JP2009152480A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ボンディングツールによるボンディング面への加圧力を、ボンディング開始時からボンディング終了時までの間であらかじめ定められた加圧力を維持する。
【解決手段】ボンディングツール２０と、ホーン３０と、支持アーム４０と、支持体５０と、支持アーム４０を支持体５０との連結部分で傾動させ、ボンディングツール２０をワークＷへ加圧させる駆動手段６０と、駆動手段６０による駆動力に応じて変位する板ばね７０と、板ばね７０の自由端側の位置検出体８０を検出する位置検出手段８２と、位置検出体８０の位置情報に基づきボンディングツール２０の加圧力を算出する加圧力算出手段（制御部９０）と、算出された加圧力に基づいて駆動手段６０の駆動力を制御する駆動力制御手段（制御部９０）と、を有し、ボンディングツール２０の加圧力を設計加圧力に維持するように駆動手段６０の駆動力を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明はワイヤボンディング装置に関し、より詳細には、太径のボンディングワイヤを用いたワイヤボンディングを行う際に、ボンディング中におけるボンディングワイヤの加圧力が予め設定されている加圧力を維持することが可能なワイヤボンディング装置に関する。
一般のワイヤボンディング接続に用いられるボンディングワイヤの径寸法は３０μｍ程度であることが多い。このような一般的な太さ寸法のボンディングワイヤを用いたワイヤボンディング装置においては、半導体チップとリードフレームの両電極位置データ及び半導体チップの形状データとを基に台形ループのループ長、ボンディング段差及び台形部長さを夫々演算する演算部と、これらの演算値を関数としてキャピラリ移動軌跡のリバース量、リバース高さ及びＺ上昇量を夫々演算しこれらの演算値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ制御部に入力する関数演算部とを備えたワイヤボンディング装置（特許文献１参照）のように、キャピラリの動作を三次元座標により制御する形態の装置についてはすでに提供されている。
特許第２８８３４６３号公報
近年においては、自動車電装機器の部品としても半導体装置が多用されるようになってきている。自動車に搭載される半導体装置においては、パワートランジスタ等のいわゆるパワーデバイスをワイヤボンディング接続することが多い。このような高電力を消費する物品に用いるボンディングワイヤは、径寸法が５００μｍ程度になるものもある。このようなボンディングワイヤは、ボンディング面に接触してからボンディング完了までの間でボンディングツールの高さ位置の変化量が２００μｍ程度になり、ボンディングツールからボンディング面へ与えられる加圧力の変化が従来のワイヤボンディングに比べて非常に大きくなり、ワイヤボンディング接続を行った製品の品質に与える影響が無視できなくなってきているといった課題がある。
上記の特許文献１をはじめとして、従来提案されているワイヤボンディング装置においては、キャピラリの動作を３次元座標により制御しているものの、ボンディングワイヤをボンディング面に加圧している最中においては特段の制御を行っているものは無く、ボンディング中における加圧力の制御を行うことが可能なワイヤボンディング装置の提案が強く望まれている。
そこで本願発明は、いわゆる太径のボンディングワイヤ（径寸法の目安が１００μｍ以上のもの）を用いるワイヤボンディング装置において、ボンディングツールによるボンディング面への加圧力を、ボンディング開始時からボンディング終了時までの間であらかじめ定められた加圧力を維持することが可能なワイヤボンディング装置の提供を目的としている。
