JP6966815B2 - ピン状ワイヤ成形方法及びワイヤボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板又は半導体素子の上にピン状のワイヤを成形する方法及びピン状ワイヤを成形するワイヤボンディング装置に関する。

近年、半導体パッケージを積層した半導体装置や、半導体素子を積層した半導体装置が用いられている。このような三次元実装半導体装置では、基板あるいは半導体素子の電極の上に所定の高さを有するピン状のワイヤを成形する必要がある。

このような、ピン状ワイヤを成形する方法としては、ボンディング位置にボールボンディングした後に、ボンディング位置と異なる位置にワイヤをルーピングしてワイヤの側面を押圧してワイヤの側面に切欠きを成形し、その後、ワイヤをボンディング位置に直立させ、切欠き位置でワイヤを切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、同様にワイヤの側面に薄肉部を成形し、その後、ワイヤをボンディング位置に直立させた後、ボンディングツールを横方向に移動させてからワイヤを切断する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第６２９７５５３号公報 特許第５６８６９１２号公報

特許文献１，２に記載された従来技術の方法は、ボンディング位置にボールボンディングした後に、ボンディング位置と異なる位置にワイヤをルーピングしてワイヤの側面を押圧してワイヤの側面に切欠き或いは薄肉部を成形し、ワイヤを直立させた後にこの切欠き或いは薄肉部でワイヤを切断してピン状ワイヤを成形するものである。ワイヤの側面に切欠き或いは薄肉部を成形するには、ある程度の力でワイヤを半導体素子の電極以外の位置に押圧する必要がある。このため、半導体素子の電極の上に特許文献１，２に記載された従来技術でピン状ワイヤを成形する場合に、半導体素子を損傷してしまう可能性があった。また、ボンディング位置の近傍に切欠き部あるいは薄肉部を成形するスペースが必要となることから、小型で電極ピッチの狭い半導体素子には適用することが難しいという問題があった。

そこで、本発明は、省スペースで半導体素子の損傷を抑制可能なピン状ワイヤの成形方法を提供することを目的とする。

本発明のピン状ワイヤ成形方法は、ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するピン状ワイヤ成形方法であって、先端から所定の長さのワイヤを延出させたボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を基準面に接触させてワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、ボンディングツールの先端と基準面との間に折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かってボンディングツールを横移動させて折り曲げワイヤをボンディングツールに沿って上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、ボンディングツールを基板又は半導体素子のボンディング位置の上に移動させて起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールを上昇させてボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって起立ワイヤをボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、を有することを特徴とする。ここで、基準面は、基板の表面又は半導体素子の表面であってもよい。

このように、ワイヤの下端を基準面に接触させてワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形し、ボンディングツールの先端と基準面との間に折り曲げたワイヤを挟みこんでボンディングツールを横移動させて折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形し、成形した起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするので、ワイヤを半導体素子の電極以外の位置に押圧する必要がなく、ピン状ワイヤを成形する場合の半導体素子の損傷を抑制できる。また、ボンディング位置と離れた位置でワイヤの折り曲げ、起立を行うことができるので、少ないスペースでピン状ワイヤの成形を行うことができる。

本発明のピン状ワイヤ成形方法において、折り曲げワイヤ成形工程は、ボンディングツールを下降させるにつれてボンディングツールの移動方向と基準面とのなす角度が小さくなるように、ボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させること、としてもよい。

これにより、スムーズにワイヤを折り曲げることができる。

本発明のピン状ワイヤ成形方法において、ボンディング工程は、ボンディングツールの中心位置をボンディング位置の中心位置からずらしてボンディングしてもよい。

これにより、ボンディング位置の中心にピン状ワイヤを成形することができる。

本発明のピン状ワイヤ成形方法において、折り曲げワイヤ成形工程の前に、ボンディングツールをボンディング位置に向かって下降させて先端をフリーエアボールに成形したワイヤをボンディング位置にボンディングして圧着ボールを成形する圧着ボール成形工程と、ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出しながらボンディングツールを上昇させた後、繰り出したワイヤを圧着ボールの上に折り返し、押圧してバンプを成形するバンプ成形工程と、を含み、ボンディング工程は、起立ワイヤをバンプの上にボンディングしてもよい。

