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JPH01273325A - キャピラリ及び該キャピラリを使用する半導体装置の製造方法 - Google Patents

キャピラリ及び該キャピラリを使用する半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JPH01273325A
JPH01273325A JP63102000A JP10200088A JPH01273325A JP H01273325 A JPH01273325 A JP H01273325A JP 63102000 A JP63102000 A JP 63102000A JP 10200088 A JP10200088 A JP 10200088A JP H01273325 A JPH01273325 A JP H01273325A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capillary
bonding
radius
curvature
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63102000A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Araki
浩二 荒木
Toshihiro Kato
加藤　俊博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP63102000A priority Critical patent/JPH01273325A/ja
Priority to US07/327,626 priority patent/US4911350A/en
Publication of JPH01273325A publication Critical patent/JPH01273325A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ワイヤボンディング用キャピラリ及び該キャ
ピラリを使用するＩＣ等の半導体装置の製造方法に関す
るもので、特にポンディングパッド間のピッチの縮小化
が得られるキャピラリの形状及びそれを使用した製造方
法に係るものである。
（従来の技術） リードフレーム等に取付けられた半導体ペレット上の電
極と、リードフレーム等の所定箇所とを金属細線で接続
するワイヤボンディング方法には、熱圧着法、超音波ボ
ンディング法等あるが、最近では熱圧着法に超音波を加
えてボンディングするいわゆるサーモソニックワイヤボ
ンディング法が広く使用されている。
サーモソニックワイヤボンディング法に使用される従来
のキャピラリの形状の一例について第４図を参照して以
下説明する。　同図はキャピラリ１の本体１の先端近傍
の円錐形状部分の拡大断面図である。　Ｈは、キャピラ
リ中空部２の金属細線（以下ボンディングワイヤともい
う）挿通孔の径でホール径と呼ばれる。　又θ。はキャ
ピラリ本体１の円錐形状側面３を含む仮想直円錐体の円
錐テーパー角度でキャピラリコーン角度、又Ｔは前記仮
想直円錐体をキャピラリ開口端面４を含む平面ｘ−ｘ′
で切断した円形断面の径でキャピラリ先端径と、それぞ
れ呼ばれる。　ホール径Ｈの中空部は、開口端近傍では
面取りされ、先端に向かってほぼ円錐台形に拡げられ、
円形の開口端面４の径はＢで表わされる。　スＩＣはイ
ンサートチャンバー　＜　Ｉｎ５ｅｒｔ　ｃｈａｌｆｅ
ｒ、インサート面取り）と呼ばれ、開口端面４の直径Ｂ
とホール径Ｈとの差の半分で、面取りの程度を示してい
る。　開口端縁５からキャピラリ外側面にかけて曲率半
径ＯＲの曲面６を形成し、前記円錐形状側面３との交線
の切断点をＱとし、点Ｑと開口端面を含む前記平面ｘ−
ｘ”までの距離をＤｌ、１で表わす、　符号り、はこの
距離がボンディングワイヤの径と関係があるので便宜的
