JPH07273138A - ワイヤボンデイング法 - Google Patents

ワイヤボンデイング法

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JPH07273138A
JPH07273138A JP6087417A JP8741794A JPH07273138A JP H07273138 A JPH07273138 A JP H07273138A JP 6087417 A JP6087417 A JP 6087417A JP 8741794 A JP8741794 A JP 8741794A JP H07273138 A JPH07273138 A JP H07273138A
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JP
Japan
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ball
wire
gold
capillary
bonding method
Prior art date
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JP6087417A
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English (en)
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Kenji Mori
健次 森
Masanori Tokita
正憲 時田
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Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Original Assignee
Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄形パッケージ用デバイスに対応するループ
高さを得るに好適な、金又は金合金を対象とした、ワイ
ヤボンディング方法を提供する。 【構成】 金合金ワイヤ１の先端のボール形成時に、ボ
ール４直上部およびその付近に向かって開口したノズル
６から水素混合ガス７を噴出しつつ、このボール４直上
部およびその付近を冷却雰囲気Ｃに保ちながらボンディ
ングをする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子上のチップ
電極と外部リードとを電気的に接続する、金又は金を含
む合金の、ワイヤのボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金細線は、耐食性があり、且つ、ボンデ
ィング性に優れているためにＩＣのパッケージに多用さ
れているが、近年、半導体デバイスの高密度実装に伴う
パッケージの小型化のために、薄型の樹脂モールドパッ
ケージが必要となっている。そのためワイヤボンディン
グ工程において、薄型パッケージに対応させるために、
接合ループ高さを低くすることが要望されている。
【０００３】そこで、この目的を達成するための従来の
一般的な手段は、この金細線そのものの組成に種々の工
夫を凝らす、つまり高純度にしたり、微量の添加元素を
加えたりする、ことで対応しているのが現状で、種々の
金又は金合金細線が公表されている（一例としては、特
開昭６３−７０１０５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等も、これら
多くの提案を実用に供したり、新たに本発明者等独自に
開発したもの等を用いてチップの電極表面とリードフレ
ームとをボンディングしてみたが、機械的にループコン
トロールせず素直なボンディンクを施した場合、ループ
高さは概ね１６０μm 程度にしかならず、これ以下にす
ることは困難であった。従って、組成（ドーピング）の
改良では満足する低いループ高さを得ることがでず、こ
の手段では限界があることが判った。
【０００５】そこで、本発明者達は、視点を全く変え
て、ワイヤボンディング工程に解決の糸口を見出すべく
鋭意研究を重ねた結果、ワイヤボンディング工程におい
て、ワイヤ先端と電極とで放電し、ワイヤ先端を溶融し
てボールを形成する際に、ボール直上部およびその付近
を冷却することで、ボール直上部およびその上にかけて
の金又は金合金細線のボール形成時の熱による再結晶領
域長さを短くでき、従来の低ループ特有の金又は金合金
細線よりもさらにループ高さを低くできることを見出し
て、本発明をするに至った。
【０００７】従って、本発明の目的は、薄型パッケージ
用デバイスに好適な低いループ高さが得られる金又は金
合金を対象としたワイヤボンディング方法を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は金又は金を含む合金のワイヤを被ボンデ
ィング位置にボンディングさせるに際して、少なくとも
ワイヤ先端のボール形成時に、ボール直上部およびその
付近を、当該部位に向かって噴出する冷却用気体６によ
って形成される、冷却雰囲気Ｃに保ちながらボンディン
グすることを特徴とするものである。
【０００８】冷却用気体６は、前記ボール直上部および
その付近に向かって開口したノズル７、キャピラリ３の
周部、更にはこれらノズル７とキャピラリ３の周部の両
