(57)【要約】【課題】ワイヤーボンディング装置において、インナーリードの反りの影響を克服し、信頼性の高いワイヤーボンディング装置を提供すること。【解決手段】  この装置は、リードフレーム４を載置して加熱する加熱手段を備えるヒーターステージ７であって、その一部に貫通孔８を有するヒーターステージ７と、前記ヒーターステージ７に前記基板を押圧する押さえ治具５と、前記貫通孔８を通って前記ヒーターステージ７上面に進出可能で、その上面に粘着フィルム１４を備える突起部材９と、を備える。リードフレーム４を載置したヒーターステージ７を下降させて、突起部材９を貫通孔８を通って進出させ、押さえ治具５で押圧してリードフレーム４を粘着フィルム１４に粘着固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを搭載したリードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする装置において、
前記リードフレームを載置して加熱する加熱手段を備えるヒーターステージであって、その一部に貫通孔を有するヒーターステージと、前記ヒーターステージに前記リードフレームを押圧する押さえ治具と、前記貫通孔を通って前記ヒーターステージ上面に進出可能で、その上面に粘着フィルムを備える突起部材と、を備えることを特徴とするワイヤーボンディング装置。
【請求項２】
前記粘着フィルムが冷却剥離型粘着フィルムであることを特徴とする請求項１記載のワイヤーボンディング装置。
【請求項３】
半導体チップを搭載したリードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする装置において、
前記リードフレームを載置して加熱する加熱手段を備えるヒーターステージであって、その一部に貫通孔を有するヒーターステージと、前記ヒーターステージに前記リードフレームを押圧する押さえ治具と、前記貫通孔を通って前記ヒーターステージ上面に進出可能で、その上面に冷却剥離型粘着フィルムを備える突起部材と、を備える加熱ゾーンと、
冷却剥離型粘着フィルムを室温以下の雰囲気温度で冷却して、前記リードフレームを冷却剥離型粘着フィルムから剥離する冷却ゾーンと、
を備えることを特徴とするワイヤーボンディング装置。
【請求項４】
半導体チップを搭載したリードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする方法において、
加熱されたヒーターステージであって、その一部に貫通孔を有するヒーターステージの上面に前記基板を載置する工程と、
前記貫通孔を通って、下側から、前記ヒーターステージ上面に突起部材を進出させると共に、押さえ治具によって前記リードフレームを押圧して、前記リードフレームの一部を、突起部材上面の粘着フィルムに粘着固定する工程と、
ワイヤーを使用して、前記リードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする工程と、
を備えることを特徴とするワイヤーボンディング方法。
【請求項５】
前記請求項４に記載のワイヤーボンディング方法において、
前記粘着フィルムが冷却剥離型粘着フィルムであり、
ワイヤーボンディング工程の後、前記リードフレームを冷却して剥離することを特徴とするワイヤーボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造に用いるワイヤーボンディング装置及び方法に関し、特にリードフレームワイヤーボンディングに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、半導体チップをリードフレームの上にダイボンディングし、これら基板の電極と半導体チップの電極との電気的な接続を金やアルミニウム線等を用いて可能にするワイヤーボンディングが行われる。ワイヤーボンディングには、熱圧着式と超音波熱圧着式があるが、現在では、低温でのワイヤーボンディングが可能な超音波熱圧着式が主流となっている。
【０００３】
超音波熱圧着式によるワイヤーボンディングは、加熱手段を内蔵したヒーターステージ上にリードフレームを載置した後、このヒーターステージによって１００から２５０℃に加熱し、金あるいはアルミニウム等からなるワイヤーを超音波と荷重を加えながら押し付けることで行われる。この際、超音波と荷重をワイヤーボンディングの対象となるリードフレームに過不足なく伝播させるため、リードフレームをヒーターステージ上に密着・固定することが重要となる。
【０００４】
ところが、近年、実装面積の縮小を可能にするために、パッケージの小型化、薄化が可能であるＱＦＮ（ｑｕａｄ  ｆｌａｔ  ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ  ｐａｃｋａｇｅ）の開発が進められるにつれ、リードフレームの機械的な強度不足により、製造工程で生じるリードフレームの反り、特にインナーリードの反りがワイヤーボンディング時に問題となってきている。リードフレームに反りが生じると、平滑に設計されたヒーターステージからインナーリードが浮くため、超音波と荷重がインナーリードに十分印加されず、ワイヤーボンディング強度の低下やループ形状の不均一化、あるいはワイヤーの未着等が発生する。このように、ＱＦＮにおいては、今まで以上にインナーリードの強固な固定が必要となってきている。
