JP4335751B2

JP4335751B2 - ワイヤボンディング装置

Info

Publication number: JP4335751B2
Application number: JP2004174249A
Authority: JP
Inventors: 正児小林
Original assignee: Ultrasonic Engineering Co Ltd
Current assignee: Ultrasonic Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005353903A

Description

本発明は、接合を終えたボンディングワイヤをループから切り離すためにボンディングワイヤに切り込みを入れるカッタを備えたワイヤボンディング装置、特にカッタをワーク面に対して進退動作させてボンディングワイヤに切り込みを入れる構成のワイヤボンディング装置に関するものである。

ボンディングワイヤをワーク面（電極面）に押し付けて接合するウェッジ型のボンディングツールを備えたワイヤボンディング装置では、接合を終えたボンディングワイヤをループから切り離すためのカッタを、ワーク面に対して略直交する向きに進退動作可能に構成して、ワーク面にボンディングワイヤを押し付けるようにしてボンディングワイヤに切り込みを入れる構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平３−１０２８４４号公報

このような構成のワイヤボンディング装置では、ボンディングワイヤに対する切り込み深さが過大であると、刃先がワーク面に接触して、半導体デバイスの正常な動作を阻害する損傷を与え、またカッタの刃先に欠損を生じる原因となり、他方、切り込み深さが過小であると、ボンディングワイヤの切り離しが適切に行われない不都合が生じる。そこで、カッタの駆動機構では、切り込み深さが適正に保持されるような工夫が必要となる。

ところが、従来の技術では、ボンディングツールがボンディングワイヤを介してワーク面に突き当たった際に検出されるボンディングヘッド及びボンディングツールの位置や、ボンディングワイヤの変形量に基づいてワーク面の位置を推定して、その位置を基準にしてカッタの切り込み動作を制御するようにしており、ワーク面の位置を推定する手順が複雑であるため、誤差が生じ易く、またカッタの刃先の摩耗や欠損、カッタホルダに対するカッタの取付誤差、並びにカッタ自体の製作誤差に影響されて、切り込み深さにばらつきが生じる不都合がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、カッタの切り込み動作制御の基準となる位置検出の工程が簡素化され、さらにカッタの刃先の摩耗や欠損の影響並びにカッタの取付誤差や製作誤差の影響を受けることがなく、高精度で安定した切り込み深さを実現することができるように構成されたワイヤボンディング装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明によるワイヤボンディング装置においては、請求項１に示すとおり、ボンディングワイヤに切り込みを入れるカッタと、このカッタに切り込み動作を行わせるカッタ駆動手段と、前記カッタの刃先がボンディングワイヤに接触したことを検知する接触検知手段と、この接触検知手段により検知した接触位置を基準にして前記カッタ駆動手段の動作を制御する制御手段とを有するものとした。

これによると、ボンディングワイヤに対するカッタの接触を検知するだけで済み、カッタの切り込み動作制御の基準となる位置検出の工程が簡素化されるため、検出誤差を低減することができる。そして、検出された接触位置を切り込み動作の始点位置としてこれに所定の切り込み動作量を加えた終点位置までカッタを動作させれば良く、刃先の摩耗や欠損の影響並びにカッタの取付誤差や製作誤差の影響を受けることがないため、所要の切り込み深さを確実に実現することができる。

前記ワイヤボンディング装置においては、請求項２に示すとおり、前記カッタの変位量を検出する変位量検出手段をさらに有し、前記カッタ駆動手段が、切り込み抵抗力を下回る力で前記カッタに進行動作を行わせる第１のカッタ駆動手段と、切り込み抵抗力を上回る力で前記カッタに切り込み動作を行わせる第２のカッタ駆動手段とからなり、前記接触検知手段が、前記変位量検出手段により検出された変位量に基づいて、前記第１のカッタ駆動手段により進行動作する前記カッタがボンディングワイヤに接触することにより停止した接触停止状態を判別する構成とすることができる。これによると、簡単な構成でボンディングワイヤに対するカッタの接触を高精度に検知することができる。

前記ワイヤボンディング装置においては、前記第１のカッタ駆動手段としてのばねの付勢力を、前記カッタが連結される従動側の部材に初期状態で作用させると共に、前記第２のカッタ駆動手段としての電動アクチュエータによる駆動側の部材の動作方向に離間して配置された第１・第２の係合部が前記従動側及び駆動側の部材の一方に、前記第１・第２の係合部の対向面間に所定の遊隙をもって配置された係合部が前記従動側及び駆動側の部材の他方にそれぞれ設けられた構成とすることができる。

