JP7441558B2 - ピンワイヤ形成方法、及びワイヤボンディング装置 - Google Patents

Description

ワイヤボンディング装置によってボンディング位置から垂直上方に延びるピンワイヤを形成する方法、及び、ワイヤボンディング装置の構造、並びにワイヤボンディング装置に用いられるボンディングツールの構造に関する。

ワイヤボンディング装置は、ボンディングツールによってワイヤを電極の上に押し付けた状態でボンディングツールを超音波振動させてワイヤと電極とをボンディングした後、ワイヤをリードまで掛け渡し、掛け渡したワイヤをリードの上に押しつけた状態でボンディングツールを超音波させてワイヤとリードとをボンディングする。

ワイヤボンディング装置において、ボンディング品質の向上と、ボンディング強度の向上に対応するため、ボンディングツールの先端を複数の方向に振動させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）

一方、半導体チップまたは基板の電極の上に電極から垂直上方に延びるピンワイヤを形成することが求められている。このため、ワイヤボンディング装置によりボンディングツールを用いて半導体チップまたは基板のボンディング位置にワイヤをボンディングした後、半導体チップまたは基板の別の位置までワイヤを延長させ、別の位置でワイヤの一部分を押圧し、その後、ボンディングツールを移動させてワイヤが電極から垂直上方となるようにした後、ワイヤを切断してピンワイヤとする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第６１８０７３６号公報 特許第６２９７５５３号公報

ところで、特許文献２に記載された従来技術を用いて半導体チップの電極の上にピンワイヤを形成する場合には、半導体チップまたは基板等の別の場所でワイヤの一部分を押圧する必要がある。しかし、ピンワイヤの高さによってはワイヤを押圧するスペースがなく、ピンワイヤの形成が難しい場合がある。また、ピンワイヤのピッチが狭い場合に、ワイヤの一部を押圧する際に隣接するピンワイヤに干渉する場合がある。

そこで、本発明は、ワイヤの一部をボンディング位置とは別の場所に押圧することなしにピンワイヤを形成することを目的とする。

本発明ピンワイヤ形成方法は、ボンディングツールによってワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールを上昇させて、ワイヤがボンディング位置から上方に延びるようにボンディングツールの先端からワイヤを繰り出すワイヤ繰り出し工程と、ボンディングツールを移動させてワイヤにボンディングツールの内部エッジを押し付ける押し付け工程と、ボンディングツールの先端を振動させて、ボンディングツールの内部エッジによってワイヤに傷をつける傷つけ工程と、ボンディングツールを上昇させるとともに、ワイヤクランパを閉じて傷の部分でワイヤを切断し、ボンディング位置から上方に延びるピンワイヤを形成する切断工程と、を有すること、を特徴とする。

このように、ボンディングツールの内部エッジをワイヤに接触させた状態でボンディングツールを振動させることにより、ワイヤに傷をつけることができ、ワイヤクランパを閉じてワイヤを切断する際に傷のところでワイヤを切断してピンワイヤを形成することができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、押し付け工程は、ボンディングツールの先端を斜め下方向に移動させることによりワイヤを傾斜させてワイヤの側面にボンディングツールの内部エッジを押し付け、傷つけ工程は、ワイヤを傾斜させた状態でボンディングツールの先端を振動させて、ボンディングツールの内部エッジによってワイヤに傷をつけ、ボンディングツールの先端をボンディング位置の上方まで斜め上方向に移動して、ボンディング位置から垂直上方に延びるようにワイヤを起立させるワイヤ起立工程を含んでもよい。

このように、押し付け工程の際にワイヤを傾斜させてボンディングツールの内部エッジをワイヤの側面に接触させた状態でボンディングツールの先端を振動させるので、ワイヤの側面に深い傷をつけることができ、ワイヤクランパを閉じてワイヤを切断する際に傷のところで確実にワイヤを切断してピンワイヤを形成することができる。また、傾斜させたワイヤを起立させてから切断するので、ピンワイヤをボンディング位置から垂直上方に延びる形状とすることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、傷つけ工程は、ボンディングツールを超音波加振することにより、ボンディングツールの先端をＸ方向とＹ方向とＺ方向との内のいずれか１つ以上の方向に振動させてもよい。

このように、ボンディングツールを超音波加振してボンディングツールの先端を超音波振動させることにより、ボンディングツールの内部エッジとワイヤの側面との高周波摩擦によりワイヤの側面に効果的に傷を作ることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、傷つけ工程は、ボンディングツールの先端をＸ方向とＹ方向とＺ方向とに移動させる移動機構によってボンディングツールの先端をＸ方向とＹ方向とＺ方向との内のいずれか１つ以上の方向に振動させてもよい。

このように、ボンディングツールの先端をＸＹＺ方向に振動させることにより、より大きな傷をつけることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、移動機構は、前端にボンディングツールが取り付けられたボンディングアームを駆動してボンディングツールの先端をＺ方向に移動させるＺ方向モータと、ボンディングアームが取り付けられるボンディングヘッドをＸＹ方向に移動させるＸＹテーブルとで構成されてもよい。

ボンディング装置に通常装備されているＺ方向モータとＸＹテーブルを用いてボンディングツールの先端をＸＹＺ方向に振動させるので、ボンディングツールの先端をＸＹＺ方向に振動させる特別な装置なしでボンディングツールの先端をＸＹＺ方向に振動させることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、ボンディングツールは、先端面と、先端面から根元に向かって凹み、根元に向けて窄まる凹部と、凹部の底面に接続されて根元に向かって延びてワイヤが挿通する貫通孔と、を備え、内部エッジは、凹部の底面と貫通孔の内面とが接続する角部でもよい。

