(57)【要約】【課題】ワイヤと外部端子のような基体との接合強度に優れるとともに、ワイヤの強度にも優れたワイヤボンディング方法を提供する。【解決手段】ワイヤ４の導出口とワイヤ４の押付面とを有し、押付面が、導出口の近傍に設けられた突起部３ａと、突起部３ａを構成する第１テーパー面３ｂと、第１テーパー面３ｂの外周側にあって、第１テーパー面３ｂよりも基端側に後退された第２テーパー面３ｃと、第１テーパー面３ｂと第２テーパー面３ｃとを連結する段部３ｄとから少なくとも構成されたキャピラリ１を用意し、突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂをワイヤ４とともに基体１１にめり込ませ、押付面によってワイヤ４を変形させながら被ボンディング面１２に押し付け、押し付けられて変形されたワイヤ４を被ボンディング面１２に接合し、その後、突起部３ａにおいてワイヤ４を切断するワイヤボンディング方法を採用する。【選択図】図２
2010199199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被ボンディング面を有する基体に対してワイヤをセカンドボンディングするワイヤボンディング方法であって、
先端部に設けられたワイヤの導出口と、前記導出口の周囲に設けられた前記ワイヤの押付面とを有し、前記押付面が、前記導出口の近傍に設けられた突起部と、前記突起部を構成する第１テーパー面と、前記第１テーパー面の外周側にあって、前記第１テーパー面よりも基端側に後退された第２テーパー面と、前記第１テーパー面と前記第２テーパー面とを連結する段部とから少なくとも構成されたボンディング用キャピラリを用意し、
前記突起部及び前記第１テーパー面を前記ワイヤとともに前記基体にめり込ませつつ、前記押付面によって前記ワイヤを変形させながら前記被ボンディング面に押し付け、
押し付けられて変形された前記ワイヤを前記被ボンディング面に接合し、
その後、前記突起部において前記ワイヤを切断することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
被ボンディング面を有する基体にワイヤの一端部がボンディングされたワイヤボンディング構造において、
前記被ボンディング面には、前記ワイヤの一端部をめり込ませる凹部が形成され、
前記ワイヤの一端部には、前記凹部にその全部がめり込まれて前記基体に接合された最先端部と、前記最先端部よりも前記ワイヤの他端側にあって前記最先端部よりも厚さが大きく、かつその一部が前記凹部にめり込まれて前記基体に接合された肉厚部とが形成されてなることを特徴とするワイヤボンディング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップのパッド電極とリードフレームのリード部とをＡｕまたはＡｌからなるワイヤで結線するワイヤボンディング技術が知られている。ワイヤボンディングは、キャピラリと呼ばれる器具を用いて行うのが一般的である。例えば、キャピラリの先端部に設けられたワイヤの導出口からワイヤを突出させ、ワイヤ先端を球状に加工してボール部を形成し、キャピラリの先端によってボール部を半導体チップのパッド電極に押し付け、熱圧着または超音波圧着等の手段でワイヤをパッド電極にボンディングする（ファーストボンディング）。その後、キャピラリによってワイヤをリード部まで引き回し、キャピラリの先端によってワイヤをリード部に押し付け、熱圧着または超音波圧着等の手段でワイヤをリード部にボンディングする（セカンドボンディング）。その後、キャピラリをリード部に押し当てた状態でワイヤを引っ張ることでワイヤを切断する。このようにして、リード部とパッド電極とをワイヤで接続している。
【０００３】
特許文献１には、従来のセカンドボンディング方法の一例が開示されている。この特許文献１の図１には、ワイヤの導出口、縁部及びステップ状の先端部周辺領域が設けられたキャピラリが開示されている。このキャピラリは、先端部周辺領域の高さが縁部よりも低くなっており、その高低差がワイヤの径よりも小さくなっている。また、縁部がワイヤを切る部分となっている。
【０００４】