本発明は、ボンディングワイヤをワークに接続するボンディングツールと、該ボンディングツールを先端部に保持する超音波ホーンと、前記超音波ホーンが取り付けられた支持アームと、前記支持アームの基部を回動可能に連結した支持体と、該支持体に固定され、前記支持アームを前記支持体との連結部分を支持軸として傾動させ、前記ボンディングツールをワークへ加圧させる駆動手段と、一端部が固定端として前記支持アームに取り付けられ、他端部が自由端として前記駆動手段が連結され、該駆動手段による駆動力に応じて変位する板ばねと、前記支持アームに取り付けられ、前記板ばねの自由端側に取り付けられた位置検出体の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出された前記位置検出体の位置情報に基づいて、前記ボンディングツールがボンディング面を加圧する加圧力を算出する加圧力算出手段と、前記加圧力算出手段により算出された加圧力に基づいて前記駆動手段の駆動力を制御する駆動力制御手段と、を有し、前記駆動力制御手段は、前記ボンディングツールがボンディング面に接触した後、ボンディングツールによるボンディング面への加圧力が所定の加圧力に到達した時点からワイヤボンディングが完了する時点までの間、前記ボンディングツールの加圧力を前記所定の加圧力に維持するように前記駆動手段の駆動力を制御することを特徴とするワイヤボンディング装置である。
また、前記支持体には、前記ボンディングツールが前記ボンディング面に接触した状態を検出する接触状態検出手段が設けられていることを特徴とする。
また、前記接触状態検出手段は、接触状態の検出位置が調整可能であることを特徴とする。
これらにより、ボンディング面にボンディングツールが接触したことを正確に検出することができ、ボンディングツールによるボンディング面への加圧力制御を適切なタイミングで行うことができる。
また、前記支持体には、前記支持アームの傾動範囲を規制するためのストッパが設けられていることを特徴とする。これにより、ボンディングツールによるボンディング面への加圧力の上限値を機械的に制限することができるため、駆動力制御手段のバックアップとして好適である。
また、前記ボンディングワイヤの径寸法は１００〜５００μｍであることを特徴とする。このような太いボンディングワイヤに対して本願発明は特に有効に適用できる。
本発明にかかるワイヤボンディング装置によれば、径寸法が１００μｍ以上のいわゆる太径のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディング接続を行う際において、ワイヤボンディング中のボンディングツールの高さ位置の変化に伴うボンディングツールのボンディング面への加圧力の変化を防止することができる。
また、太径のボンディングワイヤをボンディング面に対して適切な加圧力を維持した状態でボンディングすることができるため、高品質なワイヤボンディング接続が可能になり、製品の歩留まりも大幅に向上させることができる。
（第１実施形態）
以下、本発明にかかるワイヤボンディング装置に搭載されるボンディングヘッドの実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態におけるボンディングヘッドの斜視図である。図２は、第１実施形態におけるボンディングヘッド側面図である。図３は、図２中のＡ部分における内部構造を示したボンディングヘッドの側面図である。
本実施形態におけるボンディングヘッド１０は、図１に示すように支持体５０に傾動可能に取り付けられた支持アーム４０に固定され、支持アーム４０の傾動により上下方向に揺動するホーン３０と、支持アーム４０からせり出した位置でホーン３０の先端に固定されたボンディングツール２０によりワークＷのボンディング面にボンディングワイヤ（図示せず）を接合するものである。支持アーム４０が傾動するための駆動力は支持体５０および板ばね７０を介して支持アーム４０に取り付けられた駆動手段６０により与えられる。支持体５０は保持ロッド１０１をクランプした状態で配設されている。支持体５０は保持ロッド１０１の軸線に沿って上下動可能であり、予め支持体５０を所定の高さ位置に固定可能である。
ワークＷは、ボンディングツール２０の直下位置にセットされ、必要に応じて移動させることができる状態に設けられている。ワークＷの詳細な状態については後述する。
本実施形態におけるボンディングワイヤは径寸法が５００μｍのアルミワイヤを用いている。ボンディングワイヤはボンディングツール２０の図示しない挿通孔に挿通され、ボンディングツール２０の動作に合わせてワークＷに形成されたボンディング面（図示せず）に供給可能に設けられている。ボンディングワイヤは、たとえば図示しないボビンに巻回された状態でワイヤボンディング装置内に配設することができる。
本実施形態においては、タングステンカーバイト等のいわゆる超硬材料により形成されたウェッジボンディング用のボンディングツール２０が用いられている。
