JP2723280B2 - ワイヤボンディング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法および装置

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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、ワイヤボンディング技術に関し、特に被覆
ワイヤを用いた半導体集積回路装置の組立におけるワイ
ヤボンディング工程に適用して有効な技術に関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路装置の製造における組立工程では、所
定の集積回路が形成された半導体ペレット上に設けられ
た多数の外部接続電極と、実装時に外部接続端子として
機能する複数のリードとを接続する方法として、両者の
間に導電性の金属線を架設するワイヤボンディング技術
が知られている。
一方、近年における半導体集積回路装置への一層の高
集積化および小形化などの要請に呼応して、接続すべき
外部接続電極の密度が飛躍的に増大しつつあり、これに
伴ってボンディングワイヤの間隔および線径は微細化の
一途をたどっており、ボンディングワイヤ相互の短絡や
ボンディングワイヤの剛性の低下によるワイヤループ異
常等の問題を生じてきている。
上記のような現象に対処すべく、金属からなる芯線に
絶縁被覆を施した被覆ワイヤを用いたワイヤボンディン
グ技術が知られている。
しかし、キャピラリ等のボンディング工具に挿通され
たワイヤの先端部を溶融させてボール状に形成してボン
ディングを行う周知のボールボンディング技術では、リ
ード側でのボンディングは絶縁被覆されたワイヤの側面
をリード表面に対して押圧して行うため、接合強度の低
下や電気抵抗の増大等のボンディング信頼性の低下が懸
念される。
以上の観点から、特開昭62−140428号公報および特開
昭62−104127号公報において、被覆ワイヤを用いたワイ
ヤボンディング、特にリード側へのボンディングについ
ての改良案が開示されている。
前者は、被覆ワイヤのリード側へのボンディング動作
に際して、ボンディング工具による押圧力を多段階に増
大させることにより、被覆ワイヤの芯線とリードとの間
に介在する絶縁性の被覆膜を排除して接合部の信頼性を
確保しようとするものである。
後者は、ボンディング工具の加熱と、ボンディング工
具への超音波の加振を併用することにより被覆膜を排除
するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記のいずれの技術によっても、被覆ワイ
ヤのリード側へのボンディングに際して、被覆膜を接合
部に介在させたままの状態でボンディングを開始する点
において変わりなく、上記被覆膜が熱変性するなどして
生じた異物が芯線とリードとの間に残存してボンディン
グ部における接合強度の劣化や電気抵抗の増大の原因と
なることが懸念され、ボンディング信頼性を向上させる
ことは難しかった。
さらに、上記両技術においては、被覆ワイヤの芯線と
ボンディング工具との間に被覆膜が介在した状態でボン
ディングが行われるため、ボンディング荷重や加熱等に
よってワイヤから剥離した被覆膜片や異物がボンディン
グ工具のワイヤ挿通部に入り込んでこれを汚染し、被覆
ワイヤの円滑な繰り出しや引込操作を阻害する要因とな
り、安定したボンディング作業の実現を困難にしてい
た。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、
その目的は下記の通りである。
すなわち第１の目的は、被覆ワイヤと第２の位置にお
ける接合信頼性の確保に際して、装置構成を複雑化する
ことなくこれを実現できる技術を提供することにある。
第２の目的は、被覆ワイヤを構成する被覆膜に起因す
るボンディング工具の汚染を防止して、安定したボンデ
ィング作業を可能にする技術を提供することにある。
第３の目的は、ワイヤの繰り出しおよび引き込み動作
を安定して行うことのできる技術を提供することにあ
る。
第４の目的は、ボンディングボールの形成の際に、常
に安定したボール形成を可能とする技術を提供すること
にある。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、概ね次のとおりである。
第１に、位置情報に基づいて算出される所要の長さだ
け被覆ワイヤをボンディング工具の先端部から引き出
し、被覆ワイヤにおける第２の接合予定部位で被覆ワイ
ヤの芯線と放電電極との間で被覆膜を介して放電を行わ
せ、その際の放電エネルギによって予め被覆膜の一部を
除去して芯線の露出部を形成した後、第１の接合予定部
位である被覆ワイヤの先端の芯線と上記と同一の放電電
極との間で被覆膜を介して放電を行わせ該先端の被覆膜
を除去して芯線を溶融してボールを形成した後、該ボー
ルを第１の位置に接合し、引き続いてボンディング工具
から繰り出された被覆ワイヤの上記露出部を第２の位置
に接合するものである。
これを実現するために、ボンディング工具に挿通され
た被覆ワイヤの第１の接合予定部位である被覆ワイヤの
先端の直下位置と、該被覆ワイヤの第２の接合予定部位
である被覆ワイヤの側面の位置との間の変位可能な放電
電極を備えた装置構造とするものである。
また、上記放電の際に放電電極の電極面に対して気体
の吹き付けを行うものである。
第２に、ボール形成あるいは被覆膜除去のための放電
に際して、ボンディングの進行にともなう被覆ワイヤ長
の減少によって生じる電圧降下を随時検出するととも
に、これを放電電極と先端部との間の放電ギャップにお
ける電圧降下に加算して次の放電の印加電圧を算出する
ものである。
また、この時に放電ギャップにおける降下電圧を予め
電圧ギャップ長と放電電流との関数として用意しておく
ものである。
第３に、先の半導体チップにおける最終ワイヤのボン
ディングが完了した後に、後続の被覆ワイヤにおける一
定長の第２の接合部位における被覆膜を除去し、後の半
導体チップまたは取付部材に対してダミーボンディング
を実行し、引き続いて後の半導体チップに対して第１の
ワイヤのボンディングを行うものである。
〔作用〕
上記した第１の手段によれば、放電電極をボール形成
用と被覆膜除去用とで共用することにより、装置構造を
複雑化することなく被覆ワイヤにおける第１の接合予定
部位と第２の接合予定部位におけるボール形成ならびに
芯線の露出が可能となり、被覆ワイヤを用いた接合信頼
性の高いワイヤボンディングが可能となる。またこれは
上記放電電極を、被覆ワイヤの第１の接合予定部位であ
る被覆ワイヤの先端の直下位置と、該被覆ワイヤの第２
の接合予定部位である被覆ワイヤの側面の位置との間を
変位可能な構造とすることによって容易に実現すること
ができる。さらに、この時に放電電極面に対して気体の
吹き付けを行うことによって、被覆膜の熱分解ガス等の
被着による放電電極の汚染を防止することができ、長期
にわたって安定した放電状態を維持できる。
第２の手段によれば、被覆ワイヤ長の減少にともなっ
て、常に最適な印加電圧を供給できるため、安定した大
きさのボール形成、および安定した範囲での被覆膜の除
去が可能となり、ワイヤスプールに巻回された被覆ワイ
ヤ長にかかわらず、接合信頼性の高い安定したワイヤボ
ンディングが可能となる。
第３の手段によれば、半導体チップに対して第１ワイ
ヤのボンディングを行う際には、常に一定長の配線距離
で第２の接合部位の被覆膜が除去された状態となってい
るため、これを用いてダミーボンディングを実行するこ
とによって、続く第１ワイヤからは常に安定した最適な
配線距離によるボンディングが可能となる。
〔実施例〕
まず、第１図を用いて本実施例のワイヤボンディング
装置について説明する。
架台１の上にはボンディングステージ２が同図の手前
方向に長手方向を持つように配置されている。
このボンディングステージ２の上部には取付部材とし
てのリードフレーム４が載置されている。このリードフ
レーム４は、その中央に形成されたタブ4a上に半導体チ
ップ３が図示しない樹脂ペースト等の導電性接着剤によ
り固定されており、上記ボンディングステージ２の内部
に設けられたヒータ2aによって所定の温度条件に高めら
れる構造となっている。
さらに上記架台１の上において、上記ボンディングス
テージ２の側方部には、水平平面内において移動可能な
XYテーブル５が配置されている。このXYテーブル５の上
部には、一端を上記ボンディングステージ２の上方に位
置させた姿勢のボンディングヘッド６が軸支点７を介し
て鉛直面内で揺動可能に軸支されている。上記ボンディ
ングヘッド６の他端側は、XYテーブル５に固定されたリ
ニアモータ８によって上下方向に移動制御が可能に構成
されている。
上記ボンディングヘッド６のボンディングステージ２
の側の端部には、ボンディングアーム９が水平方向に支
持されており、上記ボンディングステージ２の直上に位
置する先端部には、ボンディング工具としてのルビーあ
るいはセラミック等で構成されたボンディング工具とし
てのキャピラリ10が装着されている。このキャピラリ10
は、軸方向に貫通して形成された図示しないワイヤ挿通
孔をほぼ垂直にした姿勢で固定されている。
上記キャピラリ10の図示しないワイヤ挿通孔には、ワ
イヤスプール12から供給された被覆ワイヤ13が、ワイヤ
テンション部22、ワイヤガイド21、第２クランパ15およ
び第１クランパ14を経て挿通されている。
一方、ボンディングアーム９の基端側には、ピエゾ素
子等で構成された超音波発振器11が配置されており、ボ
ンディングアーム９の先端に固定されたキャピラリ10に
対して例えば600kHz程度で振幅0.5μｍ〜2.0μｍ程度の
超音波振動を随時印加することが可能となっている。
上記に説明したボンディングヘッド６は、図示しない
CPUおよび記憶装置を内蔵した制御部20によって制御さ
れる構造となっており、このような制御方法としては、
例えば上記ボンディングヘッド６の動作を検出する図示
しない速度検出手段と、位置検出手段との出力信号に基
づいてリニアモータ８の駆動電圧をサーボコントロール
することにより行うものである。さらに、半導体チップ
３およびリードフレーム４上での接合時の接合荷重につ
いては、同一のリニアモータ８の駆動電流を制御するこ
