(57)【要約】【課題】電気接続を行う方法を提供する。【解決手段】ボンドワイヤを、ワイヤ研磨器およびワイヤボンディングツールを有するワイヤボンディングシステムに通す。ワイヤ研磨器が、ボンドワイヤの第１の部分から汚染物を除去する。その後、ボンドワイヤの第１の部分を第１のコンタクトに、ボンドワイヤおよび第１のデバイスが電気的に接続されるように接着することによって、第１のボンドが形成される。その後、ボンドワイヤの第２の部分を第２のコンタクトに、第１のコンタクトおよび第２のコンタクトが電気的に接続されるように接着することによって、第２のボンドが形成される。【選択図】図１
2014175668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気接続を行う方法であって、
ボンドワイヤを、ワイヤ研磨器およびワイヤボンディングツールを備えるワイヤボンディングシステムに通すステップと、
前記ワイヤ研磨器を使用して前記ボンドワイヤの少なくとも第１の部分から汚染物を除去するステップと、
前記ボンドワイヤの前記第１の部分を第１のコンタクトにワイヤボンディングすることによって第１のボンドを形成するステップであって、該ボンドワイヤおよび該第１のコンタクトが電気的に接続されるステップと、
前記ボンドワイヤの第２の部分を第２のコンタクトにワイヤボンディングすることによって第２のボンドを形成するステップであって、前記第１のコンタクトおよび該第２のコンタクトが電気的に接続されるステップと、
を備える方法。    
【請求項２】
前記汚染物を除去するステップは、前記ワイヤ研磨器の研磨面を前記ボンドワイヤの少なくとも前記第１の部分の外面と接触させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ボンドワイヤの前記第２の部分から汚染物を除去するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記汚染物は、前記ワイヤ研磨器の研磨面を前記ボンドワイヤの前記第２の部分の外面と接触させることによって、前記ボンドワイヤの前記第２の部分から除去される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記汚染物は、前記ワイヤ研磨器の研磨面を前記ボンドワイヤの外面と接触させることによって、前記ボンドワイヤの実質的に表面全体から除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ボンドワイヤは被覆されていない金属線である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ボンドワイヤは裸銅線である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記除去される汚染物は酸化銅を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のボンドはボールボンドであり、前記第２のボンドはステッチボンドである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ワイヤボンディングシステムであって、
ボンドワイヤのスプールが結合されるように構成されているボンドワイヤ給送器と、
ワイヤボンディングツールと、
前記ボンドワイヤ給送器および前記ワイヤボンディングツールの間に位置するワイヤ研磨器であって、前記ボンドワイヤから汚染物を除去するように構成されている、ワイヤ研磨器と、
を備えるワイヤボンディングシステム。
【請求項１１】
前記ワイヤ研磨器は、１つ以上の研磨面を有するマイクロ研磨器である、請求項１０に記載のワイヤボンディングシステム。
【請求項１２】
前記ワイヤ研磨器に近接しており、前記ワイヤボンディングシステムから除去された汚染物の粒子を排出する真空デバイスをさらに備える、請求項１１に記載のワイヤボンディングシステム。
【請求項１３】
前記ワイヤボンディングツールはキャピラリおよび電子トーチデバイスを含む、請求項１２に記載のワイヤボンディングシステム。
【請求項１４】
エアガイドおよびワイヤテンショナーのうちの少なくとも一方をさらに備える、請求項１０に記載のワイヤボンディングシステム。
【請求項１５】
第１のデバイスを第２のデバイスに電気的に接続する方法であって、
絶縁ワイヤをワイヤボンディングシステムに通すステップであって、該絶縁ワイヤは金属芯と該金属芯を被覆している絶縁材料とを有する、ステップと、
第１のボンドを形成するのに使用される前記絶縁ワイヤの第１の部分と、第２のボンドを形成するのに使用される前記絶縁ワイヤの第２の部分とを特定するステップと、
前記金属芯の少なくとも前記第１の部分および前記第２の部分を露出させるように、ワイヤストリッパを使用して前記絶縁ワイヤの前記第１の部分および前記第２の部分から絶縁材料を除去するステップと、
前記絶縁ワイヤの前記第１の部分の露出した前記金属芯を前記第１のデバイスの第１のボンディングパッドにワイヤボンディングすることによって第１のボンドを形成するステップであって、前記絶縁ワイヤおよび前記第１のデバイスが電気的に接続されるステップと、
