JP2725102B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体部品（ＩＣチッ
プ）とリードとの間などにワイヤを掛け渡してボンディ
ング接続を行うワイヤボンディング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のワイヤボンディング装置
を用いてＩＣチップのパッドとリードとの間でボンディ
ング接続を行うには、ボンディングアームの先端に設け
られたボンディングツールとしてのキャピラリにてワイ
ヤを保持し、対象物となるパッド又はリードの表面に接
触させて該キャピラリを用いて先端にボールが形成され
たワイヤの一部を押しつぶして熱圧着して溶着される。
この時、同時にワイヤ先端部に超音波振動が印加される
場合もある。

【０００３】このワイヤボンディング装置は、図２に示
すように保持枠１ａ及びホーン１ｂから成るボンディン
グアーム１が揺動アーム２と共に支持シャフト３の軸中
心の周りに揺動可能となっている。このボンディングア
ーム１は、支持シャフト３に堅固に嵌着され、揺動アー
ム２は支持シャフト３に揺動自在に嵌合されている。な
お、保持枠１ａ内には、ホーン１ｂを加振するための超
音波振動子（図示せず）が組み込まれている。揺動アー
ム２及び保持枠１ａには夫々、ソレノイド４ａ及び電磁
吸着片４ｂが互いに対応して固設されており、ボンディ
ングアーム１を揺動させる際には、ソレノイド４ａに対
して図示せぬ電源から通電してこれと電磁吸着片４ｂと
の間に吸着力を生ぜしめることにより該ボンディングア
ーム１と揺動アーム２とを相互に固定状態にして結合さ
せるが、所定距離以上吸着されないように揺動アーム２
にねじ等で固定された調整可能なストッパ６が設けられ
ている。また、揺動アーム２及び保持枠１ａには、上記
電磁吸着手段の前方位置に、マグネット５ａ及びコイル
５ｂが夫々取り付けられている。これらマグネット５ａ
及びコイル５ｂは、ボンディング時にボンディングアー
ム１の先端１ｃ、すなわちボンディングツールとしての
キャピラリ７を保持する部位を図２における下向きに付
勢するための吸着力を発生させる手段を構成している。

【０００４】また、揺動アーム２の先端にはクランプア
ーム８が設けられており、該クランプアーム８の先端に
はソレノイド及びばね等で構成された図示せぬ開閉機構
によりワイヤ９を握持して後述する方法にてカットする
ためのクランプ８ａが設けられている。また、キャピラ
リ７の下方には図示せぬ垂直軸にアクチュエータ等の作
用により回動可能に電気トーチ１０が配置されており、
ボンディングアーム１の移動に伴ってキャピラリ７の周
りに回動可能な構成となっている。この電気トーチ１０
は所定の電圧を印加してワイヤ９の先端にボールを形成
する。また、クランプ８ａの上方にはワイヤ９を図示せ
ぬフレームに固定支持され、ワイヤ９に所定のテンショ
ンをかけて常にワイヤ９をボンディングアーム１のキャ
ピラリ７の先端まで真直ぐな状態になるように保持し図
示せぬ開閉機構により開閉可能なテンションクランプ１
１が配設され、このワイヤ９は更にガイド１２を介して
図示せぬリールにより巻回されている。

【０００５】図３にも示すように、揺動アーム２の後端
側には支軸１５ａが設けられており、アーム側カムフォ
ロア１５と揺動ベース１６ａとがこの支軸１５ａの周り
に回転自在となっている。揺動ベース１６ａにはベアリ
ングガイド１６ｂがその一端にて固着され、このベアリ
ングガイド１６ｂの他端部には予圧アーム１６ｄが支持
ピン１６ｃを介して回転自在に取り付けられている。予
圧アーム１６ｄの自由端部には支軸１７ａが設けられて
おり、該支軸１７ａにカムフォロア１７が回転自在に取
り付けられている。そして、この予圧アーム１６ｄの先
端と揺動ベース１６ａの先端とには引張ばねである予圧
ばね１６ｅが掛け渡されており、アーム側カムフォロア
１５及びカムフォロア１７は、略ハート形に形成された
カム１８の外周面であるカム面に圧接されている。な
お、アーム側カムフォロア１５及びカムフォロア１７の
カム１８に対する２つの接点は、カム１８の回転中心を
挟んで位置している。

