(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に互いに離間する光入射面と光出射面とを有するボンディングウエッジを用意する工程と、
上記光出射面と接合対象とでワイヤを挟んだ状態で、上記光出射面を経由してレーザを上記ワイヤに照射することにより、上記ワイヤおよび上記接合対象を接合する工程と、を備えるとともに、
上記接合する工程においては、波長が０．２５μｍ以上０．５５μｍ以下のレーザを上記光入射面に照射し、
上記光出射面は、断面が上記第１方向と直角である方向に延びる円弧凹溝状であり、
上記ボンディングウエッジは、上記光入射面から上記光出射面に向かうほど、上記第１方向に直交する面による断面の面積が小さくなる形状であるテーパ部と、当該テーパ部の少なくとも一部と上記光出射面との間に介在する１以上の平坦面とを含み、
上記平坦面と上記第１方向とがなす角度は、上記テーパ部の上記平坦面と繋がる部分の表面が上記第１方向となす角度よりも大であり、
上記接合する工程においては、上記ワイヤとして断面形状が円形状のものを用いる、ワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項２】
上記ボンディングウエッジは、上記光出射面の上記第１方向に対して直角である第２方向両端に繋がる一対の上記平坦面を含む、請求項１に記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項３】
上記ボンディングウエッジは、上記光出射面の上記第１方向および上記第２方向のいずれに対しても直角である第３方向両端に繋がる一対の上記平坦面を含む、請求項２に記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項４】
上記光入射面は、平滑面である、請求項１ないし３のいずれかに記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項５】
上記ボンディングウエッジは、上記テーパ部よりも上記光出射面から遠い側に配置された円柱部を含む、請求項１ないし４のいずれかに記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項６】
上記接合する工程の前に、上記テーパ部に沿って上記ワイヤを送ることにより、上記ワイヤを上記光出射面に正対する位置まで導く工程を更に備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項７】
上記ボンディングウエッジは、光路全体がサファイアよりなる、請求項１ないし６のいずれかに記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【請求項８】
上記ワイヤは、材料として銅を含む、請求項１ないし７のいずれかに記載のワイヤボンディング構造の製造方法。
【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構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から様々な電子機器が用いられている。電子機器においては、互いに離間した接合対象（たとえば電極パッド）どうしを導通させるためにワイヤが用いられている。ワイヤは各接合対象にボンディングされる。ワイヤを接合対象にボンディングする方法としては、ボールボンディング方法や、ウエッジボンディング方法などがある。
【０００３】
ボールボンディング方法では、ボンディングキャピラリの内部にワイヤを通し、ワイヤの先端に溶融ボールを形成する。そして、溶融ボールを接合対象に押し付けつつ超音波振動を付加することにより、ワイヤを接合対象に接合する。ボールボンディング方法においては、溶融ボールを形成するべく高温にする。ワイヤがたとえば銅よりなる場合、高温の溶融ボールの表面が酸化し、溶融ボールに酸化膜が形成されるおそれがある。溶融ボールに酸化膜が形成されると溶融ボールの球形状が安定しにくいといった不具合や、当該酸化膜が溶融ボールと接合対象との接合を妨げるおそれがあるといった不具合が生じうる。これらの不具合を防止するためには溶融ボールにおける酸化膜の形成を防止すればよい。そこで、従来から、溶融ボールにおける酸化膜の形成を防止するために、ワイヤのボンディングを、還元ガス（窒素や水素など）が高い濃度で充満した還元雰囲気において行っている。しかしながら、還元雰囲気を維持するには、還元ガスをワイヤの先端の近傍に供給しつづけなければならず、困難が伴う。
【０００４】
上述のボールボンディング方法において、ワイヤを接合対象に接合する際には、超音波振動を溶融ボールおよび接合対象に付加する。この際、超音波振動は、接合対象や、接合対象が積層された半導体素子等に損傷を与えるおそれがある。また、ワイヤを接合対象に接合する際には、接合対象の下部にヒータを配置する必要がある。接合対象の下部にヒータを配置することは、接合対象の位置精度の維持を困難にする。
【０００５】
