JP5651575B2 - 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

本発明は、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し、特に、安定したボンディングが可能な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。
従来、ＩＣチップ上のパッドと外部リードとを接続するボンディング装置としては、図８に示すようなワイヤボンディング装置が知られている。図８は、従来のワイヤボンディング装置の構成を示す図である。
図８に示すように、従来のワイヤボンディング装置３０は、超音波振動子（図示せず）を備え、先端に装着されたボンディングツール３４としてのキャピラリ３４を有する超音波ホーン３３と、一方の先端に超音波ホーン３３を備え、他方が支軸３６に結合されているボンディングアーム３２と、ボンディングアーム３２の先端に装着されたキャピラリ３４の位置を検出する位置検出手段としてのエンコーダ３５と、ボンディングアーム３２を支軸３６を中心として上下に駆動するリニアモータ３７と、を有するボンディングヘッド３１と、ボンディングヘッド３１を搭載してＸ方向及び／又はＹ方向に二次元的に移動して位置決めする位置決め手段としてのＸＹステージ４０と、ＩＣチップ６０等をマウントしたリードフレームを搭載してキャピラリ３４によりボンディング作業を行うボンディングステージ４３と、ボンディングステージ４３の下部に設けられて、ボンディングステージ４３上のリードフレーム等を加熱するヒータブロック４５と、マイクロプロセッサを含むコントロールユニット５０と、このコントロールユニット５０からの指令信号に応じてボンディングヘッド３１及びＸＹステージ４０への駆動信号を発する駆動ユニット５５とからなる。また、ワイヤボンディング装置３０は、ボンディング開始前に被ボンディング部品の表面を撮像してＩＣチップ６０、リード６１の位置ずれを検出するための撮像手段としてのカメラ３８がボンディングヘット３１に搭載されている。
ボンディングステージ４３上でＩＣチップのパッドと外部リードとを金、銀又は銅を主たる成分とするワイヤで接続するワイヤボンディングでは、ヒータ４５ａを内蔵したヒータブロック４５により加熱されたヒータプレート４６上にリードフレームが載置され、リードフレーム上のＩＣチップ６０及びリード６１が加熱された状態で、超音波ホーン３３によるキャピラリ３４の超音波振動及び荷重をＩＣチップのパッドとリードに印加してワイヤとの接合が行われる。
しかしながら、ヒータブロック４５による加熱では、ヒータプレート４６、基板（リードフレーム）、チップの順で熱が伝わるため、基板の種類、材質（セラミック、樹脂等）によっては熱伝導が悪く、ＩＣチップまでの加熱に時間が掛かり、また、次工程に送るための冷却時間も必要としていた。
また、ＩＣチップを基板（リードフレーム）に固定するペーストや接着剤、または、基板の種類（セラミック、樹脂等）によっては、熱による変質や変形を避けるために十分な加熱が出来ず、接合性を確保するため超音波振動に過剰に頼る結果、安定な接合品質が得られなくなる恐れがある。
また、ヒートシンクを有するリードフレームにＬＥＤやパワー半導体のチップが接着されていることがあるが、このようなリードフレームでは、ヒートシンクから熱が逃げるためボンディングステージ４３でのヒータブロック４５、ヒータプレート４６による加熱に時間を要するため、生産数が低下することがある。更に、大型の基板をボンディングする際、ボンディングを行う領域はわずかにもかかわらず、基板全体を加熱する必要があるため、電力が無駄になるだけでなく、ボンディング前後の加熱・冷却に多くの時間がかかり、生産性が低下していた。また、加熱が必要なのは接合の瞬間だけであるが、ワイヤボンディング装置の稼働中は常にボンディングステージ４３のヒータブロック４５を加熱し続ける必要があり、電力が無駄に消費される。
また、超音波ホーン３３は金属製であり、ヒータブロック４５で加熱されるボンディングステージ４３の上方に位置するため、加熱による熱膨張によって、超音波ホーン３３によって保持されるボンディングツールの位置が変化し、ボンディング位置精度が低下する。さらに金属膨張により超音波ホーン３３の振動特性が変化し、超音波振動の振幅が変化して接合品質が低下する恐れがある。
また、ボンディングヘッド３１に搭載され、ＩＣチップ等の位置検出を行うカメラ３８は、ヒータブロック４５で加熱されるボンディングステージ４３の上方に位置するため、加熱による熱膨張でＩＣチップ等の位置検出の精度が低下する。さらにＩＣチップとレンズ間の空気が熱で揺らぐことによっても、位置検出の精度が低下する。位置検出の精度の低下は最終的にボンディング位置精度の低下となる恐れがある。
