JP2007214342A - ワイヤボンディング装置のキャピラリ接地位置データ設定方法 - Google Patents

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Satoshi Enokido
聡 榎戸
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Abstract

【課題】キャピラリ交換時の時間短縮を図り、メンテナンスの省力化を図る。
【解決手段】ワイヤボンディング装置１０のキャピラリ交換における、固有の接地位置に設定されたキャピラリ１６の接地位置データ設定方法であって、キャピラリ交換前後に測定した各キャピラリ１６と基準部材２５との間の高さ方向のクリアランスの差ΔＺと、交換前キャピラリの接地位置データに基づいて、交換後のキャピラリ接地位置データを設定する。クリアランスの測定は、キャピラリ先端１６ｃと基準部材２５との立面画像を撮像する撮像手段と、撮像手段によって取得された、キャピラリ先端１６ｃと基準部材２５とを含む立面画像を処理してキャピラリ先端１６ｃと基準部材２５との間の高さ方向の距離を測定するクリアランス測定手段によって行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤボンディング装置のキャピラリ交換時におけるキャピラリ接地位置データ設定方法に関する。
ＩＣなどの半導体の組立工程には半導体のチップとリードフレームの間をワイヤで接続するワイヤボンディング工程がある。このワイヤボンディング工程によって、図４に示すように、ワーク１４の半導体チップ２のパッド３（第１ボンド点）とリードフレーム１５のリード４（第２ボンド点）の間がワイヤ１２で接続される。図３（ａ）、図３（ｂ）は従来技術によるワイヤボンディング装置の構成を示し、図５はこの従来技術のワイヤボンディング装置によるボンディング工程の動作を示している。以下、これらの図を参照しながら、従来技術によるワイヤボンディング装置とワイヤボンディング工程について説明する。
従来技術によるワイヤボンディング装置１０は、図３（ａ）に示すように、ＸＹテーブル２０の上にボンディングヘッド１９が設置され、ボンディングヘッド１９にモータにてＺ方向に移動されるボンディングアーム１３を備え、ボンディングアーム１３の先端にキャピラリ１６が取り付けられている。ＸＹテーブル２０とボンディングヘッド１９は移動機構１８を構成し、移動機構１８はＸＹテーブル２０によってボンディングヘッド１９を水平面内(ＸＹ面内)で自在な位置に移動することができ、これに取り付けられたボンディングアーム１３をＺ方向に移動させることによって、ボンディングアーム１３先端のキャピラリ１６をＸＹＺの方向に自在に移動させることができる。ボンディングアーム１３の先端にはワイヤ１２が挿通されており、ワイヤ１２はスプール１１に巻回されている。ボンディングヘッド１９にはキャピラリ１６と共にＺ方向に移動してワイヤ１２を固定するクランパ１７が開閉自在に取り付けられ、ワイヤ１２の先端付近にはワイヤ１２との間で放電を行ってワイヤ１２先端をボールに形成するためのボール形成手段２６（電気トーチ）が取り付けられている。また、ボンディングヘッド１９にはワークの撮像を行う撮像手段２８が取り付けられている。撮像手段２８は立面画像取得位置の基板２３に取り付けられたキャピラリ１６の先端近傍の立面画像を撮像手段２８に導く光路手段２４によって、キャピラリ１６と基準部材２５の立面画像を取得することが出来る。光路手段２４は図３（ｂ）に示すように、キャピラリ１６の側面から発光ダイオードなどの発光器２１によってキャピラリ１６の先端部が基準部材２５と共に照明され、形成された立面画像はレンズ２４ａ、プリズム２４ｂによって撮像手段２８に導かれるように構成されている。撮像手段２８は撮像手段インターフェース４０に接続され、移動機構１８は移動機構インターフェース４４に接続されている。各インターフェースはデータバス３２を介してボンディングの制御を行う制御部３０に接続されている。また、データバスにはデータを記憶している記憶部３４が接続されている（例えば特許文献１参照）。