ボンディングツール２０が先端部に取り付けられているホーン３０は、基部（支持アーム４０側）に圧電素子からなる超音波発振器が配設された超音波ホーンに形成されている。本実施形態における超音波発振器には、６３．７ＫＨｚの振動を発振する出力５０Ｗの圧電素子が用いられている。
ホーン３０は取付具３２により基部側が支持アーム４０に固定された状態で取り付けられている。従ってホーン３０は支持アーム４０と共に上下方向に傾動し、ボンディングツール２０を上下方向（図１中の矢印Ｚ方向）に揺動可能に保持している。
支持アーム４０は、基部４２が支持体５０に軸受ベアリング５２を介して連結されている。支持アーム４０は、軸受ベアリング５２を支持軸(中心軸)として上下方向に傾動（揺動）可能である。支持アーム４０にはボンディング面に付与されるボンディングツール２０からの加圧力に伴って変形する板ばね７０が取り付けられている。図２、図３に示すように、本実施形態における板ばね７０は、ステンレス鋼の薄板を短辺側７２と長辺側７４とを有する略Ｌ字状に形成したものが用いられている。板ばね７０は、短辺側７２が支持アーム４０の上面側に取り付けられ、長辺側７４が鉛直方向に延出する自由端となるいわゆる片持ち状態で支持アーム４０に取り付けられている。
また、図２に示すように、支持体５０は、支持体５０から支持アーム４０側に延出する２枚のアーム板５４と、各アーム板５４の先端どうしを連結する保持板５６とにより構成されている。保持板５６と、板ばね７０の長辺側７４との間には、板ばね７０を介して支持アーム４０を傾動させるための動力源となる電磁ソレノイド等の駆動手段６０が取り付けられている。
図３において、駆動手段６０を矢印Ｙ方向に作動させると、支持アーム４０は軸受ベアリング５２を中心軸として下方に傾動する。支持アーム４０が下方側に傾動すると、支持アーム４０に固定されたホーン３０の先端に取り付けられているボンディングツール２０がボンディング面に当接する。ボンディングツール２０がボンディング面に当接した後も駆動手段６０を作動させ続けると、ボンディングツール２０がボンディング面に接触していることで、支持アーム４０の傾動量が規制されることになる。すなわち、板ばね７０の長辺側７４は、図４に示すように矢印Ｙ方向に湾曲（変位）するようになる。
板ばね７０の長辺側７４の自由端部には、駆動手段６０の駆動力による矢印Ｙ方向の変位量を検出するための位置検出体８０が取り付けられている。支持体５０において位置検出体８０と対向する部分には、位置検出体８０を検出する位置検出手段８２が配設されている。本実施形態においては、位置検出体８０および位置検出手段８２として、ネジに形成された磁性体金属と、近接式距離計測器とを用いている。
位置検出手段８２は加圧力算出手段および駆動力制御手段として機能する制御部９０に接続されている。制御部９０は、位置検出手段８２により検出された駆動手段６０による板ばね７０の長辺側７４端部における変位量に基づいて、ボンディング面に付与されているボンディングツール２０からの加圧力を算出する。
板ばね７０の長辺側７４端部における変位量と、ボンディングツール２０によるボンディング面へのボンディングワイヤの加圧力の関係は、事前の実験によりそれぞれ算出することができる。板ばね７０の長辺側７４端部における変位量とボンディングツール２０のボンディング面へのボンディングワイヤの加圧力の関係は、加圧力算出手段として機能する制御部９０の図示しない記憶手段に予め記憶されている。
また、制御部９０の記憶手段には、ボンディングツール２０によるボンディング面への加圧力の設計値（設計加圧力）が予め記憶されている。板ばね７０の変位量により算出した現在の加圧力が制御部９０の記憶手段に記憶されている設計加圧力よりも小さい場合には、駆動手段６０への供給電力量を増加し、駆動力を増加する処理を実行する。引き続き制御部９０は再度板ばね７０の変位量に基づいて加圧力を算出し、算出した加圧力が制御部９０の記憶手段に記憶されている設計加圧力に到達するまで繰り返し実行する。
そして、板ばね７０の変位量により算出した加圧力が予め設定された加圧力に到達すると、制御部９０はホーン３０の超音波発振子を作動させ、予め定められた時間にわたって超音波を発振させる。これと同時に制御部９０はその時点における加圧力を維持させるために駆動手段６０へ供給する電力量を一定にする制御を実行する。
