JP3621255B2 - ワイヤボンディング装置およびこのワイヤボンディング装置を用いるワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置およびこのワイヤボンディング装置を用いるワイヤボンディング方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、レーザダイオード等におけるチップとリードとの接続に利用されるワイヤボンディング装置およびこのワイヤボンディング装置を用いる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】
コンパクト・ディスク・プレーヤーあるいは光ディスクメモリ装置のピックアップに光源として採用されるレーザダイオードは、発光素子であるレーザチップと、受光素子であるフォトダイオード（以下、「ＰＤ」と略す）を有している。図７は、レーザダイオードの一例を示す要部断面図である。レーザダイオードは円板状の基板であるステム７１を具備しており、ステム７１にはレーザチップ７５が載置されたサブマウント７８を取付けるためのポスト７２、ＰＤ６４をボンディングするための溝６７が形成されている。ＰＤ６４およびレーザチップ７５はワイヤＷによってそれぞれリード６５ａ，６５ｂに接続されており、ステム７１上のリード６５ａ，６５ｂ、レーザチップ７５、ポスト７２およびＰＤ６４は透過窓７６をもつ円筒状カンシール７７で覆われている。
【０００３】
上記レーザダイオードにおいて、ＰＤ６４は、レーザチップ７５の発光量をモニターする受光素子としてステム７１に形成された溝６７にボンディングされている。しかし、レーザチップ７５から発振した光の一部は反射して戻り光となり、ＰＤ６４が上記戻り光を受光してしまうことがある。ＰＤ６４が上記戻り光を受光してしまうと、レーザチップ７５の発光量を正確に検知することができない。このため、近年では、図８、図９に示されるように、溝６７をステム７１に対して所定角度傾斜させ、溝６７にボンディングされたＰＤ６４が戻り光を受光しにくいようにしている。
【０００４】
ここで、ＰＤ６４をステム７１の溝６７にボンディングする作業について、図８を参照しつつ簡単に説明する。
【０００５】
ＰＤ６４をステム７１の溝にボンディングする際には、ボンディングのしやすさを考慮し、通常、コレット７０でＰＤ６４を水平に保っておき、溝６７の底部がＰＤ６４の下面に対して平行になるようにステム７１を所定角度傾斜させておく。ステム７１の傾斜角度は、位置決め機構８３で調整される。ステム７１の姿勢が決定したら、コレット７０でＰＤ６４を搬送して溝６７にボンディングする。ＰＤ６４が溝６７にボンディングされてから、ワイヤボンディング装置８０を用いてＰＤ６４のワイヤボンディングを行う。
【０００６】
ＰＤのワイヤボンディングについて、図９を参照しつつ簡単に説明する。ワイヤボンディング装置８０は、キャピラリ８１が取り付けられた駆動アーム８２と、ステム７１の姿勢を調整する位置決め機構８３とを有している。キャピラリ８１は、駆動アーム８２に対して垂直な状態で取り付けられている。すなわち、駆動アーム８２の軸線Ｌとキャピラリ８１の軸線Ｎとの交差角は９０度になっている。
【０００７】
ワイヤボンディング装置８０を用いてＰＤ６４のワイヤボンディングを行うには、まず、図９（ａ）に示されるように、キャピラリ８１の先端部から僅かに突出させたワイヤＷの先端部を水素トーチ等で溶融ボール状にし、上記溶融ボールの部分をＰＤ６４に押し付けることでワイヤＷをＰＤ６４に接続する。その後、キャピラリ８１を上方に動かすことによってワイヤＷを所定量繰り出しながら、キャピラリ８１をリード６５ａの上方まで移動させる。傾斜していたステム７１の姿勢を調整することによって、リード６５ａ上面と駆動アーム８２とを平行にする。両者が平行になったら、図９（ｂ）に示されるように、キャピラリ８１をリード６５ａの上面直近に下降させてワイヤＷをリード６５ａに押し付け、リード６５ａとＰＤ６４とを電気的に接続する。その後、ワイヤＷをキャピラリ８１から切断することによってＰＤ６４のワイヤボンディングが完了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記ワイヤボンディング装置８０では、リード６５ａにワイヤＷを接続する際、リード６５ａ上面と駆動アーム８２とが平行になるようにステム７１の姿勢を調整し直さなければならない。ステム７１の姿勢を調整し直すことは、ワイヤボンディングの作業効率を低下させる。複数のＰＤ６４にワイヤボンディングを行う場合には、ステム７１の姿勢を何回も調整しているうちに、リード６５ａ上面と駆動アーム８２との位置関係が狂う可能性もある。さらに、ワイヤボンディング装置８０は、ステム７１の姿勢を調整するための機構を必要とするので、構造が複雑になってしまう。
