(57)【要約】【課題】  ２０μｍを下回るような極細線の金線を用いてワイヤボンディングを行う場合でも、ワイヤループの引っ掻き疵、ワイヤ供給の不安定化によるワイヤループ異常、ワイヤ断線が発生しないようなワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法を提供する。【解決手段】  スプール１に巻かれた金線９を繰り出し、キャピラリー８を介して金線９を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置において、スプール１からキャピラリー８の間で金線９が接触する部品の一部又は全部を加熱する加熱装置を有することを特徴とするワイヤボンディング装置、及び当該加熱した部品を作業環境温度より高い温度に維持することを特徴とするワイヤボンディング方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプールに巻かれた金線を繰り出し、キャピラリーを介して金線を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置において、スプールからキャピラリーの間で金線が接触する部品の一部又は全部を加熱する加熱装置を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記金線が接触する部品は、ワイヤガイド、エアーテンショナ、ワイヤテンショナ、ワイヤフィードチューブ、ワイヤクランプのうちの一部又は全部であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
スプールに巻かれた金線を繰り出し、キャピラリーを介して金線を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、スプールからキャピラリーの間で金線が接触する部品の一部又は全部を加熱し、当該加熱した部品を作業環境温度より高い温度に維持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項４】
前記金線が接触する部品は、ワイヤガイド、エアーテンショナ、ワイヤテンショナ、ワイヤフィードチューブ、ワイヤクランプのうちの一部又は全部であることを特徴とする請求項３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、スプールに巻かれた金線を繰り出し、キャピラリーを介して金線を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リード付半導体装置は、一般的に半導体ペレット上の電極端子（パッド）とリードフレーム等の外部引き出しリードとを金線を介して接続している。金線の接続は、特許文献１に記載のようなワイヤボンディング装置によって行われる。ワイヤボンディング装置においては、図２に示すように、金線９はスプール１に巻かれた状態で装置内のスプールホルダーに取り付けられ、スプール１から繰り出された金線９は、ワイヤガイド２、エアーテンショナ３、ワイヤテンショナ４、ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７等に接触しつつこれらを経由してキャピラリー８に供給される。金線９が接触する各部品の表面は、金線９がスムーズに供給されるように平滑に仕上げる等の工夫がなされている。
【０００３】
量産工場において長時間にわたってワイヤボンディングを継続して実施すると、金線と部品との接触部における接触抵抗が時間経過とともに増大する傾向があり、接触抵抗を低く保つためには装置を停止して定期的に部品の表面を清掃することが必要である。
【０００４】
モバイル機器の需要拡大、ＬＳＩの高性能化に伴い、主要部品であるＬＳＩは小型化・入出力点数の増大が進んでいる。それに伴い、ＬＳＩの入出力端子のピッチは、５０μｍ間隔以下に短縮される傾向にある。その結果、ＬＳＩ実装で使用されるボンディングワイヤとしての金線は、その線径の細線化が進むこととなる。従来、１ｍｉｌ（２５．４μｍ）径程度の金銭が主に使用されていたのに対し、最近は２０μｍ以下の極細線が使用され始めている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直径が２０μｍを下回るような極細線の金線を従来のワイヤボンディング装置を用いてワイヤボンディングすると、ワイヤループに引っ掻き疵が発生し、あるいはワイヤ供給の不安定化によるワイヤループ異常、さらにはワイヤ断線が頻発して、ボンディング作業の継続が困難となる場合が生じる。
【０００７】
