(57)【要約】【課題】  Ｃｕ材をボンディングワイヤに利用できようにするとともに、作業性に優れ安定した接合強度を達成できるボンディング方法を提供する。【解決手段】  Ｘ−Ｙステージ３０上で半導体チップ１２の電極パッド（１４，１６）と半導体パッケージ１０のリード端子（２８，２２）をＣｕワイヤ３２で結線するため、Ｃｕワイヤ３２を被接合部（１４，１６，２８，２２）の上に位置合わせして載置し、上方の出射ユニット３４より５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを所望のパルス幅およびパワーで溶接ポイントのＣｕワイヤ３２に照射し、Ｃｕワイヤ３２と被接合部（１４，１６，２８，２２）とをスポット溶接で接合する。【選択図】  図１
2006066794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ上の電極パッドにボンディングワイヤを接合するワイヤボディング方法であって、
前記ワイヤを前記電極パッドの上に載せ、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記ワイヤに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーによって前記ワイヤを前記電極パッドに接合するワイヤボンディング方法。
【請求項２】
前記電極パッドがＣｕあるいはＣｕ合金で形成されている請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
前記電極パッドにメッキが施されている請求項２に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項４】
半導体パッケージの外部引き出し用端子にボンディングワイヤを接合するワイヤボディング方法であって、
前記ワイヤを前記外部引き出し用端子の上に載せ、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記ワイヤに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーによって前記ワイヤを前記外部引き出し用端子に接合するワイヤボンディング方法。
【請求項５】
前記外部引き出し用端子がＣｕまたはＣｕ合金で形成されている請求項４に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項６】
前記外部引き出し用端子にメッキが施されている請求項５に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項７】
絶縁基板上の導体パターンにボンディングワイヤを接合するワイヤボディング方法であって、
前記ワイヤを前記導体パターンの上に載せ、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記ワイヤに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーによって前記ワイヤを前記導体パターンに接合するワイヤボンディング方法。
【請求項８】
前記導体パターンがＣｕまたはＣｕ合金で形成されている請求項７に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項９】
前記導体パターンにメッキが施されている請求項８に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１０】
前記ボンディングワイヤがＣｕ系の金属からなる請求項１〜９のいずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１１】
前記ボンディングワイヤがＡｕ系の金属からなる請求項１〜９のいずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１２】
前記ワイヤがリボン状または板状に形成されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１３】
前記ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をガルバノメータ・スキャナによりスキャニングして前記ワイヤに照射する請求項１〜１２のいずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１４】
前記ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光のパワーを可変制御する請求項１〜１３のいずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１５】
