JP3915723B2 - Wire bonding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの電極間を、ボンディングワイヤにより弧状のループを描くように接続するワイヤボンディング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば半導体圧力センサにおいては、図14に概略的に示すように、半導体チップ(圧力センサチップ)1を、パッケージ(基板)2内に接着剤3により接着し、半導体チップ1上の電極(パッド)1aと、パッケージ2に設けられた電極(リード)2aとを、例えばアルミニウム製のボンディングワイヤ4により接続するようになっている。
【0003】
この場合、一般に、超音波を用いたワイヤボンディング方法が用いられ、図示はしないが、この方法では、先端にワイヤ4を保持したボンディングツール(ウェッジ)を半導体チップ1の電極1a上に移動させ、一定の周波数の超音波振動及び圧力を付与することによってワイヤ4の先端をその電極1aに接合し(ファーストボンディング)、次いで、ワイヤ4のループを形成させながらウェッジを移動させ、パッケージ2の電極2aに同様にワイヤ4を超音波接合する(セカンドボンディング)ことにより行われるようになっている。
【0004】
ところで、このようなワイヤボンディングにおいては、セカンドボンディング時において、ウェッジの超音波振動によりワイヤ4が共振する現象が発生することがあり、このような共振が起こると、ワイヤ4のファーストボンド部のネック部にダメージを与えてしまい、接合信頼性が低下する不具合が生ずる。このとき、図15に示すように、横軸にワイヤ長を、縦軸にボンディング周波数をとった場合、ワイヤの共振領域A1〜A3(図に斜線を付して示す)は、ワイヤ長が大きくなるにつれて、順に高次のものが周期的に出現するようになる。例えばボンディング周波数が120kHzの場合、ワイヤ長がa1であると、共振領域A3に入り、共振が発生することになる。
【0005】
そこで、そのような不具合を防止するためには、ワイヤ4の長さを変えることが効果的となり、従来では、図16に示すように、電極2aのセカンドボンディングの位置座標をずらすことにより、ワイヤ5の長さを変えることが考えられている(例えば特許文献1参照)。また、ワイヤの長さを変える(長くする)ためには、図17に示すように、ワイヤ6のループ高さを高くすることも考えられる。あるいは、超音波振動子に対する発信出力信号を制御することにより、振動周波数を変更することも考えられていた(例えば特許文献2参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−61312号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平8−31884号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したうち、セカンドボンディングの位置座標を変更したり、ループ高さを変更したりすることにより、ワイヤの長さを変えるものでは、通常、そのようなボンディング座標位置やループ高さは、設計的に寸法が最適化されているため、設計的制約から困難を伴う場合が多くなる。あるいは、変更が可能であるとしても、共振領域から少しずらすことができる程度であり、製品ばらつき等により、共振が発生する可動性を完全に回避することは難しい。また、振動周波数を変更するものでは、装置構成が複雑となり大幅なコストアップを招く問題点がある。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、超音波を用いたワイヤボンディングを行なうにあたり、ボンディングワイヤの共振に起因する不具合の発生を効果的に防止することができ、しかもそのための構成を簡単で安価に済ませることができるワイヤボンディング方法を提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1のワイヤボンディング方法は、ボンディングワイヤのループ部分に、2つ以上の屈曲点である節点を有する屈曲形状を形成するための方法であって、ファーストボンディング後のボンディングツールをセカンドボンディング位置に移動させた状態で、折曲げ治具により、ボンディングワイヤの長さが、ボンディング周波数に対してワイヤ長の変化に応じて周期的に出現する共振領域のn次と(n+1)次との中間に位置する長さとなるように、該ボンディングワイヤのループ部分が屈曲させられるところに特徴を有する。これによれば、ループ部分が空中で屈曲形状とされることによりボンディングワイヤの長さをかせぐことができる。
【0011】
従って、ボンディング座標位置やループ高さに設計的制限があっても、それらを変更することなく、ボンディングワイヤを共振領域から外れた長さに長くすることが可能となり、これと共に、節点により、ワイヤのファーストボンド部のネック部への振動エネルギーの伝達が抑えられる作用も期待できる。この結果、ボンディングワイヤの共振の発生を効果的に防止することができる。しかも、ボンディングワイヤのループ部分を屈曲形状とするだけの簡単で安価な構成で済ませることができる。
【0012】
この場合、ボンディングワイヤの長さを、ボンディング周波数に対してワイヤ長の変化に応じて周期的に出現する共振領域のn次と(n+1)次との中間に位置する長さとする ことにより、ワイヤ長を共振領域から大きく外れた長さとすることができるので、多少の製品ばらつき等があっても、共振の発生を確実に防止することができるようになり、より効果的となる。折曲げ治具によりループ部分を屈曲させるようにしたので、ボンディングワイヤのループ部分の屈曲形状を、所望の形状に確実に形成することができ、そのための構成を比較的簡単で安価に済ませることができる。
