JP6076537B1 - ワイヤボンダ用ボール形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ボールの形成過程における放電電圧値を自在に変更することが可能なワイヤボンダ用ボール形成装置を提供すること。【解決手段】ワイヤ３１の先端部と絶縁破壊後の放電電流を流すための放電継続用電源３の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路４を配し、放電電極と放電継続用電源３の他方の電極の間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路１０を配し、第２の電流制御回路１０に、分流器としての固定抵抗１１が並列に接続し、第２の電流制御回路１０に流す電流を制御して、放電電圧値を自在に変更するようにする。これにより、放電状態が変化しても放電電圧値を一定状態に維持することができ、イニシャルボールを安定して形成することができる。【選択図】図１

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に関し、特に、ボールの形成過程における放電電圧値を自在に変更することが可能なワイヤボンダ用ボール形成装置に関する。
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。尚、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、従来のワイヤボンダ用ボール形成装置４５は、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁を破壊するための高電圧を発生する絶縁破壊用電源５４と、絶縁破壊後の放電電流を流すための高電圧を発生する高電圧発生部５０と、キャピラリ３２の先端に位置するワイヤ３１と放電電極３３との間を流れる放電電流を制御する定電流開閉器５１とを有している。
絶縁破壊用電源５４は、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁を破壊するための高電圧を発生し、絶縁破壊後は、“オフ”するように動作する。また、高電圧発生部５０は、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁破壊時に絶縁破壊用電源５４と同時に“オン”し、絶縁破壊後も高電圧を発生するように動作する。
高電圧発生部５０の正極端子（＋）は、定電流開閉器５１を介してクランパ３０からボンディングツールとしてのキャピラリ３２に挿通されたワイヤ３１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５０の負極端子（−）は放電電極３３に対し負極電圧を与えるようになっている。また、高電圧発生部５０の負極端子（−）と放電電極３３との間には、放電を安定させるための放電安定化抵抗３４が挿入されている。また、図８に示す端子ｃとクランパ３０間及び、端子ｄと放電安定化抵抗３４を含む放電電極３３間は、ケーブルで接続されている。
図８に示す定電流開閉器５１には、定電流開閉器５１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５２が接続されており、このタイマ回路５２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５２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５２が“オン”動作して、定電流開閉器５１のスイッチ回路が閉じてワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁破壊後に電流が流れ、所定の放電時間経過後にタイマ回路５２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５２が“オン”している間、定電流開閉器５１は放電電極３３とワイヤ３１との間に定電流を流すように制御する。
放電電極３３とワイヤ３１との間に流す電流（以下、放電電流と称す。）の大きさは、定電流開閉器５１に接続されている電流設定器５３によって設定される。