ワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置
【課題】上面にカバーガラスが直接貼り付けられた半導体素子の電極パッド上の第１ボンディング位置をカバーガラスに近づけることが可能となり、半導体素子の小型化を図ることができるワイヤボンディング方法を提供する。
【解決手段】ホーン３２の先端に形成されたモータの回転子３６が一体に設けられた回転軸３３の一端に、側部を一部除去したキャピラリ３１を取り付け、その除去された部分をカバーガラス側に向ける。
【解決手段】ホーン３２の先端に形成されたモータの回転子３６が一体に設けられた回転軸３３の一端に、側部を一部除去したキャピラリ３１を取り付け、その除去された部分をカバーガラス側に向ける。
【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方法およびワイヤボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ボウ・ティー・アイ・キャピラリのキャピラリ面の縦軸方向がリードの長軸方向に沿うようにキャピラリを回転させるワイヤボンディング装置が開示されている。具体的には、このワイヤボンディング装置は、キャピラリを選定的にロックするロック機構を備えたキャピラリ取付け用レセプタクルをホーンに設けるとともに、電気モータによって回転するドライブシャフトに従って回転する第２の回転要素に嵌合する第１の回転要素をキャピラリに設け、電気モータの動作時に自動的にロック機構がアンロックされるようにコンピュータ制御を通して同期化した構成であり、ロック機構をロックした状態で半導体素子上の電極パッドに第１ボンドを行った後、ロック機構をアンロックすると同時に電気モータを動作させて、キャピラリ面の縦軸方向がリードの長軸方向に沿うようにキャピラリを回転させ、再度ロック機構をロックして、リードに第２ボンドを行う。
【０００３】
また、例えば特許文献２には、ボンディング面に対してボールを形成する第１ボンド時にはキャピラリを垂直状態に支持し、ワイヤを圧着する第２ボンド時には、ワイヤの張設方向に対して後傾するようにキャピラリを傾斜状態に支持するワイヤボンディング方法が開示されている。この方法によれば、第１ボンドではキャピラリを垂直状態に支持することでボンディングの接着強度を安定させ、第２ボンドではキャピラリを傾斜させることによりボンディング面に対してワイヤをしっかりとキャピラリにて押さえつけることでボンディングの接着強度を安定させることができる。
【０００４】
一方、近年、カメラモジュールに搭載する光デバイスである半導体装置の小型化・薄型化の要求から、ＣＣＤチップやＣＭＯＳチップ等の半導体素子（光学素子）の画素領域を保護するカバーガラスを、半導体素子の上面に直接貼り付けた半導体装置が登場してきている。この半導体装置においては、半導体素子の小型化の要求から、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離を限界まで縮めることが求められている。しかしながら、この半導体装置においては、ワイヤボンディングの際に、キャピラリがカバーガラスに干渉して接続不良が発生することを防ぐ必要があり、従来のワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法では、上記した限界の距離はキャピラリの下部の形状によって決まるため、半導体素子の小型化を図れないという問題があった。
【０００５】
すなわち、従来は、半導体素子の上に別の物体、例えばスタック型のパッケージで別の半導体素子が存在することはあっても、厚さとサイズとの関係で、それがワイヤの接続に影響を及ぼすことはないので、キャピラリと他の物体との干渉を考慮する必要がなかった。そのため、従来のワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法では、電極パッドへの第１ボンド時に、下部が円錐状（ボウ・ティー・アイ・キャピラリも略円錐状である。）のキャピラリを垂直状態に支持して第１ボンドを行うため、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離の限界が、キャピラリの下部の形状（円錐形状）により決まり、その限界を超えては、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離を縮めることができない。
【０００６】
図６、７にカメラモジュールに搭載する光デバイスである半導体装置を示す。図６、図７は、それぞれ半導体装置の製造途中のワイヤボンディング工程前の斜視図、断面図である。
【０００７】
図６、図７に示すように、半導体装置１１は、上部が開放した容器型のセラミックパッケージ（支持体）１２を有する。セラミックパッケージ１２は、側壁１３のうち対向する一対の側壁１３が底部から突出し、他の対向する一対の側壁１３が、底部より一段高い段部１４から突出している。また、底部の上面（内面）は平坦であり、ダイパッド１５となっている。また、ダイパッド１５の両側の段部１４の上面も平坦であり、それぞれ複数のリード（電極）１６が等ピッチで列状に設けられている。リード１６には、ワイヤボンディングの第２ボンドが行われる。また、セラミックパッケージ１２の裏面には、複数の外部端子１７が等ピッチで設けられている。
【０００８】
セラミックパッケージ１２は、素材の層を複数積み重ねて焼結することで作製される。リード１６や外部端子１７は、素材の層に金属ペーストが印刷されて形成されており、リード１６と外部端子１７とは、側面（側壁１３の外面）を通して電気的に接続されている。
【０００９】
以上のような構成のセラミックパッケージ１２のダイパッド１５に、接着ペースト１８によりＣＣＤチップやＣＭＯＳチップ等の半導体素子（光学素子）１９が接着されている。半導体素子１９の形状は直方体であり、上面の中央部が画素領域となっている。また、半導体素子１９の上面の対向する一対の辺の近くには、それぞれワイヤボンディングの第１ボンドが行われる複数の電極パッド２０が列状に設けられている。
【００１０】
さらに、半導体素子１９の上面には、光透過性の蓋体であるカバーガラス２１が接着剤２２により直接貼り付けられている。このカバーガラス２１は、半導体素子１９の保護、および、半導体素子１９に設けられた画素領域に対して光を透過させる役割を持っている。このようにカバーガラス２１を半導体素子１９上に直接貼り付けることで、半導体装置の薄型化を図ることができる。カバーガラス２１の外形サイズ（面積）は、半導体素子１９の外形サイズより一回り小さいものの、半導体素子１９の中央部に設けられた画素領域を最大限に大きくできるよう、端部が電極パッド２０に近付いている。
【００１１】
続いて、図８を用いて、従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分に関して説明する。図８は、従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のＸＹテーブル（図示せず）に載っており、ＸＹテーブルによりキャピラリ２３が第１、第２ボンディング位置へ移動される。
【００１２】
キャピラリ２３に超音波振動を伝えるホーン２４は、その先端が、ねじ２５によりキャピラリ２３を取り付ける構造となっており、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ２３を第１、第２ボンディング面（電極パッド２０、リード１６）に押し付ける荷重を負荷する。
【００１３】
キャピラリ２３は、中心軸に対して回転対称な筒形状をしており、その中にワイヤ２６が通されている。また、キャピラリ２３の上部２３ａは円柱状、下部２３ｂは円錐状をしており、下部２３ｂの先端面（キャピラリ面）は、円形状をしている。
【００１４】
ワイヤクランパ２７は、ホーン２４の上部にキャピラリ２３と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動の可否を制御する。また、トーチ電極２８は、キャピラリ２３の周辺部に設けられており、イニシャルボール２９を形成するために、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に放電を行う。
【００１５】
続いて、図９を用いて、図６、７に示す半導体装置（光デバイス）に対する従来のワイヤボンディング方法について説明する。図９（ａ）はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図９（ｂ）はパッド接続時（第１ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図９（ｃ）はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図９（ｄ）はリード接続時（第２ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図９（ｅ）はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図９では、ヘッド部分のうち、キャピラリ２３とワイヤクランパ２７のみを示す。また、図９に示す方向は、ワイヤクランパ２７を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス２１が直接貼り付けられた半導体素子１９が実装されたセラミックパッケージ１２を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
【００１６】
まず、図９（ａ）に示すように、ワイヤクランパ２７が閉じた状態で、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に、トーチ電極２８からの放電によりイニシャルボール２９を形成する。
【００１７】
次に、図９（ｂ）に示すように、ワイヤクランパ２７を開き、イニシャルボール２９を半導体素子１９の電極パッド（第１ボンディング面）２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の一端を電極パッド２０に接合する第１ボンドを行う。このときのキャピラリ２３の姿勢は、ほぼ垂直となっている。
【００１８】
その後、図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、キャピラリ２３はワイヤ２６を繰り出しながら設定した経路を上昇し、最上点まで達した後、ワイヤ２６の他端の接続先であるリード１６へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループを形成する。その後、ワイヤ２６の他端を、セラミックパッケージ１２の内面に形成されているリード（第２ボンディング面）１６に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の他端をリード１６に接合する第２ボンドを行う。このときのキャピラリ２３の姿勢もほぼ垂直となっている。
【００１９】
その後、図９（ｅ）に示すように、キャピラリ２３は上昇し、その途中からワイヤクランパ２７を閉じることで、ワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動を不可として、ワイヤ２６を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ２３の先端からワイヤ２６の先端が出た状態となる。そして、再度、イニシャルボール２９を形成し、以上説明した方法で半導体素子１９の次の電極パッド２０とセラミックパッケージ１２の次のリード１６とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。
【００２０】
以上のように、従来のワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置では、上面にカバーガラスが直接貼り付けられた半導体素子上の電極パッドに第１ボンドを行う際に、キャピラリの姿勢を電極パッド（第１ボンディング面）に対して垂直にするため、上述したように、カバーガラス２１の端部と電極パッド２０上のボンディング位置との間の距離を縮めることができず、半導体素子の小型化を図ることができなかった。
【特許文献１】特開平１０−２５６２９５号公報
【特許文献２】実公平６−２５００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑み、上面にカバーガラスが直接貼り付けられたＣＣＤチップ等の半導体素子上の電極パッドに第１ボンドを行う際に、障害物であるカバーガラスの端面に対向するキャピラリの側面が、略平坦な電極パッド（第１ボンディング面）に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することにより、半導体素子の小型化を図ることができるワイヤボンディング方法および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】
【００２２】
