JP2003023031A - 超音波ワイヤボンディング用共振器 - Google Patents

超音波ワイヤボンディング用共振器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波ホーンをキャピラリーの両側で支持す
ることでボンディングワイヤと電極との接合位置を正確
に維持し、適切な接合を行う。 【解決手段】 超音波ホーン２がキャピラリー３より両
側へ等距離だけ離れた最小振動振幅点に設けられた支持
部分８の取付部分１８を介してボンディングマシンに両
支持に取付けられた状態において、ボンディングワイヤ
９がクランパ２０を経由してワイヤ通路５；１２を経由
して小孔１５より下方に通された後、ボンディングワイ
ヤ９が超音波ホーン２及びキャピラリー３と一緒に下降
され、接合作用部分１３より下方に突出したボンディン
グワイヤ９の先端部分が接合対象に重ね合せられて接合
作用部分１３とで所定の加圧力で挟み付けられ、超音波
ホーン２及びキャピラリー３並びに接合作用部分１３が
超音波振動し、ボンディングワイヤ９の先端部分が接合
対象に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
する際に、超音波でボンディングワイヤの溶接を行う超
音波ボンディングに用いられる共振器に関する。 【０００２】 【従来の技術】図４は従来の半導体装置製造に用いられ
る超音波ボンディングマシンを示し、金線のようなボン
ディングワイヤ１０１がクランパ１０２を経由して超音
波ホーン１０３の先端部分に設けられたキャピラリー１
０４の内部に形成されたワイヤ通路１０５に通された状
態において、キャピラリー１０４の先端部分より下方に
突出したボンディングワイヤ１０１の先端部分を超音波
ホーン１０３及びキャピラリー１０４と一緒に下降させ
て接合対象たる図外の半導体装置やリードフレーム等に
おける電極に重ね合せて電極とキャピラリー１０４とで
挟み付けた後に、超音波ホーン１０３及びキャピラリー
１０４を超音波振動させることで、ボンディングワイヤ
１０１の先端部分を電極に接合する。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例は
キャピラリー１０４を超音波ボンディングマシンに片支
持に取付けられた超音波ホーン１０３の先端部分に設け
た構造であるので、ボンディングワイヤ１０１を電極に
接合する場合の加圧力で、超音波ホーン１０３が超音波
ボンディングマシンに対する支持点を支点として傾くよ
うに撓み、ボンディングワイヤ１０１と電極との接合位
置が微妙に変化し、適切な接合を行うことができなかっ
た。 【０００４】そこで、本発明は、超音波ホーンをキャピ
ラリーの両側で支持することでボンディングワイヤと電
極との接合位置を正確に維持し、適切な接合を行うこと
ができる超音波ボンディング用共振器を提供するもので
ある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明にあっては、超音
波ホーンがボンディングワイヤを通すためのキャピラリ
ーより両側の最小振動振幅点に位置するように設けられ
た支持部分を備えたことより、超音波ホーンが支持部分
を介して図外のボンディングマシンに両支持に取付けら
れるので、ボンディングワイヤの先端部分が接合対象と
キャピラリーとで所定の加圧力で挟み付けられる場合に
おいて、ボンディングワイヤを接合対象に接合する場合
の加圧力で、超音波ホーンがボンディングワイヤと接合
対象との接合位置を中心として撓み、ボンディングワイ
ヤと接合対象との接合位置を正確に維持することがで
き、ボンディングワイヤと接合対象とを適切に接合する
ことができる。キャピラリーを中心として超音波ホーン
がボンディングマシンに両支持に取付けられるので、接
合時にキャピラリーからボンディングワイヤに加わる加
圧力が左右でバランスの取れた状態となることから、ボ
ンディングワイヤとして細線は勿論のこと太線や高分子
