(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にダイボンディングされた半導体チップ上の電極と前記基板上の配線パターンとの間をワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング装置において、
キャピラリから導出されるワイヤの先端部に形成したボールを前記基板上の配線パターンのランドにボンディングした後、前記ワイヤをその形状が前記半導体チップ側に凸となるようにルーピングさせてから少なくとも前記ランド上のボールの中心位置まで相対的に移動させ、前記キャピラリを前記ボール上に下降させて当該ボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断してプレボールを形成するプレボール形成手段と、
前記半導体チップ上の電極に１次ボンディングを行った後に、ルーピングしたワイヤを前記プレボールに対して２次ボンディングするボンディング手段とを備えたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記プレボール形成手段は、ルーピングさせたワイヤを前記ボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記ボール上に下降させることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
前記ワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項２記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
前記ボンディング手段は、ルーピングしたワイヤを前記プレボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記プレボール上に下降させて当該プレボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断して前記２次ボンディングを行うことを特徴とする請求項１または２記載のワイヤボンディング装置。
【請求項５】
ルーピングしたワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項４記載のワイヤボンディング装置。
【請求項６】
前記配線パターンの材質は銅であり、
前記ワイヤの材質は金であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のワイヤボンディング装置。
【請求項７】
前記１次ボンディングの座標を第１座標として、また、前記プレボールをボンディングする座標，前記プレボール形成時において前記ワイヤを切断する位置の座標，前記２次ボンディングの座標の内の何れか一つの座標を第２座標としてティーチングするためのティーチング手段と、
前記第２座標を基準として、前記第１座標以外の他の２つの座標の方向を指定するための方向指定手段と、
前記第２座標を基準として、前記他の２つの座標までの距離を指定するための距離指定手段と、
前記ティーチング手段によりティーチングされたデータ並びに前記方向及び距離指定手段により指定された各データに基づいて、前記他の２つの座標を自動生成することによりワイヤボンディングの制御プログラムを作成するプログラム作成手段とを備えてなることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のワイヤボンディング装置。
【請求項８】
基板上にダイボンディングされた半導体チップ上の電極と前記基板上の配線パターンとの間をワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング方法において、
プレボール形成手段により、キャピラリから導出されるワイヤにより形成したボールを前記基板上の配線パターンのランドにボンディングする工程と、
前記プレボール形成手段により、前記ワイヤをその形状が前記半導体チップ側に凸となるようにルーピングさせてから少なくとも前記ランド上のボールの中心位置まで相対的に移動させ、前記キャピラリを前記ボール上に下降させて当該ボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断してプレボールを形成する工程と、
ボンディング手段によって前記半導体チップ上の電極に１次ボンディングを行う工程と、
前記ボンディング手段によってルーピングしたワイヤを前記プレボールに２次ボンディングする工程とからなることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項９】
前記プレボール形成工程は、ルーピングさせたワイヤを前記ボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記ボール上に下降させることを特徴とする請求項８記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１０】
前記ワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項９記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１１】
