JP2765833B2 - 半導体装置のワイヤボンディング方法 - Google Patents
半導体装置のワイヤボンディング方法Info
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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、半導体装置のワイヤボンディング方法に関
する。 〔従来の技術〕 たとえば、半導体装置の組立工程においてリードフレ
ーム（lead frame）のタブ（tab）上に固定されたペレ
ット（pellet）とリードフレームにおけるリード（lea
d）との間をボンディングワイヤ（bonding wire）によ
り電気的に接続する場合、ボンディングワイヤをペレッ
トのボンディングパッド（bonding pad）やリードフレ
ームに接続するための工具であるボンディング工具の、
前記ボンディングパッドやリードフレームへの着地位置
を正確に把握し、ボンディング工具の降下動作を正確に
停止させることが、ボンディング荷重を適性にしたり、
ボンディングパッドやリードフレームなどの上に降下さ
れるワイヤボンディング工具とペレットやリードフレー
ムとの強い機械的衝撃をともなう衝突を防止するなどの
観点から重要となる。 このため、ボンディング工具の着地検出には、たとえ
ばボンディング工具が固定されているボンディングアー
ム（bonding arm）が、上下動ブロック（block）に設け
られた回動軸に回転自在に装着されていることから、ボ
ンディング工具の着地によるボンディングアームの位置
変位を機械的な接点などで検知することが考えられる。 なお、ワイヤボンディング技術について説明されてい
る文献としては、株式会社工業調査会、昭和56年11月10
日発行「電子材料」1981年別冊p158〜p162がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のような機械的な接点をもってワ
イヤボンディング工具の着地検出を行なうワイヤボンデ
ィング装置では、ボンディング工具の着地に対する応答
速度が比較的遅く、さらに接点がくり返し使用されるこ
とにより、接点の摩耗などが発生し、接点の開放位置な
どが経時的に変化することは避けられないものである。
この結果ボンディング工具の着地位置が正確に検知でき
ず、ボンディング工具の昇降動作などが不安定となる、
いわゆるチャタリング（chattering）を生じたり、接点
の摩耗に対し、接点の補修や新しい接点との交換などの
保守管理によって装置の稼働時間が低下されるなど、種
々の欠点があることを本発明者は見いだした。 上記のようなボンディング工具の不安定で不正確な昇
降動作は、ボンディングワイヤとペレットのボンディン
グパッドおよびリードフレームとの接合不良、ペレット
のボンディング工具による損傷、破損などの発生の原因
となり、ワイヤボンディングの信頼性および、半導体装
置の信頼性を低下させるものである。 本発明の目的は、可動部の着地による停止を迅速かつ
正確に検知することができる半導体装置のワイヤボンデ
ィング方法を提供することにある。 本発明の前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。 〔問題点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
要はつぎの通りである。 すなわち、XYテーブル、上記XYテーブル上に設置され
たボンディングヘッド、上記ボンディングヘッドに設け
られた回転軸、上記XYテーブルのXY平面と実質的に直交
する揺動平面内で一体的に回転できるように一部分が上
記回転軸に支持されたボンディングアーム、上記ボンデ
ィングアームの上記回転軸に支持された一部分を境にし
て一方側に配置され上記ボンディングアームと一体的に
動ぐボンディング工具、上記ボンディングアームの上記
回転軸に支持された一部分を境にして他方側を直接駆動
するように連結されたリニアモータ、上記ボンディング
アームの上記揺動平面内における回転動作を上記ボンデ
ィングアームと非接触な状態において検出することが可
能な検出機構を有する位置検出用センサ、および上記リ
ニアモータをサーボ制御するモータ駆動部よりなるボン
ディング装置を使用して、ペレットのボンディンパッド
とこれに対応する外部リード部を上記ボンディング工具
によりボンディングワイヤで電気的に接続する半導体装
置のボンディング方法であって、上記ボンディング工具
の先端から上記ボンディングワイヤの一端が突出した状
態で上記モータ駆動部により上記ボンディング工具を降
下させて上記パッドに接近させるボンディング工具初期
降下工程、上記工程の後、上記位置検出用センサにより
得られた位置信号に基づいて、上記モータ駆動部により
上記ボンディング工具を上記ボンディング工具初期降下
工程より低速で降下させて上記ボンディング工具先端か
ら突出した上記ワイヤの上記先端部を上記パッドに接触
させるワイヤ先端着地工程、上記ワイヤ先端着地工程に
おいて、上記ボンディング工具を変位させる位置指令信
号と、上記パッドへの着地に対応する上記位置検出用セ
ンサから得られた上記位置信号との変異を所定の値と比
較することにより上記ワイヤの上記先端部が上記パッド
に着地したことを検出するワイヤ着地検出工程、上記ワ
イヤの上記先端部が上記パッドに着地した後に上記ワイ
ヤの着地検出結果に基づいて所定のボンディング荷重が
印加されるように上記モータ駆動部により上記リニアモ
ータを駆動することによって、上記パッドへのボンディ
ングを実行するボンディング加圧工程を含むことを特徴
とする半導体装置のワイヤボンディング方法。 〔作用〕 上記した手段によれば、可動部の着地（広義には外力
による停止）を電気的に検知できるため、たとえば機械
的な接点などの経時的に変化されやすい機構を用いなく
ともよいので、可動部の着地による停止を迅速かつ正確
に検知することができる。 〔実施例〕 第１図は、本発明の一実施例であるワイヤボンディン
グ工具の着地検出を行なう位置検出装置を有するワイヤ
ボンディング装置を示す説明図である。 第１図において、１は、図の左右方向および紙面に垂
直な方向（すなわち水平面においてＸ方向、Ｙ方向）に
移動自在なXYテーブル（table）を示している。XYテー
ブル１の上には、ボンディングヘッド（bonding head）