特許文献１に記載のボンディング方法では、半導体チップのパッド電極にワイヤを超音波圧着した後（ファーストボンディング）、ワイヤを繰り出しつつキャピラリを外部端子まで移動させる。次いで、キャピラリの先端によってワイヤを外部端子に押し当てて超音波圧着を行った後（セカンドボンディング）、縁部によってワイヤを擦り切っている。特許文献１の図２及び３には、ボンディングされたワイヤの先端形状が示されており、ワイヤが擦りきられる先端部分には、キャピラリの先端部周辺領域の形状に対応した所定の厚みｄ１を有する肉厚のステッチが形成され、このステッチの形成によってワイヤと外部端子との接合強度が高められている。また、ステッチ部分が厚いのでワイヤの断線も防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９１７３６号公報、図１、図２、図３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでワイヤボンディングの接合強度を高めるには、ワイヤと外部端子の間の接合強度のほかに接合面積も影響する。特許文献１においては、キャピラリの先端部周辺領域によってワイヤのステッチ部分を押圧して外部端子に接合する一方、キャピラリの縁部によってワイヤを擦り切っている。このように特許文献１では、面積が限られたキャピラリの先端箇所においてワイヤの接合と切断とを行うので、ワイヤの接合面積が相対的に小さくなり、ワイヤと外部端子の接合強度が結果的に低下する問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ワイヤとリード部のような基体との接合強度を高めるとともに、ワイヤの強度を高めることが可能なワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のワイヤボンディング方法は、被ボンディング面を有する基体に対してワイヤをセカンドボンディングするワイヤボンディング方法であって、先端部に設けられたワイヤの導出口と、前記導出口の周囲に設けられた前記ワイヤの押付面とを有し、前記押付面が、前記導出口の近傍に設けられた突起部と、前記突起部を構成する第１テーパー面と、前記第１テーパー面の外周側にあって、前記第１テーパー面よりも基端側に後退された第２テーパー面と、前記第１テーパー面と前記第２テーパー面とを連結する段部とから少なくとも構成されたボンディング用キャピラリを用意し、前記突起部及び前記第１テーパー面を前記ワイヤとともに前記基体にめり込ませつつ、前記押付面によって前記ワイヤを変形させながら前記被ボンディング面に押し付け、押し付けられて変形された前記ワイヤを前記被ボンディング面に接合し、その後、前記突起部において前記ワイヤを切断することを特徴とする。
また、本発明のワイヤボンディング構造は、被ボンディング面を有する基体にワイヤの一端部がボンディングされたワイヤボンディング構造において、前記被ボンディング面には、前記ワイヤの一端部が埋設される凹部が設けられ、前記ワイヤの一端部には、前記凹部にその全部が埋設されて前記基体に接合された最先端部と、前記最先端部よりも前記ワイヤの他端側にあって前記最先端部よりも厚さが大きく、かつその一部が前記凹部に埋設されて前記基体に接合された肉厚部とが形成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ワイヤと基体との接合強度を高めるとともに、ワイヤの強度を高めることが可能なワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング構造を提供できる。
【００１０】
即ち、本発明のワイヤボンディング方法によれば、突起部及び第１テーパー面をワイヤとともに基体にめり込ませることで、ワイヤの接合強度を高めることができる。
また、第１テーパー面と第２テーパー面によって変形されたワイヤには、第２テーパー面に対応する肉厚部が形成されるが、この肉厚部によってワイヤの強度が高められるので、ワイヤの断線を防止できる。
更に、ワイヤを突起部において切断するので、ワイヤを擦り切ることなくワイヤの形状が切断前後で変形しない。これにより、ワイヤと基体との接合面積が縮小されず、ワイヤと基体との接合強度を高めることができる。
【００１１】
また本発明のワイヤボンディング構造によれば、被ボンディング面の凹部にワイヤの一端部がめり込まれているので、ワイヤと基体との接合強度を高めることができる。
また、ワイヤの一端部に、最先端部より厚さが大きな肉厚部が設けられるので、ワイヤ４の一端部全体の強度が高められ、ワイヤ断線等の不良が生じる恐れがない。
