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JP3885747B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザを用いてワイヤを被接合部材に接合させるレーザワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のワイヤボンディング方法は、レーザ照射可能なノズルを備えるワイヤボンディング装置によって行われる。すなわち、ワイヤをパッドやターミナル等の被接合部材上に位置させるとともにノズルによってワイヤを被接合部材に押し付けた状態で、ワイヤにレーザを照射することにより、ワイヤの接合を行うものである（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
そして、ワイヤ接合後には、ワイヤのうち接合部から離れた部位にてワイヤを切断するが、この切断は、ワイヤを案内するガイド部に一体化して設けられたカッターを用いて行われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３７９２２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−３４３８９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、従来ではワイヤの切断は、ガイド部材に一体に設けられたカッターを用いているため、カッター（刃具）の摩耗により、カッターを定期的に交換する必要があり、設備の稼働率が低下するという問題があった。
【０００７】
また、カッターおよびこれを駆動させる駆動部が、被接合部材側の製品における他の部分と干渉するのを防止する必要があり、その分、スペースの確保が必要となるため、被接合部材側の製品において部品配置の自由度に制約が生じていた。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、レーザワイヤボンディング方法において、カッターを用いないでワイヤの切断を行えるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、カッターを用いずに、レーザをワイヤに照射し、その熱でワイヤを切断することを考え、鋭意検討を行った。
【００１０】
その結果、ワイヤにノズルや被接合部材を接触させたままレーザを当てると、ワイヤからノズルや被接合部材を介して熱の逃げが生じるので高エネルギーのレーザが必要になるが、ワイヤにノズルや被接合部材等の他部材を接触させない状態でレーザ照射すれば、熱がワイヤの切断部に集中し、低エネルギーで切断可能なことを見出した。本発明はこの点に着想を得て創出されたものである。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明では、ワイヤ（４０）を被接合部材（２１）上に位置させるとともにノズル（５０）によってワイヤを被接合部材に押し付けた状態で、ワイヤにレーザを照射することにより、ワイヤを前記被接合部材に接合する工程と、続いて、ワイヤのうち接合部（８０）から離れた部位にてワイヤを切断する工程とを備えるワイヤボンディング方法において、ワイヤの切断工程では、ワイヤの切断すべき部位（４１）を被接合部材から離すとともに、ノズルを移動させワイヤの切断すべき部位の上に離して位置させた状態で、レーザの照射を再度行うことにより、ワイヤの切断を行うことを特徴とする。
【００１２】
それによれば、ワイヤ（４０）の切断工程では、ワイヤの切断すべき部位（４１）を被接合部材（２１）およびノズル（５０）から離した状態で、ワイヤの切断すべき部位にレーザの照射を行うことになる。そのため、レーザ照射によってワイヤの切断すべき部位に熱が集中し、低いエネルギーによってワイヤの切断を行うことができる。
【００１３】
よって、本発明によれば、カッターを用いないでワイヤの切断を行うことができる。その結果、カッターの交換が不要となり稼働率の向上が図れるとともに、ワイヤボンディング装置においてカッターおよびこれを駆動させる駆動部が無くなるため、被接合部材側の製品において部品配置の自由度が向上する。
【００１４】
ここで、請求項２に記載の発明のように、ワイヤ（４０）の切断工程では、ワイヤに対してワイヤの長手方向に引っ張る力を加えながら、ワイヤの切断を行うことが好ましい。それによれば、よりワイヤの切断が容易になる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態のワイヤボンディング方法によりワイヤ接続が行われた後の装置Ｓ１の状態を示す概略断面図である。本例の装置Ｓ１は、自動車等に搭載される制御回路装置として構成されている。
【００１７】
装置Ｓ１において、アルミニウム（Ａｌ）等からなる放熱部材（フィン）１０の上には、セラミック基板等からなる回路基板２０が搭載され接着等により固定されている。
