JP2602886B2 - インナーリードボンディング装置及びインナーリードボンディング方法 - Google Patents

インナーリードボンディング装置及びインナーリードボンディング方法

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JP2602886B2 JP63078744A JP7874488A JP2602886B2 JP 2602886 B2 JP2602886 B2 JP 2602886B2 JP 63078744 A JP63078744 A JP 63078744A JP 7874488 A JP7874488 A JP 7874488A JP 2602886 B2 JP2602886 B2 JP 2602886B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、半導体素子をリードにボンディングする
インナーリードボンディング装置及びインナーリードボ
ンディング方法に関する。
(従来の技術) ボンディングには、インナーリードボンディング装置
を用いて、半導体素子に形成された電極用バンプ(電
極)を、リードフレームのインナーリードにボンディン
グするようにしたものがある。
こうしたインナーボンディング装置には、既に本出願
人が出願した特願昭62−64307号などに示されるよう
に、モータを使ってボンディングツールを昇降させるも
のがある。
すなわち、第4図に示されるようにワーク保持部1の
上方に、ツール保持部2ならびに圧縮ばね3で昇降自在
に支持されたボンディングツール4を設ける。またワー
ク保持部2を支持したX−Y駆動部5の上方の基台6上
に、出力軸に円板状のカム7が取着されたACモータ8を
設置し、このカム7と上記ボンディングツール4とを運
動変換機構9を介して連結した構造にしている。具体的
には、運動変換機構9は、ACモータ8の出力軸側に隣接
して、カム7と組合うカムフォロア10が取着された第1
の揺動レバー11を設けるとともに、その第1の揺動レバ
ー11の作用点側にクランク形状の第2の揺動レバー12を
回動自在に枢支する。この第2の揺動レバー12の作用点
側を、ボンディングツール4に連ねて上下方向に昇降自
在に設けた押圧棒13の上部端に回動自在に枢支する。そ
して、第2の揺動レバー12の力点側と第1の揺動レバー
11の力点側との間に、ツール移動量調整用のダンパー手
段となるエアーシリンダ14を介装した構造となってい
て、カム7がACモータ8の作動に追従して回転すれば、
その運動が第1および第2の揺動レバー11,12で上下の
方向に沿う直線運動に変換され、押圧棒13を介してボン
ディングツール4を下降させて、先端の押圧部4aで半導
体素子をりードフレーム15に押圧していく。この押圧
で、半導体素子の電極用バンプをリードフレーム15のイ
ンナーリードに圧着させていくようにしている。そし
て、半導体素子の厚みが変ると、その分、エアーシリン
ダ14のロッドの沈み込んで、第2の揺動レバー12の揺動
量を変えていく。
なお、13aは押圧棒13を昇降自在に支持する案内体、1
1aは第1の揺動レバー11を支持する支柱である。
(発明が解決しようとする課題) ところで、こうしたインナーボンディング装置のボン
ディングツール4は、カム高さが不変で有るので、半導
体素子の厚み(高さ)寸法によって半導体素子に加わる
時間(ボンディング時間)Tがボンディングツール4に
よる加圧で変化する難点がある。しかも、それと共に作
動するエアーシリンダ14の沈み込み量の変化で、加圧力
Fも変化してしまう難点をもっている。
具体的には、加圧時間Tについて述べれば、第5図に
示されるようにボンディングツール4のツールストロー
クHにおいて、ワーク保持部1の上面に半導体素子がな
いときを「A」とすると、厚さH1,H2(H1<H2)の半導
体素子を置いたときには、ツールストロークHはその
分、「B」,「C」と変化していく。ところが、ここ
で、そのツールストロークHが変化するにしたがって、
カム7の特性上、押圧始めの時期と押圧終了の時期も変
化していくので、厚み寸法が厚くなるにしたがって半導
体素子に加わる時間Tが、当初の設定時間T0よりも
「T1」,「T2」に示される如く長くなってしまう。むろ
ん、これはツールストロークの傾きで表わされるボンデ
ィングツール4の下降速度を変えても同様である。
また加圧力Fについて述べれば、ダンパー手段の特
性、すなわちエアーシリンダ14の特性を見ると、第6図
に示されるようにエアーシリンダストロークSと加圧力
Fとの間には、「S1」までロッドがストロークした以降
で、所定の加圧力が得られる関係がある。つまり、
