JP3796943B2 - 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
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレキシブル基板上に搭載されるチップなどをワイヤボンディングするための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。
【0002】
【従来の技術】
例えば、コンタクトレスICカードなどの基板は、薄さや量産性などが考慮されることにより、PETなどの材質からなるフレキシブル基板が用いられている。このフレキシブル基板上に、制御用のマイクロコンピュータなどがICとして形成されたSiチップ(ICチップ)が搭載された後に、Siチップ上のボンディングパッドとフレキシブル基板上の配線パターンとを電気的に接続する必要がある。
【0003】
そのために、例えばフリップチップ接続を行う場合もあるが、フリップチップ接続では、ICの仕様が変更された場合などの対応を十分に行うことができない場合がある。そこで、この様な仕様変更にも柔軟に対応できるように、Siチップとフレキシブル基板との電気的接続を、超音波を用いたワイヤボンディングにより対応することが行われている。
【0004】
ワイヤボンディングを行う際には、例えば、図8に示すように、ステージ1上に載せた基板2の端部を押さえ治具3により押さえ付けた状態で行うが、基板2が軟質なフレキシブル基板の場合は、端部を押さえ付けても、ボンディング時には、ボンディング点におけるボンディングウエッジ及びワイヤの振動によって端部以外の部分が動くため、ワイヤが剥がれたり、基板2上に搭載されたSiチップ4が割れるなどの不良が発生する場合がある。
【0005】
この場合、フレキシブル基板2とステージ1との間に多孔質焼結体の治具を介挿してステージ1側から真空吸着することにより、フレキシブル基板2を吸着固定するものもあるが、この方式では、硬質な焼結体と軟質なフレキシブル基板2との間が十分密着せず、ボンディングウエッジの振動がステージ1に伝播して、やはりチップ割れなどの不良が発生するという問題があった。
【0006】
このように、ボンディングウエッジの振動がステージ1に伝わるのを遮断するため、図9に示すように、フレキシブル基板2とステージ1との間に振動吸収材5を介挿して、ステージ1側からフレキシブル基板2を真空吸着することにより、超音波エネルギーによる振動を吸収するものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式でも、吸引孔の直上に位置するフレキシブル基板2の部分は比較的良好に吸着固定できるが、やはり、軟質なフレキシブル基板2の他の部分は吸着固定が不十分になりがちであり、上記課題を十分に解決し得るものとは言い難かった。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレキシブル基板を、超音波ボンディングによる振動の影響を受けることがないように、ステージ上に確実に吸着固定した状態でワイヤボンディングを行うことができるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のワイヤボンディング装置または請求項3記載のワイヤボンディング方法によれば、ICチップが搭載されたフレキシブル基板を、真空吸着用の吸引孔に繋がる吸引溝がフレキシブル基板に接する面側で且つ少なくとも前記フレキシブル基板においてボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下に形成された振動吸収材を介してステージ上に真空吸着した状態で、超音波ボンディングによりワイヤボンディングする。
【0010】
この場合、フレキシブル基板は、主にボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位が、振動吸収材に設けられた吸引溝によってステージ上に吸着固定されるので、超音波ボンディングによる振動がフレキシブル基板に加わっても、その振動は振動吸収材により十分に吸収される。従って、フレキシブル基板上の配線パターンとICチップ上のボンディングパッドとを安定した状態で確実にワイヤボンディングすることができる。
【0011】
そして、吸引溝を、フレキシブル基板の周縁部に対応する部位にも合わせて形成するので、フレキシブル基板の全体を良好に吸着固定することができる。