前記絶縁ワイヤの前記第２の部分の露出した前記金属芯を前記第２のデバイスの第２のボンディングパッドにワイヤボンディングすることによって第２のボンドを形成するステップであって、前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスが電気的に接続されるステップと、
を備える方法。
【請求項１６】
前記ワイヤストリッパはマイクロクリッパおよびスクラバのうちの一方である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ワイヤストリッパを使用して前記絶縁ワイヤの前記第１の部分から絶縁材料を除去するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
金属芯と該金属芯を被覆している絶縁材料とを有する絶縁ワイヤを接着するためのワイヤボンディングシステムであって、
絶縁ワイヤのスプールが結合されるように構成されているワイヤストリッパであって、前記絶縁ワイヤを受け取って、該絶縁ワイヤから前記絶縁材料の一部を選択的に除去するように構成されている、ワイヤストリッパと、
前記絶縁材料の前記一部が選択的に除去された前記絶縁ワイヤを前記ワイヤストリッパから受け取るワイヤボンディングツールと、
を備えるワイヤボンディングシステム。
【請求項１９】
前記ワイヤストリッパはマイクロクリッパおよびスクラバのうちの一方である、請求項１８に記載のワイヤボンディングシステム。
【請求項２０】
前記ワイヤボンディングツールはキャピラリおよび電子トーチデバイスを含む、請求項１８に記載のワイヤボンディングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パッケージングに関し、より詳細には、裸線および絶縁ワイヤをワイヤボンディングするためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）ダイは、シリコンウェハ等の半導体ウェハ上に形成される小型デバイスである。そうしたダイは一般的に、ウェハから切り出され、相互接続再配線のために基板またはベースキャリアに取り付けられる。ダイ上のボンディングパッドがワイヤボンディングを介してワイヤによって基板上のキャリアリードに電気的に接続される。すなわち、ワイヤボンディング装置がボンドワイヤの第１の終端部をダイボンディングパッドにおいて第１のボンドに取り付け、ボンドワイヤの第２の終端部をキャリアリードにおいて第２のボンドに取り付ける。ワイヤはまた、ダイのボンディングパッドを交差接続するか、または、基板のリードを交差接続するのに使用されてもよい。ダイ、ワイヤおよび基板はその後、パッケージデバイスを形成するために封入される。
【０００３】
ＩＣをより高密度にしながら、なおそれに応じてパッケージデバイスのサイズまたはフットプリントが増大しないようにすることが絶えず必要とされている。ＩＣに対する入力および出力をより多くし、結果としてＩＣダイと基板との間の相互接続を高密度にするという需要もあり、ファインピッチおよびウルトラファインピッチのワイヤボンディングも必要とされている。ボンドワイヤの直径も低減してきている。たとえば、６３μｍピッチの用途では２５μｍ径のワイヤを使用し、一方で、５２μｍおよび４４μｍピッチの用途では２０．３μｍ径のワイヤを使用する。１７μｍ径のワイヤを使用する３７μｍピッチの用途について開発が進んでいる。
【０００４】
そうした相互接続を行うのに使用されるボンドワイヤは、裸銅線、すなわち、被覆されていない銅線等、裸金属線または被覆されていない金属線であり得る。代替的に、ボンドワイヤは、絶縁または被覆金属線から形成されてもよい。
【０００５】
特許文献１には、絶縁ワイヤのワイヤボンディングについて記載されている。
裸銅線は経済的であり、より高価な代替物である金のそれと同様の自己インダクタンスおよび自己キャパシタンス等の電気的特性を呈する。
【０００６】
ワイヤ流れ（スイープ）およびワイヤ短絡（ショート）を低減するには、絶縁または被覆ワイヤも有益である。具体的には、ピッチおよびワイヤ径を低減することによって、取り扱いおよびワイヤボンディングに困難が生じる。たとえば、ワイヤは、他のワイヤ、パッド、リードまたはダイ等、パッケージデバイスの他の導電性構造に対して意図せずして短絡する場合がある。この短絡は、封入工程中に、たとえば、液体成形封入剤の注入または移送によってワイヤが別の導電構造に向かって移動する「流れ」によって生じ得る。より直径の小さいワイヤを使用する部品は、ワイヤ流れ不良が多くなる傾向にある。しかしながら、有機材料によって絶縁またはカバーされた導電性芯から形成されたワイヤは、これらの悪影響を低減するのに有効である。
【０００７】
しかしながら、これらの両タイプのボンドワイヤはまた、従来のワイヤボンディング装置および方法においてはいくつかの欠点をも有する。具体的には、裸銅線の表面は酸化による汚染の影響を受けやすく、結果として、銅ボンドワイヤの表面上に酸化銅が形成されることになる。これらの汚染物、すなわち酸化銅は、ボンド形成ならびに第１のボンドおよび第２のボンドにおける強度に悪影響を与える。たとえば、パッド上不着（ＮＳＯＰ）、リード上不着（ＮＳＯＬ）およびショートテイルの欠陥は、裸銅線の表面酸化汚染に関連する一般的な問題である。従って、裸または被覆されていない銅ボンドワイヤは、これらのタイプの相互接続用途では保存可能期間が比較的短く、具体的には５〜７日間である。