電流設定器５３は、例えば、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５１は、電流設定器５３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、絶縁破壊後から放電終了まで電流設定器５３によって設定された一定値の放電電流が、放電電極３３とワイヤ３１との間に流れるように定電流開閉器５１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４５は、ワイヤの径に応じて電流設定器５３の放電電流値及びタイマ回路５２の放電時間の最適な値をオペレータが選択して、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、イニシャルボールの安定化を図るべく、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、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ブロック毎の放電電流プロファイルを演算して、放電時に算出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ワイヤボンダ用ボール形成装置が開示されている。
また、特許文献２には、トーチ電極と電気トーチ電源間に設けた放電安定化のための固定抵抗器を、トーチ電極に近接して設けるようにして、放電の安定化を向上させたワイヤボンダ用ボール形成装置が開示されている。
特開２００９−２７７８１３号公報 特開２００１−１５６１０２号公報
しかしながら、従来のボール形成装置は、第１に、単独の定電流開閉器によって放電電流のみ制御していたため、銅ワイヤのボール形成時における酸化防止用の不活性ガスの風圧により放電電圧が変化して、スパークを維持することができずイニシャルボールが安定しなかった。
また、第２に、イニシャルボールの形成にあたり、放電によりワイヤが溶融してイニシャルボールとして成長するが、放電時、イニシャルボールは揺れながら成長するため、スパーク用パラメータによって放電中の電流値を減衰させながら放電を終了してイニシャルボールの揺れを防止して、イニシャルボールの偏芯を押さえることが行われている。しかしながら、電流の減衰に伴い、電圧も低下するため、放電を最後まで維持することができずに途中で放電が終了してしまい、その結果イニシャルボールが安定しないことがあった。
また、第３に、ワイヤボンディングにおけるワイヤは、金ワイヤだけでなく銀ワイヤ及び銅ワイヤも使用されるため、ワイヤの種類毎にスパーク用パラメータに応じた最適な放電電圧等を得るために、放電安定化抵抗が入ったケーブルを交換する必要があり、また、ワイヤ径の異なる多品種のボンディングに対応するために、高出力のボール形成装置に交換することも必要となる。
これらの状況から、酸化防止用の不活性ガスの風圧や放電電流の減少等により放電電圧が変化しても、スパークを維持するようにして、イニシャルボールを安定して形成することが求められている。
また、ワイヤの種類を変更しても、放電安定化抵抗が入ったケーブルの交換が不要であり、更に、ボール形成装置を交換することなしに、各種のワイヤや多品種のボンディングに対応することが求められている。
そこで本発明は、ワイヤの先端部と絶縁破壊後の放電電流を流すための放電継続用電源の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路を配し、放電電極と放電継続用電源の他方の電極との間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路を配し、第２の電流制御回路に、分流器としての固定抵抗を並列に接続し、第２の電流制御回路に流す電流を制御して放電電圧値を自在に変更することにより、イニシャルボールを安定して形成することができ、また、金ワイヤに加え銀ワイヤ及び銅ワイヤに対応可能なワイヤボンダ用ボール形成装置を提供することを目的とする。
上記目的達成のため、本発明は、キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端部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おこさせ、当該放電のエネルギーにより前記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、前記ワイヤの先端部と絶縁破壊後の放電電流を流すための放電継続用電源の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路を配し、前記放電電極と前記放電継続用電源の他方の電極との間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路を配し、当該第２の電流制御回路に、分流器としての固定抵抗が並列に接続されていることを特徴とする。
また、本発明の前記ワイヤボンダ用ボール形成装置は、前記第２の電流制御回路に流す電流を減らすことにより、前記ワイヤの先端部と前記放電継続用電源の他方の電極との間の放電電圧値を高くすることが可能であり、前記電流を増やすことにより、前記放電電圧値を低くすることが可能であることを特徴とする。