ホーン３０の超音波発振子による超音波振動の付与が完了すると、制御部９０は、駆動手段６０への電力供給を停止し、ボンディングツール２０からボンディング面へ付与されていた加圧力を解除し、ボンディングが完了する。
このような制御部９０は、ワイヤボンディング装置１００とは別体の一般的なパソコンの記憶手段に記憶させ、パソコン上で動作可能に組み込まれた制御プログラムにより実現することができる。
図５は、本実施形態におけるワイヤボンディング装置の全体構成を示す概略斜視図である。以上に説明したボンディングヘッド１０は、保持ロッド１０１を有する保持台１０３に取り付けられている。ワイヤボンディング接続を行うワークＷは、ワーク保持台１０５に保持されている。このワーク保持台１０５は、Ｘ−Ｙ方向（いわゆる平面方向）に移動可能なＸ−Ｙテーブル１０７上に取り付けられている。
オペレータはスコープ９９によりワーク保持台１０５上のワークＷの位置を確認しながら、ワークＷのボンディング面位置をボンディングツール２０の下方位置となるようにＸ−Ｙテーブル１０７を手動により操作してワークＷを位置決めした状態でセットする。このような構成は特に試作機用のワイヤボンディング装置１００において好適に採用される。
本実施形態におけるボンディングヘッド１０とこれを備えたワイヤボンディング装置１００は以上のような構成を有している。次に本実施形態におけるワイヤボンディング装置１００を用いたワイヤボンディング方法について説明する。本実施形態におけるワークＷは、配線基板にパワートランジスタを搭載したものを想定している。
オペレータは、スコープ９９によりワークＷのパワートランジスタに形成された電極位置を確認し、Ｘ−Ｙテーブル１０７を操作して電極位置がボンディングツール２０の下方位置となるように位置決めする。ワークＷが位置決めされると、手動または自動により起動した制御部９０が駆動手段６０に電力を供給し、図３中の矢印Ｙ方向に駆動させる。すると、支持アーム４０は軸受ベアリング５２を中心軸として下方側に傾動する。
支持アーム４０が下方側に傾動すると、支持アーム４０の先端に取り付けられているボンディングツール２０がボンディング面に当接する。引き続き駆動手段６０を駆動させると板ばね７０の長辺側７４の端部は、図３中に示すように矢印Ｙの向きに湾曲し、図３に示す状態の板ばね７０が図４に示す状態に変形する。この状態になると、板ばね７０の長辺側７４の先端部分に取り付けられた位置検出体８０と支持体５０に配設された位置検出手段８２との離間距離が変わり、位置検出手段８２が板ばね７０の長辺側７４端部における変位量を検出する。すなわち、ボンディングツール２０のボンディング面への接触状態の検出は、駆動手段６０を駆動させた後において、最初に板ばね７０の長辺側７４端部における変位量を検出した時点とすることができる。
ボンディングツール２０がボンディング面に接触したことが検出されると、制御部９０は、位置検出手段８２が検出した板ばね７０の長辺側７４端部における変位量に基づいて、予め記憶手段に記憶させてある変位量と加圧力の対応データを参照し、ボンディングツール２０によるパワートランジスタの電極へのボンディングワイヤの加圧力を算出する。制御部９０は、変位量と加圧力の対応データにより算出した加圧力と予め記憶手段に記憶されている設計加圧力（所定の加圧力）とをそれぞれ比較する。制御部９０は比較結果に基づいて、算出した加圧力が設計加圧力よりも小さい場合には駆動手段６０への供給電力量を増加する処理を行う。そして、位置検出手段８２による板ばね７０の長辺側７４端部における変位量の計測と、計測された板ばね７０の長辺側７４端部における変位量に基づく加圧力の算出を繰り返し実行し、ボンディングツール２０による加圧力を設計加圧力に到達させる。
ボンディングツール２０によるボンディング面への加圧力が設計加圧力に到達すると、制御部９０は駆動手段６０への供給電力量を一定に維持する。制御部９０はこれと同時にホーン３０の超音波発振器を作動させ、ボンディングツール２０に超音波を所要時間付与しながらボンディングワイヤとボンディング面との接合を行う。