これによると、電動アクチュエータによる駆動側の部材（例えば、出力軸）が一方向に動作する過程で、ばねの付勢力による初期荷重のみが作用する状態から、ボンディングワイヤにカッタが接触するのに伴って、ばねの付勢力に加えて電動アクチュエータの駆動力が作用する状態に変化させることができ、カッタの動作制御が簡単になる。さらに所定の遊隙により電動アクチュエータの出力軸の動きに関わらず従動側の部材が停止した状態となるため、接触停止状態の判別が容易になり、判定精度を高めることができる。

この場合、第１・第２の係合部が従動側の部材に設けられ、駆動側の部材に設けられた係合部が、第１の係合部に当接可能な規制面と第２の係合部に当接可能な動力伝達面とを備えた構成では、ボンディングワイヤに対してカッタが接触しない初期位置から電動アクチュエータによる駆動側の部材（例えば、出力軸）を一方向に動作させると、ボンディングワイヤにカッタが接触する前では、ばねにより付勢された従動側の部材の第１の係合部が駆動側の部材の係合部の規制面に当接して、駆動側の部材の動きに従動側の部材を追随させてカッタに進行動作を行わせ、他方、ボンディングワイヤに対してカッタが接触して切り込み抵抗力が加わると、所定の遊隙により出力軸の動きに関わらず従動側の部材が停止した状態を経た後、駆動側の部材の係合部の動力伝達面が従動側の部材の第２の係合部に当接して、電動アクチュエータの駆動力が従動側の部材に伝達され、カッタに切り込み動作を行わせることができる。

なお、初期状態では、第１のカッタ駆動手段としてのばねの付勢力の他に、従動側の部材の重量がカッタに作用し、両者の合力が切り込み抵抗力を下回るようにばねの付勢力が設定される。また、第１のカッタ駆動手段は、カッタに作用する部材の重量のみによるものとした構成も可能である。さらに、従動側及び駆動側の各部材にそれぞれ設けられる係合部は、従動側の部材と駆動側の部材とを逆にして設けた態様も可能である。この場合、駆動側の部材に設けられた第１の係合部が、従動側の部材に設けられた係合部の一面に当接可能な規制面を備え、駆動側の部材に設けられた第２の係合部が、従動側の部材に設けられた係合部の他面に当接可能な動力伝達面を備えた構成となる。

このように本発明によれば、ボンディングワイヤに対するカッタの接触を検知するだけで済むため、カッタの切り込み動作制御の基準となる位置検出の工程が簡素化され、さらに検出された接触位置を切り込み動作の始点位置としてこれに所定の切り込み動作量を加えた終点位置までカッタを動作させれば良く、カッタの刃先の摩耗や欠損の影響並びにカッタの取付誤差や製作誤差の影響を受けることがなく、高精度で安定した切り込み深さを実現することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用されたボンディングヘッドを示す模式図である。このボンディングヘッドは、ボンディングワイヤＡをワーク面（電極面）に押し付けつつ超音波振動を印加して接合するウェッジ型のボンディングツール１と、このボンディングツール１の先端溝部に図示しないスプールから繰り出されたボンディングワイヤＡを案内するワイヤガイド２と、接合を終えたボンディングワイヤＡをループから切り離すためにボンディングワイヤＡに切り込みを入れるカッタ３と、超音波振動を発生させてボンディングツール１に超音波振動を伝搬させる超音波振動系４と、カッタ３に切り込み動作を行わせるカッタ駆動機構５と有している。超音波振動系４及びカッタ駆動機構５はマイクロコンピュータ８により制御される。

このボンディングヘッドは、図示しないＸＹＺ軸駆動機構によりＸ、Ｙ及びＺの各軸方向に移動可能となっている。またボンディングツール１、ワイヤガイド２、及び超音波振動系４は、図示しないツール駆動機構により上下方向に動作可能となっており、超音波振動系４に設けられた計測面６との間の間隔が、渦電流式の変位センサ７により計測され、この変位センサ７の出力値の変動からボンディングツール１の上下の動作量を検出することができる。

カッタ駆動機構５は、カッタ３を保持するカッタホルダ１１と、駆動源としての電動アクチュエータ１２と、この電動アクチュエータ１２の動力をカッタホルダ１１に伝達するアーム１３とを有している。

