JP2506904B2 - ワイヤボンデイング装置 - Google Patents

ワイヤボンデイング装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体製造工程において利用されるワイヤボ
ンディング装置に関する。
従来の技術 一般にワイヤボンディング装置においては、第６図に示
すようにワイヤ31を挿通されるとともに先端部にてワイ
ヤ31を被ボンディング部に押し付けて両者を接合するキ
ャピラリ32と、ワイヤ31を挟持して固定するクランパ33
と、ワイヤ先端との間にスパークを生じさせてワイヤ先
端を溶融し、ボールを形成する電気トーチ35とを備えて
いる。
そして、第６図（ａ）に示すように、キャピラリ32が
上昇位置にあってワイヤ31の先端にボール31aが形成さ
れかつクランパ33が開いた状態から、キャピラリ32を矢
印の如く下降させて基板36上の半導体37に形成された電
極にワイヤの先端をボンディングして第１ボンディング
部38を形成し、次にキャピラリ32を上昇させるとともに
基板36を相対移動させた後、再びキャピラリ32を下降さ
せ、第６図（ｂ）に示すように、基板36上の電極にワイ
ヤ31をボンディングして第２ボンディング部39を形成
し、その後第６図（ｃ）に示す如くキャピラリ32を適当
距離上昇させた後、ワイヤ31をクランパ33で挟み、その
後キャピラリ32とクランパ33をともに上昇させてワイヤ
31を第２ボンディング部39で切断し、次に第６図（ｄ）
に示す如くキャピラリ32を上昇位置まで上昇させ、側方
に待機していた電気トーチ35をキャピラリ32の下方位置
に移動させ、突出したワイヤ31の先端と電気トーチ35と
の間でスパークを生じさせてワイヤ先端にボール31aを
形成するという一連の動作を繰り返すことにより順次ワ
イヤボンディングを行っている。
ところで、上記第２ボンディング部39を形成したとき
にワイヤ31が切れてしまうことがあり、その場合は、第
７図（ａ）に示すように、キャピラリ32を適当距離上昇
させてもワイヤ31が一緒に上昇してその先端がキャピラ
リ32の先端から突出しない。そのため、第７図（ｂ）に
示すように、キャピラリ32をそのまま上昇位置まで上昇
させてもワイヤ31の先端と電気トーチ35との間でスパー
クが生じず、ボール31aは形成されない。さらに、その
状態から第７図（ｂ）に矢印で示すように、クランパ33
を開いて次の動作に移行すると、第８図（ａ）に示すよ
うに、バックテンション装置34にてワイヤ31にバックテ
ンションが付加されているため、第８図（ｂ）に示すよ
うに、ワイヤ31がキャピラリ32から抜け出してしまい、
さらにワイヤ31がガイド40から外れてワイヤ31の抜け出
しが検出され、それによって装置を停止している。
発明が解決しようとする課題 ところが、このようにワイヤ31が一旦キャピラリ32か
ら抜け出してから装置が停止すると、正常動作に復帰さ
せる時にワイヤ31をキャピラリ32に再び通す必要があ
り、その際数10μｍ程度の細さのワイヤ31をピンセット
でつまんでキャピラリ32に通さねばならないために作業
が難しく時間を要するという問題があった。
一方、キャピラリ32からのワイヤ31の抜け出しを防止
するために、第９図に示すように、ワイヤ31を常時軽く
挟持するようにした第２のクランパ41を設けたものもあ
るが、この第２のクランパ41は、ワイヤ31を両側から挟
持する一対の挟圧片を備えており、その平行度を高精度
に保つ必要があるため、機構が複雑で高価となるととも
にメンテナンス性が悪いという問題があった。
さらに正常動作に復帰させるには、まず第10図（ａ）
に示すように、作業者がワイヤ31をピンセット等で挾ん
で繰り出し、キャピラリ32の先端からワイヤ31を突出さ
せてその先端31bを折り曲げ、次にキャピラリ32を下降
させて基板36の空き空間に、第10図（ｂ）に示すよう
に、第２ボンディング部39に対応する捨てボンディング
部42を形成し、その後キャピラリ32を適当距離上昇させ
てワイヤ31を切断した後、キャピラリ32を上昇位置まで
上昇させ、ワイヤ31の先端と電気トーチ35との間にスパ
ークを生じさせてボール31aを形成するという手動操作
が必要であり、人手作業を要するとともに復帰まで時間
がかかって能率が悪く、また夜間に無人作業を行ってい