このように、角部をワイヤの側面に接触させるので、ボンディングツールの先端を振動させた際に角部でワイヤの側面を削ってワイヤの側面に局部的に深い傷をつけることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、ボンディングツールの凹部の底面は外周側が根元側に凹むように傾斜し、ボンディングツールの角部の内角が９０°以下でもよい。

これにより、少ない力で内部エッジがワイヤの側面に食い込むことができ、深い傷をつけることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、ボンディングツールの貫通孔は、根元側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状であり、ボンディングツールの角部の内角が９０°以下でもよい。

これにより、少ない力で内部エッジがワイヤの側面に食い込むことができ、深い傷をつけることができる。

本発明のピンワイヤ形成方法において、ボンディングツールの凹部は、先端面においてボンディングツールの中心線に対して傾斜する傾斜面を有し、押し付け工程は、ボンディングツールの先端を斜め下方向に移動させることによりワイヤを凹部の傾斜面の傾斜角度まで傾斜させてワイヤの側面にボンディングツールの内部エッジを押し付けてもよい。

これにより、内部エッジをワイヤの側面に確実に接触させてワイヤの側面に傷をつけることができる。

本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤをボンディング位置にボンディングするワイヤボンディング装置であって、ボンディングツールと、ボンディングツールを超音波振動させる超音波振動子と、ボンディングツールを移動させる移動機構と、ワイヤを把持するワイヤクランパと、超音波振動子と移動機構とワイヤクランパの動作を調整する制御部と、を備え、制御部は、移動機構によってボンディングツールの先端をボンディング位置に下降させ、ボンディングツールによってワイヤをボンディング位置にボンディングし、移動機構によってボンディングツールを上昇させて、ワイヤがボンディング位置から上方に延びるように先端からワイヤを繰り出し、移動機構によってボンディングツールを移動させてワイヤにボンディングツールの内部エッジを押し付け、超音波振動子或いは移動機構のいずれか一方または両方によってボンディングツールの先端を振動させて、ボンディングツールの内部エッジによってワイヤに傷をつけ、移動機構によってボンディングツールの先端を上昇させるとともにワイヤクランパを閉じて傷の部分でワイヤを切断し、ボンディング位置から上方に延びるピンワイヤを形成すること、を特徴とする。

本発明のワイヤボンディング装置において、制御部は、ワイヤにボンディングツールの内部エッジを押し付ける際に、移動機構によってボンディングツールの先端を斜め下方向に移動させることによりワイヤを傾斜させ、ワイヤを傾斜させた状態でボンディングツールの先端を振動させて、ボンディングツールの内部エッジによってワイヤに傷をつけ、移動機構によってボンディングツールの先端をボンディング位置の上方まで斜め上方向に移動して、ボンディング位置から垂直上方に延びるようにワイヤを起立させてもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングツールは、先端面と、先端面から根元に向かって凹み、根元に向けて窄まる凹部と、凹部の底面に接続されて根元に向かって延びてワイヤが挿通する貫通孔と、を備え、内部エッジは、凹部の底面と貫通孔の内面とが接続する角部でもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングツールの凹部の底面は外周側が根元側に凹むように傾斜し、ボンディングツールの角部の内角が９０°以下でもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングツールの貫通孔は、根元側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状であり、ボンディングツールの角部の内角が９０°以下でもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングツールの凹部は、先端面においてボンディングツールの中心線に対して傾斜する傾斜面を有し、制御部は、ワイヤにボンディングツールの内部エッジを押し付ける際に、移動機構によってボンディングツールの先端を斜め下方向に移動させてワイヤを凹部の傾斜面の傾斜角度まで傾斜させてもよい。

本発明のボンディングツールは、ワイヤボンディング装置に用いられるボンディングツールであって、先端面と、先端面から根元に向かって凹み、根元に向けて窄まる凹部と、凹部の底面から根元に向かって延びてワイヤが挿通する貫通孔と、を備え、凹部は、先端面から根元に向かって直径が小さくなる円錐面と、円錐面の根元側端に接続されて根元に向かって延びる円筒面と、を備え、底面は、円筒面の根元側端に接続された円環状面であり、凹部の底面の内周端と貫通孔の内面とが接続する角部を有し、底面は外周側が根元側に凹むように傾斜し、角部の内角が９０°以下であり、貫通孔に挿通されたワイヤが先端面から傾斜して延出した際に、角部がワイヤの側面に当たること、を特徴とする。

本発明のボンディングツールにおいて、貫通孔は、根元側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状であり、角部の内角が９０°以下でもよい。