【００１８】
この回路基板２０は、ハイブリッドＩＣ基板として構成されており、回路基板２０の上には、鉄系金属等からなるパッド２１がはんだ付け等により、回路基板２０に固定されている。
【００１９】
また、放熱部材１０の上には、樹脂等からなるパッケージ３０が設けられており、このパッケージ３０には、外部引き出し用端子としてのターミナル３１が設けられている。このターミナル３１は真鍮等からなるもので、パッケージ３０にインサート成形等によって一体化されている。
【００２０】
そして、ターミナル３１と回路基板２０のパッド２１とは、銅（Ｃｕ）、Ａｌ、金（Ａｕ）等からなるワイヤ４０により結線されており、電気的に接続されている。そして、回路基板２０はこのワイヤ４０、ターミナル３１を介して外部と電気的に接続可能となっている。
【００２１】
また、このワイヤ４０は、図１に示されるノズル５０およびワイヤガイド６０を有するワイヤボンディング装置を用いて、レーザワイヤボンディング方法によって接続されたものである。ここでは、ターミナル３１を１次ボンディング側、パッド２１を２次ボンディング側としてボンディングが行われている。
【００２２】
また、図１では、本実施形態のワイヤボンディング装置のうちノズル５０およびワイヤガイド６０が示してあるが、詳しくは、上記した特許文献１に記載されているワイヤボンディング装置においてカッターを無くした構成のものを採用することができる。
【００２３】
ノズル５０は円筒状をなし、且つ、先端側（図中、下側）ほど細くなっている。ノズル５０は、ワイヤ４０の接合時にワイヤ４０と被接合部材２１、３１とを密着させるためのものである。
【００２４】
また、図１において、このノズル５０の上方位置には図示しないが、集光レンズが配置されている。そして、この集光レンズの上方からレーザビーム７０が照射され、集光レンズにより集光され、ノズル５０内を通り、ノズル５０の先端からレーザビーム７０が発射されるようになっている。
【００２５】
そして、ワイヤガイド６０は、ノズル５０の側方にわずかに離間して配置されている。このワイヤガイド６０は、ワイヤ４０を案内するガイド部材であり、ワイヤ４０を支持して被接合部材２１、３１に対してワイヤ４０を引き回すようになっている。
【００２６】
例えば、ノズル５０およびワイヤガイド６０は、それぞれ上記ワイヤボンディング装置に設けられているモータ等の駆動部によって、図１中の上下方向すなわちＺ方向に可動となっている。
【００２７】
また、ワイヤボンディング時において、装置Ｓ１は図示しない加工台に搭載されるが、この加工台は、例えば、図１中の紙面垂直方向に広がる面内に可動となっている。具体的には、この加工台は図１中に示すＸ方向、Ｙ方向へ可動となっており、さらにはＺ方向回りに回転可能となっている。
【００２８】
これにより、ノズル５０、ワイヤガイド６０およびワイヤガイド６０に支持されたワイヤ４０が、上記加工台に搭載された装置Ｓ１の所定位置へ移動することができるようになっている。
【００２９】
このような本実施形態の装置Ｓ１におけるレーザワイヤボンディング方法について、上記図１に加え、図２も参照して述べる。図２は、本実施形態のワイヤボンディング方法の要部を断面的に示す工程図である。
【００３０】
まず、パッケージ３０のターミナル３１において１次ボンディングを行う。この１次ボンディングは、上記特許文献１に記載されている方法と同様にして行われる。
【００３１】
すなわち、ワイヤ４０を支持したワイヤガイド６０およびノズル５０をターミナル３１の上に位置させ、ノズル５０を下降させて、ワイヤ４０をターミナル３１に押しつける。これにより、ワイヤ４０はターミナル３１とノズル５０との間に挟まれて固定される。この状態において、レーザビーム７０をワイヤ４０に照射することにより、ワイヤ４０とターミナル３１とが溶接される。
【００３２】
こうして１次ボンディングを行った後、ワイヤ４０を２次ボンディング側の被接合部材２１上に位置させるとともにノズル５０によってワイヤ４０を該被接合部材２１に押し付けた状態で、ワイヤ４０にレーザを照射することにより、ワイヤ４０を該被接合部材２１に接合する工程を行う。
【００３３】
すなわち、ワイヤガイド６０からワイヤ４０を引き出しながら、ノズル５０およびワイヤガイド６０を移動させ、２次ボンディング側の被接合部材つまり回路基板２０のパッド２１の上に位置させる。
【００３４】
そして、ノズル５０を下降させワイヤ４０をパッド２１に押しつける。これにより、ワイヤ４０はパッド２１とノズル５０との間に挟まれて固定される。この状態において、レーザビーム７０をワイヤ４０に照射することにより、ワイヤ４０とパッド２１とが溶接される。
【００３５】
このワイヤ４０とパッド２１とが溶接され２次ボンディングが行われた状態が図２（ａ）に示される。ここで、図２（ａ）では、ワイヤ４０とパッド２１とが溶け合った溶接部としての接合部８０が示されている。
【００３６】