本発明の請求項１記載のワイヤボンディング方法は、第１ボンドに際し、第１ボンディング位置の近傍に存在する第１の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第１ボンディング面に対して、前記第１の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載のワイヤボンディング方法は、請求項１記載のワイヤボンディング方法であって、第１ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第１の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第１の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第１ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載のワイヤボンディング方法は、請求項２記載のワイヤボンディング方法であって、さらに、第２ボンドに際し、第２ボンディング位置の近傍に存在する第２の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第２ボンディング面に対して、前記第２の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載のワイヤボンディング方法は、請求項３記載のワイヤボンディング方法であって、第２ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第２の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第２の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第２ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項５記載のワイヤボンディング装置は、キャピラリと、前記キャピラリに超音波振動を伝えるホーンと、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向する前記キャピラリの側面が、ボンディング面に対して、前記障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるように前記キャピラリを支持する機構と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の請求項６記載のワイヤボンディング装置は、請求項５記載のワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリはその側部の一部が除去された形状を有し、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの除去された部分の面が前記障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させる回転機構を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の請求項７記載のワイヤボンディング装置は、請求項６記載のワイヤボンディング装置であって、前記回転機構は、前記ホーンに固定されたモータの固定子と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられて前記固定子に対して回転するモータの回転子と、前記回転子の回転位相を検出する位相検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の請求項８記載のワイヤボンディング装置は、請求項５記載のワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの上部が前記障害物から遠ざかるように前記キャピラリを傾斜させる傾斜機構を備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の請求項９記載のワイヤボンディング装置は、請求項８記載のワイヤボンディング装置であって、前記傾斜機構は、モータと、前記モータの駆動軸に固定された第１歯車と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられた揺動体と、前記揺動体に固定された第２歯車と、前記第１歯車および前記第２歯車に嵌合するとともに、前記ホーンの一部に摺動自在に係合する歯板と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の好ましい形態によれば、ボンディング位置の近傍に障害物が存在する場合であっても、その障害物とボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化、並びに半導体装置の小型化に寄与することができる。
【００３２】
また、キャピラリの一部を除去しても、キャピラリを回転することにより、第２ボンドの際は常にキャピラリの非除去部側でワイヤを押さえることができるため、ワイヤを押さえる面積が少なくなることはなく、良好な接合を行うことができる。
【００３３】
また、モータの回転子にキャピラリの取り付け部を設けることで、モータを回転させるだけでキャピラリを回転させることができ、キャピラリの回転をアンロック、ロックさせる制御は不要となる。さらに、同じ回転位相におけるキャピラリの回転角度の再現性が良好となる。また、回転動作を行うための必要動作が少なくなり時間の短縮化が図れる。また、伝達部品の介在なしでキャピラリを回転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置について説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のＸＹテーブル（図示せず）に載っており、ＸＹテーブルによりキャピラリ３１が第１、第２ボンディング位置へ移動される。
【００３５】
図１に示すように、キャピラリ３１は筒形状をしており、その中にワイヤ２６が通される。また、キャピラリ３１は、その上部３１ａが中心軸に対して回転対称な円柱状をしているのに対し、下部３１ｂは、その側部の一部が除去された形状をしている。具体的には、円錐形状の一部が除去された形状をしている。この除去された部分の面（切り欠き面）３１ｃを、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向させることで、その障害物にキャピラリをより近づけることが可能となる。
【００３６】
また、キャピラリ３１に超音波振動を伝えるホーン３２は、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ３１を第１、第２ボンディング面に押し付ける荷重を負荷する。
【００３７】
また、ワイヤクランパ２７は、ホーン３２の上部にキャピラリ３１と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ２６のキャピラリ３１に対する相対移動の可否を制御する。
【００３８】
また、トーチ電極２８は、キャピラリ３１の周辺部に設けられており、イニシャルボール２９を形成するために、キャピラリ３１の先端から出ているワイヤ２６の先端に放電を行う。
【００３９】
本実施の形態１では、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、ボンディング面に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持する機構として、キャピラリ３１の切り欠き面３１ｃが障害物の端面に対向するようにキャピラリ３１を回転させる回転機構を備える。以下、この回転機構について説明する。
【００４０】
この回転機構は、ホーン３２の先端に形成されたモータの回転軸３３の一端にキャピラリ３１の取り付け部を設け、その回転軸に設けられたモータの回転子３６が、ホーン３２に固定されたモータの固定子３７に対して回転することで、キャピラリ３１を回転させる構成となっている。
【００４１】
具体的には、回転軸３３は、その中央部が中空となっており、その中にワイヤ２６が通される。また、回転軸３３の下端はねじ３４によりキャピラリ３１を取り付ける構造となっており、ワイヤ２６は、回転軸３３の中を経由してキャピラリ３１の先端から一端が出るよう通される。キャピラリ３１のように軸対称でないものを取り付ける際には、ねじ３４を目印にして取り付けるのがよい。
【００４２】
また、回転軸３３には、その円周方向に極性が交互に異なる永久磁石が一体的に設けられており、モータの回転子３６となっている。回転軸３３は、上部と下部の２箇所で、ホーン３２に設けた軸受３５により支持されている。この構造により、回転軸３３および回転子３６は、ホーン３２に回転自在に支持される。
【００４３】
また、ホーン３２には回転子３６に対向する複数のコイルが設けられており、固定子３７となっている。このコイルに選択的に電流を流すことにより、回転子３６である永久磁石との間に吸引力、反発力を生じさせて、回転軸３３とそれに固定されたキャピラリ３１を回転させることができる。
【００４４】
また、ホーン３２には、固定子３７の近傍に、回転子３６の回転位相を検出する位相検出手段である磁気型センサ３８が複数設けられている。磁気型センサ３８は、回転子３６の回転位相に応じて信号を出す。この信号を処理することで回転子３６の回転位相を検出できる。
【００４５】
また、ホーン３２に一体形成された２つの突出部３９により回転軸３３と平行に支持されている中心軸４０には、その中心軸４０を軸心として回転可能な押圧部材４１が係合しており、中心軸４０に装着されているねじりばね４２により押圧部材４１が回転軸３３を一方向に押すことで、回転軸３３と軸受３５との間の円周方向のあそびをなくしている。これにより、同じ回転位相におけるキャピラリの回転角度の再現性が良好となる。また、ボンディングの際に超音波を効率よくキャピラリ３１に伝達することができる。
【００４６】
この構造は、ダイレクトドライブ方式であり、ホーン３２の先端に形成されたモータを回転させることで、同軸に取り付けられたキャピラリ３１を、がたつきが生じることなく、回転させることができる。
【００４７】
続いて、図２を用いて、本実施の形態１におけるワイヤボンディング方法について、図６、７に示す半導体装置（光デバイス）１１に対するワイヤボンディングを例に説明する。図２（ａ）はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図２（ｂ）はパッド接続時（第１ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図２（ｃ）はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図２（ｄ）はリード接続時（第２ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図２（ｅ）はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図２では、ヘッド部分のうち、キャピラリ３１とワイヤクランパ２７のみを示す。また、図２に示す方向は、ワイヤクランパ２７を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス２１が直接貼り付けられた半導体素子１９が実装されたセラミックパッケージ１２を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
【００４８】
この半導体装置１１では、第１ボンドに際し、半導体素子１９の電極パッド２０の近傍に存在するカバーガラス２１が、ワイヤボンディングの障害物（第１の障害物）となる。カバーガラス２１の端面は、略平坦な電極パッド２０に対して略直角であるので、カバーガラス２１の端面に対向するキャピラリ３１の側面が電極パッド２０に対して略直角となるように、キャピラリ３１の下部３１ｂの除去された部分の面（切り欠き面３１ｃ）を予めカバーガラス２１側に向けておく。
【００４９】
このように、キャピラリ３１の切り欠き面を半導体素子１９（カバーガラス２１）側に向け、図２（ａ）に示すように、ワイヤクランパ２７が閉じた状態で、キャピラリ３１の先端から出ているワイヤ２６の先端に、トーチ電極２８からの放電によりイニシャルボール２９を形成する。
【００５０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ワイヤクランパ２７を開き、イニシャルボール２９を半導体素子１９の電極パッド（第１ボンディング面）２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の一端を電極パッド２０に接合する第１ボンドを行う。このとき、キャピラリ３１を略垂直に支持して、キャピラリ３１の切り欠き面とカバーガラス２１の端面を略平行にする。このようにすれば、キャピラリ３１は、カバーガラス２１と干渉を起こすことなく、カバーガラス２１により近付くことが可能となる。ここでは、側部を一部で除去したキャピラリ３１を使用しているが、第１ボンドの良否に大きく関係するのは、キャピラリ３１の先端面（キャピラリ面）の形状であり、側部の形状や、キャピラリの回転角度はほとんど影響しない。
