(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリ下端から突出しているワイヤ先端部にボールを形成する第１の工程と、キャピラリ上部でワイヤを把持固定しているクランパを開いてキャピラリを所定移動量下降させることに並行して、第１の工程におけるキャピラリ下端からのワイヤ先端部の突出量に対応する所定突出量分キャピラリより少ない所定移動量クランパを下降させる第２の工程と、ボールをボンディングしてバンプを形成する第３の工程と、クランパを閉じてクランパ及びキャピラリを並行して、第１の工程における位置まで上昇させてバンプからワイヤを切断分離するとともに、切断分離されたワイヤの先端部をキャピラリ下端から前記所定突出量に対応する分突出させる第４の工程とを備えたことを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
バンプの所望形状、ワイヤの種類、キャピラリの種類等に従って予めワイヤの送り量を設定し、この設定値に基いてクランパの上下移動とキャピラリの上下移動とを制御する請求項１に記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
キャピラリ下端から突出しているワイヤ先端部にボールを形成する第１の工程と、キャピラリ上部でワイヤを把持固定しているクランパを開いてキャピラリを所定移動量下降させることに並行して、第１の工程におけるキャピラリ下端からのワイヤ先端部の突出量に対応する所定突出量分キャピラリより少ない所定移動量クランパを下降させる第２の工程と、ボールをボンディングしてバンプを形成する第３の工程と、クランパを閉じてクランパ及びキャピラリを並行して、第１の工程における位置まで上昇させてバンプからワイヤを切断分離するとともに、切断分離されたワイヤの先端部をキャピラリ下端から前記所定突出量に対応する分突出させる第４の工程とからなる動作を行うバンプボンダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプをワイヤボンディング技術によって形成するバンプ形成方法及びバンプボンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング技術によりＩＣチップの電極とパッケージ導体部との電気的接続を行うボンダーは、「半導体ハンドブック（第２版）」（株式会社オーム社発行）に種々紹介されている。本発明者らの研究により、このような従来のワイヤボンディングを行うボンダーでも、その用い方によってＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプを形成することができることが判明しており、例えば特願平８−２４９７２４号等において提案されている。そのバンプボンダーの主要部であるボンディングステーションには、超音波熱圧着によるボンディングのために加熱手段を内蔵したボンディングステージが配設されるとともにその後部にＸＹ２方向に移動できるように支持されたボンディングヘッドが配設されている。
【０００３】
そのボンディングヘッド１は、図４に示すように、ワイヤリール装着部２に装着されたワイヤリール３と、このワイヤリール３からのワイヤ４を上方から通されてボンディングステージ（図示せず）上のボンディング対象物であるＩＣチップやウエハにボンディングを行うボンディング作業機構１０とを備えている。ワイヤリール３とボンディング作業機構１０の間には、ワイヤ４の途中を上向きの湾曲状態にエアー６で吹き上げてワイヤ４にテンションを与える第１のワイヤテンショナー７と、ボンディング作業機構１０におけるクランパ１１のワイヤガイド１１ａの真上でワイヤ４を上方への吹き上げエアー８にさらしてワイヤ４に上向きのテンションを掛ける第２のワイヤテンショナー９とが配設され、ワイヤリール３からのワイヤ４をエアー６、８にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構１０に無理なく供給できるように構成されている。
【０００４】
ボンディング作業機構１０は、図４、図５に示すように、ワイヤ４を把持固定するクランパ１１と、先端にワイヤ４が挿通されるキャピラリ１２を有するとともにワイヤ４の先端部に形成されたボール５（図６参照）にキャピラリ１２を介して超音波振動を印加するホーン１３と、ボール５を形成するための放電用のトーチ１４とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ１５が上部に配設され、認識画像を認識用モニタ（図示せず）に表示するとともにデータ処理装置（図示せず）に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。
【０００５】
また、クランパ１１とホーン１３とは、図示しない支点軸を中心に上下揺動可能な揺動部材１６に装着されるとともに、この揺動部材１６を揺動駆動してクランパ１１及びホーン１３を一体的に上下移動させる上下動電磁駆動部１７が設けられている。１８は、クランパ１１を開閉する開閉電磁駆動部である。
【０００６】
以上の構成によるボンディング作業を図６を参照して説明する。まず、初期状態でクランパ１１及びキャピラリ１２が所定高さ位置に位置しかつワイヤ４の先端部がキャピラリ１２の先端から所定長突出しており、その状態でＩＣチップ２０の所定の電極１９と対向する位置にボンディングヘッド１が移動する都度、トーチ１４からのスパーク電流によって先端部が溶かされ、図６の（ａ）に示すようなボール５が形成される。ワイヤ４の各電極１９との対向位置は認識カメラ１５の視覚認識のもとに高精度に制御される。
【０００７】
