JP2527399B2 - ワイヤ―・ボンダ―・システム - Google Patents

ワイヤ―・ボンダ―・システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波振動をエネルギー
として使用し、極めて細いワイヤーを接着面に超音波溶
着するワイヤー・ボンダー・システムであり、特に、高
周波の電力をトランスデューサに安定して供給し、この
電力を超音波溶着エネルギーに効率よく変換できるワイ
ヤー・ボンダー・システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤー・ボンダー・システムに取り付
けられた工具を介し、超音波振動を極めて細いワイヤー
に印加して、このワイヤーを接着面に精確に超音波溶着
する際には、高い周波数の電力を電源装置からトランス
デューサに安定して供給し、この電力をトランスデュー
サで機械的な振動に効率よく変換できることが重要であ
り、このためのワイヤー・ボンダー・システムが種々提
案されている。
【０００３】図５は一般的なワイヤー・ボンダー・シス
テムを使用した超音波溶着の一例を示すもので、このワ
イヤー・ボンダー・システムは、高周波の電力を供給す
る電源装置１と、この電源装置１に配線され機械的な振
動を発生し、この振動の有効成分を拡大するトランスデ
ューサ２と、このトランスデューサの拡大側に取り付け
られ、拡大された有効成分を使用して導電性のワイヤー
３を接着面に超音波溶着する工具４とにより構成されて
おり、図示しないワイヤー・ボンディング・マシンに組
み込まれ、置台５に載置された半導体部品６等を配線す
るようになっている。
【０００４】電源装置１は高周波の信号を発生する発信
器１ａと、この信号の周波数をトランスデューサ２の振
動特性に適合した値に自動的に同調させつつ、この信号
の電力を増幅して所定の電圧値、あるいは電流値に安定
化する増幅器１ｂとを有しており、高周波の電力を常に
最適の周波数と電圧値、あるいは電流値とでトランスデ
ューサ２に配線を介して供給するようになっている。
【０００５】トランスデューサ２は供給された高周波の
電力を機械的な振動に変換する振動子８を一方の端に設
け、変換された振動の有効成分のみを抽出するコーン９
を介して、抽出された有効成分の振幅を拡大するホーン
１０を他方の端に連結して設けており、トランスデュー
サ２全体の重量を図示しないワイヤー・ボンディング・
マシンに支点９ｂで支持しつつ、拡大側を所定距離だけ
上下方向および左右方向（矢印）１１に回動させて前後
方向（矢印）１２に移動させ得るようになっている。
【０００６】ホーン１０は工具４を取り付けるクランプ
部１０ａを振幅の拡大側に設けており、このクランプ部
１０ａに工具４の取り付け側を差し込みこれを締め付け
るスクリュー１３で固定するようになっている。
【０００７】工具４は細い管状の穴４ａを軸方向に設け
円柱状を有するキャピラリ４と、および細い管状の穴を
軸方向に対し所定角度傾け溶着側に寄せて設け半円柱状
を有するウェッヂとのいずれかを使用しており、これら
の工具４は溶着側を尖らせ、他方の側をホーンのクラン
プ部１０ａに固定するようになっている。
【０００８】振動子８は圧電効果素子を使用した複数枚
の薄片を複数枚の電極と交互に重ね合わせて構成された
電歪振動子８と、及び磁歪効果素子を使用した複数のコ
アにそれぞれコイルを巻いて構成された磁歪振動子との
いずれかを使用しており、電歪振動子には所定値に安定
化した電圧を、及び磁歪振動子には所定値に安定化した
電流を電源装置１からそれぞれ供給するようになってい
る。
【０００９】置台５は図示しない加熱するヒータを内蔵
したものもあり、この際には載置された半導体部品６を
加熱し溶着エネルギーを補うようになっている。半導体
部品６は多数の導体パターンをプリント配線された基板
６ａと、この基板にダイボンディングされ表面に多数の
アルミニウム、金蒸着、及びハイブリッドの電極６ｂを
設けた集積回路チップ６ｃとにより構成されており、極
めて細い導電性のワイヤー３を使用してこれら導体パタ
ーンとアルミニウム電極６ｂとを配線するようになって
いる。
【００１０】次に、この一般的なワイヤー・ボンダー・
システムの取り扱い要領及び作動を説明する。配線に使
用するワイヤー３は極めて細い金線、アルミニウム線及
び稀には銅線等であって、主に金線及び銅線を使用する
場合にはキャピラリを、及び各素材の線を使用する際に
はウェッヂを工具４としてトランスデューサに取り付け
て配線するようになっている。金線をワイヤー３に使用
する際には一般的に半導体部品６を図示しないヒータで
予め加熱しておく。以下、金線をキャピラリで配線する
場合について述べる。
【００１１】図示しないワイヤー・ボンディング・マシ
