JP2011040635A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】不活性ガス雰囲気中でＦＡＢを形成する際に、ＦＡＢの酸化を抑制しつつＦＡＢの安定化を図り、キャピラリとスパークロッドとの放電ギャップ長、不活性ガス雰囲気の大きさを容易に設定可能としたワイヤボンディング装置を提供すること。
【解決手段】キャピラリ３の先端を介して開口部１３、２１が対向し、各々の開口部はキャピラリの先端の貫通可能な切り欠き部１３ａ、２１ａを有し、該切り欠き部に不活性ガスを排出する一対のガス排出チューブ１１、２０と、該ガス排出チューブ内に前記キャピラリから繰り出されたワイヤにスパーク放電させてボールを形成することができるよう位置決めされているスパークロッド５と、前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離を変更する位置調整手段を備え、一対のガス排出チューブの開口部間の空間の大きさを可変して、不活性ガスにより形成される不活性ガス雰囲気の空間の大きさを可変するようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、銅ワイヤ、アルミワイヤ等を用いたワイヤボンディング装置に関し、特に、銅ワイヤの先端に安定したボールを形成することが可能なワイヤボンディング装置に関する。
半導体の組立工程では、金ワイヤを使用したワイヤボンディングが主流であるが、金ワイヤに比べ材料コストが安い銅ワイヤを使用したボンディングが行われつつある。しかしながら、銅ワイヤを使用したボンディングでは、スパーク放電によるボール形成時に銅と酸素が反応して酸化銅の銅ボールが形成される。酸化銅は銅と比較して硬度が大きいため、銅ボールとＩＣチップのパッドとの接合において、パッド下にダメージを与えることがある。また、酸化した銅ボールは変色や偏芯が発生し、ボンディング品質に悪影響を与えことがある。なお、スパーク放電によりワイヤの先端に形成されるボールをフリーエアーボール（以下にＦＡＢと記す。）という。
これらの悪影響を排除するにはＦＡＢ形成過程での酸素の混入を防ぐことが必要である。このため主に窒素ガス、窒素水素混合ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスの領域内でＦＡＢの形成を行うようにしている。図１１及び図１２は、従来のワイヤボンディング装置におけるキャピラリとスパークロッド及びそれらの周辺を示す斜視図である。
図１１に示すワイヤボンディング装置では、キャピラリ３の先端とスパークロッド５との間の空間の左右の位置にガスノズル８１、８３を配置し、ＦＡＢ形成工程での酸素の混入を防止すべく、前記空間に左右のガスノズル８１、８３から不活性ガスを供給しながら不活性ガス雰囲気内で、キャピラリ３から繰り出された銅ワイヤの先端にスパークロッド５によりスパーク放電してＦＡＢを形成するようにしている。
また、図１２は、特許文献１に開示された他のワイヤボンディング装置のキャピラリとスパークロッド及びそれらの周辺を示す斜視図であり、ガス閉じ込めチューブを用いて不活性ガス雰囲気内でボールの形成を行うワイヤボンディング装置が開示なされている。
特許文献１に開示された従来の他のワイヤボンディング装置は、図１２に示すように、先端３ａから銅ワイヤ７４を繰り出すキャピラリ３と、キャピラリ３の先端３ａが貫通することができるように設けられた上部インラインオリフィス８６及び下部インラインオリフィス８７を有するガス閉じ込めチューブ８５と、ガス閉じ込めチューブ８５の内部に配置され、キャピラリ３の先端３ａから繰り出された銅ワイヤ７４の先端７４ａにスパーク放電するスパークロッド５とを有している。ガス閉じ込めチューブ８５の内部に不活性ガスを流しながら不活性ガス雰囲気を形成して、スパークロッド５の先端５ａから銅ワイヤ７４の先端７４ａにスパーク放電してＦＡＢを形成する。
このように図１２の従来のワイヤボンディング装置では、ＦＡＢ形成工程で酸素の混入を防ぐべく、ガス閉じ込めチューブ８５内に不活性ガスを流しながら、キャピラリ３の先端を上部インラインオリフィス８６からガス閉じ込めチューブ８５内に挿入し、キャピラリ３から繰り出された銅ワイヤ７４の先端７４ａにスパークロッド５の先端５ａからスパーク放電して不活性ガス雰囲気内でＦＡＢを形成するようにしている。
ＵＳ６２３４３７６
図１１に示す左右にガスノズルを配置した構造では、均一な不活性ガス雰囲気を保つために、左右のガスノズルのガス噴出口を最適な位置に設定して左右のガスノズルの位置バランスを保つ必要がある。しかしながら、各ガスノズルは独立しているため、ガス噴出口の位置調整が容易に行うことができないため、左右のガスノズルのガス噴出口の位置バランスが悪くなる恐れがある。左右のガスノズルの位置バランスが悪いとガスの乱流が起こり不活性ガス雰囲気内のガス濃度が一定にならなくなり、また、周りの空気を巻き込むことにより、形成されるボールが酸化しやすくなるという問題があった。さらに、図１１に示す構造では、左右のガスノズルからの不活性ガスが空間に噴出されて散乱するため、一定濃度の不活性ガス雰囲気を保つためのガス流量の調整が難しいという問題があった。
また、図１２に示すガス閉じ込めチューブの構造では、不活性ガスの流速を一定に保ちつつ、放電電流の大小を規定するスパークパワーに応じた不活性ガス雰囲気の大きさを可変することができないため、スパークパワーの小さい銅ワイヤの細線から大きなスパークパワーを必要とする銅ワイヤの太線までの共用が難しいという問題があった。
そこで本発明は、不活性ガス雰囲気中でＦＡＢを形成する際に、ＦＡＢの酸化を抑制しつつＦＡＢの安定化を図り、また、位置調整機構により、キャピラリとスパークロッドとの放電ギャップ長、不活性ガス雰囲気の大きさを容易に設定できるようにして、銅ワイヤの細線から太線までのＦＡＢ形成に対応可能なワイヤボンディング装置を提供することを目的とするものである。
