(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-03
(45)【発行日】2022-10-12
(54)【発明の名称】ワイヤボンディング装置及び半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20221004BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301D
H01L21/60 301G
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021539455
(86)(22)【出願日】2020-07-15
(86)【国際出願番号】 JP2020027421
(87)【国際公開番号】W WO2022013955
(87)【国際公開日】2022-01-20
【審査請求日】2021-07-06
(73)【特許権者】
【識別番号】519294332
【氏名又は名称】株式会社新川
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉野 浩章
(72)【発明者】
【氏名】手井 森介
【審査官】安田 雅彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－２２２１２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２７８４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／００５４６６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１７６１１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０－２１／６０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続する半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤが挿通されるキャピラリと、前記キャピラリを移動させる移動機構と、を備えるワイヤボンディング装置を準備する準備工程と、
前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの先端にフリーエアボールを形成した後、前記キャピラリの先端を圧着高さまで下降させて前記フリーエアボールを前記第１ボンド点に接合して圧着ボールと前記圧着ボールの上側のボールネックとを形成するボールボンディング工程と、
前記キャピラリの先端を水平方向に移動させて、前記ボールネックと前記圧着ボールとの間に断面積を減らした薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記薄肉部を形成した後、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に円弧状に往復移動させて前記ワイヤを曲げ変形させるワイヤテール曲げ工程と、
前記キャピラリを上昇させてワイヤテールを繰り出した後、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に移動させて、前記薄肉部において前記ワイヤテールと前記圧着ボールとを切り離すワイヤテール切り離し工程と、
前記キャピラリを下降させて切り離した前記ワイヤテールの側面を前記圧着ボールの上に接合するワイヤテール接合工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項3】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄肉部形成工程は、前記キャピラリを前記圧着高さより高い剪断高さまで上昇させて前記キャピラリを水平方向に移動させること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】
請求項１又は３に記載の半導体装置の製造方法であって、前記薄肉部形成工程は、前記薄肉部を形成する際に前記キャピラリを水平方向に往復動作させること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項5】
請求項１又は３又は４に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤテール切り離し工程は、前記薄肉部において前記ワイヤテールを前記圧着ボールから切り離す際に、
前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に向かって斜め上方向に移動させること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項6】
