(57)【要約】  【課題】  ボールボンディングに適用でき、ボンディング中にボールと表面電極の接続確認が可能で、連続して不良を作り込んでしまうことがなく、ワイヤの接着強度の抜き取り検査が不要なワイヤボンディング装置及びそのワイヤボンディング方法を提供する。  【解決手段】  ワイヤ３を繰り出すスプール４と、前記スプール４から繰り出されたワイヤ３を支持するテンションローラ２と、開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通するキャピラリ７を有するワイヤボンディング装置において、前記テンションローラ２が加重可変部材１を介して移動可能に設けられている。【選択図】  図１
2005340603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを繰り出すスプールと、前記スプールから繰り出されたワイヤを支持するテンションローラと、開閉可能な一対のワイヤクランパと、ワイヤを挿通するキャピラリを有するワイヤボンディング装置において、前記テンションローラが加重可変部材を介して移動可能に設けられていることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
請求項１記載のワイヤボンディング装置において、前記加重可変部材がバネ定数を可変可能な弾性部材であることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項３】
請求項１記載のワイヤボンディング装置において、前記加重可変部材がロードセルであることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項４】
ワイヤ先端を加熱溶融して形成したボールと半導体チップの表面電極を、加熱、加圧又はそれらに超音波を併用して接続した後、さらに前記ボールと連続したワイヤとリード表面を同様に接続するワイヤボンディング方法において、前記ボールと前記表面電極の接続後、加重可変部材を有するテンションローラによって前記ワイヤにあらかじめ設定したテンションを与え、前記ボールと前記表面電極の接続確認を行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項５】
請求項４記載のワイヤボンディング方法において、前記加重可変部材がバネ定数を可変可能な弾性部材であることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項６】
請求項４記載のワイヤボンディング方法において、前記加重可変部材がロードセルであることを特徴とする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、半導体装置の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し、特に、ボンディング中にボールと表面電極の接続確認が可能で、不良流出を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線方法として、導電性ワイヤの先端を溶融して形成したボールを利用して半導体チップの表面電極に配線を行う、所謂ボールボンディング法がその汎用性の高さから多用されている。そのボンディング装置及びボンディング方法を図２（ａ）及び（ｂ）、図３（ｃ）及び（ｄ）、図４（ｅ）及び（ｆ）を用いて説明する。
【０００３】
従来のワイヤボンディング装置は、図２（ａ）に示すように、ワイヤ３を繰り出すスプール４と、ワイヤ３をＡ方向にエアブローしワイヤ３の位置からワイヤ３の繰り出し量を検知する繰り出し量検知部１３と、ワイヤ３を挿通しワイヤ３の繰り出し方向と反対のＢ方向にエアブローしワイヤ３にテンションを与えるエアテンショナ１２と、ワイヤ３を挟持し移動することでワイヤ３をカットする開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通しボール８を圧着する際のツールとして機能するキャピラリ７を有する。図中、９は半導体チップを、１０はリードフレームを、１１はリードを、それぞれ示している。
【０００４】
従来のワイヤボンディング方法は、図２（ａ）に示すように、まず、ワイヤテンショナ１２にエアが供給されワイヤ３にバックテンションが与えられる。次に、キャピラリ７が半導体チップ９表面に形成された図示しない表面電極直上に移動し、キャピラリ７先端から突出したワイヤ３の先端を放電等で加熱溶融した後、ワイヤクランパ６が開く。これにより、ワイヤ先端にボール８が形成される。次に、キャピラリ７を下降させ、ボール８を加熱された表面電極に加圧又は加圧に超音波を併用し、図２（ｂ）のように接続する（１ｓｔボンディング）。その後、キャピラリ７が上昇して、キャピラリ先端からワイヤ３を繰り出し、図３（ｃ）に示すように、キャピラリ７がリード１１の直上へ移動する。次に、キャピラリ７を下降させ、ワイヤ３を加熱されたリード１１の表面に加圧又は加圧に超音波を併用し、図３（ｄ）のように接続する。この後、所定の位置でワイヤクランパ６を閉じながらキャピラリ７を上昇させることで、図４（ｅ）に示すように、キャピラリ先端から所定長さのワイヤ３が突出した状態で、リード上の接続部分でワイヤ３がカットされる（２ｎｄボンディング）。この後、キャピラリ先端から突出したワイヤの先端とトーチ１４の間の放電等によりワイヤ３の先端を加熱溶融し、図４（ｆ）に示すように、ボール８を形成する。その後、ワイヤクランパ６を開き、上記図２（ａ）〜図４（ｆ）の動作を繰り返して、複数組みの表面電極とリード１１を接続していく。