上記目標達成のため、本発明のワイヤボンディング装置は、先端からワイヤを繰り出すキャピラリと、該キャピラリの前記先端を介して開口部が対向し、各々の開口部はキャピラリの先端が貫通可能な切り欠き部を有し、該切り欠き部に不活性ガスを排出する一対のガス排出チューブと、該ガス排出チューブ内に前記キャピラリから繰り出されたワイヤにスパーク放電させてボールを形成することができるよう位置決めされているスパークロッドと、前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離を変更する位置調整手段と、を備えたものである。
また、本発明のワイヤボンディング装置の前記一対のガス排出チューブは、スパークロッドを内蔵し、開口部の弧状の切り欠き部への不活性ガスの排出及びスパークロッドによるワイヤへのスパーク放電を行う第１のガス排出チューブと、該第１のガス排出チューブの開口部と対向する開口部の弧状の切り欠き部への不活性ガスの排出行う第２のガス排出チューブから成り、前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間に不活性ガス雰囲気の空間を形成するようにしたものである。
また、本発明のワイヤボンディング装置は、前記第１のガス排出チューブの開口部と前記第２のガス排出チューブの開口部との間に間隙を有するようにしたものである。
また、本発明のワイヤボンディング装置の前記第２のガス排出チューブは、開口部の弧状の切り欠き部への不活性ガスの排出に代えて、開口部の弧状の切り欠き部の不活性ガスを吸引することが可能に構成されているものである。
また、本発明のワイヤボンディング装置の前記位置調整手段は、一対のガス排出チューブの一方をスライドさせて、各々の開口部間の距離を変更し、一対のガス排出チューブの開口部間の空間の大きさを可変して、不活性ガスにより形成される不活性ガス雰囲気の空間の大きさを可変するようにしたものである。
また、本発明のワイヤボンディング装置の前記位置調整手段は、一対のガス排出チューブのうちスパークロッドを位置決めしているガス排出チューブをスライドさせて、キャピラリ先端のワイヤとスパークロッドとの放電距離を可変するようにしたものである。
また、本発明のワイヤボンディング装置の前記位置調整手段は、前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離が所定の長さになるように一対のガス排出チューブの一方の位置を自動で制御するように構成したものである。
本発明によれば、一対のガス排出チューブを位置調整手段で連結したことにより、第１のガス排出チューブの開口部及び第２のガス排出チューブの開口部とのギャップ調整が可能となり、従来の左右に独立に配置したガスノズル形態に比べ必要な不活性ガス雰囲気の空間を限定的に形成することができる。これにより、同一のガス排出チューブで細線から太線までのボール形成が可能となる。例えば、銅ワイヤの細線の場合、スパーク放電時の放電電流値が小さいためアーク放電が小さくなり、不活性ガス雰囲気の空間も限定的でよい。従って一対のガス排出チューブの各々の開口部間のギャップを狭めた状態でガス流量も低く押さえられる。
一方、銅ワイヤの太線のボール形成では、大きな放電電流値が必要となりアーク放電も大きくなるため、ガス流量を細線に比べ大きくする必要がある。従来は銅ワイヤの太線の場合にはガス流速を速くしてガス流量を上げる必要があり、このためガス流によりスパーク放電が不安定になることがあった。本発明のワイヤボンディング装置は、ガス流速を速くする代わりに、銅ワイヤの太さに応じて一対のガス排出チューブの各々の開口部間のギャップ長を大きくすることにより、ガス流速はそのままで不活性ガス雰囲気の空間のみ大きくすることが可能となる。このため、銅ワイヤの太さに影響されずに安定したスパーク放電状態を維持することができる。
また、本発明によれば、必要な不活性ガス雰囲気の空間を限定的に形成することができるため、ガス流量を低く押さえられるため、使用する不活性ガスの量を減らすことができる。
また、本発明によれば、一対のガス排出チューブの開口部間に左右の間隙を設けることにより、ガス流が乱れることがないため、安定した不活性ガス雰囲気内でボール形成が可能となる。
また、本発明によれば、位置調整機構を設けたことにより、キャピラリの外形の大きさに応じてギャップ長を可変できるため、様々な外形の大きさのキャピラリに対応することができる。
また、本発明によれば、第２のガス排出チューブで第１のガス排出チューブからの不活性ガスを吸引する場合には、位置調整機構により第１のガス排出チューブの開口部と第２のガス排出チューブの開口部とを密着させることが可能である。これにより、一対のガス排出チューブの開口部間の左右の間隙からの空気の流入が少なくなり、効率良く不活性ガスを回収することができる。
また、本発明によれば、一対のガス排出チューブで形成されているため、従来のように左右のガスノズルのガス噴出口を最適な位置に設定して左右のガスノズルの位置バランスを保つ必要がないため、作業効率が向上する。
また、本発明によれば、位置調整手段により一対のガス排出チューブの一方が移動可能であるため、移動可能なガス排出チューブにスパークロッドを内蔵することにより、キャピラリとスパークロッドとの放電ギャップ調整が容易に行える。
また、本発明によれば、位置調整手段により一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離が所定の長さになるように一対のガス排出チューブの一方の位置を自動で制御することが可能であるため、ワイヤサイズ、ＦＡＢの大きさ等の条件に応じて、開口部間の距離の設定が短時間で行えるため、作業効率が向上する。
ワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。 ワイヤボンディング装置のキャピラリ、クランパ、スパークロッドを内蔵したガス排出装置の位置関係を示す説明図である。 ガス排出装置の構成を示す斜視図であり、（ａ）は主に左側面を示す斜視図、（ｂ）は主に右側面を示す斜視図である。 （ａ）は、一対のガス排出チューブの第１のガス排出チューブの平面図、（ｂ）は、一対のガス排出チューブの第１のガス排出チューブの正面図である。 （ａ）は、一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブの平面図、（ｂ）は、一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブの正面図である。 （ａ）は、位置調整手段によって一対のガス排出チューブの開口部の距離を長くした例を示す一対のガス排出チューブの断面図、（ｂ）は、位置調整手段によって一対のガス排出チューブの開口部の距離を短くした例を示す一対のガス排出チューブの断面図である。 位置調整手段による一対のガス排出チューブの開口部の距離の可変を説明する図である。 第２のガス排出チューブによる不活性ガスの吸引を説明する図である。 一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブの位置を制御する機構を有するガス排出装置の平面図である。 一対のガス排出チューブの開口部間の距離を調整するための手順を示すフローチャートである。 従来のワイヤボンディング装置における左右のガスノズル、キャピラリ及びスパークロッドの位置関係を示す斜視図である。 従来の他のワイヤボンディング装置のおけるガス閉じ込めチューブ、キャピラリ及びスパークロッドの位置関係を示す斜視図である。
以下図面を参照して、本発明によるワイヤボンディング装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、本発明のワイヤボンディング装置は、不活性ガス雰囲気中でＦＡＢを形成する際に、ＦＡＢの酸化を抑制しつつＦＡＢの安定化を図り、また、位置調整機構により、キャピラリとスパークロッドとの放電ギャップ長、不活性ガス雰囲気の空間の大きさを容易に設定できるようにして、銅ワイヤの細線から太線までのＦＡＢを形成可能にしたものである。
［装置構成の概要］
最初に図１及び図２を参照してワイヤボンディング装置の構成を説明する。図１は、ワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図、図２は、図１に示すワイヤボンディング装置のキャピラリ、クランパ、スパークロッド（放電電極）を内蔵したガス排出装置の位置関係を示す説明図である。
図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、ボンディングツールとしてのキャピラリ３が先端に装着された超音波ホーンからなるボンディングアーム２と、ボンディングアーム２を上下方向、すなわちＺ方向に駆動する駆動手段としてのリニアモータ（図示せず）を有するボンディングヘッド６と、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド６からなるボンディング手段を搭載してＸ方向及びＹ方向に二次元的に相対移動させて位置決めするＸＹ位置決め手段としてのＸＹテーブル６０と、半導体チップ７０を搭載しキャピラリ３、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド６によるボンディング作業が行なわれ架台上にヒータプレートを有するヒータ部６１と、ワイヤボンディング装置１全体の制御を行うマイクロコンピュータを有する制御装置６３と、この制御装置６３からの指令信号に応じてボンディングヘッド６及びＸＹテーブル６０への駆動信号を発する駆動装置６２とを備えている。キーボード６７は、制御装置６３のマイクロコンピュータに接続されており、データの入力、実行指示等を行うものである。制御装置６３のマイクロコンピュータの記憶装置には、プログラムが内蔵されており、ワイヤボンディング等の動作は、プログラムを実行することにより行われる。なお、半導体チップ７０をマウントしたリードフレーム７２は、ヒータ部６１のヒータプレート上に搭載されて、ヒータ部６１のヒータにより加熱されるようになっている。
［主要な装置の働き等］
ボンディングアーム２をＺ方向の上下に駆動するボンディングヘッド６には、ボンディングアーム２の位置を検出する位置検出センサ７を備えており、位置検出センサ７は、ボンディングアーム２の予め設定された原点位置からのボンディングアーム２先端に装着されたキャピラリ３の位置を制御装置６３に出力するようになっている。また、ボンディングヘッド６のリニアモータは、制御装置６３によってボンディングアーム２を上下に駆動する他に、ボンディング時にキャピラリ３に対して荷重の大きさ、荷重の印加時間の制御がなされる。
また、このワイヤボンディング装置１は、超音波発振器６５を備えており、超音波ホーン２に組み込まれた振動子に電圧を印加して、超音波ホーン２の先端に位置するキャピラリ３に振動を発生させ、制御装置６３からの制御信号を受けて、キャピラリ３に超音波振動を印加できるように構成されている。
また、キャピラリ３先端のボール形成は、ボール形成装置６６を制御して行われる。ボール形成装置６６は、制御装置６３からの制御信号を受けて、キャピラリ３から送り出されたワイヤの先端とガス排出装置１０のガス排出チューブ１１に内蔵されたスパークロッドとの間に高電圧を印加することによりスパーク放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してキャピラリ３内に挿通されたワイヤの先端にボールを形成するものである。
図１に示すワイヤボンディング装置１は、リードフレームを加熱しつつ、半導体チップ７０上のパッドとリードフレーム等のリード間をワイヤで接続するものである。パッド又はリードでのワイヤの接続は、ボンディングツールとしてのキャピラリ３に超音波振動及び荷重を印加して行うものである。
なお、ＸＹテーブル６０に搭載されたボンディングヘッド６のボンディングアーム２の先端に位置するキャピラリ３は、ＸＹテーブル６０によるＸＹ軸上及びボンディングヘッド６によるＺ軸上の位置に移動可能に構成されているが、ボンディングヘッド６を筐体に固定して、被ボンディング部品を搭載するヒータ部６１をＸＹテーブル６０に搭載して、ボンディングヘッドはＺ軸方向の上下移動のみを行い、被ボンディング部品をＸＹテーブル上に搭載して、被ボンディング部品をキャピラリ３に対してＸＹ軸の２次元の相対移動を行う構成にしてもよい。