また、本発明の前記ワイヤボンダ用ボール形成装置は、前記第２の電流制御回路に流す電流を制御することにより、絶縁破壊後から放電終了までの前記放電電圧値を一定とすることを特徴とする。
また、本発明の前記ワイヤボンダ用ボール形成装置は、放電中、前記ワイヤの先端部と前記放電電極との間の放電電流値を減衰しつつ、前記ワイヤの先端部と前記放電継続用電源の他方の電極との間の放電電圧値を一定に制御することにより前記放電を維持することを特徴とする。
第１の課題に対して本発明は既存の電流制御回路に加え、並列に固定抵抗を接続した第２の電流制御回路を放電電極側にも設けるようにする。放電電圧値を高く設定する場合には、第２の電流制御回路に流す電流を減らすことにより放電電流の大部分は固定抵抗に流れ放電電圧値は高く設定することができる。また、放電電圧値を低く設定する場合には第２の電流制御回路に流す電流を増やすことにより固定抵抗には放電電流が流れなくなり、放電電圧値は従来方式の電圧値にすることができる。これにより、放電電圧値を自在に変更することが可能となる。
これにより本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、常に最適な放電電圧値を選択することができるため、不活性ガスが吹く環境でも放電が可能であり、イニシャルボールを安定して形成することができる。
また、第２の課題に対して本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、放電中の電流値が変化しても、放電電圧値を一定にすることによって、電流が減衰するパラメータでも、電流の減衰に伴う電圧の低下を防止して、最後まで放電を維持することが可能となり、イニシャルボールの偏芯を押さえて、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、第３の課題に対して本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、ワイヤの先端部と放電継続用電源の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路を配し、更に、放電電極と放電継続用電源の他方の電極との間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路を配したことにより、回路からの電流による発熱が分散されて、発熱による電流制限が緩和されるため、高出力化が可能となる。
このため、スパーク用パラメータの設定範囲が広がりワイヤの材質が変更されてもケーブルを交換することなくボンディングすることができ、更に、ボール形成装置を交換することなしに、多品種のボンディングに対応することができる。
本発明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。 ワイヤボンダ用ボール形成装置における第２の電流制御回路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関する第１の電流制御回路及び第２の電流制御回路における各制御部の構成を示すブロック図である。 ボール形成における条件設定を示すフローチャートである。 ボール形成時における放電電圧の制御を示すフローチャートである。 （ａ）は、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、放電時間に対する放電電圧値の変化を示す図である。 ボール形成時における図６における放電電圧の制御に関するフローチャートである。 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。
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を実施するための形態について説明する。尚、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置は、ワイヤの先端部と放電継続用電源の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路を配し、放電電極と放電継続用電源の他方の電極との間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路を配し、第２の電流制御回路に、分流器としての固定抵抗を並列に接続し、第２の電流制御回路に流す電流を制御して放電電圧値を自在に変更することにより、イニシャルボールを安定して形成することができ、また、金ワイヤに加え銀ワイヤ及び銅ワイヤにも対応可能にしたものである。
図１は、本発明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、図２は、ワイヤボンダ用ボール形成装置における第２の電流制御回路の構成を示すブロック図、図３は、ワイヤボンダ用ボール形成装置に関する第１の電流制御回路及び第２の電流制御回路における各制御部の構成を示すブロック図である。尚、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。