とによって行われる。
また、上記ボンディングヘッド６の上方には、XYテー
ブル５に固定された認識装置19が配置されている。この
認識装置19は、例えばTVカメラ等で構成されており、半
導体チップ３とリードフレーム４のボンディング位置を
検出する機能を有している。すなわち、認識装置19によ
る撮像情報に基づいて制御部20は、半導体チップ３の検
出点とリードフレーム４上の検出点との間を被覆ワイヤ
13で連続的に接合・配線するようにボンディングヘッド
６に対して指示する構成となっている。
ここで、被覆ワイヤ13について簡単に説明すると、導
電体である芯線13aと、その周囲に被着された電気絶縁
性を有する高分子樹脂材からなる被覆膜13bによって構
成されている。芯線13aは、例えば直径20〜50μｍの金
（Au）線が考えられ、望ましくは直径25〜32μｍ程度が
好ましい。被覆膜13bは、例えばポリウレタン、ポリエ
ステル、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドあるい
はナイロン等の分子材料が考えられ、好ましくは上記ポ
リウレタンまたはこれを耐熱化処理した耐熱ポリウレタ
ン等が望ましい。また、被覆の膜厚は、0.2μｍ〜5.0μ
ｍ程度のものが考えられるが、望ましくは0.5〜2.0μｍ
程度のものが好ましい。このような被覆膜13bの塗布方
法は、上記樹脂材料を例えば５〜20％の濃度に溶媒で希
釈した溶液に、芯線13aを浸漬した後、加熱乾燥する方
法が考えられ、この時に発生するピンホールを抑制する
ために複数回の塗布および乾燥を繰り返すことが望まし
い。具体的には、５〜15回の塗布・乾燥を繰り返すこと
によりピンホールの発生は著しく低減できた。
このような被覆ワイヤ13は、ワイヤスプール12におい
て例えば100〜1000m程度巻回され、その芯線13aの基端
部13h（一端）はワイヤスプール12の導電部に接続され
ている。このワイヤスプール12は、スプールホルダ25に
対して電気的に接続されており、このスプールホルダ25
を経由して放電電源回路18に接続されている。
第14図は上記ワイヤスプール12の構造をさらに詳しく
示したものである。
ワイヤスプール12は、アルミニウム（Al）等の導電性
金属で構成されており、ここで被覆ワイヤ13の基端部13
hは被覆膜13bが除去されている。この時の除去手段とし
ては、図示しないガスバーナー等で被覆膜13bを加熱し
て熱分解除去すればよい。またこの時に芯線13a自体を
も加熱して、芯線13aの基端部にボールを形成してもよ
い。また、電気的な接続信頼性を高めるために、芯線13
aの途中部分においてボールを複数個形成するようにし
てもよい。このようにして芯線13aを露出させた基端部
は、接着テープ等でワイヤスプール12の端部に固定され
る。以上のようにして、被覆ワイヤ13の芯線13aにおけ
る基端部13hの電位とワイヤスプール12の電位とを同一
にすることができる。
第15図は上記ワイヤスプール12の取付構造を示してい
る。
すなわち、上記ワイヤスプール12は、スプールホルダ
25に取付けられ、さらに固定のために、スプール固定部
252によって該スプールホルダ25に対して固定されてい
る。上記スプールホルダ25は、架台１に固定されたＬ字
状の保持部254によって保持された回転モータ26からの
回転軸26aと連結されており、スプールホルダ25ととも
にワイヤスプール12が回転制御可能とされている。
上記保持部254に設けられた電極端子255には、例えば
Ｌ字状の板ばね253の後端が固定されており、該板ばね2
53の先端はスプールホルダ25を回転軸26aの軸外方に付
勢している。
なお、上記電極端子255は前述の放電電源回路18のグ
ランド（GND）側と接続されている。
このように、第15図に示す構成とすることによって、
被覆ワイヤ13の芯線13aは、ワイヤスプール12、スプー
ルホルダ25、板ばね253および電極端子255を経て放電電
源回路18のGND電位と同電位となるようにされている。
上記ワイヤスプール12より供給された被覆ワイヤ13
は、ワイヤテンション部22において所定の張力付加なら
びに検出が行われる。
次に、第12図によって上記ワイヤテンション部22の構
造について説明する。
ワイヤテンション部22は、保持部22dによって所定間
隔で保持された一対のエア吹付板22a,22aを有してお
り、この対向空間にはエア供給口23より供給される供給
ガスが所定流圧で通過する構造となっている。被覆ワイ
ヤ13は、上記対向空間をエア吹付板22a,22aの長手方向
とはほぼ垂直方向に挿通されており、上記供給ガスの流
圧によってエア供給口23とは反対方向に付勢され、被覆
ワイヤ13に対して所定の張力が働く構造となっている。
上記一方のエア吹付板22aの主面には、互いの対向方
向に円形状の検出孔22bが開設されている。この検出孔2
2bには、光検出手段としての反射式の光ファイバセンサ
24の先端が挿入されている。
第13図は、上記ワイヤテンション部22におけるワイヤ
検出機構をさらに詳しく説明した断面図である。
同図において、光ファイバセンサ24は、発光用ファイ
バ141aと受光用ファイバ141bとで構成されている。上記
両ファイバ141a,141bは、ともに同一構造の光ファイバ
ケーブル24aで構成されている。発光用ファイバ141a
は、図示しないLED等の発光源と接続されており、一
方、受光用ファイバ141bはフォトトランジスタ等の受光
素子と接続されている。したがって、発光用ファイバ14
1aの先端より放光された検出光は被覆ワイヤ13の周面で
反射され、その反射光が受光用ファイバ141bによって検
出される構成となっている。
なお、この時に光ファイバセンサ24の先端から対向側
のエア吹付板22aの内端面までの距離をδ１、光ファイ
バセンサ24の先端からこれに近い側のエア吹付板22aの
内端面までの距離をδ２、エア吹付板22a,22a間の対向
面間の距離をδ３、光ファイバセンサ24の先端から対向
側のエア吹付板22aの外端面までの距離をδ４とし、例
えばδ１＝0.4mm、δ２＝0.1mm、δ３＝0.3mmとし、さ
らにδ５≧２δ4tan30°とすることによって、直径15μ
ｍ程度までの小径の被覆ワイヤ13の検出が可能となる。
上記に述べた数値はあくまでも一例であり、ワイヤ
径、光ファイバケーブル24aの光伝達特性およびファイ
バ径等によって適宜に変更可能である。要は、被覆ワイ
ヤ13の検出が可能な範囲であればよい。
なお、光ファイバセンサ24の対向側に設けられたδ５
の径を有する孔22cは、発光用ファイバ141aから放光さ
れた検出光が対向側のエア吹付板22aの内面で反射し
て、光ファイバセンサ24を誤動作させることを防止する
ために開設されたものである。したがって、このような
孔22cを設けるかわりに、エア吹付板22aの内面を黒色処
理して検出光を吸収させ、反射光を生じさせないように
してもよい。
さらに、発光用ファイバ141aと受光用ファイバ141bと
を別方向から被覆ワイヤ13に対して臨む配置としてもよ
い。
上記構造のワイヤテンション部22において、被覆ワイ
ヤ13は、エア吹付板22a,22a間に供給される供給ガスの
流圧によって常に一定の張力が与えられる。この供給ガ
スとしてはフィルタ等を通過させて浄化された大気、す
なわちエアを用いることが可能で、流量としては毎分５
〜20リットル程度とすることが望ましい。すなわち、こ
れ以下の流量では第１クランパ14と第２クランパ15の間
に被覆ワイヤ13のたるみを生じてしまうため、被覆ワイ
ヤ13の適正な制御が困難となるためである。一方、これ
以上の流量では上方への引張力が強くなりすぎ、適正な
ワイヤループの確保が困難となるばかりか、第２ボンデ
ィング時に正確なテールカットが難しくなり、被覆ワイ
ヤ13の切断等の不都合を生じる可能があるためである。
また、ワイヤテンション部22においては、上記で説明
した光ファイバセンサ24によって常に被覆ワイヤ13のた
るみ状態が監視されている。すなわち、光ファイバセン
サ24によって被覆ワイヤ13からの反射光が検出される
と、たるみ状態が一定値以下、すなわち緊張状態になっ
たものとして、これを検出してスプールホルダ25に連結
されている回転モータ26が所定量だけ回転され、ワイヤ
スプール12より被覆ワイヤ13が所定長だけ送り出される
構造となっている。したがって、被覆ワイヤ13は、ワイ
ヤガイド21の上方において、常に一定のたるみ状態を維
持されている。
このエア供給手段と一体化されたワイヤテンション部
22によって、被覆ワイヤ13に対する引張力の印加と被覆
ワイヤ13の検出とが同位置でかつ同時に行うことができ
るため、ワイヤスプール12の回転制御を適切に制御で
き、被覆ワイヤ13を常に一定のたるみ状態に維持するこ
とができる。このため、キャピラリ10の上方において引
張力にばらつきを生じることなく、常に安定したボンデ
ィング作業が可能となる。
また、光ファイバセンサ24を用いて被覆ワイヤ13に対
して非接触の状態で被覆ワイヤ13の検出が可能となるた
め、被覆ワイヤ13を損傷することなく、被覆ワイヤ13の
供給経路における絶縁性低下および強度低下を防止でき
る。
さらに、上記に説明したエア供給手段と一体化された
ワイヤテンション部22の構造により、被覆ワイヤ13の検
出機構を別途設ける必要がなく、装置構造を簡略化でき
る。
ワイヤガイド21を挿通されて位置決めされた被覆ワイ
ヤ13は、同図上方に位置する第２クランパ15および下方
に位置する第１クランパ14を経てキャピラリ10に挿通さ
れている。
第１クランパ14は、ボンディングヘッド６に対して固
定された構造を有しており、ボンディングアーム９と同
期して上下動が可能となっている。この第１クランパ14
のクランプ部は詳細は図示しないが、キャピラリ10の直
上に配置されており、そのクランプ荷重は50〜150gに制
御されている。
一方、第２クランパ15は、XYテーブル５に固定されて
おり、上記第１クランパ14の上下動作に干渉しない程度
の高さで上記第１クランパ14の直上に配置されており、
第１クランパ14とは独立に開閉動作を行うことが可能な
機構を有している。
次に、本実施例の特徴的な点の一つである第２クラン
パ15のクランプ機構について第11図を用いて説明する。
