JP3424671B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents
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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、電子部品の製造工
程で行なわれるワイヤボンディングに関し、ワイヤボン
ディングの際にチップにダメージを与えず、ボンディン
グ品質を向上できるようにした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】電子部品を製造する分野において、基板
と基板上に搭載されたチップとを金等のワイヤで電気的
に接続するワイヤボンディング装置が広く用いられてい
る。 【０００３】次に図１６〜図１８を参照しながら従来の
ワイヤボンディング装置について説明する。図１６は従
来のワイヤボンディング装置のブロック図であり、図１
６中、１はフレーム、２はフレーム１の前部に設けら
れ、軸３を支持する軸受、４は軸３によりフレーム１に
対して矢印Ｎ方向に揺動自在に軸支される揺動体、５は
その基端部が揺動体４に取付けられ、先端にワイヤ６が
挿通されたキャピラリツール７を保持するホーン、８は
揺動体４及びホーン５を揺動させるボイスコイル型のモ
ータ、９はホーン５に超音波振動を印加する超音波振動
子である。１０はチップ１１が搭載されたリードフレー
ムなどの基板、６ａはワイヤ６の下端部に電気的スパー
クにより形成されたボール、Ｅは軸３の回転量を検出し
てキャピラリツール７の現在位置を間接的に検出するた
めのエンコーダである。 【０００４】２０はエンコーダＥの出力を入力して、演
算器２１へキャピラリツール７の現在位置信号を出力す
る現在位置カウンタ、２２は指令部２３から超音波発振
信号を入力し、接触検出回路２４が接触検出を行うべき
ときには超音波振動子９を弱く振動させ、ボール６ａの
接合時には強く振動させる超音波発振回路である。接触
検出回路２４は、超音波振動子９の振動に対するインピ
ーダンス値を監視するものである。ここで、超音波振動
子９に弱い振動を与えた状態でキャピラリツール７をボ
ンディング面（チップ１１又は基板１０の上面）へ下降
させると、ボール６ａがボンディング面に接していない
ときは、超音波振動子９やホーン５等は自由に振動でき
るので、インピーダンス値は低い値となる。一方、ボー
ル６ａがボンディング面に接すると、超音波振動子９や
ホーン５等の振動が抑制されるので、インピーダンス値
が急激に上昇する。そこで、接触検出回路２４は、この
インピーダンス値の上昇をとらえて、接触検出信号を指
令部２３に出力するようになっている。また指令部２３
は演算器２１へ目標位置を示す指令信号を出力する。こ
のとき、演算器２１は、現在位置カウンタ２０から得た
現在位置信号と指令信号とから、目標位置に対する現在
位置のずれ（偏差）を検出して駆動回路２５へ出力し、
駆動回路２５は、この偏差に応じた駆動電流をモータ８
へ出力する。勿論この偏差が大きければ、モータ８に与
えられる駆動電流も大きくなり、モータ８はこの偏差が
零となる方向へホーン５を揺動させる。一方、トルク制
御（キャピラリツール７をボンディング面へ押し付ける
荷重の制御）時には、指令部２３は駆動回路２５にトル
ク信号を出力し、駆動回路２５はこのトルク指令信号に
応じた駆動電流をモータ８に印加する。 【０００５】次に図１７，図１８を参照しながら、従来
のワイヤボンディング装置の１サイクルの動作を説明す
る。図１７は従来のワイヤボンディング装置における第
１ボンディング動作のタイムチャートである。ここで第
１ボンディング動作とは、ワイヤ６の下端部のボール６
ａをチップ側へボンディングする動作を指し、これに対
し基板側へワイヤ６をボンディングする動作を第２ボン
ディング動作と呼ぶ事にする。まず時刻Ｔ１にてキャピ
ラリツール７は下降開始位置にあり、時刻Ｔ２にて予め
設定されたサーチレベルに達するまで高速Ｖ１で下降
し、サーチレベルから低速Ｖ２（一定速度）で下降す
る。サーチレベルは、チップ１１の上面から約２００μ
ｍ〜３００μｍ上方に設定される。指令部２３は、時刻
Ｔ２にて超音波発振回路２２に超音波発振信号を出力し
て、超音波振動子９に接触検出のための弱い振動を発生
させる。そして、ボール６ａの下端部が時刻Ｔ３にてボ
ンディング面としてのチップ１１の上面に接触し、時刻
Ｔ３から小時間△Ｔだけ遅れた時刻Ｔ４で、接触検出回
路２４が接触を検出して接触検出信号を出力すると、指
令部２３は駆動回路２５にトルク信号を出力して、ボン
ディング荷重Ｆに応じた駆動電流を駆動回路２５からモ
ータ８に印加させる。その後、指令部２３は超音波発振
回路２２に超音波発振指令を出力して超音波振動子９に
接合用の強い振動を発生させ、ボール６ａをチップ１１
にしっかり接合させる。そして時刻Ｔ５にて、接合を終
了し、指令部２３はキャピラリツール７を高速上昇させ
る指令信号を、駆動回路２５へ出力する。以上のサイク
ルを繰返しながら、１つのチップ１１に複数本のワイヤ
６をボンディングしている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】図１８（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図１７の時刻Ｔ３，Ｔ４，
Ｔ５でのボール６ａの状態を示す説明図である。さて図
１８（ｂ）に示すように、接触検出がされた時刻Ｔ４に
おいて、キャピラリツール７、ホーン５及び揺動体４な
どの可動部は速度Ｖ２よりも遅い速度Ｖ３でボール６ａ
を変形させながら下降している。この状態でモータ８に
ボンディング荷重Ｆに相当する駆動電流をモータ８に印
加すると、キャピラリツール７を介してボール６ａ及び
チップ１１に、ボンディング荷重Ｆに可動部の慣性力を
重畳した合成力が作用する。このため、ボール６ａやチ
ップ１１にボンディング荷重Ｆを越えた荷重が瞬間的に
作用し、ボール６ａが潰れすぎて異常に拡がりボンディ
ング不良となったり、チップ１１にダメージを与えるこ
とがある（図１８（ｃ）参照）。特に、近年チップ１１
の高機能化及び高集積化に伴い、ボンディング箇所の個
数が増加し、ボンディング箇所間の間隔が狭くなってき
ていることから、図１８（ｃ）のようにボール６ａが広
がりすぎると、ボール６ａが電極をはみ出したり、隣接
するボールに接触して短絡を生じてボンディング不良を
招きやすい。またＧａＡｓのような脆弱な材料からなる
チップ１１も増えており、ダメージによってチップ１１
が破壊されるおそれがあるという問題点もあった。 【０００７】また、従来のワイヤボンディング方法で
は、ワイヤがボンディング面に接触したことを検出した
後に、ボンディング面にボンディング荷重を作用させて
いるので、接触検出による遅れを生じてしまい、それだ
けサイクルタイムが長くなるという問題点があった。 【０００８】そこで本発明は、ボンディング品質を低下
させることなく高速な動作が実現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。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明のワイヤボンディ
ング方法は、ボンディングアームに保持されたキャピラ
リツールにワイヤを挿通し、このボンディングアームを
モータで揺動させて基板とこの基板に搭載されたチップ
をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
１本目のワイヤを接続する際、ワイヤをボンディング面
に押圧しているキャピラリツールの高さを検出してこの
高さよりも上方に制御切替レベルを設定し、２本目以降
のワイヤを接続する際、位置制御にてキャピラリツール
を前記制御切替レベルまで下降させ、前記制御切替レベ
ルまで下降したら前記キャピラリツールを上昇させる方
向のトルクを発生させて前記キャピラリツールの下降を
制動し、その後、トルク制御にて前記モータにボンディ
ング荷重に応じたトルクを発生させてキャピラリツール
を下降させ、ワイヤをボンディング面に押し付けて接続