【００５１】
その後、図２（ｃ）に示すように、キャピラリ３１はワイヤ２６を繰り出しながら設定した経路を最上点まで上昇する。この半導体装置１１では、第２ボンドに際し、セラミックパッケージ１２のリード１６の近傍に存在するセラミックパッケージ１２の側壁１３が、ワイヤボンディングの障害物（第２の障害物）となる。側壁１３の端面は、略平坦なリード１６に対して略直角であるので、側壁１３に対向するキャピラリ３１の側面がリード１６に対して略直角となるように、キャピラリ３１が最上点に達した時点で、ホーン３２の先端に形成されているモータを回転させてキャピラリ３１を約１８０度回転させ、キャピラリ３１の切り欠き面を側壁１３側に向ける。
【００５２】
このようにキャピラリ３１を回転させても、キャピラリ３１の内周面とワイヤ２６との間には隙間があるため、単にキャピラリ３１が回転するのみで、ワイヤ２６にねじり等の悪影響を及ぼすことはない。
【００５３】
キャピラリ３１の回転終了後、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、キャピラリ３１がワイヤ２６の他端の接続先であるリード１６へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループが形成される。その後、ワイヤ２６の他端を、セラミックパッケージ１２の内面に形成されているリード（第２ボンディング面）１６に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の他端をリード１６に接合する第２ボンドを行う。このとき、キャピラリ３１を略垂直に支持して、キャピラリ３１の切り欠き面と側壁１３を略平行にする。このようにすれば、キャピラリ３１は、側壁１３と干渉を起こすことなく、側壁１３により近付くことが可能となる。
【００５４】
また、このとき、キャピラリ３１の切り欠き面は、ワイヤ２６のループ側とは逆の方向を向いており、ワイヤ２６を押さえるのはキャピラリ３１の非除去部側となる。ここで、図３を用いて、キャピラリ３１の回転角度と第２ボンドとの関係について説明する。図３（ａ）にはキャピラリの非除去部側でワイヤを押さえた場合の第２ボンドの状態を示し、図３（ｂ）にはキャピラリの一部除去部側でワイヤを押さえた場合の第２ボンドの状態を示す。ともに、キャピラリ３１は先端近くの断面より下を示しており、キャピラリ３１の中に通されているワイヤ２６は描いていない。
【００５５】
側部を一部で除去したキャピラリ３１を使用しても、非除去部側でワイヤを押さえれば、図３（ａ）に示すような第２ボンドの状態となり問題は生じない。しかし、一部除去部側でワイヤを押さえた場合、キャピラリ３１の先端面でワイヤに荷重をかけることができても、先端面に隣接する側部は除去されており、側部でワイヤに加重をかけることができず、図３（ｂ）に示すような第２ボンドの状態となり、接合が行われる面積が減り、ボンディングが不安定となる。
【００５６】
第２ボンド後、図２（ｅ）に示すように、キャピラリ３１は上昇し、その途中からワイヤクランパ２７を閉じることで、ワイヤ２６のキャピラリ３１に対する相対移動を不可として、ワイヤ２６を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ３１の先端からワイヤ２６の先端が出た状態となる。
【００５７】
この時点で、ホーン３２の先端に形成されているモータを回転させてキャピラリ３１を約１８０度回転させ、次の第１ボンドに際してキャピラリ３１の切り欠き面がカバーガラス２１の端面に対向するように、キャピラリ３１の切り欠き面を半導体素子１９（カバーガラス２１）側に向ける。
【００５８】
キャピラリ３１の回転終了後、イニシャルボール２９を形成し、以上説明した方法で半導体素子１９の次の電極パッド２０とセラミックパッケージ１２の次のリード１６とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。なお、辺が変わっても、第１、第２ボンドにおける回転位相が入れ替わるだけでボンディング自体に支障を生じることはない。
【００５９】
このように、本実施の形態１では、電極パッド近傍またはリード近傍にワイヤボンディングに対する障害物が存在する場合であっても、第１、第２ボンド時に、キャピラリ３１の一部除去部側（切り欠き面）を障害物に向けることで、キャピラリ３１を障害物に近づけることが可能となり、障害物と第１、第２ボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化および半導体装置の小型化に寄与することができる。
【００６０】
また、第２ボンドの際に、ワイヤのループ側とは逆の方向にキャピラリ３１の一部除去部側（切り欠き面）を向けることで、ワイヤを押さえる面積が減少することはなく、接合に関して不都合が生じることはない。
【００６１】
なお、本実施の形態１では、キャピラリを約１８０度回転させたが、ボンディング位置の近傍に存在する障害物に、キャピラリの一部除去部側（切り欠き面）を向ければよいので、回転位相は変更可能である。但し、第２ボンド時にワイヤをキャピラリの非除去部側で押さえることができる回転位相にするのが好ましい。
【００６２】
また、第１ボンド後、キャピラリが最上点に達したときに、キャピラリを回転させたが、キャピラリの回転は、第１ボンドと第２ボンドとの間ならどの時点でも、また、移動途中に行ってもよい。同様に、第２ボンド後のキャピラリの回転についても、第２ボンドと第１ボンドとの間に行えばよい。
【００６３】
また、ここでは、カバーガラス２１の端面および側壁が、略平坦な電極パッドおよびリードに対して略直角であるので、垂直に支持されたキャピラリの切り欠き面が電極パッドおよびリードに対して略直角となるようにキャピラリの側部を一部除去した。このように、第１、第２ボンド時にキャピラリの切り欠き面と障害物の端面が略平行となるように、障害物の端面の形状に応じて、キャピラリの側部を一部除去するのが好適である。
【００６４】
また、ここでは半導体素子の上面の４つの周辺部のうち対向する１対の周辺部にのみ電極パッドが形成されている場合について説明したが、無論、半導体素子の上面の４つの周辺部のうち３つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合についても同様に実施できる。
【００６５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置について説明する。図４は本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のＸＹテーブル（図示せず）に載っており、ＸＹテーブルによりキャピラリ２３が第１、第２ボンディング位置へ移動される。
【００６６】
キャピラリ２３は、中心軸に対して回転対称な筒形状をしており、その中にワイヤ２６が通されている。また、キャピラリ２３の上部２３ａは円柱状、下部２３ｂは円錐状をしており、下部２３ｂの先端面（キャピラリ面）は、円形状をしている。
【００６７】
また、キャピラリ２３に超音波振動を伝えるホーン５１は、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ２３を第１、第２ボンディング面に押し付ける荷重を負荷する。
【００６８】
ワイヤクランパ２７は、ホーン５１の上部にキャピラリ２３と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動の可否を制御する。
【００６９】
また、トーチ電極２８は、キャピラリ２３の周辺部に設けられており、イニシャルボール２９を形成するために、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に放電を行う。
【００７０】
本実施の形態２では、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、ボンディング面に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持する機構として、キャピラリ２３の上部２３ａが障害物から遠ざかるようにキャピラリ２３を傾斜させる傾斜機構を備える。以下、この傾斜機構について説明する。
【００７１】
この傾斜機構は、モータ５２と、モータ５２の駆動軸５３に固定された原動歯車（第１歯車）５４と、一端にキャピラリ２３の取り付け部が設けられた揺動体５５と、揺動体５５に固定された揺動歯車（第２歯車）５８と、原動歯車５４および揺動歯車５８に嵌合するとともに、ホーン５１の一部に摺動自在に係合する歯板５９と、を備える。
【００７２】
具体的には、揺動体５５は、ホーン５１の両側に設けられた左右一対の中心軸５７に、その中心軸５７を軸心として回転可能に取り付けられている。また、揺動体５５の下端はねじ５６によりキャピラリ２３を取り付ける構造となっている。また、揺動体５５には、片側にのみ一体的に、中心軸５７を軸心とする揺動歯車５８が設けられている。
【００７３】
また、ホーン５１には、モータ５２が取り付けられており、その駆動軸５３には原動歯車５４が固定されている。また、ホーン５１には、揺動歯車５８側の側面にガイド枠６０が２つ設けられており、このガイド枠６０に、原動歯車５４および揺動歯車５８に嵌合する歯部を有する歯板５９が摺動自在に係合している。
【００７４】
以上の構造により、モータ５２を回転させることで、原動歯車５４、歯板５９、揺動歯車５８の順に駆動され、揺動体５５の傾斜角度が変化する。また、モータ５２の回転方向を変えれば、揺動体５５は左右一対の中心軸５７の回りに逆回転する。これにより、モータ５２を両方向に回転させることで、揺動体５５の先端に付いたキャピラリ２３を揺動させることができる。
【００７５】
また、中心軸５７にはねじりばね６１が装着されており、一方の腕がホーン５１に設けられた係止ピン６２に係止し、他方の腕が揺動体５５に設けられた係止ピン６３に係止しており、このねじりばね６１が揺動体５５を一方向に押して揺動歯車５８と歯板５９との間のあそびをなくしている。これにより、同じ回転位相におけるキャピラリの揺動角度の再現性が良好となる。また、ボンディングの際に、超音波を効率よくキャピラリ２３に伝達することができる。
【００７６】
続いて、図５を用いて、本実施の形態２におけるワイヤボンディング方法について、前記した実施の形態１と同様に、図６、７に示す半導体装置（光デバイス）１１に対するワイヤボンディングを例に説明する。
【００７７】
図５（ａ）はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図５（ｂ）はパッド接続時（第１ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図５（ｃ）はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図５（ｄ）はリード接続時（第２ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図５（ｅ）はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図５では、ヘッド部分のうち、キャピラリ２３とワイヤクランパ２７のみを示す。また、図５に示す方向は、ワイヤクランパ２７を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス２１が直接貼り付けられた半導体素子１９が実装されたセラミックパッケージ１２を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
【００７８】
まず、カバーガラス２１の端面が電極パッド２０に対して略直角であるので、第１ボンドに際して、カバーガラス２１の端面に対向するキャピラリ２３の側面が、電極パッド２０に対して略直角（所定の角度）となるように、キャピラリ２３の上部がカバーガラス２１から遠ざかる方向へ傾斜させた状態でキャピラリ２３を支持し、図５（ａ）に示すように、ワイヤクランパ２７が閉じた状態で、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に、トーチ電極２８からの放電によりイニシャルボール２９を形成する。
【００７９】
次に、図５（ｂ）に示すように、ワイヤクランパ２７を開き、イニシャルボール２９を半導体素子１９の電極パッド（第１ボンディング面）２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の一端を電極パッド２０に接合する第１ボンドを行う。
【００８０】
このとき、キャピラリ２３は、その上部２３ａがカバーガラス２１から遠ざかる方向に傾斜しており、キャピラリ２３のカバーガラス２１側の側面とカバーガラス２１の端面が略平行となっている。このようにすれば、キャピラリ２３は、カバーガラス２１と干渉を起こすことなく、カバーガラス２１により近付くことが可能となる。また、キャピラリ２３を傾斜させているものの第１ボンドはボール接合であるため、傾斜に対する許容度が大きく、接合に関して特に問題が生じることはない。