【０００８】
絶縁または被覆線は一般的にそうした汚染を受けにくいが、特に第２のボンド（すなわち、ステッチボンド）について、被覆線を使用するとき、良質のボンドを得ることは困難である。ワイヤとリードとの間のワイヤ絶縁によって良好な接着が妨げられるため、ＮＳＯＬが絶縁ワイヤに関連する一般的な問題である。
【０００９】
この接着の弱さはワイヤピール試験の結果において証明される。ワイヤピール試験においては、第２のボンドに近接したワイヤの下にフックが配置され、吊り上げ力が加えられ、それによって、リード／ポストに対する第２のボンドの接着の強度が試験される。絶縁ファインワイヤおよび絶縁ウルトラファインワイヤは通常、非常に低いワイヤピール強度しか示さない。ピール強度を増大させるために、絶縁ワイヤは一般的に高度のスクラブを受けることになるが、これによって、ボンディング工程のスループットが低減することが多い。
【００１０】
従って、高レベルのスループットも維持しながら、第１のボンドおよび第２のボンドのボンド品質の改善をもたらす、裸線および絶縁ワイヤの両方をワイヤボンディングするための装置および方法を提供することが有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６８５４６３７号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に応じた、さまざまな例示的な構成のワイヤボンディング装置を示す概略図。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に応じた電気接続の拡大側面図。
【図２Ｂ】本発明の第２の実施形態に応じた電気接続の拡大側面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に応じた、ワイヤボンディング装置のワイヤ研磨器の斜視図。
【図４】本発明の第２の実施形態に応じた、例示的な構成のワイヤボンディング装置を示す概略図。
【図５】本発明の第２の実施形態に使用するための絶縁ワイヤの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は例として示されており、添付の図面に示すその実施形態によって限定されない。図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。図面内の要素は簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。特に、特定の垂直寸法は、特定の水平寸法に対して誇張されている。
【００１４】
図面を参照すると、ここで、同じ参照符号はいくつかの図面全体を通じて同じ構成要素を指定するのに使用されているが、図１には、本発明の第１の実施形態に応じたワイヤボンディングシステムまたはワイヤボンディング装置１０が示されている。図４は、本発明の第２の実施形態に応じたワイヤボンディングシステムまたはワイヤボンディング装置１１０を示している。
【００１５】
ワイヤボンディング装置１０、１１０は、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、封入の前に、ボンドワイヤ３０、１３０を用いて第１のデバイス２６を第２のデバイス２８に電気的に接続するのに使用される。第１のデバイス２６は、シリコン基板上に形成されるＩＣ等の半導体ダイであってもよい。第２のデバイス２８も、積層ダイ構成における底部または下部ダイ等の半導体ダイであってもよい。しかしながら、現在好ましい実施形態において、第２のデバイス２８は、キャリア、基板またはリードフレームである。
【００１６】
より詳細には、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、ボンドワイヤ３０、１３０が、第１のデバイス２６の第１のボンディングパッド２６ａを、この場合はリードフレームである第２のデバイス２８の第２のボンディングパッドまたはリードフィンガ２８ａに電気的に接続する。第１のデバイス２６および第２のデバイス２８ならびにそれらのそれぞれのボンディングパッド２６ａ、２８ａは当業者には既知のタイプのものであり、それらの詳細な説明は、本発明の完全な理解には必要ない。
【００１７】
第１のデバイス２６の第１のボンディングパッド２６ａにおけるボンドワイヤ３０、１３０の接続を本明細書においては第１のボンドと称し、第２のデバイス２８の第２のボンディングパッド２８ａにおけるボンドワイヤ３０、１３０の接続を本明細書においては第２のボンドと称する。現在好ましい実施形態において、第１のボンドはボールボンドであり、第２のボンドはステッチボンドである。
「ワイヤボンディング」という用語は、ワイヤを介したチップおよび基板の相互接続を意味するものとして一般に受け入れられている。ワイヤをパッドに接合する最も頻繁に使用される方法は、サーモソニックボンディングまたは超音波ボンディングのいずれかによるものである。超音波ワイヤボンディングは、振動と荷重との組合せを使用してワイヤとボンディングパッドとの間の接触面をこすり、それによって、局所的に温度が上昇して境界にわたる分子の拡散が促進される。サーモソニックボンディングは、振動に加えて熱を使用し、これによって材料の移動がさらに促進される。