前記ＹＡＧ高調波の波長が５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波である請求項１〜１４のいずれか一項に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１６】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザにより可変のパルス幅を有する波長１０６４ｎｍのＹＡＧ基本波のパルスレーザ光を生成し、前記ＹＡＧ基本波のパルスレーザ光をＫＴＰ結晶に入射させて、前記ＫＴＰ結晶と前記ＹＡＧ基本波のパルスレーザ光との非線形相互作用により前記ＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光を生成する請求項１５に記載のワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子をパッケージに実装するためのワイヤボンディング方法に係わり、より詳しくはボンディングワイヤに銅（Ｃｕ）材を使用可能とするワイヤボンディングの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤボンディングは、主に半導体チップ上の電極パッドをパッケージの外部引き出し端子（リード）に電気的に接続する工程で用いられており、ボンディングワイヤを１本ずつ扱うことから、半導体実装工程の中でも最も高い信頼性を要求されている。
【０００３】
従来のワイヤボンディング方法は、熱圧着ワイヤボンディング法と超音波ワイヤボンディング法とに大別される。熱圧着ワイヤボンディング法は、金（Ａｕ）ワイヤをボンディング・ツール（キャピラリ・ツール）に通し、ワイヤ先端部にボールを形成して被接合部（電極パッド、リード）に３００℃前後の高温下で加熱圧着する。一方、超音波ワイヤボンディング法は、アルミ（Ａｌ）線をボンディングワイヤとし、ボンディング・ツール（ウェッジ・ツール）でＡｌワイヤを常温下で被接合部（電極パッド、リード）に押し付け、超音波振動と荷重とにより固相接合する。最近は、超音波を併用する超音波熱圧着ボンディング法が広く普及している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来のワイヤボンディング方法においては、ボンディングワイヤの材料がＡｕ，Ａｌに限定されており、Ｃｕは使用されて来なかった。これは、Ｃｕ材のワイヤはその表面が酸化され易いため、これまでのボンディング方法では電極パッドやリードに安定確実に接合させることができなかったからである。このため、電気抵抗率がＡｌの約６０％、Ａｕの約７０％という低抵抗のＣｕ材をボンディングワイヤに用いることができないという課題があった。
【０００５】
また、超音波ワイヤボンディング法や超音波熱圧着ボンディング法は、被接合物（電極パッド、リード）の接合表面を管理するのが非常に煩わしいという一面もある。すなわち、超音波接合は接合表面の状態（硬度、表面粗さ、汚染度等）に大きく依存し、特に接合強度が接合表面の状態に大きく左右される。このために、電極パッドやリードの接合表面に厳密な管理が求められている。
【０００６】
また、熱圧着ワイヤボンディング法や超音波熱圧着ボンディング法では、被接合部（電極パッド、リード）がＣｕ系の金属で構成されている場合に十分な接合強度が得られない。すなわち、半導体チップやパッケージを２００〜３５０℃で加熱するため、被接合部（Ｃｕ系の金属）の表面がたとえ錫（Ｓｎ）、Ａｕ等でメッキされていたとしても、接合表面の酸化は進み易いために、ボンディングワイヤとの接合が十分にいかない。この問題は、１つの半導体チップに接続するボンティングワイヤの本数が多くなるほど顕著になる。このように、ボンティングワイヤにＡｕワイヤあるいはＡｌワイヤを用いる場合においても、Ｃｕ系の金属からなる被接合部（電極パッド、リード）の酸化を防止できるワイヤボンディング方法が求められていた。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、Ｃｕ材をボンディングワイヤに使用できるワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の別の目的は、作業性に優れており安定した接合強度が得られるワイヤボンディング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のワイヤボンディング方法は、  半導体チップ上の電極パッドにボンディングワイヤを接合するワイヤボディング方法であって、前記ワイヤを前記電極パッドの上に載せ、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記ワイヤに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーによって前記ワイヤを前記電極パッドに接合する。
【００１０】
本発明の第２のワイヤボンディング方法は、半導体パッケージの外部引き出し用端子にボンディングワイヤを接合するワイヤボディング方法であって、前記ワイヤを前記外部引き出し用端子の上に載せ、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記ワイヤに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーによって前記ワイヤを前記外部引き出し用端子に接合する。
【００１１】
また、本発明の第３のワイヤボンディング方法は、絶縁基板上の導体パターンにボンディングワイヤを接合するワイヤボディング方法であって、前記ワイヤを前記導体パターンの上に載せ、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記ワイヤに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーによって前記ワイヤを前記導体パターンに接合する。