［ワイヤボンダ用ボール形成装置の構成］
図１に示すように、ワイヤボンダ用ボール形成装置１は、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁を破壊するための高電圧を発生する絶縁破壊用電源２と、絶縁破壊後の放電電流を流すための高電圧を発生する放電継続用電源３と、キャピラリ３２の先端に位置するワイヤ３１と放電電極３３との間を流れる放電電流を制御する第１の電流制御回路４と、放電継続用電源３の他方の電極と放電安定化抵抗３４を介して放電電極３３との間に位置する第２の電流制御回路１０と、第２の電流制御回路１０に並列に接続された固定抵抗１１とを有している。
絶縁破壊用電源２は、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁を破壊するための高電圧を発生し、絶縁破壊後は、“オフ”するように動作する。また、放電継続用電源３は、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁破壊時に絶縁破壊用電源２と同時に“オン”し、絶縁破壊後も高電圧を発生するように動作する。尚、ワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁を破壊するための高電圧の発生は、絶縁破壊用電源２と放電継続用電源３とを併用して行われているが、絶縁破壊用電源２を用いることなしに、放電継続用電源３のみで行うことも可能である。
第１の電流制御回路４は、ワイヤ３１の先端と放電電極３３間での絶縁破壊後に、所定の放電電流をワイヤ３１と放電電極３３との間に流すように制御する。
一方、第２の電流制御回路１０は、放電電流を制御して、所定の大きさの電流を流すようになっている。第２の電流制御回路１０における電流の制御範囲は、電流を流さない状態（ゼロ、最小値）から、ワイヤ３１と放電電極３３との間に流れる放電電流値（最大値）までである。
また、第２の電流制御回路１０には、分流器としての固定抵抗１１が並列に接続されている。尚、分流器とは、第２の電流制御回路１０に並列に接続され、放電電流を第２の電流制御回路１０により分流させて、分流した電流を流す固定抵抗１１をいう。
これにより、放電電流は第２の電流制御回路１０と固定抵抗１１に分流して流れ、第２の電流制御回路１０には、制御された電流が流れ、固定抵抗１１には放電電流の残りの電流が流れる。例えば、放電電流を３０ｍＡとし、第２の電流制御回路１０に１０ｍＡが流れるように制御すると、固定抵抗１１には分流した電流２０ｍＡが流れる。
次に、図２を用いて第２の電流制御回路の構成を説明する。図２は、ワイヤボンダ用ボール形成装置における第２の電流制御回路の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、第２の電流制御回路１０は、その回路自身に流れる放電電流の大きさを制御する電流制御素子１２と、第２の電流制御回路１０に流れている電流を検知する抵抗１４と、抵抗１４で検知した電流と電流制御部１７（図３に示す）から出力された電流データのアナログ値と、を比較してその差分を電流制御素子１２に出力する比較器１５と、電流制御部１７からの電流データをアナログ値に変換して比較器１５に出力するＤ／Ａコンバータ１６とからなる。尚、電流制御素子１２として、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を用いる。
これにより、第２の電流制御回路１０に流れる電流値は、電流制御部１７からの電流データに基づいて制御される。
以下に、図３を用いて、ワイヤボンダ用ボール形成装置に関する第１の電流制御回路及び第２の電流制御回路における各制御部の構成及び動作について説明する。
図３に示すように、ワイヤボンダ用ボール形成装置１は、第１の電流制御回路４を制御する電流プロファイル制御部５と、第２の電流制御回路１０を制御する電流制御部１７とを備えている。電流プロファイル制御部５及び電流制御部１７は制御部２０によって制御される。制御部２０は、演算装置、記憶装置等を有するコンピュータからなり、記憶装置に制御プログラムが記憶されている。
制御部２０には、データ表示部２２及びデータ入力部２１が接続されている。データ表示部２２は、放電電流プロファイル等を作成するためのメニュー、入力したデータを表示し、データ入力部２１は、放電電流プロファイルを作成するためのデータ、ワイヤ３１の材質、イニシャルボール径のデータ等を入力するものである。