また、銅フレームへのボンディングでは、ボンディング時の加熱による銅フレーム表面の酸化を防止するため、ボンディングステージ全体を不活性または還元雰囲気に保つ必要がある。
また、銅ワイヤは保存中にその表面が酸化する。銅ボールボンディングでは放電によるボール形成を還元雰囲気中で行うため、第１ボンディングでは接合する銅ボール表面は酸化されていない。しかしながら、第２ボンディングにおいては、銅ワイヤ表面の酸化により接合強度が低下することがある。
更に、ボンディングステージ４３上で基板（リードフレーム）全体を加熱するため、ＩＣチップを基板（リードフレーム）に接着するペーストや接着剤、または基板に含まれる化学物質が熱によりアウトガスとなって放散されて、超音波ホーン３３やボンディングヘッド３１、カメラ３８、ＸＹステージ４０、そしてボンディングステージ４３上の基板の固定治具等、周辺の機構部品を汚染し、装置の機能を損なうことがある。
このため、熱伝導率が低いボンディング部材、例えば、複数のＩＣチップを搭載した大型のハイブリット基板等のボンディングでは、ＩＣチップのパッドでの加熱が十分に行われないため、これを改善すべくボンディング面の上方から熱光線を照射してボンディング面を直接加熱するワイヤボンディング装置が特許文献１に開示されている。
また、半導体チップ及び実装部材の表面に熱風を供給して結線部分を加熱する加熱制御手段と、半導体チップ及び実装部材の表面に冷却風を供給して結線部分を冷却する冷却手段とを有し、ボンディング開始前に加熱制御手段によって加熱を所定時間行い、加熱終了後にボンディングを行い、ボンディング終了後に冷却手段により強制冷却を行うワイヤボンディング装置が特許文献２に開示されている。
特開平１０−１２５７１２号公報 特開２００１−１１０８４０号公報
近年、スタックト・パッケージをボンディングする場合、１段目のＩＣチップをボンディング後に一旦前工程に戻して２段目のチップを積層し、再度ワイヤボンディング装置に戻して２段目のＩＣチップをボンディングする。この工程を繰り返すことにより、多段に積層されたＩＣチップのボンディングを行う。その際、下層のチップほどボンディングに伴う多くの熱履歴が蓄積し、品質の低下を招く恐れがある。また、上段のＩＣチップほど、ボンディングステージからの熱が伝わりにくく、接合温度が低下し、接合強度の確保が困難となる。また、空中にせり出したＩＣチップでは、空中に熱が放散してしまい、さらに接合強度が低下する恐れがある。
また、ＬＳＩチップには数百を越えるパッド（電極）を有するものがある。このようなＬＳＩチップでは初期にボンディングされるパッドは、ボンディングが行われた後も全てのパッドのボンディングが終わるまで加熱されている。一方、最終パッドは、ボンディング後すぐにボンディングステージから排出されるため、ボンディング後の加熱時間が少ない。ボンディングが行われたパッドは、ボンディング後も加熱によりボールとの接合が進行する。このため、同一のＬＳＩチップ内で、初期にボンディングされたパッドと末期にボンディングされたパッドでは、剥離強度等の接合強度が大きく異なることがある。これにより剥離強度の測定において標準偏差の増大として現れ、工程能力指数Ｃｐｋの低下となってしまう。工程能力指数Ｃｐｋの低下を補うために、必要以上の接合強度を確保する必要に迫られ、ボンディングの条件出し（調整）が困難となる。
また、ＩＣチップ側のパッドと基板（リードフレーム）側のリードでは、その材質、形状が大きく異なり、荷重や超音波振動の強度等のボンディング条件も大きく異なることが多い。しかしながら、現状のボンディングステージ全体を加熱するシステムでは、第１ボンディングが行われるＩＣチップのパッドと第２ボンディングが行われるリードフレームのリードとはヒータプレート上で同一温度で加熱されるため、第１ボンディング点（パッド）及び第２ボンディング点（リード）での各ボンディング点で最適な温度を設定することができなかった。
特許文献１のワイヤボンディング装置は、従来の基板の背面に位置するヒータプレートによる加熱と、ボンディング面の上方から熱光線を照射してボンディング面を直接加熱との両者の加熱を併用したものであり、ＨＩＣ基板等の部材の熱伝導率が低い場合には、加熱効果が期待できる。しかしながら、スタックト・パッケージのボンディングや、多ピンのリードフレームにおけるボンディングのように長時間加熱状態が継続するような場合には、接合強度のバラツキ等が発生する恐れがある。
また、特許文献２に開示されたワイヤボンディング装置においては、加熱終了後にボンディングを行い、ボンディング終了後に冷却手段により強制冷却を行うため、次の行程での冷却時間が不要となり、工程間のロスを減らすことができるが、ボンディング前に、半導体チップ及び実装部材の表面が均一に加熱されるため、第１ボンディング点（パッド）及び第２ボンディング点（リード）での各ボンディング点で最適な温度を設定することができない恐れがある。