【００１２】
本発明のワイヤボンディング方法では、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をボンディングワイヤに照射し、そのレーザエネルギーによってボンディングワイヤないし被接合部（電極パッド、外部引き出し用端子、導体パターン）を溶融して、スポット溶接で接合する。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、Ｃｕ系の金属からなるボンディングワイヤを使用し、これをＹＡＧ高調波のレーザエネルギーでボンディングする。Ｃｕ系の金属はＹＡＧ高調波をよく吸収するので、本発明によるスポット溶接のボンディングを好適に適用できる。本発明においては、Ａｕ系の金属からなるボンディングワイヤも好適に使用可能であり、Ａｌワイヤも使用可能である。
【００１４】
本発明の好適な一態様によれば、ボンディングワイヤと接合すべき被接合部（電極パッド、外部引き出し用端子、導体パターン）がＣｕまたはＣｕ合金で形成される。この場合、被接合部側もＹＡＧ高調波をよく吸収するので、一層良好なスポット溶接のボンディングが実現される。被接合部（電極パッド、外部引き出し用端子、導体パターン）にメッキが施されていてもよい。
【００１５】
本発明の好適な一態様によれば、ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をガルバノメータ・スキャナによりスキャニングして被接合部（電極パッド、外部引き出し用端子、導体パターン）の接合ポイントに照射する。かかる方式においては、接合ポイントがいくら多くても、スキャニングによって短時間のうちに全ての接合ポイントをスポット溶接でボンディングすることができる。
【００１６】
本発明の好適な一態様によれば、ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光のパワーを可変制御する。パルス幅とパワー（レーザ出力）を任意に制御できるので、溶接部に対する入熱を精細に制御し、多種多様な表面実装の要求に対応できる。
【００１７】
本発明におけるＹＡＧ高調波の好適な形態は波長５３２ｎｍ（グリーン光）のＹＡＧ第２高調波である。好適な一態様によれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザにより可変のパルス幅を有する波長１０６４ｎｍのＹＡＧ基本波のパルスレーザ光を生成し、ＹＡＧ基本波のパルスレーザ光をＫＴＰ結晶に入射させて、ＫＴＰ結晶とＹＡＧ基本波のパルスレーザ光との非線形相互作用により第２高調波つまり波長５３２ｎｍ（グリーン光）のパルスレーザ光を生成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、Ｃｕ材をボンディングワイヤに使用可能にするとともに、作業性や接合強度に優れた新規なワイヤボンディング方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２０】
図１および図２に、本発明におけるワイヤボンディングの一実施形態を示す。図１は斜視図、図２は一部断面側面図である。
【００２１】
図示の例では、封止前の半導体パッケージ１０に、たとえばパワートランジスタの一種である縦型絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を搭載した半導体チップ１２が実装される。ここで、半導体チップ１２の上面には、ソース用の電極パッド１４とゲート用の電極パッド１６とがたとえばＡｌ等の導電体膜で個別に（互いに分離して）形成されている。また、半導体チップ１２の裏面にはドレイン用電極１８が同様にＡｕあるいは銀（Ａｇ）等の導電体膜で形成されている。
【００２２】
パッケージ１０は、熱放散性に優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のようなセラミック製の絶縁基板２０を有している。この絶縁基板２０の上面には、たとえばＣｕ箔からなるゲート用のリード端子２２およびドレイン用のリード端子２４が貼り付けられている。また、絶縁基板２０上の半導体チップ１２の両側に放熱性の高いセラミックからなる一対の台座２６が設けられ、絶縁基板２０の上面からこれらの台座２６の上面にわたってたとえばＣｕ箔からなるソース用のリード端子２８が貼り付けられている。これらのリード端子２４，２６，２８の表面にはＡｕメッキあるいはＳｎメッキが施されている。
【００２３】
パッケージ１０に半導体チップ１２を実装するためには、ワイヤボンディング工程に先立って、マニュアルダイボンド法またはオートダイボンド法により、予め半導体チップ１２をドレイン用リード端子２８上にマウントし、シルバーペイスト等でそのドレイン用電極１８をドレイン用リード端子２４に固着させてダイボンディングする。
【００２４】
上記のようなダイボンディングにより半導体チップ１２を固定したパッケージ１０が、この実施形態のワイヤボンディング加工を受けるため、図１に模式的に示すＸ−Ｙステージ３０上の所定位置に配置される。Ｘ−Ｙステージ３０は、ボールネジ駆動またはリニアモータ駆動によりＸ−Ｙ方向で移動して、ステージ上のワーク（１０，１２）の任意の加工ポイント（接合ポイント）を予め設定された加工位置（ボンディング位置）に位置合わせできるようになっている。
【００２５】