第２クランパ15は、各々の対向面がルビー等で構成さ
れたクランパチップ151aおよび151bを有しており、この
クランパチップ151a,151bが開閉動作することにより被
覆ワイヤ13が開放・把持される構造となっている。
一方のクランパチップ151aは、揺動アーム156に固定
されており、この揺動アーム156は、軸支点157を中心に
回動可能とされ、その後端は保持部158に取付けられた
圧縮コイルばね155によって拡開方向に付勢されてい
る。上記揺動アーム156の後端と軸支点157との間にはソ
レノイド153aが配設されており、通常の状態、すなわち
ソレノイド153aがoff状態においては、圧縮コイルばね1
55の拡開力によって揺動アーム156の後端は開かれた状
態となり、クランパチップ151aの先端は閉じた状態、す
なわち被覆ワイヤ13をクランプした状態となる。一方こ
れとは逆に、ソレノイド153aがon状態となると、ソレノ
イド153aのロッド154aは図中左方向に移動され、これに
よって被覆ワイヤ13がクランプ状態から開放される。
また、クランパチップ151bは、上記保持部158から突
出された板ばね152aの先端に取付けられており、このク
ランパチップ151bは、上記ソレノイド153aとは別のソレ
ノイド153bのロッド154bの先端部により背後よりチップ
面を付勢される構造となっている。同図では、ソレノイ
ド153bがon状態となった場合を示しており、これにより
板ばね152aはロッド154bによりその変形を拘束され、板
ばねとしての機能を失う構造となっている。なお、上記
ロッド154bには一端を保持部158に固定されたＬ字状の
板ばね152bが取付けられており、ソレノイド153bのoff
時にはロッド154bを図中右方向に付勢する機能を有して
いる。したがって、ソレノイド153bがoff状態となった
場合には、クランパチップ151bを保持する板ばね152aは
本来の板ばねとしての機能を回復した状態となる。
このように、クランパチップ151b側のクランプ力を板
ばね152aの付勢力による場合と、ソレノイド153bのロッ
ド154bによる固定の場合との２段階でのクランプが可能
となっている、これにより、当該第２クランパ15に対し
て被覆ワイヤ13を固定的に把持する固定クランパと、所
定の摩擦状態で把持する摩擦クランパとの双方の機能を
持たせることが可能となっている。
次に、上記第２クランパ15によるクランプ力の制御に
ついて具体的に説明する。
クランプオフ時 この時には、一方のソレノイド153aがon状態となり、
ロッド154aが圧縮コイルばね155に抗して図中右方向に
移動され、揺動アーム156の先端が開かれて、クランパ
チップ151aは被覆ワイヤ13から遠ざかった位置に退避し
ている。
また、他方のソレノイド153bはoff状態となってお
り、Ｌ字状の板ばね152bの付勢力によってロッド154bは
図中右方向に移動されている。したがって、クランパチ
ップ151a,151b間において被覆ワイヤ13は自由状態とな
っている。
第１クランプ荷重設定時 いわゆる「摩擦クランプ」の状態である。この場合に
はまず一方のソレノイド153aがoff状態となることによ
って、圧縮コイルばね155が揺動アーム156の後端を拡開
する方向に付勢する。これによって、揺動アーム156の
先端のクランパチップ151aは、被覆ワイヤ13の方向に移
動する。この時の移動距離は、例えば図示しないストッ
パ等により規定される。
この時、他方のソレノイド153bは、off状態となって
おり、Ｌ字状の板ばね152bの付勢力によってロッド154b
は図中右方向に移動されている。
したがって、一方のクランパチップ151aには圧縮コイ
ルばね155の付勢力が加わり、他方のクランパチップ151
bには板ばね152aの付勢力が加わった状態となる。この
時、上記板ばね152aの弾性力と変形量を適宜調整してや
ることによって、被覆ワイヤ13に対するクランプ荷重を
微小荷重に設定できる。この時、被覆ワイヤ13は第２ク
ランパ15において完全に拘束されることなく、被覆ワイ
ヤ13に対してこれをキャピラリ10から引き出すように力
を加えた場合、この第２クランパ15のクランパチップ15
1aおよび151bの間を被覆ワイヤ13が摩擦状態で繰り出さ
れる構造となっている。ここで、被覆ワイヤ13の破断張
力は、芯線径が30μｍの場合、12〜16gf程度であるた
め、これ以下の摩擦力、例えば１〜4gf程度の摩擦力と
なるようにすることが望ましい。この時、例えば摩擦係
数を0.2程度とすると、上記１〜4gf程度の摩擦力は５〜
20gf程度のクランプ力に相当することになる。
このような「摩擦クランプ」状態を後述のワイヤボン
ディング時（第２図（ｆ）の説明参照）に機能させるこ
とによって、当該第２クランパ15をワイヤループの高さ
制御に用いるループ制御用クランパとすることが可能で
ある。したがって、本装置構造においては、ループ制御
用クランパを別途に設けることなく、第２クランパ15の
みによってワイヤの引き上げ（固定クランプ時：第２図
（ｊ）参照）と、ワイヤループの高さ制御（摩擦クラン
プ時：第２図（ｆ）の説明参照）とを可能にしている。
第２クランプ荷重設定時 いわゆる「固定クランプ」の状態である。まず、他方
のソレノイド153bが先にon状態となると、Ｌ字状の板ば
ね152bの付勢力に抗してロッド154bが図中左方向に移動
される。これによって、板ばね152aは自身による弾性変
形が拘束された状態となる。
続いて、一方のソレノイド153aがoff状態となり、圧
縮コイルばね155が揺動アーム156の後端を拡開する方向
に付勢する。これによって、揺動アーム156の先端のク
ランパチップ151aは、被覆ワイヤ13の方向に移動する。
この時のクランプ荷重は、他方のクランパチップ151bを
支持する板ばね152aの弾性変形がロッド154bによって拘
束されているため、圧縮コイルばね155の付勢力によっ
て決定される。ここで例えば、圧縮コイルばね155によ
るクランプ荷重を50〜150gfとし、ソレノイド153bの電
磁力によるロッド154bの付勢荷重を300gfに設定するこ
とにより、圧縮コイルばね155の付勢力を有効に被覆ワ
イヤ13に伝えることができる。
なお、以上説明した第２クランパ15の駆動機構として
は、ソレノイド153a,153bおよび板ばね152a,152b等を用
いたが、ソレノイド153a,153bの代わりに回転モータあ
るいはリニアモータ等のアクチュエータ、また圧縮コイ
ルばね155および板ばね152a,152bの代わりに引張コイル
ばね等を用いてもよい。要はクランパによるクランプ荷
重を目的・用途に応じて切り換えて使用できる点にあ
る。
上記第１クランパ14および第２クランパ15を通過した
被覆ワイヤ13はキャピラリ10を経てそのワイヤ先端13e
をキャピラリ10の先端より突出した状態とされている。
第１図において、上記キャピラリ10の下側方にはエア
吹付ノズル16および放電電極17が各々配置されている。
エア吹付ノズル16は、放電時において第８図に示すよ
うに放電電極17の電極面に対して気体を吹き付けること
によって、電極面上の被覆膜13bの熱分解ガス等による
汚染を防止するためのものであり、該エア吹付ノズル16
はXYテーブル５に固定されており、キャピラリ10の直下
の設定高さ位置（L0またはL3）に対してエアの吹き付け
が可能な構造を有している。すなわち、エア吹付ノズル
16は、ガス供給口16bより供給されたガス（エア）を導
くノズル管16aを有しており、このノズル管16aの先端に
は開口断面積を狭小にして吹付圧力を高めたガス吹出口
16cが形成されている。
ここで、リードフレーム４を基準にした上記吹付ノズ
ル16の吹き付け高さL17は、放電電極17における電極面
の高さ位置であるL0とL3との中間位置が望ましい。した
がって、このような高さL17は次の式で算出することが
できる。
L17＝（L0＋L3）/2 なお一例として、ガス吹出口16cの断面積は0.2〜1.0m
m2、吹き付け流量は0.1〜0.5l/min、ガス吹出口16cと電
極面との距離は0.5〜2.0mmとすることによって良好な効
果を得ることができた。
なお、エアの流量が上記数値よりも著しく多い場合に
は放電スパークＳを不安定にし、ポール13cの形成が困
難となったり被覆膜13bを適切に除去できない場合も生
じてくる。また、吹付量が極端に少ない場合には電極面
の汚染防止が効果的にできない場合もあった。
また、上記の吹付気体としてはエアを用いたが、これ
に限らずアルゴン（Ar）、窒素（N2）等の不活性気体あ
るいはその他の気体を用いてもよい。
次に、第９図を用いて上記エア吹付ノズル16の対向位
置に配置されている放電電極17の構造について説明す
る。
放電電極17は、放電端子としての電磁片170aおよび電
磁片170bを有している。このうち前者の電磁片170aは被
覆膜13bの除去専用の電極であるが、後者の電磁片170b
は被覆膜13bの除去とボール形成のための兼用電極とし
て機能する。上記電磁片170aは、第９図においてその上
下面を電気的に絶縁物質からなる絶縁片170cで挟持され
た構造を有しており、これら電極アーム174aによって支
持されている。上記電磁片170a,170bの各断面構造は第1
0図に示すように、各々の対向断面が鋭角に加工されて
おり、被覆膜13bの除去時において、芯線13aとの間に放
電スパークＳが集中的に生じ易い構造とされている。
なお、電磁片170bは上記電磁片170aと同様に、上下面
を絶縁片170dにより挟持された構造となっているが、そ
の上面は放電面が露出された構造を有しており、該露出
部分がボール形成用電極面として機能する。
上記電磁片170aおよび170bは、例えばタングステン
（Ｗ）等の耐熱性導電材料で構成することが可能であ
り、また絶縁片170c,170dとなる絶縁物質としてはセラ
ミックを用いることが可能である。上記電磁片170a,170
bと絶縁片170c,170dとの固定には、例えばセラミックボ
ンド等の耐熱性接着剤を用いることができる。
上記電磁片170a,170bおよび絶縁片170c,170dは、各々
電極アーム174a,174bを介して軸支点171を中心に回動可
能な揺動アーム173a,173bに接続されている。
