JPH1056034A - ボンディング装置 - Google Patents

ボンディング装置

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JPH1056034A
JPH1056034A JP8212424A JP21242496A JPH1056034A JP H1056034 A JPH1056034 A JP H1056034A JP 8212424 A JP8212424 A JP 8212424A JP 21242496 A JP21242496 A JP 21242496A JP H1056034 A JPH1056034 A JP H1056034A
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bonding
wire
bending
tip
capillary
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Yasuki Tsutsumi
安己 堤
Toshihiro Matsunaga
俊博 松永
Akihiro Hida
昭博 飛田
Tomohiro Shiraishi
智宏 白石
Minoru Kubosono
実 窪薗
Hiroshi Kuroda
宏 黒田
Masayuki Shirai
優之 白井
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Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム線のボンディングワイヤにおけ
るワイヤボンディングを高速化する。 【解決手段】 半導体チップに設けられたボンディング
パッドが並んでいる方向と異なる方向にボンディングワ
イヤＷの先端部をワイヤ倒し機構によって折り曲げた後
キャピラリ３によりワイヤボンディングを行う。たとえ
ば、ボンディングパッドが半導体チップの主面に対して
横方向に設けられ、ボンディングワイヤＷを縦方向に折
り曲げる場合、ボンディングワイヤＷを折り曲げるワイ
ヤバー６ｂがワイヤバー駆動部によって縦方向に移動
し、キャピラリ３から突出しているボンディングワイヤ
Ｗを縦方向に折り曲げて隣接するボンディングパットと
折り曲げられたボンディングワイヤＷの先端部との接触
を防止した後ワイヤボンディングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディング装置
に関し、特に、アルミニウム線のボンディングワイヤを
用いたワイヤボンディングの高速化に適用して有効な技
術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明者が検討したところによれば、ア
ルミニウム線からなるボンディングワイヤによるボンデ
ィングは、超音波振動をするウェッジツール先端で、該
ボンディングワイヤを被接合部である半導体チップの電
極部に押しつけ、超音波振動と加重によって接合する、
いわゆる、ウェッジボンディングによって電気的に接続
されている。
【０００３】なお、この種のワイヤボンダについて詳し
く述べてある例としては、平成７年１２月４日、株式会
社工業調査会発行、「超ＬＳＩ製造・試験装置ガイドブ
ック＜１９９６年版＞」Ｐ８８〜Ｐ９３があり、この文
献には、種々のワイヤボンダの機能や性能などが記載さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なウェッジボンディングでは、次のような問題点がある
ことが本発明者により見い出された。
【０００５】すなわち、ウェッジボンディングを行うウ
ェッジボンダには、前述したボンディングワイヤに方向
性があり、製品である半導体装置それ自体を回転させる
ために半導体装置を載置するボンディングステージを回
転させてボンディングを行わなければならず、ボンディ
ング箇所が多くなるほどボンディングスピードが遅くな
ってしまうという問題がある。
【０００６】また、ウェッジボンダは、ボンディングス
テージを回転させてボンディングを行うので、半導体装
置を個々に切断する、いわゆる個片化が必要であり、リ
ードフレームやパッケージ基板などに連なった状態では
ボンディングを行うことができず、ボンディング効率が
低下してしまうという問題もある。
【０００７】本発明の目的は、アルミニウム線のボンデ
ィングワイヤにおける方向性をなくしてボンディングス
テージの回転を不要とし、ワイヤボンディングを高速化
することのできるボンディング装置を提供することにあ
る。
