JP3633502B2

JP3633502B2 - Wire bonding method

Info

Publication number: JP3633502B2
Application number: JP2001113701A
Authority: JP
Inventors: 潔有田; 幸一高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001298040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速にしかもボールにダメージを与えずに、キャピラリツールがボンディング面に接したことを検出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、チップが搭載された基板に対し、ワイヤの下端部に形成されたボールを圧着し、このボールに連続するワイヤのループを形成し、このループの先端を基板に圧着するワイヤボンダが広く用いられている。
【０００３】
さて、ワイヤボンダはホーンに保持されたキャピラリツールを昇降させて上記動作を行うものであるが、その動作中キャピラリツールがチップ又は基板に接地したことを検出する必要がある。この接地検出手段として、従来機械的接点を用いたものと、ホーンに印加される超音波振動に対するインピーダンス変化を利用するものとがある。
【０００４】
図１５は、機械的接点を用いた接地検出手段の側面図であり、図１５中、１は揺動するホーン、２はホーン１の先端部に保持されたキャピラリツール、３はホーン１のボス部１ａをシャフト４により揺動自在に枢支する揺動体、３ａ，３ｂは揺動体３の後部に突設される一対の支持アーム、５，６は一対の支持アーム３ａ，３ｂのそれぞれの後端部に軸支されるカムフォロア、７はカムフォロア５，６に接する偏心カム、８は偏心カム７を回転させるモータ、Ｓは接触型のセンサであり、揺動体３の上部に固定されている。そして、ボス部１ａ即ちホーン１はコイルスプリング９によって常時矢印Ｎ１方向に付勢されており、図１５（ａ）に示すように通常ボス部１ａから上方へ突設された突片１ｂがセンサＳに接触している。
【０００５】
次に図１５（ｂ）に示すように、モータ８を作動させると、偏心カム７が矢印Ｎ２方向に回転することにより、揺動体３が矢印Ｎ１方向に揺動する。ここで、ボス部１ａが矢印Ｎ１方向に付勢されているので、ホーン１も揺動体３と一体的に揺動し、キャピラリツール１が基板１０に接地する。そして図１５（ｃ）に示すように、キャピラリツール１が基板１０に接地した後偏心カム７をさらに回転させると、矢印Ｎ１方向に付勢されていたボス部１ａはキャピラリツール１が基板１０から受ける抗力に負けて矢印Ｎ３にわずかに回転する。これにより、ボス部１ａと一体的な突片１ｂはセンサＳに接触しなくなり、このことをセンサＳで検知して、接地信号を出力するというものである。
【０００６】
ところが、このような構成では、モータの駆動力は揺動体３を介してホーン１に２次的に作用するものであり、ホーン１をモータにより直接揺動させる方式のワイヤボンダには採用できない。又、検出時間が約５ｍｓｅｃ程度と長くかかり、高速な検出には適さないし、機械的接点を利用するものであるため、チャッタリングなどの現象を生じやすいという問題点があった。
【０００７】
また図１６は、インピーダンス変化を利用した接地検出手段の動作概要を示す正面図である。１１はホーン１に超音波振動を印加する超音波振動子、１２は超音波振動子１１において振動に対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路、１３はインピーダンス検出回路１２からインピーダンス値を入力して、キャピラリツール２が接地したか否か判定する接地判定回路である。
【０００８】
次に、この接地検出手段による動作を説明すると、まず図１６（ａ）で示すように、キャピラリツール２が基板１０又はチップの電極に接地する前から、超音波振動子１１を作動し、ホーン１に予めある程度の強さの超音波振動を印加しながら、キャピラリツール２を下降させる。同時に、インピーダンス検出回路１２は超音波振動のインピーダンスを検出しており接地判定回路１３はインピーダンス値を入力している。ここで、キャピラリツール２及びホーン１は空中にあり、振動を抑制するものがほとんどないので、インピーダンス値は低い状態となっている。
【０００９】
次いで、図１６（ｂ）に示すように、キャピラリツール２がチップ又は基板１０に接地すると、キャピラリツール２及びそれと一体的なホーン１は基板１０により振動を抑制され、インピーダンス値が急激に上昇する。これにより、接地判定回路１３が接地信号を出力するというものである。
【００１０】
しかしながら、このような構成では、キャピラリツール２が接地した際、既に超音波振動が印加されており、特にチップの電極に対してワイヤボンディングを行う時に、ワイヤの下端部に形成されたボールに対し過大なダメージを与えてしまい、ボールが潰れ過ぎるなど、ボンディング品質を低下させるおそれがあるという問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、高速かつボールにダメージを与えずに接地検出を行え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。
【００１２】
【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、ホーン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をチップに圧着するワイヤボンディング方法であって、モータを位置制御方式にて駆動してホーンを揺動させることにより前記キャピラリツールをチップに向かって下降させ、前記ホーンを揺動自在に軸支するシャフトの回転位置を検出するエンコーダから出力されるパルス信号の周期が所定時間よりも長くなったら接地検出信号を出力し、接地検出信号が出力されたならばキャピラリツールやホーン等の可動部の慣性運動を打ち消すトルクを前記モータに発生させてブレ−キング処理を行い、その後前記位置制御方式からトルク制御方式に切替えて前記モータに予め設定されたトルクを発生させてワイヤをチップに圧着する。
【００１３】
また望ましくは、前記位置制御方式が、動作パターンに基づくパルス信号と前記エンコーダから出力されるパルス信号の偏差を溜りパルスとしてカウントし、この溜りパルスに応じた電流を前記モータに出力する制御方式であり、前記接地検出信号が出力されたら、前記溜りパルスをクリアしてトルク制御に切替える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるワイヤボンダの斜視図であり、３１はベース部材、３２はベース部材３１に設けられたＹモータ３３により駆動されるＹテーブル、３４はＹテーブル３２上にＸ方向スライド自在に載置される支持ブロック、３５はＹテーブル３２に設けられ、支持ブロック３４をＸ方向にスライドさせるＸモータである。支持ブロック３４の前部には、Ｘ方向を向くシャフト３６が回転自在に軸支され、シャフト３６はホーン３７が固定されるボックス３８に軸着されている。Ｅはシャフト３６の回転位置を検出するエンコーダ、３９はホーン３７の後部に装着される超音波振動子、４０はボックス３８を上下方向に揺動させることによりホーン３７を矢印Ｎ方向に直接揺動させるモータである。４１はホーン３７の先端部に保持されるキャピラリツール４２に挿通されるワイヤ、４３はワイヤ４１の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（図７参照）を形成するトーチ電極である。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。
