(57)【要約】【課題】本発明はワイヤボンダ、ワイヤボンディング方法及びプログラム並びにこれらに使用するボンディングツールに関し、ボンディングツールを外面から加熱することによって、半導体チップ上のパッドに圧着されるワイヤの接合面温度を高温に加熱することを目的とする。【解決手段】キャピラリ１６の先端部分と外側面はダイヤモンド層３９によって覆われており、外面にはヒータ３１が取り付けられている。内部はテーパー孔４３を有するアルミナセラミックス部４１である。キャピラリ１６の先端には、ダイヤモンド層３９によって形成されて、ワイヤ加熱部を構成するフェイス部４７とインナチャンファ部４９が形成されている。ヒータ３１からの熱はダイヤモンド層３９によって構成された熱供給路によってワイヤ加熱部に伝達され、ワイヤ１２とパッド３との接合面５３を加熱する。【選択図】図６
2007335708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを半導体チップ上のパッドやリードに接合するワイヤボンディングツールを備えるワイヤボンダにおいて、
前記ワイヤボンディングツールの先端部に形成され、前記ワイヤを加熱するワイヤ加熱部と、
前記ワイヤボンディングツールの外面側に形成され、前記ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源と、
前記熱源から前記ワイヤ加熱部に前記ワイヤ加熱用の熱を供給する熱供給路と、
を有することを特徴とするワイヤボンダ。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤボンダであって、
更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに圧着するボンディング制御部と、を備えるワイヤボンダにおいて、
前記ボンディング制御部は、
前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持する保持手段と、
を有することを特徴とするワイヤボンダ。
【請求項３】
請求項２に記載のワイヤボンダであって、
更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに接合する前記ワイヤボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、を備え、
前記ボンディング制御部は、更に、
前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記移動機構によって前記ワイヤボンディングツール先端部を、前記半導体チップに対して相対的に振動させる加振手段と、
を有することを特徴とするワイヤボンダ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤボンダにおいて、
前記熱供給路は、前記半導体チップよりも大きな熱伝導率を有する材料によって構成されていること、
を有することを特徴とするワイヤボンダ。
【請求項５】
請求項４に記載のワイヤボンダにおいて、
前記熱供給路は、ダイヤモンド結晶又はナノカーボン材料で構成されていること、
を特徴とするワイヤボンダ。
【請求項６】
ワイヤを半導体チップ上のパッドやリードに接合するワイヤボンディングツールと、
前記ワイヤボンディングツールの先端部に形成され、前記ワイヤを加熱するワイヤ加熱部と、
前記ワイヤボンディングツールの外面側に形成され、前記ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源と、
前記熱源から前記ワイヤ加熱部に前記ワイヤ加熱用の熱を供給する熱供給路と、
前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに圧着するボンディング制御部と、を備えるワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムであって、
前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持する保持プログラムと、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディングプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムであって、
前記ワイヤボンダは、更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに接合する前記ワイヤボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、を備え、
前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記移動機構によって前記ワイヤボンディングツール先端部を、前記半導体チップに対して相対的に振動させる加振プログラムと、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディングプログラム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムであって、
更に、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着していない場合には、前記熱源の温度を所定の温度に保持する熱源温度調整プログラムと、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディングプログラム。
【請求項９】
請求項６又は７に記載のワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムであって、
前記ワイヤボンディングツールが1つの半導体チップから次の半導体チップに移動する間は、前記熱源での熱発生を停止する熱発生停止プログラムと、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディングプログラム。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載のワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムであって、
前記保持プログラムは、前記熱源の電気抵抗値に基づいて、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持すること、
を特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディングプログラム。
【請求項１１】
ワイヤを半導体チップ上のパッドやリードに接合するワイヤボンディングツールと、
前記ワイヤボンディングツールの先端部に形成され、前記ワイヤを加熱するワイヤ加熱部と、
前記ワイヤボンディングツールの外面側に形成され、前記ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源と、
前記熱源から前記ワイヤ加熱部に前記ワイヤ加熱用の熱を供給する熱供給路と、
前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに圧着するボンディング制御部と、を備えるワイヤボンダのワイヤボンディング方法であって、
前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持する保持工程と、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディング方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のワイヤボンダのワイヤボンディング方法であって、