そこで本発明は、ボンディングヘッド又はボンディングアームに取り付けた超小型の熱風ヒータからの加熱された空気又はガスにより、チップ、基板（リ一ドフレーム）、ボール、ボンディングツール、または、ボンディングワイヤを加熱するようにして、加熱された空気またはガスをボンディングに必要な領域と時間に限定して供給することにより、ボンディング性を改善するのみならず、加熱に伴う悪影響を軽減し、生産性と品質の向上を同時に得ることが可能な。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を目的とする。
上記目標達成のため、本発明のワイヤボンディング装置は、ボンディングツールによりボンディング点としての半導体チップ上の電極であるパッドと外部端子であるリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、内部に瞬間的に加熱可能な抵抗温度係数が大きい金属から成るヒータを内蔵し、先端からボンディング点を含むボンディング部材に熱風を吹き出す吹出口と他端に圧縮気体が流入する流入口とを有するノズル形状を成すケーシングと、前記ヒータを加熱する加熱制御手段と、前記ケーシングへの圧縮気体の供給、遮断を行う圧縮気体供給制御手段とを有し、前記ケーシングの前記吹出口から吹き出された熱風の位置を前記ボンディングツールの着地点となるように設定し、前記加熱制御手段及び前記圧縮気体供給制御手段は、前記ボンディング点毎の前記ボンディングツールの下降速度が高速から低速に切り変わるときのサーチ高さのタイミングに合わせて、前記ヒータの発熱温度、熱風の吹出し開始を制御して、前記ケーシングの前記吹出口から熱風を吹き出すようにしたことを特徴とする特徴とする。
また、本発明のワイヤボンディング装置における前記加熱制御手段は、通電により前記ヒータの抵抗値が所定の値を維持するように制御して、温度センサーを用いることなしに、前記ヒータの発熱温度を制御するようにしたことを特徴とする。
また、本発明のワイヤボンディング方法は、ボンディングツールによりボンディング点としての半導体チップ上の電極であるパッドと外部端子であるリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、内部に瞬間的に加熱可能な抵抗温度係数が大きい金属から成るヒータを内蔵し、先端からボンディング点を含むボンディング部材に熱風を吹き出す吹出口と他端に圧縮気体が流入する流入口とを有するノズル形状のケーシングと、前記ヒータを加熱する加熱制御手段と、前記ケーシングへの圧縮気体の供給、遮断を行う圧縮気体供給制御手段とを有し、前記ケーシングの前記吹出口から吹き出された熱風の位置を前記ボンディングツールの着地点となるように設定し、前記加熱制御手段及び前記圧縮気体供給制御手段は、前記ボンディング点毎の前記ボンディングツールの下降速度が高速から低速に切り変わるときのサーチ高さのタイミングに合わせて、前記ヒータの発熱温度、熱風の吹出し開始を制御して、前記ケーシングの前記吹出口から熱風を吹き出すようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、ボンディング中におけるボンディングツールがボンディング点に着地していない間のうち、少なくとも何れかの期間において、熱風が供給されない期間を設けるように制御するようにして、接合に必要な最小限の時間だけ、最適な加熱を行うことが可能である。その結果、部材への熱の浸透や、周辺部への拡散を避け、電極表面、ボンディングワイヤ、ボンディングツール先端部といった、接合に資する部分のみの選択的な加熱が行える。
また、第１ボンディング点、第２ボンディング点のボンディング点毎に加熱温度が可変できるため、最適な加熱温度でボンディングが行える。
また、スタックト・パッケージのボンディングにおいて、上面加熱によるため、電極表面を確実に加熱可能であると共に、瞬間加熱であるため、チップへの熱の浸透が抑えられ、下層チップの熱履歴蓄積を防止することができる。
また、加熱制御手段は、通電によりケーシング内のヒータの抵抗値が所定の値を維持するように制御したことにより、温度センサーを用いることなしに、ヒータの発熱温度を制御すことが可能となり、ヒータの温度検出用センサーが不要となり、ケーシング内の構成を簡素化できる。
本発明のボンディング装置の構成を示す図である。 熱風ヒータの構成を示す図である。 熱風ヒータを駆動するための熱風ヒータ駆動ユニットの構成を示す図である。 ヒータ駆動回路の構成を示す回路図である。 ヒータ駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 ボンディング動作における熱風の印加のタイミングを示す図である。 ボンディング動作における熱風印加の制御を示すフローチャートである。 従来のワイヤボンディング装置の構成を示す図である。