【００１８】
ボールボンディングにおいては、キャピラリがワイヤを保持する。ワイヤの一方の終端部上にフリー・エア・ボール（ＦＡＢ）が形成され、キャピラリの表面に押し付けられる。ＦＡＢは、水素炎またはスパークによって形成されてもよい。キャピラリはＦＡＢを第１のボンディングパッドに押し付け、その後、ＦＡＢが第１のボンディングパッドに対して保持されたまま、超音波振動が加えられ、これによって、ワイヤがダイに接着され、従って第１のボンドが形成される。ＦＡＢが第１のボンディングパッドに接着されると、依然としてワイヤを保持しているキャピラリは、第１のボンディングパッドが電気的に接続されることになる第２のボンディングパッドの上へ移動される。ワイヤが第２のボンディングパッドに押し付けられ、ワイヤが第２のボンディングパッドに接着され、従って第２のボンドが形成されるまで、再び超音波エネルギーが加えられる。その後、キャピラリはボンドから離昇し、ワイヤから自由になる。ステッチボンディングおよびボールボンディングは両方とも、当業者には既知である。
【００１９】
図１に示す第１の好ましい実施形態において、ワイヤボンディング装置１０は、ボンドワイヤ給送器としてのボンドワイヤフィーダ１２、より詳細にはボンドワイヤ３０のスプール１２と、エアガイド１４と、ワイヤテンショナー１６と、ワイヤクランプ１８と、電気トーチ（ＥＦＯ）デバイス２０と、ワイヤボンディングツール２２とを含む。エアガイド１４は、ワイヤのワイヤボンディングツール２２への円滑でかつ連続した給送を確実にするために設けられる。テンショナー１６は、ワイヤボンドサイクルの所定の時間枠の間に一定した所定量の張力をボンドワイヤ３０に供給することができる。ワイヤクランプ１８はボンドワイヤ３０を解放可能に把持することができ、ボンドワイヤ３０をワイヤボンディングツール２２を通じて給送し、かつ／または、第２のボンド（たとえば、ステッチボンド）が行われた後にワイヤボンディングツール２２をボンドワイヤ３０から自由にするために、ワイヤボンディングツール２２とともに、またはワイヤボンディングツール２２から独立して動くように構成されてもよい。
【００２０】
ボンドワイヤ３０は、ワイヤボンディングツール２２を通じて除去可能に挿入されてもよく、それによって、ＥＦＯデバイス２０によってボンドワイヤ３０の終端部に形成されたボール（すなわち、フリー・エア・ボール）がワイヤボンディングツール２２から突出する。具体的には、ＥＦＯデバイス２０は、ボンドワイヤ３０の終端部に対してスパークを生成してそうしたＦＡＢを形成する。ＦＡＢが形成された後、上述のボールボンディングおよびステッチボンディング工程が実行される。
【００２１】
本発明は、図１に示すワイヤボンディング装置１０の特定の構成には限定されないことは理解されよう。すなわち、上記のワイヤボンディング装置の構成要素（すなわち、エアガイド１４、テンショナー１６、クランプ１８およびワイヤボンディングツール２２）のうちのいくつかまたはすべてを有するさまざまな他の構成が、図１に示すものと異なる順序で設けられてもよい。
【００２２】
図１に示すワイヤボンディング装置１０は、銅、銅合金、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの裸線等の裸または被覆されていない金属線から形成されるボンドワイヤ３０とともに使用するために特に構成されている。現在好ましい実施形態において、ボンドワイヤ３０は裸または被覆されていない銅線である。
【００２３】
ワイヤボンディング装置１０は、ワイヤ洗浄デバイスまたは研磨器２４をさらに含む。ワイヤ研磨器２４は、好ましくはワイヤボンディング装置１０から取り外し可能であり、ボンドワイヤ３０がワイヤボンディングツール２２に入る前にボンドワイヤ３０の表面上に存在する酸化銅等の汚染物を選択的に除去するためにワイヤスプール１２とワイヤボンディングツール２２との間の任意の位置においてワイヤボンディング経路内に動作可能に配置されてもよい。
【００２４】
たとえば、図１に示す例示的な構成において、ワイヤ研磨器２４はテンショナー１６の上に、より詳細にはエアガイド１４とテンショナー１６との間に位置する。図１に破線で示す代替の例示的な構成において、ワイヤ研磨器２４はテンショナー１６の下に、より詳細にはテンショナー１６とワイヤクランプ１８との間に位置する。図１に破線で示すもう１つの代替の例示的な構成において、ワイヤ研磨器２４はワイヤクランプ１８の下に、より詳細にはワイヤクランプ１８とワイヤボンディングツール２２との間に位置する。
【００２５】
ワイヤ研磨器２４は好ましくは機械研磨器である。より詳細には、図１に示す第１の実施形態において、ワイヤ研磨器２４はマイクロ研磨器である。
ワイヤボンディング装置１０は好ましくは、（実線図１に示すように）マイクロ研磨器２４内に組み込まれているか、または（図１において破線で示すように）ワイヤボンディング経路内でその直後に位置するかのいずれかである、ワイヤボンディング装置１０から除去された汚染物の粒子を排出する真空デバイス３２をも含む。より詳細には、例示的な実施形態において、真空デバイス３２は好ましくは、マイクロ研磨器２４によって研磨されているときにボンドワイヤ３０に超音波振動を与える真空超音波振動器３２であるか、またはマイクロ研磨器の直後にあって、ワイヤボンディング装置１０から解放された任意の残渣汚染物粒子を排出または除去するためにほぼ同時に真空を引き込む。