するものである。 【００１０】 【発明の実施の形態】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り、３１は
Ｙテーブル、３２はＹテーブル３１の上面にＹ方向へ摺
動自在に設けられたＸテーブル、３３はＹテーブル３１
に装着されたＹモータであり、Ｙテーブル３１内のボー
ルねじ式送り機構のボールねじを回転させてＸテーブル
３２をＹ方向へ移動させる。３４はＸテーブル３２上に
Ｙ方向とは水平面内で直交するＸ方向に摺動自在に載置
された支持ブロック、３５はＸテーブル３２装着された
Ｘモータであり、Ｘテーブル３２内のボールねじ式送り
機構のボールねじを回転させて支持ブロック３４をＸ方
向へ移動させる。 【００１１】次にボンディングヘッドの説明を行なう。
支持ブロック３４の前部には、Ｘ方向に平行なシャフト
３６が回転自在に軸支され、シャフト３６はホーン３７
（ボンディングアーム）を固定するボックス３８に軸着
されている。Ｅはシャフト３６の揺動位置を検出するエ
ンコーダ、３９はホーン３７の後部に装着された超音波
振動子、４０はステータ部４０ａが支持ブロック３４上
に固定され、ローター部４０ｂがボックス３８に固定さ
れたモータであり、ボックス３８をシャフト３６を中心
に揺動させることによりホーン３７を矢印Ｎ方向に揺動
させる。 【００１２】４１はホーン３７の先端部に保持されたキ
ャピラリツール４２に挿通されるワイヤ、４３はワイヤ
４１に張力を付与するテンションクランパ、４４は支持
アーム４５によりボックス３８に固定され、ワイヤ４１
をクランプするカットクランパ、４６は高電圧が印加さ
れて電気的スパークを発生することによりワイヤ４１の
下端部にボール４１ａを形成するトーチ電極である。こ
のトーチ電極４６は図示しない取付具により支持ブロッ
ク３４に固定されている。また、４７はキャピラリツー
ル４２の下方に位置決めされた基板としてのリードフレ
ーム、４７ａはリードフレーム４７のインナーリード、
４８はリードフレーム４７に搭載されたチップ、４９は
リードフレーム４７を押さえるプレートである。 【００１３】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ブロック図である。図２中、５
０はエンコーダＥのＡ相信号、Ｂ相信号を入力し、ホー
ン３７が上昇／下降のいずれの方向に揺動しているかを
判定し、上昇であれば上昇検出パルス信号ａを、下降で
あれば下降検出パルス信号ｂを、択一的に可逆カウンタ
５１に出力する方向弁別回路、５１は上昇検出パルス信
号ａを計数して計数値を加算し、下降検出パルス信号ｂ
を計数して計数値を減算して、現在の計数値を現在位置
信号ｃとしてインターフェイス部５２に出力する可逆カ
ウンタである。 【００１４】また、５３は十分高い一定周波数の方形波
からなる基準パルス信号ｄを発生し、パルス幅比較回路
５４に出力する基準パルス発生回路、５４は基準パルス
信号ｄを参照し、方向弁別回路５０が出力する下降検出
パルス信号ｂを入力すると共に、しきい値Ｎと、下降検
出パルス信号ｂのパルス幅を基準パルス信号ｄのパルス
幅で徐した値を比較し、この値がしきい値Ｎを越えたな
らば、接触信号ｅを接触検出スイッチ５５へ出力するパ
ルス幅比較回路である。接触検出スイッチ５５はインタ
ーフェイス部５２から許可信号ｇを得た場合のみ、接触
信号ｅをインターフェイス部５２に出力するものであ
る。 【００１５】次に接触検出手段（パルス幅比較回路５
４，接触検出スイッチ５５）の動作について説明する。
図１０は本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の接触検出条件の説明図である。図１０は、し
きい値Ｎ＝４の場合の例を示しておりパルス幅比較回路
５４が、下降検出パルス信号ｂの周期Ｂを基準パルス信
号ｄの一定周期Ａで徐した値を、しきい値Ｎと比較し、
しきい値Ｎ以上となった際接触信号ｅを出力するように
している。 【００１６】さて図１０において下降検出パルス信号ｂ
の周期Ｂ１〜Ｂ３は、基準パルス信号ｄの周期Ａにしき
い値Ｎを乗じた所定時間４Ａよりも小さくほぼ一定の状
態にあり、キャピラリツール４２がほぼ等速で下降して
いることを示す。そして、周期Ｂ４は周期Ｂ３以前より
も長くなっており、キャピラリツール４２の下降動作が
減速していることを示す。そして、周期Ｂ５は上記所定
時間４Ａよりも長くなっており、周期Ｂ５中にキャピラ
リツール４２がほとんど停止（すなわちキャピラリツー
ル４２の下端部保持されたワイヤ４１のボール４１ａが
ボンディング面に接触）しているものであり、周期Ｂ５
におけるパルスの立ち上りから上記所定時間４Ａだけ経
過した時刻に、パルス幅比較回路５４が接触検出信号ｅ
を出力するものである。 【００１７】図２において、５６はＣＰＵなどより構成
されたのボンダ制御部、５７はＲＯＭであり、このＲＯ
Ｍ５７には、図７，図８のフローチャートに示す制御プ
ログラムを記憶すると共に、図５（ｂ）に示すように、
図１１及び図１３の動作パターンが格納された動作パタ
ーン記憶部５７ａと、ボンディング荷重Ｆに相当するト
ルク値が格納されたトルク値記憶部５７ｂとが、設けら
れている。 【００１８】５８はＲＡＭであり、このＲＡＭ５８には
図５（ａ）に示すように（図９も参照）、接触検出を行
う際にホーン３７の下降速度を高速Ｖ１から低速Ｖ２に
切り替える高さであるサーチレベルＬ１（通常ボンディ
ング面から２００〜３００μｍ上方に設定される）、位
置制御からトルク制御へ制御方式を切り替える高さであ
る制御切替レベルＬ２、次のボンディング箇所の制御切
替レベルＬ２を定めるために使用する補正レベル△Ｌ
（一定値）のそれぞれを記憶するための領域が設けられ
ている。 【００１９】また図９中、Ｌ３はボンディング完了時の
キャピラリツール４２の下端部の高さであり、Ｌ２＝Ｌ
３＋△Ｌなる関係をもたせている。すなわち、制御切替
レベルＬ２はボンディング面からＬ３＋△Ｌ上方の位置
に設定される。ちなみに本実施例では、制御切替レベル
Ｌ２を５０〜７０μｍに設定している。なお、図５中、
（）内の数字で「１」とあるのは、チップ４８の上面に
ボンディングする場合の高さ、「２」とあるのは、リー
ドフレーム４７へボンディングする場合の高さを示す。 【００２０】図２中、６０はボンダ制御部５６からの超
音波発振指令ｑにより、超音波振動子３９を駆動する超
音波発振回路、５９はモータ４０へボンダ制御部５６が
出力する指令信号ｈ（パルス信号）に応じた駆動電流Ｉ
を供給するデジタルサーボドライバである。ボンダ制御
部５６は、動作パターン記憶部５７ａに記憶されている
動作パターンに基づいたパルス信号を、指令信号ｈとし
てデジタルサーボドライバ５９へ出力する。 【００２１】図３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デジタルサーボドライバのブロ
ック図である。デジタルサーボドライバ５９は、駆動電
流Ｉをモータ４０へ出力する駆動回路５９ａと、駆動回
路５９ａの前段に設けられる演算器５９ｂ（偏差検出手
段）とを備えている。演算器５９ｂは、ボンダ制御部５
６から送信されてくる指令信号ｈとエンコーダＥから送
信されてくるフィードバック信号ｊ（パルス信号）との
偏差を溜りパルスとして検出する。演算器５９ｂは、ボ
ンダ制御部５６から溜りパルスクリア信号ｍが送信され
ると、溜りパルスを零にクリアする。駆動回路５９ａ
は、位置制御機能とトルク制御機能とを併有している。
次に、図４を参照してこの駆動回路５９ａの説明を行な
う。 【００２２】５９ｃは演算器５９ｂから出力された偏差
ｋを入力して速度指令信号ｒを出力する位置制御回路、
５９ｄはフィードバックパルス信号ｊを処理して速度フ
ィードバック信号ｓとして出力する速度検出回路、５９
ｅは速度指令信号ｒと速度フィードバック信号ｓが入力
され、モータ４０を駆動するために必要な電流値を電流
指令信号ｕとして出力する速度制御回路、５９ｆは制御
切替信号ｈにより位置制御方式とトルク制御方式とを切
り替えるスイッチである。このスイッチ５９ｆが速度制
御回路５９ｅ側に接続されていると、駆動回路３５は、
位置制御方式に選択され、ボンダ制御部５６側に接続さ
れているとトルク制御方式に選択される。このスイッチ
５９ｆの切り替えは、ボンダ制御部５６からの制御切替
