特許 7542895 ワイヤボンディング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】ワイヤボンディング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240826BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301J

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023138659

(22)【出願日】2023-08-29

【審査請求日】2024-03-04

【早期審査対象出願】

(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】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋山 真一

(72)【発明者】

【氏名】リー ビョン ドク

【審査官】金田 孝之

(56)【参考文献】

【文献】特許第５１１７４６２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１２－２５６８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２３８５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／４４７－Ｈ０１Ｌ ２１／４４９

Ｈ０１Ｌ ２１／６０ －Ｈ０１Ｌ ２１／６０７

Ｂ２３Ｋ ２０／００ －Ｂ２３Ｋ ２０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤが挿通され、先端から延出させた前記ワイヤをボンディング対象にボンディングするキャピラリと、
前記キャピラリを超音波振動させる超音波振動子と、
前記キャピラリと連動して上下方向に移動して前記ワイヤの把持、開放を行うクランパと、
前記キャピラリの移動と、前記クランパの開閉と、前記超音波振動子の動作とを調整する制御部と、を備えるワイヤボンディング装置であって、
前記制御部は、
前記クランパを閉とした状態で前記キャピラリを下降させて前記キャピラリの先端を前記ボンディング対象に接地させた後に、前記超音波振動子で前記キャピラリを超音波加振して前記ワイヤの前記ボンディング対象への超音波接合を開始し、
前記超音波接合の開始後、所定期間が経過した後に前記クランパを開とし、
前記クランパが全開した後、前記超音波接合を停止し、
前記所定期間を前記超音波接合の期間に応じて変化させること、
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に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記所定期間は、前記超音波接合の期間の１０％から９０％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２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、
前記超音波接合の開始後前記クランパが全開するまでの期間が、前記超音波接合の期間よりも長くなる場合には、前記超音波接合の期間を前記クランパが全開するまで延長すること、
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クランパの動作制御に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体チップのパッドとリードフレームのリードとの間を金属のワイヤで接続するワイヤボンディング装置が用いられている。ワイヤボンディング装置では、キャピラリの先端にワイヤを延出させ、このワイヤを放電トーチ等によってイニシャルボールとした後、キャピラリを第１ボンド点にボンディングし、その後ワイヤを繰り出しながらキャピラリを上昇させ、第２ボンド点に向かってルーピングした後、キャピラリを第２ボンド点にボンディングする。そして、第２ボンド点へのボンディングが終了したら、キャピラリを上昇させてキャピラリの先端にワイヤを繰り出し、その後クランパを閉にして更にキャピラリとクランパとを上昇させることにより、キャピラリの先端に所定の長さのテールワイヤを延出させた状態でワイヤを切断する。そして、キャピラリを次の第１ボンド点の上に移動させながら、放電トーチからのスパークによってテールワイヤをイニシャルボールに形成する。その後、次の第１ボンド点にボンディングを行う。このようなボンディングサイクルを繰り返してパッドとリードとの間を順次接続していく（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５１１７４６２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された従来技術によってワイヤボンディングを行う場合、第２ボンド点へのワイヤの接合が不十分となり、テールワイヤの延出ができず、ボンディング装置が停止してしまう場合がある。

【0005】

そこで、本開示は、ワイヤボンディング装置において、テールワイヤの延出不良を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のワイヤボンディング装置は、ワイヤが挿通され、先端から延出させたワイヤをボンディング対象にボンディングするキャピラリと、キャピラリを超音波振動させる超音波振動子と、キャピラリと連動して上下方向に移動してワイヤの把持、開放を行うクランパと、キャピラリの移動と、クランパの開閉と、超音波振動子の動作とを調整する制御部と、を備えるワイヤボンディング装置であって、制御部は、クランパを閉とした状態でキャピラリを下降させてキャピラリの先端をボンディング対象に接地させた後に、超音波振動子でキャピラリを超音波加振してワイヤのボンディング対象への超音波接合を開始し、超音波接合の開始後、所定期間が経過した後にクランパを開とし、クランパが全開した後、超音波接合を停止し、所定期間を超音波接合の期間に応じて変化させること、を特徴とする。