請求項１又は３から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤテール接合工程は、前記ワイヤテールの側面を前記圧着ボールの上に接合する際に、前記キャピラリの前記第１ボンド点の側のフェイス部を前記圧着ボールの前記第２ボンド点と反対側の端部の上まで移動させた後、前記キャピラリを下降させて前記キャピラリの前記フェイス部で、曲げ変形した前記ワイヤテールの側面を前記圧着ボールの前記第２ボンド点と反対側の前記端部の上に接合すること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項7】
第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、前記ワイヤが挿通されるキャピラリと、
前記キャピラリを移動させる移動機構と、
前記移動機構の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの先端にフリーエアボールを形成した後、前記キャピラリの先端を圧着高さまで下降させて前記フリーエアボールを前記第１ボンド点に接合して圧着ボールと前記圧着ボールの上側のボールネックとを形成し、
前記キャピラリの先端を水平方向に移動させて、前記ボールネックと前記圧着ボールとの間に断面積を減らした薄肉部を形成し、
前記薄肉部を形成した後、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に円弧状に往復移動させて前記ワイヤを曲げ変形させ、
前記キャピラリを上昇させてワイヤテールを繰り出した後、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に移動させて、前記薄肉部において前記ワイヤテールと前記圧着ボールとを切り離し、
前記キャピラリを下降させて切り離した前記ワイヤテールの側面を前記圧着ボールの上に接合すること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項8】
請求項７に記載のワイヤボンディング装置であって、前記制御部は、
前記薄肉部を形成する際に、前記キャピラリを前記圧着高さより高い剪断高さまで上昇させて前記キャピラリを水平方向に往復移動させ、
前記薄肉部において前記ワイヤテールを前記圧着ボールから切り離す際に、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に向かって斜め上方向に移動させ、
前記ワイヤテールの側面を前記圧着ボールの上に接合する際に、前記キャピラリの前記第１ボンド点の側のフェイス部を前記圧着ボールの前記第２ボンド点と反対側の端部の上まで移動させた後、前記キャピラリを下降させて前記キャピラリの前記フェイス部で、曲げ変形した前記ワイヤテールの側面を前記圧着ボールの前記第２ボンド点と反対側の前記端部の上に接合すること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤボンディング装置の構造及びそのワイヤボンディング装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体チップの薄型化が求められている。この要求を満たすためには、ワイヤボンディングで形成されるループワイヤの高さを低く抑えることが必要となる。そこで、従来から、ループ高さを抑える低ループ技術が多数提案されている。
【0003】
例えば、ボールボンディングを行った後、キャピラリを上昇させてワイヤテールを延出させた後、キャピラリを上昇させてワイヤテールを切断し、切断したワイヤテールを圧着ボールの上にボンディングすることでループ高さを低く抑えるボンディング方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【0004】
また、第１ボンド点にボールボンディングを行った後、キャピラリを水平移動させて圧着ボールの上のボールネックを削り取り、その後キャピラリを上昇させてワイヤテールを延出させ、延出させたワイヤテールの側面を圧着ボールの上に複数回押圧した後、キャピラリを第２ボンド点に向かって移動させることによりループ高さを抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４８６０１２８号公報
【文献】特開２０１９－１７６１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献１に記載された従来技術の様にキャピラリを真上に上昇させてワイヤテールの延出、切断を行っても、ワイヤテールがキャピラリのフェイス部の下側に位置しないため、キャピラリでワイヤテールを圧着ボールの上に接合することが困難で、実現性の問題があった。
【0007】
また、特許文献２の方法では、押し付け部分のワイヤテールの断面積が小さくなってしまい、ワイヤのループ形状が制限される場合があった。
【0008】
そこで、本発明は、ループ形状の自由度が大きい低ループワイヤを形成可能なワイヤボンディング装置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】
【0009】