このように構成されるワイヤボンディング装置１０においては、次のような工程によってワイヤボンディングを行う。
（１）ワイヤ１２先端をボール５に形成し、キャピラリ１６をパッド３（第１ボンド点）の上に移動させる（図５（ａ））。
（２）キャピラリ１６を下動させて、パッド３（第１ボンド点）上にボンディングを行う（図５（ｂ））。パッド３（第１ボンド点）上にはボール５が圧着して第１ボンディング部６（圧着ボール）が形成される。
（３）ボンディング後、キャピラリ１６はパッド３（第１ボンド点）を離れて上昇し、次いで横に移動する。（図５（ｃ））。
（４）パッド３（第１ボンド点）へのボンディングの後、キャピラリ１６はリード４（第２ボンド点）に移動し、リード４（第２ボンディング点）にボンディングを行う（図５（ｄ））。
（５）リード４（第２ボンド点）へのボンディングの後、クランパ１７が開の状態でキャピラリ１６を上昇させる（図５（ｅ））。
（６）リード４（第２ボンド点）へのボンディングの後、クランパ１７が閉状態となってキャピラリ１６と一緒に上昇することによって、ワイヤ１２は第２ボンディング部７の上で切断され、ボンディングの１サイクルが終了する。（図５（ｆ））。
特開２００３−１６３２４３号公報
ワイヤボンディング装置は上記のようなボンディングサイクルを繰り返し行ってボンディングを行っていく。ところが、ボンディングの回数が多くなってくるに従って、図６（ｂ）に示すキャピラリ内部のチャンファ径部１６ｂにたとえばリード側の銀がこびりついた異物２９が不着してくる（図６（ｃ）参照）ことにより、テール切れが悪くなる等のボンディングの異常が発生してくる。そこで、キャピラリは、たとえば１００万回などの一定回数のボンディング毎に交換していくことが必要となる。通常のワイヤボンディング装置では、一日に２〜３回程度の交換が必要となる。
従来技術によるキャピラリの交換は図７に示すように、手動でキャピラリの固定をはずし、新たなキャピラリと交換、再固定する手順によって行われる。キャピラリ１６は図３のボンディング装置の構成、図５のボンディング動作で説明したように、ボンディングアーム１３の先端に取り付けられて、ワイヤ１２を第１ボンド点（パッド）３、第２ボンド点（リード）４に圧接させることから、ボンディングアーム１３によってキャピラリ１６がどの程度下動したらキャピラリ先端１６ｃが各ボンド点に接するのかについてのデータを制御データとして持っており、その精度はボンディングの品質確保の点から非常に重要である。ところがこのデータはキャピラリの交換によってずれが生じてくることから従来技術のワイヤボンディング装置１０では、キャピラリ１６の交換後にボンディングアーム１３を所定の位置からキャピラリ１６の先端が第２ボンド点（リード）４に接するまで下動させ、キャピラリ１６の先端が所定の位置から第２ボンド点（リード）４に接するまでの移動距離（図８のＡ寸法）をキャピラリ接地位置データとしてキャピラリ交換毎に取得し、制御装置の中のデータを入れ替えて動作精度を確保するようにしていた。以下、従来技術におけるキャピラリ１６の交換手順を説明する。
（１）最初にキャピラリの交換を行うためにボンディングヘッド１９を移動機構１８によって退避位置に移動させる(図７、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２)。
（２）図７（ａ）に示すボンディングアーム１３の先端のキャピラリ取り外し治具挿入穴１３ｂにキャピラリ取り外し治具５０を挿入して、回転させることによってキャピラリ取り付け穴の中に１３ａに把持されている使用済のキャピラリ１６を手動で取り外す（図７、ステップＳ２０３、図７（ｂ））。
（３）交換するキャピラリ１６’を先のキャピラリ取り付け穴１３ａに差込んだ後、キャピラリ取り外し治具５０を回転させて、交換キャピラリ１６’を仮固定する（図７、ステップＳ２０４、図７（ｃ））。
（４）キャピラリ１６の先端にキャピラリ高さ設定治具５２をセットし、再度取り外し治具５０によってキャピラリ１６の固定を緩め、キャピラリ１６の先端をキャピラリ高さ設定治具５２に当接させて位置を調整した後、キャピラリ取り外し治具５０を回転させてキャピラリ１６をボンディングアーム１３の先端のキャピラリ取り付け穴１３ａに固定する（図７、ステップＳ２０５〜Ｓ２０８、図７（ｄ）〜（ｆ））。