【００１５】
図２は、図１のワイヤボンダの制御装置を示すブロック図である。図２中、５０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を、下降であれば下降検出パルス信号を、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を計数して計数値を上昇させ、下降検出パルス信号を計数して計数値を下降させて、現在の計数値を現在位置信号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。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を発生し、パルス幅比較回路５４に出力する基準パルス信号発生回路、５４は基準パルス信号を参照し、方向弁別回路５０が出力する下降検出パルス信号を入力すると共に、インターフェイス部５２から予め入力したしきい値Ｎと、下降検出パルス信号のパルス幅を基準パルス信号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、アクティブの接地信号を接地検出スイッチ５５へ出力するパルス幅比較回路である。また接地検出スイッチ５５はインターフェイス部５２から許可信号を得た場合のみ、接地信号をインターフェイス部５２に出力するものである。
【００１６】
ここで、図９〜図１０を参照しながら、本実施の形態における接地検出手段の動作について説明する。さてまず、パルス幅比較回路５４には、しきい値Ｎが設定され、方向弁別回路５０から下降検出パルス信号が入力されると共に、基準パルス発生回路５３から高周波の基準パルス信号が入力される。図９は、上記しきい値Ｎ＝４の場合の例を示すタイムチャートであり、図９（ａ）は高周波一定周期Ａの基準パルス信号、図９（ｂ）はホーン３７の下降速度が次第に低下しキャピラリツール４２がボンディング面に接地しようとする状態の下降検出パルス信号、図９（ｃ）はパルス幅比較回路５４が出力する接地信号を示す。又図１０はパルス幅比較回路５４が接地信号を出力する接地条件を示す特性図である。本実施の形態では、しきい値Ｎ＝４であり、パルス幅比較回路５４が、下降検出パルス信号の周期Ｂを基準パルス信号の一定周期Ａで徐した値を、しきい値Ｎと比較し、しきい値Ｎ以上となった際接地信号を出力するようにしている。もちろん、上記徐した値がしきい値Ｎを越えた際接地信号を出力するという接地条件にしても良い。
【００１７】
さて図９（ｂ）の下降検出パルス信号において、周期Ｂ１〜Ｂ３では、基準パルス信号の周期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、ホーン３７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、ホーン３７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中にホーン３７がほとんど停止（すなわちキャピラリツール４２がボンディング面に接地）しているものであり、周期Ｂ５におけるパルスの立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が接地検出信号を出力するものである。
【００１８】
さて図２において、５６はＣＰＵなどのボンダ制御回路、５７はＲＯＭであり、このＲＯＭ５７には、図６，図７のフローチャートに沿う制御プログラムを記憶すると共に、図４（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、トルク制御下のボンディング荷重Ｆに相当するトルク指令値が格納されたトルク指令値記憶部５７ｂとが、設けられている。５８はＲＡＭであり、このＲＡＭ５８には図４（ａ）に示すように（図８も参照）、接地検出を行う際にホーン３７の下降状態を高速下降から低速下降に切替えるサーチレベルＬ１（通常２００〜３００μｍ）、位置制御からトルク制御へ制御方式を切替える高さである制御切替レベルＬ２、次の制御切替レベルＬ２を定める補正レベルΔＬ（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。また図８中、Ｌ３はボンディング完了時の高さであり、Ｌ２＝Ｌ３＋ΔＬなる関係がある。なお、図４中、（）内の数字で「１」とあるのは、ボール４１ａをチップ４８に圧着させる第１ボンディング動作時の高さ、「２」とあるのは、ワイヤ４１のループ先端をインナーリード４７ａに圧着する第２ボンディング動作時の高さを示す。また図２中、６０はボンダ制御回路５６からの指令により、超音波振動子３９をコントロールする超音波発振回路、５９はモータ４０へボンダ制御回路５６の指令に応じた駆動電流Ｉを供給するデジタルサーボドライバである。ボンダ制御回路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、指令パルス信号としてデジタルサーボドライバ４０へ出力する。
【００１９】
図３に示すように、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とを備えている。演算器５９ｂは、ボンダ制御回路５６から送信されてくる指令パルス信号とエンコーダＥから送信されてくるフィードバックパルス信号の偏差を溜まりパルスとしてカウントする。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。位置制御機能では、駆動回路５９ａはモータ４０に、このモータ４０が、キャピラリツール４２の現在位置と目標位置（指令パルス信号）との偏差（溜まりパルスで表現される）を零とする方向のトルクを発生するための駆動電流Ｉを出力する。勿論偏差の絶対値が大きくなれば、駆動電流Ｉも大きくなる。一方トルク制御機能では、駆動回路５９ａは、トルク指令値に応じた駆動電流Ｉをモータ４０に印加し、モータ４０はトルク指令値に対応する一定のトルクを発生する。
【００２０】
さて、デジタルサーボドライバ５９の演算器５９ｂには、図２に示すようにボンダ制御回路５６から、溜まりパルスクリア信号と指令パルス信号が、エンコーダＥからフィードバックパルス信号がそれぞれ入力可能となっており、駆動回路５９ａにはボンダ制御回路５６から制御切替信号とトルク指令値が入力可能となっている。このうち、制御切替信号は、駆動回路５９ａの位置制御機能と、トルク制御機能を切替えるものであり、指令パルス信号は位置制御下において目標位置を、フィードバックパルス信号はキャピラリツール４２の現在位置を示すものであり、演算器５９ｂは指令パルス信号とフィードバックパルス信号とから演算して、上記偏差を駆動回路５９ａに出力するようになっている。また溜まりパルスクリア信号は、この偏差を強制的に零とする信号である。
【００２１】