上記揺動アーム173aは、上記電極アーム174aとは反対
側の端部において保持部175に固定された放電電極用第
１ソレノイド172aと連結されており、揺動アーム173bは
放電電極用第２ソレノイド172bと連結されている。な
お、各揺動アーム173aおよび173bは共に引張コイルばね
176aおよび176bによって第９図の斜め右上方向に付勢さ
れている。
次に、上記放電電極17における動作機構を説明する。
放電動作を行わない場合 この時、放電電極用第１ソレノイド172aはoff状態で
あり、電磁片170aは揺動アーム173aに係止された引張コ
イルばね176aの付勢力によって被覆ワイヤ13から遠ざか
る方向に引き付けられ、図示しないストッパ等により所
定位置で停止されている。
またこの時、放電電極用第２ソレノイド172bはon状態
となっており、電磁片170bは、揺動アーム173bに対する
放電電極用第２ソレノイド172bの電磁力によって被覆ワ
イヤ13から遠ざかる方向に退避している。
ボール形成時 まず、放電電極用第２ソレノイド172bがoff状態とな
ることによって、揺動アーム173bには引張コイルばね17
6bの引張力が加わり、被覆ワイヤ13の方向に移動する。
この時、図示しないストッパの作用によって電磁片170b
は、被覆ワイヤ13のワイヤ先端13e（下端）の直下位置
で停止する。なお、第９図では説明の簡略化のために被
覆ワイヤ13に対して放電電極17側が上下動しているかの
如く図示しているが、実際には放電電極17の高さ位置は
固定されており、被覆ワイヤ13がキャピラリ10および第
１クランパ14の作用により上下の位置に変位されている
ものである。
この時、上記ストッパの位置を調整して、電磁片170b
のボール形成用電極面（露出面）が放電機能を生じるた
めに最適な位置となるよう制御することが望ましい。
被覆膜除去時 この場合には、まず放電電極用第１ソレノイド172aが
on状態となり、揺動アーム173aが放電電極用第１ソレノ
イド172aの電磁力によって引き付けられると、電磁片17
0aは引張コイルばね176aの引張力に抗して被覆ワイヤ13
の方向に移動し、所定位置で停止する。この時の停止位
置は、放電電極用第１ソレノイド172aの設定高さ位置に
よって決定される。なお、上記放電電極用第１ソレノイ
ド172aと放電電極用第２ソレノイド172bとは各々独立し
て高さ位置の調整が可能となっている。そのため、放電
電極用第１ソレノイド172aを適宜調整して電磁片170aが
被覆ワイヤ13に接触しない程度に、例えば被覆ワイヤ13
の手前100μｍ程度で停止するように設定することがで
きる。
次に、放電電極用第２ソレノイド172bがoff状態とな
ることにより、引張コイルばね176bの引張力によって電
磁片170bは被覆ワイヤ13の方向に引き付けられる。この
時、揺動アーム173bに設けられたストッパ177の作用に
より、電磁片170bは電磁片170aの位置に対して相対的に
位置決めされる。すなわち、両電磁片170a,170bの間隔
はストッパ177の突出長さに依存しており、適宜このス
トッパ177を調整することにより、例えば両者の間隔を2
00μｍ程度に設定することによって被覆ワイヤ13を電磁
片170a,170b間において非接触の状態で挟み込むことが
できる。
なお、挟み込み開放時には、上記動作を順次逆に行わ
せればよい。また、上記動作を適正に実現するために
は、両ソレノイド172a,172bの電磁力が引張コイルばね1
76a,176bの引張力に対して大である必要があることはい
うまでもない。一例として、両ソレノイド172a,172bの
密着時の電磁力を500gfとしたときに引張コイルばね176
a,176bの引張力を100gfとすることにより上記効果を得
ることができた。
次に、上記電磁片170a,170bの詳細な構造を第10図を
用いて説明する。
本実施例では、電磁片170aおよび170bの対向面側にお
いて、絶縁片170cと170dとは上記電磁片170a,170bの対
向先端よりもl2だけ互いの対向方向に突出された構造と
なっている。ここで、被覆ワイヤ13の芯線の直径をl3、
両絶縁片170c,170d間の距離をl1とすると、放電ギャッ
プ長l4（第10図および第19図参照）は下記の条件式を満
たすように設定される。
l2≦l4≦l2＋（l1−l3）/2 ここで、l2＝200μｍ、l3＝30μｍ、l1＝100μｍとす
ると、 200μｍ≦l4≦235μｍ と高精度に放電ギャップを設定することができるため、
安定した放電状態を得ることができる。
なお、第９図および第10図では、電磁片170a,170bを
挟持する絶縁片170c,170dは上下２枚に分割して接着し
た構造で示したが、これに限らず、例えば絶縁片170c,1
70dをそれぞれ一体構造としてこの中にそれぞれ電磁片1
70a,170bをはめ込む構造として、駆動の際の衝撃の繰り
返しに対して電磁片170a,170bが容易に脱落し得ない構
造としてもよい。
また、第９図においては駆動機構として放電電極用第
１ソレノイド172a,放電電極用第２ソレノイド172bおよ
び引張コイルばね176a,176bを用いた場合で説明した
が、これに限らず、ソレノイドの代わりにリニアモータ
あるいは回転モータ等のアクチュエータ、引張コイルば
ねの代わりに圧着ばね、板ばね等のばね要素を用いても
よい。
次に、第16図を用いて上記電磁片170a,170bの接続さ
れている放電電源回路18の回路構成について説明する。
放電電源回路18は、該回路全体を制御する電源回路制
御部18dを中心に、被覆ワイヤ13と放電電極17との間に
放電スパークＳを発生させるための高電圧発生部18a
と、被覆ワイヤ13の全長抵抗を計測するための低電圧発
生部18g、これらを検出する検出部18bおよびこの検出値
を記憶する記憶部18c、さらに並列および直列に接続さ
れた電圧測定用、および電流測定用の抵抗R1〜R4を有し
ている。また、上記高電圧発生部18aおよび低電圧発生
部18gと被覆ワイヤ13、電磁片170bとの間にはそれぞれ
スイッチ18e,18fが設けられている。すなわち、スイッ
チ18eを短絡した際には電磁片170bと被覆ワイヤ13の芯
線13aとの間には所定の高電圧が印加され、スイッチ18f
を短絡した状態では低電圧発生部18gによる所定の低電
圧が印加される構成となっている。
ここで、上記構成の放電電源回路18を用いて放電電圧
の制御を行う理由は下記の通りである。
すなわち、裸線を用いる場合と異なり、本実施例のよ
うに被覆ワイヤ13を用いる場合には、第17図および第18
図に示すように、ワイヤスプール12に巻回された状態の
被覆ワイヤ13の全長が放電回路における電圧降下ΔＶに
寄与することとなるため、巻回されたワイヤ長を無視し
て常に一定の電圧を印加したのでは、放電電圧にばらつ
きを生じ、安定したボール13cの形成が困難となる。
例えば、被覆ワイヤ13の芯線13aの径を30μｍの金線
で構成し、ワイヤスプール12における巻回長さを1000m
とした場合には、ワイヤスプール12の装着直後における
被覆ワイヤ13の全抵抗は34kΩ程度となる。
一方、上記芯線13aのワイヤ先端13eに直径75μｍ程度
のボール13cを形成するための放電条件としては、例え
ば放電電流100mAで放電時間0.5msecの条件が考えられ、
これらより被覆ワイヤ13における電圧降下ΔＶは、新規
のワイヤスプール12の装着直後においては3400Vにもな
る。
また、電磁片170bとワイヤ先端13eとの放電ギャップ
における電圧降下Ｖ′は、後述のように放電電流と放電
ギャップ長によって求めることができるが、例えば300V
程度とすると、両者を加えると、放電スパークＳを生じ
させるために必要な印加電圧Ｖは、Ｖ＝3400＋300＝370
0Vとなる。
しかも、上記電圧降下ΔＶの値は、ボンディング作業
の進行による被覆ワイヤ13の消費とともに漸減し、ワイ
ヤスプール12に巻回された被覆ワイヤ13を使いきる頃に
は、ほぼ0Vにまでなる。このため、新たなワイヤスプー
ル12からの被覆ワイヤ13の使い始めから終わりまでの
間、一定の電圧を印加していたのでは、形成されるボー
ル13cに大きなばらつきを生じることになる。
そのため、本実施例ではボール13cの形成を安定させ
るために放電電源回路18を用いて下記のような制御を行
う。
まず、ボール13cの形成直後にスイッチ18eを開放する
とともに、スイッチ18fを閉じて低電圧発生部18gを放電
回路に接続する。この状態でキャピラリ10を降下させて
当該ボール13cと電磁片170bとを短絡させた状態とし
て、低電圧発生部18gから、比較的小さな電圧V4を印加
する。
この時、検出部18bは抵抗R4の両端における電圧V3を
計測する。ここで次式によって、被覆ワイヤ13の全長の
抵抗Ｒが算出される。
Ｒ＝R4×［（V4／V3）＋１］（Ω） 例えば、V4＝100（Ｖ），R4＝100（Ω）とした場合
に、V3＝0.5（Ｖ）が計測された場合には、被覆ワイヤ1
3の全長における抵抗値はＲ＝20.1kΩとなる。
次に、ボール13cの形成のための放電における最適な
目標電流をIOPT＝0.1（Ａ）とした場合、ボール13cの形
成時の被覆ワイヤ13における電圧降下ΔＶは、 ΔＶ＝20100×0.1＝2010（Ｖ） となる。
この値に放電ギャップにおける電圧降下Ｖ′を加えた
ものがボール形成時における目標電圧VOPTとなり、次式
で表される。
VOPT＝ΔＶ＋Ｖ′ 上記VOPTは、記憶部18cに格納され、次回のボール13c
の形成時において用いられる。すなわち、次のボール形
成時において、スイッチ18fが開かれてスイッチ18eが閉
じられて、高電圧発生部18aが放電回路に接続され、電
源回路制御部18dに対して制御部20より放電開始の指示
がなされると、これを契機として電源回路制御部18dは
記憶部18cより上記値VOPTを読み出してこの値の電圧を
発生するように高電圧発生部18aに対して指示する。こ
れによって、電磁片170bとワイヤ先端13eにおいては前
回とほぼ同一の放電条件によってボール13cの形成が可
能となる。
次に、上記放電ギャップにおける電圧降下Ｖ′の算出
方法について説明する。
一般にギャップ電圧は、放電雰囲気、気圧、陰極側の