この実施形態のワイヤボンディング装置は、上記ボンディング位置にて各被接合部の上にボンディングワイヤ３２の先端部を位置合わせして載せるボンディングヘッド（図示せず）と、上記ボンディング位置の加工ポイントにレーザ光を集光照射するように上方に設置されたレーザ出射ユニット３４とを有している。ここで、レーザ出射ユニット３４は、５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧを出射するようになっている。
【００２６】
この実施形態のワイヤボンディングでは、ボンディングワイヤ３２にＣｕワイヤを使用し、半導体チップ１２のソース用電極パッド１４およびゲート用電極パッド１６とパッケージ１０のソース用リード端子２８およびゲート用リード端子２２とをそれぞれ結線するために、Ｃｕワイヤ３２をＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧによって各被接合部（１４，１６，２２，２８）に接合するようにしている。
【００２７】
図１および図２では、片側のソース用リード端子２８にＣｕワイヤ３２をＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧによって接合する様子が示されている。この場合、上記ボンディングヘッドがＣｕワイヤ３２をソース用リード端子２８の上に載せて支持し、Ｘ−Ｙステージ３０が被接合部（３２，２８）の接合ポイントをボンディング位置に合わせ、上方からレーザ出射ユニット３４がＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧを所望のパルス幅およびパワーで被接合部（３２，２８）の接合ポイントに照射する。そうすると、パルスレーザ光ＳＨＧの照射した位置（接合ポイント）にスポット溶接の接合部Ｗが一瞬にして形成される。詳細には、パルスレーザ光ＳＨＧが照射する位置で、Ｃｕワイヤ３２がＹＡＧ第２高調波のレーザエネルギーを高い吸収率で吸収して急速に溶融し、さらにはＣｕ箔のリード端子２８もＹＡＧ第２高調波のレーザエネルギーで溶融して、スポット溶接の接合部Ｗが形成される。
【００２８】
図示省略するが、上記と全く同様に、ゲート用リード端子２２にもＣｕワイヤ３２がＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧにより接合される。また、半導体チップ１２の電極パッド１４，１６にもＣｕワイヤ３２が上記と同様にＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧにより接合される。電極パッド１４の材質はＡｌであるが、パルスレーザ光ＳＨＧのレーザエネルギーでＣｕワイヤ３２と溶接接合することができる。上記のようなワイヤボンディング工程の後に、パッケージ１０は封止（たとえば樹脂封止）される。
【００２９】
この実施形態では、半導体チップ１２にパワートラジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が搭載されており、大きな負荷電流を流せるようにソース用の電極パッド１４とリード端子２８とを複数本のＣｕワイヤ３２で結線している。ゲート用の電極パッド１６とリード端子２２との間では電流が僅かしか流れないため、１本のＣｕワイヤ３２をボンディングするだけで充分である。
【００３０】
この実施形態において、Ｃｕワイヤ３２は断面が円形の糸状のものであってもよいし、断面が矩形のリボン状あるいは板状のものであってもよい。たとえば、半導体チップが高周波の大電流で動作する場合には、電流の表皮効果が生じるためにＣｕワイヤ３２はリボン状あるいは板状のものが好適となる。
【００３１】
このようなリボン状あるいは板状のＣｕワイヤ３２を用いる場合は、図３に示すように、リード端子（図示のものはソース用リード端子２８）も板状のものに構成するのが好ましい。そして、対応する電極パッド（図示のものはソース用電極パッド１４）との間に、所定の長さに切断したＣｕワイヤ３２をプリフォームしてワイヤ両端部を電極パッド１４およびリード端子２８の上に載置し、レーザ出射ユニット３４よりＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧをＣｕワイヤ３２の両端部に順次に照射し、電極パッド１４およびリード端子２８にＣｕワイヤ３２の両端部をそれぞれスポット溶接で接合する。この実施形態の半導体素子はＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar  Transistor）等の他のパワートランジタにも上記と同様のワイヤボンディングを好適に適用することができる。
【００３２】
このように、この実施形態では、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧを用いることにより、電極パッド（１４，１６）とリード端子（２２，２８）にＣｕワイヤ３２を簡便にかつ瞬時に、しかもきれいに接合させることができる。
【００３３】
また、ＡｕワイヤあるいはＡｌワイヤに較べて電気抵抗率の低いＣｕワイヤ３２をボンディングワイヤに用いて半導体チップ１２の電極パッド（１４，１６）をパッケージのリード端子（２２，２８）に結線するので、半導体チップ１２の所望の電流動作を確保するためのワイヤ本数を減らすことが可能になり、ボンディングの所要時間が短縮し実装工程の量産性が向上するようになる。