図２に示すように、クランパ４は、ボンディングアーム２（図１に示す）の上下動作と連動し、開閉機構（図示せず）によりワイヤ７４を挟んだり、解放するものであり、制御装置６３によって制御される。ワイヤ７４は、クランパ４の開閉機構のクランプ面を通り、キャピラリ３に設けられたホールを通り、キャピラリ３の先端から繰り出されている。また、キャピラリ３の下側には、不活性ガスにより形成される酸化防止用ガス雰囲気中でＦＡＢを形成するガス排出装置１０が設けられている。ガス排出装置１０には、スパークロッド５が内蔵されており、スパーク放電によりキャピラリ３の先端から繰り出されワイヤ７４の先端にＦＡＢ７５を形成するようになっている。
なお、図１及び図２に示すワイヤボンディング装置の構成は、一般的な構成を示したものであり、本発明は、これに限定されるものではない。
［ガス排出装置の概要］
次に図３乃至図７を用いてガス排出装置について詳述する。ガス排出装置は、不活性ガスにより形成される酸化防止用ガス雰囲気中でＦＡＢを形成する際に、ＦＡＢの酸化を抑制しつつＦＡＢの安定化を図るためのものである。なお、不活性ガスにより酸化防止用雰囲気が形成されるが、以後、不活性ガスにより形成される酸化防止用雰囲気を不活性ガス雰囲気と記す。
図３は、ガス排出装置の構成を示す斜視図であり、図３（ａ）は主に左側面を示す斜視図、図３（ｂ）は主に右側面を示す斜視図である。図４（ａ）は、一対のガス排出チューブの第１のガス排出チューブの平面図、図４（ｂ）は、一対のガス排出チューブの第１のガス排出チューブの正面図である。図５（ａ）は、一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブの平面図、図５（ｂ）は、一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブの正面図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ガス排出装置１０は、一対のガス排出チューブ１１、位置調整手段としての連結板２９及びボンディングヘッドに取り付けるための本体取付金具３７等から構成されている。なお、ガス排出装置１０の主要部は、一対のガス排出チューブ１１及び位置調整手段である。
［第１のガス排出チューブの構造］
最初に、ガス排出装置１０の一対のガス排出チューブ１１について説明する。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、一対のガス排出チューブ１１は、第１のガス排出チューブ１２と第２のガス排出チューブ２０とから構成されている。最初に、第１のガス排出チューブについて述べる。
図３及び図４に示すように、第１のガス排出チューブ１２は、角形の外形を有している。図４（ａ）に示すように、第１のガス排出チューブ１２は、内部に不活性ガスを導入する中空のガス導入孔１５が設けられおり、ガス導入孔１５内にキャピラリ３（図２に示す）から繰り出されたワイヤにスパーク放電させてボールを形成するスパークロッド５を内蔵している。また、第１のガス排出チューブ１は、先端に開口部１３有し、開口部１３は、キャピラリ３の先端の接触を防止するべく弧状の切り欠き部１３ａを備えている。また、図４（ｂ）に示すように、開口部１３の中心付近には、ガス導入孔１５のガス排出口１４が位置している。図４（ａ）に示すように、第１のガス排出チューブ１２は、ガス導入孔１５に内蔵されているスパークロッド５の先端５ａが切り欠き部１３ａの面にわずかに突出するように配されている。
また、第１のガス排出チューブ１２の後端は、図３（ａ）、（ｂ）に示すガス排出チューブ保持部３５に固着されており、ガス排出チューブ保持部３５から供給される不活性ガスを流入するガス流入口（図示せず）を有している。ガス排出チューブ保持部３５への不活性ガスは矢印で示すように外部から供給する。第１のガス排出チューブ１２の内部は、ガス流入口と開口部１３のガス排出口１４とがガス導入孔１５を介して連通するように形成されている。第１のガス排出チューブ１２のガス流入口から供給された不活性ガスは、ガス導入孔１５を通って、スパークロッド５の外周及びガス導入孔１５に沿って流れ、ガス排出口１４から切り欠き部１３ａの成す空間に排出される。
第１のガス排出チューブ１２は、絶縁性、耐熱性に優れたセラミック、耐熱ガラス、ガラスエポキシ樹脂等から形成されている。また、第１のガス排出チューブ１２の外形は、角形以外にも例えば、丸形の外形であってもよい。
また、切り欠き部１３ａは、キャピラリ３との接触を防止するべく平面視（図４（ａ））において弧状の形状を有しているが、円弧、三角形の斜辺、四角形の３辺、台形形状の下底及び斜辺のいずれかの形状であってもよい。更に、切り欠き部１３ａは、正面視（図４（ｂ））において第１のガス排出チューブ１２の上面から下面まで鉛直方向に弧状で同一に形成されているが、その他の構成として、第１のガス排出チューブ１２の上面から下面までの間で上面と下面の中央部分が最も切り欠かれる弧状の曲面形状を有するようにして、切り欠き部１３ａにより形成される空間に膨らみを持たせるようにしてもよい。このように、切り欠き部１３ａは、ガス排出口１４から排出される不活性ガスの流れの乱れを発生させない形状が望ましい。また、不活性ガスを切り欠き部１３ａの空間に均一に拡散するために、ガス排出口１４の径をガス導入孔１５の径より大きめにして、ガス導入孔１５からガス排出口１４までの径を徐々に増大するようにしてもよい。なお、不活性ガスは、窒素ガス、窒素水素混合ガス又はアルゴンガスなどが用いられる。
［第２のガス排出チューブの構造］
次に、一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブについて説明する。第２のガス排出チューブは、第１のガス排出チューブと対をなすものである。図３に示すように、第２のガス排出チューブ２０は、角形の外形を有し、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と対向する位置に設けられている。図５（ａ）に示すように、第２のガス排出チューブ２０は、内部に不活性ガスを導入する中空のガス導入孔２４が設けられており、先端に開口部２１有している。第２のガス排出チューブ２０の開口部２１は、キャピラリ３の先端の接触を防止するべく弧状の切り欠き部２１ａを備えている。また、図５（ｂ）に示すように、開口部２１の中心付近には、ガス導入孔２４のガス排出口２２が位置している。図５（ａ）に示すように、第２のガス排出チューブ２０の側面には、不活性ガスを流入するガス流入口２３を有しており、略Ｌ字型に形成されたガス導入孔２４によって、ガス流入口２３と開口部２１のガス排出口２２とが連通するようになっている。また、ガス流入口２３は、不活性ガスを供給するガス供給管３１が接続金具２６を介して接続されており、ガス供給管３１の他端に外部から不活性ガスを供給するようにする。ガス供給管３１から供給された不活性ガスは、図５（ａ）に示す矢印のように、ガス流入口２３からガス導入孔２４に沿って流れ、ガス排出口２２から切り欠き部２１ａの成す空間に排出される。