【００２６】
マイクロ研磨器２４は任意の適切な構成および構造を有することができ、ボンドワイヤ３０から汚染物を除去するためにボンドワイヤ３０の周囲をほぼまたは完全に包囲していさえすればよい。
【００２７】
マイクロ研磨器２４の例示的な実施形態の拡大図が図３に示されている。マイクロ研磨器２４は好ましくは、概して円筒形の構成で、ボンドワイヤ３０に接するように構成されている第１の面である内面２４ａと、第１の面とは反対の第２の面である外面２４ｂとを有する。そうした例示的な実施形態において、マイクロ研磨器２４の内面２４ａおよび外面２４ｂは、概して管状の側壁３４を形成する。マイクロ研磨器２４は第１の開端部３６と、第１の開端部３６とは反対の第２の開端部３８と、ボンドワイヤ３０を受け入れるためにそれらの間に形成された円筒空洞４０とをさらに含む。円筒空洞４０の直径（すなわち、マイクロ研磨器２４の内径）は好ましくは、それを通じて受け入れられるボンドワイヤ３０の外径よりもわずかにのみ大きく、それによって、ボンドワイヤ３０がマイクロ研磨器２４の空洞４０を通過するときに、ボンドワイヤの微細研磨を首尾良く達成することができる。
【００２８】
より詳細には、例示的な実施形態において、マイクロ研磨器２４の少なくとも内面２４ａ、すなわち、接触面または研磨面は、好ましくは、セラミック、ダイヤモンド砥粒、シリカ、カーバイドおよび類似の磨損性を有する同様の材料等の研磨材から形成される。好ましくは、マイクロ研磨器２４の内面２４ａの材料は、ワイヤ３０に損傷を与えることなく、ボンドワイヤ３０の表面から汚染物を除去するのに十分に磨損性である。また、マイクロ研磨器２４を通過した後、ボンドワイヤ３０の表面は好ましくは汚染物がないだけでなく、概して滑らかな仕上がりに研磨もされている。
【００２９】
図１および図３に示す例示的な実施形態においてマイクロ研磨器２４は、マイクロ研磨器２４の内面２４ａが表面汚染物の除去のためにボンドワイヤ３０と接している第１の収縮位置から、マイクロ研磨器２４の内面２４ａがボンドワイヤ３０と接していない第２の拡張位置へと、およびその逆に移動可能である。そのため、例示的な実施形態において、マイクロ研磨器２４の内径は選択的に変化することができる。また、例示的な実施形態のマイクロ研磨器２４は、ボンドワイヤ３０の他の部分は変化しないまたは影響されないままにして、ボンドワイヤ３０の選択部分のみを研磨し、そこから汚染物を除去するために、選択的に収縮および拡張されることができる。
【００３０】
例示的な好ましい実施形態において、マイクロ研磨器２４はワイヤボンディング工程全体を通じて拡張位置にあるままで、ボンドワイヤ３０の第１のボンドを形成するのに使用されることになる部分がそこを通過するときにのみ収縮位置に移行するように構成されている。例示的な実施形態において、マイクロ研磨器２４は、ボンドワイヤ３０の第２のボンドを形成するのに使用されることになる部分がそこを通過するときにも収縮位置に移行する。
【００３１】
より詳細には、マイクロ研磨器２４は好ましくは、各相互接続の形成に必要なボンドワイヤ３０の長さを計算し、計算された長さに沿った、ボンドワイヤ３０の第１のボンドおよび第２のボンドを形成するのに使用されることになる部分を特定し、マイクロ研磨器２４に、特定された部分が当該研磨器を通過するときに拡張位置から収縮位置へと移動するように指示するようにプログラムまたは構成されているプロセッサ（図示せず）と動作可能に通信している。
【００３２】
図３に示す例示的な実施形態において、マイクロ研磨器２４は好ましくは、第１の開端部３６から第２の開端部３８へと伸張する縦スリット４２を含む。そのため、マイクロ研磨器２４は容易に、（スリット４２を介して）拡張され、洗浄および他のメンテナンスのためにワイヤボンディング装置１０から取り外すことができる。
【００３３】
本発明は、ワイヤボンディング装置１０を使用して第１のデバイス２６を第２のデバイス２８に電気的に接続する方法にも関する。方法は、ワイヤ３０がボンディングツール２２を通じて伸長するまで、ワイヤボンディング装置１０を通じてボンドワイヤ３０を給送するステップを含む。ボンドワイヤ３０がワイヤボンディング装置１０を通過するとき、ボンドワイヤ３０の外面の少なくとも第１の部分が表面汚染物を除去するために微細研磨される。第１の部分は、ボンドワイヤ３０の、第１のボンドを形成するのに使用されることになるとプロセッサが判断した部分に対応する。しかしながら、好ましくは、マイクロ研磨器２４は、ボンドワイヤ３０の、第２のボンドを形成するのに使用されることになるとプロセッサが判断した第２の部分からも汚染物を除去する。
【００３４】
ボンドワイヤの洗浄された第１の部分はその後、水素炎またはスパークによってボールを形成するのに使用される。ボールは、ボンディングツール２２によって第１のデバイス２６の第１のボンディングパッド２６ａに押し付けられる。次に、ボンドワイヤ３０および第１のデバイス２６を電気的に接続する第１のボンド（すなわち、ボールボンド）を形成するために熱圧着、サーモソニックまたは超音波ワイヤボンディングが実行される。