次に、上下動電磁駆動部１７にて揺動部材１６が揺動され、クランパ１１及びキャピラリ１２がボンディングステージ（図示せず）上のＩＣチップ２０に向けて下降し、図６の（ｂ）に示すようにキャピラリ１２にてボール５がＩＣチップ２０の電極１９上に加圧されるとともにホーン１３にてキャピラリ１２を介して超音波振動が印加され、ボール５と電極１９が熱圧着と超音波振動とによって接合される。この際の圧着力は３０ｇ〜５０ｇ程度が好適であり、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨＺ  （具体例としては６３．５ＫＨＺ  ）程度とするのが好適である。
【０００８】
ボンディング時に開閉電磁駆動部１８が作動されてクランパ１１が開かれ、その状態で上下動電磁駆動部１７が作動されてクランパ１１及びキャピラリ１２が所定距離上昇され、図６の（ｃ）に示すように、キャピラリ１２の先端からワイヤ４が所定長引き出される。
【０００９】
次に、開閉電磁駆動部１８を再度作動させてクランパ１１を閉じてワイヤ４を把持固定した後、図６の（ｄ）に示すように上下動電磁駆動部１７にて揺動部材１６を揺動させ、クランパ１１及びキャピラリ１２を図６の（ａ）に示した初期状態の所定高さ位置まで上昇させる。この工程の初期にワイヤ４が熱影響部との境界で切断され、電極１９の上にボール部２１ａと３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分２１ｂとからなる突出長約６０μｍ程度のバンプ２１が形成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のバンプ２１の形成方法では、図６の（ｃ）のワイヤ４の引き出し工程が必要であり、その工程に０．０２ｓｅｃ程度の時間を要し、そのため初期状態から動作を開始して元の状態に復帰するまでのバンプ形成の１サイクルの動作時間として０．１ｓｅｃ程度の時間を要し、より生産性を高めることができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、バンプ形成の１サイクルの動作時間を短くして生産性を向上できるバンプ形成方法及びバンプボンダーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ形成方法は、キャピラリ下端から突出しているワイヤ先端部にボールを形成する第１の工程と、キャピラリ上部でワイヤを把持固定しているクランパを開いてキャピラリを所定移動量下降させることに並行して、第１の工程におけるキャピラリ下端からのワイヤ先端部の突出量に対応する所定突出量分キャピラリより少ない所定移動量クランパを下降させる第２の工程と、ボールをボンディングしてバンプを形成する第３の工程と、クランパを閉じてクランパ及びキャピラリを並行して、第１の工程における位置まで上昇させてバンプからワイヤを切断分離するとともに、切断分離されたワイヤの先端部をキャピラリ下端から前記所定突出量に対応する分突出させる第４の工程とを備えたものである。
【００１３】
このようにキャピラリとクランパを独立して昇降動作させ、第２の工程におけるそれらの下降位置を異ならせることにより、クランパ及びキャピラリを上昇させる第４の工程において、バンプからワイヤを切断分離するとともにワイヤ先端部をキャピラリ下端から突出させることができ、従来必要であったワイヤの引き出し工程を無くすことができ、その分バンプ形成の１サイクルの動作時間を短くできて、生産性を大幅に向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のバンプボンダーにおけるボンディングヘッドについて、図１〜図３を参照しながら説明する。なお、ボンディングヘッドにおけるワイヤ供給機構は図４を参照して説明した従来例と同じ構成であるため、その説明を援用して説明を省略し、主要部の構成についてのみ説明する。また、図５を参照して説明した従来例のものと同一の構成要素については同一の参照番号を付して一部説明を省略する。
【００１７】
図１、図２において、１はＸ方向とＹ方向の任意の位置に移動・位置決め可能なＸＹテーブル（図示せず）上に搭載されたボンディングヘッドで、超音波熱圧着によってボンディングするように加熱手段が内蔵されたボンディングステージ３６の後部に配設されている。
【００１８】
１０は、ボンディングステージ３６上のボンディング対象物であるＩＣチップ２０にボンディングを行うボンディング作業機構であり、図示しないワイヤリールからワイヤ４が供給される。このボンディング作業機構１０はワイヤ４を把持するクランパ１１と、先端にワイヤ４が挿通されるキャピラリ１２を有するとともに形成されたボール５にキャピラリ１２を介して超音波振動を印加するホーン１３と、放電用のトーチ１４とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ１５が上部に配設され、認識画像を認識用モニタ３２に表示するとともにデータ処理装置３４に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。
【００１９】
クランパ１１は、水平支軸２３にて上下揺動自在に支持された上部揺動部材２２の前部に装着され、水平支軸２３の直後位置にクランパ上下動電磁駆動手段２４が配設され、上部揺動部材２２の後端部にクランパ位置検出手段２５が配設されている。２６はクランパ１１の中間部を開閉自在に枢支する垂直枢軸、１８はクランパ１１の後部に配設された開閉電磁駆動部である。また、ホーン１３は水平支軸２８にて上下揺動自在に支持された下部揺動部材２７の前部に装着され、水平支軸２８の直後位置にホーン上下動電磁駆動手段２９が配設され、下部揺動部材２７の後端部にホーン位置検出手段３０が配設されている。