この後、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、ワイヤ４０のうち接合部８０から離れた部位４１にてワイヤ４０を切断する工程を行う。
【００３７】
このワイヤ４０の切断工程では、ワイヤガイド６０（図２では省略されている）によってワイヤ４０の切断すべき部位４１をパッド２１から離すとともに、ノズル５０を移動させてワイヤ４０の切断すべき部位４１の上に離して位置させた状態とする。そして、この状態でレーザビーム７０の照射を再度行うことにより、ワイヤ４０の切断を行う。
【００３８】
それによれば、ワイヤ４０の切断すべき部位４１をパッド２１およびノズル５０から離した状態で、ワイヤ４０の切断すべき部位４１にレーザの照射を行うことになる。そのため、レーザ照射によってワイヤ４０の切断すべき部位４１に熱が集中し、低いエネルギーによってワイヤ４０の切断を行うことができる。
【００３９】
ちなみに、もし、ワイヤ４０にノズル５０やパッド２１を接触させたままレーザを当てると、図２（ａ）中に矢印にて示すように放熱経路が生じる。つまり、ワイヤ４０からノズル５０やパッド２１を介して熱の逃げが生じるので高エネルギーのレーザが必要になる。また、溶融したワイヤ４０の一部が接触しているノズル５０やパッド２１に付着する可能性も高い。
【００４０】
こうして、ワイヤボンディングが完了し、上記図１に示すように、パッケージ３０のターミナル３１と回路基板２０のパッド２１とがワイヤ４０を介して結線され電気的に接続される。なお、以上のサイクルを、各ターミナル〜パッド間で繰り返すことにより、任意の本数、位置の電極間の結線が可能となる。
【００４１】
このように、本実施形態のレーザワイヤボンディング方法によれば、カッターを用いないでワイヤ４０の切断を行うことができる。その結果、カッターの交換が不要となり稼働率の向上が図れるとともに、ワイヤボンディング装置においてカッターおよびこれを駆動させる駆動部が無くなるため、被接合部材側の製品において部品配置の自由度が向上する。
【００４２】
また、上記ワイヤ４０の切断工程では、ワイヤ４０に対してワイヤ４０の長手方向に引っ張る力を加えながら、ワイヤ４０の切断を行うことが好ましい。
【００４３】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、ワイヤガイド６０によってワイヤ４０を矢印Ｋに示す方向へ引っ張るようにしながら、レーザビーム７０の照射を行う。それによれば、ワイヤ４０に対して当該引っ張る力を加えない状態で切断を行う場合に比べて、よりワイヤ４０の切断が容易になるという利点がある。
【００４４】
なお、上記実施形態では、装置Ｓ１において、パッケージ３０のターミナル３１を１次ボンディング側、回路基板２０のパッド２１を２次ボンディング側としたが、逆に、パッド２１を１次ボンディング側、ターミナル３１を２次ボンディング側としてもよい。この場合、ターミナル３１へのワイヤ４０の接合後にワイヤ４０を切断する際に、上記レーザによる切断を行うようにする。
【００４５】
また、本発明のワイヤボンディング方法は、上記装置Ｓ１以外にも適用できることは言うまでもない。例えば、半導体チップとリードフレームとの間のワイヤボンディングや、半導体チップ同士の間のワイヤボンディング、あるいは半導体チップと回路チップとの間のワイヤボンディング等に適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法によりワイヤ接続が行われた後の装置の状態を示す概略断面図である。
【図２】上記実施形態のワイヤボンディング方法の要部を示す工程図である。
【符号の説明】
２１…被接合部材としてのパッド、４０…ワイヤ、
４１…ワイヤの切断すべき部位、５０…ノズル、８０…ワイヤの接合部。

Claims (2)

  1. ワイヤ（４０）を被接合部材（２１）上に位置させるとともにノズル（５０）によって前記ワイヤを前記被接合部材に押し付けた状態で、前記ワイヤにレーザを照射することにより、前記ワイヤを前記被接合部材に接合する工程と、
    続いて、前記ワイヤのうち前記接合部（８０）から離れた部位にて前記ワイヤを切断する工程とを備えるワイヤボンディング方法において、
    前記ワイヤの切断工程では、前記ワイヤの切断すべき部位（４１）を前記被接合部材から離すとともに、前記ノズルを移動させ前記ワイヤの切断すべき部位の上に離して位置させた状態で、レーザの照射を再度行うことにより、前記ワイヤの切断を行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 前記ワイヤ（４０）の切断工程では、前記ワイヤに対して前記ワイヤの長手方向に引っ張る力を加えながら、前記ワイヤの切断を行うことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
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