る場合にはワイヤボンディング装置は停止したままにな
る等の問題があった。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、ボール形成エラーが
生じた場合に簡単な構成でこれを検出し、ワイヤがキャ
ピラリから抜け出すのを防止できるワイヤボンディング
装置の提供を目的とする。
さらに、本発明はボール形成エラーが生じた場合に正
常動作に自動復帰できるワイヤボンディング装置を提供
することを目的とする。
課題を解決するための手段 ワイヤを狭持して固定するクランパを介し、ワイヤを
キャピラリに挿通し、このキャピラリの先端から突出し
ているワイヤ先端を、電気トーチによる放電によって溶
融することでボールを形成し、その時の電気トーチの放
電電流を検出することによって、ボール形成の有無を確
認するワイヤボンデイング方法において、ボールが形成
されないと判断された場合、キャピラリを一定量上昇さ
せることにより、ワイヤをキャピラリの先端より一定量
突出させた後、クランパとキャピラリを一体的に一定量
下降させて、前記突出させたワイヤの先端が前記電気ト
ーチと接触して導通した場合のみ、再度ボールを形成す
るための電気トーチによる放電を行うことを特徴として
います。
作用 本発明は上記構成を有するので、ボール形成エラーを
生じた場合、それをスパーク時に流れる電流値によって
検出することができ、エラー時にクランパを閉じたまま
とすることによってキャピラリからワイヤが抜け出すの
を防止でき、復帰に必要な時間が短くて済み、しかも機
構の複雑な第２のクランパなどが不用であるため、構成
も簡単で、メンテナンス性も良好である。
さらに、キャピラリ及びクランパを動作させてキャピ
ラリ先端からワイヤを繰り出し、その先端と電気トーチ
との間でスパークを発生させてボールを形成させること
により正常動作に自動復帰することもでき、自動連続運
転が可能となる。
実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照しな
がら説明する。
まず、第１図及び第２図により本発明の要部の構成と
動作を説明すると、ワイヤ１を挿通されたキャピラリ２
が設けられ、ワイヤ１をキャピラリ２の先端部にて接合
すべき被ボンディング部に押し付けながら超音波を印加
することによって両者を接合するようにされている。こ
のキャピラリ２上方にはワイヤ１を挟持して固定するク
ランパ３が設けられ、さらに上方に吸引エア流によって
ワイヤ１にバックテンションを付加するバックテンショ
ン装置４が設けられている。また、各ワイヤリング終了
後にワイヤ１の先端との間にスパークを生じさせ、ワイ
ヤ１の先端を溶融してボール1aを形成する電気トーチ５
が設けられ、かつスパーク時に前記クランパ３と電気ト
ーチ５の間に流れる電流値を検出する電流検出手段６が
設けられ、検出信号がクランパ制御手段3aに入力されて
いる。
そして、前記電流検出手段６により検出した電流値が
所定値以上であれば、ボールが形成されていると判断
し、第２図の（ａ）から（ｂ）に移行してクランパ３を
開き、通常のワイヤボンディング動作を行い、所定値未
満であれば、ボールを形成するのに十分な電流が流れな
かったのであるからボールは形成されていないと判断
し、第２図の（ａ）から（ｃ）に移行し、クランパ３を
閉じたままにしてワイヤ１がキャピラリ２から抜け出す
のを防止し、次に手動による復帰又は自動復帰動作に移
るように構成されている。
次に、通常のボンディング動作に自動復帰させる場合
の動作を第３図により説明する。
まず上記要領でボールが形成されたか否かの判断を行
い、形成されなかった場合、クランパ３を閉じて停止し
たままでキャピラリ２に超音波を印加し、このキャピラ
リ２を適当距離上昇させることによってワイヤ１をキャ
ピラリ２の先端から突出させ、次に電気トーチ５をスパ
ーク位置に移動させた後、クランパ３とキャピラリ２を
下降させ、ワイヤ１の先端と電気トーチ５が接触して導
通したか否かを判断し、導通しなかった場合はワイヤ１
が突出していないので、停止してエラー表示する。導通
した場合にはクランパ３とキャピラリ２を一定量上昇さ
せた後電気トーチ５との間でスパークさせてボールを形
成する。そして元に戻り、ボールが形成された場合に
は、クランパ３を開いて通常のボンディング動作に移行
する。
次に、具体的なワイヤボンディング装置の構成例を第