信号ｎにより行なわれる。 【００２３】５９ｇは電流制御回路であり、位置制御方
式が選択されている時は、速度制御回路５９ｅより送信
された電流指令信号ｕに基づいた電流ｉを出力する。ま
た、トルク制御方式が選択されている場合は、ボンダ制
御部５６から出力されたトルク指令信号ｌに応じた電流
ｉを出力する。そして、この電流ｉは、パワーアンプ５
９ｈで増幅されてモータ４０へ駆動電流Ｉとして送られ
る。 【００２４】図６を参照しながらキャピラリツール４２
の下降を制動する機能について説明する。Ｈはキャピラ
リツール４２を制動したいレベルである。駆動回路５９
ａを位置制御機能に設定した状態でモータ４０を駆動
し、キャピラリツール４２を下降させているものとす
る。 【００２５】図６（ａ）に示すようにキャピラリツール
４２が下降してこのレベルＨを速度Ｖで通過しようとし
ている。ここでキャピラリツール４２がレベルＨで下向
きの速度Ｖを有するということは、レベルＨよりもより
下方に目標位置が設定されているということであるので
キャピラリツール４２の現在位置と目標位置の偏差ｋは
零ではない。そこでキャピラリツール４２がレベルＨに
達した瞬間に、溜りパルスクリア信号ｍを演算器５９ｂ
へ送信してこの偏差ｋを零にすると共に指令信号ｈの送
信を停止すると、レベルＨが新たな目標位置となる。し
かし、キャピラリツール４２は速度Ｖを有しているの
で、図６（ｂ）に示すように、レベルＨから小距離δだ
け行き過ぎてしまう。 【００２６】ここで、目標位置はレベルＨであるから、
上述のように行き過ぎた段階で、小距離δに相当する偏
差ｋが演算器５９ｂに新たに検出されたことになる。す
ると、位置制御機能では駆動回路５９ａは偏差を零とす
るように、モータ４０に駆動電流Ｉを印加するものであ
るから、この小距離δを零とするようなトルクがモータ
４０に発生して、このトルクはキャピラリツール４２や
ホーン３７等の可動部の慣性運動を打ち消すように作用
する。 【００２７】以上はごく短時間に生ずる現象であって、
これを要約すれば、位置制御時に、制動をかけたいある
レベルで溜まりパルスクリア信号ｍを送信して共に指令
信号ｈの送信を停止すれば、そのレベルでキャピラリツ
ール４２の下降に対し制動をかけることができるという
ことである。 【００２８】次に図７，図８を参照しながら、本実施の
形態のワイヤボンダの動作の概要について説明する。図
７，図８は、本発明の一実施の形態におけるワイヤボン
ディング装置の動作を示すフローチャートである。図７
に示すようにまず初期化処理が行われる（ＳＴ１）。即
ち、ボンダ制御部５６は可逆カウンタ５１の計数値を初
期化し、パルス幅比較回路５４にしきい値Ｎを設定す
る。 【００２９】次いで、トーチ電極４６とワイヤ４１の下
端部に高電圧を印加してスパークを発生させ、ワイヤ４
１の下端部にボール４１ａを形成する（ＳＴ２）。次に
ボンダ制御回路５６は、モータ４０を駆動させ、ボール
４１ａをチップ４８の電極に押付ける第１ボンディング
動作を行う（ＳＴ３）。次に、ボンダ制御部５６はモー
タ４０、Ｘモータ３５、Ｙモータ３３を駆動してキャピ
ラリツール４２を所定の軌跡でリードフレーム４７のイ
ンナーリード４７ａの上方へ移動させ、キャピラリツー
ル４２の先端からワイヤ４１をくり出してループを形成
する（ＳＴ４）。 【００３０】次にループの先端をインナーリード４７ａ
に押付け第２ボンディング動作を行う（ＳＴ５）。そし
て、カットクランパ４４でワイヤ４１を挟持し、カット
クランパ４４をキャピラリツール４２と共に上昇させ、
第２ボンディング動作で接合させた部分からワイヤ４１
を切断し（ＳＴ６）ボンディングが完了するまで、ステ
ップ２〜ステップ６の処理を繰返す（ＳＴ７）。 【００３１】さて、図８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ボンディング動作を示すフ
ローチャートである。ここで、ボンダ制御部５６からみ
た第１ボンディング動作と第２ボンディング動作の流れ
は基本的に同様であるので、第１ボンディング動作のみ
について説明する。まず、始めにボンダ制御部５６は駆
動回路５９ａの制御方式を位置制御方式に設定する（Ｓ
Ｔ１１）、次にボンダ制御回路５６はＸモータ３５、Ｙ
モータ３３及びモータ４０を駆動して、キャピラリツー
ル４２を下降開始位置Ｏに移動させる（ＳＴ１２）。 【００３２】次に、接触検出が必要か否か判断する（Ｓ
Ｔ１３）。ここで、本実施の形態では新たなチップ４８
に初めてボンディングを行う際には接触検出を行なうボ
ンディング動作（以下サーチボンディング動作と呼ぶ）
とし、２回目以後は接触検出を行なわないボンディング
動作（以下サーチレスボンディング動作と呼ぶ）とする
ものとする。この理由としては、リードフレーム４７上
に搭載されたチップ４８の上面の高さは、チップ４８毎
にばらつきがあり、しかも傾斜している。このため、ボ
ンダ制御部５６は、はじめてワイヤボンディングを行な
うチップの上面の高さ、すなわちボンディング完了時の
キャピラリツール４２の下端部の高さＬ３を正確に認識
していないので、制御切替レベルＬ２を正確に設定する
事ができない。従って最初の１回目のボンディング動作
は、制御切替レベルＬ２を使用しないサーチボンディン
グ動作でワイヤボンディングする。 【００３３】次にサーチボンディング動作について図８
乃至図１２を参照しながら説明する。図１１において横
軸は時刻を示す。まず時刻Ｔ１にて、ボンダ制御部５６
から指令信号ｈを出力して下降開始位置Ｏから予め設定
されたサーチレベルＬ１までキャピラリツール４２を高
速で下降させる（ＳＴ１４）。時刻Ｔ２にて、キャピラ
リツール４２がサーチレベルＬ１に至ると（ＳＴ１
５）、ボンダ制御部５６はインターフェイス部５２を介
して接触検出スイッチ５５に許可信号ｇを出力し、接触
検出信号ｅを検知できるようにする（ＳＴ１６）。また
ボンダ制御部５６はキャピラリツール４２の下降速度を
低速（Ｖ２）にするよう指令信号ｈを変化させる（ＳＴ
１７）。この速度Ｖ２は、ボール４１ａがチップ４８に
衝突してもチップ４８にダメージを与えない速度であ
る。 【００３４】時刻Ｔ３にて、ボール４１ａの下端がチッ
プ４８に接触し、時刻Ｔ３から小時間△Ｔだけ経過した
時刻Ｔ４にて、パルス幅比較回路５４から接触信号ｅが
発せられるとボンダ制御部５６は、ボール４１ａがボン
ディング面に接触した事を検出する（ＳＴ１８）。次に
ボンダ制御部５６は溜りパルスクリア信号ｍをデジタル
サーボドライバ５９へ送信すると共に指令信号ｈの送信
を停止してブレーキング処理を行う（ＳＴ１９，ＳＴ２
０）。 【００３５】図１３（ｂ）は、図１２の時刻Ｔ４におけ
るボール４１ａの状態を示している。キャピラリツール
４２は、速度Ｖ３でボール４１ａを変形させながら下降
している。ここで上述したブレーキング処理を行うと、
キャピラリツール４２を上方へ押し上げるトルクｆがモ
ータ４０に発生し、キャピラリツール４２の下降を制動
する。これによりキャピラリツール４２、ホーン３７、
ボックス３８、ローター部４０ｂの慣性力を打ち消す。 【００３６】ボンダ制御部５６は、上述したブレーキン
グ処理によるキャピラリツール４２の下降の制動を行な
った後、時刻Ｔ５に、制御切替信号ｎをデジタルサーボ
ドライバ５９へ送信して駆動回路５９ａによるモータ４
０の制御方式をトルク制御に切り替える（ＳＴ２１）。
次にボンダ制御部５６は、ＲＡＭ５７よりトルク指令値
を読み出してトルク指令信号ｌを出力して予め設定され
たトルクｆによりボール４１ａをボンディング面である
チップ４８に圧着させる（ＳＴ２２）。 【００３７】また超音波発振信号ｑを出力して超音波振
動を印加する（ＳＴ２３）。そして、時刻Ｔ６になる
と、ボンダ制御部５６は、現在位置信号ｃを読み取って
キャピラリツール４２の下端部の高さＬ３を検知し、制
御切替レベルＬ２の高さを算出してＲＡＭ５８の制御切
替レベルＬ２の値を今回新たに算出した値に更新する
（ＳＴ３１）。そして直ちに制御方式を位置制御方式に
戻して（ＳＴ３２）、キャピラリツール４２を高速上昇
させる（ＳＴ３３）。 【００３８】一方、ステップ１３で接触検出不要と判断
すると、図１４に示すサーチレスボンディング動作が行
われる。まず、時刻Ｔ１にて、下降開始位置Ｏにあるキ