【０００５】
しかし、上記従来のワイヤボンディング装置及びそのワイヤボンディング方法には、次のような問題点があった。すなわち、半導体チップの表面電極上の異物、汚れ等により、前記ボールと前記表面電極の接着強度が低くなり、最悪の場合剥がれを生ずる場合があった。また、剥がれに到らなくとも、半導体装置の使用に伴いボールと表面電極の接続が不充分になるという信頼性上の問題も生じていた。また、ボンディング中にボールと表面電極の接着強度を測定できないため、連続して不良を作り込んでしまうという問題もあった。このため、一定量（１ロット）のボンディングの途中や終了した時点で数個の素子を抜き取り、ワイヤを引っ掛けるフックの付いたテンションゲージを用い、１ワイヤずつ接着強度を測定することで多大な工数を必要とするという問題もあった。
【０００６】
これに対し、前述のボールボンディングとは異なりステッチボンディングの例であるが、クランプ部にテンション検出部を設け、１ｓｔボンディング後のワイヤをクランプし、テンション検出部でテンションを測定しながらテンションを加え、あらかじめ設定したテンションに達した時点でクランプを開き、テンションを解除することで、ボンディング中に接着強度を確認する方法が開示されている。（特許文献１参照）
また、ボールボンディングにおいて、接着強度の測定は行わないが、ワイヤの経路にテンションローラをバネとテンション検出部を介して移動可能に設け、テンション検出部の出力によってスプールからのワイヤ繰り出し量を調整することで、テンションを一定に保つ方法が開示されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開昭６０−１６７３３９号公報（第２頁、第２図（Ａ））
【特許文献２】特開平２−１９２１３３号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のクランプ部にテンション検出部を設け、１ｓｔボンディング後のワイヤをクランプし、テンション検出部でテンションを測定しながらテンションを加え、あらかじめ設定したテンションに達した時点でクランプを開き、テンションを解除することで、ボンディング中に接着強度を確認する方法には、次のような残された問題があった。すなわち、高価なテンション検出部を使用し、その測定値を用いてクランパを制御するという複雑な制御機構を採用しているため、装置が複雑で高価になるという問題があった。
【０００８】
また、一般に１００μmを超える太さのワイヤに用いられるステッチボンディングに適用可能な方法であるため、一般に２０〜３０μmの太さのワイヤを用いるボールボンディングにそのまま適用すると、クランパでワイヤを挟持してテンションを加えるとクランパ表面のキズや異物によりワイヤ表面にもキズが入り、後のボンディング工程でワイヤ切れやワイヤカールの原因となる場合があった。また、クランパの開閉動作のためインデックスが低下するという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、インデックスが低下することがなく、装置が複雑で高価になることがなく、ボールボンディングに適用でき、ボンディング中にボールと表面電極の接続確認が可能で、連続して不良を作り込んでしまうことがなく、ワイヤの接着強度の抜き取り検査が不要なワイヤボンディング装置及びそのワイヤボンディング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１記載のワイヤボンディング装置は、ワイヤを繰り出すスプールと、前記スプールから繰り出されたワイヤを支持するテンションローラと、開閉可能な一対のワイヤクランパと、ワイヤを挿通するキャピラリを有するワイヤボンディング装置において、前記テンションローラが加重可変部材を介して移動可能に設けられている。
【００１１】
本発明の請求項４記載のワイヤボンディング方法は、ワイヤ先端を加熱溶融して形成したボールと半導体チップの表面電極を、加熱、加圧又はそれらに超音波を併用して接続した後、さらに前記ボールと連続したワイヤとリード表面を同様に接続するワイヤボンディング方法において、前記ボールと前記表面電極の接続後、加重可変部材を有するテンションローラによって前記ワイヤにあらかじめ設定したテンションを与え、前記ボールと前記表面電極の接続確認を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の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よれば、クランパの開閉動作がないためインデックスが低下することがなく、受動的な加重可変部材のみでボールと表面電極の接続確認ができるため、装置が複雑で高価になることがなく、加重可変部材を有するテンションローラによって前記ワイヤにあらかじめ設定したテンションが与えられるため、ボンディング中にボールと表面電極の接続確認が可能で、連続して不良を作り込んでしまうことがなく、ワイヤの接着強度の抜き取り検査が不要という優れた産業上の効果を奏し得る。
