JP3060852B2 - Wire bonding method - Google Patents

Wire bonding method

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JP3060852B2 JP6242784A JP24278494A JP3060852B2 JP 3060852 B2 JP3060852 B2 JP 3060852B2 JP 6242784 A JP6242784 A JP 6242784A JP 24278494 A JP24278494 A JP 24278494A JP 3060852 B2 JP3060852 B2 JP 3060852B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、キャピラリツールによ
りワイヤの下端部のボールをチップの上面の電極にボン
ディングするワイヤボンディング方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wire bonding method for bonding a ball at a lower end of a wire to an electrode on an upper surface of a chip by a capillary tool.

【０００２】[0002]

【従来の技術】電子部品の製造工程において、キャピラ
リツールによりワイヤの下端部のボールをチップの上面
の電極にボンディングするワイヤボンディングが行われ
る。ワイヤボンディング装置は、キャピラリツールを保
持するボンディングアームや、このボンディングアーム
を上下方向に揺動させるためのモータなどを備えてお
り、モータを駆動してボンディングアームを上下方向に
揺動させながら、ワイヤボンディングを行うようになっ
ている。2. Description of the Related Art In a process of manufacturing an electronic component, wire bonding is performed by using a capillary tool to bond a ball at a lower end portion of a wire to an electrode on an upper surface of a chip. The wire bonding apparatus includes a bonding arm for holding a capillary tool, a motor for swinging the bonding arm in a vertical direction, and the like. Bonding is performed.

【０００３】一般に、チップは多数個（数１０個以上、
あるいは１００個以上）の電極を有しており、すべての
電極にワイヤをボンディングする必要があることから、
ワイヤボンディングには高速性が要求される。したがっ
てボンディングアームは高速度で上下方向に揺動される
が、キャピラリツールが高速度でチップの上面の電極に
着地すると、チップやワイヤの下端部のボールがダメー
ジを受け、最悪の場合にはチップやボールが破壊されて
しまうという不都合が生じる。In general, a large number of chips (several tens or more,
Or 100 or more) electrodes, and wires need to be bonded to all the electrodes.
Wire bonding requires high speed. Therefore, the bonding arm is swung up and down at high speed, but when the capillary tool lands at high speed on the electrode on the upper surface of the chip, the ball at the lower end of the chip or wire is damaged, and in the worst case the chip Or the ball is destroyed.

【０００４】そこで従来は、このような不都合を解消す
るために、次のような方法が用いられていた。すなわ
ち、モータを位置制御することによってキャピラリツー
ルを高位置からチップの上面へ向かって高速度で下降さ
せ、キャピラリツールの下端部に露出するワイヤのボー
ルがチップの上面に着地したことをエンコーダなどの位
置検出器が検出したならば、制御部はモータに対してト
ルク制御指令信号を出力してモータの制御を位置制御か
らトルク制御に切り換え、これ以後はモータをトルク制
御しながらボールを所定の荷重でチップの上面の電極に
押し付けてボンディングする。このようにモータの制御
を位置制御からトルク制御に切り換えることにより、ボ
ンディングアームを極力高速度で上下方向に揺動させ、
かつ所定の荷重でボールを電極にボンディングしてい
た。Therefore, conventionally, the following method has been used to solve such inconvenience. That is, by controlling the position of the motor, the capillary tool is lowered at a high speed from the high position toward the upper surface of the chip, and it is determined that the wire ball exposed at the lower end of the capillary tool has landed on the upper surface of the chip, such as an encoder. When the position detector detects, the control unit outputs a torque control command signal to the motor to switch the motor control from the position control to the torque control. Pressing and bonding to the electrode on the upper surface of the chip. By switching the control of the motor from the position control to the torque control in this way, the bonding arm is swung up and down at the highest possible speed,
In addition, the ball is bonded to the electrode with a predetermined load.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、ボールがチップの上面に着地したことをエ
ンコーダなどの位置検出器が検出してから、制御部がト
ルク制御指令信号をモータに対して出力するまでの間
に、信号の出力の遅れによるタイムラグが生じることは
避けられない。ところがこのタイムラグ中も、モータに
は位置制御にともなう電流が供給されていることから、
キャピラリツールはなおも下降を継続しようとし、その
結果、ボールは過度の荷重によりチップの電極に押し付
けられ、ボールの潰れやチップの破壊などが発生しやす
いという問題点があった。However, in the above-mentioned conventional method, the control unit sends a torque control command signal to the motor after a position detector such as an encoder detects that the ball has landed on the upper surface of the chip. Until the signal is output, it is inevitable that a time lag occurs due to a delay in signal output. However, even during this time lag, the motor is supplied with current for position control,
The capillary tool still attempts to continue descending. As a result, the ball is pressed against the chip electrode by an excessive load, and there is a problem that the ball is crushed or the chip is easily broken.

