JPH11508407A - ワイヤボンディング、切断、及びボール形成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボンディングワイヤ（１０２、２０２）を切断するための、及び／又はボンディングワイヤ（代替機構により既に切断されたボンディングワイヤ（２０２）を含む）の端部に、ボール（２３４、２３６）を形成するための放電の効果が、紫外光（１３０）の存在において、放電を行うことにより改良される。「スパークギャップ」が、ＥＦＯ電極（１１８、２３２）とワイヤ（１０２、２０２）の間に形成され、そのうちの一方が、スパークギャップのカソードとして機能する。好適には、紫外光（１３０）は、スパークギャップのカソードとして機能する要素に向けられる。スパークギャップのカソードに光子放出を与えると、アーク／プラズマ形成が安定化されると共に、更に信頼性の高く予測可能な結果が生み出される。この技法は、負のＥＦＯシステム又は正のＥＦＯシステムと共に用いることができ、直接光子放出か、又はフィールド支援光子放出の恩恵を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】 ワイヤボンディング、切断、及びボール形成 発明の技術分野 本発明は、電子コンポーネント、特に超小型電子コンポーネント間で相互接続 を行うことに関し、更に詳細には、ワイヤボンディングに関する。 関連出願に対する相互参照 本願は、同一出願人による１９９５年５月２６日に出願された米国特許同時係 属出願第08/452,255号（以後、「親事例」と呼ぶ）、及び１９９５年１１月１３ 日に出願されたその対応ＰＣＴ特許出願番号PCT/US95/14909の一部継続出願であ り、その両方は、同一出願人による１９９４年１１月１５日に出願された米国特 許同時係属出願第08/340,144号、及び１９９４年１１月１６日に出願されたその 対応ＰＣＴ特許出願番号PCT/US94/13373（WO 95/14314 として１９９５年５月２ ６日に公告）の一部継続出願であり、それらは両方とも、同一出願による１９９ ３年１１月１６日に出願された米国特許同時係属出願第08/152,812号（現在では 、１９９５年１２月１９日に認可された米国特許第5,476,211 号）の一部継続出 願である。それらの全てを、参照として本明細書に取り込む。 本願は又、同一出願人による、以下の米国特許同時係属出願の一部継続出願で もある。すなわち、 １９９５年９月２１日に出願された第08/526,246号（１９９５年１１月１３日 に出願されたPCT/US95/14843）、 １９９５年１０月１８日に出願された第08/533,584号（１９９５年１１月１３ 日に出願されたPCT/US95/14842）、 １９９５年１１月９日に出願された第08/554,902号（１９９５年１１月１３日 に出願されたPCT/US95/14844）、 １９９５年１１月１５日に出願された第08/558,332号（１９９５年１１月１５ 日に出願されたPCT/US95/14885）、 １９９５年１２月１８日に出願された第08/573,945号、 １９９６年１月１１日に出願された第08/584,981号、 １９９６年２月１５日に出願された第08/602,179号、 １９９６年２月２１日に出願された第60/012,027号、 １９９６年２月２２日に出願された第60/012,040号、 １９９６年３月５日に出願された第60/012,878号、 １９９６年３月１１日に出願された第60/013,247号、及び １９９６年５月１７日に出願された第60/005,189号である。これらの全ては、 上述の親事例の一部継続出願であり、それらの全てを、参照として本明細書に取 り込む。 発明の背景 電子コンポーネント、特に、半導体素子（チップ）等の超小型電子コンポーネ ントは、複数の端子（接着パッド、電極、又は導電領域とも呼ばれる）を備える ことが多い。かかる素子を有用なシステム（又は、サブシステム）に組み付ける ために、多数の個々の素子が、通常プリント回路（又は、布線）基板（ＰＣＢ、 ＰＷＢ）の媒介を通して、互いに及び／又は他の電子コンポーネントと電気的に 相互接続される必要がある。 半導体素子は、通常、ピン、パッド、リード、半田ボール、その他の形態で、 複数の外部接続点を有する半導体パッケージ内に配設される。多数の型式の半導 体パッケージが知られており、パッケージ内で半導体素子を接続するための技法 には、ワイヤボンディング、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）、その他が含 まれる。ある場合には、半導体素子は、隆起バンプ接触部を備え、他の電子コン ポーネント上にフリップチップ技法により接続される。本特許出願は、主に、２ つの電子コンポーネント間でワイヤボンディング接続を行うことに対処するもの である。 