【００３４】
さらに、半導体チップやパッケージを全体的に加熱する熱圧着ワイヤボンディング法とは異なり、この実施形態におけるＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧの照射は局所的であるために、本発明のワイヤボンディングが酸化雰囲気の空気中の作業であっても、Ｃｕ系の金属からなるリード端子表面の酸化は防止される。そして、本発明によるワイヤボンディングはスポット溶接の溶融接合であり、信頼性の高い安定強固なＣｕ接合を保証することができる。
【００３５】
そのうえ、この実施形態では、超音波を使用しないので、電極パッドやリード端子の接合部表面を厳格に管理する必要がない。しかも、ワイヤボンディング時に半導体チップ１２に対して機械的な振動やそれに伴うストレスを与えることもない。この点、超音波ボンディング法や超音波熱圧着ボンディング法では、超音波振動により半導体チップの表面にクラックが入ることもあった。
【００３６】
以下、図４〜図８につき、上記実施形態のワイヤボンディング方法のベースとなる本発明のレーザ技術について説明する。
【００３７】
図４に、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ（鉄）の波長吸収特性を示す。代表的なＹＡＧレーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波（ω）は１０６４ｎｍである。このＹＡＧ基本波（ω）を、Ｆｅは比較的良好に吸収するが、ＣｕやＡｕは僅かしか吸収しない。したがって、上記のようなワイヤボンディングにおけるＣｕワイヤ３２と電極パッドやリード端子との接合にＹＡＧ基本波（ω）のレーザ光を用いたならば、接合部への入熱が非常に難しく、無理にレーザパワーを上げるとＣｕワイヤ３２が吹き飛んでしまうこともあり、安定確実な溶接は殆ど不可能である。ところが、ＣｕやＡｕは、ＹＡＧ基本波（ω）の高調波つまり第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）、第３高調波（３ω：３５５ｎｍ）あるいは第４高調波（４ω：２６６ｎｍ）等をよく吸収する。たとえば、第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）に対するＣｕやＡｕの吸収率は５０％以上である。ＹＡＧ基本波（ω）をよく吸収するといわれるＦｅの吸収率が４０％以下であることに鑑みれば、如何に高い吸収率であるかが分かる。実用的にＣｕやＡｕのレーザ溶接には第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）で十分である。
【００３８】
図５に、この実施形態のワイヤボンディング方法で用いるＹＡＧレーザ装置の構成を示す。このＹＡＧレーザ装置は、支持台（図示せず）上に直線配列型で一対の終端ミラー３６，３８、固体レーザ活性媒質４０、波長変換結晶４２、偏光素子４４および高調波分離出力ミラー４６を配置している。
【００３９】
両終端ミラー３６，３８は互いに向かい合って光共振器を構成している。一方の終端ミラー３６の反射面３６ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。他方の終端ミラー３８の反射面３８ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、第２高調波（５３２ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。
【００４０】
活性媒質４０は、例えばＮｄ：ＹＡＧロッドからなり、一方の終端ミラー３６寄りに配置され、電気光学励起部４８によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部４８は、活性媒質４０に向けて励起光を発生するための励起光源（たとえば励起ランプあるいはレーザダイオード）を有し、この励起光源をレーザ電源部５０からの励起電流（パルス電流）でパルス点灯駆動することにより、活性媒質４０を持続的または断続的にポンピングする。なお、レーザ電源部５０は制御部５２の下で電気光学励起部４８を駆動する。こうして活性媒質４０で生成される基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームＬＢは、終端ミラー３６，３８の間に閉じ込められて増幅される。このように、両終端ミラー（光共振器）３６，３８、活性媒質４０および電気光学励起部４８によって基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームまたはレーザ光ＬＢを生成するレーザ発振器が構成されている。
【００４１】
偏光素子４４は、たとえばポラライザまたはブリュースタ板等からなり、活性媒質４０からの基本波長の光ビームが非法線方向で入射するように光共振器の光路または光軸に対して所定の斜めの角度で配置されている。活性媒質４０からの基本波長の光ビームＬＢのうち、Ｐ偏光は偏光素子４４をまっすぐ透過して波長変換結晶４２に入射し、Ｓ偏光は偏光素子４４で所定の方向に向けて反射するようになっている。ここで、Ｐ偏光およびＳ偏光は基本波長の光ビームの進行方向に垂直な面内で振動方向が互いに直交する直線偏光成分（電界成分）である。たとえば、Ｐ偏向は鉛直方向で振動する直線偏光成分であり、Ｓ偏向は水平方向で振動する直線偏光成分である。好ましくは、基本波長（１０６４ｎｍ）においてＰ偏光透過率は略１００％でＳ偏光反射率は略１００％であるような偏光フィルタ特性が選ばれる。