本発明の半導体装置の製造方法は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続する半導体装置の製造方法であって、ワイヤが挿通されるキャピラリと、キャピラリを移動させる移動機構と、を備えるワイヤボンディング装置を準備する準備工程と、キャピラリに挿通されたワイヤの先端にフリーエアボールを形成した後、キャピラリの先端を圧着高さまで下降させてフリーエアボールを第１ボンド点に接合して圧着ボールと圧着ボールの上側のボールネックとを形成するボールボンディング工程と、キャピラリの先端を水平方向に移動させて、ボールネックと圧着ボールとの間に断面積を減らした薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、キャピラリを上昇させてワイヤテールを繰り出した後、キャピラリを第２ボンド点の方向に移動させて、薄肉部においてワイヤテールと圧着ボールとを切り離すワイヤテール切り離し工程と、キャピラリを下降させて切り離したワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合するワイヤテール接合工程と、
を含むことを特徴とする。
を含むことを特徴とする。
【0010】
薄肉部形成工程により、ボールネックと圧着ボールとの接続部分の断面積を減らした薄肉部を形成してからワイヤテールを圧着ボールから切り離すので、小さな引張荷重でワイヤテールを圧着ボールから切り離すことができる。また、キャピラリを第２ボンド点の方向に移動させて、薄肉部においてワイヤテールと圧着ボールとを切り離すので、切断したワイヤテールがキャピラリの第１ボンド点側の下に入り込む。このため、ワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合することができ、ワイヤの延びる方向を水平方向としてループ高さを低くすることができる。
【0011】
本発明の半導体装置の製造方法において、薄肉部を形成した後、キャピラリを第２ボンド点の方向に円弧状に往復移動させてワイヤを曲げ変形させるワイヤテール曲げ工程を含んでもよい。
【0012】
このように、ワイヤを曲げ変形させるので、ワイヤテールを圧着ボールから切り離した際に、ワイヤテールがキャピラリの第１ボンド点側の下に入り込んだ状態を保持することができ、確実にワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合することができループ高さを低くすることができる。
【0013】
本発明の半導体装置の製造方法において、薄肉部形成工程は、キャピラリを圧着高さより高い剪断高さまで上昇させてキャピラリを水平方向に移動させてもよい。
【0014】
これにより、確実にボールネックを変形させて薄肉部を形成することができる。
【0015】
本発明の半導体装置の製造方法において、薄肉部形成工程は、薄肉部を形成する際にキャピラリを水平方向に往復動作させてもよい。
【0016】
これにより、ボールネックと圧着ボールとの接続部分の断面積を極力小さくすると共に、接続部分の断面積の大きさのバラツキを抑制できる。この結果、ワイヤテールを切断した際にキャピラリの先端から延出するワイヤテールの形状を安定させることができる。
【0017】
本発明の半導体装置の製造方法において、ワイヤテール切り離し工程は、薄肉部においてワイヤテールを圧着ボールから切り離す際に、キャピラリを第２ボンド点の方向に向かって斜め上方向に移動させてもよい。
【0018】
これにより、切断したワイヤテールと圧着ボールとが接触して再接合されることを抑制でき、ワイヤボンディングの安定性を高めることができる。
【0019】
本発明の半導体装置の製造方法において、ワイヤテール接合工程は、ワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合する際に、キャピラリの第１ボンド点の側のフェイス部を圧着ボールの第２ボンド点と反対側の端部の上まで移動させた後、キャピラリを下降させてキャピラリのフェイス部で、曲げ変形したワイヤテールの側面を圧着ボールの第２ボンド点と反対側の端部の上に接合してもよい。
【0020】
これにより、ワイヤテールの側面を確実に圧着ボールの上に接合することができる。
【0021】
本発明のワイヤボンディング装置は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、ワイヤが挿通されるキャピラリと、キャピラリを移動させる移動機構と、移動機構の駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、キャピラリに挿通されたワイヤの先端にフリーエアボールを形成した後、キャピラリの先端を圧着高さまで下降させてフリーエアボールを第１ボンド点に接合して圧着ボールと圧着ボールの上側のボールネックとを形成し、キャピラリの先端を水平方向に移動させて、ボールネックと圧着ボールとの間に断面積を減らした薄肉部を形成し、キャピラリを上昇させてワイヤテールを繰り出した後、キャピラリを第２ボンド点の方向に移動させて、薄肉部においてワイヤテールと圧着ボールとを切り離し、
