JP3818932B2 - Wire bonding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤボンディング装置、詳しくは、キャピラリィを駆動させるボンディングヘッドに圧力センサを設け、この圧力センサの検知出力に基づきキャピラリィの押付荷重、超音波振動等を制御するワイヤボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワイヤボンディング装置においては、周知のように、ヒータプレート上にリードフレームとチップ等を載置して加熱し、ボンディングヘッドのキャピラリィをリニアモータ等により上下(Z軸方向)に駆動してワイヤボンディングを行う。すなわち、ボンディングに際しては、キャピラリィによりワイヤをチップ等の接合点に相当の押付荷重をもって押付、また、超音波等を印加し、ワイヤをチップの接合点に印加する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したワイヤボンディング装置にあっては、キャピラリがワイヤをチップ等の接合点に押しつけたときの影響でキャピラリィとともにワイヤがZ軸方向に振動し、ワイヤの接合端の形状(ボールボンディングにあたっては、ボールの形状やボール径等)のバラツキや接合不良の不都合を生じるという問題があった。すなわち、ボンディング時のワイヤの挙動を考察すると、ワイヤは先ずある加速をもってチップに当接(衝突)した後に一定荷重で押圧されるが、衝突の影響で後の一定荷重での押圧期間においても振動し、この振動が押圧荷重の変動を生じ、上述した不都合を招いていた。
【0004】
そこで、従来のワイヤボンディング装置にあっては、ボンディングヘッドにキャピラリィのZ軸方向変位を検出するセンサ、例えば、エンコーダを設け、このエンコーダの検知出力をボンディングヘッドのリニアモータの制御装置にフィードバックしてキャピラリィの駆動制御を行い、キャピラリィの振動を防止することが行われている。
【0005】
また、ヒータプレートを有するヒータブロック内に圧力センサを搭載し、圧力センサにて押付荷重を制御することも行われている。
【0006】
しかしながら、上述した従来のワイヤボンディング装置にあっては、エンコーダによりキャピラリィのZ軸方向変位を検出するに過ぎないため、ワイヤの押付荷重を判定できず、上述した不都合を完全に解消することが困難であった。さらに上述したエンコーダは変位に対する分解能が限られ、キャピラリィの変位が小さい場合、すなわち、振動の振幅が小さい場合は検出不能となる。
【0007】
また、上述のヒータブロック内に搭載した圧力センサの場合、ヒータプレート内での押圧荷重が場所によって変動し、安定した検出結果がえられないという問題がある。
【0008】
この発明は、上記事情に鑑みてされたもので、ボンディングの際の、ワイヤの押付荷重を直接に安定して検出できるワイヤボンディング装置を提供し、ワイヤ接合端の形状のバラツキや接合不良等の不具合を解消することを目的とする。
【0009】
また、超音波の制御に関しては電気信号の検出による制御は行われていたが接合の際、超音波ホーン自体の振動状態を検出することは不可能であった。
【0010】
この発明は、上記事情に鑑みてされたもので、ボンディングの際の超音波振動を直接に安定して検出できるワイヤボンディング装置を提供し、ワイヤ接合端の形状のバラツキや接合不良等の不具合を解消することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のボンディング装置は、支軸を中心に揺動自在に構成されたボンディングアームと、該ボンディングアームの一端に取り付けられ先端部にキャピラリィを有する超音波ホーンとを備えたビンディングヘッドを有するワイヤボンディング装置において、前記超音波ホーンの後端部に超音波振動子を取り付けるとともに、前記ボンディングアームの一端と前記超音波ホーンの後端部との間に、板状に形成され、その中央部に前記超音波振動子が貫通する穴を有し、前記キャピラリィによる押付荷重を検出する圧力センサを配置した。
【0013】
そして、前記圧力センサの検知出力に基づき前記キャピラリィの駆動系を制御する。
さらに、前記圧力センサの検知出力に基づき前記超音波ホーンの振動を制御する。
また、前記ボンディングヘッドの超音波ホーンとボンディングアームの間に取り付けられている前記圧力センサは、圧電式の水晶センサであることを特徴とする。
【0014】