本発明は、２０μｍを下回るような極細線の金線を用いてワイヤボンディングを行う場合でも、ワイヤループの引っ掻き疵、ワイヤ供給の不安定化によるワイヤループ異常、ワイヤ断線が発生しないようなワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来のワイヤボンディング装置を用い、１８μｍ径程度の金線を使用して、４０μｍ程度のパッド（電極）ピッチのワイヤボンディングを行うと、パッドとリード間に接続された（張られた）金線の形状（ループ）が不揃いになる現象がしばしば認められる。ここでいう不揃いとは、主として金線の折れ曲がり、ループ高さの低下として現れる現象である。さらにボンディング作業を継続すると、スプール、キャピラリ間で金線が切れてしまい、ボンディング作業が中断する事故に至ることがある。
【０００９】
ボンディング作業を故意に中断させてワイヤの状態を観察すると、エアーテンショナ部からクランプ間のワイヤに屈曲（折れ曲がり）した部位が複数観察される。このような現象は、２０μｍ径以上の太い線径のワイヤを使用していたときにはほとんど見られなかった現象である。このような現象が発生している状態のワイヤボンディング装置でも、ワイヤガイド、エアーテンショナ、ガイド等のワイヤと直接接触する部品の清掃を行った後に再度ボンディング作業を行うと、ワイヤの屈曲現象は発生せず、正常にボンディングできるようになる。
【００１０】
また、１８μｍ径の金線で正常にボンディングができない状況に至ったワイヤボンディング装置において、ワイヤを２２μｍ径の金線に交換して５０μｍのパッドピッチでボンディング作業を実施すると、問題なくボンディングを行うことができた。このことから、ボンディング作業中に金線の屈曲が発生する現象は、２０μｍ径未満の極細金線を扱うときに特有の現象であることが確認できた。
【００１１】
極細金線をボンディングするに際して発生する挙動が以上のような特徴を有するという点から、このような挙動の原因を以下のように推定した。即ち、作業室空気中の水分が部品表面に吸着すると、これによって部品表面とワイヤとの親和力が増加し、ワイヤ搬送時の抵抗が増加する。この抵抗の増加に起因して、スムーズなワイヤ供給に支障が生じ、ワイヤの屈曲が発生するというものである。
【００１２】
そこで、エアーテンショナ部等のワイヤと接触する部品部に電気ヒーターを貼りつけて通電加熱を行い、部品のワイヤ接触部の温度を室温より１０℃程度高い温度に加熱した。室温２２℃、湿度５５％に対して、部品表面温度は３０℃から３５℃に調整・維持することができた。この状態で１８μｍ径の金線を使用して４０μｍパッドピッチのワイヤボンディングを行ったところ、ループ異常が発生することなく、連続ボンディングを行うことができた。意図的にボンディングを中止してワイヤの状態を確認したところ、ワイヤはまっすぐな状態で折れ曲がり等の異常な外観は認められなかった。
【００１３】
以上のことから、金線が接触する部品表面の温度を環境温度である室温より少し高くして、空気中の水分の付着（吸着）を防止する状態を作り出すことによって、ワイヤボンディング時の部品との接触抵抗を低減し、極細線搬送を容易に行うことが可能であることが認められた。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）スプール１に巻かれた金線９を繰り出し、キャピラリー８を介して金線９を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置において、スプール１からキャピラリー８の間で金線９が接触する部品の一部又は全部を加熱する加熱装置を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
（２）金線９が接触する部品は、ワイヤガイド２、エアーテンショナ３、ワイヤテンショナ４、ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７のうちの一部又は全部であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
（３）スプール１に巻かれた金線９を繰り出し、キャピラリー８を介して金線９を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、スプール１からキャピラリー８の間で金線９が接触する部品の一部又は全部を加熱し、当該加熱した部品を作業環境温度より高い温度に維持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