【００２０】
以上の構成によるボンディング作業を図３を参照して説明する。まず、初期状態でクランパ１１及びキャピラリ１２が所定高さ位置に互いに所定間隔ａをあけて位置しかつワイヤ４の先端部がキャピラリ１２の先端から所定突出量ｄに対応する分突出しており、その状態でＩＣチップ２０の所定の電極１９と対向する位置にボンディングヘッド１が移動する都度、トーチ１４からのスパーク電流によって先端部が溶かされ、図３の（ａ）に示すようなボール５が形成される。ワイヤ４の各電極１９との対向位置は認識カメラ１５の視覚認識のもとに高精度に制御される。
【００２１】
次に、クランパ１１を開いた後、クランパ上下動電磁駆動手段２４及びホーン上下動電磁駆動手段２９にて上部揺動部材２２及び下部揺動部材２７を揺動させて、クランパ１１及びキャピラリ１２をボンディングステージ３６上のＩＣチップ２０に向けて下降させる。このとき、クランパ１１の下降量はキャピラリ１２の下降量よりも、キャピラリ１２先端からのワイヤ４の突出量に相当する所定突出量ｄだけ短い距離下降し、それらの下降限でクランパ１１とキャピラリ１２の間に（ａ＋ｄ）の間隔が生じるように構成されている。そして、下降限まで下降した後、図３の（ｂ）に示すようにキャピラリ１２にてボール５がＩＣチップ２０の電極１９上に加圧されるとともにホーン１３にてキャピラリ１２を介して超音波振動が印加され、ボール５と電極１９が熱圧着と超音波振動とによって接合される。この際の圧着力は３０ｇ〜５０ｇ程度が好適であり、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨZ （具体例としては６３．５ＫＨZ ）程度とするのが好適である。
【００２２】
ボンディング時に開閉電磁駆動部１８が作動されてクランパ１１が閉じられてワイヤ４が把持固定され、ボンディング後その状態でクランパ上下動電磁駆動手段２４及びホーン上下動電磁駆動手段２９が作動されてクランパ１１及びキャピラリ１２が上昇工程に入る。この上昇工程の初期に図３の（ｃ）に示すようにワイヤ４が熱影響部との境界で切断され、電極１９の上にボール部２１ａと３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分２１ｂとからなる突出長約６０μｍ程度のバンプ２１が形成される。その後、クランパ１１及びキャピラリ１２が上昇するのに伴ってそれらの移動量の差によって図３の（ｄ）に示すようにキャピラリ１２の先端からワイヤ４の先端部が突出し、図３の（ａ）に示した初期状態の所定高さ位置まで上昇すると、これらクランパ１１及びキャピラリ１２の移動量の差ｄによって、キャピラリ１２の先端からワイヤ４を所定長突出した状態となる。
【００２３】
上記のようなクランパ１１及びホーン１３の上下移動を制御するため、本発明のバンプボンダーは図２に示すような制御部及び上下移動データ部を有する。これにより、例えば予めワイヤ４の送り量を設定しておき、この設定値に基いてクランパ１１及びホーン１３の各々の上下移動を制御することができる。具体的には、例えば所望のバンプ形状、ワイヤの種類、キャピラリの種類等のデータを上下移動データ部に格納しておき、これらのデータに従ってワイヤの送り量等を予め設定し、この設定値に基づいてクランパ１１及びホーン１３の上下移動の制御を行う。
【００２４】
以上のバンプ形成動作のサイクルが以降繰り返されるが、この動作サイクル中には、従来例におけるキャピラリ１２の先端からワイヤ４を所定長引き出すためにキャピラリを所定距離上昇させた後クランパを閉じるという工程が無いことにより、その工程に要する時間０．０２ｓｅｃだけ動作時間が短くなり、バンプ形成の１サイクルの動作時間が０．０８ｓｅｃで済む。したがって、クランパ１１とホーン１３に対してそれぞれの揺動部材２２、２７と上下動電磁駆動手段２４、２９を設けるだけで、バンプ形成時間を２０％短縮でき、大幅な生産性向上が達成される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のバンプ形成方法によれば、キャピラリとクランパを独立して昇降動作させて第２の工程におけるそれらの下降位置を異ならせることにより、クランパ及びキャピラリを上昇させる第４の工程において、バンプからワイヤを切断分離するとともにワイヤ先端部をキャピラリ下端から突出させることができ、従来必要であったワイヤの引き出し工程を無くすことができ、その分バンプ形成の１サイクルの動作時間を短くできて、生産性を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボンダーにおけるボンディングヘッドの主要構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態のボンディングヘッドの主要構成の側面図である。
【図３】同実施形態におけるボンディング作業工程の説明図である。
【図４】従来例のボンディングヘッドにおけるワイヤ供給機構の斜視図である。
【図５】従来例のボンディングヘッドの主要部の構成を示す斜視図である。
【図６】従来例におけるボンディング作業工程の説明図である。
【符号の説明】
４  ワイヤ
５  ボール
１１  クランパ
１２  キャピラリ
２１  バンプ
２２  上部揺動部材
２４  クランパ上下動電磁駆動手段
２７  下部揺動部材
２９  ホーン上下動電磁駆動手段
【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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