前記２次ボンディングを行う工程は、ルーピングしたワイヤを前記プレボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてから前記キャピラリを前記プレボール上に下降させて当該プレボールと前記ワイヤとを接合し、その後に前記キャピラリを所定位置まで上昇させることで前記ワイヤを切断することを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１２】
ルーピングしたワイヤを反半導体チップ側に相対的に移動させる距離は、当該ワイヤ径よりも小に設定されていることを特徴とする請求項１１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１３】
前記配線パターンの材質は銅であり、
前記ワイヤの材質は金であることを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載のワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にダイボンディングされた半導体チップ上の電極と前記基板上の配線パターンとの間をワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング装置またはワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯様なワイヤボンディングの従来技術として、例えば、金からなるボンディングワイヤ（以下、単にワイヤと称す）の先端部にトーチから放電を行うことによってボールを形成し、そのボールを予め基板上のランドにボンディングしておき（プレボール）、それから、半導体チップ上の電極に１次ボンディングしてルーピングしたワイヤを前記ランド上のプレボールに２次ボンディングするようにしたものがある。
【０００３】
このように基板上のランドに予めプレボールを配置することで、一般に、ワイヤの材質である金に対して接合の良くない銅めっきで形成される基板上のランドに対しても、２次ボンディングの接続状態を良好にすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このプレボールを用いたボンディングには、プレボールをランド上に形成する際のワイヤの切断方式に以下のような問題があった。例えば、図１４に示す方式では、ボール１をランド２に接合した後キャピラリ３によってワイヤ４をランド２の近傍に擦り付けて接合してからキャピラリ３を引き上げることで切断を行うものであるが、上述のように金と銅との接合性が良くないことから、例えば、キャピラリ３を引き上げた場合に、ランド２に擦り付けたワイヤ４部分が離脱しまうことがある。
【０００５】
ワイヤボンディングにおいては、ワイヤ４の先端部にトーチ（図示せず）から放電を行うことによってボール１を形成する。そして、そのボール１の径を一定にするにはトーチによる放電距離を一定にする必要があり、そのためには、キャピラリ３の先端部からのワイヤ４の突出長さを略一定に維持する必要がある。故に、ワイヤ４は、ランド２との接合部から前記突出長さ分だけキャピラリ３の先端から引き出された時点で図示しないクランプ機構によりクランプされ、その後にキャピラリ３が所定量の引き上げられることで切断されるようになっている。
【０００６】
従って、上述のようにランド２に擦り付けたワイヤ４部分が離脱するとワイヤ４が上方に伸びるため、切断された時点でのキャピラリ３先端からの突出長さはその分短くなってしまう。すると、放電により形成されるボール径にばらつきが生じたり、或いは放電が行われなくなりボンディング装置が異常停止することがある。
【０００７】
また、図１５に示す方式では、ボール１をランド２に接合した後ワイヤ４を固定した状態でキャピラリ３を上方に引き上げてワイヤ４を引き千切るものであるが、その引き千切りの際に所謂テール４ａが発生することが避けられない。この時点でテール４ａが発生すると、更に、２次ボンディングの際にもテールの発生を誘発することになり、他の配線との短絡が生じたり、或いは、上記と同様の放電不良を生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プレボール形成時において、テールを発生させることなくボンディングワイヤの切断を良好に行うことができるワイヤボンディング装置，ワイヤボンディング方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のワイヤボンディング装置または請求項８記載のワイヤボンディング方法によれば、プレボール形成手段によってワイヤの先端部に形成したボールを基板上の配線パターンのランドにボンディングする。それから、ワイヤをその形状が半導体チップ側に凸となるようにルーピングさせてから少なくともランド上のボールの中心位置まで相対的に移動させ、キャピラリをボール上に下降させてボールとワイヤとを接合する。
【００１０】
この時、半導体チップ側に凸となる形状をなすようにルーピングされたワイヤは、ボールとキャピラリとの間に挟まれて押し潰されボールに圧接されるので、ワイヤには、塑性変形することにより径が細くなって括れた部分が生じる。従って、その後にキャピラリを所定位置まで上昇させると、僅かなテンションが作用するだけでワイヤは括れ部分において切断され、プレボールが形成される。
【００１１】
