JP5094542B2 - ワイヤボンダ用ボール形成装置及びボール形成方法 - Google Patents

ワイヤボンダ用ボール形成装置及びボール形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、放電エネルギーによってワイヤの先端にボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置及びボール形成方法に関し、特に、ボールの形成過程にあわせて電流を制御することにより、ワイヤの先端に偏芯が少なく所定の大きさのボールを形成することが可能なワイヤボンダ用ボール形成装置及びボール形成方法に関する。
従来、金線、銅などからなるワイヤを用いて第１ボンディング点となるＩＣチップ上の電極（パッド）と、第２ボンディング点となるリードとを接続するワイヤボンダ（ワイヤボンディング装置）においては、先ずキャピラリから送り出されたワイヤの先端と放電電極（トーチロッド）との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してキャピラリ内に挿通されたワイヤの先端にボールを形成するようにしている。なお、放電によりワイヤの先端に形成されるボールをイニシャルボールと称する。
図８は、キャピラリから送り出されたワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加してキャピラリの先端にボールを形成するための従来のワイヤボンダ用ボール形成装置の構成をブロック図で示したものである。
図８に示すように、高電圧を発生する高電圧発生部１の正極端子（＋）は、定電流開閉器３０を介してクランパ２０からボンディングツールとしてのキャピラリ２２に挿通されたワイヤ２１に対して正極電圧を与えるようになっている。一方、高電圧発生部１の負極端子（−）は放電電極２３に対し負極電圧を与えるようになっている。
図８に示す定電流開閉器３０には、定電流開閉器３０に内蔵されたスイッチ回路（図示せず）の開閉制御をなすためのタイマ回路３１が接続されており、このタイマ回路３１には放電開始信号であるトリガ信号Ｔｒが印加されるようになっている。
タイマ回路３１は、放電時間を設定するタイマを有し、外部からのトリガ信号Ｔｒによりタイマが起動される構成になっている。このトリガ信号Ｔｒによってタイマ回路３１が“オン”動作して、定電流開閉器３０のスイッチ回路が閉じて電流が流れ、所定の放電時間経過後にタイマ回路３１の“オフ”動作により、スイッチ回路が開いて電流を遮断する。このタイマ回路３１が“オン”している間、定電流開閉器３０は放電電極２３とワイヤ２１の間に定電流を流すように制御する。
放電電極２３とワイヤ２１間に流す電流（以下、放電電流と称す。）の大きさは、定電流開閉器３０に接続されている電流設定器３２によって設定される。電流設定器３２はトリマー等の可変抵抗器等で構成され、抵抗値に対する放電電流値が前もって規定されており、定電流開閉器３０は、電流設定器３２の抵抗値に基づいて所定の放電電流を流すように制御している。即ち、放電開始から放電終了まで電流設定器３２によって設定された一定値の放電電流が、放電電極２３とワイヤ２１間に流れるように定電流開閉器３０によって制御される。
従来のワイヤボンダ用ボール形成装置は、ワイヤの径に応じて電流設定器３２の放電電流値及びタイマ回路３１の放電時間の最適な値を選択して、選択した放電電流値、放電時間により所定の大きさのイニシャルボールを形成するようにしている。
また、特許文献１には、所定のボールの形成に必要な放電エネルギーを算出し、算出し放電エネルギーを電圧比較器の基準値として設定し、放電時のエネルギーが基準値に達したときに放電を停止することにより所定の大きさのボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置が開示されている。
特開２０００−１７４０５４
前述したように、従来のワイヤボンダ用ボール形成装置では、所定の大きさのイニシャルボールを形成するために、放電電流の大きさ、放電時間の最適な値を選択して、選択した放電電流、放電時間を設定してボール形成を行っていた。また、ボール形成時の放電電流は放電開始から放電終了まで一定の値（固定値）を使用するようにしていた。しかしながら、放電開始から放電終了まで固定値の放電電流で制御するイニシャルボールの形成では、１）ボールの偏芯の発生、２）ボールの真球性のバラツキ、３）ボールとワイヤとのネック部分でのしわの発生、等によりイニシャルボールの形状が安定しないという問題があった。