【０００６】そこで本発明は、上記従来方法の問題点を
解消し、モータの位置制御からトルク制御への切り換え
を適切なタイミングで行って、ボールの潰れやチップの
破壊を解消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。Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems of the conventional method, and provides a wire bonding method capable of eliminating the crushing of the ball and the destruction of the chip by switching from the position control of the motor to the torque control at an appropriate timing. The purpose is to provide.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】このために本発明は、モ
ータを位置制御することによりキャピラリツールを高位
置からチップの上面へ向かって下降させ、ワイヤの下端
部のボールがチップの上面の電極に接触することにより
トルク指令値またはモータへ供給される電流が増大し、
予め定められた値に到達したことが検出手段により検出
されたならば、ボールがチップの上面の電極に着地した
と判断し、これ以後はモータの制御を位置制御からトル
ク制御に切り換えて、ボールをチップの上面の電極に押
し付けてボンディングするようにし、且つ前記検出手段
が、前記ドライバーに内蔵され、前記エンコーダからの
出力信号と前記制御部からの位置信号よりトルク指令値
を算出する演算部である。For this purpose, the present invention lowers the capillary tool from a high position toward the upper surface of the chip by controlling the position of the motor, and the ball at the lower end of the wire is connected to the electrode on the upper surface of the chip. , The torque command value or the current supplied to the motor increases,
If the detection means detects that the ball has reached a predetermined value, it is determined that the ball has landed on the electrode on the upper surface of the chip, and thereafter, the control of the motor is switched from the position control to the torque control, and the ball is controlled. Is pressed against an electrode on the upper surface of the chip for bonding , and the detecting means
Is built into the driver, and the
From the output signal and the position signal from the control unit, the torque command value
Is an arithmetic unit that calculates

【０００８】[0008]

【作用】上記方法によれば、モータの位置制御からトル
ク制御への切り換えを適切なタイミングで行いモータへ
設定値以上の電流が供給されることがないため、所定の
荷重によりチップの電極にボンディングでき、ボールの
潰れやチップの破壊を解消できる。According to the above method, switching from the position control of the motor to the torque control is performed at an appropriate timing, and a current exceeding a set value is not supplied to the motor. It is possible to eliminate collapse of the ball and destruction of the chip.

【０００９】[0009]

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は本発明の一実施例のワイヤボンディン
グ装置の全体構成図、図２は同ワイヤボンディング装置
の動作の説明図である。図１において、１はボンディン
グアームであり、その先端部にはキャピラリツール２が
保持されている。キャピラリツール２にはワイヤ３が挿
通されている。キャピラリツール２の近傍にはトーチ４
が設けられており、このトーチ４とキャピラリツール２
に挿通されたワイヤ３の下端部の間で電気的スパークを
発生させることにより、ワイヤ３の下端部にボール５を
生成する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of the wire bonding apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a bonding arm, at the tip of which a capillary tool 2 is held. The wire 3 is inserted through the capillary tool 2. Torch 4 near capillary tool 2
The torch 4 and the capillary tool 2
A ball 5 is generated at the lower end of the wire 3 by generating an electrical spark between the lower end of the wire 3 inserted through the wire 3.

【００１０】ボンディングアーム１の基端部側は軸受部
６に支持されている。７はボンディングアーム１の回転
軸であり、位置検出器としてのエンコーダ８が同軸的に
設けられている。ボンディングアーム１の後端部にはコ
イル９が装着されている。コイル９の内部にはコア１０
が挿入されており、コイル９とコア１０でボイスコイル
モータ１１が構成されている。１２は軸受部６やコア１
０が配設されたベース板である。ベース板１２は可動テ
ーブル１３上に設けられており、可動テーブル１３が駆
動することにより、ボンディングアーム１やキャピラリ
ツール２はＸ方向、Ｙ方向などの所定の方向に移動す
る。The base end of the bonding arm 1 is supported by a bearing 6. Reference numeral 7 denotes a rotation axis of the bonding arm 1, and an encoder 8 as a position detector is coaxially provided. A coil 9 is mounted on the rear end of the bonding arm 1. Inside the coil 9 is a core 10
Are inserted, and the coil 9 and the core 10 constitute a voice coil motor 11. 12 is the bearing 6 and the core 1
Reference numeral 0 denotes a base plate provided. The base plate 12 is provided on a movable table 13, and when the movable table 13 is driven, the bonding arm 1 and the capillary tool 2 move in a predetermined direction such as the X direction and the Y direction.