圧着ボール、バンプの上に起立ワイヤをボンディングするので、半導体素子の損傷をより好適に抑制することができる。

本発明のピン状ワイヤ成形方法において、バンプ成形工程は、繰り出したワイヤを圧着ボールの上に折り返し、ボンディングツールの中心位置をボンディング位置からずらしてワイヤを押圧して上面に凹み部を有するバンプを成形し、ボンディング工程は、起立ワイヤの根元がバンプの凹み部に合うようにボンディングツールの中心位置をボンディング位置からずらしてボンディングしてもよい。

このように、起立ワイヤの根元をバンプの凹み部に合わせてボンディングすることにより、ピン状ワイヤをより垂直に成形することができる。

本発明のピン状ワイヤ成形方法において、折り曲げワイヤ成形工程は、先端から所定の長さのワイヤを延出させたボンディングツールを基板の表面又は半導体素子の表面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端をバンプに接触させてワイヤを基板の表面又は半導体素子の表面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形してもよい。

これにより、より少ないスペースでピン状ワイヤの成形を行うことができる。

本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するワイヤボンディング装置であって、ボンディングツール位置を調整する制御部を備え、制御部が、先端から所定の長さのワイヤを延出させたボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を基準面に接触させてワイヤを基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、ボンディングツールの先端と基準面との間に折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かってボンディングツールを横移動させて折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、ボンディングツールを基板又は半導体素子のボンディング位置の上に移動させて起立ワイヤをボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールを上昇させてボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって起立ワイヤをボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、を実行することを特徴とする。

本発明は、省スペースで半導体素子の損傷を抑制可能なピン状ワイヤの成形方法を提供することができる。

実施形態のワイヤボンディング装置の構成を示す系統図である。 実施形態のワイヤボンディング装置が実行するピン状ワイヤ成形方法を示すフローチャートである。 実施形態のワイヤボンディング装置の折り曲げワイヤ成形工程の動作を示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置の起立ワイヤ成形工程の動作を示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置のボンディング工程の動作を示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置のワイヤ切断工程の動作を示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置が実行する他のピン状ワイヤ成形方法を示すフローチャートである。 実施形態のワイヤボンディング装置の圧着ボール成形工程の動作とバンプ成形工程の動作とを示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置のボンディング工程の他の動作を示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置のワイヤ切断工程の他の動作を示す説明図である。 実施形態のワイヤボンディング装置の折り曲げワイヤ成形工程の他の動作を示す説明図である。

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１について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るワイヤボンディング装置１は、基台２、ＸＹテーブル３、ボンディングヘッド４、トーチ電極５、キャピラリ１０、超音波ホーン６、クランパ１５、ワイヤテンショナ８、回転スプール９、ボンディングステージ６０、ヒータ６１、制御部７０を備えて構成される。

以下の実施形態では、ボンディング対象となる半導体素子５０（例えば半導体ダイ）やリードフレーム或いは基板に平行な平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。キャピラリ１０の先端位置は、Ｘ座標、Ｙ座標、およびＺ座標で表される空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で特定される。

基台２は、ＸＹテーブル３を摺動可能に載置して構成されている。ＸＹテーブル３は、制御部７０からの駆動信号に基づいてキャピラリ１０をＸＹ平面で所定の位置に移動可能な移動装置である。

ボンディングヘッド４は、ボンディングアーム（図示しない）と一体に形成されており、制御部７０からの駆動信号に基づいて超音波ホーン６の先端部に取付けられたキャピラリ１０の先端１２が基板などのワーク６２の表面に接離するようにＺ方向に移動可能に保持する移動装置である。

超音波ホーン６は、末端から先端にかけて、末端部、フランジ部、ホーン部、および先端部の各部で構成された棒状部材である。末端部は、制御部７０からの駆動信号に応じて振動する超音波発振器７が配置されている。フランジ部は超音波振動の節となる位置でボンディングアームを介してボンディングヘッド４に共振可能に取付けられている。ホーン部は、末端部の径に比べて長く延在するアームであり、超音波発振器７による振動の振幅を拡大して先端部に伝える構造を備えている。先端部はキャピラリ１０を交換可能に保持する取付部となっている。超音波ホーン６は全体として超音波発振器７の振動に共鳴する共振構造を備えており、共振時の振動の節に超音波発振器７およびフランジが位置し、振動の腹にキャピラリ１０が位置するような構造に構成されている。これらの構成により、超音波ホーン６は電気的な駆動信号を機械的な振動に変換するトランスデューサとして機能する。