【００８１】
その後、図５（ｃ）に示すように、キャピラリ２３はワイヤ２６を繰り出しながら設定した経路を最上点まで上昇する。このワイヤ２６の繰り出しにおいては、ワイヤ２６とキャピラリ２３とのなす角度が大きくなるが、それによる摺動抵抗の増加はわずかであり問題が生じることはない。このことは以降の動作についても同じである。
【００８２】
キャピラリ２３が最上点に達すると、セラミックパッケージ１２の側壁１３がリード１６に対して略直角であるので、第２ボンドに際して、側壁１３に対向するキャピラリ２３の側面がリード１６に対して略直角（所定の角度）となるように、キャピラリ２３の上部が側壁１３から遠ざかる方向にモータ５２を回転させてキャピラリ２３を傾斜させる。また、それと同時にキャピラリ２３の先端の位置が変わらないようにヘッド部分が載ったＸＹテーブルを駆動する。この二つの動作により、ワイヤ２６を無理に引っ張ることなく、キャピラリ２３の傾斜方向を変更することができる。なお、このキャピラリ２３の傾斜方向の変更は、キャピラリ２３を上昇させた位置で行っているので、キャピラリ２３と他の物体との間で干渉が生じることはない。
【００８３】
次に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、キャピラリ２３がワイヤ２６の他端の接続先であるリード１６へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループが形成される。その後、ワイヤ２６の他端を、セラミックパッケージ１２の内面に形成されているリード（第２ボンディング面）１６に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の他端をリード１６に接合する第２ボンドを行う。
【００８４】
このとき、キャピラリ２３は、その上部２３ａが側壁１３から遠ざかる方向に傾斜しており、キャピラリ２３の側壁１３側の側面と側壁１３が略平行となっている。このようにすれば、キャピラリ２３は、側壁１３と干渉を起こすことなく、側壁１３により近付くことが可能となる。また、キャピラリ２３は、ワイヤ２６のループ側に傾斜しているので、ワイヤ２６をより強く押さえることができ、より良好な接合を行うことができる。
【００８５】
第２ボンド後、図５（ｅ）に示すように、キャピラリ２３は上昇し、その途中からワイヤクランパ２７を閉じることで、ワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動を不可として、ワイヤ２６を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ２３の先端からワイヤ２６の先端が出た状態となる。
【００８６】
この時点で、次の第１ボンドに際して、カバーガラス２１に対向するキャピラリ２３の側面が電極パッド２０に対して略直角（所定の角度）となるように、キャピラリ２３の上部がカバーガラス２１から遠ざかる方向にモータ５２を回転させてキャピラリ２３を傾斜させる。また、それと同時にキャピラリ２３の先端の位置が変わらないようにヘッド部分が載ったＸＹテーブルを駆動する。この二つの動作により、キャピラリ２３の傾斜方向を変更することができる。なお、このキャピラリ２３の傾斜方向の変更は、キャピラリ２３を上昇させた位置で行っているので、キャピラリ２３と他の物体との間で干渉が生じることはない。
【００８７】
モータ５２の回転終了後、イニシャルボール２９を形成し、以上説明した方法で半導体素子１９の次の電極パッド２０とセラミックパッケージ１２の次のリード１６とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。なお、辺が変わっても、第１、第２ボンドにおける傾斜方向が入れ替わるだけでボンディング自体に支障を生じることはない。
【００８８】
このように、本実施の形態２では、電極パッド近傍またはリード近傍にワイヤボンディングに対する障害物が存在する場合であっても、第１、第２ボンド時に、キャピラリの上部が障害物から遠ざかる方向にキャピラリを傾斜させることで、干渉が先に起きるキャピラリの上部を逃がすことができ、キャピラリを障害物に近づけることが可能となる。よって、障害物と第１、第２ボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化および半導体装置の小型化に寄与することができる。また、第２ボンド時に、ワイヤのループ側にキャピラリを傾斜させているので、確実な接合を実現することができる。
【００８９】
なお、ここでは、障害物の端面に対向するキャピラリの側面をボンディング面に対して略垂直にしたが、キャピラリの傾斜角度は、接合において問題が起きず、且つ障害物との干渉が起きない範囲で任意に設定可能である。また、傾斜角度は、第１ボンドと第２ボンドで同じであってもよいし違ってもよい。
【００９０】
また、第１ボンド後、キャピラリが最上点に達したときに、キャピラリの傾斜方向を変更したが、これに限らず、第１ボンドと第２ボンドとの間なら、キャピラリが他の物体と干渉を起こさない限り、どの時点で行ってもよい。また、移動途中に、第１ボンディング位置から第２ボンディング位置へキャピラリを移動させるＸＹテーブルの動作と融合させながら、キャピラリの傾斜方向を変更してもよい。同様に、第２ボンド後のキャピラリの傾斜方向の変更についても、第２ボンドと第１ボンドとの間に行えばよい。また、キャピラリを常に傾斜させておく必要はなく、一連の動作の中で姿勢をほぼ垂直とする区間を設けてもよい。
【００９１】
また、ここでは半導体素子の上面の４つの周辺部のうち対向する１対の周辺部にのみ電極パッドが形成されている場合について説明したが、無論、半導体素子の上面の４つの周辺部のうち３つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合についても同様に実施できる。
【００９２】
また、図４にはキャピラリを傾斜させる機構として１軸の揺動機構を示したが、半導体素子の上面の４つの周辺部のうち３つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合には、同様の機構を方向を変えてさらに設けて軸数を増やしてよいし、ホーンとキャピラリとを全方向に傾斜可能なボールジョイントでつなぎ、傾き方向と角度を制御するようにしてもよい。キャピラリを傾斜させる機構は、第１、第２ボンド時にキャピラリの上部が障害物から遠ざかるようにキャピラリの傾斜方向を変更できればよく、図４に示す機構に限るものではない。
【００９３】
なお、上記した実施の形態１、２では、下部の基本形状が円錐形のキャピラリを用いたが、より先端を細くしたボトルネック型のキャピラリを用いてもよい。また、セラミックパッケージを用いた半導体装置を例に説明したが、セラミックパッケージに限らず、他のパッケージを用いた半導体装置であってもよい。また、キャピラリと干渉する可能性のある障害物として、半導体素子上に直接貼り付けられたカバーガラスとセラミックパッケージの側壁を例に説明したが、無論、障害物はこれに限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明にかかるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置は、半導体素子の電極パッド近傍に障害物が存在する場合であっても、その障害物とキャピラリとの干渉を起こさずに、障害物と第１ボンディング位置との間の距離を縮めることができ、半導体素子の小型化、並びに半導体装置の小型化を図ることができ、ＣＣＤチップやＣＭＯＳチップを実装したパッケージの製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング工程の工程断面図
【図３】本発明の実施の形態１における第２ボンドを説明するための図
【図４】本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図
【図５】本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング工程の工程断面図
【図６】本発明の実施の形態１および２並びに従来の半導体装置のワイヤボンディング工程前の斜視図
【図７】本発明の実施の形態１および２並びに従来の半導体装置のワイヤボンディング工程前の断面図
【図８】従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図
【図９】従来のワイヤボンディング工程の工程断面図
【符号の説明】
【００９６】
１１ 半導体装置
１２ セラミックパッケージ
１３ 側壁
１４ 段部
１５ ダイパッド
１６ リード
１７ 外部端子
１８ 接着ペースト
１９ 半導体素子
２０ 電極パッド
２１ カバーガラス
２２ 接着剤
２３ キャピラリ
２３ａ キャピラリの上部
２３ｂ キャピラリの下部
２４ ホーン
２５ ねじ
２６ ワイヤ
２７ ワイヤクランパ
２８ トーチ電極
２９ イニシャルボール
３１ キャピラリ
３１ａ キャピラリの上部
３１ｂ キャピラリの下部
３１ｃ 切り欠き面
３２ ホーン
３３ モータの回転軸
３４ ねじ
３５ 軸受
３６ モータの回転子
３７ モータの固定子
３８ 磁気型センサ
３９ 突出部
４０ 中心軸
４１ 押圧部材
４２ ねじりばね
５１ ホーン
５２ モータ
５３ モータの駆動軸
５４ 原動歯車
５５ 揺動体
５６ ねじ
５７ 中心軸
５８ 揺動歯車
５９ 歯板
６０ ガイド枠
６１ ねじりばね
６２ 係止ピン
６３ 係止ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ボウ・ティー・アイ・キャピラリのキャピラリ面の縦軸方向がリードの長軸方向に沿うようにキャピラリを回転させるワイヤボンディング装置が開示されている。具体的には、このワイヤボンディング装置は、キャピラリを選定的にロックするロック機構を備えたキャピラリ取付け用レセプタクルをホーンに設けるとともに、電気モータによって回転するドライブシャフトに従って回転する第２の回転要素に嵌合する第１の回転要素をキャピラリに設け、電気モータの動作時に自動的にロック機構がアンロックされるようにコンピュータ制御を通して同期化した構成であり、ロック機構をロックした状態で半導体素子上の電極パッドに第１ボンドを行った後、ロック機構をアンロックすると同時に電気モータを動作させて、キャピラリ面の縦軸方向がリードの長軸方向に沿うようにキャピラリを回転させ、再度ロック機構をロックして、リードに第２ボンドを行う。
【０００３】
また、例えば特許文献２には、ボンディング面に対してボールを形成する第１ボンド時にはキャピラリを垂直状態に支持し、ワイヤを圧着する第２ボンド時には、ワイヤの張設方向に対して後傾するようにキャピラリを傾斜状態に支持するワイヤボンディング方法が開示されている。この方法によれば、第１ボンドではキャピラリを垂直状態に支持することでボンディングの接着強度を安定させ、第２ボンドではキャピラリを傾斜させることによりボンディング面に対してワイヤをしっかりとキャピラリにて押さえつけることでボンディングの接着強度を安定させることができる。
【０００４】
一方、近年、カメラモジュールに搭載する光デバイスである半導体装置の小型化・薄型化の要求から、ＣＣＤチップやＣＭＯＳチップ等の半導体素子（光学素子）の画素領域を保護するカバーガラスを、半導体素子の上面に直接貼り付けた半導体装置が登場してきている。この半導体装置においては、半導体素子の小型化の要求から、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離を限界まで縮めることが求められている。しかしながら、この半導体装置においては、ワイヤボンディングの際に、キャピラリがカバーガラスに干渉して接続不良が発生することを防ぐ必要があり、従来のワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法では、上記した限界の距離はキャピラリの下部の形状によって決まるため、半導体素子の小型化を図れないという問題があった。
【０００５】
すなわち、従来は、半導体素子の上に別の物体、例えばスタック型のパッケージで別の半導体素子が存在することはあっても、厚さとサイズとの関係で、それがワイヤの接続に影響を及ぼすことはないので、キャピラリと他の物体との干渉を考慮する必要がなかった。そのため、従来のワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法では、電極パッドへの第１ボンド時に、下部が円錐状（ボウ・ティー・アイ・キャピラリも略円錐状である。）のキャピラリを垂直状態に支持して第１ボンドを行うため、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離の限界が、キャピラリの下部の形状（円錐形状）により決まり、その限界を超えては、カバーガラスの端部と電極パッド上のボンディング位置との間の距離を縮めることができない。
