JPH08236568A - ワイヤボンディング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法および装置

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JPH08236568A
JPH08236568A JP7041697A JP4169795A JPH08236568A JP H08236568 A JPH08236568 A JP H08236568A JP 7041697 A JP7041697 A JP 7041697A JP 4169795 A JP4169795 A JP 4169795A JP H08236568 A JPH08236568 A JP H08236568A
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wire
bonding
discharge current
loop height
electric torch
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Junichi Hirata
淳一 平田
Kunihiro Tsuchiya
邦浩 土屋
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Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低ループのループ高さにできるワイヤボンデ
ィング装置を提供する。 【構成】 ワイヤスペックおよび目標とするループ高さ
を入力する入力部１６と、放電電流によってボンディン
グワイヤの先端部を溶融してボールを形成する電気トー
チと、入力されたワイヤスペックとループ高さからボン
ディングワイヤの再結晶化を行う電気トーチの放電電流
値を決定する制御部１５と、この制御部１５により決定
された値の放電電流を電気トーチに発生させる放電ユニ
ット１４と、ボールを半導体チップのパッド電極に圧着
して半導体チップとインナリードとを電気的に接続する
ボンディングツールとを有するもので、放電電流による
ボンディングワイヤの再結晶長さを制御して目標のルー
プ高さを得るワイヤボンディング装置である。

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方法
および装置に関し、特に、ボールボンディングによるワ
イヤボンディングにおいて低ループのループ高さを得る
ことのできる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置においては、実装密度の向上
などの観点から薄型化が要求されている。そして、この
ような薄型パッケージの要求を実現するには、半導体チ
ップ自体の薄型化、リードフレームのタブ下げ構造化な
どの他に、ボンディングワイヤの低ループ化という手法
がある。つまり、所定の回路が形成されてリードフレー
ムに搭載された半導体チップはボンディングワイヤによ
ってインナリードと電気的に接続されるが、このとき半
導体チップからインナリードに向けてループを描いて延
びるボンディングワイヤの高さを抑えることによって薄
型パッケージを実現しようとするアプローチである。
【０００３】ここで、電気トーチによりボンディングワ
イヤの先端にボールを形成し、これをキャピラリで圧着
して半導体チップのパッド電極側の接続を行うボールボ
ンディングにあっては、図５に示すように、ボールを圧
着したキャピラリ３９を所定の高さ（以下「リバース開
始高さ」という。）Ｌ1 に上げてからこれを半導体チッ
プ３３の中央部方向に所定量（以下「リバース量」とい
う。）Ｌ2 だけ移動させ、再度上昇させることによって
ボンディングワイヤ３０を折り曲げて屈曲点Ｓを形成
し、その後インナリード３２ａに向かって移動させる軌
跡Ａを採用してボンディングすることが考えられる。
【０００４】このようなワイヤボンディングに関する技
術を詳しく記載している例としては、たとえば、オーム
社発行、「ＬＳＩハンドブック」（昭和59年11月30日発
行）、P406〜P411がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ここで、公知ではない
が本発明者が検討した前記キャピラリ３９の軌跡Ａで
は、屈曲点Ｓがループの頂点に位置するようになるの
で、パッド電極３３ａから屈曲点Ｓまでの距離であるリ
バース開始高さＬ1 とリバース量Ｌ2 との合計値（Ｌ1
＋Ｌ2 ）を小さくすればボンディングワイヤ３０を低ル
ープにすることができるはずである。
【０００６】しかしながら、リバース開始高さＬ1 は、
キャピラリ３９をリバースさせるときにこれが半導体チ
ップ３３と干渉しない高さ以上にとらなければならず、
また、リバース量Ｌ2 も屈曲点Ｓを形成するためにはあ
る程度の量は必要である。したがって、前記した技術で
は、前記したリバース開始高さＬ1 とリバース量Ｌ2と
の合計値を小さくするにも限界があり、たとえば従来の
ループ高さ 200μｍを半分の 100μｍ程度にするなどと
いった大幅な低ループ化は困難であると予想される。