【0012】
更に、吸引溝を、フレキシブル基板において、ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に比較的高密度に形成し、具体的には、吸引溝を格子状に形成する(請求項2,4)ので、超音波ボンディングによる振動が直接加わる部位に対する真空吸着をより確実に行うことによって、フレキシブル基板の吸着固定の効果を高めることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図6を参照して説明する。図1は、ワイヤボンディング装置11の要部の構成を示す斜視図である。部分的に示すステージ12は、上面がフレキシブル基板13の外形寸法よりもやや大となる矩形をなしており、その中央部には、真空ポンプなどからなる真空吸引装置(吸引手段)14によってフレキシブル基板13を吸引するための吸引孔12aが設けられている。
【0014】
フレキシブル基板13は、例えばコンタクトレスICカードの内部に収納されるものであり、板厚が50〜500μm程度のPETやガラスエポキシなどの軟質な樹脂材料で構成されている。その表面側には、配線パターン13a(図3参照)が銅箔などによって形成されていると共に、ICカードとしての機能をなすためのマイクロコンピュータなどがワンチップICとして形成された例えば2つのICチップ15が、接着されて搭載されている。
【0015】
そして、フレキシブル基板13とステージ12との間には、振動吸収材16が介挿されている。振動吸収材16は、例えば、厚さ1.3mm程度のクロロプレンなどの柔軟性を有する材料で構成されており、その外形寸法は、ステージ12と同様に、フレキシブル基板13の外形寸法よりもやや大となる矩形をなしている。振動吸収材16の中央部には、真空吸引用の吸引孔16aがステージ12の吸引孔12aと一致するように形成されている。
【0016】
振動吸収材16がフレキシブル基板13と接する側の面には、吸引孔16aに繋がるようにして吸引溝17が形成されている。吸引溝17は、図2に示すように、フレキシブル基板13の周縁部に合わせて形成された矩形の外枠溝17aと、その外枠溝17aの上辺及び下辺と吸引孔16aとを接続する縦溝17bとを有している。
【0017】
また、図2に円で囲んで示すように、振動吸収材16における図2中右下方は、フレキシブル基板13上においてICチップ15に対してワイヤボンディングが行われる部位であり、その部位に対応するようにして、外枠溝17aの右辺と縦溝17bとを接続する多数の横溝17cが形成されている。その横溝17cの内、図2中最上部に形成されているものと外枠溝17aの上辺とを接続するように、縦溝17dが形成されている。縦溝17dの途中部位には、横溝17cにおける吸着効果を高めるために、円形の凹部17eが形成されている。
【0018】
ここで、吸引溝17の寸法は、例えば、ICチップ15の一辺が2.5mm以上である場合、横溝17cを0.2〜0.5mm程度、その他の溝は0.5〜1.0mm程度とし、溝深さは何れも0.5mm程度である。また、横溝17cのピッチ間隔は、0.8〜1.2mm程度である。尚、凹部17eの深さは、1mm程度である。また、図1におけるフレキシブル基板13や振動吸収材16の厚さ寸法は、図示の関係上、実際の比率とは異なっている。
【0019】
次に、本実施例の作用について図3乃至図6をも参照して説明する。以上のように、フレキシブル基板13とステージ12との間に振動吸収材16を介挿した状態で、真空吸引装置14によってフレキシブル基板13を真空吸引してステージ12上に固定する。
【0020】
そして、図3に模式的な断面図を示すように、ボンディング装置の一部であるワイヤクランプ(ボンディング手段)18及びボンディングウエッジ(ボンディング手段,以下、ウエッジと称す)19によって、フレキシブル基板13上に搭載されているICチップ15上のボンディングパッド15aと、フレキシブル基板13上に形成されている配線パターン13aとの間を例えばアルミニュウムからなり径が40μm程度のワイヤ20によってボンディングする。尚、ウエッジ19の振動数は、100KHz程度である。
【0021】
この場合、振動吸収材16の吸収溝17が真空状態となることにより、フレキシブル基板13は、ステージ12上に確実に吸着固定され、また、ワイヤボンディング時に生ずる振動は、柔軟性を有する振動吸収材16によって吸収される。
【0022】