に付けられたものである。　従来のキャピラリのこれら
主要寸法の一例はＨ＝３８μｍ、θｃ　＝３０’　、Ｔ
＝２０３　ｕｎ　、　Ｂ　＝＝６４μｌ、Ｉ　Ｃ＝１３
μｍ　、０Ｒ＝８９μｍ　、　Ｄｌｌ＋＝２５．ｕｎで
ある。
次に第５図及び第６図を参照してサーモソニックワイヤ
ボンディングの従来の作業例について説明する。　キャ
ピラリ中空部２に挿通された金（ＡＵ　）のボンディン
グワイヤ７の先端はボール８を形成している。　リード
フレーム９にマウントされた半導体ベレット１０上のア
ルミ電極はあらかじめ約２５０℃程度に加熱される。　
金ボール８をアルミ電極のワイヤボンディング箇所（電
極バッドともいう）１１の面にあてがい、キャピラリ先
端の曲面６（以下押圧面６ともいう）で金ボール８に荷
重を加えたままの状態で、アルミ電極パッド１１の面と
ほぼ平行方向の超音波振動をキャピラリ上に与える。　
金ボール８は押しつぶされて第６図に示す偏平な金ボー
ル８Ａとなり接着面積が増大する。　この過程で金ボー
ル８又は８Ａとアルミ電極パッド１１との接触面の酸化
膜等は超音波振動により破壊され、金とアルミニウムの
新鮮な面が互いに接触し、金とアルミニウムとの２種の
金属間に拡散が生じ、接触部は金とアルミニウムとの金
属間結合によりボンディングされる。
次にキャピラリを移動すると同時に金のボンディングワ
イヤを引出してループを作り、リードフレームの外部リ
ード（図示されていない）上に金ワイヤをキャピラリ先
端で圧着し、はぼ上記と同様の方法で外部リードに金ワ
イヤをボンディングする。　最後にキャピラリを持ち上
げ金ワイヤを切断する。
一方半導体ベレットは、市場の要求から高集積密度化、
縮小化する傾向にある。　従って半導体ペレット上の電
極パッド間の間隔も縮小化する傾向にある。　第７図に
示すように、電極パッド１１ａと隣の電極バッド１１ｂ
との中心間の距離即ちパッドピッチｐを縮小化すると問
題となるのは、キャピラリ上と既にボンディングされた
隣のワイヤ７ａとが接触しく点線円１２で示す）、ワイ
ヤ７ａを損傷することである。　そのため一般に使用し
ているキャピラリではパッドピッチｐは１６０μｍが縮
小限界とされている。　なお第７図において、第４図な
いし第６図と同符号は同一部分又は対応部分を示す。
（発明が解決しようとする課題） 半導体装置の高集積密度化、小型化の一般的な傾向によ
り、パッドピッチを縮小していくと、前述の従来技術で
は、キャピラリと隣接する既ボンディングワイヤとの接
触によるワイヤ損傷の問題点がある。
パッドピッチは前記キャピラリ先端径Ｔ及びコーン角度
θ。とを小さくすることにより縮小可能である。　本発
明者はパッドピッチの縮小化に対応して、第８図に示す
ように従来のキャピラリの角度θ。とＴ寸法を縮小した
キャピラリ１ａを作り試行を行なった。　キャピラリ上
ａにおいて、ホール径Ｈ、インサートチャンバ−ＩＣ５
開口端面の径Ｂ及び寸法り、の値を第４図のキャピラリ
上と等しくし、θ。＝１５’、及びＴ　＝　１６５μｍ
とキャピラリ１に比し小さくすると、押圧面６ａの曲率
半径０Ｒａ＝７０μｍとなり、キャピラリ１に比し大分
小さくする必要があった。　このため特にリードフレニ
ムのインナーリード側に金ワイヤをボンディングする場
合、金ワイヤの厚みが増大し、すこぶるボンダビリティ
（接着性）が悪くなった。　ワイヤボンディングの不良
は半導体装置にとっては致命的であり、ボンダビリティ
の劣化は信頼性の面から大きな弱点となる。　一方、パ
ッドピッチの縮小化に対する市場のニーズは強く、信頼
性を維持してパッドピッチを縮小化することは重要な課
題である。
本発明の目的は、半導体装置のワイヤボンディング工程
において、従来のボンダビリティ（接着性）を確保する
と共に、パッドピッチの最小限界を更に縮小できるキャ
ピラリと、該キャピラリを使用する半導体装置の製造方
法を提供することである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の第１請求項に係るワイヤボンディング用キャピ