次に位置制御下における制動の原理につき、図５を参照しながら説明する。さてＨはキャピラリツール４２を制動したいレベルである。ここで、図５（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に至ったとき（勿論キャピラリツール４２の位置はエンコーダＥにより監視しておく）、下向きの速度Ｖを有していたものとする。ここで位置制御下において、レベルＨに下向きの速度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り、図５（ａ）に示す状態における上記偏差は零ではない。そしてキャピラリツール４２がレベルＨに達した瞬間に、溜まりパルスクリア信号を立上げてこの偏差を零にすると共に指令パルス信号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は上記速度Ｖを有しているので、図５（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。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、上向きの小距離δに相当する偏差が新たに蓄積されたことになる。すると、位置制御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。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、位置制御下、制動をかけたいあるレベルで溜まりパルスクリア信号を立上げると共に指令パルス信号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。なお後述するように、本実施の形態において接地検出を行うボンディング動作（図１１）では、接地検出時に溜まりパルスクリア信号を立上げるようにしてあり、サーチレスボンディング動作（図１３）では制御切替レベルにて溜まりパルスクリア信号を立上げることとしている。
【００２２】
次に図６〜図７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６に示すようにまず初期化処理が行われる（ステップ１）。即ち、ボンダ制御回路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。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４１の下端部にボール４１ａを形成し（ステップ２）、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。次に、ボンダ制御回路５６はモータ４０を駆動してホーン３７を揺動させながら、Ｘモータ３５、Ｙモータ３３を駆動してキャピラリツール４２を水平方向に移動してループを形成し（ステップ４）、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（ステップ５）。そして、カットクランパ４４でワイヤ４１を挾持し、キャピラリツール４２を上昇させ、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（ステップ６）ボンディングが完了するまで（ステップ７）、ステップ２〜ステップ６の処理を繰返す。
【００２３】
さて、図７は各ボンディング動作を示すフローチャートである。ここで、ボンダ制御回路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、始めにボンダ制御回路５６は制御方式を位置制御とし（ステップ１１）、Ｘモータ３５、Ｙモータ３３及びモータ４０を駆動して、ホーン３７を下降開始位置Ｏに移動させる（ステップ１２）。次に、今回行うボンディング動作について、接地検出が必要か否か判定する（ステップ１３）。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地検出を行うボンディング動作（図１１、ステップ１４〜２０、ステップ２６〜２８）とし、２回目以後は接地検出を行なわないサーチレスボンディング動作（図１３、ステップ２１〜２８）とするものとする。しかし、接地検出を行うボンディング動作とするかあるいはサーチレスボンディング動作とするかの設定条件は、今回ボンディングする電極と次にボンディングする電極との距離（既知）と所定値とを比較し、この距離が所定値を越えているときのみ要とするなど種々変更しても良い。
【００２４】
次に図１１の接地検出を行うボンディング動作（図７のステップ１４〜２０、ステップ２６〜２８）について説明する。図１１において横軸は時刻を示す。まず時刻Ｔ１にて、位置制御下、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を高速下降させる（ステップ１４，１５）。時刻Ｔ２にて、サーチレベルＬ１に至ると、ボンダ制御回路５６はインターフェイス部５２を介して接地検出スイッチ５５に許可信号を出力し、接地信号の立上りを監視しながら（ステップ１６）、指令パルス信号を小さくしてキャピラリツール４２の下降速度を低速（Ｖ２）にする（ステップ１７）。時刻Ｔ３にて、ボール４１ａの下端がチップ４８に接地し（図１２（ａ））、時刻Ｔ３から小時間ΔＴだけ経過した時刻Ｔ４にて、パルス幅比較回路５４から接地信号が発せられると（ステップ１８）、溜まりパルスクリア信号を立上げて上述したブレーキング処理を行い（ステップ１９，図１２（ｂ））、時刻Ｔ５にて制御方式をトルク制御に切替えて（ステップ２０）、予め設定されたトルクによりボール４１ａをボンディング面であるチップ４８に圧着させる。また超音波発振信号を立上げて超音波振動を印加する（ステップ２６）。そして、時刻Ｔ６になると、制御切替レベルＬ２を更新し（ステップ２７）、制御方式を位置制御に戻して（ステップ２８）、時刻Ｔ７までキャピラリツール４２を高速上昇させる（ステップ２８）。ここでステップ２７にて制御切替レベルＬ２の更新が行われるが、図８に示すように、ボンディング動作が完了した時点（時刻Ｔ６）における高さＬ３（エンコーダＥにより実測）に補正レベルΔＬ（一定値）を加えたものを次のボンディング動作の制御切替レベルＬ２とするので、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に反映され、制御切替レベルＬ２を常に適正にすることができる。また、接地検出時（時刻Ｔ４）に、溜まりパルスクリア信号を立上げて、図１２（ｂ）に示すように速度Ｖ２を有する可動部に上向きのトルクを発生させて制動をかけることにより、ボール４１ａの潰れすぎやチップ４８へのダメージを抑止することができる。
【００２５】
一方、ステップ１３で接地検出不要と判定された際には、図１３のサーチレスボンディング動作が行われる（ステップ２１〜２５）。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、位置制御下ボンダ制御回路５６から演算器５９ｂに大きな指令パルス信号が与えられることにより、高速下降する（ステップ２１）。そして、ボンダ制御回路５６は、可逆カウンタ５１の現在位置信号を監視し、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（ステップ２２）、溜まりパルスクリア信号を立上げて上述したブレーキング処理を行い（図１４（ａ））、ホーン３７などの可動部の慣性力を打消す（ステップ２３）。そして、時刻ｔ３にてボンダ制御回路５６は、駆動回路５９ａに制御切替信号を出力すると共に、トルク指令値記憶部５７ｂからボンディング荷重Ｆに相当するトルク指令値を読出して駆動回路５９ａに出力する（ステップ２４、図１４（ｂ））。そして、ボンダ制御回路５６は、時刻ｔ６まで所定時間この状態を保持する（ステップ２５）。またこの所定時間の後部に、超音波発振回路６０に指令して、超音波振動子を作動させる（ステップ２６）。そして時刻ｔ６にてボンダ制御回路５６は、図１１のボンディング動作と同様に制御切替レベルＬ２にボンディング完了時の高さＬ３を反映した修正を施し（ステップ２７）、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、接地検出を行わない場合についても、１回のボンディング動作ごとに制御切替レベルＬ２にボンディング完了時の高さＬ２から補正レベルΔＬだけの余裕をもたせ、しかも制御切替レベルＬ２を修正していくようにしている。したがって、サーチレスボンディング動作において、チップ４８が傾いている場合にも接地検出を省略しつつ、しかも過大な衝撃がチップ４８に及ばないようにすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、接地時に超音波振動を与える必要がなくボールのダメージを少なくすることができると共に、機械的接点に依存することなく高速正確な接地検出を行うことができる。