一方、ウエッジボンディング方法では、ワイヤの先端をボンディングウエッジと接合対象とで挟みこみつつ超音波振動をワイヤに付加することにより、ワイヤを接合対象に接合する。このようなウエッジボンディング方法においては溶融ボールを形成しない。そのため、溶融ボールの表面に酸化膜が形成されることに起因する上述の不具合を回避できる。しかしながら、ウエッジボンディング方法においても、超音波振動を用いることに起因する上述の不具合や、接合対象の下部にヒータを配置することに起因する上述の不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
特許文献１には、ワイヤを接合対象に接合するためにレーザを用いる方法が記載されている。ワイヤと接合対象との接合にレーザを用いると、溶融ボールを形成する必要がなく、超音波振動をワイヤ等に付加する必要もなく、接合対象の下部にヒータを配置する必要もない。そのため同文献に記載の方法によると上述のボールボンディング方法やウエッジボンディング方法を用いた際に生じうる不具合を回避できる。
【０００７】
しかしながら、同文献に記載の方法においては、レーザ照射ユニットはワイヤからある程度離間した位置に配置される。そのため、レーザ照射ユニットから照射されたレーザは、ワイヤに到達するまでに、レーザ照射ユニットとワイヤとの間の空間を通過する。レーザ照射ユニットとワイヤとの間の空間中を、レーザ照射ユニットからワイヤにレーザが向かう際、レーザは多少拡散するおそれがある。そのため、同文献の方法では、ワイヤにおける所望の部位にレーザを確実に照射することが困難である。ワイヤにおける所望の部位に確実にレーザを照射することができないと、レーザのエネルギをワイヤと接合対象との接合に十分に用いることができずにレーザのエネルギを無駄にするおそれや、ワイヤと接合対象とを強固に接合できないおそれがある。更には、レーザを照射してはならない箇所へのレーザの照射を許容してしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−６６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、無駄になるレーザのエネルギを少なくしつつ、レーザを照射してはならない箇所へレーザを照射することを回避でき、ワイヤと接合対象とをより強固に接合することができるワイヤボンディング構造の製造方法を提供することをその主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面によると、第１方向に互いに離間する光入射面と光出射面とを有するボンディングウエッジを用意する工程と、上記光出射面と接合対象とでワイヤを挟んだ状態で、上記光出射面を経由してレーザを上記ワイヤに照射することにより、上記ワイヤおよび上記接合対象を接合する工程と、を備える、ワイヤボンディング構造の製造方法が提供される。
【００１１】
好ましくは、上記光出射面は、平滑面である。
【００１２】
好ましくは、上記光入射面は、平滑面である。
【００１３】
好ましくは、上記ボンディングウエッジは、テーパ部を含み、上記テーパ部は、上記光入射面から上記光出射面に向かうほど、上記第１方向に直交する面による断面の面積が小さくなる形状である。
【００１４】
好ましくは、上記ボンディングウエッジは、上記テーパ部よりも上記光出射面から遠い側に配置された円柱部を含む。
【００１５】
好ましくは、上記接合する工程の前に、上記テーパ部に沿って上記ワイヤを送ることにより、上記ワイヤを上記光出射面に正対する位置まで導く工程を更に備える。
【００１６】
好ましくは、上記ボンディングウエッジは、光路全体がサファイアよりなる。
【００１７】
好ましくは、上記ワイヤは、材料として銅を含む。
【００１８】
好ましくは、上記接合する工程においては、吸収率が銅において高くサファイアにおいて低い、波長が０．２５〜０．５５μｍのレーザを上記光入射面に照射する。
【００１９】
好ましくは、上記光出射面は、断面が円弧状であり、上記接合する工程においては、上記ワイヤとして断面形状が円形状のものを用いる。
【００２０】
好ましくは、上記光出射面は、平坦であり、上記接合する工程においては、上記ワイヤとして断面形状が長方形状のものを用いる。
【００２１】
本発明の第２の側面によると、光入射面と、上記光入射面に対し第１方向に離間し、且つ、ワイヤを押し付けるための光出射面と、上記光入射面から上記光出射面に向かうほど、上記第１方向に直交する面による断面の面積が小さくなる形状のテーパ部と、を備える、ボンディングウエッジが提供される。
【００２２】
好ましくは、上記光出射面は、平滑面である。
【００２３】
好ましくは、上記光入射面は、平滑面である。
【００２４】
好ましくは、上記テーパ部よりも上記光出射面から遠い側に配置された円柱部を更に備える、ボンディングウエッジが提供される。
【００２５】
好ましくは、上記光出射面は、断面が円弧状である。
【００２６】
好ましくは、上記光出射面は、平坦である。
【００２７】
好ましくは、ボンディングウエッジの光路全体がサファイアよりなる。
【００２８】
本発明の第３の側面によると、本発明の第２の側面によって提供されるボンディングウエッジと、レーザを照射するレーザ照射装置と、を備え、上記光入射面には、上記レーザ照射装置によって照射されたレーザが入射する、ワイヤボンディング装置が提供される。