本発明においては、セカンドボンディングが完了した後、折曲げ治具によりループ部分を屈曲させるようにしても良い(請求項2の発明)。これによっても、折曲げ治具を用いることによって、ボンディングワイヤのループ部分の屈曲形状を、所望の形状に確実に形成することができる。
上記折曲げ治具を、任意角度に回転可能な回転体と、この回転体にその回転軸を挟む位置に設けられた2本の棒状部材とを備えたものとし、それら棒状部材間にボンディングワイヤのループ部分を挟んだ状態で回転体を回転させることにより、ループ部分を屈曲させるようにすることができる(請求項3の発明)。これによれば、比較的簡単な構成の折曲げ治具によって、ボンディングワイヤのループ部分の屈曲形状を、確実に形成することができる。
【0013】
また、より具体的には、上記屈曲形状として、ボンディングワイヤのループ部分を、平面方向に見てほぼS字状に構成したり(請求項4の発明)、あるいは、弧状のループの中間部分を下方に凹ませた凹形状に構成したり(請求項5の発明)することができる。いずれも、比較的簡単な構成で済ませることができ、加工も容易となる。
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したいくつかの実施例等について、図1ないし図13を参照しながら説明する。尚、以下に述べる各例は、いずれも、例えば車両用の半導体圧力センサにおける半導体チップ(圧力センサチップ)と、パッケージの電極との間の接続に本発明を適用したものである。
【0021】
(1)基本構成
図1ないし図5を参照して、本願発明の基本構成について述べる。ここでは、ボンディングワイヤのループ部分の屈曲形状の基本構造の具体例について説明する。まず、図1に示すように、半導体圧力センサは、パッケージ(ケース)11内の凹部に、半導体圧力センサチップ12(以下、単に半導体チップ12という)を、接着剤13により装着し、それらを例えば直径が50μmのアルミニウム製のボンディングワイヤ14により電気的に接続して構成される。
【0022】
このとき、半導体チップ12の上面には、接続用の4個の電極(パッド)12aが、その一辺部(図で右辺部)に並んで形成されている。これに対し、前記パッケージ11の凹部の外側(図で右側)部分の上面部には、前記半導体チップ12の各電極12aと電気的に接続される4個の電極(リード端子)11aが、それら各電極12aと対応した位置に設けられている。
【0023】
さて、前記パッケージ11に半導体チップ12が接着された後、半導体チップ12の各電極12aと、パッケージ11の各電極11aとの間が、夫々ボンディングワイヤ14により弧状のループを描くように接続される。詳しくは後述するように、その接続には、超音波を利用した、ワイヤボンディング方法が用いられる。
【0024】
このとき、図1(a)に示すように、ボンディングワイヤ14のループ部分が、縦方向に屈曲された2つ以上の節点(屈曲点)を有する屈曲形状、より具体的には、弧状のループの中間部分を下方に凹ませた凹形状(ほぼM字形状)に構成されている。また、その凹部の曲げ深さ寸法hは、該ループの高さ寸法Hの1/3から1/2の範囲、この場合約1/2とされている。そして、後述するように、上記屈曲形状としたことにより、ボンディングワイヤ14の長さ(ワイヤ長)a2が、ボンディング周波数に対してワイヤ長の変化に応じて周期的に出現する共振領域のn次と(n+1)次との中間に位置する長さとされている(図2参照)。
【0025】
ここで、図示はしないが、そのワイヤボンディングに用いられるワイヤボンディング装置(ウェッジボンダ)は、周知のように、半導体チップ12を搭載したパッケージ11が位置決め固定状態でセットされるボンディングステーション、カメラ等を備え前記各電極12a及び11aの位置を認識する画像認識部、ワイヤ14を超音波接合するボンディングツール、このボンディングツール(ウェッジ)をX、Y、Z方向に自在に移動させるための移動機構、全体を制御する制御装置などを備えて構成されている。
【0026】
前記ボンディングツールは、ワイヤ14を保持し加圧するためのウェッジやそのウェッジに振動を付与するための超音波振動子等を有して構成されている。この例ではボンディング周波数が、例えば120kHzとされている。また、前記制御装置には、ボンディングワイヤ14のループ部分の上記した所定の屈曲形状を得るように、ウェッジを移動させるルーピングのプログラムが予め設定(入力)されている。尚、前記電極11aに対するボンディング座標位置や、ボンディングワイヤ14のループ高さHは、設計的に寸法が最適化されている。
【0027】
次に、ワイヤボンディング方法(手順)について述べる。上述のように、ワイヤボンディング装置においては、まず、ボンディングステーションに、半導体チップ12を装着したパッケージ11が搬入され、位置決め固定される。この後、画像認識部により半導体チップ12の各電極12a、及びパッケージ11の各電極11aの位置認識が行われる。そして、それらの間をボンディングワイヤ14により接合する作業が行なわれる。
【0028】
このワイヤボンディングの作業では、第1に、先端にワイヤ14を保持したウェッジを、まず半導体チップ12の電極12a上に移動させ、超音波振動及び圧力を付与することによってワイヤ14の先端をその電極12aに接合するファーストボンディングが行なわれる。引続き、ウェッジを、ワイヤ14のループを形成させながら電極11a上(セカンドボンディング位置)に移動させることが行なわれる。
【0029】
このとき、ルーピングのプログラム制御によってファーストボンディング後のセカンドボンディング位置までのウェッジの移動軌跡が、図で右方に移動しながらの上下動を2回繰返すように、予め設定されたループ部分の屈曲形状、つまり図1(a)に示すような中間部が凹形状となる形状が得られるように制御されるのである。
