JP3528643B2 - ワイヤボンディング装置 - Google Patents
ワイヤボンディング装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等の組立
て工程において金属ワイヤによる配線を行うワイヤボン
ディング装置に関するもので、さらに詳しくは超音波ワ
イヤボンディング装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】超音波ワイヤボンディング装置（以下、
単にワイヤボンダと呼ぶ）は、ボンディングツールと呼
ぶボンディングヘッドの先端部で金属のボンディングワ
イヤ（以下、単にワイヤと呼ぶ）をワークに押し付けて
超音波を印加し、ワイヤとワークを接合させる。従来の
ワイヤボンダでは移動するボンディングツールの保持部
とワークとの間のギャップを距離センサにより検出し、
ワイヤをワークに押し付け、距離センサでワイヤの変形
に伴って生じるボンディングツールの変位が予め設定し
た量に達したことを検出した後、超音波を発振する仕組
みになっている。このような機構であるため、超音波発
振前に必ずワイヤの変形が発生する。 【０００３】また、特開平４−７８１４７号公報にはワ
イヤとワークの間に加えるボンディング圧力が一定にな
るようにしたワイヤボンダが記載されている。この装置
ではボンディングヘッドの先端部に設けたキャピラリを
搭載した揺動アーム近傍に、キャピラリの移動量と移動
速度を検出する位置検出手段と速度検出手段に加え、キ
ャピラリの上下方向に加わる力を検出する力検出手段を
備え、これらの検出手段によりボンディング中の状態を
揺動アームの駆動機構にフィードバックして安定したボ
ンディング動作を行うようにしている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のワイヤボンダでは距離センサを使用し、ワイヤをワー
クに押し付け、ワイヤの変形に伴って生じるボンディン
グツールの変位が予め設定した量に達したことを検出し
た後、超音波を発振するので超音波発振前に必ずワイヤ
の変形が発生する。一方、超音波によるワイヤの接合現
象はワイヤの変形と超音波の印加が同時に進行している
部分にのみ起こるため、従来のワイヤボンダでは超音波
の印加前にワイヤが変形し、その変形部分ではワークと
ワイヤが接合しないため、接合強度・接合の寿命などの
品質面からも不利であった。 【０００５】また、荷重の大きさや超音波の印加タイミ
ングなどにずれが発生するとボンディング不良が発生す
るためモニタ法が必要である。このモニタ法は数々の方
式が提案されているが、従来の装置ではボンディングツ
ール付近にセンサーを設置しているためボンディング現
象の進行に伴い超音波発振器に加わる負荷の影響を受け
やすい。また、高速かつ複雑な軌跡で移動するボンディ
ングツールおよびその近傍部分の駆動に伴う振動がノイ
ズとして加わるため、高精度なモニタが不可能であっ
た。さらに、ワイヤの断線や接合不良、ワーク押え不良
やボンディングツール先端の摩耗状態管理など、モニタ
機能について満足できる効果が得られなかった。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤボン
ダは、ワイヤがワークの表面に接触したことを検出する
力検出手段と、この力検出手段からの信号に基づいて所
定の遅延時間を設定する遅延手段と、この遅延手段から
の信号に基づいて超音波の発振を開始する超音波発振器
とを備えた。 【０００７】また、ワイヤのつぶれ量がその直径の７％
以下になるように遅延手段を設定した。 【０００８】また、力検出手段をワーク台中に埋設した
圧電型力検出素子とした。 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明を
その実施の形態を示す図面を用いて具体的に説明する。
図１はこの発明の第１の実施形態を説明するためのワイ
ヤボンダの構成概念図であり、１はワーク、２はツー
ル、３はボンディングアーム、４はワーク台、５はワー
ク台４中に埋設しツール２からワーク１に加わる力を検
出する圧電型検出素子等を用いた力検出器、６は遅延回
路、７は超音波発振器、８はワイヤである。なお、ワー
ク搭載面の大きさは縦１００ｍｍ、横１００ｍｍで、ワ
ーク搭載面の下方５０ｍｍの位置に力検出器５を埋設し
た。 【００１５】ツール２を下降させてワイヤを加圧しボン
ディングを実行する。力検出器５として圧電型検出素子
を用いるのは、剛性および感度が高くかつ応答が高速で
あるため、ワークに影響を与えずにワイヤがワークに接
触した瞬間を確実に検知することができるからである。
力検出器５からの信号を高感度増幅器で増幅し遅延回路
６をトリガし所定の時間遅延させてから超音波発振器７
を発振させるように構成した。ワーク上のボンディング
位置による検出信号のバラつきを確認するためボンディ
ングをワーク台４上の中心と中心から５０ｍｍ離れた位
置とで行ったが、力検出器５から同等の検出信号が得ら
れた。なお実験における装置構成としては、超音波工業
社製超音波ワイヤボンダー（ＵＲＢ−６１２）、田中電
子工業社製アルミワイヤー（Ｓｏｆｔ−２ワイヤ直径３
００μｍ）、ＧＡＩＳＥＲ社製超硬ボンディングツール
（８２３７−ＶＥ−３００−１）、キスラー社製圧電素