【００２９】
好ましくは、上記ワイヤを上記光出射面に正対する位置に送り出すワイヤガイドを更に備える。
【００３０】
本発明の第４の側面によると、第１面を有する第１接合対象と、第２接合対象と、第１ボンディング部、第２ボンディング部、並びに、上記第１ボンディング部および上記第２ボンディング部をつなぐ橋絡部、を含むワイヤと、を備え、上記第１ボンディング部は、上記第１面が向く方向と同一方向を向く平滑面を有し、且つ、上記第１接合対象における上記第１面の側において上記第１接合対象に接合され、上記第２ボンディング部は、上記第２接合対象に接合されている、ワイヤボンディング構造が提供される。
【００３１】
好ましくは、上記第１面は、上記第１面と垂直である方向視において上記ワイヤと重ならない領域が全て、平坦となっている。
【００３２】
好ましくは、上記ワイヤは、材料として銅を含む。
【００３３】
好ましくは、上記第１ボンディング部には、上記平滑面を底面とする凹部が形成されている。
【００３４】
好ましくは、上記橋絡部は、断面形状が円形状であり、上記平滑面は、上記第１面に垂直である面による断面形状が円弧状である。
【００３５】
好ましくは、上記橋絡部は、断面形状が長方形状であり、上記平滑面は、平坦である。
【００３６】
本発明の第５の側面によると、本発明の第４の側面によって提供されるワイヤボンディング構造と、上記第１接合対象が積層された半導体素子と、を備え、上記第１接合対象は、電極パッドである、半導体装置が提供される。
【００３７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるワイヤボンディング装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるワイヤボンディング装置の部分拡大断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１に示したワイヤボンディング装置の部分拡大平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるボンディングウエッジの斜視図である。
【図６】図２に示したワイヤボンディング装置におけるボンディングウエッジを示す部分拡大断面図である。
【図７】図３に示したワイヤボンディング装置におけるボンディングウエッジを示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかるワイヤボンディング装置を用いたボンディング方法の一工程を示す図である。
【図９】図８に続く一工程を示す図である。
【図１０】図９に続く一工程を示す図である。
【図１１】ボンディングウエッジと第１接合対象とにワイヤが挟まれた状態を示す部分拡大断面図である。
【図１２】図１０に続く一工程を示す図である。
【図１３】図１２に続く一工程を示す図である。
【図１４】図１３に続く一工程を示す図である。
【図１５】銅、サファイア、アルミニウムの各々のレーザの吸収率について示すグラフである。
【図１６】銅、アルミニウムの各々のレーザの反射率について示すグラフである。
【図１７】本発明の第１実施形態にかかるワイヤボンディング構造の部分拡大平面図である。
【図１８】図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１９】図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う断面図である。
【図２０】図１７のＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図である。
【図２１】本発明の第２実施形態にかかるワイヤボンディング装置におけるボンディングウエッジを示す部分拡大断面図である。
【図２２】本発明の第２実施形態にかかるワイヤボンディング構造の部分拡大平面図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図２４】図２２のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図２５】図２２のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００４０】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態にかかるワイヤボンディング装置の概略図である。
【００４１】
同図に示すワイヤボンディング装置８０１は、ボンディングウエッジ１と、フィーダ２と、ワイヤガイド３と、レーザ照射装置４１と、光伝達部４２と、移動機構４３と、を備える。ワイヤボンディング装置８０１は、ワイヤ６’を接合対象にボンディングするために用いられる。
【００４２】
ボンディングウエッジ１は、ワイヤ６’を接合対象に押し付けつつ、ワイヤ６’に対し効率よくレーザを照射するものである。ボンディングウエッジ１は、ある波長域のレーザを透過させやすい材料よりなる。本実施形態においてボンディングウエッジ１は、光路全体がサファイアよりなる。
