JP2712481B2 - ワイヤボンダーにおけるトランスデューサのus発振装置 - Google Patents

ワイヤボンダーにおけるトランスデューサのus発振装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はワイヤボンダーにおけるトランスデューサの
US発振装置に係り、トランスデューサに高周波エネルギ
ーを付与する出力部の出力を積分し、この積分値が設定
値に達すると、切換スイッチを切換えて、トランスデュ
ーサの駆動を停止させるようにしたものである。
(従来の技術) ダイボンダーによりリードフレームのような基板上に
半導体チップを搭載した後で、基板と半導体チップは、
ワイヤボンダーにより互いの電極同士を細いワイヤにて
接続される。このワイヤボンダーによるワイヤの接続作
業は、次のようにして行われる。すなわちトランスデュ
ーサに保持されたキャピラリの下端部からワイヤを導出
し、このトランスデューサに高周波エネルギーを付与し
てこのトランスデューサを超音波(US)振動させなが
ら、このキャピラリの下端部によりワイヤを半導体チッ
プや基板に圧着して、半導体チップと基板をこのワイヤ
により接続する。
第4図はトランスデューサに上記のような高周波エネ
ルギーを付与するための従来のUS発振回路を示すもので
あって、101はトランスデューサ、102はその先端部に装
着されたキャピラリ、103はキャピラリ102に保持された
ワイヤ、104は半導体チップ、105はリードフレームのよ
うな基板である。また106は8ビットのデジタルアナロ
グ変換器から成る設定部、107は一次遅れ回路、108は乗
算器、109は正弦波発生回路、110はアンプ、111は出力
部である。トランスデューサ101はこの出力部111の出力
により駆動されて超音波振動し、その振動をキャピラリ
102に伝達することにより、ワイヤ103をキャピラリ102
の下端部によりチップ104や基板105に押し付けて圧着す
る際に、圧着効果をあげるとともに、電気的接続状態を
良好とするためにワイヤ103の新鮮面を露出させる。a
〜dは、設定部106に入力される制御信号波形、一次遅
れ回路107の出力波形、正弦波発生回路109の出力波形、
乗算器108の出力波形である。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来手段は、設定部106に入力される制御信号a
により、トランスデューサ101を駆動する出力波形dの
振幅Vと時間Tが設定される。この振幅Vは、8ビット
の“0",“1"により設定され、また時間Tは信号のパル
ス巾Lにより設定される。しかしながらかかる手段によ
っては、系がオープンループになっているため、制御信
号aで与えられた指令値通りのエネルギーが正確にトラ
ンスデューサ101に付与されたかどうかは不明である。
そしてこの場合、実効値が指令値よりも過大となると、
ワイヤ103はチップ10や基板105に過度に圧着されて、隣
りの電極と短絡を生じるような不都合が生じ、また実効
値が過小であると、ワイヤ103はしっかりと圧着されな
いこととなる。かかる指令値と実効値の差は、例えば回
路に指令された通りの電流が流れない場合に生じる。
そこで本発明は、トランスデューサを指令値の通りに
駆動して、ワイヤを半導体チップや基板に過不足なく圧
着できるUS発振手段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) このために本発明は、トランスデューサを駆動するた
めのUS発振回路を、振幅設定部及び周波数調整部から入
力された発振信号と周波数信号を乗算する乗算器と、切
換スイッチを介してこの乗算器に接続されて上記トラン
スデューサに上記高周波エネルギーを付与する出力部
と、この高周波の出力を積分する積分器と、上記トラン
スデューサに付与するエネルギーのパラメータの設定部
と、この積分器とこの設定部の出力を比較する比較器と
から構成し、この比較器の出力信号により、上記切換ス
イッチを切換制御するようにしたものである。
(作用) 上記構成によれば、トランスデューサを駆動する出力
部の出力は積分器により積分され、その積分値が設定部
で設定された値に達すると、切換スイッチが切換り、ト
ランスデューサは駆動を停止する。
(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。
第1図はワイヤボンダーのトランスデューサを駆動す
るUS発振回路図、第2図はワイヤボンダーによるワイヤ
ボンディング中の側面図、第3図はワイヤボンディング
の動作のタイムチャートである。第1図のUS(超音波)
発振回路を説明する前に、まず第2図及び第3図により
ワイヤボンディング作業を説明する。
第2図において、1はトランスデューサであって、棒
状のホーン2の後端部に圧電素子3が取り付けられてお
り、またホーン2の先端部にはキャピラリ4が保持され