２が固定されている。 このボンディングヘッド２には、水平に設けられた回
転軸２を介してボンディングアーム（bonding arm）４
が支持され、垂直面内において回転軸３を支点として回
動自在に構成されている。 ボンディングアーム４の一端（右端）には、ボンディ
ングアーム４の電気的駆動源であるボイスコイル型リニ
アモータ５が変位方向を垂直方向にして機械的に連結さ
れており、上下方向の付勢力をボンディングアーム４の
右端に作用させることによって、ボンディングアーム４
が回転軸３を中心として適宜揺動（swing）される構造
とされている。 ボンディングアーム４の他端（左端）部には、ホーン
６を介してウエッジ（wedge）７（ボンディング工具:bo
nding tool）が固定されており、ボンディングアーム４
の揺動によってウエッジ７が上下動されるように構成さ
れ、さらにウエッジ７にはホーン６を介して超音波発振
源８から超音波振動が印加されウエッジ７が超音波振動
させる構造とされている。 そして、ボンディングアーム４の揺動、すなわちウエ
ッジ７の上下動とXYテーブル１の水平面内におけXY方向
の移動とを適宜組み合わせることによって、ウエッジ７
の下方に設けられた試料を回転移動させらる回転テーブ
ル９に載置されるリードフレーム10（第２の部位）と該
リードフレーム10に固着されたペレット11（第１の部
位）とがウエッジ７の下端部に挿通されているボンディ
ングワイヤ12によって電気的に接続される作業が行われ
るものである。ペレット11はトランジスタ,IC,LSIなど
の半導体素子が形成されているシリコンなどの半導体ペ
レットである。また、ボンディングヘッド２には、差動
トランスなどで構成される位置検出用センサ13およびボ
イスコイルなどで構成される速度検出用センサ14がボン
ディングアーム４に連結して設けられており、ボンディ
ングアーム４の回動位置および回動速度に基づいてボン
ディングアーム４にホーン６を介して固定されたウエッ
ジ７の上下動における実際の位置および速度が検知され
る構造とされている。 そして、位置検出用センサ13および速度検出用センサ
14からそれぞれ得られるウエッジ７の位置信号13aおよ
び速度信号14aはモータ駆動部（モータを駆動する回路
部）15に帰還され、制御部16からモータ駆動部15に伝達
される位置指令信号16aが、位置信号13aおよび速度信号
14aによって順次差動増幅された後、ボイスコイル型リ
ニアモータ５に入力され、リニアモータ５を制御するこ
とにより、リニアモータ５の変位に照合した変位を行な
うウエッジ７の昇降動作における位置および速度などが
正確に制御される構造とされている。 この位置指令信号16aは、電気信号であり、モータ駆
動回路15を介してモータ５に入力されている。モータ５
の変位軸の上下動によって、これと連結されているボン
ディングアーム４の右端が支点３を中心として揺動され
る。その結果、ボンディングアーム４の左端に連結して
いるホーン６を介してウエッジ７がボンディングアーム
４の揺動に対応して上下動する。 したがって、位置指令信号16aは、ウエッジ７の上下
動作の位置変位とその位置変位速度を規定するものであ
る。それゆえ、位置指令信号16aにはウエッジ７の上下
動作の位置変位情報成分と、その位置変位の上下動作速
度成分とが含まれている。 上述したことはまた、ウエッジ７の上下動作の位置変
位とその位置変位速度（換言すればある位置から別の位
置へウエッジ７が移動する間の速度）とを調整すること
により、ウエッジ７の上下動作を調整することができ
る。 この場合、前記モータ駆動部15には、コンパレータ17
が接続されており、モータ駆動部15に入力される位置指
令信号16aと位置信号13aとの差として得られる差分信号
Ｄと、しきい値（基準値）保持部18に予め設定されたし
きい値（基準値）信号18aとを比較することによって、
ウエッジ７のリードフレーム10（第２ボンディング部
位）およびペレット11（第１ボンディング部位）に対す
る着地位置が電気的に検知され、着地信号17aが制御部1
6に伝達されるように構成されている。 以下、本実施例のワイヤボンディング装置の作用およ
び本実施例のワイヤボンディング装置を使用した半導体
装置の製造工程（方法）を説明する。 まず、回転テーブル９に被ワイヤボンディング体を載
置する。次に、制御部16からの第２図Ａに示すようなウ
エッジ７が昇降させるための電気信号である位置指令信
号16aが、モータ駆動部15を介してボンディングアーム
４を上下動させる駆動源であるボイスコイル型リニアモ
ータ５に伝達され、その結果ボンディングアーム４の右
端が時計回りに所定の角度だけ回動され、その結果、ア
ーム４の動きに対応した変位を行なうウエッジ７は所定
の高さに上昇されるとともに、XYテーブル１が駆動さ
れ、ウエッジ７はリードフレーム10に固着されたペレッ
ト11のボンディングパッド（第１ボンディング部位）の
直上に位置決めされる。 次にボンディングアーム４の右端は反時計回りに回動
され、ウエッジ７は、降下の初期には高速ワイヤボンデ
ィングを行なう目的で高速に、ペレット11に接触する直
前ではウエッジ７がパッドにソフトランディングする目
的で減速され、ペレット11の上に降下される。 この時の位置指令信号16aとウエッジ７の実際の位置
を位置検出用センサにより検出した位置信号13aとを比
較して示したものが第２図Ａである。第２図Ｂには、置
指令信号16aと位置信号13aとの差として得られる差動信
号Ｄの変化が示されている。 同図に示されるように、ウエッジ７の降下動作の初期
においては、慣性（inertia）などによってウエッジ７
の実際の変位が電気信号である位置指令信号16aに即時
に追随せず差動信号Ｄは正となる。そして、ウエッジ７
の下降における減速時には、ウエッジ７の実際の変位
が、この時点では位置指令信号16aの値と実際のウエッ
ジ７の変位した値とが近似的に一致し、差動信号Ｄは零
に近い値となる。ウエッジ７がさらに降下し、ペレット
11のボンディングパッドに着地してウエッジ７の実際の
変位が停止されると、電気信号である位置指令信号16a
のみがウエッジ７をさらに降下させようとする方向にそ
の値が増大し、位置信号13aと位置指令信号16aとの差で
ある差動信号Ｄは正側に増大しはじめる。この場合、ウ
エッジ７はボンディングパッドに着地した位置からそれ
以上に降下せず、着地した位置にとどまっている。コン