前記ワイヤボンダは、更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに接合する前記ワイヤボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、を備え、
前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記移動機構によって前記ワイヤボンディングツール先端部を、前記半導体チップに対して相対的に振動させる加振工程と、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディング方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のワイヤボンダのワイヤボンディング方法であって、
更に、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着していない場合には、前記熱源の温度を所定の温度に保持する熱源温度調整工程と、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディング方法。
【請求項１４】
請求項１１又は１２に記載のワイヤボンダのワイヤボンディング方法であって、
前記ワイヤボンディングツールが1つの半導体チップから次の半導体チップに移動する間は、前記熱源での熱発生を停止する熱発生停止工程と、
を有することを特徴とするワイヤボンダのワイヤボンディング方法。
【請求項１５】
請求項１１又は１２に記載のワイヤボンダのワイヤボンディング方法であって、
前記保持工程は、前記熱源の電気抵抗値に基づいて、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持すること、
を特徴とするワイヤボンダ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、ワイヤを半導体チップ上に接合するワイヤボンダの構造及びワイヤボンディング方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤを半導体チップ上に接合するワイヤボンディングには、超音波併用熱圧着方法が多く用いられている。この方法は、加熱された半導体チップにワイヤを圧着して超音波接合する方法で、加熱することによってボンディング部分の接合性を向上させている。しかし、加熱はワイヤが圧着接合される半導体チップのパッドのみでなく、半導体素子の回路領域までも含んだ半導体素子全体を加熱していることから、半導体チップの破損や劣化を引き起こすことがあった。
【０００３】
そこで、ボンディングツールを加熱することによって接合部を局部加熱し、半導体チップ全体の加熱温度を低下させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１７に示すように、ボンディングツール１０４の先端側に他の部分より大きい径の蓄熱部１０５を形成し、この蓄熱部１０５の超音波ホーン１０３側にボンディングツール１０４を加熱する加熱装置１０６が取り付けられている。ボンディングツール１０４は超音波ホーン１０３によって把持され、超音波ホーン１０３の一端には、超音波発信コイル１０２が取り付けられている。また、ボンディングされる半導体チップ１０７は加熱ステージ１０９に真空吸着されて、吸着加熱されている。そして、半導体チップ１０７の上の接続電極１１２の上にはフィルムキャリア１０８のリード１１１が保持機構１１３によって保持されている。ワイヤボンディング装置１０１は、まず加熱装置１０６によって蓄熱部１０５を含むボンディングツール１０４を加熱する。そして加熱したボンディングツール１０４をリード１１１の上に押し当て加熱、超音波接合することによってリード１１１と接続電極１１２とを接続する。これによって、半導体チップ１０７全体の加熱温度を低下させることができる。
【０００４】
また、レーザ光線によってキャピラリ先端のボール圧着面を加熱して、半導体素子全体を加熱すること無しにワイヤの接続を行う方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。図１８に示すように、ルビー製のキャピラリ１２１の外表面にレーザ反射膜１２４が取り付けられ、キャピラリ１２１の先端のボール圧着面にはレーザ吸収膜１２３が取付けられている。キャピラリ１２１の上部から入射したレーザ光線１２５はルビー製のキャピラリ１２１の外面のレーザ反射膜１２４によって反射されながら、キャピラリ１２１の中を先端のレーザ吸収膜１２３に向かって進む。先端のレーザ吸収膜１２３に到達したレーザ光線１２５はレーザ吸収膜１２３に吸収されて熱に変換されボール圧着面を加熱し、ボール圧着面はワイヤ１２２の先端に形成されたボール１２７を加熱する。そして加熱されたボール１２７を用いて半導体素子全体を加熱すること無しにワイヤ１２２の接続が行われる。
【０００５】
なお、ワイヤボンディングツールのキャピラリやウエッジツール先端のボール圧着面に０．２〜２．０μｍのダイヤモンドの薄膜層を形成して、ボンディングツールの耐摩耗性を向上させる提案がされている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０９８２８号公報
【特許文献２】特開平６−１０４３１９号公報
【特許文献３】特開２００１−２２３２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示された従来技術では、ボンディング中に接合面の温度を接合に必要な温度に保持することが難しいという問題があった。ボンディングツールは硬度、耐摩耗性等の要求から、アルミナセラミックスが多く用いられている。アルミナセラミックスは硬度、耐摩耗性の点では優れている材料であるが、熱伝導率が半導体に用いられているシリコンよりも小さい材料である。一方、接点電極はアルミナセラミックスよりも熱伝導率の大きな金属材料によって形成されている。すると、加熱されたボンディングツールの先端がこの金属材料に接触した場合に、高温のボンディングツール先端の熱が金属材料に流れて接合部の温度が少し上昇するものの、蓄熱部１０５からボンディングツール先端部への熱の流れが、接合面から半導体チップ１０７に向かって拡散していく熱流量よりも少ないため、接合面は初期の温度を保持できず、すぐに温度が低下してしまう。このため、特許文献１に記載された従来技術では、効果的に接合面を加熱することが困難であるという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に示された従来技術では、キャピラリの内部を加熱用レーザの導光路としているため、ルビーのような透光性のある材料に適用することができるものの、ボンディングツールとして一般的に多く使用されている、アルミナセラミックスのような非透光性材料には適用することができないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、ボンディングツールを外面から加熱することによって、半導体チップ上のパッドに圧着されるワイヤの接合面温度を高温に加熱することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るワイヤボンダは、ワイヤを半導体チップ上のパッドやリードに接合するワイヤボンディングツールを備えるワイヤボンダにおいて、前記ワイヤボンディングツールの先端部に形成され、前記ワイヤを加熱するワイヤ加熱部と、前記ワイヤボンディングツールの外面側に形成され、前記ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源と、前記熱源から前記ワイヤ加熱部に前記ワイヤ加熱用の熱を供給する熱供給路と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るワイヤボンダは、