ている。5はリードフレーム、6はその上面に搭載され
た半導体チップである。7はキャピラリ4に通された細
い金線のようなワイヤであって、このワイヤ7により、
半導体チップ6の上面に形成された電極と、リードフレ
ーム5の電極を接続する。本発明では、キャピラリ4の
下端部から導出されたワイヤ7の下端部をチップ6に圧
着することを1stボンディングといい、これに続いてワ
イヤ7の他端部側をリードフレーム5に圧着することを
2ndボンディングという。
第3図は作業順を示すタイムチャートであって、縦軸
はリードフレーム5の上面からキャピラリ4の下端部ま
での高さH、横軸は時間T、〜は作業順である。当
初、キャピラリ4は高さH1の待機位置にあり()、ト
ーチ電極8をワイヤ7の下端部に近づけて、電気スパー
クによりワイヤ7の下端部に溶融ボール9を形成する。
次いでキャピラリ4はチップ6の上面(高さH2)へ下降
し()、1stボンディングによりワイヤ7の下端部に
形成されたボール9をチップ6の上面にボンディングす
る()。このボンディングは、キャピラリ4の下端部
をチップ6に押し付けることにより行われるが、その
際、トランスデューサ1をUS(超音波)発振手段により
高速振動させることにより、ボール9の新鮮面を露出さ
せながらボンディングする。
このようにしてボール9をチップ6にボンディングし
た後、キャピラリ4を上昇させるとともに、リードフレ
ーム5をXY方向に摺動させることによりリードフレーム
5の所定箇所をキャピラリ4の直下に移動させ、次に、
キャピラリ4の下端部をリードフレーム5上に着地させ
()、続いて2ndボンディングを行う()。この2nd
ボンディングも、上記1stボンディングと同様に、トラ
ンスデューサ1をUS発振手段により高速振動をさせなが
ら行う。このようにして、ワイヤ7によりチップ6とリ
ードフレーム5を接続したならば、キャピラリ4を上昇
させ()、キャピラリ4は元の高さH1に復帰する。か
かる一連の作業を繰り返し行うことにより、チップ6の
電極とリードフレーム5はワイヤ7により接続される。
第3図において、T1,T2はトランスデューサ1を超音
波(US)により高速振動させる時間、V1,V2はその振幅
である。本発明に係るUS発振回路は、ワイヤ7を上記の
ようにチップ6やリードフレーム5にボンディングする
ための所定のエネルギーのパラメータである電圧や電流
の積分値をトランスデューサ1に付与したことを検知す
ると、トランスデューサ1の駆動を停止させるものであ
り、次に第1図を参照しながら、US発振回路の説明を行
う。
11はUS発振のスタート部であって、12はトランジス
タ、13はこのトランジスタ12のコレクタ側に接続された
リレー、14はその接点であり、トランジスタ12にスター
ト信号aが入力されると、リレー13は作動し、接点14は
閉成する。15は接点14と直列接続されたボリウムから成
る振幅設定部である。16は1次遅れ回路であって、乗算
器17の一方の端子Xに接続されている。18はボリウムか
ら成る周波数調整部、19はアンプ、20は正弦波発生回路
であり、上記乗算器17の他方の端子Yに接続されてい
る。
22は乗算器17に接続された切換スイッチとしてのアナ
ログスイッチ、23,24は電流増幅用のアンプとトランジ
スタ、25はインピーダンスマッチング用のトランス、26
は出力部である。出力部26には上記トランスデューサ1
が接続されており、トランスデューサ1は出力部26から
付与される高周波エネルギーにより超音波振動する。ま
た出力部26には電圧取出部27と電流取出部28が設けられ
ており、出力部26の電圧VOと電流IOを取り出す。
上記取出部27,28は、それぞれ実効値回路31,32を介し
て乗算器33の入力端子X,Yに接続されている。乗算器33
は、電圧VOと電流IOの積すなわちエネルギー(ワット)
を出力する。34は乗算器33に接続された積分器である。
この積分器24は、電圧VOと電流IOの積(ワット)を積分
し、積分値を比較器35に入力する。
36は8ビットのデジタルアナログ変換器から成る設定
部であって、アンプ37を介して比較器35の他方の入力端
子に接続されている。この設定部36は、上記トランスデ
ューサ1に付与されるエネルギーのパラメータを設定す
るものであり、デジタルアナログ変換器に換えてデジタ
ルスイッチ等を使用してもよい。積分器34の積分値が、
この設定値に達すると、比較器35の出力によりアナログ
スイッチ22が切換り、トランスデューサ1は駆動を停止
する。図中、a〜iは回路の各部における信号の波形で
ある。
本装置は上記のような構成より成り、次に動作の説明
を行う。
キャピラリ4が、第3図に示す上方の待機位置から下
降し、チップ6の上面に着地すると(同図,)、US
発振回路のスタート部11にスタート信号aが入り、トラ
ンジスタ12は導通して接点14は閉成し、振幅設定部15で
設定された出力信号bは一次遅れ回路16に入り、その出
