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JPH09162219A - ワイヤボンディング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法および装置

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Publication number
JPH09162219A
JPH09162219A JP7317645A JP31764595A JPH09162219A JP H09162219 A JPH09162219 A JP H09162219A JP 7317645 A JP7317645 A JP 7317645A JP 31764595 A JP31764595 A JP 31764595A JP H09162219 A JPH09162219 A JP H09162219A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bonding
wire
connection electrode
lead
loop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7317645A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichi Hirata
淳一 平田
Yasushi Ishii
康 石井
Nobuo Sakatani
信雄 阪谷
Minoru Kimura
稔 木村
Junpei Konno
順平 紺野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Priority to JP7317645A priority Critical patent/JPH09162219A/ja
Publication of JPH09162219A publication Critical patent/JPH09162219A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ長に拘束されることなく、また、ルー
プのネック部にダメージを与えることなく低ループ化を
実現できるワイヤボンディング方法を提供する。 【解決手段】 半導体チップ１０上の接続電極１０ａと
リード１５との間をボンディングワイヤ１３で接続する
キャピラリ５を、ボンディングワイヤ１３の先端を接続
電極１０ａに接続する第１の動作（）、接続電極１０
ａからほぼ真上に上昇する第２の動作（）、接続電極
１０ａに向かって下降する第３の動作（）、そして、
横方向に移動してボンディングワイヤ１３の所定位置を
リード１５に接続する第４の動作（）、の順に動作さ
せるワイヤボンディング方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はワイヤボンディング
方法および装置に関し、特に、ワイヤボンディングにお
いてネック部にダメージを与えることなく低ループ化を
実現することのできるワイヤボンディングに適用して有
効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＶＬＳＩロジックデバイスなどの
パッケージは多ピン化、薄型化へと進んでおり、たとえ
ば薄型プラスチックパッケージを実現するために、低い
ループを形成する技術・装置の開発やワイヤ材料の開発
が要求されてきている。
【０００３】ボンディングワイヤの低ループ化を実現す
るにあたり、現在ではワイヤ材料の開発によるところが
大きく、ネイルヘッドボンディングでは、ワイヤを溶融
してボールを形成する際の放電電流の熱影響によりボー
ル直上のネック部が再結晶化してネック部の長さによっ
てループ高さが決まるため、放電電流を制御すると同時
に再結晶化し難い添加元素を入れてネック部が短くなる
ようなワイヤの開発が進められている。
【０００４】また、ワイヤボンディングのプロセス的に
は、ループ高さが安定するループ形成技術が開発されて
きており、たとえばループ高さを低くするためにクラン
パを制御してキャピラリ（ボンディングツール）から引
き出されるボンディングワイヤの量を少なくすることに
より、ループをある程度低くしてボンディングを実現し
ているものと考えられる。
【０００５】ここで、公知とされたものではないが本発
明者が検討したワイヤボンディング装置では、キャピラ
リ自体をＺ軸方向に移動可能とし、且つ、このキャピラ
リが搭載されるＸＹテーブルをＸ軸およびＹ軸方向に移
動可能としており、キャピラリおよびＸＹテーブルの動
作制御により半導体チップ上の接続電極とリードとがボ
ンディングワイヤによって接続されるようになってい
る。
【０００６】なお、このようなワイヤボンディングに関
する技術を詳しく記載している例としては、たとえば、
オーム社発行、「ＬＳＩハンドブック」（昭和59年11月
30日発行）、P406〜P411がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記のような放電電流
の制御、ワイヤ材料の開発、クランパの制御技術によっ
ては、ある程度低ループ化を実現することはできるもの
の、特に、ワイヤ長が長くなると必然的にループ高さが
高くなり、低ループ化には限界がある。
【０００８】また、低ループでは、ワイヤがボールの部
分から直ちにリードに向かって折れ曲がる形状になるた
めにループのネック部にダメージが加わり、このダメー