更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに圧着するボンディング制御部と、を備えるワイヤボンダにおいて、前記ボンディング制御部は、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持する保持手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るワイヤボンダは、更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに接合する前記ワイヤボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、を備え、前記ボンディング制御部は、更に、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記移動機構によって前記ワイヤボンディングツール先端部を、前記半導体チップに対して相対的に振動させる加振手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るワイヤボンダにおいて、前記熱供給路は、前記半導体チップよりも大きな熱伝導率を有する材料によって構成されていること、としても好適であるし、前記熱供給路は、ダイヤモンド結晶又はナノカーボン材料で構成されていること、としても好適である。
【００１４】
本発明に係るワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムは、ワイヤを半導体チップ上のパッドやリードに接合するワイヤボンディングツールと、前記ワイヤボンディングツールの先端部に形成され、前記ワイヤを加熱するワイヤ加熱部と、前記ワイヤボンディングツールの外面側に形成され、前記ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源と、前記熱源から前記ワイヤ加熱部に前記ワイヤ加熱用の熱を供給する熱供給路と、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに圧着するボンディング制御部と、を備えるワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムであって、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持する保持プログラムと、を有することを特徴とする。また、前記ワイヤボンダは、更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに接合する前記ワイヤボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、を備え、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記移動機構によって前記ワイヤボンディングツール先端部を、前記半導体チップに対して相対的に振動させる加振プログラムと、を有することとしても好適である。
【００１５】
本発明に係るワイヤボンダのワイヤボンディングプログラムは、更に、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着していない場合には、前記熱源の温度を所定の温度に保持する熱源温度調整プログラムと、を有することとしても好適であるし、前記ワイヤボンディングツールが1つの半導体チップから次の半導体チップに移動する間は、前記熱源での熱発生を停止する熱発生停止プログラムと、を有することとしても好適であるし、前記保持プログラムは、前記熱源の電気抵抗値に基づいて、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持すること、とすることも好適である。
【００１６】
本発明に係るワイヤボンダのワイヤボンディング方法は、ワイヤを半導体チップ上のパッドやリードに接合するワイヤボンディングツールと、前記ワイヤボンディングツールの先端部に形成され、前記ワイヤを加熱するワイヤ加熱部と、前記ワイヤボンディングツールの外面側に形成され、前記ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源と、前記熱源から前記ワイヤ加熱部に前記ワイヤ加熱用の熱を供給する熱供給路と、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに圧着するボンディング制御部と、を備えるワイヤボンダのワイヤボンディング方法であって、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持する保持工程と、を有することを特徴とする。また、前記ワイヤボンダは、更に、前記ワイヤを前記半導体チップ上の前記パッドに接合する前記ワイヤボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、を備え、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着する際に、前記移動機構によって前記ワイヤボンディングツール先端部を、前記半導体チップに対して相対的に振動させる加振工程と、を有することとしても好適である。
【００１７】
本発明に係るワイヤボンダのワイヤボンディング方法は、更に、前記ワイヤボンディングツールによって、前記パッドに前記ワイヤを圧着していない場合には、前記熱源の温度を所定の温度に保持する熱源温度調整工程と、を有することとしても好適であるし、前記ワイヤボンディングツールが1つの半導体チップから次の半導体チップに移動する間は、前記熱源での熱発生を停止する熱発生停止工程と、を有することとしても好適であるし、前記保持工程は、前記熱源の電気抵抗値に基づいて、前記ワイヤと前記パッドとの接合面の温度を、前記半導体チップの回路構成部の温度より高いワイヤ接続温度に保持すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ボンディングツールを外面から加熱することによって、半導体チップ上のパッドに圧着されるワイヤの接合面温度を高温に加熱することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。図１は本発明に係るワイヤボンダの実施形態の系統構成を示した系統図である。図１に示すように、ワイヤボンダ１０はＸＹテーブル２０の上にボンディングヘッド１９が設置され、ボンディングヘッド１９にモータにて先端が上下方向であるＺ方向に駆動されるボンディングアーム１３を備えている。ボンディングアーム１３の先端には、ボンディングツールであるキャピラリ１６が取り付けられている。ＸＹテーブル２０とボンディングヘッド１９は移動機構１８を構成し、移動機構１８はＸＹテーブル２０によってボンディングヘッド１９を水平面内(ＸＹ面内)で自在な位置に移動することができ、これに取り付けられたボンディングアーム１３を駆動させることによって、ボンディングアーム１３先端に取り付けられたキャピラリ１６をＸＹＺの方向に自在に移動させることができる。ボンディングアーム１３にはワイヤ１２が挿通されており、ワイヤ１２はスプール１１に巻回されている。スプール１１に巻回されたワイヤ１２にはワイヤ１２と半導体チップ２上のパッド又は、ワイヤとリードフレーム１５との間の通電状態を取得する通電状態取得手段２２が接続されている。ボンディングヘッド１９には、半導体チップ２の位置確認用の位置検出カメラ２５が取り付けられている。また、キャピラリの下部には半導体チップ２が装着されたリードフレーム１５を吸着固定する吸着ステージ２３が取付けられている。
【００２０】
キャピラリ１６の外面には、半導体チップ２にワイヤ１２を圧着させる際に、ワイヤ加熱用の熱を発生する熱源であるヒータ３１が取付けられている。ボンディングアーム１３にはヒータ３１への電力供給用の電気配線３５が取り付けられている。