ラリは、キャピラリ先端の中空部開口端縁からキャピラ
リ外側面にかけて複数の曲率半径を有する外側に凸状の
曲面（押圧面ともいう）を有し、前記開口端縁から遠い
部分の曲率半径が前記開口端縁から近い部分の曲面の曲
率半径より小さいことを特徴とするキャピラリである。
又本発明の第２請求項は、第１請求項記載のキャピラリ
を使用し、半導体ベレット上のｔｔｉ！ｆｌと外部リー
ドとをボンディング用金属細線で接続する工程を含む半
導体装置の製造方法である。
（作用） 従来のキャピラリは、その先端の押圧面が、単一の曲率
半径の曲面であるのに対し、本発明のキャピラリでは抑
圧面を複数の曲率半径から成る曲面とし、ボンダビリテ
ィの良否に大きな影響を持つ開口端縁に隣接する抑圧面
の曲率半径を例えば従来と等しくし、それより遠い抑圧
面の曲率半径を従来よりも小さくすることにより、所定
のＤ１寸法が得られると共に、キャピラリコーン角度θ
。とキャピラリ先端径Ｔを小さくすることが可能となり
、従来のボンダビリティを確保し、パッドピッチの最小
限界値を更に縮小することができる。
（実方色例） 以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示すもので、主としてサ
ーモソニックワイヤボンディングに使用されるキャピラ
リを、その長平方向中心軸を含む平面で切断した断面図
である。　同図においてキャピラリ且の本体２１には、
ボンディング用金属細線（Ａｕワイヤ２５μｍφ）を挿
通する中空部２２が設けられ、中空部２２の開口端縁２
５からキャピラリ外側面にかけて曲率半径ＯＲ，の外側
に凸状の曲面（抑圧面）２６ａとこれに隣接した曲率半
径ＯＲ２の曲面（押圧面）２６ｂとが形成され、曲率半
径ＯＲ２は曲率半径ＯＲ３より小さい。
ホール径Ｈ＝３８μｍ、開口端面２４の径Ｂ＝６４μｍ
５、インサートチャンバーＩＣ＝１３μｎ　、Ｄ。
＝２５μｔであって、前記キャピラリ１及び１ａのそれ
ぞれ対応する寸法と同じ数値である。　開口端縁２５に
隣接する押圧面２６ａの曲率半径はＯＲ，＝８９μｍで
従来のキャピラリ１とほぼ同数値とする。　又押圧面２
６ｂの曲率半径０Ｒ２＝３７μｍである。押圧面２６ｂ
は、本断面図上においては点Ｑ、で押圧面２６ａに隣接
し延伸してキャピラリ本体の円錐形状側面２３と点Ｑに
おいて交わる。　本断面図上においては、半径ＯＲ２の
円の中心点０２は、半径ＯＲ，の円の中心点０゜と接点
Ｑ、とを結ぶ線分上にある。　換言すれば接点Ｑ、にお
ける両回の接線は一致し極めてなだらかに連接される。
　このように押圧面を２つの曲率を持つ曲面としたので
、キャピラリコーン角度θ、＝１５°、キャピラリ先端
径Ｔ　＝　１６５μ曙となり、第４図に示す従来のキャ
ビラリエに比しθ。及びＴ値を大幅に縮小化できた。
一般にサーモソニックワイヤボンディングにおけるボン
ダビリティは、例えばボンディング荷重、超音波出力、
発振時間、温度等の諸条件によって決定される。　第２
図（ａ　）は、キャピラリに印加されるボンディング荷
重が、キャピラリにより押圧されるボンディングワイヤ
（金ボールを含む）にどのように作用するかを説明する
ための２次元断面図である。
同図（ａ　）は任意の曲率半径ρの押圧面４６を持つキ
ャピラリ４０に、ボンディング荷重が印加され、ボンデ
ィングワイヤを押圧する状態を示す模式的断面図である
。　抑圧面４６の点Ｍにキャピラリ４０の中心軸と平行
なボンディング荷重Ｆが作用する。　ボンディング荷重
Ｆは点Ｍにおける押圧面の接線方向の成分Ｆ、と、これ
と垂直な半径方向の成分ＦＮとに分解できる。　半径方
向のボンディング荷重成分ＦＮにより主としてボンディ
ングワイヤは加圧され塑性変形を受ける。
成分ＦＮは開口端縁４５に隣接する押圧面上で最も大き
く、開口端縁４５から遠くなるに従い、即ち角θの増加
に伴い減少する。
同図（ｂ）は従来のキャピラリ上の単一曲率半径ＯＲの
押圧面６、第８図に示すキャピラリ上ａの単一曲率半径