ジが低減できないためにワイヤの引っ張り強度がとれ
ず、ワイヤボンディング後のモールド時に断線を引き起
こす要因となっている。
【０００９】そこで、本発明の目的は、ワイヤ長に拘束
されることなく低ループ化を実現することのできるワイ
ヤボンディングについての技術を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、ループのネック部に
ダメージを与えることなく低ループ化を実現することの
できるワイヤボンディングについての技術を提供するこ
とにある。
【００１１】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。
【００１２】
【課題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簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００１３】すなわち、本発明によるワイヤボンディン
グ方法は、半導体チップ上の接続電極とリードとの間を
ボンディングワイヤで接続するボンディングツールを、
ボンディングワイヤの先端を接続電極に接続する第１の
動作、接続電極からほぼ真上に上昇する第２の動作、接
続電極に向かって下降する第３の動作、そして、横方向
に移動してボンディングワイヤの所定位置をリードに接
続する第４の動作、の順に動作させるものである。
【００１４】このワイヤボンディング方法における第３
の動作では、ボンディングツールの先端を接続電極の直
上、たとえば半導体チップの表面から約１００μｍの高
さまで下降させるようにすることが望ましい。
【００１５】また、本発明によるワイヤボンディング装
置は、放電電流によってボンディングワイヤの先端部を
溶融してボールを形成する電気トーチと、引き出される
ボンディングワイヤでボールを半導体チップの接続電極
に接続して半導体チップとリードとを電気的に接続する
ボンディングツールと、ボンディングワイヤを接続電極
とリードとに接続するときのボンディングツールの動作
軌跡を、接続電極からほぼ真上に上昇してから該接続電
極に向かって下降し、その後横方向に移動してリードに
至るように制御する動作制御手段とを有するものであ
る。
【００１６】これによれば、ワイヤループのループ高さ
をほぼボンディングツールの第３の動作における下降位
置とすることができるので、ワイヤ長に拘束されること
なく超低ループを実現することが可能になる。
【００１７】また、ボンディングワイヤは半導体チップ
の表面から垂直に立ち上がってからリードに向かう形状
に形成されてループのネック部にダメージが加わること
がないので、低ループ化によってもワイヤの引っ張り強
度が十分に確保されてモールド時における断線のおそれ
もない。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【００１９】図１は本発明の一実施の形態であるワイヤ
ボンディング装置の一例を示す外観斜視図、図２は本実
施の形態のワイヤボンディング装置におけるキャピラリ
の動作を連続して示す説明図、図３はキャピラリの動作
軌跡とワイヤのループ状態の一例を示す説明図、図４は
本実施の形態と比較検討した技術におけるキャピラリと
ワイヤとの要部関係を示す断面図である。
【００２０】本実施の形態のワイヤボンディング装置
は、たとえば金（Ａｕ）線であるボンディングワイヤを
用いた熱圧着法によるネイルヘッドボンディングが採用
されたもので、図１に示すように、半導体チップがダイ
ボンディングされた基板の供給を行うローダ部１と、こ
の基板を搬送し、かつ所定の位置で停止させてワイヤボ
ンディングを行うフィーダ部２と、ワイヤボンディング
された基板の収納を行うアンローダ部３と、Ｘ軸、Ｙ軸
およびＺ軸方向に駆動して半導体チップ上の接続電極と
基板上の外部引き出し用端子であるリードとの間のワイ
ヤボンディングを行うボンディングヘッド部４とから構
成されている。
【００２１】ボンディングヘッド部４は、ボンディング
ワイヤを通すキャピラリ（ボンディングツール）５、キ
ャピラリ５が取り付けられたツールホルダ６、Ｘ軸およ
びＹ軸方向へ移動するＸＹテーブル７、半導体チップと
基板との位置を検出するカメラ８などから構成され、先
端にキャピラリ５が取り付けられているツールホルダ６
が上下に動かされ、このボンディングヘッド部４が載る
ＸＹテーブル７との動作制御により、ボンド間にボンデ
ィングワイヤが接続されてループが形成され、このとき
にボンディングヘッド部４に搭載されたカメラ８によ
り、基板とその上にダイボンディングされた半導体チッ
プとの相対位置が検出され、所定の箇所にボンディング
ワイヤが接続されるようになっている。
【００２２】また、ボンディングヘッド部４には、キャ
ピラリ５が取り付けられているツールホルダ６と、この
ボンディングヘッド部４が載るＸＹテーブル７との相対
動作制御により、キャピラリ５の動作軌跡を制御するた
めの制御部（動作制御手段）９が接続されており、ボン
ディングワイヤの先端を半導体チップ上の接続電極に接
続したキャピラリ５の動作を後述するように制御して一
連のワイヤボンディング動作を実行させるようになって
いる。
【００２３】ここで、制御部９によって制御されるキャ
ピラリ５によるボンディング動作を図２に基づいて説明
する。
【００２４】まず、ローダ部１から供給された半導体チ
ップ１０がダイボンディングされた基板１１をフィーダ
部２により搬送し、このフィーダ部２上の所定の位置で