【０００５】
従来のリードフレームのヒーターステージ上への固定方法としては、上下に駆動するクランプを用いて、機械的に押さえつける方法が採用されてきた。しかし、クランプのみを用いた固定では、インナーリードの幅が細い場合やリードフレーム厚が薄い場合、機械的強度が弱くなるため、リードフレームに押し当てるクランプの圧力の不均一さにより、リードフレームに浮きやよれが多発し、ワイヤーボンディング接続不良が発生していた。ワイヤーボンディング治具によるリードフレームの浮きやよれの原因としては、上記クランプ圧力の不均一さの他、（１）リードフレームを固定するための治具がリードフレームに対して平行に押さえつけるように作用していないことや（２）クランプのリードフレームに対する圧力がリードフレーム周辺のみに作用し、インナーリードまで力が及ばないことが考えられる。
【０００６】
そこで、前記押さえつけ治具に対し、インナーリードを強固に固定することを可能としたワイヤーボンディング装置として、下記特許文献１が報告されている。特許文献１では、磁石を具備したステージと磁性材料からなる押さえ治具を用いたワイヤーボンディング装置を提案しており、押さえ治具とヒーターブロックに磁性材料を用いることで、リードフレームを均等な圧力で押さえつけることが可能であり、更には、インナーリードを強固に押さえつけることができるとある。
【０００７】
更に、下記特許文献２においては、リードフレームの傾きに追従機構をもつクランプを
具備したワイヤーボンディング装置を用いることで、リードフレームを均等な力でヒーターステージに押し当てることができ、リードの変形を防止することができるとある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれのワイヤーボンディング装置においても、均等な圧力でリードフレーム全体を押さえることが可能ではあるものの、製造工程で発生したインナーリードの先端の反り等の問題を解消することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２７５１２１
【特許文献２】特開２００６−１７３２８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤーボンディング装置において、インナーリードの反りの影響を克服し、信頼性の高いワイヤーボンディング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明は、半導体チップを搭載したリードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする装置において、
前記リードフレームを載置して加熱する加熱手段を備えるヒーターステージであって、その一部に貫通孔を有するヒーターステージと、前記ヒーターステージに前記リードフレームを押圧する押さえ治具と、前記貫通孔を通って前記ヒーターステージ上面に進出可能で、その上面に粘着フィルムを備える突起部材と、を備えることを特徴とするワイヤーボンディング装置である。
【００１２】
この発明によれば、ヒーターステージ上にリードフレームを載置した後、突起部材を貫通孔を通してヒーターステージ上面に進出させると共に押さえ治具で押さえ、この両者でリードフレームを挟み、突起部材上面の粘着フィルムに粘着して、インナーリードを固定することができる。
【００１３】
次に、請求項２の発明は、前記粘着フィルムが冷却剥離型粘着フィルムであることを特徴とする請求項１記載のワイヤーボンディング装置である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、この剥離工程を実施することのできるワイヤーボンディング装置に関するもので、インラインでワイヤーボンディングとリードフレームの剥離とが可能となるため、連続的な生産が実施できる。すなわち、請求項３に記載の発明は、半導体チップを搭載したリードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする装置において、
前記リードフレームを載置して加熱する加熱手段を備えるヒーターステージであって、その一部に貫通孔を有するヒーターステージと、前記ヒーターステージに前記リードフレームを押圧する押さえ治具と、前記貫通孔を通って前記ヒーターステージ上面に進出可能で、その上面に冷却剥離型粘着フィルムを備える突起部材と、を備える加熱ゾーンと、
冷却剥離型粘着フィルムを室温以下の雰囲気温度で冷却して、前記リードフレームを冷却剥離型粘着フィルムから剥離する冷却ゾーンと、
を備えることを特徴とするワイヤーボンディング装置である。
【００１５】
