JPS6178128A - 半導体装置およびその製造において用いるボンデイングツ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野〕 本発明は半導体装置およびその製造において用いるボン
ディングツールに関する。

〔背景技術〕

半導体装置等の電子部品は種々の構造があるが、その一
つの構造とし、てリードフレームのタブと呼ばれる支持
板上にチップが固定（チップボンディング）され、この
チップの電極とタブの周辺に内端を臨ませるリードの内
端とがワイヤで接続（ワイヤボンディング）された構造
が知られている。

前記ワイヤボンディングは、たとえば、株式会社プレス
ジャーナル発行「月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕ−ｃｔｏｒ　
　ＷｏｒｌｄＪ　１９８２年１１月号、昭和５８年ｌＯ
月１５日発行、Ｐ４０〜Ｐ４５にも記載されているよう
に、熱圧着、超音波ボンディング、サーモソニック（超
音波付加熱圧着）による方法が知られている。

そして、前記文献にも記載されているように、上記のよ
うなボンダ（ボンディング装置）にとっては、ボンダビ
リティおよび結線後のワイヤの形（ループ形状）が良い
ことが臨まれる。これは、半導体装置の信幀度向上およ
び製造歩留りの向上を図るための必須条件である。また
、同文献には、前記ループ形状の良否に対してボンディ
ングツール（たとえば、Ｆｌｉａりが影響することも指
摘されている。

一方、ボンディングツール、特にワイヤボンディング用
のボンディングツールは、たとえば、江業調査会発行［
を子材料Ｊ　１９８１年８月号、昭和５７年８月１日発
行、Ｐ６８〜Ｐ７０に記載されているように、ガラス、
セラミックガラス、超硬（ＷＣ，ＴａＣ）、セラミック
（アルミナ）。

ルビー（溶融アルミナ）等によって形成されているが、
より高いボンディング耐用回数が希求されている。　と
ころで、本願の検討により下記のことがあきらかとなっ
た。すなわち、バイブリフトＩＣの組立におけるボンデ
ィングは、セラミック基板の主面に設けられた導体層は
スクリーン印刷等によって形成されるため、その導体層
の平坦度は必ずしも良好であるとは言えず、導体層への
ボンダビリティを常に良好に維持することは難しい。

また、ボンディング状況が一定となり難いことから、ボ
ンディングツールも摩耗し、易くなり、ボンディングツ
ールの寿命も短くなる傾向になり易く、ボンディングツ
ールの交換も多くなり、作業性の向上の妨げとなってい
る。特に、圧着と振動（ｉｌｌり付けも含む）動作によ
るサーモソニックボンディングの場合はボンディングツ
ールがより摩耗し易くなるため、ボンダビリティおよび
ループ形状を良好に維持できるボンディング回数が減少
し、ボンディングツールの寿命が短（なる０本発明は上
記にかんがみなされたものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的はボンディングの信顛度の高い半導体装置
を提供することにある。

本発明の他の目的はボンダビリティが良好にできるボン
ディングツールを提供することにある。

本発明の他の目的は寿命が長くできるボンディングツー
ルを提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の１既要〕 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
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明にあっては、ワイヤを保持するキャピ
ラリの先端面にワイヤを案内するガイド孔に同心的にリ
ング状の溝を設け、ワイヤボンディング時にはこの溝内
にワイヤの一部が入り込むようにすることによって、ワ
イヤを確実に保持できるため、キャピラリからの超音波
振動のワイヤに対する伝達効率が高くなり、前記溝の内
周側および外周側の部分で良好な接着ができるようにな
ヮていることから、ボンダビリティ、が向上する。

また、超音波振動の伝達効率が高くできることによって
、超音波出力（振幅）を小さくすることができ、ボンデ
ィングツールの長寿命化も達成できる。

（実施例〕 第１図は本発明の一実施例によるバイブリフトＩＣの一
部を示す断面図、第２図は同じくワイヤが張られた状態
を示す部分的な平面図、第３図は同じ（ワイヤボンディ
ング状態を示すワイヤボンディング装置の概要を示す正
面図、第４０は同じくキャピラリの先端部分を示す断面
図、第５図は同じくチップの電極にワイヤを接続する最
初の状態を示す断面図、第６図は同じくチップの電極に
ワイヤを接続した状態を示す断面図、第７図は同じく導
体層上にワイヤを接続した状態を示す断面図である。

本発明の半導体装置は第１図および第２図の要部図面で
示すように、セラミック板ｌからなる配線基板２の主面
に固定されたチップ３の電極４と、導体層（リード）５
の内端とは、ワイヤ６で接続されている。前記チップ３
は配［５板２の主面にあらかじめ設けられた導体層７に
半田、銀ペースト等の接合材８によって固定されている
。なお、前記導体層（リード）５および導体層７はセラ
ミック板ｌの主面に印刷によって同時に形成される。