以下図面を参照して、本発明によ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実施するための形態について説明する。尚、本発明は、ボンディングヘッド又はボンディングアームに取り付けた超小型の熱風ヒータからの加熱された空気又はガス等の気体により、チップ、基板（リ一ドフレーム）、ボール、ボンディングツール、または、ボンディングワイヤを加熱するようにして、加熱された空気またはガスをボンディングに必要な加熱領域に時間を限定して供給することにより、ボンディング性を改善し、従来のヒータプレートによる加熱に伴う悪影響を軽減し、生産性と品質の向上を図るようにしたものである。
［ボンディング装置の構成］
図１は、本発明のボンディング装置の構成を示す図である。尚、図８に示す従来のワイヤボンディング装置の構成部分と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。
図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、ボンディングヘッド３１と、ボンディングヘッド３１を搭載しＸＹ軸の２次元方向に移動可能なＸＹステージ４０と、被ボンディング部品としてのＩＣチップ６０を搭載したリードフレームを載置するボンディングステージ３９と、ワイヤボンディング装置１の制御を行うコントロールユニット３０と、を有している。また、ボンディングヘッド３１又はボンディングアーム３２に熱風ヒータ５が、取り付けられている。熱風ヒータ５は、加熱された空気またはガスを、ＩＣチップ、基板（リードフレーム）、ボール、ボンディングツール、または、ボンディングワイヤに供給することによって、これらボンディング部材を加熱するものである。
コントロールユニット３０としてのマイクロコンピュータは、ワイヤボンディング装置１のボンディング動作等の制御を行うプログラムを内蔵しており、マイクロコンピュータは、プログラムを実行して、ワイヤボンディング装置１における熱風ヒータ５の動作を含む各種動作の制御を行うように構成されている。
［熱風ヒータの構成］
図２は、熱風ヒータの構成を示す図である。図２に示すように、熱風ヒータ５は、ケーシング７と、ケーシング７に内蔵された発熱体（ヒータ）６と、ケーシング７の外周に設けられた支持体８とで構成される。ケーシング７は、ノズル形状を成し、先端から加熱された高圧空気又はガス等の気体を吹き出す熱風吹出口７ｂと他端に高圧の気体が流入するエア流入口７ａとを有する。発熱体（ヒータ）６は、コイル状のフィラメント６から成り、フィラメント６は、抵抗温度係数が大きく、また、加熱の繰り返しでの抵抗温度係数が安定している部材が望ましい。発熱体（ヒータ）６の部材として、白金が好適である。フィラメント６の両端はリード線６ａに接続されており、リード線６ａに外部のヒータ駆動回路（図３に示す）からの電流を流して、ジュール熱により、フィラメント６が加熱する。熱風ヒータ５は、エア流入口７ａから供給された気体がフィラメント６で加熱されて、加熱された気体がノズル形状のケーシング７先端の熱風吹出口７ｂから吹き出すように構成されている。
ケーシング７の外周に設けられた支持体８は、熱風ヒータ５をボンディングヘッド３１又はボンディングアーム３２に取り付けるためのものであり、取付金具２８を介して熱風吹出口７ｂが、ボンディング点としてのＩＣチップのパッド、基板（リードフレーム）のリード、ボンディングツール先端のボール、または、ボンディングワイヤの方向に位置するように取り付けられている。
取付金具を用いて、熱風ヒータ５をボンディングヘッド３１に取り付けた場合、ＸＹステージによって、熱風ヒータ５は、常にボンディングヘッド３１と一体となって移動する。熱風ヒータ５から噴出する熱風の目標位置をボンディングツールの着地点に調整すれば、ボンディングのタイミングに合わせて熱風を供給することにより、ＩＣチップ、基板（リードフレーム）、ボール、ボンディングツールをボンディング時に加熱ずることができる。
また、取付金具を用いて熱風ヒータ５をボンディングアーム３２に取り付けた場合、熱風ヒータは、ＸＹステージによって、ボンディングヘッド３１と一体となって移動するだけでなく、ボンディングアーム３２と共に上下動作する。熱風ヒータ５から噴出する熱風の目標位置をボンディングツール３４の先端付近に調整すれば、ボンディングのタイミングに合わせて熱風を供給することにより、ＩＣチップ、基板（リードフレーム）、ボール．ボンディングツールをボンディング時に加熱することが出来る。この場合は、さらに、ルーピング動作時に熱風でボンディングワイヤを加熱し軟化させることにより、ワイヤのくせ付けに伴うストレスを軽減することが出来る。
［熱風ヒータ駆動ユニットの構成］