電極材、放電ギャップ長、放電電流等のパラメータに依
存しており、この中でも特にワイヤボンディングで考慮
すべき点は、放電ギャップ長と放電電流である。
第20図において、実験結果より得られたギャップ降下
電圧の一例を示す。同図より、放電ギャップ長が0.02mm
のときのギャップ電圧V0′に対して、放電ギャップ長が
1.0mmのときのギャップ電圧の変化量をΔＶ′とし、放
電電流を一定に仮定すると、次式の成り立つことが判明
した。
Ｖ′＝270＋Ｇ×ΔＶ′（Ｖ） 上式において、Ｇは放電ギャップ（mm）を示してい
る。
次に、放電電流Ｉを対数目盛りで横軸にとり、ΔＶ′
を縦軸とした第21図によると、この時の特性は方対数目
盛り上で直線となる特性を有しており、これを式で示す
と下記のようになることが判明した。
ΔＶ′＝280−100log10I（Ｖ） 上の２式より、ギャップ電圧Ｖ′は放電ギャップ長Ｇと
放電電流Ｉの関数となり、次式で表されることが判明し
た。
Ｖ′＝270＋Ｇ×（280−100log10I（Ｖ） 但し、上式における各定数項は、不変な量ではなく、
ワイヤボンディング装置の初期条件、例えば芯線13aの
材質、放電電極17（電磁片170b）の材質、放電雰囲気等
によって異なるため、事前に実験等よりその値を求めて
おくことが必要である。
また、上式は実験結果を補間したものに過ぎないた
め、適用範囲は実験範囲、例えば放電電流Ｉ＝７〜220m
A、放電ギャップＧ＝0.02〜1.0mmの範囲に限定されてい
る。
このようにして、上式の関数を記憶部18cに記憶して
おくことにより、放電ギャップにおける放電電流Ｉの設
定値を変更しても常に適切なギャップ電圧Ｖ′を上式よ
り算出して前述の一連の印加電圧の計算に用いることが
できるため、被覆ワイヤ13の全長にわたって常に安定し
たボール13cの形成用の放電、ならびに被覆膜13bの除去
が可能となる。
なお、上記の説明では被覆ワイヤ13が短くなるにした
がって印加電圧が小さくなるように制御したものである
が、この時の印加電圧が1000V程度以下に低下した場合
には、絶縁破壊による放電を開始しにくい状態となる場
合がある。このような場合には第22図に示すように、主
放電の前に、絶縁破壊用の電圧、例えば2000〜4000Vの
電圧を全体の放電エネルギに対して無視し得る程度の短
時間、例えば0.01〜0.05msec程度の間、印加するように
してもよい。
次に、上記印加電圧を算定する具体例について説明す
る。
まず、キャピラリ10に対して被覆ワイヤ13を挿通し
て、ワイヤ先端13eをキャピラリ10の先端から1mm程度突
出させた状態で第１クランパ14を閉塞して被覆ワイヤ13
を固定する。この時、ワイヤ先端13eを図示しないガス
バーナ等で加熱して、該ワイヤ先端13eの被覆膜13bを完
全に除去しておいてもよい。要するに、ワイヤ先端13e
の放電電極面に対する部位に芯線13aの一部が露出した
状態となっていればよい。
次に、キャピラリ10を降下させて、ワイヤ先端13eの
芯線13aの露出部分と電磁片170bの面とを接触させる。
この時、例えば放電電源回路18の内部に、図示しないシ
ョート検出回路等を設けてワイヤ先端13eと電磁片170b
との接触状態を検出してキャピラリ10の下降を停止する
ようにしてもよい。
次に、放電電源回路18の内部のスイッチ18eを開き、
代わってスイッチ18fを閉じた状態とする。この状態
で、低電圧発生部18gより比較的低い電圧を被覆ワイヤ1
3の全長を含む放電回路に対して印加する。この時、検
出部18bにおいて、印加した電圧V4値と回路に直列に挿
入されている抵抗R4の両端の電圧V3とを計測する。これ
によってワイヤスプール12に巻回されている被覆ワイヤ
13の巻線抵抗Ｒは、次式で算出することができる。
Ｒ＝R4×〔（V4／V3）＋１〕（Ω） ここで、例えばV4＝100（Ｖ）、R4＝100（Ω）とした
場合に、V3＝0.5（Ｖ）が計測された場合には、Ｒ＝20.
1（ｋΩ）となる。
以上の工程によって、ワイヤスプール12を新規に装着
した際の被覆ワイヤ13の巻線抵抗の検出が完了する。こ
のようにして得られた巻線抵抗Ｒは値は、放電電源回路
18内の記憶部18cに格納される。
次に、第１の放電であるボール形成用放電の場合につ
いて第17図を用いて説明する。
一例として、芯線13aが直径30μｍの金線で構成され
ている被覆ワイヤ13のワイヤ先端13eに直径75μｍのボ
ール13cを形成する場合には、ボール形成用の電磁片170
bを負極側に設定し、例えば放電時間0.5msec、放電電流
0.1A（100mA）、放電ギャップ0.5mm程度の諸条件にする
ことが考えられる。
この時の放電電流、すなわち目標電流Ｉ＝0.1Aを可能
にする印加電圧Ｖを以下の方法で算出する。
まず、上記で算出した巻線抵抗Ｒと上記目標電流Ｉと
より、被覆ワイヤ13の巻線部分での電圧降下ΔVaは、 ΔVa＝Ｉ×Ｒ ＝0.1×20.1×103＝2010（Ｖ） となる。
次に、放電ギャップにおける電圧降下Va′はＧ＝0.5m
m,I＝100mAより、 Va′＝270×Ｇ×（280−100log10I） ＝270×0.5×（280−100log10100） ＝310（Ｖ） と算出される。したがって、上記条件下での印加電圧Ｖ
は、 Ｖ＝ΔVa＋Va′ ＝2010＋310＝2320（Ｖ） となる。
以上のようにして得られた印加電圧Ｖを記憶部18cに
格納する。
続いて、ボール形成のための放電を行う際には、まず
スイッチ18eを閉じた状態とした後、スイッチ18fを開い
て高電圧発生部18aを有効にする。
次に、電源回路制御部18dは、記憶部18cに格納されて
いる上記印加電圧Ｖ（＝2320（Ｖ））を読み出して、高
電圧発生部18aに対してこの電圧値を発生させるように
指示する。このようにして、ボール形成用の放電端子と
しての電磁片170bに対して、目標電流であるＩ＝100mA
の放電電流を流すことが可能となる。
以上のような印加電圧Ｖと降下電圧ΔVaとの関係を示
したものが第18図である。
以上の説明は、第１ボンディングのためのボール形成
の際の放電条件についての説明であったが、次に第２ボ
ンディングのための被覆膜13bの除去のための放電条件
について第19図を基に説明する。
例えば直径30μｍの金線からなる芯線13aの周囲に、
耐熱ポリウレタン樹脂からなる膜厚が１μｍの被覆膜13
bが塗布されている被覆ワイヤ13において、第２ボンデ
ィングにおける接合予定部の被覆膜13bを軸芯方向に500
μｍの範囲で熱分解除去する場合で説明する。
この場合には、ずま放電条件として、放電電極17側を
負極性として、例えば放電時間10msec、放電電流（目標
電流Ib）0.01A（10mA）、放電ギャップ長0.2mmとするこ
とが考えられる。
上記目標電流Ib＝10mAを達成するための印加電圧を下
記の方法で算出する。
まず、前述の初期設定で算出した被覆ワイヤ13の巻線
抵抗Ｒと上記目標電流Ibとより、巻線部分での電圧降下
ΔVbは、 ΔVb＝Ib×Ｒ ＝0.01×20.1×103＝201（Ｖ） と算出される。
次に、放電ギャップ（Ｇ＝0.2mm）における電圧降下V
b′は、 Vb′＝270＋Ｇ×（280−100log10I） ＝270＋0.2×（280−100log1010） ＝304（Ｖ） となる。これより目的の印加電圧Ｖは、 Ｖ＝ΔVb＋Vb′ ＝201＋304 ＝505（Ｖ） となる。このようにして得られた電圧値（Ｖ＝505
（Ｖ））は、放電電源回路18の記憶部18cに格納され
る。
次に、実際の被覆膜13bの放電除去の際には、スイッ
チ18eを閉じて高電圧発生部18aを有効な状態として、電
源回路制御部18dの指示により、上記で記憶部18cに格納
されていた印加電圧（Ｖ＝505（Ｖ））を読み出して、
高電圧発生部18aに対してこの電圧値を発生させるよう
に指示する。このようにして、被覆膜除去用の放電端子
である両電磁片170a、170bに対して、目標電流であるＩ
＝10mAの放電電流を流すことが可能となる。
なお、上記のように算出された印加電圧が1000V以下
である場合には、電圧が低すぎて安定的な放電開始が困
難となる場合が多いので、第22図に示すように、放電開
始用の初期電圧として、例えば2000V程度の高電圧を、
全体の放電に影響を与えない程度の短時間、例えば0.01
msec程度だけ印加してもよい。算出された印加電圧が20
00V程度以上の値である場合には、あえてこのような初
期電圧の印加は不要であることは勿論である。
以上に説明した一連の工程は、新規のワイヤスプール
12を装着した直後におけいて算出された巻線抵抗Ｒ（上
記の例ではＲ＝20.1（ＫΩ））を基に計算したものであ
る。ここで、ボンディング工程が進行するにしたがって
被覆ワイヤ13の長さは次第に短くなっていくため、上記
の印加電圧Ｖの算出に際しては、被覆ワイヤ13の全長の
減少による巻線抵抗Ｒの値の減少を考慮しなければなら
ない。このように漸次減少していく巻線抵抗値の測定
は、前述の初期設定と同様な方法、すなわちワイヤボン
ディング工程毎に、被覆ワイヤ13のワイヤ先端13eに形
成されたボール13cと電磁片170bの放電面とを接触状態
とし、放電電源回路18の内部のスイッチ18eを開き、代
わってスイッチ18fを閉じた状態とする。この状態で、
低電圧発生部18gより比較的低い電圧を被覆ワイヤ13の
全長を含む放電回路に対して印加する。この時、検出部
18bにおいて、印加した電圧V4と回路に直列に挿入され
ている抵抗R4の両端の電圧V3とを計測する。これによっ
てボンディングサイクル毎に、前述の初期設定と同様
に、ワイヤスプール12に巻回されている被覆ワイヤ13の
巻線抵抗Ｒを算出することができる。
なお、上記ではボンディングサイクル毎に巻線抵抗Ｒ
の値を算出する場合で説明したが、このような測定は間
欠的に、例えば数サイクルのボンディング、あるいは１
単位の半導体チップ３のボンディング毎に、巻線抵抗Ｒ
の値がさほど変化しない範囲で行うこととしてもよい。
印加電圧Ｖの算出に際しては、次のような方法によっ
ても可能である。
以下の説明では、既に初期設定動作を行い、巻線抵抗
Ｒの値が決定しており、ボンディング工程が順次進行し
ている場合とする。
まず、放電電源回路18のスイッチ18eが閉じられ、ス
イッチ18fが開かれて高電圧発生部18aが有効になってい
