JPS63266846A - 電子装置の製造方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子装置の製造技術、特に、ワイヤボンディ
ング技術に関し、例えば、半導体装置の製造工程におい
て、ペレットとリードとを電気的に接続するのに利用し
て有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、ペレットとリードを電
気的に接続するワイヤボンディング装置として、ワイヤ
の先端に放電アークを利用してボ−ルを熔融形成し、こ
のボールをペレットのボンディングパッドに熱圧着して
第１ボンディングを実施した後、ワイヤを引き出してそ
の中間部をインナリード上に熱圧着して第２ボンディン
グを実施することにより、ワイヤの接続を行うようにし
たワイヤボンディング装置であって、ペレットが搭載さ
れた被加工物としてのリードフレームの周囲に還元性ガ
スを供給することにより、その雰囲気を還元性ガス雰囲
気に保持するように構成されているものがある。

なお、ワイヤボンディング装置を述べである例としては
、特開昭５Ｅｌ−１６９９１８号公報がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このようなワイヤボンディング装置においては
、リードフレームの周囲に供給された還元性ガスが大気
と混合した場合、ボール形成時の放電アーク等を着火源
として燃焼することがあり、燃焼した際にボンディング
条件が変化するため、ボンダビリティ−が不安定になる
という問題点があることが、本発明者によって明らかに
された。

本発明の目的は、還元性ガスの燃焼による加工精度の不
安定化を防止することができる電子装置の製造技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点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。

すなわち、被加工物の周囲に還元性ガスを供給すること
により、還元性ガス雰囲気を形成する還元性ガス供給手
段を備えている電子装置の製造装置において、前記被加
工物の周囲を通過した還元性ガスに不活性ガスを供給す
ることにより、可燃条件範囲外に希釈させる不活性ガス
供給手段を設けたものである。

〔作用〕

一般に、被加工物酸化防止用還元性ガスは１０％程度の
可燃性ガスを含んでいるため、大気中の酸素に接触する
ことにより、その近傍の加熱源または放電アーク等を火
種として着火し自然燃焼することがある。そして、外部
で水素の燃焼が発生すると、被加工物の酸化等は起きな
いとしても、温度環境の変動や所謂陽炎等のような加工
条件の変動により、加工安定性の低下が発生する。

しかし、前記した手段によれば、逃散した還元性ガスは
不活性ガスにより可燃条件範囲外に希釈されるため、還
元性ガス中の水素が燃焼することは防止され、その結果
、加工安定性の低下は防止されることになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す正面図、第２図はその要部の拡大部分正面図で
ある。

本実施例において、電子装置の製造装置としてのワイヤ
ボンディング装置は電子装置としての半導体装置１にお
けるペレット２の電極パッドとリードフレーム３のリー
ド４とにワイヤ５をそれぞれボンディングすることによ
り、ペレット２と各リード４とを電気的に接続するよう
構成されている。したがって、本実施例において、ペレ
ット２が搭載されているリードフレーム３は被加工物を
実質的に構成している。

このワイヤボンディング装置はフィーダ６を備えており
、フィーダ６にはヒートブロック７がリードフレーム３
を加熱し得るように設備されている。フィーダ６のボン
ディングステージの外部にはＸＹテーブル８がＸＹ方向
に移動し得るように設備されており、ＸＹテーブル８上
にはボンディングヘッド９が搭載されている。ボンディ
ングヘッド９にはボンディングアーム１０が基端を回転
自在に軸支されて支持されており、このアーム１０はそ
の先端に固設されたキャピラリー１１を上下動させるべ
く、カム機構（図示せず）により駆動されるように構成
されている。また、ボンディングヘッド９にはボンディ
ングアーム１０を通してキャピラリー１１を超音波振動
させる超音波発振装置（図示せず）が設備されている。

ボンディングアーム１０の上側には一対のクランバアー
ム１２．１３が電磁プランジャ機構等のような適当な手
段（図示せず）により作動されるように設備されており
、両アーム１２．１３の各先端はキャピラリー１１の真
上位置に配されてクランパ１４を構成している。クラン
パ１４にはリール（図示せず）から繰り出される銅ワイ
ヤ５がガイド１５を介して挿通されており、ワイヤ５は
さらにキャピラリー１１に挿通されている。