【0030】
次いで、パッケージ11の電極11aに対して、ウェッジにより超音波振動及び圧力を付与することによってワイヤ14をその電極11aに接合するセカンドボンディングが行なわれる。この後、ワイヤ14が切断され、ワイヤ14の先端を保持したウェッジが次のボンディング位置(次の電極12a上)に移動される。以上の動作が4対の電極12a、11aに対し順に実行されることにより、図1(b)に示すように、4本のボンディングワイヤ14による半導体チップ12とパッケージ11との間の電気的接続が完了するのである。
【0031】
しかして、上記したワイヤボンディングにおいては、セカンドボンディング時において、ウェッジの超音波振動によりワイヤ14が共振する現象が発生することがあり、このような共振が起こると、ワイヤ14のファーストボンド部のネック部にダメージを与えてしまい、接合信頼性が低下する等の不具合が生ずる。このとき、従来技術の項(図15)でも述べたように、横軸にワイヤ長を、縦軸にボンディング周波数をとった場合、ワイヤの共振領域A1〜A3(図2に斜線を付して示す)は、ワイヤ長が大きくなるにつれて、順に高次のものが周期的に出現するようになる。
【0032】
ここで、図5は、本発明者等が行った、ボンディングワイヤ14のループ高さを様々に変更した場合の、ループ高さ(言換えればワイヤ長)と引張り強度との関係を調べた試験結果を示している。この図5から明らかなように、ボンディングワイヤ14をある長さとしたとき(楕円で囲んだ2箇所)に、引張り強度が明らかに低下する(またばらつきが大きくなる)現象が見られ、これは、ワイヤ長が共振領域に入って上記したワイヤ14の共振が発生したことに起因するものであると考えられる。
【0033】
ところが、本例では、ボンディングワイヤ14のループ部分を空中で縦方向の屈曲形状(中間部に凹形状を有する形状)としたことにより、ボンディング座標位置やループ高さHを変更することなく、ワイヤ長をかせぐことができ、ボンディングワイヤ14を共振領域から外れた長さとすることができた。この場合、ワイヤ14を屈曲形状とすることにより、図2に示すように、ワイヤの共振領域をA1〜A3から、夫々B1〜B3(異なる斜線を付して示す)に相対的にずらすことができ、例えばボンディング周波数が120kHzで、ワイヤ長を、共振領域B1〜B3から外れた長さa2とすることができたのである。
【0034】
これと共に、屈曲形状とされたボンディングワイヤ14の節点により、ワイヤ14のファーストボンド部のネック部への振動エネルギーの伝達が抑えられる作用も期待できる。このとき、ボンディングワイヤ14の共振は、縦方向に強い振動として発生すると考えられるが、本例では、ボンディングワイヤ14を縦方向(上下方向)に屈曲させていることにより、縦方向の振動の伝達を効果的に抑えることができる。
【0035】
ちなみに、図3は、本例におけるボンディングワイヤ14のループ部分の形状と、従来例(図14)に示した通常のボンディングワイヤ4の形状とで、引張り強度を比較した試験結果を示している。この結果から、本例のボンディングワイヤ14の形状によって、従来に比べて引張り強度に優れたものとなったことが理解できる。
【0036】
また、図4は、従来例(図14)に示した通常の形状のボンディングワイヤ4(a)、本例の縦方向に屈曲形状としたボンディングワイヤ14(b)、後述する第1の実施例のように横方向に屈曲形状としたボンディングワイヤ(c)における、ボンディング周波数(横軸)と、共振の強さ(縦軸)との関係を調べた結果を示している。この結果からも、本例及び第1の実施例では、共振領域を確実に避けることができたことが理解できる。
【0037】
このように、超音波を用いたワイヤボンディングを行なうにあたり、ボンディングワイヤ14のループ部分を屈曲形状としたことにより、セカンドボンディング時におけるボンディングワイヤ14の共振の発生を効果的に防止することができ、この結果、ボンディングワイヤ14の共振に起因して、ワイヤ14のファーストボンド部のネック部にダメージを与える等の不具合を効果的に防止することができるという優れた効果を奏する。
【0038】
しかも、ボンディングワイヤ14のループ部分を屈曲形状とするだけなので、ボンディング座標位置やループ高さHに設計的制限があっても、それらを変更することなく実現でき、また、ルーピングのプログラム制御によってボンディングワイヤ14のループ部分の屈曲形状を得ることができるので、作業工程の増加等を招くことなく、簡単な構成で安価に済ませることができるものである。
【0039】
また、特に、ボンディングワイヤ14の長さを、ボンディング周波数に対してワイヤ長の変化に応じて周期的に出現する共振領域B1とB2との中間に位置する長さとしたので、多少の製品ばらつき等があっても、共振の発生を確実に防止することができるようになる。更には、ボンディングワイヤ14のループ部分の屈曲形状として、弧状のループの中間部分を下方に凹ませた凹形状とすると共に、その凹部の曲げ深さ寸法hを、該ループの高さ寸法Hの1/3以上としたので、簡単な構成で、ワイヤ長を共振領域から大きくずらせることができ、共振発生の防止効果に極めて優れたものとすることができたのである。
【0040】
(2)第1〜第3の実施例
次に、本発明の第1〜第3の実施例について、図6〜図11を参照しながら以下順に説明する。尚、これら第1〜第3の実施例においても、上記基本構成の例と同様に、半導体チップ12を、パッケージ(ケース)11に装着し、それらをアルミニウム製のボンディングワイヤにより接続する場合を具体例としている。従って、上記基本構成と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、以下、異なる点についてのみ述べる。
【0041】