るものとする。
この状態で高電圧発生部18aよりボール形成用の放電
電圧が印加されて回路に電流が流れるようにして、回路
に並列に挿入された電圧検出用の抵抗R3の両端の電圧V1
と、回路の直列に挿入された電流検出用の抵抗R1の両端
の電圧V2をそれぞれ測定する。これらの電圧V1およびV2
より、発生電圧Ｖとそのときの電流Ｉは下記のように算
出される。
Ｖ＝（R2＋R3）／R3×V1 Ｉ＝V2／R1 ここで、放電ギャップにおける電圧降下をVa′とする
と、被覆ワイヤ13における巻線抵抗Ｒの値は、 Ｒ＝（Ｖ−Va′）×Ｉ で算出される。ここで例えば、R1＝10Ω、R2＝10MΩ、R
3＝100kΩとし、上記電圧の測定結果が、V1＝２
（Ｖ）、V2＝１（Ｖ）とすると、 Ｖ＝（10×106＋100×103）／（100×103）×２ ＝2020（Ｖ） Ｉ＝1/10＝0.1（Ａ） となる。この電流Ｉ＝0.1A（＝100mA）と、放電ギャッ
プＧ（例えばＧ＝0.5mm）の値を用いれば、 Va′＝270＋Ｇ×（280−100log10I） ＝270＋0.5×（280−100log10100） ＝310（Ｖ） となる。これらの値より、巻線抵抗Ｒは、 Ｒ＝（Ｖ−Va′）×Ｉ ＝（2020−310）/0.1 ＝17100（Ω） ＝17.1（ｋΩ） となる。この時の巻線抵抗Ｒの値は前述と同様に記憶部
18cに格納される。
このようにして得られた巻線抵抗Ｒの値を基に、次サ
イクルのボール13cの形成用放電における適切な印加電
圧の算出が可能となる。
なお、上記は被覆ワイヤ13の第１ボンディング位置に
おけるボール形成用放電の制御であったが、第２ボンデ
ィング位置における制御、すなわち被覆膜除去用放電の
際に行ってもよい。
以上のような、放電電源回路18における制御によっ
て、ボンディングの進行にともなう被覆ワイヤ13の長さ
の減少にしたがって巻線抵抗Ｒの変化を随時正確に検出
できるため、適切な放電電圧の設定が可能となり、被覆
ワイヤ13の全長にわたって常に一定形状のボール13cの
形成、および一定範囲の被覆膜13bの除去が可能とな
り、安定したボンディング作業が可能となる。
次に、上記技術を適用したワイヤボンディング工程に
ついて第２図を中心に説明する。
第２図（ａ）では、ボンディングステージ２上の半導
体チップ３の直上において、第１クランパ14を閉じた状
態とされて被覆ワイヤ13がクランプされた状態とされ、
キャピラリ10の先端が被覆ワイヤ13のワイヤ先端13eがL
a（例えばLa＝0.5mm〜1.0mm程度）だけ突出された状態
となっている。この時のワイヤ先端13eは、前述した放
電技術により被覆膜13bが0.1〜0.4mm程度の範囲で既に
除去されたされた状態となっているが、この工程につい
ては後の第２図（ｉ）の工程で説明する。
第２図（ｂ）では、被覆ワイヤ13のワイヤ先端13eと
所定長のギャップ（放電ギャップ）を介して、放電電極
17の電磁片170bが上記ワイヤ先端13eの直下に入り込ん
だ状態となり、前述の放電電源回路18の高電圧の印加に
より、ボール13cが形成された状態となっている。この
時の放電ギャップL10は、0.2mm〜1.0mm程度の範囲で設
定可能であるが、0.3mm〜0.7mmの範囲が望ましい。
なお、同図では図示していないが、上記ボール13cの
形成直後に該ボール13cと電磁片170bの放電面とを接触
させて、前述の如く被覆ワイヤ13の巻線抵抗Ｒを測定し
てもよい。
第２図（ｃ）では、第２クランパ15は第１クランプ荷
重、すなわち摩擦クランプの状態とされており、第１ク
ランパ14は開いた状態となっている。この摩擦クランプ
の状態では、既に説明したように被覆ワイヤ13に対して
1.0gf〜4.0gf程度の張力が加わるようになっている。こ
の状態で、第２図（ｄ）に示すようにキャピラリ10が半
導体チップ３上の第１ボンディング位置（第１の位置）
に向かって下降すると、キャピラリ10の先端においてボ
ール13cが係止され、被覆ワイヤ13の全体がこれにとも
なって下降する。
第２図（ｅ）の状態では、第１ボンディングが行われ
た状態を示している。すなわち、キャピラリ10の先端に
保持されたボール13cが半導体チップ３上に着地した状
態で、キャピラリ10に対して荷重50〜100gfが印加され
て、超音波発振器11より、例えば60kHzで振幅0.5μｍ〜
1.0μｍ程度の超音波振動がキャピラリ10に対して印加
される。該ボール13cはかかる超音波振動とボンディン
グステージ２内のヒータ2aからの200℃程度の加熱との
相乗効果によって、接合時間約20〜40msec程度で被覆ワ
イヤ13は半導体チップ３（ボンディングパッド3b）に対
して接合される。このような接合は、加熱と超音波振動
とにより、ボール13cを構成する金（Au）と、ボンディ
ングパッド3bを構成するアルミニウム（Al）の原子相互
の拡散が促進されることにより達成される。なお、この
時、第２クランパ15は開かれた状態（クランプオフ）の
状態となり、これによって被覆ワイヤ13は第１クランパ
14および第２クランパ15のいずれにも拘束されない状態
となる。
第２図（ｆ）では、上記第１ボンディングの完了後、
キャピラリ10が所定量だけ上昇した状態を示している。
この時に被覆ワイヤ13の途中部分における被覆膜13bの
除去部位（露出部13d）がキャピラリ10の先端となるよ
うにキャピラリ10の上昇量が制御されている。同図にお
いてはキャピラリ10が最高上昇位置に達した時点で上記
の位置決めが行われている場合を示しているが、これに
限らず、キャピラリ10が下降して第２のボンディング位
置（インナーリード4b）に至るまでの中間状態のいずれ
かの部位でキャピラリ10の先端に対して上記露出部13d
が位置決めされるようにしてもよい。
なお、第２図（ｆ）で示す状態で、キャピラリ10が所
定高さまで上昇した後、第２のボンディング位置（イン
ナーリード4b）に対して下降する途中の適当な時点で第
２クランパ15を摩擦クランプ状態（第１クランプ荷重設
定状態）として下降するキャピラリ10に対して被覆ワイ
ヤ13を上方向に引張力を作用させることによって、ワイ
ヤの引き込み不良等を生じないので、ワイヤループの高
さを安定に制御することも可能である。このようにキャ
ピラリ10の下降時に第２クランパ15を摩擦クランプ状態
とすることによって、キャピラリ内へのワイヤの引き込
み不良による異常ループを生じることがなく、ワイヤル
ープを形成するのに必要なワイヤの長さを安定制御でき
るので、第２の接合部への接合予定部のワイヤの位置
（被覆膜除去予定位置）を高精度に設定できる。
第２図（ｇ）は、第２のボンディング位置（インナー
リード4b）上にキャピラリ10が着地して第２ボンディン
グを行っている状態を示す。なお、同図において水平方
向へのキャピラリ10の移動はXYテーブル５の移動により
相対的に行われている。
上記第２ボンディングにおけるボンディング条件とし
ては、キャピラリ10への接合荷重100〜150gf、接合時間
10〜30msec、超音波周波数60kHz、振幅1.0〜2.0μｍ、
接合温度200℃程度が好適である。このような諸条件に
よって被覆ワイヤ13の露出部13dにおける芯線13aのAu原
子と、インナーリード4b上の銀メッキにおけるAg原子と
の相互拡散が促進されて接合が実現される。この時、本
実施例では被覆ワイヤ13における第２の接合部位で予め
被覆膜13bが除去され露出部13dが形成され、芯線13aの
周側面とインナーリード4bとが直接接触された状態で超
音波振動の印加が行われるため、下記のような利点を有
する。
第１に、被覆膜13bの除去のための超音波振動の印加
が不要となる。すなわち、第２の接合部位で被覆膜13b
を機械的に破壊・除去するためには多段階の超音波振動
の印加が必要であるが、本実施例ではこれが不要である
ためにボンディング作業を効率的に行うことができる。
第２に、第２ボンディングにおける接合強度を極めて
高く維持できる。すなわち、第２ボンディングの際に予
め被覆膜13bが除去されて芯線13aが露出した状態となっ
ているため、超音波振動の印加に際して被覆膜片等が介
在することなく高い接合強度を得ることができる。した
がってボンディング信頼性を高めることができる。
第３に、第２ボンディングの際に、予め被覆膜13bが
適切な範囲で除去されているため、低温ボンディングを
実現でき、第２ボンディングにおける温度条件を裸線の
場合と略同様にできるため、加熱による素子破壊・疲労
等を防止できる。
また、被覆膜13bの除去を放電によって行うことによ
り、被覆膜13bの膜厚を大きくすることができ、被覆ワ
イヤ13の絶縁性を高く維持できる。
次の第２図（ｈ）では、第２ボンディングの完了後、
XYテーブル５を移動することなく、キャピラリ10がリー
ドフレーム４の表面からL1だけ上昇した状態を示してい
る。この時のL1は、後述する方法で第１および第２の接
合部位に関する情報、および装置の初期設定条件等によ
って算出される。キャピラリ10がこのようにしてL1の高
さまで上昇すると、第１クランパ14が閉じられて被覆ワ
イヤ13がクランプ状態となる。
第２図（ｉ）では、第１クランパ14が閉じられて被覆
ワイヤ13がクランプされた状態でキャピラリ10がさらに
L2の高さまで上昇された状態を示している。この時、第
１クランパ14は被覆ワイヤをクランプした状態でキャピ
ラリ10と連動して上昇するため、被覆ワイヤ13は上記第
２の接合部位において切断される。この結果、被覆ワイ
ヤ13はキャピラリ10の先端より上記L1の長さ分だけ突出
された状態となる。
次に、同図に示す状態のまま、前述の放電電極17の両
電磁片170a,170bが被覆ワイヤ13をその両側方から非接
触の状態で挟み込み、放電電源回路18より前述の如く制
御された電圧が放電電極17に対して印加されると、被覆
膜13bを介した状態で当該電磁片170a,170bと芯線13aと
の間で放電が行われる。この時の放電エネルギによって
被覆ワイヤ13の所定部位における被覆膜13bの一部が除
去される。この時の放電条件としては例えば被覆ワイヤ
13に対して、放電電極17側を負極に設定して放電時間２
〜20msec、放電電流５〜30mA、放電ギャップ0.1〜0.5mm
とすることができるが、前述の如く放電時間10msec、放