「S1」以降までエアーシリンダ14をストロークさせない
と、所定の加圧力が得られず、逆に半導体素子の厚みが
薄く、「S1」なるロッドストロークよりも小さい場合、
所定の加圧力に到達しない結果をもたらす。具体的に
は、第5図の「T2」のときで「c」なる所定の加圧力に
到達するとすれば、「T0」,「T1」のときはそれより以
下の「a」,「b」に示されるように所定の加圧力が得
られない。
このため、厚さの異なる半導体素子をボンディングす
ると、加圧時間(ボンディング時間)および加圧力の変
化から、接合状態が変ってしまう不都合があった。
そこで、半導体素子の厚さが変る場合、その都度、ワ
ーク保持部1の高さを変えて、ツールストロークが一定
となるよう調整することが考えられるが、調整は微妙で
あるために、かなり難しく、かつまた時間もかなり費や
すもので、改善が要望されている。
この発明はこのような事情に着目してなされたもの
で、困難な調整作業を要せず、かつ加圧時間および加圧
力が変化することなしに、厚さの異なる半導体素子をボ
ンディングすることができるインナーリードボンディン
グ装置及びインナーリードボンディング方法を提供する
ことを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するために、半導体素子に
形成された電極とインナーリードとをボンディングツー
ルを用いてボンディングするインナーリードボンディン
グ装置において、前記ボンディングツールが前記半導体
素子に当接したのを検出する検出手段を設け、この検出
手段が前記ボンディングツールの前記半導体素子への当
接を検出したのに基づき予め設定された一定の加圧時間
経過後に前記ボンディングツールによる加圧を終了させ
るよう前記ボンディングツールを駆動させるモータの回
転速度を前記検出手段からの検出信号に基づき制御する
制御手段を設けた。また、半導体素子に形成された電極
とインナーリードとをボンディングツールを用いてボン
ディングするインナーリードボンディング方法におい
て、前記ボンディングツールが前記半導体素子に当接し
たのを検出したのに基づき、予め設定された一定の加圧
時間経過後に前記ボンディングツールによる前記半導体
素子の加圧を終了させるように前記ボンディングツール
を駆動制御してボンディングするようにした。さらに、
半導体素子に形成された電極とインナーリードとをボン
ディングツールを用いてボンディングするインナーリー
ドボンディング方法において、前記ボンディングツール
が下降を開始してから前記半導体素子に当接するまでの
期間の内、所定の期間前記ボンディングツールを第1の
下降速度で下降させた後、それに続く残りの期間を前記
第1の下降速度より低速の第2の下降速度で下降させ、
前記ボンディングツールが前記半導体素子に当接したの
を検出したのに基づき、予め設定された一定の加圧時間
経過後に前記ボンディングツールによる前記半導体素子
の加圧を終了させるように前記ボンディングツールを駆
動制御してボンディングするようにした。
(作用) ボンディングツールが半導体素子に触れたことが検出
されると、その瞬間から一定の時間に所定の押圧工程を
終了させるべくボンディングツールを動かしていく。そ
して、これにより、半導体素子の厚みの違いに関係なく
一定時間で所期のボンディングを終わる。と同時に所期
のボンディングが常に一定時間に行なわれることでダン
パー手段を一定な加圧力が得られるレベルにしていく。
(実施例) 以下、この発明を第1図ないし第3図に示す一実施例
にもとづいて説明する。但し、図面において、先の「従
来の技術」の項で述べた構成部品と同じものには同一符
号を附してその説明を省略し、この項では発明の要部と
なる異なる部位について説明することにする。
すなわち、本実施例はボンディングツール4の駆動系
を制御した点で異なっている。具体的には、ACモータに
変えて位置速度制御機能をもったサーボモータ20が用い
られ、このサーボモータ20の出力軸にカム7が設けられ
ている。さらに、第1の揺動レバー11の作用点側には、
該第1の揺動レバー部分とそれに対向する直上の第2の
揺動レバー部分との間のギャップを検出するギャップセ
ンサ23(この発明のセンサに相当)が設けられている。
そして、このギャップセンサー23が、第2図に示される
ような外部の制御回路22(制御手段に相当)に接続さ
れ、サーボモータ20を制御する構造にしている。
制御回路22について説明すれば、これにはギャップセ
ンサ23に、アンプ24およびサンプルホールド25を介して
ウインドコンパレータ26を接続する。またウイドコンパ
レータ26の残る入力部にアンプ24の出力部を直接接続す
る。そして、ウインドコンパレータ26に制御部27を接続