図6〜図9は、本発明の第1の実施例を示している。この実施例が上記基本構成と異なる点は、半導体チップ12の各電極12aと、パッケージ11の各電極11aとの間を夫々接続するボンディングワイヤ21のループ部分の形状にあり、ここでは、図6に示すように、平面方向に見てほぼS字状をなす屈曲形状(横曲げ)に構成されている。従って、電極11a上のセカンドボンディングの座標位置やループ高さHを変更することなく、ボンディングワイヤ21の長さが長くなっている。
【0042】
そして、本実施例では、ボンディングワイヤ21のループ部分を屈曲形状とするために、ファーストボンディング後のボンディングツール(ウェッジ22)をセカンドボンディング位置に移動させた状態で、折曲げ治具23を用いてボンディングワイヤ21のループ部分を屈曲させるようにしている。
【0043】
この場合、図7及び図8に示すように、ワイヤボンディング装置は、ワイヤ21を超音波接合するためのボンディングツール(ウェッジ22)を有すると共に、折曲げ治具23を有している。この折曲げ治具23は、上下に延びる回転軸を中心に任意角度に回転可能な回転体23aと、この回転体23aの下面に、その回転軸を挟む位置に下方に延びて設けられた2本の棒状部材たるピン23bとを備えて構成されている。
【0044】
ワイヤボンディングを行なうにあたっては、まず、ウェッジ22によりワイヤ21を導体チップ12の電極12aに接合するファーストボンドが行なわれ、引続き、ウェッジ22を、ワイヤ21のループを形成させながら電極11a上(セカンドボンディング位置)に移動させることが行なわれ、ウェッジ22はその状態で停止される。
【0045】
次いで、折曲げ治具23によりループ部分を屈曲させる作業が行なわれるのであるが、この作業では、まず図7に示すように、折曲げ治具23の2本のピン23b間に、ワイヤ21のループ部分を図で前後から挟んだ状態とし、引続き、図8に示すように、回転体23aを任意の角度(この場合90°強)回転させることにより、ループ部分がほぼS字状に屈曲されるのである。この後、ウェッジ22によりワイヤ21をパッケージ11の電極11aに接合するセカンドボンディングが行なわれる。
【0046】
これにて、ボンディングワイヤ21のループ部分を空中で横方向の屈曲形状(上から見てほぼS字状)としたことにより、ボンディング座標位置やループ高さHを変更することなく、ワイヤ長をかせぐことができ、ボンディングワイヤ21を共振領域から外れた長さとすることができ、これと共に、屈曲形状とされたボンディングワイヤ21の節点により、ワイヤ21のファーストボンド部のネック部への振動エネルギーの伝達が抑えられる効果も期待できる。
【0047】
ちなみに、図9は、本実施例におけるボンディングワイヤ21のループ部分の形状と、従来例(図14)に示した通常のボンディングワイヤ4の形状とで、引張り強度を比較した試験結果を示している。この結果から、本実施例の形状を備えるボンディングワイヤ21は、従来のものに比べて引張り強度に優れたものとなったことが理解できる。また、図4(c)は、上記形状のボンディングワイヤ21における、ボンディング周波数(横軸)と、共振の強さ(縦軸)との関係を調べた結果を示しており、この結果からも、共振領域を確実に避けることができたことが理解できる。
【0048】
このように本実施例によれば、超音波を用いたワイヤボンディングを行なうにあたり、ボンディングワイヤ21のループ部分を屈曲形状としたことにより、上記基本構成の例と同様に、ボンディング座標位置やループ高さHを変更することなく、セカンドボンディング時におけるボンディングワイヤ21の共振の発生を効果的に防止することができ、この結果、ボンディングワイヤ21の共振に起因する不具合の発生を防止することができる。
【0049】
そして、本実施例では、比較的簡単な構成の折曲げ治具23を用いることによって、ボンディングワイヤ21のループ部分の屈曲形状を、所望の形状に確実に形成することができ、ボンディングワイヤ21のループ部分を屈曲形状とするための構成を比較的簡単で安価に済ませることができるものである。
【0050】
図10は、本発明の第2の実施例を示している。この実施例では、半導体チップ12の各電極12aと、パッケージ11の各電極11aとの間を夫々接続するボンディングワイヤ31のループ部分の形状を、上記第2の実施例よりも屈曲度合の大きいほぼS字状(いわゆる稲妻型)に構成している。
【0051】
図11は、本発明の第3の実施例を示している。この実施例では、パッケージ11の各電極11bの位置を、図で前後方向にややずらせた状態とすると共に、半導体チップ12の各電極12a前記各電極11bとの間を夫々接続するボンディングワイヤ32のループ部分の形状を、やはり、平面方向に見てほぼS字状をなす屈曲形状としている。これら、第3、第4の実施例においても、上記第2の実施例と同様の作用、効果を得ることができる。
【0052】
尚、上記第1の実施例では、ウェッジ22(ワイヤ21)を、電極11a(セカンドボンディング位置)の上方で停止させた状態で、折曲げ治具23による屈曲作業を行なうようにしたが、ウェッジ22によりワイヤ21を電極11a上に押当てた状態で屈曲作業を行うようにしても良い。更には、セカンドボンディングが完了した後、折曲げ治具23によりループ部分を屈曲させるように構成することも可能である。
【0053】
(3)参考例、その他の実施例
図12及び図13は、本発明の参考例を示している。この例では、半導体チップ12の各電極12aと、パッケージ11の各電極11aとの間を、ボンディングワイヤ41により弧状のループを描くように接続するのであるが、ウェッジ22により電極11a上にセカンドボンディングを行う際に、ボンディングワイヤ41のループ部分の途中部を、クランプ治具42によりクランプするようにしている。
【0054】