（４）金線９が接触する部品は、ワイヤガイド２、エアーテンショナ３、ワイヤテンショナ４、ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７のうちの一部又は全部であることを特徴とする請求項３に記載のワイヤボンディング方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、スプールに巻かれた金線を繰り出し、キャピラリーを介して金線を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置において、スプールからキャピラリーの間で金線が接触する部品の一部又は全部を加熱することにより、２０μｍを下回るような極細線の金線を用いてワイヤボンディングを行う場合でも、ワイヤループの引っ掻き疵、あるいはワイヤ供給の不安定化によるワイヤループ異常、ワイヤ断線の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
スプール１に巻かれた金線９を繰り出し、キャピラリー８を介して金線９を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置におけるワイヤ経路について、図１に基づいて説明する。スプール１から繰り出された金線９は、まずワイヤガイド２またはダイバータと呼ばれる円柱形の部品表面に接触し、エアーテンショナ３に導かれる。エアーテンショナ３はエアガイドとも呼ばれ、ワイヤにエアーを吹き付けることによってワイヤにバックテンションを付与する。エアーテンショナ３から出たワイヤはワイヤテンショナ４に導かれ、さらにワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７を経てキャピラリー８に導かれる。ワイヤ９は、ワイヤガイド２、エアーテンショナ３、ワイヤテンショナ４、ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７の表面に接触しつつ走行することとなる。
【００１７】
本発明においては、スプール１からキャピラリー８の間で金線が接触する部品の一部又は全部を加熱し、加熱した部品を作業環境温度より高い温度に維持することにより、ワイヤと部品との間の接触抵抗の低減を図る。金線が接触する部品の全部について加熱すると最大の効果を発揮するが、一部の部品のみを加熱しても十分に効果を奏することが可能である。
【００１８】
金線が接触する部品を加熱する加熱装置については、部品毎の形状に応じて以下のような加熱装置および加熱方法を選択することができる。部品毎の加熱装置は下記の事例に限定されることなく、ワイヤが接触する表面の温度を所定の温度に維持できる加熱装置であればどのようなものを用いてもよい。
【００１９】
ワイヤガイド２については、通常は円柱形状のバーを有しているので、このバーの内部を刳り貫いて図１に示すように２０Ｗ程度の抵抗加熱ヒーター１０ａを挿入する方法を採用することができる。加熱装置の出力については、ガイド棒の表面に熱電対を接触させ、表面温度が３０〜３５℃になるように電流値を設定すればよい。オンラインで温度測定を行いつつ温度を一定に保つようにフィードバック制御を行うこともできるが、通常はオフラインで定期的に温度をモニターしつつ、上下限温度範囲内に保持するオンオフ制御によって十分に温度設定範囲内に温度を維持することが可能である。
【００２０】
エアーテンショナ３については、図１に示すように走行するワイヤをガイドするための並行する両平板の外側に抵抗加熱ヒーター１０ｂを貼りつけ、ワイヤが接触する部分を加熱することができる。温度制御については上記ワイヤガイドと同様に行うことができる。
【００２１】
ワイヤテンショナ４を加熱するに際しては、ワイヤテンショナ４を搭載するハウジング５に熱が伝搬しないように配慮することが必要である。図１に示すようにハウジング５とテンショナ４との間に断熱材１３を挟み、テンショナ４に抵抗加熱ヒーター１０ｃを取り付けるとよい。これにより、テンショナ４のワイヤ接触部の温度を上昇させ、一方でハウジング５への熱の伝搬を防止することができる。温度制御については上記ワイヤガイドと同様に行うことができる。
【００２２】
ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７およびキャピラリー８については、それぞれ部品が小さく、かつこれらの部品を搭載したユニットは、ボンディング作業中にボンディング範囲を動き回る。また、ボンディングに際しては超音波を付与するので、超音波伝達の効率に影響を与えないように配慮する必要がある。これらの理由により、抵抗加熱ヒーターを加熱対象に直接付加することは容易ではない。そこで、これら部品については、図１に示すように温風１２を部品に吹き付けることによって温度を上昇させることとすると良い。温風ブロアー１１は、上記ユニットがボンディング動作途中に待機する場所で当該ユニットに温風を吹き付けるように設置すると良い。温風ブロアー１１の出口における温風１２の温度を４０〜５５℃程度とすればよい。