【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ダの斜視図
【図２】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンダのブロック図
【図３】本発明の一実施の形態におけるデジタルサーボドライバのブロック図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態におけるＲＡＭのデータ構成図
（ｂ）本発明の一実施の形態におけるＲＯＭのデータ構成図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態における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ブレーキング処理の説明図
【図６】本発明の一実施の形態におけるワイヤボンディング方法を示すフローチャート
【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方法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レベルの説明図
【図９】（ａ）本発明の一実施の形態における基準パルス信号を示すタイムチャート
（ｂ）本発明の一実施の形態における下降検出パルス信号を示すタイムチャート
（ｃ）本発明の一実施の形態における接地信号を示すタイムチャート
【図１０】本発明の一実施の形態における接地検出手段の動作説明図
【図１１】本発明の一実施の形態における接地検出を行うボンディング動作のタイムチャート
【図１２】（ａ）本発明の一実施の形態における接地検出を行うボンディング動作の動作説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態における接地検出を行うボンディング動作の動作説明図
（ｃ）本発明の一実施の形態における接地検出を行うボンディング動作の動作説明図
【図１３】本発明の一実施の形態におけるサーチレスボンディング動作のタイムチャート
【図１４】（ａ）本発明の一実施の形態におけるサーチレスボンディング動作の動作説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態におけるサーチレスボンディング動作の動作説明図
（ｃ）本発明の一実施の形態におけるサーチレスボンディング動作の動作説明図
【図１５】（ａ）従来のワイヤボンダの動作説明図
（ｂ）従来のワイヤボンダの動作説明図
（ｃ）従来のワイヤボンダの動作説明図
【図１６】従来のワイヤボンダのブロック図
【符号の説明】
３７ホーン
４０モータ
４１ワイヤ
４２キャピラリツール
５４パルス幅比較回路
Ｅエンコーダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wire bonding method capable of detecting that a capillary tool is in contact with a bonding surface at high speed and without damaging a ball.
[0002]
[Prior art]
In the field of manufacturing electronic components, a ball formed at the lower end of a wire is pressed against a substrate on which a chip is mounted, a loop of wire is formed continuously with this ball, and the tip of this loop is crimped to the substrate Wire bonders are widely used.
[0003]
The wire bonder performs the above operation by moving the capillary tool held by the horn up and down, and it is necessary to detect that the capillary tool is grounded to the chip or the substrate during the operation. As the ground detection means, there are a conventional one using a mechanical contact and a one using an impedance change with respect to ultrasonic vibration applied to a horn.
[0004]
15 is a side view of a ground contact detection means using a mechanical contact. In FIG. 15, 1 is a swinging horn, 2 is a capillary tool held at the tip of the horn 1, and 3 is a boss of the horn 1. Oscillators 3a and 3b that pivotably support the part 1a by a shaft 4 are a pair of support arms protruding from the rear part of the oscillator 3, and 5 and 6 are rear ends of the pair of support arms 3a and 3b. A cam follower that is pivotally supported at the end, 7 is an eccentric cam that contacts the cam followers 5 and 6, 8 is a motor that rotates the eccentric cam 7, and S is a contact-type sensor, which is fixed to the upper part of the rocking body 3. The boss 1a, that is, the horn 1, is always urged in the direction of the arrow N1 by the coil spring 9, and the projecting piece 1b protruding upward from the normal boss 1a as shown in FIG. Touching.