ャピラリツール４２は、ボンダ制御部５６から演算器５
９ｂに指令パルス信号ｈが送信されることにより、速度
Ｖ１で高速下降する（ＳＴ２４）。そして、ボンダ制御
部５６は、可逆カウンタ５１の現在位置信号ｃを監視
し、時刻Ｔ２にてキャピラリツール４２が制御切替レベ
ルＬ２に達したことを検知すると（ＳＴ２５）、溜りパ
ルスクリア信号ｍをデジタルサーボドライバ５９へ送信
して上述したブレーキング処理を行い、ホーン３７など
の可動部の慣性力を打消す（ＳＴ２６，ＳＴ２７）。 【００３９】そして、ブレーキング処理によるキャピラ
リツール４２の下降を制動した後、時刻Ｔ３にてボンダ
制御部５６は、駆動回路５９ａに制御切替信号ｎを出力
する（ＳＴ２８）。そして直ちにトルク指令値記憶部５
７ｂからボンディング荷重Ｆに相当するトルク指令値を
読み出し、トルク指令信号ｌを駆動回路５９ａに出力す
る（ＳＴ２９）。ボンディング荷重Ｆは、ワイヤの接合
が完了する時刻Ｔ６まで印加される。 【００４０】ボンダ制御部５６は時刻Ｔ３から所定時間
経過したならば超音波発振回路６０に超音波発振信号ｑ
を出力して、超音波発振回路６０により超音波振動子３
９を作動させる（ＳＴ３０）。図１５（ａ），（ｂ），
（ｃ）は、サーチレスボンディング動作の説明図であ
り、それぞれ図１４の時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の状態を示
している。時刻Ｔ２で、キャピラリツール４２が速度Ｖ
１で制御切替レベルＬ２へ到達するとボンダ制御部５６
は、ブレーキング処理を行なってモーター４２にキャピ
ラリツール４２を上昇させる方向に作用するトルクｆを
発生させ、キャピラリツール４２の下降を制動する。す
ると時刻Ｔ３でキャピラリツール４２の下降速度はほと
んどゼロになりキャピラリツール４２やホーン３７，ボ
ックス３８，ロータ部４０ｂの慣性力もなくなる。この
時点からモータ４０にボンディング荷重Ｆに相当するト
ルクを発生させてキャピラリツール４２をチップ４８の
上面に向かって下降させると、ボール４１ａは、時刻Ｔ
４でボンディング面（チップ４８の上面）接触し、モー
タ４０が発生するトルクｆをボンディング荷重Ｆとして
ただちにボンディング面に伝える。 【００４１】このように、サーチレスボンディング動作
では従来のボンディング動作やサーチボンディング動作
のような接触検出を待つことなくボール４１ａがボンデ
ィング面に接触した時点からボンディング荷重Ｆを作用
させている。そのうえ、低速Ｖ２でキャピラリツール４
２を下降させる時間を無くしたのでボンディング動作を
高速で行なう事が可能である。そしてボンディングが完
了する時刻Ｔ６の直前にボンダ制御部５６は現在位置信
号ｃを読み取ってサーチボンディング動作と同様に制御
切替レベルＬ２を算出してＲＡＭ５８の値を更新する
（ＳＴ３１）。 【００４２】その後再び制御方式を位置制御に戻してキ
ャピラリツール４２を高速上昇させる。このように、サ
ーチレスボンディング動作の場合についても、１回のボ
ンディング動作ごとに制御切替レベルＬ２を更新してい
くので例えばチップ４８が水平面に対し傾いているよう
な場合でも、直前のボンディング動作完了時のキャピラ
リツール４２の高さＬ３が次のボンディング動作の制御
切替レベルＬ２に反映させるので、制御切替レベルＬ２
を常に適正な高さにすることができる。 【００４３】 【発明の効果】本発明によれば、ボールの潰れを生じ
ず、チップにダメージが及ぶことがなく、良好なボンデ
ィング品質を得ることができる。
程で行なわれるワイヤボンディングに関し、ワイヤボン
ディングの際にチップにダメージを与えず、ボンディン
グ品質を向上できるようにした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】電子部品を製造する分野において、基板
と基板上に搭載されたチップとを金等のワイヤで電気的
に接続するワイヤボンディング装置が広く用いられてい
る。 【０００３】次に図１６〜図１８を参照しながら従来の
ワイヤボンディング装置について説明する。図１６は従
来のワイヤボンディング装置のブロック図であり、図１
６中、１はフレーム、２はフレーム１の前部に設けら
れ、軸３を支持する軸受、４は軸３によりフレーム１に
対して矢印Ｎ方向に揺動自在に軸支される揺動体、５は
その基端部が揺動体４に取付けられ、先端にワイヤ６が
挿通されたキャピラリツール７を保持するホーン、８は
揺動体４及びホーン５を揺動させるボイスコイル型のモ
ータ、９はホーン５に超音波振動を印加する超音波振動
子である。１０はチップ１１が搭載されたリードフレー
ムなどの基板、６ａはワイヤ６の下端部に電気的スパー
クにより形成されたボール、Ｅは軸３の回転量を検出し
てキャピラリツール７の現在位置を間接的に検出するた
めのエンコーダである。 【０００４】２０はエンコーダＥの出力を入力して、演
算器２１へキャピラリツール７の現在位置信号を出力す
る現在位置カウンタ、２２は指令部２３から超音波発振
信号を入力し、接触検出回路２４が接触検出を行うべき
ときには超音波振動子９を弱く振動させ、ボール６ａの
接合時には強く振動させる超音波発振回路である。接触
検出回路２４は、超音波振動子９の振動に対するインピ
ーダンス値を監視するものである。ここで、超音波振動
子９に弱い振動を与えた状態でキャピラリツール７をボ
ンディング面（チップ１１又は基板１０の上面）へ下降
させると、ボール６ａがボンディング面に接していない
ときは、超音波振動子９やホーン５等は自由に振動でき
るので、インピーダンス値は低い値となる。一方、ボー
ル６ａがボンディング面に接すると、超音波振動子９や
ホーン５等の振動が抑制されるので、インピーダンス値
が急激に上昇する。そこで、接触検出回路２４は、この
インピーダンス値の上昇をとらえて、接触検出信号を指
令部２３に出力するようになっている。また指令部２３
は演算器２１へ目標位置を示す指令信号を出力する。こ
のとき、演算器２１は、現在位置カウンタ２０から得た
現在位置信号と指令信号とから、目標位置に対する現在
位置のずれ（偏差）を検出して駆動回路２５へ出力し、
駆動回路２５は、この偏差に応じた駆動電流をモータ８
へ出力する。勿論この偏差が大きければ、モータ８に与
えられる駆動電流も大きくなり、モータ８はこの偏差が
零となる方向へホーン５を揺動させる。一方、トルク制
御（キャピラリツール７をボンディング面へ押し付ける
荷重の制御）時には、指令部２３は駆動回路２５にトル
ク信号を出力し、駆動回路２５はこのトルク指令信号に
応じた駆動電流をモータ８に印加する。 【０００５】次に図１７，図１８を参照しながら、従来
のワイヤボンディング装置の１サイクルの動作を説明す
る。図１７は従来のワイヤボンディング装置における第
１ボンディング動作のタイムチャートである。ここで第
１ボンディング動作とは、ワイヤ６の下端部のボール６
ａをチップ側へボンディングする動作を指し、これに対
し基板側へワイヤ６をボンディングする動作を第２ボン
ディング動作と呼ぶ事にする。まず時刻Ｔ１にてキャピ
ラリツール７は下降開始位置にあり、時刻Ｔ２にて予め
設定されたサーチレベルに達するまで高速Ｖ１で下降
し、サーチレベルから低速Ｖ２（一定速度）で下降す
る。サーチレベルは、チップ１１の上面から約２００μ
ｍ〜３００μｍ上方に設定される。指令部２３は、時刻
Ｔ２にて超音波発振回路２２に超音波発振信号を出力し
て、超音波振動子９に接触検出のための弱い振動を発生
させる。そして、ボール６ａの下端部が時刻Ｔ３にてボ
ンディング面としてのチップ１１の上面に接触し、時刻
Ｔ３から小時間△Ｔだけ遅れた時刻Ｔ４で、接触検出回
路２４が接触を検出して接触検出信号を出力すると、指
令部２３は駆動回路２５にトルク信号を出力して、ボン
ディング荷重Ｆに応じた駆動電流を駆動回路２５からモ
ータ８に印加させる。その後、指令部２３は超音波発振
回路２２に超音波発振指令を出力して超音波振動子９に
接合用の強い振動を発生させ、ボール６ａをチップ１１
にしっかり接合させる。そして時刻Ｔ５にて、接合を終
了し、指令部２３はキャピラリツール７を高速上昇させ
る指令信号を、駆動回路２５へ出力する。以上のサイク
ルを繰返しながら、１つのチップ１１に複数本のワイヤ