ＯＲ，の押圧面６ａ及び本発明のキャピラリ旦の２つの
曲率半径ＯＲ，、ＯＲ２の押圧面２６ａ　、２６ｂとを
各キャピラリの中心軸を合わせて重ねた模式的断面図〈
ある。
曲率半径の小さいキャピラリ１ａの押圧面６ａではボン
ディング荷重の加圧成分ＦＮが開目端縁から遠くなるに
従い急激に減少し、金属ｌ５ｌｌＩ線に所望の塑性変形
を与えることができず、いわゆるボンディング荷重のか
かりが悪くなり、特にリード側のボンダビリティは悪化
する。　しかし曲率半径が小さいと、Ｔ寸法を抑えて所
定のＤｌ、ｌ１寸法を得るには有効である。
本発明のキャピラリ且の押圧面は２つに分割され、加圧
成分ＦＮが大きく、塑性変形に有効な開口端縁に近い押
圧面２６ａの曲率半径は、従来のキャピラリ上の抑圧面
６の曲率半径に等しくして、従来のボンダビリティを確
保する。又開口端縁より遠（、従来の〜タビラリ１にお
いても加圧成分Ｆ〜が小さく、塑性変形に与える影響の
少ない押圧面部分は曲率半径の小さい押圧面２６ｂとし
、Ｔ寸法の増大を抑え所定のＤｌｊ寸法が得られるよう
にした。
Ｄ１１寸法はボンディングワイヤの径に等しいが、又は
ワイヤ径より大きくすることが望ましい。
ＤＩＪ寸法がボンディングワイヤの径より小さい場合に
は、第２図（ｃ）に示すようにボンディング後に、ボン
ディングワイヤ４７に、曲率の不連続箇所４８が残る。
　その後の機械的又は熱的の繰返し応力を受け、不連続
箇所から断線する場合があり、信頼性を低下する。
本発明の半導体装置の製造方法の実施例について第３図
を参照して説明する。　本製造方法では従来のキャピラ
リに換えて、本発明のキャピラリを使用するので、パッ
ドピッチの小さい半導体ペレットのワイヤボンディング
を従来のボンダビリティを確保して行なえる点が異なる
ほかは、はぼ従来の製造方法と等しい。
同図（ａ　）においてリードフレームのベツド部に半導
体ペレット３０が装着され、ベレット３゜の表面にはパ
ッドピッチ１００μｍのアルミ’Ｓ　％バッド３１ａ、
３１ｂが形成されている。　キャピラリ主１は第１図に
示す本発明のキャピラリで、直径２５μｍの金のボンデ
ィングワイヤ２７が使用される。　同図（ａ）は、アル
ミ電極パッド３１ｂ上には既にワイヤ２７がボンディン
グされた状態である。　キャピラリ旦に挿通された金ワ
イヤ２７の先端にはあらかじめ金ボールが形成され、約
２５０℃のアルミ電極パッド３１ａ上に金ボールを接触
させ、従来技術と同様に超音波振動をかけながら、キャ
ビラリ二の押圧面２６ａ　、２６ｂで金ボールを押圧・
塑性変形して偏平な金ボール８Ａを形成し同図（ａ　＞
の状態を得る。　次にキャピラリ且を移動させると同時
にワイヤをキャピラリ先端開口部より引出してループを
形成させ、ルーズ端を約２５０℃に加熱されたリードフ
レームの外部リードのインナーリードのボンディング箇
所に移動する（図示なし）。　次に同図（ｂ　）のよう
にループ端３３をボンディング箇所３２にあてがい、キ
ャピラリ旦の押圧面２６ａ　、２６ｂで押圧しながら超
音波振動を墜え、同図（Ｃ）に示すようにループ端３３
をボンディングする。
次にクランパに金ワイヤをクランプした状態でクランパ
を移動させボンディング箇所からワイヤを面３５で切離
し、キャピラリ先端に突出したワイヤを放電等で溶融さ
せ表面張力によって金ボールを形成する。　以上のよう
なボンディング工程を複数の電極パッドに対し繰返し行
ない、ＩＣ等の半導体装置の配線作業が終了する。
第１図に示す本発明のキャピラリ且、第４図に示す従来
のキャピラリ１、第８図に示す発明過程中に試作したキ
ャピラリ１ａのそれぞれを使用して、複数個の半導体ベ
レットのワイヤボンディングを行なった結果を表１に示
す。
表１ 注に〇・・・上、　Δ・・・中、　Ｘ・・・下注２：平
均ワイヤ引張強度は２５μｍ径の金のボンディングワイ
ヤの中間点に引張力を与えたときの限界強度（０）の各
複数試料の平均値。
表１によれば、本発明の実施例のキャピラリ２０を使用