【０００６】
図６、７にカメラモジュールに搭載する光デバイスである半導体装置を示す。図６、図７は、それぞれ半導体装置の製造途中のワイヤボンディング工程前の斜視図、断面図である。
【０００７】
図６、図７に示すように、半導体装置１１は、上部が開放した容器型のセラミックパッケージ（支持体）１２を有する。セラミックパッケージ１２は、側壁１３のうち対向する一対の側壁１３が底部から突出し、他の対向する一対の側壁１３が、底部より一段高い段部１４から突出している。また、底部の上面（内面）は平坦であり、ダイパッド１５となっている。また、ダイパッド１５の両側の段部１４の上面も平坦であり、それぞれ複数のリード（電極）１６が等ピッチで列状に設けられている。リード１６には、ワイヤボンディングの第２ボンドが行われる。また、セラミックパッケージ１２の裏面には、複数の外部端子１７が等ピッチで設けられている。
【０００８】
セラミックパッケージ１２は、素材の層を複数積み重ねて焼結することで作製される。リード１６や外部端子１７は、素材の層に金属ペーストが印刷されて形成されており、リード１６と外部端子１７とは、側面（側壁１３の外面）を通して電気的に接続されている。
【０００９】
以上のような構成のセラミックパッケージ１２のダイパッド１５に、接着ペースト１８によりＣＣＤチップやＣＭＯＳチップ等の半導体素子（光学素子）１９が接着されている。半導体素子１９の形状は直方体であり、上面の中央部が画素領域となっている。また、半導体素子１９の上面の対向する一対の辺の近くには、それぞれワイヤボンディングの第１ボンドが行われる複数の電極パッド２０が列状に設けられている。
【００１０】
さらに、半導体素子１９の上面には、光透過性の蓋体であるカバーガラス２１が接着剤２２により直接貼り付けられている。このカバーガラス２１は、半導体素子１９の保護、および、半導体素子１９に設けられた画素領域に対して光を透過させる役割を持っている。このようにカバーガラス２１を半導体素子１９上に直接貼り付けることで、半導体装置の薄型化を図ることができる。カバーガラス２１の外形サイズ（面積）は、半導体素子１９の外形サイズより一回り小さいものの、半導体素子１９の中央部に設けられた画素領域を最大限に大きくできるよう、端部が電極パッド２０に近付いている。
【００１１】
続いて、図８を用いて、従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分に関して説明する。図８は、従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のＸＹテーブル（図示せず）に載っており、ＸＹテーブルによりキャピラリ２３が第１、第２ボンディング位置へ移動される。
【００１２】
キャピラリ２３に超音波振動を伝えるホーン２４は、その先端が、ねじ２５によりキャピラリ２３を取り付ける構造となっており、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ２３を第１、第２ボンディング面（電極パッド２０、リード１６）に押し付ける荷重を負荷する。
【００１３】
キャピラリ２３は、中心軸に対して回転対称な筒形状をしており、その中にワイヤ２６が通されている。また、キャピラリ２３の上部２３ａは円柱状、下部２３ｂは円錐状をしており、下部２３ｂの先端面（キャピラリ面）は、円形状をしている。
【００１４】
ワイヤクランパ２７は、ホーン２４の上部にキャピラリ２３と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動の可否を制御する。また、トーチ電極２８は、キャピラリ２３の周辺部に設けられており、イニシャルボール２９を形成するために、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に放電を行う。
【００１５】
続いて、図９を用いて、図６、７に示す半導体装置（光デバイス）に対する従来のワイヤボンディング方法について説明する。図９（ａ）はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図９（ｂ）はパッド接続時（第１ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図９（ｃ）はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図９（ｄ）はリード接続時（第２ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図９（ｅ）はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図９では、ヘッド部分のうち、キャピラリ２３とワイヤクランパ２７のみを示す。また、図９に示す方向は、ワイヤクランパ２７を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス２１が直接貼り付けられた半導体素子１９が実装されたセラミックパッケージ１２を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
【００１６】
まず、図９（ａ）に示すように、ワイヤクランパ２７が閉じた状態で、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に、トーチ電極２８からの放電によりイニシャルボール２９を形成する。
【００１７】
次に、図９（ｂ）に示すように、ワイヤクランパ２７を開き、イニシャルボール２９を半導体素子１９の電極パッド（第１ボンディング面）２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の一端を電極パッド２０に接合する第１ボンドを行う。このときのキャピラリ２３の姿勢は、ほぼ垂直となっている。
【００１８】
その後、図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、キャピラリ２３はワイヤ２６を繰り出しながら設定した経路を上昇し、最上点まで達した後、ワイヤ２６の他端の接続先であるリード１６へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループを形成する。その後、ワイヤ２６の他端を、セラミックパッケージ１２の内面に形成されているリード（第２ボンディング面）１６に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の他端をリード１６に接合する第２ボンドを行う。このときのキャピラリ２３の姿勢もほぼ垂直となっている。
【００１９】
その後、図９（ｅ）に示すように、キャピラリ２３は上昇し、その途中からワイヤクランパ２７を閉じることで、ワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動を不可として、ワイヤ２６を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ２３の先端からワイヤ２６の先端が出た状態となる。そして、再度、イニシャルボール２９を形成し、以上説明した方法で半導体素子１９の次の電極パッド２０とセラミックパッケージ１２の次のリード１６とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。
【００２０】
以上のように、従来のワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置では、上面にカバーガラスが直接貼り付けられた半導体素子上の電極パッドに第１ボンドを行う際に、キャピラリの姿勢を電極パッド（第１ボンディング面）に対して垂直にするため、上述したように、カバーガラス２１の端部と電極パッド２０上のボンディング位置との間の距離を縮めることができず、半導体素子の小型化を図ることができなかった。
【特許文献１】特開平１０−２５６２９５号公報
【特許文献２】実公平６−２５００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑み、上面にカバーガラスが直接貼り付けられたＣＣＤチップ等の半導体素子上の電極パッドに第１ボンドを行う際に、障害物であるカバーガラスの端面に対向するキャピラリの側面が、略平坦な電極パッド（第１ボンディング面）に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することにより、半導体素子の小型化を図ることができるワイヤボンディング方法および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】
【００２２】
本発明の請求項１記載のワイヤボンディング方法は、第１ボンドに際し、第１ボンディング位置の近傍に存在する第１の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第１ボンディング面に対して、前記第１の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載のワイヤボンディング方法は、請求項１記載のワイヤボンディング方法であって、第１ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第１の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第１の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第１ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載のワイヤボンディング方法は、請求項２記載のワイヤボンディング方法であって、さらに、第２ボンドに際し、第２ボンディング位置の近傍に存在する第２の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第２ボンディング面に対して、前記第２の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載のワイヤボンディング方法は、請求項３記載のワイヤボンディング方法であって、第２ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第２の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第２の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第２ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項５記載のワイヤボンディング装置は、キャピラリと、前記キャピラリに超音波振動を伝えるホーンと、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向する前記キャピラリの側面が、ボンディング面に対して、前記障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるように前記キャピラリを支持する機構と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の請求項６記載のワイヤボンディング装置は、請求項５記載のワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリはその側部の一部が除去された形状を有し、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの除去された部分の面が前記障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させる回転機構を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の請求項７記載のワイヤボンディング装置は、請求項６記載のワイヤボンディング装置であって、前記回転機構は、前記ホーンに固定されたモータの固定子と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられて前記固定子に対して回転するモータの回転子と、前記回転子の回転位相を検出する位相検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の請求項８記載のワイヤボンディング装置は、請求項５記載のワイヤボンディング装置であって、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの上部が前記障害物から遠ざかるように前記キャピラリを傾斜させる傾斜機構を備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の請求項９記載のワイヤボンディング装置は、請求項８記載のワイヤボンディング装置であって、前記傾斜機構は、モータと、前記モータの駆動軸に固定された第１歯車と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられた揺動体と、前記揺動体に固定された第２歯車と、前記第１歯車および前記第２歯車に嵌合するとともに、前記ホーンの一部に摺動自在に係合する歯板と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の好ましい形態によれば、ボンディング位置の近傍に障害物が存在する場合であっても、その障害物とボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化、並びに半導体装置の小型化に寄与することができる。