また、請求項４〜５に記載の発明は、これらワイヤーボンディング装置を使用してワイヤーボンディングする方法に関するものである。
【００１６】
すなわち、請求項４に記載の発明は、半導体チップを搭載したリードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする方法において、
加熱されたヒーターステージであって、その一部に貫通孔を有するヒーターステージの上面に前記基板を載置する工程と、
前記貫通孔を通って、下側から、前記ヒーターステージ上面に突起部材を進出させると共に、押さえ治具によって前記リードフレームを押圧して、前記リードフレームの一部を、突起部材上面の粘着フィルムに粘着固定する工程と、
ワイヤーを使用して、前記リードフレームのボンディングパッドと前記半導体チップの電極とをワイヤーボンディングする工程と、
を備えることを特徴とするワイヤーボンディング方法である。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載のワイヤーボンディング方法において、
前記粘着フィルムが冷却剥離型粘着フィルムであり、
ワイヤーボンディング工程の後、前記リードフレームを冷却して剥離することを特徴とするワイヤーボンディング方法である。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、半導体チップを搭載したリードフレームを安定してヒーターステージ上面に固定して、ワイヤーボンディングを行うことができる。このため、例えば、厚みが薄化された機械的強度の弱いリードフレームであっても、安定し、かつ高い強度を有するワイヤーボンディングを実施できる。
【００１９】
また、粘着フィルムが冷却剥離型粘着フィルムであれば、ワイヤーボンディング装置上に冷却ゾーンを設けることにより、冷却剥離型粘着フィルムからのリードフレームの剥離を可能にし、連続的な生産が実施できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例においてリードフレームを載置する工程を説明するための断面説明図
【図２】本発明の実施例に用いたリードフレームの上面図
【図３】本発明の実施例において押さえ治具でリードフレームを押える工程を示す説明図
【図４】本発明の実施例に用いた突起の断面図
【図５】本発明の実施例においてリードフレームを粘着する工程を説明するための断面説明図
【図６】本発明の実施例においてリードフレームを剥離する工程を説明するための断面説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明における実施の形態を図に基づいて説明する。前記リードフレームのボンディングパッドはリードフレームのインナーリードの先端に位置している。
【００２２】
図１に示すように、本発明に係るワイヤーボンディング装置は、半導体チップ１をアイランド２にダイボンディングしたリードフレーム４を載置するヒーターステージ７と、ヒーターステージ７の上方に配置された押さえ治具５と、ヒーターステージ７の下に配置された突起部材９とを備えて構成されている。また、押さえ治具５の上方にクランプ６が配置されている。
【００２３】
次に、これら各要素の構造と機能（役割）について説明する。なお、必要な場合には、併せて材質についても説明する。
【００２４】
まず、ヒーターステージ７は、その内部に図示しない加熱手段を内蔵しており、ワイヤーボンディング装置の稼動時には、常時、１００から２５０℃に加熱されている。このため、ヒーターステージ７の上で半導体チップ１の電極とリードフレームのインナーリード３とをワイヤーボンディングすることができる。
【００２５】
また、ヒーターステージ７には、図示のように、複数の貫通孔８が設けられている。後述するように、この貫通孔８は突起部材９を進出させるためのものである。なお、ヒーターステージ７の厚みは突起部材９の高さよりも小さく、この例では２．５ｍｍである。また、貫通孔８の位置は、載置されたリードフレームのインナーリード３の全てのインナーリードの先端１１及びインナーリード間の境界１２に対応する位置であり、この位置に突起部材９を進出させることになる。また、貫通孔８の直径は、この貫通孔８を進出してくる突起部材９にインナーリード３を安定して粘着固定できる大きさであればよく、この例では０．５ｍｍである。
【００２６】
また、ヒーターステージ７は上下動可能に構成されている。このヒーターステージ７の下降により、突起部材９が、前記貫通孔８を通る。そして、突起部材９の上面がヒーターステージ７の上面と面一になるまでヒーターステージ７が下降することができるように構成されている。
【００２７】