【００４２】
波長変換結晶４２は、たとえば非線形光学結晶であるＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）結晶からなり、他方の終端ミラー３８寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線形光学作用により第２高調波（５３２ｎｍ）の光ビームＳＨＧを光共振器の光路上に生成する。
【００４３】
波長変換結晶４２より終端ミラー３８側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、終端ミラー３８で戻されて、波長変換結晶４２を通り抜ける。波長変換結晶４２より終端ミラー３８の反対側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、光共振器の光路または光軸に対して所定の角度（たとえば４５°）で斜めに配置されている高調波分離出力ミラー４６に入射し、このミラー４６で所定の方向に反射または分離出力されるようになっている。そして、高調波分離出力ミラー４６より分離出力された第２高調波の光ビームＳＨＧは、ベントミラー５４で光軸を曲げられて入射ユニット５６へ向けられる。
【００４４】
入射ユニット５６は集光レンズ５８を内蔵しており、ベントミラー５４からの第２高調波の光ビームＳＨＧを集束レンズ５８により集束して光ファイバ６０の一端面（入射端面）に入射させる。光ファイバ６０は第２高調波の光ビームＳＨＧをレード出射ユニット３４（図１）まで伝送させる。出射ユニット３４には、光ファイバ６０の他端面より出射された第２高調波の光ビームＳＨＧを集束させて被接合物（２８，３２）の溶接ポイントに照射するための光学レンズが設けられている。
【００４５】
このＹＡＧレーザ装置では、第２高調波の光ビームＳＨＧすなわちＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧについてパワーフィードバック制御を行うために、ベントミラー５４の背後に漏れたＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧの漏れ光ＭSHG を受光する受光素子またはフォトセンサ６２が配置されている。測定回路６４は、フォトセンサ６２の出力信号を基に第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力測定値を表す電気信号（レーザ出力測定値信号）を生成する。制御部５２は、測定回路６４からのレーザ出力測定値信号を基準値または基準波形と比較し、比較誤差に応じてたとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号を生成する。レーザ電源５０は、制御部５２からの制御信号に応じてスイッチング素子をスイッチング動作させ、電気光学励起部４８に供給する励起電流のパルス幅および電流値を制御する。
【００４６】
図６に、この実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力波形の一例を示す。パワーフィードバック方式でレーザパワー、パルス幅、パルス波形等を任意に設定・制御することができる。
【００４７】
このＹＡＧレーザ装置では、波長変換結晶４２にＫＴＰ結晶を用いることによって、パルス幅可変のＹＡＧ第２高調波を生成する点が重要である。すなわち、Ｑスイッチ型レーザで生成した高出力のジャイアントパルス（通常１μｓ以下）を第２高調波に波長変換するための波長変換結晶として最も多く用いられているＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶は、パルス幅が比較的長いロングパルス（１０μｓ以上、典型的には１〜３ｍｓ）の基本波には以外に脆く、結晶に亀裂（cracking）が入りやすい。これに対して、ＫＴＰ結晶は、ロングパルスのＹＡＧ基本波に対しては損傷や亀裂を発生させずに非線形光学作用を奏し、第２高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスレーザ光を安定に生成することができる。
【００４８】
図７に、この実施形態で用いる波長変換方法の基本原理を示す。この波長変換方法は、波長変換結晶４２にタイプII位相整合角にカットされたＫＴＰ結晶を使用し、タイプIIの位相整合で基本波から第２高調波への波長変換を行う。より詳細には、固体パルスレーザたとえばＹＡＧパルスレーザ（図示せず）で生成された基本波（たとえば１０６４ｎｍ）のパルスレーザ光を楕円偏光（好ましくは円偏光）またはランダム偏光の形態でＫＴＰ結晶４２に入射させる。そうすると、入射光のうち基本波長の垂直偏光成分と水平偏光成分のみが直線偏光としてＫＴＰ結晶４２を通過する。ＫＴＰ結晶４２は、基本波ＹＡＧパルスレーザと光学的に結合して、非線形光学効果により基本波光の垂直偏光成分と同じ方向に直線偏光したロングパルスの第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧ（５３２ｎｍ）を生成する。
【００４９】
