(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェッジワイヤーループのウェッジ製造方法を提供する。【解決手段】ウェッジウェッジワイヤーループが次の段階により形成される。a)キャピラリー１１の第１接合点１への引き下げならびに第１接合点１におけるウェッジ接合製造用の事前に定められた接着力ならびに超音波の適用。b)キャピラリー１１のほぼ鉛直方向に事前に定められた距離Ｄ１だけの持ち上げ。c)ワイヤー４の曲げならびにこれをウェッジ接合に押し込み用の横方向かつ下方へのキャピラリー１１の移動。d)ワイヤーループの形成ならびにワイヤー４の第２接合点への取付けのためのキャピラリー１１の持ち上げならびにキャピラリー１１の移動。e)ワイヤー４の引き裂き。【効果】好ましいワイヤーループが得られる。【選択図】図６
2007273991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)キャピラリー（１１）の第１接合点（１）への引き下げ並びにウェッジ接合製造のための予め定められる接着力と超音波の第１接合点（１）への適用
b)ほぼ鉛直方向の定められた距離Ｄ１だけのキャピラリー（１１）の持ち上げ
c) ワイヤーの曲げとワイヤーのウェッジ接合へ押し付けのためのワイヤー（４）の横方向かつ下方へのキャピラリー（１１）の移動
d) ワイヤーループ（５）の形成並びに第２接合点（７）へのワイヤー（４）の取付けのためのキャピラリー（１１）の持ち上げとキャピラリー（１１）の移動
e)ワイヤー（４）の引き裂き
の段階が含まれ、長さ方向ドリル穴（１２）、作用面（１３）に開かれた出口のあるキャピラリー（１１）を伴い、ワイヤーが長さ方向ドリル穴（１２）を通って誘導されると同時に、キャピラリー（１１）がワイヤー（４）を第１接合点（１）および第２接合点（７）間に誘導するだけでなく、ワイヤー（４）を第１接合点（１）と第２接合点（７）に取付けるために利用される、第１接合点（１）と第２接合点（７）間のウェッジウェッジワイヤーループ（５）の製造方法
【請求項２】
段階ｄの後に、キャピラリー（１１）がキャピラリー（１１）から突出するワイヤー（４）の端部（１０）が整列するよう次に製造されるワイヤーループのワイヤー方向に移動する請求項１による方法
【請求項３】
段階ｃにおいてキャピラリー（１１）の移動がほぼ円形経路部に沿って行われる請求項１あるいは請求項２による方法
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明はウェッジワイヤーループのウェッジ製造方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
ワイヤーループは半導体チップと基板間の電気接合部の製造に利用される。本出願によると、様々なニーズがワイヤーループについて出されている。ワイヤーループは主としていわゆる「ボールワイヤーボンダー」によって製造される。「ボールワイヤーボンダー」にはリング状作用面に明けられる長さ方向のドリル穴付きのキャピラリーがある。キャピラリーは隅角部の先端に留め金で留められる。ワイヤーはキャピラリーの長さ方向ドリル穴を通って走る。キャピラリーは２接合点間のワイヤーを誘導すると同時にワイヤーが半導体チップの接合点ならびに基板上の接合点に取付けられるために利用される。半導体チップの接合点と基板の接合点間のワイヤー接合部が製造される際に、キャピラリーから外に突き出るワイヤーの端部が１つのボールにまず溶解される。該ボールは、その後、圧力と超音波によって半導体チップの接合点に取付けられる。この際に、超音波変換器からの超音波が隅角部に加えられる。この工程がボールボンディングと言われる。ワイヤーはその後、必要な長さに引き抜かれ、ワイヤーループに形成されると同時に、基板の接合点で熱圧縮接着される。この最後の副次工程はウェッジボンドと言われる。ワイヤーが基板の接合点に取付けられた後、ワイヤーは引き裂かれると同時に次の接着工程が開始可能となる。
【０００３】