キャピラリー１１の近傍には放電電極１６が独立して設
備されており、この電極１６ばその上端部が回転自在に
軸支されることにより、その先端部がキャピラリー１１
の下方位置、すなわち、ワイヤ５の先端の真下位置と、
キャピラリー１１の側方位置（退避位置）との間を移動
されるように構成されている。また、この電極１６と前
記クランパ１４との間には電源回路Ｉ７が接続されてお
り、電極１６とワイヤ５の間で放電アークを生成させる
ようになっている。

このワイヤボンディング装置は、ワイヤ５の先端で生成
されるボールの周囲にガスを供給することにより、ガス
雰囲気を形成するためのチューブ１８を備えており、こ
のガス供給手段としてのチューブ１８は放電電極１６に
チューブ開口部をキャピラリー１１の下方位置に向けて
取り（−１けられている。チューブ１８には還元作用の
あるガス、例えば、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガ
ス等を供給するためのガス供給ユニット１９が接続され
ており、チューブ］８の内部にはガス加熱手段としての
ヒータ２０が絶縁テープを挟設されて挿入されている。

このヒータ２０ばガス供給ユニット１９から供給された
還元性ガス（以下、ボール生成用ガスという。）２１を
チューブ１８とヒートブロック２０との隙間を通過する
際に加熱することにより、所定の温度に制御し得るよう
に構成されている。

一方、フィーダ６の底部には、リードフレーム３の酸化
を防止するための還元性ガス（以下、リードフレーム酸
化防止用ガスという。）２２をイハ給する手段としての
還元性ガス供給装置２３が設備されており、この供給装
置２３は吹出口２４を備えている。吹出口２４はリード
フレーム３の周囲にリードフレーム酸化防止用ガス２２
を緩やかに吹き出し得るように、フィーダ６の上面に複
数個開設されており、この吹出口２４群にはガス供給路
２５が接続されている。ガス供給路２５はガス供給ユニ
ット２６に接続されており、ガス供給ユニット２６は還
元性ガス、例えば、９０％の窒素および１０％の水素か
ら成る混合ガスを、予め設定された流量をもって供給し
得るように構成されている。

そして、フィーダ６上にはカバー２７がフィーダ６を送
られるリードフレーム３を略全体にわたって被覆するよ
うに設備されており、このカバー２７はり−ドフレーム
３の周囲に供給された酸化防止用ガス２２をリードフレ
ーム３の周囲に可及的に停滞させるようになっている。

カバー２７には窓孔２８がキャピラリー１】の真下にお
けるボンディングステージとなる位置に配されて、ワイ
ヤボンディングを実施し得る大きさの略正方形形状に開
設されている。この窓孔２８には略正方形枠形状に形成
されたリードフレーム押さえ具２９が昇降自在に嵌合さ
れており、この押さえ具２９はカム機構等のような適当
な駆動装置（図示せず）によりフィーダ６の間欠送り作
動に連携して」二下動するように構成されている。すな
わち、この押さえ具２９はワイヤボンディングが実施さ
れる時にリードフレーム３を上から押さえることにより
、リードフレーム３の遊動を防止するように構成されて
いる。

カバー２７上には不活性ガスを供給する手段としての不
活性ガス供給装置３１が、窓孔２８上にエアカーテン状
のガス流を形成し得るように設備されている。すなわち
、この供給装置３１はガスを吹き出すノズル３２を備え
ており、ノズル３２は押さえ具２９上にこれと連動して
上下動し得るように固設されている。このノズル３２に
は複数個の吹出口３３がガスを緩やかに吹き出してエア
カーテン状の流れを形成し得るように開設されている。

他方、このノズル３２にはガス供給ユニット３４が接続
されており、このユニット３４は不活性ガス、例えば窒
素ガスを、窓孔２８から逃散して来る酸化防止用還元性
ガス２２の濃度を可燃条件範囲外に希釈させる流量供給
し得るように構成されている。

次に、前記構成にかかるワイヤボンディング装置による
本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法を説明
する。