パレータ17においては、この差動信号Ｄがしきい値18a
と等しくなった時に、着地信号17aを制御部16に伝達
し、制御部16においては、ウエッジ７がペレット11に対
して所定の荷重で押圧されるように、すなわち、ボンデ
ィングワイヤにワイヤボンディング荷重が印加されるよ
うにさらに所定の時間だけ所定の値に位置指令信号16a
が増大され、ウエッジ７の下端部に挿通されたボンディ
ングワイヤ12の先端部がペレット11に所定の荷重で押圧
されるとともにホーン６を介して超音波発振部８から超
音波振動がウエッジ７に印加され、ボンディングワイヤ
12の先端部がペレット11のボンディングパッドに固着さ
れる。 次に、ボンディングアーム４は時計回り方向に回動さ
れるとともにXYテーブル１は回転テーブル９から遠ざか
る方向に移動され、ウエッジ７はボンディングワイヤ12
を繰り出しながら所定の軌跡を描いてリードフレーム10
のボンディング部位（第２ボンディング個所）に降下
し、前記のペレット11の側における場合と同様に差動信
号Ｄとしきい値（基準値）18aとを比較することによっ
てウエッジ７のリードフレーム10に対する着地位置が正
確に検知され、ウエッジ７の下端部に挿通されたボンデ
ィングワイヤ12の下面部がリードフレーム10のボンディ
ング部位に押圧されるとともにホーン６を介して超音波
振動がウエッジ７を通してボンディングワイヤに印加さ
れ、ボンディングワイヤ12の下面部がリードフレーム11
のボンディング部位に固着される。 そして、ボンディングワイヤ12の繰り出しを停止した
状態でボンディングアーム４が時計回りに回動され、ウ
エッジ７が上昇されるとともにXYテーブル１が回転テー
ブル９から遠ざかる方向に移動される。この時、リード
フレーム10の前記ボンディング部位の近傍でボンディン
グワイヤをクランパーにより挾持し、クランパーがボン
ディングワイヤを引張ることにより、ボンディングワイ
ヤ12が切断される。 その後、回転テーブル９が所定の角度だけ回動され、
次のワイヤボンディングの準備がなされる。 上記の一連の操作を繰り返すことによってリードフレ
ーム10における複数のリードと該リードフレーム10のタ
ブに固着されたペレット11の複数のボンディングパッド
との間の電気的な接続が達成される。これにより被ワイ
ヤボンディング体のワイヤボンディングが達成される。 このように、本実施例においては、ボンディングアー
ム４の回動動作によって昇降されるウエッジ７のペレッ
ト11およびリードフレーム10に対する着地位置が、位置
検出用センサ13から得られ、実際のウエッジ７の位置を
位置検出用センサにより検出し、その位置に対応した位
置信号13aとウエッジ７を上下動するための電気的信号
である位置指令信号16aとの差である差動信号Ｄを、コ
ンパレータ17において所定のしきい値（基準値）18aと
比較することによって、ウエッジ７の着地位置を電気的
に検知される構造である。そのため、たとえば、機械的
な接点などによってウエッジ７の着地位置を検知する場
合などに比較して、ウエッジ７の着地の検出が経時的に
不安定となったり、応答速度が遅くなることなどが回避
される。その結果、ウエッジ７が着地に対応する電気信
号をウエッジ７の制御に利用することによりウエッジ７
の昇降動作の制御を迅速かつ的確に行うことができる。 このため、ウエッジ７をリードフレーム10やペレット
11などに押圧することにより調整されるボンディング荷
重などが適正に維持される。さらにまた、ウエッジ７の
下端部とリードフレーム10およびペレット11などとの強
い機械的衝撃をともなう衝突が回避され、信頼性の高い
ワイヤボンディングが迅速に行われる。これにともな
い、ペレットやリードフレームにワイヤボンディング時
の損傷や破損のない半導体装置の製造法がえられ、高信
頼度の半導体装置を得ることができる。 さらに、ウエッジ７の着地検出が、機械的な機構など
を用いることなく、位置検出用センサ13およびコンパレ
ータ17などを用いて電気的に行われるため、保守管理が
不要となる。さらに、同じ理由により、ワイヤボンディ
ング装置の稼働率が向上される。 以上説明したように、本願において開示された新規な
技術によれば、以下に述べる降下を得ることができる。 （１） 可動部を変位させる制御信号である位置指令信
号と、該可動部の位置を検出する位置検出用センサから
得られる位置信号との差を、所定のしきい値（基準値）
とを比較することによって、前記可動部の着地などの外
力による停止を検知するコンパレータを有する構造であ
るため、可動部の着地などの外力による停止を迅速かつ
正確に検知することができる。 （２） 前記（１）の結果、半導体装置の組立における
ワイヤボンディングにおいて、たとえば、機械的な接点
などによってボンディング工具の着地を機械的機構を用
いて検知する場合などに比較して、ボンディング工具の
着地検出が経時的に不安定となったり、応答速度が遅く
なることなどが回避される。その結果ボンディング工具
の昇降動作の制御を迅速かつ的確に行うことができる。
さらにまた、ボンディング工具をボンディング部位に押
圧することにより印加されるボンディング荷重などが適
正に維持されるとともに、ボンディング工具がボンディ
ング部位にソフトランディングするように調整できるた
め、ボンディング工具がボンディング部位に急激に着地
することによる衝突が回避され、信頼性の高いワイヤボ
ンディングを迅速に行うことができる。 さらに、上述した理由により、適正な荷重とタイミン
グによりワイヤボンディングされた半導体装置を得るこ
とができるため、高信頼度のワイヤボンディングがなさ
れた半導体装置を得ることができる。 （３） 前記（１）の結果、ボンディング工具の着地検
出装置の保守管理が不要となり、保守管理に要する時間
すなわちワイヤボンディング装置のメンテナンスしてい
る時間が削減でき、その削減時間分をワイヤボンディン
グ装置を稼働させておくことができる。そのため、ワイ
ヤボンディング装置の稼働率が向上される。 （４） 前記（１）〜（３）の結果、半導体装置の組立
におけるワイヤボンディングの生産性が向上される。 以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、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。 例えば、上述したワイヤボンディング方法、ワイヤボ
