JP2003163234A - 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 - Google Patents

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

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wire
capillary
bonded
wire bonding
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潤 野川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤの被接合物への接触検出時にかかる衝
撃荷重を低減させ、微小な圧着ボール形成を安定して高
精度に実現でき、かつボンディング時間の短縮化を図
る。 【解決手段】 ワイヤボンディングアームは、Ｚ軸ベー
ス１に第１の支軸２を介して揺動可能に支持されている
Ｚ駆動軸３と、キャピラリ８を備え、Ｚ駆動軸３の一端
側に第２の支軸５を介して揺動可能に支持された、Ｚ駆
動軸３に比べてイナーシャが小さい低加圧軸６とからな
る。キャピラリ８は、イニシャルボール１３が第１の接
合点１４に接触する寸前高さ位置まではＺ駆動軸３の揺
動により降下し、次いで、Ｚ駆動軸３は保持したままで
低加圧軸６のみを低速で揺動駆動させてさらに下降させ
る。イニシャルボール１３が第１の接合点１４に接触し
た時点で所定の加重および超音波振動を印加して第１の
接合点１４に接合させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被接合物へのワイ
ヤ接触検出時に加わる衝撃荷重を低減し、微小な圧着ボ
ール径による接合を高精度、かつ安定して実現すると共
に高速ボンディングにより高い生産性を実現するワイヤ
ボンディング装置およびワイヤボンディング方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ワイヤボンディング装置は、被接
合対象物の大型化や生産性向上を目的としたボンディン
グエリア拡大の要求に応えるため、ボンディングアーム
を延長して被接合物の搬送・固定機構との干渉を避ける
ような構成が求められる一方で、狭くなる被接合物への
ワイヤ接合部の間隔に対応すべく、圧着部形状の微細化
と高精度が要求されている。
【０００３】ここで、従来のワイヤボンディング装置の
一例の模式的な概略構成図を図５に示す。
【０００４】従来のワイヤボンディング装置は、互いに
直交するＸ、Ｙ方向に駆動する手段を有する不図示のＸ
Ｙテーブルに搭載されたＺ軸ベース１０１と、Ｚ軸ベー
ス１０１に支軸１０２を介して揺動可能に支持されてい
るボンディングアーム１０３と、ボンディングアーム１
０３をＺ軸方向に駆動するためのＶＣＭ（ボイスコイル
モータ）１０４とを有し、ボンディングアーム１０３に
は、金線からなるワイヤ１１１が挿通されるキャピラリ
１０８を備えた超音波ホーン１０９と、ワイヤ１１１を
カットするカットクランプ１１０が設けられている。ボ
ンディングアーム１０３の長さは、被接合物である不図
示の半導体集積回路の搬送・固定機構との干渉を避ける
のに必要な長さを有している。
【０００５】以下に、上述の従来のワイヤボンディング
装置によるワイヤボンディングに関して概略を説明す
る。
【０００６】まず、キャピラリ１０８の下端から出たワ
イヤ１１１の先端にイニシャルボールを形成した後、半
導体集積回路の第１の接合点に接触するまでＶＣＭ１０
４によりボンディングアーム１０３を降下させる。イニ
シャルボールが半導体集積回路に接触する際の接触検知
時には、半導体集積回路に加わる衝撃荷重を低減させる
ために、ボンディングアーム１０３を低速で駆動する。
その後、所定の加重を加えるとともに不図示の超音波発
振器で発生させた超音波振動を超音波ホーン１０９およ
びキャピラリ１０８を介してイニシャルボールに伝え、
ワイヤ１１１を第１の接合点に接合させる。
【０００７】第１の接合点での接合が完了した後、ＶＣ
Ｍ１０４によりボンディングアーム１０３を駆動してキ
ャピラリ１０８を上昇させる。
【０００８】次に、第２の接合点の上空までＸＹテーブ
ルを水平移動させ、第１の接合点側と同様に第２の接合
点にワイヤ１１１を押しつけ接合し、その後、ボンディ
ングアーム１０３を上昇させ、キャピラリ１０８の上方
のワイヤ１１１をカットクランプ１１０で把持して上方
に引っ張ることで、ワイヤ１１１を第２の接合点の付け
根より切断する。
【０００９】以上の工程により、第１の接合点と第２の
接合点とのワイヤボンディングがなされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のワイヤボンディング装置の場合、ボンディングア
ームが延長されることによりボンディングアームのイナ
ーシャが増大する傾向にあり、ワイヤの被接合物への接
触検知時に加わる衝撃荷重で圧着形状および状態が安定
せずボンダビリティが低下する場合があった。すなわ
ち、ボンディングアームのイナーシャが増大すると被接
合物へのワイヤ接触検知時に加わる衝撃荷重が増大し、
第１の接合点においては圧着ボールの形状およびその状
態、第２の接合点においてはワイヤの潰れ形状、および
その状態が安定せずボンダビリティが低下する場合があ
った。
【００１１】また、微小で高精度な接合形状を得るため
には接触検知時の下降速度を落として衝撃荷重を低減す
る必要があり、生産性が犠牲となっていた。
【００１２】そこで、本発明は、ワイヤの被接合物への
接触検出時にかかる衝撃荷重を低減させ、微小な圧着ボ
ール形成を安定して高精度に実現でき、かつボンディン
グ時間の短縮化が図られた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を提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のワイヤボンディング装置は、揺動可能に支
持されているアームの端部に備えられたキャピラリより
導出したワイヤを被接合物に接触させて、前記被接合物
へのワイヤボンディングを行うワイヤボンディング装置
において、前記アームが、第１の支軸に揺動可能に支持
されている第１のアームと、前記第１のアームの一端側
に設けられた第２の支軸に揺動可能に支持され、前記第
１のアームよりもイナーシャが小さく、端部に前記キャ
ピラリを備えている第２のアームとを有することを特徴
とする。
【００１４】上記の通りの本発明のワイヤボンディング
装置は、揺動可能に支持されている第１のアームの一端
側に、キャピラリを備えた第２のアームが揺動可能に支
持されている。この第２のアームのイナーシャは、第１
のアームよりもイナーシャよりも小さいため、被接合物
にワイヤを接触させる際に第２のアームのみを駆動させ
てワイヤボンディングを行うことでワイヤの被接合物へ
の接触検出時にかかる衝撃荷重を低減させることができ
る。このため、アームのイナーシャが大きい場合に比べ
て、ワイヤの被接合物への接触検出時の速度を上げるこ
とができる。
【００１５】また、本発明のワイヤボンディング装置
は、第１のアームを揺動させる第１の駆動手段と、第２
のアームを揺動させる第２の駆動手段とを有するもので
あってもよい。
【００１６】本発明のワイヤボンディング方法は、第１
の支軸に揺動可能に支持されている第１のアームと、前
記第１のアームの一端側に設けられた第２の支軸に揺動
可能に支持され、前記第１のアームよりもイナーシャが
小さく、端部にキャピラリを備えている第２のアームと
を有するアームを備えたワイヤボンディング装置によ
り、前記キャピラリより導出したワイヤを被接合物に接
触させて、ワイヤボンディングを行うワイヤボンディン
グ方法であって、ワイヤが、前記被接合物に接触する寸
前の所定の高さである寸前高さに到達するまで、前記キ
ャピラリが前記被接合物に近接する方向である近接方向
に前記第１のアームを揺動させて、前記キャピラリを前
記被接合物に近接させる工程と、前記寸前高さに位置す
る前記キャピラリを、前記近接方向に前記第２のアーム
を揺動させて、ワイヤが前記寸前高さから前記被接合物
に接触するまで移動させる工程と、前記近接方向に前記
第２のアームを揺動させて、前記被接合物に接触してい
るワイヤを前記被接合物に対して押しつける加圧工程と
を含むことを特徴とする。
【００１７】上記の通りの本発明のワイヤボンディング
方法は、被接合物に接触する寸前高さに到達するまでは
第１のアームを揺動させることでキャピラリを被接合物
に近接させ、その後の、被接合物へのワイヤの接触、お
よびワイヤの加圧は第１のアームよりもイナーシャが小
さい第２のアームにより行う。このため、ワイヤの被接
合物への接触検出時にかかる衝撃荷重を低減させること
ができる。また、アームのイナーシャが大きい場合に比
べて、ワイヤの被接合物への接触検出時の速度を上げる
ことができる。
【００１８】また、本発明のワイヤボンディング方法
は、加圧工程で、ワイヤに超音波振動を印加して、ワイ
ヤを被接合物に対して接合するものであってもよい。
【００１９】さらに、本発明のワイヤボンディング方法
は、被接合物に対してのワイヤの接合を終了した後、キ
ャピラリが被接合物から遠ざかる方向に第２のアームを
揺動させて、キャピラリを寸前高さまで戻す工程を含む
ものであってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００２１】図１に本実施形態のワイヤボンディング装
置の一例の模式的な概略構成図を示す。
【００２２】本実施形態のワイヤボンディング装置は、
互いに直交するＸ、Ｙ方向に駆動する手段を有する不図
示のＸＹテーブルに搭載されたＺ軸ベース１と、Ｚ軸ベ
ース１に第１の支軸２を介して揺動可能に支持されてい
るＺ駆動軸３と、Ｚ駆動軸３をＺ軸方向に駆動するため
の第１のＶＣＭ４と、Ｚ駆動軸３の一端側に第２の支軸
５を介して揺動可能に支持されている低加圧軸６と、低
加圧軸６をＺ駆動軸３に対してＺ軸方向に揺動させる第
２のＶＣＭ７とを有する。また、低加圧軸６は、金線か
らなるワイヤが挿通されるキャピラリ８を備えた超音波
ホーン９と、ワイヤをカットするカットクランプ１０を
有し、Ｚ駆動軸３に比べてイナーシャが小さいものとな
っている。すなわち、本実施形態のワイヤボンディング
装置のボンディングアームは、Ｚ駆動軸３と、Ｚ駆動軸
３の一端側に揺動可能に支持されている、Ｚ駆動軸３よ
りもイナーシャが小さい低加圧軸６とからなる。
【００２３】次に、本実施形態のワイヤボンディング装
置によるワイヤボンディングの方法を、本実施形態のワ
イヤボンディングのフローチャートである図２、Ｚ駆動
軸と低加圧軸との軌跡、およびキャピラリのＺ軌跡の軌
跡を示すグラフである図３、および低加圧軸の揺動を示
すワイヤボンディング装置の概略図である図４を用いて
説明する。なお、図３において、Ｚ駆動軸の軌跡と低加
圧軸と軌跡とが合成されることで生じる本実施形態のキ
ャピラリ先端のＺ軌跡は実線で示しており、比較のため
の従来のワイヤボンディング装置のキャピラリのＺ軌跡
の一例は二点鎖線で示している。また、図３に示すＳ１
〜Ｓ６は、図２のフローチャートに示すステップＳ１〜
ステップＳ６に対応しているタイミングを示しているも
のである。
【００２４】まず、図４（ａ）に示すように、キャピラ
リ８の下端から出たワイヤ１１の先端に、不図示の電気
トーチによりワイヤ１１に放電してイニシャルボール１
３を形成し、イニシャルボール１３の外径が半導体集積
回路１２の第１の接合点１４に接触する寸前高さ位置ま
で、第１のＶＣＭ４によりＺ駆動軸３で降下させ、この
位置でＺ駆動軸３を保持する（ステップＳ１）。
【００２５】次に、図４（ｂ）に示すように、低加圧軸
６を揺動駆動させる第２のＶＣＭ７を駆動し低速で下降
させる（ステップＳ２）。
【００２６】次に、不図示の検出手段にてイニシャルボ
ール１３が第１の接合点１４に接触したことを検出した
タイミングで、所定の加重を加えると共に超音波発振器
で発生した超音波振動を超音波ホーン９およびキャピラ
リ８を介して圧着ボール１３ａに伝え、ワイヤ１１を第
１の接合点１４に接合させる（ステップＳ３）。
【００２７】接合が完了した後、図４（ｃ）に示すよう
に、低加圧軸６、Ｚ駆動軸３の順に駆動してキャピラリ
８を上昇させる（ステップＳ４）。
【００２８】次に、不図示の第２の接合点の上空までＸ
Ｙテーブルを水平移動させ、第１の接合点１４側と同様
に第２の接合点１５にワイヤを押しつけ接合する（ステ
ップＳ５）。
【００２９】その後、低加圧軸６とＺ駆動軸３の順に上
昇させ（ステップＳ６）、キャピラリ８の上方のワイヤ
１１をカットクランプ１０で把持して上方に引っ張るこ
とで、ワイヤ１１を第２の接合点の付け根より切断する
（ステップＳ７）。
【００３０】以上の工程により、第１の接合点１４と第
２の接合点１５とのワイヤボンディングがなされる。
【００３１】図３に示すように、第１の接合点へのイニ
シャルボールの接合において、高精度な接合が要求され
る領域で従来のように１本のＺ駆動軸のみで行うと、微
小で高精度な接合形状を得るためには接触検知時の下降
速度を落として衝撃荷重を低減する必要があるため時間
ｔ2を要する。これに対し、本実施形態では、第１の接
合点１４に接触する寸前高さまではＺ駆動軸３により、
その後の高精度な接合が要求される領域では、Ｚ駆動軸
３よりもイナーシャが小さいため、高精度な制御が可
能、かつ衝撃荷重の低減が可能な低加圧軸６による接合
がなされるため時間ｔ1で済み、時間ｔ2に対してΔｔだ
け時間の短縮を図ることができる。不図示の第２の接合
点での接合においても同様に時間の短縮を図ることがで
きる。
【００３２】なお、本実施形態のワイヤボンディング装
置は、Ｚ駆動軸３をイニシャルボール１３の外径が半導
体集積回路１２の第１の接合点１４に接触する寸前高さ
位置に保持された状態で低加圧軸６が下方に揺動され、
キャピラリ８の先端が半導体集積回路１２の第１の接合
点１４に接した際に、キャピラリ８の長軸が第１の接合
点１４の面に対して鉛直になるようにＸＹテーブルへの