【０００８】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。
【０００９】
【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。
【００１０】すなわち、本発明のボンディング装置は、
軸心にボンディングワイヤを通す孔が設けられ、先端部
で超音波振動と荷圧によってワイヤボンディグを行うボ
ンディング手段と、当該ボンディング手段の先端部から
突出したボンディングワイヤを所定の方向に折り曲げる
ワイヤ倒し手段と、該ボンディング手段を上下に駆動す
る第１のボンディング移動手段と、該ボンディング手段
を所定のボンディング位置に移動させる第２のボンディ
ング移動手段と、該ボンディング手段に超音波振動子の
振幅を拡大して伝達する超音波振動手段と、半導体チッ
プが搭載されたチップ搭載手段を載置する載置手段とよ
りなるものである。
【００１１】それにより、アルミニウムボンディングワ
イヤの供給時における方向性をなくすことができるの
で、ボンディング時に載置手段の回転動作が不要とな
り、ワイヤボンディングをより高速化することができ
る。
【００１２】また、本発明のボンディング装置は、前記
ワイヤ倒し手段が、ボンディング手段の先端部近傍に設
けられ、ボンディングワイヤに対して垂直方向に移動さ
せて、ボンディング手段の先端部から突出したボンディ
ングワイヤを所定の方向に折り曲げるワイヤ折り曲げ部
と、当該ワイヤ折り曲げ部を所定の方向に移動させる駆
動部とよりなるものである。
【００１３】さらに、本発明のボンディング装置は、前
記ワイヤ倒し手段が、ボンディング手段の先端部をく字
状に形成し、先端部から突出する前記ボンディングワイ
ヤを所定の方向に折り曲げるワイヤ折り曲げボンディン
グ手段と、当該ワイヤ折り曲げボンディング手段を回転
駆動させる回転駆動部とよりなるものである。
【００１４】それらにより、アルミニウムボンディング
ワイヤの供給時における方向性をなくし、且つ超音波振
動と荷重だけで確実に接合部と接続固定することができ
る。
【００１５】また、本発明のボンディング装置は、前記
ワイヤ折り曲げ部が、少なくとも半導体チップの主面に
対して縦横方向にボンディングワイヤを折り曲げるもの
である。
【００１６】それにより、接合部に隣接する他の接合部
とボンディングワイヤとの接触を防止することができ
る。
【００１７】さらに、本発明のボンディング装置は、前
記超音波振動手段がボンディング手段を回転振動させる
超音波振動を発振させるものである。
【００１８】それにより、ボンディングワイヤの圧着率
ならびに圧着幅の変動を小さくすることができ、より確
実にボンディングワイヤを接続固定することができる。
【００１９】以上のことにより、アルミニウムボンディ
ングワイヤによるワイヤボンディングをより高速化する
ことができ、生産効率ならびにボンディングワイヤの接
続信頼性を大幅に向上させることができる。
【００２０】
【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。
【００２１】図１は、本発明の一実施の形態によるボン
ディング装置の要部説明図、図２（ａ),（ｂ）は、本発
明の一実施の形態によるボンディング装置に設けられた
ワイヤ倒し機構の説明図、図３は、本発明の一実施の形
態によるボンディング装置に設けられた超音波ホーンに
よるキャピラリの超音波振動による接合の説明図であ
る。
【００２２】本実施の形態において、アルミニウム線か
らなる後述するボンディングワイヤをワイヤボンディン
グするボンディング装置１は、ボンディングヘッド２が
設けられている。
【００２３】このボンディングヘッド２は、軸心にボン
ディングワイヤを通す細孔を有し、ボンディングワイヤ
を加圧して電気的に接続固定する円錐形のキャピラリ
（ボンディング手段）３、そのキャピラリ３を取り付
け、ＤＣサーボモータなどによって上下に駆動するボン
ディングアーム（第１のボンディング移動手段）４、同
じくキャピラリ３に超音波振動子の振幅を拡大して伝達
する超音波ホーン（超音波振動手段）５が設けられてい
る。
【００２４】また、ボンディングヘッド２には、キャピ
ラリ３の先端部から突出したボンディングワイヤを所定
の方向に折り曲げるワイヤ倒し機構（ワイヤ倒し手段）
６が設けられている。
【００２５】このワイヤ倒し機構６は、ボンディングワ
イヤを横（Ｘ）方向に折り曲げるワイヤバー（ワイヤ折
り曲げ部）６ａ、ボンディングワイヤを縦（Ｙ）方向に
折り曲げるワイヤバー（ワイヤ折り曲げ部）６ｂおよび
