JPH06132343A - ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法

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JPH06132343A
JPH06132343A JP4276905A JP27690592A JPH06132343A JP H06132343 A JPH06132343 A JP H06132343A JP 4276905 A JP4276905 A JP 4276905A JP 27690592 A JP27690592 A JP 27690592A JP H06132343 A JPH06132343 A JP H06132343A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 弱いエネルギーで確実にワイヤボンディング
できる装置と方法を提供することを目的とする。 【構成】 ワイヤボンダＡと、活性化されたガス分子に
より基板１０やチップ９の表面をクリーニングするクリ
ーニング装置Ｂと、ワイヤボンダＡとクリーニング装置
Ｂに基板１０を受渡しする受渡し手段を構成し、且つワ
イヤボンダＡの下方に、基板１０が載置される載置部１
２とキャピラリツール２とを包囲するケース１１と、こ
のケース１１の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス
供給部２３とを設けた。 【効果】 チップ９や基板１０の電極を活性化されたガ
スでクリーニングした後、弱いエネルギーでワイヤボン
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】本発明はワイヤボンディング装置
及びワイヤボンディング方法に係り、詳しくは、基板の
表面を活性化されたガス分子でクリーニングした後、不
活性ガス雰囲気中において、ワイヤによりチップの電極
と基板の電極を接続するワイヤボンディング装置及びワ
イヤボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ウェハーから切り出されたチップをリー
ドフレームやプリント基板などの基板に搭載した後、ワ
イヤボンディング装置によりチップの電極と基板の電極
を接続するワイヤボンディングが行われる。
【０００３】ワイヤボンディングは、ホーンの先端部に
保持されたキャピラリツールにワイヤを挿通し、ワイヤ
の下端部近傍のトーチに電圧を印加することにより、ワ
イヤとトーチの間に電気的スパークを発生させてワイヤ
の下端部にボールを形成し、次にキャピラリツールを下
降させてこのボールをチップの電極に押し付けてボンデ
ィングした後、キャピラリツールを基板の電極の上方へ
移動させ、再度キャピラリツールを下降させてワイヤを
電極にボンディングするようになっている。
【０００４】チップの電極は、アルミニウムや金などの
金属により形成されており、大気中で酸化されて、その
表面に酸化膜が生じる。またチップの電極には空気中の
有機物が付着して汚染されている。この酸化膜や汚染物
（有機物）は導電性を低下させ、またボールのボンディ
ング性を低下させる。したがって、ワイヤボンディング
は、キャピラリツールを超音波振動させながら、ボール
を電極に強く押し付けることにより、電極の表面がえぐ
られ、その新鮮な金属面を露出させながら行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キャピ
ラリツールを超音波振動させながらボールをチップの電
極に強く押し付けると、その衝撃のためにチップにクラ
ックが生じやすい。このクラックには大気中の湿気が侵
入し、チップの表面に形成された回路パターンの絶縁性
を破壊する。またボールを電極に強く押し付けると、ボ
ールは偏平に変形してその外形が大きくなることから、
隣り合う電極上のボールが接触しないように電極間のピ
ッチを大きくとらねばならず、チップの小型高集積化を
困難にする一因になっていた。また基板の電極にも酸化
膜が生じており、この酸化膜が導電性やボンディング性
を低下させる原因となっていた。また前記有機汚染物
は、超音波振動によっても除去することは困難であっ
た。
【０００６】したがって、本発明は上記従来装置の問題