キャピラリを下降させて切り離したワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合すること、を特徴とする。
キャピラリを下降させて切り離したワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合すること、を特徴とする。
【0022】
本発明のワイヤボンディング装置において、制御部は、ボールネックを形成した後、キャピラリを圧着高さより高い剪断高さまで上昇させてキャピラリを水平方向に往復移動させて薄肉部を形成し、薄肉部を形成した後、キャピラリを第２ボンド点の方向に円弧状に往復移動させてワイヤを曲げ変形させ、薄肉部においてワイヤテールを圧着ボールから切り離す際に、キャピラリを第２ボンド点の方向に向かって斜め上方向に移動させ、ワイヤテールの側面を圧着ボールの上に接合する際に、キャピラリの第１ボンド点の側のフェイス部を圧着ボールの第２ボンド点と反対側の端部の上まで移動させた後、キャピラリを下降させてキャピラリのフェイス部で、曲げ変形したワイヤテールの側面を圧着ボールの第２ボンド点と反対側の端部の上に接合してもよい。
【発明の効果】
【0023】
本発明は、ループ形状の自由度が大きい低ループワイヤを形成可能なワイヤボンディング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施形態のワイヤボンディング装置の構成を示す立面図である。
【図2】実施形態のワイヤボンディング装置に取付けられるキャピラリの断面図である。
【図3】実施形態のワイヤボンディング装置で形成したループワイヤを示す立面図である。
【図4】キャピラリの先端の移動を示す説明図である。
【図5】実施形態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を行う際のボールボンディング工程を示す説明図である。
【図6A】実施形態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を行う際の薄肉部形成工程においてキャピラリをわずかに上昇させた状態を示す説明図である。
【図7A】実施形態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を行う際のワイヤテール曲げ工程においてキャピラリを上昇させてワイヤテールを延出させた状態を示す説明図である。
【図8】実施形態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を行う際のワイヤテール切り離し工程を示す説明図である。
【図9A】実施形態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を行う際のワイヤテール接合工程においてキャピラリを圧着ボールの上まで移動させた状態を示す説明図である。
【図10】実施形態のワイヤボンディング装置を用いて第２ボンド点にループワイヤをステッチボンディングした状態の第１ボンド部とループワイヤとを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置１００について説明する。図１に示す様に、実施形態のワイヤボンディング装置１００は、ベース１０と、ＸＹテーブル１１と、ボンディングヘッド１２と、Ｚ方向モータ１３と、ボンディングアーム１４と、超音波ホーン１５と、キャピラリ２０と、クランパ１７と、放電電極１８と、ボンディングステージ１９と、制御部６０とを備えている。なお、以下の説明では、ボンディングアーム１４又は超音波ホーン１５の延びる方向をＸ方向、水平面でＸ方向と直角方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として説明する。
【0026】
ＸＹテーブル１１は、ベース１０の上に取付けられて上側に搭載されるものをＸＹ方向に移動させる。
【0027】
ボンディングヘッド１２は、ＸＹテーブル１１の上に取付けられてＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。ボンディングヘッド１２の中には、Ｚ方向モータ１３とＺ方向モータ１３によって駆動されるボンディングアーム１４とが格納されている。Ｚ方向モータ１３は、固定子１３ｂを備えている。ボンディングアーム１４は、根元部１４ａがＺ方向モータ１３の固定子１３ｂに対向し、Ｚ方向モータ１３のシャフト１３ａの周りに回転自在に取付けられる回転子となっている。
【0028】
ボンディングアーム１４のＸ方向の先端には超音波ホーン１５が取付けられており、超音波ホーン１５の先端にはキャピラリ２０が取付けられている。超音波ホーン１５は、図示しない超音波振動子の振動により先端に取付けられたキャピラリ２０を超音波加振する。キャピラリ２０は後で図２を参照して説明するように内部に上下方向に貫通する貫通孔２１が設けられており、貫通孔２１にはワイヤ１６が挿通されている。
【0029】
また、超音波ホーン１５の先端の上側には、クランパ１７が設けられている。クランパ１７は開閉してワイヤ１６の把持、開放を行う。