ペレット２がボンディングされている被加工物としての
リードフレーム３がフィーダ６により間欠送りされて、
ワイヤボンディングすべきペレット２の部分がフィーダ
６上におけるボンディングステージに供給されると、窓
孔２８内においてリードフレーム押さえ具２９が下降さ
れてリードフレーム３を押さえつける。続いて、ＸＹテ
ーブル８が後述するようなボンディング作動を繰り返す
ように適宜移動される。

一方、キャピラリー１１においては、放電電極１６が銅
ワイヤ５の下端に接近されて電源回路１７が閉じられる
ことにより、銅ワイヤ５の先端にボール５ａが溶融形成
される。このとき、チューブ１８から還元性ガス２１が
供給され、ワイヤ５と電極１６との間が還元性ガス雰囲
気に保持される。この還元性ガス２１はチューブ１８の
内部の途中に介設されているヒータ２０により所定温度
になるように加熱制御されるため、ガス雰囲気は所定の
温度範囲内になり、ワイヤ５の先端に形成されるボール
５ａの温度の低下が防止される。その結果、還元性ガス
２１が熔融したボール５ａに吹き付けられても、ボール
５ａの硬度が低下することはない。

続いて、キャピラリー１１がボンディングヘッド９によ
り下降されてワイヤ５の先端部に形成されたボール５ａ
をペレット２のパッドに徐々に押着させる。このとき、
ペレット２がヒートブロック７によって加熱されている
ため、ボール５ａはペレット２のパッド上に熱圧着され
る。そして、ボール５ａはガス雰囲気を所定の温度範囲
に保たれることにより、硬くなることを抑制されている
ため、良好なボンダビリティ−をもって熱圧着されるこ
とになる。

第１ボンディング部が形成された後、キャピラリー１１
がＸＹテーブル８およびボンディングヘッド９により３
次元的に相対移動され、所定のり−ド４にワイヤ５の中
間部を押着させる。このとき、キャピラリー１０に超音
波振動が付勢されるとともに、リード４がヒートブロッ
ク７によって加熱されているため、ワイヤ５はリード４
上に超音波熱圧着される。

第２ボンディングが終了すると、クランパ１４がワイヤ
５を把持し、クランパ１４はキャピラリー１１と共に第
２ボンディング部に相対的に離反移動される。この離反
移動により、ワイヤ５は第２ボンディング部から引き千
切られる。その後、クランパ１４がワイヤ５の把持を解
除するとともに、キャピラリー１１が若干上昇すること
により、ワイヤ５の先端部がボール５ａの成形に必要な
長さだけ突き出される（テール出し）。

以降、前記作動がペレット２のパッドおよびインナリー
ド４の数に対応する回数だけ繰り返されることにより、
所要のワイヤボンディング作業が実施される。その後、
１単位のリードフレームについてのワイヤボンディング
作業が完了すると、押さえ具２９が上昇され、次のペレ
ット２がボンディングステージの所へ位置するようにリ
ードフレーム３が１ピンチ送られる。以後、各単位のペ
レット２について前記ワイヤボンディング作業が順次実
施されて行く。

そして、前記ボンディング作業中、フィーダ６の上面に
開設された吹出口２４からリードフレーム酸化防止用還
元性ガス２２が常時吹き出されているため、リードフレ
ーム３は還元性ガス雰囲気内に浸漬されている。このと
き、還元性ガス雰囲気はフィーダ６上に敷設されたカバ
ー２７によって被覆されているため、この還元性ガス２
２はリードフレーム３およびペレット２を効果的に包囲
することになる。したがって、リードフレーム３等の酸
化は確実に防止されている。

また、押さえ具２９上に設備されたノズル３２からは窒
素ガス３０が窓孔２８上を横断するエアカーテンを形成
するように常時吹き出されており、窓孔２８が流体的に
遮藪されているため、窓孔２８外の大気がキャピラリー
１１の進退に伴う巻き込みによって窓孔２８からリード
フレーム酸化防止用還元性ガス２２の雰囲気へ侵入する
ことは防止されている。大気の侵入が防止されることに
より、前記リードフレーム３等の酸化防止作用は一層確
実に維持されるとともに、水素のような可燃ガスを含む
還元性ガス２２がカバー２７内で燃焼することは確実に
防止される。