[0005]
Next, as shown in FIG. 15B, when the motor 8 is operated, the eccentric cam 7 rotates in the arrow N2 direction, so that the oscillator 3 swings in the arrow N1 direction. Here, since the boss 1a is urged in the direction of the arrow N1, the horn 1 also swings integrally with the swinging body 3, and the capillary tool 1 contacts the substrate 10. Then, as shown in FIG. 15C, when the eccentric cam 7 is further rotated after the capillary tool 1 contacts the substrate 10, the boss portion 1a biased in the direction of the arrow N1 is removed from the substrate 10 by the capillary tool 1. Slightly rotates in the direction of arrow N3, losing the drag. Thereby, the protruding piece 1b integrated with the boss portion 1a does not come into contact with the sensor S, and this is detected by the sensor S and outputs a ground signal.
[0006]
However, in such a configuration, the driving force of the motor acts secondarily on the horn 1 via the oscillating body 3 and cannot be used in a wire bonder of a system in which the horn 1 is directly oscillated by the motor. In addition, the detection time is as long as about 5 msec, which is not suitable for high-speed detection, and uses mechanical contacts, so that there is a problem that a phenomenon such as chattering is likely to occur.
[0007]
FIG. 16 is a front view showing an outline of the operation of the ground detection means using impedance change. 11 is an ultrasonic transducer that applies ultrasonic vibration to the horn 1, 12 is an impedance detection circuit that detects impedance against vibration in the ultrasonic transducer 11, and 13 is a capillary tool that receives an impedance value from the impedance detection circuit 12. Reference numeral 2 denotes a ground determination circuit for determining whether or not it is grounded.
[0008]
Next, the operation of the ground detection means will be described. First, as shown in FIG. 16A, the ultrasonic vibrator 11 is operated before the capillary tool 2 is grounded to the substrate 10 or the electrode of the chip, and the horn The capillary tool 2 is lowered while applying ultrasonic vibration of a certain strength to 1 in advance. At the same time, the impedance detection circuit 12 detects the impedance of the ultrasonic vibration, and the ground determination circuit 13 inputs the impedance value. Here, since the capillary tool 2 and the horn 1 are in the air and there is almost nothing that suppresses vibration, the impedance value is low.
[0009]
Next, as shown in FIG. 16B, when the capillary tool 2 is grounded to the chip or the substrate 10, the capillary tool 2 and the horn 1 integrated with the capillary tool 2 are suppressed by the substrate 10, and the impedance value increases rapidly. . As a result, the ground determination circuit 13 outputs a ground signal.
[0010]
However, in such a configuration, when the capillary tool 2 is grounded, ultrasonic vibration has already been applied. Especially when wire bonding is performed on the electrode of the chip, the ball formed on the lower end portion of the wire There has been a problem that bonding quality may be deteriorated, for example, excessive damage is given and the ball is crushed too much.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a wire bonding method capable of detecting ground contact at high speed without damaging the ball.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The wire bonding method of the present invention is a wire bonding method in which a wire inserted through a capillary tool held at the tip of a horn is crimped to a chip, and the horn is swung by driving a motor by a position control method. Accordingly, when the period of the pulse signal output from the encoder for detecting the rotational position of the shaft for pivotally supporting the horn is lowered, the grounding detection signal is lowered. If the ground detection signal is output, cancel the inertial motion of moving parts such as capillary tools and horns. Generate torque in the motor A breaking process is performed, and then the position control method is switched to the torque control method, and a preset torque is generated in the motor to crimp the wire to the chip.
[0013]
Preferably, the position control method is a control method in which a deviation between a pulse signal based on an operation pattern and a pulse signal output from the encoder is counted as a pool pulse, and a current corresponding to the pool pulse is output to the motor. If the ground detection signal is output, the droop pulse is cleared and the control is switched to torque control.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a wire bonder according to an embodiment of the present invention, in which 31 is a base member, 32 is a Y table driven by a Y motor 33 provided on the base member 31, and 34 is on the Y table 32. A support block 35, which is slidably mounted in the X direction, is an X motor which is provided on the Y table 32 and slides the support block 34 in the X direction. A shaft 36 facing the X direction is rotatably supported at the front portion of the support block 34, and the shaft 36 is pivotally attached to a box 38 to which a horn 37 is fixed. E is an encoder for detecting the rotational position of the shaft 36, 39 is an ultrasonic vibrator mounted on the rear part of the horn 37, and 40 is oscillated directly in the arrow N direction by swinging the box 38 in the vertical direction. It is a motor to be made. 41 is a wire inserted into the capillary tool 42 held at the tip of the horn 37, 43 is a tension clamper of the wire 41, 44 is a cut clamper fixed to the box 38 by the support arm 45, and 46 is applied with a high voltage. This is a torch electrode that forms a ball 41a (see FIG. 7) at the lower end of the wire 41 by generating an electric spark. Reference numeral 47 denotes a lead frame as a substrate positioned below the capillary tool 42, 47a denotes an inner lead of the lead frame 47, 48 denotes a chip mounted on the lead frame 47, and 49 denotes a plate for pressing the lead frame 47.