更に、最先端部及び肉厚部が凹部に接合されるので、接合面積を従来に比べて広く確保することができ、ワイヤと基体の接合強度を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態であるワイヤボンディング方法に用いるボンディング用キャピラリの先端形状を示す拡大断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態であるワイヤボンディング方法の工程を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態であるワイヤボンディング方法の工程を示すとともに、本発明の実施形態であるボンディング構造を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（ボンディング用キャピラリ）
図１には、本実施形態のワイヤボンディング方法に用いられるボンディング用キャピラリの先端形状を示す。図１では、ボンディング用キャピラリにワイヤを挿通させた状態を示している。図１に示すボンディング用キャピラリ１（以下、キャピラリ１という）は、キャピラリの先端部１ａに設けられたワイヤ４の導出口２と、導出口２の周囲に設けられた押付面３とを具備して構成されている。ワイヤ４は、導出口２から自在に繰り出せるようになっている。また、押付面３は、導出口２を囲む端面であって、ワイヤボンディングの際にワイヤ４を例えばリードフレームのリード部等の基体に押し付けて固定する面である。また、押付面３は、ワイヤ４を熱圧着する場合にワイヤ４を加熱する加熱面となり、ワイヤ４を超音波圧着する場合にはワイヤ４に超音波を印加するホーンとなる。
【００１４】
押付面３は、ワイヤ４の導出口２に隣接する突起部３ａと、突起部３ａを構成する第１テーパー面３ｂと、第２テーパー面３ｃと、第１テーパー面３ｂと第２テーパー面３ｃを結ぶ段部３ｄとから概略構成されている。また、キャピラリ１の先端部１ａには、キャピラリ１の側面１ｂと第２テーパー面３ｃとを連結する凸曲面３eが形成されており、この凸曲面３eも押付面３の一部を構成している。更に、導出口２と突起部３ａの間には第３テーパー面５が形成されている。第３テーパー面５は、第１、第２テーパー面３ｂ、３ｃに対して傾斜の向きが逆向きになっている。また、第３テーパー面５の水平方向に対する傾斜角度θ３は、第１，第２テーパー面３ｂ、３ｃの傾斜角度θ１、θ２よりも大きくなっている。この第３テーパー面５は、ファーストボンディングを行う際に、ワイヤ先端に形成したボール部を半導体チップのパッド電極等に押し当てる押当面となる。
【００１５】
突起部３ａは、第１テーパー面３ｂと第３テーパー面５とによって区画されてなり、導出口２を囲むように形成されている。この突起部３ａは、第２テーパー面３ｃを基準としたときに、キャピラリ１の先端側に向けて突出した形状とされている。突起部３ａの先端は、ワイヤを切断しやすいように鋭角にされている。
【００１６】
次に、第１テーパー面３ｂは、突起部３ａと同様に導出口２を囲むように形成されている。また、第１テーパー面３ｂの傾斜角度θ１は、水平方向に対する相対角度として８°〜１０°の範囲とされている。
また、第２テーパー面３ｃは、第１テーパー面３ｂの外周側にあって、第１テーパー面３ｂよりもキャピラリ１の基端側に後退された面である。第２テーパー面３ｃの幅ｗ２は、第１テーパー面３ｂの幅ｗ１と同じ幅でもよいし異なる幅でもよい。また、第２テーパー面３ｃの傾斜角度θ２は、第１テーパー面３ｂの傾斜角度θ１と同じでもよいし異なってもよい。
更に、段部３ｄは、第１テーパー面３ｂと、第１テーパー面３ｂより基端側に後退された第２テーパー面３ｃとを連結する端面である。段部３ｄにおける第１、第２テーパー面３ｂ、３ｃの段差ｈは、例えば数μｍ程度でよい。
【００１７】
また、凸曲面３eは、第２テーパー面３ｃとキャピラリ１の側面１ｂとを曲面で連結させる面であり、ワイヤボンディング後のワイヤのダメージを防止するために設けられる。凸曲面３eを省略して第２テーパー面３ｃとキャピラリの側面１ｂとを直接に連結すると、それぞれの面３ｃ、１ｂの相対角度に対応する角部が形成される。この角部によって変形されたワイヤボンディング後のワイヤは強度が著しく低下する。従って、押付面３の一部として凸曲面３eを設けた方がよい。
【００１８】
（ワイヤボンディング方法）
次に、上記のキャピラリ１を用いたワイヤボンディング方法について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２及び図３においては、キャピラリ１の一部の図示を省略している。図２には、ワイヤボンディング対象となる基体１１を示している。この基体１１は、例えば、半導体パッケージの製造の際に用いられるリードフレームのリード部を例示できる。基体１１には、ワイヤ４が接合される被ボンディング面１２が設けられている。