従って、プレボール形成時におけるワイヤの切断を、テールを発生させることなしに容易且つ確実に行うことができる。また、ワイヤの切断時においてキャピラリから導出されるワイヤの寸法を略一定にすることができるので、先端に形成されるボール径も略一定となり、ボンディングを安定した状態で行うことができる。更に、従来とは異なり、キャピラリをランドよりは軟質な材料からなるボール（ワイヤ）に押し付けるので、キャピラリの摩耗を少なくして寿命を長期化することができ、加えて、ワイヤの切断のためにプレボールのつぶれ径以上の余分な面積を必要とすることがない。
【００１２】
請求項２，３記載のワイヤボンディング装置または請求項９，１０記載のワイヤボンディング方法によれば、プレボール形成手段は、ルーピングさせたワイヤをボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてからキャピラリをボール上に下降させる（請求項２，９）。また、その移動距離をワイヤ径よりも小に設定する（請求項３，１０）ことで、ボールとの接合時においてワイヤに形成される括れ部分の厚さ寸法が切断に適した良好な値となり、ワイヤの切断を一層確実に行うことができる。
【００１３】
請求項４，５記載のワイヤボンディング装置または請求項１１，１２記載のワイヤボンディング方法によれば、ボンディング手段は、ルーピングしたワイヤをプレボールの中心に対して反半導体チップ側に相対的に移動させてからキャピラリをプレボール上に下降させて当該プレボールとワイヤとを接合し、その後にキャピラリを所定位置まで上昇させることでワイヤを切断して２次ボンディングを行う（請求項４，１１）。また、その移動距離をワイヤ径よりも小に設定する（請求項５，１２）ことで、請求項２，３または請求項９，１０と同様に、２次ボンディング時においてもワイヤに形成される括れ部分の厚さ寸法が切断に適した良好な値となり、ワイヤの切断を確実に行うことができる。
【００１４】
請求項６記載のワイヤボンディング装置または請求項１３記載のワイヤボンディング方法によれば、配線パターンの材質が銅であり、ワイヤの材質が金であるものを対象とすることで、一般的に使用されるが接合性が悪い材質の組み合わせであっても、プレボール形成時におけるワイヤの切断は、従来のようにワイヤと配線パターンとの接合に基づいて行うものとは異なりワイヤとプレボールとの接合に基づいて行うので、切断を確実に行うことが可能となり有効に適用することができる。
【００１５】
請求項７記載のワイヤボンディング装置によれば、プログラム作成手段は、ティーチング手段によって１次ボンディングの座標を第１座標とし、プレボールボンディング座標，プレボール形成時のワイヤ切断位置座標，２次ボンディング座標の内の何れか一つの座標を第２座標としてティーチングされたデータと、第２座標を基準として、方向及び位置指定手段によって指定された第１座標以外の他の２つの座標の方向及び位置データに基づいて、前記他の２つの座標を自動生成することによりワイヤボンディングの制御プログラムを作成する。
【００１６】
従って、従来とは異なり、ユーザは全ての座標データをティーチングによって入力する必要がないので、ワイヤボンディングプログラムの作成時間を大幅に短縮することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図１乃至図８を参照して説明する。図６は、ワイヤボンディング装置の構成を示す機能ブロック図である。この図６において、マイクロコンピュータを中心として構成される制御部（プレボール形成手段，ボンディング手段）１１は、モータなどで構成されるＸＹ軸駆動部１２に制御信号を与えて、ＸＹテーブル１３をＸＹ方向（水平面内）に駆動して変位させるようになっている。
【００１９】
ＸＹテーブル１３上には、モータなどで構成されるＺ軸駆動部１４が配置されており、制御部１１は、Ｚ軸駆動部１４に制御信号を与えて、ボンディングへッドのトランスデューサ（Ｚ軸駆動部１４の一部，何れも図示せず）に取り付けられているキャピラリ１５をＺ方向（上下方向）に駆動して変位させるようになっている。即ち、制御部１１は、両者の変位を合成することでワイヤボンディングを行うようになっている。
【００２０】
また、制御部１１は、上記駆動制御と共に行うワイヤボンディングをユーザによって作成された制御プログラムに従って実行するようになっている。その制御プログラムは、ユーザがティーチング部（ティーチング手段）１６を操作することで得られるティーチングデータと、キーボードなどで構成される入力部（位置指定手段，距離指定手段）１７を介して入力するボンディング条件のデータとに基づいてプログラム作成部（プログラム作成手段）１８により作成され、例えばＲＡＭやハードディスクなどで構成されるプログラム記憶部１９に記憶されるようになっている。そして、制御部１１は、プログラム記憶部１９に記憶されている制御プログラムを読み出して実行する。
【００２１】
ティーチング部１６は、具体的には図示しないが、ボンディングステーション上に配置された基板を上方から所定倍率で拡大して撮像するＩＴＶカメラと、そのＩＴＶカメラ（ボンディングへッドに固定されている）の撮像位置をＸＹ方向に移動させるためにユーザが操作するマニピュレータと、ＩＴＶカメラによって撮像された画像を表示するモニタなどから構成される。そして、詳細は後述するが、ユーザの操作によりティーチングが行われると、プログラム作成部１８は、制御部１１を介して制御プログラムを作成するために必要な基板上の座標データ（ティーチングデータ）を得ることができるようになっている。