キャピラリ１０は、ボンディングに用いられるボンディングツールの一つである。キャピラリ１０には、挿通穴が設けられており、ボンディングに使用するワイヤ２０が挿通されている。キャピラリ１０は超音波ホーン６の先端部に交換可能に取付けられている。

クランパ１５は、制御部７０の制御信号に基づいて開閉動作を行う圧電素子を備えており、所定のタイミングでワイヤ２０を把持したり解放したりすることが可能なように構成されている。

ワイヤテンショナ８は、ワイヤ２０が挿通され、制御部７０の制御信号に基づいてワイヤ２０に対する張力を自在に変更することにより、ボンディング中のワイヤ２０に適度な張力を与えることが可能に構成されている。

回転スプール９は、ワイヤ２０が巻き回されたリールを交換可能に保持しており、ワイヤテンショナ８を通じて及ぼされる張力に応じてワイヤ２０を繰り出すように構成されている。なお、ワイヤ２０の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さから選択される。通常、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等が用いられる。

トーチ電極５は、図示しない放電安定化抵抗を介して図示しない高電圧電源に接続されており、制御部７０からの制御信号に基づいてスパーク（放電）を発生し、スパークの熱によってキャピラリ１０の先端１２から繰り出されているワイヤ２０の下端２２にフリーエアボール３０を成形可能に構成されている。

ボンディングステージ６０は、ピン状ワイヤ２５（図６、図１０参照）を成形するためのワーク６２（例えば基板又は半導体素子５０など）を加工面に載置するステージである。ボンディングステージ６０の加工面の下部にはヒータ６１が設けられており、ワーク６２をボンディングに適する温度にまで加熱可能に構成されている。また、ボンディングステージ６０の上面には、基準面４０が配置されている。

制御部７０は、所定のソフトウェアプログラムに基づきワイヤボンディング装置１を制御する各種制御信号を出力可能に構成されている。具体的には、制御部７０は限定のない例示として以下の制御を行う。

（１）図示しない位置検出センサからの検出信号に基づいてキャピラリ１０の先端１２の空間位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を特定し、上記プログラムにより規定される空間位置へキャピラリ１０の先端１２を移動させる駆動信号をＸＹテーブル３およびボンディングヘッド４に出力する。これにより、制御部７０は、キャピラリ１０の先端１２の位置を調整する。

（２）ボンディング点へのボンディング時に超音波振動を発生させる制御信号を超音波ホーン６の超音波発振器７に出力すること。

（３）上記プログラムにより規定されるワイヤ２０の繰り出し状況となるようにクランパ１５の開閉動作を制御する制御信号を出力すること。具体的にワイヤ２０を繰り出す際にはクランパ１５を解放状態とし、ワイヤ２０に屈曲点を成形する場合または切断する場合にはクランパ１５を閉状態とする。

（４）テールワイヤ２１の下端２２にフリーエアボール３０を成形する時にトーチ電極５に放電させるための制御信号を出力すること。

なお、上記ワイヤボンディング装置１の構成は例示であり、上記に限定されない。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向に移動させる移動装置はボンディングステージ６０側に設けてもよく、またワイヤボンディング装置１側およびボンディングステージ６０側の双方に設けることもできる。

次に、図２〜図６を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置１が実行するピン状ワイヤ２５（図６，図１０参照）の成形方法について説明する。図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０４に示すように、実施形態のピン状ワイヤ成形方法は、折り曲げワイヤ成形工程、起立ワイヤ成形工程、ボンディング工程、ワイヤ切断工程の４つの工程を含んでいる。

制御部７０は、最初に図２のステップＳ１０１に示す折り曲げワイヤ成形工程を実行する。制御部７０は、図３の（ａ）に示すように、キャピラリ１０の先端１２から所定の長さのテールワイヤ２１を延出させる。テールワイヤ２１の延出は、例えば、制御部７０がワイヤ２０を任意の位置にボンディングし、クランパ１５を開としてキャピラリ１０の先端１２からワイヤ２０を所定の長さだけ繰り出した後に、クランパ１５を閉としてキャピラリ１０とクランパ１５とを上昇させてボンディング点でワイヤ２０を切断して成形してもよい。また、複数のクランパ１５を備え、複数のクランパ１５の開閉とキャピラリ１０の上下動作とを組み合わせて、キャピラリ１０の先端１２からワイヤ２０を所定の長さだけ繰り出してもよい。