（５）キャピラリ１６の先端が第２ボンド点（リード）４に接するまでボンディングアーム１３を動作させてキャピラリを下動させる（図７、ステップＳ２０９、図７（ｇ））。
（６）キャピラリ１６の先端が第２ボンド点（リード）４に接したところでボンディングアーム１３の動作を停止し、その時の移動距離をキャピラリ接地位置データとして取得する（図７、ステップＳ２１０、図７（ｈ））。これに基づいて、ボンディング制御装置内のキャピラリ接地位置データを修正する。
（７）光路手段２４が設置されている、立面画像取得位置にキャピラリ１６の位置を移動させ、撮像手段２８によって交換後のキャピラリ１６’の先端部と基準部材２５の立面画像を取得し、交換後のキャピラリ１６’のＸＹ方向の位置のずれを測定する。これによって、ＸＹ方向の位置データの修正を行う（図７、ステップＳ２１１〜Ｓ２１４、図７（ｉ））。
（８）キャピラリ１６の交換を終了し、ボンディングを再開する（図７、ステップＳ２１５〜Ｓ２１６）。
以上述べたような、従来技術によるキャピラリ１６の交換においては、キャピラリ１６を一端第２ボンド点（リード）４に接地させて、手動によってキャピラリ接地位置認識することが必要で、このような付帯作業でも数分の時間を要する。ワイヤボンディング装置１０は通常数十台を並べて設置して同時に運転しており、キャピラリの交換は各装置で一日３回程度行われることから、多大なメンテナンス時間が掛かるという問題があった。
そこで、本発明は、キャピラリ交換時の時間短縮を図り、メンテナンスの省力化を図ることを目的とする。
本発明の目的は、ワイヤボンディング装置のキャピラリ交換における、固有の接地位置に設定されたキャピラリの接地位置データ設定方法であって、キャピラリ交換前後に測定した各キャピラリと基準部材との間の高さ方向のクリアランスの差と、交換前キャピラリの接地位置データに基づいて、交換後のキャピラリ接地位置データを設定するキャピラリ接地位置データ設定方法によって達成することができる。ここで、クリアランスの測定は、キャピラリ先端と基準部材との立面画像を撮像する撮像手段と、撮像手段によって取得された、キャピラリ先端と基準部材とを含む立面画像を処理してキャピラリ先端と基準部材との間の高さ方向の距離を測定するクリアランス測定手段によって行うこととしても良い。また、基準部材はキャピラリ先端面と平行な対向面又は線を有していることとしてもよい。
本発明の目的は、固有の接地位置に設定された交換可能なキャピラリと、所定の位置に配設された基準部材と、キャピラリ先端と基準部材との立面画像を撮像する撮像手段と、撮像手段によって取得された、キャピラリ先端と基準部材とを含む立面画像を処理してキャピラリ先端と基準部材との間の高さ方向の距離を測定するクリアランス測定手段と、を備えるワイヤボンディング装置であって、キャピラリ交換前後にクリアランス測定手段によって測定した各キャピラリと基準部材との間の高さ方向のクリアランスの差と、交換前キャピラリの接地位置データに基づいて、交換後のキャピラリ接地位置データを設定するキャピラリ接地位置データ設定手段、を有することを特徴とするワイヤボンディング装置によって達成することができる。ここで、基準部材はキャピラリ先端面と平行な対向面又は線を有していることとしてもよい。
本発明は、キャピラリ交換時の時間短縮を図り、メンテナンスの省力化を図ることが出来るという効果を奏する。
以下、図１、２を参照しながら本発明によるキャピラリの交換手順、キャピラリ接地位置データの設定方法について説明する。図１は本発明によるキャピラリ接地位置データの設定方法を示す説明図であり、図２は本発明によるキャピラリ交換手順を示す。従来技術と同様の部分については、同様の符号を用い説明は省略する。
（１）使用済のキャピラリ１６の交換を開始すると、制御部３０は移動機構１８によってはキャピラリ１６の位置を光路手段２４が設定されている立像画面取得位置に移動させる（図２、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）。