【0030】
ボンディングステージ１９の上側には放電電極１８が設けられている。放電電極１８は、ベース１０に設けられた図示しないフレームに取付けられても良い。放電電極１８は、キャピラリ２０に挿通してキャピラリ２０の先端２５から延出したワイヤ１６との間で放電を行い、ワイヤ１６を溶融させてフリーエアボール４０を形成する。
【0031】
ボンディングステージ１９は、上面に半導体チップ３４が実装された基板３０を吸着固定するとともに、図示しないヒータによって基板３０と半導体チップ３４とを加熱する。
【0032】
ボンディングヘッド１２のＺ方向モータ１３の固定子１３ｂの電磁力によって回転子を構成するボンディングアーム１４の根元部１４ａが図１中の矢印７１に示す様に回転すると、超音波ホーン１５の先端に取付けられたキャピラリ２０は矢印７２に示す様にＺ方向に移動する。また、ボンディングステージ１９はＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。従って、キャピラリ２０は、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３によってＸＹＺ方向に移動する。従って、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とはキャピラリ２０をＸＹＺ方向に移動させる移動機構１１ａを構成する。
【0033】
ＸＹテーブル１１と、Ｚ方向モータ１３と、クランパ１７と、放電電極１８と、ボンディングステージ１９とは制御部６０に接続されており、制御部６０の指令に基づいて駆動される。制御部６０は、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とで構成される移動機構１１ａにより、キャピラリ２０のＸＹＺ方向の位置を調整するとともに、クランパ１７の開閉、放電電極１８の駆動、ボンディングステージ１９の加熱制御を行う。
【0034】
制御部６０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ６１と、動作プログラムや動作データ等を格納するメモリ６２とを含むコンピュータである。
【0035】
次に図２を参照しながらキャピラリ２０の構造についして説明する。図２は、キャピラリ２０の先端部の一例を示す図である。キャピラリ２０には、中心線２４の方向に貫通する貫通孔２１が形成されている。この貫通孔２１の中にはワイヤ１６が挿通される。したがって、貫通孔２１の内径ｄ１は、ワイヤ１６の外径ｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）。貫通孔２１の下端は、円錐状に広がっている。この円錐状に広がるテーパー部は、チャンファー部２２と呼ばれる。また、この円錐状の空間のうち最大の直径（すなわち最下端の直径）は、チャンファー径ｄ３と呼ばれる。
【0036】
キャピラリ２０の下端面は、図１に示すフリーエアボール４０を押圧するフェイス部２３となる。このフェイス部２３は、フラットな水平面でもよいし、外側に近づくにつれ上方にすすむような傾斜面でもよい。フェイス部２３の幅、すなわち、チャンファー部２２とキャピラリ２０の下端の外周との距離を、「フェイス幅Ｗ」と呼ぶ。フェイス幅Ｗは、チャンファー径ｄ３とキャピラリ２０の外周径ｄ４により、Ｗ＝（ｄ４－ｄ３）／２で計算される。また、以下の説明では、キャピラリ２０の下端の中心線２４の上の点をキャピラリ２０の先端２５という。
【0037】
図２中に一点鎖線で示す様に、キャピラリ２０の先端２５を高さｈ１の点ａまで加工させて図１に示すフリーエアボール４０をパッド３５の上に押圧すると、フリーエアボール４０はフェイス部２３で押圧されて扁平化して直径ｄ５で厚みｈｂの扁平円柱状の圧着ボール４１が形成される。また、フリーエアボール４０を形成する金属の一部は、チャンファー部２２から貫通孔２１に入り込み、圧着ボール４１の上側に接続される円錐状部４２ａと円錐状部４２ａの上側に接続する円柱状部４２ｂとで構成されるボールネック４２が形成される。
【0038】
図３は、ワイヤボンディング装置１００により形成されるループワイヤ５２のイメージ図である。半導体チップ３４には、複数のパッド３５が配設されており、基板３０には、複数のリード３１が配設されている。ワイヤボンディング装置１００は、このパッド３５上に位置する第１ボンド点Ｐ１と、リード３１上に位置する第２ボンド点Ｐ２とをループワイヤ５２で接続する。
【0039】
第１ボンド点Ｐ１には、ワイヤ１６の一端をパッド３５に押し付けて形成される第１ボンド部５０が形成されており、この第１ボンド部５０から引き出されたループワイヤ５２が、第２ボンド点Ｐ２まで延びる。第２ボンド点Ｐ２には、ループワイヤ５２の他端をリード３１に押し付けて形成される第２ボンド部５１が形成されている。ここで、第２ボンド部５１は、通常、ループワイヤ５２をリード３１に押し当てて潰したステッチボンドである。
【0040】