次に、制御部７０は、図３の（ａ）〜（ｈ）に示すように、クランパ１５を閉とした状態でキャピラリ１０の先端１２を基準面４０に向かって斜めに下降させていく。ここで、基準面４０は、図１に示すようなボンディングステージ６０の上面に配置された平面であっても良いし、ボンディングステージ６０の上に載置された基板や半導体素子５０の表面であってもよい。以下の例では、基準面４０は、ボンディングステージ６０の上面に配置された平面であるとして説明する。

制御部７０は、図３の（ａ）〜（ｈ）に示すように、先端１２から延出させたテールワイヤ２１の下端２２を基準面４０に接触させながらキャピラリ１０の先端１２を斜め下方向に移動させてテールワイヤ２１を折り曲げて折り曲げワイヤ２３を成形する折り曲げワイヤ成形工程を実行する。

まず、制御部７０は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、クランパ１５を閉とした状態で、基準面４０とのなす角度が角度θ１となるように、一点鎖線９１に沿ってキャピラリ１０の先端１２を斜め下方向へ移動させていく。この際、制御部７０は、テールワイヤ２１の下端２２を基準面４０に接触させ、テールワイヤ２１を基準面４０に沿った方向に折り曲げながらキャピラリ１０の先端１２を斜め下方向に移動させていく。

次に、制御部７０は、図３の（ｃ）〜（ｅ）に示すように、クランパ１５を閉とした状態で、基準面４０とのなす角度が角度θ１よりも小さい角度θ２となるように、一点鎖線９２に沿ってキャピラリ１０の先端１２を斜め下方向へ移動させ、テールワイヤ２１を更に基準面４０に沿った方向に折り曲げていく。

更に、制御部７０は、図３の（ｅ）〜（ｈ）に示すように、クランパ１５を閉とした状態で、基準面４０とのなす角度が角度θ２よりも小さい角度θ３となるように、一点鎖線９３に沿ってキャピラリ１０の先端１２を斜め下方向へ移動させ、テールワイヤ２１を更に基準面４０に沿った方向に折り曲げていく。そして、図３の（ｈ）に示すように、テールワイヤ２１の下端２２が基準面４０の沿った方向となるまでテールワイヤ２１を略直角に折り曲げて折り曲げワイヤ２３を成形する。

このように、制御部７０は、キャピラリ１０を下降させるにつれてキャピラリ１０の先端１２の移動方向と基準面４０とのなす角度θ１〜θ３が小さくなるように、キャピラリ１０の先端１２を基準面４０に向かって斜めに下降させて折り曲げワイヤ２３を成形する。制御部７０は、図３の（ｈ）に示すように折り曲げワイヤ２３を成形したら折り曲げワイヤ成形工程を終了する。

次に、制御部７０は、図２のステップＳ１０２に示すように起立ワイヤ成形工程を実行する。制御部７０は、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、折り曲げワイヤ２３をキャピラリ１０の先端１２と基準面４０との間に挟み込んだ状態でキャピラリ１０の先端１２を横移動させて折り曲げワイヤ２３を上方向に起立させて起立ワイヤ２４を成形する。

制御部７０は、折り曲げワイヤ成形工程を終了したら、図４の（ａ）に示すように、クランパ１５を閉とした状態で、キャピラリ１０の先端１２を図４の（ａ）の矢印９４に示すように僅かに下降させて、キャピラリ１０の先端１２と基準面４０との間に折り曲げワイヤ２３の根元部分を挟み込む。そして、制御部７０は、クランパ１５を閉とした状態で、折り曲げワイヤ２３の延びる方向と反対方向に向かって図４の（ｂ）に矢印９５で示すようにキャピラリ１０の先端１２を横移動させる。すると、図４の（ｂ）の矢印９６に示すように示すように、キャピラリ１０が横移動するに従って折り曲げワイヤ２３は上方向に起立し、起立ワイヤ２４が成形される。

制御部７０は、図４の（ｂ）に示すように、起立ワイヤ２４を成形したら起立ワイヤ成形工程を終了する。

次に制御部７０は、図２のステップＳ１０３に示すようにボンディング工程を実行する。制御部７０は、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、キャピラリ１０を基準面４０から半導体素子５０のボンディング位置である電極５１の上に移動させて起立ワイヤ２４を電極５１の上にボンディングする。