【００２２】
また、制御部１１は、その他基板をボンディングステーション上に供給するためのフレームローダや、キャピラリ１５に超音波振動を与える超音波発振器（何れも図示せず），ワイヤに放電してボールを形成するトーチ２０（図２参照）や基板を加熱するヒータなどの制御も行うようになっている。
【００２３】
また、図７は、キャピラリ１５の断面形状を示すものである。本実施例におけるキャピラリ１５は、チャンファ角は１２０度であり、チャンファ径はボールのつぶれ径に略等しくなるように設定されている。各部寸法の一例として、キャピラリ１５の直径は１６５μｍ，ボンディングワイヤ径は３０μｍ，挿通孔１５ａの径は４６μｍ，ボンディングワイヤに形成されるボール径７０μｍとするとボンディング時のつぶれ径は約９０μｍとなり、チャンファ径は９１μｍとなっている。
【００２４】
次に、本実施例の作用について図２乃至図５をも参照して説明する。図２及び図３は、ワイヤボンディング装置によりワイヤボンディングを行う場合の状態を示す断面図であり、図４及び図５は、プレボール形成工程及び１次，２次ボンディング工程の処理手順を示すフローチャートである。図２において、セラミック基板またはガラスエポキシなどからなるプリント基板、若しくはリードフレームなどからなる基板２１がボンディングステーション上に配置されている。その基板２１上には、半導体チップ２２がダイボンディングされている。
【００２５】
半導体チップ２２上には、例えばアルミニュウム（Ａｌ）などからなるボンディングパッド（電極）２２ａが形成されている。また、基板２１上には、例えば銅（Ｃｕ）めっきにより配線パターン及びそのランド２３が形成されている。そして、ワイヤボンディング装置によって、ボンディングパッド２２ａとランド２３との間を、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ２４によって接続する。尚、ワイヤ２４の径は、例えば３０μｍである。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、キャピラリ１５の貫通孔１５ａにはワイヤ２４が挿通されている。先ず、制御部１１は、制御プログラムに従ってＸＹテーブル１３を駆動することで、キャピラリ１５がランド２３上のプレーボールを配置する座標に位置するように移動させる（図４：ステップＡ１）。それから、キャピラリ１５の先端から突出したワイヤ２４の先端部にトーチ２０により放電を行うことで直径７０μｍ程度のボール２４ａを形成する。
【００２７】
次に、図２（ｂ）に示すように、制御部１１は、キャピラリ１５をＺ軸方向に変位させてランド２３上に落下させボール２４ａをランド２３に押し付けて潰すと同時に、超音波振動を加えることによってプレボールボンディングを行う（ステップＡ２）。この時、ボール２４ａのつぶれ径は９０μｍ程度となる。また、基板２１は、ワイヤ２４とランド２３との接合がより良好に行われるように、ボンディング装置のヒータにより加熱されている。
【００２８】
次に、図２（ｃ）に示すように、制御部１１は、キャピラリ１５を引き上げると同時にＸＹテーブル１３を変位させる。先ず、キャピラリ１５を引き上げた直後は、キャピラリ１５が半導体チップ２２側（図２中左側）に近付くようにする（リバース動作）。それから、ＸＹテーブル１３の変位を停止させてキャピラリ１５を引上げ、次に、リバース動作させた分だけＸＹテーブル１３を逆方向に変位させてルーピングを行う。即ち、キャピラリ１５の軌跡は、図２（ｃ）においては略逆コ字状となり、その間にキャピラリ１５より導出されたワイヤ２４のルーピング部２４ｂの形状も同様となる（ステップＡ３）。
【００２９】
ステップＡ３が終了した時点で、キャピラリ１５の中心はランド２３上の潰されたボール２４ａの中心に一致している。制御部１１は、そこからＸＹテーブル１３を変位させて、キャピラリ１５の中心がボール２４ａの中心に対して反半導体チップ（２２）側（図２中右側）に位置するように制御する（ステップＡ４）。この場合、キャピラリ１５のボール２４ａの中心位置に対する相対変位量は、例えば２０μｍである。尚、図２（ｃ）ではここまでの工程を示している。
【００３０】
次に、制御部１１は、キャピラリ１５をボール２４ａ上に下降させる（ステップＡ５）。すると、図２（ｄ）に示すように、キャピラリ１５より導出されているワイヤ２４が押し潰される。この時、ボール２４ａとキャピラリ１５の貫通孔１５ａの（図２中）左側面との間に挟まれるワイヤ２４のルーピング部２４ｂは、ボール２４ａに圧接されると共に、大きく塑性変形してワイヤ２４の径よりも細く（厚さが薄く）なる括れ部２４ｃが生じる。
【００３１】
それから、制御部１１はキャピラリ１５を上昇させる。この時、ワイヤ２４は、クランプ機構によりクランプされると僅かなテンションがかかるだけで括れ部２４ｃにおいて容易且つ確実に切断される（図２（ｅ）参照，ステップＡ６）。すると、ランド２３上にはプレボール２５が形成される。ここまでがプレボール形成工程に対応する。尚、図１は、側面から見たプレボール２５の形状を拡大して示すものである。
【００３２】
次に、制御部１１は、再びトーチ２０によりワイヤ２４の先端部にボール２４ａを形成する（図３（ｆ）参照）。それから、ＸＹテーブル１３を変位させて、キャピラリ１５を半導体チップ２２のボンディングパッド２２ａの座標位置まで移動させてから下降させることで、一次ボンディングを行う（図３（ｇ）参照，図５：ステップＢ１，Ｂ２）。