【００３２】
また、キャピラリの一部を除去しても、キャピラリを回転することにより、第２ボンドの際は常にキャピラリの非除去部側でワイヤを押さえることができるため、ワイヤを押さえる面積が少なくなることはなく、良好な接合を行うことができる。
【００３３】
また、モータの回転子にキャピラリの取り付け部を設けることで、モータを回転させるだけでキャピラリを回転させることができ、キャピラリの回転をアンロック、ロックさせる制御は不要となる。さらに、同じ回転位相におけるキャピラリの回転角度の再現性が良好となる。また、回転動作を行うための必要動作が少なくなり時間の短縮化が図れる。また、伝達部品の介在なしでキャピラリを回転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置について説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のＸＹテーブル（図示せず）に載っており、ＸＹテーブルによりキャピラリ３１が第１、第２ボンディング位置へ移動される。
【００３５】
図１に示すように、キャピラリ３１は筒形状をしており、その中にワイヤ２６が通される。また、キャピラリ３１は、その上部３１ａが中心軸に対して回転対称な円柱状をしているのに対し、下部３１ｂは、その側部の一部が除去された形状をしている。具体的には、円錐形状の一部が除去された形状をしている。この除去された部分の面（切り欠き面）３１ｃを、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向させることで、その障害物にキャピラリをより近づけることが可能となる。
【００３６】
また、キャピラリ３１に超音波振動を伝えるホーン３２は、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ３１を第１、第２ボンディング面に押し付ける荷重を負荷する。
【００３７】
また、ワイヤクランパ２７は、ホーン３２の上部にキャピラリ３１と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ２６のキャピラリ３１に対する相対移動の可否を制御する。
【００３８】
また、トーチ電極２８は、キャピラリ３１の周辺部に設けられており、イニシャルボール２９を形成するために、キャピラリ３１の先端から出ているワイヤ２６の先端に放電を行う。
【００３９】
本実施の形態１では、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、ボンディング面に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持する機構として、キャピラリ３１の切り欠き面３１ｃが障害物の端面に対向するようにキャピラリ３１を回転させる回転機構を備える。以下、この回転機構について説明する。
【００４０】
この回転機構は、ホーン３２の先端に形成されたモータの回転軸３３の一端にキャピラリ３１の取り付け部を設け、その回転軸に設けられたモータの回転子３６が、ホーン３２に固定されたモータの固定子３７に対して回転することで、キャピラリ３１を回転させる構成となっている。
【００４１】
具体的には、回転軸３３は、その中央部が中空となっており、その中にワイヤ２６が通される。また、回転軸３３の下端はねじ３４によりキャピラリ３１を取り付ける構造となっており、ワイヤ２６は、回転軸３３の中を経由してキャピラリ３１の先端から一端が出るよう通される。キャピラリ３１のように軸対称でないものを取り付ける際には、ねじ３４を目印にして取り付けるのがよい。
【００４２】
また、回転軸３３には、その円周方向に極性が交互に異なる永久磁石が一体的に設けられており、モータの回転子３６となっている。回転軸３３は、上部と下部の２箇所で、ホーン３２に設けた軸受３５により支持されている。この構造により、回転軸３３および回転子３６は、ホーン３２に回転自在に支持される。
【００４３】
また、ホーン３２には回転子３６に対向する複数のコイルが設けられており、固定子３７となっている。このコイルに選択的に電流を流すことにより、回転子３６である永久磁石との間に吸引力、反発力を生じさせて、回転軸３３とそれに固定されたキャピラリ３１を回転させることができる。
【００４４】
また、ホーン３２には、固定子３７の近傍に、回転子３６の回転位相を検出する位相検出手段である磁気型センサ３８が複数設けられている。磁気型センサ３８は、回転子３６の回転位相に応じて信号を出す。この信号を処理することで回転子３６の回転位相を検出できる。
【００４５】
また、ホーン３２に一体形成された２つの突出部３９により回転軸３３と平行に支持されている中心軸４０には、その中心軸４０を軸心として回転可能な押圧部材４１が係合しており、中心軸４０に装着されているねじりばね４２により押圧部材４１が回転軸３３を一方向に押すことで、回転軸３３と軸受３５との間の円周方向のあそびをなくしている。これにより、同じ回転位相におけるキャピラリの回転角度の再現性が良好となる。また、ボンディングの際に超音波を効率よくキャピラリ３１に伝達することができる。
【００４６】
この構造は、ダイレクトドライブ方式であり、ホーン３２の先端に形成されたモータを回転させることで、同軸に取り付けられたキャピラリ３１を、がたつきが生じることなく、回転させることができる。
【００４７】
続いて、図２を用いて、本実施の形態１におけるワイヤボンディング方法について、図６、７に示す半導体装置（光デバイス）１１に対するワイヤボンディングを例に説明する。図２（ａ）はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図２（ｂ）はパッド接続時（第１ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図２（ｃ）はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図２（ｄ）はリード接続時（第２ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図２（ｅ）はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図２では、ヘッド部分のうち、キャピラリ３１とワイヤクランパ２７のみを示す。また、図２に示す方向は、ワイヤクランパ２７を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス２１が直接貼り付けられた半導体素子１９が実装されたセラミックパッケージ１２を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
【００４８】
この半導体装置１１では、第１ボンドに際し、半導体素子１９の電極パッド２０の近傍に存在するカバーガラス２１が、ワイヤボンディングの障害物（第１の障害物）となる。カバーガラス２１の端面は、略平坦な電極パッド２０に対して略直角であるので、カバーガラス２１の端面に対向するキャピラリ３１の側面が電極パッド２０に対して略直角となるように、キャピラリ３１の下部３１ｂの除去された部分の面（切り欠き面３１ｃ）を予めカバーガラス２１側に向けておく。
【００４９】
このように、キャピラリ３１の切り欠き面を半導体素子１９（カバーガラス２１）側に向け、図２（ａ）に示すように、ワイヤクランパ２７が閉じた状態で、キャピラリ３１の先端から出ているワイヤ２６の先端に、トーチ電極２８からの放電によりイニシャルボール２９を形成する。
【００５０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ワイヤクランパ２７を開き、イニシャルボール２９を半導体素子１９の電極パッド（第１ボンディング面）２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の一端を電極パッド２０に接合する第１ボンドを行う。このとき、キャピラリ３１を略垂直に支持して、キャピラリ３１の切り欠き面とカバーガラス２１の端面を略平行にする。このようにすれば、キャピラリ３１は、カバーガラス２１と干渉を起こすことなく、カバーガラス２１により近付くことが可能となる。ここでは、側部を一部で除去したキャピラリ３１を使用しているが、第１ボンドの良否に大きく関係するのは、キャピラリ３１の先端面（キャピラリ面）の形状であり、側部の形状や、キャピラリの回転角度はほとんど影響しない。
【００５１】
その後、図２（ｃ）に示すように、キャピラリ３１はワイヤ２６を繰り出しながら設定した経路を最上点まで上昇する。この半導体装置１１では、第２ボンドに際し、セラミックパッケージ１２のリード１６の近傍に存在するセラミックパッケージ１２の側壁１３が、ワイヤボンディングの障害物（第２の障害物）となる。側壁１３の端面は、略平坦なリード１６に対して略直角であるので、側壁１３に対向するキャピラリ３１の側面がリード１６に対して略直角となるように、キャピラリ３１が最上点に達した時点で、ホーン３２の先端に形成されているモータを回転させてキャピラリ３１を約１８０度回転させ、キャピラリ３１の切り欠き面を側壁１３側に向ける。
【００５２】
このようにキャピラリ３１を回転させても、キャピラリ３１の内周面とワイヤ２６との間には隙間があるため、単にキャピラリ３１が回転するのみで、ワイヤ２６にねじり等の悪影響を及ぼすことはない。
【００５３】
キャピラリ３１の回転終了後、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、キャピラリ３１がワイヤ２６の他端の接続先であるリード１６へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループが形成される。その後、ワイヤ２６の他端を、セラミックパッケージ１２の内面に形成されているリード（第２ボンディング面）１６に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の他端をリード１６に接合する第２ボンドを行う。このとき、キャピラリ３１を略垂直に支持して、キャピラリ３１の切り欠き面と側壁１３を略平行にする。このようにすれば、キャピラリ３１は、側壁１３と干渉を起こすことなく、側壁１３により近付くことが可能となる。
【００５４】
また、このとき、キャピラリ３１の切り欠き面は、ワイヤ２６のループ側とは逆の方向を向いており、ワイヤ２６を押さえるのはキャピラリ３１の非除去部側となる。ここで、図３を用いて、キャピラリ３１の回転角度と第２ボンドとの関係について説明する。図３（ａ）にはキャピラリの非除去部側でワイヤを押さえた場合の第２ボンドの状態を示し、図３（ｂ）にはキャピラリの一部除去部側でワイヤを押さえた場合の第２ボンドの状態を示す。ともに、キャピラリ３１は先端近くの断面より下を示しており、キャピラリ３１の中に通されているワイヤ２６は描いていない。
【００５５】
側部を一部で除去したキャピラリ３１を使用しても、非除去部側でワイヤを押さえれば、図３（ａ）に示すような第２ボンドの状態となり問題は生じない。しかし、一部除去部側でワイヤを押さえた場合、キャピラリ３１の先端面でワイヤに荷重をかけることができても、先端面に隣接する側部は除去されており、側部でワイヤに加重をかけることができず、図３（ｂ）に示すような第２ボンドの状態となり、接合が行われる面積が減り、ボンディングが不安定となる。
【００５６】
第２ボンド後、図２（ｅ）に示すように、キャピラリ３１は上昇し、その途中からワイヤクランパ２７を閉じることで、ワイヤ２６のキャピラリ３１に対する相対移動を不可として、ワイヤ２６を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ３１の先端からワイヤ２６の先端が出た状態となる。
【００５７】
この時点で、ホーン３２の先端に形成されているモータを回転させてキャピラリ３１を約１８０度回転させ、次の第１ボンドに際してキャピラリ３１の切り欠き面がカバーガラス２１の端面に対向するように、キャピラリ３１の切り欠き面を半導体素子１９（カバーガラス２１）側に向ける。
【００５８】
キャピラリ３１の回転終了後、イニシャルボール２９を形成し、以上説明した方法で半導体素子１９の次の電極パッド２０とセラミックパッケージ１２の次のリード１６とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。なお、辺が変わっても、第１、第２ボンドにおける回転位相が入れ替わるだけでボンディング自体に支障を生じることはない。