【００４３】
図２は、本実施形態にかかるワイヤボンディング装置の部分拡大断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図１に示したワイヤボンディング装置の部分拡大平面図である。図５は、本実施形態にかかるボンディングウエッジの斜視図である。図６は、図２に示したワイヤボンディング装置におけるボンディングウエッジを示す部分拡大断面図である。図７は、図３に示したワイヤボンディング装置におけるボンディングウエッジを示す部分拡大断面図である。
【００４４】
図１〜図７に示すボンディングウエッジ１は、円柱部１１と、テーパ部１２と、先端部１３と、を含む。
【００４５】
円柱部１１は、方向Ｚに垂直な面による断面形状が円形である。円柱部１１は、方向Ｚに沿って延びる円柱状である。円柱部１１は側面１１１および光入射面１１２を有する。側面１１１は、方向Ｚに垂直な面による断面形状が円形である。側面１１１は平滑面となっている。光入射面１１２は、方向Ｚのうちの一方（たとえば図２では上方向）を向いている。光入射面１１２は、レーザをボンディングウエッジ１に入射させるための面である。本実施形態では、光入射面１１２はサファイアによって構成されている。光入射面１１２は平滑面である。具体的には、光入射面１１２の中心線平均粗さＲａは、たとえば、０．２ａ〜０．０２５ａであることが好ましい。本実施形態において光入射面１１２は平坦である。
【００４６】
テーパ部１２は円柱部１１につながっている。テーパ部１２は、光入射面１１２から後述の光出射面１３１に向かうほど、方向Ｚに垂直な面による断面の面積が小さくなる形状である。テーパ部１２は、方向Ｚに対し傾斜しているテーパ面１２１を有する。テーパ面１２１は平滑面となっている。
【００４７】
先端部１３は方向Ｚにおけるボンディングウエッジ１の先端に位置する。先端部１３は、ワイヤ６’を接合対象に押さえつけるための部位である。先端部１３は、光出射面１３１と、平坦面１３２とを有する。光出射面１３１は、ボンディングウエッジ１内を透過してきたレーザを出射するための面である。なお、ボンディングウエッジ１は、光入射面１１２に入射したレーザを光出射面１３１に導く機能を担う。光出射面１３１は光入射面１１２に対し方向Ｚにおいて離間している。光出射面１３１は、光入射面１１２を構成する材料と同一材料によって構成されている。すなわち本実施形態において光出射面１３１は、サファイアによって構成されている。光出射面１３１は平滑面である。具体的には、光出射面１３１の中心線平均粗さＲａは、たとえば、０．２ａ〜０．０２５ａであることが好ましい。図３、図５、図７に示すように、光出射面１３１は、断面が円弧状である。断面が円弧状である光出射面１３１は、ワイヤ６’をガイドするガイド溝を構成している。図５に示すように、平坦面１３２は光出射面１３１につながっている。
【００４８】
本実施形態で用いるワイヤ６’の断面形状は円形状である。ワイヤ６’の直径は、たとえば、２０〜７０μｍである。光出射面１３１の幅Ｌ１（図７参照）は、ワイヤ６’の直径より小さく、たとえばワイヤ６’の直径の８０パーセント程度である。これには、光出射面１３１から出射されたレーザを確実にワイヤ６’に照射できるといったメリットがある。ワイヤ６’は、材料として銅を含む。すなわち、ワイヤ６’は、銅もしくは銅合金である。テーパ部１２よりも光出射面１３１から遠い側に、円柱部１１は位置している。
【００４９】
図１に示すフィーダ２は、ワイヤ６’を送り出すためのものである。ワイヤガイド３は、フィーダ２によって送られてくるワイヤ６’を光出射面１３１に正対する位置に導くためのものである。ワイヤガイド３は、たとえば、ボンディングウエッジ１に固定されている。ワイヤガイド３は、ワイヤ６’を光出射面１３１に正対する位置に適切に導くためのものである。ワイヤ６’を光出射面１３１に正対する位置に適切に導くために、ワイヤガイド３はボンディングウエッジ１に対して移動可能な構成としてもよい。
【００５０】
レーザ照射装置４１はレーザ８８１を発生させ、レーザ８８１を照射する。レーザ照射装置４１は、波長変換ユニットを含んでいることが好ましい。レーザ照射装置４１が波長変換ユニットを含んでいると、レーザ照射装置４１が、たとえば半波長のレーザ８８１を照射することができる。レーザ照射装置４１の照射するレーザ８８１の波長については後述する。光伝達部４２は、レーザ照射装置４１に照射されたレーザ８８１を光入射面１１２に導く。光伝達部４２としては、たとえば、１または複数のミラーや、光ファイバが挙げられる。
【００５１】
図１〜図４に示す移動機構４３は、ボンディングウエッジ１を保持している。図４に示すように、本実施形態では、移動機構４３は、ボンディングウエッジ１を回転可能に保持している。ボンディングウエッジ１が移動機構４３に対し回転するときには、ボンディングウエッジ１に固定されたワイヤガイド３も回転する。移動機構４３は、ボンディングウエッジ１を所望の位置まで移動させることができる。
【００５２】