子（９１３２Ａ）およびチャージアンプ（５０１１Ａ）
を用い、セラミック基板上にはんだでダイボンドしたＩ
ＧＢＴチップをワークとして使用した。 【００１６】従来のワイヤボンダでは、一般に沈み込み
センサと呼ばれる距離センサを用いており、上述のよう
にワークにワイヤが接触してから所定の荷重を印加しワ
イヤの変形によって生じるボンディングツールの変位を
検出した後に超音波を発振するので、超音波の発振以前
に必ずワイヤにつぶれが生じる。しかし、図１のワイヤ
ボンダではワークにワイヤが接触した瞬間を力検出器５
によって検知できるため、ワイヤのつぶれが生じる前に
超音波を発振することができ、ワイヤの接合性が向上す
る。従来の構成ではワークにワイヤが接触してから超音
波の発振までに６０ｍｓｅｃ程度を要したが、図１の構
成によればこれを５ｍｓｅｃ程度まで短縮することがで
きる。なお、ワークとワイヤの接触直後に超音波を発振
すると、ワークに損傷を生じる恐れがあるため、遅延回
路６によってワークとワイヤの接触から適当な時間の経
過後に超音波を発振する。このように構成することによ
って、ワークの損傷発生の可能性に応じて最適なタイミ
ングで超音波を発振させることができる。 【００１７】図２は従来のワイヤボンダとこの発明を適
用したワイヤボンダそれぞれによるワークとワイヤの接
合部の差異を示す模式図である。（ａ）は従来のワイヤ
ボンダによるもので、超音波発振前に生じるワイヤのつ
ぶれが原因と考えられる中心部の未接合部が見られる。
実験の結果これはワイヤ直径のほぼ７％のつぶれが生じ
てから超音波を発振したものに相当することが分かっ
た。（ｂ）はこの発明を適用したワイヤボンダによるも
ので、ワイヤにほとんどつぶれが生じない時点で超音波
の発振が開始されるため、未接合部がなく従来に比べて
接合状態が良好で接合面積が大きい。なお、直径３００
μｍのワイヤを用いた場合について説明したが、この結
果はワイヤの直径とはほとんど無関係に適用できること
が判明している。 【００１８】 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【００２４】 【発明の効果】本発明によるワイヤボンダは、ワイヤが
ワークに接触した瞬間を検出し、適切な遅延時間をもっ
て超音波を印加することができるので、超音波印加前の
ワイヤ変形を最小にでき、接合部中央の接合が達成で
き、接合強度、接合部の寿命などの接合品質を大幅に向
上できる。またボンディングヘッド部分の構造を単純化
できる。 【００２５】さらに、超音波発振開始時のワイヤつぶれ
量をワイヤ直径の７％以下としたので接合面積が従来よ
り増加し、接合強度を高めることができる。 【００２６】さらに、力検出手段をワークを搭載するワ
ーク台中に埋設した圧電型力検出素子としたので、ワー
クに対するボンディング位置に依存しない正確な力検出
ができる。 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】 【００３１】
て工程において金属ワイヤによる配線を行うワイヤボン
ディング装置に関するもので、さらに詳しくは超音波ワ
イヤボンディング装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】超音波ワイヤボンディング装置（以下、
単にワイヤボンダと呼ぶ）は、ボンディングツールと呼
ぶボンディングヘッドの先端部で金属のボンディングワ
イヤ（以下、単にワイヤと呼ぶ）をワークに押し付けて
超音波を印加し、ワイヤとワークを接合させる。従来の
ワイヤボンダでは移動するボンディングツールの保持部
とワークとの間のギャップを距離センサにより検出し、
ワイヤをワークに押し付け、距離センサでワイヤの変形
に伴って生じるボンディングツールの変位が予め設定し
た量に達したことを検出した後、超音波を発振する仕組
みになっている。このような機構であるため、超音波発
振前に必ずワイヤの変形が発生する。 【０００３】また、特開平４−７８１４７号公報にはワ
イヤとワークの間に加えるボンディング圧力が一定にな
るようにしたワイヤボンダが記載されている。この装置
ではボンディングヘッドの先端部に設けたキャピラリを
搭載した揺動アーム近傍に、キャピラリの移動量と移動
速度を検出する位置検出手段と速度検出手段に加え、キ
ャピラリの上下方向に加わる力を検出する力検出手段を
備え、これらの検出手段によりボンディング中の状態を
揺動アームの駆動機構にフィードバックして安定したボ
ンディング動作を行うようにしている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のワイヤボンダでは距離センサを使用し、ワイヤをワー
クに押し付け、ワイヤの変形に伴って生じるボンディン
グツールの変位が予め設定した量に達したことを検出し
た後、超音波を発振するので超音波発振前に必ずワイヤ
の変形が発生する。一方、超音波によるワイヤの接合現
象はワイヤの変形と超音波の印加が同時に進行している
部分にのみ起こるため、従来のワイヤボンダでは超音波
の印加前にワイヤが変形し、その変形部分ではワークと
ワイヤが接合しないため、接合強度・接合の寿命などの
品質面からも不利であった。 【０００５】また、荷重の大きさや超音波の印加タイミ
ングなどにずれが発生するとボンディング不良が発生す
るためモニタ法が必要である。このモニタ法は数々の方