【0007】

このように、超音波接合の開始からクランパを開とするまでの所定期間を調整可能とすることにより、ワイヤを第２ボンド点に確実にボンディングしてからクランパを開にできるので、テールワイヤの延出不良を抑制することができる。

【0008】

本開示のワイヤボンディング装置において、所定期間は、超音波接合の期間の１０％から９０％としてもよい。

【0009】

これにより、ワイヤを第２ボンド点に確実にボンディングしてからクランパを開にできるので、テールワイヤの延出不良を抑制することができる。

【0010】

本開示のワイヤボンディング装置において、制御部は、超音波接合の開始後クランパが全開するまでの期間が、超音波接合の期間よりも長くなる場合には、超音波接合の期間をクランパが全開するまで延長してもよい。

【0011】

これにより、クランパが全開してから超音波接合を停止できるので、ワイヤを第２ボンド点に確実にボンディングしてからクランパを開にできるので、テールワイヤの延出不良を抑制することができる。

【発明の効果】

【0012】

本開示は、ワイヤボンディング装置において、テールワイヤの延出不良を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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を用いて半導体チップとリードとの間にワイヤをボンディングする工程を示す説明図である。

【図3】超音波接合とクランパの開タイミングを示すタイミングチャートである。

【図4】実施形態のワイヤボンディング装置を用いてテールワイヤを延出する工程を示す説明図である。

【図5】超音波接合期間を延長した場合のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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、ホーンホルダ１４と、超音波ホーン１５と、超音波振動子１６と、キャピラリ２０と、クランパ１７と、クランパ駆動部１７ａ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、ホーンホルダ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。

【0015】

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。

【0016】

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ホーンホルダ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。ホーンホルダ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。ホーンホルダ１４の先端の内部には超音波振動子１６が取付けられている。

【0017】

ホーンホルダ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、超音波振動子１６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は内部に上下方向に貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔にはワイヤ４１が挿通されている。

【0018】

また、超音波ホーン１５の上側には、クランパ１７とクランパ駆動部１７ａが設けられている。クランパ１７はキャピラリ２０と連動して上下方向に移動し、クランパ駆動部１７ａの動作により開閉してワイヤ４１の把持、開放を行う。

【0019】

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から延出したテールワイヤ４６（図４参照）との間で放電を行い、テールワイヤ４６を溶融させてイニシャルボール４２を形成する。

【0020】

ボンディングステージ１９は、上面に半導体チップ３５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３５とを加熱する。

【0021】

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ホーンホルダ１４の根元部１４ａが図１中の矢印９１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９２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

【0022】

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。制御部６０の動作は、メモリ６２に格納された動作プログラムをＣＰＵ６１が実行することにより実現される。

【0023】

ＸＹテーブル１１と、Ｚ方向モータ１３と、超音波振動子１６と、クランパ駆動部１７ａ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の指令に基づいて動作する。

【0024】

次に、図２から図４を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置１００の動作について説明する。以下の説明では、半導体チップ３５のパッド３６から基板３０のリード３１に向かってワイヤ４１をボンディングする動作について説明する。この場合、パッド３６は第１ボンド点となり、リード３１は第２ボンド点となる。また、基板３０と半導体チップ３５はワイヤ４１をボンディングするボンディング対象となる。

【0025】

図２に示すように、制御部６０は、放電電極１８とキャピラリ２０の先端２５から延出したテールワイヤ４６（図４参照）との間で放電を行い、テールワイヤ４６を溶融させてイニシャルボール４２を形成する。そして、制御部６０は、ＸＹテーブル１１によってキャピラリ２０の中心軸をパッド３６の中心に合わせる。