超音波発振子の作動時間は予め制御部９０の記憶手段に記憶されていて、予め設定した時間が経過すると、超音波発振子による超音波振動の付与が停止する。超音波発振子による超音波発振動作の停止と同時に、制御部９０は駆動手段６０への電力供給を停止し、ボンディングツール２０をボンディング面から離反させ、ファーストボンディングを完了させる。
ファーストボンディングが完了すると、オペレータがスコープ９９を覗きながらＸ−Ｙテーブル１０７を操作することにより、セカンドボンディング位置である配線基板のボンディング面を探し、Ｘ−Ｙテーブル１０７を操作し、配線基板のボンディング面位置をボンディングツールの待機位置の直下位置に移動させる。この後手動または自動により制御部９０を起動し、制御部９０が駆動手段６０を作動させることにより、ボンディングツール２０を配線基板のボンディンパッドに接近させる。
配線基板のボンディング面においてもパワートランジスタの電極（ファーストボンディング位置）と同様にしてボンディングワイヤを超音波接合する。配線基板のボンディング面でのボンディングワイヤの接合（セカンドボンディング）が完了したら、制御部９０はホーン３０の超音波発振器からさらに高周波の超音波を発振させることにより（またはオペレータが手動により）配線基板のボンディング面からボンディングワイヤを切断し、ボンディングツール２０を配線基板のボンディング面から離反させる。
本実施形態におけるワイヤボンディング装置１００は、試作品の製造に用いる際に多用されるので、ファーストボンディング位置とセカンドボンディング位置とをオペレータがスコープ９９をのぞきながら位置確認を行ったうえでワイヤボンディングを行うため、ファーストボンディングとセカンドボンディングとが完了すると、ボンディングツール２０は当初位置（待機位置）に戻る。以上を繰り返し実行することで、ワークＷ内においてワイヤボンディング接続が必要なすべての部分にワイヤボンディング接続を行うことができる。
このようにしてワイヤボンディング接続された成形品は、太径のボンディングワイヤを用いたワイヤボンディング接続を行う場合に、ボンディングワイヤがつぶれることによってボンディング面へ付与される加圧力の変化を防ぎ、ボンディング面へのボンディングワイヤの加圧力を所定の加圧力（設計加圧力）に維持することができる。すなわち、ボンディング面へのボンディングワイヤの加圧力が強過ぎることによるボンディングワイヤの破断や、ボンディング面へのボンディングワイヤの加圧力が弱過ぎることによるボンディング面とボンディングワイヤとの接合不足等の不具合が回避でき、高品質なワイヤボンディング接続が可能になり、製品の歩留まりを向上させることができる。
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態におけるボンディングヘッドの斜視図である。図７は、第２実施形態におけるボンディングヘッドの一部を透視した側面図である。
本実施形態におけるボンディングヘッド１０の構成部品のそれぞれは、先の実施形態におけるボンディングヘッド１０の構成部品とそれぞれ同じであるが、板ばね７０の長辺側７４が水平方向に延出する配置で支持アーム４０に固定されている点に加え、ボンディングツール２０がボンディング面に接触した状態を検出する接触状態検出手段５５をさらに具備している点で先の実施形態と異なっている。
本実施形態におけるワイヤボンディング装置は、図６に示すように、一端側にボンディングツール２０が取り付けられたホーン３０が保持アーム４０に取付具３２により固定されていて、保持アーム４０が支持体５０に軸受ベアリング５２により傾動可能に連結されている点は先の実施形態と同様である。
保持アーム４０の基部４２には、ステンレス鋼によりＬ字状に形成された板ばね７０の短辺側７２が取り付けられている。板ばね７０の長辺側７４は保持アーム４０の水平部４６に並行して水平方向に延出した状態になる。
板ばね７０の長辺側７４の中途部分には、板ばね７０を下方に変形させると共に保持アーム４０を傾動させることにより、ボンディングツール２０をボンディング面に加圧する駆動手段６０が連結されている。水平方向に延出する板ばね７０の長辺側７４は、図面の下側（矢印Ｃ側）に変位することになる。
駆動手段６０は先の実施形態と同様に電磁ソレノイドが好適に用いられる。本実施形態における駆動手段６０は、支持体５０から支持アーム４０の水平部４６の両脇部分から水平部４６が延伸する側に伸びるアーム板５４の上面部分どうしを連結する保持板５６に固定され、出力軸６２が鉛直方向に伸縮する配置に設けられている。