次に、図８〜図１４を用いて、ワイヤボンディング装置８０１を用いたワイヤボンディング方法について説明する。なお、図８〜図１４においては、移動機構４３の記載は省略し、ボンディングウエッジ１については断面を示している。
【００５３】
まず、図８に示すように、ボンディングウエッジ１の先端を、第１接合対象７１の直上に位置させる。そして、ボンディングウエッジ１の先端を第１接合対象７１に向かわせる。次に、ボンディングウエッジ１におけるテーパ部１２に沿ってワイヤ６’をフィーダ２が送ることにより、ワイヤ６’を光出射面１３１に正対する位置まで導く。ワイヤ６’が光出射面１３１に正対する位置にある際、ワイヤ６’の先端部分は、断面が円弧状である光出射面１３１によって構成されるガイド溝にはまっている。
【００５４】
次に、図９に示すように、ボンディングウエッジ１を第１接合対象７１に接近させ、ワイヤ６’をボンディングウエッジ１と第１接合対象７１とで挟みこむ。
【００５５】
次に、図１０に示すように、ワイヤ６’を第１接合対象７１に接合する。具体的には、ボンディングウエッジ１における光出射面１３１と第１接合対象７１とでワイヤ６’を挟んだ状態で、光出射面１３１を経由してレーザ８８１をワイヤ６’に照射することにより、ワイヤ６’および第１接合対象７１を接合する。
【００５６】
ワイヤ６’と第１接合対象７１とを接合する工程においては、まず、図１に示したレーザ照射装置４１がレーザ８８１を照射する。レーザ照射装置４１から照射されたレーザ８８１は、光伝達部４２を経由して、光入射面１１２に入射する。光入射面１１２に入射したレーザ８８１は、ボンディングウエッジ１の内部を光出射面１３１に向かって進む。ボンディングウエッジ１の内部において、レーザ８８１は、円柱部１１の側面１１１や、テーパ部１２のテーパ面１２１において全反射しつつ、光出射面１３１に向かって進む。円柱部１１およびテーパ部１２を通過したのち光出射面１３１からレーザ８８１が出射し、レーザ８８１がワイヤ６’に照射される。ワイヤ６’のうちレーザ８８１が照射される領域は、ワイヤ６’のうち光出射面１３１に正対する領域である。そのため、光出射面１３１の大きさは、ワイヤ６’のうちレーザ８８１が照射される領域の大きさを決定する。
【００５７】
ワイヤ６’にレーザ８８１が照射されることにより、ワイヤ６’にレーザ８８１のエネルギが吸収され、ワイヤ６’の温度が上昇する。これによりワイヤ６’が溶融する。また、ワイヤ６’の熱が第１接合対象７１にも伝わる。これにより、第１接合対象７１のうちワイヤ６’に近接する部位の温度が上昇し、溶融する。その後、ワイヤ６’および第１接合対象７１が固化することにより、ワイヤ６’と第１接合対象７１とが接合される。
【００５８】
レーザ照射装置４１から照射されるレーザ８８１の波長は、ボンディングウエッジ１を構成する材料の吸収率よりも、ワイヤ６’を構成する材料の吸収率の方が大きい範囲に属することが好ましい。図１５は、銅、サファイア、アルミニウムの各々のレーザの吸収率について示すグラフである。同図では、横軸はレーザの波長を表し、縦軸はレーザの吸収率を表している。同図に示すように、レーザの波長がたとえば０．２５〜０．５５μｍの範囲内（同図の範囲Ａ０内）にあるとき、銅によるレーザの吸収率は、サファイアによるレーザの吸収率よりも大きい。そのため、レーザ８８１として波長が０．２５〜０．５５μｍの範囲内であるものを用いる場合、レーザ８８１のエネルギは、ボンディングウエッジ１にあまり吸収されず、ワイヤ６’に多く吸収される。
【００５９】
図１１に示すように、ワイヤ６’と第１接合対象７１とを接合する工程においては、光出射面１３１と第１接合対象７１とでワイヤ６’を挟みこむことにより、ワイヤ６’は押しつぶされる。これにより、ワイヤ６’には凹部６１１が形成される。ワイヤ６’を押し付ける光出射面１３１は上述のように平滑面であるので、凹部６１１にも平滑面６１２が形成される。
【００６０】
次に、図１２、図１３に示すように、第２接合対象７２の位置までボンディングウエッジ１を移動させる。次に、図１３に示すように、ワイヤ６’を第１接合対象７１に接合したのと同様に、ワイヤ６’を第２接合対象７２に接合する。すなわち、ボンディングウエッジ１における光出射面１３１と第２接合対象７２とでワイヤ６’を挟んだ状態で、光出射面１３１を経由してレーザ８８１をワイヤ６’に照射することにより、ワイヤ６’および第２接合対象７２を接合する。次に、図１４に示すように、ワイヤ６’を切断する。ワイヤ６’の切断は、ボンディングウエッジ１およびワイヤガイド３に対しワイヤ６’を固定しつつ、ボンディングウエッジ１を第２接合対象７２から離間させワイヤ６’を引きちぎることにより行われる。本実施形態と異なり、図示しないカッタを用いてワイヤ６’を切断してもよい。
【００６１】
以上の工程を経ることにより、図１４に示すワイヤボンディング構造６０１が完成する。
【００６２】
同図に示すワイヤボンディング構造６０１は、ワイヤ６と、第１接合対象７１と、第２接合対象７２と、を備える。
【００６３】
