JPH088285B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置のチップとリードを接合するワ
イヤボンディング方法に関する。
イヤボンディング方法に関する。
（従来の技術） ワイヤボンディング装置は、第３図に示すように半導
体チップ25上の電極26とリードフレーム24上のインナー
リードを金属細線（以下金線で説明する）により接続す
るものである。
体チップ25上の電極26とリードフレーム24上のインナー
リードを金属細線（以下金線で説明する）により接続す
るものである。
第２図にそのワイヤボンディング装置の概観を示す。
機構動作について説明する。ボンディングヘッド２
は、Ｘ−Ｙテーブル１の駆動により、キャピラリ21の先
端をチップ25の電極26とリードフレーム24のインナーリ
ード間を移動させる。キャピラリ21のＺ方向上下移動
は、以下のように行なわれる。回転板７に取り付けられ
たモーター（図示せず）を駆動することにより、軸６を
中心に回転板１を回転し、ピン８を介して枠体４を軸３
を中心に上下動させる。ホーン16は支持具11を介して枠
体４のストッパ13にばね12とリニアモータ14の推力によ
り押しあてられ、枠体４の上下動と一体に動作する。枠
体４の回転中心とホーン16の回転中心は同一で軸３とな
っている。回転板７のモーター駆動により、キャピラリ
21がＺ方向移動を行なう。
は、Ｘ−Ｙテーブル１の駆動により、キャピラリ21の先
端をチップ25の電極26とリードフレーム24のインナーリ
ード間を移動させる。キャピラリ21のＺ方向上下移動
は、以下のように行なわれる。回転板７に取り付けられ
たモーター（図示せず）を駆動することにより、軸６を
中心に回転板１を回転し、ピン８を介して枠体４を軸３
を中心に上下動させる。ホーン16は支持具11を介して枠
体４のストッパ13にばね12とリニアモータ14の推力によ
り押しあてられ、枠体４の上下動と一体に動作する。枠
体４の回転中心とホーン16の回転中心は同一で軸３とな
っている。回転板７のモーター駆動により、キャピラリ
21がＺ方向移動を行なう。
金線22接続のシーケンスについて説明する。超音波ホ
ーン16の先端に取り付けられたキャピラリ21に金線22を
通し、図示していないトーチ機構により金線22を球形に
する。トーチ機構は、トーチと金線22間に高圧電流を放
電し、そのエネルギにより金線22を溶融させ、球形にす
る。
ーン16の先端に取り付けられたキャピラリ21に金線22を
通し、図示していないトーチ機構により金線22を球形に
する。トーチ機構は、トーチと金線22間に高圧電流を放
電し、そのエネルギにより金線22を溶融させ、球形にす
る。
金線22を球形にした後、第１図のボンディングシーケ
ンスに従って、金線22の接合を行なう。キャピラリ21
は、Ｘ−Ｙテーブル１の駆動により、チップ25の電極26
上に移動し、第４図のキャピラリ21のＺ変位シーケンス
に従って動作して、キャピラリ21をチップ25の電極26と
リードフレーム24のインナーリード間を移動して金線22
のループ形状を成形する。
ンスに従って、金線22の接合を行なう。キャピラリ21
は、Ｘ−Ｙテーブル１の駆動により、チップ25の電極26
上に移動し、第４図のキャピラリ21のＺ変位シーケンス
に従って動作して、キャピラリ21をチップ25の電極26と
リードフレーム24のインナーリード間を移動して金線22
のループ形状を成形する。
次に、金線22の接合について述べる。接合は、熱圧着
と超音波振動の併用によって行なわれる。第４図のキャ
ピラリ21のＺ変位に示すように、キャピラリ21は、チッ
プ側にはじめ速いスピードで下降し、サーチ高さに達し
たポイントで減速し、その後等速度運動を行なう。この
等速度運動により、チップ25高さが多少ばらついても、
同一の衝撃力となるよう接合の安定性を図っている。等
速度で衝突した金線22は、第５図の状態で、ばね12とリ
ニアモーター14による負荷荷重と衝撃力により、第６図
のように金線22がつぶれ、その後試料23に取り付けられ
てヒーター（図示せず）の熱とキャピラリ21の圧着力と
超音波振動の併用により、金線22の接着面に合金層を生
成し、接合が完了する。
と超音波振動の併用によって行なわれる。第４図のキャ
ピラリ21のＺ変位に示すように、キャピラリ21は、チッ
プ側にはじめ速いスピードで下降し、サーチ高さに達し
たポイントで減速し、その後等速度運動を行なう。この
等速度運動により、チップ25高さが多少ばらついても、
同一の衝撃力となるよう接合の安定性を図っている。等
速度で衝突した金線22は、第５図の状態で、ばね12とリ