ンディング装置、かかるワイヤボンディング装置を使用
した半導体装置の製造工程（方法）は、ボンディング工
具としてウエッジを用いた超音波方式のワイヤボンディ
ング技術に関するものであった。この技術は、ワイヤボ
ンディング工具としてキャピラリ（capillary）を使用
するワイヤボンディング技術にも適用でき、同等な技術
的効果を奏するものである。すなわち、ワイヤボンディ
ング工具としてキャピラリを使用し、ボンディングワイ
ヤの先端にボールを形成し、ペレットにおけるボンディ
ングパッド（第１ボンディング部位）に上記ボールを有
するボンディングワイヤにワイヤボンディングしたの
ち、前記パッドに対応する外部リード（第２ボンディン
グ部位）にワイヤボンディングを旋こすボールボンディ
ングである。 この場合、ワイヤボンディング工具としてキャピラリ
を使用するワイヤボンディング技術としては、キャピラ
リを使用してボンディングワイヤを被ワイヤボンディン
グ体に熱圧着（thermocompression）を行なう熱圧着方
式のもの、熱圧着と、上記キャピラリに超音波振動を付
加してワイヤボンディングを行なう熱圧着方式と超音波
方式とを併用した方式のものがある。 また、ボンディングワイヤとしては、金（Au）細線，
アルミニウム（Al）細線，銅（Cu）細線など種々の材料
の金属細線を使用することができる。 以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であ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、それに限定
されるものではなく、可動部の変位などを正確に制御す
ることが必要とされる位置検出技術などに広く適用でき
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。 本発明は、ワイヤボンディング工具などの可動部の着
地などの外力による停止を、該可動部を変位させる位置
指令信号と、可動部の位置検出センサから得られる位置
信号との差を、所定のしきい値（基準値）と比較するこ
とで検知するコンパレータを設けることにより、可動部
の着地などの外力による停止が、たとえば機械的な接点
などの経時的に変化されやすい機構などを用いることな
く電気的に迅速かつ正確に検知されるようにしたもので
ある。さらに、本発明はこの技術をワイヤボンディング
方法およびワイヤボンディング装置ならびにワイヤボン
ディング装置を使用した半導体装置の製造方法に活用し
ている。
する。 〔従来の技術〕 たとえば、半導体装置の組立工程においてリードフレ
ーム（lead frame）のタブ（tab）上に固定されたペレ
ット（pellet）とリードフレームにおけるリード（lea
d）との間をボンディングワイヤ（bonding wire）によ
り電気的に接続する場合、ボンディングワイヤをペレッ
トのボンディングパッド（bonding pad）やリードフレ
ームに接続するための工具であるボンディング工具の、
前記ボンディングパッドやリードフレームへの着地位置
を正確に把握し、ボンディング工具の降下動作を正確に
停止させることが、ボンディング荷重を適性にしたり、
ボンディングパッドやリードフレームなどの上に降下さ
れるワイヤボンディング工具とペレットやリードフレー
ムとの強い機械的衝撃をともなう衝突を防止するなどの
観点から重要となる。 このため、ボンディング工具の着地検出には、たとえ
ばボンディング工具が固定されているボンディングアー
ム（bonding arm）が、上下動ブロック（block）に設け
られた回動軸に回転自在に装着されていることから、ボ
ンディング工具の着地によるボンディングアームの位置
変位を機械的な接点などで検知することが考えられる。 なお、ワイヤボンディング技術について説明されてい
る文献としては、株式会社工業調査会、昭和56年11月10
日発行「電子材料」1981年別冊p158〜p162がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のような機械的な接点をもってワ
イヤボンディング工具の着地検出を行なうワイヤボンデ
ィング装置では、ボンディング工具の着地に対する応答
速度が比較的遅く、さらに接点がくり返し使用されるこ
とにより、接点の摩耗などが発生し、接点の開放位置な
どが経時的に変化することは避けられないものである。
この結果ボンディング工具の着地位置が正確に検知でき
ず、ボンディング工具の昇降動作などが不安定となる、
いわゆるチャタリング（chattering）を生じたり、接点
の摩耗に対し、接点の補修や新しい接点との交換などの
保守管理によって装置の稼働時間が低下されるなど、種
々の欠点があることを本発明者は見いだした。 上記のようなボンディング工具の不安定で不正確な昇
降動作は、ボンディングワイヤとペレットのボンディン
グパッドおよびリードフレームとの接合不良、ペレット
のボンディング工具による損傷、破損などの発生の原因
となり、ワイヤボンディングの信頼性および、半導体装
置の信頼性を低下させるものである。 本発明の目的は、可動部の着地による停止を迅速かつ
正確に検知することができる半導体装置のワイヤボンデ
ィング方法を提供することにある。 本発明の前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。 〔問題点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
要はつぎの通りである。 すなわち、XYテーブル、上記XYテーブル上に設置され
たボンディングヘッド、上記ボンディングヘッドに設け
られた回転軸、上記XYテーブルのXY平面と実質的に直交
する揺動平面内で一体的に回転できるように一部分が上
記回転軸に支持されたボンディングアーム、上記ボンデ
ィングアームの上記回転軸に支持された一部分を境にし
て一方側に配置され上記ボンディングアームと一体的に
動ぐボンディング工具、上記ボンディングアームの上記
回転軸に支持された一部分を境にして他方側を直接駆動
するように連結されたリニアモータ、上記ボンディング
アームの上記揺動平面内における回転動作を上記ボンデ
ィングアームと非接触な状態において検出することが可
能な検出機構を有する位置検出用センサ、および上記リ
ニアモータをサーボ制御するモータ駆動部よりなるボン
ディング装置を使用して、ペレットのボンディンパッド