上記１）から３）の不安定なイニシャルボールが発生する要因は、以下のように考えられる。イニシャルボールの形成過程においてボールの形成は大きく２つの過程に分けられる。即ち、放電開始直後からワイヤである金線が溶け始めるまでのイニシャルボール形成過程前期と、金線が溶け始めから放電が終了するまでのイニシャルボール形成過程後期である。この中でイニシャルボール形成過程前期において放電エネルギーは金線の温度を溶融温度である１０６３゜Ｃまで上昇するのに使われる。イニシャルボール形成過程後期では金線を溶かすためのエネルギーに使用されると考えられる。金線が溶け始めると、金線の先端に溶滴が形成され、時間と共に溶滴が徐々に大きくなり、溶滴が金線上を上昇していくことが確認される。即ち、溶滴がボールを形成しながらある速度で金線上を上昇移動している。従来のボール形成では、放電開始から放電終了まで一定の値の電流を流し続けて、放電時間の終了で電流を遮断するため、溶滴が金線を上昇中に急冷される。このため電流遮断時のボール形成中の溶滴の状態に影響されてボールの形状が不安定になり、ボールの真球性のバラツキが発生する恐れがある。また、溶滴の上昇中の速度が急激に変化するため、ネック部分の金線が溶融することなしに溶滴のみが上昇するため、ボールの偏芯、ネック部分でのしわが発生すると考えられる。
このため、イニシャルボール形成過程後期における、放電電流は金線を溶かすためのエネルギーに使用されており、ボールの形成に大きな影響を与えているため、放電電流を適切に制御することが求められる。
また、ワイヤボンダで使用するワイヤは、金、銅、アルミニウムなどであり、特に、銅ワイヤでボールを形成する際には、酸化の影響を防止するために、短時間で安定したイニシャルボールを形成することが望まれている。また、被ボンディング部品のＩＣチップの機能に応じて、細線から太線までの様々のワイヤ径のものが使用される。このため、ボール形成時の放電電流を放電開始から放電終了まで一定の値（固定値）を使用する従来のワイヤボンダ用ボール形成装置では、使用するワイヤの材質、ワイヤの径、イニシャルボールの大きさ等多様な条件下のボンディングに対応できなくなってきている。
そこで、本発明は従来の技術の欠点に鑑みてなされたものであり、ワイヤの先端と放電電極間の絶縁破壊後の放電電流をボールの形成過程にあわせて自在に制御することにより、イニシャルボールの安定化を図ることを目的としたものである。
上記目的達成のため、本願発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置であって、前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、分割した各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルに基づいて、放電電流を制御するようにし、分割した最後の前記ブロックにおける前記放電電流プロファイルの放電電流値を放電終了時間まで放電を維持することができる値にして、放電電流を制御するようにしたことを特徴とする。
また、ワイヤボンダ用ボール形成装置は、キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置であって、前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間を設定する電流設定手段と、
前記電流設定手段で設定した各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数により各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルを算出する電流プロファイル演算手段と、前記電流プロファイル演算手段で算出された各ブロックの放電電流プロファイルを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各ブロックの放電電流プロファイルに基づいて放電電流を制御する放電電流制御手段と、を有し、前記電流設定手段は、放電時間の分割された最後の前記ブロックにおける終了電流値を放電を維持することができる値に設定し、前記電流プロファイル演算手段は、前記電流設定手段で設定した最後の前記ブロックにおける終了電流値から、最後の前記ブロックにおける放電電流値を放電終了時間まで放電を維持するように前記放電電流プロファイルを算出するようにしたことを特徴とする。
また、本願発明のボール形成方法は、キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するボール形成方法であって、前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、分割した各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルに基づいて、放電電流を制御するようにし、分割した最後の前記ブロックにおける前記放電電流プロファイルの放電電流値を放電終了時間まで放電を維持することができる値にして、放電電流を制御するようにしたことを特徴とする。