【００１１】１４はテーブルであり、リードフレームや
プリント基板などの基板１５が載置されている。基板１
５の上面にはチップ１６が搭載されている。このワイヤ
ボンディング装置は、チップ１６の上面の電極と、基板
１５の上面の電極をワイヤ３で接続するものである。Reference numeral 14 denotes a table on which a substrate 15 such as a lead frame or a printed circuit board is placed. Substrate 1
The chip 16 is mounted on the upper surface of the chip 5. This wire bonding apparatus connects an electrode on an upper surface of a chip 16 and an electrode on an upper surface of a substrate 15 with a wire 3.

【００１２】次に制御系について説明する。２１はドラ
イバーである。このドライバー２１は、位置制御とトル
ク制御を行うことが可能であり、エンコーダ８の出力信
号ｅを受け、制御部２２からの指令に従ってボイスコイ
ルモータ１１を制御する。ドライバー２１は制御部２２
に接続されており、制御部２２はドライバー２１に位置
信号ａと位置制御／トルク制御切換信号ｂとトルク信号
ｃを出力する。２３は記憶部であって、トルク設定値ｔ
（後述）が予め登録されており、制御部２２はこのトル
ク設定値ｔを読み取り、電流アンプ２１ｂにトルク信号
ｃとして出力する。ドライバー２１は、演算部２１ａ、
電流アンプ２１ｂで構成されている。位置制御でボイス
コイルモータ１１を駆動する場合は、制御部２２から送
られてくる位置信号ａとエンコーダ８の出力信号ｅに基
づいて演算部２１ａでトルク指令値ｄを演算して電流ア
ンプ２１ｂへ出力する。電流アンプ２１ｂは与えられた
トルク信号ｄに相当する電流をボイスコイルモータ１１
へ供給する。トルク制御でボイスコイルモータ１１を駆
動する場合は、演算部２１ａによる演算は行われず、制
御部２２からトルク信号ｃが電流アンプ２１ｂへ出力さ
れる。電流アンプ２１ｂはトルク設定値ｔに相当する電
流Ｔを出力する。この電流Ｔの大きさは、後述する設定
値Ｔと同じ値である。またトルク設定値ｔ及び設定値Ｔ
は請求項１の予め定められた値に対応するものである。
２４は電流検出回路であって、ドライバー２１からボイ
スコイルモータ１１へ流れる電流の大きさを検出し、そ
の大きさが設定値Ｔに達したかどうかを検出して制御部
２２にフィードバックする。Next, the control system will be described. 21 is a driver. The driver 21 can perform position control and torque control, receives the output signal e of the encoder 8, and controls the voice coil motor 11 according to a command from the control unit 22. The driver 21 is a control unit 22
The control unit 22 outputs a position signal a, a position control / torque control switching signal b, and a torque signal c to the driver 21. 23 is a storage unit, which is a torque set value t
The controller 22 reads this torque set value t and outputs it to the current amplifier 21b as a torque signal c. The driver 21 includes an arithmetic unit 21a,
It comprises a current amplifier 21b. When the voice coil motor 11 is driven by the position control, the calculation unit 21a calculates a torque command value d based on the position signal a sent from the control unit 22 and the output signal e of the encoder 8, and sends the torque command value d to the current amplifier 21b. Output. The current amplifier 21b outputs a current corresponding to the applied torque signal d to the voice coil motor 11
Supply to When the voice coil motor 11 is driven by the torque control, the calculation by the calculation unit 21a is not performed, and the control unit 22 outputs the torque signal c to the current amplifier 21b. The current amplifier 21b outputs a current T corresponding to the torque set value t. The magnitude of the current T is the same as a set value T described later. Also, the torque set value t and the set value T
Corresponds to the predetermined value of claim 1.
A current detection circuit 24 detects the magnitude of the current flowing from the driver 21 to the voice coil motor 11, detects whether the magnitude has reached a set value T, and feeds it back to the control unit 22.