Ｚ軸ベース１の固定位置を調整可能な手段を有している
ものであってもよい。
【００３３】また、本実施形態では、互いに直交する
Ｘ、Ｙ方向に駆動する手段を有する不図示のＸＹテーブ
ルにワイヤボンディング装置を搭載した例を示したが、
Ｚ軸ベースにＸＹ平面内でθ方向に回転する手段を有す
るものであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
被接合物へのワイヤの接触、およびワイヤの加圧を第１
のアームよりもイナーシャが小さい第２のアームにより
行う。このため、ワイヤの被接合物への接触検出時にか
かる衝撃荷重を低減させることができ、よって、微小な
圧着ボール形成を安定して高精度に実現できる。また、
アームのイナーシャが大きい場合に比べて、ワイヤの被
接合物への接触検出時の速度を上げることができ、よっ
て、高速ボンディングによる高い生産性を実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の一例の模式
的な概略構成図である。
【図２】本発明のワイヤボンディング装置によるワイヤ
ボンディングのフローチャートである。
【図３】本発明のワイヤボンディング装置によるワイヤ
ボンディングの、Ｚ駆動軸と低加圧軸との軌跡、および
キャピラリのＺ軌跡の軌跡を示すグラフである。
【図４】図１に示したワイヤボンディング装置の低加圧
軸の揺動を示す概略図である。
【図５】従来のワイヤボンディング装置の一例の模式的
な概略構成図である。
【符号の説明】
１ Ｚ軸ベース ２ 第１の支軸 ３ Ｚ駆動軸 ４ 第１のＶＣＭ ５ 第２の支軸 ６ 低加圧軸 ７ 第２のＶＣＭ ８ キャピラリ ９ 超音波ホーン １０ カットクランプ １１ ワイヤ １２ 半導体集積回路 １３ イニシャルボール １３ａ 圧着ボール １４ 第１の接合点 １５ 第２の接合点

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 揺動可能に支持されているアームの端部
    に備えられたキャピラリより導出したワイヤを被接合物
    に接触させて、前記被接合物へのワイヤボンディングを
    行うワイヤボンディング装置において、 前記アームが、第１の支軸に揺動可能に支持されている
    第１のアームと、前記第１のアームの一端側に設けられ
    た第２の支軸に揺動可能に支持され、前記第１のアーム
    よりもイナーシャが小さく、端部に前記キャピラリを備
    えている第２のアームとを有することを特徴とするワイ
    ヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】 前記第１のアームを揺動させる第１の駆
    動手段と、前記第２のアームを揺動させる第２の駆動手
    段とを有する請求項１に記載のワイヤボンディング装
    置。
  3. 【請求項３】 第１の支軸に揺動可能に支持されている
    第１のアームと、前記第１のアームの一端側に設けられ
    た第２の支軸に揺動可能に支持され、前記第１のアーム
    よりもイナーシャが小さく、端部にキャピラリを備えて
    いる第２のアームとを有するアームを備えたワイヤボン
    ディング装置により、前記キャピラリより導出したワイ
    ヤを被接合物に接触させて、ワイヤボンディングを行う
    ワイヤボンディング方法であって、 ワイヤが、前記被接合物に接触する寸前の所定の高さで
    ある寸前高さに到達するまで、前記キャピラリが前記被
    接合物に近接する方向である近接方向に前記第１のアー
    ムを揺動させて、前記キャピラリを前記被接合物に近接
    させる工程と、 前記寸前高さに位置する前記キャピラリを、前記近接方
    向に前記第２のアームを揺動させて、ワイヤが前記寸前
    高さから前記被接合物に接触するまで移動させる工程
    と、 前記近接方向に前記第２のアームを揺動させて、前記被
    接合物に接触しているワイヤを前記被接合物に対して押
    しつける加圧工程とを含むことを特徴とするワイヤボン
    ディング方法。
  4. 【請求項４】 前記加圧工程で、ワイヤに超音波振動を
    印加して、ワイヤを前記被接合物に対して接合する請求
    項３に記載のワイヤボンディング方法。
  5. 【請求項５】 前記被接合物に対してのワイヤの接合を
    終了した後、前記キャピラリが前記被接合物から遠ざか
    る方向に前記第２のアームを揺動させて、前記キャピラ
    リを前記寸前高さまで戻す工程を含む請求項３に記載の
    ワイヤボンディング方法。
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