カッタ３は、摩耗や欠損の際の交換を可能にするため、カッタホルダ１１の先端（下端）に着脱可能にボルト止めされている。カッタホルダ１１の基端（上端）は、連結軸１５を介してアーム１３の一端に相対回動可能に連結されている。

カッタホルダ１１は、隣接するカム１６のカム面に沿って動作するカムフォロア１７を備えており、引張ばね１８の付勢力によりカムフォロア１７をカム１６のカム面に当接させた状態に保持される。カム１６のカム面は傾斜状に形成され、カッタホルダ１１の降下に伴ってカッタ３の刃先がボンディングツール１に近接する向きに移動するようになっている。

また、カッタホルダ１１の上部に設けられた渦電流式の変位センサ（変位量検出手段）１９により、カッタホルダ１１に設けられた計測面２０との間の間隔が計測され、この変位センサ１９の出力値の変動からカッタ３の動作量を検出することができる。変位センサ１９の出力信号は、アンプ２１を介してマイクロコンピュータ８に入力される。

アーム１３は、支軸２２を介して図示しない支持部材に回動可能に支持されている。このアーム１３は、ばね２３により、図中時計回り、すなわちカッタ３に切り込み動作を行わせる向きに付勢されている。

電動アクチュエータ１２は、ドライバ２４からのパルス信号に応じて出力軸２５を軸方向に進退動作させる、いわゆる直動パルスモータであり、出力軸２５の進退動作に応じてアーム１３が傾動してカッタホルダ１１を上下動させることができる。

電動アクチュエータ１２の出力軸２５は、電動アクチュエータ１２の駆動力をカッタ３に作用させるか否かの切り替えを行う動力伝達部２６を介してアーム１３と連結されている。この動力伝達部２６においては、アーム（従動側の部材）１３の端部に設けられたコ字形状をなす連結部２７に、電動アクチュエータ１２の出力軸（駆動側の部材）２５の動作方向に離間して配置された第１・第２の係合部２８・２９が設けられている。また電動アクチュエータ１２の出力軸２５には、その先端部３１とストッパ３２とで構成される係合部３３が、第１・第２の係合部２８・２９の対向面間に所定の遊隙をもって配置され、ストッパ３２の規制面３２ａが第１の係合部２８に当接可能で、先端部３１の動力伝達面３１ａが第２の係合部２９に当接可能となっている。第１の係合部２８には、出力軸２５が挿通される孔あるいはＵ字形状に切り欠きが設けられ、出力軸２５自体によりアーム１３の動きが拘束されないようになっている。

図２・図３・図４・図５は、図１に示したカッタの動作を段階的に示す模式図である。ボンディングツール１による接合工程が終了すると、図２に示すように、カッタ３が接合部Ｂの近傍の切り込み位置に整合するようにボンディングヘッドを移動させた上で、カッタ３による切り込みが実施され、ここでは、電動アクチュエータ１２の出力軸２５を上向きに動作させる。すると、電動アクチュエータ１２の出力軸２５の動きに追随してアーム１３の連結部２７が上昇し、アーム１３が支軸２２を中心にして時計回りに回動し、これに伴ってカッタホルダ１１と共にカッタ３が降下する。

電動アクチュエータ１２の出力軸２５の動きに応じてカッタ３が降下すると、図３に示すように、カッタ３の刃先がボンディングワイヤＡに接触し、この状態では、カッタ３に初期荷重Ｆ_０、すなわちばね２３の付勢力、カッタホルダ１１の重量による荷重、並びにアーム１３における支軸２２を挟んで左右の部分の重量差に基づく正または負の荷重が作用するが、このカッタ３に作用する初期荷重Ｆ_０は、ボンディングワイヤＡの切り込みに要する荷重（切り込み抵抗力）より小さく設定されているため、ボンディングワイヤＡへのカッタ３の切り込みが進行せず、出力軸２５の上昇に関わらず、カッタ３はボンディングワイヤＡに当接して静止したままである。