ンの電源スイッチを予め投入しておき、電源装置１に高
周波の電力を発生させると共に、置台５の図示しないヒ
ータを必要に応じ発熱させ載置された半導体部品６を予
め所定温度に加熱しておく。他方、図示しないワイヤー
の支持具から金線３を繰り出し、これをキャピラリ４の
管状の穴４ａに固定側から通して溶着側に突出させ突出
した金線３の先端を図示しない溶解するトーチでボール
ボンディングに適合した球状に形成しておく。
【００１２】これらは事前の準備であって、続いて実際
に配線する作業に移る。先ず、図示しないワイヤーボン
ディング・マシンの制御部を操作し、キャピラリ４の溶
着側を集積回路チップ６ｃに設けられた任意のアルミニ
ウム電極６ｂの上方に移動して、この溶着側から突出し
た金線３をこの電極６ｂの表面に接触させ、更にキャピ
ラリ４の軸方向に所定の圧力（矢印）１４を加えて接触
した金線３をキャピラリ４の溶着側で電極６ｂに押し付
ける。
【００１３】次に、発生した高周波の電力を電源装置１
からトランスデューサ２に供給し、供給された電力をト
ランスデューサ２の軸方向に同じ高周波で振動する機械
的な振動に変換して、変換された振動の有効成分のみを
増幅しキャピラリ４に伝達する。この際、前記したトラ
ンスデューサ２を構成する各部は自己の物理的な特性に
適合した固有の共振周波数を有しており、振動子８、コ
ーン９、及びホーン１０の軸方向の長さを所定値に設定
し所定の周波数にこの各部が共振するようになってい
る。
【００１４】ここで、図６は一般的なワイヤー・ボンダ
ー・システムを使用して機械的な振動を伝達する説明図
であって、図５で説明した際の各部と同じ部分に同じ符
号を付けて示し説明を省略する。１５はこのトランスデ
ューサ２が期待通り作動し、これら各部が適正に共振し
ている際の振幅を示した曲線であり、１６はこの曲線の
原点軸でこの軸上では振幅が理論上は零であることを示
している。
【００１５】この曲線上で１７は振動子８とコーン９と
の接続部の振幅であり、１８はコーン９とホーン１０と
の連結部の振幅で、１９はホーン１０とキャピラリ４と
の固定部の振幅である。これらの各部では共振の振幅を
極大化させており、機械的な振動が最も効率よく伝達さ
れるようになっている。他方、２０は振動子に使用する
振動素子の重ね合わせ面の振幅であり、２１はトランス
デューサ２を支持する支点９ｂの振幅である。これらの
部分では逆に振幅は零に、即ち共振の際の変位を零にし
ており、変換された機械的な振動が重ね合わせ面で電気
的な振動に逆変換したり、あるいは支点９ｂから外部へ
漏出したりする損失を阻止するようになっている。
【００１６】従って、キャピラリ４を取り付けたトラン
スデューサ２は電源装置１からこれに供給される電力を
最も効率よく機械的な振動に変換し、この振動をも最も
少ない損失でキャピラリ４に伝達することができる。こ
の事実を言い換えれば、電源装置１から供給される電力
のインピーダンスがこの際には最も小さくなることを意
味する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の一般的
なワイヤー・ボンダー・システムを使用して拡大側にキ
ャピラリ４を取り付け、半導体部品６等に導電性のワイ
ヤー３を配線する際、次に述べるような問題点があっ
た。図７はキャピラリの種類を説明する拡大図である。
キャピラリには国際基準としての全長と直径があり、そ
の全長は型を示す呼称により異なり次の通りである。 Ｓ タイプ ： 全長は０．２５０インチ／６．３５ mm Ｌ 〃 ： 〃 ０．３７５ 〃 ／９．５２５〃 ＸＬ 〃 ： 〃 ０．４３７ 〃 ／１１．１ 〃 ＸＸＬ 〃 ： 〃 ０．４７０ 〃 ／１２．０ 〃 １６mm 〃 ： 〃 ０．６３０ 〃 ／１６．０ 〃 その直径は１／１６インチのものが主流であり、稀には
１／８インチのものもある。
【００１８】キャピラリの先端も各種の形状を有したも
のがあり、図７において、（ａ）は３０°のテーパ状の
先端を有するもので、（ｂ）は２０°のテーパ状の先端
を有するもので、（ｃ）は３０°のテーパ状の先端とほ
ぼ２倍の直径とを有するもので、（ｄ）は３０°のテー
パ状の先端を更に後記して詳しく述べるボトルネック状
に加工したものである。
【００１９】図８はキャピラリ及びウェッヂの断面図で
あり、図８の（ａ）はボトルネック状に加工した先端を
有する図７の（ｄ）におけるキャピラリをＩ−Ｉ方向か
ら視た断面図である。キャピラリ４に前記した様に設け
た管状の穴４ａは、その溶着側へ向かいテーパ状に先細
りとなるインサイドコーンを有しており、このインサイ
ドコーンの角度Ａは１０°のものが主流であり、稀には
１５°，２０°，及び２４°のものもある。
【００２０】図９はキャピラリの溶着側と半導体部品の