式が提案されているが、従来の装置ではボンディングツ
ール付近にセンサーを設置しているためボンディング現
象の進行に伴い超音波発振器に加わる負荷の影響を受け
やすい。また、高速かつ複雑な軌跡で移動するボンディ
ングツールおよびその近傍部分の駆動に伴う振動がノイ
ズとして加わるため、高精度なモニタが不可能であっ
た。さらに、ワイヤの断線や接合不良、ワーク押え不良
やボンディングツール先端の摩耗状態管理など、モニタ
機能について満足できる効果が得られなかった。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤボン
ダは、ワイヤがワークの表面に接触したことを検出する
力検出手段と、この力検出手段からの信号に基づいて所
定の遅延時間を設定する遅延手段と、この遅延手段から
の信号に基づいて超音波の発振を開始する超音波発振器
とを備えた。 【０００７】また、ワイヤのつぶれ量がその直径の７％
以下になるように遅延手段を設定した。 【０００８】また、力検出手段をワーク台中に埋設した
圧電型力検出素子とした。 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明を
その実施の形態を示す図面を用いて具体的に説明する。
図１はこの発明の第１の実施形態を説明するためのワイ
ヤボンダの構成概念図であり、１はワーク、２はツー
ル、３はボンディングアーム、４はワーク台、５はワー
ク台４中に埋設しツール２からワーク１に加わる力を検
出する圧電型検出素子等を用いた力検出器、６は遅延回
路、７は超音波発振器、８はワイヤである。なお、ワー
ク搭載面の大きさは縦１００ｍｍ、横１００ｍｍで、ワ
ーク搭載面の下方５０ｍｍの位置に力検出器５を埋設し
た。 【００１５】ツール２を下降させてワイヤを加圧しボン
ディングを実行する。力検出器５として圧電型検出素子
を用いるのは、剛性および感度が高くかつ応答が高速で
あるため、ワークに影響を与えずにワイヤがワークに接
触した瞬間を確実に検知することができるからである。
力検出器５からの信号を高感度増幅器で増幅し遅延回路
６をトリガし所定の時間遅延させてから超音波発振器７
を発振させるように構成した。ワーク上のボンディング
位置による検出信号のバラつきを確認するためボンディ
ングをワーク台４上の中心と中心から５０ｍｍ離れた位
置とで行ったが、力検出器５から同等の検出信号が得ら
れた。なお実験における装置構成としては、超音波工業
社製超音波ワイヤボンダー（ＵＲＢ−６１２）、田中電
子工業社製アルミワイヤー（Ｓｏｆｔ−２ワイヤ直径３
００μｍ）、ＧＡＩＳＥＲ社製超硬ボンディングツール
（８２３７−ＶＥ−３００−１）、キスラー社製圧電素
子（９１３２Ａ）およびチャージアンプ（５０１１Ａ）
を用い、セラミック基板上にはんだでダイボンドしたＩ
ＧＢＴチップをワークとして使用した。 【００１６】従来のワイヤボンダでは、一般に沈み込み
センサと呼ばれる距離センサを用いており、上述のよう
にワークにワイヤが接触してから所定の荷重を印加しワ
イヤの変形によって生じるボンディングツールの変位を
検出した後に超音波を発振するので、超音波の発振以前
に必ずワイヤにつぶれが生じる。しかし、図１のワイヤ
ボンダではワークにワイヤが接触した瞬間を力検出器５
によって検知できるため、ワイヤのつぶれが生じる前に
超音波を発振することができ、ワイヤの接合性が向上す
る。従来の構成ではワークにワイヤが接触してから超音
波の発振までに６０ｍｓｅｃ程度を要したが、図１の構
成によればこれを５ｍｓｅｃ程度まで短縮することがで
きる。なお、ワークとワイヤの接触直後に超音波を発振
すると、ワークに損傷を生じる恐れがあるため、遅延回
路６によってワークとワイヤの接触から適当な時間の経
過後に超音波を発振する。このように構成することによ
って、ワークの損傷発生の可能性に応じて最適なタイミ
ングで超音波を発振させることができる。 【００１７】図２は従来のワイヤボンダとこの発明を適
用したワイヤボンダそれぞれによるワークとワイヤの接
合部の差異を示す模式図である。（ａ）は従来のワイヤ
ボンダによるもので、超音波発振前に生じるワイヤのつ
ぶれが原因と考えられる中心部の未接合部が見られる。
実験の結果これはワイヤ直径のほぼ７％のつぶれが生じ
てから超音波を発振したものに相当することが分かっ
た。（ｂ）はこの発明を適用したワイヤボンダによるも
ので、ワイヤにほとんどつぶれが生じない時点で超音波
の発振が開始されるため、未接合部がなく従来に比べて
接合状態が良好で接合面積が大きい。なお、直径３００
μｍのワイヤを用いた場合について説明したが、この結
果はワイヤの直径とはほとんど無関係に適用できること
が判明している。 【００１８】 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【００２４】 【発明の効果】本発明によるワイヤボンダは、ワイヤが
ワークに接触した瞬間を検出し、適切な遅延時間をもっ
て超音波を印加することができるので、超音波印加前の
ワイヤ変形を最小にでき、接合部中央の接合が達成で
き、接合強度、接合部の寿命などの接合品質を大幅に向
上できる。またボンディングヘッド部分の構造を単純化
できる。 【００２５】さらに、超音波発振開始時のワイヤつぶれ
量をワイヤ直径の７％以下としたので接合面積が従来よ
