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JP2004088005A - ワイヤボンディング用キャピラリ及びこれを用いたワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング用キャピラリ及びこれを用いたワイヤボンディング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】中心方向に向かってテーパ状に傾斜するフェイス面が先端に形成され、ワイヤを挿通させる貫通孔の開口部がフェイス面の中心に形成された、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリにおいて、スティッチボンディングによってワイヤを電極に強固に接着でき、ワイヤがその後に切断や剥離することのないようにする。
【解決手段】貫通孔１１の開口部１２を含む、キャピラリの軸方向に垂直な平面に対するフェイス面１３の傾斜角θを４〜１５°の範囲とすると共に、フェイス面１３の軸方向の高さｈをワイヤ２の太さ以上にする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤボンディングに用いるキャピラリ及びこれを用いたワイヤボンディング方法に関し、より詳細には半導体素子などを実装するのに用いるキャピラリ及びこれを用いたワイヤボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リードフレームや回路基板に半導体素子を実装する場合、ワイヤで電極間を接続するワイヤボンディングがこれまでから広く用いられている。一般的なワイヤボンディングはおおよそ次のようにして行われる。まず、キャピラリ先端部の開口から導出されたワイヤの先端を放電等によってボール状に成形する。そして電極上にキャピラリを移動し降下させて、ボール状に成形したワイヤ先端を電極上に固着する（ファーストボンディング）。このときワイヤの接着強度を上げるために超音波振動が加えられる。次に、接続すべき電極上にキャピラリを移動させ、そして降下させてワイヤを電極に固着する（セカンドボンディング）。この固着の際にもワイヤの接着強度を上げるために超音波振動が加えられる。
【０００３】
ここで、セカンドボンディングは、キャピラリのフェイス面でワイヤを押しつぶして固着する、いわゆるスティッチボンディングである。このためキャピラリ先端部のフェイス面の形状によって、ワイヤと電極との固着状態は大きく左右される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すように、従来のキャピラリ１’の先端部近傍の形状は、ワイヤ２の太さに対して幅（円柱状の場合には直径）が狭く、フェイス面１３の面積も小さかった。またこれに起因して、フェイス面１３から外周面１４に至る、丸め処理されたキャピラリの曲面部１５にもワイヤ２を押しつぶす働きを担わせていた。
【０００５】
しかし、前記キャピラリの曲面部１５ではワイヤ２を充分に押しつぶすことができず、ワイヤ２の一部が電極３１から浮いた状態となることがあった。ワイヤ２と電極３１との間にこのような隙間があると、生産工程において、機械的及び熱的な応力がワイヤ２の固着部分と浮いた部分の境界に集中する結果、この境界部分でワイヤが切れる。
【０００６】
この現象は特に、半導体素子の上面電極にセカンドボンディングする場合に多く発生し、本発明者の実験結果によればワイヤ切れの不具合は、前記上面電極にファーストボンディングした場合には数万個に１個の割合であったのに対し、前記上面電極にセカンドボンディングした場合には数十個に１個という高い割合で発生した。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スティッチボンディングにおいてワイヤを電極に強固に固着でき、ワイヤがその後に切断や剥離することのないキャピラリを提供することにある。
【０００８】
また本発明の目的は、外部電極にファーストボンディングし、半導体素子の上面電極にセカンドボンディングするワイヤボンディング方法において、セカンドボンディングしたワイヤが切断あるいや剥離しないようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、中心方向に向かってテーパ状に傾斜するフェイス面が先端に形成され、ワイヤを挿通させる貫通孔の開口部が前記フェイス面の中心に形成された、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリにおいて、
前記貫通孔の開口部を含む、キャピラリの軸方向に垂直な平面に対する前記フェイス面の傾斜角が４〜１５°の範囲であり、且つ前記フェイス面の軸方向の高さがワイヤの太さ以上であることを特徴とするワイヤボンディング用キャピラリが提供される。なお、本明細書におけるフェイス面の傾斜角θおよび高さｈは、具体的には図１に図示するものをいう。
【００１０】
また本発明によれば、外部電極にワイヤをボンディングした後、半導体素子の上面電極にワイヤをボンディングするワイヤボンディング方法において、
キャピラリとして前記記載のキャピラリを用いることを特徴とするワイヤボンディング方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、スティッチボンディングにおいてワイヤを電極に強固に固着できるようにすべく、キャピラリのフェイス面の形状を種々検討した結果、フェイス面の傾斜角及び高さを所定範囲とすればよいことを見出し本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち本発明のキャピラリではフェイス面の傾斜角を４〜１５°の範囲とすることが重要である。フェイス面の傾斜角が４°より小さいと、後述するフェイス面の高さとの関係においてキャピラリが太くなりすぎ、高密度でワイヤをボンディングすることが困難になる。他方、フェイス面の傾斜角が１５°より大きいと、フェイス面を介してワイヤに押圧力が充分に加わらず、電極へのワイヤの接着が不十分となるからである。