【００５９】
このように、本実施の形態１では、電極パッド近傍またはリード近傍にワイヤボンディングに対する障害物が存在する場合であっても、第１、第２ボンド時に、キャピラリ３１の一部除去部側（切り欠き面）を障害物に向けることで、キャピラリ３１を障害物に近づけることが可能となり、障害物と第１、第２ボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化および半導体装置の小型化に寄与することができる。
【００６０】
また、第２ボンドの際に、ワイヤのループ側とは逆の方向にキャピラリ３１の一部除去部側（切り欠き面）を向けることで、ワイヤを押さえる面積が減少することはなく、接合に関して不都合が生じることはない。
【００６１】
なお、本実施の形態１では、キャピラリを約１８０度回転させたが、ボンディング位置の近傍に存在する障害物に、キャピラリの一部除去部側（切り欠き面）を向ければよいので、回転位相は変更可能である。但し、第２ボンド時にワイヤをキャピラリの非除去部側で押さえることができる回転位相にするのが好ましい。
【００６２】
また、第１ボンド後、キャピラリが最上点に達したときに、キャピラリを回転させたが、キャピラリの回転は、第１ボンドと第２ボンドとの間ならどの時点でも、また、移動途中に行ってもよい。同様に、第２ボンド後のキャピラリの回転についても、第２ボンドと第１ボンドとの間に行えばよい。
【００６３】
また、ここでは、カバーガラス２１の端面および側壁が、略平坦な電極パッドおよびリードに対して略直角であるので、垂直に支持されたキャピラリの切り欠き面が電極パッドおよびリードに対して略直角となるようにキャピラリの側部を一部除去した。このように、第１、第２ボンド時にキャピラリの切り欠き面と障害物の端面が略平行となるように、障害物の端面の形状に応じて、キャピラリの側部を一部除去するのが好適である。
【００６４】
また、ここでは半導体素子の上面の４つの周辺部のうち対向する１対の周辺部にのみ電極パッドが形成されている場合について説明したが、無論、半導体素子の上面の４つの周辺部のうち３つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合についても同様に実施できる。
【００６５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置について説明する。図４は本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図である。ヘッド部分は、ワイヤボンディング装置のＸＹテーブル（図示せず）に載っており、ＸＹテーブルによりキャピラリ２３が第１、第２ボンディング位置へ移動される。
【００６６】
キャピラリ２３は、中心軸に対して回転対称な筒形状をしており、その中にワイヤ２６が通されている。また、キャピラリ２３の上部２３ａは円柱状、下部２３ｂは円錐状をしており、下部２３ｂの先端面（キャピラリ面）は、円形状をしている。
【００６７】
また、キャピラリ２３に超音波振動を伝えるホーン５１は、ボンディングする際に上下方向に駆動して、キャピラリ２３を第１、第２ボンディング面に押し付ける荷重を負荷する。
【００６８】
ワイヤクランパ２７は、ホーン５１の上部にキャピラリ２３と一体的に動作するよう設けられており、開閉によりワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動の可否を制御する。
【００６９】
また、トーチ電極２８は、キャピラリ２３の周辺部に設けられており、イニシャルボール２９を形成するために、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に放電を行う。
【００７０】
本実施の形態２では、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、ボンディング面に対して、その障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持する機構として、キャピラリ２３の上部２３ａが障害物から遠ざかるようにキャピラリ２３を傾斜させる傾斜機構を備える。以下、この傾斜機構について説明する。
【００７１】
この傾斜機構は、モータ５２と、モータ５２の駆動軸５３に固定された原動歯車（第１歯車）５４と、一端にキャピラリ２３の取り付け部が設けられた揺動体５５と、揺動体５５に固定された揺動歯車（第２歯車）５８と、原動歯車５４および揺動歯車５８に嵌合するとともに、ホーン５１の一部に摺動自在に係合する歯板５９と、を備える。
【００７２】
具体的には、揺動体５５は、ホーン５１の両側に設けられた左右一対の中心軸５７に、その中心軸５７を軸心として回転可能に取り付けられている。また、揺動体５５の下端はねじ５６によりキャピラリ２３を取り付ける構造となっている。また、揺動体５５には、片側にのみ一体的に、中心軸５７を軸心とする揺動歯車５８が設けられている。
【００７３】
また、ホーン５１には、モータ５２が取り付けられており、その駆動軸５３には原動歯車５４が固定されている。また、ホーン５１には、揺動歯車５８側の側面にガイド枠６０が２つ設けられており、このガイド枠６０に、原動歯車５４および揺動歯車５８に嵌合する歯部を有する歯板５９が摺動自在に係合している。
【００７４】
以上の構造により、モータ５２を回転させることで、原動歯車５４、歯板５９、揺動歯車５８の順に駆動され、揺動体５５の傾斜角度が変化する。また、モータ５２の回転方向を変えれば、揺動体５５は左右一対の中心軸５７の回りに逆回転する。これにより、モータ５２を両方向に回転させることで、揺動体５５の先端に付いたキャピラリ２３を揺動させることができる。
【００７５】
また、中心軸５７にはねじりばね６１が装着されており、一方の腕がホーン５１に設けられた係止ピン６２に係止し、他方の腕が揺動体５５に設けられた係止ピン６３に係止しており、このねじりばね６１が揺動体５５を一方向に押して揺動歯車５８と歯板５９との間のあそびをなくしている。これにより、同じ回転位相におけるキャピラリの揺動角度の再現性が良好となる。また、ボンディングの際に、超音波を効率よくキャピラリ２３に伝達することができる。
【００７６】
続いて、図５を用いて、本実施の形態２におけるワイヤボンディング方法について、前記した実施の形態１と同様に、図６、７に示す半導体装置（光デバイス）１１に対するワイヤボンディングを例に説明する。
【００７７】
図５（ａ）はパッド接続前のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図５（ｂ）はパッド接続時（第１ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図５（ｃ）はパッド接続後のキャピラリの最上点での状態を表す工程図、図５（ｄ）はリード接続時（第２ボンド時）のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図、図５（ｅ）はリード接続後のキャピラリおよび半導体装置の状態を表す工程図である。この図５では、ヘッド部分のうち、キャピラリ２３とワイヤクランパ２７のみを示す。また、図５に示す方向は、ワイヤクランパ２７を横から見る方向であり、その開閉を図示できない方向であるが、説明のために開閉を示している。ワイヤボンディングは、上面にカバーガラス２１が直接貼り付けられた半導体素子１９が実装されたセラミックパッケージ１２を、ワイヤボンディング装置上で押圧して固定するとともに加熱した状態で行う。
【００７８】
まず、カバーガラス２１の端面が電極パッド２０に対して略直角であるので、第１ボンドに際して、カバーガラス２１の端面に対向するキャピラリ２３の側面が、電極パッド２０に対して略直角（所定の角度）となるように、キャピラリ２３の上部がカバーガラス２１から遠ざかる方向へ傾斜させた状態でキャピラリ２３を支持し、図５（ａ）に示すように、ワイヤクランパ２７が閉じた状態で、キャピラリ２３の先端から出ているワイヤ２６の先端に、トーチ電極２８からの放電によりイニシャルボール２９を形成する。
【００７９】
次に、図５（ｂ）に示すように、ワイヤクランパ２７を開き、イニシャルボール２９を半導体素子１９の電極パッド（第１ボンディング面）２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の一端を電極パッド２０に接合する第１ボンドを行う。
【００８０】
このとき、キャピラリ２３は、その上部２３ａがカバーガラス２１から遠ざかる方向に傾斜しており、キャピラリ２３のカバーガラス２１側の側面とカバーガラス２１の端面が略平行となっている。このようにすれば、キャピラリ２３は、カバーガラス２１と干渉を起こすことなく、カバーガラス２１により近付くことが可能となる。また、キャピラリ２３を傾斜させているものの第１ボンドはボール接合であるため、傾斜に対する許容度が大きく、接合に関して特に問題が生じることはない。
【００８１】
その後、図５（ｃ）に示すように、キャピラリ２３はワイヤ２６を繰り出しながら設定した経路を最上点まで上昇する。このワイヤ２６の繰り出しにおいては、ワイヤ２６とキャピラリ２３とのなす角度が大きくなるが、それによる摺動抵抗の増加はわずかであり問題が生じることはない。このことは以降の動作についても同じである。
【００８２】
キャピラリ２３が最上点に達すると、セラミックパッケージ１２の側壁１３がリード１６に対して略直角であるので、第２ボンドに際して、側壁１３に対向するキャピラリ２３の側面がリード１６に対して略直角（所定の角度）となるように、キャピラリ２３の上部が側壁１３から遠ざかる方向にモータ５２を回転させてキャピラリ２３を傾斜させる。また、それと同時にキャピラリ２３の先端の位置が変わらないようにヘッド部分が載ったＸＹテーブルを駆動する。この二つの動作により、ワイヤ２６を無理に引っ張ることなく、キャピラリ２３の傾斜方向を変更することができる。なお、このキャピラリ２３の傾斜方向の変更は、キャピラリ２３を上昇させた位置で行っているので、キャピラリ２３と他の物体との間で干渉が生じることはない。
【００８３】
次に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、キャピラリ２３がワイヤ２６の他端の接続先であるリード１６へ向けて円弧状の下降動作を行うことでループが形成される。その後、ワイヤ２６の他端を、セラミックパッケージ１２の内面に形成されているリード（第２ボンディング面）１６に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ２６の他端をリード１６に接合する第２ボンドを行う。
【００８４】
このとき、キャピラリ２３は、その上部２３ａが側壁１３から遠ざかる方向に傾斜しており、キャピラリ２３の側壁１３側の側面と側壁１３が略平行となっている。このようにすれば、キャピラリ２３は、側壁１３と干渉を起こすことなく、側壁１３により近付くことが可能となる。また、キャピラリ２３は、ワイヤ２６のループ側に傾斜しているので、ワイヤ２６をより強く押さえることができ、より良好な接合を行うことができる。
【００８５】
第２ボンド後、図５（ｅ）に示すように、キャピラリ２３は上昇し、その途中からワイヤクランパ２７を閉じることで、ワイヤ２６のキャピラリ２３に対する相対移動を不可として、ワイヤ２６を引きちぎる。これにより、最初と同じ、キャピラリ２３の先端からワイヤ２６の先端が出た状態となる。
【００８６】
この時点で、次の第１ボンドに際して、カバーガラス２１に対向するキャピラリ２３の側面が電極パッド２０に対して略直角（所定の角度）となるように、キャピラリ２３の上部がカバーガラス２１から遠ざかる方向にモータ５２を回転させてキャピラリ２３を傾斜させる。また、それと同時にキャピラリ２３の先端の位置が変わらないようにヘッド部分が載ったＸＹテーブルを駆動する。この二つの動作により、キャピラリ２３の傾斜方向を変更することができる。なお、このキャピラリ２３の傾斜方向の変更は、キャピラリ２３を上昇させた位置で行っているので、キャピラリ２３と他の物体との間で干渉が生じることはない。
【００８７】
モータ５２の回転終了後、イニシャルボール２９を形成し、以上説明した方法で半導体素子１９の次の電極パッド２０とセラミックパッケージ１２の次のリード１６とを接続する。以上の動作を所定のワイヤ本数分繰返して、ワイヤボンディング工程を終了する。なお、辺が変わっても、第１、第２ボンドにおける傾斜方向が入れ替わるだけでボンディング自体に支障を生じることはない。
【００８８】
このように、本実施の形態２では、電極パッド近傍またはリード近傍にワイヤボンディングに対する障害物が存在する場合であっても、第１、第２ボンド時に、キャピラリの上部が障害物から遠ざかる方向にキャピラリを傾斜させることで、干渉が先に起きるキャピラリの上部を逃がすことができ、キャピラリを障害物に近づけることが可能となる。よって、障害物と第１、第２ボンディング位置との間の距離を小さくすることができ、半導体素子の小型化および半導体装置の小型化に寄与することができる。また、第２ボンド時に、ワイヤのループ側にキャピラリを傾斜させているので、確実な接合を実現することができる。