第２のガス排出チューブ２０は、絶縁性、耐熱性に優れたセラミック、耐熱ガラス、ガラスエポキシ樹脂等から形成されている。なお、第２のガス排出チューブ１２の外形は、角形以外にも、例えば、丸形の外形であってもよい。
また、切り欠き部２１ａは、キャピラリ３との接触を防止するべく平面視（図５（ａ））において弧状の形状を有しているが、円弧、三角形の斜辺、四角形の３辺、台形形状の下底及び斜辺のいずれかの形状であってもよい。更に、切り欠き部２１ａは、正面視（図５（ｂ））において第２のガス排出チューブ２０の上面から下面まで鉛直方向に弧状で同一に形成されているが、その他の構成として第２のガス排出チューブ２０の上面から下面までの間で上面と下面の中央部分が最も切り欠かれる弧状の曲面形状を有するようにして、切り欠き部２１ａにより形成される空間に膨らみを持たせるようにしてもよい。このように、切り欠き部２１ａは、ガス排出口２２から排出される不活性ガスの流れの乱れを発生させない形状が望ましい。また、不活性ガスを切り欠き部２１ａの空間に均一に拡散するために、ガス排出口２２の径をガス導入孔２４の径より大きめにして、ガス導入孔２４からガス排出口２２までの径を徐々に増大するようにしてもよい。なお、不活性ガスは、窒素ガス、窒素水素混合ガス又はアルゴンガスなどが用いられる。
また、図３に示すように、一対のガス排出チューブ１１の第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０は、各々の開口部１３、２１間に図３に示す隙間（ギャップ）３３を有するように、分離した構成となっている。このように、ガス排出チューブ１１は、第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０とからなり、キャピラリ３の先端を介して開口部が対向し、各々の開口部１３、２１はキャピラリ３の先端の接触を防止するべく弧状の切り欠き部１３ａ、２１ａを備えている。第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０の弧状の切り欠き部１３ａ、２１ａにより形成される空間は、キャピラリ３が切り欠き部１３ａ、２１ａに接触することなく貫通できる大きさを有している。また、各々の開口部１３、２１の左右に、隙間（ギャップ）３３を有している。これにより、ガス排出チューブ１１の第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０の各々の開口部１３、２１間には、不活性ガス雰囲気の空間が形成される。
また、第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０の開口部１３、２１の左右に隙間（ギャップ）３３を有することにより、第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０から排出された不活性ガスは、開口部１３、２１の切り欠き部１３ａ、２１ａを流れ、隙間（ギャップ）３３にも流れるため乱流の発生を減らして安定した不活性ガスの空間を形成することができる。
以上説明したガス排出チューブ１１は、第１のガス排出チューブ１２にスパークロットを内蔵した構成について述べたが、第１のガス排出チューブ１２に代えて第２のガス排出チューブ２０にスパークロットを内蔵することも可能である。
［位置調整手段の構造］
次に、一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離を変更する位置調整手段について図６及び図７を用いて詳述する。位置調整手段は、第１のガス排出チューブ及び第２のガス排出チューブから成る一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離を変更するためのものである。図６（ａ）は、位置調整手段によって一対のガス排出チューブの開口部の距離を長くした例を示す一対のガス排出チューブの断面図、図６（ｂ）は、位置調整手段によって一対のガス排出チューブの開口部の距離を短くした例を示す一対のガス排出チューブの断面図である。図７は、位置調整手段による一対のガス排出チューブの開口部の距離の可変を説明する図である。
図６（ａ）、（ｂ）及び図７に示すように、位置調整手段は、第１のガス排出チューブ１２の側面及び第２のガス排出チューブ２０の側面に取り付けられており、前記第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と前記第２のガス排出チューブ２０の開口部２１とが対向するように連結するものである。位置調整手段としての連結板２９は、板状の形状を成し、連結板２９の両端付近には、ボルト３０を挿入するための長穴２９ａが設けられており、中心付近に左右に延びる棒状の突起部２９ｂが設けられている。また、第１のガス排出チューブ１２の側面及び第２のガス排出チューブ２０の側面のそれぞれにねじ穴が設けられている。更に、第１のガス排出チューブ１２のねじ穴を有する側面には、スライド用溝１６が設けられており、第２のガス排出チューブ２０のねじ穴を有する側面には、スライド用溝２５が設けられている。連結板２９の突起部２９ｂを第１のガス排出チューブ及び第２のガス排出チューブ２０のスライド用溝１６、２５に係合するようにする。
また、第２のガス排出チューブ２０に不活性ガスを供給するガス供給管３１は、第１のガス排出チューブ保持部３５（図３（ｂ）に示す）の側面に設けられたＬ字金具３８の底面に搭載されているため、第２のガス排出チューブ２０が水平方向にスライド時に、ガス供給管３１がＬ字金具３８の底面を摺動できるようになっている。
