(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ（１）の上におかれた第１の接続点（４）と、基板（２）上あるいは第２の半導体チップ上におかれた第２の接続点（５）との間の配線を生成する方法において、
線材（３）が、該線材を両方の接続点（４，５）に取り付けるだけでなく上記線材をこれらの接続点（４，５）の間で導く機能を果たす水平及び垂直に移動可能なキャピラリ（１２）を通して走行し、
上記線材（３）を第１の接続点（４）に取り付けた後に、上記キャピラリ（１２）は、線材が必要な長さだけ引き出されて橋状に形成される、所定の経路（ｓ１，ｓ２）に沿って、上記第２の接続点（５）に移動させられるとともに、
上記キャピラリ（１２）が、上記第１の接続点（４）から遠ざかる方向に向かいつつ、下向きの動作（ｖｖ）に対して連続的に減少する、上記キャピラリ（１２）の可変な水平方向の動作（ｖｈ）を、前記経路の終端部（ｓ３）において、上記キャピラリ（１２）の下向きの動作（ｖｖ）に重ね合わせることにより、該経路の終端部（ｓ３）において上記基板（２）上に上記線材のループ（６）を展開することを特徴とする方法。
【請求項２】
上記キャピラリ（１２）の下方の線材の上記ループ（６）が、上記基板（２）あるいは上記第２の半導体チップにそれぞれ接触しないか接触したばかりの、上記基板（２）上の所定の高さ（Ｈ）において、上記経路の終端部が始まることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記キャピラリの経路の上記終端部（ｓ３）は、上記キャピラリ（１２）の上記下方方向の動作（ｖｖ）に等しい水平方向の動作（ｖｈ）を持って、始まることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の方法。
【請求項４】
上記水平方向の動作（ｖｈ）は、上記終端部（ｓ３）の終点に向かって、ほぼあるいは完全にゼロまで減少させられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ上におかれた第１の接続点と、基板上におかれた第２の接続点の間の配線の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
チップ上の集積回路への電気的接続は、半導体チップ上におかれた第１の接続点と、基板上におかれた第２の接続点の間の配線によって、半導体製造の間に行われる。その接続の第２接続点は、通常“リードフレーム”と呼ばれる金属のシステムキャリアあるいは例えばプラスティック、やセラミックまたは、いわゆる“ボールグリッドアレイ”基板を有するプリント基板のような他のシステムキャリア上におかれるが、第２接続点は、また同一キャリア上に複数のチップを持った装置の場合のように半導体チップ上に置くこともできる。
【０００３】
そのような配線の製造の一般的に知られた工程に従えば、線材はプログラム可能な駆動装置によって水平及び垂直に移動可能なキャピラリを通って走行し、このキャピラリは両方の接続点に線材を取り付けるだけでなく、接続点の間において線材を導く。線材を第１接続点に固定した後、キャピラリは常に特定の駆動装置によって所定の経路に沿って第２の接続点に移動させられるが、この経路上で必要な線材長が引き出され、線材は橋状に形成される（例えば、欧州特許出願公開第０７９２７１６号公報（ＥＰ−Ａ０７９２７１６））。
【０００４】
その様な橋状の線材（ワイアブリッジ）の、幾何学的なあるいは寸法上の正確さと機械的な安定性に対して高度な要求が設定され、特に、チップ表面と基板上方の線材のループの高さは、通常できるだけ正確に決められ、当然ながら端部はチップ上で接触してはならない。チップから導かれる多くのワイアブリッジは、しばしば互いに近接して配置され（“ファインピッチ”）、それにより隣り合う線材のいかなる接触も避けなくてはならない。
【０００５】