ここで、図4は、吸引溝の形成パターンによる振動吸収効果の違いを、振動吸収材16と比較するために形成した振動吸収材21の平面図である。振動吸収材21の吸引溝22は、溝幅が2〜3mmであり、ICチップに対してワイヤボンディングが行われる部分(ボンディング部)2か所の内、一方はボンディング部の周囲に(A)形成し、他方はボンディング部の周囲及びボンディング部の直下に(B)形成したものである。
【0023】
図5及び図6は、本発明の発明者らが、振動吸収材16と21とを用いて実際にワイヤボンディングを行った場合において、ボンディングツールであるウエッジ19に発生する振動を計測したものである。横軸は時間であり、発振時間とは、1回のワイヤボンディングに要する時間であって30〜50ms程度である。縦軸は、この時ウエッジ19に発生する振動振幅を、ウエッジ19を駆動する圧電素子に流れる電流値を計測することにより求めたものである。尚、振動吸収材21については、ボンディング部の周囲にのみ溝を形成した(A)の部分について測定を行った。
【0024】
図5に示すように、振動吸収材16を用いた場合におけるウエッジ19の振動振幅は、ボンディングの開始から時間の経過と共にスムーズに低下して、ワイヤ20と例えば配線パターン13aとの接合が良好に進行している。これに対して、図6に示すように、振動吸収材21を用いた場合は、振動が殆ど収束することなく上記接合が良好に行われているとは言い難い。この両者の比較結果から、振動吸収材16に形成した吸引溝17cによって、フレキシブル基板13の吸着効果が確実に向上していることが明らかである。
【0025】
以上のように本実施例によれば、ステージ12とICチップ15が搭載されたフレキシブル基板13との間に、真空吸着用の吸引孔16a及びその吸引孔16aに繋がる吸引溝17を形成した振動吸収材16を介し、フレキシブル基板13を真空吸着した状態で超音波ボンディングによりワイヤボンディングを行うので、フレキシブル基板13を、振動吸収材16に設けられた吸引溝17によってステージ12上に吸着固定することができる。
【0026】
従って、超音波ボンディングによる振動がフレキシブル基板に加わっても、その振動は振動吸収材16により十分に吸収されるので、ワイヤ剥がれやチップ割れなどを生ずることなく、フレキシブル基板13上の配線パターン13aとICチップ15上のボンディングパッド15aとを安定した状態で確実にワイヤボンディングすることができる。
【0027】
また、吸引溝17を、フレキシブル基板13の周縁部に合わせた外枠溝17aとして形成すると共に、フレキシブル基板13においてウエッジ19によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に比較的高密度に横溝17cとして形成したので、フレキシブル基板13全体を良好に吸着固定することができ、また、超音波ボンディングによる振動が直接加わる部位に対する真空吸着をより確実に行うことによって、フレキシブル基板13の吸着固定効果を高めることができる。
【0028】
(第2実施例)
図7は、本発明の第2実施例を示す振動吸収材23の平面図である。第2実施例の振動吸収材23は、第1実施例の振動吸収材16に横溝17cを形成した部分に、それらの横溝17cと垂直に交わる縦溝17fを形成することにより、当該部分を格子状にしたものである。斯様に構成した場合でも、第1実施例と同様に、超音波ボンディングによる振動が直接加わる部位に対する真空吸着をより確実に行うことにより、フレキシブル基板13の吸着固定効果を高めることができる。
【0029】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
ボンディング用のワイヤの材質はアルミニュウムに限らず、金などでも良い。
フレキシブル基板13においてウエッジ19によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に形成する吸収溝は、横溝17cや縦溝17dを多数形成するものに限ることなく、当該部分に1本の溝を一筆書きのようにして比較的高密度に形成しても良い。
【0030】
また、吸引溝は、例えば、第1実施例の横溝17cのみを設けて外枠溝17aは設けずに、振動吸収材16の周辺部は、例えば図8に示す押さえ治具3により固定しても良い。
フレキシブル基板に搭載されるICチップの数は、1個でも、或いは3個以上であっても良い。