ニアモーター14による負荷荷重と衝撃力により、第６図
のように金線22がつぶれ、その後試料23に取り付けられ
てヒーター（図示せず）の熱とキャピラリ21の圧着力と
超音波振動の併用により、金線22の接着面に合金層を生
成し、接合が完了する。
超音波振動は、第２図の超音波発振器18により超音波
振動子17を発振させ、ホーン16で増幅してキャピラリ21
に振動を伝導し、金線22を加振する。金線とリードにつ
いても同様の手順により接合が行なわれる。
振動子17を発振させ、ホーン16で増幅してキャピラリ21
に振動を伝導し、金線22を加振する。金線とリードにつ
いても同様の手順により接合が行なわれる。
金線の接合は、上記のように超音波振動を利用する
が、超音波振動の発振のタイミングは、第４図の超音波
発振器18の出力波形（１）に示すように金線22がチップ
25に接触した後に印加されていた。
が、超音波振動の発振のタイミングは、第４図の超音波
発振器18の出力波形（１）に示すように金線22がチップ
25に接触した後に印加されていた。
金線22とチップ25の接触の検出は以下のように行なわ
れる。第２図において、キャピラリ21が下降してチップ
25上に接触すると、ホーン16の上下動が停止する。しか
し、枠体４はモーターにより回転を継続するため、ホー
ン16の支持具11と枠体４のストッパ13間にすきまが生じ
る。このすきまを変位センサ19により検出して、第４図
の変位センサ19から電圧出力のようにすきまに対応した
電圧出力が得られる。この電圧があるレベルを越えたポ
イントで接触検出を行なう。
れる。第２図において、キャピラリ21が下降してチップ
25上に接触すると、ホーン16の上下動が停止する。しか
し、枠体４はモーターにより回転を継続するため、ホー
ン16の支持具11と枠体４のストッパ13間にすきまが生じ
る。このすきまを変位センサ19により検出して、第４図
の変位センサ19から電圧出力のようにすきまに対応した
電圧出力が得られる。この電圧があるレベルを越えたポ
イントで接触検出を行なう。
上記のように、接触検出を行なった後、ディレタイム
T4の後、超音波発振器18より超音波振動がT5タイム金線
に印加される。
T4の後、超音波発振器18より超音波振動がT5タイム金線
に印加される。
（発明が解決しようとする課題） 従来は、前述したような方法で超音波振動が金線に印
加されていたが、半導体チップの種類によっては、電極
面のAl膜がより硬く、あるいは表面酸化膜がより硬く厚
く、また、電極面積が小さいものがある。
加されていたが、半導体チップの種類によっては、電極
面のAl膜がより硬く、あるいは表面酸化膜がより硬く厚
く、また、電極面積が小さいものがある。
電極面が、硬い場合、確実に接合するためにはより大
きな超音波振動が必要となるが、この場合第６図に示す
金線22の衝突によるつぶれ後の面積が大きくなりすぎて
短絡事故や接合不良など問題が多かった。
きな超音波振動が必要となるが、この場合第６図に示す
金線22の衝突によるつぶれ後の面積が大きくなりすぎて
短絡事故や接合不良など問題が多かった。
この問題の解決法として、第４図の超音波発振器18の
出力波形（２）のようにサーチ高さから超音波振動を印
加して、金線22がチップ25に接触する前から超音波振動
を印加して接合力を向上させる手法があるが、この場
合、第５図に示すように金線22の接触面積が小さい場合
でも、つぶれた状態での最適な振動を印加しているた
め、接触面に過大な超音波振動が加わり、その結果、チ
ップ電極26下にクラック（割れ）を発生し、これが不良
発生の原因となっていた。
出力波形（２）のようにサーチ高さから超音波振動を印
加して、金線22がチップ25に接触する前から超音波振動
を印加して接合力を向上させる手法があるが、この場
合、第５図に示すように金線22の接触面積が小さい場合
でも、つぶれた状態での最適な振動を印加しているた
め、接触面に過大な超音波振動が加わり、その結果、チ
ップ電極26下にクラック（割れ）を発生し、これが不良
発生の原因となっていた。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、とくに
チップ電極面が硬いものや電極面積の小さい半導体チッ
プを用いた製品に対応して良好なワイヤボンディング方
法を提供することを目的としている。
チップ電極面が硬いものや電極面積の小さい半導体チッ
プを用いた製品に対応して良好なワイヤボンディング方
法を提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） 本発明のワイヤボンディング方法は、金線に印加する