図７に示すように、連結板２９に設けられた長穴２９ａにより、第２のガス排出チューブ２０を水平方向にスライドすることが可能となる。第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と第２のガス排出チューブ２０の開口部２１の間のギャップ長ｄ（図７に示す）が所定の長さになるように、第２のガス排出チューブ２０をスライドさせて位置を決定して、ボルト３０を使用して連結板２９により第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０を固定する。
このように、位置調整手段によって第２のガス排出チューブ２０の位置をスライドさせることにより、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と第２のガス排出チューブ２０の開口部２１とが成す空間の大きさを可変することができる。これにより、放電電流の大きさに応じて不活性ガス雰囲気の空間を可変できるため、最適な放電環境を得ることができる。
［ガス排出装置の他の構成要素］
次に、ガス排出装置１０の一対のガス排出チューブ１１及び位置調整手段をボンディングヘッドに取り付けるための構成部品について図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
一対のガス排出チューブ１１及び位置調整手段をボンディングヘッドに取り付けるために、一対のガス排出チューブ１１の第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と反対側の面はガス排出チューブ保持部３５に固着されている。ガス排出チューブ保持部３５は内部が空洞を成し、端部の一方は第１のガス排出チューブ１２を固着して、第１のガス排出チューブ１２のガス導入孔１５に連通している。また、ガス排出チューブ保持部３５の他端は、ガス供給金具３５ａを有しており、矢印で示すように外部から不活性ガスを供給するようにする。
また、第１のガス排出チューブ１２内のスパークロッド５は、ガス排出チューブ保持部３５の上部に設けられたスパークロッド接続端子３６と電気的に接続されている。スパークロッド接続端子３６には、ボール形成装置６６（図１に示す）の高電圧出力端子に接続された一方の線が配線される。また、ボール形成装置６６の高電圧出力端子に接続された他方の線は、図２に示すクランパ４に接続される。
また、ガス排出チューブ保持部３５の上部には、ボンディングヘッドに取り付けるための本体取付金具３７が設けられている。本体取付金具３７によりガス排出装置１０がボンディングヘッドに固定される。
このように、ガス排出装置１０は、キャピラリ３から繰り出されたワイヤの先端に不活性ガスを流出し、不活性ガス雰囲気中でＦＡＢを形成する。
また、一対のガス排出チューブ１１の第２のガス排出チューブ２０にスパークロット５を内蔵することにより、位置調整手段によって第２のガス排出チューブ２０の位置を変更することによりスパークロット５の位置を可変できる。これにより、キャピラリ３の先端から繰り出されたワイヤの先端とスパークロット５先端との距離を変更することができるため、キャピラリ３とスパークロッド５との放電ギャップ調整が容易に行える。
また、ワイヤサイズ、ＦＡＢの大きさ等の条件に応じて、開口部間の距離の設定が容易に行えるため、作業効率が向上する。
［ＦＡＢの形成動作］
次に、一対のガス排出チューブ１１による不活性ガス雰囲気中でのＦＡＢの形成について図１及び図２を参照して説明する。最初に、一対のガス排出チューブ１１の位置調整手段により第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と前記第２のガス排出チューブ２０の開口部２１とのギャップ長ｄ（図７に示す）を設定する。ギャップ長は、放電電流の大きさに基づいた放電空間の大きさ、ワイヤ先端とスパークロッド５との放電ギャップ長等により決定する。また、ボンディング開始前に不活性ガスを第１のガス排出チューブ１２及び前記第２のガス排出チューブ２０に供給するようにする。これにより、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と前記第２のガス排出チューブ２０の開口部２１間の空間に不活性ガス雰囲気が形成される。
次に、キャピラリ３の先端から必要な長さのワイヤを繰り出すようにする。そして、キャピラリ３を制御して、スパーク放電位置まで移動させて、ワイヤの先端が、一対のガス排出チューブ１１の開口部１３、２１により形成されている空間内に位置するようにする。制御装置６３（図１に示す）は、ボール形成装置６６（図１に示す）を制御して、一対のガス排出チューブ１１に内蔵されているスパークロット５とクランパ４（図２に示す）に高電圧を印加して、キャピラリ３の先端のワイヤとスパークロット５のスパーク放電により、ワイヤ７４（図２に示す）の先端にＦＡＢを形成する。
半導体チップ７０（図２に示す）を搭載したリードフレーム７２（図２に示す）を自動ボンディングを行う際には、所定のタイミングでワイヤの先端にＦＡＢを形成するようにする。なお、ワイヤボンディングの工程に関しては、一般に知られており、説明は省略する。
［第２のガス排出チューブによるガス吸引］
以上述べたガス排出チューブは、第１のガス排出チューブ及び第２のガス排出チューブ２０から不活性ガスを流出して不活性ガス雰囲気を形成するものであるが、実施例として第１のガス排出チューブから不活性ガスを流出して、対向する第２のガス排出チューブ２０からガスを吸引することも可能となっている。図８は、第２のガス排出チューブによる不活性ガスの吸引を説明する図である。
図８に示すように、第２のガス排出チューブ２０に接続されているガス供給管３１から吸引することにより、矢印で示すガスの流れとなり、第１のガス排出チューブ１２から排出された不活性ガスは、不活性ガス雰囲気の空間を流れて、第２のガス排出チューブ２０のガス排出口２２から吸引される。
第１のガス排出チューブ１２から不活性ガスを流出して、対向する第２のガス排出チューブ２０からガスを吸引することにより、不活性ガスの流れが一定となり、安定した不活性ガス雰囲気を形成することができる。また、不活性ガスを効率よく回収することが可能である。