また、制御部２０は、ワイヤ３１の材質毎にイニシャルボール径に応じた放電電流、放電時間、放電電圧値をテーブル形式で記憶している。また、放電電流を制御するための放電電流プロファイルを作成するためのデータも記憶している。
［放電電流の算出］
ワイヤ３１と放電電極３３との間を流れる放電電流は、放電電流プロファイルに基づいて算出される。算出された放電電流は、電流プロファイル制御部５から出力される。放電電流プロファイルは、放電開始電流値、放電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、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、放電開始時における放電開始電流値と放電終了時における放電終了電流値とを通る直線の方程式として求められる。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、方程式から求めることができる。
制御部２０は、放電電流プロファイルから放電電流を算出して、放電開始から放電終了までの放電時間のステップ（例えば、０．１ｍｓｅｃ）毎に算出した放電電流のデータを電流プロファイル制御部５のメモリに記憶するようにする。
電流プロファイル制御部５は、放電電流のデータを記憶するメモリと、メモリ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コンバータと、タイマとメモリのデータを順次読み出すためのカウンタを内蔵している。
これにより、第１の電流制御回路４は、キャピラリ３２の先端に位置するワイヤ３１と放電電極３３との間を流れる放電電流を電流プロファイル制御部５からのデータに基づいて逐次制御する。
第１の電流制御回路４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、放電継続用電源３の高電圧をクランパ３０を介してワイヤ３１に印加するためのものである。
また、第１の電流制御回路４には、スイッチ回路が動作してワイヤ３１に高電圧が印加された後に、ワイヤ３１と放電電極３３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。
電流検出部で電流を検出後に、電流プロファイル制御部５からのデータに基づいた電流を流すように制御する。尚、電流プロファイル制御部５からのデータが“ゼロ”のときには、第１の電流制御回路４はワイヤ３１と放電電極３３との間に電流を流さないように制御する。
また、制御部２０は、データ入力部２１で入力されたワイヤ３１の材質、イニシャルボール径の大きさ等のデータからテーブルを検索して、放電電流の大きさ、放電時間、放電電圧値等を算出する。
制御部２０によって算出された放電電流の大きさ、放電時間、放電電圧値等は、第２の電流制御回路１０を制御する電流制御部１７に出力される。電流制御部１７は演算手段及び記憶手段（メモリ）を有し、放電電流の大きさ、放電時間、放電電圧値から第２の電流制御回路１０に流す電流を算出する。また、電流制御部１７は、図３に示すａ−ｂ間の端子電圧を測定する手段を有する。
［ボール形成における条件設定］
次に、ボール形成における条件設定及び放電電流の制御について図３及び図４を用いて説明する。図４は、ボール形成における条件設定を示すフローチャートである。
［放電電圧値について］
放電は、特性上、ケーブルに内蔵された放電安定化抵抗３４の抵抗値が大きい程、放電が飛びやすい。即ち、同じ電流値の放電電流を流す場合に、放電安定化抵抗３４と第２の電流制御回路１０の固定抵抗１１を含めた抵抗値が大きい程、放電が維持しやすく、安定した放電を行うことができる。
このように、放電電圧値(放電維持電圧値ともいう)を常時大きくすることにより、放電の持続能力は高いことになる。尚、放電電圧値とは、放電電流が流れることにより放電安定化抵抗３４に発生する電圧（図３に示すＶｒ）と、ワイヤ３１の先端部と放電電極３３間の電圧（図３に示すＶｓ）と、固定抵抗１１に発生する電圧（図３に示すＶｃ）とを加算した電圧値をいう。
次に、図４を用いてボール形成における条件設定について説明する。最初に、データ入力部２１からイニシャルボールの条件を入力する(ステップＳ１)。例えば、ワイヤ３１の材質、イニシャルボール径の大きさ等を入力する。
制御部２０は、データ入力部２１から入力されたイニシャルボールの条件から、放電電流の大きさ、放電時間、放電電圧値等を算出する(ステップＳ２)。例えば、ワイヤ３１の材質毎にイニシャルボール径に応じた放電電流、放電時間、放電電圧値をテーブル形式で前もって作成したテーブルを検索して算出する。尚、イニシャルボールの条件から算出した放電電圧値をＶｓｓとする。
放電電流、放電時間、放電電圧値から第２の電流制御回路１０、固定抵抗１１に流す電流を算出する(ステップＳ３)。第２の電流制御回路１０、固定抵抗１１に流す電流は、以下に示す手順で算出される。