[0015]
FIG. 2 is a block diagram showing a control device of the wire bonder of FIG. In FIG. 2, 50 inputs the A phase signal and the B phase signal of the encoder E, determines in which direction the horn 37 is swinging up / down, and if it is up, the rising detection pulse signal is A direction discriminating circuit that alternatively outputs a fall detection pulse signal to the reversible counter 51 if it is a descent, 51 counts the rise detection pulse signal to raise the count value, and counts the fall detection pulse signal to count the value Is a reversible counter that outputs the current count value to the interface unit 52 as a current position signal. A reference pulse signal generating circuit 53 generates a reference pulse signal composed of a square wave having a sufficiently high constant frequency and outputs the reference pulse signal to the pulse width comparison circuit 54. Reference numeral 54 refers to the reference pulse signal, and the direction discrimination circuit 50 outputs the reference pulse signal. While inputting the falling detection pulse signal, the threshold value N inputted in advance from the interface unit 52 is compared with the value obtained by gradually reducing the pulse width of the falling detection pulse signal by the pulse width of the reference pulse signal. If N exceeds N, the pulse width comparison circuit outputs an active ground signal to the ground detection switch 55. The ground detection switch 55 outputs a ground signal to the interface unit 52 only when a permission signal is obtained from the interface unit 52.
[0016]
Here, the operation of the grounding detection means in the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, the threshold value N is set in the pulse width comparison circuit 54, the lowering detection pulse signal is input from the direction discrimination circuit 50, and the high-frequency reference pulse signal is input from the reference pulse generation circuit 53. FIG. 9 is a time chart showing an example when the threshold value N = 4. FIG. 9A shows a reference pulse signal having a high frequency constant period A, and FIG. FIG. 9C shows a grounding signal output from the pulse width comparison circuit 54 in a state where the capillary tool 42 is lowered and attempts to ground the bonding surface. FIG. 10 is a characteristic diagram showing a grounding condition in which the pulse width comparison circuit 54 outputs a grounding signal. In the present embodiment, the threshold value N = 4, and the pulse width comparison circuit 54 compares the value obtained by gradually decreasing the period B of the falling detection pulse signal by the constant period A of the reference pulse signal with the threshold value N. When the threshold value N is exceeded, a ground signal is output. Of course, the grounding condition may be such that a grounding signal is output when the slow value exceeds the threshold value N.
[0017]
In the descending detection pulse signal of FIG. 9B, in the periods B1 to B3, the period A of the reference pulse signal is multiplied by the threshold value N and is in a substantially constant state smaller than a predetermined time 4A, and the horn 37 is substantially equal. Indicates that the vehicle is descending at high speed. The period B4 is longer than that before the period B3, indicating that the lowering operation of the horn 37 is decelerating. The period B5 is longer than the predetermined time 4A, and the horn 37 is almost stopped during the period B5 (that is, the capillary tool 42 is grounded to the bonding surface). From the rise of the pulse in the period B5 The pulse width comparison circuit 54 outputs a ground detection signal at the time when the predetermined time 4A has elapsed.
[0018]
In FIG. 2, reference numeral 56 denotes a bonder control circuit such as a CPU, and 57 denotes a ROM. The ROM 57 stores a control program according to the flowcharts of FIGS. 6 and 7, and as shown in FIG. 11 and FIG. 13, an operation pattern storage unit 57a storing the operation pattern, and a torque command value storage unit 57b storing a torque command value corresponding to the bonding load F under torque control are provided. . Reference numeral 58 denotes a RAM. As shown in FIG. 4A (see also FIG. 8), the RAM 58 has a search level L1 (usually for switching the descending state of the horn 37 from a high-speed descent to a low-speed descent when performing grounding detection. 200 to 300 μm), areas for storing a control switching level L2 that is a height for switching the control method from position control to torque control, and a correction level ΔL (a constant value) that determines the next control switching level L2 are provided. ing. In FIG. 8, L3 is the height when bonding is completed, and there is a relationship of L2 = L3 + ΔL. In FIG. 4, “1” in the numbers in parentheses indicates the height during the first bonding operation in which the ball 41 a is pressed against the chip 48, and “2” indicates the tip of the loop of the wire 41. The height at the time of the 2nd bonding operation | movement which crimps | bonds to the inner lead 47a is shown. In FIG. 2, reference numeral 60 denotes an ultrasonic oscillation circuit that controls the ultrasonic transducer 39 according to a command from the bonder control circuit 56, and 59 denotes a digital that supplies a drive current I according to a command from the bonder control circuit 56 to the motor 40. Servo driver. The bonder control circuit 56 outputs a pulse signal based on the operation pattern stored in the operation pattern storage unit 57a to the digital servo driver 40 as a command pulse signal.
[0019]
As shown in FIG. 3, the digital servo driver 59 includes a drive circuit 59a that outputs a drive current I to the motor 40, and an arithmetic unit 59b that is provided in the preceding stage of the drive circuit 59a. The calculator 59b counts the deviation between the command pulse signal transmitted from the bonder control circuit 56 and the feedback pulse signal transmitted from the encoder E as a pooled pulse. The drive circuit 59a has both a position control function and a torque control function. In the position control function, the drive circuit 59a causes the motor 40 to torque in a direction in which the motor 40 causes the deviation (expressed by the accumulated pulse) between the current position of the capillary tool 42 and the target position (command pulse signal) to be zero. The drive current I for generating is output. Of course, as the absolute value of the deviation increases, the drive current I also increases. On the other hand, in the torque control function, the drive circuit 59a applies a drive current I corresponding to the torque command value to the motor 40, and the motor 40 generates a constant torque corresponding to the torque command value.