した半導体装置では、そのベレットのボンディングワイ
ヤは従来のキャピラリ上を使用したものと同等のボンダ
ビリティが得られ、且つそのパッドピッチの限界値を大
幅に縮小化することが可能である。
上記実施例では、キャピラリの開口端縁に隣接する押圧
面の曲率半径は従来のキャピラリと等しくしたが、これ
に限定されるものではなく、又押圧面は、２つの曲率半
径から成る曲面であるが、２つ以上の曲面から構成され
ても差支えないことは勿論である。　本発明のキャピラ
リは、サーモソニックワイヤボンディング法以外の例え
ば熱圧着法等に対しても使用可能である。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のキャピラリにおいては、
キャピラリ開口端縁から遠くなるに従い曲率半径が小さ
くなる複数の曲面により押圧面を構成することにより、
キャピラリ先端径Ｔ寸法及びキャピラリコーン角θ。を
小さくしても、接着性に直接関係するキャピラリ中心付
近の抑圧面の曲率半径ＯＲは十分大きくすることが可能
で、従来のボンダビリティを確保することができる。
従って例えば表１の結果からも明らかなように、電極パ
ッド側及びリード側のボンダビリティを確保すると共に
、パッドピッチの最小限界を更に縮小できるキャピラリ
と該キャピラリを使用する半導体装置の製造方法を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のキャピラリの実施例の断面図、第２図
は本発明及び従来例のキャピラリのボンダビリティに影
響する要因を説明するための断面図、第３図は本発明の
キャピラリを使用する半導体装置の製造方法の実施例を
説明する断面図、第４図は従来のキャピラリの断面図、
第５図及び第６図は従来のワイヤボンディング作業を説
明する断面図、第７図は従来のキャピラリの課題を説明
する断面図、第８図は本発明過程で試作したキャピラリ
の断面図である。 １・・・従来のキャピラリ、　１ａ・・・発明過程で試
作したキャピラリ、　　１．２１・・・キャピラリ本体
、２．２２・・・キャピラリの中空部、　５．２５・・
・開口端縁、６，６ａ　、２６ａ　、２６ｂ　−・・外
側に凸状の曲面（押圧面）、　７，７ａ　、２７・・・
ボンディング用金属細線、　　１０．３０・・・半導体
ベレット、１１１１ａ、ｌｌｂ、３１ａ、３１ｂ−・・
電極パッド、　２０−・・本発明のキャピラリ、　３２
・・・外部リード、　ＯＲ、・・・開口端縁から近い部
分の曲面の曲率半径、　ＯＲ２・・・開口端縁から遠い
部分の曲面の曲率半径。 １立　キャピラリ 〆′ （２６ｂ　曲定警頚Ｒ２の曲面 第１図 第２図 （ａ） １ａ 第　３　図く１〉 （ｂ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｃ
）第３図（２） 第４図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ボンディング用金属細線を挿通する中空部を有する
    キャピラリにおいて、キャピラリの中空部の開口端縁か
    らキャピラリ外側面にかけて複数の曲率半径を有する外
    側に凸状の曲面を有し、前記開口端縁から遠い部分の曲
    面の曲率半径が前記開口端縁から近い部分の曲面の曲率
    半径より小さいことを特徴とするワイヤボンディング用
    キャピラリ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のキャピラリを使用し、
    半導体ペレット上の電極と外部リードとをボンディング
    用金属細線で接続する工程を含む半導体装置の製造方法
    。
JP63102000A 1988-04-25 1988-04-25 キャピラリ及び該キャピラリを使用する半導体装置の製造方法 Pending JPH01273325A (ja)

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