【００３３】
次に、制御部１１は、ＸＹテーブル１３を変位させて、１次ボンディングポイントから２次ボンディングポイントへキャピラリ１５を移動させる。そして、プレボール形成工程と同様に、キャピラリ１５の中心がプレボール２５の中心に対して反半導体チップ側に位置するように制御する（ステップＢ４）。この場合の、キャピラリ１５のボール２４ａの中心位置に対する相対変位量は、ステップＡ４と同様に例えば２０μｍである。尚、図３（ｈ）ではここまでの工程を示している。
【００３４】
次に、制御部１１は、キャピラリ１５をプレボール２５上に下降させる（ステップＢ５）。すると、図２（ｄ）と同様な作用によって、ルーピングされたワイヤ２４の先端部はプレボール２５とキャピラリ１５の貫通孔１５ａの左側面との間に挟まれ塑性変形して括れ部が生じる。そして、制御部１１がキャピラリ１５を上昇させてワイヤ２４をクランプすると、僅かなテンションによって括れ部よりワイヤ２４は容易且つ確実に切断される（図３（ｉ）参照，ステップｂ６）。
以上で２次ボンディングが完了する。それから、次のプレボールボンディングのために、トーチ２０によりワイヤ２４の先端にボール２４ａを形成する。
【００３５】
次に、以上のようなプレボール形成工程並びに１次及び２次ボンディング工程を制御部１１に実行させるための制御プログラムを作成する手順について、図８をも参照して説明する。プログラム作成部１８は、先ずステップＣ１において、ユーザが、プレボールを用いたボンディングの制御プログラムの作成を指示する入力を入力部１７より行ったか否かを判断する。その旨を指示する入力がなかった場合は「ＮＯ」と判断してステップＣ２に移行し、通常のティーチング動作を行う。
【００３６】
ステップＣ１において前記入力があった場合、プログラム作成部１８は「ＹＥＳ」と判断してステップＣ３に移行する。そして、ユーザがティーチング部１６を操作して行うティーチングによって得られる１次ボンディングポイント（第１座標）のデータを得る。
【００３７】
ティーチングは、例えば以下のように行われる。ユーザがティーチング部１６のマニピュレータを操作すると、ＸＹ軸駆動部１２によりＸＹテーブル１３が駆動されＩＴＶカメラの視点が移動する。ユーザは、モニタ画面を見て、そのモニタ画面の中心に半導体チップ２２のボンディングパッド２２ａの中心（１次ボンディングポイント）が位置するようにＩＴＶカメラを移動させる。そして前記位置が定まれば、確定入力を行うことでその時点でＩＴＶカメラが捕らえているモニタ画面の中心位置の座標が、１次ボンディングポイントの座標（ｘ1 ，ｙ1 ）（ティーチングデータ）として確定する。
【００３８】
次のステップＣ４においては、同様にして、ユーザが前記ボンディングパッド２２ａに接続すべき基板２１上の配線パターンのランド２３の中心位置（ｘp ，ｙp ）（プレボールボンディングポイント，第２座標）にＩＴＶカメラを移動させるようにティーチングを行う。以上のステップＣ３及びＣ４のティーチングを、半導体チップ２２の全てのボンディングパッド２２ａについて行うと、プログラム作成部１８は、ステップＣ５で「ＹＥＳ」と判断してステップＣ６に移行する。
【００３９】
ステップＣ６では、ユーザは、入力部１７によりプレボール２５形成時におけるワイヤ２４の切断方向を入力して指定する。ここでは、プレボール２５の中心に対して、例えば、半導体チップ側を“ＩＮ”，反半導体チップ側を“ＯＵＴ”などのように指定する（ここでは“ＯＵＴ”を指定）。次に、ユーザは、同様にプレボール２５形成時におけるワイヤ２４の切断位置を指定する（ステップＣ７）。例えば、プレボール２５の中心を基準として“２０μｍ”などを指定する。
【００４０】
ユーザは、続くステップＣ８及びＣ９において、２次ボンディングポイントについては、ステップＣ６及びＣ７で指定したワイヤ切断位置ポイントを基準として方向及び位置を指定する。例えば、方向は無指定或いは“０”，位置も“０”とする。以上のステップＣ６〜Ｃ９のデータは、ユーザの選択により全てのボンディングポイントについて一括で指定することもできるし、個別に指定することもできるようになっている（ステップＣ１０）。
【００４１】
ユーザが一括指定を選択した場合は、ステップＣ１１に移行して、各ボンディングポイントについてボンディング条件の入力を行うようにする。ボンディング条件とは、例えば、ボンディング時間，ボンディング時にキャピラリ１５に加える荷重，超音波振動の出力（パワー）などである。このボンディング条件の入力についても、一括指定及び個別指定が可能となっている。
【００４２】
また、ステップＣ１０においてユーザが一括指定を選択しなかった場合は、ステップＣ１２に移行して、全てのボンディングポイントについて個別の指定入力が完了したか否かを判断し、「ＮＯ」であればステップＣ６に移行し、「ＹＥＳ」であればステップＣ１１に移行する。
【００４３】
以上のように各データの入力が行われると、プログラム作成部１８は、２次座標たるプレボールボンディングポイントを基準として、プレボールワイヤ切断ポイント及び２次ボンディングポイントの座標データを自動生成する。以上の例では、以下のように各座標データが決定され、制御プログラムが作成される（但し、１つのボンディング処理について）。例えば、反半導体チップ側“ＯＵＴ”を＋ｘ方向とすると、