[0020]
Now, as shown in FIG. 2, the calculator 59b of the digital servo driver 59 can receive the accumulated pulse clear signal and the command pulse signal from the bonder control circuit 56, and the feedback pulse signal from the encoder E, respectively. A control switching signal and a torque command value can be input from the bonder control circuit 56 to the drive circuit 59a. Among these, the control switching signal switches the position control function and the torque control function of the drive circuit 59a, the command pulse signal indicates the target position under position control, and the feedback pulse signal indicates the current position of the capillary tool 42. The calculator 59b calculates from the command pulse signal and the feedback pulse signal and outputs the deviation to the drive circuit 59a. The accumulated pulse clear signal is a signal that forcibly makes this deviation zero.
[0021]
Next, the principle of braking under position control will be described with reference to FIG. Now, H is a level at which the capillary tool 42 is desired to be braked. Here, as shown in FIG. 5 (a), when the capillary tool 42 descends and reaches this level H (of course, the position of the capillary tool 42 is monitored by the encoder E), it has a downward velocity V. It shall have been. Here, under position control, having a downward speed V at level H means that the target position is set below level H, and the deviation in the state shown in FIG. Is not zero. When the capillary tool 42 reaches level H, when the accumulated pulse clear signal is raised to make this deviation zero and transmission of the command pulse signal is stopped, level H becomes a new target position. However, since the capillary tool 42 has the speed V, it goes too far from the level H by a small distance δ as shown in FIG. Here, since the target position is level H, a deviation corresponding to the upward small distance δ is newly accumulated when the target position is excessive as described above. Then, since the position control applies the driving current I to the motor 40 so that the deviation is zero, a torque is generated in the motor 40 so that the small distance δ is zero. It acts so as to cancel the inertial motion of movable parts such as the tool 42 and the horn 37. The above is a phenomenon that occurs in a very short time. Summarizing this, if the accumulated pulse clear signal is raised at a certain level to be braked under position control and the transmission of the command pulse signal is stopped, the level is reached. This means that braking can be applied to the lowering of the capillary tool 42. As will be described later, in the bonding operation (FIG. 11) for detecting the ground in the present embodiment, the accumulated pulse clear signal is raised at the time of detecting the ground, and the control switching level is set in the searchless bonding operation (FIG. 13). The accumulated pulse clear signal is raised at.
[0022]
Next, an outline of the operation of the wire bonder according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, an initialization process is first performed (step 1). That is, the bonder control circuit 56 initializes the count value of the reversible counter 51 and sets a threshold value N in the pulse width comparison circuit 54. Next, a high voltage is applied to the torch electrode 46 and the lower end portion of the wire 41 to generate a spark, thereby forming a ball 41a on the lower end portion of the wire 41 (step 2), and pressing the ball 41a against the electrode of the chip 48. 1 Bonding operation is performed. Next, the bonder control circuit 56 drives the motor 40 to swing the horn 37 while driving the X motor 35 and Y motor 33 to move the capillary tool 42 in the horizontal direction to form a loop (step 4). ) The tip of the loop is pressed against the inner lead 47a to perform the second bonding operation (step 5). Then, the wire 41 is held by the cut clamper 44, the capillary tool 42 is raised, and the wire 41 is cut from the portion bonded by the second bonding operation (step 6) until the bonding is completed (step 7), step 2 -Repeat the process of step 6.
[0023]
FIG. 7 is a flowchart showing each bonding operation. Here, since the flow of the first bonding operation and the second bonding operation viewed from the bonder control circuit 56 is basically the same, only the first bonding operation will be described. First, the bonder control circuit 56 sets the control method to position control (step 11), drives the X motor 35, the Y motor 33 and the motor 40 to move the horn 37 to the lowering start position O (step 12). Next, it is determined whether or not grounding detection is necessary for the bonding operation performed this time (step 13). Here, in the present embodiment, the bonding operation (FIG. 11, steps 14 to 20, and steps 26 to 28) for detecting the ground when the first chip 48 is bonded for the first time is used to detect the ground after the second time. It is assumed that there is no searchless bonding operation (FIG. 13, steps 21 to 28). However, the setting condition of the bonding operation for detecting the ground or the searchless bonding operation is determined by comparing the distance (known) between the electrode to be bonded this time and the electrode to be bonded next with a predetermined value. Various changes may be made, such as being necessary only when the value exceeds a predetermined value.
[0024]
Next, the bonding operation (steps 14 to 20 and steps 26 to 28 in FIG. 7) for detecting the grounding in FIG. 11 will be described. In FIG. 11, the horizontal axis indicates time. First, at time T1, under the position control, the capillary tool 42 is rapidly lowered from the descent start position O to the preset search level L1 (steps 14 and 15). When the search level L1 is reached at time T2, the bonder control circuit 56 outputs a permission signal to the ground detection switch 55 via the interface unit 52, and monitors the rise of the ground signal (step 16), while the command pulse signal Is reduced to lower the descent speed of the capillary tool 42 (step S2). At time T3, the lower end of the ball 41a is grounded to the chip 48 (FIG. 12 (a)), and when a ground signal is issued from the pulse width comparison circuit 54 at time T4 when a small time ΔT has elapsed from time T3 ( Step 18), the accumulated pulse clear signal is raised to perform the above-described braking process (Step 19, FIG. 12B), and the control method is switched to torque control at time T5 (Step 20), which is set in advance. The ball 41a is pressure-bonded to the chip 48, which is a bonding surface, by the torque. The ultrasonic oscillation signal is raised and ultrasonic vibration is applied (step 26). At time T6, the control switching level L2 is updated (step 27), the control method is returned to position control (step 28), and the capillary tool 42 is raised at high speed until time T7 (step 28). Here, the control switching level L2 is updated in step 27, but as shown in FIG. 8, the correction level ΔL (constant) at the height L3 (measured by the encoder E) when the bonding operation is completed (time T6). Value) is used as the control switching level L2 of the next bonding operation. For example, even when the chip 48 is inclined with respect to the horizontal plane, the height L3 at the completion of the previous bonding operation is the next bonding operation. The control switching level L2 is always reflected in the control switching level L2. Further, when the ground contact is detected (time T4), the accumulated pulse clear signal is raised, and as shown in FIG. It is possible to prevent the 41a from being crushed and the chip 48 from being damaged.