【０００６】この揺動ベース１６ａと、ベアリングガイ
ド１６ｂと、予圧アーム１６ｄとによりフレーム構造が
形成されており、これを揺動フレーム１６と総称する。
揺動フレーム１６の構成部材としてのベアリングガイド
１６ｂは、カム１８が嵌着されたカム軸１９に取り付け
られたラジアルベアリング２０の外輪に接している。な
お、カム１８は、モータ２１よりカム軸１９に付与され
るトルクによって回転する。また、ボンディングツール
としてのキャピラリ７の高さ位置は支持シャフト３に連
結された図示せぬロータリエンコーダにより検出される
構成となっている。

【０００７】次に、上記構成よりなるワイヤボンディン
グ装置の動作について図２乃至図４を用いて説明する。

【０００８】図２乃至図４に示すように、ボンディング
ステージ２６（図４に図示）上に載置されたＩＣチップ
２５上のパッド（電極）にワイヤボンディングしようと
する時、先端にボールが形成されたワイヤ９が挿通され
たキャピラリ７、支持機構としての支持シャフト３を図
示せぬ撮像装置等からの情報に基づいてＸＹテーブルの
移動により位置決めする。この位置決めに伴いカム１８
及びモータ２１等から成るアーム駆動手段によりボンデ
ィングアーム１を揺動させてキャピラリ７を図４の乃
至に示すように降下させて前記パッドにボールを押し
つぶして熱圧着ボンディングを行う。

【０００９】この工程で→はボンディングアームを
高速で下降移動させ、→では低速で移動させる。こ
の時、クランプアーム８のクランプ８ａは開となってい
る。次に、この第１ボンディング点への接続が終わる
と、→ではクランプ８ａが開状態のままボンディン
グアーム１が図４に示す上方向、即ちＺ軸方向に上昇
し、所定のループコントロールにしたがってに示すよ
うにクランプ８ａが開の状態でワイヤ９が引き出され、
に示す第２ボンディング点となるリード２７に接続さ
れる。

【００１０】この接続後、ボンディングアーム１をＺ軸
方向に上昇移動させてキャピラリ７の先端部にワイヤ９
をに示すように所定のフィード量ｆだけ引き出した状
態でクランプ８ａを閉じる。この状態で更にボンディン
グアーム１を所定の高さまで上昇させる過程でに示す
ようにワイヤ９がカットされて、再びワイヤ先端部に電
気トーチ１０を用いてボールを形成し、クランプ８ａを
開状態にさせての状態に復帰する。このような一連の
工程によりワイヤボンディングがなされる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記工程によりワイヤ
ボンディングを行うワイヤボンディング装置は、近年自
動化され高速化されるに至っている。このような装置で
は、図４のに示す第２ボンディング点となるリード２
７への接続からに示す状態までの過程におけるクラン
プ８ａの閉じるタイミングとして図５及び図６に示す２
つの方法がある。これらの方法は第２ボンディング点接
続後からボールをワイヤ９の先端部に形成するまでの時
間の短縮を図り高速化を図ろうとするものである。

【００１２】図５は、図４に示すからに示す状態ま
での説明図である。図示のようにの第２ボンディング
点となるリード２７にボンディング接続された状態から
に示すワイヤ９をキャピラリ７の先端部より所定の長
さｆだけ引き出してクランプ８ａを閉じるまで、ボンデ
ィングアーム１をＺ軸方向に高速に移動させて停止させ
る。この高さ位置で所定時間，すなわちΔｔ時間タイマ
制御により停止させた後再び該高さ位置から高速にの
位置まで移動させる。

【００１３】これに対して図６は、図４に示すの第２
ボンディング点となるリード２７に接続後に示す状態
に移動するまでの間高速に移動する過程において所定の
タイミングでクランプ８ａを閉じてワイヤ９をカットす
るものである。したがって、の状態からに至るまで
のキャピラリ７の上昇速度は低速、中速、高速、中速、
低速というように微妙に速度が変化されていることとな
る。なお、図５及び図６に示す各機構部の制御はマイク
ロコンピュータ等よりなる図示せぬ制御手段によりなさ
れている。

