JP3178330B2 - ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はワイヤボンディング
装置及びワイヤボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回路モジュールの製造分野において、基
板に半導体チップを搭載した後、極細の金線などからな
るワイヤで、基板と半導体チップを電気的に接続するた
めワイヤボンディング装置が広く用いられている。
【０００３】さて、このワイヤボンディング装置は、先
端部にキャピラリを保持するボンディングアームを揺動
させてワイヤの接合を行うものであり、次に述べるよう
な制御ブロックによって制御されるモータが、ボンディ
ングアームを揺動させることにより実現される。
【０００４】図５は、従来のワイヤボンディング装置に
おける制御ブロック図である。図５において、１はボン
ディングアームを揺動させるモータであり、２はボンデ
ィングアームの作動状態を検出しパルス信号を出力する
エンコーダである。また、３はパルス信号を入力し次に
述べる３つの指令を出力する主制御部である。その第１
は、主制御部３がキャピラリの位置あるいは速度に着目
した制御（以下「位置制御」という）を行う際の位置指
令である。位置指令は、後段の位置制御部４に出力さ
れ、位置制御部４は、パルス信号を監視しながら目標位
置に達するまで切替器５に位置指令を出力する。また第
２は、主制御部３がキャピラリに一定荷重を作用させる
ためのトルク指令であり、トルク指令も切替器５に出力
される。そして第３は、切替器５に対して、位置制御部
４が出力する位置指令２はトルク指令を択一的に電流供
給部６へ出力させるための制御切替信号である。なお電
流供給部６は、切替器５から入力する指令（位置指令又
はトルク指令）に対応した駆動電流をモータ１に印加す
るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】次に図６を参照しなが
ら、従来のワイヤボンディング装置の問題点を説明す
る。図６において、横軸は時刻ｔである。さて、時刻ｔ
０において、キャピラリ７が下降を開始するものとする
と、時刻ｔ０からキャピラリ７がボンディング面に接地
する時刻ｔ１の間、主制御部３は、位置制御でモータ１
をコントロールする。即ち、主制御部３は、切替器５に
位置制御部４の出力を電流供給部６へ出力するように制
御切替信号を出力しており、位置制御部４に位置指令を
与える。
【０００６】そして時刻ｔ１にて、キャピラリ７が接地
すると、主制御部３はキャピラリ７がボンディング間に
一定のボンディング荷重を作用させるために、トルク指
令を出力すると共に、制御切替信号を出力してトルク指
令を電流供給部６に与える。このとき、図６に示すよう
に、トルク指令（通常、電圧値）はボンディング荷重に
比例した一定値となっている。
【０００７】ところが、キャピラリ７を保持するボンデ
ィングアームは、キャピラリ７がボンディング面に接地
した際に、たわみを発生し、このたわみに起因してボン
ディングアーム自身が振動してしまう。このため、時刻
ｔ１からしばらくの間、ボンディング荷重が目標値Ｒに
対して正負両方向に大きくばたつき、ワイヤの接合不良
を招きやすいという問題点があった。
【０００８】そこで本発明は、ボンディング荷重を安定
させ接合性を向上できるワイヤボンディング装置を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のワイヤボンディ
ング装置は、ワイヤが挿通されるキャピラリと、キャピ
ラリを先端部に保持するボンディングアームと、ボンデ
ィングアームを揺動させるモータと、モータに駆動電流
を印加する電流供給部と、ボンディングアームの作動状
態を検出してパルス信号を出力するエンコーダと、パル
ス信号を入力して電流供給部の駆動電流を制御する制御
ブロックとを備え、制御ブロックは、キャピラリがボン
ディング面にボンディング荷重を作用させる際、ボンデ
ィング荷重の目標値に比例するトルク指令を出力する主
制御部と、パルス信号を入力してボンディング荷重を作
用させる時に生じるボンディングアームの振動を打ち消
す調整指令を出力する副制御部と、トルク指令と調整指
令とを加算して電流供給部へ出力する加算器とを有す
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の構成によって、
ボンディング荷重の目標値に比例するトルク指令に、ボ
ンディングアームの振動を打ち消す調整指令を加算した
指令が電流供給部に与えられ、モータが駆動される。こ
のためキャピラリがボンディング面に接地した直後にお
けるボンディングアームの振動を直ちに収束させ、ボン
ディング荷重を安定させることができる。その結果、ボ
ンディング品質を向上することができる。