【００１３】
また、テンションローラを用いてテンションを加えるためワイヤ表面にキズが入ることがなく、前述の細いワイヤを用いるボールボンディングに適用可能であるという優れた産業上の効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照し、従来例と同一物には同一の符号を用いて説明する。
【００１５】
本発明のワイヤボンディング装置は、図１に示すように、ワイヤ３を繰り出すスプール４と、前記スプール４から繰り出されたワイヤ３を支持するテンションローラ２と、開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通するキャピラリ７を有するワイヤボンディング装置において、前記テンションローラ２が加重可変部材１を介して移動可能に設けられている。５は、必要に応じ設けられるワイヤガイドを示している。テンションローラ２と加重可変部材１を設けている点が、本発明の特徴である。ワイヤにキズをつけないようにテンションローラを用いている点と、特許文献１のように高価なテンション検出部を使用し、その測定値を用いてクランパを制御するという複雑な制御機構を採用せず、受動的な加重可変部材のみでボールと表面電極の接続確認を実現した点が、特許文献１との相違点である。
【００１６】
前記加重可変部材は、バネ定数を可変可能な弾性部材であっても良く、例えば、弾性部材の２箇所の固定位置間の距離を任意に設定できるバネ、ゴム等の公知の弾性体が使用できる。弾性部材を使用する場合、ワイヤの繰り出し量によって弾性部材の歪み量が変化し、加重も変化するため、ワイヤの繰り出し量を一定にした状態で繰り出しを一時的に停止する機構が、前記スプールに必要である。また、前記加重可変部材は、ロードセルであっても良く、この場合加重を直接設定できるので繰り出し量を一定にする必要は無いが、前述の繰り出しを一時的に停止する機構は必要である。
【００１７】
本発明のワイヤボンディング方法は、ワイヤ先端を加熱溶融して形成したボールと半導体チップの表面電極を、加熱、加圧又はそれらに超音波を併用して接続した後、さらに前記ボールと連続したワイヤとリード表面を同様に接続するワイヤボンディング方法において、図１に示すように、前記ボール８と前記表面電極の接続後、加重可変部材１を有するテンションローラ２によって前記ワイヤ３にあらかじめ設定したテンションを与え、前記ボール８と前記表面電極の接続確認を行う。加重可変部材１を有するテンションローラ２によって前記ワイヤ３にあらかじめ設定したテンションを与え、前記ボール８と前記表面電極の接続確認を行う点が、本発明の特徴である。
【００１８】
本発明の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よれば、クランパの開閉動作がないためインデックスが低下することがなく、受動的な加重可変部材のみでボールと表面電極の接続確認ができるため、装置が複雑で高価になることがない。また、加重可変部材を有するテンションローラによって前記ワイヤにあらかじめ設定したテンションが与えられるため、ボールと表面電極の接続が不充分で剥がれを生じた場合には、公知であるボンダの電気的なオープン検知機構によって検知されボンダが停止し、接続に問題が無い場合にはボンディングが続行する。このため、ボンディング中に全てのボールと表面電極の接続確認が可能で、連続して不良を作り込んでしまうことがなく、ワイヤの接着強度の抜き取り検査が不要となる。さらに、テンションローラを用いてテンションを加えるためワイヤ表面にキズが入ることがなく、前述の細いワイヤを用いるボールボンディングに適用可能である。
【００１９】
尚、本発明のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができ、例えば、リードフレーム以外の配線基板へのボンディングにも適用でき、また、ステッチボンディングの場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法の特徴部分を示す側面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）従来のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図３】（ｃ）及び（ｄ）従来のワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図４】（ｅ）及び（ｆ）従来のワイヤボンディング方法を示す側面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  加重可変部材
２  テンションローラ
３  ワイヤ
４  スプール
５  ワイヤガイド
６  ワイヤクランパ
７  キャピラリ
８  ボール
９  半導体チップ
１０  リードフレーム
１１  リード
１２  ワイヤテンショナ
１３  繰り出し量検知部
１４  トーチ
Ａ  エアブロー
Ｂ  エアブロー
【図１】
2005340603.tif 000003
【図２】
2005340603.tif 000004
【図３】
2005340603.tif 000005
【図４】
2005340603.tif 000006