（２）撮像手段２８によって取得した使用済のキャピラリ１６の先端部分と基準部材２５の立面画像のデータは撮像手段インターフェース４０を介して制御部３０に入力される。制御部３０は、入力された立面画像からクリアランスの画素数を取得してクリアランスの測定を行う等のデータ処理手段であるクリアランス測定手段によってこのデータを処理して、使用済のキャピラリ先端１６ｃと基準部材２５のクリアランスの測定を行う。使用済のキャピラリ１６は図６（ｃ）に示すようにキャピラリ内部のチャンファ径部１６ｂの表面には異物２９が不着しているが、ワイヤを第１ボンド点（パッド）３、第２ボンド点（リード）４に押し付けている端面であるキャピラリ先端１６ｃには不着物がついていない。このため、使用済のキャピラリ１６であっても立面画像においてキャピラリの端面を認識でき、基準部材２５とのクリアランスを精度良く測定することが可能である（図２、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４、図２（ａ））。また、対向する基準部材２５は、立面画像においてその端面が正確に確認でき、キャピラリ先端１６ｃとのクリアランスの測定が行えるように、キャピラリ先端面と平行な面又は線を有する形状を有している場合は更に測定精度を向上させることが可能である。制御部３０には、図１に示すキャピラリ先端１６ｃと基準部材２５とのクリアランスＹ１がデータとして入力される（図１（ａ））。
（３）キャピラリ先端１６ｃと基準部材２５のクリアランスの測定が終了したら、制御部３０は移動機構１８によってボンディングヘッド１９を待避位置へ後退させる。その後、従来技術によるキャピラリ１６の交換と同様の方法によって、手動によってキャピラリを交換キャピラリ１６’に交換する（図２、ステップＳ１０５〜Ｓ１１１、図２（ｂ）〜(ｇ))。
（４）交換キャピラリ１６’に交換した後、制御部３０は移動機構１８によって交換したキャピラリ１６’を立面画像取得位置に移動させる。撮像手段２８によって交換後のキャピラリ１６’と基準部材２５との立面画像が取得され、データとして制御部３０に入力される。制御部３０は入力された立面画像データを処理して、交換後のキャピラリ１６’と基準部材２５との間のクリアランスの測定を行う（図２、ステップＳ１１２〜Ｓ１１４、図２（ｈ）)。制御部３０には、図１に示す交換後のキャピラリ先端１６ｃ’と基準部材２５とのクリアランスＹ２がデータとして入力される（図１（ｂ））。
（５）交換前（使用済）のキャピラリ１６と基準部材２５とのクリアランスＹ１と交換後のキャピラリ１６’と基準部材２５とのクリアランスＹ２とのクリアランス差ΔＺは、交換によってどのくらいキャピラリ先端１６ｃの位置が変化したかを示す数値となる。クリアランス差ΔＺは、ΔＺ＝Ｙ２−Ｙ１として演算される。制御部３０は、このΔＺを使ってキャピラリ接地位置データ設定手段によってキャピラリ接地位置データの設定、修正を行う（図２、ステップＳ１１５）。たとえば、図８に示すように交換前のキャピラリの固有のキャピラリ接地位置データＡは記憶部３４にデータとして記憶されているので、制御部３０は交換後のキャピラリ接地位置データＡ’をＡ’＝Ａ＋ΔＺの演算によって算出し、前記のキャピラリ接地位置データＡをＡ’に修正して、新たなキャピラリ接地位置データとして記憶部３４に格納する。
（６）制御部３０はまた、撮像手段２８によって取得した立面画像データを処理して、基準部材２５と交換後のキャピラリ１６’のＸ及びＹ方向の位置データを取得し、キャピラリの位置データを置き換える（図２、ステップＳ１１６，Ｓ１１７）。
（７）データの修正が終了したら、制御部３０は移動機構１８によってキャピラリ１６をボンディング開始位置に移動させ、先に修正したキャピラリ接地位置データＡ’を用いてワイヤボンディングを開始する（図２、ステップＳ１１８，Ｓ１２０）。