その優れた導電、及び非腐食特性に起因して、金は、電子コンポーネント間で 電気的接続をなすための「選定材料」である。例えば、半導体ダイ上の導電性パ ッドと、リードフレーム・フィンガの内端との間で、複数のワイヤボンディング 接続をなすことは周知のところである。 本発明は、ワイヤボンディング装置を有利に使用するもので、一般に、ワイヤ （例えば、金ワイヤ）が、毛細管（「ボンディング・ヘッド」とも呼ばれる）を 介してスプールから供給され、基板（例えば、電子コンポーネント）にボンディ ングされる。一般に、ボンディング・ヘッドの性質は、それによりなされるボン ディングの性質によって決定される。ボンディング・ヘッドが、ボール・ボンデ ィングをなすためのものである場合、それは一般に「毛細管」となる。ボンディ ング・ヘッドが、くさびボンディングをなすためのも のである場合、それは一般に「くさび」となり、これらの用語は、当該技術で認 知された意味を有する。問題を簡単にするために、主に今後は、「毛細管」とい う用語を用いて、ボール・ボンディングか、又はくさびボンディングをなし、ボ ンディング時に、熱エネルギー及び／又は圧縮を適用するのに適したボンディン グ・ヘッドを示すことにする。 従来的なワイヤボンディング・ループを形成するには、毛細管が、第１の電子 コンポーネントの端子を圧迫し、そこにワイヤの自由端をボンディングし、次に 、別の電子コンポーネントの端子へと移り（すなわち、上へ、渡って、下へ）、 そこにワイヤをボンディングする。次に、ワイヤは切断され、別のワイヤボンデ ィング接続の準備がなされる。切断後、且つ別のワイヤボンディング接続をなす 前に、重要点として、毛細管から突出するワイヤの自由端にボール（拡大領域、 一般にはボールの形状をとる）を形成することがある。この目的のために、周知 事項として、電極とワイヤの自由端との間にスパークを与えることにより、ワイ ヤの自由端をボール形状へと溶かすことがある。ワイヤの自由端にボールを有効 に生成することが失敗すると、結果として、後続のワイヤボンディングを行うこ とが失敗となる。自動化ワイヤボンディング設備の場合、ワイヤの端部にボール を作ることが失敗する結果として、全体の生産ラインが遮断する可能性がある。 ボールが、ワイヤの端部に成功裡に生成されたか否かを判定するために、各種の 機構が知られている。 以下の米国特許（該当時期に、特許番号、第１発明者、発行の年 ／月、及びＵＳ分類／副分類により挙げられた）は、参照として本明細書に取り 込むが、背景として引用する。 （ａ）米国特許第5,110,032号（Akivamaその他、９２年５月、ＵＳ分類228/10 2） 、名称「METHOD AND APPRATUS FOR WIRE BONDING」には、毛細管（１０）を 介してワイヤスプール（１２）から供給されるワイヤ（１３）が開示されている 。（この特許の場合、ワイヤ１３は絶縁される。）ＣＰＵ（プロセッサ）とメモ リユニット（ソフトウェアコマンド用の記憶）を含む、制御ユニット（２０）が 示されている。制御ユニットは、毛細管の移動にわたる、及び放電電極（１７） と関連して用いられて、放電電圧でワイヤを切断する放電電力ユニット（１８） にわたる制御を実行する。 （ｂ）米国特許第3,460,238号（Christyその他、６９年８月、ＵＳ分類227/11 1） 、名称「WIRE SEVERING IN WIRE BONDING MACHINES」は、ワイヤボンディン グ装置におけるワイヤ切断動作が、ワイヤを摩擦係合するのに十分な、且つボン ディング領域から離れてワイヤを変形するには不十分な圧力を保持することによ り、ボンディング針（又は、本明細書で用いるような「毛細管」）を移動させる ことを含む技法を目指すものである。 （ｃ）米国特許第5,095,187号（Gliga、９２年３月、ＵＳ分類219/68）、名称 「WEAKENING WIRE SUPPLIED THROUGH A WIRE BONDER」には、ワイヤが、熱、圧 力、及び振動のうちの１つ、又はそれらの組合せを加えることにより、電子コン ポーネント上の接触子にボンディングされる、ワイヤボンディング技法が開示さ れている。 この特許は、熱を局所的に加えることにより、ワイヤを弱くする又は切断する旨 、及び如何にして切断動作が、結果として、ワイヤの切断端部上の拡がり部を生 じさせるかを論じている。切断熱は、電極の手段により、ワイヤに加えることが でき、電極からの電界が、ワイヤに延伸するように作られるため、アークを、電 極とワイヤの間に生み出すことができる。この特許には、アークの第１の部分が 、ワイヤを弱くするための第１の極性にあり、アークの第２の部分が、ワイヤか ら放出される帯電粒子の分散を制御するための反転極性にある、切断技法が記載 されている。 （ｄ）米国特許第4,955,523号（Carlomagnoその他、９０年９月、ＵＳ分類228 /179） 、名称「INTERCONNECTION OF ELECTRONIC COMPONENTS」には、電子コンポ ーネントを相互接続するための技法が開示されており、そこで、相互接続ワイヤ が、接触子及びワイヤ材料以外の材料を用いることなく、第１の電子コンポーネ ント（半導体ダイ（１）等）上の接触子にボンディングされる。ワイヤは次に、 ワイヤ径の２から２０倍（２ｄから１０ｄ）の間の所望の長さに切断され、半田 等の導電材料の手段により、第２のコンポーネント（２１）上の接触子にボンデ ィングされる。ワイヤは、一旦第１のコンポーネントにボンディングされると、 ボンディング・ヘッドの側壁内の開口（１３）を介して、所望の長さで（ワイヤ ボンディング装置のボンディング・ヘッド（９）により）切断される。この目的 のために、電極（５１）が開口（１３）内に挿入される。この特許に示されるよ うに、自立型ワイヤ（７）が、第２のコンポーネン トの窪みにおいて、半田等の導電材料のプール（２７）内に挿入された端部を有 する。やはり「「INTERCONNECTION OF ELECTRONIC COMPONENTS」と称する、米国 特許第5,189,507号（Carlomagnoその他、９３年２月、ＵＳ分類257/777） も参照 されたい。 発明の簡単な説明（摘要） 本発明の一般的な目的は、ワイヤボンディングのための改良した技法を提供す ることにあり、それには、ワイヤボンディング装置の改良が含まれる。 本発明の他の目的は、ボンディングワイヤを切断して、ボンディングワイヤの 端部にボールを形成するための改良した技法を提供することにある。 本発明によれば、ワイヤを切断、及び／又はワイヤの端部にボールを形成する 工程が、電子的火炎射出（ＥＦＯ）技法を用いて、その工程時に光を与えること により向上する。好適には、光は紫外光である。 光は、電子的火炎射出システムのカソード要素に照射されるが、これは、該シ ステムの「極性」に依存して、ＥＦＯ電極か、又はワイヤのどちらかである。 光は、該システムのカソード要素に集束されるか、又は該システムを投光照射 する。 光は、照射しようとする表面（例えば、カソード）よりも高い光子エネルギー を有する（「直接」光子放出）が、又は照射しようとする表面よりも低い光子エ ネルギーを有する（「フィールド支援」 光子放出）。 本発明の１つの特徴によれば、スパークを発生して、既に切断された供給ワイ ヤの端部にボールを形成する前に、毛細管と電極が、前に形成されたボンディン グワイヤから離れて（又はその逆に）移動される。 本発明の他の目的、特徴、及び利点は、本発明の以下の説明から明らかになる であろう。 図面の簡単な説明 次に、本発明の好適な実施例を詳細に参照し、その例は、添付図面に示されて いる。これら好適な実施例に関連して、本発明を説明するが、理解されたいのは 、これら特定の実施例に、本発明の精神及び範囲を限定することは意図しない、 ということである。 図１は、本発明に従った、ワイヤボンディング装置、及び基板（電子コンポー ネント）にボンディングし終えた端部を有するボンディングワイヤの部分概略、 部分斜視図である。 図１Ａは、本発明の動作原理を示すタイミング図である。 図２Ａは、本発明の１つの態様に従った、基板から上昇したワイヤボンディン グ・ヘッド（毛細管）の側面図であり、ワイヤの電子的火炎射出（ＥＦＯ）切断 を実行するための電極を備えている。 図２Ｂは、本発明の１つの態様に従った、ワイヤが図２Ａの技法により切断さ れた後の、基板から上昇したワイヤボンディング・ヘッド（毛細管）の側面図で ある。 図２Ｃは、本発明の１つの態様に従った、ワイヤが代替（図２Ｂ に対して）技法により切断された後の、基板から上昇したワイヤボンディング・ ヘッド（毛細管）の側面図である。 図２Ｄは、本発明の１つの態様に従った、ワイヤが代替（図２Ｂ及び２Ｃに対 して）技法により切断された後の、基板から上昇したワイヤボンディング・ヘッ ド（毛細管）の側面図である。 発明の詳細な説明 ワイヤステムの形成及び成形 図１は、電子コンポーネント１０６の表面１０６ａ上の端子１０４に、ワイヤ １０２の自由端１０２ａをボンディングし終えたワイヤボンディング装置１００ を示す。 ワイヤボンディング装置は、ステージ又はチャック（不図示）と、毛細管１１ ０と、連結部１１４を介して、毛細管１１０に動作可能に接続された位置決め機 構（ＰＯＳＮ）１１２と、ＥＦＯ電極１１８と、通常は（例えば、熱音波ワイヤ ボンディング用には）超音波変換器（ＵＬＴＲ）１２０と、上述の構成要素にわ たって制御を遂行する制御機構（ＣＯＮＴＲＯＬ）１２２からなる。ワイヤ１０ ２は、供給スプール１２４から与えられ、毛細管１１０のオリフィスを介して送 られる。ワイヤの自由端１０２ａを電子コンポーネント１０６の端子１０４にボ ンディングするために、毛細管１１０が下方に（図で見ると、点線で示されてい る）移動されて、ワイヤ１０２の自由端１０２ａが、端子１０４にボンディング される（例えば、熱圧縮により）。 