米国特許4,437,604からは、ウェッジ接合によってワイヤーループが両接合点に取付けられる方法が分かる。これにより、ワイヤーボールの形成が省略されるだけでなく両ワイヤー接合部がキャピラリー下のワイヤー片の圧縮によって製造される、すなわち、キャピラリーの作用面によりワイヤーがキャピラリー下に押しつけられることになる。ワイヤーの圧縮は予め定められた力と超音波の適用によって一般的には温度の上昇を伴って行われる。ウェッジ接合部はキャピラリーがワイヤーが各接合点に押しつけられる「ボールワイヤーボンダー」が採用されて、ウェッジボンド工具がワイヤーの取付けと誘導に利用される「ウェッジワイヤーボンダー」は採用されずに製造されるので、第１接合点のウェッジ接合部の品質は設定された要件を一般的に満足しない。図１には第１接合点１に生み出される第１ウェッジ接合部が示される。該ウェッジ接合部にはいわゆるウェッジボンド２およびいわゆるテイルボンド３が含まれる。第１接合点のウェッジボンドの良好な付着が行われるように、接着の間、ワイヤー４は多大なエネルギーにより、すなわち、比較的大きな接着力が採用されると同時に超音波が加えられて第１接合点に押し付けられなくてはならない。ウェッジボンドとテイルボンド間の交差部は、従って、非常に薄いかあるいは完全にでさえも引き離されて、ワイヤーはテイルボンドによりやっと接合点に接合されるだけである。テイルボンドの付着は、一方で接合領域が極めて狭く他方でキャピラリーの圧力および超音波の効果が極めて低いキャピラリー幾何学形状のため、当然ウェッジボンドの付着よりはるかに弱い。その後に続くワイヤーループの形成により、テイルボンドは弱められると同時に、従って、「ワイヤー横滑り」、「首傾斜」、「ループ高さ」、「ループ形状」などの変種として取引で知られるあらゆる問題につながるか、あるいはテイルボンドが表面から離れて引き裂かれることにつながりさえする相当な力がテイルボンドに作用する。従って、原則として、この方法により「ボールワイヤーボンダー」を採用したウェッジ対ウェッジ接合部の製造が可能となる。しかしながら、既述の理由のため、第１接触従ってワイヤーループの安定性は当然ながらより弱いテイルボンドのせいで全く不十分である。この理由で、ウェッジ対ウェッジの方法は忘れ去られていたが、近年再び取り上げられたばかりである。
【０００４】
半導体チップと基板との間の隆起ウェッジウェッジワイヤーループの製造方法は、特許申請米国特許2005-0054186から知られる。この方法の場合、まず始めに隆起が半導体の接合点に加えられるとともに、その後、ワイヤーループがウェッジ接合部として隆起部に取付けられ、ワイヤーが必要な長さまで引き抜かれると同時にウェッジ接合として基板上の第２接合点に取付けられるという具合にキャピラリーから突き出るワイヤー端部が生み出される。
【０００５】
半導体チップと基板間のボール隆起ウェッジワイヤーループ製造方法が、米国特許申請2004-0152292から知られる。この方法については、いわゆる隆起がまず半導体チップの接合点に加えられた後、キャピラリーから突き出るワイヤーがボールに溶解されると同時にボール接合として基板に取付けられ、ワイヤーが必要な長さまで引き抜かれかつウェッジ接合として半導体チップの隆起部に取付けられるという具合にワイヤーループが製造される。この方法は「リバースボンディング」として知られる。これはウェッジウェッジ法ではない。
【０００６】
前記の２方法によりワイヤーは半導体チップの表面に実用上平行に離れて誘導可能となる。しかしながら、「リバースボンディング」には、ワイヤーループの製造のためのサイクル時間が比較的長くなってしまう、ワイヤーボールが両ワイヤー接合部のために形成されなくてはならないという欠点がある。
その他の方法にはワイヤーボールが１ヶ所のだけしか形成されてはならないという利点があるが、ワイヤーループが必要とされる形では形成が不可能であることが多いという欠点もある。
（特許文献１）米国特許4,437,604（特許文献２）米国特許2005-0054186（特許文献３）米国特許2004-0152292
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は上述の欠点が取り除かれたウェッジウェッジワイヤーループの製造方法を開発することである。
【０００８】
ウェッジウェッジワイヤーループは次の段階により形成される。
a)キャピラリーの第１接合点への引き下げおよび第１接合点のウェッジ接合製造用の予め定められた接着力および超音波の適用
b)ほぼ鉛直方向の予め定められた距離Ｄ１だけのキャピラリーの持ち上げ
c)ワイヤーの曲げならびにウェッジ接合をワイヤーに押しつけるためのキャピラリーの横方向かつ下方への移動
d)ワイヤーループの形成とワイヤーの第２接合点への取り付けのためのキャピラリーの持ち上げとキャピラリーの移動
e)ワイヤーの引き裂き
【好ましい実施例の詳細説明】