【００１４】しかしながら、従来の装置によるこのよう
なクランプ８ａを閉じるタイミングでワイヤ９をカット
する方法として図５に示す方法では→に移行する過
程で制御手段から低速、中高速、低速という指令が出さ
れているものの、の状態で一旦停止されるため上記の
ような指令制御がなされたとしてもスピードに乗りきれ
ずに停止される状態になる。そして、クランプ８ａはソ
レノイドやばね等により開閉動作が行われるので、開閉
のための応答速度が装置毎に変化し、この誤差を吸収す
るためにΔｔ時間停止させる。このようなクランプ８ａ
の機械精度による差を機差と呼ぶ。これは予め決められ
たプログラムにしたがってクランプ８ａの開閉動作が行
われても各装置毎の機差により応答速度が変化して開閉
タイミングのずれ等により誤差が発生した場合であって
もキャピラリ７は停止された状態にあるのでワイヤ９の
フィード量の微調整を容易に行うことができるが、第２
ボンディング点接続後から次のボンディング開始までの
時間を要し、高速化が図れないという欠点がある。

【００１５】また、図６に示す方法ではからに移行
する過程において高速移動中にクランプ８ａを所定のタ
イミングで閉じるので移動時間を図５に示すものよりも
短縮することができ高速化を図ることができるが、反面
高速移動中であるので速度変化があり、しかもクランプ
８ａの機差により開閉のタイミングが異なるのでワイヤ
９がキャピラリ７の先端に引き出される長さｆが異な
り、このフィード量を補正することが難しく、この長さ
ｆはワイヤ９の先端に形成されるボールの大きさ並びに
ボールが形成されずにワイヤ切れ等を引き起こしてボン
ディング不良を招く恐れがある欠点がある。

【００１６】そこで、本発明は上記従来技術の欠点に鑑
みてなされたもので、クランプの機差によるタイミング
誤差を吸収し、キャピラリ先端より引き出されるワイヤ
の引き出し量を所定の長さに保つことができると共に第
２ボンディング点接続後から次のボンディング開始まで
の時間を短縮することができ、かつ高速化を図ることの
できるワイヤボンディング方法を提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤボン
ディング方法は、ワイヤの挿通されたボンディングツー
ルを保持するボンディングアームを支持機構により揺動
自在に支持してその揺動により前記ボンディングツール
を第１ボンディング点にボンディング接続した後、該ボ
ンディングツールを第２ボンディング点に移動させてボ
ンディング接続し、該ボンディング位置からボンディン
グツール先端部よりワイヤを引き出しながらボンディン
グツールを上昇させて所定のタイミングにて開閉機構に
よりワイヤを握持させて該ワイヤをカットするワイヤボ
ンディング方法であって、第２ボンディング点接続後、
前記ボンディングツールの上昇速度を可変制御して前記
ボンディングツールの先端部からワイヤを所定量引き出
し、前記所定量のワイヤの引き出しがなされる際には、
前記ボンディングツールの上昇速度を低速度に可変制御
して前記開閉機構により前記所定量引き出されたワイヤ
を握持し、前記ワイヤの握持後も、所定時間又は所定距
離、前記ボンディングツールの上昇速度を一定な低速度
で上昇させ、その後は、前記低速度より高速度で上昇さ
せてなるものである。

【００１８】

【実施例】次に、本発明に係るワイヤボンディング装置
の実施例について図面を参照しつつ説明する。なお、こ
のワイヤボンディング装置並びにその方法は、以下に説
明する部分以外は図２乃至図４に示す従来の装置及びそ
の方法とほぼ同様であるので、装置全体としての説明は
省略する。

【００１９】図１は、本発明に係るワイヤボンディング
装置を用いて第２ボンディング点接続後から次のボンデ
ィング点に移行するまでの説明図であり、横方向に時
間、縦方向にキャピラリのＺ軸方向の高さ位置Ｓが示さ
れている。

【００２０】図１に示す第２ボンディング点に接続され
たの状態からクランプ８ａが開の状態でに示すワイ
ヤ９をキャピラリ７の先端部より所定の長さｆだけ引き
出すまでキャピラリ７をＺ軸方向に上昇させる。このキ
ャピラリ７のＺ軸方向における高さ位置は図示せぬ位置
検出手段としてのロータリエンコーダにより検出され
る。この図１に示すの位置でクランプ８ａを閉じる。