材料で被覆されたワイヤも使用することが可能となる。 【０００６】 【発明の実施の形態】図１〜図３は一実施形態であっ
て、図１は共振器１を横方向に切断した断面を示し、図
２はキャピラリー３の先端部分の断面を示し、図３は共
振器１の上面を示す。 【０００７】図１を参照し、実施形態における共振器１
の主要な部分について説明する。共振器１は超音波ホー
ン２とキャピラリー３とを備える。超音波ホーン２は振
動子４から伝達された超音波振動の共振周波数の少なく
とも１波長の長さ（最大振動振幅点ｆ１から最大振動振
幅点ｆ５までの長さ）を有する棒状であって、アルミニ
ウム又はチタンのような合金又は焼入れされた鉄等のよ
うな音響特性の良い素材により、ワイヤ通路５とキャピ
ラリー結合部分６と部品結合部分７及び図３に示す支持
部分８を備えた単一ボディとして形成される。ワイヤ通
路５はボンディングワイヤ９を通すために超音波ホーン
２の最大振動振幅点ｆ３に位置するように形成された貫
通孔である。キャピラリー結合部分６はワイヤ通路５の
一端部分に同軸状に形成された雌ねじが形成されたねじ
孔である。部品結合部分７は超音波ホーン２に振動子４
又は図外のブースタを無頭ねじ１０により同軸状に取付
けるための雌ねじが形成されたねじ孔であって、超音波
ホーン２の最大振動振幅点ｆ１；ｆ５が存在する左右端
面の中央に形成される。 【０００８】キャピラリー３はボンディングワイヤ９を
通すために超音波ホーン２の外側面である下面に最大振
動振幅点ｆ３に位置するように設けられる。キャピラリ
ー３はアルミニウム又はチタンのような合金又は焼入れ
された鉄等のような音響特性の良い素材により超音波ホ
ーン２とは別体に形成された直線的な棒状であって、上
部に連結部分１１を備え、内部にワイヤ通路１２を軸心
方向に貫通するように備える。連結部分１１は外周面に
雄ねじを有する。ワイヤ通路１２はドリルのような工具
でキャピラリー３の連結部分１１の上面より下面に向け
て穴あけ加工され、ワイヤ通路１２の下部は図２に示す
ようにドリルの先端形状を反映した上方より下方に行く
に従って徐々に直径が小さくなる円錐形となってキャピ
ラリー３の下面に貫通する。そして、連結部分１１の雄
ねじがキャピラリー結合部分６の雌ねじに締結されるこ
とにより、キャピラリー３は超音波ホーン２に超音波ホ
ーン２の下面より突出するように取付けられる。このよ
うにキャピラリー３が超音波ホーン２に取付けられる
と、キャピラリー３のワイヤ通路１２と超音波ホーン２
のワイヤ通路５とが同軸状に連なる。 【０００９】キャピラリー３の下面にはキャピラリー３
とは別体に形成された板状の接合作用部分１３がろう材
のような接合剤１４で接合される。接合作用部分１３は
ハイス鋼のような超硬鋼を板状に形成したものであっ
て、その板状のまま接合剤でキャピラリー３の外側面に
接合された後、接合作用部分１３には接合作用部分１３
の外側面からキャピラリー３の側に向けて小孔１５が放
電加工やワイヤ加工又はウォーター加工等により形成さ
れた後、接合作用部分１３の外側面が研磨される。小孔
１５はボンディングワイヤ９が通過可能な大きさであっ
て、図２に示すようにキャピラリー３の下面に貫通した
ワイヤ通路１２の開口に同軸状に連なる。 【００１０】図３に示すように、支持部分８はキャピラ
リー３と直交するように最大振動振幅点ｆ３より左右両
側に等距離の最小振動振幅点ｆ２；ｆ４の位置で超音波
ホーン２の前後の外側面に位置しており、超音波ホーン
２に中心線Ｌ２及び最大振動振幅点ｆ３を通り中心線Ｌ
２に直交する中心線Ｌ３を線対象軸とする対称位置に配
置され、かつ、前後左右対象形である。支持部分８は根
元部分１６と中間部分１７と取付部分１８とを備える。
根元部分１６は最小振動振幅点ｆ２；ｆ４の位置で超音
波ホーン２より外側に振動方向Ｘと直交するようにまっ
すぐ突出する厚肉な板状である。中間部分１７は根元部
分１６と取付部分１８とを繋ぐものであって、振動方向