キャピラリが基板に上方から近づき、その高さが通常チップ表面と異なり、かつ、いくらかのばらつきを呈する時に、キャピラリの移動の終端において、常に危険な局面が存在する。キャピラリが近づく際の垂直方向の速い速度は落とす必要がある。動きを完全に止めて第２接続点への線材のボンディングを開始するために、力センサによってキャピラリの基板への衝撃を決定するのも知られている。しかし、線材は最初にキャピラリの下でループを描いて繰り出され、その最も低い点は最初に基板に接触する。その結果として、ループは、平らに押されて、線材はキャピラリのところで鋭く曲げられ、最終的にボンディングの際にキャピラリと基板の間の線材の横断面は変形する。特定の線材のループが“揺さぶられる”時に、キャピラリと第１の接続点との間の、あらかじめ形成されているワイアブリッジが許容範囲を超えて変形され、又は、垂直におよび／または水平に外側に曲げられるという危険がある。一方、線材は部分的にキャピラリの中に押し戻される。すなわち、状況は全体として掌握するのは難しい。
【０００６】
本発明の目的は、連続した製造時にワイアブリッジが、形状の高い再現性と高い安定性とを伴って、必要なプログラムされた形態で得られるように上述した困難さを解決することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、この目的は、第２の接続点の上方の所定の高さから始まり、その間にキャピラリが線材を基板まで導く、プログラムされたキャピラリの経路の最後の段階において解決され、可変の水平方向の動きはキャピラリの下方方向の動きに重ね合わせられ、水平方向の動きは第１の接続点から遠ざけられ、水平方向の動きは下方方向の動きに対して連続的に減少する。このことは、経路の最後の段階において、線材は基板上で巻き戻されることを意味する。
【０００８】
このようにして、特に、十分にぴんと張られたワイアブリッジが、外側に曲がるために、横方向または垂直方向に曲がったり、傾いたりせずに高い精度で形成されることが達成される。
さらなる長所として、好ましい影響が、第２接続点における線材の横断面の変形に対して、かつ、それによって基板へのボンディング接続の機械的安定性に対して決定され得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面と共に、実施形態に基づいてさらに詳細に以下で説明される。図１は、工程を実行する一般的に知られた装置と機器の単純化した平面図である。図２は、図１の装置の一部であり、側面から見た大幅な拡大図である。図３、図４，図５は、さらに拡大した縮尺で、３つの連続する段階において、第２の接続点へキャピラリが接近する様を示した図である。図６は、図５に対応して（やや大きく描かれている）、成形され、かつ、取り付けられた線材の終端を有する、第２接続点の平面図である。図７は、最終段階に至る遷移中領域における、経路変化を示した図である。
【００１０】
図１と図２は、本発明に従って工程を実行する、装置と機器を図示したものである。加工中の製品として、システムキャリアに載せられた半導体チップ１が図１の左に破断された状態で示されている。システムキャリア、例えば穴の開いたあるいはエッチングの施された銅板からなるいわゆるリードフレームは、基本的にチップ１を支えるアイランド２ａとその周囲に配置されたコンタクトフィンガー２ｂとを備えている。
【００１１】
“ワイアボンディング”と呼ばれる工程において、成形された線材の結線３が、チップ表面におかれた第１接続点４とコンタクトフィンガー２ｂ上に置かれた第２接続点５との間で行われる。結線３は、上方から水平及び垂直に移動可能なキャピラリ１２（図２）を通る細い線材で作られる。キャピラリ１２は、一方では、線材を点４と点５に繋げ（ボンディングし）、他方では線材をこれらの点の間で導く役割を果たす。
【００１２】
キャピラリ１２は、必要な動きのサイクルを実行する一般的に知られたマイクロプロセッサ制御の機器１０の一部である。機器１０のスライダ１４は、詳細は示さないが、例えばリニアモータのような、よく知られた方法で水平方向の動き（図１、ｘ，ｙ方向）を実行する。掲げた例において、スライド１４は、ベアリングでその上を動くホーン１８と共に、水平軸１７上で旋回することのできるロッカー１６を運ぶ（ホーンに対する垂直に配列された線形ガイドも知られている）。スライダ１４上に配置された（リニア）モータ１５は、キャピラリ１２の垂直方向の動きをもたらす旋回駆動装置として機能する（図２、ｚ方向）。ホーン１８を介して点４と点５をボンディングするのに必要な超音波エネルギーが、ホーンの端部に締結されたキャピラリ１２に送られる。それによって、支え台（チップあるいは基板）に働く垂直方向の力は、力センサ１９を用いて測定される。通常は、制御可能な線材クランプ（図示せず）は、キャピラリ１２の上に配置され、これにより線材の引き出しを停止し、又は解放することができる。