更に、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３及び第２のガス排出チューブ２０の開口部２１とを位置調整手段の連結板２９によって密着させることにより左右の間隙からの空気の流入がなくなり、安定したガス雰囲気を形成することができる。
［位置調整手段の自動制御機構の構成］
以上説明したガス排出装置１０は、第１のガス排出チューブ１２及び第２のガス排出チューブ２０から成る一対のガス排出チューブ及び位置調整手段から構成されており、第２のガス排出チューブ２０の位置をスライドさせることにより、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と第２のガス排出チューブ２０の開口部２１が成す空間の大きさを可変するようにしている。位置調整手段は、手動にて第２のガス排出チューブ２０の位置をスライドさせているが、位置調整手段にモータ等の動力源を用いることにより、第２のガス排出チューブ２０の位置を自動でスライドさせることが可能となる。以下に、第２のガス排出チューブ２０の位置の制御を自動で行うことが可能な位置調整手段について図９を用いて説明する。図９は、一対のガス排出チューブの第２のガス排出チューブの位置を制御する機構を有するガス排出装置の平面図である。
図９に示すように、位置調整手段は、ガス排出チューブ保持部３５の側面に、ＬＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｔｉｏｎ）ガイド５１に連結されたガス供給管３１を駆動するモータ５０を備えている。パルスモータ等から成るモータ５０は、ガス排出チューブ保持部３５の側面に固着された固定金具５２を介して取り付けられている。固定金具５２は、モータ５０とガス排出チューブ保持部３５と接する面との間に、ガス供給管３１が図９に示す矢印の方向に非接触で移動できるように空洞が設けられている。ＬＭガイド５１のＬＭレール５１ａは、ガス排出チューブ保持部３５の側面に固着されており、ＬＭガイド５１のＬＭブロック５１ｂは、ガス供給管３１を保持している。また、ＬＭガイド５１のＬＭブロック５１ｂはねじ穴を有し、ねじ穴にはねじ軸５３が配設されており、ねじ軸５３の先端部はモータ５０の先端部と直結されている。ガス供給管３１の一方の端部は、接続金具２６を介して第２のガス排出チューブ２０に連結されている。
また、ガス排出チューブ保持部３５の他方の側面には、ＬＭガイド５６のＬＭレール５６ａが固着されている。ＬＭガイド５６のＬＭブロック５６ｂは、第２のガス排出チューブ２０の側面に連結された連結棒５５の他端を固定している。
これにより、第２のガス排出チューブ２０は、ガス排出チューブ保持部３５の側面のＬＭガイド５１に連結されたガス供給管３１及びガス排出チューブ保持部３５の他の側面のＬＭガイド５６に連結された連結棒２５を介して、維持固定される。
モータ５２が回転することにより、ＬＭガイド５１のＬＭブロック５１ｂが図９に示す矢印で示す方向に移動し、同時にガス供給管３１も移動する。これにより、第２のガス排出チューブ２０が、図９に示す矢印で示す方向に移動し、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と第２のガス排出チューブ２０の開口部２１とが成す空間の大きさを可変することができる。
このように位置調整手段は、モータ５０の回転運動をガス供給管３１の並進運動に変換して、ガス供給管３１の先端に連結した第２のガス排出チューブ２０の位置を移動するように構成されている。
位置調整手段の駆動手段にモータを用いたガス排出装置を説明したが、モータに変えて
直線的に移動するシリンダ又はソレノイドを用いることも可能である。モータは回転数により第２のガス排出チューブ２０の位置を連続して可変することができるが、シリンダ、ソレノイドでは、第２のガス排出チューブ２０の２カ所の所定位置のどちらかに設定する場合に好適である。なお、シリンダ又はソレノイドを用いる場合には、ねじ軸を用いないでＬＭガイド５１のＬＭブロック５１ｂとシリンダ又はソレノイドの先端部とを結合するようにする。
［ギャップ調整の自動制御］
次に、位置調整手段にモータを使用した開口部のギャップ調整について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。図１０は、一対のガス排出チューブの開口部間の距離を調整するための手順を示すフローチャートである。
図１０に示すように、最初に、図２で示すキャピラリ３をスパークロッド５でスパーク放電する位置（スパーク放電位置）まで移動させる（ステップＳ１）。キャピラリ３は、一対のガス排出チューブ１１の各々の開口部１３、２１間のほぼ中心付近の直上に位置する。次に、開口部間のギャップ調整を手動で設定を行うか、自動で設定を行うかを選択する（ステップＳ２）。手動設定とは、ギャップ長ｄ（図７に示す）のデータが確定していない状態で、オペレータがキーボード６７（図１に示す）を操作して第２のガス排出チューブ２０の位置を移動させて最適なギャップ長を設定するものである。自動設定とは、ギャップ長データが前もって確定しており制御装置６３（図１に示す）の記憶装置にデータが格納されている状態で、オペレータがキーボードを操作して制御装置６３がギャップ長データに基づいて自動でギャップ長を設定するものである。
手動設定の場合には、キーボード６７からモータ５０の連続回転の指示を行い、第２のガス排出チューブ２０の位置を移動させる。なお、開口部のギャップ長は、ボンディング時の放電電流値の大きさ等に基づいて、必要な不活性ガス雰囲気が確保できる長さとなるようにする（ステップＳ３）。制御装置６３は、モータ５０の回転中に、モータ５０による第２のガス排出チューブ２０の移動量をカウントする（ステップＳ４）。開口部の最適なキャップ長が設定されるまで、ステップＳ３からを繰り返す。開口部のキャップ長の設定が終了した場合には、制御装置６３はステップＳ６に移行する（ステップＳ５）。制御装置６３は、カウントした移動量をギャップ長データとして制御装置６３の記憶装置に記憶する（ステップＳ６）。以上で、手動設定が終了する。