制御部７０は、図５の（ａ）に示すように、キャピラリ１０を基準面４０からボンディング位置である半導体素子５０の電極５１の上に移動させる。そして、制御部７０は、キャピラリ１０のＺ方向の中心線１９の位置を電極５１のＺ方向の中心線５２の位置から横方向に距離ｄだけずらした位置とする。そして、制御部７０は、クランパ１５を閉とした状態で、図５の（ｂ）中の矢印９９に示すようにキャピラリ１０を下降させて起立ワイヤ２４の根元を電極５１の上にボンディングする。

起立ワイヤ２４を電極５１の上にボンディングすると、起立ワイヤ２４は、図５の（ｂ）中の矢印９８に示すように略垂直方向に起立し、電極５１の中心位置で中心線５２に略沿った方向に延びるピン状ワイヤ２５が成形される。

制御部７０は、起立ワイヤ２４をボンディングしてピン状ワイヤ２５を成形したらボンディング工程を終了し、図２のステップＳ１０４に示すようにワイヤ切断工程を実行する。

制御部７０は、図６に破線で示すようにクランパ１５を開にした状態でキャピラリ１０を上昇させて先端１２からテールワイヤ２１を所定の長さだけ延出させる。そして、制御部７０は、図６に実線で示すように、クランパ１５を閉としてクランパ１５とキャピラリ１０とを矢印１００のように上昇させて、キャピラリ１０に挿通しているテールワイヤ２１の下端２２を切断する。これにより、制御部７０は、電極５１の中心線５２の上に独立したピン状ワイヤ２５を成形する。

制御部７０は、ワイヤ切断工程を終了したら、キャピラリ１０を基準面４０の上に移動させる。そして、制御部７０は、図２のステップＳ１０５で全てのピン状ワイヤ２５の成形をしたかどうかを判断し、図２のステップＳ１０５でＮＯと判断した場合には、図２のステップＳ１０１に戻って、図２のステップＳ１０１、図３の（ａ）〜（ｈ）に示す折り曲げワイヤ成形工程、図２のステップＳ１０２、図４の（ａ），（ｂ）に示す起立ワイヤ成形工程、図２のステップＳ１０３、図５の（ａ），（ｂ）に示すボンディング工程、図２のステップＳ１０４、図６に示すワイヤ切断工程を繰り返し実行する。そして、図２のステップＳ１０５でＹＥＳと判断したらピン状ワイヤ２５の成形を終了する。

以上説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法は、テールワイヤ２１の下端２２を基準面４０に接触させ、テールワイヤ２１を基準面４０に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤ２３を成形し、キャピラリ１０の先端１２と基準面４０との間に折り曲げワイヤ２３を挟みこんでキャピラリ１０を横移動させ、折り曲げワイヤ２３を上方向に起立させて起立ワイヤ２４を成形し、成形した起立ワイヤ２４をボンディング位置である半導体素子５０の電極５１にボンディングするので、従来技術のように、ワイヤ２０を半導体素子５０の電極５１以外の位置に押圧する必要がなく、ピン状ワイヤ２５を成形する場合の半導体素子５０の損傷を抑制できる。また、半導体素子５０の電極５１と離れた位置でテールワイヤ２１の折り曲げ、起立を行うことができるので、半導体素子５０の表面の面積が小さい場合でもピン状ワイヤ２５の成形を行うことができる。

以上、説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法では、折り曲げワイヤ成形工程において、キャピラリ１０を下降させるにつれてキャピラリ１０の先端１２の移動方向と基準面４０とのなす角度θ１〜θ３が小さくなるように、キャピラリ１０の先端１２を基準面４０に向かって斜めに下降させて折り曲げワイヤ２３を成形することとして説明したが、これに限らず、一定の角度でキャピラリ１０の先端１２を基準面４０に向かって斜めに下降させて折り曲げワイヤ２３を成形してもよい。

また、ボンディング工程において、制御部７０は、キャピラリ１０の中心線１９の位置を電極５１の中心線５２の位置からずらしてボンディングを行うこととして説明したが、これに限らず、制御部７０は、キャピラリ１０の中心線１９の位置を電極５１の中心線５２の位置に合わせてボンディングをしてもよい。

次に図７〜図１０、及び、図３、図４を参照しながら他の実施形態のピン状ワイヤ成形方法について説明する。先に図２〜図６を参照して説明した実施形態と同様の部分については説明を省略する。

他の実施形態のピン状ワイヤ成形方法において、制御部７０は、図７のステップＳ１０１に示す折り曲げワイヤ成形工程の前に、図７のステップＳ２０１、図８の（ａ）〜（ｂ）に示す圧着ボール成形工程と、図７のステップＳ２０２、図８の（ｃ）〜（ｅ）に示すバンプ成形工程とを実行する。