超音波振動印加を２段階とし、金線とチップの衝突前に
事前に第１次の超音波振動を印加し、この第１次の超音
波振動の振幅は、電極下にクラックを発生させないレベ
ルであり、かつ、金線がチップに接触した状態での最適
な振動とし、金線接触時より接合を進行させ、衝突後は
金線のつぶれた面積に適した第２次の超音波振動を印加
することを特徴としている。
超音波振動印加を２段階とし、金線とチップの衝突前に
事前に第１次の超音波振動を印加し、この第１次の超音
波振動の振幅は、電極下にクラックを発生させないレベ
ルであり、かつ、金線がチップに接触した状態での最適
な振動とし、金線接触時より接合を進行させ、衝突後は
金線のつぶれた面積に適した第２次の超音波振動を印加
することを特徴としている。
（作用） この方法によれば、金線の接触面積に応じた超音波振
動を印加することができ、金線のつぶれ径を増大させる
ことなく、接合強度を増加することができる。
動を印加することができ、金線のつぶれ径を増大させる
ことなく、接合強度を増加することができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。
第１図は、本発明によるワイヤボンディングシーケン
スを示したものである。キャピラリ21のＺ下降中のサー
チ高さの等速度運動開始点より変位１μｍ程度より小さ
い超音波振動（振幅A1）を印加する。この振幅A1は、チ
ップ電極26下にクラックを発生させないレベルであり、
20〜30μｍ径程度の金線22がチップ25に接触したポイン
トで接合を進行させていくのに最適な振幅である。な
お、この実施例では、振動数60kHzの超音波振動を使
う。
スを示したものである。キャピラリ21のＺ下降中のサー
チ高さの等速度運動開始点より変位１μｍ程度より小さ
い超音波振動（振幅A1）を印加する。この振幅A1は、チ
ップ電極26下にクラックを発生させないレベルであり、
20〜30μｍ径程度の金線22がチップ25に接触したポイン
トで接合を進行させていくのに最適な振幅である。な
お、この実施例では、振動数60kHzの超音波振動を使
う。
金線22が、チップ25に接触した後は、変位センサ19の
出力変動を検知して接触を検出する。接触検出後、ディ
レイタイムT4後に超音波振幅をA1から変位１μｍ程度の
A2に変化させ、金線22のつぶれ径増大に応じた超音波振
動を印加して金線の接合を行なう。
出力変動を検知して接触を検出する。接触検出後、ディ
レイタイムT4後に超音波振幅をA1から変位１μｍ程度の
A2に変化させ、金線22のつぶれ径増大に応じた超音波振
動を印加して金線の接合を行なう。
従来、金線22とチップ25の接触検知は、変位センサに
より行なっていたが、本発明によれば、接触より前に超
音波振動を行なっているため、接触時に超音波ホーン16
への負荷が変化するため、超音波振動にも変化があらわ
れる。この変化を検出し、接触を検知することもでき
る。
より行なっていたが、本発明によれば、接触より前に超
音波振動を行なっているため、接触時に超音波ホーン16
への負荷が変化するため、超音波振動にも変化があらわ
れる。この変化を検出し、接触を検知することもでき
る。
また、本発明では、第２次超音波振動の振幅はA1から
A2へ急に立ち上がっているが、立ち上がりをゆっくりに
して、金線のつぶれ状態に応じた超音波振動としてもよ
い。この場合は、クラックの発生をさらに減らすことが
可能となる。A1からA2への変化は任意の変化率で行なわ
れる。
A2へ急に立ち上がっているが、立ち上がりをゆっくりに
して、金線のつぶれ状態に応じた超音波振動としてもよ
い。この場合は、クラックの発生をさらに減らすことが
可能となる。A1からA2への変化は任意の変化率で行なわ
れる。
一般に半導体チップの電極面には、Al膜、Al−Si膜、
Al−Si−Ca膜、等が有り、単一膜から種々積み重ねた多
層膜まである。これらの膜は、それぞれ性質に差があ
り、硬度、表面酸化膜質、表面酸化膜硬度、表面酸化膜
厚さ、等が異なる。硬く、厚く、ダメージに強い膜質の
半導体チップの電極には、大きな振幅の一次超音波振動
を印加し、薄く、ダメージに弱い膜質の電極には、小さ
な振幅の一次超音波振動を印加するように適宜設定する
事で多様な半導体装置のワイヤボンディングが最適な条
件で行なうことができる。
Al−Si−Ca膜、等が有り、単一膜から種々積み重ねた多
層膜まである。これらの膜は、それぞれ性質に差があ
り、硬度、表面酸化膜質、表面酸化膜硬度、表面酸化膜
厚さ、等が異なる。硬く、厚く、ダメージに強い膜質の
半導体チップの電極には、大きな振幅の一次超音波振動
を印加し、薄く、ダメージに弱い膜質の電極には、小さ