６をボンディングしている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】図１８（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図１７の時刻Ｔ３，Ｔ４，
Ｔ５でのボール６ａの状態を示す説明図である。さて図
１８（ｂ）に示すように、接触検出がされた時刻Ｔ４に
おいて、キャピラリツール７、ホーン５及び揺動体４な
どの可動部は速度Ｖ２よりも遅い速度Ｖ３でボール６ａ
を変形させながら下降している。この状態でモータ８に
ボンディング荷重Ｆに相当する駆動電流をモータ８に印
加すると、キャピラリツール７を介してボール６ａ及び
チップ１１に、ボンディング荷重Ｆに可動部の慣性力を
重畳した合成力が作用する。このため、ボール６ａやチ
ップ１１にボンディング荷重Ｆを越えた荷重が瞬間的に
作用し、ボール６ａが潰れすぎて異常に拡がりボンディ
ング不良となったり、チップ１１にダメージを与えるこ
とがある（図１８（ｃ）参照）。特に、近年チップ１１
の高機能化及び高集積化に伴い、ボンディング箇所の個
数が増加し、ボンディング箇所間の間隔が狭くなってき
ていることから、図１８（ｃ）のようにボール６ａが広
がりすぎると、ボール６ａが電極をはみ出したり、隣接
するボールに接触して短絡を生じてボンディング不良を
招きやすい。またＧａＡｓのような脆弱な材料からなる
チップ１１も増えており、ダメージによってチップ１１
が破壊されるおそれがあるという問題点もあった。 【０００７】また、従来のワイヤボンディング方法で
は、ワイヤがボンディング面に接触したことを検出した
後に、ボンディング面にボンディング荷重を作用させて
いるので、接触検出による遅れを生じてしまい、それだ
けサイクルタイムが長くなるという問題点があった。 【０００８】そこで本発明は、ボンディング品質を低下
させることなく高速な動作が実現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。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明のワイヤボンディ
ング方法は、ボンディングアームに保持されたキャピラ
リツールにワイヤを挿通し、このボンディングアームを
モータで揺動させて基板とこの基板に搭載されたチップ
をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
１本目のワイヤを接続する際、ワイヤをボンディング面
に押圧しているキャピラリツールの高さを検出してこの
高さよりも上方に制御切替レベルを設定し、２本目以降
のワイヤを接続する際、位置制御にてキャピラリツール
を前記制御切替レベルまで下降させ、前記制御切替レベ
ルまで下降したら前記キャピラリツールを上昇させる方
向のトルクを発生させて前記キャピラリツールの下降を
制動し、その後、トルク制御にて前記モータにボンディ
ング荷重に応じたトルクを発生させてキャピラリツール
を下降させ、ワイヤをボンディング面に押し付けて接続
するものである。 【００１０】 【発明の実施の形態】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り、３１は
Ｙテーブル、３２はＹテーブル３１の上面にＹ方向へ摺
動自在に設けられたＸテーブル、３３はＹテーブル３１
に装着されたＹモータであり、Ｙテーブル３１内のボー
ルねじ式送り機構のボールねじを回転させてＸテーブル
３２をＹ方向へ移動させる。３４はＸテーブル３２上に
Ｙ方向とは水平面内で直交するＸ方向に摺動自在に載置
された支持ブロック、３５はＸテーブル３２装着された
Ｘモータであり、Ｘテーブル３２内のボールねじ式送り
機構のボールねじを回転させて支持ブロック３４をＸ方
向へ移動させる。 【００１１】次にボンディングヘッドの説明を行なう。
支持ブロック３４の前部には、Ｘ方向に平行なシャフト
３６が回転自在に軸支され、シャフト３６はホーン３７
（ボンディングアーム）を固定するボックス３８に軸着
されている。Ｅはシャフト３６の揺動位置を検出するエ
ンコーダ、３９はホーン３７の後部に装着された超音波
振動子、４０はステータ部４０ａが支持ブロック３４上
に固定され、ローター部４０ｂがボックス３８に固定さ
れたモータであり、ボックス３８をシャフト３６を中心
に揺動させることによりホーン３７を矢印Ｎ方向に揺動
させる。 【００１２】４１はホーン３７の先端部に保持されたキ
ャピラリツール４２に挿通されるワイヤ、４３はワイヤ
４１に張力を付与するテンションクランパ、４４は支持
アーム４５によりボックス３８に固定され、ワイヤ４１
をクランプするカットクランパ、４６は高電圧が印加さ
れて電気的スパークを発生することによりワイヤ４１の
下端部にボール４１ａを形成するトーチ電極である。こ
のトーチ電極４６は図示しない取付具により支持ブロッ
ク３４に固定されている。また、４７はキャピラリツー
ル４２の下方に位置決めされた基板としてのリードフレ
ーム、４７ａはリードフレーム４７のインナーリード、
４８はリードフレーム４７に搭載されたチップ、４９は
リードフレーム４７を押さえるプレートである。 【００１３】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ブロック図である。図２中、５
０はエンコーダＥのＡ相信号、Ｂ相信号を入力し、ホー
ン３７が上昇／下降のいずれの方向に揺動しているかを
判定し、上昇であれば上昇検出パルス信号ａを、下降で
あれば下降検出パルス信号ｂを、択一的に可逆カウンタ
５１に出力する方向弁別回路、５１は上昇検出パルス信
号ａを計数して計数値を加算し、下降検出パルス信号ｂ
を計数して計数値を減算して、現在の計数値を現在位置
信号ｃとしてインターフェイス部５２に出力する可逆カ
ウンタである。 【００１４】また、５３は十分高い一定周波数の方形波
からなる基準パルス信号ｄを発生し、パルス幅比較回路
５４に出力する基準パルス発生回路、５４は基準パルス
信号ｄを参照し、方向弁別回路５０が出力する下降検出
パルス信号ｂを入力すると共に、しきい値Ｎと、下降検
出パルス信号ｂのパルス幅を基準パルス信号ｄのパルス
幅で徐した値を比較し、この値がしきい値Ｎを越えたな
らば、接触信号ｅを接触検出スイッチ５５へ出力するパ
ルス幅比較回路である。接触検出スイッチ５５はインタ
ーフェイス部５２から許可信号ｇを得た場合のみ、接触
信号ｅをインターフェイス部５２に出力するものであ
る。 【００１５】次に接触検出手段（パルス幅比較回路５
４，接触検出スイッチ５５）の動作について説明する。
図１０は本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の接触検出条件の説明図である。図１０は、し
きい値Ｎ＝４の場合の例を示しておりパルス幅比較回路
５４が、下降検出パルス信号ｂの周期Ｂを基準パルス信
号ｄの一定周期Ａで徐した値を、しきい値Ｎと比較し、
しきい値Ｎ以上となった際接触信号ｅを出力するように
している。 【００１６】さて図１０において下降検出パルス信号ｂ
の周期Ｂ１〜Ｂ３は、基準パルス信号ｄの周期Ａにしき
い値Ｎを乗じた所定時間４Ａよりも小さくほぼ一定の状
態にあり、キャピラリツール４２がほぼ等速で下降して
いることを示す。そして、周期Ｂ４は周期Ｂ３以前より
も長くなっており、キャピラリツール４２の下降動作が
減速していることを示す。そして、周期Ｂ５は上記所定
時間４Ａよりも長くなっており、周期Ｂ５中にキャピラ
リツール４２がほとんど停止（すなわちキャピラリツー
ル４２の下端部保持されたワイヤ４１のボール４１ａが
ボンディング面に接触）しているものであり、周期Ｂ５
におけるパルスの立ち上りから上記所定時間４Ａだけ経
過した時刻に、パルス幅比較回路５４が接触検出信号ｅ
を出力するものである。 【００１７】図２において、５６はＣＰＵなどより構成
されたのボンダ制御部、５７はＲＯＭであり、このＲＯ
Ｍ５７には、図７，図８のフローチャートに示す制御プ
ログラムを記憶すると共に、図５（ｂ）に示すように、
図１１及び図１３の動作パターンが格納された動作パタ
ーン記憶部５７ａと、ボンディング荷重Ｆに相当するト
ルク値が格納されたトルク値記憶部５７ｂとが、設けら