このとき、図12に示すように、前記クランプ治具42は、一対の爪42aを有し、それらの間に、ボンディングワイヤ41をクランプしたり、クランプを解除したりすることが可能に構成されている。この場合、図12(a)に示すように、ウェッジ22によるルーピング作業時には、クランプ治具42の爪42aは開いており、図12(b)及び図13に示すように、セカンドボンディング時には、クランプ治具42の爪42aが閉じてボンディングワイヤ41のループ部分の途中部がクランプされるようになっている。セカンドボンディングが完了すると、図12(c)に示すように、クランプ治具42の爪42aが開放される。
【0055】
これにて、セカンドボンディング時のボンディングワイヤ41の共振が発生しにくくなり、また、共振が発生しても、ワイヤ41のファーストボンド部のネック部に振動エネルギーが伝達されることが阻害される。この結果、本例によれば、ボンディングワイヤ41の共振に起因する不具合の発生を効果的に防止することができ、しかも、ボンディングワイヤ41のループ部分の途中部をクランプ治具42によりクランプするだけの簡単な構成で安価に済ませることができるものである。
【0056】
尚、上記実施例等では、本発明を半導体圧力センサに適用するようにしたが、半導体チップを基板に実装する場合など、電極間をボンディングワイヤで接続するもの全般に適用することができる。ボンディングワイヤのループ部分の屈曲形状としても、様々な変形例が考えられ、例えば4個以上の多数個の節点を有するような蛇行状に構成することも可能である。回転軸を横方向とした折曲げ治具を用いて縦曲げを行うことも可能である。
【0057】
その他、本発明は上記し図面に示した各実施例に限定されるものではなく、例えば、ボンディングワイヤの材質としてはアルミニウムに限らず、金などであっても良く、また、半導体チップ及びパッケージの電極の個数や位置、折曲げ治具の構造や形状等についても種々の変形が可能であり、更にはボンディング周波数等の具体的な数値についても一例を示したに過ぎない等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本構成の具体例を示すもので、ボンディングワイヤ部分の構成を概略的に示す縦断正面図(a)及び平面図(b)
【図2】 ボンディングワイヤの長さと共振領域との関係を示す図
【図3】 ボンディングワイヤの引張り強度の試験結果を従来のものと比較して示す図
【図4】 従来例(a)、本例(b)、第1の実施例(c)のボンディングワイヤにおける、ボンディング周波数と共振の強さとの関係を調べた結果を示す図
【図5】 ボンディングワイヤのループ高さ(ワイヤ長)と引張り強度との関係を調べた試験結果を示す図
【図6】 本発明の第1の実施例を示すもので、図1相当図
【図7】 折曲げ治具によりボンディングワイヤのループ部分を挟んだ様子を示す正面図
【図8】 折曲げ治具を回転させてループ部分を屈曲させる様子を示す正面図
【図9】 図3相当図
【図10】 本発明の第2の実施例を示す図1相当図
【図11】 本発明の第3の実施例を示す図1相当図
【図12】 本発明の参考例を示すもので、ルーピング時(a)、セカンドボンディング時(b)、ボンディング完了時(c)のクランプ治具とボンディングワイヤとの関係を示す側面図
【図13】 セカンドボンディング時の様子を示す縦断正面図
【図14】 従来例を示すもので、図1相当図
【図15】 図2相当図
【図16】 別の従来例を示す図1相当図
【図17】 更に別の従来例を示す図1相当図
【符号の説明】
図面中、11はパッケージ、11a,11bは電極、12は半導体チップ、12aは電極、14,21,31,32,41はボンディングワイヤ、22はウェッジ(ボンディングツール)、23は折曲げ治具、23aは回転体、23bはピン(棒状部材)、42はクランプ治具を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention connects two electrodes so as to draw an arc-shaped loop with a bonding wire.RuwaThe present invention relates to an ear bonding method.
[0002]
[Prior art]
For example, in a semiconductor pressure sensor, as schematically shown in FIG. 14, a semiconductor chip (pressure sensor chip) 1 is bonded to a package (substrate) 2 with an adhesive 3, and an electrode (pad) on the
[0003]
In this case, generally, a wire bonding method using ultrasonic waves is used. Although not shown, in this method, a bonding tool (wedge) holding the wire 4 at the tip is moved onto the electrode 1a of the
[0004]