した構造となっている。そして、サンプルホールド25
は、制御部27からのサンプルホールド信号に従って、ボ
ンディングツール4が半導体素子に当接する前の状態の
センサー出力をサンプルホールドし、このサンプルホー
ルド出力を基準値としてウインドコンパレータ26に供給
するようにしている。またウインドコンパレータ26に
は、上記基準値を中心値として所定幅の非検出レベル領
域を演算処理によって設定する構成となっていて、その
非検出レベル領域とギャップセンサ23からの出力とのレ
ベル比較から、検出出力が非検出レベル領域を外れたと
きに検出信号を発生させることができるようにしてい
る。そして、第1の揺動レバー11と第2の揺動レバー12
の間のギャップが小さくなるにしたがい検出出力が非検
出レベル領域を外れることで、制御部27においてボンデ
ィングツール4の先端が半導体素子の上面に確実に当接
したものと判断するようにしている。また制御部27に
は、半導体素子に当接したと認識すると、その位置から
「T0」なる一定時間に押圧に必要な工程が終わるようカ
ム7の回転速度を変化させる設定がなされ、この設定に
もとづきサーボモータ20の回転速度を制御させる構造に
している。さらに制御部27では、ボンディングツール4
の下降当初は高速(第1の下降速度)で、その後、ボン
ディングツール4が半導体素子に当たるまでは低速(第
2の下降速度)となる、高速移動領域Xと低速移動領域
Yとを組合わせた制御をサーボモータ20に課してもい
る。
しかして、こうしたインナーリードボンディング装置
は、サーボモータ20が回転すると、これに追従してカム
7が回転していく。これにより、第1の揺動レバー11は
カムフォロア10を介して下降側に揺動を始めていき、押
圧棒13が第2の揺動レバー12を介して下降していく。こ
うした下降当初の移動は、かなりの速度で行なわれ、そ
の後、途中から低速となっていく。そして、この押圧棒
13の下降に伴い、ボンディングツール4が圧縮ばね3の
弾性力に抗して下降していき、ボンディングツール4の
先端が半導体素子の上面に当接していく。
一方、こうしたボンディングツール4の下降中、サン
プルホールド25ではギャップセンサ23からの出力をサン
プルホールドし、そのサンプルホールド出力を基準値と
してウインドコンパレータ26に出力している。そして、
第1の揺動レバー11と第2の揺動レバー12とのギャップ
が小さくなって、ギャップセンサ23からの出力がウイン
ドコンパレータ26で演算された非検出レベル領域を超え
ると、制御部27ではボンディングツール4の先端が半導
体素子の上面に確実に当接したと認識し、その瞬間から
一定時間に押圧に要する一定量のストロークだけ動いて
いく。
すなわち、第3図に示されるように例えばワーク保持
部1の上面に半導体素子がない状態を「A」としたと
き、「従来の技術」のときと同様に「T0」なる加圧時間
が設定されているものとすれば、異なる厚さ「H1」の半
導体素子をワーク保持部1に置いたときは、半導体素子
の上面にボンディングツール4が当接したことが検出さ
れると、従来において費やしていた加圧時間「T1−T0
分、サーボモータ20の回転速度を速める制御がなされ、
カム7による押圧工程を「T0」で終了させていく。
また異なる厚さ「H2」の半導体素子をワーク保持部1
に置いたときは、半導体素子の上面にボンディングツー
ル4が当接したことが検出されると、従来において費や
していた加圧時間「T2−T0」分、サーボモータ20の回転
速度を速める制御がなされ、カム7による押圧工程を
「T0」で終了させていく。
むろん、こうして半導体素子の厚さに関わらずに、常
に「T0」なる加圧時間に設定されることは、第3図の各
「a」,「b」,「c」の線図でも明らかなようにシリ
ンダ14の移動時間も、シリンダ14のロッドの沈み込み量
も常に一定となる。
そして、こうした押圧工程により、半導体素子の電極
用バンプがリードフレームのインナーリードに圧着さ
れ、ボンディングされていく。
かくして、半導体素子の厚さが変っても、加圧時間,
加圧力とも変化させることなく、ボンディングを行なう
ことができる。むろん、半導体素子にボンディングツー
ル4に当接した後、一定時間に一定量のストロークを動
かすだけなので、たとえボンディングツール4の下降速
度が変っても、加圧時間,加圧力は変化することはな
い。
したがって、厚みが変っても接合状態が変化するよう
なことはなくなる。またボンディングツール4を下降当
初は高速(第1の下降速度)で、途中から低速(第2の
下降速度)で下降させた構造の採用により、ボンディン
グツール4が半導体素子に衝突するときのダメージを最
小にしつつ、ボンディングツール4が半導体素子に当接