【００１１】次に図面を参照しながら、本発明の一実施
の形態におけるワイヤボンディング装置について説明す
る。図１は、本発明の一実施の形態におけるワイヤボン
ディング装置の側面図である。
【００１２】図１において、８は基板９を保持する保持
テーブル、１０は基板９に搭載された半導体チップ、１
１は半導体チップ１０と基板９を電気的に接続するワイ
ヤである。ワイヤ１１は、キャピラリ１２に挿通され、
キャピラリ１２が昇降することにより、半導体チップ１
０あるいは基板９に接合される。
【００１３】また１３は基台であり、基台１３上に設け
られたＸテーブル１４、Ｙテーブル１５により、ブロッ
ク１６が水平面内を移動するようになっている。ブロッ
ク１６の上部には、軸が紙面垂直方向を向く回転軸１７
が軸支され、回転軸１７の回転位置が後述するエンコー
ダ２２により検出される。また、回転軸１７には、揺動
部材１８が軸着され、揺動部材１８の上部に、キャピラ
リ１２を先端部に保持するボンディングアーム１９の基
端部が装着されている。２０は、ボンディングアーム１
９に超音波振動を付与する超音波振動子、２１は揺動部
材１８を、回転軸１７を中心として矢印Ｎ方向に揺動さ
せるモータである。
【００１４】図２は、本発明の一実施の形態におけるワ
イヤボンディング装置の制御ブロック図である。図１に
示したモータ２１は、この制御ブロックによってコント
ロールされる。さて、図２のうち、切替器２５は、図５
の切替器５に相当し、同様に、電流供給部２６は電流供
給部６に、主制御部２３は主制御部３に、第１副制御部
２４は位置制御部４に、それぞれ相当するものである。
【００１５】ここで、本形態では、主制御部２３のトル
ク指令ａは直接切替器２５へ出力されるのではなく、加
算器３０の第１の入力端子に出力される。また、第１副
制御部２４とは別に、第２副制御部２７が設けられてい
る。
【００１６】図３に示すように、第２副制御部２７に
は、エンコーダ２２のパルス信号を入力し、回転軸１７
の回転速度をキャピラリ１２の速度に換算した速度ｄｘ
（ｔ）／ｄｔを出力する速度検出部２８と、速度検出部
２８の出力を−ｋ倍（ｋは正の定数）するアンプ２９と
が設けられており、調整指令ｂ（＝−ｋ・ｄｘ（ｔ）／
ｄｔ）を加算器３０の第２の入力端子に出力する。
【００１７】ここで、ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける回転軸
１７の回転位置（パルス信号により表現される）から換
算したキャピラリ１２の高さを示す。高さｘ（ｔ）は、
ボンディングアーム１９のたわみがゼロであり、かつキ
ャピラリ１２の下端部がボンディング面上にあるときの
高さ（ボンディング面の高さ）を基準（０）にしてあ
る。ところが、キャピラリ１２がボンディング面に接し
ていても、一般にはボンディングアーム１９のたわみが
ゼロでないから、回転軸１７の回転位置は、基準からず
れておりｘ（ｔ）＝０とはならない。
【００１８】ここで、上述の定数Ｒの定め方について簡
単に説明する。図１に示したワイヤボンディング装置の
構成において、ボンディングアーム１９と一体的に矢印
Ｎ方向に揺動する部材（揺動部材１８等も含む）の慣性
をｍとし、ボンディングアーム１９の変位に対するバネ
定数をＣとすると、キャピラリ１２がボンディング面
（基板９又は半導体チップ１０）に接地し振動を生じて
いる際における運動方程式は、次式のようになる。
【００１９】
【数１】
【００２０】これより高さｘ（ｔ）を収束させるために
は、
【００２１】
【数２】
【００２２】とすれば良い。よって、以上の条件を満足
するように定数ｋを定める。以上のようにして、図１に
示した加算器３０には、トルク指令ａと調整指令ｂが入
力され、その和である合成指令ａ＋ｂが、切替器２５に
出力される。
【００２３】次に図４を参照しながら、本形態における
ワイヤボンディング方法の各過程について説明する。図
４において、図６と同様に横軸は時刻ｔであり、キャピ
ラリ１２が下降してから接合し終わるまでのプロセスを
示してある。
【００２４】時刻ｔ０においてキャピラリ１２の下降を
開始する。このとき、主制御部２３は切替器２５に第１
副制御部２４の出力を電流供給部２６へ与えるように制
御切替信号を出力している。つまり、第１副制御部２４
による位置制御が行われている。この状態が、時刻ｔ１
にてキャピラリ１２の接地検出がなされるまで続く。な
お、この接地検出は、主制御部２３がエンコーダ２２の
パルス信号の周期を監視して、この周期が一定値よりも
長くなったとき接地したものとしても良いし、モータ２
１が発生するトルクを監視してこのトルクが一定値以上
になったとき接地したものとしても差支えない。
【００２５】そして時刻ｔ１にてキャピラリ１２が接地
すると、主制御部２３は、加算器３０にトルク指令ａを
出力すると共に、切替器２５に加算器３０の出力を電流