このカッタ３の静止状態は、出力軸２５の先端の動力伝達面３１ａと第２の係合部２９との間の間隙Ｄがなくなるまで継続し、図４に示すように、出力軸２５の動力伝達面３１ａが第２の係合部２９に当接すると、電動アクチュエータ１２の駆動力Ｆ_１がアーム１３に伝達されて、カッタ３にはばね２３の付勢力などによる初期荷重Ｆ_０に加えて電動アクチュエータ１２の駆動力Ｆ_１が作用し、これはボンディングワイヤＡの切り込みに要する荷重（切り込み抵抗力）より大きいため、図５に示すように、ボンディングワイヤＡへのカッタ３の切り込みが進行する。

図６は、図１に示したボンディングヘッドにおける変位センサ出力の経時変化を示すグラフである。変位センサ１９によりカッタ３の動作量が検出され、図２に示した初期状態から電動アクチュエータ１２の出力軸２５を一定の速度で上向き動作させると、出力軸２５の動作に伴ってカッタ３が降下する非接触降下状態（図中Ｉ）の後に、図３に示したようにカッタ３の刃先がボンディングワイヤＡに接触したところで、出力軸２５の動作に関わらずカッタ３が動作しない接触停止状態（図中II）が現れ、さらに出力軸２５を上向き動作させると、図４に示したように電動アクチュエータ１２の駆動力によりカッタ３が切り込み動作を開始し、以後、出力軸２５の動作に伴ってカッタ３が降下する切り込み状態（図中III）となり、図５に示したように所要の切り込み深さに到達したところでカッタ３の動作を停止する。

図中IIに示した接触停止状態は、マイクロコンピュータ（接触検知手段）８にて、電動アクチュエータ１２のパルス数に対する変位センサの出力値の変動状況から判別され、この接触停止状態が判別されると、その位置を切り込み動作の始点位置に設定し、これに所定の切り込み動作量を加えた終点位置までカッタ３に切り込み動作を行わせる制御がマイクロコンピュータ（制御手段）８にて行われ、これにより所要の切り込み深さを精度良く且つ確実に実現することができる。なお、切り込み深さを規定するカッタ３の切り込み動作量は、変位センサ１９の出力値で制御する、すなわち切り込み動作の始点位置から求められた終点位置となる目標値に対して変位センサ１９の計測値が到達したところでカッタ３の動作を停止すれば良い。また電動アクチュエータ１２のパルス数で制御することも可能である。

本発明にかかるワイヤボンディング装置は、カッタの切り込み動作制御の基準となる位置検出の工程が簡素化され、さらにカッタの刃先の摩耗や欠損の影響並びにカッタの取付誤差や製作誤差の影響を受けることがなく、高精度で安定した切り込み深さを実現することができる効果を有し、接合を終えたボンディングワイヤをループから切り離すためにボンディングワイヤに切り込みを入れるカッタを備えたワイヤボンディング装置、特にカッタをワーク面に対して進退動作させてボンディングワイヤに切り込みを入れる構成のワイヤボンディング装置として有用である。

本発明が適用されたボンディングヘッドを示す模式図である。図１に示したカッタの動作を段階的に示す模式図である。図１に示したカッタの動作を段階的に示す模式図である。図１に示したカッタの動作を段階的に示す模式図である。図１に示したカッタの動作を段階的に示す模式図である。図１に示したボンディングヘッドにおける変位センサ出力の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１ボンディングツール
２ワイヤガイド
３カッタ
４超音波振動系
５カッタ駆動機構
８マイクロコンピュータ
１１カッタホルダ
１２電動アクチュエータ
１３アーム
１９変位センサ
２５出力軸
２６動力伝達部
２７連結部
２８第１の係合部
２９第２の係合部
３１先端部、３１ａ動力伝達面
３２ストッパ、３２ａ規制面
３３係合部
Ａボンディングワイヤ

Claims

ボンディングワイヤに切り込みを入れるカッタと、
このカッタに切り込み動作を行わせるカッタ駆動手段と、
前記カッタの刃先がボンディングワイヤに接触したことを検知する接触検知手段と、
この接触検知手段により検知した接触位置を基準にして前記カッタ駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
前記カッタの変位量を検出する変位量検出手段をさらに有し、
前記カッタ駆動手段が、切り込み抵抗力を下回る力で前記カッタに進行動作を行わせる第１のカッタ駆動手段と、切り込み抵抗力を上回る力で前記カッタに切り込み動作を行わせる第２のカッタ駆動手段とからなり、
前記接触検知手段が、前記変位量検出手段により検出された変位量に基づいて、前記第１のカッタ駆動手段により進行動作する前記カッタがボンディングワイヤに接触することにより停止した接触停止状態を判別す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。