図３に示すａ−ｂ間の端子電圧は、ワイヤ３１の先端部と放電電極３３との間の電圧値Ｖｓと放電安定化抵抗３４に発生する電圧値Ｖｒとを加算した電圧値となる。
これにより、第２の電流制御回路１０の電圧値（固定抵抗１１に発生する電圧Ｖｃ）は、放電電圧値Ｖｓｓからａ−ｂ間の端子電圧を減算した値となる。算出した第２の電流制御回路１０の電圧値から第２の電流制御回路１０と固定抵抗１１とに流す電流を算出する。
一例として、例えば、固定抵抗１１の抵抗値を２０ＫΩ、放電電流を３０ｍＡ、図３に示すａ−ｂ間の端子電圧を５００Ｖ、放電電圧値Ｖｓｓを７００Ｖとする。放電電圧値Ｖｓｓから図３に示すａ−ｂ間の端子電圧を減算した値である固定抵抗１１の電圧は、２００Ｖとなる。
これにより、電流制御部１７は第２の電流制御回路１０に２０ｍＡを流すように制御し、固定抵抗１１に１０ｍＡの電流を流すようにする。固定抵抗１１に１０ｍＡの電流を流すことにより、固定抵抗１１に２００Ｖの電圧が発生する。
次に、電流制御部１７は、算出された固定抵抗１１の電流値から第２の電流制御回路１０の電流データを設定する(ステップＳ４)。上記の例では、第２の電流制御回路１０に２０ｍＡの電流データが設定される。
また、制御部２０は、放電電流プロファイルから放電電流を算出して、放電開始から放電終了までの放電時間のステップ毎に算出した放電電流のデータを、電流プロファイル制御部５のメモリに記憶する(ステップＳ５)。
以上により、放電中の放電電圧値を維持するための、第２の電流制御回路１０に流す電流が決定される。
［放電電圧値の制御］
次に、ボール形成時における放電電流の制御について図５を用いて説明する。図５は、ボール形成時における放電電圧の制御を示すフローチャートである。図５に示すように、ワイヤボンダの制御部（図示せず）は、ボールを形成するための放電開始信号であるトリガ信号をワイヤボンダ用ボール形成装置の制御部２０に出力する(ステップＳ１０)。
制御部２０は、トリガ信号を受信後、最初に、絶縁破壊用電源２及び放電継続用電源３の高電圧をワイヤ３１を保持したクランパ３０と放電電極３３とに印加する (ステップＳ１１)。尚、放電継続用電源３の高電圧は、第１の電流制御回路４に内蔵されたスイッチ回路を“オン”することにより、印加される。
次に、第１の電流制御回路４は、絶縁破壊用電源２及び放電継続用電源３の高電圧によりワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁が破壊されて、電流が流れたかを電流検出部でチェックする(ステップＳ１２)。
電流検出部で絶縁破壊により放電電流が流れたことを確認後に、絶縁破壊用電源２を“オフ”する。一方、放電継続用電源３は、高電圧を継続して印加するようにする。また、電流プロファイル制御部５は、タイマのクロック信号でメモリアドレスのカウンタを起動して、所定の時間間隔毎に、メモリに記憶されている放電時間に対する放電電流のデータを読み出して内蔵しているＤ／Ａコンバータに出力する(ステップＳ１３)。
このように、高電圧が印加されて、ワイヤ３１の先端部と放電電極３３との絶縁破壊が発生して、絶縁破壊後に第１の電流制御回路４に設定された放電電流のデータに基づいて放電電流が流れる。
次に、電流制御部１７は、放電中の放電電圧値の算出を行う (ステップＳ１４)。放電電圧値の算出は、最初に図３に示すａ−ｂ間の端子電圧を測定する。端子電圧の測定は、図３に示すａ−ｂ間に高抵抗と低抵抗を直列に接続して（図示せず）低抵抗に発生する電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル値に変換して、デジタル値を読み出す。読み出したデジタル値から高抵抗と低抵抗との比率を基にａ−ｂ間の電圧を算出する。
次に、図４に示すステップＳ３で算出された固定抵抗１１に流れる電流から、固定抵抗１１に発生している電圧を算出し、算出した固定抵抗１１の電圧とａ−ｂ間の端子電圧を加算して、放電電圧値を算出する。尚、図３に示すａ−ｂ間の端子電圧を測定して算出した放電電圧値をＶｓｃとする。
算出した放電電圧値Ｖｓｃと図４に示す条件設定で規定された放電電圧値Ｖｓｓとの大きさを比較する(ステップＳ１５)。算出した放電電圧値が、規定された放電電圧値以上のとき（ステップＳ１６でＹｅｓ）は、第２の電流制御回路１０に流す電流を増加するようにする(ステップＳ１７)。これにより、固定抵抗１１に流れる電流は、減少して固定抵抗１１で発生する電圧は低下する。
このため、放電電圧値Ｖｓｃは低下して、規定された放電電圧値Ｖｓｓになるように補正される。第２の電流制御回路１０に流す電流を増加後にステップＳ１９に移行する。
一方、算出した放電電圧値Ｖｓｃが、規定された放電圧値Ｖｓｓ未満のとき（ステップＳ１６でＮｏ）は、第２の電流制御回路１０に流す電流を減らすようにする(ステップＳ１８)。これにより、固定抵抗１１に流れる電流は、増加して固定抵抗１１で発生する電圧は上昇する。このため、放電電圧値Ｖｓｃは上昇して、規定された放電電圧値Ｖｓｓになるように補正される。