以下、図４～図９Ｂを参照してワイヤボンディング装置１００の第１ボンド部５０とループワイヤ５２と第２ボンド部５１とを形成する動作について説明する。以下の説明では、第１ボンド点Ｐ１からみて第２ボンド点Ｐ２に近づく方向を「フォワード方向」と呼び、第２ボンド点Ｐ２から離れる方向、或いは、第１ボンド点Ｐ１から見て第２ボンド点Ｐ２と反対方向を「リバース方向」と呼ぶ。各図中に示す「Ｆ」の符号はフォワード方法を示し、「Ｒ」の符号は、リバース方向を示す。また、図４に示す矢印８１～９１は、図５～図９Ｂ中に示す矢印８１～９１に対応する。
【0041】
第１ボンド部５０を形成する場合、制御部６０のプロセッサであるＣＰＵ６１は、まず、クランパ１７を開放して、ＸＹテーブル１１およびＺ方向モータ１３を駆動制御して、キャピラリ２０の先端２５を放電電極１８の近傍に移動させる。そして、ＣＰＵ６１は、放電電極１８とキャピラリ２０の先端２５から延出したワイヤ１６との間で放電を発生させ、キャピラリ２０の先端２５から延出したワイヤ１６をフリーエアボール４０に成形する。
【0042】
続いて、ＣＰＵ６１は、図５に示す様にボールボンディング工程を実行する。ＣＰＵ６１は、図４に示す様に、キャピラリ２０の中心線２４のＸＹ座標を第１ボンド点Ｐ１の中心線３６のＸＹ座標に合わせ、図４、図５に示す矢印８１の様にキャピラリ２０の先端２５を第１ボンド点Ｐ１に向かって点ａまで下降させる。このとき、パッド３５の上面からキャピラリ２０の先端２５までの高さｈ１、即ち、パッド３５の上面から点ａまでの高さｈ１は、圧着ボール４１の厚みｈｂ（図２参照）の目標値に基づいて決められる。以下、この高さｈ１を「圧着高さｈ１」という。
【0043】
そして、図５に示す様に、キャピラリ２０のフェイス部２３でフリーエアボール４０をパッド３５の上に押圧する。この際、キャピラリ２０の先端２５には超音波ホーン１５を介して超音波振動が付与されていてもよい。
【0044】
キャピラリ２０がフリーエアボール４０をパッド３５の上に押圧すると、先に図２を参照して説明したように、フェイス部２３とチャンファー部２２とは、フリーエアボール４０を圧着ボール４１とボールネック４２とに成形する。ＣＰＵ６１は、圧着ボール４１とボールネック４２とが形成されたらボールボンディング工程を終了する。
【0045】
次に、ＣＰＵ６１は、図６Ａ～図６Ｄに示す様に薄肉部形成工程を実行する。ＣＰＵ６１は、クランパ１７を開としておく。そして、ＣＰＵ６１は、図６Ａに示す様にＺ方向モータ１３を駆動して、キャピラリ２０の先端２５を図４、図６Ａ中に示す矢印８２の様に点ｂまで高さΔｈｂだけ僅かに上昇させ、キャピラリ２０の先端２５の高さを高さｈ２にする。以下、高さｈ２を「剪断高さｈ２」という。剪断高さｈ２は、圧着ボール４１の上端面とボールネック４２の上端面との間の高さで、キャピラリ２０の先端２５がボールネック４２の側面に位置する高さである。
【0046】
次に、図６Ｂに示す様に、ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２５の高さを剪断高さｈ２に保持したまま、ＸＹテーブル１１を駆動して、図４、図６Ｂに示す矢印８３の様に点ｃまでキャピラリ２０を第２ボンド点Ｐ２に向かうフォワード方向に水平に距離Δｘｃだけ移動する。これにより、キャピラリ２０の中心線２４は、第１ボンド点Ｐ１の中心線３６よりも第２ボンド点Ｐ２に寄った位置となる。
【0047】
次に、図６Ｃに示す様に、ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２５の高さを剪断高さｈ２に保持したまま、図６Ｂとは逆に、ＸＹテーブル１１を駆動して、図４、図６Ｃに示す矢印８４の様に点ｄまでキャピラリ２０を第２ボンド点Ｐ２から第１ボンド点Ｐ１に向かうリバース方向に距離Δｘｄだけ水平移動させる。Δｘｄは図６Ｂに示すΔｘｃよりも大きいので、図６Ｃに示す様に、キャピラリ２０の中心線２４は、第１ボンド点Ｐ１よりもリバース側となっている。
【0048】
更に、ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２５の高さを剪断高さｈ２に保持したまま、ＸＹテーブル１１を駆動して、図４、図６Ｂに示す矢印８５の様に点ｅまでキャピラリ２０を第２ボンド点Ｐ２に向かうフォワード方向に水平に距離Δｘｅだけ移動する。Δｘｅは図６Ｃに示すΔｘｄよりも小さいので、図６Ｄに示す様に、キャピラリ２０の中心線２４は、第１ボンド点Ｐ１よりもリバース側で、圧着ボール４１の第２ボンド点Ｐ２と反対側（リバース側）の端部４５を通る位置となっている。
【0049】
図６Ｂから図６Ｄに示す様に、キャピラリ２０の先端２５の高さを剪断高さｈ２に保持して、キャピラリ２０の先端２５を水平方向にフォワード側とリバース側とに向かって往復移動させると、図６Ｃ、図６Ｄに示す様に、キャピラリ２０の先端２５によってボールネック４２の一部が剪断高さｈ２で剪断破断して水平方向に削り取られる。これにより、フォワード側の剪断面４４と、リバース側の剪断面４３とが形成される。ここでフォワード側の剪断面４４は、圧着ボール４１の上端面近傍に出現する。また、フォワード側の剪断面４３は、ボールネック４２の下端面近傍に出現する。剪断面４３と圧着ボール４１の第２ボンド点Ｐ２と反対側（リバース側）の端部４５の上面との間には、わずかに隙間が空いている。フォワード側の剪断面４４と、リバース側の剪断面４３との間には、ボールネック４２と圧着ボール４１との間を接続する細い接続部４６が形成される。接続部４６は、ワイヤ１６よりも断面積が減少した薄肉部である。