また、本願発明のボール形成方法は、キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するボール形成方法であって、前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、放電時間の各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数で演算して各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルを算出する演算ステップと、算出された各ブロックの放電電流プロファイルを記憶するステップと、放電時に記憶された各ブロックの放電電流プロファイルに基づいて、放電電流を制御するステップとを有し、前記演算ステップは、放電時間の分割された最後の前記ブロックにおける終了電流値を放電を維持することができる値に設定し、最後の前記ブロックにおける放電電流値を放電終了時間まで放電を維持することができる値となるように前記放電電流プロファイルを算出するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、ワイヤと放電電極との間に流れる電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数により各ブロックの放電電流プロファイルを算出し、算出した放電電流プロファイルに基づいて放電電流を制御することにより、ボール形成過程にあわせて放電時間の各ブロック毎の放電電流プロファイルを設定することが可能であり、設定した放電電流プロファイルに基づいて放電電流を制御するため、使用するワイヤの材質、ワイヤの径、イニシャルボールの大きさ等多様な条件下で最適な放電条件を選択することが可能となる。
また、放電電流を制御する放電電流プロファイルの算出は、放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、放電時間の各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数で演算するため、放電電流プロファイルを容易に作成することができる。
また、放電電流を制御する放電電流プロファイルを算出する関数は、一次関数のみならず他の関数も用いることができるため、各ブロックで自在の放電電流プロファイルを作成することができる。
また、放電時間の最終ブロックで、所定の減少率で放電電流を減らしながら、放電を停止するようにしたことにより、ボールが急冷されることがなく、また、ボール形成中の上昇速度も徐々に遅くなるため、イニシャルボールの形状が安定し、ボールの偏芯、ボールの真球性のバラツキ、ボールとワイヤとのネック部分でのしわの発生を防ぐことができる。
以下図面を参照して、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置及びボール形成方法の実施の形態について説明する。なお、本発明は、ボールの形成過程にあわせて放電電流を制御することにより、ワイヤの材質、ワイヤの径、イニシャルボールの大きさ等多様な条件下で最適な放電条件を選択することが可能であり、ワイヤの先端に偏芯等が少なく形状の安定したイニシャルボールを形成するようにしたものである。
図１は、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置の構成を示すブロック図である。なお、図８に示した従来の装置と同一機能及び構成を有するものについては同一の参照符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
図１（ａ）において、高電圧を発生する高電圧発生部１は図８に示す従来の装置と同一の構成となっている。図１に示すように、ワイヤボンダ用ボール形成装置は、高電圧を発生する高電圧発生部１と、キャピラリ２２の先端に位置するワイヤ２１と放電電極２３間を流れる放電電流を電流プロファイル制御部３からの入力データに基づいて逐次制御する電流制御部２と、放電電流プロファイルを記憶し、電流制御部２に放電電流プロファイルに基づいて放電電流値を逐次出力する電流プロファイル制御部３と、電流プロファイル制御部３にデータを入力するデータ入力部８とメニュー及びデータを表示するデータ表示部９とを有している。
図１（ａ）に示す電流制御部２は、電流プロファイル制御部３から入力される放電電流データに基づいて、ワイヤ２１と放電電極２３間を流れる放電電流を電流プロファイル制御部３の放電電流データに追従するように逐次制御するものである。電流制御部２はスイッチ回路（図示せず）を内蔵しており、スイッチ回路は、高電圧発生部１の高電圧をクランパ２０を介してワイヤ２１に印加するためのものである。また、電流制御部２には、スイッチ回路が動作してワイヤ２１に高電圧が印加された後に、ワイヤ２１と放電電極２３間の絶縁が破壊されて、放電電流が流れたかをチェックする電流検出部（図示せず）も有している。電流制御部２は、電流プロファイル制御部３からの放電電流データが“ゼロ”のときには、ワイヤ２１と放電電極２３間に電流を流さないように制御するようになっている。なお、図１（ａ）では、電流制御部２を高電圧発生部１の（＋）とクランパ２０の間に設けて、電流プロファイル制御部３からの放電電流データを入力しているが、図１（ｂ）に示すように、電流制御部２を高電圧発生部１の（−）と放電電極２３との間に設けて、上記と同様に電流プロファイル制御部３からの放電電流データを入力し制御しても良い。