パッケージの壁との干渉を説明する図である。実際の半
導体部品は外郭を形成するパッケージ６ｄを有してお
り、外部からこのパッケージ６ｄを貫通するリード６ｃ
を設け、このリード６ｃの表面に配線するワイヤー３を
超音波溶着するようになっている。この際に、図７の
（ａ）ないし（ｃ）のキャピラリ４は溶着側の側面をパ
ッケージ６ｄの立上る壁に当ててしまい、本来の最適な
溶着位置に到達することができないので、パッケージ６
ｄと干渉する２辺Ｃ１，Ｃ２を有する三角状の部分を取
り除かねばならない。
【００２１】図１０はキャピラリの溶着側の形状を説明
する部分拡大図である。図１０の（ａ）はキャピラリの
溶着側の側面を一方向から部分的に削除しており、図９
で前記したパッケージ６ｄの三角状の部分と干渉しない
様になっている。また、図１０の（ｂ）ないし（ｄ）は
キャピラリの溶着側の側面を複数の方向から、あるいは
全方向から部分的に削除したボトルネック状を有してお
り、各種のパッケージとそれぞれに干渉しないばかり
か、高密度化された印刷配線及び電極に既に溶着された
ワイヤーとも干渉しないで最適の溶着位置に到達するこ
とができる様になっている。
【００２２】また、キャピラリの材質は半導体部品のワ
イヤー・ボンディング技術が開発された当初にはガラス
を素材として製作されていたが、その後殆どこの素材は
使用されなくなり代わりにタングステン・カーバイド材
とチタン・カーバイド材とが使用された。これらカーバ
イド系の素材はガラス材に比べ強度は高いがキャピラリ
としての寿命が短いので、今日ではセラミック系の素材
が主流として使用されるようになった。
【００２３】このセラミック系の素材も更に高密度なも
のに改良され更に寿命の長いキャピラリが開発されつつ
あり、高密度セラミック材から多結晶ルビー及びサファ
イア、続いて単結晶ルビー及びサファイア、更にシリコ
ン・アルミナム・ナイトライド及び先端にサファイア・
チップを設けた複合セラミック材へと各種の素材が価格
と寿命の必要性に従って使いわけられている。
【００２４】更にキャピラリを使用する代わりに、図７
の（ｅ）で示す半円柱状を有するウェッヂを使用するこ
とがある。図８の（ｂ）は図７の（ｅ）におけるウェッ
ヂをII-II方向から視て部分的に拡大した断面図であ
る。このウェッヂを使用した工具４は、前記した様に軸
方向から傾けて管状の穴４ａを設けており、アルミニウ
ムを素材とした極めて細いワイヤー３をこの穴４ａに通
し溶着側へ突出させて、このワイヤー３を尖った先端で
所定の長さに切断しつつ特定の方向に沿って半導体部品
上の多数の電極及びリードに連続的に配線できるように
なっている。
【００２５】ウェッヂにも国際市場での標準的な基準と
しての全長と直径があり、その全長は３／４インチと１
インチとでその直径は１／１６インチと１／８インチと
３／３２インチとのものが主流であり、稀には２mmと３
mmとのものもある。これらウェッヂの材質はタングステ
ン・カーバイド材を素材としている。
【００２６】他方、配線する半導体部品を載置する台
は、この半導体部品の種類や配線作業の内容に従って上
面の起伏が異なる台を使用したり、ワイヤー・ボンディ
ング・マシン自体も用途に従って各部の位置関係が異な
るマシンを使用したりするので、これらの異なる起伏や
位置関係を回避して配線できるようにキャピラリ及びウ
エッヂをトランスデューサから突出させて取り付けるよ
うにしている。
【００２７】このように、それぞれの寸法、素材、及び
形状のキャピラリ及びウェッヂ（以下、工具という。）
を、配線すべき半導体部品とワイヤーとの寸法や種類に
従い選択してトランスデューサに取り付け図示しないワ
イヤー・ボンディング・マシンに使用するようになって
いる。従って、トランスデューサは前記したそれぞれの
工具を使用して機械的な振動を効率的に伝達できること
が要求される。つまり前記したように、電源装置から供
給される電力のインピーダンスの値ｚｎをそれぞれの際
に低く安定して維持できることが必要になる。
【００２８】次に、前記したこれらの工具をトランスデ
ューサに取り付ける方法について詳しく説明する。図１
４は従来の取り付け方法を説明する流れ図である。この
従来の方法の主要部は先ず、選択された工具をトランス
デューサに取り付ける条件を設定する準備の段階３１を
設け、この段階３１に続けて、この設定された条件を回
避すべきか否か判定する回避の段階３２を設けて構成し
てあった。
【００２９】準備の段階３１は先ず、取り付ける工具を
トランスデューサから突出させる長さｌn を配線作業の
条件に適合した初期値Ｌに設定すると共に、工具をトラ
ンスデューサに固定するスクリューの締め付けるトルク
ｔn を工具の種類に適合した予め決められた所定値Ｔに
設定するようになっていた。