とこれに対応する外部リード部を上記ボンディング工具
によりボンディングワイヤで電気的に接続する半導体装
置のボンディング方法であって、上記ボンディング工具
の先端から上記ボンディングワイヤの一端が突出した状
態で上記モータ駆動部により上記ボンディング工具を降
下させて上記パッドに接近させるボンディング工具初期
降下工程、上記工程の後、上記位置検出用センサにより
得られた位置信号に基づいて、上記モータ駆動部により
上記ボンディング工具を上記ボンディング工具初期降下
工程より低速で降下させて上記ボンディング工具先端か
ら突出した上記ワイヤの上記先端部を上記パッドに接触
させるワイヤ先端着地工程、上記ワイヤ先端着地工程に
おいて、上記ボンディング工具を変位させる位置指令信
号と、上記パッドへの着地に対応する上記位置検出用セ
ンサから得られた上記位置信号との変異を所定の値と比
較することにより上記ワイヤの上記先端部が上記パッド
に着地したことを検出するワイヤ着地検出工程、上記ワ
イヤの上記先端部が上記パッドに着地した後に上記ワイ
ヤの着地検出結果に基づいて所定のボンディング荷重が
印加されるように上記モータ駆動部により上記リニアモ
ータを駆動することによって、上記パッドへのボンディ
ングを実行するボンディング加圧工程を含むことを特徴
とする半導体装置のワイヤボンディング方法。 〔作用〕 上記した手段によれば、可動部の着地（広義には外力
による停止）を電気的に検知できるため、たとえば機械
的な接点などの経時的に変化されやすい機構を用いなく
ともよいので、可動部の着地による停止を迅速かつ正確
に検知することができる。 〔実施例〕 第１図は、本発明の一実施例であるワイヤボンディン
グ工具の着地検出を行なう位置検出装置を有するワイヤ
ボンディング装置を示す説明図である。 第１図において、１は、図の左右方向および紙面に垂
直な方向（すなわち水平面においてＸ方向、Ｙ方向）に
移動自在なXYテーブル（table）を示している。XYテー
ブル１の上には、ボンディングヘッド（bonding head）
２が固定されている。 このボンディングヘッド２には、水平に設けられた回
転軸２を介してボンディングアーム（bonding arm）４
が支持され、垂直面内において回転軸３を支点として回
動自在に構成されている。 ボンディングアーム４の一端（右端）には、ボンディ
ングアーム４の電気的駆動源であるボイスコイル型リニ
アモータ５が変位方向を垂直方向にして機械的に連結さ
れており、上下方向の付勢力をボンディングアーム４の
右端に作用させることによって、ボンディングアーム４
が回転軸３を中心として適宜揺動（swing）される構造
とされている。 ボンディングアーム４の他端（左端）部には、ホーン
６を介してウエッジ（wedge）７（ボンディング工具:bo
nding tool）が固定されており、ボンディングアーム４
の揺動によってウエッジ７が上下動されるように構成さ
れ、さらにウエッジ７にはホーン６を介して超音波発振
源８から超音波振動が印加されウエッジ７が超音波振動
させる構造とされている。 そして、ボンディングアーム４の揺動、すなわちウエ
ッジ７の上下動とXYテーブル１の水平面内におけXY方向
の移動とを適宜組み合わせることによって、ウエッジ７
の下方に設けられた試料を回転移動させらる回転テーブ
ル９に載置されるリードフレーム10（第２の部位）と該
リードフレーム10に固着されたペレット11（第１の部
位）とがウエッジ７の下端部に挿通されているボンディ
ングワイヤ12によって電気的に接続される作業が行われ
るものである。ペレット11はトランジスタ,IC,LSIなど
の半導体素子が形成されているシリコンなどの半導体ペ
レットである。また、ボンディングヘッド２には、差動
トランスなどで構成される位置検出用センサ13およびボ
イスコイルなどで構成される速度検出用センサ14がボン
ディングアーム４に連結して設けられており、ボンディ
ングアーム４の回動位置および回動速度に基づいてボン
ディングアーム４にホーン６を介して固定されたウエッ
ジ７の上下動における実際の位置および速度が検知され
る構造とされている。 そして、位置検出用センサ13および速度検出用センサ
14からそれぞれ得られるウエッジ７の位置信号13aおよ
び速度信号14aはモータ駆動部（モータを駆動する回路
部）15に帰還され、制御部16からモータ駆動部15に伝達
される位置指令信号16aが、位置信号13aおよび速度信号
14aによって順次差動増幅された後、ボイスコイル型リ
ニアモータ５に入力され、リニアモータ５を制御するこ
とにより、リニアモータ５の変位に照合した変位を行な
うウエッジ７の昇降動作における位置および速度などが
正確に制御される構造とされている。 この位置指令信号16aは、電気信号であり、モータ駆
動回路15を介してモータ５に入力されている。モータ５
の変位軸の上下動によって、これと連結されているボン
ディングアーム４の右端が支点３を中心として揺動され
る。その結果、ボンディングアーム４の左端に連結して
いるホーン６を介してウエッジ７がボンディングアーム
４の揺動に対応して上下動する。 したがって、位置指令信号16aは、ウエッジ７の上下
動作の位置変位とその位置変位速度を規定するものであ
る。それゆえ、位置指令信号16aにはウエッジ７の上下
動作の位置変位情報成分と、その位置変位の上下動作速
度成分とが含まれている。 上述したことはまた、ウエッジ７の上下動作の位置変
位とその位置変位速度（換言すればある位置から別の位
置へウエッジ７が移動する間の速度）とを調整すること
により、ウエッジ７の上下動作を調整することができ
る。 この場合、前記モータ駆動部15には、コンパレータ17
が接続されており、モータ駆動部15に入力される位置指
令信号16aと位置信号13aとの差として得られる差分信号
Ｄと、しきい値（基準値）保持部18に予め設定されたし
きい値（基準値）信号18aとを比較することによって、
ウエッジ７のリードフレーム10（第２ボンディング部
位）およびペレット11（第１ボンディング部位）に対す
る着地位置が電気的に検知され、着地信号17aが制御部1
6に伝達されるように構成されている。 以下、本実施例のワイヤボンディング装置の作用およ
び本実施例のワイヤボンディング装置を使用した半導体
装置の製造工程（方法）を説明する。 まず、回転テーブル９に被ワイヤボンディング体を載
置する。次に、制御部16からの第２図Ａに示すようなウ