【００２１】
移動機構１８は移動機構インターフェース７９に接続され、通電状態取得手段２２は通電状態取得手段インターフェース７７に接続され、ヒータ３１はヒータインターフェース８１に接続されている。そして、各インターフェースはデータバス７３を介してワイヤボンダ１０の制御を行う制御部７１に接続されている。制御部７１は内部に制御用のＣＰＵを含んでいる。また、データバスには制御用データを記憶している記憶部７５が接続されている。
【００２２】
図２（ａ）はキャピラリ１６とキャピラリ１６の取り付けられたボンディングアーム１３の先端の部分断面斜視図である。ボンディングアーム１３は先端に向かって細くなっている形状で、先端に近い位置にキャピラリ１６の取り付け機構である把持孔１４を備えている。図２（ｂ）に示すように、把持孔１４はキャピラリ１６の外径よりも小さな内径の把持部１４ａと、キャピラリ１６の軸方向のスリット１４ｂとを組み合わせたもので、スリット１４ｂを専用のツールによって開閉することによって把持部１４ａの径をキャピラリ１６の外径よりも大きくしたり小さくしたりすることができる。キャピラリ１６を挟み込むときには、専用ツールによって把持孔１４の把持部１４ａの径を大きくした後、キャピラリ１６を孔に差し込み、専用ツールを取り外してボンディングアーム１３の弾性力でキャピラリ１６を両側より挟み込む。キャピラリ１６を取り付ける取り付け機構はこのような構成に限らず、キャピラリ１６を把持することが出来れば、単純な孔にねじなどの締め付け具によって取り付けても良い。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、キャピラリ１６は根本部分が円筒形で、先端部分が円錐形状となっている。キャピラリ１６の円筒部から先端部分に向けての外面にはヒータ３１が巻回されている。ヒータ３１は白金をキャピラリ１６の表面に蒸着によって形成したものであるが、電気抵抗線を巻きつけて形成してもよい。ヒータ３１の両端はキャピラリ１６の表面に蒸着によって形成された導通路３２ａ，３２ｂによって根本部分の円筒外面に蒸着によって形成されたそれぞれの接点電極３３ａ，３３ｂに接続されている。
【００２４】
図３はボンディングアーム１３とキャピラリ１６の断面を示した図である。図３に示すように、把持孔１４の把持部１４ａの内面側には、キャピラリ１６の表面に形成された接点電極３３ａと接続されるボンディングアーム接点電極３７ａが取り付けられている。また、図示しない反対側の把持部１４ａの内面には、もう一方の接点電極３３ｂに接続されているボンディングアーム接点電極３７ｂが取り付けられている。それぞれの接点電極３３ａ，３３ｂ及は互いに絶縁されており、ボンディングアーム接点電極３７ａ，３７ｂも互いに絶縁されている。各ボンディングアーム接点電極３７ａ，３７ｂはそれぞれヒータ用電気配線３５に接続されている。ヒータ３１への給電は、電源からヒータ用電気配線３５、ボンディングアーム接点電極３７ａ，３７ｂ、接点電極３３ａ，３３ｂ、導通路３２ａ，３２ｂによって行われる。ヒータ３１への電源供給は上記のようにボンディングアーム１３に沿って行われてもよいし、別途、給電線を設けて直接キャピラリ１６のヒータ３１に接続するようにしてもよい。
【００２５】
図３に示すように、キャピラリ１６は中心にアルミナセラミックスからなるセラミックス部４１を備え、その外面にダイヤモンド層３９が形成されている。ダイヤモンド層３９はカーボンイオンを物理蒸着してダイヤモンド結晶として形成してもよいし、セラミックス部４１の周りにダイヤモンド層を成長させて形成しても良い。ダイヤモンド層３９は多結晶でも良いし単結晶のものでも良い。そして、外面のダイヤモンド層３９の面にヒータ３１、接点電極３３が蒸着によって形成されている。ダイヤモンド層の厚さは２０〜３０μｍである。キャピラリ１６の中心にはワイヤ挿通孔４２が開けられ、先端には、ワイヤ外径より若干内径の大きなストレート孔４５開けられている。ワイヤ挿通孔４２とストレート孔４５との間はテーパー孔４３によって接続されている。また、表面に硬度の高いダイヤモンド層が構成されることから、キャピラリ１６の中心はアルミナセラミックスよりも硬度の低いチタンなどの金属製材料でもよい。
【００２６】
図４はキャピラリ１６の先端部分の拡大断面図である。図４に示すようにキャピラリ１６の先端部分と外側面はダイヤモンド層３９によって覆われており、外面にはヒータ３１が取り付けられている。内部はテーパー孔４３を有するセラミックス部４１である。先端のダイヤモンド層３９表面には、ボンディングにおいて、ワイヤ１２の先端に形成されたボール５を半導体チップ２のパッド３に圧着するフェイス部４７が設けられている。また、ダイヤモンド層３９を貫通してストレート孔４５とインナチャンファ部４９が設けられている。上記のフェイス部４７とインナチャンファ部４９はワイヤ加熱部を構成する。図４に示す様に、フェイス部４７はキャピラリ１６の先端面に設けられ、パッド３と微小角度を持った平面である。先端のテーパー部とフェイス部４７とは角部のアウタラディウス部５１によって滑らかに接続されている。インナチャンファ部４９はストレート孔４５とフェイス部４７との間に設けられた二段テーパー孔で、フェイス部４７に向かって広がっている。インナチャンファ部４９はキャピラリ１６の動作方向（上下方向）及びその直径方向（水平方向）に対して角度を持っていることから、ボンディングにおいてボール５をパッド３に向かって押し付けると共に、ボールを直径方向に圧縮して圧着ボールを形成する。インナチャンファ部４９はボール５を圧着して圧着ボール形成するものであれば、本実施形態のように二段テーパーでなく、一段テーパーでもよいし、内面が曲面となっていても良い。また、フェイス部４７はボール５をパッド３に圧着する形状であれば本実施形態のようにパッド３と微小角度を持った平面に限られず、曲面で形成されていても良いし、角度がなくパッドと平行な面となっていても良い。
【００２７】
図５、図６を参照しながら、本実施形態におけるヒータ３１によって発生した熱の伝達及び圧着の際の圧着面への熱の流入について説明する。図５はボンディング前のキャピラリ１６先端の熱の流れの状態を示し、図６はボンディング中のキャピラリ１６先端の熱の流れを示している。
【００２８】
図５に示すように、ボンディング前にはキャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２の先端にボンディング用のボール５が形成されている。ボール５の径はインナチャンファ部４９のフェイス部４７側の直径より大きな直径となっている。ボンディング前にヒータ３１に通電され、その熱によってキャピラリ１６の表面にあるダイヤモンド層３９が加熱される。ダイヤモンドは熱伝動率が非常に高く、常温で１０００〜２０００Ｗ／ｍＫ以上である。ダイヤモンド層に入った熱はダイヤモンド層３９の中を熱伝導によって先端のインナチャンファ部４９、ストレート孔４５、フェイス部４７に伝達される。そして、この伝達された熱によってキャピラリ１６先端のダイヤモンド層３９全体が加熱れる。一方、ストレート孔４５、インナチャンファ部４９には金線のワイヤ１２が挿通されており、ワイヤ１２の先端にはボール５が形成されている。ワイヤ１２、ボール５には、ストレート孔４５、インナチャンファ部４９と接触している接触点から流れこむ熱で加熱されている。内部のセラミックス部４１は、熱伝導率が常温で２０〜４０Ｗ／ｍＫとダイヤモンド層３９に比較して非常に小さいため、表面のダイヤモンド層３９の熱によってはあまり加熱されない。
【００２９】