図２のステップＳ２０１に示す圧着ボール成形工程において、制御部７０は、図８の（ａ）に示すように、キャピラリ１０をトーチ電極５の近傍に移動させて、トーチ電極５とキャピラリ１０の先端１２から延出させたテールワイヤ２１との間に放電を発生させてテールワイヤ２１をフリーエアボール３０に成形する。フリーエアボール３０は、キャピラリ１０の中心に設けられた穴の先端のチャンファ部１３で保持される。そして、制御部７０は、図８の（ｂ）に示すように、キャピラリ１０のＺ方向の中心線１９の位置を半導体素子５０の電極５１のＺ方向の中心線５２に合わせ、クランパ１５を開とした状態で、矢印１０１に示すようにキャピラリ１０を下降させる。そして、制御部７０は、キャピラリ１０でフリーエアボール３０を半導体素子５０の電極５１の上にボンディングする。フリーエアボール３０は、周辺部が先端１２に押圧されて円盤状となり、中央部がチャンファ部１３に押圧されて円盤状の周辺部より少し上に突出した台座形状の圧着ボール３１に成形される。

図８の（ｂ）に示すように、制御部７０は、圧着ボール３１の成形が終了したら、図７のステップＳ２０２、図８の（ｃ）〜（ｅ）に示すバンプ成形工程を実行する。

図２のステップＳ２０２に示すバンプ成形工程において、制御部７０は、図８の（ｃ）の矢印１０２に示すように、クランパ１５を開とした状態で、キャピラリ１０を上昇させて先端１２からワイヤ２０を延出させた後、横方向に距離ｅだけ移動させ、その後わずかにキャピラリ１０を下降させる。次に、図８の（ｄ）の矢印１０３に示すように、制御部７０は、キャピラリ１０を元の高さまで上昇させた後、図８の（ｃ）に示す場合と反対方向にキャピラリ１０を距離（ｅ＋ｆ）だけ横方向に移動させ、キャピラリ１０を下降させる。この動作により制御部７０は、延出させたワイヤ２０を半導体素子５０の電極５１の上で左右に折り返し、折り返したワイヤ２０を下側のワイヤ２０の上に先端１２で押圧し、図８の（ｄ）に示すように、一方が盛り上がり、先端１２で押圧した他方が凹み部３６となるバンプ３５を成形する。

制御部７０は、バンプ３５を成形したら、図８の（ｅ）に破線で示すように、クランパ１５を開とした状態で、キャピラリ１０を上昇させてキャピラリ１０の先端１２から所定の長さのテールワイヤ２１を延出させる。そして、制御部７０は、図８の（ｅ）に実線で示すように、クランパ１５を閉とした状態でキャピラリ１０とクランパ１５とを図８に示す矢印１０４のように上昇させてテールワイヤ２１の下端２２を切断する。

次に制御部７０は、図７のステップＳ１０１、図３の（ａ）〜（ｈ）に示すように、先端１２から延出させたテールワイヤ２１の下端２２を半導体素子５０の表面に接触させながらキャピラリ１０の先端１２を斜め下方向に移動させてテールワイヤ２１を半導体素子５０の表面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤ２３を成形する折り曲げワイヤ成形工程を実行する。折り曲げワイヤ成形工程は、下端２２を半導体素子５０の表面に接触させる点以外は先に説明した実施形態と同様である。

次に、制御部７０は、図７のステップＳ１０２、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、キャピラリ１０の先端１２と半導体素子５０の表面との間に折り曲げワイヤ２３の根元部分を挟み込んでキャピラリ１０の先端１２を横移動させて、起立ワイヤ２４を成形する起立ワイヤ成形工程を実行する。起立ワイヤ成形工程は、キャピラリ１０の先端１２と半導体素子５０の表面との間に折り曲げワイヤ２３を挟み込む以外は、先に説明した実施形態と同様である。

次に、制御部７０は、図７のステップＳ１０３、図９の（ａ），（ｂ）に示すように、ボンディング工程を実行する。制御部７０は、図９の（ａ）の矢印１０５に示すように、キャピラリ１０を半導体素子５０の電極５１の上に移動させ、キャピラリ１０のＺ方向の中心線１９の位置を電極５１のＺ方向の中心線５２の位置から横方向に距離ｇだけずらした位置とする。ここで、距離ｇは、起立ワイヤ２４の根元２４ａがバンプ３５の凹み部３６に合うような距離である。