By the way, in such wire bonding, a phenomenon in which the wire 4 resonates due to ultrasonic vibration of the wedge may occur during the second bonding. When such resonance occurs, the neck of the first bond portion of the wire 4 may be generated. This causes damage to the portion, resulting in a problem that the bonding reliability is lowered. In this case, as shown in FIG. 15, when the wire length is taken on the horizontal axis and the bonding frequency is taken on the vertical axis, the wire resonance regions A1 to A3 (shown by hatching in the drawing) have a large wire length. As it becomes, higher-order items appear periodically. For example, when the bonding frequency is 120 kHz, if the wire length is a1, the resonance region A3 is entered and resonance occurs.
[0005]
Therefore, in order to prevent such a problem, it is effective to change the length of the wire 4. Conventionally, as shown in FIG. 16, by shifting the position coordinates of the second bonding of the
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-61312
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-8-31884
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the above, by changing the position coordinates of the second bonding or changing the length of the wire by changing the loop height, usually such bonding coordinate position and loop height are: Since the dimensions are optimized in terms of design, there are many cases where difficulties are caused by design constraints. Alternatively, even if it can be changed, it can be shifted slightly from the resonance region, and it is difficult to completely avoid the mobility that causes resonance due to product variations and the like. Further, in the case of changing the vibration frequency, there is a problem that the device configuration becomes complicated and the cost is greatly increased.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose thereof is to effectively prevent the occurrence of defects caused by the resonance of the bonding wire when performing wire bonding using ultrasonic waves. Can be configured easily and inexpensivelyRuwaTo provide an ear bonding method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the wire bonding according to
[0011]
Therefore, even if there are design restrictions on the bonding coordinate position and the loop height, it is possible to lengthen the bonding wire to a length that is out of the resonance region without changing them. The effect of suppressing the transmission of vibration energy to the neck part of the first bond part can also be expected. As a result, the occurrence of resonance of the bonding wire can be effectively prevented. In addition, a simple and inexpensive configuration in which the loop portion of the bonding wire is formed into a bent shape can be achieved.