図６に示すように、キャピラリ１６が下動してボール５をパッド３に押し付けて圧着すると、フェイス部４７とインナチャンファ部４９の表面がボール５に圧着してボール５を変形させて圧着ボール６が形成される。圧着ボール６は円盤状の接合面５３によってパッド３に圧着している。このようにキャピラリ１６の下向きの力はキャピラリ１６の先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７を介して圧着ボール６の上面に伝達されて、圧着ボール６とパッドの接合面５３の圧着力として作用する。図６の矢印にて示すように、ヒータ３１の熱は圧着力の流れと同様に、キャピラリ１６の先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７を介して圧着ボール６の上面に伝達されて、圧着ボール６とパッドの接合面５３に流れて接合面５３を加熱する。この力の流れる面は互いに圧着していることから、その面の熱抵抗が少なくなり、熱が流れやすくなっている。したがって、ヒータ３１から圧着ボール６に伝達される熱はボンディング前よりも非常に大きくなってくる。
【００３０】
上述のように、ヒータ３１からの熱はインナチャンファ部４９、フェイス部４７の圧着面、すなわちワイヤ加熱部のワイヤ圧着面、を通して圧着ボール６に流れてくる。したがって、ヒータ３１から上記のワイヤ圧着面へのダイヤモンド層３９によって構成される熱供給路の断面積は、熱を伝えるために充分大きな断面積が必要となる。これより断面積が小さいとワイヤ圧着面から圧着ボール６に伝達される熱量よりもヒータ３１からワイヤ圧着面に供給される熱量が少なくなってしまい、接合面５３に十分な熱量が供給できなくなるためである。ただし、実際にはダイヤモンド層３９の表面からの放熱による熱損失が発生することから、上記の必要断面積とは別に、ある程度の厚みが必要である。実用的には２０μｍ以上の厚みがあれば、上記の放熱損失があってもヒータ３１の熱を先端にまで供給することが出来る。本実施形態では、ダイヤモンド層３９の厚さは２０〜３０μｍである。
【００３１】
一方、ヒータ３１から伝達された熱は接合面５３からパッド３の中を半導体チップ２に向かって熱伝導によって流れ、パッド３から半導体チップ２の内部に拡散していく。今、圧着によって、インナチャンファ部４９、フェイス部４７の圧着面及び接合面５３の熱抵抗がダイヤモンド層３９の熱抵抗などに比較して非常に小さく、無視できるものとし、接合面５３の面積はパッド３の上面の面積と略同等、すなわちパッド３の上面全面で圧着ボール６とパッド３とが接合されており、ヒータ３１からパッド３までの伝熱面積は略同一である場合を考えると、ヒータ３１から接合面５３に供給される熱量が接合面５３からパッド３の厚み方向に流れていく熱量よりも大きくなるには、熱供給路の材料の熱伝導率が少なくともパッド３の熱伝導率よりも大きいことが必要である。本実施形態では、熱供給路はダイヤモンド層３９によって構成され、その熱伝導率は常温で１０００〜２０００Ｗ／ｍＫ以上であり、パッド３は半導体チップ２と共に通常はシリコンで構成されており、その熱伝導率は常温で１００〜２００Ｗ／ｍＫである。したがって、本実施形態では、シリコンよりも熱伝導率の大きなダイヤモンド層３９によって熱供給路を構成している。熱伝導路の材質は、上記のようにワイヤが圧着される半導体チップ２の熱伝導率よりも熱伝導率の大きな材料であれば、ダイヤモンドに限られず、ダイヤモンドと同等の熱伝導率を有しているナノカーボン材料で構成されていても好適である。また、ワイヤが圧着される半導体チップ２の熱伝導率よりも熱伝導率の大きな材料であれば炭素系の材料に限られず、他の材料であっても良い。
【００３２】
図７にヒータ３１から接合面５３までの距離に対する温度降下を示す。図７において実線は熱供給路をダイヤモンド層３９によって構成した本実施形態の温度降下を示し、１点鎖線はすべてアルミナセラミックスによってキャピラリ１６を構成したもの、すなわち、熱供給路もアルミナセラミックスである場合の温度降下を示す。この図に示すように、熱供給路をダイヤモンド層３９とした場合は、ヒータ３１から接合面５３までの温度降下がアルミナセラミックスの場合に比較して非常に少なくなっており、ヒータ３１の熱供給によって接合面５３の温度を高く加熱することが出来る。
【００３３】
図８は、ボンディング後の接合面５３の温度降下を計算した解析結果である。図８において熱供給路をダイヤモンド層で構成したケースの解析結果を実線で示しセラミックスで形成したケースの解析結果を１点鎖線にて示した。解析の初期条件は両方のケースとも、ヒータの温度を、例えば５００℃とし、その後ヒータ３１の温度が同一温度に保たれているとした場合の、接合面５３の温度変化を示している。図８からわかるように、ダイヤモンド層３９によって熱供給路が構成された場合には、ヒータ３１からインナチャンファ部４９、フェイス部４７の圧着面、すなわちワイヤ加熱部のワイヤ圧着面、を通して圧着ボール６から接合面５３に供給される熱量と接合面５３からパッド３を介して半導体チップ２に拡散していく熱量が同等となるため、接合面５３の温度を接合必要温度に保持することが出来る。一方、セラミックスの場合は、接合面５３に供給される熱量が接合面５３からパッド３を介して半導体チップ２に拡散していく熱量よりも少なくなるため、接合面５３の温度はワイヤ１２がパッド３に圧着された瞬間の接合に必要な温度から半導体チップの回路構成部分の温度と同等の温度に急速に低下してくる。
【００３４】
以上述べたように、本実施形態においては、熱供給路をキャピラリ１６の外面のダイヤモンド層３９によって構成していることから、熱供給路をセラミックスによって構成した場合に比較して、ボンディング中の接合面温度を高温に加熱することができるという効果を奏する。このため、半導体チップ２全体の加温量を低くしても、接合面５３の温度を半導体チップ２全体の温度より高温のワイヤ接続温度に保持することが出来、半導体チップ２の加熱による損傷を防止することが出来るという効果を奏する。ここで、ワイヤ接続温度とは、ボンディング部分の接合性を向上させることが出来る温度であって、例えば２００℃〜３００℃の温度をいう。更に、ヒータ３１の温度をより高温にすることによって、半導体チップ２の全体加熱をせずに、接合面５３の温度をワイヤ接続温度に保持することが出来ワイヤボンディングを行うことが出来るという効果を奏する。
【００３５】
また、本実施形態はセラミックス部４１の外面にダイヤモンド層３９を成長させて形成したり、カーボンイオンを蒸着させたりして構成されていることから、ボンディングツールの素材に透光性があるが高価で加工の困難な材料を使用する必要がないという効果がある。また、表面に硬度の高いダイヤモンド層３９が形成されることから、キャピラリ内部はアルミナセラミックスよりも硬度の低い金属材料などによって構成することが可能となるという効果がある。
【００３６】
図９を参照しながら、他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。図９（ａ）はキャピラリ１６の先端部分をすべてダイヤモンドブロック３９ａによって構成し、セラミックス部４１に銀ローなどの接着剤によって接着固定したものである。ダイヤモンドブロック３９ａの表面にヒータ３１を蒸着して形成してある。この実施形態では、ダイヤモンドブロックの長さは０．６〜１．０ｍｍ程度であるが、ヒータ３１が蒸着形成でき、セラミックス部４１に接着することが出来る大きさであれば、これ以上の長さであっても良い。また、図９（ｂ）はキャピラリ１６全体をダイヤモンドブロック３９ａとしたもので、外面には先の実施形態と同様にヒータ３１が蒸着形成されている。
【００３７】
図１０はキャピラリ１６の外面に蒸着形成されたヒータ３１の形状を上下に折り返したサーペンタイン形状を外周面に沿わしたものとしたものである。ボンディングアーム１３への取り付け、ヒータへの給電などは先に述べた実施形態と同様である。
【００３８】
図９、図１０に示した実施形態の効果は、先の実施形態の効果と同様、熱供給路をダイヤモンドブロック３９ａによって構成していることから、熱供給路をセラミックスによって構成した場合に比較して、ボンディング中の接合面温度を高温に加熱することができるという効果を奏する。また、半導体チップ２の全体加熱温度を低減し、あるいは、半導体チップ２の全体加熱なしで効果的に接合することが出来るという効果を奏する。