な振幅の一次超音波振動を印加するように適宜設定する
事で多様な半導体装置のワイヤボンディングが最適な条
件で行なうことができる。
実施例では、ボンディング方法として超音波熱圧着法
で説明したが、超音波ボンディング法でも適用できる。
この場合は、金属細線にはアルミニウム線を用いると良
い。
で説明したが、超音波ボンディング法でも適用できる。
この場合は、金属細線にはアルミニウム線を用いると良
い。
本発明によれば、金線がチップに接触する前に超音波
振動を行っているので接触時に超音波ホーンへの負荷が
変化する。この変化は超音波振動にも現れるので、前述
のようにこの変化を検出し、接触を検知することができ
る。この接触前に振動変化を検知してその接触を知るこ
とは、例えば、特開平１−241838号公報にも記載されて
いるように公知であるが、この公知例の振動は、超音波
ホーンから発振している励振用振動であり、直接ボンデ
ィングに用いる超音波振動とは異なるので、超音波振動
を接触前に発振することを特徴とする本発明の接触前の
発振を接触検知に用いることは前記公知例とは別異のも
のである。通常前記励振用振動は常に出力されており、
本発明のものでも図示していないが励振用電流・電圧は
発振されている。この励振用振動は実際の振動時より電
圧レベルが小さく上、ボンディングに用いることはでき
ない。本発明では、接触前の振動を接触検知に利用する
ことができるので励振用振動を接触検知に利用する必要
はない。
振動を行っているので接触時に超音波ホーンへの負荷が
変化する。この変化は超音波振動にも現れるので、前述
のようにこの変化を検出し、接触を検知することができ
る。この接触前に振動変化を検知してその接触を知るこ
とは、例えば、特開平１−241838号公報にも記載されて
いるように公知であるが、この公知例の振動は、超音波
ホーンから発振している励振用振動であり、直接ボンデ
ィングに用いる超音波振動とは異なるので、超音波振動
を接触前に発振することを特徴とする本発明の接触前の
発振を接触検知に用いることは前記公知例とは別異のも
のである。通常前記励振用振動は常に出力されており、
本発明のものでも図示していないが励振用電流・電圧は
発振されている。この励振用振動は実際の振動時より電
圧レベルが小さく上、ボンディングに用いることはでき
ない。本発明では、接触前の振動を接触検知に利用する
ことができるので励振用振動を接触検知に利用する必要
はない。
本発明によれば、金線の接触面積と電極面の膜質に応
じた超音波振動を与えることができるので金線と電極の
接合力をより向上させることができる。また、どのよう
な種類の電極に対しても最適な条件でワイヤボンディン
グが行なえるなど顕著な効果が認められる。
じた超音波振動を与えることができるので金線と電極の
接合力をより向上させることができる。また、どのよう
な種類の電極に対しても最適な条件でワイヤボンディン
グが行なえるなど顕著な効果が認められる。
第１図は本発明のワイヤボンディングのシーケンス図、
第２図は本発明に用いるワイヤボンディング装置の概観
図、第３図はワイヤボンディングの概観図、第４図は従
来のワイヤボンディングのシーケンス図、第５図は金線
と電極の初期接触図、第６図は金線がつぶれた後の電極
との接触図。 16……ホーン、18……超音波発振器、 21……キャピラリ、22……金線、 23……試料台、24……リードフレーム、 25……半導体チップ、26……半導体チップの電極。
第２図は本発明に用いるワイヤボンディング装置の概観
図、第３図はワイヤボンディングの概観図、第４図は従
来のワイヤボンディングのシーケンス図、第５図は金線
と電極の初期接触図、第６図は金線がつぶれた後の電極
との接触図。 16……ホーン、18……超音波発振器、 21……キャピラリ、22……金線、 23……試料台、24……リードフレーム、 25……半導体チップ、26……半導体チップの電極。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体チップの電極とリードフレームのリ
ードとを超音波ホーンの先端に通した金属細線で接続す
るワイヤボンディング方法において、前記金属細線が前
記電極に接触する前に、この接触した状態での接合に最
適な第１次の超音波振動を前記金属細線に印加する工程
とこの接触後に前記金属細線のつぶれた面積に適した第
２次の超音波振動を前記金属細線に印加することを特徴
とするワイヤボンディング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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