制御部７０は、図９の（ｂ）中の矢印１０６に示すように、クランパ１５を閉とした状態で、キャピラリ１０を下降させて起立ワイヤ２４の根元２４ａをバンプ３５の上面に成形された凹み部３６の上にボンディングする。図９の（ｂ）に示すように、起立ワイヤ２４の根元２４ａはバンプ３５の上面の形状に沿った形に成形されてバンプ３５の上にボンディングされる。

起立ワイヤ２４を電極５１のバンプ３５の上にボンディングすると、起立ワイヤ２４は、図９の（ｂ）中の矢印１０７に示すように略垂直方向に起立し、電極５１の中心位置で中心線５２に略沿った方向に延びるピン状ワイヤ２５が成形される。

制御部７０は、起立ワイヤ２４をボンディングしてピン状ワイヤ２５を成形したらボンディング工程を終了し、図７のステップＳ１０４に示すワイヤ切断工程を実行する。

制御部７０は、図１０に破線で示すようにクランパ１５を開にした状態でキャピラリ１０を上昇させて先端１２からテールワイヤ２１を所定の長さだけ延出させる。そして、図１０に実線で示すように、制御部７０は、クランパ１５を閉としてクランパ１５とキャピラリ１０とを矢印１０８のように上昇させて、キャピラリ１０に挿通しているテールワイヤ２１の下端２２を切断する。これにより、制御部７０は、電極５１のバンプ３５の上に独立したピン状ワイヤ２５を成形する。

制御部７０は、ワイヤ切断工程を終了したら、キャピラリ１０を半導体素子５０の上に移動させる。そして、制御部７０は、図７のステップＳ１０５で全てのピン状ワイヤ２５の成形をしたかどうかを判断し、図７のステップＳ１０５でＮＯと判断した場合には、図７のステップＳ２０１に戻って、図７のステップＳ２０１、図８の（ａ），（ｂ）に示す圧着ボール成形工程、図７のステップＳ２０２、図８の（ｃ）〜（ｅ）に示すバンプ成形工程、図７のステップＳ１０１、図３の（ａ）〜（ｈ）に示す折り曲げワイヤ成形工程、図７のステップＳ１０２、図４の（ａ），（ｂ）に示す起立ワイヤ成形工程、図７のステップＳ１０３、図９の（ａ），（ｂ）に示すボンディング工程、図７のステップＳ１０４、図１０に示すワイヤ切断工程を繰り返し実行する。そして、図２のステップＳ１０５でＹＥＳと判断したらピン状ワイヤ２５の成形を終了する。

以上説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法は、半導体素子５０の電極５１の上に圧着ボール３１とバンプ３５を成形し、バンプ３５の上に起立ワイヤ２４をボンディングしてピン状ワイヤ２５を成形するので、ピン状ワイヤ２５を成形する工程で半導体素子５０に加える力が小さく、半導体素子５０の損傷をより好適に抑制しながらピン状ワイヤ２５を成形することができる。また、半導体素子５０の表面にテールワイヤ２１の下端２２を接触させて折り曲げワイヤ２３を成形するので、少ないスペースでピン状ワイヤ２５を成形することができる。

以上、説明した実施形態のピン状ワイヤ成形方法では、制御部７０は、ワイヤ成形工程において、テールワイヤ２１の下端２２を半導体素子５０の表面に接触させてテールワイヤ２１を折り曲げとして説明したがこれに限らず、例えば、図１１に示すように、下端２２をバンプ３５に接触させて折り曲げるようにしてもよい。この場合、より少ないスペースでピン状ワイヤ２５を成形することができる。

なお、制御部７０は、本実施形態においても折り曲げワイヤ成形工程において、下端２２を基板あるいは基準面４０の表面に接触させてテールワイヤ２１を折り曲げるようにしてもよい。また、半導体素子５０の電極５１の上に限らず、基板の電極の上にピン状ワイヤ２５を成形してもよい。

