JPH09283552A - ボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワイヤと被ボンディング面との接合部に効率よ
く超音波振動が伝達されて摺動し、接合面の汚れや酸化
物を除去することができ、ワイヤを被ボンディング面に
対して強固にボンディングできるボンディング装置を提
供することにある。 【解決手段】ボンディングツール１１の先端部でワイヤ
７を被ボンディング面に押圧するとともに、前記ボンデ
ィングツール１１に超音波を印加して前記ワイヤ７を被
ボンディング面にボンディングするボンディング装置に
おいて、前記ボンディングツール１１の先端部に、超音
波の振動方向（矢印ａ）と交差する方向にワイヤ保持溝
１２を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等
の半導体装置の組立てに使用するボンディング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップ等を基板等に実装し、半導
体チップと基板の配線パターンとをアルミニウム線や金
線等のワイヤで結線する際に用いるボンディング工程に
おいて、ボンディングツールの先端部でワイヤを被ボン
ディング面に押圧するとともに、前記ボンディングツー
ルに超音波を印加して前記ワイヤを被ボンディング面に
ボンディングするボンディング装置が知られている。

【０００３】ボンディング装置は、図６および図７に示
すように、ツールアーム１はリニアモータ等の駆動機構
２によって回動するようになっており、先端部にはボン
ディングツール３が設けられている。また、ツールアー
ム１には超音波発振器４と接続する超音波振動子５が設
けられ、超音波振動がツールアーム１を介してボンディ
ングツール３に伝達されるようになっている。

【０００４】さらに、ボンディングツール３の先端部近
傍にはワイヤクランパ６がワイヤ７をボンディングツー
ル３の先端部方向に案内するように斜めに取り付けられ
ている。また、ボンディングツール３の先端部にはワイ
ヤ７をガイドするためのガイド溝８が設けられ、ボンデ
ィング時にボンディングツール３の下面からワイヤ７が
逃げないようにし、ワイヤ７を被ボンディング面９に対
して押圧するとともに超音波を印加してボンディングを
行うようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のボン
ディングツール３は、ワイヤ７をガイドするためのガイ
ド溝８が超音波の振動方向（矢印ａ）と同方向、つまり
ガイド溝８と超音波の振動方向とが平行になっている。
そして、ワイヤクランパ６を介してボンディングツール
３の先端部に供給されたワイヤ７が無理なくガイド溝８
にガイドされるようになっている。

【０００６】しかしながら、超音波の振動方向（矢印
ａ）とワイヤ７とが平行であると、超音波を印加したと
きにガイド溝８とワイヤ７とが長手方向に摺動して超音
波エネルギーがワイヤ７に確実に伝達されない。つま
り、超音波振動がワイヤ７と被ボンディング面９との接
合部に十分に伝達されないため、十分な接合強度が得ら
れない。

【０００７】また、アルミニウム線のウェッジボンディ
ングの場合には加熱を行わないので、特に超音波の伝達
が接合には重要である。そこで、接合強度を得るために
超音波出力を増加すると、接合部形状が不安定となり、
目的とするボンディング部からワイヤ７がはみ出してシ
ョートや半導体チップへのダメージが問題となる。

【０００８】また、従来、ボンディングツール３のガイ
ド溝８の内部に突起を設け、超音波の伝達効率を向上さ
せたものもあるが、突起に相対する被ボンディング面９
の形状が凹部となり、接合部の引っ張り強度が低下する
という問題がある。

【０００９】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、ボンディング時の超
音波振動がワイヤに対して十分に伝達され、目的とする
ボンディング部へワイヤを十分な接合強度でボンディン
グできるボンディング装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、ボンディングツールの先端
部でワイヤを被ボンディング面に押圧するとともに、前
記ボンディングツールに超音波を印加して前記ワイヤを
被ボンディング面にボンディングするボンディング装置
において、前記ボンディングツールの先端部に、超音波
の振動方向と交差する方向にワイヤ保持溝を設けたこと
を特徴とする。

【００１１】請求項２は、請求項１のワイヤ保持溝は、
超音波の振動方向と直交する方向であることを特徴とす
る。請求項３は、請求項１のワイヤ保持溝は、その曲率
半径がワイヤの曲率半径より大きいことを特徴とする。