【0050】
このように、キャピラリ２０の先端２５を水平方向にフォワード側とリバース側とに向かって往復移動させ、剪断面４３，４４と、接続部４６とを形成すると、接続部４６の断面積を極力小さくすることができると共に、接続部４６の断面積の大きさのバラツキを抑制できる。
【0051】
次に、ＣＰＵ６１は、図７Ａ～図７Ｃに示す様に、ワイヤテール曲げ工程を実行する。ＣＰＵ６１は、図７Ａに示す様にＺ方向モータ１３を駆動して、キャピラリ２０の先端２５を図４、図７Ａ中に示す矢印８６の様に点ｆまで上昇させ、キャピラリ２０の先端２５の高さを高さｈ３にする。以下、高さｈ３は、「移動高さｈ３」という。移動高さｈ３は、剪断高さｈ２よりも高い。この際、ボールネック４２と圧着ボール４１との間は、接続部４６によって接続されており、クランパ１７が開となっているので、キャピラリ２０が上昇するとキャピラリ２０の先端２５からワイヤテール４７が繰り出される。
【0052】
キャピラリ２０の先端２５を移動高さｈ３まで上昇させたら、ＣＰＵ６１は、キャピラリ２０の先端２５を図４、図７Ｂ中に示す矢印８７の様に点ｆから点ｇまで円弧状に移動させる。円弧状の移動は、図7Ａに示す点ｅを中心として点ｆと点ｅとの距離を半径とする円弧に沿って高さｈ４の点ｇまで移動させてもよい。これにより、ワイヤテール４７は、接続部４６からフォワード側に折り曲げられて下側の側面は、圧着ボール４１の上端面に向かって折り曲げられる。
【0053】
次に、ＣＰＵ６１は、図７Ｂとは反対に、キャピラリ２０の先端２５を図４、図７Ｃに中に示す矢印８８の様に点ｇから点ｆまで円弧状に移動させ、キャピラリ２０の先端２５の位置を点ｆまで戻す。これにより、ワイヤテール４７は、接続部４６からフォワード側に向かって湾曲した後、リバース側に湾曲する形状となる。
【0054】
次に、ＣＰＵ６１は、図８に示す様に、ワイヤテール切り離し工程を実行する。ＣＰＵ６１は、図４、図８に示す様に、クランパ１７を閉として、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とを駆動してキャピラリ２０の先端２５を第２ボンド点Ｐ２の方向に向かって斜め上方向に高さｈ５の点ｈまで移動させる。この移動によってキャピラリ２０の先端２５から延出していたワイヤテール４７は、接続部４６から第２ボンド点Ｐ２の方向の向かって斜め上方向に延びるように変形する。また、移動の際、ＣＰＵ６１はクランパ１７を閉としているので、移動により、接続部４６はキャピラリ２０とクランパ１７とによって第２ボンド点Ｐ２の方向に向かって斜め上方向に引っ張られる。これにより、図８に示す様に 、接続部４６が破断して圧着ボール側破断面４８と、ワイヤテール側破断面４９とが形成される。接続部４６が破断した際には、図８に示す様に、ワイヤテール４７は、キャピラリ２０の先端２５から第１ボンド点Ｐ１に向かってリバース側に向かって斜め下方向に延びて、キャピラリ２０のリバース側のフェイス部２３の下側に回り込んでいる。
【0055】
次にＣＰＵ６１は、図９Ａ、図９Ｂに示す様にワイヤテール接合工程を実行する。ＣＰＵ６１は、図４の矢印９０に示す様に、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とを駆動してキャピラリ２０の先端２５を点ｈから点ｉにまで上昇させた後、点ｉからリバース方向に向かって移動させる。そして、図９Ａに示す様に、キャピラリ２０の第１ボンド点側（リバース側）のフェイス部２３が圧着ボール４１のリバース側の端部４５の上方となるようにキャピラリ２０の先端２５の位置を高さｈ６の点ｊまで移動させる。
【0056】
次に、ＣＰＵ６１は、図４、図９Ｂに示す矢印９１の様にキャピラリ２０のリバース側のフェイス部２３を圧着ボール４１のリバース側の端部４５に向かって点ｋまで下降させる。そして、図９Ｂに示す様に、キャピラリ２０のリバース側のフェイス部２３でキャピラリ２０の先端２５からリバース側に向かって斜め下方向に延びているワイヤテール４７の側面を圧着ボール４１のリバース側の端部４５の上に押圧する。これにより、ワイヤテール４７は、端部４５の上に接合されて、第１ボンド部５０が形成される。この際、パッド３５の上面からキャピラリ２０の先端２５までの高さｈ７、即ち、パッド３５の上面から点ｋまでの高さｈ７は、第１ボンド部５０の厚みの目標値に基づいて決められる。
【0057】
図９Ｂに示す様に、第１ボンド部５０は、圧着ボール４１のリバース側の端部４５の上に接合され、第２ボンド点Ｐ２の側は、圧着ボール４１の上の剪断面４４に沿って水平方向に第２ボンド点Ｐ２に向かって延びている。
【0058】