[0012]
In this case, the length of the bonding wire is a length located between the n-th order and the (n + 1) -th order of the resonance region that appears periodically according to the change in the wire length with respect to the bonding frequency.Ru BySince the wire length can be greatly deviated from the resonance region, the occurrence of resonance can be surely prevented even if there is some product variation, which is more effective.Since the loop portion is bent by the bending jig, the bent shape of the loop portion of the bonding wire can be surely formed into a desired shape, and the configuration therefor can be made relatively simple and inexpensive. it can.
In the present invention, after the second bonding is completed, the loop portion may be bent by a bending jig (invention of claim 2). Also by this, the bending shape of the loop portion of the bonding wire can be surely formed into a desired shape by using the bending jig.
The bending jig includes a rotating body that can rotate at an arbitrary angle, and two rod-shaped members provided at positions where the rotating shaft is sandwiched between the rotating bodies, and a bonding wire between the rod-shaped members. The loop portion can be bent by rotating the rotating body with the loop portion sandwiched therebetween (invention of claim 3). According to this, the bending shape of the loop portion of the bonding wire can be surely formed by the bending jig having a relatively simple configuration.
[0013]
More specifically, as the bent shape, the loop portion of the bonding wire may be configured in an approximately S shape when viewed in a plane direction (claims).4Or an arcuate loop with an intermediate portion recessed downward (claims)5Invention). Both can be done with a relatively simple configuration, and processing is also easy..
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, several embodiments embodying the present invention will be described.etcWill be described with reference to FIGS. The followingExamplesIn either case, for example, the present invention is applied to a connection between a semiconductor chip (pressure sensor chip) in a semiconductor pressure sensor for a vehicle and an electrode of a package.
[0021]
(1)Basic configuration
With reference to FIG. 1 to FIG.Basic configurationIs described.Here, a specific example of the basic structure of the bent shape of the loop portion of the bonding wire will be described.First, as shown in FIG. 1, a semiconductor pressure sensor has a semiconductor pressure sensor chip 12 (hereinafter simply referred to as a semiconductor chip 12) mounted in a recess in a package (case) 11 with an adhesive 13, It is configured to be electrically connected by an
[0022]
At this time, on the upper surface of the
[0023]
Now, after the
[0024]
At this timeThe figure1 (a), two or more nodes where the loop portion of the
[0025]
Here, although not shown, a wire bonding apparatus (wedge bonder) used for the wire bonding includes, as is well known, a bonding station, a camera, and the like in which the
[0026]
The bonding tool includes a wedge for holding and pressing the
[0027]
next, WaThe ear bonding method (procedure) will be described. As described above, in the wire bonding apparatus, first, the
[0028]
In this wire bonding operation, first, the wedge holding the
[0029]
At this time, LeThe bending shape of the loop part set in advance so that the movement trajectory of the wedge to the second bonding position after the first bonding is repeatedly moved up and down while moving to the right in the figure by the program control of the looping, that is, the figure Control is performed so as to obtain a shape in which the intermediate portion has a concave shape as shown in FIG.
[0030]
Next, second bonding is performed to bond the
[0031]
In the above-described wire bonding, the phenomenon that the
[0032]
Here, FIG. 5 is a test conducted by the present inventors to examine the relationship between the loop height (in other words, the wire length) and the tensile strength when the loop height of the
[0033]
However,This exampleThen, by making the loop portion of the
[0034]
At the same time, it can be expected that the transmission of vibration energy to the neck portion of the first bond portion of the
[0035]
By the way, Figure 3This exampleThe test result which compared the tensile strength with the shape of the loop part of the
[0036]
FIG. 4 shows bonding wires 4 (a) having a normal shape shown in the conventional example (FIG. 14),This exampleBonding wire 14 (b) which is bent in the vertical direction, as will be described later.FirstThe result of investigating the relationship between the bonding frequency (horizontal axis) and the strength of resonance (vertical axis) in the bonding wire (c) bent in the lateral direction as in the example of FIG. From this result,This example and the firstIn the example, it can be understood that the resonance region can be surely avoided.