点を解消して、弱いエネルギーで確実にワイヤボンディ
ングできるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディ
ング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このために本発明は、不
活性ガス雰囲気のケース内でワイヤボンディングを行う
ワイヤボンダと、ケーシング内の活性化されたガス分子
で基板の表面をクリーニングするクリーニング装置と、
このケースとケーシングをゲートバルブで連結するとと
もに、このケースとケーシングの間で基板を受渡しする
受渡し手段とから構成されている。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、クリーニング装置のケーシ
ング内で活性化されたガス分子を基板の表面に衝突させ
てチップの電極や基板の電極の表面の酸化膜や有機物を
クリーニングした後、ゲートバルブを通してこの基板を
ワイヤボンダのケースに収納する。そしてこのケース内
の不活性ガス雰囲気中において、キャピラリツールによ
りワイヤボンディングを行う。この場合、チップや基板
の電極の表面の酸化膜や有機物は予めクリーニングして
除去されているので、ボールやワイヤを弱い力で電極に
ボンディングできる。
【０００９】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【００１０】図１は本発明のワイヤボンディング装置の
一実施例の全体側面図であり、図２は上記実施例の部分
断面図である。このワイヤボンディング装置はワイヤボ
ンダＡと，プラズマクリーニング装置（クリーニング装
置）Ｂと、両者Ａ，Ｂの間で基板１０を受渡しする受渡
し手段を備えている。
【００１１】先ず、図１と図２を参照しながら、ワイヤ
ボンダＡの詳細な構造を説明する。ホーン１の先端部に
キャピラリツール２が保持されている。キャピラリツー
ル２にはワイヤ３が挿通されている。ホーン１の基端部
にはホーン１を超音波振動させる圧電素子４が装着され
ており、またホーン１は駆動部５に片持ち支持されてい
る。この駆動部５の内部には、ホーン１をピン８を中心
に上下方向Ｎ１に揺動させるための駆動手段が内蔵され
ている。この駆動手段は周知手段であり、その説明は省
略する。
【００１２】駆動手段５はモータＭＸに駆動されるＸテ
ーブル６に結合されており、またＸテーブル６はモータ
ＭＹに駆動されるＹテーブル７に支持されており、Ｙテ
ーブル７はモータＭＺに駆動されるＺテーブル８に支持
されている。したがってモータＭＸ，ＭＹが駆動する
と、ホーン１やキャピラリツール２はＸ方向やＹ方向に
水平移動し、またモータＭＺが駆動するとホーン１やキ
ャピラリツール２は昇降する。
【００１３】キャピラリツール２の下方にはケース１１
が設けられており、ケース１１の内部には基板１０の載
置部１２が設けられている。図１に示すように、載置部
１２はシリンダ１３のロッド１３ａに支持されており、
シリンダ１３のロッド１３ａが突没すると、載置部１２
は昇降する。図２に示すように、ケース１１の上面には
開口部１４があり、モータＭＺが駆動すると、キャピラ
リツール２の下端部はこの開口部１４に出入する。開口
部１４の下側に設けられた開閉蓋１５は、モータ１６の
回転軸１７に固着されたブラケット１８に結合されてお
り、モータ１６が駆動すると、回転軸１７を中心に水平
回転して開口部１４の下側を開閉する。
【００１４】図１において、２１はチッソガスをケース
１１内に供給するパイプ、２２は切替バルブ、２３はチ
ッソボンベやチッソガス発生器などの不活性ガス供給部
であり、バルブ２２を開くと、ケース１１の壁部に穿孔
された通気路２４（図２参照）を通って、開口部１４内
に不活性ガスとしてのチッソガスが吹き出され、開口部
１４内はチッソガス雰囲気となる（図５も参照）。
【００１５】２５はこの開口部１４に設けられたトーチ
であり、このトーチ２５に電圧が印加されると、ワイヤ
３の下端部との間に電気的スパークが生じ、チッソガス
雰囲気中において、ワイヤ３の下端部にボール３ａが形
成される。また図１に示すように、ケース１１にはパイ
プ２６が接続されており、バルブ２７を開くと、ポンプ
２８によりケース１１内のガスは排気され、ケース１１