【００３５】
その後、ボンディングツール２２によってワイヤ３０の第２の洗浄された部分を第２のデバイス２８の第２のボンディングパッド２８ａに押し付け、第２のボンド（すなわち、ステッチボンド）を形成するために、ボンドワイヤ３０の洗浄された第２の部分を第２のデバイス２８の第２のボンディングパッド２８ａに接着するために熱圧着、サーモソニックまたは超音波ワイヤボンディングを実行することによって、第２のボンドが同様に作成される。第２のボンドを形成するのにフリー・エア・ボールは必要ない。第１のデバイス２６および第２のデバイス２８は、それによって互いに電気的に接続される。その後、ボンディングツール２２が第２のボンディングパッド２８ａから離昇し、それによってボンドにおいてワイヤ３０が切断される。
【００３６】
このように、本発明に応じて、ボンドワイヤ３０の、フリー・エア・ボール形成ならびに第１のボンドおよび第２のボンドに使用される部分が研磨または洗浄され、これは、それらの表面に汚染物が実質的にまたは完全になくなることを意味する。その結果、ＮＳＯＰおよびＮＳＯＬに起因する部品の不良がほぼなくなる。また、ショートテイル欠陥も実質的にまたは完全に防止される。ワイヤボンディング装置１０は、酸化しはじめたワイヤでさえもなお利用することができるため、ボンドワイヤ３０の保存可能期間をも増大させる。
【００３７】
図４は、本発明に応じたワイヤボンディングシステムまたはワイヤボンディング装置１１０の第２の実施形態を示している。第２の実施形態は、上述した第１の実施形態に類似である。同様の要素には同様の参照符号が使用されているが、第２の実施形態には１００番台の参照符号が使用されている。従って、第２の実施形態の完全な説明は省かれており、差異のみが説明される。
【００３８】
ワイヤボンディング装置１１０は、絶縁または被覆ボンドワイヤ１３０とともに使用するために特に構成されている。例示的な絶縁ワイヤ１３０の断面図が図５に示されている。図５を参照すると、絶縁ボンドワイヤ１３０は、有機被膜等の電気絶縁材料の層１４６によって周囲を被覆されている導電性金属芯（コア）１４４を備える。絶縁ワイヤ１３０は、ファインピッチおよびウルトラファインピッチのワイヤボンディングに適している。絶縁材料層１４６が、絶縁ワイヤ１３０が他のワイヤまたは他の導電性構造に対して短絡するのを防止する。
【００３９】
概して、金およびアルミニウムが、ボンドワイヤ１３０の導電性芯１４４を作成するのに最も一般的に使用される元素である。金およびアルミニウムは両方とも強靭で延性があり、ほとんどの環境において同様の耐性を有する。金線は時として、安定化させるためにベリリウム、カルシウム等のドーパントをドープされる。小径アルミニウム線は、その破断荷重および伸長パラメータを改善するために多くの場合シリコンをドープされ、時としてマグネシウムをドープされる。金およびアルミニウムに加えて、銅、パラジウム合金、白金および銀のボンドワイヤも、絶縁または被覆ボンドワイヤの導電性芯を作成するのに既知である。
【００４０】
当業者には既知であるように、さまざまなサイズのワイヤがダイを基板に接続するのに利用可能であり、ワイヤサイズは、とりわけパッドピッチに基づいて選択される。本発明の第２の実施形態の絶縁ワイヤ１３０は約１５μｍ〜約５５μｍの直径を有するが、他の直径のボンドワイヤが使用されてもよく、本発明は特定のボンドワイヤ径に限定されるべきではない。好ましい実施形態において、絶縁ワイヤ１３０は、約２５μｍ未満の直径を有する。絶縁性被膜１４６は好ましくは、フリー・エア・ボール形成中に熱分解することができる約０．１μｍ〜約２．０μｍの厚さを有する有機絶縁性被膜である。さらに、絶縁ワイヤ１３０は好ましくは、約１８０℃〜約３５０℃の融点（Ｔｇ）を有する。
【００４１】
図４に示す本発明の実施形態において、ワイヤ研磨器２４の代わりに、ワイヤストリッパ１２４がワイヤボンディング装置１１０に設けられている。
ワイヤストリッパ１２４は、絶縁ワイヤ１３０がワイヤボンディングツール１２２に入る前に、絶縁ワイヤ１３０の部分から絶縁体または被膜１４６を選択的に除去し、下方にある導電性芯１４４を露出させるために、ワイヤボンディング経路内で絶縁ワイヤ１３０のスプール１１２とワイヤボンディングツール１２２との間の位置に配置されてもよい。
【００４２】
ワイヤボンディング装置１０は好ましくは、（実線図４に示すように）ワイヤストリッパ１２４内に組み込まれているか、または（図４において点線で示すように）ワイヤボンディング経路内でその直後に位置するかのいずれかである、真空デバイス１３２をも含む。例示的な実施形態において、真空デバイス１３２は、剥がされた絶縁材料をワイヤボンディング装置１１０から排出または吸引するために真空を引き込む。
【００４３】
ワイヤストリッパ１２４は、ワイヤスプール１１２とワイヤボンディングツール１２２との間の任意の場所に動作可能に配置されてもよいことは理解されよう。たとえば、図４に示す例示的な実施形態において、ワイヤストリッパ１２４はテンショナー１１６の下に、より詳細にはテンショナー１１６とワイヤクランプ１１８との間に位置する。