【００１３】
また本発明のキャピラリではフェイス面の高さをワイヤの太さ以上とすることも重要である。フェイス面の高さがワイヤの太さより低いと、ワイヤと電極との実質的接合面積が小さくなり、ワイヤが電極に強固に接着しないからである。フェイス面の高さの上限に特に限定はないが、高密度でワイヤをボンディングする観点などからは、ワイヤの太さよりも数μｍ大きい程度が好ましい。キャピラリの幅（直径）は前記フェイス面の傾斜角と高さとから決定されるが、半導体素子の上面電極にワイヤを接合する場合には、上面電極とワイヤとの接合をより強固にする観点からキャピラリの幅を半導体素子の幅よりも広くすることが推奨される。
【００１４】
図１に、本発明のキャピラリの一例を示す先端部拡大断面図を示す。図１のキャピラリ１は略逆円錐状の形状を有し、その軸中心にはワイヤ２を挿通させるための貫通孔１１が形成され、そしてその先端にはフェイス面１３が形成されている。貫通孔１１の下端部には外方に向かって順次拡径した開口部１２が形成され、この開口部１２はフェイス面１３の中心に位置している。一方、フェイス面１３は貫通孔１１の開口部１２から半径方向外方に向かって角度８°で上方に傾斜し、そしてその高さがちょうどワイヤ２の太さ（直径３０μｍ）となる所で、キャピラリの外周面１４に繋がる曲面部１５と繋がっている。
【００１５】
このような構造のキャピラリ１を用いて半導体素子３を回路基板４に実装する作業例について図２に基づいて説明する。まず、トーチ電極（不図示）からの放電によって、キャピラリ先端部の開口部１２から導出されたワイヤ２の先端をボール状に成形する（図２（ａ））。そしてキャピラリ１を降下させて、回路基板４上に形成された電極４１に、ボール状のワイヤ先端を押し付けて、超音波振動を加えながらワイヤ２を電極４１に固着させる（同図（ｂ））。次に、キャピラリ１を、半導体素子３の高さよりも少し高い位置まで上昇させながら、回路基板上の電極に固着された半導体素子３の上方に移動させた後（同図（ｃ））、キャピラリ１を下降させて上面電極３１に押し当て、所定の荷重を掛けると同時に超音波振動を加えワイヤ２を上面電極３１に固着させる（同図（ｄ））。その後ワイヤをクランプした状態でキャピラリ１を上方に移動させてワイヤ２を切断する（同図（ｅ））。
【００１６】
ワイヤ２と上面電極３１との固着状態を図３に示す。図３から理解されるように、キャピラリ１の先端部に前記のような傾斜角及び高さのフェイス面１３が形成されているので、ワイヤ２と上面電極３１との接合面積が従来に比べ広くなり、しかもこの接合面積全体に所定の荷重が掛かるので、ワイヤ２は上面電極３１に強固に固着し、ワイヤ切れや剥離といった不具合は生じない。
【００１７】
加えて、回路基板４の電極４１にワイヤ２をファーストボンディングし、半導体素子３の上面電極３１とセカンドボンディングしているので、半導体素子３の上面電極３１とワイヤ２とのなす角を非常に小さくすることができ、機械的、熱的応力がワイヤ２の接着部の一部に集中することを防止でき、ワイヤ切れなどが一層抑えられる。また同時に、ワイヤ２のループを小さくでき半導体装置の薄型にすることができる。
【００１８】
キャピラリのフェイス面でワイヤを押しつぶして接着するスティッチボンディングにおいて、キャピラリに加える荷重としては特に限定はなく、ワイヤの種類などから適宜決定すればよいが、一般に１００〜２００ｇ／ｃｍ２の範囲が好ましい。また本発明で使用できるワイヤとしては特に限定はなく、従来公知のものが使用できるが、その中でもＡｕワイヤが好ましい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のキャピラリでは、キャピラリの先端に形成されたフェイス面の傾斜角を４〜１５°の範囲とするとともに、フェイス面の軸方向の高さをワイヤの太さ以上としたので、スティッチボンディングによってワイヤを電極にボンディングした場合に、ワイヤと電極との接合面積を従来に比べ大きくできると同時に、キャピラリから加わる荷重をワイヤに効果的に伝えることができ、ワイヤの切れや剥離といった不具合を効果的に防止できる。
【００２０】
本発明のワイヤボンディング方法では、外部電極にワイヤをボンディングした後、半導体素子の上面電極にワイヤをボンディングするので、ワイヤのループを確保しながら半導体装置の薄型化が図れ、またキャピラリとして前記記載のキャピラリを用いるので、ワイヤを上面電極に強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のキャピラリの一例を示す側面図である。
【図２】本発明のキャピラリを用いてワイヤボンディングを行う場合の工程図である。
【図３】本発明のキャピラリを用いてスティッチボンディングしたときの状態図である。
【図４】従来のキャピラリを示す側面図である。
【符号の説明】
１　キャピラリ
２　ワイヤ
３　半導体素子
４　回路基板
１１　貫通孔
１２　開口部
１３　フェイス面
１４　外周面
１５　曲面部
３１　表面電極
４１　電極

Claims (2)

  1. 中心方向に向かってテーパ状に傾斜するフェイス面が先端に形成され、ワイヤを挿通させる貫通孔の開口部が前記フェイス面の中心に形成された、ワイヤボンディングに用いられるキャピラリにおいて、
    前記貫通孔の開口部を含む、キャピラリの軸方向に垂直な平面に対する前記フェイス面の傾斜角が４〜１５°の範囲であり、且つ前記フェイス面の軸方向の高さがワイヤの太さ以上であることを特徴とするワイヤボンディング用キャピラリ。
  2. 外部電極にワイヤをボンディングした後、半導体素子の上面電極にワイヤをボンディングするワイヤボンディング方法において、
    キャピラリとして請求項１記載のキャピラリを用いることを特徴とするワイヤボンディング方法。
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