JP2971362B2 - ボンディング装置 - Google Patents

ボンディング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体電子装置の予
定されたボンディングパッドと、半導体電子装置が整列
されているフレーム上に形成された各接触リードとの間
に電子接続を形成するボンディング装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体電子装置の製造において、半導体
装置、すなわち時には型として説明される適宜にドープ
したシリコンの薄片、は電気接点を設定するリード線が
当然に設けられなければならない。
【０００３】このために、シリコン薄片は、適宜な打抜
きによる等の最終的に電子装置のリード線に形成される
部分によって他のものゝ中に形成された非常に薄い金属
フレーム上に固定して置かれる。
【０００４】各リード線と各シリコンパッドの間の電子
接続は、ワイヤ導体を置いてシリコンパッドとリード線
の両者にワイヤ導体をボンディングすることによって形
成される。一般的に、ボンディングワイヤは金で造ら
れ、ボンディング（ボンディング）は超音波処理であ
る。
【０００５】この操作は、概念的には簡単であるが、形
成されるべき接続部が微小寸法で数が多いことによって
非常に厳格に造られ、この様な接続部の一般的な数は側
部が２ｃｍ以下の方形の周辺に広がった数百個もの数の
接続部と成る。１つの電子装置に形成される数百個の接
続部の内のたった１つの不都合な接続部が電子装置全体
を廃棄にするために、間違いにおける許容される余地は
全く無いことが注意される。更に、全接続部を形成する
よう要する時間は、大量生産がもし求められるならば、
出来るだけ短くしなければならない。
【０００６】ボンディング（接合）はＸ−Ｙテーブル上
に取付けられたヘッドによって行われ、これは実際に２
つの空間座標Ｘ、Ｙに沿って制御可能な平面内を移動で
きる機構である。テーブルは、必要な高い精度を確実に
するために、接続部当り１００〜２００マイクロ秒の値
の非常に高速度で作動出来るものが知られており、シリ
コンに接続し、ワイヤを置き、リード線にボンディング
し、ワイヤを切断する等の作動を含んでいる。この型の
テーブルは以下に非常に高い精度のテーブルとして記載
されよう。
【０００７】接続部が電子装置に一旦造られると、接続
部が造られるべき次の電子装置がボンディングヘッドの
範囲内に持って来れるよう十分離れて前方にフレームが
割出される。
【０００８】金属フレームは相互に整列した一組の同一
電子装置を実際に収容している。与えられた数の電子装
置における接続部の完了で、全電子装置は次の工程に移
されて、リード線を覆うよう電子装置の上に絶縁樹脂が
掛けられる。フレームは決められた長さにすることが出
来るし、また弾性条片の形にして好意的に設けられたリ
ールに収めて置いて連続的に前方に供給し、間隔を置い
て切断するよう出来ることが注意される。
【０００９】樹脂を掛ける工程は、樹脂材料を掛けて硬
化させるために相当な時間が掛かり全工程の欠陥と成る
ことがしばしば見られる。
【００１０】従って、フレームは、電子装置が一列でな
く二列に整列出来るように改良されている。
【００１１】もし、電子装置が１センチメートル以下と
非常に小さいと、通常の機械は整列した電子装置の組を
過度な困難なく取り扱うことが出来る。
【００１２】併し、大きな寸法の電子装置では、作動で
きる作業範囲が許容できない大きさに精度を落としてし
まうことを避けるよう処理ヘッドが減速されなければな
らない。この様な減速は樹脂を掛ける工程で得られる利
点を損なうほどにしばしば十分であり、従って、組に成
った電子装置の控えるべき設定に共通している。
【００１３】この発明の基本的な問題は、電子装置が単
一の列に配置される時に得られるべき処理速度と精度と
に比較出来る処理速度と精度とを維持して、ボンディン
グすべき幾つかの電子装置をフレームに整列して置くよ
う出来ることである。
【００１４】この様な問題は、この発明に従って、半導
体電子装置が整列されているフレームが載置されるＸ−