【００８９】
なお、ここでは、障害物の端面に対向するキャピラリの側面をボンディング面に対して略垂直にしたが、キャピラリの傾斜角度は、接合において問題が起きず、且つ障害物との干渉が起きない範囲で任意に設定可能である。また、傾斜角度は、第１ボンドと第２ボンドで同じであってもよいし違ってもよい。
【００９０】
また、第１ボンド後、キャピラリが最上点に達したときに、キャピラリの傾斜方向を変更したが、これに限らず、第１ボンドと第２ボンドとの間なら、キャピラリが他の物体と干渉を起こさない限り、どの時点で行ってもよい。また、移動途中に、第１ボンディング位置から第２ボンディング位置へキャピラリを移動させるＸＹテーブルの動作と融合させながら、キャピラリの傾斜方向を変更してもよい。同様に、第２ボンド後のキャピラリの傾斜方向の変更についても、第２ボンドと第１ボンドとの間に行えばよい。また、キャピラリを常に傾斜させておく必要はなく、一連の動作の中で姿勢をほぼ垂直とする区間を設けてもよい。
【００９１】
また、ここでは半導体素子の上面の４つの周辺部のうち対向する１対の周辺部にのみ電極パッドが形成されている場合について説明したが、無論、半導体素子の上面の４つの周辺部のうち３つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合についても同様に実施できる。
【００９２】
また、図４にはキャピラリを傾斜させる機構として１軸の揺動機構を示したが、半導体素子の上面の４つの周辺部のうち３つの周辺部または全ての周辺部に電極パッドが形成されている場合には、同様の機構を方向を変えてさらに設けて軸数を増やしてよいし、ホーンとキャピラリとを全方向に傾斜可能なボールジョイントでつなぎ、傾き方向と角度を制御するようにしてもよい。キャピラリを傾斜させる機構は、第１、第２ボンド時にキャピラリの上部が障害物から遠ざかるようにキャピラリの傾斜方向を変更できればよく、図４に示す機構に限るものではない。
【００９３】
なお、上記した実施の形態１、２では、下部の基本形状が円錐形のキャピラリを用いたが、より先端を細くしたボトルネック型のキャピラリを用いてもよい。また、セラミックパッケージを用いた半導体装置を例に説明したが、セラミックパッケージに限らず、他のパッケージを用いた半導体装置であってもよい。また、キャピラリと干渉する可能性のある障害物として、半導体素子上に直接貼り付けられたカバーガラスとセラミックパッケージの側壁を例に説明したが、無論、障害物はこれに限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明にかかるワイヤボンディング方法およびワイヤボンディング装置は、半導体素子の電極パッド近傍に障害物が存在する場合であっても、その障害物とキャピラリとの干渉を起こさずに、障害物と第１ボンディング位置との間の距離を縮めることができ、半導体素子の小型化、並びに半導体装置の小型化を図ることができ、ＣＣＤチップやＣＭＯＳチップを実装したパッケージの製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるワイヤボンディング工程の工程断面図
【図３】本発明の実施の形態１における第２ボンドを説明するための図
【図４】本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図
【図５】本発明の実施の形態２におけるワイヤボンディング工程の工程断面図
【図６】本発明の実施の形態１および２並びに従来の半導体装置のワイヤボンディング工程前の斜視図
【図７】本発明の実施の形態１および２並びに従来の半導体装置のワイヤボンディング工程前の断面図
【図８】従来のワイヤボンディング装置のヘッド部分の斜視図
【図９】従来のワイヤボンディング工程の工程断面図
【符号の説明】
【００９６】
１１ 半導体装置
１２ セラミックパッケージ
１３ 側壁
１４ 段部
１５ ダイパッド
１６ リード
１７ 外部端子
１８ 接着ペースト
１９ 半導体素子
２０ 電極パッド
２１ カバーガラス
２２ 接着剤
２３ キャピラリ
２３ａ キャピラリの上部
２３ｂ キャピラリの下部
２４ ホーン
２５ ねじ
２６ ワイヤ
２７ ワイヤクランパ
２８ トーチ電極
２９ イニシャルボール
３１ キャピラリ
３１ａ キャピラリの上部
３１ｂ キャピラリの下部
３１ｃ 切り欠き面
３２ ホーン
３３ モータの回転軸
３４ ねじ
３５ 軸受
３６ モータの回転子
３７ モータの固定子
３８ 磁気型センサ
３９ 突出部
４０ 中心軸
４１ 押圧部材
４２ ねじりばね
５１ ホーン
５２ モータ
５３ モータの駆動軸
５４ 原動歯車
５５ 揺動体
５６ ねじ
５７ 中心軸
５８ 揺動歯車
５９ 歯板
６０ ガイド枠
６１ ねじりばね
６２ 係止ピン
６３ 係止ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ボンドに際し、第１ボンディング位置の近傍に存在する第１の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第１ボンディング面に対して、前記第１の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
第１ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第１の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第１の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第１ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
請求項２記載のワイヤボンディング方法であって、さらに、第２ボンドに際し、第２ボンディング位置の近傍に存在する第２の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第２ボンディング面に対して、前記第２の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項４】
第２ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第２の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第２の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第２ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディング方法。
【請求項５】
キャピラリと、前記キャピラリに超音波振動を伝えるホーンと、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向する前記キャピラリの側面が、ボンディング面に対して、前記障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるように前記キャピラリを支持する機構と、を備えることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項６】
前記キャピラリはその側部の一部が除去された形状を有し、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの除去された部分の面が前記障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項５記載のワイヤボンディング装置。
【請求項７】
前記回転機構は、前記ホーンに固定されたモータの固定子と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられて前記固定子に対して回転するモータの回転子と、前記回転子の回転位相を検出する位相検出手段と、を備えることを特徴とする請求項６記載のワイヤボンディング装置。
【請求項８】
前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの上部が前記障害物から遠ざかるように前記キャピラリを傾斜させる傾斜機構を備えることを特徴とする請求項５記載のワイヤボンディング装置。
【請求項９】
前記傾斜機構は、モータと、前記モータの駆動軸に固定された第１歯車と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられた揺動体と、前記揺動体に固定された第２歯車と、前記第１歯車および前記第２歯車に嵌合するとともに、前記ホーンの一部に摺動自在に係合する歯板と、を備えることを特徴とする請求項８記載のワイヤボンディング装置。
【請求項１】
第１ボンドに際し、第１ボンディング位置の近傍に存在する第１の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第１ボンディング面に対して、前記第１の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
第１ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第１の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第１の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第１ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング方法。
【請求項３】
請求項２記載のワイヤボンディング方法であって、さらに、第２ボンドに際し、第２ボンディング位置の近傍に存在する第２の障害物の端面に対向するキャピラリの側面が、第２ボンディング面に対して、前記第２の障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるようにキャピラリを支持することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項４】
第２ボンドに際し、側部の一部が除去されたキャピラリのその除去された部分の面が前記第２の障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させるか、または、キャピラリの上部が前記第２の障害物から遠ざかるようにキャピラリを傾斜させて、キャピラリの側面が前記第２ボンディング面に対して所定の角度となるようにすることを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディング方法。
【請求項５】
キャピラリと、前記キャピラリに超音波振動を伝えるホーンと、ボンディング位置の近傍に存在する障害物の端面に対向する前記キャピラリの側面が、ボンディング面に対して、前記障害物の端面の形状に応じた所定の角度となるように前記キャピラリを支持する機構と、を備えることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項６】
前記キャピラリはその側部の一部が除去された形状を有し、前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの除去された部分の面が前記障害物の端面に対向するようにキャピラリを回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項５記載のワイヤボンディング装置。
【請求項７】
前記回転機構は、前記ホーンに固定されたモータの固定子と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられて前記固定子に対して回転するモータの回転子と、前記回転子の回転位相を検出する位相検出手段と、を備えることを特徴とする請求項６記載のワイヤボンディング装置。
【請求項８】
前記キャピラリを支持する機構として、前記キャピラリの上部が前記障害物から遠ざかるように前記キャピラリを傾斜させる傾斜機構を備えることを特徴とする請求項５記載のワイヤボンディング装置。
【請求項９】
前記傾斜機構は、モータと、前記モータの駆動軸に固定された第１歯車と、一端に前記キャピラリの取り付け部が設けられた揺動体と、前記揺動体に固定された第２歯車と、前記第１歯車および前記第２歯車に嵌合するとともに、前記ホーンの一部に摺動自在に係合する歯板と、を備えることを特徴とする請求項８記載のワイヤボンディング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２８８４７３（Ｐ２００８−２８８４７３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３３５７７（Ｐ２００７−１３３５７７）
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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