しかしながら、上記のような波長変換方法（図６）においては、基本波パルスレーザ光の偏光分布に偏りまたは異方性があったりすると、波長変換効率が低下し、第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力が下がったり変動することがある。特に、活性媒質４０に対する電気光学励起部４８のポンピング（励起光の照射）が不均一であると、基本波パルスレーザ光の偏光分布に偏りまたは異方性が生じる。
【００５０】
図８に、この実施形態における波長変換方法を示す。この波長変換は、基本波のＰ偏光を透過させると同時にＳ偏光を反射する偏光素子４４をその直線偏光化方向（Ｐ偏光の振動方向）がＫＴＰ結晶４２の光学軸に対して相対的に４５°傾くように配置する。実施形態の高調波レーザ装置（図５）では、図８に示すように、偏光素子４４の直線偏光化方向を鉛直方向に設定し、ＫＴＰ結晶４２の方をその光学軸が鉛直方向に対して４５°傾くように配置している。
【００５１】
このように偏光素子４４の直線偏光化方向とＫＴＰ結晶４２の光学軸とを相対的に４５°傾けて配置する構成によれば、偏光素子４４からのＰ偏光がＫＴＰ結晶４２の座標系において見かけ上直交する等強度の２つの基本波光成分として非線形光学効果に作用する。仮に偏光素子４４を省くと、Ｐ偏光と直交するＳ偏光もＫＴＰ結晶４２に入射することになり、それによってＫＴＰ結晶４２の座標系において垂直偏光成分と水平偏光成分のバランスが崩れ、タイプIIの波長変換効率は低下する。こうして、偏光素子４４の直線偏光化により、高効率のタイプII波長変換が可能であり、安定かつ高出力でロングパルスの第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを生成することができる。これにより、ＣｕやＡｕの被溶接材に対しては、ＹＡＧ第２高調波の入射時間をパルス幅で任意に制御し、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのエネルギー吸収が十分に行われ、良好な溶融接合を得ることができる。
【００５２】
以上、好適な実施形態を説明したが、本発明の技術思想に基づいて種々の変形・変更が可能である。たとえば、上記した実施形態ではボンディングワイヤにＣｕワイヤを用いたが、Ｃｕ合金のワイヤでもよく、ＡｕやＡｕ合金のワイヤも好適に用いることができる。また、Ａｌ系のワイヤにも適用可能である。
【００５３】
また、半導体チップの電極パッドやリードの材質も任意のものが可能であり、好適にはＣｕ系、Ａｌ系あるいはＡｕ系の金属を用いることができる。また、通常の金属では、レーザ光の波長が赤外光領域〜紫外光領域において、波長が短くなると共にそのエネルギー吸収率は増加する。このために、本発明は、種々の合金、高融点金属を含む金属により被接合部が形成されている場合にも適用できるものである。ここで、Ｃｕ系の金属として、ＣｕとＡｇ、Ｓｎ、ジルコニウム（Ｚｒ）の合金も好適になる。
【００５４】
上記実施形態では基本波を生成するための活性媒質４０としてＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いたが、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶等を使用することもできる。
【００５５】
上記実施形態はレーザ溶接に用いるＹＡＧ高調波としてＹＡＧ第２高調波を用いたが、ＹＡＧ第３高調波やＹＡＧ第４高調波等も使用可能である。また、ＹＡＧ高調波とＹＡＧ基本波を併用する方法、つまりＹＡＧ高調波にＹＡＧ基本波を重畳して溶接ポイントに照射する方法も可能である。
【００５６】
また、上記した実施形態ではＸ−Ｙステージ３０側で被接合部の接合ポイントを移動させたが、レーザ出射ユニット３４側でレーザ照射位置を移動させて接合ポイントに合わせることも可能である。
【００５７】
たとえば、図９に示すように、レーザ出射ユニット３４をガルバノメータ・スキャナで構成することにより、ワイヤボンディングの対象となる実装部品を固定したままで、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧをスキャニングして、半導体チップ８４，９０上の電極パッド８６と絶縁基板７８上の配線または導体パターン８２とをワイヤボンディングすることができる。なお、図９に示すパッケージは、スタックタイプＭＣＰ（Multi Chip Package）のＢＧＡ（Ball Grid Array）である。
【００５８】
図９において、ガルバノメータ・スキャナは、互いに直交する回転軸６６Ｘ、６６Ｙに取付けられたＸ軸スキャン・ミラー６８ＸおよびＹ軸スキャン・ミラー６８Ｙと、両ミラー６８Ｘ、６８Ｙをそれぞれ回転振動（首振り）させるＸ軸ガルバノメータ７０ＸおよびＹ軸ガルバノメータ７０Ｙとを有している。
【００５９】
光ファイバ６０の端面より放射状に出たＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧは、コリメータレンズ７２によって平行光線となり、先ずＸ軸スキャン・ミラー６８Ｘに入射して、そこで全反射してからＹ軸スキャン・ミラー６８Ｙに入射し、このミラー６８Ｙで全反射してのちｆθレンズ７４を通って被接合物（８６，８８）の溶接ポイント付近に集光する。被接合物上のＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧの照射位置は、Ｘ方向においてはＸ軸スキャン・ミラー６８Ｘの振れ角によって決まり、Ｙ方向においてはＹ軸スキャン・ミラー６８Ｙの振れ角によって決まる。Ｘ軸スキャン・ミラー６８ＸはＸ軸ガルバノメータ７０Ｘの駆動で矢印Ａ、Ａ’方向に回転振動（首振り）し、Ｙ軸スキャン・ミラー６８ＹはＹ軸ガルバノメータ７０Ｙの駆動で矢印Ｂ、Ｂ’方向に回転振動（首振り）するようになっている。