【０００９】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ワイヤボンディングを効率よく行えるワイヤボンディング装置およびこのワイヤボンディング装置を用いるワイヤボンディング方法を提供することをその課題としている。
【００１０】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
すなわち、本願発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤ繰り出し装置から送り込まれるワイヤを突出させ、上記ワイヤの一端を半導体チップにボールボンディングし、上記ワイヤの他端部をリードにスティッチボンディングするためのキャピラリと、上記キャピラリを保持して所定方向に移動させる駆動アームと、上記半導体チップおよび上記リードを有する基板を所定角度傾斜した状態で搬送するための搬送機構とを、具備するワイヤボンディング装置であって、上記キャピラリにおいてワイヤ突出口を形成している面は、上記リードの上面に対して平行になっていることを特徴とするものである。
【００１２】
本願発明は、キャピラリのワイヤ突出口を形成している面（以下、「ワイヤ突出面」と略す）とリード上面とを平行に揃えることによって、半導体チップおよびリードを有している基板の姿勢を変更せずにワイヤボンディングを完了できるようにしたものである。ワイヤは溶融ボールの部分が冷えて固まることによって半導体チップにボールボンディングされるので、ワイヤ突出面と半導体チップの上面とは平行になっていなくても、ワイヤと半導体チップとの接続性は良好である。ワイヤ突出面をリード上面に対して平行になるように合わせておけば、基板の姿勢を変更することなく、ワイヤをリードにスティッチボンディングすることが可能である。ワイヤ突出面とリード上面とは平行なので、ワイヤとリードとの接続性も良好である。本願発明のワイヤボンディング装置を利用して、基板の姿勢を変更せずにワイヤボンディングを行うと、リード上面とワイヤ突出面との位置関係が狂う可能性は従来よりも低くなる。このように、本願発明のワイヤボンディング装置を用いれば、効率の良いワイヤボンディングを行うことができる。さらに、本願発明のワイヤボンディング装置は、基板の姿勢を調整するための機構が不要なので、構造が簡単である。
【００１３】
本願発明の実施形態として、上記キャピラリは、水平に延出する駆動アームに対して傾斜した状態で取付けられており、上記駆動アームに対する垂線と上記キャピラリの軸線との交差角は、上記搬送機構によって搬送される基板の傾斜角度と同一または略同一になっている。キャピラリが上記に示されるような状態で駆動アームに取り付けられることによって、キャピラリにおけるワイヤ突出面とリード上面とが平行になる。従って、基板の姿勢を変更しなくてもワイヤボンディングを行えるようになり、ワイヤボンディングの作業効率を向上させることができる。
【００１４】
本願発明の実施形態として、上記キャピラリは、水平に延出する駆動アームに対して垂直に取付けられており、上記キャピラリにおいてワイヤ突出口を形成している面は、上記リードの上面に対して平行になるように加工されている。ワイヤ突出面をリード上面に対して平行になるように加工しておくことによって、キャピラリを駆動アームに対して垂直に取付けることが可能となる。キャピラリを傾斜させることによて、ワイヤ突出面とリード上面とを平行にそろえる必要はない。
【００１５】
本願発明の実施形態としては、上記基板はレーザダイオードを構成するステムであり、上記半導体チップはフォトダイオード（ＰＤ）になっている。
【００１６】
レーザダイオードにおいては、ＰＤは、レーザチップからの発光量をモニターする受光素子であり、ステムに形成されている溝にボンディングされている。この溝は、ＰＤがレーザダイオード内で反射した光（戻り光）を受光しにくいように、ステムに対して所定角度傾斜するように形成されている。ＰＤをステムに形成された溝にボンディングするには、ステムを傾斜させてＰＤを溝に対して平行にしてやる必要がある。ステムを傾斜させているので、ステムに対して垂直に交差しているリード上面とＰＤとは平行にはならない。上記リードと上記ＰＤとをワイヤボンディングする場合、本願発明のワイヤボンディング装置を利用すれば、ステムの姿勢を変更することなく、ワイヤをＰＤにボールボンディングしてから、ワイヤの他端部をリードにスティッチボンディングすることができる。このように、本願発明のワイヤボンディング装置は、ステムにおけるＰＤとリードとをワイヤで接続する場合に最大の効果を発揮する。
【００１７】
本願発明の別の態様であるワイヤボンディング方法は、上記に記載のワイヤボンディング装置を用い、基板にボンディングされている半導体チップにワイヤの一端部をボールボンディングし、その後、上記基板に設置されているリードに上記ワイヤの他端部をスティッチボンディングすることに特徴づけられる。