エッジ７が昇降させるための電気信号である位置指令信
号16aが、モータ駆動部15を介してボンディングアーム
４を上下動させる駆動源であるボイスコイル型リニアモ
ータ５に伝達され、その結果ボンディングアーム４の右
端が時計回りに所定の角度だけ回動され、その結果、ア
ーム４の動きに対応した変位を行なうウエッジ７は所定
の高さに上昇されるとともに、XYテーブル１が駆動さ
れ、ウエッジ７はリードフレーム10に固着されたペレッ
ト11のボンディングパッド（第１ボンディング部位）の
直上に位置決めされる。 次にボンディングアーム４の右端は反時計回りに回動
され、ウエッジ７は、降下の初期には高速ワイヤボンデ
ィングを行なう目的で高速に、ペレット11に接触する直
前ではウエッジ７がパッドにソフトランディングする目
的で減速され、ペレット11の上に降下される。 この時の位置指令信号16aとウエッジ７の実際の位置
を位置検出用センサにより検出した位置信号13aとを比
較して示したものが第２図Ａである。第２図Ｂには、置
指令信号16aと位置信号13aとの差として得られる差動信
号Ｄの変化が示されている。 同図に示されるように、ウエッジ７の降下動作の初期
においては、慣性（inertia）などによってウエッジ７
の実際の変位が電気信号である位置指令信号16aに即時
に追随せず差動信号Ｄは正となる。そして、ウエッジ７
の下降における減速時には、ウエッジ７の実際の変位
が、この時点では位置指令信号16aの値と実際のウエッ
ジ７の変位した値とが近似的に一致し、差動信号Ｄは零
に近い値となる。ウエッジ７がさらに降下し、ペレット
11のボンディングパッドに着地してウエッジ７の実際の
変位が停止されると、電気信号である位置指令信号16a
のみがウエッジ７をさらに降下させようとする方向にそ
の値が増大し、位置信号13aと位置指令信号16aとの差で
ある差動信号Ｄは正側に増大しはじめる。この場合、ウ
エッジ７はボンディングパッドに着地した位置からそれ
以上に降下せず、着地した位置にとどまっている。コン
パレータ17においては、この差動信号Ｄがしきい値18a
と等しくなった時に、着地信号17aを制御部16に伝達
し、制御部16においては、ウエッジ７がペレット11に対
して所定の荷重で押圧されるように、すなわち、ボンデ
ィングワイヤにワイヤボンディング荷重が印加されるよ
うにさらに所定の時間だけ所定の値に位置指令信号16a
が増大され、ウエッジ７の下端部に挿通されたボンディ
ングワイヤ12の先端部がペレット11に所定の荷重で押圧
されるとともにホーン６を介して超音波発振部８から超
音波振動がウエッジ７に印加され、ボンディングワイヤ
12の先端部がペレット11のボンディングパッドに固着さ
れる。 次に、ボンディングアーム４は時計回り方向に回動さ
れるとともにXYテーブル１は回転テーブル９から遠ざか
る方向に移動され、ウエッジ７はボンディングワイヤ12
を繰り出しながら所定の軌跡を描いてリードフレーム10
のボンディング部位（第２ボンディング個所）に降下
し、前記のペレット11の側における場合と同様に差動信
号Ｄとしきい値（基準値）18aとを比較することによっ
てウエッジ７のリードフレーム10に対する着地位置が正
確に検知され、ウエッジ７の下端部に挿通されたボンデ
ィングワイヤ12の下面部がリードフレーム10のボンディ
ング部位に押圧されるとともにホーン６を介して超音波
振動がウエッジ７を通してボンディングワイヤに印加さ
れ、ボンディングワイヤ12の下面部がリードフレーム11
のボンディング部位に固着される。 そして、ボンディングワイヤ12の繰り出しを停止した
状態でボンディングアーム４が時計回りに回動され、ウ
エッジ７が上昇されるとともにXYテーブル１が回転テー
ブル９から遠ざかる方向に移動される。この時、リード
フレーム10の前記ボンディング部位の近傍でボンディン
グワイヤをクランパーにより挾持し、クランパーがボン
ディングワイヤを引張ることにより、ボンディングワイ
ヤ12が切断される。 その後、回転テーブル９が所定の角度だけ回動され、
次のワイヤボンディングの準備がなされる。 上記の一連の操作を繰り返すことによってリードフレ
ーム10における複数のリードと該リードフレーム10のタ
ブに固着されたペレット11の複数のボンディングパッド
との間の電気的な接続が達成される。これにより被ワイ
ヤボンディング体のワイヤボンディングが達成される。 このように、本実施例においては、ボンディングアー
ム４の回動動作によって昇降されるウエッジ７のペレッ
ト11およびリードフレーム10に対する着地位置が、位置
検出用センサ13から得られ、実際のウエッジ７の位置を
位置検出用センサにより検出し、その位置に対応した位
置信号13aとウエッジ７を上下動するための電気的信号
である位置指令信号16aとの差である差動信号Ｄを、コ
ンパレータ17において所定のしきい値（基準値）18aと
比較することによって、ウエッジ７の着地位置を電気的
に検知される構造である。そのため、たとえば、機械的
な接点などによってウエッジ７の着地位置を検知する場
合などに比較して、ウエッジ７の着地の検出が経時的に
不安定となったり、応答速度が遅くなることなどが回避
される。その結果、ウエッジ７が着地に対応する電気信
号をウエッジ７の制御に利用することによりウエッジ７
の昇降動作の制御を迅速かつ的確に行うことができる。 このため、ウエッジ７をリードフレーム10やペレット
11などに押圧することにより調整されるボンディング荷
重などが適正に維持される。さらにまた、ウエッジ７の
下端部とリードフレーム10およびペレット11などとの強
い機械的衝撃をともなう衝突が回避され、信頼性の高い
ワイヤボンディングが迅速に行われる。これにともな
い、ペレットやリードフレームにワイヤボンディング時
の損傷や破損のない半導体装置の製造法がえられ、高信
頼度の半導体装置を得ることができる。 さらに、ウエッジ７の着地検出が、機械的な機構など
を用いることなく、位置検出用センサ13およびコンパレ
ータ17などを用いて電気的に行われるため、保守管理が
不要となる。さらに、同じ理由により、ワイヤボンディ
ング装置の稼働率が向上される。 以上説明したように、本願において開示された新規な
技術によれば、以下に述べる降下を得ることができる。 （１） 可動部を変位させる制御信号である位置指令信
号と、該可動部の位置を検出する位置検出用センサから
