JP2580882B2 - ワイヤーボンディング装置 - Google Patents

ワイヤーボンディング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリードフレーム上に搭載
された半導体チップとリードフレームのリードとをワイ
ヤーで接続するワイヤーボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のワイヤーボンディング装置は、図
9の外観図に示すように、半導体チップが搭載されたリ
ードフレームの供給を行うリードフレームローダ部16
と、供給されたリードフレームをグリップまたは送りピ
ン等により把持し、サーボモータによる直接駆動あるい
はカム駆動により搬送するリードフレーム搬送路3と、
リードフレーム上のチップとリード間に、ワイヤーボン
ディングを行うために配設されたX−Yテーブル、US
ホーンからなるボンディングヘッド1およびこれらを駆
動するモータ、ワイヤー供給機構その他から構成される
ボンディングヘッドユニット部と、チップおよびリード
の位置検出を行うためのカメラヘッド2、照明系および
画像認識装置8から構成される画像認識ユニット部と、
ワーク押え、ヒータブロック位置決めピン等から構成さ
れるボンディングステージユニット部と、ボンディング
を終了したリードフレームの排出を行うリードフレーム
アンローダ部17と、各部の操作およびボンディングパ
ラメータを入力する際等にマニュアル操作を行うための
操作パネル5と、モニタ4と、各ユニットに電源を供給
する電源部9と、これら各ユニット部の制御を行う制御
部10とを有する。
【0003】このように、従来のワイヤーボンディング
装置は、それぞれ1台のボンディングヘッド1、画像認
識装置8およびボンディングステージを有している。ま
た、品種毎のボンディングパラメータは本体内のメモリ
に記憶されており、このメモリ容量を越えるデータは外
部フロッピーディスクに記憶させていた。さらに、品種
切換えの際のパラメータ変更等の作業は、作業者による
マニュアル操作に頼っていた。
【0004】また、画像認識動作においては、1つのチ
ップを認識し、そのチップのボンディングを行い、引続
き次のチップの認識を行い、そのチップをボンディング
すると言った通常の認識方法をとるか、或いは、リード
フレームの短手方向一列を一括して認識し、然る後にこ
の一列を一括してボンディングすると言った先行認識を
行っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のワイ
ヤーボンディング装置は、ボンディングヘッドを一台し
か持たないことから、自ずとボンディングスピードに限
界があり、1ワイヤーボンディング当り0.15秒程度
の高速ワイヤーボンディング装置においてさえも、多ピ
ンICを例にとると、16ピンで1個当り4〜5秒、2
0ピンで5〜6秒程度のボンディング所要時間を有する
という欠点があった。
【0006】このため、ICの組立工程において、生産
能力はボンディング工程が妨げとなり、1つの組立てラ
インにおいて何台ものワイヤーボンディング装置を必要
とした。これはICが多ピンになるほど傾向が強く、数
十ピンあるいは百数十ピンと言ったICの組立てライン
では、完全にワイヤーボンディング装置の能力でライン
の能力が決まってしまっていた。さらに、ワイヤーボン
ディング装置の台数が増えるに従って直接作業者の工数
が増し、フロア占有面積も台数に比例して大きくなっ
た。従って、ICの製造コストにおけるボンディング工
程の労間費が上がってしまうという波及的問題点を有し
ていた。
【0007】また、品種切換えに際しては、直接作業者
がマニュアル操作により行っていたため、切換えに際し
て5分程度のロス時間が発生し、さらに少ロット生産に
おいては、極めて頻繁にこの切換え作業を行わなければ
ならず、ワイヤーボンディング装置の稼働率を数%〜1
0%程度低下させるという問題点を有していた。また、
ワイヤーボンディング装置の処理能力から、ボンディン
グ装置台数が多い場合は、通常、1人の直接作業者が数
台から十数台のボンディング装置を担当しており、同時
に複数台の品種切換えが重なる場合もあり、作業者は同
時作業ができないことから、稼働率の低下は更に深刻な
ものとなる。
【0008】品種切換えに際して、従来のワイヤーボン
ディング装置では、ボンディング装置本体内のメモリ容
量の制限から、通常、外部記憶装置としてフロッピーデ
ィスク装置を用いており、データの読み込み時間が長
く、かつ最大記憶容量も小さいという問題点があった。
【0009】さらに、チップおよびリードの位置検出の
際、チップ個々について認識、ボンディング動作を行っ
ているため、装置インデックスは遅かった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤーボ
ンディング装置は、上述した問題点を解決するため次の
機能を有している。
【0011】ボンディング時間短縮および作業工数、占
有フロア面積の低減のために、ボンディングヘッドユニ
ット部、画像認識ユニット部およびボンディングステー
ジ部を要求能力に合わせた任意数有し、これら複数対の