本発明は、ワイヤの一部をボンディング位置とは別の場所に押圧することなしにピンワイヤを形成することができる。

実施形態のワイヤボンディング装置の構成を示す立面図である。 図１に示すワイヤボンディング装置に取り付けられるキャピラリの断面図である。 図１に示すＡ部の詳細断面図である。 図１に示すボンディング装置によってピンワイヤを形成する動作のフローチャートである。 ボンディング工程において、ワイヤの先端をフリーエアボールに形成し、キャピラリの中心を半導体チップの電極の直上に移動させた状態を示す説明図である。 ボンディング工程において、キャピラリの先端を下降させてキャピラリの先端でフリーエアボールを電極の上に押圧して圧着ボールを形成し、ワイヤを電極の上にボンディングした状態を示す説明図である。 ワイヤ繰り出し工程において、キャピラリの先端を上昇させて、ワイヤが電極から垂直上方に延びるようにワイヤを繰り出した状態を示す説明図である。 図７に示すようにワイヤを繰り出した後、ワイヤクランパを閉とした状態を示す説明図である。 押し付け工程において、キャピラリの先端を斜め下方向に移動させてワイヤを傾斜させてワイヤにキャピラリの内部エッジを押し付けた状態を示す説明図である。 図９に示すＢ部の詳細を示す断面図であって、傷つけ工程において、キャピラリの角部をワイヤの側面に押し付けた状態でキャピラリを振動させる状態を示す説明図である。 ワイヤ起立工程において、キャピラリの先端を電極の上方まで斜め上方向に移動してワイヤを起立させた状態を示す説明図である。 ワイヤ切断工程において、ワイヤクランパを開としてキャピラリを上昇させて、キャピラリの先端からワイヤを延出させた状態を示す説明図である。 ワイヤ切断工程において、図１２に示す状態の後、キャピラリの先端を上昇させる途中でクランパを閉としてワイヤを傷の部分で切断した状態を示す説明図である。 他のキャピラリの先端形状を示す詳細断面図である。 他のキャピラリの先端形状を示す詳細断面図である。 他のキャピラリの先端形状を示す詳細断面図である。 図１に示すボンディング装置によってピンワイヤを形成する他の動作のフローチャートである。 図１７に示す押し付け工程において、キャピラリの先端を横方向に移動させてワイヤにキャピラリの内部エッジを押し付けた状態を示す説明図である。 図１７に示す切断工程において、キャピラリの先端を斜め上方向に上昇させた状態を示す図である。 図１７に示す切断工程において、図１９に示す状態の後、キャピラリの先端を電極の直上の位置まで移動させた状態を示す説明図である。 図１７に示す切断工程において、図２０に示す状態の後、キャピラリの先端を上昇させる途中でクランパを閉としてワイヤを傷の部分で切断した状態を示す説明図である。

以下、図面参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置１００について説明する。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１００は、ボンディングツールによってボンディング位置である半導体チップ３４の電極３５または基板３０の電極３１の上にワイヤ１６をボンディングする。以下の説明では、ボンディングツールとしてキャピラリ２０を用いる場合について説明する。

図１に示すように、ワイヤボンディング装置１００は、ベース１０と、ＸＹテーブル１１と、ボンディングヘッド１２と、Ｚ方向モータ１３と、ボンディングアーム１４と、超音波ホーン１５と、超音波振動子１５ａと、ボンディングツールであるキャピラリ２０と、ワイヤクランパ１７と、放電電極１８と、ボンディングステージ１９と、制御部６０と、を備えている。尚、以下の説明では、ボンディングアーム１４または超音波ホーン１５の延びる方向をＹ方向、水平面でＹ方向と直角方向をＸ方向、上下方向をＺ方向として説明する。また、超音波ホーン１５の側を前方またはＹ方向マイナス側、ボンディングヘッド１２の側を後方またＹ方向プラス側、図１において紙面手前側をＸ方向プラス側、紙面の向こう側をＸ方向マイナス側、上方向をＺ方向プラス側、下方向をＺ方向マイナス側として説明する。

ＸＹテーブル１１は、ベース１０の上に取り付けられて上側に搭載される機器をＸＹ方向に移動させる。

ボンディングヘッド１２は、ＸＹテーブル１１の上に取り付けられてＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。ボンディングヘッド１２の中には、Ｚ方向モータ１３とＺ方向モータ１３によって駆動されるボンディングアーム１４とが格納されている。Ｚ方向モータ１３は、固定子１３ｂを備えている。ボンディングアーム１４は、根元部１４ａがＺ方向モータ１３の固定子１３ｂに対向し、Ｚ方向モータ１３のシャフト１３ａの周りに回転自在に取り付けられる回転子となっている。

ボンディングアーム１４のＹ方向マイナス側の前端には超音波ホーン１５が取り付けられており、超音波ホーン１５の前端にはキャピラリ２０が取り付けられている。超音波ホーン１５は、ボンディングアーム１４の前端部に取り付けられた超音波振動子１５ａの超音波振動 を増幅して前端に取り付けられたキャピラリ２０を超音波加振する。キャピラリ２０は後で図２を参照して説明するように内部に上下方向に貫通する貫通孔２１が設けられており、貫通孔２１にはワイヤ１６が挿通されている。ワイヤ１６は、図示しないワイヤスプール等のワイヤ供給から供給されている。

また、ボンディングアーム１４の前端側の上面には、ワイヤクランパ１７が取り付けられている。ワイヤクランパ１７は、キャピラリ２０の取り付けられている超音波ホーン１５の前端まで延びて、Ｘ方向に開閉してワイヤ１６の把持、開放を行う。

ボンディングステージ１９の上側には放電電極１８が設けられている。放電電極１８は、ベース１０に設けられた図示しないフレームに取り付けられても良い。放電電極１８は、キャピラリ２０に挿通してキャピラリ２０の先端２７から延出したワイヤテール５２（図１３参照）との間で放電を行い、ワイヤテール５２を溶融させてフリーエアボール４０を形成する。

ボンディングステージ１９は、上面に半導体チップ３４が実装された基板３０を吸着固定するとともに、図示しないヒータによって基板３０と半導体チップ３４とを加熱する。

Ｚ方向モータ１３の固定子１３ｂの電磁力によって回転子を構成するボンディングアーム１４の根元部１４ａが図１中の矢印７１に示すようにシャフト１３ａの周りに回転すると、超音波ホーン１５の前端に取り付けられたキャピラリ２０の先端２７は矢印７２に示すようにＺ方向に移動する。また、ボンディングヘッド１２はＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。従って、キャピラリ２０の先端２７は、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３によってＸＹＺ方向に移動する。また、ワイヤクランパ１７は、ボンディングアーム１４とキャピラリ２０と共にＸＹＺ方向に移動する。従って、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とはキャピラリ２０の先端２７とワイヤクランパ１７とをＸＹＺ方向に移動させる移動機構１１ａを構成する。