れている。 【００１８】５８はＲＡＭであり、このＲＡＭ５８には
図５（ａ）に示すように（図９も参照）、接触検出を行
う際にホーン３７の下降速度を高速Ｖ１から低速Ｖ２に
切り替える高さであるサーチレベルＬ１（通常ボンディ
ング面から２００〜３００μｍ上方に設定される）、位
置制御からトルク制御へ制御方式を切り替える高さであ
る制御切替レベルＬ２、次のボンディング箇所の制御切
替レベルＬ２を定めるために使用する補正レベル△Ｌ
（一定値）のそれぞれを記憶するための領域が設けられ
ている。 【００１９】また図９中、Ｌ３はボンディング完了時の
キャピラリツール４２の下端部の高さであり、Ｌ２＝Ｌ
３＋△Ｌなる関係をもたせている。すなわち、制御切替
レベルＬ２はボンディング面からＬ３＋△Ｌ上方の位置
に設定される。ちなみに本実施例では、制御切替レベル
Ｌ２を５０〜７０μｍに設定している。なお、図５中、
（）内の数字で「１」とあるのは、チップ４８の上面に
ボンディングする場合の高さ、「２」とあるのは、リー
ドフレーム４７へボンディングする場合の高さを示す。 【００２０】図２中、６０はボンダ制御部５６からの超
音波発振指令ｑにより、超音波振動子３９を駆動する超
音波発振回路、５９はモータ４０へボンダ制御部５６が
出力する指令信号ｈ（パルス信号）に応じた駆動電流Ｉ
を供給するデジタルサーボドライバである。ボンダ制御
部５６は、動作パターン記憶部５７ａに記憶されている
動作パターンに基づいたパルス信号を、指令信号ｈとし
てデジタルサーボドライバ５９へ出力する。 【００２１】図３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デジタルサーボドライバのブロ
ック図である。デジタルサーボドライバ５９は、駆動電
流Ｉをモータ４０へ出力する駆動回路５９ａと、駆動回
路５９ａの前段に設けられる演算器５９ｂ（偏差検出手
段）とを備えている。演算器５９ｂは、ボンダ制御部５
６から送信されてくる指令信号ｈとエンコーダＥから送
信されてくるフィードバック信号ｊ（パルス信号）との
偏差を溜りパルスとして検出する。演算器５９ｂは、ボ
ンダ制御部５６から溜りパルスクリア信号ｍが送信され
ると、溜りパルスを零にクリアする。駆動回路５９ａ
は、位置制御機能とトルク制御機能とを併有している。
次に、図４を参照してこの駆動回路５９ａの説明を行な
う。 【００２２】５９ｃは演算器５９ｂから出力された偏差
ｋを入力して速度指令信号ｒを出力する位置制御回路、
５９ｄはフィードバックパルス信号ｊを処理して速度フ
ィードバック信号ｓとして出力する速度検出回路、５９
ｅは速度指令信号ｒと速度フィードバック信号ｓが入力
され、モータ４０を駆動するために必要な電流値を電流
指令信号ｕとして出力する速度制御回路、５９ｆは制御
切替信号ｈにより位置制御方式とトルク制御方式とを切
り替えるスイッチである。このスイッチ５９ｆが速度制
御回路５９ｅ側に接続されていると、駆動回路３５は、
位置制御方式に選択され、ボンダ制御部５６側に接続さ
れているとトルク制御方式に選択される。このスイッチ
５９ｆの切り替えは、ボンダ制御部５６からの制御切替
信号ｎにより行なわれる。 【００２３】５９ｇは電流制御回路であり、位置制御方
式が選択されている時は、速度制御回路５９ｅより送信
された電流指令信号ｕに基づいた電流ｉを出力する。ま
た、トルク制御方式が選択されている場合は、ボンダ制
御部５６から出力されたトルク指令信号ｌに応じた電流
ｉを出力する。そして、この電流ｉは、パワーアンプ５
９ｈで増幅されてモータ４０へ駆動電流Ｉとして送られ
る。 【００２４】図６を参照しながらキャピラリツール４２
の下降を制動する機能について説明する。Ｈはキャピラ
リツール４２を制動したいレベルである。駆動回路５９
ａを位置制御機能に設定した状態でモータ４０を駆動
し、キャピラリツール４２を下降させているものとす
る。 【００２５】図６（ａ）に示すようにキャピラリツール
４２が下降してこのレベルＨを速度Ｖで通過しようとし
ている。ここでキャピラリツール４２がレベルＨで下向
きの速度Ｖを有するということは、レベルＨよりもより
下方に目標位置が設定されているということであるので
キャピラリツール４２の現在位置と目標位置の偏差ｋは
零ではない。そこでキャピラリツール４２がレベルＨに
達した瞬間に、溜りパルスクリア信号ｍを演算器５９ｂ
へ送信してこの偏差ｋを零にすると共に指令信号ｈの送
信を停止すると、レベルＨが新たな目標位置となる。し
かし、キャピラリツール４２は速度Ｖを有しているの
で、図６（ｂ）に示すように、レベルＨから小距離δだ
け行き過ぎてしまう。 【００２６】ここで、目標位置はレベルＨであるから、
上述のように行き過ぎた段階で、小距離δに相当する偏
差ｋが演算器５９ｂに新たに検出されたことになる。す
ると、位置制御機能では駆動回路５９ａは偏差を零とす
るように、モータ４０に駆動電流Ｉを印加するものであ
るから、この小距離δを零とするようなトルクがモータ
４０に発生して、このトルクはキャピラリツール４２や
ホーン３７等の可動部の慣性運動を打ち消すように作用
する。 【００２７】以上はごく短時間に生ずる現象であって、
これを要約すれば、位置制御時に、制動をかけたいある
レベルで溜まりパルスクリア信号ｍを送信して共に指令
信号ｈの送信を停止すれば、そのレベルでキャピラリツ
ール４２の下降に対し制動をかけることができるという
ことである。 【００２８】次に図７，図８を参照しながら、本実施の
形態のワイヤボンダの動作の概要について説明する。図
７，図８は、本発明の一実施の形態におけるワイヤボン
ディング装置の動作を示すフローチャートである。図７
に示すようにまず初期化処理が行われる（ＳＴ１）。即
ち、ボンダ制御部５６は可逆カウンタ５１の計数値を初
期化し、パルス幅比較回路５４にしきい値Ｎを設定す
る。 【００２９】次いで、トーチ電極４６とワイヤ４１の下
端部に高電圧を印加してスパークを発生させ、ワイヤ４
１の下端部にボール４１ａを形成する（ＳＴ２）。次に
ボンダ制御回路５６は、モータ４０を駆動させ、ボール
４１ａをチップ４８の電極に押付ける第１ボンディング
動作を行う（ＳＴ３）。次に、ボンダ制御部５６はモー
タ４０、Ｘモータ３５、Ｙモータ３３を駆動してキャピ
ラリツール４２を所定の軌跡でリードフレーム４７のイ
ンナーリード４７ａの上方へ移動させ、キャピラリツー
ル４２の先端からワイヤ４１をくり出してループを形成
する（ＳＴ４）。 【００３０】次にループの先端をインナーリード４７ａ
に押付け第２ボンディング動作を行う（ＳＴ５）。そし
て、カットクランパ４４でワイヤ４１を挟持し、カット
クランパ４４をキャピラリツール４２と共に上昇させ、
第２ボンディング動作で接合させた部分からワイヤ４１
を切断し（ＳＴ６）ボンディングが完了するまで、ステ
ップ２〜ステップ６の処理を繰返す（ＳＴ７）。 【００３１】さて、図８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ボンディング動作を示すフ
ローチャートである。ここで、ボンダ制御部５６からみ
た第１ボンディング動作と第２ボンディング動作の流れ
は基本的に同様であるので、第１ボンディング動作のみ
について説明する。まず、始めにボンダ制御部５６は駆
動回路５９ａの制御方式を位置制御方式に設定する（Ｓ
Ｔ１１）、次にボンダ制御回路５６はＸモータ３５、Ｙ
モータ３３及びモータ４０を駆動して、キャピラリツー
ル４２を下降開始位置Ｏに移動させる（ＳＴ１２）。 【００３２】次に、接触検出が必要か否か判断する（Ｓ
Ｔ１３）。ここで、本実施の形態では新たなチップ４８
に初めてボンディングを行う際には接触検出を行なうボ
ンディング動作（以下サーチボンディング動作と呼ぶ）
とし、２回目以後は接触検出を行なわないボンディング
動作（以下サーチレスボンディング動作と呼ぶ）とする
ものとする。この理由としては、リードフレーム４７上
に搭載されたチップ４８の上面の高さは、チップ４８毎
にばらつきがあり、しかも傾斜している。このため、ボ
ンダ制御部５６は、はじめてワイヤボンディングを行な
うチップの上面の高さ、すなわちボンディング完了時の
キャピラリツール４２の下端部の高さＬ３を正確に認識
していないので、制御切替レベルＬ２を正確に設定する