【００３０】回避の段階３２は先ず、工具を調整しつつ
トランスデューサに固定する調整の段階３３を最初に設
け、この段階３３に続けて、このトランスデューサを試
しに作動させる試行の段階３４を次に設け、またこの段
階３４に続けて、作動した結果を判定する判定の段階３
５を最後に設け、この段階３５から分岐して調整の段階
３３に戻り合流しつつ、判定された結果に従って取り付
ける条件を変更する補正の段階３６を設けて構成してい
た。
【００３１】調整の段階３３は、設定された長さｌn だ
け工具をトランスデューサから突出させ、設定されたト
ルクｔｎで固定するスクリューを締め付けて、この工具
をトランスデューサに仮りに固定するようになってい
る。
【００３２】試行の段階３４は図示しないワイヤー・ボ
ンディング・マシンの制御部を操作して、半導体部品に
設けた図示しない試験電極の表面に、球状をしたワイヤ
ーの先端を接触させ、更に工具の軸方向に所定の圧力を
加えて、図示しない試験電極にこの先端を工具の溶着側
で押し付けておき、電源装置から高周波の電力をトラン
スデューサに供給し配線するワイヤーを試しに溶着して
おり、この加えられた圧力は次に詳しく説明する判定の
段階３５において取り除くようになっている。
【００３３】判定の段階３５は試行の段階３４で溶着さ
れたワイヤーの品質を、熟練した配線の作業者が目視に
て鑑定し今回の品質が所定の基準に達しているか否かを
判定しており、この基準に到達するまで次に詳しく説明
する補正の段階３６を介して調整と、試行と、及び判定
とのそれぞれの段階３３，３４，３５を順に継続して繰
り返すようになっている。
【００３４】補正の段階３６は判定の段階３５で判定さ
れた結果が継続して繰り返すことになった場合には、今
回の調整の段階３３で工具を突出させた長さｌn を作業
者の経験に従って補正し、補正された長さｌn+1 を次回
の調整の段階３３で新たに使用するようになっている。
尚、３７は作業の開始で、３８は作業の終了である。
【００３５】ところが、実際の半導体部品の配線工程に
おいて、配線作業の内容を変更するためにトランスデュ
ーサに取り付ける工具を異なる種類のものに取り替えた
際に、この供給される電力のインピーダンスが非常に不
安定になりそれ以後の溶着が不精確になってしまうこと
があった。あるいは、このインピーダンスが大きく増加
し配線作業を継続することができなくなってしまうこと
もあった。
【００３６】図１１はこのインピーダンスの値とキャピ
ラリの取り付け位置との関係を説明する図であり、縦軸
は電源装置から供給される電力のインピーダンスの値ｚ
ｎをオーム単位の値（Ω）で示し、横軸はトランスデュ
ーサの先端に差し込まれたキャピラリの溶着側を突出さ
せる長さｌｎをミリメートル単位の値（ｍ／ｍ）で示し
ている。２３は高密度セラミック材を素材とした材質の
キャピラリをトランスデューサに取り付けて、このキャ
ピラリの突出する長さを変化させた際の電力のインピー
ダンスの値ｚｎを示す曲線であり、この突出する長さｌ
ｎをおよそ４．５mmにした場合（斜線部）２７に、この
インピーダンスの値ｚｎの極大値２ ４が生ずることを
示している。
【００３７】２５は多結晶ルビー材を素材とした際の前
記と同様の曲線であり、同じくおよそ６mmの場合（斜視
部）２８で極大値２６があることを示している。つま
り、仮に一連の配線工程において、高密度セラミック材
のキャピラリをおよそ６mmの長さだけ突出させてトラン
スデューサに取り付け、安定した溶着を行った後に、こ
のキャピラリを多結晶ルビー材のものと取り替えて同じ
長さでトランスデューサに取り付け、再び同様のボンデ
ィングを継続しようとした際には供給される電力のイン
ピーダンスの値ｚｎはほぼ極大値２６となっており、こ
れ以降の溶着のために充分な超音波エネルギーを供給す
ることができないので、もはや配線作業を継続すること
ができなくなってしまう。
【００３８】また、このインピーダンスの値ｚｎが前記
した極大値２４，２６をとるように、キャピラリが突出
する長さを設定してある際には、電源装置から供給され
る電力の周波数もトランスデューサの特性に最適な共振
周波数を維持することができず、これとは異なる周波数
に移ってしまうことがあった。図１２，１３は電源装置
からトランスデューサに供給される高周波の電力の周波
数とアドミタンスとの関係を説明する図であり、横軸は
この周波数ｆが右方向に、縦軸はこのアドミタンスの値
ｙが上方向に、それぞれ増加することを示している。こ
こで、このアドミタンスの値ｙは供給される電力のイン
ピーダンスの値ｚｎの逆数である。
【００３９】この電源装置は前記した通り、供給する電
力のインピーダンスの値ｚｎを極小値にできるように、
この電力の周波数ｆを自動的に調整するので、この周波
数ｆがワイヤー・ボンダー・システムの物理的な特性に