図２は、ワイヤボンダ用ボール形成装置における電流プロファイル制御部３の構成を示すブロック図である。図２に示すように電流プロファイル制御部３は、マイクロコンピュータで構成された演算回路５と、演算回路５から逐次出力される放電電流値のデジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ４と、放電電流プロファイルとしての電流パターンの方程式を記憶したメモリ６と、タイマを内蔵し、計数した時間をデジタルデータで演算回路５に出力する時間カウンタ７とを有している。また、演算回路５には、放電電流プロファイルを作成するためのメニュー、入力したデータを表示するデータ表示部９（図１に示す）及び放電電流プロファイルを作成するためのデータを入力するデータ入力部８（図１に示す）が接続されている。
次に、放電電流プロファイルについて図３乃至図５を用いて説明する。図３は、放電電流プロファイルの一例をグラフで示した図、図４は、図３の放電電流プロファイルを設定するためのデータ表示部９に表示されるメニューの一例を示す図、図５は、メモリに記憶したブロック毎の放電電流プロファイルの記憶形式を示す図である。
ワイヤ２１と放電電極２３間を流れる放電電流は、電流プロファイル制御部３で放電電流プロファイルに基づいて算出された放電電流のデータによって決定される。放電電流プロファイルは、放電開始から放電終了時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から前もって指定した関数により各ブロックでの放電時間に対する放電電流との関係を示すものである。例えば指定した関数が１次関数の場合には、放電電流プロファイルは、放電時間の各ブロックで放電持続時間開始時における開始電流値と放電持続時間終了時における終了電流値とを通る直線の方程式として求められる。各ブロックの方程式は放電時間に対する放電電流の関係を示し、各放電時間における放電電流値は、放電時間に該当するブロックの方程式から求めることができる。
放電電流プロファイルの設定は、図４に示すデータ表示部９に表示されるメニューに基づいて行うようにする。図４に示すように、ブロック毎に放電の開始電流、終了電流及び放電持続時間を設定して、ブロック毎にそれぞれのデータをメモリ６に記憶する。電流プロファイル制御部３の演算回路５は、最初に、メモリ６に記憶されているブロック１のデータから、指定された関数が一次関数の場合には、ブロック１の放電開始時の開始電流及び放電終了時の終了電流の２点を通る方程式を算出する。同様に、ブロック２、ブロック３についてもブロック１と同様の処理を行って方程式を算出する。算出された方程式は、ブロック毎にメモリ６に記憶する。
例えば、図３に示す放電電流プロファイルは、前もって指定されている関数が１次関数であり、放電開始時（図３に示す０）から放電終了時間（図３に示すｔ３）を３つのブロックに分割した例を示したものである。図３に示すブロック１では、放電開始時０に於ける放電電流はＤ１、放電持続時間Ｔ１、放電終了時ｔ１に於ける放電電流はＤ２であり、放電電流は時間と共に増加するようになっている。また、図３に示すブロック２では、放電時間ｔ１からｔ２までの放電持続時間Ｔ２では一定の放電電流Ｄ２を維持し、図３に示すブロック３では、放電時間ｔ２からｔ３までの放電持続時間Ｔ３では放電電流は徐々に減少し、放電電流Ｄ３で放電を完了する。なお、放電時間と放電持続時間との関係は、ｔ１＝Ｔ１、ｔ２＝Ｔ１＋Ｔ２、ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３となっている。
図３に示すブロック１の放電電流プロファイルは、放電持続時間開始時０における開始電流値Ｄ１と放電持続時間終了時ｔ１における終了電流値Ｄ２から直線の方程式
ｄ＝ａ１×ｔ＋ｂ１の係数ａ１、ｂ１を求める。但し、ｔは放電時間の変数、ｄは放電電流の変数を示す。係数ａ１、ｂ１を決定することにより直線の方程式ｄ＝ａ１×ｔ＋ｂ１より放電時間０からｔ１までの放電電流値を求めることができる。
同様に、ブロック２の放電電流プロファイルは、放電持続時間開始時ｔ１における開始電流値Ｄ２と放電持続時間終了時ｔ２における終了電流値Ｄ２から直線の方程式