なお、必要に応じて、ヒーターステージ７は、突起部材９の上面がヒーターステージ７の上面から突出するまで下降するように構成することができる。例えば、突起部材９の上面に冷却剥離型粘着フィルム１４が設けられている場合には、インナーリード３と共にこの冷却剥離型粘着フィルム１４をヒーターステージ７で加熱して粘着性を発揮させ、この粘着性によってインナーリード３を突起部材９の上面に粘着固定する。そして、ワイヤーボンディングを実施した後、冷却剥離型粘着フィルム１４を冷却し粘着性を失わせてインナーリード３を剥離する。この剥離工程において、突起部材９の上面がヒーターステージ７の上面から突出するまでヒーターステージ７を下降させて、その熱から冷却剥離型粘着フィルム１４を開放して冷却する。後述するように、この例では、突起部材９の上面に冷却剥離型粘着フィルム１４が設けられており、これに対応して、ヒーターステージ７は、突起部材９の上面がヒーターステージ７の上面から突出するまで下降可能に構成されている。
【００２８】
次に、押さえ治具５はインナーリード３をヒーターステージ７に押し付けてその反りを改善するもので、このため、昇降可能に構成されている。この例では、押さえ治具５の形状及び位置は、図３に示したようにアイランド２を避け、全てのインナーリードの先端１１及びインナーリード間の境界１２を押さえるように構成されている。なお、押さえ治具の材質は、治具表面をリードフレームと同等の金属をめっき処理したものであることが望ましい。
【００２９】
次に、突起部材９は、ベース１０に固定されている。その位置は前記貫通孔８に対応する位置である。なお、突起部材９とこれに対応する前記貫通孔８とは、各インナーリード及びリードの境界部に配置する必要があるが、これに加えて、このほかの位置に配置することも可能である。
【００３０】
次に、突起部材９の直径は前記貫通孔８をスムーズに通過でき、しかも、インナーリードの先端１１及びインナーリード間の境界１２のすべてに対応する大きさを有している必要がある。更に、前記突起部材９の直径は、より小さくすることが望ましい。これは直径
が小さいほどより微細なインナーリードへの対応が可能となり、汎用性を高めることができるためである。この例では、直径０．４５ｍｍである。また、突起部材９の高さについては、前記貫通孔８を通って突起部材９の上面をヒーターステージ７の上面と面一にできるものであればよい。すなわち、ヒーターステージ７の厚みと同一か、あるいはそれ以上であればよい。なお、突起部材９の上面に冷却剥離型粘着フィルム１４が設けられている場合には、ヒーターステージ７をさらに下降させてインナーリード３の加熱を停止する必要があることから、ヒーターステージ７が下降したとき、その熱がインナーリード３に伝わらない程度までヒーターステージ７を下降させることのできる距離である必要がある。この例では、高さ５ｍｍである。
【００３１】
また、突起部材９の上面には、図４に示した両面カプトンテープ１３を介して粘着フィルム１４が設けられている。この粘着フィルム１４は、次の（１）〜（３）の条件を満たすことが望ましい。（１）リードフレーム４のインナーリード３を粘着フィルム１４から剥離することが容易であること、（２）インナーリード３を粘着フィルム１４から剥離した際、インナーリード３上にのり残りがないもの、（３）ワイヤーボンディング時の加熱温度に耐えられることである。前記（１）はリードフレームから前記粘着フィルムを剥離する際にインナーリードが変形することを抑制するため、前記（２）はリードフレームの汚染を防止するために必要である。また、前記（３）は、前記粘着フィルムが、ヒーターステージの加熱条件下においても、膨潤等の変形がなく、安定的なリードフレームの固定を行うために必要である。以上のことから、加熱中に粘着力が発現し、室温で粘着力が無くなる冷却剥離型粘着フィルムを粘着剤として用いることが望ましい。具体的には、前記冷却剥離型粘着フィルムとして、ソマール株式会社の開発品である商品名ＰＳ−１３１１ＣＲ、ＰＳ−１８０２ＣＲ等を使用することが可能である。なお、前記粘着フィルム14は、両面カプトンテープを使用して前記突起部９上へ設ける他、前記突起部９に真空吸着機構を持たせ、粘着フィルム14を真空吸着により設置することも可能である。
【００３２】
次に、リードフレーム４を押えるためのクランプ６は、材料を問わない。しかし、リードフレーム４固定時における、リードフレーム４への衝撃を抑えるため、クランプ６は樹脂製が望ましい。
【００３３】
次に、本発明に係るワイヤーボンディング装置の使用方法、すなわち、ワイヤーボンディング方法について説明する。
【００３４】
まず、半導体チップ１をアイランド２上にダイボンディングしたリードフレーム４を、ヒーターステージ７上に載置する。このとき、リードフレーム４のインナーリードの先端１１及びインナーリード間の境界１２のすべてが貫通孔８に位置するように載置する。
【００３５】