得られる位置信号との差を、所定のしきい値（基準値）
とを比較することによって、前記可動部の着地などの外
力による停止を検知するコンパレータを有する構造であ
るため、可動部の着地などの外力による停止を迅速かつ
正確に検知することができる。 （２） 前記（１）の結果、半導体装置の組立における
ワイヤボンディングにおいて、たとえば、機械的な接点
などによってボンディング工具の着地を機械的機構を用
いて検知する場合などに比較して、ボンディング工具の
着地検出が経時的に不安定となったり、応答速度が遅く
なることなどが回避される。その結果ボンディング工具
の昇降動作の制御を迅速かつ的確に行うことができる。
さらにまた、ボンディング工具をボンディング部位に押
圧することにより印加されるボンディング荷重などが適
正に維持されるとともに、ボンディング工具がボンディ
ング部位にソフトランディングするように調整できるた
め、ボンディング工具がボンディング部位に急激に着地
することによる衝突が回避され、信頼性の高いワイヤボ
ンディングを迅速に行うことができる。 さらに、上述した理由により、適正な荷重とタイミン
グによりワイヤボンディングされた半導体装置を得るこ
とができるため、高信頼度のワイヤボンディングがなさ
れた半導体装置を得ることができる。 （３） 前記（１）の結果、ボンディング工具の着地検
出装置の保守管理が不要となり、保守管理に要する時間
すなわちワイヤボンディング装置のメンテナンスしてい
る時間が削減でき、その削減時間分をワイヤボンディン
グ装置を稼働させておくことができる。そのため、ワイ
ヤボンディング装置の稼働率が向上される。 （４） 前記（１）〜（３）の結果、半導体装置の組立
におけるワイヤボンディングの生産性が向上される。 以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、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。 例えば、上述したワイヤボンディング方法、ワイヤボ
ンディング装置、かかるワイヤボンディング装置を使用
した半導体装置の製造工程（方法）は、ボンディング工
具としてウエッジを用いた超音波方式のワイヤボンディ
ング技術に関するものであった。この技術は、ワイヤボ
ンディング工具としてキャピラリ（capillary）を使用
するワイヤボンディング技術にも適用でき、同等な技術
的効果を奏するものである。すなわち、ワイヤボンディ
ング工具としてキャピラリを使用し、ボンディングワイ
ヤの先端にボールを形成し、ペレットにおけるボンディ
ングパッド（第１ボンディング部位）に上記ボールを有
するボンディングワイヤにワイヤボンディングしたの
ち、前記パッドに対応する外部リード（第２ボンディン
グ部位）にワイヤボンディングを旋こすボールボンディ
ングである。 この場合、ワイヤボンディング工具としてキャピラリ
を使用するワイヤボンディング技術としては、キャピラ
リを使用してボンディングワイヤを被ワイヤボンディン
グ体に熱圧着（thermocompression）を行なう熱圧着方
式のもの、熱圧着と、上記キャピラリに超音波振動を付
加してワイヤボンディングを行なう熱圧着方式と超音波
方式とを併用した方式のものがある。 また、ボンディングワイヤとしては、金（Au）細線，
アルミニウム（Al）細線，銅（Cu）細線など種々の材料
の金属細線を使用することができる。 以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であ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、それに限定
されるものではなく、可動部の変位などを正確に制御す
ることが必要とされる位置検出技術などに広く適用でき
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。 本発明は、ワイヤボンディング工具などの可動部の着
地などの外力による停止を、該可動部を変位させる位置
指令信号と、可動部の位置検出センサから得られる位置
信号との差を、所定のしきい値（基準値）と比較するこ
とで検知するコンパレータを設けることにより、可動部
の着地などの外力による停止が、たとえば機械的な接点
などの経時的に変化されやすい機構などを用いることな
く電気的に迅速かつ正確に検知されるようにしたもので
ある。さらに、本発明はこの技術をワイヤボンディング
方法およびワイヤボンディング装置ならびにワイヤボン
ディング装置を使用した半導体装置の製造方法に活用し
ている。
【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
工具の着地検出を行なう位置検出装置を備えたワイヤボ
ンディング装置を示す説明図、 第２図Ａは、ボンディング工具に対する位置指令信号と
ボンディング工具の実際の位置を示す位置信号とを比較
して示す線図、 第２図Ｂは、位置指令信号と位置信号との差として得ら
れる差動信号の変化を示す線図である。 １……XYテーブル、２……ボンディングヘッド、３……
回転軸、４……ボンディングアーム、５……ボイスコイ
ル型リニアモータ、６……ホーン、７……ウエッジ（可
動部）、８……超音波発振部、９……回転テーブル、10
……リードフレーム（第２の部位）、11……ペレット
（第１の部位）、12……ボンディングワイヤ、13……位
置センサ、13a……位置信号、14……速度センサ、14a…
…速度信号、15……モータ駆動部、16……制御部、16a
……位置指令信号、17……コンパレータ、17a……着地
信号、18……しきい値保持部、18a……しきい値、Ｄ…
…差動信号。
工具の着地検出を行なう位置検出装置を備えたワイヤボ
ンディング装置を示す説明図、 第２図Ａは、ボンディング工具に対する位置指令信号と
ボンディング工具の実際の位置を示す位置信号とを比較
して示す線図、 第２図Ｂは、位置指令信号と位置信号との差として得ら
れる差動信号の変化を示す線図である。 １……XYテーブル、２……ボンディングヘッド、３……
回転軸、４……ボンディングアーム、５……ボイスコイ
ル型リニアモータ、６……ホーン、７……ウエッジ（可
動部）、８……超音波発振部、９……回転テーブル、10
……リードフレーム（第２の部位）、11……ペレット
（第１の部位）、12……ボンディングワイヤ、13……位
置センサ、13a……位置信号、14……速度センサ、14a…