内は真空吸引される。ケース１１の左側上面には開閉扉
２９が設けられており、この開閉扉２９をピン３０を中
心に回転させて開くことにより、ケース１１に基板１０
を出し入れする。９は基板１０に搭載されたチップであ
る。
【００１６】図２において、前記駆動部５にはプレート
状のカバー体２０が取付具１９を介して取り付けられて
いる。キャピラリツール２はこのカバー体２０のセンタ
ーの孔部２０ａに上下動自在に遊挿されている。前記モ
ータＭＺが駆動すると、カバー体２０はホーン１やキャ
ピラリツール２と一体的に上下動し、開口部１４の上側
を開閉する。図３に示すように、カバー体２０が下降
し、また前記開閉蓋１５が開口部１４の下側を塞いだ状
態で、開口部１４の内部は略密室Ｔとなり、そこで上述
のようにこの密室Ｔ内にチッソガスなどの不活性ガスを
供給し、不活性ガス雰囲気中でワイヤボンディングを行
う。３９は気密用パッキンである。
【００１７】次に図１を参照しながらプラズマクリーニ
ング装置Ｂを説明する。このプラズマクリーニング装置
Ｂは、本出願人が先に提案した特開平３−１５９１４３
号公報に記載されたものと原理的に同じものであり、以
下簡単に説明する。ケーシング３１の内部には、電極を
兼ねた基板１０の載置体３２が設けられている。載置体
３２はシャフト３３に支持されており、シャフト３３は
シリンダ３４のロッド３５に支持されている。したがっ
てロッド３５が突没すると、載置体３２は昇降する。ま
た載置体３２には電源３６が接続されており、高電圧が
印加される。また載置体３２の上方には導電板３７が設
けられており、この導電板３７はアース線３８でアース
されている。
【００１８】４１はアルゴンガスなどの放電ガスをケー
シング３１に供給する放電ガス供給部であって、パイプ
４２を介してケーシング３１に接続されている。４３は
バルブである。またケーシング３１には、パイプ４５が
接続されており、ポンプ４４を駆動してケーシング３１
内のガスを吸引除去する。４６はバルブである。前記ケ
ース１１とケーシング３１は、ゲートバルブ５０を介し
て連絡されている。ゲートバルブ５０は、ケース１１と
ケーシング３１の真空状態を保持しながら、基板１０を
ケース１１とケーシング３１の間で受渡しするものであ
り、それ自体は周知のものであるので、詳細な構造の説
明は省略する。
【００１９】次に、図１を参照しながら基板１０の受渡
し手段を説明する。５１は前記ケース１１の左側部に設
けられた水平なロッドであり、ナット５２に片持ち支持
されている。このナット５２はＸ方向のボールねじ５３
が螺合している。ゲートバルブ５０が開いた状態でモー
タ５４が駆動してボールねじ５３が回転すると、ナット
５２とロッド５１は右方へ移動し、載置部１２上の基板
１０を、ケーシング３１内の載置体３２上へ押送して受
け渡す。したがって上記構成部品５１〜５４は、第１の
受渡し手段を構成している。
【００２０】ケーシング３１内には、水平なシャフト６
２に沿ってＸ方向に移動するロッドレスシリンダ６１が
設けられている。ゲートバルブ５０が開いた状態でこの
ロッドレスシリンダ６１が左方に移動することにより、
その長尺のアーム６３の先端部で載置体３２上の基板１
０をケース１１内の載置部１２上へ押送して受け渡す。
すなわちこれらの構成部品６１，６２，６３は第２の受
渡し手段を構成している。６４は基板１０のガイドレー
ルである。上記のように構成されたワイヤボンディング
装置について、次に図６（ａ）〜（ｈ）を参照しながら
動作を説明する。
【００２１】図１において、開閉扉２９を開き、基板１
０を載置部１２に載せて、開閉扉２９を閉じる（図６
（ａ）も参照）。このとき、図６（ａ）に示すように、
ケース１１は大気圧、ケーシング３１は真空状態でアル
ゴンガスが充満している。次にポンプ２８を駆動してケ
ーシング１１内を真空排気してケーシング１１内を真空
状態とした後（図６（ｂ））、ゲートバルブ５０を開い
てモータ５４を駆動し、ロッド５１を右方へ移動させる
ことにより、図６（ｃ）に示すように基板１０をケース
１１からケーシング３１の載置体３２上へ搬送する。
【００２２】次にロッド５１は左方へ移動し、ゲートバ
ルブ５０は閉じる。また放電ガス供給部４１からケーシ
ング３１へアルゴンガスなどの放電ガスを供給し、ケー
シング３１に放電ガスが十分に充満されたならば、載置