１次ボンディングポイント：（ｘ1   ，ｙ1 ）
プレボールボンディングポイント：（ｘp   ，ｙp ）
プレボールワイヤ切断ポイント：（ｘp+20，ｙp ）
２次ボンディングポイント：（ｘp+20，ｙp ）
となる。
【００４４】
図２及び図３に示すワイヤボンディングを行うための制御プログラムを作成する場合には、図８に示すフローに従って入力を行うと、その入力に要する時間を大幅に短縮することができる。比較のため、以下に、図９に示す従来のプログラム作成のための入力手順について概略的に説明する。
【００４５】
先ず、プレボールボンディングポイント（Ａ）のティーチングを行い（ステップＤ１）、続いて、ボールボンディング後のワイヤ切断ポイント（Ｂ）のティーチングを行う（ステップＤ２）。次に、１次ボンディングポイントのティーチングを行い（ステップＤ３）、続いて、２次ボンディングポイント（Ｃ）のティーチングを行う（ステップＤ４）。
【００４６】
以上４回のティーチングを行った後に、プレボールボンディングポイント（Ａ），ワイヤ切断ポイント（Ｂ）及び２次ボンディングポイント（Ｃ）について、ティーチングにより入力された座標データの確認を行う（ステップＤ５）。これは、ティーチングによる座標データ入力は作業者（ユーザ）が目視によって行うため、例えば、ワイヤ切断ポイント（Ｂ）のように０〜数１０μｍ程度の寸法に対応する座標データについては、所期の値となるように正確に入力を行うことは極めて難しく、入力された座標データを確認して修正を行う必要があるからである。
【００４７】
よって、上記Ａ，Ｂ及びＣの３点の座標データについて確認後修正を行い（ステップＤ６）、その修正した座標上に各ポイントを移動させるようにする（ステップＤ７）。以上のステップＤ１〜Ｄ７を全てのボンディングワイヤについて行うと、ティーチングによる座標データの入力が終了する（ステップＤ８）。それから、ステップＣ１１と同様に、各ポイントのボンディング条件の入力を行う。
【００４８】
即ち、本実施例のプログラム作成部１８によれば、１本のボンディングワイヤについてティーチングによりデータ入力を行う必要があるのは１次ボンディングポイント（ステップＣ３）及びプレボールボンディングポイント（ステップＣ４）の２点だけであり、ステップＣ６〜Ｃ９のデータ入力については全本数につき一括して入力を行うことができる、残りのワイヤ切断及び２次ボンディングポインとの座標データは自動的に生成される。
【００４９】
そして、本発明の発明者が実際に行った制御プログラムの作成例では、１００本のワイヤをボンディングするプログラムを作成した場合、図９に示す従来の方式では入力に５〜６時間程度を要したが、図８に示す本実施例の方式では、３０分程度で入力を完了することができた。
【００５０】
また、本実施例に用いたキャピラリ１５は、図７に示す断面形状としたことにより以下のような作用をなす。図１０は、従来のワイヤボンディング装置に用いられているキャピラリ２６の断面形状を示すものである。従来のキャピラリ２６のチャンファ角は９０度であり、チャンファ径は｛（ボールつぶれ径）−２０μｍ｝程度に設定されるものが一般的である。
【００５１】
斯様なキャピラリ２６を用いて、金との接合性が悪く表面粗度の大きい銅めっきからなる配線パターンのランド上にワイヤをボンディングしようとすると、図１２（ａ）に示すように、ワイヤとランドとの接合状態にばらつきが生じて所謂プロセンスウインドウが狭くなり、基板のロット間における銅めっきの表面粗度等のばらつきによってはボンディング不良が生じるという不具合が発生するという問題があった。
【００５２】
図１２は、実際に複数のサンプルについてボンディングを行った結果を示すものであり、ボンディング条件の内ボンディング時間を一定として、荷重及び超音波振動の出力レベルを変化させた場合（横軸）の、ボンディング部分の剪断強度（ｇ，縦軸）の変化を示す。尚、横軸は、荷重及び出力レベルについて、実際に印加されることが想定される範囲内の所定値を基準とした比によって、“荷重／出力レベル”の組合わせで表している。荷重については範囲の中央付近を、出力レベルについては範囲の最小値を夫々基準（１）としている。
【００５３】
このように接合状態にばらつきが生じる理由としては、次のように考えられる。キャピラリ２６によるボールボンディング時の断面を図１１（ａ）に示すように、従来のキャピラリ２６の形状では、ボンディング時においてボール２７の変形に寄与する力の一部が、キャピラリ２６の挿通孔２６ａ内ではチャンファ角が小さいため図１１中で上方に作用する。
【００５４】
また、チャンファ径が小さいため（例えば、ボールつぶれ径９０μｍに対して７４μｍ）、上記力の一部は、ボール２７がそのチャンファ径を超えて水平方向につぶれ拡がる方向に作用する（矢印で示す）。そのため、ボール２７を、ランド２８に接合するために図１１中で下方に向かって作用する力の成分に損失が生じていると想定される。
【００５５】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、キャピラリ１５の形状を本実施例のようにチャンファ角を１２０度とし、チャンファ径をボールのつぶれ径と略等しくする（９１μｍ）ことにより上記損失を極力抑制して、ボール２４ａとランド２３との接合に寄与する、下方に（即ち、ランド２３との接合界面に）向かって作用する力の成分をより多くすることで、ボンディングをより良好に行うことができるようになった。