【００６０】
Ｘ軸ガルバノメータ７０Ｘは、たとえば、Ｘ軸スキャン・ミラー６８Ｘに結合された可動鉄片（回転子）と、この可動鉄片に接続された制御バネと、固定子に取り付けられた駆動コイルとを有している。制御部５２のスキャナ制御部よりＸ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル７６Ｘを介してＸ軸ガルバノメータ７０Ｘ内の該駆動コイルに供給されることで、該可動鉄片（回転子）が該制御バネに抗してＸ軸スキャン・ミラー６８Ｘと一体にＸ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。
【００６１】
Ｙ軸ガルバノメータ７０Ｙも同様の構成を有しており、上記スキャナ制御部よりＹ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル７６Ｙを介してＹ軸ガルバノメータ７０Ｙ内の駆動コイルに供給されることで、Ｙ軸ガルバノメータ７０Ｙの可動鉄片（回転子）がＹ軸スキャン・ミラー６８Ｙと一体にＹ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。
【００６２】
図９のワイヤボンディングでは、ＭＣＰの絶縁基板７８上の配線または導体パターン８０の各ボンド点またはステッチ８２と、それに対応する第１半導体チップ８４または第２半導体チップ９０の電極パッド８６とをＣｕ系またはＡｕ系の金属からなるボンディングワイヤ８８で結線する。より詳細には、ボンディングワイヤ８８を各ステッチ８２または各電極パッド８６の上に位置合わせして載せて接合ポイントとし、ガルバノメータ・スキャナ型のレーザ出射ユニット３４によりＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧをスキャニングして当該接合ポイントに照射し、ボンディングワイヤ８８をステッチ８２または電極パッド８６に接合する。なお、絶縁基板７８上の配線８０ないしステッチ８２は、通常はＣｕ系の金属からなり、基板７８に単層あるいは多層に設けられ、基板７８のスルーホールを介して基板裏側の半田ボール９２に接続されている。
【００６３】
このように、本発明においてボンディングワイヤと接合するパッケージ側の外部引き出し用端子は、それ自体が直接パッケージの外へ突出するタイプ（アウタリード）に限るものではなく、外部端子（たとえば半田ボール）に電気的に接続するプリント配線板の導体パターンやリードフレームのインナリード等であってもよい。
【００６４】
本発明のワイヤボンディング方法は、半導体チップをリードフレームに搭載して樹脂封止実装をする場合や、多ピンのＰＧＡ（Pin Grid Array）に実装する場合等にも全く同様に行える。さらには、ウエハサイズ実装の場合の複数の半導体チップ間あるいは複数の回路基板間の電気接続にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態におけるワイヤボンディング方法を示す斜視図である。
【図２】上記実施形態のワイヤボンディング方法を示す一部断面側面図である。
【図３】上記実施形態の一変形例によるワイヤボンディング方法を示す一部断面側面図である。
【図４】Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅの波長吸収特性を示す図である。
【図５】実施形態のワイヤボンディング方法で用いるＹＡＧレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光のレーザ出力波形の一例を示す図である。
【図７】実施形態における波長変換方法の基本原理を示す図である。
【図８】実施形態の波長変換方法を示す図である。
【図９】実施形態の一変形例によるガルバノメータ・スキャナ型のレーザ出射ユニットの構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０    半導体パッケージ
１２    半導体チップ
１４    ソース用電極パッド
１６    ゲート用電極パッド
１８    ドレイン用電極
２０    絶縁基板
２２    ゲート用リード端子
２４    ドレイン用リード端子
２８    ソース用リード端子
３０    Ｘ−Ｙステージ
３２    Ｃｕワイヤ
３４    レーザ出射ユニット
３６，３８    終端ミラー
４０    活性媒体
４２    波長変換結晶
４４    偏光素子
４６    高周波分離出力ミラー
４８    電気光学励起部
５０    レーザ電源部
５２    制御部
５６    入射ユニット
６０    光ファイバ
６２    フォトセンサ
６４    測定回路
【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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