【００１２】ワイヤ保持溝を超音波の振動方向と交差す
る方向、好ましくは直交させることにより、ボンディン
グツールとワイヤとが一体的に超音波振動し、十分な接
合強度でボンディングできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１〜図５は第１の実施形態を
示し、従来と同一構成部分は同一番号を付して説明を省
略する。図１に示すように、ツールアーム１は超音波振
動子５によって矢印ａ方向に超音波振動するようになっ
ており、このツールアーム１の先端部にはボンディング
ツール１１がツールアーム１の対して直角に設けられて
いる。

【００１４】図２および図５に示すように、ボンディン
グツール１１の先端部は平坦面に形成され、この平坦面
にはワイヤ７を保持するワイヤ保持溝１２が設けられて
いる。このワイヤ保持溝１２は前記超音波振動子５によ
る超音波の振動方向（矢印ａ）と直交する方向に直線的
に刻設されており、その形状はワイヤ７より曲率半径が
大きい円弧状で、その深さはワイヤ７の直径より浅く、
ワイヤ７をワイヤ保持溝１２に沿わせたときワイヤ７の
外周の一部が平坦面から突出するようになっている。

【００１５】さらに、図３および図４に示すように、ボ
ンディングツール１１の先端部近傍の側部にはワイヤ７
を挟持して拘束したり、拘束を解除してワイヤ７を案内
するワイヤクランパ１３が斜めに取り付けられている。
また、ワイヤクランパ１３の下方にはワイヤクランパ１
３から導出されたワイヤ７をボンディングツール１１の
側方からワイヤ保持溝１２に対向する直下に案内するた
めの略くの字状に屈曲されたパイプからなるワイヤガイ
ド１４が取り付けられている。

【００１６】この場合、ワイヤクランパ１３およびワイ
ヤガイド１４はツールアーム１に対して固定してもよ
く、別部材に固定してもよい。さらに、ワイヤガイド１
４は円弧状に湾曲したパイプでもよく、ワイヤクランパ
１３から導出されたワイヤ７をボンディングツール１１
の側方からワイヤ保持溝１２に対向する直下に案内でき
る構造であればよい。

【００１７】次に、前述のように構成されたボンディン
グ装置の作用について説明する。ワイヤ供給部（図示し
ない）から供給されたワイヤ７はワイヤクランプ１３お
よびワイヤガイド１４を介してボンディングツール１１
の側方からワイヤ保持溝１２に対向する直下の被ボンデ
ィング面としての半導体チップ１５上に案内される。

【００１８】次に、駆動機構２の駆動によってツールア
ーム１が回動してボンディングツール１１が下降する
と、ボンディングツール１１の先端部に形成されたワイ
ヤ保持溝１２がワイヤ７の先端部に嵌合する。このと
き、ワイヤ７とワイヤ保持溝１２とが相対的に位置ずれ
していても、ワイヤ７よりワイヤ保持溝１２の曲率半径
が大きく形成されているため、ワイヤ保持溝１２によっ
てワイヤ７をワイヤ保持溝１２の中央部、つまり所定の
ボンディング部位に位置決めできる。

【００１９】前述のようにワイヤ７の先端部をワイヤ保
持溝１２によって保持した状態で、ボンディングツール
１１によりワイヤ７を半導体チップ１５に押し付け、次
に超音波振動子５を超音波振動すると、超音波振動はツ
ールアーム１を介してボンディングツール１１に伝達さ
れる。

【００２０】したがって、ワイヤ７と半導体チップ１５
との接合面において、ワイヤ７と半導体チップ１５の表
面金属との間で拡散が行われ、半導体チップ１５にボン
ディングされる。このとき、ワイヤ７はワイヤ保持溝１
２に嵌合保持されているため、超音波振動がワイヤ７に
確実に伝達されるとともに、ワイヤ保持溝１２が超音波
振動方向（矢印ａ）と直交しているために、ワイヤ保持
溝１２の内面とワイヤ７との間で摺動することはなく、
ワイヤ７と半導体チップ１５との接合部で摺動し、接合
面の汚れや酸化物を除去することができ、ワイヤ７を半
導体チップ１５に対して瞬時にボンディングできる。

【００２１】半導体チップ１５へのボンディングが完了
すると、超音波振動子５の超音波振動が停止し、ツール
アーム１の回動によってボンディングツール１１が上昇
する。そして、被ボンディング面としてのリード１６に
対するボンディングに移るが、ボンディング装置と被ボ
ンディング面との相対的な移動によってワイヤ７を繰り
出しながらボンディングツール１１がリード１６に対向
する。