【００５６】
実際にボンディングを行った結果を図１２（ｂ）に示すが、図１２（ａ）に比較してボンディング部分の剪断強度のばらつきが縮小したことは明らかである。例えば、図１２（ｂ）に破線で示すように、キャピラリ１５を用いた場合には、剪断強度６０〜９０ｇの範囲でプロセスウインドウを広く形成することができるため、より広いボンディング条件（荷重やパワーの印加条件）に対して安定したボンディングを行うことができる。
【００５７】
これに対して、図１２（ａ）では同じ範囲でプロセスウインドウを形成することはできず、極めて狭い範囲のものしか形成できない。加えて、図１２（ａ）では、１．３／１．０，１．３／１．５，１．３／１．８の荷重が比較的大きい領域において全くボンディングすることができなかったサンプルが生じているが、図１２（ｂ）についてはそのようなサンプルは存在せず、やはり、キャピラリ１５の方が安定したボンディングが可能であることを明示している。
【００５８】
また、図１３（ａ）に示すように、従来のキャピラリ２６により形成されたプレボール２９にルーピングしたワイヤ３０を２次ボンディングする場合（ここでは、一般的な例を示す）は、主としてプレボール２９のチャンファ径を超えてフランジ状につぶれ拡がったフランジ部２９ａに接合（接合長Ｌ１）が行われる。
【００５９】
それに対して、図１３（ｂ）に示すように、本実施例のキャピラリ１５により形成されたプレボール２９′にワイヤ３０を２次ボンディングする場合は、プレボール２９′の斜面部２９′ａに接合（接合長Ｌ２）が行われる。後者の方が、接合が斜面部２９′ａに均一に行われることでＬ１＜Ｌ２となり、両者間の接合面積が大となるので２次ボンディングの強度も向上することになる。
【００６０】
また、上記のキャピラリ１５がなす作用はプレーボール２５のボンディング時に限るものではなく、半導体チップ２２に対する１次ボンディング時においても、ボンディングパッド２２ａとボール２４ａとの間についても同様に作用することは言うまでもない。
【００６１】
以上のように本実施例によれば、制御部１１は、金からなるワイヤ２４の先端部に形成したボール２４ａを基板２１上の銅めっきからなるランド２３にボンディングし、ワイヤ２４を半導体チップ２２側に凸となる形状にルーピングさせてから、ボンディングされたボール２４ａの中心より反半導体チップ側にワイヤ２４の径よりも小である距離２０μｍだけ移動させ、キャピラリ１５をボール２４ａ上に下降させてボール２４ａとワイヤ２４とを接合することでワイヤ２４に括れ部２４ｃを形成するようにした。
【００６２】
従って、ボール２４ａとの接合時において形成される括れ部２４ｃの厚さ寸法が切断に適した良好な値となり、プレボール２５形成時におけるワイヤ２４の切断をテールを発生させることなしに容易且つ確実に行うことができる。また、ワイヤ２４の切断時においてキャピラリ１５から導出されるワイヤ２４の寸法を略一定にすることができるので、先端に形成されるボール２４ａの径も略一定となり、ボンディングを安定した状態で行うことができる。
【００６３】
また、ワイヤ２４及びランド２３の材質の組み合わせが、金と銅のように一般的に使用されるが接合性が悪いものであっても、プレボール２５の形成時におけるワイヤ２４の切断は、従来のようにワイヤ２４とランド２３との接合に基づいて行うものとは異なりワイヤ２４とプレボール２５との接合に基づいて行うので、切断を確実に行うことが可能となり有効に適用することができる。そして、キャピラリ１５の摩耗を少なくして寿命を長期化することができ、加えて、ワイヤ２４の切断のためにプレボール２５のつぶれ径以上の余分な面積を必要とすることがない。
【００６４】
また、本実施例によれば、制御部１１は、２次ボンディング時においても同様に、ルーピングしたワイヤ２４を少なくともプレボール２５の中心から反半導体チップ側に２０μｍ移動させてからキャピラリ１５をプレボール２５上に下降させて両者を接合し、その後にキャピラリ１５を所定位置まで上昇させることでワイヤ２４を切断するので、２次ボンディング時にもワイヤ２４の切断を確実に行うことができる。
【００６５】
更に、本実施例によれば、プログラム作成部１８は、ティーチング部１６によって１次ボンディングポイントを第１座標とし、プレボールボンディングポイントを第２座標としてティーチングされたデータと、第２座標を基準として相対的な方向及び位置が指定されたプレボール２５形成時のワイヤ２４の切断位置ポイント並びに２次ボンディングポイントデータに基づいて、それら２つの絶対座標を自動生成することにより制御プログラムを作成する。
【００６６】
従って、従来とは異なり、全ての座標データをティーチングによって入力する必要がなく、制御プログラムの作成時間を大幅に短縮することができる。また、修正が必要な場合には、第２座標のみを修正すればワイヤ２４の切断位置ポイント並びに２次ボンディングポイントの座標データは自動的に修正されるので、修正作業もより効率的に行うことができる。
【００６７】
加えて、本実施例によれば、キャピラリ１５のチャンファ角を１２０度に設定し、チャンファ径を、ボール２４ａがボンディングされた場合のつぶれ径に略等しい９１μｍとすることで、ボールボンディングを行う場合にボール２４ａに作用する変形力が当該ボール２４ａとランド２３との接合に寄与しない方向に作用することを極力抑制して、両者の接合界面方向に向かうようにすることができ、両者間の接合強度をより高めることができる。その結果、ボンディング条件のプロセスウインドウをより広くすることができ、より広いボンディング条件に対しても安定したボンディングを行うことができる。