供給部２６を与えるように、制御切替信号を出力する。
即ち、位置制御からトルク制御への切替が行われる。こ
こで、このトルク指令ａは、ボンディング荷重の目標値
Ｒに比例した一定の値Ｔである。
【００２６】一方、パルス信号は、第２副制御部２７に
も入力されており、第２副制御部は、上述したように、
調整信号ｂ（＝−ｋ・ｄｘ（ｔ）／ｄｔ）を加算器３０
に出力している。そして、加算器３０から電流供給部２
６に、トルク指令ａと調整指令ｂの和であるところの合
成指令ａ＋ｂ（Ｔ−ｋ・ｄｘ（ｔ）／ｄｔ）が与えられ
る。
【００２７】ところで、発明が解決しようとする課題の
項で述べたように、キャピラリ１２が接地した後ボンデ
ィングアーム１９のたわみによってボンディングアーム
１９が振動する。即ち、速度ｄｘ（ｔ）／ｄｔは正負両
方へ変動する。しかしながら、ボンディング荷重には調
整指令ｂに対応する調整成分が付加されており、調整指
令ｂによる調整成分は、ボンディングアーム１９の振動
を打ち消す方向に作用するから、図４に示すように、時
刻ｔ１の後一瞬で振動が収束する。その結果、ボンディ
ング荷重は、目標値Ｒ通りに作用し、均等な加圧を行う
ことができる。このため、ボンディング品質を向上でき
る。
【００２８】
【発明の効果】本発明のワイヤボンディング装置は、ワ
イヤが挿通されるキャピラリと、キャピラリを先端部に
保持するボンディングアームと、ボンディングアームを
揺動させるモータと、モータに駆動電流を印加する電流
供給部と、ボンディングアームの作動状態を検出してパ
ルス信号を出力するエンコーダと、パルス信号を入力し
て電流供給部の駆動電流を制御する制御ブロックとを備
え、制御ブロックは、キャピラリがボンディング面にボ
ンディング荷重を作用させる際、ボンディング荷重の目
標値に比例するトルク指令を出力する主制御部と、パル
ス信号を入力してボンディング荷重を作用させる時に生
じるボンディングアームの振動を打ち消す調整指令を出
力する副制御部と、トルク指令と調整指令とを加算して
電流供給部へ出力する加算器とを有するので、ボンディ
ングアームの振動によるボンディング荷重をばらつき抑
えた均等な加圧を行うことができ、ボンディング品質を
向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の側面図
【図２】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の制御ブロック図
【図３】本発明の一実施の形態における第２副制御部の
ブロック図
【図４】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の動作説明図
【図５】従来のワイヤボンディング装置における制御ブ
ロック図
【図６】従来のワイヤボンディング装置の動作説明図
【符号の説明】
２１ モータ ２２ エンコーダ ２３ 主制御部 ２６ 電流供給部 ２７ 第２副制御部 ３０ 加算器 ａ トルク指令 ｂ 調整指令

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤが挿通されるキャピラリと、前記キ
    ャピラリを先端部に保持するボンディングアームと、前
    記ボンディングアームを揺動させるモータと、前記モー
    タに駆動電流を印加する電流供給部と、前記ボンディン
    グアームの作動状態を検出してパルス信号を出力するエ
    ンコーダと、前記パルス信号を入力して前記電流供給部
    の駆動電流を制御する制御ブロックとを備え、 前記制御ブロックは、前記キャピラリがボンディング面
    にボンディング荷重を作用させる際、ボンディング荷重
    の目標値に比例するトルク指令を出力する主制御部と、
    前記パルス信号を入力してボンディング荷重を作用させ
    る時に生じる前記ボンディングアームの振動を打ち消す
    調整指令を出力する副制御部と、前記トルク指令と前記
    調整指令とを加算して前記電流供給部へ出力する加算器
    とを有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】キャピラリを先端部に保持するボンディン
    グアームをモータで揺動させ、ボンディング面にボンデ
    ィング荷重を作用させるワイヤボンディング方法であっ
    て、 前記キャピラリを前記ボンディング面に向かって下降さ
    せるステップと、 前記キャピラリが前記ボンディング面に接した後、ボン
    ディング荷重の目標値に比例するトルクに前記ボンディ
    ングアームの振動を打ち消す調整成分を加えたトルク
    を、前記ボンディングアームに付与するステップとを含
    むことを特徴とするワイヤボンディング方法。
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