また、図７に示すように、駆動手段６０の出力軸６２にはスプリングホルダ６４が取り付けられていて、スプリングホルダ６４と板ばね７０の下面との間にコイルばね７６が介挿されている。コイルばね７６の内部にはコイルばね７６の軸線方向にボルト７８が挿通されていて、ボルト７８の一端側がスプリングホルダ６４に、他端側が板ばね７０の長辺側７４にそれぞれ連結されている。ボルト７８は支持アーム４０の水平部４６に形成された貫通孔４８内に進入した状態で配設されている。
ボルト７８と板ばね７０の長辺側７４との連結手段はナット６６が用いられている。ナット６６とボルト７８との締結状態を調整することにより、駆動手段６０の出力軸６２の突出高さ位置を調整している。具体的には、ナット６６を締め付けると、ナット６６の上部から突出するボルト７８の量が増え、コイルスプリング７６が圧縮されて、出力軸６２は駆動手段６０から突出した（引き出された）状態になる。これに対してナット６６を緩めると、駆動手段６０からの出力軸６２の突出量は少なくなる。ナット６６の締め付け状態の調整は、駆動手段６０の出力軸の突出量の上限と下限の範囲内で行われる。
板ばね７０の長辺側７４の下面側をコイルばね７６により支持することで、駆動手段６０により板ばね７０の長辺側７４を変位させる際に、板ばね７０の長辺側７４とボルト７８との連結部分が板ばね７０の長辺側７４の自由端側における変形モードを拘束することを防止する。駆動手段６０の出力に応じて板ばね７０の長辺側７４を適切に変位させることができるため、位置検出体８０もまた適切に変位させることができる。
板ばね７０の長辺側７４の端部には、板ばね７０の変位量を検出するための位置検出体８０を収容するブラケット８１が取り付けられている。支持アーム４０の水平部４６下面には、位置検出体８０の位置変化を検出するための位置検出手段８２が保持具８４により保持された状態で配設されている。保持具８４は、略Ｌ字状に形成されていて、一辺側を支持アーム４０の水平部４６の下面において板ばね７０の長辺側７４先端部の近接位置に固定されている。位置検出体８２は、保持具８４の他辺側の先端部（下端部）に取り付けられている。本実施形態においては、位置検出体８０と位置検出手段８２に磁石とホール素子とを用いた。
また、図７に示すように、本実施形態の支持アーム４０の基部４２には、鉛直方向下方に伸びる脚板４９が取り付けられている。脚板４９は支持アーム４０の軸受ベアリング５２周りの傾動に伴って支持アーム４０の傾動向きと同じ向きに回動する。支持体５０には、脚板４９の回動範囲を規制するストッパＳが設けられている。ストッパＳは支持アーム４０が水平状態から上側に傾動する際の上端位置と、支持アーム４０が傾動する際の下端位置とをそれぞれ独立で調整可能に形成されている。
本実施形態においては、脚板４９に取り付けられていて、アーム板５４を板厚方向に貫通する貫通孔５４Ａを介してアーム板５４の表面から突出する突出片４９Ａと、脚板４９が傾動する方向の両側から突出片４９Ａを挟みこむ配置に設けられた２本のネジＮと、ネジの保持具Ｈと、によりストッパＳが構成されている。ネジの保持具Ｈに対するそれぞれのネジＮの突出量を調整することにより支持アーム４０の上端規制位置と下端規制位置とが設定される。支持アーム４０と脚板４９との傾動に伴い突出片４９ＡがいずれかのネジＮの先端に当接すると、突出片４９Ａの移動が規制され、これに伴って脚板４９および支持アーム４０の傾動も規制されることになる。
バランス用スプリング５３は支持体５０の下部において、一端側が脚板４９に係止され、他端側が支持体５０の側面の反力板５８に取り付けられたアジャスタネジ５１の先端に係止されている。バランス用スプリング５３による付勢力は、アジャスタネジ５１により調整することができる。バランス用スプリング５３の付勢力によって脚板４９を矢印Ｄ方向に引き寄せることができ、ボンディングツール２０とホーン３０を搭載した支持アーム４０と、駆動手段６０との自重により、指示アーム４０が軸受ベアリング５２周りに傾動することを防いでいる。