この発明にかかるワイヤボンディング装置は、キャピラリィによりワイヤがチップ等に押し付けられると、この押付荷重が超音波ホーン等を含むボンディングヘッドに伝達されて圧力センサにより検出される。例えば、圧力センサをボンディングヘッドに設けた場合、押付荷重により、超音波ホーン、ボンディングアームの変形を生じ、この変形による力を圧力センサが検出し、押付荷重が直接検出される。このため、圧力センサの検出出力を基にキャピラリィのZ軸方向の変位を制御することでワイヤ接合端の形状を一定にでき、また、接合不良の解消される。
【0015】
さらに、ボンディングヘッドに圧力センサを取り付けたことにより、XY軸方向の移動をしたときでも場所による検出結果の変動をなくすことができる。
【0016】
また、キャピラリィによりワイヤがチップ等に押し付けられ超音波振動を印加したとき、超音波振動が圧力センサにより検出される。このため、検出出力を基に超音波振動の出力を制御することでワイヤ接合端の形状を一定にでき、また、接合不良の解消される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を,図面を参照して説明する。
【0018】
図1は、ボンディングヘッドとヒータユニット、荷重制御を示す正面図、図2は、超音波ホーン、振動素子を含むボンディングヘッドとヒータユニット、超音波振動制御を示す正面図、図3は、圧力センサの取付部の斜視図、図4は、圧力センサの形態を示す斜視図、図5は荷重検出時の荷重伝達を示す正面図である。
【0019】
図1において、10はボンディングヘッド、20はヒータユニットを示し。ボンディングヘッド10が図示しないXYテーブル上に、ヒータユニット20が図示しないZテーブル上に搭載される。ボンディングヘッド10は支軸11に揺動自在にボンディングアーム12を支持し、このボンディングアーム12の一端に超音波ホーン13を介してキャピラリィ14が取り付けられ、またボンディングアーム12の他端がリニアモータ15に連結する。
【0020】
リニアモータ15は、制御装置と接続して制御され、ボンディングアーム12qお支軸11周りに揺動駆動してキャピラリィ14を上下(Z軸方向)に駆動する。後述するが、リニアモータ15の制御装置19は圧力センサが接続し、この圧力センサの検出出力等に基づきリニアモータ15を制御する。
【0021】
ヒータユニット20は、ヒータブロック22上にヒータプレート21を取り付けてなり、ヒータブロック22が図示しない取付台上にボルト等で固定される。ヒータプレート上面には、図示しない走行駆動機構により走行駆動されるリードフレームHが載置され、また、半導体チップSが図示しないロボットにより載置される。
【0022】
超音波ホーン13の一端(後端部)には、後述するように、図2に示すような形態で超音波振動子16が取り付けられており、超音波ホーン13とボンディングアーム12との間に圧力センサー41が収納・配置されている。圧力センサー41は、図4に示すように、中央部に円形の穴が設けらた板状に形成され、穴の周縁部にセンサーが配置されている。超音波ホーン16とボンディングアーム12とを圧力センサー41を介して取り付ける時に、超音波ホーン13に取り付けられた超音波振動子16は、圧力センサ41に設けられた穴を貫通する。
【0023】
圧力センサ41は、圧電式の水晶センサ等が用いられ、チャージアンプ42とフィードバック回路43を直列に介して前述したリニアモータ15の制御装置19に接続される。この圧力センサ41は、ボンディングの際にワイヤがキャピラリィ14により半導体チップS等の接合点に押しつけられた時に生じる超音波ホーン13の変形による圧力を検出し、この検知信号を、チャージアンプ42等を介して制御装置19に出力する。
【0024】
この実施の形態にあたっては、ヒータプレート21上に半導体チップSとリードフレームHを載置して図示しないカートリッジヒータにより加熱し、リニアモータ15を制御装置19により制御してボンディングアーム12(超音波ホーン13を含む)を駆動し、キャピラリィ14を上下駆動させてキャピラリィ14によりワイヤを所定の押付荷重たとえば10gf〜200gf程度の押付荷重で押し付ける。そして超音波を印加し、ワイヤを半導体チップSの接合点等に融着する。
【0025】
ここで、ワイヤが半導体チップSの接合点に押し付けられるとこの押付加重がキャピラリィを介して超音波ホーンに13伝達され、この超音波ホーン13の変形により圧力センサ41に圧力が作用し、圧力センサ41が圧力、すなわち、押付加重を検出して検知信号を出力する。そして、制御装置19は、圧力センサ41の検知信号に基づきリニアモータ15を制御、たとえば、押付加重が所定の特性(例えば、一定)になるようにキャピラリィ14の上下動を制御する。