【００４４】
ワイヤストリッパ１２４は好ましくは機械的ストリッパである。ワイヤストリッパ１２４は、絶縁ワイヤ１３０の導電性芯１４４から絶縁被膜１４６を除去することが可能な任意の機械的ストリッパであってもよいことは理解されよう。例示的な実施形態において、ワイヤストリッパ１２４は好ましくは、導電性芯１４４を包囲する絶縁体１４６の少なくとも一部分を切断または切り抜く１つ以上の切断または剥離刃（図示せず）を含むマイクロクリッパである。別の例示的な実施形態において、ワイヤストリッパ１２４は、ボンドワイヤ絶縁体１４６を導電性芯１４４から引き離すように構成されている研磨接触面（図示せず）を有するスクラバである。
【００４５】
図４に示す例示的な実施形態において、ワイヤストリッパ１２４は絶縁ワイヤ１３０の選択部分のみから絶縁材料１４６を除去し、一方で、絶縁ワイヤ１３０の他の部分は影響されないままにする。より詳細には、ワイヤストリッパ１２４は、絶縁ワイヤ１３０の剥離された部分において導電性金属芯１４４の少なくとも一部分、より好ましくは導電性金属芯１４４の全体が露出されるように、絶縁ワイヤ１３０の選択部分において導電性芯１４４を包囲する絶縁材料１４６のいくらか、好ましくはすべてを除去する。
【００４６】
好ましくは、絶縁材料１４６はボンドワイヤ１３０の、第２のボンドを形成するのに使用される部分から除去される。より好ましくは、絶縁材料１４６はボンドワイヤ１３０の、第１のボンドおよび第２のボンドの両方を形成するのに使用される部分から除去される。
【００４７】
例示的な実施形態において、ワイヤストリッパ１２４は好ましくは、各相互接続を形成するのに必要な絶縁ワイヤ１３０の長さを計算し、計算された長さに沿った絶縁ワイヤ１３０のいずれの部分が第２のボンドを形成するのに使用されることになるかを特定するように構成されているプロセッサ（図示せず）と動作可能に通信している。プロセッサはまた、ワイヤストリッパ１２４の、特定された部分のみの絶縁材料１４６を除去し、導電性芯１４４を少なくとも部分的に露出させる動作を指示するようにも構成されている。従って、後続のワイヤボンディング工程の間、絶縁ワイヤ１３０の導電性金属芯１４４の少なくとも一部分は、第２のボンドを形成するために第２のデバイス２８の第２のボンディングパッド２８ａに接する。
【００４８】
好ましくは、プロセッサはまた、絶縁ワイヤ１３０の、第１のボンドを形成するのに使用されることになる部分をも特定し、ワイヤストリッパ１２４に、絶縁ワイヤ１３０のそうした部分からも絶縁材料１４６を除去するように指示する。従って、後続のワイヤボンディング工程の間、第１のボンドに裸金属からフリー・エア・ボールが形成され、絶縁ワイヤ１３０の導電性金属芯の少なくとも一部分が第１のボンドを形成するために第１のボンディングパッド２６ａに接する。
【００４９】
任意選択の実施形態において、ワイヤ剥離デバイス１２４は、デバイス１２４が絶縁体を切断または引き離す効率を増大させるために、局所熱源（図示せず）によって加熱されてもよい。
【００５０】
本発明は、ワイヤボンディング装置１１０を使用して第１のデバイス２６を第２のデバイス２８に電気的に接続する方法にも関する。方法は、絶縁ワイヤ１３０がボンディングツール１２２を通じて伸長するまで、ワイヤボンディング装置１１０を通じて絶縁ワイヤ１３０を給送するステップを含む。絶縁ワイヤ１３０がワイヤボンディング装置１１０を通過するとき、プロセッサは、絶縁ワイヤ１３０のいずれの部分が第１のボンドを形成するのに使用されることになるか、および、いずれの部分が第２のボンドを形成するのに使用されることになるかを特定する。その後、ワイヤストリッパ１２４が絶縁ワイヤ１３０の、少なくとも第２のボンドを形成するのに使用されることになる部分から絶縁材料１４６を剥離または除去し、それによって、下方にある導電性金属芯１４４の少なくとも一部分が露出される。しかしながら、より好ましくは、ワイヤストリッパ１２４は絶縁ワイヤ１３０の、第１のボンドのフリー・エア・ボールを形成するのに使用されることになる部分からも絶縁材料１４６を剥離または除去し、それによって、下方にある導電性金属芯１４４の少なくとも一部分が露出される。
【００５１】
その後、絶縁ワイヤ１３０の一方の終端部に水素炎またはスパークによってボールを形成し、それをボンディングツール１２２によって第１のデバイス２６の第１のボンディングパッド２６ａに押し付けることによって第１のボンド（たとえば、ボールボンド）が形成される。次に、絶縁ワイヤ１３０を第１のデバイス２６の第１のボンディングパッド２６ａに接着させるために熱圧着、サーモソニックまたは超音波ワイヤボンディングが実行される。より好ましくは、ボールは絶縁ワイヤ１３０の剥離された部分から形成され、それによって、剥離された部分の露出した金属芯１４６が第１のボンディングパッド２６ａにワイヤボンディングされる。絶縁ワイヤ１３０および第１のデバイス２６はこのように電気的に接続される。  その後、ボンディングツール１２２によってワイヤ１３０の剥離された部分を第２のデバイス２８の第２のボンディングパッド２８ａに押し付け、ワイヤ１３０の剥離された部分の露出した金属芯１４６を第２のボンディングパッド２８ａに接着するために熱圧着、サーモソニックまたは超音波ワイヤボンディングを実行することによって、第２のボンド（たとえば、ステッチボンド）が形成される。第１のデバイス２６および第２のデバイス２８は、それによって互いに電気的に接続される。その後、ボンディングツール１２２がボンディングパッド２８ａから離昇し、それによってボンドにおいてワイヤ１３０が切断される。