ボンディングアーム４に設けられたワイヤバー６ａ，６
ｂを駆動させるモータなどのワイヤバー駆動部（駆動
部）６ｃによって構成されている。
【００２６】さらに、ボンディング装置１には、ボンデ
ィングヘッド２を搭載し、ボンディングヘッドの上下移
動などとタイミングを取りながらＸ方向、Ｙ方向に半導
体チップのパッドなどをＤＣサーボモータなどによって
所定のボンディング位置に移動させるＸＹテーブル（第
２のボンディング移動手段）７が設けられている。
【００２７】また、ボンディング装置１は、ボンディン
グのずれ量を自動的に検出する認識ユニット８が設けら
れており、この認識ユニット８は、ボンディングヘッド
２に取り付けられたカメラ８ａ、その映像を表示するＴ
Ｖモニタ８ｂならびにずれ量の検出を行う認識部８ｃに
より構成されている。
【００２８】さらに、ボンディング装置１には、ボンデ
ィングヘッド２の上方にボンディングワイヤＷの供給量
をコントロールし、ボンディングワイヤＷに張力を与え
るためのテンションクランプ９が設けられている。
【００２９】また、ボンディング装置１は、ボンディン
グステージ（載置手段）１０が設けられており、ボンデ
ィング時に半導体チップが搭載されたリードフレームや
パッケージ基板などのチップ搭載手段１１が載置され
る。
【００３０】さらに、このボンディングステージ１０に
は、チップ搭載手段１１を搬送する搬送機構も設けられ
ている。
【００３１】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。
【００３２】まず、ボンディングステージ１０の上方に
位置し、軸心にボンディングワイヤＷが通されたキャピ
ラリ３を下降させながらワイヤ倒し機構６によりボンデ
ィングワイヤＷの先端部を所定の方向に折り曲げる。
【００３３】ここで、ワイヤ倒し機構６によるボンディ
ングワイヤＷの先端部の折り曲げ技術について説明す
る。
【００３４】まず、ボンディングワイヤＷの折り曲げ方
向は、半導体チップに設けられた電極部であるボンディ
ングパッド（接合部）が並んでいる方向と異なる方向に
折り曲げる。よって、前述したボンディングパッドが半
導体チップの主面に対してＸ方向に等間隔で設けられて
いる位置では、ボンディングワイヤＷの折り曲げ方向
は、Ｘ方向に対して垂直の方向であるＹ方向となる。
【００３５】また、同様に、ボンディングパッドが半導
体チップの主面に対してＹ方向に等間隔で設けられてい
る位置では、ボンディングワイヤＷの折り曲げ方向は、
Ｙ方向に対して垂直の方向であるＸ方向となる。
【００３６】これは、隣接するボンディングパットと折
り曲げられたボンディングワイヤＷの先端部とが接触し
てしまうのを防止するためである。
【００３７】たとえば、ボンディングパッドがＸ方向に
設けられ、ボンディングワイヤＷをＹ方向に折り曲げる
場合について、図２（ａ),（ｂ）を用いて説明する。
【００３８】ボンディングワイヤＷをＹ方向に折り曲げ
るワイヤバー６ｂは、ボンディング前にはキャピラリ３
の側面近傍の所定の箇所に位置しており、ボンディング
ワイヤＷの先端部を折り曲げる場合には、図２（ａ）に
示すように、キャピラリ３の先端部近傍に位置するよう
にワイヤバー駆動部６ｃ（図１）によって移動される。
【００３９】そして、このワイヤバー６ｂを、図２
（ｂ）に示すように、ワイヤバー駆動部６ｃによってＹ
方向に移動させることによってキャピラリ３の先端部か
ら突出しているボンディングワイヤＷをＹ方向に折り曲
げる。
【００４０】次に、ボンディングワイヤＷの折り曲げが
終了すると、ワイヤバー駆動部６ｃは、ワイヤバー６ｂ
をキャピラリ３の側面近傍の所定の位置まで移動させ、
ボンディング時にワイヤバー６ｂが半導体チップなどと
干渉しないようになっている。
【００４１】そして、先端部がＹ方向に折り曲げられた
ボンディングワイヤＷが軸心に通されたキャピラリ３
は、半導体チップのボンディングパッドにタッチするま
で下降し、タッチしたことを検知して停止する。
【００４２】次に、ボンディングワイヤＷの折り曲げら
れた部分がキャピラリ３の先端部によって加圧されなが
ら超音波ホーン５によって超音波が印加され、電気的に
接続固定が行われる。
【００４３】また、この超音波ホーン５による超音波振
動では、図３に示すように、半導体チップＣＨの主面に
対してＸ方向またはＹ方向などの一方向ではなく、ボン
ディングワイヤＷの圧着率、圧着幅の変動を押さえる
に、キャピラリ３を所定の角度により回転方向に振動さ
せる回転振動、いわゆる、ツイスト振動させている。
【００４４】そして、ボンディングパッドへのボンディ
ングが終了すると、図１に示すように、キャピラリ３