ここで、リードフレームとして銅系のリードフレームが
使用されている場合、銅は酸化され易く、酸化膜がボン
ディング面に厚く形成されるため、第２ボンディングに
おけるボンダビリティ−が低下する。すなわち、酸化膜
が形成されると、ワイヤとの金属結合性が低下するため
、ボンダビリティ−が低下する。

しかし、本実施例においては、フィーダ６上がカバー２
７により被覆されているとともに、そのカバー内に供給
された還元性ガス雰囲気により、フレーム３が包囲され
ているため、酸化され易いＩＬＩ＋ 銅系リードフレームが使用されていても、その表面に酸
化膜が形成されることはなく、その結果、ワイヤ５は良
好なボンダビリティ−をもってリード４上にボンディン
グされることになる。

しかも、キャピラリー１１が進退する窓孔２８はノズル
３２から吹き出される窒素ガス３０によるエアカーテン
によりカバー２７の内外を遮断されているため、還元性
ガス雰囲気はきわめて効率的に形成されることになる。

そして、ノズル３２は押さえ具２９に取り付けられるこ
とにより、押さえ具２９の動きに追従するため、リード
フレーム３についてのボンディング作業を妨害すること
はない。

ところで、リードフレーム酸化防止用還元性ガス２２は
１０％の水素を含んでいるため、カバー２７外に逃散し
て大気中の酸素に接触することにより、放電電極１６の
アーク等を火種として着火し燃焼することがある。そし
て、カバーの外部で水素の燃焼が発生ずると、リードフ
レームの酸化等は起きないとしても、次のような点でポ
ンディ　Ｃ ング条件が変動するため、ボンダビリティ−の安定性が
低下するという問題点があることが、本発明者によって
明らかにされた。

（１）　　環境温度の変動により、リードフレームやキ
ャピラリーの温度が不安定になるため、ボール生成や第
１および第２ボンディングにおける熱圧着作用が不安定
になる。

（２）　　環境温度の変動により、熱膨張の度合が変動
したり、装置各構成部の作動不良等が発生ずるため、ボ
ンディングの位置精度が低下する。

（３）燃焼に伴う所謂陽炎の発生により、パターン認識
装置の画面が揺らくため、パターン認識精度が低下する
。

しかし、本実施例においては、逃散した還元性ガス２２
は窓孔２８上に吹き出されている窒素ガス３０により可
燃条件範囲外に希釈されるため、還元性ガス２２中の水
素が燃焼することは防止され、その結果、ボンダビリテ
ィ−の安定性が維持される。

すなわち、カバー２７内の酸化防止用還元性ガス２２が
キャピラリー１１の進退に伴うこと等によって窓孔２８
から外部へ逃散したとしても、還元性ガス２２中に含ま
れた１０％の水素ガスはノズル３２から吹き出されてい
る窒素ガス３０と混合することにより希釈されるため、
燃焼することはない。つまり、水素は空気との混合比が
４％以下であると、燃焼しないため、１０％の水素が空
気との混合比４％以下に希釈されるようにノズル３２の
吹出口３３から窒素ガス３０を窒素ガス供給ユニット３
４の制御によって所定流量吹き出させておくことにより
、逃散した還元性ガス２２中の水素の燃焼を防止するこ
とができる。

このようにしてカバー２７外における燃焼が防止される
ことにより、陽炎の発生が抑止され、環境温度が一定に
維持されるため、ボール生成や熱圧着作用、およびボン
ディングの位置精度やパターン認識精度が安定し、その
結果、それらに伴うボンダビリティ−の安定性低下は未
然に防止されることになる。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１１リードフレームの周囲から逃散して来た還元性ガ
スを窒素ガスによって可燃条件範囲外に希釈させること
により、逃散した還元性ガスの燃焼を抑止することがで
きるため、燃焼に伴うボンディング条件の変動によるボ
ンダビリティ−の安定性低下を未然に防止することがで
き、ボンディング、強いては製品の品質および信頼性を
高めることができる。