[0037]
like thisIn addition,When wire bonding using ultrasonic waves is performed, the loop portion of the
[0038]
In addition, since the loop portion of the
[0039]
Also specialIn addition,Since the length of the
[0040]
(2)First~ThirdExamples of
Next, the present inventionFirst~ThirdExamples will be described in the following order with reference to FIGS. In addition, theseFirst~ThirdIn the embodiment of theExample of basic configurationSimilarly, the
[0041]
6 to 9 show the present invention.FirstImplementation ofExampleShow. This example isBasic configurationIs different from the
[0042]
In this embodiment, in order to make the loop portion of the
[0043]
In this case, as shown in FIGS. 7 and 8, the wire bonding apparatus includes a bonding tool (wedge 22) for ultrasonic bonding of the
[0044]
In performing wire bonding, first, a first bond is performed by bonding the
[0045]
Next, an operation of bending the loop portion by the bending
[0046]
Thus, by making the loop portion of the
[0047]
9 shows the test results comparing the tensile strength between the shape of the loop portion of the
[0048]
As described above, according to the present embodiment, when wire bonding using ultrasonic waves is performed, the loop portion of the
[0049]
In this embodiment, the bending shape of the loop portion of the
[0050]
FIG. 10 illustrates the present invention.SecondExample of the present invention is shown. In this embodiment, the shape of the loop portion of the
[0051]
FIG. 11 shows the present invention.ThirdExample of the present invention is shown. In this embodiment, the positions of the
[0052]
The aboveFirstIn the embodiment, the wedge 22 (wire 21) is stopped above the
[0053]
(3)Reference example, Other examples
12 and 13 show the present invention.Reference examplesShow. thisExampleThen, each
[0054]
At this time, as shown in FIG. 12, the
[0055]
This makes it difficult for the
[0056]
The above exampleetcThen, the present invention is applied to a semiconductor pressure sensor. However, the present invention can be applied to all cases in which electrodes are connected by a bonding wire, such as when a semiconductor chip is mounted on a substrate. Various modifications can be considered for the bent shape of the loop portion of the bonding wire. For example, the bonding wire may have a meandering shape having four or more nodes. It is also possible to perform vertical bending using a bending jig with the rotation axis in the horizontal direction.is there.
[0057]
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings. For example, the material of the bonding wire is not limited to aluminum, but may be gold. Number and position of electrodes, bending treatmentIngredientVarious modifications can be made to the structure, shape, etc., and specific numerical values such as bonding frequency are only shown as examples, and can be implemented with appropriate modifications within the scope not departing from the gist. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionSpecific examples of basic configurationThe longitudinal section front view (a) and plan view (b) schematically showing the configuration of the bonding wire portion
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the length of a bonding wire and the resonance region
FIG. 3 is a diagram showing the test result of the tensile strength of the bonding wire in comparison with the conventional one.
FIG. 4 shows a conventional example (a),This example(B),FirstThe figure which shows the result of having investigated the relationship between the bonding frequency and the strength of resonance in the bonding wire of Example (c)
FIG. 5 is a diagram showing a test result in which the relationship between the bonding wire loop height (wire length) and tensile strength is examined.
FIG. 6 of the present inventionFirstFIG. 1 is a diagram equivalent to FIG.
FIG. 7 is a front view showing a state in which a loop portion of a bonding wire is sandwiched by a bending jig.
FIG. 8 is a front view showing a state in which a bending jig is rotated to bend a loop portion.
FIG. 9 is a view corresponding to FIG.
FIG. 10 shows the present invention.Second1 equivalent diagram showing the embodiment of
FIG. 11 shows the present invention.Third1 equivalent diagram showing the embodiment of
FIG. 12 shows the present invention.Reference exampleThe side view which shows the relationship between the clamp jig and bonding wire at the time of looping (a), second bonding (b), and bonding completion (c)
FIG. 13 is a longitudinal front view showing a state during second bonding.
FIG. 14 shows a conventional example, equivalent to FIG.
FIG. 15 is a diagram corresponding to FIG.
FIG. 16 is a view corresponding to FIG. 1 showing another conventional example.
FIG. 17 is a view corresponding to FIG. 1 showing still another conventional example.
[Explanation of symbols]
In the drawing, 11 is a package, 11a and 11b are electrodes, 12 is a semiconductor chip, 12a is an electrode, 14, 21, 31, 32 and 41 are bonding wires, 22 is a wedge (bonding tool), 23 is a bending jig, Reference numeral 23a denotes a rotating body, 23b denotes a pin (rod-like member), and 42 denotes a clamp jig.
Claims (5)
ファーストボンディング後のボンディングツールをセカンドボンディング位置に移動させた状態で、折曲げ治具により、ボンディングワイヤの長さが、ボンディング周波数に対してワイヤ長の変化に応じて周期的に出現する共振領域のn次と(n+1)次との中間に位置する長さとなるように、該ボンディングワイヤのループ部分が屈曲させられることを特徴とするワイヤボンディング方法。 Wire bonding for forming a bent shape having two or more bending points in a loop portion of the bonding wire in a wire bonding structure in which two electrodes are connected to form an arc-shaped loop with a bonding wire. A method,
In the state where the bonding tool after the first bonding is moved to the second bonding position, the bending jig causes the length of the bonding wire to appear periodically according to the change of the wire length with respect to the bonding frequency. A wire bonding method, wherein a loop portion of the bonding wire is bent so as to have a length located between the n-th order and the (n + 1) -th order.
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