ＸＹテーブル１１と、Ｚ方向モータ１３と、超音波振動子１５ａと、ワイヤクランパ１７と、放電電極１８と、ボンディングステージ１９とは制御部６０に接続されており、制御部６０の指令に基づいて動作する。制御部６０は、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とで構成される移動機構１１ａにより、キャピラリ２０の先端２７のＸＹＺ方向位置を調整するとともに、ワイヤクランパ１７の開閉、超音波振動子１５ａの駆動、放電電極１８の駆動、ボンディングステージ１９の加熱制御を行う。

制御部６０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ６１と、動作プログラムや動作データ等を格納するメモリ６２とを含むコンピュータである。

次に、図２、図３を参照しながらキャピラリ２０の構成について説明する。尚、以下の説明では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、キャピラリ２０を超音波ホーン１５に取り付けた際の方向を示す。図１に示すように、キャピラリ２０の根元２８は超音波ホーン１５に取り付けられており、先端２７はワイヤ１６を電極３１、３５にボンディングする。

図２に示すようにキャピラリ２０は、先端２７に向かって直径が次第に細くなる細長い円錐台状部材である。先端２７の外径はｄ５である。先端２７の外周部には、図１に示すフリーエアボール４０を押圧する幅Ｗの先端面２３が形成されている。先端面２３は、フラットな水平面でもよいし、外側に近づくにつれ上方に進むように少し傾斜した面でもよい。先端２７の中央には、先端面２３から根元２８に向かって凹み、根元２８に向けて窄まる凹部２２が形成されている。凹部２２は、傾斜面２２ａと、直径が一定の円筒面２２ｂと、底面２４とで構成されている。底面２４の中央には、長手方向に貫通し、その中に直径ｄ１のワイヤ１６が貫通する直径ｄ２の貫通孔２１が形成されている。

図３に示すように、傾斜面２２ａは、先端面２３から根元２８に向かって直径が小さくなる円錐状の面で、先端面２３における直径はｄ４で、根元２８の側の直径はｄ３でｄ４＞ｄ３である。傾斜面２２ａの根元２８の側は、直径ｄ３の円筒面２２ｂに接続されている。また、傾斜面２２ａは先端面２３においてキャピラリ２０の中心線２６に対して角度θ１だけ傾斜している。

底面２４は、外周側が根元２８の側に向かって凹むように傾斜しており、底面２４と貫通孔２１の内面２１ａとが接続する角部２５の内角θ２は９０°以下の鋭角となっている。

次に、図４から図１３を参照してワイヤボンディング装置１００を用いて図１３に示すピンワイヤ５１を形成する動作について説明する。以下の説明では、基板３０の上に実装された半導体チップ３４の電極３５の上にピンワイヤ５１を形成する場合について説明する。尚、図５から図９、図１０から図１３は、基板３０と、半導体チップ３４と、キャピラリ２０と、超音波ホーン１５と、ワイヤクランパ１７と、ワイヤ１６とをＹ方向マイナス側から見た図である。

図４のステップＳ１０１に示すように、制御部６０のプロセッサであるＣＰＵ６１は、最初にボンディング工程を実行する。

制御部６０のＣＰＵ６１は、ワイヤクランパ１７を開放して、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２７を放電電極１８の近傍に移動させる。そして、ＣＰＵ６１は、放電電極１８とキャピラリ２０の先端２７から延出したワイヤテール５２（図１３参照）との間で放電を発生させ、図５に示すように、キャピラリ２０の先端２７から延出したワイヤテール５２をフリーエアボール４０に形成する。そして、ＣＰＵ６１は、ＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２７をボンディング位置である半導体チップ３４の電極３５の直上に移動させる。

そして、ＣＰＵ６１は、図６に示す矢印８１のようにキャピラリ２０の先端２７を半導体チップ３４の電極３５に向かって下降させ、図３に示すキャピラリ２０の先端面２３でフリーエアボール４０を電極３５の上にボンディングして圧着ボール４１を形成してワイヤ１６を電極３５に接合する。ＣＰＵ６１は、ワイヤ１６を電極３５にボンディングするとボンディング工程を終了する。

次に、制御部６０のＣＰＵ６１は、図４のステップＳ１０２に示すようにワイヤ繰り出し工程を実行する。

ＣＰＵ６１は、図７に示すように、ワイヤクランパ１７を開放した状態で、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２７を図７に示す矢印８２に示すように上昇させてキャピラリ２０の先端２７からワイヤ１６を繰り出す。ワイヤ１６は、ボンディング位置である電極３５から垂直上方に延びるようにキャピラリ２０の先端２７から繰り出される。そして、ＣＰＵ６１は、繰り出したワイヤ１６の長さが形成するピンワイヤ５１の高さとなったら繰り出し工程を終了する。

次に、制御部６０のＣＰＵ６１は、図４のステップＳ１０３に示すように、押し付け工程を実行する。

ＣＰＵ６１は、図８に示す矢印８３ａ、８３ｂのように、ワイヤクランパ１７を閉とする。そして、ＣＰＵ６１は、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、図９に示す矢印８４のように、キャピラリ２０の先端２７をＸ方向プラス側に向かって円弧状に角度θ０だけ移動させ、キャピラリ２０の先端２７の位置を図８に示す位置からＸ方向プラス側の斜め下方向の位置とする。ここで、角度θ０は、キャピラリ２０の傾斜面２２ａの先端面２３におけるキャピラリ２０の中心線２６に対する傾斜角度θ１と同一角度である。尚、図９中の破線は押し付け工程開始前の状態を示し、実線は押し付け工程終了時の状態を示す。