各ユニットを1つの制御部で集中制御を行い、且つ各ボ
ンディングヘッドは、それぞれ独立してボンディングを
行うことができるというマルチヘッド構造を有してい
る。
【0012】また品種切換えを自動化するため、リード
フレーム情報穴検出機構を有し、あらかじめ組立工程投
入前に、リードフレームに品種、ロット等の情報を、穴
の組合せにより穿孔しておき、このリードフレーム情報
をセンサーにより読取り、品種の切換え等に対応する機
能を有する。
【0013】また、品種切換えに際してのボンディング
パラメータ書換えを高速化するため、ボンディング装置
本体の内部メモリとは別にハードディスクにより成る外
部記憶装置を有し、この外部記憶装置内にあらかじめ品
種毎のボンディングパラメータその他の条件を記憶させ
ておき、リードフレーム情報穴検出機構からの指令信号
により、直ちに高速にボンディングパラメータを書き換
えるという機能を有する。
【0014】さらに、ボンディングヘッドのマルチヘッ
ド化に加えて、ボンディング時間を短縮させるために、
カメラヘッドの中心とキャピラリの中心との距離を、機
械的に、且つ高精度で調整可能な機構を有し、カメラと
キャピラリ間の距離を、リードフレーム上のフレーム短
手方向におけるペレット間ピッチと同一にすることによ
り、あるチップのボンディング動作中に次のチップの認
識動作が同時に行える機能を有する。
【0015】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例を示す図で、同図(a)は
上面図、同図(b)は正面図である。また、図2はその
システム構成図である。ボンディングヘッド1は、筺体
7上に任意数(本実施例では6台)並列に並べられ、且
つ、このヘッド数に合わせてカメラヘッド2およびボン
ディングステージを配置する。カメラヘッド2はカメラ
コントローラ11を介して画像認識装置8につながって
いる。搬送路3は、筺体7上に一体化構成または任意数
の分割により配設され、この搬送路3上をリードフレー
ムが送り爪もしくはフレームグリップにより搬送され
る。
【0016】モニタ4あるいは操作パネル5などの、複
数のヘッドに対し共通で使用可能なユニットに対して
は、これを必要最小数だけ配設する。また、画像認識装
置8は1台でカメラ2台を受け持ち、時分割処理を行
う。従って、画像認識装置8の必要台数は、任意に設定
したボンディングヘッド1の台数の1/2台で済むこと
になる。
【0017】図3は本実施例の外観図である。本図に示
されるように、光ファイバーセンサを組合わせて形成さ
れたリードフレーム情報穴検出センサ12は、搬送路3
のリードフレーム投入側の端部に設けられ、供給された
リードフレームはここでリード情報を読取られる。リー
ドフレームには、あらかじめ品種、ロット等のリードフ
レーム情報が、径1mm程度に穿孔された穴の位置の組
合わせで印されている。また、筺体7を含む全てのユニ
ットは、本図の如く任意数(2または4程度)に分離す
ることも可能である。
【0018】図4は本実施例の品種情報の流れ図、図5
は本実施例に用いるリードフレームの説明図である。情
報穴検出部12で読取ったリードフレーム情報穴21の
組合わせによる品種情報は、ボンディング装置本体14
に送られる。ボンディング装置本体14は、外部記憶装
置であるハードディスク装置15を有し、ハードディス
ク装置15内にあらかじめボンディングパラメータその
他の条件を記憶させておき、リードフレーム22に打ち
込まれているリードフレーム情報を読み取ると同時に、
ボンディング装置本体の内部メモリに記載されているボ
ンディングパラメータ等の条件を高速に書き換えること
ができる。このように、ボンディング装置本体14はハ
ードディスク装置15にアクセスし、自動で、しかも高
速に品種切換えを行う。図5に示すリードフレーム22
は、チップ列23が18列設けられた例で、各列は複数
行にわたってチップが配置されている。
【0019】図6は本実施例のカメラヘッドおよびボン
ディングヘッド部を示す図で、同図(a)は平面図、同
図(b)は側面図、また、図7は本実施例によるボンデ
ィング同時先行認識の説明図、図8は同時先行認識のタ
イミングチャートを示す。キャピラリ32はボンディン
グツール31に取り付けられ、またカメラヘッド34は
照明系35に取り付けられている。キャピラリ32およ
びカメラヘッド34の中心間距離33は、リードフレー
ム22上のチップ間の距離と等しくとり、ボンディング
ツール31がチップ37上でボンディングを行っている
際、カメラヘッド34は、次にボンディングすべきチッ
プ38上の、チップ37でボンディングを行っている位
置とほぼ同一の個所を写すようにする。中心間距離33
の調整は、制御部からの信号に基づきサーボモータ等に
よりX−Yテーブルを動作させて行う。
【0020】これにより、図7に示す如くカメラヘッド
34は、まずチップ37の第1点目の認識および第2点
目の認識を終え、位置検出補正計算を行い、次にボンデ
ィングツール31がチップ37の第1点目のボンディン
グを行うためにチップ37の第1ボンディング点に移動
した際、カメラヘッド34はチップ38の第1認識点に
移動している。このようにして、リードフレーム22上
に配置されたm行のチップのうち、任意のn行目のチッ