【００１３】
特定の加工中の製品において、全てのボンディング点４，５の位置は常に既知であり、製造されるべきワイアブリッジ３の一般的な形状（特にチップ１の上方の高さも）が明示される。個々のワイアブリッジの方向（図１、ｘ，ｙ成分）と、必要な線材長は、その後、動作サイクルをプログラムするための基本的データとなる。線材が最初に取り付けられる、チップ１上の点４から常に始めて、キャピラリ１２は決まった経路に従って点５に行き、それによって主に２つの動きの段階あるいは経路の部分がそれぞれ区別される（図２）。動きの第１段階ｓ１は、キャピラリ１２を通して必要な線材長を引き出すために、基本的にチップ１から垂直に上方に延びて、第２の段階ｓ２は、弧を描いてコンタクトフィンガー２ｂあるいは接続点５へと下方にそれぞれ延びる。ワイアブリッジの必要なジオメトリに依存して、線材を予め形成しておくことが、キャピラリの過渡的な水平方向の動きをも必要とする第１段階の間に行われる。。図３に例示されている、殆ど終了したワイアブリッジ３には、例えば、第１の動作段階の間に予め成形することにより、一般的に知られた方法で作られたキンク３ａがある。
【００１４】
予め決められプログラムされた（コンタクトフィンガーの設定された高さに対する）高さＨにおいて、キャピラリ経路の終端部分ｓ３が始まり、露出した線材３を有するキャピラリ１２が上方から基板（コンタクトフィンガー２ｂ）上の点５へと導かれる。コンタクトフィンガーの高さは、ある程度変動し易く、最初は精確に知ることはできない。プログラムするために、特定の値の組がコンタクトフィンガーの表面に対して仮定される。キャピラリの下の線材のループがコンタクトフィンガー２ｂにちょうど接触しないように、高さＨが決められる。図２に示されたこの状況が、より大きい縮尺で図３に部分的に示され、終端部分ｓ３におけるキャピラリ１２の動きのさらなる進路は図４と図５とに示される。
【００１５】
図３の通りに、キャピラリ１２の底面が、高さＨに配置されるときに、線材は、キャピラリが下がる際に、弧状の経路部分ｓ２に沿って伸びる弧６のごとく露出する。ここでキャピラリ経路の終端部分ｓ３は、主にワイアブリッジの形状及び基板上のボンディングに対する、線材ループ６の悪影響を避けるために、特別の方法でプログラムされている。図３に示した通り、高さＨから始まるキャピラリの下方へのｖｖには、水平方向の可変移動ｖｈが重ねられる。この水平方向の移動成分ｖｈは、第１の接続点（図２）から離れる方向に向かいつつ、下方への移動ｖｖに対して連続的に減少する。それゆえ結果として、経路部分ｓ３は、開始時には、最初は基板に対して斜めに（例えば約４５度の接線で）弧状に進み、、その後、だんだん鋭くなり最後は殆ど垂直になるが、いずれにせよ基板上の点５では鋭い角度になる。（もちろん、高さＨで経路部分ｓ２の終わりの点をプログラムするのに、水平方向の移動総量ｖｈは、経路が点５の指定した位置で終わるように考慮される）。
【００１６】
図３に示した位置から始めて、キャピラリ１２は、図４に示されたように、線材ループ６の一番低い点が点７でコンタクトフィンガー２ｂに接触した後、中間の位置にある経路部分ｓ３に達する。今までのそして現在のキャピラリ１２により追随される、点４から幾分長い距離を持つ、垂直及び水平の経路の結果として、ワイアブリッジがぴんと張られているときに、線材は、キャピラリから出てくるとすぐに、概略的に示されているように、やや曲げられて弧６は部分的に平坦になる。キャピラリのさらに下方への移動は、図４で分かる様に、減少された水平方向の移動ｖｈによってのみ重ねられる。湾曲した経路区分ｓ３に沿ったキャピラリの移動は、概ねあるいは理想的にはキャピラリと点７との間の線材の短い一部を“巻いたものを広げる”または“ほどく”様に見えるが、ここでキャピラリ上の線材は、だんだんと曲げられていくがキャピラリの中に押し戻されることもないし、ワイアブリッジに対して押し進められることもない。