力信号cは乗算器17の一方の端子Xに入力される。また
正弦波発生回路20で設定された出力信号dは、他方の端
子Yに入力され、乗算器17から両信号b,cの乗算信号e
が出力される。この信号eは、アンプ23,トランジスタ2
4により増幅され、トランス25で昇圧されて、トランス
デューサ1の圧電素子3に高周波信号が印加される。す
るとトランスデューサ1はUS振動を開始し、上記1stボ
ンディングが行われる。
上記のようにトランス25が駆動を開始すると、その出
力部26の電圧VOと電流IOは実効値回路31,32に入力さ
れ、実効値は乗算器33に入力され、更にその出力は積分
器34に積分され、その積分値hは比較器35に入力され
る。乗算器3の出力は、電圧VOと電流IOの積であり、そ
の積分値hはエネルギー量である。一方、設定部36は、
予め、1stボンディングのためにトランスデューサ1に
与えられるべきエネルギー量iが入力されており、積分
器34により積算された積分値(エネルギー量)hは上記
設定エネルギー量iと比較され、この積分値hが設定エ
ネルギー量iに達すると、比較器35からアナログスイッ
チ22にオフ信号が発せられ、アナログスイッチ22は切換
ってトランスデューサ1は駆動を停止する。このように
して1stボンディングが終了したならば、次に同様にし
て、2ndボンディングが行われる。勿論この場合、2ndボ
ンディングのためにトランスデューサ1に付与されるエ
ネルギー量は、設定部36で予め設定されており、積分器
34から出力される積分値がこの設定エネルギーに達する
と、アナログスイッチ22が切換って、2ndボンディング
のためのトランスデューサ1の駆動は停止する。
なおこの実施例では、電圧VOと電流IOの実効値の積、
すなわちエネルギー(ワット)を積分器34に入力し、こ
の積分器34の出力信号hを設定値iと比較しているが、
電圧VOや電流IOはトランスデューサ1に付与されるエネ
ルギーのパラメータであり、したがって電圧VO又は電流
IOを積分器34に入力して、その積分値を予め設定部36で
設定された設定値と比較するようにしてもよい。
(発明の効果) 以上説明したように本発明は、この種ワイヤボンダー
において、トランスデューサを駆動するUS発振回路を、
振幅設定部及び周波数調整部から入力された振幅信号と
周波数信号を乗算する乗算器と、切換スイッチを介して
この乗算器に接続されて上記トランスデューサに高周波
エネルギーを付与する出力部と、この出力部の出力を積
分する積分器と、上記トランスデューサに付与するエネ
ルギーのパラメータの設定部と、この積分器とこの設定
部の出力を比較する比較器とから構成し、この比較器の
出力信号により、上記切換スイッチを切換制御するよう
にしているので、積分器の出力が設定値に達すると、ト
ランスデューサは駆動を停止する。したがって指令値と
実効値との間に差を生じず、ワイヤを半導体チップや基
板に過不足のない圧着力によりボンディングすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例を示すものであって、第1図はUS発
振回路図、第2図はトランスデューサによるワイヤボン
ディング中の側面図、第3図は作業順を示すタイムチャ
ート図、第4図は従来のUS発振回路図である。 1……トランスデューサ 4……キャピラリ 6……半導体チップ 7……ワイヤ 15……振幅設定部 18……周波数調整部 22……切換スイッチ 26……出力部 34……積分器 35……比較器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワイヤが通されるキャピラリと、このキャ
    ピラリを保持するトランスデューサと、このトランスデ
    ューサに高周波エネルギーを付与するUS発振回路とを備
    え、このUS発振回路を駆動してトランスデューサを超音
    波振動させながら、キャピラリの下端部から導出された
    ワイヤをこの下端部により半導体チップ及び基板に圧着
    して、この半導体チップと基板をこのワイヤにより説明
    するようにしたワイヤボンダーにおいて、上記US発振回
    路が、振幅設定及び周波数調整部から入力された振幅信
    号と周波数信号を乗算する乗算器と、切換スイッチを介
    してこの乗算器に接続されて上記トランスデューサに上
    記高周波エネルギーを付与する出力部と、この出力部の
    出力を積分する積分器と、上記トランスデューサに付与
    するエネルギーのパラメータの設定部と、この積分器と
    この設定部の出力を比較する比較器とから成り、この比
    較器の出力信号により、上記切換スイッチを切換制御す
    るようにしたことを特徴とするワイヤボンダーにおける
    トランスデューサのUS発振装置。
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