【0026】
したがって、キャピラリィ14の振動を抑制でき、押付加重を一定に保持できるため、ワイヤ接合端の形状を一定にでき、また、接合不良の発生も防止できる。すなわち、前述したようにワイヤを押した際には、ワイヤが接合点に当接したときの衝撃の影響でワイヤとともにキャピラリィ14が振動するが、圧力センサ41の検知信号に基づき押付荷重を一定にするようにキャピラリィ14を制御するため、その振動を防止でき、接合不良が防止できる。また、圧力センサをボンディングヘッド10に取り付けることにより、XY方向の場所による検知結果の誤差や、半導体チップS、ヒータプレート21等の状態に関わらず安定した検知信号が得られる。
図2において、図1同様の形態を成し、超音波ホーン13の一端に超音波素子16が取り付けられている様子を示している。
【0027】
キャピラリィ14には、図示しないワイヤが配索され、超音波素子16が発振した超音波が超音波ホーン13を経て伝達される。超音波素子16は超音波発信器17から出す信号で振動する。超音波発信器17には、フィードバック回路(超音波)44を通して圧力センサ41が接続し、この圧力センサにより検出された超音波振動をフィードバック回路(超音波)44を介して超音波発信器17にて制御する。
【0028】
図1と同様にボンディングアーム、超音波ホーン13間に圧力センサ41が収納され、チャージアンプ42とフィードバック回路(超音波)44を直列に介して超音波発信器17に接続される。圧力センサ41は、ボンディングの際に印加する超音波振動を検出し、この検知信号にチャージアンプ42等を介して超音波発信器17に出力する。
【0029】
ここで、超音波ホーン13が振動することにより圧力センサが振動を検出し検出信号を出力する。そして超音波発信器17は超音波の印加タイミングを制御する。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるワイヤボンディング装置によれば、キャピラリィを駆動させるボンディングヘッドに圧力センサを取り付け、この圧力センサによりワイヤの押付(荷重)を検出するため、ワイヤの押付荷重を正確かつ速やかに判断でき、また、ワイヤがワークに接触した時期(タイミング)も速やかに判別できる。さらに、超音波の印加タイミングを正確に判断することができる。
【0031】
特に、上述した実施の形態にあったは、圧力センサによりワイヤの押付加重を検出し、この圧力センサの検知出力に基づきワイヤの押付加重が所定の特性になるようにキャピラリィの上下動を制御するため、ワイヤ接合端の形状を一定とでき、また、超音波印加タイミングを制御することも含めて接合不良の発生も防止できる。
【0032】
【図面の簡単な説明】
【図1】ボンディングヘッドとヒータユニット、荷重制御を示すブロック図である。
【図2】超音波ホーン、振動素子を含むボンディングアヘッドとヒータユニット、超音波振動制御を示すブロック図である。
【図3】同ワイヤボンディング装置のボンディングヘッドに圧力センサを取付た斜視図である。
【図4】(a)
圧力センサの4センサ平均化方式の斜視図である。
(b)
圧力センサの1センサ出力方式の斜視図である。
【図5】この発明の押圧荷重検出の荷重伝達を示した正面図である。
【符号の説明】
10 ボンディングヘッド
12 ボンディングアーム
13 超音波ホーン
14 キャピラリィ
15 リニアモータ
16 振動素子
17 超音波発信器
19 制御装置
20 ヒータユニット
21 ヒータプレート
22 ヒータブロック
41 圧力センサ
42 チャージアンプ
43 フィードバック回路
44 フィードバック回路(超音波)
H リードフレーム
S 半導体チップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wire bonding apparatus, and more particularly, to a wire bonding apparatus in which a pressure sensor is provided in a bonding head that drives a capillary, and the pressing load, ultrasonic vibration, and the like of the capillary are controlled based on the detection output of the pressure sensor.