これにより、図１０に示すように、電極３５の上にボンディングされたワイヤ１６は、キャピラリ２０の内部エッジである角部２５によりＸ方向プラス側に曲げられ、電極３５からキャピラリ２０の先端２７に向かって傾斜する。この際、ワイヤ１６の曲げの反力により、ワイヤ１６の側面は角部２５に押し付けられる。尚、キャピラリ２０の先端２７は、傾斜面２２ａの先端面２３におけるキャピラリ２０の中心線２６に対する傾斜角度θ１と同角度の角度θ０だけ円弧状に移動しているので、図９、図１０に示す状態では、先端面２３の内周縁はワイヤ１６の側面に接触していない。ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２７をＸ方向プラス側に向かって円弧状に角度θ０だけ移動させたら押し付け工程を終了する。

次に、制御部６０のＣＰＵ６１は、図４のステップＳ１０４に示す傷つけ工程を実行する。

制御部６０のＣＰＵ６１は、図１に示す超音波振動子１５ａを駆動して超音波ホーン１５をＹ方向に超音波振動させる。これによりキャピラリ２０の先端２７はＹ方向に超音波振動する。超音波振動の周波数は、自由に選択できるが、例えば、１２０ｋＨｚ～１５０ｋＨｚの範囲でもよい。

このように、キャピラリ２０の先端２７をＹ方向に超音波振動させると、ワイヤ１６の側面のキャピラリ２０の角部２５に押し付けられている部分は、角部２５のＹ方向の超音波振動で削られる。また、角部２５は鋭角なので、角部２５の先端は超音波振動によりワイヤ１６の側面を削りながらワイヤ１６の中に食い込んでいき、図１０に網掛けで示すようにワイヤ１６の側面に傷１６ａがつく。

ＣＰＵ６１は、所定時間だけ超音波振動子１５ａを駆動したら傷つけ工程を終了する。

次に、制御部６０のＣＰＵ６１は、図４のステップＳ１０５に示すワイヤ起立工程を実行する。

ＣＰＵ６１は、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、図１１に示す矢印８５のように、キャピラリ２０の先端２７をＸ方向マイナス側に向かって円弧状に角度θ０だけ移動させ、キャピラリ２０の先端２７の位置を図９に示す位置から半導体チップ３４の電極３５の上方に移動させる。これにより、ワイヤ１６は、電極３５から垂直上方に延びるように起立する。ここで、図１１中の破線はワイヤ起立工程開始前の状態を示し、実線はワイヤ起立工程終了時の状態を示す。また、図１１中の三角マークは、ワイヤ１６につけられた傷１６ａの位置を示す。

次に、制御部６０のＣＰＵ６１は、図４のステップＳ１０６に示す切断工程を実行する。

ＣＰＵ６１は、図１２に示す矢印８６ａ、８６ｂのように、ワイヤクランパ１７を開放して、図１２に示す矢印８７のように、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２７を上昇させる。そして、キャピラリ２０の先端２７から所定長さのワイヤ１６延出させたら、図１３に示す矢印８８に示すようにキャピラリ２０の先端２７を上昇させている途中で図１３に示す矢印８９ａ、８９ｂのように、ワイヤクランパ１７を閉とする。すると、キャピラリ２０とワイヤクランパ１７との上昇により、ワイヤ１６は、傷１６ａの部分で切断される。ワイヤ１６が切断されると、電極３５から垂直上方に延びるピンワイヤ５１が形成される。また、キャピラリ２０の下端からは、次のボンディング工程でフリーエアボール４０に形成されるワイヤテール５２が延出する。ＣＰＵ６１は、ワイヤ１６を切断したら切断工程を終了する。

以上説明したピンワイヤ形成方法は、ワイヤ１６を傾斜させてキャピラリ２０の角部２５をワイヤ１６の側面に押し付けた状態で、キャピラリ２０の先端２７を超音波振動させるので、角部２５がワイヤ１６の側面を削りながらワイヤ１６の中に食い込み、ワイヤ１６の側面に深い傷１６ａをつけることができる。このため、切断工程において、傷１６ａの部分でワイヤ１６を確実に切断してピンワイヤ５１を形成することができる。

またピンワイヤ形成方法は、ワイヤ１６を傾斜させた状態でワイヤ１６の側面に深い傷１６ａをつけることができるので、特許文献２に記載された従来技術のように、ワイヤ１６の一部をボンディング位置とは別の場所に押圧することなしにピンワイヤ５１を形成することができる。これにより、ワイヤ１６を押圧するスペースがない場合でも容易にピンワイヤ５１を形成することができる。また、ピンワイヤ５１のピッチが狭い場合でも、隣接するピンワイヤ５１に干渉することなくピンワイヤ５１を形成することができる。

以上説明したワイヤ形成方法では、傷つけ工程は、超音波振動子１５ａでキャピラリ２０の先端２７をＹ方向に超音波加振してワイヤ１６の側面に傷１６ａをつけることとして説明したがこれに限らない。

例えば、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２７をＸ方向とＹ方向とＺ方向とに振動させることにより、キャピラリ２０の角部２５でワイヤ１６の側面に傷１６ａをつけるようにしてもよい。この際の、振動数は、自由に選択できるが、例えば、２００Ｈｚ～８００Ｈｚ程度としてもよい。また、ＸＹＺの３方向に振動させずに、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の内のいずれか１つ以上の方向に振動させるようにしてもよい。