【００１３】このワイヤボンディング装置は上記のよう
に構成されており、次にその動作を説明する。図２にお
いて、Ａ位置のキャピラリツール２は高位置にあり、こ
の状態でトーチ４はワイヤ３の下端部に接近し、トーチ
４に高電圧を印加してスパークを発生させることによ
り、ワイヤ３の下端部にボール５を生成する。次いで、
キャピラリツール２はＡ位置からチップ１６の上面へ向
かって下降し、Ｂ位置へ到達する。このＢ位置で、ボー
ル５はチップ１６の上面の電極（図示せず）に接触す
る。このＡ位置からＢ位置への下降は、ドライバー２１
がボイスコイルモータ１１を位置制御することにより行
われ、キャピラリツール２はＡ位置からＢ位置まで高速
度で下降する。This wire bonding apparatus is constructed as described above, and its operation will now be described. In FIG. 2, the capillary tool 2 at the position A is at a high position. In this state, the torch 4 approaches the lower end of the wire 3 and applies a high voltage to the torch 4 to generate a spark. A ball 5 is generated at the lower end. Then
The capillary tool 2 descends from the position A toward the upper surface of the chip 16 and reaches the position B. At this B position, the ball 5 contacts an electrode (not shown) on the upper surface of the chip 16. The descent from the position A to the position B is performed by the driver 21.
Is performed by controlling the position of the voice coil motor 11, and the capillary tool 2 descends from the position A to the position B at a high speed.

【００１４】さて、ボール５がチップ１６の上面に接触
した状態で、ドライバー２１にはなおも下降指令（位置
信号ａ）がでている。ところがキャピラリツール２のそ
れ以上の下降は阻止されているため、ドライバー２１か
らボイスコイルモータ１１へ流される電流や演算部２１
ａで算出されるトルク指令値ｄの値は急激に増大する。
そこで電流検出回路２４はボイスコイルモータ１１へ流
される電流の大きさを監視し、この電流値が予め設定さ
れた設定値Ｔに到達したことを検出すると、制御部２２
はボール５がチップ１６の上面に着地したものと判断
し、ドライバー２１に対して位置制御からトルク制御に
切り換えるための位置制御／トルク制御切換信号ｂをド
ライバー２１に対して出力する。これにより、ボイスコ
イルモータ１１にはトルク設定値ｔに相当する電流Ｔが
供給され、これ以後は、ボール５は所定の荷重でチップ
１６の電極に押し付けられてボンディングされる。なお
図２において、破線で示すトルクＴ’は、位置制御から
トルク制御への切り換えが遅れた場合を示している。こ
の場合、トルクＴ’は異常に大きくなり、上述したボー
ル５の潰れやチップ１６の破壊が発生するが、本発明に
係る上記方法は、位置制御からトルク制御への切り換え
を適切なタイミングで行えるので、このような問題を生
じない。なお上記実施例では、ボンディングアーム１を
揺動させるためのモータとして、ボイスコイルモータ１
１を例にとって説明したが、ボイスコイルモータ以外に
も、サーボモータなどの他のモータも用いることができ
る。Now, in a state where the ball 5 is in contact with the upper surface of the chip 16, a downward command (position signal a) is still issued to the driver 21. However, since the capillary tool 2 is prevented from descending further, the current flowing from the driver 21 to the voice coil motor 11 and the calculation unit 21
The value of the torque command value d calculated by a rapidly increases.
Therefore, the current detection circuit 24 monitors the magnitude of the current flowing to the voice coil motor 11, and when it detects that this current value has reached a preset value T, the control unit 22
Determines that the ball 5 has landed on the upper surface of the chip 16, and outputs to the driver 21 a position control / torque control switching signal b for switching from position control to torque control. As a result, a current T corresponding to the torque set value t is supplied to the voice coil motor 11, and thereafter, the ball 5 is pressed against the electrode of the chip 16 with a predetermined load and bonded. In FIG. 2, a torque T ′ indicated by a broken line indicates a case where switching from the position control to the torque control is delayed. In this case, the torque T ′ becomes abnormally large, and the above-described crushing of the ball 5 and destruction of the chip 16 occur. However, the method according to the present invention can switch from position control to torque control at an appropriate timing. Therefore, such a problem does not occur. In the above embodiment, the voice coil motor 1 is used as a motor for swinging the bonding arm 1.
Although the example has been described with reference to example 1, other motors such as a servo motor can be used in addition to the voice coil motor.