ワイヤ（１０２）の自由端（１０２ａ）の電子コンポーネント （１０６）へのボンディングが完了すると、毛細管（１１０）が、電子コンポー ネントの表面から概ね上方に（ｚ軸方向に）移動されて、通常ｘ−ｙテーブル（ 不図示）に実装される電子コンポーネントが、ｘ方向及びｙ方向に移動される。 これにより、毛細管と電子コンポーネントの間の相対運動が与えられ、これは、 主に以降では、毛細管が、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）で移動するとして説明する 。毛細管（１１０）が移動するにつれて、ワイヤ（１０２）が、毛細管（１１０ ）の端部から「繰り出される」。 ボンディング装置ヘッド（毛細管を含む）に、複数の自由度を有するワイヤボ ンディング装置を、静止した構成要素ステージと関連して用いて、所望の３軸移 動が達成されることは、本発明の範囲内である。 ワイヤの切断 上述のように、ワイヤ（１０２）の自由端（１０２ａ）が、電子コンポーネン ト（１０６）にボンディングされて、ワイヤボンディング・ループが形成される と、ワイヤ（２０２）は切断されて、毛細管１１０の端部から延伸するワイヤの 新しい自由端が残される。ワイヤが切断されると、その新しい自由端にボールを 形成することが望ましい。これが実施されるのは、通常、ＥＦＯ電極１１８とワ イヤの新しい自由端との間に、スパークを生じさせることによる。 以下の図面において、例として、一端にのみボンディングされているワイヤの 切断について説明する。かかる自立型ワイヤステムの実用性については、親事例 に詳細に記載されている。 理解されたいのは、本発明が、ワイヤを切断するために、及び／又は毛細管か ら延伸するワイヤの新しい自由端にボールを形成するために、ＥＦＯを伴うどん なワイヤボンディング作業にも適用可能である、ということである。 本発明の１つの態様によれば、ＥＦＯ電極（カソード）に光子放出を行うこと により、アーク／プラズマ形成が安定化されて、更に信頼性の良い且つ予測可能 なワイヤ分断（切断）挙動が生み出される。この技法は、負のＥＦＯ又は正のＥ ＦＯと関連して利用できる。 本発明の他の態様によれば、ＥＦＯ電極に光子放出を行うことにより、切断ワ イヤの端部に優れたボール形成が生み出される。 図１に示すように、ワイヤ１０２を切断しようとする場所に、例えば毛細管１ １０の先端の直ぐ下に、光源１３０が光を向ける。図示のように、光は、レンズ １３２により集束される。光が、関連したレンズを備えることのできる光ファイ バケーブルを介して搬送されることは、本発明の範囲内である。任意の適切な光 学装置（例えば、レンズ、ミラー、ファイバ光学装置）を、光路に配設すること ができる。 電極１１８は、アノードか、又はカソードとして機能し、その場合、ワイヤは 、それぞれ、カソードか、又はアノードとして機能することになる。好適には、 光は、結果としてのカソード／アノード（２要素）「スパークギャップ」のカソ ード要素として機能する要素（電極又はワイヤ）に合焦する。 好適には、光源１３０からの光は、波長が１８４ｎｍの紫外（Ｕ Ｖ）光であるが、本発明の切断及び／又はボール形成に対する改良は、２５４ｎ ｍ等の異なる波長の光により達成可能であり、これは、カソード（スパークギャ ップの）からの電子放出に適している。 ＵＶ光源は、水銀ランプとすることも、又は切断及び／又はボール形成の発生 を意図する領域に向けられる、他の周波数（波長）の光を出力する任意の適切な 光源とすることができる。 ＥＦＯ電極は、毛細管の先端に近接した任意の適切な場所に位置決めでき、そ こに実装される（及びそこから離間される）か、又は工程中の適時に適切な位置 決め機構（例えば、ソレノイド）により位置決めされることも含まれる。ＥＦＯ 電極は、毛細管の先端と一致したレベル、それより僅か上、又はそれより僅か下 （直ぐ下）とすることができる。ＥＦＯ電極を、毛細管の先端（下端）より僅か 上に配設することは、毛細管から延伸する供給ワイヤの端部にボールを形成する ために、僅かながら好適である。 図２Ａ及び２Ｂに詳細に示すように（例示の明瞭化のために、光源１３０は省 略している）、電子コンポーネント２０８（１０６に匹敵）上の端子２１２（１ ０５に匹敵）にボンディングされているワイヤ２０２（１０２に匹敵）が、毛細 管２０４（１１０に匹敵）に隣接して（例えば、直下に）配置される電極２３２ （１１８に匹敵）により切断される。この結果として、ワイヤ２０２は、２つの 部分に切断されることになり、その部分は、（ａ）電子コンポーネントにボンデ ィングされる低い方のワイヤステム部分２３０と、（ｂ）スプール（不図示、図 １の１２４を参照）から毛細管２０４ を介して延伸し、「新しい」送り端を有する高い方の供給部分２３１である。 