[0025]
On the other hand, when it is determined in step 13 that grounding detection is unnecessary, the searchless bonding operation of FIG. 13 is performed (steps 21 to 25). First, at time t1, the capillary tool 42 at the descending start position O descends at a high speed when a large command pulse signal is given from the position-controlled bonder control circuit 56 to the calculator 59b (step 21). The bonder control circuit 56 monitors the current position signal of the reversible counter 51 and, when detecting that the capillary tool 42 has reached the control switching level L2 at time t2 (step 22), raises the accumulated pulse clear signal. The braking process described above is performed (FIG. 14A), and the inertial force of the movable part such as the horn 37 is canceled (step 23). At time t3, the bonder control circuit 56 outputs a control switching signal to the drive circuit 59a, reads a torque command value corresponding to the bonding load F from the torque command value storage unit 57b, and outputs the torque command value to the drive circuit 59a ( Step 24, FIG. 14 (b)). The bonder control circuit 56 holds this state for a predetermined time until time t6 (step 25). Further, at the rear of the predetermined time, the ultrasonic oscillator circuit 60 is commanded to operate the ultrasonic transducer (step 26). At time t6, the bonder control circuit 56 makes a correction reflecting the height L3 at the completion of bonding to the control switching level L2 in the same manner as the bonding operation of FIG. 11 (step 27), and returns the control method to position control again. The capillary tool 42 is raised at a high speed. As described above, even when the ground detection is not performed, the control switching level L2 is provided with a margin of the correction level ΔL from the height L2 at the time of completion of bonding for each bonding operation, and the control switching level L2 is corrected. I try to keep going. Therefore, in the searchless bonding operation, even when the chip 48 is tilted, the grounding detection can be omitted, and an excessive impact can be prevented from reaching the chip 48.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is not necessary to apply ultrasonic vibration at the time of grounding, and damage to the ball can be reduced, and high-speed and accurate grounding detection can be performed without depending on a mechanical contact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a wire bonder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a wire bonder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a digital servo driver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a data configuration diagram of a RAM according to an embodiment of the present invention.
(B) Data configuration diagram of ROM in one embodiment of the present invention
FIG. 5A is an explanatory diagram of a braking process according to an embodiment of the present invention.
(B) Explanatory drawing of the braking process in one embodiment of this invention
FIG. 6 is a flowchart showing a wire bonding method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a wire bonding method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of levels in one embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a time chart showing a reference pulse signal according to an embodiment of the present invention.
(B) Time chart showing the fall detection pulse signal in one embodiment of the present invention
(C) Time chart showing ground signal in one embodiment of the present invention
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the ground detection means in one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a time chart of a bonding operation for performing grounding detection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12A is an operation explanatory diagram of a bonding operation for performing ground detection in an embodiment of the present invention.
(B) Operation explanatory diagram of bonding operation for performing grounding detection in one embodiment of the present invention
(C) Operation explanatory diagram of bonding operation for performing grounding detection in one embodiment of the present invention
FIG. 13 is a time chart of the searchless bonding operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 14A is an operation explanatory diagram of searchless bonding operation in an embodiment of the present invention.
(B) Operation explanatory diagram of searchless bonding operation in one embodiment of the present invention
(C) Operation explanatory diagram of searchless bonding operation in one embodiment of the present invention
FIG. 15A is a diagram for explaining the operation of a conventional wire bonder.
(B) Operation explanatory diagram of a conventional wire bonder
(C) Operation explanatory diagram of a conventional wire bonder
FIG. 16 is a block diagram of a conventional wire bonder.
[Explanation of symbols]
37 Horn
40 motor
41 wire
42 Capillary tool
54 Pulse width comparison circuit
E Encoder

Claims

A wire bonding method in which a wire inserted into a capillary tool held at the tip of a horn is crimped to a chip, and the capillary tool is attached to the chip by driving a motor by a position control method to swing the horn. When the period of the pulse signal output from the encoder that detects the rotational position of the shaft that pivotally supports the horn so as to swing freely is longer than a predetermined time, a ground detection signal is output. If output, torque is generated in the motor to cancel the inertial motion of movable parts such as capillary tools and horns, and a breaking process is performed. Thereafter, the position control method is switched to the torque control method and the motor is preliminarily applied to the motor. A wire bonding method comprising generating a set torque and crimping a wire to a chip.

The position control method is a control method in which a deviation between a pulse signal based on an operation pattern and a pulse signal output from the encoder is counted as a pool pulse, and a current corresponding to the pool pulse is output to the motor, and the ground The wire bonding method according to claim 1, wherein when the detection signal is output, the dampening pulse is cleared and the braking process is performed.