本実施形態のワイヤボンディング方法は、ファーストボンディングに引き続いて行われるセカンドボンディングに適用される。先ず、ファーストボンディングとして、例えば半導体チップのパッド電極にワイヤをキャピラリ１を用いてワイヤボンディングする。
【００１９】
次にセカンドボンディングとして、先ず、キャピラリ１の導出口２からワイヤ４を繰り出させつつ、リード部（基体１１）の近くまでワイヤ４を引き回す。そして、キャピラリ１を被ボンディング面１２の斜め上方から斜め下方向（図２中の矢印Ｍの方向）に向けて接近させる。そして、図２に示すように、押付面３のうち突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂをワイヤ４とともに基体１１にめり込ませる。このとき、第２テーパー面３ｃが被ボンディング面１２にめり込まないように基体１１に対する押付面３の押込量を調整する。
【００２０】
このように、被ボンディング面１２に対して突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂをワイヤ４とともにめり込ませることで、被ボンディング面１２に凹部１２ａが形成されるとともに、突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂの直下のワイヤ４が塑性変形される。一方、第２テーパー面３ｃ及び凸曲面３ｅは被ボンディング面１２にめり込ませないものの、第２テーパー面３ｃ及び凸曲面３ｅの直下に位置するワイヤ４は、第２テーパー面３ｃ及び凸曲面３ｅと被ボンディング面１２とに挟まれて塑性変形し、変形したワイヤの下部が凹部１２ａにめり込まれる。このようにして、キャピラリ１の押付面３によってワイヤ４及び被ボンディング面１２を変形させつつ、ワイヤ４を被ボンディング面１２に押し付ける。
【００２１】
凹部１２ａの断面形状は、第１傾斜面１２ｂと、第１傾斜面よりも傾斜角度が急な第２傾斜面１２ｃとにより区画された形状になっている。第１傾斜面１２ｂは、キャピラリ１によってワイヤ４が基体１１にめり込まれる際に、ワイヤ４が基体１１上を摺動することで形成される。
【００２２】
また、押付面３によってワイヤ４を被ボンディング面１２に押し付ける際に、第２テーパー面３ｃまで被ボンディング面１２にめり込ませると、基体１１が部分的に歪んでしまうので好ましくない。キャピラリ１の突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂは、第２テーパー面３ｃを基準としたときにキャピラリ１の先端側に突出されているため、押付面３の押込量を調整することで、突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂを被ボンディング面にめり込ませる一方、第２テーパー面をめり込ませないように制御できる。
【００２３】
次に、図２に示すようにワイヤ４を押し付けた後、加熱圧着や超音波圧着等の手段によってワイヤ４を基体１１に接合する。これにより、押付面３によって変形されたワイヤ４が基体１１に接合される。このときのワイヤ４の接合面は少なくとも、突起部３ａ、第１テーパー面３ｂ及び第２テーパー面３ｃによって変形された部分になる。
【００２４】
次に、キャピラリ１を固定したままワイヤ４を図２中の矢印Ｎの方向に引っ張ることでワイヤ４を切断する。塑性変形後のワイヤ４は、突起部３ａの直下において厚さが最も小さくなっており、この部分で強度が最も小さくなっている。従ってワイヤ４に引っ張り応力を印加することで突起部３ａの近傍で容易に切断される。このようにして、図３に示すワイヤボンディング構造が得られる。図３に示すように、ワイヤが切断されることによって凹部１２ａの第２傾斜面１２ｂが露出された状態になる。
【００２５】
（ワイヤボンディング構造）
図３に示すワイヤボンディング構造は、被ボンディング面１２を有する基体１１にワイヤ４の一端部４ａがボンディングされたワイヤボンディング構造である。ここで、ワイヤ４の一端部４ａとは、図１または図２に示すキャピラリ１によって変形、切断されたワイヤの端部を指す。
被ボンディング面１２には、ワイヤ４の一端部４ａをめり込ませた凹部１２ａが設けられる。また、ワイヤ４の一端部４ａには、最先端部４ｂと、最先端部４ｂよりもワイヤの他端側に形成された肉厚部４ｃとが設けられている。なお、ワイヤ４の他端側とは、先の例で言うと、半導体チップとリード部とを接続するワイヤ４において、半導体チップ側を意味する。
【００２６】