【０００９】
図２には本発明による方法を用いて製造される基板６の第１接合点１と半導体チップ８の第２接合点（７）間のワイヤーループ（５）が示される。半導体チップ８は基板６に取付けられる。この例では第２接合点７は第１接合点１より高い高さに位置する。ワイヤーループ５が製造されるまでにいわゆる隆起部９が第２接合点７に加えられる。隆起部９は「ボールワイヤーボンダー」が採用されてあるいは別の既知の方法によって第２接合点７に製造可能であるとともに付加可能である。基板６は半導体産業で知られる任意の基板であって良い。基板６は、また、半導体チップが「積み重ねダイス」としてお互い上面に直接取付けられて既に多く適用されている第２半導体チップであっても良い。ワイヤーループ５が製造される際には、「ボールワイヤーボンダー」のキャピラリーから突き出るワイヤーの端部が第１ウェッジ接合によって基板６の第１接合点１にまず取付けられ、ワイヤーループが事前形成される必要な長さまで該ワイヤーが引き抜かれた後、第２ウェッジ接合によって、該ワイヤーが第２接合点７の隆起部９かあるいはそれに代わる第２接合部７に直接、取付けられる。
【００１０】
図３から図８には第１ウェッジ接合の製造中に取られたスナップ写真が示される。次に、本発明によるウェッジウェッジワイヤーループ製造方法、特に、第１ウェッジ接合の製造法が詳細に説明される。
【００１１】
キャピラリー１１から突き出るワイヤーの断片がウェッジ接合として第１接合点１に取付け可能であるためには、ワイヤーの断片がキャピラリー１１の長さ方向ドリル穴１２の長さ方向に走ってはならないが、キャピラリー１１により、ワイヤー４が第１接合点１に押し付けられるとともに、再生可能な特性のあるウェッジ接合の製造が可能なように長さ方向に関する予め決められた最小角度φ0が包含されなくてはならない。以降では、キャピラリー１１の長さ方向ドリル穴１２とともにキャピラリー１１から突出するワイヤー４の端部１０により、最小角度φ0より大きな角度φが包含されると同時に、都合良く引き続き生ずるはずのワイヤーループの方向に向けられるものと仮定される。図３には長さ方向ドリル穴１２およびキャピラリー１１の先端から突き出るワイヤー４の端部１０の付いたキャピラリー１１が示される。第１接合点１のウェッジ接合が今度は次の工程段階を伴って製造される。
１．予め定められる接着力と超音波がキャピラリー１１に加えられるという具合に、キャピラリー１１の第１接合点１への引き下げとキャピラリー１１から突出するワイヤー４の端部１０の第１接合点１への固定。次に、ワイヤーの端部が、ウェッジ接合にウェッジボンド点２およびテイルボンド点３が含まれるウェッジ接合として、第１接合点１に取付けられる。この場合に、キャピラリー１１のリング形状作動領域１３によりワイヤー４の端部１０が押し込まれる。図４にはこの工程段階の後に取られるスナップ写真が示される。
２．予め決められた距離Ｄ１だけのほぼ鉛直方向へのキャピラリー１１の持ち上げ。その後、キャピラリー１１が鉛直方向に移動する時にワイヤー４とキャピラリー１１間の摩擦が最大値に達する。従って、テイルボンド３に作用する力もまた最小となる。図５にはこの工程段階の後に取られたスナップ写真が示される。
３．ワイヤー４の曲げならびにウェッジ接合にこれが押し込まれるためのキャピラリー１１の横方向かつ下方への移動。図６にはこの工程段階のほぼ中間に取られたスナップ写真が示される。図７にはこの工程段階の後に取られたスナップ写真が示される。段階３はワイヤー４が引き続くワイヤーループ５の形成および完成の間に引き裂かれないようワイヤー４が第１ウェッジボンド点２にしっかり固定されるために役立つ。
【００１２】
図５に見ることが出来るように、キャピラリー１１には刃１４で終わるウェッジボンド点２に痕跡が残される。図８に見ることができるように、段階１から３までの間に、キャピラリー１１はＤ２の距離だけ第１接合点１の衝撃の原点から離れて移動する。段階２のキャピラリー１１の移動は、好ましいことに第１接合点１にある衝撃原点を中心にした半径r=D1のほぼ円形経路に沿って生ずる。距離Ｄ２は従って、ほぼ距離Ｄ１にほぼ等しい。距離Ｄ１および距離Ｄ２は、好ましいことに、キャピラリー１１の長さ方向ドリル穴１２の出口が図７に示されるようにウェッジボンド点２に乗るようになるよう大きさが決められる。
【００１３】
ワイヤー４と基板５の間の第１接合が次に製造された。ワイヤーループ５は、今度は次の段階を経て完成される。