次に、放電時間が終了したかを確認する（ステップＳ１９）。放電時間が終了していないとき（ステップＳ１９でＮｏ）には、ステップＳ１４からの動作を繰り返す。
一方、放電時間が終了したとき（ステップＳ１９でＹｅｓ）には、放電動作を停止して終了する。
このように、放電中に放電電圧値のチェックが行われているため、放電電圧値が変動しても、第２の電流制御回路１０によって固定抵抗１１に流れる電流値を変えることにより、放電電圧値が一定に維持するように制御される。
［放電電流の減衰での放電電圧値の制御］
また、本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、放電中にワイヤの先端部と放電電極との間の放電電流値を減衰させながらも、ワイヤの先端部と放電継続用電源の他方の電極との間の放電電圧値を一定に制御して、放電を安定して維持することが可能となっている。
次に、この放電電流の減衰、即ち放電時間の前半は一定の放電電流を維持し、放電時間の後半を放電電流を徐々に減らす制御について、図６及び図７を用いて説明する。図６（ａ）は、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、放電時間に対する放電電圧値の変化を示す図である。図７は、ボール形成時における図６（ａ）における放電電圧の制御に関するフローチャートである。
図６（ａ）に示すように、放電電流は，放電時間ｔ１からｔ２まで一定値を維持し、放電時間ｔ２からｔ３まで放電電流が徐々に減少している。図６（ａ）における放電時間ｔ１からｔ２までの範囲をブロック１とし、ブロック１の放電持続期間をＴ１とする、更に、放電時間ｔ２からｔ３までの範囲をブロック２とし、ブロック２の放電持続期間をＴ２とする。
図６（ａ）における放電動作は、放電時間がブロック１の放電持続期間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の放電電流プロファイルは、第１の電流制御回路４に流す電流を減らすように制御する。
ワイヤ３１と放電電極３３との間を流れる放電電流は、電流プロファイル制御部５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までの時間を複数のブロックに分割し（図６（ａ）は２つのブロックに分割したものである。）、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。放電電流プロファイルにおける各ブロックの関係式は、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算出される。
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。
制御部２０は、ワイヤ３１の材質毎にイニシャルボール径に応じた放電電流、放電時間、放電電圧値をテーブル形式で記憶している。また、放電電流を制御するための放電電流プロファイルを作成するためのデータも記憶している。データ入力部２１で入力されたワイヤ３１の材質、イニシャルボール径の大きさ等のデータからテーブルを検索して、放電電流の大きさ、放電時間、放電電圧値等を算出する。
制御部２０によって算出された放電電流の大きさ、放電時間、放電電圧値等は、第２の電流制御回路１０を制御する電流制御部１７に出力される。尚、放電電流の大きさは一定値でないため、第２の電流制御回路１０のメモリに放電時間毎の放電電流のデータを記憶するようにする。
また、制御部２０は、各ブロックにおける放電電流プロファイルから放電電流を算出して、放電開始から放電終了までの放電時間のステップ（例えば、０．１ｍｓｅｃ）毎に算出し、算出した放電電流のデータを電流プロファイル制御部５のメモリに記憶するようにする。
次に、ボール形成時における図６（ａ）における放電電流の制御について図７のフローチャートを用いて説明する。図７に示すように、ワイヤボンダの制御部（図示せず）は、ボールを形成するための放電開始信号であるトリガ信号をワイヤボンダ用ボール形成装置の制御部２０に出力し、制御部２０は放電開始信号を受信する(ステップＳ３０)。
制御部２０は、トリガ信号を受信後、最初に、絶縁破壊用電源２及び放電継続用電源３の高電圧をワイヤ３１を保持したクランパ３０と放電電極３３とに印加する(ステップＳ３１)。尚、放電継続用電源３の高電圧は、第１の電流制御回路４に内蔵されたスイッチ回路を“オン”することにより、印加される。
次に、第１の電流制御回路４は、絶縁破壊用電源２及び放電継続用電源３の高電圧によりワイヤ３１と放電電極３３との間の絶縁が破壊されて、電流が流れたかを電流検出部でチェックする(ステップＳ３２)。