第１接合対象７１および第２接合対象７２は、導電性の材料よりなる。このような材料としては、たとえばアルミニウムが挙げられる。第１接合対象７１および第２接合対象７２はそれぞれ、互いに異なる金属よりなる複数の金属層が積層された構造であってもよい。第１接合対象７１および第２接合対象７２は、たとえば、電極パッド、もしくは、リードフレームである。本実施形態において、第１接合対象７１は電極パッドであり、第２接合対象７２はリードフレームである。電極パッドである第１接合対象７１の厚さは、たとえば、０．２μｍである。
【００６４】
図１７は、本実施形態にかかるワイヤボンディング構造の部分拡大平面図である。図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図１９は、図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う断面図である。図２０は、図１７のＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図である。
【００６５】
第１接合対象７１は第１面７１１を有する。第１面７１１は方向Ｚのうちの一方（図１９、図２０では上方向）を向いている。本実施形態ではワイヤ６’と第１接合対象７１との接合に超音波接合を用いない。仮にワイヤ６’と第１接合対象７１との接合に超音波接合を用いると、第１面７１１に凹凸形状が形成される。しかしながら、図１７、図１９、図２０に示すように、本実施形態では、第１接合対象７１の第１面７１１に凹凸形状が形成されていない。すなわち、第１接合対象７１の第１面７１１は、第１面７１１と垂直である方向視においてワイヤ６と重ならない領域が全て、平坦となっている。
【００６６】
図１４に示すように、ワイヤ６は、第１ワイヤボンディング部６１と、第２ワイヤボンディング部６２と、橋絡部６３とを含む。
【００６７】
図１７、図１９、図２０に示すように、第１ワイヤボンディング部６１は、ワイヤ６のうち第１接合対象７１に接合している部位である。図１９、図２０に示すように、第１ワイヤボンディング部６１は、第１接合対象７１における第１面７１１の側において、第１接合対象７１に接合されている。本実施形態において、第１ワイヤボンディング部６１には凹部６１１が形成されている。凹部６１１は、平滑面６１２と側面６１３とを有する。平滑面６１２は、凹部６１１の底面となっている。平滑面６１２は、第１面７１１が向く方向と同一方向を向いている。図１９に示すように、平滑面６１２は、第１面７１１に垂直である平面による断面形状が円弧状である。上述のように、平滑面６１２は、平滑である光出射面１３１がワイヤ６’を押さえつけることにより形成されている。平滑面６１２の中心線平均粗さＲａは、たとえば、０．２ａ〜０．０２５ａである。なお超音波接合を利用するウエッジボンディング方法によると、ボンディングウエッジに押さえつけられた面は、本実施形態における平滑面６１２ほどの平滑な面とはならない。超音波接合を利用するウエッジボンディング方法におけるボンディングウエッジの押し付け面が、粗面となっているからである。側面６１３は平滑面６１２につながっている。
【００６８】
図１４に示す第２ワイヤボンディング部６２は、ワイヤ６のうち第２接合対象７２に接合している部位である。第２ワイヤボンディング部６２は、第１ワイヤボンディング部６１と同様の構成を有するから、説明を省略する。
【００６９】
図１４、図１７に示す橋絡部６３は、第１ワイヤボンディング部６１および第２ワイヤボンディング部６２をつないでいる。図１８に示すように、本実施形態において橋絡部６３の断面形状は円形状である。
【００７０】
図１４に示すように、ワイヤボンディング構造６０１は、半導体素子７８とともに、半導体装置３０１を構成する。半導体装置３０１においては、ワイヤボンディング構造６０１の第１接合対象７１は、半導体素子７８に積層されている。
【００７１】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００７２】
従来技術のような、ボンディングウエッジ１を用いずにワイヤ６’にレーザ８８１を照射する場合を想定する。この場合、ワイヤ６’に至るまでの空間中においてレーザ８８１が拡散し、レーザ８８１の一部はワイヤ６’に照射されず第１接合対象７１に直接照射されるおそれがある。第１接合対象７１に直接照射されるレーザ８８１は、ワイヤ６’の溶融にはほとんど寄与しない。この場合、レーザ８８１のエネルギの一部を無駄にすることになる。一方、レーザ８８１が拡散した場合であってもレーザ８８１の一部が第１接合対象７１に直接照射されることを防止しようとするには、ワイヤ６’におけるレーザ８８１を照射する領域を極めて小さくする必要がある。そうすると、ワイヤ６’のうちレーザ８８１のエネルギが伝わる部位は極めて小さくなり、ワイヤ６’のうち溶融する部位も小さくなる。ワイヤ６’の溶融した部位が、第１接合対象７１と接合するため、ワイヤ６’のうち溶融する部位が小さくなると、ワイヤ６’と第１接合対象７１との接合領域が小さくなる。ワイヤ６’と第１接合対象７１との接合領域が小さいことは、ワイヤ６’と第１接合対象７１とをより強固に接合する観点からは好ましくない。
【００７３】