適合した共振周波数Ｆ0 に同調している際に、このワイ
ヤー・ボンダー・システムを使用して安定に溶着を行う
ことができる。
【００４０】供給される電力のインピーダンスの値ｚｎ
が前記したようにほぼ極大値となるような長さｌｎで、
工具を突出させトランスデューサに取り付けている際に
は、ワイヤー・ボンダー・システムの共振周波数Ｆ0 の
近傍を含みこの周波数の帯域（斜線部）２９において、
インピーダンスの値ｚｎが極大値（即ち、アドミタンス
の値ｙは極小値）となる周波数Ｆ２がここに発生するの
で、共振周波数Ｆ0 は相対的に消滅してしまう。これに
伴い、この周波数Ｆ２の近傍（斜線部）３０で両側に本
来の共振状態と類似した新たなインピーダンスの値ｚｎ
が極小値（即ち、アドミタンスの値ｙは極大値）を与え
る周波数Ｆ1 ，Ｆ3 が同じく相対的に発生することにな
る。
【００４１】他方で、電源装置１の増幅器１ｂは、期待
される共振周波数Ｆ0 の近傍において、インピーダンス
の値ｚｎが極小値となる（即ち、アドミタンスの値ｙは
極大値となる）供給される電力の周波数に自動的に同調
させるようになっているので、図１３において消滅して
しまった本来の共振周波数Ｆ0 の代わりに、前記したよ
うに発生するインピーダンスの値ｚｎが極小値（即ち、
アドミタンスの値ｙは極大値）を与えるそれぞれの周波
数Ｆ1 ，Ｆ3 のいずれかに誘引されてこれらに同調して
しまった。
【００４２】つまり、トランスデューサの振動特性に適
合するように期待される値から大きく外れた値の周波数
を使用した電力をトランスデューサに供給するようにな
ってしまうので、この電力のエネルギーは機械的な振動
に振動子で変換されても、図５で述べたようにはトラン
スデューサ内を適正に伝達されず、振動阻止の重ね合わ
せ面とトランスデューサを支持する支点等とでエネルギ
ーの損失を生じてしまい精確に溶着を行うことができな
くなってしまった。この様に、工具を配線作業の用途に
従って異なる種類のものに交換すると、供給される電力
は、（１）効率よく振動のエネルギーに変換され伝達さ
れず、（２）周波数が不安定になるので、それ以後は、
ワイヤーを不正確に溶着する様になってしまう。本発明
は前述の問題点に鑑み、高周波の電力をトランスデュー
サに安定して供給し、この電力を超音波溶着エネルギー
に効率よく変換できるワイヤー・ボンダー・システムを
提供することを課題とする。
【００４３】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明では次の手段を構成した。 （１）高周波の電力を発生する電源装置と、前記電源装
置に配線され前記電力を機械的な振動に変換し、前記振
動の有効成分を抽出して振動を拡大するトランスデュー
サと、前記トランスデューサの拡大側に取り付けられ前
記拡大された振動を使用し、配線用のワイヤーを超音波
溶着するキャピラリとにより構成されるワイヤー・ボン
ダー・システムにおいて、前記キャピラリの溶着側を前
記トランスデューサから突出させる長さを調整し、前記
電力が極小化する前記長さを回避する位置で、前記キャ
ピラリを前記トランスデューサに固定することを特徴と
するワイヤー・ボンダー・システム。 （２）前記電力が極小化する前記長さを探索する手段を
設けており、前記電力を供給するインピーダンスを判定
して探索した長さを回避するようになっている請求項１
に記載のワイヤー・ボンダー・システム。 （３）前記電力が極小化する前記長さを探索する手段を
設けており、前記工具に圧力を付加して探索した長さを
回避するようになっている請求項１及び請求項２に記載
のワイヤー・ボンダー・システム。 （４）前記電力が極小化する前記長さを回避する手段を
設けており、前記トランスデューサを軸方向に伸縮して
回避するようになっている請求項１ないし請求項３に記
載のワイヤー・ボンダー・システム。 （５）前記電力が極小化する前記長さを表示する手段を
設けており、前記表示された前記長さを回避するように
なっている請求項１に記載のワイヤー・ボンダー・シス
テム。
【００４４】
【作用】電力を供給するインピーダンスの値ｚｎが極大
値（即ち、アドミタンスの値ｙは極小値）となる固有の
周波数を発生させる長さを回避して、工具をトランスデ
ューサに取り付けるので、電源装置で周波数を安定しト
ランスデューサで振動を効率よく伝達して高周波の電力
を機械的な振動に変換できる。
【００４５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。尚、図中の符号については、従来の技術を説明し
た際の各部と同じ部分に同じ符号を付して示し、説明を
省略する。図１は本発明を実施するために、選択された
工具（即ち、キャピラリ及びウェッヂ等である。）をト