【００１７】
さらに下方に移動し、それに対して、殆どあるいは完全に水平方向に移動しなくなることにより、キャピラリ（あるいはその前面に寄りかかって横たわる線材のそれぞれ）は、最後に点５のあたりで基板に鋭い角度で当たる。力センサー１９（図１）によって決定されるように、キャピラリにかかる上方に向かう力は著しく増加する。機器１０（図１）の制御にとって、このことは、プログラムされた経路の移動が、基板とキャピラリの間の今決定された有効な高さにおいて終了したことを意味している。その後、線材の終端はモーター１５の部分に働く測定済みの力でもって、公知の方法で形成され、超音波エネルギーで基板に溶接され、最後に切り離される。キャピラリにより幅広に形作られた線材８のボンディングされた１片の最終的な状態は、図５と図６に示されている。
【００１８】
経路の区分ｓ３における説明された移動の順序に従うと、規則正しく形成されたワイアブリッジは、ぴんと張って、すなわち、たわんだり外側に曲がったり外側に曲がろうとしたりしないで、都合よく得られる。ワイアブリッジの構築は、もし必要なら、キャピラリ上の前述の（表されていない）線材クランプの協調制御によって支援されてもよい。
【００１９】
それに加えて、上述した種類の移動の順序により、また第２の接続点５へのボンディングにおいても好ましい効果をあげることができることが示された。説明したように、９０度前後の鋭い角度で基板に接近することは、線材８の端部の平坦化のみならず、キャピラリの表面の下方の接続点５への溶接が、キャピラリを横方向にずらすことなく、行われることを意味し、このことは、その同時の横移動が押し付けおよび溶接の際に線材端部のくさび状の引き伸ばし、薄肉化および不完全な溶接をもたらす、キャピラリの対角線的な接近とはいくぶん対照的である。図５と図６に従ってキャピラリの表面の完全に下方で行われる線材８の端部の成形と溶接は、他方では、成形が良好に制御され、かつ、溶接された接続部が変形のされていない線材の近くで広範囲にわたって得られることを意味する。対応する好ましい環境は、基板からボンディングされた線材を引き離すのに必要な力を測定する一連の実験で決定することができる。図５と図６と共に記述される方法で生成される溶接による接続は、キャピラリが横方向移動を同時に行う方法で生成されるものと比較して、著しく大きな引き抜き力を示した。
【００２０】
図２から図５に従った実施の形態と対比して、経路の区分ｓ２から終端部ｓ３への遷移を、屈曲なしに配置することが有利である。高さＨの周囲における対応するプログラムされた経路の一例は、図７に示されている。区分ｓ３の最初において、意図された水平方向のキャピラリ１２の移動が既に高さＨの上で始まっている、そのような“ランニング（移動中）”遷移によって、サイクル時間のある程度の短縮が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  工程を実行する一般的に知られた装置と機器の単純化した平面図である。
【図２】  図１の装置の一部であり、側面から見た大幅な拡大図である。
【図３】  さらに拡大した縮尺で、第２の接続点へキャピラリが接近する様を示した図である。
【図４】  さらに拡大した縮尺で、第２の接続点へキャピラリが接近する様を示した図である。
【図５】  さらに拡大した縮尺で、第２の接続点へキャピラリが接近する様を示した図である。
【図６】  図５に対応して（やや大きく描かれている）、形が作られ線材が付いた、第２接続点の平面図である。
【図７】  最終段階に至る経路中の、経路変位を示した図である。
【符号の説明】
１…半導体チップ
２ａ…アイランド
２ｂ…コンタクトフィンガー
３…結線
４…第１の接続点
５…第２の接続点
６…弧
１０…機器
１２…キャピラリ
１４…スライド
１５…（リニア）モータ
１６…ロッカー
１７…水平軸
１８…ホーン
１９…力センサー
【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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