【０００７】そこで、本発明の目的は、低ループのルー
プ高さを得ることのできるワイヤボンディングについて
の技術を提供することにある。
【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。
【００１０】すなわち、本発明によるワイヤボンディン
グ方法は、ボンディングワイヤを再結晶化する電気トー
チの放電電流値を決定し、決定された放電電流値に沿っ
た放電電流を電気トーチに発生させてボンディングワイ
ヤの先端部を溶融してボールを形成し、ボンディングツ
ールによってボールを半導体チップのパッド電極に圧着
して半導体チップとインナリードとを電気的に接続する
ものである。
【００１１】また、本発明によるワイヤボンディング装
置は、ワイヤスペックおよび目標とするループ高さを入
力する入力部と、放電電流によってボンディングワイヤ
の先端部を溶融してボールを形成する電気トーチと、入
力されたワイヤスペックとループ高さからボンディング
ワイヤを再結晶化する電気トーチの放電電流値を決定す
る制御部と、この制御部により決定された値の放電電流
を電気トーチに発生させる放電ユニットと、ボールを半
導体チップのパッド電極に圧着して半導体チップとイン
ナリードとを電気的に接続するボンディングツールとを
有するものである。ワイヤボンディング装置は、熱圧着
のワイヤボンディング装置であっても超音波併用の熱圧
着ワイヤボンディング装置であってもよい。
【００１２】
【作用】上記した手段によれば、ボンディングワイヤを
再結晶化する電気トーチの放電電流値をワイヤスペック
と目標とするループ高さにより決定し、この放電電流値
に沿った放電電流でボンディングワイヤの再結晶長さを
制御することにより、所望のループ高さを得ることがで
きる。
【００１３】したがって、キャピラリの軌跡によりワイ
ヤボンディングしてループを形成する場合と比べて、低
ループのループ高さを得ることが可能になる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて詳
細に説明する。
【００１５】図１は本発明の一実施例であるワイヤボン
ディング装置を示す概略図、図２は図１のワイヤボンデ
ィング装置によるループ高さの制御機構を示すブロック
図、図３は図１のワイヤボンディング装置における放電
電流と再結晶長さとの関係を示すグラフ図、図４は再結
晶長さとループ高さとの関係を示す説明図である。
【００１６】図１に示す本実施例のワイヤボンディング
装置には、水平方向に移動自在とされたＸ−Ｙテーブル
２が設けられ、このＸ−Ｙテーブル２の上部には、垂直
方向に移動自在とされたボンディングヘッド３が取り付
けられている。そして、ボンディングヘッド３のアーム
軸受け５に支持されてボンディングアーム４が設けられ
ている。
【００１７】ボンディングアーム４には、超音波発振子
７が内蔵されたホーン支持ブロック８が取り付けられて
いる。そして、図示しない超音波発信源によって駆動さ
れる超音波発振子７で生成される超音波振動が、ホーン
支持ブロック８を介してボンディングアーム４に取り付
けられた超音波発振ホーン６の先端部に固定されたキャ
ピラリ（ボンディングツール）９に伝達される。また、
このように設けられたキャピラリ９は、Ｘ−Ｙテーブル
２、ボンディングヘッド３およびボンディングアーム４
の動作を制御するボンディングツール駆動部１により動
作されるようになっている。
【００１８】軸心にボンディングワイヤ１０を通すため
の細孔（図示せず）が開設されたキャピラリ９は、その
近傍に設けられた電気トーチ１１からの放電電流によっ
てボンディングワイヤ１０の先端に形成されたボール１
０ａ（図４）をリードフレーム１２上に搭載された半導
体チップ１３のパッド電極（図示せず）に熱圧着方式で
押圧してボンディングする。つまり、このワイヤボンデ
ィング装置は、圧力と熱に加えて超音波振動も利用した
超音波併用熱圧着ワイヤボンディング装置である。但
し、本発明にあっては、超音波振動を併用しない通常の
熱圧着ワイヤボンディング装置であってもよい。
【００１９】電気トーチ１１から放電電流を発生させる
放電ユニット１４は制御部１５からの制御信号により動
作されるようになっている。この制御部１５は入力部１
６と電気的に接続されており、図２にて詳しく示すよう
に、入力部１６で入力されたワイヤ材、ワイヤ径および
ワイヤ硬さというワイヤスペックとループ高さ（つま
り、ワイヤボンディングにおいて目標されるところのル
ープ高さ）とが制御部１５に送られ、ここで放電電流値
が算出されるようになっている。
【００２０】このように、前記のような入力情報に基づ
いて制御部１５で放電電流値を決定して放電ユニット１
４を制御するプロセス、および放電電流値をコントロー
ルする理由は次のようなものである。
【００２１】すなわち、ボール１０ａを形成するための
放電電流と、この放電電流の熱影響つまりアニール効果
によって再結晶化するボンディングワイヤ１０の再結晶
長さとには、図３に示すように、放電電流が大きくなれ
ばなるほど再結晶長さが短くなる関係があることに本発
明者は着目したものである。
【００２２】具体的には、ワイヤ材としてＡｕを用いた
本実施例の場合には、放電電流値が20mAのときの再結晶