【００６８】
尚、一般にルーピングとは、半導体チップ上に１次ボンディングを行った後、基板上の配線パターンに２次ボンディングを行うためにワイヤを引き回すことを称するが、本実施例においては、プレボール形成時においても従来は行うことがなかったワイヤの引き回しを行うので、その場合のワイヤの引き回しをもルーピングと称している。
【００６９】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
プレボール２５の形成時において、ルーピングさせたワイヤ２４をボール２４ａの中心に対して反半導体チップ側に移動させる距離は、２０μｍに限ることなく適宜変更して良いが、ワイヤ２４の径より小であるのが好ましく、特に、０（反半導体チップ側に移動させず、ボール２４ａの中心に一致させても良い）〜２０μｍの範囲が好適であり、ワイヤ２４の切断を良好に行うことができる。２次ボンディング時についても同様である。
また、上記数値は、ワイヤ２４の径が３０μｍである場合の一例であり、ワイヤの径が異なる場合はそれに応じて適宜変更すれば良い。
【００７０】
基板は、ガラスエポキシに限ることなく、セラミック基板や或いはリードフレームであっても良い。配線パターンの材質は、銅めっきに限ることなく、Ａｇ厚膜，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ，下地がニッケルであるフラッシュＡｕめっきなどでも良い。
ＸＹテーブル１３上にボンディングへッドに代えてボンディングステージを載置して、ＸＹ軸方向については、キャピラリ１５を移動させる代わりに基板２１側を移動させても良い。
制御プログラムを作成する場合に、ステップＣ４において第２座標としてティーチングする座標は、プレボール２５のポイントに限ることなく、２次ボンディングポイントや或いはプレボール２５形成時のワイヤ切断ポイントであっても良い。それに応じて、ステップＣ６〜Ｃ９においては、残る２つのポイントについての相対方向及び位置の指定を行うようにすれば良い。
【００７１】
ステップＣ８及びＣ９において、２次ボンディングポイントについては、同様に、プレボール２５の中心を基準として方向及び位置を指定しても良い。また、本実施例のように、ワイヤ切断ポイントと２次ボンディングポイントとが同一の座標となる場合には、ステップＣ６とＣ８，Ｃ７とＣ９とを夫々共通化しても良い。
また、プログラム作成部１８により作成される制御プログラムは、上記実施例の工程によりプレボール形成及び１次，２次ボンディングを行うものに限らず、例えば、プレボール形成時におけるワイヤの切断を、図１４に示す従来技術のようにキャピラリをランド上に擦り付けて行うものに適用することも可能である。キャピラリの形状は、チャンファ角を１２０度とするものに限らず、９０度よりも大に設定すれば良い。また、チャンファ９１μｍも、ワイヤ２４の径が３０μｍで且つボール２４ａの径が約７０μｍ，そのつぶれ径が約９０μｍである場合の一例であり、上記各数値が異なる場合はそれに応じて適宜変更すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における、側面から見たプレボール２５の形状を拡大して示す図
【図２】ワイヤボンディングの工程を示す図（その１）
【図３】ワイヤボンディングの工程を示す図（その２）
【図４】プレボール形成工程における制御部の制御内容を示すフローチャート
【図５】１次及び２次ボンディング工程における図４相当図
【図６】ワイヤボンディング装置の電気的構成を示す機能ブロック図
【図７】キャピラリの形状を示す断面図
【図８】プログラム作成部の制御内容を示すフローチャート
【図９】従来の図８相当図
【図１０】従来の図７相当図
【図１１】ボールボンディングを行う場合にボールに作用する変形力の状態を説明する図であり、（ａ）は従来のキャピラリによるもの，（ｂ）は本実施例のキャピラリによるものを示す
【図１２】実際にボールボンディングを行った場合の剪断強度のばらつきを示す図であり、（ａ）は従来のキャピラリによるもの，（ｂ）は本実施例のキャピラリによるものを示す
【図１３】２次ボンディングを行った場合のプレボールとワイヤとの接合状態を示す図であり、（ａ）は従来のキャピラリによるもの，（ｂ）は本実施例のキャピラリによるものを示す
【図１４】従来技術におけるプレボール形成時のワイヤの切断工程を示す図（その１）
【図１５】従来技術におけるプレボール形成時のワイヤの切断工程を示す図（その２）
【符号の説明】
１１は制御部（プレボール形成手段，ボンディング手段）、１５はキャピラリ、１６はティーチング部（ティーチング手段）、１７は入力部（位置指定手段，距離指定手段）、１８プログラム作成部（プログラム作成手段）、２１は基板、２２は半導体チップ、２２ａはボンディングパッド（電極）、２３はランド、２４はボンディングワイヤ（ワイヤ）、２４ａはボール、２４ｂはルーピング部、２４ｃは括れ部、２５はプレボールを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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