図２Ｂに示すように、この結果として、ボール（直径が拡がった領域）２３４ が、既にボンディング及び切断されたワイヤ区分２３０の上（図で見て）端に形 成され、また上記結果として、同様のボール２３６が、供給ワイヤ２３１の新し い送り端に形成されることになる。これらのボール２３４及び２３６は、以下の 理由のために重要である。 （ａ）任意として、ボール２３４によって、ワイヤステム２３０の先端に「輪 郭」が与えられ、これは、（親事例に記載されるようにして）ワイヤステム２３ ０の先端により、電子コンポーネントに圧力接続を行うのに有利である。 （ｂ）ボール２３６は、供給ワイヤ２３１の自由端と、電子コンポーネントの 別の端子（又は、別の電子コンポーネントのある端子）との間で、後続のボンデ ィングを行うのに非常に適している（例えば、必要である）。 毛細管から送られるワイヤの供給側にボール（２３６）を形成すること（直ぐ 上の（ｂ）を参照）は、ワイヤの後続のボンディングにとって本質的であるだけ でなく、スループットに対する主要問題を表すことにもなる。慣用的なワイヤボ ンディングの場合、工程が高度自動化方式で進むことを意図した場合が多い。後 続のボンディングを行う前に、かかるボールが成功裡に形成されたか否かを確認 することは周知のところであり、送りワイヤの端部に、かかるボー ルを備えていないと、工程を停止させ、人間の介入を必要とすることになる。 本発明によれば、ワイヤの電子的火炎射出による切断と関連して光子放出を用 いると、ボール形成及びボール寸法分布が改良されて、ボールが欠落する頻度が 低減することが分かった。かかる光子支援のスパークによるワイヤ切断は、どん な（汎用的な）ワイヤボンディング作業とも関連して有利であり、より低いピー ク電圧条件下で工程を進めるような各種のＥＦＯ回路修正と共に用いることがで きる。 一般に、技術的な観点から、本発明の技法は、「直接」（好ましい）光子放出 か、又は「フィールド支援」光子放出を利用して、放電降伏（ワイヤを切断する アーク）を更に安定にし、任意として、切断の切断高さ（ｚ軸座標）を更に制御 可能にする。ワイヤの切断高さを正確に制御可能にするという上記後者の利点は 、親事例に更に詳細に論じられている。 一般に、「直接」光子放出が生じるのは、入射光（すなわち、光子）のエネル ギーが、照射しようとする表面の仕事関数よりも大きい場合であり、「フィール ド支援」光子放出が生じるのは、照射しようとする表面の仕事関数が、入射光の エネルギーよりも大きい場合である。 上述のように、光（１３０、図２Ａ−２Ｄには不図示）は、ワイヤ２０２のス ポットに合焦され、そこで、ワイヤを切断することが望ましい。これは、正のＥ ＦＯを用いるワイヤボンディング装置の 場合に好ましく、その場合、スパークはワイヤにおいて開始する。代替として、 光は、電極２３２を含む領域を投光照射することもできる。これは、負のＥＦＯ を用いるワイヤボンディング装置の場合に好ましく、その場合、スパークは電極 ２３２において開始する。いずれの場合でも、紫外光を用いると、周囲のガス状 成分のなだれ降伏が支援されて、電子が、電極からワイヤへと（又は、その逆） 進むのが「更に容易に」なる。一般に、投光照射（例えば、負のＥＦＯに関連す る）は、自己選択性となる傾向があり、合焦照射（例えば、正のＥＦＯに関連す る）よりも信頼性が高くなる。投光照射によると、電極の鋭利な先端が、放電開 始が起きる電極の箇所を「選択する」。 従来の連続送りボール・ボンディングの場合、高電圧アーク（又は、ＥＦＯ） を用いて、各表面ボンディング事象の中間で、ワイヤが切断される。連続的なボ ール・ボンディングのワイヤ切断段階は、通常は、副次的な表面接着を形成した 後に、ワイヤをセン断することにより達成される。一般に、セン断ワイヤの完成 した高さは厳密ではないので、ワイヤを切断する際に均一な高さを得るＥＦＯの 能力は重要ではない。 この状況とは対照的に、ワイヤの高さの均一性は、親事例に開示される発明の 、連続送りによる復元性のある接触子（自立型相互接続要素）の形成工程におい ては、大いに重要である。ＥＦＯスパーク切断の切断高さを制御可能である能力 は、最終結果の品質に直接影響を及ぼす。というのは、接触子アレイの均一性及 び平坦性は、 主に、この能力の関数となるためである（機械的なセン断又は切断ではなく、ス パーク切断を用いる場合）。 本発明の１つの態様によれば、ワイヤを切断するのに高電圧アークを用いる場 合、紫外光を用いて、ワイヤ切断の均一性と火花放電降伏が安定化される。２つ の電極間のガスにおける高電圧アークの形成は、なだれ工程であり、その場合、 なおも増大する電子の滝により、益々多くのイオン化ガス分子が生成されるが、 これは、電流担持プラズマが、放電のアノードとカソード間に形成されるまで続 く。通常、アークの開始には、カソード電極におけるフィールド放出が、少数の 電子を供給して放電降伏を開始させることが必要である。 