本実施形態においては、方向Ｚに互いに離間する光入射面１１２と光出射面１３１とを有するボンディングウエッジ１を用意する。また、図１０に示したように、光出射面１３１と第１接合対象７１とでワイヤ６’を挟んだ状態で、光出射面１３１を経由してレーザ８８１をワイヤ６’に照射することにより、ワイヤ６’および第１接合対象７１を接合する。このような構成によると、レーザ８８１が光出射面１３１から出射される際、光出射面１３１とワイヤ６’との間に隙間が生じにくい。そうすると、レーザ８８１が光出射面１３１を出射してワイヤ６’に至るまでに、レーザ８８１が拡散しにくい。これにより、ワイヤ６’における所望の部位に、レーザ８８１を確実に照射することが可能となる。したがって、無駄になるレーザ８８１のエネルギを少なくしつつ、ワイヤ６’と第１接合対象７１とをより強固に接合することができる。またワイヤ６’における所望の部位にレーザ８８１を確実に照射することができるので、レーザ８８１を照射してはならない箇所へレーザ８８１を照射することを回避できる。
【００７４】
本実施形態においては、光出射面１３１は平滑面である。このような構成によると、ボンディングウエッジ１の内部を進んできたレーザ８８１は、光出射面１３１において反射しにくい。そのため、レーザ８８１を光出射面１３１から効率よく出射させることができる。これは、レーザ照射装置４１に照射されたレーザ８８１のエネルギを、より多くワイヤ６’に伝えるのに適する。
【００７５】
本実施形態においては、光入射面１１２は平滑面である。このような構成によると、ボンディングウエッジ１に向かって進んできたレーザ８８１は、光入射面１１２において反射しにくい。そのため、レーザ８８１を光入射面１１２から効率よく入射させることができる。これは、レーザ照射装置４１に照射されたレーザ８８１のエネルギを、より多くワイヤ６’に伝えるのに適する。
【００７６】
本実施形態においては、ボンディングウエッジ１はテーパ部１２を含む。テーパ部１２は、光入射面１１２から光出射面１３１に向かうほど、方向Ｚに直交する断面の面積が小さくなる形状である。このような構成によると、テーパ部１２を進むレーザ８８１は、テーパ部１２の内部を、テーパ面１２１において全反射しつつ光出射面１３１に向かう。当該構成は、光入射面１１２に入射したレーザ８８１をより多く、光出射面１３１に導くのに適する。
【００７７】
図１６は、アルミニウム、銅の各々のレーザの反射率について示すグラフである。同図では、横軸はレーザの波長を表し、縦軸はレーザの反射率を表している。同図に示すように、レーザの波長がたとえば０．２５〜０．５５μｍの範囲内（同図の範囲Ａ０内）であるとき、アルミニウムによるレーザの反射率は、銅によるレーザの反射率よりも、大きい。ここで図１０等に示した第１接合対象７１がアルミニウムよりなる場合を想定する。この場合、ワイヤ６’によって吸収されずに第１接合対象７１にレーザ８８１が至っても、反射率の大きいアルミニウムよりなる第１接合対象７１にてレーザ８８１は反射され、再びワイヤ６’に向かう。これにより、レーザ８８１が第１接合対象７１を透過し、半導体素子７８に至ることを防止できる。レーザ８８１が半導体素子７８に至ることを防止できると、レーザ８８１が照射されることにより半導体素子７８が損傷してしまうことを、抑制できる。また、第１接合対象７１にて反射したレーザ８８１のエネルギはワイヤ６’に吸収される。よって、本実施形態にかかる構成は、レーザ照射装置４１によって照射されたレーザ８８１のエネルギをより多くワイヤ６’に吸収させるのに適する。
【００７８】
本実施形態では、背景技術の項で説明したような溶融ボールを、ワイヤに形成しない。そのため、維持が困難な還元雰囲気を発生させる必要がない。また、本実施形態では溶融ボールを形成しないので、溶融ボールに酸化膜が生じることもない。そのため、酸化膜が生じたことに起因する上述の不具合の発生を回避することができる。
【００７９】
本実施形態では、ワイヤ６’と第１接合対象７１との接合にレーザ８８１を用いており、超音波接合を用いていない。そのため、第１接合対象７１や、第１接合対象７１が積層された半導体素子７８等が、超音波振動が付加されることによって損傷を受ける、といったことはなくなる。これにより、電極パッドである第１接合対象７１の薄型化を図ることもできる。また、レーザ８８１が照射されたワイヤ６’は局所的に高温になるため、第１接合対象７１の下部にヒータを配置する、などといったことも不要となる。そのため、第１接合対象７１の位置精度の維持管理が容易になる。
【００８０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において上述の実施形態と同一もしくは類似の構成については、上述の実施形態で付した符号と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
図２１は、本実施形態にかかるワイヤボンディング装置におけるボンディングウエッジを示す部分拡大断面図である。
【００８２】
同図に示すボンディングウエッジ１は、光出射面１３１の断面形状が円弧状ではなく平坦であることを除き、第１実施形態における構成と同様である。
【００８３】
本実施形態で用いるワイヤ６’の断面形状は長方形状である。ワイヤ６’の幅は、たとえば、数百μｍである。光出射面１３１の幅Ｌ２は、ワイヤ６’の幅と略同一である。ワイヤ６’は、材料として銅を含む。すなわち、ワイヤ６’は、銅もしくは銅合金である。