は、上昇しながら同時にＸＹテーブル７が移動を始め、
チップ搭載手段１１に設けられたインナリードなどの所
定のボンディング位置に移動し、下降させ、同様にキャ
ピラリ３によって加圧されながら超音波ホーン５によっ
て超音波が印加され、電気的に接続固定が行われる。
【００４５】このボンディングが終了すると、次のボン
ディング時に必要なボンディングワイヤＷの繰り出し量
の分だけキャピラリ３が上昇し、その後ボンディングワ
イヤＷをカットしてスタート点まで上昇を行い、同時
に、ＸＹテーブル７は次のボンディング位置へ移動し、
前述した同様のボンディング動作を繰り返すことによっ
てワイヤボンディングを行う。
【００４６】それにより、本実施の形態においては、ア
ルミニウム線からなるボンディングワイヤＷのウェッジ
ボンディングにおいて、ボンディングステージ１０の回
転動作が不要となるのでボンディングスピードをより高
速化することができ、微細ピッチの半導体装置におい
て、より効率よくワイヤボンディングを行うことができ
る。
【００４７】また、ボンディングステージ１０の回転動
作が不要となるのでチップ搭載手段１１における個別化
も不要にでき、より一層ワイヤボンディングの効率を向
上することができる。
【００４８】さらに、本実施の形態では、ワイヤ倒し機
構６に設けられたワイヤバー６ａまたはワイヤバー６ｂ
によってボンディングワイヤＷをＸ方向あるいはＹ方向
に折り曲げていたが、たとえば、ボンディング箇所が多
く、放射状にワイヤボンディングを行わなければならな
い半導体装置においては、図４に示すように、リング状
のワイヤリング（ワイヤ折り曲げ部）６ｄを設けたワイ
ヤ倒し機構６（図１）あるいは、図５に示すように、先
端部のボンディングワイヤＷが一方向からのみ突出する
ように形成されたキャピラリ（ワイヤ折り曲げボンディ
ング手段）３ａとすることにより、良好にワイヤボンデ
ィグを行うことができる。
【００４９】さらに、キャピラリ３ａは、先端部３ａ1
がく字状に形成されており、先端部３ａ1 から突出する
ボンディングワイヤＷが一方向にのみ突出するようにな
っている。
【００５０】そして、ワイヤリング６ｄを設けた場合、
ワイヤリング６ｄは、ワイヤバー駆動部６ｃ（図１）に
よって任意の方向に駆動される。
【００５１】また、通常キャピラリ３の側面近傍の所定
の箇所に位置しており、ボンディングワイヤＷの折り曲
げ時にワイヤリング６ｄの中空部にボンディングワイヤ
Ｗを挿入し、所定の方向に移動させることによってキャ
ピラリ３の先端部から突出しているボンディングワイヤ
Ｗを折り曲げる。
【００５２】次に、キャピラリ３ａの場合には、キャピ
ラリ３ａそれ自体が回転する回転機構（回転駆動部）が
設けられ、キャピラリ３ａを所定の方向に回転させるこ
とによってボンディングワイヤＷのボンディングを行
う。
【００５３】また、ボンディングワイヤＷの折り曲げ方
向は、何れの場合においても半導体チップに設けられた
電極部であるボンディングパッドが並んでいる方向と異
なる方向、すなわち、隣接するボンディングパッドと最
も接触しにくい方向に折り曲げるようにする。
【００５４】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の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。
【００５５】
【発明の効果】本願によっ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。
【００５６】（１）本発明によれば、アルミニウムボン
ディングワイヤの供給時における方向性をなくすことが
できるので、ボンディング時に載置手段の回転動作が不
要となり、ワイヤボンディングをより高速化することが
できる。
【００５７】（２）また、本発明では、超音波振動手段
がボンディング手段を回転振動させながらワイヤボンデ
ィングを行うのでボンディングワイヤの圧着率ならびに
圧着幅の変動を小さくすることができ、より確実にボン
ディングワイヤを接続固定することができる。
【００５８】（３）さらに、本発明においては、上記
（１),（２）により、アルミニウムボンディングワイヤ
によるワイヤボンディングをより高速化することがで
き、生産効率ならびにボンディングワイヤの接続信頼性
を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるボンディング装置
の要部説明図である。
【図２】（ａ),（ｂ）は、本発明の一実施の形態による
ボンディング装置に設けられたワイヤ倒し機構の説明図