ｄ＝ａ２×ｔ＋ｂ２の係数ａ２、ｂ２を求める。係数ａ２、ｂ２を決定することにより直線の方程式ｄ＝ａ２×ｔ＋ｂ２より放電時間ｔ１からｔ２までの放電電流値を求めることができる。
また、ブロック３の放電電流プロファイルは、放電持続時間開始時ｔ２における開始電流値Ｄ２と放電持続時間終了時ｔ３における終了電流値Ｄ３から直線の方程式
ｄ＝ａ３×ｔ＋ｂ３の係数ａ３、ｂ３を求める。係数ａ３、ｂ３を決定することにより直線の方程式ｄ＝ａ３×ｔ＋ｂ３より放電時間ｔ２からｔ３までの放電電流値を求めることができる。
算出されたブロック毎の方程式は、図２に示すメモリ６に記憶される。図５は、メモリ６に記憶したブロック毎の放電電流プロファイルの記憶形式を示す図である。図５に示すように、メモリ６には、ブロック番号、ブロックに対応した放電電流プロファイルとしての方程式及び放電持続時間が記憶されている。
なお、放電電流プロファイルとしての方程式を演算する関数について、一次関数を用いた形態について述べたが、一次関数以外の他の関数、例えば２次関数などを準備してこれを用いることも可能である。このように放電電流の増減は直線的な変化以外にも他の形態でも可能である。
また、放電電流プロファイルの各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数により各ブロックの放電電流プロファイルを算出する際に使用する関数は、前もって放電電流プロファイルを算出するプログラムで指定されているが、例えば、図４に示すメニューに関数の項目を設けて複数の関数を準備して、演算に使用する関数をデータ入力部８で選択するようにしてもよい。
このように、放電電流を制御するための放電電流プロファイルは、ワイヤと放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間を設定して、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数により各ブロックの放電電流プロファイルとして算出される。算出された各ブロックの放電電流プロファイルは、メモリ６に記憶される。
また、前述した放電電流プロファイルの方程式は、放電電流を算出するにメモリ６に記憶されているが、各ブロックでの演算された放電電流プロファイルの方程式に基づいて、放電開始時から所定の時間間隔毎に該当するブロックの放電電流プロファイルを用いてその時間における放電電流値を前もって算出して、時系列的に放電電流値をメモリ６に記憶するようにしてもよい。このとき、演算回路５は、時間カウンタ７からの所定の時間毎にメモリ６に記憶されている放電電流値のデータを順次読み出して、Ｄ／Ａコンバータ４に設定するようにする。
次に、ボール形成時における放電電流の制御について説明する。なお、放電電流プロファイルの方程式は、図５に示す形式でメモリ６に記憶されているものとする。ワイヤボンダの制御部（図せず）は、ボールを形成するためのトリガー信号をボール形成装置の演算回路５（マイクロコンピュータ）に出力する。演算回路５は、トリガー信号を受信後、最初にブロック１の開始電流値のデータをＤ／Ａコンバータに出力する。また、電流制御部２に内蔵されたスイッチ回路を“オン”して高電圧発生部１の高電圧をワイヤ２１を保持したクランパ２０と放電電極２３に印加するようにする。更に、スイッチ回路が“オン”している間、電流制御部２は、ワイヤ２１と放電電極２３の間にＤ／Ａコンバータから出力されるデータに対応した電流を流すように制御する。
次に、演算回路５は、高電圧発生部１の高電圧によりワイヤ２１と放電電極２３間の絶縁が破壊されて、電流が流れたかを電流制御部２の電流検出部でチェックする。演算回路５は、絶縁破壊により放電電流が流れたことを確認後に時間カウンタ７を起動し、時間カウンタ７で計数された時間を読み出して、所定の時間間隔毎に、メモリ６に記憶されているブロック１の方程式を読み出す。読み出した方程式に基づいて放電時間に対する放電電流のデータを算出してＤ／Ａコンバータ４に出力する。
そして、放電時間がブロック１の放電持続時間Ｔ１が経過した後は、ブロック２の放電電流プロファイルを使用して放電電流の制御を行う。ブロック２の放電持続時間Ｔ２が経過した後は、ブロック３の放電電流プロファイルを使用して放電電流の制御を行う。
このように、ワイヤと放電電極との間に流れる電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割して、各ブロック毎に放電電流プロファイルを算出し、放電電流プロファイルにより各ブロックにおける放電時間の経過と共に放電電流を増加させる又は減少させる等の制御が容易に行うことができる。
以上述べたように本発明は、ワイヤと放電電極との間に流れる電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数により各ブロックの放電電流プロファイルを算出し、算出した放電電流プロファイルに基づいて放電電流を制御することにより、ボール形成過程にあわせて放電時間の各ブロックにおける放電電流プロファイルを設定することが可能であり、設定した放電電流プロファイルに基づいて放電電流を制御するため、所定の大きさの安定したイニシャルボールを形成することができる。