図３は、熱風ヒータを駆動するための熱風ヒータ駆動ユニットの構成を示す図である。図３に示すように、熱風ヒータ駆動ユニット１０は、熱風ヒータ５のフィラメント６に通電を行うヒータ駆動回路１１と、熱風ヒータ５のエア流入口７ａに気体を供給する配管に
挿入された電磁開閉弁２６と、電磁開閉弁２６とガス供給元の間に可変絞り弁２７とが設けられている。ヒータ駆動回路１１及び電磁開閉弁２６は、コントロールユニット３０に接続されており、コントロールユニットにより熱風ヒータ５のフィラメント６への通電制御、熱風ヒータ５へのガスの供給、遮断が行われる。また、ヒータ駆動回路１１は、通電によりヒータの抵抗値が所定の値を維持するように制御して、温度センサーを用いることなしに、熱風ヒータ５のフィラメント６の発熱温度を制御するように構成されている。これにより、コントロールユニット３０からの制御によって、ボンディング動作に応じて、ヒータ電流のオン／オフ （ＯＮ／ＯＦＦ）、設定温度のデータ設定等がなされる。熱風ヒータ５へのガスの配管には電磁開閉弁２６が挿入され、ワイヤボンディング装置１のコントロールユニット３０によりボンディング動作に応じたガス等の供給の開閉が行われる。ボンディング中でのガスの影響や無用な加熱を避けるため、開閉の応答速度（望ましくは１ｍｓ以下）の早い電磁開閉弁２６が望ましい。また、ガス圧力の応答遅れを減らすため、熱風ヒータ５と電磁開閉弁２６は可能な限り短く配管するようにする。電磁開閉弁２６とガス供給元の間に可変絞り弁２７を設けて、適正なガス流量に保つようにする。尚、熱風ヒータ５のエア流入口７ａに供給される気体は、空気又は不活性ガスであり、熱風ヒータ５の熱風吹出口７ｂから加熱された空気又は不活性ガスが放出される。
［ヒータ駆動回路の構成］
次に、図４を用いて、ヒータ駆動回路の構成について説明する。図４に示すように、ヒータ駆動回路１１は、ブリッジ回路１６、差動増幅器１４、比較器１５、高電圧駆動回路１２及び低電圧駆動回路１３を有している。
ブリッジ回路１６は、直列に接続された抵抗１７（抵抗値をＲ１とする）とフィラメントヒータ６（フィラメントは、正の抵抗温度係数をもつ白金とし、抵抗値をＲｈとする）と、直列に接続された抵抗１８（抵抗値をＲ２とする）、抵抗１９（抵抗値をＲ３とする）とデジタルポテンショメータ２０（選択された抵抗値をＶＲ１とする）とで構成されている。尚、デジタルポテンショメータ２０は、複数の抵抗が組み込まれており、外部のコントロールユニット３０から抵抗値に対応した数字を出力して、特定の抵抗値を指定できるように構成されている。
抵抗１７とヒータ６との接続点は、抵抗２３を介して差動増幅器１４の−（マイナス）端子に入力され、また、抵抗１８と抵抗１９との接続点は、抵抗２４を介して差動増幅器１４の＋（プラス）端子に入力される。差動増幅器１４の出力は、比較器１５の＋（プラス）端子に入力される。また、比較器１５の−（マイナス）端子はＧＮＤに接続されている。比較器１５の出力は、一般的なＮＰＮトランジスタのオープンコレクタ形式であり、比較器１５の出力がハイレベルの時には、コントロール信号である指令入力電圧のプルアップ電圧により高電圧駆動回路１２及び低電圧駆動回路１３がＯＮするようになっている。このように、比較器１５の出力は、コントロール信号が入力されたときには、高電圧駆動回路１２及び低電圧駆動回路１３を制御する信号として機能する。
また、ヒータ駆動回路１１は、高電圧駆動回路１２及び低電圧駆動回路１３を備えており、高電圧駆動回路１２は、高圧電源１２ａをＦＥＴ１２ｂ、１２ｃで制御して高圧電源１２ａをブリッジ回路１６に印加する。また、低電圧駆動回路１３は、低圧電源１３ａをＦＥＴ１３ｂ、１３ｃで制御して低圧電源１３ａをブリッジ回路１６に印加するようになっている。
高電圧駆動回路１２と低電圧駆動回路１３の電源は、双方ともヒータ６を含むブリッジ回路１６に接続され、各回路への逆電圧を防止するため、それぞれ順方向に保護ダイオード２５が直列に挿入されている。
熱風ヒータ５のヒータ６に電流を流すことにより、ヒータ６は、ジュール熱が発生して加熱されて温度が上昇する。また、ヒータ６は、温度が上昇することにより、ヒータ６自体の抵抗値も増加する。ヒータ６の抵抗値と温度との関係は、直線的であるため、ヒータ６の抵抗値を一定に維持することにより、ヒータ６の温度も一定にすることができる。また、ヒータ６の表面温度を高く設定する際には、ヒータ６の抵抗値が増加するようにデジタルポテンショメータ２０の抵抗値を選択するようにする。
ヒータ駆動回路１１は、ブリッジ回路１６に組み込まれたヒータの抵抗値が所定の値を維持するように制御して、ヒータの発熱温度を制御するようにしたものである。ヒータ６の抵抗値の制御は、ブリッジ回路１６の接続点の電圧差を差動増幅器１４で検出して、差動増幅器１４で検出した電圧差が０になるように、高電圧駆動回路１２からの高電圧をブリッジ回路１６に通電するようにする。これにより、ヒータ６の抵抗値が所定の値に維持されて、ヒータ６の発熱温度も一定に維持される。