Ｘと平行する方向の薄肉な板状である。取付部分１８は
振動方向Ｘと平行する方向の厚肉な板状である。根元部
分１６と中間部分１７と取付部分１８とよりなるクラン
ク形状は前後左右対象形状であるが、左右同じ向きでも
良い。超音波ホーン２の中間部分１７にはくびれ部１９
を形成したが、くびれ部１９は設けられないこともあ
る。 【００１１】本実施形態の構造によれば、超音波ホーン
２がキャピラリー３より両側へ等距離だけ離れた最小振
動振幅点に位置するように設けられた支持部分８の取付
部分１８を介して図外のボンディングマシンに両支持に
取付けられる。その状態において、図１に示すように、
ボンディングワイヤ９が共振器１とは別に設けられたク
ランパ２０を経由して超音波ホーン２のワイヤ通路５よ
りキャピラリー３のワイヤ通路１２を経由して接合作用
部分１３の小孔１５より下方に通された状態において、
ボンディングワイヤ９が超音波ホーン２及びキャピラリ
ー３と一緒に下降されることにより、接合作用部分１３
の先端より下方に突出したボンディングワイヤ９の先端
部分が接合対象である図外の半導体装置又はリードフレ
ーム等における電極に重ね合せられて電極と接合作用部
分１３とで所定の加圧力で挟み付けられる。 【００１２】特に、超音波ホーン２がキャピラリー３よ
り両側へ等距離だけ離れた最小振動振幅点に位置するよ
うに設けられた支持部分８を有した構造であるので、超
音波ホーン２が支持部分８を介して図外のボンディング
マシンに両支持に取付けられることにより、ボンディン
グワイヤ９の先端部分が接合対象としての電極とキャピ
ラリー３の接合作用部分１３とで所定の加圧力で挟み付
けられる場合において、ボンディングワイヤ９を電極に
接合する場合の加圧力で、超音波ホーン２がボンディン
グワイヤ９と電極との接合位置を中心として撓み、ボン
ディングワイヤ９と電極との接合位置を正確に維持する
ことができる。 【００１３】ボンディングワイヤ９と電極との接合位置
が正確に維持された状態において、振動子４が超音波振
動を発振する。この超音波振動に超音波ホーン２及びキ
ャピラリー３並びに接合作用部分１３が矢印Ｘ方向に共
振し、その共振による超音波振動が接合作用部分１３か
らボンディングワイヤ９の先端部分及び接合対象として
の電極との接触部分に作用し、ボンディングワイヤ９の
先端部分と電極とを適切に接合することができる。 【００１４】実施形態ではボンディングワイヤ９を通す
ために超音波ホーン２とキャピラリー３とに渡ってワイ
ヤ通路５；１２を上下方向に直線的に貫通するように形
成したが、ワイヤ通路５を超音波ホーン２の中間部から
径方向外側に貫通するようにして、ボンディングワイヤ
９を超音波ホーン２の途中から小孔１５に通しても同様
に適用できる。又、超音波ホーン２からワイヤ通路５を
省略し、ワイヤ通路１２をキャピラリー３の中間部から
径方向外側に貫通するように形成して、ボンディングワ
イヤ９をキャピラリー３の途中から小孔１５に通しても
同様に適用できる。接合作用部分１３をキャピラリー３
とは別部材で形成したが同一部材でキャピラリー３と一
体的に形成すれば、接合作用部分１３のキャピラリー３
への接合剤１４での結合は必要ない。
【図面の簡単な説明】 【図１】 実施形態の共振器の内部構造を示す断面図。 【図２】 実施形態のキャピラリー先端部分を示す断面
図。 【図３】 同実施形態の共振器を示す平面図。 【図４】 従来例を示す模式図。 【符号の説明】 １ 共振器 ２ 超音波ホーン ３ キャピラリー ８ 支持部分 ９ ボンディングワイヤ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 超音波ホーンがボンディングワイヤを通
    すためのキャピラリーより両側の最小振動振幅点に位置
    するように設けられた支持部分を備えたことを特徴とす
    る超音波ワイヤボンディング用共振器。
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