４．キャピラリー１１が続く軌道経路が通常通り走る必要長さまでのワイヤー４の引き抜きの結果、その際にワイヤーループ５が事前形成される。
５．キャピラリー１１の第２接合点７までの移動。
６．第２接合点７のワイヤーの隆起部９あるいはそれに代わる第２接合点７への直接の取付け。
７．取付け後のワイヤー４の引き裂きまでに、キャピラリー１１はワイヤー留め具が開かれて少し持ち上げられた後、水平走行方向あるいは斜め上方にかつ好ましくは次の製造されるワイヤーループ５の方向に移動し、その後、ワイヤー留め具は閉鎖されると同時に、キャピラリー１１がさらにワイヤー４が引き裂かれるまで移動する。長さ方向に加えて、ワイヤー４により今度は最小角度φ0よりも大きい角度φが包含される。さらに、ワイヤー４は次のワイヤー接合５の第１ウェッジ接合の製造に最適なように整列する。
【００１４】
工程段階６および７は隆起部が必要とされない場合あるいはすべての隆起部が第２接合点７にすでに存在する場合に説明された通りに行われる。もし、交互にウェッジウェッジワイヤーループおよび隆起部が製造されなくてはならない場合には、２つの追加工程段階６Ｂおよび６Ｃは工程段階６後かつ工程段階７前に行われなければならない。
６Ｂ．取付け後、キャピラリー１１はワイヤー留め具が開かれて少し持ち上げられた後にワイヤー留め金が閉鎖されると同時に、キャピラリー１１はワイヤー４が引き裂かれるまでさらに持ち上げられる。
６Ｃ．キャピラリー１１から突出するワイヤー断片がボールに溶解されるとともに、隆起部としての第２接合点に置かれる。
【００１５】
本発明による方法の第１版については、段階３および４で、キャピラリー１１は予め決められた軌道経路１５に従い、これによって段階３から段階４までの移行時にその走行運動の方向は逆転する。図９には図２に示されるワイヤーループ５の製造用キャピラリー１１の最適軌道経路１５が示される。図１０には上で説明された１から３までの工程段階による第１ウェッジ接合の製造に関する、図９の円により印された断面の拡大表示が示される。
【００１６】
この方法により製造される第１ウェッジ接合は基板６にしっかりと固定されるので、原則として、その整列は少しも重要ではない。異なる並びを伴う、すなわち、１８０度回転した方向の２ヶ所のウェッジ接合が図１１に表示される。
【００１７】
ワイヤーの曲げについては、別の軌道経路が最適軌道経路の代わりに可能である。この例が図１２から１４までに表示される。軌道経路は、第１接合点１と一体かあるいはこれと共に角度α、β、あるいはγを包含する直線あるいは曲線経路断面から形成される。角度α、βおよびγは広範囲に変動する。有利なことに、軌道経路はコーナー部すなわち、ある経路断面から次に断面までの移行時に丸くなる結果、キャピラリー１１は各停止により時間的ロスが生ずるような停止無しに出来るだけ軌道経路に従うことが可能である。これはまた図９に示される軌道経路に有効である。
【００１８】
本発明による方法の第２版については、段階３Ｂが段階３後かつ段階４前に行われる。段階３Ｂでは、事前に決められた接着力およびオプションとしての超音波が、事前に決められる時間の間、ワイヤーの曲げ片がキャピラリー１１の作用面１３の下方のウェッジ接合にハンダ付けされるキャピラリー１１に加えられる。
【００１９】
本発明の肝心な利点は以下のものである。すなわち、
―ワイヤーは第１接合点（１）にしっかり固定されるので、ワイヤーループの形成時に曝される次の荷重に容易に耐えることが出来る。キャピラリーは、従って、得られるワイヤーループの形に最適に対応される任意の軌道経路に沿うことが可能である。一方で、基板のウェッジ接合の並びは与えられた要件に必要とされる通りに対応可能である。
―サイクル時間は、より小さいワイヤーボールが必要である先行技術の場合より短く、すなわち、２の代わりに１あるいは１の代わりにゼロである。
―第１版による方法については、ワイヤーはワイヤーループの形成中に再び曲げられると同時に、製造されたばかりのウェッジ接合に押しつけられ、これによって方向の変化には短い間の停止だけしか必要でない。逆転位置におけるキャピラリーの休止時間は極めて短くかつワイヤーの曲げ片は超音波によってウェッジ接合にハンダ付けされないので、非常に短いサイクル時間が生まれる。
―ある材料と工程については、ウェッジ接触によりボール接触よりさらに信頼できる接合が示される。第１接合点において提案されたウェッジ接合によって前述の問題は防止可能である。
【００２０】