【0026】

制御部６０は、クランパ駆動部１７ａによりクランパ１７を閉とし、Ｚ方向モータ１３を駆動して図２中の矢印９３に示すように、キャピラリ２０を下降させ、イニシャルボール４２をパッド３６の上に押圧して円板状の圧着ボール４３を形成する。この際、制御部６０は、超音波振動子１６によりキャピラリ２０を超音波振動させる。これにより、圧着ボール４３をパッド３６に超音波接合する。

【0027】

次に、制御部６０は、クランパ駆動部１７ａを駆動してクランパ１７を開とし、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３を駆動して図２中の矢印９４で示すように、キャピラリ２０を上昇させた後、図２中の矢印９５ａで示すようにリード３１の中心に向かってルーピングさせる。この際、クランパ１７は開となっているので、キャピラリ２０の先端２５からワイヤ４１が繰り出される。

【0028】

キャピラリ２０の中心がリード３１の中心位置の直上となったら、制御部６０は、クランパ駆動部１７ａを駆動してクランパ１７を閉とし、図２中の矢印９５ｂで示すようにＺ方向モータ１３を駆動してキャピラリ２０を下降させ、先端２５をリード３１に接地させ、キャピラリ２０でワイヤ４１をリード３１に押圧する。これにより、ループ部４５が形成される。

【0029】

図３に示す時刻ｔ１にキャピラリ２０の先端２５がリード３１に接地すると、制御部６０は、時刻ｔ１に超音波振動子１６の駆動を開始する。そして、制御部６０は、キャピラリ２０の先端２５でワイヤ４１をリード３１に押圧しながら超音波振動子１６を駆動してキャピラリ２０を超音波振動させ、ワイヤ４１をリード３１に超音波接合する。そして、制御部６０は、図３の時刻ｔ４に超音波振動子１６の駆動を停止し、超音波接合を終了する。図３に示すように、この超音波接合の期間ΔＵＳは、ΔＵＳ＝［ｔ４－ｔ１］である。超音波接合が終了すると、図２に示すように、リード３１の上にステッチボンド部４４が形成される。

【0030】

制御部６０は、超音波接合の開始される時刻ｔ１から所定期間ＤＬだけ遅れた時刻ｔ２にクランパ駆動部１７ａを駆動してクランパ１７を閉状態から開状態とする。クランパ１７は、時刻ｔ２に全閉状態から開き始め、時刻ｔ３に全開となる。この所定期間ＤＬは、超音波接合の期間ΔＵＳの１０%～９０％に設定する。従って、超音波接合の期間ΔＵＳが長くなると所定期間ＤＬも長くなり、超音波接合の期間ΔＵＳが短くなると、所定期間ＤＬも短くなる。このように、ワイヤボンディング装置１００は、超音波接合の期間ΔＵＳに応じて所定期間ＤＬを変化させることができる。

【0031】

制御部６０は、超音波接合が終了したら、図４中の矢印９６に示すように、クランパ１７を開として、キャピラリ２０を上昇させてキャピラリ２０の先端２５にテールワイヤ４６を繰り出す。その後、制御部６０は、クランパ駆動部１７ａを駆動してクランパ１７を閉として、図４中の矢印９７に示すように、キャピラリ２０とクランパ１７とを上昇させる。これにより、キャピラリ２０の先端２５に延出させたテールワイヤ４６をステッチボンド部４４から切断する。

【0032】

その後、制御部６０は、キャピラリ２０を次のパッド３６の上に移動させながら、放電電極１８からのスパークによってテールワイヤ４６をイニシャルボール４２に形成する。そして、制御部６０は、図２を参照して説明したと同様、次のパッド３６にボンディングを行う。

