近年では局部的に加熱する熱
源としてレーザ光線が用いられている。レーザ光線を熱
源とする利点は、１）光学的透明体を透過する高エネル
ギ光線であること。２）光線がレンズ及び反射鏡によ
り、ビーム形状及びビームの拡大・縮小の加工が可能で
あること。３）光線を反射鏡及び光透過ファイバ等によ
り任意部所に移動照射可能であること等にある。レーザ
光線によるワイヤ加熱の方式は、特開昭62−210633号公
報に記載されるように（１）ワイヤにレーザ光線を直接
照射してワイヤを加熱する、もしくは特開平2−151047
号公報に記載のように（２）レーザ光線をツールに照射
して加熱し、ツールからの熱伝導によりワイヤを加熱す
る等が公知されている。特に特開平2−151047 号公報で
は、開放端と閉鎖端の存在するツールがレーザ・エネル
ギ吸収用の膜を閉鎖端内側に備え、光ファイバを開放端
から内側に通してレーザ光線を照射しレーザ吸収膜を加
熱して、ツール閉鎖端内側からツール閉鎖端外側に熱を
伝えた後ワイヤに熱を伝える方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の
（１）の方式の場合、レーザ光線を反射しやすく、吸収
しにくいワイヤは加熱しにくく、そのため加熱するため
には高いレーザ出力が必要になるため、エネルギ効率が
悪い。また上記の（２）のようにツールを介して熱をワ
イヤに伝える方法においても、またレーザ・エネルギか
ら変換した熱エネルギがそのままワイヤの加熱に用いら
れるのではなく、ツールを加熱するため高いレーザ出力
が必要になり、効率も悪い。閉鎖端内側にレーザ吸収膜
を備える場合にも、同様にツールを介してワイヤを加熱
するため、ツールを部分的に加熱し、熱集中性が悪く、
効率も悪い。また閉鎖端内側からワイヤ圧着部まで伝熱
時間がかかるため熱応答性が悪く、その結果、レーザ光
線を照射してワイヤが加熱された後にボンディングする
必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】レーザ光線をツールに入
射してツール内部を透過させ、ツール内部で乱反射した
レーザ光線に関しては反射膜により反射させて、ワイヤ
圧着部表面のレーザ吸収膜に集光し、そのレーザ・エネ
ルギを吸収させ熱に変換し、その熱を直接ワイヤに伝え
ることにより上記目的は達成される。特にレーザ吸収膜
については膜厚を薄くすることで熱応答性を良くするこ
とができる。
【０００５】
【作用】本発明によれば、レーザ光線をワイヤ加熱に利
用しており、被ボンディング部の半導体素子を加熱しな
いので、素子の加熱による破損及び劣化を防ぐことがで
きる。また、レーザ光線の反射率が高く、吸収率が低い
ワイヤを直接レーザ照射により加熱する場合には高いレ
ーザ出力を要したり、ツール自体をレーザ加熱する場合
にはツールのレーザ光線の透過率が高く、吸収率が低い
ため同様に高いレーザ出力を要するのに対し、本発明で
は、レーザ光線をツールの加熱のために使用せず吸収膜
のみの加熱に用いており、吸収膜の熱伝導性を良くする
ことで効率良くワイヤを加熱できる。ツールに入射した
レーザ光線のうち乱反射したものには反射膜により再反
射させ、ワイヤ圧着部の吸収膜に集光させることで、更
に効率良く低出力のレーザ光線でボンディングできる。
なお超音波振動による吸収膜の摩耗については摩耗しず
らいものを用いることで摩耗を防げる。
【０００６】
【実施例】
〈実施例１〉図１は、ボールボンディングにおいて使用
される代表的な形状のキャピラリ１にレーザ吸収膜，反
射膜を備えた図、キャピラリ１においてワイヤ２は上面
から中空を通して圧着面である下面に向かって導かれ、
ボールの形成は下面のワイヤ先端で行なわれる。レーザ
光線５は円形のビーム形状であり、特にビーム径をキャ
ピラリ１上面以下に絞ってある。レーザ吸収膜３はボー
ル圧着面であるキャピラリ下面に、レーザ反射膜は外側
面，レーザ未照射の上面部及びワイヤ導入用中空に施さ
れている。発生させたレーザ光線５は反射膜，吸収膜の
設けていないキャピラリ上面に照射され、キャピラリ内
部で乱反射した光はツール側面の反射膜４で反射され、
キャピラリ下部でレーザ光線が集光され、吸収膜３で熱
に変換される。この熱がボールに伝わり、ボールが加熱
される。
【０００７】図２は図１のキャピラリを搭載したワイヤ
ボンディング装置の断面図であり、図３は、図２のワイ
ヤボンディング装置のボンディング工程を示す。まず、
キャピラリ先端に突き出したワイヤを、図示していない
電気トーチにより加熱してボールを形成する。キャピラ
リ１を降下させ半導体素子７の電極８にボールを圧着す
る。キャピラリ１にレーザ発生装置６により発生させた
レーザ光線５を照射して吸収膜３を加熱し、熱伝導によ