また、特許文献１に記載されているようなキャピラリ２０の先端２７を複数の方向に振動させる複合超音波ホーンを用いて、キャピラリ２０の先端２７をＸ方向とＹ方向の２方向に超音波振動させてもよい。この場合の超音波振動の振動数は、自由に選択できるが、例えば、６０ｋＨｚ～１５０ｋＨｚの範囲としてもよい。

また、以上説明したピンワイヤ形成方法では、押し付け工程において、キャピラリ２０の先端２７を、傾斜面２２ａの先端面２３におけるキャピラリ２０の中心線２６に対する傾斜角度θ１と同角度の角度θ０だけ円弧状に移動することとして説明したがこれに限らず、ワイヤ１６の側面が先端面２３の内周縁に接しない状態であれば、角度θ０は傾斜角度θ１よりも小さくてもよいし、僅かに大きくてもよい。

次に図１４から図１６を参照しながら、ワイヤボンディング装置１００に取り付けられてピンワイヤ５１の形成を行う他の実施形態のキャピラリ１２０、２２０、３２０について説明する。先に図２、図３を参照して説明したキャピラリ２０と同一の部分には、同一の符号を付して説明は省略する。

図１４に示すキャピラリ１２０は、凹部１２２の底面１２４を中心線２６に対して垂直な平面とし、貫通孔１２１を根元２８の側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状とすることにより、角部１２５の内角を９０°以下の鋭角としたものである。貫通孔１２１の内面１２１ａは、角度θ３だけ外径側に傾斜しており、角部１２５の内角は９０°より小さい角度θ４となっている。キャピラリ１２０を用いた場合にも、先に説明したピンワイヤ形成方法を実行してピンワイヤ５１を形成することができる。

図１５に示すキャピラリ２２０は、凹部２２２の傾斜面２２２ａを湾曲面で構成したものである。先に図２、３を参照して接説明したと同様、傾斜面２２２ａの先端面２３におけるキャピラリ２０の中心線２６に対する傾斜角度はθ１である。キャピラリ２２０を用いた場合にも、先に説明したピンワイヤ形成方法を実行してピンワイヤ５１を形成することができる。

図１６に示すキャピラリ３２０は、凹部３２２が、傾斜面２２ａと、中心線２６に対して垂直な平面の底面３２４とで構成されており、円筒面２２ｂを有さず、貫通孔３２１の内面３２１ａを角度θ３だけ外径側に傾斜させて、角部３２５の内角を９０°より小さい鋭角の角度θ４としたものである。キャピラリ３２０を用いた場合にも、先に説明したピンワイヤ形成方法を実行してピンワイヤ５１を形成することができる。

以上説明したように、実施形態のワイヤボンディング装置１００は、先に説明したワイヤボンディング方法を実行してワイヤ１６の一部をボンディング位置とは別の場所に押圧することなしにピンワイヤ５１を形成することができる。これにより、ワイヤ１６を押圧するスペースがない場合でも容易にピンワイヤ５１を形成することができる。また、ピンワイヤ５１のピッチが狭い場合でも、隣接するピンワイヤ５１に干渉することなくピンワイヤ５１を形成することができる。

次に、図１７から図２１を参照してワイヤボンディング装置１００を用いて図１３に示すピンワイヤ５１を形成する他の動作について説明する。先に図４から図１３を参照して説明した動作と同様の動作には同様の符号を付して説明は省略する。図１７に示すように、他の動作は、ステッブＳ１０３の押し付け工程において、キャピラリ２０の先端２７を横方向に移動させてキャピラリ２０の角部２５をワイヤの側面に押し付けた状態でキャピラリ２０の先端２７を振動させてワイヤの側面に傷１６ａをつけ、その後、キャピラリ２０の先端２７を上昇させながら電極３５の直上の位置まで移動させた後に、キャピラリ２０の先端２７を上昇させながらワイヤクランパ１７を閉としてワイヤ１６を傷１６ａの部分で切断してピンワイヤ５１を形成する。従って、他の動作は、図４のステップＳ１０５のワイヤ起立工程を含まない。以下、説明する。

制御部６０のＣＰＵ６１は、図１７のステップＳ１０１～ステップ１０２に示すように、ボンディング工程とワイヤ繰り出し工程を実行した後、図１７のステップＳ１０３に進み、押し付け工程を実行する。

ＣＰＵ６１は、先に図８を参照して説明したと同様、矢印９０ａ、９０ｂのように、ワイヤクランパ１７を閉とする。そして、ＣＰＵ６１は、図１に示すＸＹテーブル１１を駆動制御して、図１８に示す矢印９１のように、キャピラリ２０の先端２７をＸ方向プラス側に向かって移動させる。これにより、キャピラリ２０の角部２５がワイヤ１６の側面に押し付けられる。尚、図１８中の破線は押し付け工程開始前の状態を示し、実線は押し付け工程終了時の状態を示す。

ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２７を横方向に移動させたら、押し付け工程を終了し、図１７のステップＳ１０４に進んで傷つけ工程を実行する。ＣＰＵ６１は、図１８に示す状態で、図１に示す超音波振動子１５ａを駆動して超音波ホーン１５をＹ方向に超音波振動させ、ワイヤ１６の側面に傷１６ａをつける。ＣＰＵ６１は、所定時間だけ超音波振動子１５ａを駆動したら傷つけ工程を終了する。