【００２２】そして、再びツールアーム１が回動してボ
ンディングツール１１が下降し、ワイヤ７の中途部をワ
イヤ保持溝１２によって保持した状態で、ボンディング
ツール１１によりワイヤ７をリード１６に押し付ける。
そして、前述と同様に超音波振動子５を超音波振動する
ことによりリード１６にボンディングされる。

【００２３】リード１６に対するボンディング後、ボン
ディングツール１１は上昇し、次のボンディングに必要
なワイヤ７を繰り出した後、ワイヤクランパ１３がワイ
ヤ７の中途部を挟持し、再度ボンディングツール１１が
上昇してワイヤ７をリード６のボンディング点から引き
ちぎる。

【００２４】このように半導体チップ１５に対するボン
ディングおよびリード１６に対するボンディングにおい
て、ワイヤ７をボンディングツール１１の先端部に形成
したワイヤ保持溝１３によって保持することにより、所
定のボンディング部位にワイヤ７を確実にボンディング
でき、しかもワイヤ保持溝１３が超音波の振動方向（矢
印ａ）と直交しているために、ワイヤ保持溝１２の内面
とワイヤ７との間で摺動することはなく、ワイヤ７と半
導体チップ１５（リード１６）との接合部で摺動し、半
導体チップ１５（リード１６）に瞬時にボンディングで
きる。

【００２５】なお、前記第１の実施形態においては、ボ
ンディングツール１１の先端部に超音波の振動方向と直
交する方向にワイヤ保持溝１３を設けたが、ワイヤ保持
溝１３は超音波の振動方向と必ずしも直交する必要はな
く、平行ではなく、交差していればよい。

【００２６】

【発明の効果】この発明の請求項１によれば、ボンディ
ングツールの先端部に、超音波の振動方向と交差する方
向にワイヤ保持溝を設けたことにより、超音波振動時に
ワイヤ保持溝とワイヤとの間で摺動することはなく、ワ
イヤと被ボンディング面との接合部に効率よく超音波振
動が伝達されて摺動し、接合面の汚れや酸化物を除去す
ることができ、ワイヤを被ボンディング面に対して強固
にボンディングできる。

【００２７】請求項２によれば、ワイヤ保持溝が超音波
の振動方向と直交しているために、超音波振動時にワイ
ヤ保持溝とワイヤとの間での摺動を確実に防止し、ワイ
ヤと被ボンディング面との接合部に一層効率よく超音波
振動が伝達され、従来と同等の超音波出力で接合強度を
増加させることができる。

【００２８】請求項３によれば、ワイヤ保持溝の曲率半
径がワイヤの曲率半径より大きいため、ボンディングツ
ールの下降時にワイヤとワイヤ保持溝との相対位置にず
れていても、ボンディングツールの下降にともなってワ
イヤをワイヤ保持溝の中央へ導くことができ、ワイヤを
所定の被ボンディン面に確実にボンディングできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態のボンディング装
置の側面図。

【図２】同実施の形態のボンディングツールの先端部を
拡大して示す側面図。

【図３】同実施形態のボンディング装置の正面図。

【図４】同実施の形態のボンディングツールの先端部を
拡大して示す正面図および側面図。

【図５】同実施形態のボンディングツールの先端部の斜
視図。

【図６】従来のボンディング装置の側面図。

【図７】同ボンディングツールの先端部を拡大して示す
側面図。

【符号の説明】

１…ツールアーム ５…超音波振動子 ７…ワイヤ １１…ボンディングツール １２…ワイヤ保持溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボンディングツールの先端部でワイヤを
   被ボンディング面に押圧するとともに、前記ボンディン
   グツールに超音波を印加して前記ワイヤを被ボンディン
   グ面にボンディングするボンディング装置において、 前記ボンディングツールの先端部に、超音波の振動方向
   と交差する方向にワイヤ保持溝を設けたことを特徴とす
   るボンディング装置。
2. 【請求項２】 ワイヤ保持溝は、超音波の振動方向と直
   交する方向であることを特徴とする請求項１記載のボン
   ディング装置。
3. 【請求項３】 ワイヤ保持溝は、その曲率半径がワイヤ
   の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項１記載の
   ボンディング装置。