り増加し、接合強度を高めることができる。 【００２６】さらに、力検出手段をワークを搭載するワ
ーク台中に埋設した圧電型力検出素子としたので、ワー
クに対するボンディング位置に依存しない正確な力検出
ができる。 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】 【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を示す構成概念図で
ある。 【図２】 ワイヤ接合部の差異を示す模式図である。
ある。 【図２】 ワイヤ接合部の差異を示す模式図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−15336（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−107060（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60 301
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ボンディングワイヤに荷重と超音波を印
加して塑性変形させワークと接合させるワイヤボンディ
ング装置において、 前記ボンディングワイヤが前記ワークの表面に接触した
ことを検出する力検出手段と、該力検出手段からの信号
に基づいて所定の遅延時間を設定する遅延手段と、 該遅延手段からの信号に基づき超音波の発振を開始する
超音波発振器と、を備え、 前記力検出手段が前記ワークを搭載するワーク台中に埋
設した圧電型力検出素子であり、前記遅延時間は前記ボ
ンディングワイヤが前記ワークの表面に接触した直後か
らワイヤのつぶれ量がワイヤ直径の７％に達するまでの
所定の時間内に設定されていることを特徴とするワイヤ
ボンディング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34522598A JP3528643B2 (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | ワイヤボンディング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34522598A JP3528643B2 (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | ワイヤボンディング装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003370104A Division JP3912361B2 (ja) | 2003-10-30 | 2003-10-30 | ワイヤボンディング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000174056A JP2000174056A (ja) | 2000-06-23 |
| JP3528643B2 true JP3528643B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=18375154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34522598A Expired - Fee Related JP3528643B2 (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | ワイヤボンディング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3528643B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000059112A (ko) * | 2000-07-14 | 2000-10-05 | 이충원 | 솔더볼 제조장치 및 그 방법 |
| JP6664300B2 (ja) * | 2016-09-21 | 2020-03-13 | 三菱電機株式会社 | ワイヤボンディング良否判定装置およびワイヤボンディング良否判定方法 |
| JP7077051B2 (ja) * | 2018-02-15 | 2022-05-30 | 三菱電機株式会社 | ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 |
| JP7488656B2 (ja) * | 2019-09-19 | 2024-05-22 | 株式会社東芝 | ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 |
| TW202548965A (zh) * | 2024-04-03 | 2025-12-16 | 日商松下知識產權經營股份有限公司 | 接合良否判定系統及接合良否判定方法 |
-
1998
- 1998-12-04 JP JP34522598A patent/JP3528643B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000174056A (ja) | 2000-06-23 |
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