電電流（目標電流Ib）0.01A（10mA）、放電ギャップ長
0.2mmとすることが好ましい。但しこれらの値に限定さ
れるものではなく、要は、金（Au）の融点である1063℃
まで加熱することなく、かつ被覆膜13bの熱分解温度約6
00℃まで適正領域を加熱することが必要である。この点
について前述の放電条件によれば被覆ワイヤ13の途中部
分に放電によるボール等を形成してしまうことなく被覆
膜13bのみを完全に熱分解除去することができ、この除
去範囲として0.1mm〜1.0mm、さらには0.4mm〜0.6mmの範
囲の安定除去が制御可能である。
なお、この際の放電電極17の電極面の設置高さをL3、
被覆ワイヤ13の先端から除去中心位置までの長さL4とす
ると、上記L1およびL2の間には次の幾何学的関係が成立
する。
L2−L3＝L1−L4 したがって、 L1＝L2−L3＋L4 ここで、L2，L3は装置の初期設定で定まる値であり、
L4は次のボンディング時の接合位置間の情報に基づいて
演算処理により決定される値である。
上記の放電の後、放電電極17がキャピラリ10の下方よ
り離反する方向に退避するとともに、第２クランパ15が
閉じられる。この時第２クランパ15は固定クランプ状
態、すなわちクランプ荷重が50〜150gf程度の第２クラ
ンプ荷重設定状態となり、被覆ワイヤ13は完全に拘束さ
れた状態となる。
第２図（ｊ）では、第１クランパ14が開かれ、キャピ
ラリ10が第２図（ｉ）の状態よりも相対的にL8だけ下降
される。この時、被覆ワイヤは第２クランパ15によって
拘束されているため、被覆ワイヤ13はキャピラリ10の内
部にL8だけ引き込まれ、キャピラリ10の先端より被覆ワ
イヤ13の先端がテール長L9だけ突出された状態となる。
この状態から第１クランパ14が閉じられて、第２クラン
パ15が開かれると、キャピラリ10は初期高さL2まで上昇
するとともにXYテーブル５が所定量移動して次のボンデ
ィングサイクルにおける初期状態となる（第２図（ａ）
参照）。
以上に説明した第２図（ａ）〜第２図（ｊ）における
キャピラリ10（ボンディング工具）の高さ位置、第１ク
ランパ14および第２クランパ15におけるソレノイドのo
n,off等の各機構の動作タイミングを示したものが第３
図である。
また、上記第２図（ａ）〜（ｊ）において説明した
L0，L1，L8，L9，L10の間には下記の式が成立する。
L1＝L8＋L9 L2＝L0＋L10＋L9 ここで、ボール形成のための放電電極17の電極面の高
さL0は、装置の初期設定で決まる。また放電ギャップL
10、テール長L9はオペレータの初期設定によって決まる
ため、これらよりキャピラリ10の初期高さL2は必然的に
定まる。この時、例えば放電電極17の電磁片170bにおけ
る放電面上にキャピラリ10の先端を接触させて、ボンデ
ィングヘッド６における図示しない位置検出機構を用い
て高さ位置を検出することによって高精度にL10の設定
を行うことができる。これにともなって被覆膜除去用の
放電電極高さL3も容易に算出することができる。
次に、L4は、第４図より、次の式で算出することがで
きる。
L4＝L6＋L7 ここで、L6は次のボンディングに要する被覆ワイヤ13
の長さであり、L7は、ボール13cの形成に必要な長さで
ある。L7は、被覆ワイヤ13の芯線13aの直径ｄとボール1
3cの直径Ｄ（Mm）（第２図（ｂ）参照）との関係より、 L7＝（1/3）×（D3／d2） となる。ここで、例えばｄ＝30μｍとすると、 L7＝7.41×10-4×D3（Mm） となる。ここで、ボール13cの直径Ｄの精度を75μｍ±
５μｍ程度とするとL7は、320±50μｍ程度の精度で再
現されることが理解できる。このようにして示された上
式をグラフ化したものが第６図である。
次に、ボンディングに必要な長さであるL6は、接合位
置を検出した後の配線距離L15およびループ高さL14より
近似的に、 L6＝L14＋L15 の式で求めることができる。ここで、ループ高さL
14は、配線条件、例えば芯線13aの製造方法に基づく機
械的物性、第１および第２ボンディング部位間の段差、
キャピラリ10の軌跡、配線時のバックテンション量、ボ
ール形成のための放電条件等により決定される値である
が、この中でも特に配線距離L15の影響を大きく受け
る。このような場合にはループ高さL14と、配線距離L15
との関係を実験的に事前に求めておき、これを制御部20
に記憶しておくことにより、配線距離L15に対応したル
ープ高さL14を得ることができる。
上記の実験例として、第５図に特定条件下における配
線距離L15とループ高さL14との関係を調べた一例を示
す。同図によれば、L14はL15の一次関数で表すことが可
能であり、下式のようになる。
L14＝0.05×L15＋0.15（mm） 上記はあくまでも一例に過ぎず、L14はL15の多次元の
関数となってもよいことは勿論である。
以上の各式を用いることによって、次回のボンディン
グ時における被覆ワイヤ13の先端から被覆膜除去位置
（露出部13d）までの長さL4を演算によって算出するこ
とが可能となる。さらに、以上の各値よりL1，L2，L8を
算出でき、これらの各値により最適な位置関係でのボン
ディングが可能となる。
なお、説明の煩雑さを避けるために、以上の説明では
触れなかったが、連続的にボンディングを行うために
は、次のような配慮が必要である。
以下、第７図を基に説明する。
まず、接合位置の検出を行い（ステップ701）、配線
距離L15の算出を実行する（702）。この情報に基づい
て、各ボンディングサイクルにおける被覆膜13bの除去
位置L4を算出する（703）。続いて、これから実行する
ボンディングが当該半導体チップ４における第１ワイヤ
である場合には（704）、リードフレーム４のタブ4aま
たはタブ吊りリード（図示せず）上等の、ボンディング
及び製品に影響を与えない箇所に対してダミーボンディ
ングを行う（705）。この時のダミーボンディングの配
線距離は、制御部20の指示により一定値に設定してお
く。
上記ダミーボンディングを行った後に、実際のボンデ
ィングを実行する（706）。その後、第２の接合部位に
おいて、既に算出済のL4の値に基づいて、当該部位の被
覆膜13bを除去し（708）、ステップ704以降の処理工程
を繰り返す。ここで、被覆ワイヤ13が当該半導体チップ
３における最終ワイヤであった場合には（707）、次の
ワイヤはダミーワイヤとして制御部20から指示された一
定長の接合予定部位における被覆膜13bが除去される（7
09）。続いて、次の半導体チップ３（リードフレーム
４）がXYテーブル５上に配置された後、上記のステップ
701〜704が繰り返されるが、この時の半導体チップ３に
対して当該ボンディングは第１ワイヤとなるため、これ
に先だって、ステップ705におけるダミーボンディング
が実行され、上記で用意されたダミーワイヤはダミーボ
ンディングされる。ここで、ダミーワイヤにおける配線
距離は常に一定長であるため、続く第１ワイヤからは常
に安定した最適な配線距離によるボンディングが可能と
なる。
なお、ダミーボンディングにおける接合状態は、製品
の信頼性とは直接関係しないため、当該半導体チップ３
における最終ワイヤのボンディング後、次の第１ボンデ
ィングにおける配線距離の位置とする必要はない。
また、第４図に示す配線状態において、第２ボンディ
ング部における芯線13aの露出長さL13は、例えば除去範
囲のばらつきを0.4〜0.6mm、ループ高さのばらつきに伴
うL4の算出誤差のばらつきを±0.5μｍ（同一配線距離
の場合）、ボール径のばらつきにともなうL7の算出誤差
のばらつき±50μｍとすることにより、L13＝0.1〜0.4m
m程度に制御できるため、ワイヤショート等を有効に防
止して接合信頼性の高い第２ボンディングを実現でき
る。
以上本発明者によってなされた発明を具体的に説明し
たが、本発明は上記実施例中に記載したものの他、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいう
までもない。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野である、いわゆる芯線として金線を用
いた被覆ワイヤによるワイヤボンディング技術に適用し
た場合について説明したが、これに限定されるものでは
なく、例えば銅線あるいはアルミニウム線等の他の導電
線金属を芯線とした被覆ワイヤにおけるワイヤボンディ
ング技術に適用できる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。
すなわち、装置構造を複雑化することなく被覆ワイヤ
における第１の接合予定部位と第２の接合予定部位にお
けるボール形成ならびに芯線の露出が可能となり、被覆
ワイヤを用いた接合強度の高いワイヤボンディングが可
能となる。
また、被覆ワイヤ長の減少にともなって、常に最適な
印加電圧を供給できるため、安定した大きさのボール形
成、および安定した範囲での被覆膜の除去が可能とな
り、ワイヤスプールに巻回された被覆ワイヤ長にかかわ
らず、接合信頼性の高い安定したワイヤボンディングが
可能となる。
また、形成されるワイヤループの安定した高さの制御
が可能となるため、高精度に接合予定の被覆膜除去位置
において接合を行うことができる。
また、半導体チップにおける第１ワイヤより常に安定
した最適な配線距離によるボンディングが可能となる。
以上により、ワイヤボンディング工程を通じて得られ
る半導体装置の接合信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す説明図、 第２図は実施例のワイヤボンディング工程におけるボン
ディング工具等の位置関係を工程順に示す説明図、 第３図は上記ボンディング工程に対応した各機構の動作
タイミングを示す説明図、 第４図は本実施例によりボンディングが完了した状態の
半導体チップ３の周辺を示す説明図、 第５図は本実施例におけるループ高さと配線距離との関
係を示す説明図、 第６図は同じくボール形成の必要長さとボール径との関
係を示す説明図、 第７図は本実施例のボンディング工程を示すフロー図、 第８図はエア吹付ノズルと放電電極との位置関係を示す