本発明によれば、ＥＦＯ放電のカソード要素において、光電子の生成を刺激す るために、紫外（ＵＶ）ランプを用いて、カソード電極を照射する。これにより 、放出に必要な閾値電界が低下するが、それは、十分なエネルギー（例えば、３ −５ｅＶ（電子ボルト））のＵＶ（紫外）光子を用いて、高電界印加の条件下で 、（スパークギャップの）カソードにおいて自由電子の生成を刺激することによ る。一般に、エネルギーは、空気に対する、又は光が横断する任意のチャネリン グ材料（光ファイバケーブル等の）に対する吸収遮断より低くなるように制限す べきである。 スパークギャップ・カソードの役割は、電極の切断（負のＥＦＯ構成、この方 が好ましい）か、又はワイヤの連続送り（正のＥＦＯ代替実施例）により果たさ れる。投光ＵＶ照射か、又は合焦ＵＶ照 射が利用される。正のＥＦＯの場合のワイヤの合焦照射は、ワイヤの電子放出箇 所を局所化して、切断プラズマが先ず形成される箇所を制御することにより、ワ イヤの高さを制御するのに役立つ。投光照射は又、ワイヤの高さの安定化装置と しても機能する。というのは、それは、カソードと電極の間のアーク形成を安定 化するためである。 電子的火炎射出時に紫外光を与えることに起因したボールを形成する際の改良 は、以下のことに帰属し得ると考えられる。従来のワイヤボンディング装置の場 合、火炎射出電極（例えば、２３２）の電圧は、ある回路（例えば、２３４）に より制御される。電極の電圧は、点火期間時に著しく増大（例えば、ゼロから） 及び低下する（スパークは、幾分、短絡回路として機能する）。点火期間の持続 時間は、監視され、それが、制御回路（例えば、２２２）内の「ウオッチドッグ 」式タイマにより設定された所定の閾値を超えると、ボールが形成されなかった ことが推測され得る。工程は本来、多少不確定なものであり、複数の「試行」を 、ピークとピークからの統計的偏差とを有する、慣用的な統計的（例えば、釣り 鐘状）曲線としてグラフ化することができる。 図１Ａは、この現象を非常に一般的な仕方で示し、そこで、水平軸は時間であ り、垂直軸は電圧（又は電流）である。「ｔ０」で表記した時間において、電圧 が、ＥＦＯ回路（１１６）により、ＥＦＯ電極（１１８）に印加されるが、これ は「印加電圧」と表記したラインで示される。「ｔ１」と表記した時間は、電極 とワイヤの間 のスパークの始まりを表し、スパーク電流は、「火花放電電流」と表記したライ ンで表される。ｔ０とｔ１間の間隔「デルタｔ」、すなわちスパークの始まりの 遅延は、問題とする区域である。本発明に従った、火花放電と共に紫外光を用い ると、デルタｔが短くなり、デルタｔ値の分布が狭くなるためより明確になる。 他の観点から見ると、一般に、ＥＦＯ時に紫外光を与えることにより、スパー クの開始時間（デルタｔ）が長くなり、それによって、所定の時間間隔を超える 頻度が低減して、規定の時間間隔内にボールが形成される公算が高くなると考え られる。ゆえに、電子的火炎射出時に紫外光を与えると、スパークの開始時間が 短くなるだけでなく、ボール生成の失敗を示すタイムアウトが大幅に低減される 。 本発明は、電子的火炎射出（ＥＦＯ）技法を用いて、毛細管の先端の直ぐ下で ワイヤを切断することに関連して説明してきたが、ワイヤ切断が、機械的手段と いった他の手段を用いて、また毛細管内といった他の場所で（例えば、上述の米 国特許第4,955,523号 を参照、そこでは、ワイヤは毛細管（ボンディングヘッド ）内で切断される）可能であることは、本発明の十分範囲内である。しかし、ボ ール形状をワイヤステムの端部に付与することが所望であれば、追加のステップ （別個のボール形成）を実行することが必要となろう。 ２ステップ工程 本発明の１つの態様によれば、ワイヤ溶融とボール形成が、２つの別個で連続 したステップ（１ステップに組み合わせるのではなく）で実行される。先ずワイ ヤステムが、第１のＥＦＯ放電により溶融 （切断）され、次にボールが、それらの端部（先端）に、第２のＥＦＯ放電によ り形成される。自立型ワイヤステムに関連して、この結果として、より厳格なワ イヤの高さ分布となり、このことは、複数のワイヤステムの先端の共平面性を確 実にするうえで重要であり、その本発明の特徴は、以下で更に詳細に説明する。 図２Ｃは、基板２０８の表面から延伸するステム部分２３０と、送り部分２３ １とを有するように、電極２３２からアークにより切断されたワイヤステムを示 す。この場合、アーク強度は、大幅な寸法のボール（図２Ｂの２３４と２３６に 匹敵）を形成させることなく、ワイヤを切断するのに丁度十分となるように制御 （最小化）される。図２Ｂに示すボール２３４及び２３６に匹敵するボールが、 ボールを形成するのに適切な任意の技法を用いて、後続の処理ステップで形成可 能である。ワイヤのステム部分（例えば、２３０）の先端にボールを形成するこ となく、ワイヤの供給部分（例えば、２３１）の先端にボールを形成することは 、本発明の範囲内である。 