長さは約 180μｍであり、50mAのときの再結晶長さは約
110μｍである。そして、再結晶化するとその部分が硬
化することになるが、これがループ高さに大きな影響を
与え、図４（ａ）に示すように、再結晶長さが約 110μ
ｍのときのループ高さが約 130μｍであるのに対して、
図４（ｂ）に示すように、再結晶長さが約 180μｍのと
きのループ高さは約 170μｍである。これは、再結晶化
した部分と再結晶化していない部分との境界でボンディ
ングワイヤ１０が屈曲してループの頂部に位置するよう
になることによる。すなわち、再結晶化領域が短く境界
部分がボール１０ａに近くなるとループの高さは低くな
り（図４（ａ））、逆に再結晶化領域が長く境界部分が
ボール１０ａから遠くなるとループ高さは高くなる（４
（ｂ））。
【００２３】したがって、放電電流値を調整することに
よって（つまり、低いループ高さを得ようとする場合
には放電電流値を大きくして再結晶長さを短くし、境界
部分をボール１０ａに近づけることによって、高いル
ープ高さを得ようとする場合には放電電流値を小さくし
て再結晶長さを長くし、境界部分をボール１０ａから遠
ざけることによって）、キャピラリ９の軌跡に依存しな
いループ高さが得られることになる。
【００２４】ボンディングワイヤ１０のループ高さは放
電電流による再結晶長さに依存する性質のものではある
が、放電電流値に対する再結晶長さは、個々のボンディ
ングワイヤ１０のワイヤスペック（つまりワイヤ材、ワ
イヤ径およびワイヤ硬さ）により異なっている。したが
って、制御部１５に予め各種のワイヤスペック、このワ
イヤスペックに対応した放電電流値と再結晶長さとの関
係、そして結晶長さとループ高さとの関係をインプット
しておけば、入力部１６から使用ワイヤのスペックと目
標のループ高さという情報から送られてくれば、放電電
流値が自動的に決定されることになるからである。な
お、ワイヤスペックは前記した３つの項目の全てに限定
されるものではなく、いずれか１つあるいは２つの項目
であってもよく、これ以外の項目を加えてもよい。
【００２５】キャピラリ９の細孔には、スプール（図示
せず）から供給されるボンディングワイヤ１０が貫通さ
れており、スプールとキャピラリ９との間に設けられた
クランパ２１によって適時にこのボンディングワイヤ１
０が挟まれるようになっている。
【００２６】キャピラリ９の下方には、半導体チップ１
３の搭載されたリードフレーム１２が送給されるフレー
ムフィーダ２２が位置している。このフレームフィーダ
２２には、半導体チップ１３を加熱してたとえばＡｕよ
りなるボンディングワイヤ１０とＡｌよりなるパッド電
極との間の金属の拡散を促すヒータ２３が、リードフレ
ーム１２と接触するヒータブロック２４に内蔵して設け
られている。
【００２７】次に、このようなワイヤボンディング装置
によるボンディング動作について説明する。
【００２８】まず、ワイヤ材、ワイヤ径およびワイヤ硬
さのワイヤスペックと目標のループ高さを、図示しない
ディスプレイを見ながら入力部１６を操作して入力する
と、制御部１５で放電電流量が決定され、放電ユニット
１４はこれに沿った放電電流を電気トーチ１１に発生さ
せる状態に移行する。たとえば、図４（ａ）に従ってル
ープ高さを 130μｍと入力すると、制御部１５によって
再結晶長さが 110μｍとされ、図３に従ってこの再結晶
長さとするための放電電流値が50mAと決定される。そし
て、放電ユニット１４に対して、電気トーチ１１により
50mAの放電電流を発生させる指示が行われる。
【００２９】そして、ワイヤボンディング装置を動作さ
せると、キャピラリ９に貫通されたボンディングワイヤ
１０の先端部には、電気トーチ１１による50mAの放電電
流によってボール１０ａが形成される。したがって、こ
のときのボンディングワイヤ１０の再結晶長さは 110μ
ｍである。
【００３０】次に、ボンディングツール駆動部１に駆動
されたＸ−Ｙテーブル２によって、キャピラリ９の先端
部が目標とする半導体チップ１３のパッド電極の直上部
に位置決めされる。そして、ボンディングアーム４が半
導体チップ１３の方向に移動することによってキャピラ
リ９がパッド電極上に着地し、ボンディングワイヤ１０
の先端部に形成されたボール１０ａが押圧されて熱圧着
され、超音波発振ホーン６を介してキャピラリ９に超音
波振動が伝達されて、ボンディングワイヤ１０が半導体
チップ１３に圧着される。
【００３１】ボンディングワイヤ１０の先端が半導体チ
ップ１３に圧着されると、キャピラリ９が移動してイン
ナリード１２ａ（図４）上に降下し、これによってルー
プが形成される。本実施例の場合、ボンディングワイヤ
１０の再結晶長さは 110μｍであるから、そのループ高
さは、図４（ａ）にしたがって、目標値と等しい 130μ
ｍになる。キャピラリ９によってボンディングワイヤ１
０の側面部がインナリード１２ａに押圧されると同時に
キャピラリ９に超音波振動が印加されてループ端が圧着
される。最後に、クランパ２１によってボンディングワ
イヤ１０が固定された状態でキャピラリ９が上昇し、こ
れによってボンディングワイヤ１０が切断されて半導体
チップ１３とインナリード１２ａ間のワイヤボンディン