【００３９】
図１１は本発明を他のワイヤボンディングツールであるウエッジツールに適用した実施形態を示す。図１１（ａ）はウエッジツールの全体を示す斜視図であり、図１１（ｂ）はウエッジツール先端の断面図である。図１１（ａ）に示すようにウエッジツール５５はキャピラリ１６と同様に根本部分が円筒形で、先端部分が円錐形状となっている。ウエッジツール５５の円筒部から先端部分に向けての外面にはサーペンタイン形状の白金が蒸着されたヒータ３１が形成されているが、ヒータ３１は電気抵抗線によって形成してもよい。ヒータ３１の両端はウエッジツール５５の表面に蒸着によって形成された導通路３２ａ，３２ｂによって根本部分の円筒外面に蒸着によって形成されたそれぞれの接点電極３３ａ，３３ｂに接続されている。
【００４０】
ウエッジツール５５の先端の一方の面にはワイヤ１２を挿通するテーパーガイド孔６１とワイヤフィード孔５９が斜めに開けられており、ワイヤフィード孔５９の先には、挿通されたワイヤ１２をパッド３に圧着するボンディングフット５７が形成されている。ボンディングフット５７はワイヤ加熱部であり、またワイヤ圧着面である。ボンディングフット５７の形成されている側にはダイヤモンド層３９によってヒータ３１からボンディングフット５７への熱供給路が形成されている。一方、ワイヤフィード孔５９、テーパーガイド孔６１の側はセラミックス部４１となっている。キャピラリ１６の場合と同様、本実施形態でもダイヤモンド層３９の厚さは２０〜３０μｍとなっている。
【００４１】
このように構成されたウエッジツール５５が取り付けられたワイヤボンダは、先に述べたキャピラリ１６の実施形態の効果に加えて、よりファインピッチに対応することが出来るという効果を奏する。
【００４２】
また、ウエッジツール５５においても、キャピラリ１６と同様に、先端部分にダイヤモンドブロック３９ａを用いたり、全体をダイヤモンドブロック３９ａによって構成したりすることも好適である。
【００４３】
図１２，１３を参照しながら、以上説明した実施形態のワイヤボンダ１０によってワイヤボンディングを行う方法及びプログラムの実施形態及びその動作について説明する。図１２はワイヤボンディング方法及びプログラムの実施形態を示すフローチャートであり、図１３はその動作を示した図である。ワイヤボンダ１０は図１に示した系統構成を備えているものである。
【００４４】
ボンディング工程が開始後、キャピラリ１６がパッド３にワイヤ１２を圧着する前は、図１２のステップＳ１０１に示すように、制御部７１はヒータインターフェース８１にヒータ３１への電流値を待機電流値とする指令を出力する。この待機電流は、ヒータ３１の温度をワイヤ接続温度よりも高い所定の温度、例えば５００℃等、に保持できる程度の電流値であり、ワイヤ圧着加熱の際に流す電流よりも少ない電流値である。この指令によってヒータインターフェース８１は待機電流をヒータ３１に出力するよう電流を制御する。図１３（ｅ）にこの状態での熱源温度、キャピラリ先端温度、ワイヤ先端温度、ヒータ電流値を示す。キャピラリ先端温度はキャピラリ先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７の温度であり、ワイヤ先端温度はワイヤ１２の先端のボール５の温度または、接合面５３の温度を示す。図５に示すように、キャピラリ１６がパッド３に接地する前はインナチャンファ部４９、フェイス部４７の圧着面の一部分がボール５、ワイヤ１２に接しており、この接触点から熱がボール５、ワイヤ１２に伝達されている。しかし、ボール５、ワイヤ１２はパッドに着地していないので、放熱量が少なく、その温度を保持するための電流も少なくて済む。また、この状態においては、キャピラリ先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７の圧着面とボール５の間の接触熱抵抗が大きいことから、図１３（ｅ）に示す様に、ワイヤ先端のボール５の温度はキャピラリ１６の先端の温度よりも低くなっている。また、ヒータ３１からキャピラリ先端にはダイヤモンド層３９によって形成された熱供給路によって熱が供給されているが、この部分の熱抵抗があることから、キャピラリ先端温度はヒータ温度よりも低い温度となっている。なお、連続ボンディング工程中で、前の工程において、すでにヒータ電流値が待機電流値となっている場合には、そのままの電流状態が保持される。
【００４５】
待機電流値は所定の一定値の制御でもよいが、ヒータ３１の抵抗値を測定して温度制御する方法としてもよい。図１４に示すように、本実施形態のヒータ３１は抵抗値と温度は正の相関を持っており、ヒータ３１の温度が上昇すると電気抵抗も上昇してくる。したがって、この温度と抵抗値の関係をデータとして記憶部７５に格納しておき、ヒータ３１両端の電圧とヒータ３１への電流値によってヒータ３１の抵抗値を計算し、格納データからヒータ３１の温度を求めて、ヒータ３１の温度が所定の値となるように、ヒータ３１への電流あるいは電圧を制御することとしてもよい。これによって、微小なヒータ３１周辺に温度センサを取り付けずに簡便な方法で温度制御をすることができるという効果を奏する。
【００４６】
この場合は、制御部７１はヒータインターフェース８１からヒータ３１への加圧電圧値と電流値の信号を取得して、この電圧信号と電流信号から抵抗値を算出してヒータ３１の温度が所定の値となるように、ヒータ３１への電流値あるいは電圧値の指令を出力する。ヒータインターフェース８１はこの指令によってヒータ３１への電流値あるいは電圧値の信号をヒータ３１に出力する。これによって、制御部７１はヒータ３１周辺のダイヤモンド層３９の温度を所定の温度を制御する。
【００４７】
図１２のステップＳ１０２に示すように、ヒータ３１への電流値が待機電流値に設定された後、制御部７１は移動機構インターフェース７９にキャピラリ１６を下降させる指令を出力する。移動機構インターフェース７９はこの指令に基づいて、ボンディングヘッド１９のモータを駆動してボンディングアーム１３を下動する信号を出力し、ボンディングアーム１３をパッド３に向かって下動させる。図１３（ｂ）にキャピラリ１６が下降して、パッド３に接地した状態を示す。キャピラリ１６が接地するとワイヤ１２に電流が流れる。このワイヤ１２からパッド３への通電電流は通電状態取得手段２２によって検出され、その信号は通電状態取得手段インターフェース７７から制御部７１に入力される。通電状態取得手段２２はワイヤ１２とパッド３、又はリード４との間の直流電流の状態変化を検知する直流式でも良いし、交流電流の変化を検出する交流式であっても良い。
【００４８】
図１２のステップＳ１０３に示すように、通電状態取得手段２２からの着地信号によってキャピラリ１６のパッド３への着地が検出されると、制御部７１は、図１２のステップＳ１０４に示すように、移動機構インターフェース７９にキャピラリ下降停止の指令を出力する。この指令によって、移動機構インターフェース７９はボンディングヘッド１９のモータを停止させて、ボンディングアーム１３の下動を停止させる信号を出力する。これによってボンディングアーム１３の下動は停止し、キャピラリ１６の下降動作も停止する。キャピラリ１６の接地によってキャピラリ１６がパッド３にワイヤ１２の圧着を開始する。
【００４９】
図１２のステップＳ１０５に示すように、制御部７１はキャピラリ１６の着地を検出したら、ヒータ３１の電流値を待機電流値からより電流の大きな加熱電流値に切り替える指令をヒータインターフェース８１に出力する。ヒータインターフェース８１はこの指令に基づいて、ヒータ電流値を待機電流値から加熱電流値に変更する。
【００５０】