体３２に高電圧を印加する。するとケーシング３１内に
プラズマ放電が生じ、これにより生じたアルゴンガス分
子、アルゴンイオン、マイナス電子などが活性化して基
板１０やチップ９の表面に衝突し、これらの電極表面の
酸化膜や有機物をえぐり取って除去する（図６（ｄ）参
照）。
【００２３】このようにしてプラズマクリーニングが終
了したならば、ゲートバルブ５０を開いた後、ロッドレ
スシリンダ６１を左方へ移動させて、ケーシング３１の
載置体３２上の基板１０をケース１１の載置部１２上へ
搬送する（図６（ｅ））。このとき、ケース１１内はポ
ンプ２８を駆動することにより真空状態を保持してい
る。図２は、このようにして、プラズマクリーニングが
終了した基板１０が載置部１２上に受渡された状態を示
している。
【００２４】次に、図３に示すように、モータＭＺを駆
動してカバー体２０を下降させるとともにゲートバルブ
５０を閉じ、カバー体２０で開口部１４の上面側を略遮
蔽し、また不活性ガス供給部２３からケース１１内や開
口部１４内にチッソガスを供給する（図６（ｆ）参
照）。チッソガスが供給されることにより、ケース１１
内は真空状態から徐々に大気圧状態となる。なおこの場
合、カバー体２０は開口部１４の上面側を完全には遮蔽
しておらず、チッソガスの一部はカバー体２０とケース
１１の上面との間のすき間から、矢印Ｎ２（図３参照）
で示すように少しずつ外部に流出する。
【００２５】次に図４に示すように、モータ１６を駆動
して開閉蓋１５を開くとともに、シリンダ１３のロッド
１３ａを突出させて基板１０を開口部１４の真下まで上
昇させる。この状態で、ワイヤボンダＡを運転して、チ
ップ９の電極と基板１０の電極をワイヤ３で接続する
（図６（ｇ）参照）。このワイヤボンディングは、ＸＹ
テーブル６，７を駆動してキャピラリツール２を水平方
向に移動させながら、駆動部５を駆動してホーン１を上
下方向Ｎ１に揺動させることにより行われる。
【００２６】このワイヤボンディング中にも、チッソガ
スは開口部１４に供給されており、電極が酸化されるの
を防止しながらワイヤボンディングを行う。勿論、この
ワイヤボンディングに先立って、チップ９や基板１０の
電極はプラズマクリーニングしているので、電極表面に
は酸化膜はなく、弱いエネルギーで確実にボンディング
できる。また従来の装置では、大気中の湿気が電極やボ
ール３ａに付着して、ボンディングを阻害しやすいもの
であったが、本装置では大気中の湿気が開口部１４内に
侵入することもないので、このような問題も解消でき
る。
【００２７】以上のようにしてワイヤボンディングが終
了したならば、不活性ガス供給部２３からのチッソガス
の供給を停止し、また載置部１２を下降させたうえで、
開閉扉２９を開いて基板１０をケース１１から取り出す
（図６（ｈ）参照）。このように本装置によれば、チッ
プ９や基板１０のプラズマクリーニングとワイヤボンデ
ィングとを、一連の作業として行うことができる。
【００２８】図７は本発明の他の実施例に係るクリーニ
ング装置の断面図である。４１Ａはガス供給部であっ
て、酸素（Ｏ2 ）やオゾン（Ｏ3 ）をケーシング３１に
供給する。基板１０の載置体３２の上方にはＵＶランプ
７１が設けられている。このＵＶランプ７１には電源７
２が接続されており、スイッチ７３を投入すると、ＵＶ
ランプ７１が点灯して基板１０にＵＶ光が照射される。
【００２９】ここで、ケーシング３１にガス供給部４１
Ａから酸素を供給してＵＶ光を照射すると、酸素はエネ
ルギー準位の高い酸素ラジカルとなり、基板１０の表面
に当ってこの表面に付着する有機物を酸化させてクリー
ニングし、炭酸ガスとなる。また酸素ラジカルは電極の
表面に衝突してその酸化膜を除去する。この炭酸ガスは
ポンプ４４を駆動することによりケーシング３１から吸
引除去される。
【００３０】またケーシング３１にガス供給部４１Ａか
らオゾンを供給した場合も、オゾンはＵＶ光を照射する
ことにより酸素ラジカルとなり、基板１０の表面がクリ
ーニングされる。
【００３１】本発明は上記実施例に限定されないのであ
って、例えば基板１０の受渡し手段としてはタイミング
ベルトなどを使用してもよく、また図１において、ケー
シング３１の右側からケーシング３１内に基板１０を搬
入し、プラズマクリーニングが終了した基板１０を左側