[0002]
[Prior art]
In a wire bonding apparatus, as is well known, a lead frame and a chip are placed on a heater plate and heated, and the capillary of the bonding head is driven up and down (in the Z-axis direction) by a linear motor or the like to perform wire bonding. Do. That is, in bonding, a wire is pressed by a capillary with a pressing load corresponding to a bonding point of a chip or the like, an ultrasonic wave or the like is applied, and the wire is applied to the bonding point of the chip.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the wire bonding apparatus described above, the wire vibrates in the Z-axis direction together with the capillary due to the influence of the capillary pressing the wire against the bonding point such as a chip, and the shape of the bonding end of the wire (in ball bonding) In other words, there are problems such as variations in ball shape, ball diameter, etc.) and inconvenience of poor bonding. In other words, considering the behavior of the wire during bonding, the wire is first pressed against the chip with a certain acceleration (collision) and then pressed with a constant load. However, due to the impact, the wire also vibrates during the subsequent pressing period with a constant load. However, this vibration causes fluctuations in the pressing load, causing the above-mentioned disadvantages.
[0004]
Therefore, in the conventional wire bonding apparatus, a sensor for detecting the displacement in the Z-axis direction of the capillary, for example, an encoder is provided in the bonding head, and the detection output of this encoder is fed back to the control apparatus for the linear motor of the bonding head. Capillary drive control is performed to prevent capillary vibration.
[0005]
In addition, a pressure sensor is mounted in a heater block having a heater plate, and the pressing load is controlled by the pressure sensor.
[0006]
However, in the above-described conventional wire bonding apparatus, only the displacement of the capillary in the Z-axis direction is detected by the encoder, so that the pressing load of the wire cannot be determined, and it is difficult to completely eliminate the inconvenience described above. Met. Furthermore, the encoder described above has limited resolution with respect to displacement, and cannot be detected when the displacement of the capillary is small, that is, when the amplitude of vibration is small.
[0007]
Further, in the case of the pressure sensor mounted in the heater block described above, there is a problem that the pressing load in the heater plate varies depending on the location, and a stable detection result cannot be obtained.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a wire bonding apparatus capable of directly and stably detecting a pressing load of a wire at the time of bonding, such as variations in the shape of wire bonding ends and bonding defects. The purpose is to solve the problem.
[0009]
Further, regarding the control of the ultrasonic wave, the control by the detection of the electric signal has been performed, but it is impossible to detect the vibration state of the ultrasonic horn itself at the time of joining.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a wire bonding apparatus capable of directly and stably detecting ultrasonic vibrations during bonding, and solves problems such as variations in the shape of wire bonding ends and bonding defects. The purpose is to eliminate.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A bonding apparatus according to the present invention is a wire bonding having a binding head including a bonding arm configured to be swingable about a support shaft, and an ultrasonic horn attached to one end of the bonding arm and having a capillary at a tip. In the apparatus, an ultrasonic transducer is attached to a rear end portion of the ultrasonic horn, and is formed in a plate shape between one end of the bonding arm and a rear end portion of the ultrasonic horn, A pressure sensor that has a hole through which the ultrasonic transducer penetrates and detects a pressing load by the capillary was disposed.
[0013]
The capillary drive system is controlled based on the detection output of the pressure sensor.