図３に示すように、最先端部４ｂは、凹部１２ａにその全部をめり込ませた状態で基体１１に接合されている。最先端部４ｂは、キャピラリ１の第１テーパー面３ｂによって塑性変形された部分であり、第１テーパー面３ｂを基体１１にめり込ませたことにより形成された部分である。この最先端部４ｂは、凹部１２ａ内において基体１１に接合されている。
【００２７】
また、肉厚部４ｃは、最先端部４ｂよりもワイヤ４の他端側に設けられている。肉厚部４ｃは、キャピラリ１の第２テーパー面３ｃによって塑性変形された部分であり、第２テーパー面３ｃによってワイヤ４を基体１１側に押し付けたことで形成された部分である。肉厚部４ｃは最先端部４ｂと同様に、凹部１２ａ内において基体１１に接合されている。また、最先端部４ｂと肉厚部４ｃとの間には、キャピラリ１の段部３ｄに対応するワイヤ段部４ｄが設けられる。
【００２８】
図３に示すように、肉厚部４ｃの厚さｔ２は最先端部４ｂの厚さｔ１よりも大きくなっている。厚さｔ２が厚さｔ１より大きい理由は、キャピラリ１において、肉厚部４ｃを形成する第２テーパー面３ｃが、最先端部４ｂを形成する第１テーパー面３ｂよりも基端側に後退されているためである。これにより、第２テーパー面３ｃが第１テーパー面３ｂに対して後退された分だけ肉厚部４ｃの厚さｔ２が最先端部４ｂよりも大きくなる。なお、肉厚部４ｃ及び最先端部４ｂの厚さがそれぞれ均一でない場合は、肉厚部４ｃ及び最先端部４ｂのそれぞれの平均厚さを厚さｔ２、ｔ１とすればよい。
【００２９】
また、ワイヤ４の肉厚部４ｃの他端側には、キャピラリ１の凸曲面３eに対応する断面視凹曲面状のネック部４ｅが形成されている。ネック部４ｅの断面厚みは、基端側に向けて徐々に厚くなっている。また、ネック部４ｅは全体に渡って肉厚部４ｃよりも厚くなっている。
【００３０】
上記のワイヤボンディング構造によれば、被ボンディング面１２に凹部１２ａが設けられ、この凹部１２ａにワイヤ４の一端部４ａがめり込まれているので、ワイヤ４と基体１１との接合強度を高めることができる。
特に、ワイヤ４の一端部４ａに設けられた最先端部４ｂの全部が凹部１２ａにめり込んでいるので、ワイヤ４と基体１１の接合強度をより高めることができる。
更に、ワイヤ４の一端部４ａに、最先端部４ｂより厚さが大きな肉厚部４ｃが設けられるので、ワイヤ４の一端部４ａ全体の強度が高められ、ワイヤ断線等の不良が生じる恐れがない。
また、少なくとも最先端部４ｂ及び肉厚部４ｃが凹部１２ａの第１傾斜面１２ｂに接合されているので、接合面積を従来に比べて広く確保することができ、ワイヤ４と基体１１の接合強度を更に高めることができる。
【００３１】
また、上記のワイヤボンディング方法によれば、突起部３ａ及び第１テーパー面３ｂをワイヤ４とともに基体１１にめり込ませることで、第１テーパー面３ｂに対応する最先端部４ｂがワイヤ４に形成され、この最先端部４ｂが基体１１にめり込まれる。また、第１テーパー面３ｂよりもキャピラリの基端側に後退された第２テーパー面３ｃによって、ワイヤ４を変形させながら被ボンディング面１２に押し付けることで、第２テーパー面３ｃに対応する肉厚部４ｃがワイヤ４に設けられる。この肉厚部４ｃの形成によってワイヤ４の強度が低下することがなく、ワイヤ４の断線が避けられる。
また、最先端部４ｂと肉厚部４ｃが基体１１にめり込まれることで、ワイヤ４と基体１１との接合強度を向上できる。
更に、ワイヤ４を突起部３ａにおいて切断するので、ワイヤ４が擦り切れない。このため、凹部１２ｂにめり込まれた最先端部４ｂ及び肉厚部４ｃがワイヤ切断に伴って変形することなくそのままの形で残される。これにより、接合面積が縮小されることがなく、ワイヤ４と基体１１との接合強度を高めることができる。
また、ワイヤ４が基体にめり込まれる際に、ワイヤ４が基体１１上を摺動することで凹部１２ａの第１傾斜面１２ｂが形成されるが、この第１傾斜面１２ｂは被ボンディング面が剔られて形成された面なので、汚れや異物が付着していない清浄な面になる。この第１傾斜面１２ｂにワイヤ４が接合されるので、ワイヤ４の接合強度を更に高めることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…キャピラリ（ボンディング用キャピラリ）、１ａ…先端部、２…導出口、３…押付面、３ａ…突起部、３ｂ…第１テーパー面、３ｃ…第２テーパー面、３ｄ…段部、４…ワイヤ、４ａ…ワイヤの先端部、４ｂ…最先端部、４ｃ…肉厚部、１１…基体、１２…被ボンディング面、１２ａ…凹部。
【図１】
2010199199.tif 000003
【図２】
2010199199.tif 000004
【図３】
2010199199.tif 000005