ランスデューサに取り付ける方法の第１の実施例を示す
流れ図である。
【００４６】この実施例の方法の主要部は、先ず工具を
トランスデューサに取り付ける際に回避すべき条件を設
定する準備の段階４１を設け、この段階４１に続き、こ
の条件を回避して工具をトランスデューサに固定する回
避の段階４２を設けて構成しており、図１４に示した従
来例における従来の準備の段階３１を本発明の準備の段
階４１に、従来の回避の段階３２を本発明の回避の段階
４２にそれぞれ置き換えるようになっている。
【００４７】ここで、前記して詳しく説明した様にこの
回避すべき条件は工具の種類及び材質により固有のもの
であるので、この条件が一旦設定されてしまえばその後
の条件も同一になり、従ってこの準備の段階４１はその
後の配線作業では大部分を取り除くことができるように
なる。
【００４８】準備の段階４１は先ず、取り付ける工具を
トランスデューサから突出させる長さｌｎを仮に充分に
短い初期値Ｌに設定すると共に、この工具をトランスデ
ューサに固定するスクリューを締め付けるトルクｔn を
工具の種類に適合した予め決められた所定値Ｔに設定す
る仮設定の段階４３を最初に設け、この段階４３に続け
て、トランスデューサに供給する電力を判定する基準値
となるインピーダンスの値ｚｎを仮に充分に少ない初期
値Ｚに設定する仮設定の段階４４を次に設けている。
【００４９】更に準備の段階４１は、この仮設定の段階
４４に続けて、このトランスデューサに供給する電力を
ほぼ極小値にする際の工具を取り付ける条件を求める探
索の段階４５を更に設け、この段階４５に続けて、工具
をトランスデューサから突出させる長さｌn を、実際に
工具を取り付ける際に回避すべき長さＬｅｓｃに設定す
る本設定の段階４６を最後に設けて構成されている。
【００５０】回避の段階４２は準備の段階４１で説明し
た本設定の段階４６において設定された長さＬｅｓｃを
回避し、工具をこの回避した長さだけトランスデューサ
から突出させて、同じく説明した仮設定の段階４３にお
いて設定されたトルクＴを使用し、固定するスクリュー
を締め付けてこの工具をトランスデューサに固定する調
整の段階４７のみからなっており、図１４に示した従来
例における従来の調整の段階３３を本発明の調整の段階
４７に置き換え、従来の試行、判定、補正のそれぞれの
段階３４，３５，３６を取り除くようになっている。
尚、４８，４９は結合子である。
【００５１】図２は本発明を実施するための第２の実施
例を説明する部分的な流れ図である。この第２の実施例
の方法の主要部は、図１に示した探索の段階４５を具体
化したもので、これら以外は第１の実施例の方法と何ら
変わるところはない。
【００５２】この具体化した探索の段階４５は先ず、工
具をトランスデューサに仮に取り付ける調整の段階３３
を最初に設け、この段階３３に続けて、このトランスデ
ューサを試しに作動させる試行の段階５１を次に設け、
またこの段階５１に続けて、作動させた状態を計測する
計測の段階５２を更に設け、更にこの段階５２に続け
て、計測した結果を判定する第１の判定の段階５３を最
後に設け、この段階５３から分岐して調整の段階３３に
合流し戻りつつ、判定された結果に従って探索する条件
を変更する補正の段階５４を設けて構成している。
【００５３】試行の段階５１は電源装置から高周波の電
力をトランスデューサに供給するようになっている。計
測の段階５２は、供給される電力に対する電流値を測定
し、この電力の電圧値を測定された電流値で割り算し
て、電力を供給するインピーダンスの値ｚｎの値を計算
するようになっている。
【００５４】第１の判定の段階５３は計測の段階５２で
計算された値を使用して変化するインピーダンスの値ｚ
ｎの曲線を図１１で詳しく述べた様にして作成し、この
インピーダンスの値ｚｎの曲線上において、計測の段階
５２で計算された今回の値をｚｎを基準の値ｚｎ-1と比
較して今回の値ｚｎがほぼ極大値であるか否かを判定し
てから、この基準の値ｚｎ-1を今回の値ｚｎと置き換え
て次回の基準値を新たに設定しており、今回の値ｚｎが
ほぼ極大値になるまで後記して詳しく説明する補正の段
階５４と、調整と、試行と、計測と、及びこの判定との
それぞれの段階３３，５１，５２，５３を順に継続して
繰り返すようになっている。
【００５５】補正の段階５４は第１の判定の段階５３で
判定された結果が継続して繰り返すことになっている場
合には、今回の調整の段階３３で工具を突出させた長さ
ｌnを所定の長さだけ補正し、補正された長さｌn+1 を
次回の調整の段階３３で新たに使用するようになってい
る。ここで、正及び負の符号を条件に従って選択し、補
正するための所定の長さに付与するようになっている。
【００５６】図３は本発明を実施するための第３の実施