ところで、前記チップ３の電極４とリード５を結線する
ワイヤ６は金線からなり、かつ第４図で示されるような
特別の構造を有するキャピラリ９によって接続されてい
る。

キャピラリ９は中心に数十μｍの直径のワイヤ６が挿入
されるガイド孔１０を存している。また、キャピラリ９
の先端、すなわち、前記ワイヤ６を押し付け、振動によ
って擦り付ける押圧面１１は平坦となってワイヤ６の押
し潰しが有効に行えるようになっているとともに、その
押圧面１１には、前記ガイド孔１０と同心円的に設けら
れたリング状の溝（冨み）　１２が設けられている。前
記窪み１２は直径が１８０〜２００μｍの押圧面１１の
略中間に沿って設けられている。また、前記窪み１２は
その幅が１０μｍ前後、深さが１５〜２０μｍ程度とな
っている。これは、ワイヤ６の押し付は振動時に押圧部
分から外れたワイヤ６部分がこの窪み１２部分に入るこ
とによって、ワイヤ６カキヤビラリ９により確実に保持
されるための寸法であり、かつ磨滅によって生じたワイ
ヤ屑が窪み１２に溜まり難い寸法でもある。また、前記
キャピラリ９は一般に使用されているセラミック。

ルビー等によって形成されていて、材質面からみてもボ
ンディング使用回数が長くなるように配慮されている。

このようなキャピラリ９によれば、ボンディング部分は
２箇所でそれぞれ固定される。すなわち、ボンディング
は圧着と超音波振動とによるサーモソニックボンディン
グによることおよびワイヤ６の一部がキャピラリ９に直
接押圧されないでキャピラリ９の窪み１２内に逃げるこ
とから、チップ３の電極４におけるボンディング部分で
は、第１図および第２図ならびに第４図に示されるよう
に、ａ、ｂなる幅のリング状の接合面によって接合され
る（第２図においてクロスハンチングが施された部分が
リング状接合部１３となる。）。また、リード５側では
、第２図に示されるように、ワイヤ６はクロスハツチン
グで示された２条の接合部１４で接合されている。なお
、キャピラリ９の窪み１２に対応するワイヤ６部分は全
く接合されないわけではなく、前記リング状接合部１３
や接合部１４の接合強度よりは接合強度が小さいことを
意味するだけである。

ここで、サーモソニックポンディング装置についてＰｊ
Ｌｌに説明する。サーモソニックボンディング装置は、
振動をワイヤ６に印可する必要があることから、方向性
がある。そこで、サーモソニックボンディング装置の本
体Ｉ５は、第３図に示されるように、ＸＹテーブル１６
（ＸＹ平行移動可能）上に支持されるとともに、昇降す
るようになっている。また、本体１５からはアーム１７
が延在し、その先端には第４図に示されるキャピラリ９
が取付けられている。キャピラリ９はアーム１７の延び
る方向に振動（たとえば、１μｍ以下の振幅で超音波振
動する）する。特に、本発明のサーモソニックボンディ
ング装置は、キャピラリ９の窪み１２の存在効果によっ
てワイヤ６が確実に保持され、ワイヤ６へのキャピラリ
９がらの超音波振動の伝達効率が高いことから、超音波
出力（振幅）を小さくすることができるため、キャピラ
リ９の寿命が長くなる。また、キャピラリ９の寿命の点
で言えば、キャピラリ９に設けられた窪み１２の幅、深
さが適度の寸法となっていることがら、ワイヤ６の屑が
溜まり難く、常にキャピラリ９はワイヤ６を確実に保持
しながらワイヤボンディングができるため、キャピラリ
９の長寿命化が維持できると言える。

また、配線基板２等の被処理物をａ置するテーブル１８
は支軸１９によって支持される。この結果、ＸＹテーブ
ル１６の平面のＸＹ方向の移動操作によってキャピラリ
９は配線基板２の所望の位置に正確に移動することがで
きる。

つぎに、このようなサーモソニノクポンディング装置に
よるワイヤボンディングについて、第５図〜第７図を参
照しながら簡単に説明する。

最初に、金からなるワイヤ６をガイド孔ｌＯ内に保持し
たキャピラリ９は、第５図に示されるように、キャピラ
リ９の先端から突出した部分が電気トーチによって加熱
され、金ボール２０とされる。そして、このキャピラリ
９は第１ボンディング位置であるチップ３の所定の電極
４の真上に移動される。