グが完了する。
【００３２】そして、このような一連のボンディング動
作を繰り返すことによって、複数のパッド電極とインナ
リード１２ａ間が全て電気的に接続される。
【００３３】このように、本実施例に示すワイヤボンデ
ィング装置によれば、入力部１６からのワイヤスペック
と目標とするループ高さにより制御部１５で放電電流値
を決定し、この放電電流値に沿った放電電流を電気トー
チ１１に発生させてアニール効果によりボンディングワ
イヤ１０の再結晶長さを制御することにより、ループを
任意の高さに自動設定することが可能になる。
【００３４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００３５】たとえば、本実施例においては、ボンディ
ングワイヤ１０にはＡｕ線が用いられているが、たとえ
ばＡｌ線やＣｕ線などのような他の金属とすることが可
能である。
【００３６】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。
【００３７】(1).すなわち、本発明によるワイヤボンデ
ィングの技術によれば、ボンディングワイヤを再結晶化
する電気トーチの放電電流値をワイヤスペックと目標と
するループ高さにより決定し、この放電電流値に沿った
放電電流でボンディングワイヤの再結晶長さを制御する
ことにより、目標値通りのループ高さを得ることができ
る。
【００３８】(2).したがって、放電電流を大きくすれ
ば、キャピラリの軌跡によりワイヤボンディングしてル
ープを形成する場合と比べて、大幅に低ループ化された
ループ高さを得ることが可能になる。
【００３９】(3).また、目標とするループ高さとワイヤ
スペックを入力するだけで所望のループ高さを得ること
ができるので、ループ高さが短時間で設定可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す概略図である。
【図２】図１のワイヤボンディング装置によるループ高
さの制御機構を示すブロック図である。
【図３】図１のワイヤボンディング装置における放電電
流と再結晶長さとの関係を示すグラフ図である。
【図４】再結晶長さとループ高さとの関係を示す説明図
であり、（ａ）は50mAの放電電流における関係を、
（ｂ）は20mAの放電電流における関係をそれぞれ示す。
【図５】本発明者が検討対象としたキャピラリの軌跡を
示す概略図である。
【符号の説明】
１ ボンディングツール駆動部 ２ Ｘ−Ｙテーブル ３ ボンディングヘッド ４ ボンディングアーム ５ アーム軸受け ６ 超音波発振ホーン ７ 超音波発振子 ８ ホーン支持ブロック ９ キャピラリ（ボンディングツール） １０ ボンディングワイヤ １０ａ ボール １１ 電気トーチ １２ リードフレーム １２ａ インナリード １３ 半導体チップ １４ 放電ユニット １５ 制御部 １６ 入力部 ２１ クランパ ２２ フレームフィーダ ２３ ヒータ ２４ ヒータブロック ３０ ボンディングワイヤ ３２ａ インナリード ３３ 半導体チップ ３３ａ パッド電極 ３９ キャピラリ Ａ 軌跡 Ｌ1 リバース高さ Ｌ2 リバース量 Ｓ 屈曲点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディングワイヤを再結晶化する電気
    トーチの放電電流値を決定し、 決定された放電電流値に沿った放電電流を電気トーチに
    発生させて前記ボンディングワイヤの先端部を溶融して
    ボールを形成し、 ボンディングツールによって前記ボールを半導体チップ
    のパッド電極に圧着して前記半導体チップとインナリー
    ドとを電気的に接続し、 放電電流による前記ボンディングワイヤの再結晶長さを
    制御して所望のループ高さを得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】 ワイヤスペックおよび目標とするループ
    高さを入力する入力部と、 放電電流によってボンディングワイヤの先端部を溶融し
    てボールを形成する電気トーチと、 入力されたワイヤスペックとループ高さから前記ボンデ
    ィングワイヤを再結晶化する前記電気トーチの放電電流
    値を決定する制御部と、 前記制御部により決定された値の放電電流を前記電気ト
    ーチに発生させる放電ユニットと、 前記ボールを半導体チップのパッド電極に圧着して前記
    半導体チップとインナリードとを電気的に接続するボン
    ディングツールとを有し、 放電電流による前記ボンディングワイヤの再結晶長さを
    制御して所望のループ高さを得ることを特徴とするワイ
    ヤボンディング装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のワイヤボンディング装置
    において、このワイヤボンディング装置は荷重と熱と超
    音波振動とを利用してボンディングを行う超音波併用熱
    圧着ワイヤボンディング装置であることを特徴とするワ
    イヤボンディング装置。
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