本発明による方法は図２に示される通り特にワイヤーループの製造に適当である。相互に重ねて直接取付けられる少なくとも２つの半導体チップを伴う「積み上げダイス」といった応用に関しては、第１接合点１のワイヤーが非常に急激に持ち上げらなくてはならなく、つまり、異なる高さで走るワイヤーループが相互に接触しないようにした上にしかも出来るだけ少ない空間が占められるよう、角度θは７５度より大きくなければならないことが多い。しかしながら、本発明はこのようなワイヤーループ類に限定されない。製造されるワイヤーループの第１接合がウェッジ接合でなくてはならない場合はどの場合にも使用可能である。
【００２１】
この発明の実施例類と適用例類が示されると同時に説明された一方で、これには上述以外のより多くの変型例類がこの発明のアイデアから逸脱することなく可能であるというこの公開のメリットがあることが熟練技術者には明らかであろう。本発明は、従って、付録の請求項およびこれらと同等の精神以外には制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
この仕様書に組み込まれるとともにその一部が構成される添付図面により、本発明の原理と実施法が説明されるために利用される詳細説明と共に本発明の１以上の実施例が図解される。図は縮尺が合っていない。すなわち、
【図１】先行技術によるウェッジ接合が示される。
【図２】第１および第２ウェッジ接合に関する本発明によるワイヤーループが示される。
【図３−８】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図９】キャピラリーの可能な軌道経路が示される。
【図１０】大きな縮尺での図９からの断面が示される。
【図１１】その方向が違うだけの２ヶ所のウェッジ接合が示される。
【図１２−１４】キャピラリーのさらにあり得る軌道経路が示される。
【図１】
2007273991.tif 000003
【図２】
2007273991.tif 000004
【図３】
2007273991.tif 000005
【図４】
2007273991.tif 000006
【図５】
2007273991.tif 000007
【図６】
2007273991.tif 000008
【図７】
2007273991.tif 000009
【図８】
2007273991.tif 000010
【図９】
2007273991.tif 000011
【図１０】
2007273991.tif 000012
【図１１】
2007273991.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2007273991.tif 000015
【図１４】
2007273991.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月20日(2007.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
この仕様書に組み込まれるとともにその一部が構成される添付図面により、本発明の原理と実施法が説明されるために利用される詳細説明と共に本発明の１以上の実施例が図解される。図は縮尺が合っていない。すなわち、
【図１】先行技術によるウェッジ接合が示される。
【図２】第１および第２ウェッジ接合に関する本発明によるワイヤーループが示される。
【図３】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図４】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図５】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図６】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図７】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図８】第１ウェッジ接合の製造中のスナップ写真が示される。
【図９】キャピラリーの可能な軌道経路が示される。
【図１０】大きな縮尺での図９からの断面が示される。
【図１１】その方向が違うだけの２ヶ所のウェッジ接合が示される。
【図１２】キャピラリーのさらにあり得る軌道経路が示される。
【図１３】キャピラリーのさらにあり得る軌道経路が示される。
【図１４】キャピラリーのさらにあり得る軌道経路が示される。