ＣＰＵ６１は、傷つけ工程を終了したら、図１７のステップＳ１０６に進んで切断工程を実行する。

ＣＰＵ６１は、図１９の矢印９３ａ、９３ｂのように、ワイヤクランパ１７を開放して、図１９に示す矢印９２のように、図１に示すＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２７を上昇させるとともにＸ方向マイナス側に移動させる。そして、ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２７が電極３５の直上の位置になったら、キャピラリ２０の先端２７のＸ方向マイナス側への移動を停止し、図２０に示す矢印９４のようにキャピラリ２０の先端２７を上昇させる。そして、ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２７から所定長さのワイヤ１６延出させたら、図２１に示す矢印９６に示すようにキャピラリ２０の先端２７を上昇させている途中で図２１に示す矢印９５ａ、９５ｂのように、ワイヤクランパ１７を閉とする。これにより、ワイヤ１６は、傷１６ａの部分で切断され、電極３５から垂直上方に延びるピンワイヤ５１が形成される。また、キャピラリ２０の下端からは、次のボンディング工程でフリーエアボール４０に形成されるワイヤテール５２が延出する。ＣＰＵ６１は、ワイヤ１６を切断したら切断工程を終了する。

以上説明した動作は、キャピラリ２０の先端２７を横方向に移動させた状態でワイヤ１６に傷１６ａをつけて、ワイヤ起立工程を行わずに切断工程を行うので、先に図４から図１３を参照して説明した動作よりも短時間でピンワイヤ５１を形成することができる。

１０ ベース、１１ ＸＹテーブル、１１ａ 移動機構、１２ ボンディングヘッド、１３ Ｚ方向モータ、１３ａ シャフト、１３ｂ 固定子、１４ ボンディングアーム、１４ａ 根元部、１５ 超音波ホーン、１５ａ 超音波振動子、１６ ワイヤ、１６ａ 傷、１７ ワイヤクランパ、１８ 放電電極、１９ ボンディングステージ、２０、１２０、２２０、３２０ キャピラリ、２１、１２１、３２１ 貫通孔、２１ａ、１２１ａ、３２１ａ 内面、２２、１２２、２２２、３２２ 凹部、２２ａ、２２２ａ 傾斜面、２２ｂ 円筒面、２３ 先端面、２４、１２４、３２４ 底面、２５、１２５、３２５ 角部、２６ 中心線、２７ 先端、２８ 根元、３０ 基板、３１、３５ 電極、３４ 半導体チップ、４０ フリーエアボール、５１ ピンワイヤ、５２ ワイヤテール、６０ 制御部、６１ ＣＰＵ、６２ メモリ、１００ ワイヤボンディング装置。

Claims (19)