【００２１】この時、図１に示す→に移行する過程
では低速→中高速→低速指令によりボンディングアーム
１が上昇移動している。ここで、低速は約１０ｍｍ／ｓ
（秒）〜１００ｍｍ／ｓ未満，中速は約１００ｍｍ／ｓ
〜５００ｍｍ／ｓ未満，中高速は約５００ｍｍ／ｓ〜１
０００ｍｍ／ｓ未満，最高速は約１０００ｍｍ／ｓの速
度が用いられている。この上昇移動の過程でキャピラリ
７がの高さ位置近傍では上昇速度が低速移動に入って
いるので所定のタイミングでクランプ８ａが閉じられ
る。この閉じられた後、→′に移行する過程でキャ
ピラリ７の移動速度を低速でかつ一定速度に制御し、Δ
ｔ時間又は所定距離（所定高さ）だけ上昇移動させる。
この低速移動は、近傍付近で制御された速度が例えば
約５０ｍｍ／ｓであればそれと同じでよく、また一定速
度で上昇移動させるのはクランプ８ａの機差による開閉
の応答速度の誤差を微調整する場合に調整をしやすくす
るためである。この一定時間は装置内に設けられたタイ
マーによる時間制御が行われ、また一定距離（一定高
さ）はロータリエンコーダにより位置検出されるが、こ
れらの制御は図示せぬ制御手段により制御されている。
次に′からまでの過程では高速移動が行われる。

【００２２】上記のように本実施例では、クランプ８ａ
を閉じる時に低速移動がなされかつ一定速で上昇移動さ
れるので、機差によるクランプ８ａの開閉動作の応答速
度に変化がある場合であってもフィード量を一定に保つ
ことができるような微調整が容易であり、しかもそのま
ま一定高さまで上昇させるので、図６に示すよりも上昇
速度は遅いが確実に所定の長さのフィード量を保ちなが
ら時間を短縮して高速化を図ることができる。

【００２３】なお、本実施例ではボンディングアームを
駆動する手段としてカム方式のものを用いているが、リ
ニア駆動方式のものを用いることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればク
ランプを閉じる時に低速移動がなされかつ一定速で上昇
移動されるので、機差によるクランプの開閉動作の応答
速度に変化がある場合であってもフィード量を一定に保
つことができるような微調整が容易であり、しかもその
まま一定高さまで上昇させるので確実に所定の長さのフ
ィード量を保ちながら時間を短縮して高速化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るワイヤボンディング装置
を用いて第２ボンディング点接続後から次のボンディン
グ点に移行するまでの説明図である。

【図２】図２は、ワイヤボンディング装置の要部の一部
断面を含む側面図である。

【図３】図３は、図２に関するＡ−Ａ断面図である。

【図４】図４は、ワイヤボンディング装置を用いてワイ
ヤボンディングを行う過程を示す説明図である。

【図５】図５は、従来の装置により第２ボンディング点
接続後から次のボンディング点に移行するまでの説明図
である。

【図６】図６は、従来の装置により第２ボンディング点
接続後から次のボンディング点に移行するまでの説明図
である。

【符合の説明】

１ ボンディングアーム ２ 揺動アーム ３ 支持シャフト ７ キャピラリ ８ クランプアーム ８ａ クランプ ９ ワイヤ １０ 電気トーチ １５ アーム側カムフォロア １７ カムフォロア １８ カム １６ 揺動フレーム ２１ モータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤの挿通されたボンディングツール
   を保持するボンディングアームを支持機構により揺動自
   在に支持してその揺動により前記ボンディングツールを
   第１ボンディング点にボンディング接続した後、 該ボンディングツールを第２ボンディング点に移動させ
   てボンディング接続し、該ボンディング位置からボンデ
   ィングツール先端部よりワイヤを引き出しながらボンデ
   ィングツールを上昇させて所定のタイミングにて開閉機
   構によりワイヤを握持させて該ワイヤをカットするワイ
   ヤボンディング方法であって、第２ボンディング点接続後、前記ボンディングツールの
   上昇速度を可変制御して前記ボンディングツールの先端
   部からワイヤを所定量引き出し、 前記所定量のワイヤの引き出しがなされる際には、前記
   ボンディングツールの上昇速度を低速度に可変制御して
   前記開閉機構により前記所定量引き出されたワイヤを握
   持し、 前記ワイヤの握持後も、所定時間又は所定距離、前記ボ
   ンディングツールの上昇速度を一定な低速度で上昇さ
   せ、 その後は、前記低速度より高速度で上昇させてなること
   を特徴とするワイヤボンディング方法。