Ｙ方向の作業面と作業面の上方に位置するブラケットと
を含む支持構造と、Ｙ軸方向に移動自在にブラケットか
ら吊り下げられたキャリッジと、キャリッジをＹ軸方向
に移動させる移動装置と、キャリッジから吊り下げられ
ると共にＸ軸方向及びＹ軸方向の作動のための駆動装置
を有するＸ−Ｙテーブルと、作業面に対向するようにＸ
−Ｙテーブルに支持されたボンディングヘッドとを備え
たことを特徴とするボンディング装置によって解決され
る。
【００１５】この様な電子装置において、ボンディング
ヘッドは、単一装置において寸法が決められた作業範囲
内でいつも作動する。整列配置された複数個の電子装置
に接続部を造るために、ボンディングヘッドの作業範囲
が夫々の時にボンディングすべき電子装置によって占め
られる領域に及ぶようにボンディングヘッドがキャリッ
ジによって移動される。
【００１６】この様な装置の使用によって、接続部は２
列以上の整列した電子装置に均等に形成することが出来
る。
【００１７】明らかに成る様に、Ｘ−Ｙテーブルを動か
すキャリッジの移動と、Ｘ−Ｙテーブルによるボンディ
ングヘッドの作業範囲はＸ−Ｙテーブル自体を動かす時
の様に制限されず、全てにおける比較的に粗い設定が必
要とされる。
【００１８】横方向の作業範囲、従って、処理出来る整
列した電子装置の数、を最大にするために、キャリッジ
は、フレームの上に位置する支持構造の一部から好適に
は吊り下げられ、尚、好適には、Ｘ−Ｙテーブルも次に
キャリッジから吊り下げられる。
【００１９】この様な具合に、機械的慣性力の問題を生
じることのある特別に長いアームをボンディングヘッド
が有する必要が無い小型の構造を設けることが出来る。
【００２０】ボンディングヘッドは幾つかの型のいずれ
にも出来る。好適には、ボンディングヘッドは、管状の
ボンディングビットと、ボンディングビットの内側に形
成された供給溝路と、供給溝路を通って供給されるボン
ディングワイヤと、ボンディングビットを垂直方向に動
かしてボンディングビットをボンディングパッドと接触
リード線に押圧する昇降装置と、ボンディングビットに
超音波振動を与える装置とを有している。
【００２１】昇降装置は幾つかの型のいずれにもするこ
とが出来、例えば、好適な実施例では、昇降装置は、ボ
ンディングビットに枢着されて垂直面内を移動できる揺
動アームを有しており、ボンディングビットが揺動アー
ムの一端に取付けられている。
【００２２】この発明に従った他の特徴と利点は添付図
面に関連して行われる推奨実施例に就いての以下の詳細
な説明から明らかになろう。
【００２３】
【実施例】図面において、符号１は、作業面３が形成さ
れた支持構造２を有するボンディング装置を示してい
る。３つの直交軸Ｘ、Ｙ、Ｚが支持構造２上に規定され
ており、作業面３は、Ｘ軸とＹ軸と垂直方向を示すＺ軸
に沿って延びている。
【００２４】作業面３の上には電子装置Ｄが配置される
フレームＴが設けられている。電子装置ＤはフレームＴ
上に配列されていて、縦列がＸ軸方向に位置していて横
列がＹ軸方向に位置している。フレームＴは図示しない
通常の手段によってＸ軸方向に沿って作業面３を横切っ
て前進する。Ｘ軸方向はこゝでは縦方向と呼ばれ、Ｙ軸
方向はフレームＴの前進方向に対して横方向と呼ばれ
る。
【００２５】支持構造２は、作業面３の上に配置されて
Ｘ−Ｙテーブル５上に取付けられたボンディングヘッド
４を支持している。Ｘ−Ｙテーブル５は非常に精度が高
いもので、Ｘ軸方向とＹ軸方向の作動のための駆動装置
を有しており、図示実施例では、この様な駆動装置は夫
々電動機８、９によって回転される駆動ウォームねじ
６、７を有している。Ｘ−Ｙテーブル５は周知のもので
あるので、詳しくは図示説明しない。
【００２６】Ｘ−Ｙテーブル５は支持構造２に直接に取
付けられずに、支持構造２のＹ軸に沿った作動のために
案内されるようキャリッジ１０に取付けられている。こ
のために、キャリッジ１０にはウォームねじ機構１１と
電動機１２とが設けられている。キャリッジ１０は支持
構造２のブラケット１３の下に取付けられており、Ｘ−
Ｙテーブル５はキャリッジ１０の下に取付けられてい