Furthermore, the vibration of the ultrasonic horn is controlled based on the detection output of the pressure sensor.
The pressure sensor attached between the ultrasonic horn of the bonding head and the bonding arm is a piezoelectric crystal sensor.
[0014]
In the wire bonding apparatus according to the present invention, when a wire is pressed against a chip or the like by a capillary, the pressing load is transmitted to a bonding head including an ultrasonic horn and detected by a pressure sensor. For example, when the pressure sensor is provided in the bonding head, the ultrasonic horn and the bonding arm are deformed by the pressing load, the pressure sensor detects the force due to the deformation, and the pressing load is directly detected. For this reason, by controlling the displacement of the capillary in the Z-axis direction based on the detection output of the pressure sensor, the shape of the wire bonding end can be made constant, and the bonding failure can be eliminated.
[0015]
Furthermore, by attaching a pressure sensor to the bonding head, it is possible to eliminate fluctuations in detection results depending on the location even when moving in the XY axis direction.
[0016]
Further, when ultrasonic vibration is applied by pressing the wire against the chip or the like by the capillary, the ultrasonic vibration is detected by the pressure sensor. For this reason, by controlling the output of the ultrasonic vibration based on the detection output, the shape of the wire bonding end can be made constant, and the bonding failure can be eliminated.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
1 is a front view showing a bonding head and a heater unit and load control, FIG. 2 is a front view showing an ultrasonic horn and a vibration unit including a bonding head and a heater unit, and FIG. 3 is a pressure sensor. FIG. 4 is a perspective view showing a form of a pressure sensor, and FIG. 5 is a front view showing load transmission at the time of load detection.
[0019]
In FIG. 1, 10 is a bonding head, and 20 is a heater unit. The
[0020]
Linear motor 15 is controlled by connecting a control unit to drive the
[0021]
The
[0022]
As will be described later, an
[0023]
The
[0024]
In this embodiment, the semiconductor chip S and the lead frame H are placed on the
[0025]
Here, when the wire is pressed against the junction point of the semiconductor chip S, this additional weight is transmitted to the
[0026]
Therefore, the vibration of the capillary 14 can be suppressed, and the pressing and adding weight can be kept constant, so that the shape of the wire joining end can be made constant, and the occurrence of bonding failure can be prevented. That is, when the wire is pushed as described above, the capillary 14 vibrates together with the wire due to the impact when the wire comes into contact with the joining point, but the pressing load is made constant based on the detection signal of the
In FIG. 2, a state similar to that of FIG. 1 is shown, and an
[0027]
A wire (not shown) is routed in the capillary 14, and the ultrasonic wave oscillated by the
[0028]
As in FIG. 1, a
[0029]
Here, when the
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the wire bonding apparatus according to the present invention, a pressure sensor is attached to a bonding head that drives a capillary, and the pressure (load) of the wire is detected by the pressure sensor. In addition, it is possible to quickly determine the timing (timing) when the wire contacts the workpiece. Furthermore, it is possible to accurately determine the application timing of ultrasonic waves.
[0031]
In particular, according to the above-described embodiment, the pressing force of the wire is detected by the pressure sensor, and the vertical movement of the capillary is controlled based on the detection output of the pressure sensor so that the pressing force of the wire has a predetermined characteristic. Therefore, the shape of the wire bonding end can be made constant, and the occurrence of bonding failure can be prevented including controlling the timing of applying ultrasonic waves.
[0032]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a bonding head, a heater unit, and load control.
FIG. 2 is a block diagram showing an ultrasonic horn, a bonding ahead including a vibration element, a heater unit, and ultrasonic vibration control.
FIG. 3 is a perspective view in which a pressure sensor is attached to the bonding head of the wire bonding apparatus.
FIG. 4 (a)
It is a perspective view of the 4-sensor averaging system of a pressure sensor.
(B)
It is a perspective view of 1 sensor output system of a pressure sensor.
FIG. 5 is a front view showing load transmission for detecting a pressing load according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
H Lead frame S Semiconductor chip
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