次に、図５に示すように、ヒーターステージの貫通孔８がベースの突起部材９に合致するよう、ヒーターステージ７を下降させる。この際、ヒーターステージ７の上部と突起部材９の上部が水平になるように下降させる。尚、インナーリード３が反っている場合、インナーリード３はベースの突起部９上面に設置した粘着フィルム１４と部分的に接着している状態である。そこで、押さえ治具５をリードフレーム４の高さまで下降させて押さえつけ、リードフレーム４を粘着フィルム１４上に完全に接着、固定させる。その後、ワイヤーボンディング時のリードフレーム４のズレを抑えるため、クランプ６でリードフレーム４をヒーターステージ７上にゆっくりと固定する。尚、フィルム１３により、リードフレーム４は接着、固定されているため、クランプ７の下降により、リードフレーム２への片あたり等の問題は起きない。最後に、図６に示したように押さえ治具５をリードフレーム４から十分に離し、アイランド２上にダイボンディングした半導体チップ１の電極とインナーリード３の先端にあるボンディングパッド（電極）との間でワイヤー１５を用いて、ワイヤーボンディングを実施する。これにより、インナーリード３の反りを改善した状態で、安定的なワイヤーボンディングを実施できる。
【００３６】
次に、前記粘着フィルム１４が冷却剥離型粘着フィルムである場合には、ワイヤーボンディングの工程に引き続いて、リードフレーム４を剥離して取り出す工程を実施することができる。すなわち、ワイヤーボンディングの工程の後、ヒーターステージ７の熱がインナーリード３に伝わらない程度までヒーターステージ７を下降させて、リードフレーム４と冷却剥離型粘着フィルム１４を室温まで冷却して冷却剥離型粘着フィルム１４の粘着性を失わせ、冷却剥離型粘着フィルム１４からからリードフレームを剥離することができる。
【００３７】
なお、リードフレーム４をヒーターステージ７上に載置する工程からワイヤーボンディングの工程までと、この後の剥離工程とを別のゾーンで行うことが望ましい。すなわち、リードフレーム４をヒーターステージ７上に載置する工程からワイヤーボンディングの工程までを実行するゾーンを加熱ゾーンとすると、このワイヤーボンディングが終了した後、リードフレーム４について、ベースごと、冷却された冷却ゾーンに移動させ、この冷却ゾーンでリードフレームと冷却剥離型粘着フィルム１３を冷却することにより、この剥離工程を効率的に実行することができる。冷却ゾーンの雰囲気温度は室温以下であればよいが、例えば、１０℃以下である。
【実施例】
【００３８】
次に、前記ワイヤーボンディング装置を使用して実験した場合と、全面ヒーターステージで、押さえつけ機構をクランプのみとした時のワイヤーボンディング装置上で実験した場合とを比較して説明する。なお、前記ワイヤーボンディング装置は、前記粘着フィルム１４として冷却剥離型粘着フィルムを使用したものである。
【００３９】
使用したリードフレームは、ワイヤーボンディング時の基板の反りの問題が指摘されているＱＦＮ上である。その構造は、リードの幅が０．３ｍｍ、ボンディングパッド（電極）の大きさが０．５ｍｍ×０．２ｍｍ程度であり、また、前記リードフレームの基材は、Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金から成り、前記基材表面に電解ＮｉめっきとＡｕめっきとが施してある。また、電解Ｎｉめっきの膜厚はＮｉが３μｍ、Ａｕめっきの膜厚は０．３μｍであった。
【００４０】
使用したワイヤーは直径が２５μｍのＡｕワイヤーで、１ｓｔボンディングをアイランド上に、２ｎｄボンディングをリード上で行った。１ｓｔボンディング時及び２ｎｄボンディング時の条件は表１のとおりである。
【００４１】
次に、リードに対するボンディング強度について評価した。すなわち、１ｓｔボンディングのＡｕワイヤーを根元で切断後、ツイーザーピール法により、２ｎｄボンディング側のリード部の接合強度を測定することで行った。この測定結果を表２に示す。
【００４２】
【表１】
2010232299.tif 000003
【００４３】
【表２】
2010232299.tif 000004
以上より、本発明のワイヤーボンディング装置を用い、冷却剥離型粘着フィルム上にインナーリードを強固に固定することで、従来行われてきた全面ヒーターステージで押さえ治具がクランプの時と比較し、ＱＦＮ上において、平均強度の増加、ばらつきの低減が可能となり、安定的なワイヤーボンディングの実施が可能であることが示された。
【符号の説明】
【００４４】
１          半導体チップ
２          アイランド
３          インナーリード
４          リードフレーム
５          押さえ治具
６          クランプ
７          ヒーターステージ
８          ヒーターステージ貫通孔
９          ベースの突起部材
１０        ベース
１１        インナーリード先端部
１２    インナーリード境界部
１３    両面カプトンテープ
１４    粘着フィルム(冷却剥離型粘着フィルム)
１５    ワイヤー
【図１】
2010232299.tif 000005
【図２】
2010232299.tif 000006
【図３】
2010232299.tif 000007
【図４】
2010232299.tif 000008
【図５】
2010232299.tif 000009
【図６】
2010232299.tif 000010