つぎに、第６図に示されるように、キャピラリ９は降下
して金ボール２０を熱圧着および超音波振動によって押
し潰してワイヤ６を電極４に接続する。

金ポール２０部分の電極４に対する接続が終了すると、
前記キャピラリ９は第７図の矢印に示されるように、上
昇、水平移動、降下と連続的に移動して、第２ボンディ
ング位置であるリード５上にワイヤ６の途中部分を熱圧
着しかつ超音波振動によって固定する。その後、キャピ
ラリ９は上昇しかつワイヤ６は図示しないクランパーに
よって引っ張られて第２ボンディング部分近傍で分断さ
れる。なお、キャピラリ９が第１ボンディング位置から
第２ボンディング位置に移動する際、キャピラリ９の押
圧面１１が汚れていないことから、ガイド孔ｌＯから繰
り出されるワイヤ６は良好に引き出されるため、ワイヤ
ループ形状は最も好ましい形状となり、不所望の部分に
垂れ下がって接触したりするようなことはない。

このようにして、順次必要箇所のワイヤボンディングが
行われる。

〔効果〕

＋１１本発明によれば、キャピラリ９の押圧面１１に設
けられた窪み１２の存在効果によって、キャピラリから
のワイヤに対する超音波振動の伝達効率が高（なるため
、ボンダビリティが向上し、ボンディングの信超度向上
が達成できるという効果が得られる。

（２）上記＋１）から、本発明によれば、超音波振動の
伝達効率が高くできることによって、超音波出力（振幅
）を小さくすることができ、ボンディングツールの長寿
命化が達成できるという効果が得られる。

（３）上記（１）から、本発明によればボンディングの
歩留りが向上するという効果が得られる。

（４）上記（１）より、本発明によれば、キャピラリ９
の押圧面に窪みがあることより、リード側でのボンディ
ングは２点ボンディングとなり、信頼度の高い半導体装
置が得られる。

（５）上記＋１）〜（４）により、本発明によればボン
ディングの信頼度が高い半導体装置をより低度に提供す
ることができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基つき具
体的に説明したが、本発明は上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
であることはいうまでもない、たとえば、第８図に示す
ように、超音波ワイヤボンディング装置におけるボンデ
ィングツールであるウェッジ２１に前記実施例同様に窪
み１２を設ければ、第９図に示すように２状の接合部１
４が形成でき、前記実施例同様な効果が得られる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるサーモソニックボン
ディング技術に通用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、たとえば、熱圧着技術など
に適用できる。

本発明は少な（とも接続には適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるハイブリッドＩＣの一
部を示す断面図、 第２図は同じくワイヤが張られた状態を示す部分的な平
面図、 第３図は同じくワイヤボンディング状態を示すワイヤボ
ンディング装置の概要を示す正面図、第４図は同じくキ
ャピラリの先端部分を示す断面図、 第５図は同じくチップの電極にワイヤを接続する最初の
状態を示す断面図、 第６図は同じくチア・プの電極にワイヤを接続した状態
を示す断面図、 第７図は同じく導体層上にワイヤを接続した状態を示す
断面図、 第８図は本発明の他の実施例によるウェッジの先端部分
を示す断面図、 第９図は同じくウェッジによるボンディング部分を示す
平面図である。 ｌ・・・セラミック板、２・・・配線基板、３・・・チ
ップ、４・・・電極、５・・・リード、６・・・ワイヤ
、７・・・導体層、８・・・接合材、９・・・キャピラ
リ、１０・・・ガイド孔、１１・・・押圧面、１２・・
・窪み、１３・・・リング状接合部、１４・・・接合部
、１５・・・本体、１６・・・ＸＹテーブル、１７・・
・アーム、１８・・・テーブル、１９・・・支軸、２０
　　。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 ／デ 第　　４　　図 第　　５　　図 第　　６　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、チップと、このチップの周辺に内端を臨ませるリー
   ドと、前記チップの電極とリード内端とを接続するワイ
   ヤと、を有する半導体装置であって、前記電極およびリ
   ードとワイヤとの接続部分は多条の圧着部を有している
   ことを特徴とする半導体装置。 ２、ワイヤを保持したボンディングツールでボンディン
   グ位置にワイヤを押し付けて擦り付け、第１ボンディン
   グ位置と第２ボンディング位置とをワイヤで電気的に接
   続するワイヤボンディング装置におけるボンディングツ
   ールであって、前記ボンディングツールのワイヤを圧着
   する圧着面には窪みが設けられていることを特徴とする
   ボンディングツール。 ３、前記窪みはワイヤを繰り出すガイド孔の外周に同心
   円的に溝条となって設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のボンディングツール。 ４、前記窪みはボンディングツールの平坦な圧着面に設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のボンディングツール。