…速度信号、15……モータ駆動部、16……制御部、16a
……位置指令信号、17……コンパレータ、17a……着地
信号、18……しきい値保持部、18a……しきい値、Ｄ…
…差動信号。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石井 康
青梅市藤橋３丁目３番２ 日立東京エレ
クトロニクス株式会社内
(72)発明者 日高 秀樹
青梅市藤橋３丁目３番２ 日立東京エレ
クトロニクス株式会社内
(72)発明者 土屋 邦浩
青梅市藤橋３丁目３番２ 日立東京エレ
クトロニクス株式会社内
(56)参考文献 特開 昭57−84143（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−140278（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−102753（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−114541（ＪＰ，Ａ)
特公 昭58−55664（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．XYテーブル、 上記XYテーブル上に設置されたボンディングヘッド、 上記ボンディングヘッドに設けられた回転軸、 上記XYテーブルのXY平面と実質的に直交する揺動平面内
で一体的に回転できるように一部分が上記回転軸に支持
されたボンディングアーム、 上記ボンディングアームの上記回転軸に支持された一部
分を境にして一方側に配置され上記ボンディングアーム
と一体的に動くボンディング工具、 上記ボンディングアームの上記回転軸に支持された一部
分を境にして他方側を直接駆動するように連結されたリ
ニアモータ、 上記ボンディングアームの上記揺動平面内における回転
動作を上記ボンディングアームと非接触な状態において
検出することが可能な検出機構を有する位置検出用セン
サ、および 上記リニアモータをサーボ制御するモータ駆動部よりな
るワイヤボンディング装置を使用して、 ペレットのボンディンパッドとこれに対応する外部リー
ド部を上記ボンディング工具によりボンディングワイヤ
で電気的に接続する半導体装置のワイヤボンディング方
法であって、 上記ボンディング工具の先端から上記ボンディングワイ
ヤの一端が突出した状態で上記モータ駆動部により上記
ボンディング工具を降下させて上記パッドに接近させる
ボンディング工具初期降下工程、 上記工程の後、上記位置検出用センサにより得られた位
置信号に基づいて、上記モータ駆動部により上記ボンデ
ィング工具を上記ボンディング工具初期降下工程より低
速で降下させて上記ボンディング工具先端から突出した
上記ワイヤの上記先端部を上記パッドに接触させるワイ
ヤ先端着地工程、 上記ワイヤ先端着地工程において、上記ボンディング工
具を変位させる位置指令信号と、上記パッドへの着地に
対応する上記位置検出用センサから得られた上記位置信
号との変異を所定の値と比較することにより上記ワイヤ
の上記先端部が上記パッドに着地したことを検出するワ
イヤ着地検出工程、 上記ワイヤの上記先端部が上記パッドに着地した後に上
記ワイヤの着地検出結果に基づいて所定のボンディング
荷重が印加されるように上記モータ駆動部により上記リ
ニアモータを駆動することによって、上記パッドへのボ
ンディングを実行するボンディング加圧工程を含むこと
を特徴とする半導体装置のワイヤボンディング方法。 ２．上記リニアモータは、ボイスコイル型リニアモータ
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体装置のワイヤボンディング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62042681A JP2765833B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 半導体装置のワイヤボンディング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62042681A JP2765833B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 半導体装置のワイヤボンディング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211640A JPS63211640A (ja) | 1988-09-02 |
| JP2765833B2 true JP2765833B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=12642772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62042681A Expired - Fee Related JP2765833B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 半導体装置のワイヤボンディング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2765833B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109804461A (zh) * | 2016-10-08 | 2019-05-24 | 华封科技有限公司 | 半导体封装设备及其控制方法和控制装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2537672B2 (ja) * | 1988-10-18 | 1996-09-25 | 株式会社新川 | ボンデイング面高さ検出装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1987
- 1987-02-27 JP JP62042681A patent/JP2765833B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211640A (ja) | 1988-09-02 |
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