る。従って、ボンディングヘッド４は吊下げ型のもので
ある。
【００２７】また、ボンディングヘッド４は通常の様に
出口１６で終わっている供給溝路１５が形成されたほゞ
管状のボンディングビット１４を有している。
【００２８】金のボンディングワイヤ１７が供給溝路１
５を通って供給される。ボンディングビット１４は、ボ
ンディングヘッド４に枢着されたスイングアーム１８の
頂端部に垂直面内を移動可能に取付けられている。昇降
装置（図示しない）はＺ軸と大体同一方向のボンディン
グビット１４の作動を生じるようスイングアーム１８を
駆動する。ボンディングビット１４に超音波振動を作用
してボンディングワイヤ１７がボンディングされた継ぎ
目を形成するようボンディングヘッド４に別の装置（図
示しない）が設けられている。
【００２９】ボンディング装置１の作動は以下に説明さ
れる工程を介して周期的に行う。
【００３０】作業面３上に固定保持されたフレームＴ
と、支持構造２に固定されたキャリッジ１０によって、
ボンディングヘッド４の作業範囲は、ボンディングが行
われる選ばれた電子装置Ｄ１を覆っている。Ｘ−Ｙテー
ブル５はボンディングヘッド４を水平方向に動かすの
で、昇降装置はボンディングビット１４をボンディング
ヘッド４上で垂直方向に動かす。
【００３１】電子装置Ｄ１の全てのボンディング連結の
終了で、ボンディングヘッド４の作業範囲が電子装置Ｄ
１と同一の横列であるが異なった縦列に位置された電子
装置Ｄ２に跨るよう入れ換え出来るようキャリッジ１０
を駆動するよう電動機１２が作動される。電子装置Ｄ２
におけるボンディング連結が終了されると、ボンディン
グヘッド４は次の電子装置に移動され、電子装置Ｄの全
ての列が加工される。その後に、フレームＴが前進され
て別の列が持ってこられる。
【００３２】ボンディング作業は通常の具合に単一の電
子装置Ｄにおいて行われる。併し、図面の図２乃至図８
を参照して、明確にするためにボンディング作業を概略
的に示すよう適用出来る。
【００３３】最初の工程（図２）の際に、ボンディング
ビット１４を通過したボンディングワイヤ１７は端拡大
部１７ａが形成されて、電子装置Ｄ上に設けられたボン
ディングパッドＡに持って来られる。
【００３４】端拡大部１７ａは次いでボンディングパッ
ドＡの上に押圧されて（図３）、ボンディングビット１
４に超音波振動が付与されて、これによってボンディン
グワイヤ１７がボンディングパッドＡにボンディングさ
れる。
【００３５】ボンディングビット１４は次いで持ち上げ
られて、電子装置Ｄに取付けられる迄、ボンディングワ
イヤ１７がそのまゝ置かれて供給溝路１５を通って自由
に送られる（図４）。
【００３６】再び、ボンディングワイヤ１７の抑制され
ない動きによって、ボンディングパッドＡが電気的に接
続されるリード線Ｌの上にボンディングビット１４を持
ってくるようＸ−Ｙテーブル５が次いで動かされる（図
５）。
【００３７】ボンディングビット１４は次いで下げられ
てリード線Ｌの上に押圧される（図６）。出口１６から
のボンディングワイヤ１７の押圧とボンディングビット
１４に付与された超音波振動との組合った作用がボンデ
ィングを構成しよう。
【００３８】次に、いまは電子装置Ｄに取付けられたボ
ンディングワイヤ１７と共にボンディングビット１４が
幾分持ち上げられて、供給溝路１５を自由に通されて
（図７）、その後に、ボンディングワイヤ１７の移動が
検査され、従って、ボンディングワイヤ１７自体が丁度
完了したボンディング継ぎ目の位置から離れるよう引っ
張られる。
【００３９】最後に、端拡大部１７ａを再生するよう引
張りで残ったボンディングワイヤ１７と共にボンディン
グビット１４が特別な工具１９の上に押圧されて新しい
ボンディングサイクルが開始される（図８）。
【００４０】先に述べた様に、上述のサイクルは非常に
短時間に、一般に１００〜２００ミリセカンド内で完了
される。従って、Ｘ−Ｙテーブル５に対する駆動装置が
非常に制限されたもので、電子装置がどうしても小さな
作業領域を示すよう電子装置の寸法が小さいので、一列
より多くの横に並んだ電子装置の多数の列をフレーム上