（２）希釈のための窒素ガスをボンディングステージに
開設された窓孔上に吹き出させてエアカーテンを形成さ
せることにより、窓孔の内外を流体的に遮断することが
できるため、大気の窓孔内への侵入、窓孔内の還元性ガ
スの外部への逃散を防止することができ、還元性ガス雰
囲気を確実に維持させることができるとともに、還元性
ガスの燃焼防止効果を一層高めることができる。

〔３）　　リードフレームに還元性ガスを供給するよう
に構成することにより、リードフレームの周囲に還元性
ガスを効果的に形成させることができるため、銅系のよ
うに酸化され易いリードフレームであっても酸化膜の形
成を確実に防止することができ、銅系のリードフレーム
の使用を実現化することにより、コストの低減化等を促
進させることができる。

（４）酸化膜の形成を確実に防止することにより、良好
な金属結合性を維持して適正なボンダビリティ−を確保
することができるため、ボンディング、強いては製品の
品質および信頼性を高めることができる。

（５）　　フィーダ上にカバーを敷設し、このカバーに
ボンディング作業の実施に最小限度必要な開口面積の窓
孔を開設することにより、還元性ガスの逃散を最小限度
に抑制することができるため、還元性ガス雰囲気の形成
を一層効率化させることができるとともに、ガス使用量
を抑制させることができる。

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
であることはいうまでもない。

例えば、燃焼防止のために供給するガスとしては窒素ガ
スを使用するに限らず、−その他の不活性ガスを使用し
てもよい。

不活性ガス供給手段はリードフレーム押さえ具に組み込
むに限らず、専用的に設備してもよい。

また、エアカーテンを形成するように構成するに限らず
、逃散して来た還元性ガス中の可燃ガスを不活性ガスに
より単に希釈するように構成してもよい。

不活性ガスの供給流量、流速、流圧やエアカーテンの層
厚等は、還元性ガスの種類、その中の可燃性ガスの濃度
、可燃条件の範囲、逃散して来るガスの流量、流速、流
圧等に対応して、実験やコンピュータ・シュミレーショ
ン等のような経験的手法、およびその分析による理論式
等により、最適範囲を求めることが望ましい。

リードフレームは銅系のものに■らず、鉄−ニソケル系
のリードフレーム等であってもよいし、さらには、被加
工物はペレットが搭載されたり一ドフレームに限らない
。

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ワイヤボンディング
技術に適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、ペレットをリードフレームにボンデ
ィングするペレットボンディング技術等に適用すること
ができる。本発明は少なくとも、還元性ガスを用いる電
子装置の製造技術全般に適用することができる。

〔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、次の通りである。

被加工物の周囲を通過した還元性ガスを不活性ガスによ
って可燃条件範囲外に希釈させることにより、還元性ガ
スの自然燃焼を防止することができるため、加工条件の
変動を防止することにより、加工の安定性低下を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す正面図、 第２図はその要部の拡大部分正面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物の周囲を通過した還元性ガスを不活性ガス
   により可燃条件範囲外に希釈させることを特徴とする電
   子装置の製造方法。 ２、被ボンディング物の周囲を通過した還元性ガスを不
   活性ガスにより可燃条件範囲外に希釈させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子装置の製造方法
   。 ３、不活性ガスとして、窒素ガスが使用されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子装置の製
   造方法。 ４、被加工物の周囲に還元性ガスを供給する還元性ガス
   供給手段と、不活性ガスを被加工物付近に供給する不活
   性ガス供給手段とを備えており、不活性ガス供給手段は
   被加工物の周囲を通過した還元性ガスを不活性ガスによ
   り可燃条件範囲外に希釈させるように構成されているこ
   とを特徴とする電子装置の製造装置。 ５、不活性ガス供給手段が、被加工物と外気との間に不
   活性ガスによるエアカーテンを形成するように構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電
   子装置の製造装置。 ６、被加工物が、ボンディング加工を施される被ボンデ
   ィング物であり、不活性ガス供給手段の吹出ノズルが被
   ボンディング物を押さえる押さえ具に付設されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の電子装置の
   製造装置。