１ ワイヤボンディング装置、２ 基台、３ ＸＹテーブル、４ ボンディングヘッド、５ トーチ電極、６ 超音波ホーン、７ 超音波発振器、８ ワイヤテンショナ、９ 回転スプール、１０ キャピラリ、１２ 先端、１３ チャンファ部、１５ クランパ、１９，５２ 中心線、２０ ワイヤ、２１ テールワイヤ、２２ 下端、２３ 折り曲げワイヤ、２４ 起立ワイヤ、２５ ピン状ワイヤ、３０ フリーエアボール、３１ 圧着ボール、３５ バンプ、３６ 凹み部、４０ 基準面、５０ 半導体素子、５１ 電極、６０ ボンディングステージ、６１ ヒータ、６２ ワーク、７０ 制御部。

Claims (8)

1. ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するピン状ワイヤ成形方法であって、
   先端から所定の長さのワイヤを延出させた前記ボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を前記基準面に接触させてワイヤを前記基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、
   前記ボンディングツールの先端と前記基準面との間に前記折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、前記折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かって前記ボンディングツールを横移動させて前記折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、
   前記ボンディングツールを前記基板又は半導体素子の前記ボンディング位置の上に移動させて前記起立ワイヤを前記ボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、
   前記ボンディングツールを上昇させて前記ボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって前記起立ワイヤを前記ボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、
   を有するピン状ワイヤ成形方法。
2. 請求項１に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
   前記折り曲げワイヤ成形工程は、前記ボンディングツールを下降させるにつれて前記ボンディングツールの移動方向と前記基準面とのなす角度が小さくなるように、前記ボンディングツールを前記基準面に向かって斜めに下降させること、
   を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。
3. 請求項１又は２に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
   前記ボンディング工程は、前記ボンディングツールの中心位置を前記ボンディング位置の中心位置からずらしてボンディングすること、
   を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。
4. 請求項１又は２に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
   前記折り曲げワイヤ成形工程の前に、
   前記ボンディングツールを前記ボンディング位置に向かって下降させて先端をフリーエアボールに成形したワイヤを前記ボンディング位置にボンディングして圧着ボールを成形する圧着ボール成形工程と、
   前記ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを上昇させた後、繰り出したワイヤを前記圧着ボールの上に折り返し、押圧してバンプを成形するバンプ成形工程と、を含み、
   前記ボンディング工程は、前記起立ワイヤを前記バンプの上にボンディングすること、
   を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。
5. 請求項４に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
   前記バンプ成形工程は、繰り出したワイヤを前記圧着ボールの上に折り返し、前記ボンディングツールの中心位置を前記ボンディング位置からずらしてワイヤを押圧して上面に凹み部を有する前記バンプを成形し、
   前記ボンディング工程は、前記起立ワイヤの根元が前記バンプの前記凹み部に合うように前記ボンディングツールの中心位置を前記ボンディング位置からずらしてボンディングすること、
   を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。
6. 請求項１又は２に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
   前記基準面は、前記基板の表面又は前記半導体素子の表面であること、
   を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。
7. 請求項５に記載のピン状ワイヤ成形方法であって、
   前記折り曲げワイヤ成形工程は、先端から所定の長さのワイヤを延出させた前記ボンディングツールを前記基板の表面又は前記半導体素子の表面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を前記バンプに接触させてワイヤを前記基板の表面又は前記半導体素子の表面に沿った方向に折り曲げて前記折り曲げワイヤを成形すること、
   を特徴とするピン状ワイヤ成形方法。
8. ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて基板又は半導体素子のボンディング位置にピン状のワイヤを成形するワイヤボンディング装置であって、
   前記ボンディングツールの位置を調整する制御部を備え、
   前記制御部が、
   先端から所定の長さのワイヤを延出させた前記ボンディングツールを基準面に向かって斜めに下降させて、ワイヤの下端を前記基準面に接触させてワイヤを前記基準面に沿った方向に折り曲げて折り曲げワイヤを成形する折り曲げワイヤ成形工程と、
   前記ボンディングツールの先端と前記基準面との間に前記折り曲げワイヤを挟みこんだ状態で、前記折り曲げワイヤの延びる方向と反対方向に向かって前記ボンディングツールを横移動させて前記折り曲げワイヤを上方向に起立させて起立ワイヤを成形する起立ワイヤ成形工程と、
   前記ボンディングツールを前記基板又は半導体素子の前記ボンディング位置の上に移動させて前記起立ワイヤを前記ボンディング位置にボンディングするボンディング工程と、
   前記ボンディングツールを上昇させて前記ボンディングツールに挿通されたワイヤを切断することによって前記起立ワイヤを前記ボンディング位置から立ち上がるピン状ワイヤとするワイヤ切断工程と、
   を実行することを特徴とするワイヤボンディング装置。

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