［ヒータ駆動回路の動作］
図５は、ヒータ駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。尚、図５に示す波形は、上から順に、指令電圧入力の波形、差動増幅器に入力されるヒータの抵抗の割合の変化を示す図、差動増幅器出力電圧の波形、比較器出力の波形、ヒータ駆動電圧の波形、ヒータ温度の波形をそれぞれ示す。
図５に示すように、ヒータ駆動回路１１の入力端子に時間ｔ１で指令入力電圧がコントロールユニット３０から出力される。このとき、比較器１５の出力はハイレベル信号が出力されて、高電圧駆動回路１２及び低電圧駆動回路１３が駆動されて、高電圧及び低電圧がブリッジ回路１６に印加される。これにより、ヒータ６に電流が流れて、ヒータ温度が上昇し、ヒータの抵抗値Ｒｈが増加する。このとき、ブリッジ回路に印加される電圧をＶとし、ブリッジ回路１６におけるヒータ６に発生した電圧Ｖｉｎ１と、抵抗１８と抵抗１９の接続点での電圧Ｖｉｎ２との電圧差は、差動増幅器１４によって電圧に増幅されて、比較器１５に入力される。Ｖｉｎ２＞Ｖｉｎ１のとき、即ち、Ｖ（Ｒ３＋ＶＲ１）／（Ｒ２＋Ｒ３＋ＶＲ１）＞Ｖ・Ｒｈ／（Ｒ１＋Ｒｈ）のとき、差動増幅器１４は正の出力電圧となり、比較器１５の＋（プラス）端子に入力される。このとき、比較器１５からプルアップ電圧が出力されて、比較器１５から出力されるプルアップ電圧により高電圧駆動回路１２及び低電圧駆動回路１３がＯＮする（ｔ２からｔ４の期間）。
高電圧駆動回路１２は出力にＰチャンネルＭＯＳを用いたハイサイドスイッチの構成を持つ。出力ＰチャンネルＭＯＳのゲート駆動には応答性を早める目的でＮチャンネルＭＯＳを使用する。この高電圧駆動回路１２で高電圧電源がＯＮされると、ヒータ６を含むブリッジ回路１６に高電圧が印加されてヒータ６に電流が流れ、ジュール熱によって発熱する。高電圧駆動回路１２のＯＮでヒータ６に定格の数倍、望ましくは数十倍以上の電流が流れるように高電圧駆動回路１２の高圧電源１２ａの電圧を設定する。これにより、図５に示すように、ヒータ温度は、急激に上昇し、また、ヒータ６の抵抗値Ｒｈも上昇する。
一方、ヒータ６が急激に発熱して温度が上昇し、ヒータ６の抵抗値も増加したことにより、ブリッジ回路１６におけるヒー６タに発生した電圧Ｖｉｎ１と、抵抗１８と抵抗１９の接続点での電圧Ｖｉｎ２との差動増幅器１４での電圧差が、Ｖｉｎ２＜Ｖｉｎ１のとき、即ち、（Ｒ３＋ＶＲ１）／（Ｒ２＋Ｒ３＋ＶＲ１）＜Ｒｈ／（Ｒ１＋Ｒｈ）のとき、差動増幅器１４は負の出力電圧となり（ｔ３からｔ５の期間）、比較器１５の出力がローレベルのため、高電圧駆動回路１２はＯＦＦとなる。これにより、ヒータ６の発熱が停止して、ヒータ６の温度が低下して、ヒータ６の抵抗値が減少する。尚、ヒータ駆動回路１１の動作中（指令入力電圧がオン状態）は、差動増幅回路１４の出力電圧を維持するために、必要最低限の電圧をヒータ６を含むブリッジ回路に印加するようにする。ブリッジ回路１６に印加される電圧は、ヒータ６が設定温度を超えて上昇しないように十分低く設定されており、低電圧駆動回路１３によって供給される。これは、ヒータ６を含むブリッジ回路１６に電圧が印加されないと、ヒータ６の抵抗、すなわち温度にかかわらず、差動増幅回路１４の出力電圧０となるため、温度制御が不能となることを防止するためである。低電圧駆動回賂１３は、高電圧駆動回路１２と同様のＰチャンネルＭＯＳによるハイサイドスイッチの構成を持ち、指令電圧入力がハイレベルの間低圧電源１３ａをＯＮする。
以後、指令電圧入力ハイレベルの間、ブリッジ回路１６におけるヒータ６に発生した電圧Ｖｉｎ１と、抵抗１８と抵抗１９の接続点での電圧Ｖｉｎ２との差動増幅器１４での大きさが、交互に入れ替わり、高電圧駆動回路１２のオン／オフ制御が繰り返される。
［ボンディング動作］
次に、上記構成からなるワイヤボンディング装置におけるボンディング動作について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、ボンディング動作における熱風の印加のタイミングを示す図、図７は、ボンディング動作における熱風印加の制御を示すフローチャートである。以下の動作は、コントロールユニットにおけるマイクロコンピュータのメモリに内蔵されたプログラムを実行することにより実行される。尚、被ボンディング部品は、搬送装置（図示せず）により搬送されて、ボンディングステージ３９に位置しているものとする。
図７に示すように、最初にＩＣチップ及びリードのずれ量の検出を行う（ステップＳ１）。次に、検出されたＩＣチップ、リードのずれ量からＩＣチップ及びリードのボンディング位置の算出を行う（ステップＳ２）。これによりボンディングすべき第１ボンディング点としてのＩＣチップのパッドの位置及び第２ボンディング点としてのリードの位置が決定される。