方から噴出されるようにすると好都合である。
【０００９】本発明では、低温雰囲気Ｃを得るのに、常
温の、水素混合ガス、Ｈｅ，Ｎ2 ，Ａｒ等の不活性ガ
ス、空気のいずれかを使用することができる。
【００１０】
【作用】本発明におけるワイヤボンディング方法は、金
又は金を含む合金のワイヤを被ボンディング位置にボン
ディングさせるに際して、少なくともワイヤ先端のボー
ル形成時に、ボール直上部およびその付近を低温雰囲気
Ｃに保ちながらボンディングすることによって、低温雰
囲気Ｃに保たれていない手段に較べ、ボール形成時の熱
影響による再結晶領域が約３分の２（約３３％）の短さ
に短縮され、ボール部から極めて近い位置に固さの最小
位置が形成され、該部分の変形抵抗が他の部分よりも相
対的に小さくなり、よりボールに近い部分で大きく曲げ
られる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図２に示されるように、スプール（図外）に巻装さ
れた金合金ワイヤ１はクランパ２を介してキャピラリ３
に挿通される。このキャピラリ３の先端から突出した金
合金ワイヤ１の先端近傍にボール４を形成するための電
気トーチのトーチ電極５が設置される。
【００１２】図１にも示されるように、前記ボール４を
形成する冷却雰囲気Ｃ、特にキャピラリ３下端から金合
金ワイヤ１先端までの冷却雰囲気、を保つために、この
キャピラリ３下端から金合金ワイヤ１先端までにわたる
範囲に、冷却用気体を吹き出すためのノズル７、一例と
して開口内径約２mm、が左右一対設けられ、これらのノ
ズル７から常温（室温程度：１５〜３０℃の適宜の範
囲）の冷却用気体６が噴出される。
【００１３】金合金ワイヤ１は、この冷却用気体６の噴
出によって形成される冷却雰囲気Ｃのもとで、キャピラ
リ３の先端から繰り出され、この位置でトーチ電極５が
金合金ワイヤ１の先端に誘導され、高電圧パルスが印加
され、トーチ電極５と金合金ワイヤ１の先端との間で放
電ｅしボール４が形成される。
【００１４】このボール形成時は、前記の通り、キャピ
ラリ３下端から金合金ワイヤ１先端までの間が、ノズル
７から噴出する常温の冷却用気体６により、冷却雰囲気
Ｃに保たれているから、ボール直上部およびその上にか
けての金合金ワイヤ１のボール形成時の熱による再結晶
領域長さを、冷却雰囲気に保たない手段に較べて約３分
の２（約３３％）の長さに短縮することができ、ボール
部から極めて近い位置に固さの最小位置が形成され、該
部分の変形抵抗が他の部分よりも相対的に小さくなり、
よりボール４に近い部分で大きく曲げられ、図３に示さ
れるように、そのループ高さｈを、低ループ特有の金又
は金合金ワイヤを単にボンディングした場合のループ高
さｈ1 に較べて、さらに確実に低くできた。
【００１５】このボール３のボンディング後、リードフ
レーム８の予め定められたボンディング位置に２ndボン
ディングを施す。この２ndボンディング工程では、敢え
て冷却用気体６を噴出する必要はない。しかし、必要に
応じて、ボンディング全工程中、この冷却雰囲気Ｃを保
持するようにしてもよい。
【００１６】尚、前記冷却用気体６は、水素混合ガスと
してはＮ2 とＨ2 との混合ガスが好ましい。またこの水
素混合ガスの他には、例えばＨｅ，Ｎ2 ，Ａｒ等の不活
性ガス、更には空気等も使用できる。
【００１７】更に、前記キャピラリ３内に前記冷却用気
体６を供給しつつ、キャピラリ３の先端からこの冷却用
気体６を噴出させることによって、前記冷却雰囲気Ｃを
保つ構成も採用できる。具体的には、図４に示されるよ
うに、キャピラリ３の金合金ワイヤ１の入口側に、冷却
用気体６をキャピラリ３周部を通ってキャピラリ３下端
から金合金ワイヤ１先端側に向かって噴出させる噴出管
９が、このキャピラリ３の外周部周りに冷却用気体６の
流路１０が形成される間隔を設けて外嵌され、この噴出
管９の上端に、コンプレッサー等の適宜の冷却用気体供
給源１１に接続された、供給管１２が接続されている。
この供給管１２から供給された冷却用気体６は噴出管９
内に充満するとともに、キャピラリ３内にも充満し、キ
ャピラリ３の外周の流路１０下端から下方に向かって勢
い良く噴出し、キャピラリ３下端から金合金ワイヤ１先
端までを冷却雰囲気Ｃに保つことができる。この時、前
記キャピラリ３内も冷却用気体６が充満するので、ワイ
ヤの充分な冷却作用を期待できる。また、キャピラリ３
内の冷却用気体６をキャピラリ先端からも噴出させるこ
とができるために、冷却用気体６がワイヤ１の全周部を
被覆するような形で流れ、冷却雰囲気Ｃを更に良好に保
つように作用する。
【００１８】また、冷却雰囲気Ｃは、図４に示されるよ
うに、図１及び図２に示されるノズル７からと前記キャ
ピラリ３の周部及び先端からとの両方から冷却用気体６
を噴出させて形成することもできる。この場合は、前記
冷却雰囲気Ｃの形成、保持が一段と確実に行えて、前記
低ループ化を一層確実に、しかも高精度に現出させるこ
とができる。
【００１９】次に、金純度が99.99 重量％以上の電解金
を用いて、イットリウム、カルシウム、ベリリウム、鉛
を配合してなる特願平６−２１９１９号の金合金を夫々
高周波真空溶解炉で溶解鋳造し、その鋳塊を圧延した
後、常温で伸線加工を行い最終線径を３０μｍφの金合
金細線とし、焼鈍して伸び値が４％になるように調質す
る。
【００２０】得られた金合金ワイヤ１を用いて、図３に