【００２３】
その他効果として、待機時にキャピラリー関連部品を加熱することにより、キャピラリーが温度低下することによる位置制御精度の悪化を防ぐことができるため、位置制御のオペレータによる再設定を省くことが可能となる。これにより、ボンディング装置の稼働率を向上させることにも寄与することとなる。
【００２４】
ワイヤテンショナ４も、キャピラリー８を含む部品と連動して動く構成となっている。従って、ワイヤテンショナ４の加熱装置については、上記のように抵抗加熱ヒーター１０ｃを取り付けて加熱する方法の他、キャピラリーを含む部品を加熱するための温風ブロアー１１によって同時に加熱する方法を採用することもできる。
【００２５】
さらに各部品の加熱手段としては、輻射熱ヒーターを準備し、加熱対象の部品に輻射熱を放射することにより加熱することとしても良い。
【００２６】
ワイヤボンディング装置を用いてワイヤボンディングを行う作業室については、通常は２０〜２５℃程度の温度と３０〜６０％程度の湿度に維持されている。このような環境で使用する本発明のワイヤボンディング方法においては、部品のワイヤが接触する表面の温度を室温に対して５℃程度昇温することにより、十分に本発明の効果を発揮することができる。部品表面温度を室温に対して１０℃程度昇温すれば、さらに良好な効果を得ることができる。また、温風ブロアー１１を用いる場合には、温風ブロアー１１の出口付近における温風１２の温度を４０〜５０℃程度とすることにより、良好な結果を得ることができる。
【００２７】
作業室環境雰囲気の湿度が５０％よりも高いときには、部品表面温度を室温に対して１２℃程度昇温すると好ましい結果が得られる。逆に作業室環境雰囲気の湿度が４０％よりも低いときには、部品表面温度を室温に対して５℃程度昇温することで十分に好ましい結果が得られる。
【００２８】
本発明において、スプールからキャピラリーの間で金線が接触する部品のすべてについて加熱すると最も好ましいが、すべてを加熱するのではなく一部のみを加熱しても十分に効果を発揮することができる。この場合、加熱を施す部品の優先順位としては、エアーテンショナ３、ワイヤガイド２、ワイヤクランプ７、ワイヤテンショナ４、ワイヤフィードチューブ６の順で前に挙げた部品ほど加熱による効果が大きい。金線が接触する部品のうち、２以上を加熱すると好ましい。３以上を加熱するとより好ましい。４以上を加熱するとさらに好ましい結果が得られる。
【実施例】
【００２９】
図１に示すような、スプール１に巻かれた金線９を繰り出し、ワイヤガイド２、エアーテンショナ３、ワイヤテンショナ４、ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７を経由し、キャピラリー８を介して金線９を半導体装置上にワイヤボンディングするワイヤボンディング装置において、本発明を適用した。作業室の環境は、室温２２℃、湿度５５％であった。
【００３０】
ワイヤガイド２、エアーテンショナ３、ワイヤテンショナ４の加熱装置としては、上述のような抵抗加熱ヒーター１０を設置した。ワイヤフィードチューブ６、ワイヤクランプ７およびキャピラリー８については、これらの部品を搭載したユニットが待機位置にあるときに温風１２を吹き付けるように温風ブロアー１１を配置した。ワイヤが接触する部品表面の温度が３０〜３５℃になるように加熱装置の出力を調整した。
【００３１】
直径１８μｍの金線を用い、４０μｍパッドピッチでワイヤボンディングを行った。１０万ワイヤ連続ボンディングを行ったところ、ワイヤループ形状、ワイヤ屈曲ともに異常発生がなかった。各１０万ワイヤ連続ボンディングを１０回繰り返しても、キャピラリー詰まりも発生しなかった。
【００３２】
一方、同じボンディング装置において本発明の加熱装置を作動させずに、同じ１８μｍ直径の金線を用いて１０万ワイヤ連続ボンディングを行ったところ、ワイヤ疵発生率が１．５％、ループ異常発生率が３％、ワイヤボンディング装置停止回数が８回という結果であった。またキャピラリー寿命は平均２０万ワイヤであった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置を示す概念図である。
【図２】従来のワイヤボンディング装置を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  スプール
２  ワイヤガイド
３  エアーテンショナ
４  ワイヤテンショナ
５  ハウジング
６  ワイヤフィードチューブ
７  ワイヤクランプ
８  キャピラリー
９  金線（ワイヤ）
１０  抵抗加熱ヒーター
１１  温風ブロアー
１２  温風
１３  断熱材
【図１】
2005191055.tif 000003
【図２】
2005191055.tif 000004