斜視図、 第９図は放電電極の駆動機構を示す斜視図、 第10図は放電電極と被覆ワイヤとの位置関係を示す断面
図、 第11図は第２クランパのクランプ機構を示す平面図、 第12図はワイヤテンション部を示す斜視図、 第13図はそのワイヤ検出機構を示す断面図、 第14図はワイヤスプールを示す斜視図、 第15図は上記ワイヤスプールの取付構造を示す一部断面
図、 第16図は放電電源回路の回路構成を示すブロック図、 第17図および第18図は巻線部分および放電ギャップの電
圧降下と印加電圧との関係を示す説明図、 第19図は被覆膜除去のための放電条件を説明するための
模式図、 第20図は実験結果より得られたギャップ降下電圧の一例
を示す説明図、 第21図はギャップ降下電圧の変動量と放電電流との関係
を示す説明図、 第22図は被覆膜除去のための放電に先だって、絶縁破壊
用の電圧を印加する状態を示す説明図である。 １……架台、２……ボンディングステージ、2a……ヒー
タ、３……半導体チップ、3b……ボンディングパッド、
４……リードフレーム、4a……タブ、4b……インナーリ
ード、５……XYテーブル、６……ボンディングヘッド、
７……軸支点、８……リニアモータ、９……ボンディン
グアーム、10……キャピラリ（ボンディング工具）、11
……超音波発振器、12……ワイヤスプール、13……被覆
ワイヤ、13a……芯線、13b……被覆膜、13c……ボー
ル、13d……露出部、13e……ワイヤ先端、13h……基端
部、14……第１クランパ、141a……発光用ファイバ、14
1b……受光用ファイバ、15……第２クランパ、151a……
クランパチップ、151b……クランパチップ、152a……板
ばね、152b……板ばね、153a……ソレノイド、153b……
ソレノイド、154a……ロッド、154b……ロッド、155…
…圧縮コイルばね、156……揺動アーム、157……軸支
点、158……保持部、16……エア吹付ノズル、16a……ノ
ズル管、16b……ガス供給口、16c……ガス吹出口、17…
…放電電極、170a……電磁片、170b……電磁片、170c…
…絶縁片、170d……絶縁片、171……軸支点、172a……
放電電極用第１ソレノイド、172b……放電電極用第２ソ
レノイド、173a……駆動アーム、173b……揺動アーム、
174a……電極アーム、175……保持部、176a……引張コ
イルばね、176b……引張コイルばね、177……ストッ
パ、18……放電電源回路、18a……高電圧発生部、18b…
…検出部、18c……記憶部、18d……電源回路制御部、18
e……スイッチ、18f……スイッチ、18g……低電圧発生
部、19……認識装置、20……制御部、21……ワイヤガイ
ド、22……ワイヤテンション部、22a……エア吹付板、2
2b……検出孔、22c……孔、22d……保持部、23……エア
供給口、24……光ファイバセンサ、24a……光ファイバ
ケーブル、25……スプールホルダ、252……スプール固
定部、253……板ばね、254……保持部、255……電極端
子、26……回転モータ、26a……回転軸。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ボンディング工具に挿通され導電性金属か
    らなる芯線の周囲に絶縁性の被覆膜を被着した被覆ワイ
    ヤを用い、この被覆ワイヤの先端部を第１の位置に接合
    する操作と、ボンディング工具から繰り出された被覆ワ
    イヤの側面を第２の位置に接合する操作とを行うことに
    より、該第１の位置と第２の位置との間を電気的に接続
    するワイヤボンディング方法であって、第１および第２
    の位置情報に基づいて算出される所要の長さだけ被覆ワ
    イヤをボンディング工具の先端部から引き出し、被覆ワ
    イヤにおける第２の接合予定部位で被覆ワイヤの芯線と
    放電電極との間で被覆膜を介して放電を行わせ、その際
    の放電エネルギによって予め被覆膜の一部を除去して芯
    線の露出部を形成した後、第１の接合予定部位である被
    覆ワイヤの先端の芯線と上記と同一の放電電極との間で
    被覆膜を介して放電を行わせ該先端の被覆膜を除去して
    芯線を溶融してボールを形成した後、該ボールを第１の
    位置に接合し、引き続いてボンディング工具から繰り出
    された被覆ワイヤの上記露出部を第２の位置に接合する
    ことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】上記被覆ワイヤにおける第１の接合予定部
    位へのボール形成用放電および第２の接合予定部位への
    被覆膜除去用放電の際に、放電電極の電極面に対して気
    体の吹き付けを行うことを特徴とする請求項１記載のワ
    イヤボンディング方法。
  3. 【請求項３】スプールに巻回されボンディング工具から
    繰り出される被覆ワイヤの第１の接合予定部である先端
    部と放電電極との間で放電を行わせ、その放電エネルギ
    によってボールを形成し、このボールを上記ボンディン
    グ工具によって所定のボンディング部位に押圧して被覆
    ワイヤの第１の接合予定部を第１の位置に接合した後、
    被覆ワイヤの第２の接合予定部である途中部分を第２の
    位置に接合するワイヤボンディング方法であって、ボン
    ディングの進行にともなう被覆ワイヤ長の減少によって
    生じる電圧降下を随時検出するとともに、これを放電電
    極と先端部との間の放電ギャップにおける電圧降下に加
    算して次のボール形成用放電の印加電圧を算出すること
    を特徴とするワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】ボンディングに先だって上記被覆ワイヤに
    おける第２の接合予定部位を上記放電電極との間の放電
    によってその被覆膜を除去するとともに、ボンディング
    の進行にともなう被覆ワイヤ長の減少によって生じる電
    圧降下を随時検出するとともに、これを上記放電電極と
    被覆ワイヤの第２の接合予定部位との間の放電ギャップ
    における電圧降下に加算して次の被覆膜除去用放電の印
    加電圧を算出することを特徴とする請求項３記載のワイ
    ヤボンディング方法。
  5. 【請求項５】上記被覆ワイヤにおける降下電圧の初期値
    は、まず被覆ワイヤの先端部において露出された芯線と
    上記放電電極とを接触させて低電圧を印加してその電流
    値を検出することによって被覆ワイヤの巻線抵抗を算出
    した後、この巻線抵抗の値に基づいて算出することを特
    徴とする請求項３または４記載のワイヤボンディング方
    法。
  6. 【請求項６】２回目以降の放電の際には前回における放
    電の際の放電電圧と放電電流を検出し、これらの値より
    被覆ワイヤの巻線抵抗を算出した後、この巻線抵抗の値
    に基づいて降下電圧を算出することを特徴とする請求項
    ５記載のワイヤボンディング方法。
  7. 【請求項７】上記放電ギャップにおける降下電圧は、記
    憶部に保持され予め実験値より得られた値を用いること
    を特徴とする請求項３または４記載のワイヤボンディン
    グ方法。
  8. 【請求項８】上記記憶部における降下電圧は放電ギャッ
    プ長と放電電流との関数として保持されていることを特
    徴とする請求項７記載のワイヤボンディング方法。
  9. 【請求項９】ボンディング工具に挿通された被覆ワイヤ
    を用い、この被覆ワイヤの先端部を第１の位置に接合す
    る操作と、ボンディング工具から繰り出された被覆ワイ
    ヤの側面を第２の位置に接合する操作とを行うことによ
    り、該第１の位置と第２の位置との間を電気的に接続す
    るワイヤボンディング方法であって、先の半導体チップ
    における最終ワイヤのボンディングが完了した後に、後
    続の被覆ワイヤにおける一定長の第２の接合部位におけ
    る被覆膜を除去し、後の半導体チップまたは取付部材に
    対してダミーボンディングを実行し、引き続いて後の半
    導体チップに対して第１のワイヤのボンディングを行う
    ことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  10. 【請求項１０】ボンディング工具に挿通され導電性金属
    からなる芯線の周囲に絶縁性の被覆膜を被着した被覆ワ
    イヤを用い、この被覆ワイヤの先端部を第１の位置に接
    合する操作と、ボンディング工具から繰り出された被覆
    ワイヤの側面を第２の位置に接合する操作とを行うこと
    により、該第１の位置と第２の位置との間を電気的に接
    続するワイヤボンディング装置であって、ボンディング
    工具に挿通された被覆ワイヤの第１の接合予定部位であ
    る被覆ワイヤの先端の直下位置と、該被覆ワイヤの第２
    の接合予定部位である被覆ワイヤの側面の位置との間を
    変位可能な放電電極を備えたワイヤボンディング装置。
  11. 【請求項１１】上記放電電極は少なくとも一対の放電電
    極を備えており、該一対の放電電極が上記被覆ワイヤの
    第２の接合予定部位の側面において被覆ワイヤの周囲を
    非接触の状態で挟み込むように位置して被覆ワイヤの芯
    線と一対の放電電極との間で被覆膜を介して放電を行わ
    せ、その際の放電エネルギによって予め被覆膜の一部を
    除去して芯線の露出部を形成した後、少なくとも一方の
    放電電極が第１の接合予定部位である被覆ワイヤの先端
    部の芯線の直下に位置して被覆膜を介して芯線との間に
    放電を行わせ該先端部の被覆膜を除去してボールを形成
    するよう変位することを特徴とする請求項10記載のワイ
    ヤボンディング装置。
  12. 【請求項１２】上記放電電極の側方には放電面に対して
    気体の吹き付けを行うエア吹付ノズルが該放電電極に対
    向して配置されていることを特徴とする請求項10または
    11記載のワイヤボンディング装置。
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