のケース１１内へ受渡し、ここでワイヤボンディングを
行った後、ケース１１の左面側から自動的に搬出するよ
うにしてもよく、全体のレイアウトや基板の受渡し手段
などは様々考えられる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、ワイヤボンディングに先立っ
てチップや基板の電極表面の酸化膜や有機物を活性化さ
れたガス分子で予め除去し、その後、不活性ガス雰囲気
中においてワイヤボンディングを行うようにしているの
で、弱いエネルギーで確実にボンディングでき、ボンデ
ィング時の衝撃によりチップにクラックが生じるのを解
消でき、しかも基板のクリーニングとワイヤボンディン
グを一連の作業として能率よく行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置の側面図
【図２】本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置のワイヤボンダの断面図
【図３】本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置のワイヤボンダの断面図
【図４】本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置のワイヤボンダの断面図
【図５】本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置のケースの部分平面図
【図６】本発明の一実施例に係るワイヤボンディング装
置の作業中の説明図
【図７】本発明の他の実施例に係るワイヤボンディング
装置のクリーニング装置の断面図
【符号の説明】
Ａ ワイヤボンダ Ｂ プラズマクリーニング装置 １ ホーン ２ キャピラリツール ３ ワイヤ ６，７ 移動手段（ＸＹテーブル） ９ チップ １０ 基板 １１ ケース １２ 載置部 ２３ ガス供給部 ３１ ケーシング ３２ 載置体（電極） ４１ 放電ガス供給部 ５１，５２，５３，５４，６１，６２，６３ 受渡し手
段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤが挿通されるキャピラリツールと、
    前記キャピラリツールを保持するホーンと、基板を載置
    する載置部と、前記載置部とキャピラリツールの少なく
    とも下端部を包囲するケースと、前記ケースの内部に不
    活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記キャピラ
    リツールを前記載置部に載置された基板に対して相対的
    に水平方向に移動させる移動手段とを有し、チップの電
    極と基板の電極とをワイヤで接続するワイヤボンダと、 ケーシングと、このケーシングにガスを供給するガス供
    給部と、ケーシング内のガス分子を活性化する活性化手
    段とを有するクリーニング装置とを備え、 前記ワイヤボンダのケースと前記クリーニング装置のケ
    ーシングをゲートバルブを介して連結するとともに、前
    記ケースと前記ケーシングの間に前記基板を受渡しする
    受渡し手段を設けたことを特徴とするワイヤボンディン
    グ装置。
  2. 【請求項２】クリーニング装置のケーシング内にチップ
    が搭載された基板を搬入するプロセスと、 前記ケーシング内に供給されたガスを活性化手段により
    活性化させて前記ガスの分子を前記基板の表面に衝突さ
    せることにより前記表面をクリーニングするプロセス
    と、 前記プロセスでクリーニングされた前記基板をゲートバ
    ルブを通してワイヤボンダのケースに収納するプロセス
    と、 前記ケースに不活性ガスを供給し、不活性ガス雰囲気中
    においてワイヤが挿通されたキャピラリツールを前記基
    板に対して相対的に水平方向に移動させながら、前記チ
    ップの電極と前記基板の電極を前記ワイヤで接続するプ
    ロセスと、 前記ワイヤの接続が終了した前記基板を前記ケースから
    搬出するプロセスと、を備えることを特徴とするワイヤ
    ボンディング方法。
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