次に、ＣＰＵ６１は、ステッチボンディング工程を実行する。ＣＰＵ６１は、クランパ１７を開として図４に示す矢印９２のようにキャピラリ２０を上昇させてループワイヤ５２をキャピラリ２０の先端２５から延出させた後、図４に示す一点鎖線の矢印９３に示す様に、キャピラリ２０の先端２５をルーピングさせ、キャピラリ２０の中心線２４の位置を第２ボンド点Ｐ２の中心線３７（図３参照）の位置に合わせる。そして、キャピラリ２０の先端２５を基板３０のリード３１の上に押圧してループワイヤ５２の側面をリード３１の上にステッチボンディングして第２ボンド部５１を形成する。
【0059】
これにより、図３、図１０に示す様に、ループワイヤ５２は、圧着ボール４１のリバース側の端部４５の上に接合された第１ボンド部５０から圧着ボール４１の剪断面４４の上を越えて第２ボンド点Ｐ２に向かって水平方向に延びる形状となる。
【0060】
尚、図４では、キャピラリ２０の先端２５のルーピングの軌跡は単純化して記載しているが、形成しようとするループワイヤ５２の形状に応じて様々な経路としてもよい。
【0061】
その後、ＣＰＵ６１は、クランパ１７を閉としてキャピラリ２０を上昇させてワイヤ１６を切断する。このようにして、ワイヤボンディング装置１００は、図３に示すような第１ボンド点Ｐ１と第２ボンド点Ｐ２とを第１ボンド部５０と、ループワイヤ５２と、第２ボンド部５１とで接続する。
【0062】
以上、説明したように、実施形態のワイヤボンディング装置１００は、薄肉部形成工程により、ボールネック４２と圧着ボール４１との接続部４６の断面積を小さくしてから、ワイヤテール４７を曲げ変形させ、キャピラリ２０を第２ボンド点Ｐ２に向かって移動させてワイヤテール４７を圧着ボール４１から切断するので、切断したワイヤテール４７がキャピラリ２０のリバース側のフェイス部２３の下側に入り込んだ状態を保持できる。このため、ワイヤテール４７の側面を圧着ボール４１の上に接合して第１ボンド部５０を形成した際に、第１ボンド部５０の第２ボンド点側が圧着ボール４１の上に沿って水平方向に第２ボンド点Ｐ２に向かって延びるようにできる。このため、図３、図１０に示す様に、ループワイヤ５２を圧着ボール４１の上から水平に第２ボンド点Ｐ２に向かうように形成することができ、ループワイヤ５２の高さを低くすることができる。
【0063】
また、特許文献２に記載された従来技術のように、ワイヤテール４７の側面を圧着ボール４１の上に複数回押圧しなくても、第１ボンド部５０の第２ボンド点側が圧着ボール４１の上に沿って水平方向に第２ボンド点Ｐ２に向かって延びるようにできる。このため、第１ボンド部５０とループワイヤ５２との接続部分の断面積を従来技術よりも大きくできるので、ステッチボンディング工程において、キャピラリ２０の先端２５を自由に移動させることができ、ループワイヤ５２の形状の自由度を大きくすることができる。
【0064】
また、実施形態のワイヤボンディング装置１００では、薄肉部形成工程において、キャピラリ２０の先端２５を水平方向にフォワード側とリバース側とに向かって往復移動させて接続部４６の断面積を極力小さくすると共に、接続部４６の断面積の大きさのバラツキを抑制するようにしている。このため、ワイヤテール切り離し工程において、ワイヤテール４７と接続部４６との破断荷重が小さく、且つ、一定となるので、接続部４６が破断した際にキャピラリ２０のリバース側のフェイス部２３の下側に入り込むワイヤテール４７の形状がバラつかず、安定した形状となる。これにより、圧着ボール４１のリバース側の端部４５の上に形成する第１ボンド部５０の形状が一定となり、安定したワイヤボンディングを行うことができる。
【0065】
更に、実施形態のワイヤボンディング装置１００では、ワイヤテール切り離し工程において、キャピラリ２０の先端２５を第２ボンド点Ｐ２の方向に向かって斜め上方向に移動させているので、切断したワイヤテール４７と圧着ボール４１とが接触して再接合されることを抑制でき、ワイヤボンディングの安定性を高めることができる。
【0066】
尚、接続部４６の断面積を更に小さくすることにより、ワイヤテール４７と接続部４６との破断荷重を更に小さくし、キャピラリ２０を水平方向に移動させることにより、ワイヤテール４７の切断を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【0067】
１０ ベース、１１ ＸＹテーブル、１１ａ 移動機構、１２ ボンディングヘッド、１３ Ｚ方向モータ、１３ａ シャフト、１３ｂ 固定子、１４ ボンディングアーム、１４ａ 根元部、１５ 超音波ホーン、１６ ワイヤ、１７ クランパ、１８ 放電電極、１９ ボンディングステージ、２０ キャピラリ、２１ 貫通孔、２２ チャンファー部、２３ フェイス部、２４，３６，３７ 中心線、２５ 先端、３０ 基板、３１ リード、３４ 半導体チップ、３５ パッド、４０ フリーエアボール、４１ 圧着ボール、４２ ボールネック、４２ａ 円錐状部、４２ｂ 円柱状部、４３，４４ 剪断面、４５ 端部、４６ 接続部、４７ ワイヤテール、４８ 圧着ボール側破断面、４９ ワイヤテール側破断面、５２ ループワイヤ、６０ 制御部、６１ ＣＰＵ、６２ メモリ、１００ ワイヤボンディング装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】