図２Ｄは、切断時にワイヤステムがスプリングバックする傾向がある状況に適 用でき、ワイヤの供給部分２３１の先端（端部）におけるボールの形成を制御す る際のための１つの技法を示す。電極２３２にスパークを発生させる前に、毛細 管２０４が、Ｘ又はＹ方向に約０．１ｍｍ（ミリメートル）だけ移動される。（ もっと正確には、Ｘ−Ｙテーブルにより移動されるのは基板である。）ＥＦＯ電 極２３２は、毛細管２０４に実装されて、それと共に移動するのが好ましい。こ の図において、毛細管及びＥＦＯは、ワイヤのワイヤ ステム部分２３０に対して、左に移動するように示されている。この毛細管／Ｅ ＦＯの横方向変位により、ワイヤステム部分２３０が、ワイヤの切断時に、右に （図で見て）さっと移動させられることになる。これには、多数の重要な利点が あり、その中には以下の利点がある。 （ａ）火花放電の前に毛細管を移動させることにより、ワイヤが予備荷重され て、最小の刺激（例えば、スパーク）で自身をすぐにでも切断する態勢が整う。 これは、ナイフで糸を切る前に、糸を緊密に引き延ばすことと類似している。 （ｂ）ワイヤステム部分（２３０）は通常、接地への最短経路を表すが、その ワイヤステム部分を、切断されることになるワイヤの直ぐ上に、ＥＦＯ電極（２ ３２）から離してスナップさせると、結果として、供給部分（２３１）が接地へ の最短経路となる。一般に、ＥＦＯにより与えられるスパークは、接地への最短 経路を「探し求め」ようとする。このようにして、ワイヤのの供給部分の先端で のボール形成が、更に信頼性良く制御される。 後者の（ｂ）に関して、一般に、基板（そこに、ボンディングワイヤがボンデ ィングされる）が接地されると、ボールは、自立型ワイヤステムに形成されるこ とになる。そして、基板が絶縁される（浮動電位に）と、ボールは、ワイヤの供 給部分の端部に形成されることになる。 多くの例があり、基板２０８と、そこにボンディングされるワイヤステム部分 ２３０とが、接地に接続されない方が好ましい場合も ある。かかる場合、ワイヤの供給部分の電気抵抗（Ｒ１）は通常、ワイヤステム の電気抵抗（Ｒ２）よりもはるかに大きくなる（すなわち、Ｒ１>>Ｒ２）。ワイ ヤの切断後、スパークは、基板にボンディングされるワイヤステムの遠位端に、 大きなボールを形成する傾向がある。 切断時に、ワイヤステムが、スプリングバックする傾向を示さない（ワイヤス テムの形状か、又は材料に起因して）場合、毛細管とＥＦＯ電極は、ボール形成 スパークを開始する前に、Ｘ又はＹ方向に４±２ミルといった、「休止」位置か ら任意の適切な距離だけ移動させることができる。ＥＦＯは、ワイヤを切断する のに一度点火され、その後、ボールを形成するのに再度点火される。 上述のように、後続のボンディングのために、ワイヤの供給部分の先端にボー ルを生成するのが失敗すると、結果として、工程の遮断となる。ほんの些細な問 題点として、不確定寸法のボール（例えば、２３６）は、ボンディングを開始す るには十分であるが、その結果として、ワイヤボンディング工程にわたって、不 確定なｚ軸制御となり得る。供給ワイヤのの端部にボールがあると想定されるだ けでなく、また、一定の再現性のある寸法になると期待される。本発明の技法（ 例えば、紫外光、ワイヤの予備荷重）は、ボール形成を保証する助けとなるだけ でなく、ワイヤの切断時に形成されるボール寸法の更なる均一性を確実なものに する。 図面及び以上の説明において、本発明を詳細に例示及び説明してきたが、本発 明は、文言における限定としてではなく、例示として 見なされるべきである。すなわち、ここで理解されたいのは、好適な実施例のみ を図示及び説明したということ、及び本発明の趣旨内に入る全ての変形及び修正 も、望ましく保護されるということである。疑うべくもなく、上記の「主題」に 関する多数の他の「変形例」も、本発明の最も近くに属する、当該技術で通常の 知識を有する者が想到するであろうし、また本明細書に開示されるような変形例 は、本発明の範囲内にあることを意図するものである。これら変形例の幾つかは 、親事例に記載されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／５３３，５８４ (32)優先日 1995年10月18日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０８／５５４，９０２ (32)優先日 1995年11月９日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ＰＣＴ／ＵＳ９５／１４９０９ (32)優先日 1995年11月13日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０８／５５８，３３２ (32)優先日 