で作業するのが従来は不可能であり、良くても２列まで
ゞある理由であることが明らかである。
【００４１】他方、この発明はどんな数の横に並んだ列
や電子装置の寸法でも作動でき、実際に、ボンディング
ヘッドの作業範囲は拡張されず、単に横方向に移される
だけである。従って、横に並んだ列の数は他の要件、例
えばボンディングされた電子装置を支持するフレーム上
に絶縁樹脂を注入する等の一般的な後の処理工程を最適
にするよう任意に選ぶことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従ったボンディング装置を概略的に
示す斜視図である。
【図２】ワイヤー導体を設ける第１の工程を示す概要図
である。
【図３】ワイヤー導体を設ける第２の工程を示す概要図
である。
【図４】ワイヤー導体を設ける第３の工程を示す概要図
である。
【図５】ワイヤー導体を設ける第４の工程を示す概要図
である。
【図６】ワイヤー導体を設ける第５の工程を示す概要図
である。
【図７】ワイヤー導体を設ける第６の工程を示す概要図
である。
【図８】ワイヤー導体を設ける第７の工程を示す概要図
である。
【符号の説明】
１ ボンディング装置 ２ 支持構造 ３ 作業面 ４ ボンディングヘッド ５ Ｘ−Ｙテーブル ６ ウォームねじ ７ ウォームねじ ８ 電動機 ９ 電動機 １０ キャリッジ １１ ウォームねじ機構 １２ 電動機 １４ ボンディングビット １５ 溝路 １６ 出口 １７ ボンディングワイヤ １８ アーム Ａ ボンディングパッド Ｄ 電子装置 Ｌ リード線 Ｔ フレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−144338（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−100062（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−177732（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−97220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 301

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体電子装置(D)が整列されているフ
    レーム(T)が載置されるＸ−Ｙ方向の作業面(3)と作業面
    の上方に位置するブラケット(13)とを含む支持構造(2)
    と、 Ｙ軸方向に移動自在にブラケット(13)から吊り下げられ
    たキャリッジ(10)と、 キャリッジ(10)をＹ軸方向に移動させる移動装置(11,1
    2)と、 キャリッジ(10)から吊り下げられると共にＸ軸方向及び
    Ｙ軸方向の作動のための駆動装置(6,7,8,9)を有するＸ
    −Ｙテーブル(5)と、 作業面(3)に対向するようにＸ−Ｙテーブル(5)に支持さ
    れたボンディングヘッド(4)とを備えたことを特徴とす
    るボンディング装置。
  2. 【請求項２】 ボンディングヘッド(4)は管状のボンデ
    ィングビット(14)と、ボンディングビット(14)の内側に
    形成された供給溝路(15)と、供給溝路(15)を通って供給
    されるボンディングワイヤ(17)と、ボンディングビット
    (14)を垂直方向に動かしてボンディングビット(14)をボ
    ンディングパッド(A)と接触リード線(L)に押圧する昇降
    装置(18)と、ボンディングビット(14)に超音波振動を与
    える装置とを有している請求項１記載のボンディング装
    置。
  3. 【請求項３】 昇降装置(18)は、ボンディングビット(1
    4)に枢着されて垂直面内を移動できる揺動アーム(18)を
    有し、ボンディングビット(14)が揺動アーム(18)の一端
    に取付けられている請求項２記載のボンディング装置。
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