プのボンディング中に、n+1行目のチップの認識をボ
ンディングと同時に行うことができる。認識のタイミン
グは、図8に示されるように、ボンディングツールの移
動、即ちX−Yテーブルの移動43が終了した後のわず
かな時間間隔、即ち振動停止待ち時間44をおいて画像
取込み45を行う。ツールモーション41は、1ワイヤ
ー実質ボンディング時間47内のボンディングツールの
動作を示し、ボンディングヘッド上下42はそのタイミ
ングを示している。また、1ワイヤー実質ボンディング
時間47内に補正計算時間をとっている。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるワイヤ
ーボンディング装置は、以下の効果を有する。
【0022】第1に、ボンディングヘッドを複数台有し
ていることから、ボンディングスピードが飛躍的に向上
し、16ピンのICを例にとると、1個のボンディング
を完了するまでに要する時間が従来4〜5秒を要してい
たのに対し、本発明のワイヤーボンディング装置による
と0.68秒で完了する。また、同一の能力を得るため
に要する作業人員は従来の1/6〜1/10、フロア面
積は1/3に低減される。さらに、多ピンICの組立工
程において、チップマウンタや封入機などのインデック
スの早い設備にワイヤーボンディング装置のインデック
スを合わせることができ、ラインバランスのとれた組立
一貫生産ラインを構築することが可能となる。
【0023】第2に、リードフレーム情報穴検出部によ
り品種切換えを自動化したことから、品種切換えロス時
間を大幅に低減し、また作業者の切換え作業は皆無にな
った。これにより、装置稼働率は10%程度向上する。
【0024】第3に、外部記憶装置にハードディスク装
置を用いたことから、従来のフロッピーディスク装置に
比べ、高速でしかも大量の情報の転送を可能にした。こ
れにより、品種切換え時間が短縮されると共に、フロッ
ピーディスクのかけ換え等の作業も皆無になった。
【0025】第4に、カメラとボンディングツール間の
距離を、リードフレーム上のチップ間隔に合わせ込むこ
とを可能とし、ボンディング同時先行認識を行ったこと
から、ボンディング装置のインデックスをさらに5〜1
0%程度速めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図で、同図(a)は上
面図、同図(b)は正面図である。
【図2】本発明の一実施例のシステム構成図である。
【図3】本発明の一実施例の外観図である。
【図4】本発明の一実施例の品種情報の流れ図である。
【図5】本発明の一実施例に用いるリードフレームの説
明図である。
【図6】本発明の一実施例のカメラヘッドおよびボンデ
ィングヘッド部の詳細図で、同図(a)は平面図、同図
(b)は側面図である。
【図7】本発明の一実施例によるボンディング同時先行
認識の説明図である。
【図8】本発明の一実施例によるボンディング同時先行
認識のタイミングチャートである。
【図9】従来のボンディング装置の外観図である。
【符号の説明】
1 ボンディングヘッド 2 カメラヘッド 3 搬送路 4 モニタ 5 操作パネル 6 顕微鏡 7 筺体 8 画像認識装置 9 電源部 10 制御部 11 カメラコントローラ 12 リード情報穴検出部 14 ボンディング装置本体 15 ハードディスク装置 16 フレームローダ部 17 フレームアンローダ部 21 リードフレーム情報穴 22 リードフレーム 23 チップ列 31 ボンディングツール 32 キャピラリ 33 カメラとキャピラリとの中心間距離 34 カメラヘッド 35 照明系 37,38 チップ 41 ツールモーション 42 ボンディングヘッド上下 43 X−Yテーブル移動 44 振動停止待ち時間 45 認識画像取込み時間 46 補正計算時間 47 1ワイヤー実質ボンディング時間

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボンディングヘッドユニット部と、画像
    認識装置ユニット部と、ボンディングステージユニット
    部とをそれぞれ複数個有し、前記複数の各ユニット部が
    1個所で集中制御されると共に前記ボンディングヘッド
    ユニット部のリードフレーム搬送路に、あらかじめ組立
    工程投入前のリードフレームに穿孔された品種等のリー
    ドフレーム情報を検出するリードフレーム情報穴検出機
    構を設け、このリードフレーム情報穴検出機構からの信
    号に基づきあらかじめ記憶させておいたボンディングパ
    ラメータを書き換える機能を有することを特徴とするワ
    イヤーボンディング装置。
  2. 【請求項2】 画像認識装置ユニット部に、カメラヘッ
    ドの中心とキャピラリーの中心との距離をリードフレー
    ム上のチップ間の距離に等しくなるように調整する機構
    と、キャピラリーが一チップのボンディング動作中にカ
    メラヘッドが次のチップの認識動作を行なう同時先行認
    識機構とを設けた請求項1記載のワイヤーボンディング
    装置。
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