【００５２】
本発明は、以下の利点、すなわち、（ａ）第２のボンディングパッドにおいてＮＳＯＬに起因する部品の不良がほぼなくなること、（ｂ）ワイヤ引っ張り／ワイヤ引き剥がし強度が増大することによって第２のボンドにおける絶縁ワイヤの接着性が増強されること、（ｃ）機械的ストリッパを含むことを除いて、ワイヤボンディング経路内に新たなまたは変更されたワイヤボンディング機器が必要とされないこと、（ｄ）成形におけるワイヤ短絡不良が低減していること、（ｅ）非常に微細なフィラーを有する高価な成形コンパウンドが必要ないこと、（ｆ）微細な被覆ワイヤを使用することによってクロスボンディングが可能になること、（ｇ）パッド／ダイ設計規則が周辺パッドのみに制約される必要がないこと、および（ｈ）電気的オープンショート不良が低減することをもたらすことが分かっている。
【００５３】
本発明の好ましい実施形態の記載は例示および説明を目的として提示されており、網羅的であること、または本発明を開示されている形式に限定することは意図されていない。その広範な発明概念から逸脱することなく、上記に記載の実施形態に変更を行うことができることが、当業者には諒解されよう。本発明は、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、テープ・ボール・グリッド・アレイ（ＴＢＧＡ）、プラスチック・ボール・グリッド・アレイ（ＰＢＧＡ）、クワッド・フラット・ノーリード（ＱＦＮ）、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモールアウトライン集積回路（ＳＯＩＣ）、およびチップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）を含むが、これらには限定されないすべてのワイヤ・ボンド・パッケージ・タイプに適用可能である。加えて、被覆されていないまたは被覆／絶縁されたワイヤは、パッケージＩＣ内の他のタイプの導電性構造を接続するのにも使用されてもよい。
【００５４】
上記の明細書において、本発明が本発明の実施形態の具体例を参照して説明された。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、そこにさまざまな修正および変更を行うことができることは明らかであろう。
【００５５】
本明細書および特許請求の範囲における「正面（ｆｒｏｎｔ）」、「裏（ｂａｃｋ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」などの用語は、存在する場合、説明を目的として使用されており、必ずしも永久的な相対位置を記述するために使用されてはいない。このように使用される用語は、本明細書に記載されている本発明の実施形態がたとえば、本明細書において例示または他の様態で記載されている以外の方向で動作することが可能であるように、適切な状況下で置き換え可能であることが理解される。
【００５６】
特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という文言は、特許請求項内にリストされているもの以外の要素またはステップの存在を除外するものではない。さらに、本明細書において使用される場合、「１つ（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」という用語は、１つまたは２つ以上として定義される。さらに、特許請求の範囲における「少なくとも１つの」および「１つ以上」のような前置きの語句の使用は、不定冠詞「１つの（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」による別の請求項要素の導入が、このように導入された請求項要素を含む任意の特定の請求項を、たとえ同じ請求項が前置きの語句「１つ以上」または「少なくとも１つの」および「１つの（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」のような不定冠詞を含む場合であっても、１つだけのこのような要素を含む発明に限定することを暗示するように解釈されるべきではない。同じことが、定冠詞の使用についても当てはまる。別途記載されない限り、「第１の」および「第２の」のような用語は、そのような用語が説明する要素間で適宜区別するように使用される。従って、これらの用語は必ずしも、このような要素の時間的なまたは他の優先順位付けを示すようには意図されていない。特定の手段が相互に異なる特許請求項において記載されているという事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないということを示すものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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