停止させてワイヤボンディング位置に位置決めする。こ
れと同時に、ボンディングヘッド部４のキャピラリ５も
半導体チップ１０上の所定の接続電極１０ａの位置に位
置決めする。
【００２５】次に、ワイヤスプール１２よりボンディン
グワイヤ１３を供給し、キャピラリ５に通されたボンデ
ィングワイヤ１３の先端を電気トーチ、ガス炎などのボ
ール形成用トーチ１４で溶融してボールを形成する（図
２（ａ））。そして、キャピラリ５でボールを基板１１
上にダイボンディングされた半導体チップ１０上の接続
電極１０ａに圧着して接続する（図２（ｂ））。
【００２６】接続後、キャピラリ５を接続電極１０ａか
らほぼ真上に、たとえば１５０μｍ程度上昇させる（図
２（ｃ））。これにより、ボンディングワイヤ１３はボ
ールの部分で直ちにリード１５に向かって折れ曲がる形
状ではなく、この部分から半導体チップ１０の表面に対
して垂直に立ち上がる形状に規制される。そして、再び
接続電極１０ａの直上、たとえば半導体チップ１０の表
面から約１００μｍの高さにまで下降させる（図２
（ｄ））。なお、ここでのキャピラリ５の下降位置がル
ープ高さを決定することになるので、低ループ化のため
には、本実施の形態のように、これをできるだけ接続電
極１０ａの近くまで下降させることが望ましいが、特に
低ループとしない場合には、所望の適当な高さにまで下
降させればよい。
【００２７】そして、キャピラリ５を横方向に移動させ
てボンディングワイヤ１３をリード１５に導き、キャピ
ラリ５のエッジでボンディングワイヤ１３の所定位置を
リード１５上に圧着して接続する（図２（ｅ））。その
後、クランパ１６でボンディングワイヤ１３を挟んで引
っ張り、これを切断する。
【００２８】これにより、１回のボンディングが終了
し、以降は上記の基本動作を半導体チップ１０上の全て
の接続電極１０ａとリード１５とに対して繰り返すこと
により１個の基板１１のワイヤボンディングが完了す
る。
【００２９】そして、ワイヤボンディングが完了した基
板１１をフィーダ部２により搬送し、このワイヤボンデ
ィングされた基板１１をアンローダ部３に収納する。以
上の動作をローダ部１に収納されている全ての基板１１
に対して繰り返して行う。
【００３０】続いて、本実施の形態の特徴であるワイヤ
ボンディング時におけるキャピラリ５の動作軌跡につい
て図３により説明する。なお、図３において、実線がキ
ャピラリ５の先端の動作軌跡を示し、この動作軌跡にお
ける数字〜が動作順序となっている。また、破線が
ボンディングの完了したボンディングワイヤ１３のルー
プ形状を示している。
【００３１】まず、第１の動作で、下降してボールの形
成されたボンディングワイヤ１３の先端を半導体チップ
１０上の接続電極１０ａに接続し（）、続いて、第２
の動作で、この接続位置からほぼ真上に上昇させる
（）。そして、第３の動作で、接続電極１０ａに向か
って再び下降させる（）。
【００３２】そして、第４の動作で、たとえば弧状の軌
跡を描いてリード１５の位置まで横方向に移動させ
（）、リード１５へボンディングワイヤ１３を接続す
るために位置決め動作を行う（〜）。これにより、
ボンディングワイヤ１３の所定位置がリード１５に接続
される。
【００３３】この一連のキャピラリ５の動作において
は、第３の動作による下降位置でワイヤループのループ
高さがほぼ決定され、たとえば、本実施の形態の場合に
は半導体チップ１０の表面から約１００μｍの高さにま
で下降することとされているので、ループ高さはおよそ
１００μｍとなる。なお、前述のように、第３の動作に
よる下降位置をより高い位置とし、一点鎖線で示す´
の軌跡で動作させることも可能である。
【００３４】このように、本実施の形態のワイヤボンデ
ィング装置によれば、半導体チップ１０上の接続電極１
０ａとリード１５とをボンディングワイヤ１３で電気的
に接続するためのキャピラリ５の動作軌跡を、前記した
第１〜第４の動作に制御することにより、ワイヤループ
のループ高さをほぼキャピラリ５の第３の動作における
下降位置とすることができるので、該キャピラリ５の先
端を接続電極１０ａの直上まで下降させることでワイヤ
長とは無関係に大幅な低ループ化が可能になり、たとえ
ば約１００μｍ程度といった超低ループを実現すること
ができる。
【００３５】また、ボンディングワイヤ１３は半導体チ
ップ１０の表面から垂直に立ち上がってからリード１５
に向かう形状に形成されてループのネック部にダメージ
が加わることがないので、ワイヤの引っ張り強度が十分
に確保されてモールド時における断線のおそれもない。
【００３６】たとえば、本実施の形態と比較検討される
技術では、接続電極１０ａの位置から上昇したキャピラ
リ５を、一旦接続するリード１５と反対方向に戻すリバ
ースモード動作を折り込んで低ループ化が達成される。
しかし、この技術では、ボンディングワイヤ１３がリバ
ース動作によりキャピラリ５から出されるときに、図４
に示すように、ラディアスチャンファー１７で擦れてネ
ック部にダメージが残ることになるが、本実施の形態の
ワイヤボンディング技術ではこのようなダメージは発生
しない。
【００３７】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態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。
【００３８】たとえば、本実施の形態のワイヤボンディ
ング装置は、熱圧着によりボンディングワイヤ１３を接
続するネイルヘッドボンディングのワイヤボンディング