また、使用するワイヤの材質、ワイヤの径、イニシャルボールの大きさ等多様な条件下で最適な放電条件を選択することが可能である。
また、放電電流を制御する放電電流プロファイルの算出は、放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、放電時間の各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数で演算するため、放電電流プロファイルを容易に作成することができる。
また、放電電流を制御する放電電流プロファイルを算出する関数は、一次関数のみならず他の関数も用いることができるため、各ブロックで自在の放電電流プロファイルを作成することができる。
このように本発明によれば、イニシャルボール形成における放電電流プロファイルをボール形成過程にあわせて設定することが可能であり、設定した放電電流プロファイルに基づき制御するため、イニシャルボールを安定して形成することができる。
次に、従来のボール形成方法により形成したイニシャルボールと、本発明による放電電流プロファイルを用いて形成したイニシャルボールとの比較を図６及び図７に示す。図６（ａ）に示すイニシャルボールは、ワイヤ径２５μｍの金線ワイヤを使用し、放電電流を一定にして従来のボール形成方法で形成したものであり、図６（ｂ）に示すイニシャルボールは、図６（ａ）と同一部材を使用して、放電電流プロファイルの最終のブロックで放電時間の経過と共に放電電流を減少させて形成したものである。図７は、図６に示すイニシャルボール形成時の放電時間に対する放電電流の設定値をグラフで示した図である。図６（ａ）に示すイニシャルボールは、図７（ａ）に示すように、放電電流値３０ｍＡ、放電時間を７４９μｓの設定条件で放電電流を一定にしてイニシャルボールを形成した場合である。図６（ｂ）に示すイニシャルボールは、図７（ｂ）に示すように、放電時間を２ブロックに分割して、ブロック１では開始電流値を３０ｍＡ、終了電流値を３０ｍＡ、放電持続時間６４２μｓとし、ブロック２では開始電流値を３０ｍＡ、終了電流値を１５ｍＡ、放電持続時間４００μｓの設定条件でボールを形成した場合である。
なお、放電時間の最後のブロック（図７（ｂ）ではブロック２が相当する。）では、終了電流値は“ゼロ”ではなく、放電を維持できる直前までの値を設定するようにする。これは、図７（ｂ）に破線で示す放電電流が“ゼロ”に近づくにつれて、放電時間ｔａからｔｂの間で放電が維持できなくなり、途中で放電が停止するのを防止するためである。放電が途中で停止するとイニシャルボールにバラツキが発生する恐れがある。
このため、放電時間の最後のブロックの終了電流値は、放電が途中で停止することがない値にして、途中での放電停止によるイニシャルボールのバラツキの発生を防止するようにする。
図６（ａ）と図６（ｂ）のイニシャルボールの形成状態を比較すると、図６（ａ）では、金線のネックの部分にしわが発生している。また、ボールの偏芯も見られる。これは、
放電開始から放電終了まで一定の値の電流を流し続けて、放電時間の終了で電流を遮断するため、溶滴が金線を上昇中に急冷されて、ボールの形状が不安定になり、また、溶滴の上昇中の速度が急激に変化し、ネック部分の金線が溶融することなしに溶滴のみが上昇するため、ボールの偏芯、ネック部分でのしわが発生すると考えられる。
一方、放電時間の最後のブロックで放電電流を下げるように制御した図６（ｂ）では、金線のネックの部分しわが無く、ボールの偏芯も見られず、安定したイニシャルボールが形成されている。
このように、放電時間の分割された最後のブロックの放電電流プロファイルにより所定の減少率で放電電流を減らするように制御することによって、ボールの急冷を防ぎ、また、ボールの上昇スピードを徐々に落とすことができる。これによりイニシャルボールの形状は金線のネックの部分に発生するしわを無くすことができ、ボールの偏芯も見られず安定したイニシャルボールを形成することが可能となる。
本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置の構成を示すブロック図である。 ワイヤボンダ用ボール形成装置における電流プロファイル制御部の構成を示すブロック図である。 放電電流プロファイルの一例グラフで示した図である。 図３の放電電流プロファイルを設定するためのデータ表示部に表示されるメニューの一例を示す図である。 メモリに記憶したブロック毎の放電電流プロファイルの記憶形式を示す図である。 （ａ）は、放電電流を一定にして形成したイニシャルボールの一例を示し、（ｂ）は、放電電流プロファイルの最終のブロックで放電時間の経過と共に放電電流を減少させて形成したイニシャルボールの一例を示す図である。 （ａ）は、図６（ａ）に示すイニシャルボール形成での放電時間に対する放電電流の設定値をグラフで示した図、（ｂ）は、図６（ｂ）に示すイニシャルボール形成での放電時間に対する放電電流の設定値をグラフで示した図である。 従来のワイヤボンダ用ボール形成装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１ 高電圧発生部