ボンディング位置の算出の算出後、ボンディングヘッド３１を搭載したＸＹステージ４０を第１ボンディング点に移動するようにする。また、ボンディングツール３４としてのキャピラリ３４を第１ボンディング点の直上に下降するように制御する（ステップＳ３）。
キャピラリ３４の下降開始後、キャピラリ３４がサーチ高さ（図６に示すｔ１０でのＰ１の位置）に達したかをチェックする（ステップＳ４）。尚、サーチ高さとは、前もって設定されたキャピラリ３４の下降速度が高速から低速に変わる時のキャピラリ３４の高さである。キャピラリ３４は高速で降下し、サーチ高さの手前より減速しサーチレベルＳより低速の一定速度であるサーチスピードで降下してキャピラリ３４の先端に係止しているボールが第１ボンディング点のパッドに当接する。尚、第２ボンディング点では、キャピラリ３４の先端から繰り出されているワイヤがリードの表面に当接する。
キャピラリ３４がサーチ高さに達したときには（ステップＳ４でＹｅｓ）、キャピラリ３４を低速の一定速度であるサーチスピードで降下するようし、また、デジタルポテンショメータ２０の抵抗値を選択し、熱風ヒータ５の温度等の加熱条件を設定して、熱風ヒータ５の加熱を開始し、熱風ヒータ５のエア流入口７ａにエアの供給を開始する（ステップＳ５）。これにより、熱風ヒータ５の熱風吹出口７ｂから熱風が吹き出して、ボンディング点近傍エリアを加熱する。
次に、キャピラリ３４の先端に係止しているボールが第１ボンディング点のパッドに当接したかのチェックを行う（ステップＳ６）。キャピラリ３４の先端が当接したこと（図６に示すＰ２）を確認後（ステップＳ６でＹｅｓ）、キャピラリ３４に荷重及び超音波振動を印加する（ステップＳ７）。キャピラリ３４に荷重及び超音波振動を印加後に、キャピラリ３４に荷重及び超音波振動の所定の印加時間が経過してボンディングが終了したかをチェックする（ステップＳ８）。図６に示すｔ１１でのキャピラリ３４に荷重及び超音波振動が所定の時間印加されてボンディングが終了した後（ステップＳ８でＹｅｓ）、熱風ヒータ５の加熱を終了し、また、熱風ヒータ５へのエアの供給を電磁開閉弁２６で遮断する（ステップＳ９）。その後、キャピラリ３４を上昇させて、ＸＹステージを第２ボンディング点に移動するようにする（ステップＳ１０）。
次に、キャピラリ３４を第２ボンディング点の直上に下降するように制御する（ステップＳ１１）。キャピラリ３４がサーチ高さ（図６に示すｔ１２でのＰ３の位置）に到達したかをチェックする（ステップＳ１２）。キャピラリ３４がサーチ高さに到達した後（ステップＳ１２でＹｅｓ）、デジタルポテンショメータ２０の抵抗値を選択し、熱風ヒータ５の温度等の加熱条件を設定して、熱風ヒータ５の加熱を開始し、熱風ヒータ５のエア流入口７ａにエアの供給を開始する（ステップＳ１３）。次に、キャピラリ３４の先端に繰り出されているワイヤが第２ボンディング点のリードに当接したかのチェックを行う（ステップＳ１４）。
キャピラリ３４の先端が当接したこと（図６に示すＰ４）を確認後、キャピラリ３４に荷重及び超音波振動を印加する（ステップＳ１５）。キャピラリ３４に荷重及び超音波振動を印加後に、キャピラリ３４に荷重及び超音波振動の所定の印加時間が経過してボンディングが終了したかをチェックする（ステップＳ１６）。図６に示すｔ１３でのボンディングが終了した後、熱風ヒータ５の加熱を終了し、また、熱風ヒータ５へのエアの供給を電磁開閉弁２６で遮断する（ステップＳ１７）。
全ワイヤのボンディングが完了したかをチェックする（ステップＳ１８）。全ワイヤのボンディングが完了していないときには（ステップＳ１８でＮｏ）、キャピラリ３４を上昇させて、キャピラリ３４の先端にボールを形成するようにして、ステップＳ３に移行して残りボンディングを継続する。一方、全ワイヤのボンディングが完了したときには（ステップＳ１８でＹｅｓ）、キャピラリ３４及びＸＹステージを原点に移動させてボンディング動作を終了する（ステップＳ１９）。
このように本発明のワイヤボンディング装置は、ボンディング中におけるキャピラリ３４がボンディング点に着地していない間のうち、少なくとも何れかの期間において、熱風が供給されない期間を設けるように制御するものである。図６に示すボンディング動作に於いては、ボンディング終了から次のボンディング点でのサーチ高さに達すまでの期間（図６に示すｔ１１からｔ１２の期間）、熱風が供給されないように制御されている。尚、ボンディング中での熱風が供給されない期間は、限定されるものではなく、例えば、ボンディング終了から次のボンディング点でのキャピラリ３４の下降開始までの期間であってもよい。
以上述べたように、本発明によれば、ボンディング中におけるボンディングツールがボンディング点に着地していない間のうち、少なくとも何れかの期間において、熱風が供給されない期間を設けるように制御するようにして、接合に必要な最小限の時間だけ、最適な加熱を行うことが可能である。その結果、部材への熱の浸透や、周辺部への拡散を避け、電極表面、ボンディングワイヤ、ボンディングツール先端部といった、接合に資する部分のみの選択的な加熱が行える。