以上述べた、本発明の実施形態によれば、キャピラリ１６の交換後のキャピラリ接地高さの修正、設定は制御部３０によって行われることから、従来技術に比較してキャピラリ交換時の手動による作業時間の短縮が図れるという効果を奏する。この効果は特に、多数のワイヤボンディング装置を同時に運用している場合には大きな省力効果を奏する。また、手動でキャピラリ接地位置認識をする必要が無いことから、ヒューマンエラーを防止することが出来、品質の向上を図ることが出来るという効果を奏する。
本発明によるキャピラリ接地位置データの設定方法を示す説明図である。 本発明によるキャピラリ交換手順を示す説明図である。 従来技術によるワイヤボンディング装置の構成図である。 ワイヤボンディングの行われるワークを示す平面図である。 従来技術によるワイヤボンディング装置のボンディング工程を示す動作説明図である。 交換前のキャピラリの状態を示す説明図である。 従来技術によるキャピラリ交換手順を示す説明図である。 キャピラリ接地位置の説明図である。
符号の説明
２ 半導体チップ、３ パッド（第１ボンド点）、４ リード（第２ボンド点）、６ 第１ボンディング部、７ 第２ボンディング部、１０ ワイヤボンディング装置、１１ スプール、１２ ワイヤ、１３ ボンディングアーム、１３ａ キャピラリ取り付け穴、１３ｂ キャピラリ取り外し治具挿入穴、１４ ワーク、１５ リードフレーム、１６，１６’ キャピラリ、１６ｂ，１６ｂ’ チャンファ径部、１６ｃ，１６ｃ’ キャピラリ先端、１７ クランパ、１８ 移動機構、１９ ボンディングヘッド、２０ ＸＹテーブル、２１ 発光器、２３ 基板、２４ 光路手段、２４ｂ プリズム、２４ａ レンズ、２５ 基準部材、２６ ボール形成手段、２８ 撮像手段、２９ 異物、３０ 制御部、３２ データバス、３４ 記憶部、４０ 撮像手段インターフェース、４４ 移動機構インターフェース、５０ キャピラリ取り外し治具、５２ キャピラリ高さ設定治具、Ａ ，Ａ’ キャピラリ接地位置データ、Ｙ１，Ｙ２ クリアランス、ΔＺ クリアランス差。

Claims (5)

  1. ワイヤボンディング装置のキャピラリ交換における、固有の接地位置に設定されたキャピラリの接地位置データ設定方法であって、
    キャピラリ交換前後に測定した各キャピラリと基準部材との間の高さ方向のクリアランスの差と、交換前キャピラリの接地位置データに基づいて、交換後のキャピラリ接地位置データを設定するキャピラリ接地位置データ設定方法。
  2. 請求項１に記載のキャピラリ接地位置データ設定方法であって、キャピラリと基準部材との間の高さ方向のクリアランスの測定は、
    キャピラリ先端と基準部材との立面画像を撮像する撮像手段と、
    撮像手段によって取得された、キャピラリ先端と基準部材とを含む立面画像を処理してキャピラリ先端と基準部材との間の高さ方向の距離を測定するクリアランス測定手段によって行うこと、
    を特徴とする請求項１記載のキャピラリ接地位置データ設定方法。
  3. 基準部材はキャピラリ先端面と平行な対向面又は線を有していること、
    を特徴とする請求項１又は２に記載のキャピラリ接地位置データ設定方法。
  4. 固有の接地位置に設定された交換可能なキャピラリと、
    所定の位置に配設された基準部材と、
    キャピラリ先端と基準部材との立面画像を撮像する撮像手段と、
    撮像手段によって取得された、キャピラリ先端と基準部材とを含む立面画像を処理してキャピラリ先端と基準部材との間の高さ方向の距離を測定するクリアランス測定手段と、
    を備えるワイヤボンディング装置であって、
    キャピラリ交換前後にクリアランス測定手段によって測定した各キャピラリと基準部材との間の高さ方向のクリアランスの差と、交換前キャピラリの接地位置データに基づいて、交換後のキャピラリ接地位置データを設定するキャピラリ接地位置データ設定手段、
    を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  5. 基準部材はキャピラリ先端面と平行な対向面又は線を有していること、
    を特徴とする請求項４記載のワイヤボンディング装置。
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