するまでの時間(タクトタイム)を短縮することができ
る。特に、当接する直前にボンディングツール4の下降
速度を遅くすることこができることによる。
しかも、「従来の技術」の項で述べたような困難な調
整作業はほとんどなくなる。
なお、一実施例では2つの揺動レバーを用いて構成さ
れた運動変換機構をもつインナーリードボンディング装
置にこの発明を適用したが、それ以外の運動変換機構を
もつインナーリードボンディング装置にも適用してもよ
い。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、加圧時間およ
び加圧力が変化することなしに、厚さの異なる半導体素
子をボンディングすることができ、接合状態の変化を防
いで、接合不良をなくすことができる。しかも、困難な
調整作業はほとんど必要としない。また、特にボンディ
ングツールの下降速度を変える方法は、こうした効果に
加え、ボンディングツールが半導体素子に当接するとき
の衝撃を最小にしつつ、ボンディングツールが半導体素
子に当接するまでの時間を短縮できるという効果をもた
らす。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図はこの発明の一実施例を示し、第1
図はインナーリードボンディング装置を示す側面図、第
2図はその制御回路を示すブロック図、第3図はボンデ
ィング時のボンディングツールの動きを、エアーシリン
ダの動きと共に示した線図、第4図は従来のインナーリ
ードボンディング装置を示す側面図、第5図はそのボン
ディング時のボンディングツールの動きを、エアーシリ
ンダの動きと共に示した線図、第6図はエアーシリンダ
で構成されたダンパー手段の特性を示す線図である。 4……ボンディングツール、9……運動変換機構、14…
…エアーシリンダ(ダンパー手段)、20……サーボモー
タ、22……制御回路(制御手段)、23……ギャップセン
サ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渥美 幸一郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−139(JP,A) 特開 昭63−233543(JP,A) 特開 昭63−250831(JP,A) 実公 平4−45243(JP,Y2)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子に形成された電極とインナーリ
    ードとをボンディングツールを用いてボンディングする
    インナーリードボンディング装置において、 前記ボンディングツールが前記半導体素子に当接したの
    を検出する検出手段を設け、 この検出手段が前記ボンディングツールの前記半導体素
    子への当接を検出したのに基づき予め設定された一定の
    加圧時間経過後に前記ボンディングツールによる加圧を
    終了させるよう前記ボンディングツールを駆動させるモ
    ータの回転速度を前記検出手段からの検出信号に基づき
    制御する制御手段を設けたこと を特徴とするインナーボンディング装置。
  2. 【請求項2】半導体素子に形成された電極とインナーリ
    ードとをボンディングツールを用いてボンディングする
    インナーリードボンディング方法において、 前記ボンディングツールが前記半導体素子に当接したの
    を検出したのに基づき、予め設定された一定の加圧時間
    経過後に前記ボンディングツールによる前記半導体素子
    の加圧を終了させるように前記ボンディングツールを駆
    動制御してボンディングすること を特徴とするインナーリードボンディング方法。
  3. 【請求項3】半導体素子に形成された電極とインナーリ
    ードとをボンディングツールを用いてボンディングする
    インナーリードボンディング方法において、 前記ボンディングツールが下降を開始してから前記半導
    体素子に当接するまでの期間の内、所定の期間前記ボン
    ディングツールを第1の下降速度で下降させた後、それ
    に続く残りの期間を前記第1の下降速度より低速の第2
    の下降速度で下降させ、前記ボンディングツールが前記
    半導体素子に当接したのを検出したのに基づき、予め設
    定された一定の加圧時間経過後に前記ボンディングツー
    ルによる前記半導体素子の加圧を終了させるように前記
    ボンディングツールを駆動制御してボンディングするこ
    と を特徴とするインナーリードボンディング方法。
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