である。
【図３】本発明の一実施の形態によるボンディング装置
に設けられた超音波ホーンによるキャピラリの超音波振
動による接合の説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態によるボンディング装
置に設けられたワイヤ倒し機構の説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態によるボンディング装
置に設けられたキャピラリ形状の説明図である。
【符号の説明】
１ ボンディング装置 ２ ボンディングヘッド ３ キャピラリ（ボンディング手段） ３ａ キャピラリ（ワイヤ折り曲げボンディング手段） ３ａ1 先端部 ４ ボンディングアーム（第１のボンディング移動手
段） ５ 超音波ホーン（超音波振動手段） ６ ワイヤ倒し機構（ワイヤ倒し手段） ６ａ ワイヤバー（ワイヤ折り曲げ部） ６ｂ ワイヤバー（ワイヤ折り曲げ部） ６ｃ ワイヤバー駆動部（駆動部） ６ｄ ワイヤリング（ワイヤ折り曲げ部） ７ ＸＹテーブル（第２のボンディング移動手段） ８ 認識ユニット ８ａ カメラ ８ｂ ＴＶモニタ ８ｃ 認識部 ９ テンションクランプ １０ ボンディングステージ（載置手段） １１ チップ搭載手段 Ｗ ボンディングワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 智宏 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 窪薗 実 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 黒田 宏 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 白井 優之 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディングワイヤを被接合部に押しつ
    け、超音波と荷重によって接合するボンディング装置で
    あって、 軸心に前記ボンディングワイヤを通す孔が設けられ、先
    端部で超音波振動と荷圧によってワイヤボンディグを行
    うボンディング手段と、 前記ボンディング手段の先端部から突出したボンディン
    グワイヤを所定の方向に折り曲げるワイヤ倒し手段と、 前記ボンディング手段を上下に駆動する第１のボンディ
    ング移動手段と、 前記ボンディング手段を所定のボンディング位置に移動
    させる第２のボンディング移動手段と、 前記ボンディング手段に超音波振動子の振幅を拡大して
    伝達する超音波振動手段と、 半導体チップが搭載されたチップ搭載手段を載置する載
    置手段とよりなることを特徴とするボンディング装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のボンディング装置におい
    て、前記ワイヤ倒し手段が、前記ボンディング手段の先
    端部近傍に設けられ、前記ボンディングワイヤに対して
    垂直方向に移動させて、前記ボンディング手段の先端部
    から突出した前記ボンディングワイヤを所定の方向に折
    り曲げるワイヤ折り曲げ部と、前記ワイヤ折り曲げ部を
    所定の方向に移動させる駆動部とよりなることを特徴と
    するボンディング装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のボンディング装置におい
    て、前記ワイヤ倒し手段が、前記ボンディング手段の先
    端部をく字状に形成し、先端部から突出する前記ボンデ
    ィングワイヤを所定の方向に折り曲げるワイヤ折り曲げ
    ボンディング手段と、前記ワイヤ折り曲げボンディング
    手段を回転駆動させる回転駆動部とよりなることを特徴
    とするボンディング装置。
  4. 【請求項４】 請求項２記載のボンディング装置におい
    て、前記ワイヤ折り曲げ部が、少なくとも前記半導体チ
    ップの主面に対して縦横方向に前記ボンディングワイヤ
    を折り曲げることを特徴とするボンディング装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載のボ
    ンディング装置において、超音波振動手段が、前記ボン
    ディング手段を回転振動させる超音波振動を発振させる
    ことを特徴とするボンディング装置。
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