例を説明する部分的な流れ図である。この第３の実施例
の方法の主要部は、図２に示した計測の段階５２に続け
て、第１の再試行５５と、再計測５６との各段階を付加
して設け、第１の判定の段階５３を第２の判定の段階５
７と置き換えたもので、これら以外は第２の実施例の方
法と何ら変わるところはない。
【００５７】第１の再試行の段階５５は、図示しないワ
イヤー・ボンディング・マシンの制御部を操作して、工
具の溶着側を再計測するために設けた図示しない試験電
極の表面に接触させ、更に図５において述べた様に工具
の軸方向に所定の圧力（矢印）１４を加えて、工具を図
示しない試験電極に押し付けておき、電源装置から高周
波の電力をトランスデューサに供給しており、この加え
られた圧力（矢印）１４は後記して詳しく述べる第２の
判定の段階５７において取り除くようになっている。
【００５８】再計測の段階５６は第１の再試行の段階５
５で供給する電力のインピーダンスの値ｚｎ′の値を計
算すること以外は第２の実施例の計測の段階５２と何ら
変わるところはない。第２の判定の段階５７は前記した
計測と再計測との段階５２，５６で計算されたインピー
ダンスの値ｚｎのそれぞれの値ｚｎ，ｚｎ′を相互に比
較し、再計測の段階５６で計算された値ｚｎ′の方が前
者の値ｚｎより減少するか否かを判定しており、計算さ
れたインピーダンスの値ｚｎ′の値が、再計測の段階５
６での値ｚｎ′の方が計測の段階５２での値ｚｎより減
少するまで、補正と、調整と、試行と、計測と、第１の
再試行と、再計測と、及びこの第２の判定とのそれぞれ
の段階５４，３３，５１，５２，５５，５６，５７を順
に継続して繰り返すようになっている。
【００５９】図３は更に、本発明を実施するための第４
の実施例を説明する部分的な流れ図でもある。この第４
の実施例の方法の主要部は、第１の再試行の段階５５を
第２の再試行の段階６１と置き換えたもので、これ以外
は第３の実施例の方法と何ら変わるところはない。
【００６０】第２の再試行の段階６１は図示しないトル
クレンチのダイアルを操作して、図１における準備の段
階４１での仮設定の段階４３で予め設定された締め付け
るトルクｔn の値を所定量だけ増加して補正し、この補
正された値ｔｎ′を使用して、工具を固定するスクリュ
ーを更に締め付けており、補正された値ｔｎ′は第２の
判定の段階５７において再び、仮設定の段階４３で予め
設定された元の締め付けるトルクｔn の値に復帰するよ
うになっている。
【００６１】図４は本発明を実施するための第５の実施
例を説明する図である。図４において、縦軸は工具をト
ランスデューサから突出させる長さｌｎをミリメートル
単位の値で上方向に、横軸はコーンとホーンの連結部か
らクランプ部までの長さｌｈが右方向に増加して変化す
ることを示しており、この長さｌｈを短縮するに従って
突出させる長さｌｎを伸長することができるようになっ
ている。この第５の実施例の方法は、図１に示した第１
の回避の段階４２を第２の回避の段階６２に置き換えて
設けたもので、これ以外は第１の実施例の方法と変わる
ところはない。
【００６２】第２の回避の段階６２は図１に示した準備
の段階４１における本設定の段階４６で設定された長さ
Ｌｅｓｃを参照し、図５に示す様に工具を取り付けてあ
るトランスデューサ２の構成部品であるホーン１０と、
高周波の電力から変換された機械的な振動の有効成分の
みを抽出するコーン９とを連結している連結部を操作し
て、ホーン１０上でこの連結部から工具を取り付けるク
ランプ部１０ａまでの予め設定された長さＬｈ1 を所定
長だけ調整しホーン１０を調整された長さＬｈ 2 で固定
しており、図１１に示したインピーダンスの値ｚｎの極
大値２４，２６及びこの極大値の近傍である領域（斜線
部）２７，２８の発生を回避し、突出させる工具の長さ
ｌn を配線作業の内容に最適な長さに維持することがで
きるようになっている。
【００６３】この際に、これらの所定長、及び調整され
た後の長さＬｈ2 をトランスデューサ上に表示するよう
にしてもよい。尚、本発明は前述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、例えば工具自体に標示マークを設
け、この工具をトランスデューサに取り付ける際に回避
すべき突出する長さを指示するようにしても、また電源
装置の増幅器に電力を供給するインピーダンスの値ｚｎ
の極大化を検出し表示する回路を設けるようにしてもよ
い。
【００６４】更に、工具をトランスデューサと平行に取
り付けても、置台に載置する半導体部品は一般の電気部
品であっても、配線するワイヤーはその他の素材であっ
てもよいことなど、その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明には次の効果