示されるように、半導体チップ１２の電極表面とリード
フレーム８との段差Ｈを４２０μｍ、ボンディング距離
Ｌを２mmの条件で、図１に示されるように、ノズル７か
ら、冷却用気体６（本実施例では２０〜２２℃の適宜の
範囲）を噴出させて冷却雰囲気Ｃを形成し、アーク放電
によりボール４を形成し、ワイヤボンディングを行い、
ボンディング後の半導体素子１０の電極表面よりループ
最高部までのループ高さｈを、光学顕微鏡で、測定し
た。その結果を表１に示す。尚、アーク放電により金合
金ワイヤ１先端に形成されたボールの径は７０〜８０μ
ｍ、また、ボンディングにより半導体チップ１２の電極
表面に圧着形成された圧着ボール径は１０５μｍであっ
た。また、冷却用気体６の温度は一般的な室温の範囲
内、即ち１５〜３０℃、でも初期の目的を十二分に達成
できた。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から理解されるように、本発明に係る
ワイヤボンディング法を採用した場合には、特願平６−
２１９１９号に示される化学成分の金合金に関しては、
Ｎ2とＨ2 の混合ガスを採用した場合は、ループ高さｈ
は、比較例に示した冷却雰囲気Ｃを形成しない手段に較
べて平均して約１０％、最大で約１７％も低くでき、ま
た、空気を採用した場合でも平均して約５％、最大で約
１２％低くできることが認められた。
【００２３】
【発明の効果】本発明のワイヤボンディング方法は、第
１表から理解される通り、約１５５〜１３６μｍの低ル
ープ高さを可能にし、従来の金合金の組成を改良するだ
けの手立てで低ループ化を図る場合に較べて、更に低い
ループ高さが確実に得られる。従って、薄型パッケージ
用デバイスに対応するループ高さを得るには好適なワイ
ヤボンディング方法であり、従ってまた、産業利用上多
大な価値を有すると言える。
【００２４】また、実施例に示されるように、冷却用気
体６を、ボール４直上部およびその付近に向かって開口
したノズル７とキャピラリ３の周部との両方から噴出す
るようにした場合には、低温雰囲気Ｃの形成並びに保持
により有効で、前記低ループ化を一層確実に、しかも精
度高く現出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ワイヤボンディング方法の要部の拡大説
明図である。
【図２】本発明ワイヤボンディング方法を実施するため
のワイヤボンディング装置の一例を示す要部の説明図で
ある。
【図３】本発明ワイヤボンディング方法の実施例の試験
条件の説明図である。
【図４】本発明ワイヤボンディング方法を実施するため
のワイヤボンディング装置の別の手段を示す要部の説明
図である。
【符号の説明】
１─金合金ワイヤ、３─キャピラリ、４─ボール、６─
冷却用気体、７─ノズル、８─リードフレーム、10─半
導体チップ、Ｃ─冷却雰囲気、Ｈ─チップ段差、ｈ─ル
ープ高さ、Ｌ─ボンディング距離。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金又は金を含む合金のワイヤを被ボンデ
    ィング位置にボンディングさせるに際して、少なくとも
    ワイヤ先端のボール形成時に、ボール４直上部およびそ
    の付近を、当該部位に向かって噴出する冷却用気体６に
    よって形成される、冷却雰囲気Ｃに保ちながらボンディ
    ングすることを特徴とするワイヤボンディング法。
  2. 【請求項２】 冷却用気体６を、前記ボール４直上部お
    よびその付近に向かって開口したノズル７から噴出する
    請求項１記載のワイヤボンディング法。
  3. 【請求項３】 冷却用気体６を、キャピラリ３の周部か
    ら噴出する請求項１記載のワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】 冷却用気体６を、前記ボール４直上部お
    よびその付近に向かって開口したノズル７とキャピラリ
    ３の周部とから噴出する請求項１記載のワイヤボンディ
    ング法。
  5. 【請求項５】 冷却用気体６は、常温の、水素混合ガ
    ス、Ｈｅ，Ｎ2 ，Ａｒなどの不活性ガスさらには空気の
    いずれかである請求項１記載のワイヤボンディング方
    法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294975A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Kulicke & Soffa Industries Inc ワイヤーボンディング用の酸化減少システム
KR100889346B1 (ko) * 2007-06-07 2009-03-18 고병완 와이어 본딩 장치
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US8066170B2 (en) 2008-06-10 2011-11-29 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Gas delivery system for reducing oxidation in wire bonding operations

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