【００１８】
すでに説明したように、本願発明のワイヤボンディング装置を用いれば、基板の姿勢を変更することなくワイヤボンディングを行える。従って、本願発明のワイヤボンディング方法を利用すると、基板の姿勢を変更する工程が省かれるので、従来よりもワイヤボンディングを迅速に行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本願発明に係るワイヤボンディング装置の一実施例を示す要部断面図、図２は図１に示されるワイヤボンディング装置でフォトダイオード（以下、「ＰＤ」と略す）にワイヤボンディングを行う方法を示す要部断面概略図、図３は図２（ａ）の一部拡大断面図、図４は図２（ｂ）の一部拡大断面図である。
【００２０】
ワイヤボンディング装置１０は、図１に示されるように、ワイヤＷをボンディングするためのキャピラリ１と、キャピラリ１を保持して所定方向に移動させる駆動アーム２と、ワイヤＷがボンディングされるＰＤ４およびリード５を有するステム１１を搬送する搬送機構３とを有している。キャピラリ１は、水平に延出した駆動アーム２に傾斜した状態で取り付けられている。ステム１１は駆動アーム２の軸線Ｌ方向に対してθだけ傾斜しており、ＰＤ４がボンディングされる溝７を有している。溝７は、ステム１１に対して傾斜している。ステム１１に対する溝７の傾斜角度は、駆動アーム２の軸線Ｌ方向に対するステムの傾斜角度θと同一である。
【００２１】
駆動アーム２に対して傾斜した状態で取り付けられているキャピラリ１は、ワイヤ繰り出し装置（図示略）から送り込まれたワイヤＷを突出させるものである。駆動アーム２に対する垂線Ｍとキャピラリ１の軸線Ｎとの交差角は、駆動アーム２の軸線Ｌ方向に対して傾斜しているステム１１の傾斜角度θと同一である。従って、キャピラリ１のワイヤ突出口を形成している面（以下、「ワイヤ突出面」とする）１ａは、リード５の上面に対して平行になっている。
【００２２】
ワイヤボンディング装置１０を用い、ＰＤ４にワイヤボンディングを行う方法について、図２および図３を参照しつつ以下に説明する。
【００２３】
まず、キャピラリ１の先端部から僅かに突出させたワイヤＷの先端部を水素トーチ等で溶融ボール状にする。駆動アーム２を動かすことでキャピラリ１をＰＤ４の上方まで移動させ、図２（ａ）に示されるように、ワイヤＷの溶融ボールの部分をＰＤ４に押し付ける。図３に示されるように、ワイヤＷの溶融ボールがＰＤ４上でつぶれて固まることによって、ワイヤＷとＰＤ４とが接続される。ワイヤＷとＰＤ４は溶融ボールによって接続されるので、ワイヤ突出面１ａがＰＤ４の上面に対して平行でなくても、そのことでワイヤＷとＰＤ４との接続性が低下することはない。
【００２４】
ＰＤ４とワイヤＷとの接続が終了したら、図２（ｂ）に示されるように、駆動アーム２を動かしてキャピラリ１を上方に移動させ、ワイヤＷを所定量繰り出しながらキャピラリ１をリード５の方に移動させる。ワイヤ突出面１ａはリード５の上面に対して平行なので、ステム１１の姿勢を調整し直す必要はない。キャピラリ１がリード５上面の真上にきたら、図４に示されるように、キャピラリ１を下降させてワイヤＷをリード５に押し付けて接続する。ＰＤ４とリード５とがワイヤＷによって電気的に接続された後、キャピラリ１からワイヤＷを切断する。ワイヤ突出面１ａは、リード５上面に対して平行なので、ワイヤＷとリード５との接続性は良好である。
【００２５】
このように、ワイヤボンディング装置１０を用いると、ステム１１の姿勢を調整し直す必要がないので、ＰＤ４のワイヤボンディングを効率よく行うことができる。
【００２６】
本願発明のワイヤボンディング装置は、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明のワイヤボンディング装置の別の実施例について、図面を参照しつつ説明する。図５は本願発明のワイヤボンディング装置の別の実施例を示す要部断面図であり、図６は図５に示されるワイヤボンディング装置を用いてＰＤにワイヤボンディングを行う方法を示す要部概略図である。
【００２７】
図５に示されるワイヤボンディング装置５０は、図１に示されるワイヤボンディング装置１０と同様に、キャピラリ５１、駆動アーム５２、搬送機構５３を有している。キャピラリ５１は、駆動アーム５２に対して垂直な状態で取り付けられている。すなわち、駆動アーム５２の軸線Ｌとキャピラリ５１の軸線Ｎとの交差角は９０度になっている。キャピラリ５１のワイヤ突出面５１ａは、リード５５の上面に対して平行になるように加工されている。ワイヤボンディング装置５０の他の構造は、図１に示されているワイヤボンディング装置１０の構造と基本的に同一である。
【００２８】