４図により説明する。ワイヤ１は、吸引気流によりワイ
ヤ１に引張力を付与するバックテンション装置４、ガイ
ド７及びクランパ３を介してキャピラリ２に挿通されて
いる。
前記キャピラリ２は超音波ホーン８の先端部に装着さ
れており、この超音波ホーン８の後端部は、支持軸９回
りに上下揺動可能に支持された揺動腕10にて、前記支持
軸９と同一軸心回りに揺動可能に支持されている。又、
前記超音波ホーン８の後端からは操作杆11が延出され、
その遊端部と前記揺動腕10との間に、前記超音波ホーン
８の先端部を下方に向かって付勢するリニアモータ12が
介装されている。
尚、前記超音波ホーン８の後端部の側面には前記揺動
腕10に係合して超音波ホーン８の先端部の下方揺動端を
規制するストッパ13が突設されている。さらに、前記リ
ニアモータ12は前記超音波ホーン８を上方に揺動させ、
前記キャピラリ２をクランパ３に対して相対的に上昇さ
せ得るように収縮可能であり、かつ前記揺動腕10には前
記ストッパ13が係合して前記超音波ホーン８の上方への
揺動端を規制する係合片14が突設されている。
前記クランパ３は前記揺動腕10から超音波ホーン８の
先端部に向かって延出された延長腕15に装着されてい
る。
前記揺動腕10の後端部に取り付けられたカムローラ16
がACサーボモータ18にて回転駆動可能なリニアモーショ
ンカム17に係合しており、揺動腕10がACサーボモータ18
の回転角に比例して上下揺動するように構成されてい
る。
前記ワイヤ１の先端との間でスパークを生じさせる電
気トーチ５は、前記キャピラリ２の直下位置と側方の待
機位置との間で往復移動可能なトーチ支持体19に装着さ
れている。又、このトーチ支持体19は昇降駆動シリンダ
20にて上方位置と下方位置の２位置間で切換え可能に構
成されている。
21は、水平面上で互いに直交するＸ方向とＹ方向に位
置決め可能なＸ−Ｙテーブルであり、ワイヤボンディン
グすべき半導体等を装着された基板22を固定支持するよ
うに構成されている。
以上の構成のワイヤボンディング装置を用いた正常な
ワイヤボンディング工程は従来例で説明した通りであ
り、説明は省略する。
尚、基板22を固定設置するＸ−Ｙテーブル21は、基板
22に装着されたボンディングすべき各半導体上の被ボン
ディング部及びそれに対応する基板22上の各被ボンディ
ング部をキャピラリ２の動作と連動して順次キャピラリ
２の直下位置に位置決めするように、予め制御部に移動
行程が教示されている。また、キャピラリ２及びクラン
パ３は揺動腕10が上下揺動することによって一体的に昇
降し、キャピラリ２が被ボンディング部に当接した後は
キャピラリ２はリニアモータ12の付勢力にて被ボンディ
ング部に押圧される。
次に、ボールが形成されなかった時の自動復帰工程を
第５図を参照しながら説明する。第２ボンディング部の
形成時にワイヤ切れが生じた状態でキャピラリ２が上昇
位置に上昇し、ボールが形成されなかった場合、クラン
パ３は（イ）の如く閉じたままであり、続いて（ロ）の
如くリニアモータ12を収縮動作させてクランパ３に対し
てキャピラリ２を上昇させ、キャピラリ２の先端からワ
イヤ１を突出させる。このとき、キャピラリ２に超音波
を印加してワイヤ１の滑りを良くする。次に、（ハ）の
如く電気トーチ５をキャピラリ２の直下位置に移動させ
た後、ACサーボモータ18を回転させて揺動腕10を揺動さ
せ、（ニ）の如くワイヤ１をクランプしたクランパ３と
キャピラリ２を一体的に下方に移動させ、ワイヤ１の先
端を電気トーチ５に接触・導通させてワイヤ１の先端が
キャピラリ２から突出していることを確認する。導通し
なかった場合は自動復帰不可能なエラーが発生している
ので、停止してエラー表示を行う。次に、ACサーボモー
タ18を逆回転させてクランパ３及びキャピラリ２を所定
量上昇させ、（ホ）の如くキャピラリ２を所定位置に復
帰させる。その後、（ヘ）の如くスパークを発生させて
ワイヤ１の先端にボール1aを形成する。次に（ト）の如
くクランパ３を開いた後、（チ）の如くACサーボモータ
18を逆回転させてクランパ３とキャピラリ２を一体的に
上昇させ、クランパ３を所定位置に復帰位置させ、最後
にリニアモータ12を伸張状態に復帰させてキャピラリ２
をクランパ３に対して相対的に下降させ、（リ）の如く
キャピラリ２を所定位置に再び復帰させる。こうして、