さらに支持体５０には、ボンディングツール２０がボンディング面に接触した状態を、支持アーム４０の傾動状態から直接検出するための接触状態検出手段５５が配設されている。本実施形態における接触状態検出手段５５は、フォトマイクロ等の光電素子が好適に用いられる。脚板４９は支持アーム４０と一体に形成されているので、脚板４９の位置を検出することで、ボンディングツール２０によるボンディング面への接触状態を検出する形態とすれば、先の実施形態に比較して更に高精度にボンディングツール２０のボンディング面への接触状態を検出することが可能になり好適である。
接触状態検出手段５５は支持体５０の表面から内部に往復動自在に挿通したスライダと一体に形成されているので、スライダ位置を調整することで、脚板４９の検出位置（ボンディングツール２０がボンディング面へ接触する位置）を実際の状態に合わせて適宜設定することができる。
次に本実施形態におけるボンディングヘッド１０を用いたワイヤボンディング装置１００によるワイヤボンディング方法について説明する。図８は、第２実施形態におけるワイヤボンディング装置の全体構成を示す斜視図である。図９は、第２実施形態における板ばねの変形前と変形後における状態を示す拡大図である。本発明におけるボンディングヘッド１０を用いた基本的なワイヤボンディング方法については先の実施形態において既に説明したので、ここでは、本実施形態において特徴的な部分のみを説明する。
ワークＷをセットする前においては、支持アーム４０は水平状態よりも極僅かであるが上側に変位している。ワークＷを位置決めしてセットした後、支持体５０の高さ位置とアジャスタネジ５１を調整するとことで支持アーム４０の状態を調整し、図９（Ａ）に示すように、ボンディングツール２０をボンディング面に接触させた状態でボンディング面に加圧力を作用させない状態を基本状態とする。
基本状態を設定した後、手動または自動により制御部９０が起動する。制御部９０により駆動手段６０が作動すると、支持アーム４０が軸受ベリング５２を中心軸として下方側に傾動する。支持アーム４０の下方側への傾動に伴い脚板４９も接触状態検出手段５５に接近する状態に傾動する。接触状態検出手段５５が脚板４９を検出すると、制御部９０はボンディングツール２０がボンディング面に接触した状態と判断する。
接触状態検出手段５５が脚板４９を検出すると、制御部９０は駆動手段６０への供給電力を増やし、ボンディングツール２０によりボンディング面へ加圧力を作用させ、板ばね７０を図９（Ｂ）に示す状態にすると共に、位置検出手段８２に位置検出体８０の位置を検出させる。制御部９０は位置検出手段８２により検出した位置検出体８０の位置に基づいて、先の実施形態と同様にしてボンディングツール２０によりボンディング面への加圧力の制御を行いファーストボンディングを完了させる。セカンドボンディングもまた、先の実施形態および上述のファーストボンディングと同様にして処理することができるのはいうまでもない。
本実施形態においては、支持アーム４０の傾動状態を直接反映する脚板４９を検出することにより、ボンディングツール２０のボンディング面への接触状態を判断しているため、ボンディング面へのボンディングツール２０の接触状態をきわめて精密に検出することができるため好都合である。
以上に実施形態に基づいて本願発明を詳細に説明したが、本発明の実施形態体は上記に説明した内容に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での他の実施形態であっても発明の技術的範囲に属することはいうまでもない。
例えば、以上の実施形態においては、駆動手段６０として電磁ソレノイドを用いているが、電磁ソレノイドに替えてサーボモータ等、他の駆動手段を採用することができるのはもちろんである。また、位置検出手段８２についても近接式距離計測器やホール素子以外のセンサを用いることができ、位置検出体８０も位置検出手段８２に合わせて適宜変更することができるのはもちろんである。
また、第１実施形態においては、ボンディングツール２０によるボンディング面への加圧力が設計加圧力に到達した状態を板ばね７０の変位量に基づいて検出する形態としているが、第２実施形態と同様に、支持体５０に、支持アーム４０の傾動状態からボンディングツール２０のボンディング面への接触状態を直接検出する接触状態検出手段５５を配設することもちろん可能である。
また、第１実施形態にバランス用スプリング５３とアジャスタネジ５１を装着することで、支持アーム４０の自重による傾動を防止する機能を付加することももちろん可能である。