1995年11月15日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０８／５７３，９４５ (32)優先日 1995年12月18日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ワイヤボンディングを実行する方法であって、 ボンディングワイヤを、毛細管により、電子コンポーネントの端子にボン ディングするステップと、 前記毛細管からボンディングワイヤを繰り出すステップと、 を含む方法において、 電極からの放電によりボンディングワイヤを切断するステップと、 ボンディングワイヤを切断する間、紫外光により、前記電極とボンディン グワイヤのうちの少なくとも１つを照射するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 ２．ワイヤボンディング・ワイヤの一端にボールを形成する方法であって、 電極とボンディングワイヤの一端との間に、放電を生じさせるステップを 含む方法において、 放電を生じさせる間、紫外光により、前記電極とボンディングワイヤのう ちの少なくとも１つを照射するステップを含むことを特徴とする方法。 ３．ボンディングワイヤを切断し、ボンディングワイヤの端部にボールを形成 する方法であって、 ボンディングワイヤの第１の部分の一端を、ワイヤボンディング装置の毛 細管により、電子コンポーネントの端子にボンデ ィングするステップを含む方法において、 ワイヤの前記第１の部分が、電子コンポーネントの端子にボンディングさ れる自立型ワイヤステムとなり、ワイヤの第２の部分の一端が、ワイヤボンディ ング装置の毛細管から延伸するように、第１の放電を生じさせてワイヤを切断す るステップと、 第２の放電を生じさせて、ワイヤの前記第２の部分の前記端部にボールを 形成するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 ４．電子コンポーネントの端子にワイヤをボンディングするためのワイヤボン ディング装置であって、 ワイヤを送り、且つボンディングするための毛細管と、 ＥＦＯ電極と、 からなるワイヤボンディング装置において、 紫外光源と、 該紫外光源から、ＥＦＯ電極とワイヤのうちの少なくとも１つの方へと、 光を向ける手段と、 からなることを特徴とするワイヤボンディング装置。 ５．前記ＥＦＯ電極とワイヤは、使用時に、スパークギャップとして機能し、 前記ＥＦＯ電極とワイヤのうちの一方が、前記スパークギャップのカソードとし て機能し、 前記光は、スパークギャップの前記カソードに向けられることを特徴とす る、請求項４に記載のワイヤボンディング装置。 ６．ワイヤボンディング装置の電極と、該ワイヤボンディング装 置により供給されるワイヤとの間のスパークの形成を制御する方法において、 ワイヤボンディング装置の電極とワイヤとの間のスパークを開始する前に 、前記スパークの形成を強化する特性を有する光により、前記電極とワイヤのう ちの少なくとも１つを照射するステップを含むことを特徴とする方法。 ７．前記光は、紫外光であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。 ８．前記光は、１８４ナノメートル（ｎｍ）の波長を有することを特徴とする 、請求項７に記載の方法。 ９．前記光は、前記電極とワイヤを投光照射するようせしめられることを特徴 とする、請求項６に記載の方法。 １０．前記光は、前記電極とワイヤのうちの少なくとも１つに合焦されること特 徴とする、請求項６に記載の方法。 １１．ワイヤボンディング装置におけるワイヤ切断の均一性、及び火花放電降伏 を安定化する方法であって、 ワイヤを切断するために、高電圧アークを与えるステップを含む方法にお いて、 高電圧を与えることと共に、前記高電圧アークを形成することが所望され る領域に光を与えるステップを含むことを特徴とする方法。 １２．前記光は、紫外光であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 １３．前記光は、１８４ナノメートル（ｎｍ）の波長を有することを特徴とする 、請求項１２に記載の方法。 １４．前記光は、前記高電圧アークを形成することが所望される前記領域に投光 照射するようせしめられることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 １５．前記光は、前記電極とワイヤのうちの少なくとも１つに合焦されること特 徴とする、請求項１１に記載の方法。 １６．ワイヤボンディング装置のＥＦＯシステムのカソード要素における光電子 の生成を刺激する方法において、 前記カソード要素における光電子の生成を刺激するのに十分なエネルギー を有する光により、ＥＦＯ構成要素の前記カソード要素を照射するステップを含 むことを特徴とする方法。