装置であるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、超音波併用熱圧着法によるネイルヘッドボンディン
グ、さらに超音波法によるウェッジボンディングによる
ワイヤボンディング装置についても広く適用することが
可能である。
【００３９】ここで、超音波法によるウェッジボンディ
ングにおいては、ボンディングワイヤ１３をウェッジと
呼ばれるボンディングツールで半導体チップ１０上の接
続電極１０ａおよびリード１５に超音波を加えながら圧
着する方法であり、常温で接合可能なこと、ネイルヘッ
ドボンディングに比べて電極の微細ピッチ化に向いてい
ることが特徴となる。
【００４０】また、ウェッジボンディングでボンディン
グワイヤ１３にアルミニウム線を用いた場合には、アル
ミニウム線の引っ張り強度が弱く、腐食もし易いため、
気密封止によるセラミックパッケージに適用することが
望ましい。
【００４１】
【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、
以下のとおりである。
【００４２】(1).本発明のワイヤボンディング技術によ
れば、ボンディングツールの動作軌跡を前記した第１〜
第４の動作に制御することにより、ワイヤループのルー
プ高さをほぼボンディングツールの第３の動作における
下降位置とすることができるので、ワイヤ長に拘束され
ることなく、たとえばループ高さ約１００μｍといった
超低ループを実現することが可能になる。
【００４３】(2).また、ボンディングワイヤは半導体チ
ップの表面から垂直に立ち上がってからリードに向かう
形状に形成されてループのネック部にダメージが加わる
ことがないので、低ループ化によってもワイヤの引っ張
り強度が十分に確保されてモールド時における断線のお
それもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるワイヤボンディン
グ装置の一例を示す外観斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態のワイヤボン
ディング装置におけるキャピラリの動作を連続して示す
説明図である。
【図３】キャピラリの動作軌跡とワイヤのループ状態の
一例を示す説明図である。
【図４】本実施の形態と比較検討した技術におけるキャ
ピラリとワイヤとの要部関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ローダ部 ２ フィーダ部 ３ アンローダ部 ４ ボンディングヘッド部 ５ キャピラリ（ボンディングツール） ６ ツールホルダ ７ ＸＹテーブル ８ カメラ ９ 制御部（動作制御手段） １０ 半導体チップ １０ａ 接続電極 １１ 基板 １２ ワイヤスプール １３ ボンディングワイヤ １４ ボール形成用トーチ １５ リード １６ クランパ １７ ラディアスチャンファー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪谷 信雄 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 木村 稔 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 紺野 順平 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップ上の接続電極とリードとの
    間をボンディングツールから引き出されるボンディング
    ワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、前
    記ボンディングツールを、 前記ボンディングワイヤの先端を前記接続電極に接続す
    る第１の動作、 前記接続電極からほぼ真上に上昇する第２の動作、 前記接続電極に向かって下降する第３の動作、 横方向に移動して前記ボンディングワイヤの所定位置を
    前記リードに接続する第４の動作、の順に動作させるこ
    とを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のワイヤボンディング方法
    であって、前記第３の動作では、前記ボンディングツー
    ルの先端が前記接続電極の直上まで下降することを特徴
    とするワイヤボンディング方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のワイヤボンディング方法
    であって、前記ボンディングツールの先端は前記半導体
    チップの表面から約１００μｍの高さまで下降すること
    を特徴とするワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】 放電電流によってボンディングワイヤの
    先端部を溶融してボールを形成する電気トーチと、 引き出されるボンディングワイヤで前記ボールを半導体
    チップの接続電極に接続して前記半導体チップとリード
    とを電気的に接続するボンディングツールと、 前記ボンディングワイヤを前記接続電極と前記リードと
    に接続するときの前記ボンディングツールの動作軌跡
    を、前記接続電極からほぼ真上に上昇してから該接続電
    極に向かって下降し、その後横方向に移動してリードに
    至るように制御する動作制御手段とを有することを特徴
    とするワイヤボンディング装置。
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