【００８４】
本実施形態におけるボンディングウエッジ１を備えたワイヤボンディング装置を用いてワイヤ６’を第１接合対象７１および第２接合対象７２に接合する方法は、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【００８５】
図２２には、ボンディングウエッジ１を備えるワイヤボンディング装置を用いて製造したワイヤボンディング構造６０２を示す。図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う断面図である。図２４は、図２２のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿う断面図である。図２５は、図２２のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿う断面図である。
【００８６】
これらの図に示すワイヤボンディング構造６０２は、ワイヤ６と、第１接合対象７１と、第２接合対象７２（図示せず）と、を備える。第１接合対象７１および第２接合対象７２は、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。
【００８７】
ワイヤ６は、第１ワイヤボンディング部６１と、第２ワイヤボンディング部６２（図示略）と、橋絡部６３とを含む。
【００８８】
第１ワイヤボンディング部６１は、ワイヤ６のうち第１接合対象７１に接合している部位である。第１ワイヤボンディング部６１は、第１接合対象７１における第１面７１１の側において、第１接合対象７１に接合されている。本実施形態において、第１ワイヤボンディング部６１は、平滑面６１５を有する。平滑面６１５は、第１面７１１が向く方向と同一方向を向いている。図２４、図２５に示すように、平滑面６１５は、方向Ｚに垂直な平面に沿って広がる平坦な形状である。平滑面６１５は、平滑である光出射面１３１がワイヤ６’を押さえつけることにより形成されている。平滑面６１５の中心線平均粗さＲａは、たとえば、０．２ａ〜０．０２５ａである。
【００８９】
第２ワイヤボンディング部６２は、ワイヤ６のうち第２接合対象７２に接合している部位である。第２ワイヤボンディング部６２は、第１ワイヤボンディング部６１と略同様の構成を有するから、説明を省略する。
【００９０】
図２２に示すように、橋絡部６３は、第１ワイヤボンディング部６１および第２ワイヤボンディング部６２をつないでいる。図２３に示すように、本実施形態において橋絡部６３の断面形状は長方形状である。
【００９１】
本実施形態によっても、第１実施形態で述べたのと同様に、無駄になるレーザ８８１のエネルギを少なくしつつ、ワイヤ６’と第１接合対象７１とをより強固に接合することができる。
【００９２】
また、本実施形態によっても、第１実施形態で述べた利点と同様の利点を有する。
【００９３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。なお、上述の実施形態では超音波接合を全く用いない例を示したが、ワイヤにレーザを照射する際に超音波接合をワイヤに与える方法を採用してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
８０１  ワイヤボンディング装置
１    ボンディングウエッジ
１１    円柱部
１１１  側面
１１２  光入射面
１２  テーパ部
１２１  テーパ面
１３  先端部
１３１  光出射面
１３２  平坦面
２  フィーダ
３  ワイヤガイド
４１  レーザ照射装置
４２  光伝達部
４３  移動機構
３０１  半導体装置
６０１，６０２  ワイヤボンディング構造
６，６’  ワイヤ
６１  第１ワイヤボンディング部
６１１  凹部
６１２，６１５  平滑面
６１３  側面
６２  第２ワイヤボンディング部
６３  橋絡部
７１  第１接合対象
７１１  第１面
７２  第２接合対象
７８  半導体素子
８８１  レーザ
Ｚ  方向（第１方向）
Ｌ１，Ｌ２  幅
【図１】
0006050928.tif 000002
【図２】
0006050928.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006050928.tif 000006
【図６】
0006050928.tif 000007
【図７】
0006050928.tif 000008
【図８】
0006050928.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006050928.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0006050928.tif 000023
【図２３】
0006050928.tif 000024
【図２４】
0006050928.tif 000025
【図２５】
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