ワイヤボンディング装置５０を用いてＰＤ５４にワイヤボンディングを行う方法も、既に説明したワイヤボンディング装置１０を用いるワイヤボンディング方法と同様である。図６（ａ）に示されるように、ワイヤＷの溶融ボールの部分をステム６１のＰＤ５４に押し付ける。その後、図６（ｂ）に示されるように、ワイヤＷの他端部をステム６１のリード５５に押し付けて接続する。ワイヤ突出面５１ａがリード５５上面に対して平行になるように加工されているので、ステム６１の姿勢を調整し直す必要はない。ＰＤ５４とリード５５とがワイヤＷによって電気的に接続された後、キャピラリ５１からワイヤＷを切断することでワイヤボンディングが完了する。このように、ワイヤボンディング装置５０を用いる場合でも、ステム６１の姿勢を調整し直すことなく、ＰＤ５４のワイヤボンディングを効率よく行うことができる。
【００２９】
以上、本願発明の実施形態を説明してきたが、本願発明はこれらに限定されずに、以下に述べるように種々変形することが可能である。
【００３０】
上記実施形態では、ＰＤ５４のワイヤボンディングについて記載されているが、本願発明はＰＤ５４のワイヤボンディングのみに限定されるものではない。本願発明はレーザチップのワイヤボンディングにも適用することができる。
【００３１】
以上に限らず、本願発明は特許請求の範囲内に含まれる範囲内で種々の変形を施すことも可能であり、その中には各構成要素を均等物で置換したものも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るワイヤボンディング装置の一実施例を示す要部断面図である。
【図２】図１に示されるワイヤボンディング装置を用い、ＰＤにワイヤボンディングを行う方法の一実施例を示す要部断面概略図である。
【図３】図２（ａ）の一部拡大断面図である。
【図４】図２（ｂ）の一部拡大断面図である。
【図５】本願発明に係るワイヤボンディング装置の別の実施例を示す要部断面図である。
【図６】図５に示されるワイヤボンディング装置を用い、ＰＤにワイヤボンディングを行う方法の一実施例を示す要部断面概略図である。
【図７】レーザダイオードの一例を示す要部断面斜視図である。
【図８】フォトダイオードをステムにダイボンディングしている状態を示す要部断面図である。
【図９】従来のワイヤボンディング装置を用いたフォトダイオードのワイヤボンディング方法を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１，５１ キャピラリ
１ａ，５１ａ ワイヤ突出面
２，５２ 駆動アーム
３，５３ 搬送機構
４，５４ フォトダイオード（ＰＤ）
１０，５０ ワイヤボンディング装置
５，５５ リード
７，５７ 溝
１１，６１ ステム
Ｗ ワイヤ
Ｌ 駆動アームの軸線
Ｎ キャピラリの軸線
Ｍ 駆動アームに対する垂線

Claims (5)

  1. ワイヤ繰り出し装置から送り込まれるワイヤを突出させ、上記ワイヤの一端を半導体チップにボールボンディングし、上記ワイヤの他端部をリードにスティッチボンディングするためのキャピラリと、
    上記キャピラリを保持して所定方向に移動させる駆動アームと、
    上記半導体チップおよび上記リードを有する基板を所定角度傾斜した状態で搬送するための搬送機構とを具備するワイヤボンディング装置であって、
    上記キャピラリにおいてワイヤ突出口を形成している面は、上記リードの上面に対して平行になっていることを特徴とする、ワイヤボンディング装置。
  2. 上記キャピラリは、水平に延出する駆動アームに対して傾斜した状態で取付けられており、
    上記駆動アームに対する垂線と上記キャピラリの軸線との交差角は、上記搬送機構によって搬送される基板の傾斜角度と同一または略同一であることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
  3. 上記キャピラリは、水平に延出する駆動アームに対して垂直に取付けられており、
    上記キャピラリにおいてワイヤ突出口を形成している面は、上記リードの上面に対して平行になるように加工されていることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
  4. 上記基板はレーザダイオードを構成するステムであり、上記半導体チップはフォトダイオードであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤボンディング装置。
  5. 請求項１〜４に記載のワイヤボンディング装置を用い、基板にボンディングされている半導体チップにワイヤの一端部をボールボンディングし、その後、上記基板に設置されているリードに上記ワイヤの他端部をスティッチボンディングすることを特徴とするワイヤボンディング方法。
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