図１３（ｂ）に示すように、キャピラリ１６が接地して先端のボール５を圧縮して圧着ボール６を形成すると、キャピラリ１６先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７が圧着ボール６に圧着した状態となって、ヒータ３１からの熱がパッド３に向かって大きく流れるようになる。このため、図１３（ｅ）に示すように、ワイヤ先の接合面温度は急速に上昇していく。一方、ワイヤ先端の圧着ボール６はパッド３に圧着することから、ヒータ３１から圧着ボール６に流れ込んだ熱は接合面５３を通して半導体チップ２に向かって流れ出していく。このため、ヒータ３１からキャピラリ先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７までの熱流量が大きくなり、それにしたがってヒータ３１とキャピラリ先端との温度差は急速に開いていく。また、キャピラリ先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７ワイヤ先端の圧着ボール６とは圧着されていることから、その熱抵抗は急速に小さくなる。この結果、キャピラリ先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７とワイヤ先端の圧着ボール６とは略同一の温度となり、図１３（ｅ）に示すように、圧着ボール６の下面の接合面５３の温度もキャピラリ１６の先端温度と略同一温度となる。この状態で接合面５３の温度はワイヤ接続温度に保持される。ワイヤ接続温度は、ボンディング部分の接合性を向上させることが出来る温度であって、例えば２００℃〜３００℃の温度である。
【００５１】
本実施形態では、ヒータ３１周りの温度がワイヤ接続温度に加熱時のヒータ３１と接合面の温度差を加えた加熱温度、例えば５００℃等、になるように電流値を制御することによって接合面５３の温度の保持制御を行うようにしている。この温度保持制御は、先に述べたように、ヒータ３１の温度と抵抗値の関係をデータとして記憶部７５に格納しておき、ヒータ３１両端の電圧とヒータ３１への電流値によってヒータ３１の抵抗値を計算し、格納データからヒータ３１の温度を求めて、ヒータ３１の温度が所定の値となるように、ヒータ３１への電流あるいは電圧を制御することとしてもよい。
【００５２】
この場合は、制御部７１はヒータインターフェース８１からヒータ３１への加圧電圧値と電流値の信号を取得して、この電圧信号と電流信号から抵抗値を算出してヒータ３１の温度が所定の値となるように、ヒータ３１への電流値あるいは電圧値の指令を出力する。ヒータインターフェース８１はこの指令によってヒータ３１への電流値あるいは電圧値の信号をヒータ３１に出力する。これによって、制御部７１はヒータ３１周辺のダイヤモンド層３９の温度を所定の温度を制御することによって、接合面５３の温度をワイヤ接続温度に保持制御することができる。
【００５３】
接合面５３の温度保持制御は、接合面５３の温度をワイヤ接続温度に保持しておくことが出来れば、上記のような制御方式に限られない。例えば、あらかじめ試験などによって半導体チップ２の種類、ワイヤ径などによって加熱電流値と接合面５３の温度を計測しておき、温度保持に必要な加熱電流のデータテーブル等を記憶部７５に格納し、そのデータテーブル等に基づいて加熱電流値あるいは電圧値を制御する方法でも良いし、加熱電流値を一定値に決めておく一定値制御であっても良い。
【００５４】
図１２のステップＳ１０６に示すように、制御部７１はキャピラリ１６の接地信号が入力されると、移動機構インターフェース７９にキャピラリ１６を２〜３ｋＨｚの振動数で往復させる往復動作開始指令を出力する。この往復動作の振動数は、超音波による共振加振の周波数が４０ｋＨｚ程度であることに比較すると、１／１０以下の低周波数である。この指令に基づいて移動機構インターフェース７９はＸＹテーブル２０を往復動作させる駆動信号をＸＹテーブルに出力する。この駆動信号に従ってＸＹテーブルは往復動作を行う。往復動作によってキャピラリ１６の先端がＸＹ方向（水平方向）に往復動作し、接合面５３をパッド３に対して往復動作させる。この往復動作によって圧着ボール６の接合面５３とパッド３の接合性を向上させる。
【００５５】
本実施形態では、往復動作はＸＹテーブル２０を動作させることによってキャピラリ１６の先端をパッド３に対して往復動させることとしたが、キャピラリ１６の先端が水平面内に強制動作で往復振動すればＸＹテーブルによる往復動作に限られない。
【００５６】
また、接合面５３の温度が十分に高温に保たれ、往復動作によって圧着ボール６の接合面５３とパッド３の接合性を向上させる必要がない場合には、往復動作は行わなくても良い。
【００５７】
図１２のステップＳ１０７に示すように、制御部７１は所定の時間、圧着加熱されているかどうかをタイマ、あるいはＣＰＵ内のクロック計算などによって判断する。そして所定の圧着加熱時間が経過したと判断した時には、図１２のステップＳ１０８に示すようにキャピラリの往復動作を停止する。そして、図１２のステップＳ１０９に示すようにキャピラリを上昇させる。キャピラリ１６が上昇するとキャピラリ１６先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７がワイヤ先端の圧着ボール６から離れる。これによって、キャピラリ１６のパッド３へのワイヤ１２の圧着は終了する。そして、キャピラリ先端から導出されているワイヤ先端への熱の移動量が少なくなるのでキャピラリ先端のワイヤ温度（導出ワイヤの温度）は低下してくる。そして、制御部７１は、図１２のステップＳ１１０に示すように、ヒータ３１への電流値を待機電流値とする指令をヒータインターフェース８１に出力する。ヒータインターフェース８１はこの指令に基づいてヒータ３１への電流値を待機電流値に切り替える。
【００５８】
図１３（ｅ）に示すようにヒータ３１の温度は待機電流値によって所定の温度に保持される。一方、キャピラリ１６は待機電流値によってその先端部の温度が徐々に上昇し、ボンディング開始前の温度に到達する。キャピラリ１６はこの状態でリード４の上に移動していく。リード４の上に移動したら先に述べた、ボンディング工程度同様の工程を繰り返すことによってリード４の上にボンディングを行っていく。リード４へのボンディングでは、キャピラリ先端のインナチャンファ部４９、フェイス部４７がワイヤ１２を直接リード４に圧着加熱してボンディング７を形成し、ワイヤ１２をリード４に接続する。リード４へのボンディングが終了したら、再びヒータ３１への電流値をヒータ３１の温度を所定の温度に保持する待機電流値として、次のパッド３に移動して、ボンディングを続けていく。
【００５９】
本実施形態のボンディング方法及びプログラムによると、ヒータ３１の温度を高温にすることによって接合面５３の温度を従来のボンディングにおける接合面温度より高温に加熱することが可能となる。これによって、圧着時の超音波ホーンによる高周波加振をせずにボンディングを行うこができるという効果を奏する。また、キャピラリ１６がパッド３をワイヤ１２に圧着している際には加熱用の大電流を流し、キャピラリ１６のパッド３へのワイヤ１２の圧着していない場合は電流値の少ない待機電流値としていることから、キャピラリ１６の加熱によってボンディングアーム１３が加熱されて、ボンディングの位置誤差が発生することを低減することができるという効果を奏する。更に、ワイヤ接合部の局部加熱によって接合することが出来ることから、半導体チップ２を全体加熱するボンディング方法に比較して、加熱に必要な電力が少なくて済むという効果を奏する。また、ヒータ３１の抵抗値を計算し、格納データからヒータ３１の温度を求めて、ヒータ３１の温度が所定の値となるように、ヒータ３１への電流あるいは電圧を制御することとしていることから、微小なヒータ３１周辺に温度センサを取り付けずに簡便な方法で接合面の温度制御をすることができるという効果を奏する。
【００６０】