ステップＳ２で、自動設定を選択した場合には、制御装置６３の記憶装置に格納されている現在のギャップ長データの読み出す（ステップＳ７）。制御装置６３は、オペレータの指示により設定する新たなギャップ長データを制御装置６３の記憶装置から読み出す（ステップＳ８）。設定するギャップ長データと現在のギャップ長データから、第２のガス排出チューブ２０の移動量を算出する（ステップＳ９）。算出した移動量に基づいて、モータ５０を制御するようにする（ステップＳ１０）。これにより、一対のガス排出チューブの開口部間の距離が設定される。
このように、位置調整手段は、第２のガス排出チューブ２０の位置をモータ等によりスライドさせることにより、第１のガス排出チューブ１２の開口部１３と第２のガス排出チューブ２０の開口部２１が成す空間の大きさを可変することができる。これにより、不活性ガス雰囲気の空間を放電電流の大きさにより可変できるため、最適な放電環境を得ることができる。
また、位置調整手段により一対のガス排出チューブの一方が移動可能であるため、移動可能なガス排出チューブにスパークロッドを内蔵することにより、キャピラリとスパークロッドとの放電ギャップ調整も容易に行える。
また、位置調整手段により一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離が所定の長さになるように一対のガス排出チューブの一方の位置を自動で制御することが可能であるため、ワイヤサイズ、ＦＡＢの大きさ等の条件に応じて、開口部間の距離の設定が短時間で行えるため、作業効率が向上する。
１ ワイヤボンディング装置
２ 超音波ホーン（ボンディングアーム）
３ キャピラリ（ボンディングツール）
３ａ キャピラリ先端
４ クランパ
５ スパークロッド（放電電極）
５ａ スパークロッドの先端
６ ボンディングヘッド
７ 位置検出センサ
１０ ガス排出装置
１１ 一対のガス排出チューブ
１２ 第１のガス排出チューブ
１３ 開口部
１３ａ 切り欠き部
１４ ガス排出口
１５ ガス導入孔
１６ スライド用溝
２０ 第２のガス排出チューブ
２１ 開口部
２１ａ 切り欠き部
２２ ガス排出口
２３ ガス流入口
２４ ガス導入孔
２５ スライド用溝
２６ 接続金具
２９ 連結板
２９ａ 長穴
２９ｂ 突起部
３０ ボルト
３１ ガス供給管
３３ 隙間（ギャップ）
３５ ガス排出チューブ保持部
３５ａ ガス供給金具
３６ スパークロッド接続端子
３７ 本体取付金具
３８ Ｌ字金具
５０ モータ
５１ ＬＭガイド
５１ａ ＬＭレール
５１ｂ ＬＭブロック
５２ 固定金具
５３ ねじ軸
５５ 連結棒
５６ ＬＭガイド
５６ａ ＬＭレール
５６ｂ ＬＭブロック
６０ ＸＹテーブル
６１ ヒータ部
６２ 駆動装置
６３ 制御装置
６５ 超音波発振器
６６ ボール形成装置
６７ キーボード
７０ 半導体チップ（ＩＣチップ）
７２ リードフレーム
７４ ワイヤ（銅ワイヤ）
７４ａ 銅ワイヤの先端
７５ フリーエアーボール（ＦＡＢ）
８１ ８３ ガスノズル
８５ ガス閉じ込めチューブ
８６ 上部インラインオリフィス
８７ 下部インラインオリフィス

Claims (7)

  1. 先端からワイヤを繰り出すキャピラリと、
    該キャピラリの前記先端を介して開口部が対向し、各々の開口部はキャピラリの先端が貫通可能な切り欠き部を有し、該切り欠き部に不活性ガスを排出する一対のガス排出チューブと、
    該ガス排出チューブ内に前記キャピラリから繰り出されたワイヤにスパーク放電させてボールを形成することができるよう位置決めされているスパークロッドと、
    前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離を変更する位置調整手段と、
    を備えたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 前記一対のガス排出チューブは、スパークロッドを内蔵し、開口部の弧状の切り欠き部への不活性ガスの排出及びスパークロッドによるワイヤへのスパーク放電を行う第１のガス排出チューブと、該第１のガス排出チューブの開口部と対向する開口部の弧状の切り欠き部への不活性ガスの排出行う第２のガス排出チューブから成り、前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間に不活性ガス雰囲気の空間を形成するようにした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. 前記第１のガス排出チューブの開口部と前記第２のガス排出チューブの開口部との間に間隙を有するようにした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. 前記第２のガス排出チューブは、開口部の弧状の切り欠き部への不活性ガスの排出に代えて、開口部の弧状の切り欠き部の不活性ガスを吸引することが可能に構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  5. 前記位置調整手段は、一対のガス排出チューブの一方をスライドさせて、各々の開口部間の距離を変更し、一対のガス排出チューブの開口部間の空間の大きさを可変して、不活性ガスにより形成される不活性ガス雰囲気の空間の大きさを可変するようにしたことを特徴とする特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１に記載のワイヤボンディング装置。
  6. 前記位置調整手段は、一対のガス排出チューブのうちスパークロッドを位置決めしているガス排出チューブをスライドさせて、キャピラリ先端のワイヤとスパークロッドとの放電距離を可変するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか１に記載のワイヤボンディング装置。
  7. 前記位置調整手段は、前記一対のガス排出チューブの各々の開口部間の距離が所定の長さになるように一対のガス排出チューブの一方の位置を自動で制御するように構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか１に記載のワイヤボンディング装置。
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