２ 電流制御部
３ 電流プロファイル制御部
５ 演算回路（マイクロコンピュータ）
６ メモリ
７ 時間カウンタ
８ データ入力部
９ データ表示部
２０ クランパ
２１ ワイヤ
２２ キャピラリ
２３ 放電電極（トーチロッド）
３０ 定電流開閉器
３１ タイマ回路
３２ 電流設定器

Claims (4)

  1. キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置であって、
    前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、分割した各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルに基づいて、放電電流を制御するようにし、
    分割した最後の前記ブロックにおける前記放電電流プロファイルの放電電流値を放電終了時間まで放電を維持することができる値にして、放電電流を制御するようにしたことを特徴とするワイヤボンダ用ボール形成装置。
  2. キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置であって、
    前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間を設定する電流設定手段と、
    前記電流設定手段で設定した各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数により各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルを算出する電流プロファイル演算手段と、
    前記電流プロファイル演算手段で算出された各ブロックの放電電流プロファイルを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶された各ブロックの放電電流プロファイルに基づいて放電電流を制御する放電電流制御手段と、を有し、
    前記電流設定手段は、放電時間の分割された最後の前記ブロックにおける終了電流値を放電を維持することができる値に設定し、
    前記電流プロファイル演算手段は、前記電流設定手段で設定した最後の前記ブロックにおける終了電流値から、最後の前記ブロックにおける放電電流値を放電終了時間まで放電を維持するように前記放電電流プロファイルを算出するようにしたことを特徴とするワイヤボンダ用ボール形成装置。
  3. キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するボール形成方法であって、
    前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、分割した各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルに基づいて、放電電流を制御するようにし、
    分割した最後の前記ブロックにおける前記放電電流プロファイルの放電電流値を放電終了時間まで放電を維持することができる値にして、放電電流を制御するようにしたことを特徴とするボール形成方法。
  4. キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するボール形成方法であって、
    前記ワイヤと前記放電電極との間に流れる放電電流の放電開始から放電終了までの放電時間を少なくとも１以上のブロックに分割し、放電時間の各ブロックにおける開始電流値、終了電流値及び放電持続時間から指定した関数で演算して各ブロックの放電時間と、該放電時間に対応する放電電流値との関係を表す放電電流プロファイルを算出する演算ステップと、算出された各ブロックの放電電流プロファイルを記憶するステップと、放電時に記憶された各ブロックの放電電流プロファイルに基づいて、放電電流を制御するステップとを有し、
    前記演算ステップは、放電時間の分割された最後の前記ブロックにおける終了電流値を放電を維持することができる値に設定し、最後の前記ブロックにおける放電電流値を放電終了時間まで放電を維持することができる値となるように前記放電電流プロファイルを算出するようにしたことを特徴とするボール形成方法。
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