ワイヤボンディング装置は、フレキシブル基板を1枚ずつワイヤボンディングするものに限ることなく、複数のフレキシブル基板を多数枚取りするようにした基板について、1回の吸着固定において複数のフレキシブル基板をワイヤボンディングするものでも良い。その場合、振動吸収材には、それら複数のフレキシブル基板に対応する位置に合わせて吸収溝を形成すれば良い。そして、例えば6枚取りの場合には、1回の吸着固定でフレキシブル基板を2枚ずつボンディングし、て、基板を送りながら連続的にボンディングするものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例におけるワイヤボンディング装置の要部の構成を示す斜視図
【図2】振動吸収材の平面図
【図3】ワイヤボンディングを行う状態を示す模式的な断面図
【図4】吸引溝の形成パターンによる振動吸収効果の違いを比較するために形成した振動吸収材の平面図
【図5】図2に示す振動吸収材を用いてワイヤボンディングを行った場合の、ボンディングウエッジに発生する振動を計測した結果を示す図
【図6】図4に示す振動吸収材を用いてワイヤボンディングを行った場合の図5相当図
【図7】本発明の第2実施例を示す図2相当図
【図8】従来技術(その1)を示す図1相当図
【図9】従来技術(その2)を示す図1相当図
【符号の説明】
11はワイヤボンディング装置、12はステージ、13はフレキシブル基板、13aは配線パターン、14は真空吸引装置(吸引手段)、15はICチップ、15aはボンディングパッド、16は振動吸収材、16aは吸引孔、17は吸収溝、17aは外枠溝、17cは横溝、17fは縦溝、18はワイヤクランプ(ボンディング手段)、19はボンディングウエッジ(ボンディング手段)、20はワイヤ、23は振動吸収材を示す。
Claims (4)
- ICチップが搭載されたフレキシブル基板を載置するためのステージと、
このステージと前記フレキシブル基板との間に介挿され、真空吸着用の吸引孔を具備した振動吸収材と、
前記ステージ上に載置された前記フレキシブル基板を、前記振動吸収材の吸引孔を介して真空吸引することにより固定させる吸引手段と、
この吸引手段によって固定された前記フレキシブル基板上の配線パターンと前記ICチップ上のボンディングパッドとを超音波ボンディングによってワイヤボンディングするボンディング手段とを備え、
前記振動吸収材の前記フレキシブル基板に接する面側で且つ少なくとも前記フレキシブル基板において前記ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下に、前記吸引孔に繋がる吸引溝を形成し、
前記吸引溝は、前記フレキシブル基板の周縁部に対応する部位にも形成されている共に、前記フレキシブル基板において、前記ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に比較的高密度に形成されていることを特徴とするワイヤボンディング装置。 - 前記吸引溝は、前記フレキシブル基板において、前記ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に格子状に形成されていることを特徴とする請求項1記載のワイヤボンディング装置。
- ICチップが搭載されたフレキシブル基板をステージ上に真空吸着させた状態で、前記フレキシブル基板上の配線パターンと前記ICチップ上のボンディングパッドとを超音波ボンディングによってワイヤボンディングするワイヤボンディング方法において、
前記ステージと前記フレキシブル基板との間に、前記フレキシブル基板に接する面側で且つ少なくとも前記フレキシブル基板において前記ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下に、真空吸着用の吸引孔及びその吸引孔に繋がる吸引溝が形成され、前記吸引溝を、前記フレキシブル基板の周縁部に対応する部位、並びに前記フレキシブル基板において前記ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に比較的高密度に形成した振動吸収材を介して、前記フレキシブル基板を真空吸着した状態でワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。 - 前記吸引溝は、前記フレキシブル基板において、前記ボンディング手段によりワイヤボンディングが行われる部位の直下及びその周辺部分に格子状に形成されていることを特徴とする請求項3記載のワイヤボンディング方法。
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