りキャピラリ下部にあるボールを加熱する。ボール加熱
後、超音波を印加して第一次ボンディングを行なう。な
お圧着とボール加熱の順序についてはボール加熱が先で
もよい。次に稼動させキャピラリ１を上昇させ、第二次
ボンディングの位置のインナーリード９までキャピラリ
１を移動させる。そして、キャピラリを降下させてワイ
ヤを圧着する。第一次ボンディングと同様にレーザ光線
をキャピラリ１に照射し吸収膜を加熱し、熱伝導により
キャピラリ下部にあるワイヤを加熱しながら、超音波を
印加して第二次ボンディングを行なう。
【０００８】超音波併用熱圧着方式では接合条件を半導
体素子の加熱温度３００℃，荷重５０ｇ，超音波出力１
Ｗで行なっていたが、レーザ光線５をＹＡＧレーザを用
い、レーザ吸収膜３に酸化鉄、レーザ反射膜４にＡｕを
使用し、ツール材質をルビーとして荷重，超音波出力を
同じにしてレーザ光線を照射してボンディング工程を行
なったところ、レーザ出力１０Ｗにおいて素子の加熱な
しで接合することができた。なお吸収膜に酸化ジルコニ
ウムもしくは酸化アルミニウム、及び反射膜にＣｕもし
くはＡｌを使用しても同様の効果が得られる。
【０００９】〈実施例２〉図４は、ボールを形成せずに
ワイヤを圧着し超音波接合するウェッジボンディングに
おける代表的な形状のウェッジツール１０にレーザ吸収
膜，反射膜を設けた様子を示す。レーザ光線５にＣＯ2
レーザ、吸収膜３にダイヤモンド膜、反射膜４にＣｕを
使用し、ツール材質をルビーとした。なお、レーザビー
ム径はツールのレーザ照射面以下とした。実施例１と同
じようにレーザ光線を照射することでワイヤを加熱する
ことができた。
【００１０】このようにツール形状に関係なく、またワ
イヤ導入の位置に関係なくワイヤ圧着面及びレーザ光線
照射面以外に反射膜を設け、ワイヤ圧着面に吸収膜を設
けることにより吸収膜からの伝熱でワイヤの加熱が行な
える。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ光線をワイヤ加
熱に利用しており、被ボンディング部の半導体素子を加
熱しないので、素子の加熱による破損及び劣化を防ぐこ
とができる。ツールに入射したレーザ光線のうちツール
内部で乱反射したものには反射膜により再反射すること
でツール外部には透過させず、ワイヤ圧着部の吸収膜に
レーザ光線を集光させて吸収させているので、吸収膜の
みを加熱し、その熱伝導でワイヤを加熱しているので、
ツールを加熱せずにエネルギ効率が良くなり、低出力の
レーザ光線でボンディングできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の示すキャピラリの断面図。
【図２】本発明の示すワイヤボンディング装置の断面
図。
【図３】本発明の示すボンディング工程図。
【図４】本発明の示すウエッジツールの断面図。
【符号の説明】
１…キャピラリ、２…ワイヤ、３，３ａ…レーザ光線吸
収膜、４，４ａ…レーザ光線反射膜、５…レーザ光線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 和弥 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＡｕもしくはＡｌもしくはＣｕまたはこれ
    らを一種類以上含むワイヤを用い、加圧し超音波接合す
    るワイヤボンディング装置において、レーザ光線を照射
    するレーザ光線発生装置を備え、ボンディングツールは
    レーザ光線の透過率が高く、レーザ・エネルギを吸収し
    熱に変換するレーザ吸収膜をワイヤ圧着部分に備え、レ
    ーザ光線を照射してレーザ吸収膜を加熱し、ワイヤへの
    熱伝導によりワイヤを加熱し、圧着，超音波接合するこ
    とを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記レーザ吸収膜は、
    前記レーザ光線の吸収率が高く、熱伝導性が良く、かつ
    対摩耗性に優れているワイヤボンディング方法。
  3. 【請求項３】請求項１または２において、前記ボンディ
    ングツールは、レーザ光線入射部及びレーザ吸収膜以外
    の部分にレーザ反射膜を備え、乱反射したレーザ光線を
    レーザ吸収膜に集光させるワイヤボンディング方法。
JP4249499A 1992-09-18 1992-09-18 ワイヤボンディング方法 Pending JPH06104319A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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