【0033】

以上説明したワイヤボンディング装置１００は、超音波接合の開始からクランパ１７を開とするまでの所定期間ＤＬを超音波接合の期間ΔＵＳに応じて変化させることができる。これにより、ワイヤ４１をリード３１に確実にボンディングしてからクランパ１７を開にできるので、テールワイヤ４６の延出不良を抑制することができる。また、所定期間ＤＬを超音波接合の期間ΔＵＳの１０%～９０％に設定するので、超音波接合の期間ΔＵＳの終了直前にクランパ１７を開とすることがなくなり、ワイヤ４１をリード３１に確実にボンディングしてからクランパ１７を開にでき、テールワイヤ４６の延出不良を抑制することができる。

【0034】

次に図５を参照しながらワイヤボンディング装置１００の他の動作について説明する。図５に示すように、制御部６０は、超音波接合の開始される時刻ｔ１から所定期間ＤＬだけ遅れた時刻ｔ５にクランパ駆動部１７ａを駆動してクランパ１７を閉状態から開状態とする。クランパ１７は、時刻ｔ５に全閉状態から開き始める。クランパ１７は、超音波接合の終了する時刻ｔ４では、まだ全開となっていない。そして、クランパ１７は、時刻ｔ４の後の時刻ｔ６に全開となる。このように、超音波接合の開始後、クランパ１７が全開するまでの期間ＤＡが、超音波接合の期間ΔＵＳよりも長くなる場合には、制御部６０は、超音波接合の期間ΔＵＳをクランパ１７が全開する時刻ｔ６まで延長期間ΔＴＡだけ延長する。これにより、超音波接合はクランパ１７が全開となる時刻ｔ６に終了する。

【0035】

これにより、クランパ１７が開き切らないうちに超音波加振が停止してリード３１へのワイヤ４１のボンディングが不十分となり、テールワイヤ４６の延出不良が発生することを抑制できる。

【0036】

以上、半導体チップ３５のパッド３６から基板３０のリード３１に向かってワイヤ４１をボンディングする動作について説明したが、この逆に、リード３１からパッド３６に向かってワイヤ４１をボンディングするようにしてもよい。この場合、リード３１が第１ボンド点となり、パッド３６は第２ボンド点となる。そして、イニシャルボール４２をリード３１にボンディングし、図３に示すように超音波振動子１６を駆動してクランパ１７を開とてパッド３６にワイヤ４１をボンディングした後、キャピラリ２０を上昇させてテールワイヤ４６を延出させる。

【符号の説明】

【0037】

１０ ベース、１１ ＸＹテーブル、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 ホーンホルダ、１４ａ 根元部、１５ 超音波ホーン、１６ 超音波振動子、１７ クランパ、１７ａ クランパ駆動部、１８ 放電電極、１９ ボンディングステージ、２０ キャピラリ、２５ 先端、３０ 基板、３１ リード、３５ 半導体チップ、３６ パッド、４１ ワイヤ、４２ イニシャルボール、４３ 圧着ボール、４４ ステッチボンド部、４５ ループ部、４６ テールワイヤ、６０ 制御部、６１ ＣＰＵ、６２ メモリ、１００ ワイヤボンディング装置、ＤＡ 超音波接合の開始後クランパが全開するまでの期間、ＤＬ 所定期間、ΔＵＳ 超音波接合の期間、ΔＴＡ 延長期間。

【要約】

【課題】ワイヤボンディング装置において、テールワイヤの延出不良を抑制する。
【解決手段】キャピラリと、超音波振動子と、キャピラリと連動して上下方向に移動してワイヤの把持、開放を行うクランパと、制御部と、を備えるワイヤボンディング装置であって、制御部は、クランパを閉とした状態でキャピラリを下降させてキャピラリの先端をリードに接地させた時刻ｔ１の後に、超音波振動子でキャピラリを超音波加振してワイヤのリードへの超音波接合を開始し、所定期間ＤＬが経過した後の時刻ｔ２にクランパ１７を開とし、所定期間ＤＬを超音波接合の期間ΔＵＳに応じて変化させる。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】