【００１５】また上記実施例では、ボイスコイルモータ
１１へ流れる電流を電流検出回路２４で直接検出してこ
の電流の値が設定値Ｔに達したことを検出しているが、
演算部２１ａで算出されるトルク指令値がトルク設定値
ｔに達したらドライバー２１を位置制御からトルク制御
に自動的に切換わるように構成してもよい。この場合、
演算部２１ａが検出手段に対応する。In the above embodiment, the current flowing to the voice coil motor 11 is directly detected by the current detection circuit 24 to detect that the value of the current has reached the set value T.
When the torque command value calculated by the calculation unit 21a reaches the torque set value t, the driver 21 may be automatically switched from position control to torque control. in this case,
The calculation unit 21a corresponds to a detection unit.

【００１６】[0016]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、キ
ャピラリツールを下降させて、ワイヤの下端部のボール
をチップの上面の電極にボンディングするのにあたり、
キャピラリツールを下降させるためのモータの位置制御
からトルク制御への切り換えを適切なタイミングで行え
るので、ボールの潰れやチップの破壊を解消し、確実に
ワイヤボンディングを行うことができる。As described above, according to the present invention, in lowering the capillary tool and bonding the ball at the lower end of the wire to the electrode on the upper surface of the chip,
Since the switching from the motor position control for lowering the capillary tool to the torque control can be performed at an appropriate timing, the crushing of the ball and the destruction of the chip can be eliminated, and the wire bonding can be performed reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置の
全体構成図FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置の
動作の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the wire bonding apparatus according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ボンディングアーム ２ キャピラリツール ３ ワイヤ ５ ボール １１ ボイスコイルモータ １６ チップ ２１ ドライバー ２２ 制御部 ２３ 記憶部 ２４ 電流検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bonding arm 2 Capillary tool 3 Wire 5 Ball 11 Voice coil motor 16 Chip 21 Driver 22 Control part 23 Storage part 24 Current detection circuit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】ボンディングアームを上下方向に揺動させ
るモータと、このボンディングアームの揺動を検出する
エンコーダからの出力信号と制御部からの位置信号より
トルク指令値を算出してこのトルク指令値に相当する電
流を供給するドライバーを備え、ボンディングアームを
モータにより駆動して上下方向に揺動させながら、この
ボンディングアームの先端部に保持されたキャピラリツ
ールに挿通されたワイヤの下端部のボールをチップの上
面の電極に押し付けてボンディングするように構成され
たワイヤボンダにおけるワイヤボンディング方法であっ
て、 前記モータを位置制御することにより前記キャピラリツ
ールを高位置から前記チップの上面へ向かって下降さ
せ、前記ワイヤの下端部のボールがチップの上面の電極
に接触することにより前記トルク指令値または電流が増
大し、このトルク指令値または電流が予め定められた値
に到達したことが検出手段により検出されたならば、前
記ボールがチップの上面の電極に着地したと判断し、こ
れ以後は前記モータの制御を位置制御からトルク制御に
切り換えて、前記ボールをチップの上面の電極に押し付
けてボンディングするようにし、且つ前記検出手段が、
前記ドライバーに内蔵され、前記エンコーダからの出力
信号と前記制御部からの位置信号よりトルク指令値を算
出する演算部であることを特徴とするワイヤボンディン
グ方法。A motor for swinging a bonding arm in a vertical direction; a torque command value calculated from an output signal from an encoder for detecting the swing of the bonding arm and a position signal from a control unit; A ball driver at the lower end of the wire inserted into the capillary tool held at the tip of the bonding arm while driving the bonding arm with a motor to swing it up and down. A wire bonding method in a wire bonder configured to press and bond to an electrode on an upper surface of a chip, wherein the position of the motor is controlled to lower the capillary tool from a high position toward an upper surface of the chip. The ball at the bottom of the wire contacts the electrode on the top of the chip When the torque command value or the current is increased and the detection means detects that the torque command value or the current has reached a predetermined value, it is determined that the ball has landed on the electrode on the upper surface of the chip. Thereafter, the control of the motor is switched from the position control to the torque control so that the ball is pressed against the electrode on the upper surface of the chip for bonding , and the detecting means includes:
Output from the encoder, built into the driver
Calculate the torque command value from the signal and the position signal from the control unit.
Wire bonding method which is a calculation unit for output.
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