図１５，１６を参照しながら、ワイヤボンディング方法及びプログラムの他の実施形態及びその動作について説明する。図１５はワイヤボンディング方法及びプログラムの他の実施形態を示すフローチャートであり、図１６はその動作を示した図である。ワイヤボンダ１０は図１に示した系統構成を備えているものである。先に説明したワイヤボンディング方法及びプログラムの実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００６１】
本実施形態は、連続して多数の半導体チップ２とリードフレーム１５とのボンディングを行う場合において、キャピラリ１６が１つの半導体チップ２とリード１５フレームとの間のボンディングから、次の半導体チップ２とリードフレーム１５との間のボンディングに向かって移動している間は、ヒータ３１への電流値をゼロとするものである。図１５のステップＳ２０１に示すように、制御部７１はヒータインターフェース８１にヒータ３１への電流値をゼロあるいは、電源をＯＦＦとする指令を出力する。ヒータインターフェース８１はこの指令によってヒータの電流値をゼロとする。なお、連続ボンディング工程中で、前の工程においてすでにヒータ電流値がゼロとなっている場合には、そのままの状態が保持される。
【００６２】
図１６に示すように、前の半導体チップ２へのボンディング工程終了後には、図１３（ｅ）のリード４へのボンディング終了後と同様、ヒータ３１の温度は所定の温度に保持され、キャピラリ先端温度はヒータ温度よりも少し低い温度となっている。この状態でヒータ３１への電流がゼロとなると、ヒータ３１の温度は徐々に低下していく。
【００６３】
図１５のステップＳ２０２〜ステップＳ２０３に示すように、制御部７１は、通常のボンディングプログラムで、キャピラリ１６の位置を移動させて、ボンディング開始位置に来たという指令が出力されたら、図１５のステップＳ２０４に示すように、ヒータ３１をＯＮとしてヒータの温度制御処理をおこなう。このヒータ３１の温度制御処理は、先に図１２及び図１３において説明した温度制御と同様である。これによって、ヒータ３１への電流は、キャピラリ１６によってワイヤ１２を圧着している場合には、ワイヤ１２とパッド３との接合面温度をワイヤ接続温度以上に保持する加熱電流値とし、キャピラリ１６によってワイヤ１２を圧着していない場合には、ヒータ３１の温度を所定の温度に保持する待機電流値となる様に制御される。なお、本実施形態では、このどちらの電流値の場合でもヒータ３１の温度が所定の値に一定とする場合を示した。
【００６４】
図１５のステップＳ２０５に示すように、制御部７１が所定のボンディングプログラムによってボンディングが終了し、キャピラリ１６が次の半導体チップ２のボンディング開始位置への移動指令を出力した際には、制御部７１は、図１５のステップＳ２０６に示すように、ヒータ３１への電流をゼロとする。
【００６５】
図１６に示すように、ヒータ３１への電流をゼロとすると、ヒータ３１の温度は移動に従って、徐々に低下してくる。そして、再度、通常のボンディングプログラムによって、次の半導体チップ２のボンディング開始位置に来たという指令が出力されたら、ヒータ３１の制御を先と同様にヒータ３１の温度制御処理をおこなうようにする。
【００６６】
本実施形態のボンディング方法及びプログラムは、先の実施形態と同様の効果に加えて、キャピラリ１６の各半導体チップ２間の移動中は加熱用電源がＯＦＦとなっていることから、更に加熱に使用する電力が少なくなるという効果を奏する。また、キャピラリ１６の加熱によってボンディングアーム１３が加熱されて、ボンディングの位置誤差が発生することを更に低減することができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
上記のボンディング方法及びプログラムはキャピラリ１６を備えるワイヤボンダ１０について説明したが、ウエッジツール５５を備えるワイヤボンダにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るワイヤボンダの実施形態の構成を示す系統図である。
【図２】本発明に係るワイヤボンダの実施形態におけるキャピラリの取り付け状態を示す斜視図である。
【図３】図２に示すキャピラリ及びキャピラリ取り付け機構の断面図である。
【図４】本発明に係るワイヤボンダの実施形態におけるキャピラリ先端の断面図である。
【図５】本発明に係るワイヤボンダの実施形態におけるボンディング前の熱の流れを示す説明図である。
【図６】本発明に係るワイヤボンダの実施形態におけるボンディング中の熱の流れを示す説明図である。
【図７】本発明に係るワイヤボンダの実施形態における熱源と接合面との温度変化を示すグラフである。
【図８】本発明に係るワイヤボンダの実施形態におけるボンディング後の接合面温度の変化の解析結果を示すグラフである。
【図９】本発明に係るキャピラリの実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るワイヤボンダの他の実施形態におけるキャピラリの取り付け機構を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係るワイヤボンダの実施形態におけるウエッジツールの外形及び断面を示す図である。
【図１２】本発明に係るワイヤボンディング方法及びプログラムの実施形態のフローチャートである。
【図１３】本発明に係るワイヤボンディング方法及びプログラムの実施形態の動作タイミング図である。
【図１４】熱源の温度と電気抵抗との関係を示す図である。
【図１５】本発明に係るワイヤボンディング方法及びプログラムの他の実施形態のフローチャートである。
【図１６】本発明に係るワイヤボンディング方法及びプログラムの他の実施形態の動作タイミング図である。
【図１７】従来技術によるキャピラリ加熱装置を有するボンディング装置の説明図である。
【図１８】従来技術によるキャピラリ加熱方法の説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
２  半導体チップ、３  パッド、４  リード、５  ボール、６  圧着ボール、７  ボンディング部、１０  ワイヤボンダ、１１  スプール、１２，１２ａ  ワイヤ、１３  ボンディングアーム、１４  把持孔、１４ａ  把持部、１４ｂ  スリット、１５  リードフレーム、１６  キャピラリ、１８  移動機構、１９  ボンディングヘッド、２０  ＸＹテーブル、２２  通電状態取得手段、２３  吸着ステージ、２５  位置検出カメラ、３１  ヒータ、３２ａ，３２ｂ  導通路、３３ａ，３３ｂ  接点電極、３５  電気配線、３７ａ，３７ｂ  ボンディングアーム接点電極、３９  ダイヤモンド層、３９ａ  ダイヤモンドブロック、４１  セラミックス部、４２  ワイヤ挿通孔、４３  テーパー孔、４５  ストレート孔、４７  フェイス部、４９  インナチャンファ部、５１  アウタラディウス部、５３  接合面、５５  ウエッジツール、５７  ボンディングフット、５９  ワイヤフィード孔、６１  テーパーガイド孔、７１  制御部、７３  データバス、７５  記憶部、７７  通電状態取得手段インターフェース、７９  移動機構インターフェース、８１  ヒータインターフェース、１０１  ワイヤボンディング装置、１０２  超音波発信コイル、１０３  超音波ホーン、１０４  ボンディングツール、１０５  蓄熱部、１０６  加熱装置、１０７  半導体チップ、１０８  フィルムキャリア、１０９  加熱ステージ、１１１  リード、１１２  接続電極、１１３  保持機構、１２１  キャピラリ、１２２  ワイヤ、１２３  レーザ吸収膜、１２４  レーザ反射膜、１２５  レーザ光線、１２７  ボール。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【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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