がある。 （１）試行的に工具を軸方向に圧縮するか、あるいは固
定スクリューを更に強く締め付けるかして、トランスデ
ューサから工具への振動の伝達特性を物理的に変化させ
るとともに、高周波の電力を供給するインピーダンスの
値ｚｎが減少するか否かを検査するので、この際の工具
を突出させる長さを回避すべき長さか否か容易に判定し
て回避できる。 （２）また、この供給するインピーダンスの値ｚｎがほ
ぼ極大値となる際の工具を突出させる長さを計測するの
で、この長さを精確に回避することができる。 （３）更に、前項（２）で計測した長さが仮に溶着作業
に不適当であったとしても、トランスデューサのホーン
部分の長さを調整して振動の伝達特性を物理的に変化さ
せるので、作業に最適な状態でこの長さを回避すること
ができる。 前記した（１）ないし（３）の結果、電源装置で周波数
を安定し、トランスデューサで振動を効率よく伝達して
高周波の電力を機械的な振動に変換できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するために、選択された工具をト
ランスデューサに取り付ける方法の第１及び第４の実施
例を説明する流れ図である。
【図２】本発明を実施するための第２の実施例を説明す
る部分的な流れ図である。
【図３】本発明を実施するための第３及び第４の実施例
を説明する部分的な流れ図である。
【図４】本発明を実施するための第５の実施例を説明す
る図である。
【図５】一般的なワイヤー・ホンダー・システムを使用
した超音波溶着の一例を説明する図である。
【図６】図４における機械的な振動が伝達される説明図
である。
【図７】キャピラリ及びウェッヂの種類を説明する拡大
図である。
【図８】キャピラリ及びウェッヂの断面を説明する拡大
図である。
【図９】キャピラリの溶着側と半導体部品のパッケージ
の壁との干渉を説明する図である。
【図１０】キャピラリの溶着側の形状を説明する部分拡
大図である。
【図１１】供給される電力のインピーダンスとキャピラ
リの取り付け位置との関係を説明する図である。
【図１２】共振状態における供給される電力の周波数と
アドミタンスの関係を説明する図である。
【図１３】共振が相対的に消滅した状態における供給さ
れる電力の周波数とアドミタンスとの関係を説明する図
である。
【図１４】従来の工具を取り付ける方法を説明する流れ
図である。
【符号の説明】
１ 電源装置 ２ トランス
デューサ ３ ワイヤー ４ 工具 ５ 置台 ６ 半導体部
品 ８ 振動子 ９ コーン １０ ホーン １３ スクリ
ュー １４ 圧力（矢印） ２３，２５ インピ
ーダンスの値を示す曲線 ２４，２６ 極大値 ４１ 準備の
段階 ４２ 回避の段階 ４３，４４ 仮設定
の段階 ４５ 探索の段階 ４６ 本設定
の段階 ４７ 調整の段階 ４８，４９ 結合子

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波の電力を供給する電源装置と、前
    記電源装置に配線され前記電力を機械的な振動に変換
    し、前記振動の有効成分を抽出して振動を拡大するトラ
    ンスデューサと、前記トランスデューサの拡大側に取り
    付けられ前記拡大された振動を使用し、配線用のワイヤ
    ーを超音波溶着する工具とにより構成されるワイヤー・
    ボンダー・システムにおいて、 前記工具の溶着側を前記トランスデューサから突出させ
    る長さを調整し、前記電力が極小化する前記長さを回避
    する位置で、前記工具を前記トランスデューサに固定す
    ることを特徴とするワイヤー・ボンダー・システム。
  2. 【請求項２】 前記電力が極小化する前記長さを探索す
    る手段を設けており、前記電力を供給するインピーダン
    スを判定して探索した長さを回避するようになっている
    請求項１に記載のワイヤー・ボンダー・システム。
  3. 【請求項３】 前記電力が極小化する前記長さを探索す
    る手段を設けており、前記工具に圧力を付加して探索し
    た長さを回避するようになっている請求項１及び請求項
    ２に記載のワイヤー・ボンダー・システム。
  4. 【請求項４】 前記電力が極小化する前記長さを回避す
    る手段を設けており、前記トランスデューサを軸方向に
    伸縮して回避するようになっている請求項１ないし請求
    項３に記載のワイヤー・ボンダー・システム。
  5. 【請求項５】 前記電力が極小化する前記長さを表示す
    る手段を設けており、前記表示された前記長さを回避す
    るようになっている請求項１に記載のワイヤー・ボンダ
    ー・システム。
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