また、第１ボンディング点、第２ボンディング点のボンディング点毎に加熱温度が可変できるため、最適な加熱温度でボンディングが行える。
また、スタックト・パッケージのボンディングにおいて、上面加熱によるため、電極表面を確実に加熱可能であると共に、瞬間加熱であるため、ＩＣチップへの熱の浸透が抑えられ、下層チップの熱履歴蓄積を防止することができる。
また、加熱制御手段は、通電によりケーシング内のヒータの抵抗値が所定の値を維持するように制御したことにより、温度センサーを用いることなしに、ヒータの発熱温度を制御すことが可能となり、ヒータの温度検出用センサーが不要となり、ケーシング内の構成を簡素化できる。
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
１、３０ ワイヤボンディング装置
５ 熱風ヒータ
６ 発熱体（ヒータ）、フィラメント（白金）
６ａ リード線
７ ケーシング
７ａ エア流入口
７ｂ 熱風吹出口
８ 支持体
１０ 熱風ヒータ駆動ユニット
１１ ヒータ駆動回路
１２ 高電圧駆動回路
１２ａ 高圧電源
１２ｂ、１２ｃ ＦＥＴ
１３ 低電圧駆動回路
１３ａ 低圧電源
１３ｂ、１３ｃ ＦＥＴ
１４ 差動増幅器
１５ 比較器
１６ ブリッジ回路
１７、１８、１９ 抵抗（ブリッジ回路用）
２０ デジタルポテンショメータ
２３、２４ 抵抗
２５ ダイオード
２６ 電磁開閉弁
２７ 絞り弁
２８ 取付金具
３１ ボンディングヘッド
３２ ボンディングアーム
３３ 超音波ホーン
３４ ボンディングツール（キャピラリ）
３５ エンコーダ
３６ 支軸
３７ リニアモータ
３８ カメラ
３９、４３ ボンディングステージ
４０ ＸＹステージ
４５ ヒータブロック
４５ａ ヒータ
４６ ヒータプレート
３０、５０ コントロールユニット
５５ 駆動ユニット
６０ ＩＣチップ
６１ リード

Claims (3)

  1. ボンディングツールによりボンディング点としての半導体チップ上の電極であるパッドと外部端子であるリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、
    内部に瞬間的に加熱可能な抵抗温度係数が大きい金属から成るヒータを内蔵し、先端からボンディング点を含むボンディング部材に熱風を吹き出す吹出口と他端に圧縮気体が流入する流入口とを有するノズル形状を成すケーシングと、
    前記ヒータを加熱する加熱制御手段と、
    前記ケーシングへの圧縮気体の供給、遮断を行う圧縮気体供給制御手段とを有し、
    前記ケーシングの前記吹出口から吹き出された熱風の位置を前記ボンディングツールの着地点となるように設定し、前記加熱制御手段及び前記圧縮気体供給制御手段は、前記ボンディング点毎の前記ボンディングツールの下降速度が高速から低速に切り変わるときのサーチ高さのタイミングに合わせて、前記ヒータの発熱温度、熱風の吹出し開始を制御して、前記ケーシングの前記吹出口から熱風を吹き出すようにしたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 前記加熱制御手段は、通電により前記ヒータの抵抗値が所定の値を維持するように制御して、温度センサーを用いることなしに、前記ヒータの発熱温度を制御するようにした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。
  3. ボンディングツールによりボンディング点としての半導体チップ上の電極であるパッドと外部端子であるリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
    内部に瞬間的に加熱可能な抵抗温度係数が大きい金属から成るヒータを内蔵し、先端からボンディング点を含むボンディング部材に熱風を吹き出す吹出口と他端に圧縮気体が流入する流入口とを有するノズル形状のケーシングと、
    前記ヒータを加熱する加熱制御手段と、
    前記ケーシングへの圧縮気体の供給、遮断を行う圧縮気体供給制御手段とを有し、
    前記ケーシングの前記吹出口から吹き出された熱風の位置を前記ボンディングツールの着地点となるように設定し、前記加熱制御手段及び前記圧縮気体供給制御手段は、前記ボンディング点毎の前記ボンディングツールの下降速度が高速から低速に切り変わるときのサーチ高さのタイミングに合わせて、前記ヒータの発熱温度、熱風の吹出し開始を制御して、前記ケーシングの前記吹出口から熱風を吹き出すようにしたことを特徴とするワイヤボンディング方法。
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