ワイヤ１の先端にボール1aが形成されるとともにクラン
パ３及びキャピラリ２が所定位置に位置した状態とな
り、正常なボンディング工程に復帰する。
上記実施例では揺動腕10の上下揺動によってクランパ
３とキャピラリ２が一体的に昇降するとともに、リニア
モータ12にてキャピラリ２をクランパ３に対して相対的
に上昇及び復帰させるようにしたが、クランパ３とキャ
ピラリ２を各別に昇降できるように構成してもよい。
発明の効果 本発明のワイヤボンディング装置によれば、ボール形
成エラーを生じた場合、それをスパーク時に流れる電流
値によって検出することができ、エラー時にクランパを
閉じたままとすることによってキャピラリからワイヤが
抜け出すのを防止でき、復帰に必要な時間が短かくて済
む。又、機構の復雑な第２のクランパなどが不要である
ため、構成も簡単でメンテナンス性も良好である。
さらに、キャピラリ及びクランパを動作させてキャピ
ラリからワイヤを繰り出し、その先端と電気トーチとの
間でスパークを発生させてボールを形成させることによ
り正常動作に自動復帰することもでき、そのため夜間の
無人作業においてもワイヤ切れによってワイヤボンディ
ング装置が停止したままとなることはなく、ワイヤボン
ディング作業の生産性を著しく向上できるという効果が
得られる。
又、キャピラリを上昇させてワイヤをその先端から突
出させる際にキャピラリに超音波を印加すると、ワイヤ
の滑りを良くして容易かつ確実にワイヤを突出させるこ
とができる。
さらに、スパーク前にワイヤと電気トーチを接触導通
させてワイヤが突出したかどうかを確認することによっ
て自動復帰不可能な状態であるにも拘わらず、復帰動作
を繰り返すのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は要
部の概略構成図、第２図は動作説明図、第３図はボール
形成エラーを生じた時の自動復帰動作のフローチャー
ト、第４図はワイヤボンディング装置の斜視図、第５図
は第４図のワイヤボンディング装置における自動復帰動
作の説明図、第６図（ａ）〜（ｄ）は正常なボンディン
グ工程の動作説明図、第７図（ａ）、（ｂ）はワイヤ切
りを生じた状態の説明図、第８図〜第10図は従来例を示
し、第８図（ａ）、（ｂ）は第１の従来例における動作
説明図、第９図は第２の従来例の概略構成図、第10図
（ａ）、（ｂ）は正常なボンディング工程に復帰するた
めの従来の工程の説明図である。 １……ワイヤ 1a……ボール ２……キャピラリ ３……クランパ 3a……クランパ制御手段 ４……バックテンション装置 ５……電気トーチ ６……電流検出手段 ８……超音波ホーン 10……揺動腕 12……リニアモータ 18……ACサーボモータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−179733（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−136640（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−11242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−124143（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤを狭持して固定するクランパを介
    し、ワイヤをキャピラリに挿通し、このキャピラリの先
    端から突出しているワイヤ先端を、電気トーチによる放
    電によって溶融することでボールを形成し、その時の電
    気トーチの放電電流を検出することによって、ボール形
    成の有無を確認するワイヤボンデイング方法において、
    ボールが形成されないと判断された場合、キャピラリを
    一定量上昇させることにより、ワイヤをキャピラリの先
    端より一定量突出させた後、クランパとキャピラリを一
    体的に一定量下降させて、前記突出させたワイヤの先端
    が前記電気トーチと接触して導通した場合のみ、再度ボ
    ールを形成するための電気トーチによる放電を行うこと
    を特徴としたワイヤボンデイング方法。
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