1. ピンワイヤ形成方法であって、
   ボンディングツールによってワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、
   前記ボンディングツールを上昇させて、前記ワイヤが前記ボンディング位置から上方に延びるように前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出すワイヤ繰り出し工程と、
   前記ボンディングツールを移動させて前記ワイヤに前記ボンディングツールの内部エッジを押し付ける押し付け工程と、
   前記ボンディングツールの前記先端を振動させて、前記ボンディングツールの前記内部エッジによって前記ワイヤに傷をつける傷つけ工程と、
   前記ボンディングツールを上昇させるとともに、ワイヤクランパを閉じて前記傷の部分で前記ワイヤを切断し、前記ボンディング位置から上方に延びるピンワイヤを形成する切断工程と、を有すること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
2. 請求項１に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記押し付け工程は、前記ボンディングツールの前記先端を斜め下方向に移動させることにより前記ワイヤを傾斜させて前記ワイヤの側面に前記ボンディングツールの前記内部エッジを押し付け、
   前記傷つけ工程は、前記ワイヤを傾斜させた状態で前記ボンディングツールの前記先端を振動させて、前記ボンディングツールの前記内部エッジによって前記ワイヤに傷をつけ、
   前記ボンディングツールの前記先端を前記ボンディング位置の上方まで斜め上方向に移動して、前記ボンディング位置から垂直上方に延びるように前記ワイヤを起立させるワイヤ起立工程を含むこと、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
3. 請求項１または２に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記傷つけ工程は、前記ボンディングツールを超音波加振することにより、前記ボンディングツールの前記先端をＸ方向とＹ方向とＺ方向との内のいずれか１つ以上の方向に振動させること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記傷つけ工程は、前記ボンディングツールの前記先端をＸ方向とＹ方向とＺ方向とに移動させる移動機構によって前記ボンディングツールの前記先端をＸ方向とＹ方向とＺ方向との内のいずれか１つ以上の方向に振動させること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
5. 請求項４に記載のピンワイヤ形成方法において、
   前記移動機構は、前端に前記ボンディングツールが取り付けられたボンディングアームを駆動して前記ボンディングツールの前記先端をＺ方向に移動させるＺ方向モータと、前記ボンディングアームが取り付けられるボンディングヘッドをＸＹ方向に移動させるＸＹテーブルとで構成されること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
6. 請求項１または２に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記ボンディングツールは、
   先端面と、
   前記先端面から根元に向かって凹み、根元に向けて窄まる凹部と、
   前記凹部の底面に接続されて根元に向かって延びて前記ワイヤが挿通する貫通孔と、を備え、
   前記内部エッジは、前記凹部の前記底面と前記貫通孔の内面とが接続する角部であること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
7. 請求項６に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記ボンディングツールの前記凹部の前記底面は外周側が根元側に凹むように傾斜し、
   前記ボンディングツールの前記角部の内角が９０°以下であること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
8. 請求項６または７に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記ボンディングツールの前記貫通孔は、根元側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状であり、
   前記ボンディングツールの前記角部の内角が９０°以下であること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
9. 請求項６または７に記載のピンワイヤ形成方法であって、
   前記ボンディングツールの前記凹部は、前記先端面において前記ボンディングツールの中心線に対して傾斜する傾斜面を有し、
   前記押し付け工程は、前記ボンディングツールの前記先端を斜め下方向に移動させることにより前記ワイヤを前記凹部の前記傾斜面の傾斜角度まで傾斜させて前記ワイヤの側面に前記ボンディングツールの前記内部エッジを押し付けること、
   を特徴とするピンワイヤ形成方法。
10. 請求項８に記載のピンワイヤ形成方法であって、
    前記ボンディングツールの前記凹部は、前記先端面において前記ボンディングツールの中心線に対して傾斜する傾斜面を有し、
    前記押し付け工程は、前記ボンディングツールの前記先端を斜め下方向に移動させることにより前記ワイヤを前記凹部の前記傾斜面の傾斜角度まで傾斜させて前記ワイヤの側面に前記ボンディングツールの前記内部エッジを押し付けること、
    を特徴とするピンワイヤ形成方法。
11. ワイヤをボンディング位置にボンディングするワイヤボンディング装置であって、
    ボンディングツールと、
    前記ボンディングツールを超音波振動させる超音波振動子と、
    前記ボンディングツールを移動させる移動機構と、
    前記ワイヤを把持するワイヤクランパと、
    前記超音波振動子と前記移動機構と前記ワイヤクランパの動作を調整する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記移動機構によって前記ボンディングツールの先端を前記ボンディング位置に下降させ、前記ボンディングツールによって前記ワイヤを前記ボンディング位置にボンディングし、
    前記移動機構によって前記ボンディングツールを上昇させて、前記ワイヤが前記ボンディング位置から上方に延びるように前記先端から前記ワイヤを繰り出し、
    前記移動機構によって前記ボンディングツールを移動させて前記ワイヤに前記ボンディングツールの内部エッジを押し付け、
    前記超音波振動子或いは前記移動機構のいずれか一方または両方によって前記ボンディングツールの前記先端を振動させて、前記ボンディングツールの前記内部エッジによって前記ワイヤに傷をつけ、
    前記移動機構によって前記ボンディングツールの前記先端を上昇させるとともに前記ワイヤクランパを閉じて前記傷の部分で前記ワイヤを切断し、前記ボンディング位置から上方に延びるピンワイヤを形成すること、
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
12. 請求項１１に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記制御部は、
    前記ワイヤに前記ボンディングツールの前記内部エッジを押し付ける際に、前記移動機構によって前記ボンディングツールの前記先端を斜め下方向に移動させることにより前記ワイヤを傾斜させ、
    前記ワイヤを傾斜させた状態で前記ボンディングツールの前記先端を振動させて、前記ボンディングツールの前記内部エッジによって前記ワイヤに傷をつけ、
    前記移動機構によって前記ボンディングツールの前記先端を前記ボンディング位置の上方まで斜め上方向に移動して、前記ボンディング位置から垂直上方に延びるように前記ワイヤを起立させること、
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
13. 請求項１１または１２に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記ボンディングツールは、
    先端面と、
    前記先端面から根元に向かって凹み、根元に向けて窄まる凹部と、
    前記凹部の底面に接続されて根元に向かって延びて前記ワイヤが挿通する貫通孔と、を備え、
    前記内部エッジは、前記凹部の前記底面と前記貫通孔の内面とが接続する角部であること
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
14. 請求項１３に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記ボンディングツールの前記凹部の前記底面は外周側が根元側に凹むように傾斜し、
    前記ボンディングツールの前記角部の内角が９０°以下であること、
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
15. 請求項１３または１４に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記ボンディングツールの前記貫通孔は、根元側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状であり、
    前記ボンディングツールの前記角部の内角が９０°以下であること、
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
16. 請求項１３または１４に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記ボンディングツールの前記凹部は、前記先端面において前記ボンディングツールの中心線に対して傾斜する傾斜面を有し、
    前記制御部は、前記ワイヤに前記ボンディングツールの前記内部エッジを押し付ける際に、前記移動機構によって前記ボンディングツールの前記先端を斜め下方向に移動させて前記ワイヤを前記凹部の前記傾斜面の傾斜角度まで傾斜させること、
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
17. 請求項１５に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記ボンディングツールの前記凹部は、前記先端面において前記ボンディングツールの中心線に対して傾斜する傾斜面を有し、
    前記制御部は、前記ワイヤに前記ボンディングツールの前記内部エッジを押し付ける際に、前記移動機構によって前記ボンディングツールの前記先端を斜め下方向に移動させて前記ワイヤを前記凹部の前記傾斜面の傾斜角度まで傾斜させること、
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
18. ワイヤボンディング装置に用いられるボンディングツールであって、
    先端面と、
    前記先端面から根元に向かって凹み、根元に向けて窄まる凹部と、
    前記凹部の底面から根元に向かって延びてワイヤが挿通する貫通孔と、を備え、
    前記凹部は、前記先端面から根元に向かって直径が小さくなる円錐面と、前記円錐面の根元側端に接続されて根元に向かって延びる円筒面と、を備え、
    前記底面は、前記円筒面の根元側端に接続された円環状面であり、
    前記凹部の前記底面の内周端と前記貫通孔の内面とが接続する角部を有し、
    前記底面は外周側が根元側に凹むように傾斜し、
    前記角部の内角が９０°以下であり、
    前記貫通孔に挿通された前記ワイヤが前記先端面から傾斜して延出した際に、前記角部が前記ワイヤの側面に当たること、
    を特徴とするボンディングツール。
19. 請求項１８に記載のボンディングツールであって、
    前記貫通孔は、根元側に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ形状であり、
    前記角部の内角が９０°以下であること、
    を特徴とするボンディングツール。

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