また、以上の実施形態においては、ステンレス鋼をＬ字型に形成した板ばね７０を用いた形態について説明をしているが、駆動手段６０により付与されている駆動力による変位から駆動力を算出することができれば、必ずしも材質がステンレス鋼でなくてもよいし、Ｌ字型ではなく単純な平面板形状のものであっても、本発明を構成することは十分可能である。
第１実施形態におけるボンディングヘッドの斜視図である。 第１実施形態におけるボンディングヘッド側面図である。 図２中のＡ部分における内部構造を示したボンディングヘッドの側面図である。 ボンディングヘッドの板ばねを湾曲させた状態を示す拡大図である。 第１実施形態におけるワイヤボンディング装置の全体構成を示す概略斜視図である。 第２実施形態におけるボンディングヘッドの斜視図である。 第２実施形態におけるボンディングヘッドの一部を透視した側面図である。 第２実施形態におけるワイヤボンディング装置の全体構成を示す斜視図である。 第２実施形態における板ばねの変形前と変形後における状態を示す拡大図である。
符号の説明
１０ ボンディングヘッド
２０ ボンディングツール
３０ ホーン
３２ 取付具
４０ 保持アーム
４２ 基部
４６ 水平部
４８ 貫通孔
４９ 脚板
４９Ａ 突出片
５０ 支持体
５１ アジャスタネジ
５２ 軸受ベアリング
５３ バランス用スプリング
５４ アーム板
５５ 接触状態検出手段
５６ 保持板
５８ 反力板
６０ 駆動手段
６２ 出力軸
６４ スプリングホルダ
６６ ナット
７０ 板ばね
７２ 短辺側
７４ 長辺側
７６ コイルばね
７８ ボルト
８０ 位置検出体
８１ ブラケット
８２ 位置検出手段
８４ 保持具
９０ 制御部
９９ スコープ
１００ ワイヤボンディング装置
１０１ 保持ロッド
１０３ 保持台
１０５ ワーク保持台
１０７ Ｘ−Ｙテーブル

Claims (5)

  1. ボンディングワイヤをワークに接続するボンディングツールと、
    該ボンディングツールを先端部に保持する超音波ホーンと、
    前記超音波ホーンが取り付けられた支持アームと、
    前記支持アームの基部を回動可能に連結した支持体と、
    該支持体に固定され、前記支持アームを前記支持体との連結部分を支持軸として傾動させ、前記ボンディングツールをワークへ加圧させる駆動手段と、
    一端部が固定端として前記支持アームに取り付けられ、他端部が自由端として前記駆動手段が連結され、該駆動手段による駆動力に応じて変位する板ばねと、
    前記支持アームに取り付けられ、前記板ばねの自由端側に取り付けられた位置検出体の位置を検出する位置検出手段と、
    前記位置検出手段により検出された前記位置検出体の位置情報に基づいて、前記ボンディングツールがボンディング面を加圧する加圧力を算出する加圧力算出手段と、
    前記加圧力算出手段により算出された加圧力に基づいて前記駆動手段の駆動力を制御する駆動力制御手段と、を有し、
    前記駆動力制御手段は、前記ボンディングツールがボンディング面に接触した後、ボンディングツールによるボンディング面への加圧力が所定の加圧力に到達した時点からワイヤボンディングが完了する時点までの間、前記ボンディングツールの加圧力を前記所定の加圧力に維持するように前記駆動手段の駆動力を制御することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 前記支持体には、前記ボンディングツールが前記ボンディング面に接触した状態を検出する接触状態検出手段が設けられてい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装置。
  3. 前記接触状態検出手段は、接触状態の検出位置が調整可能であることを特徴とする請求項２記載のワイヤボンディング装置。
  4. 前記支持体には、前記支持アームの傾動範囲を規制するためのストッパが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項記載のワイヤボンディング装置。
  5. 前記ボンディングワイヤの径寸法は１００〜５００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項記載のワイヤボンディング装置。
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