事ができない。従って最初の１回目のボンディング動作
は、制御切替レベルＬ２を使用しないサーチボンディン
グ動作でワイヤボンディングする。 【００３３】次にサーチボンディング動作について図８
乃至図１２を参照しながら説明する。図１１において横
軸は時刻を示す。まず時刻Ｔ１にて、ボンダ制御部５６
から指令信号ｈを出力して下降開始位置Ｏから予め設定
されたサーチレベルＬ１までキャピラリツール４２を高
速で下降させる（ＳＴ１４）。時刻Ｔ２にて、キャピラ
リツール４２がサーチレベルＬ１に至ると（ＳＴ１
５）、ボンダ制御部５６はインターフェイス部５２を介
して接触検出スイッチ５５に許可信号ｇを出力し、接触
検出信号ｅを検知できるようにする（ＳＴ１６）。また
ボンダ制御部５６はキャピラリツール４２の下降速度を
低速（Ｖ２）にするよう指令信号ｈを変化させる（ＳＴ
１７）。この速度Ｖ２は、ボール４１ａがチップ４８に
衝突してもチップ４８にダメージを与えない速度であ
る。 【００３４】時刻Ｔ３にて、ボール４１ａの下端がチッ
プ４８に接触し、時刻Ｔ３から小時間△Ｔだけ経過した
時刻Ｔ４にて、パルス幅比較回路５４から接触信号ｅが
発せられるとボンダ制御部５６は、ボール４１ａがボン
ディング面に接触した事を検出する（ＳＴ１８）。次に
ボンダ制御部５６は溜りパルスクリア信号ｍをデジタル
サーボドライバ５９へ送信すると共に指令信号ｈの送信
を停止してブレーキング処理を行う（ＳＴ１９，ＳＴ２
０）。 【００３５】図１３（ｂ）は、図１２の時刻Ｔ４におけ
るボール４１ａの状態を示している。キャピラリツール
４２は、速度Ｖ３でボール４１ａを変形させながら下降
している。ここで上述したブレーキング処理を行うと、
キャピラリツール４２を上方へ押し上げるトルクｆがモ
ータ４０に発生し、キャピラリツール４２の下降を制動
する。これによりキャピラリツール４２、ホーン３７、
ボックス３８、ローター部４０ｂの慣性力を打ち消す。 【００３６】ボンダ制御部５６は、上述したブレーキン
グ処理によるキャピラリツール４２の下降の制動を行な
った後、時刻Ｔ５に、制御切替信号ｎをデジタルサーボ
ドライバ５９へ送信して駆動回路５９ａによるモータ４
０の制御方式をトルク制御に切り替える（ＳＴ２１）。
次にボンダ制御部５６は、ＲＡＭ５７よりトルク指令値
を読み出してトルク指令信号ｌを出力して予め設定され
たトルクｆによりボール４１ａをボンディング面である
チップ４８に圧着させる（ＳＴ２２）。 【００３７】また超音波発振信号ｑを出力して超音波振
動を印加する（ＳＴ２３）。そして、時刻Ｔ６になる
と、ボンダ制御部５６は、現在位置信号ｃを読み取って
キャピラリツール４２の下端部の高さＬ３を検知し、制
御切替レベルＬ２の高さを算出してＲＡＭ５８の制御切
替レベルＬ２の値を今回新たに算出した値に更新する
（ＳＴ３１）。そして直ちに制御方式を位置制御方式に
戻して（ＳＴ３２）、キャピラリツール４２を高速上昇
させる（ＳＴ３３）。 【００３８】一方、ステップ１３で接触検出不要と判断
すると、図１４に示すサーチレスボンディング動作が行
われる。まず、時刻Ｔ１にて、下降開始位置Ｏにあるキ
ャピラリツール４２は、ボンダ制御部５６から演算器５
９ｂに指令パルス信号ｈが送信されることにより、速度
Ｖ１で高速下降する（ＳＴ２４）。そして、ボンダ制御
部５６は、可逆カウンタ５１の現在位置信号ｃを監視
し、時刻Ｔ２にてキャピラリツール４２が制御切替レベ
ルＬ２に達したことを検知すると（ＳＴ２５）、溜りパ
ルスクリア信号ｍをデジタルサーボドライバ５９へ送信
して上述したブレーキング処理を行い、ホーン３７など
の可動部の慣性力を打消す（ＳＴ２６，ＳＴ２７）。 【００３９】そして、ブレーキング処理によるキャピラ
リツール４２の下降を制動した後、時刻Ｔ３にてボンダ
制御部５６は、駆動回路５９ａに制御切替信号ｎを出力
する（ＳＴ２８）。そして直ちにトルク指令値記憶部５
７ｂからボンディング荷重Ｆに相当するトルク指令値を
読み出し、トルク指令信号ｌを駆動回路５９ａに出力す
る（ＳＴ２９）。ボンディング荷重Ｆは、ワイヤの接合
が完了する時刻Ｔ６まで印加される。 【００４０】ボンダ制御部５６は時刻Ｔ３から所定時間
経過したならば超音波発振回路６０に超音波発振信号ｑ
を出力して、超音波発振回路６０により超音波振動子３
９を作動させる（ＳＴ３０）。図１５（ａ），（ｂ），
（ｃ）は、サーチレスボンディング動作の説明図であ
り、それぞれ図１４の時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の状態を示
している。時刻Ｔ２で、キャピラリツール４２が速度Ｖ
１で制御切替レベルＬ２へ到達するとボンダ制御部５６
は、ブレーキング処理を行なってモーター４２にキャピ
ラリツール４２を上昇させる方向に作用するトルクｆを
発生させ、キャピラリツール４２の下降を制動する。す
ると時刻Ｔ３でキャピラリツール４２の下降速度はほと
んどゼロになりキャピラリツール４２やホーン３７，ボ
ックス３８，ロータ部４０ｂの慣性力もなくなる。この
時点からモータ４０にボンディング荷重Ｆに相当するト
ルクを発生させてキャピラリツール４２をチップ４８の
上面に向かって下降させると、ボール４１ａは、時刻Ｔ
４でボンディング面（チップ４８の上面）接触し、モー
タ４０が発生するトルクｆをボンディング荷重Ｆとして
ただちにボンディング面に伝える。 【００４１】このように、サーチレスボンディング動作
では従来のボンディング動作やサーチボンディング動作
のような接触検出を待つことなくボール４１ａがボンデ
ィング面に接触した時点からボンディング荷重Ｆを作用
させている。そのうえ、低速Ｖ２でキャピラリツール４
２を下降させる時間を無くしたのでボンディング動作を
高速で行なう事が可能である。そしてボンディングが完
了する時刻Ｔ６の直前にボンダ制御部５６は現在位置信
号ｃを読み取ってサーチボンディング動作と同様に制御
切替レベルＬ２を算出してＲＡＭ５８の値を更新する
（ＳＴ３１）。 【００４２】その後再び制御方式を位置制御に戻してキ
ャピラリツール４２を高速上昇させる。このように、サ
ーチレスボンディング動作の場合についても、１回のボ
ンディング動作ごとに制御切替レベルＬ２を更新してい
くので例えばチップ４８が水平面に対し傾いているよう
な場合でも、直前のボンディング動作完了時のキャピラ
リツール４２の高さＬ３が次のボンディング動作の制御
切替レベルＬ２に反映させるので、制御切替レベルＬ２
を常に適正な高さにすることができる。 【００４３】 【発明の効果】本発明によれば、ボールの潰れを生じ
ず、チップにダメージが及ぶことがなく、良好なボンデ
ィング品質を得ることができる。
【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
ング装置のブロック図 【図３】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置のデジタルサーボドライバのブロック図 【図４】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の駆動回路のブロック図 【図５】（ａ）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ＲＡＭのデータ構成図 （ｂ）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ＲＯＭのデータ構成図 【図６】（ａ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボ
ンディング装置のブレーキング処理の説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のブレーキング処理の説明図 【図７】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の動作を示すフローチャート 【図８】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置のボンディング動作を示すフローチャート 【図９】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の制御切替レベルＬ２の説明図 【図１０】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置の接触検出条件の説明図 【図１１】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置の接触検出条件の説明図 【図１２】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置のサーチボンディング動作のタイムチャート 【図１３】（ａ）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サーチボンディング動作の説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチボンディング動作の説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチボンディング動作の説明図 【図１４】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置のサーチレスボンディング動作のタイムチャ
ート 【図１５】（ａ）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サーチレスボンディング動作の説明
図 （ｂ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチレスボンディング動作の説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチレスボンディング動作の説明図 【図１６】従来のワイヤボンディング装置のブロック図 【図１７】従来のワイヤボンディング装置における第１
ボンディング動作のタイムチャート 【図１８】（ａ）従来のワイヤボンディング装置のボン
ディング動作の説明図 （ｂ）従来のワイヤボンディング装置のボンディング動
作の説明図 （ｃ）従来のワイヤボンディング装置のボンディング動
作の説明図 【符号の説明】 ３７ ホーン ４０ モータ ４１ ワイヤ ４１ａ ボール ４２ キャピラリツール ４７ リードフレーム ４８ チップ
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
ング装置のブロック図 【図３】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置のデジタルサーボドライバのブロック図 【図４】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の駆動回路のブロック図 【図５】（ａ）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ＲＡＭのデータ構成図 （ｂ）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ＲＯＭのデータ構成図 【図６】（ａ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボ
ンディング装置のブレーキング処理の説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のブレーキング処理の説明図 【図７】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の動作を示すフローチャート 【図８】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置のボンディング動作を示すフローチャート 【図９】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディ
ング装置の制御切替レベルＬ２の説明図 【図１０】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置の接触検出条件の説明図 【図１１】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置の接触検出条件の説明図 【図１２】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置のサーチボンディング動作のタイムチャート 【図１３】（ａ）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サーチボンディング動作の説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチボンディング動作の説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチボンディング動作の説明図 【図１４】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンデ
ィング装置のサーチレスボンディング動作のタイムチャ
ート 【図１５】（ａ）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サーチレスボンディング動作の説明
図 （ｂ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチレスボンディング動作の説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディン
グ装置のサーチレスボンディング動作の説明図 【図１６】従来のワイヤボンディング装置のブロック図 【図１７】従来のワイヤボンディング装置における第１
ボンディング動作のタイムチャート 【図１８】（ａ）従来のワイヤボンディング装置のボン
ディング動作の説明図 （ｂ）従来のワイヤボンディング装置のボンディング動
作の説明図 （ｃ）従来のワイヤボンディング装置のボンディング動
作の説明図 【符号の説明】 ３７ ホーン ４０ モータ ４１ ワイヤ ４１ａ ボール ４２ キャピラリツール ４７ リードフレーム ４８ チップ
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−120746（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−268437（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−260522（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−69129（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−291735（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−82577（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】ボンディングアームに保持されたキャピラ
リツールにワイヤを挿通し、このボンディングアームを
モータで揺動させて基板とこの基板に搭載されたチップ
をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、 １本目のワイヤを接続する際、ワイヤをボンディング面
に押圧しているキャピラリツールの高さを検出してこの
高さよりも上方に制御切替レベルを設定し、 ２本目以降のワイヤを接続する際、位置制御にてキャピ
ラリツールを前記制御切替レベルまで下降させ、前記制
御切替レベルまで下降したら前記キャピラリツールを上
昇させる方向のトルクを発生させて前記キャピラリツー
ルの下降を制動し、その後、トルク制御にて前記モータ
にボンディング荷重に応じたトルクを発生させてキャピ
ラリツールを下降させ、ワイヤをボンディング面に押し
付けて接続することを特徴とするワイヤボンディング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JP1517994 | 1994-02-09 | ||
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