電流検出部で絶縁破壊により放電電流が流れたことを確認後に、絶縁破壊用電源２を“オフ”する。一方、放電継続用電源３は、高電圧を継続して印加するようにする。また、電流プロファイル制御部５は、タイマのクロック信号でメモリアドレス用のカウンタを起動して、所定の時間間隔毎に、メモリに記憶されている放電時間に対する放電電流のデータを読み出して、内蔵しているＤ／Ａコンバータに出力する(ステップＳ３３)。
このように、高電圧が印加されて、ワイヤ３１の先端部と放電電極３３との絶縁破壊が発生して、絶縁破壊後に第１の電流制御回路４に設定された放電電流のデータに基づいて放電電流が流れる。
次に、電流制御部１７は、放電中の放電電圧値Ｖｓｃの算出を行う (ステップＳ３４)。放電電圧値Ｖｓｃの算出は、最初に図３に示すａ−ｂ間の端子電圧を測定する。尚、端子電圧の測定は、図５に示すステップＳ１４と同一であり、説明を省略する。
算出した放電電圧値Ｖｓｃと図４に示す条件設定で規定された放電電圧値Ｖｓｓとを比較する(ステップＳ３５)。算出した放電電圧値Ｖｓｃが、規定された放電電圧値Ｖｓｓ以上のとき（ステップＳ３６でＹｅｓ）は、第２の電流制御回路１０に流す電流を増加するようにする(ステップＳ３７)。これにより、固定抵抗１１に流れる電流は、減少して固定抵抗１１で発生する電圧は低下する。
一方、算出した放電電圧値Ｖｓｃが、規定された放電圧値Ｖｓｓ未満のとき（ステップＳ３６でＮｏ）は、第２の電流制御回路１０に流す電流を減らすようにする(ステップＳ３８)。これにより、固定抵抗１１に流れる電流は、増加して固定抵抗１１で発生する電圧は上昇する。
次に、放電時間が終了したかをチェックする(ステップＳ３９)。放電時間が終了したとき（ステップＳ３９でＹｅｓ）には、放電を停止して終了する。
一方、放電時間が終了していないとき（ステップＳ３９でＮｏ）には、放電時間が放電持続期間Ｔ１を超えたかをチェックする(ステップＳ４０)。これは、図６（ａ）に示すように、放電電流は、放電持続期間Ｔ１経過後にブロック２の放電時間ｔ２から放電持続期間Ｔ２中において減少しており、放電時間がブロック２の範囲にあるかを確認するものである。
放電時間が放電持続期間Ｔ１を超えたとき（ステップＳ４０でＹｅｓ）には、第２の電流制御回路１０に流す電流を算出するための放電電流を、放電持続期間Ｔ２での各放電時間の放電電流値に変更する(ステップＳ４１)。
尚、ステップＳ４１では、第２の電流制御回路１０のメモリに記憶されている各放電時間の放電電流のデータを読み出すようにする。その後、ステップＳ３４に移行する。
一方、放電持続期間Ｔ１を超えていないとき（ステップＳ４０でＮｏ）には、ステップＳ３４に移行する。
図６（ｂ）は、放電時間に対する放電電圧値の変化を示す図である。図６（ｂ）に示すように、放電時間ｔ０からｔ１は、放電破壊が起こるまでの放電電圧値であり、ブロック１における放電時間ｔ１からｔ２の放電電圧値は一定であり、ブロック２における放電時間ｔ２からｔ３の放電電圧値は、放電電流が減衰しているにも拘わらず、実線で示すように一定の値を保持している。
尚、ブロック２における太い点線は、従来のボール形成装置の放電電圧値の変化を示すものであり、放電電流が減少すると共に、放電電圧値も減少している。
このように、放電電流が減少しても、電流制御部１７は放電電圧値を維持するように制御する。例えば、放電電流が減少することにより、図３に示すａ−ｂ間の端子電圧も低下する。
このため、第２の電流制御回路１０に流す電流を減らし、固定抵抗１１に流れる電流を増加させて、固定抵抗１１で発生する電圧を上昇させる。これにより放電電圧値を維持することができ、放電電圧値を一定、即ち常時大きくすることにより、放電の持続能力を高めることができる。
以上述べたように、本発明によれば既存の電流制御回路に加え、並列に固定抵抗を接続した第２の電流制御回路を放電電極側にも設けるようにする。放電電圧値を高く設定する場合には、第２の電流制御回路に流す電流を減らすことにより放電電流の大部分は固定抵抗に流れ放電電圧値は高く設定することができる。
また、放電電圧値を低く設定する場合には第２の電流制御回路に流す電流を増やすことにより固定抵抗には放電電流が流れなくなり、放電電圧値は従来方式の電圧値にすることができる。これにより、放電電圧値を自在に変更することが可能となる。
このように本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、常に最適な放電電圧値を選択することができるため、不活性ガスが吹く環境でも放電が可能であり、イニシャルボールを安定して形成することができる。
また、本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、放電中の電流値が変化しても、放電電圧値を一定にすることによって、電流が減衰するパラメータでも、電流の減衰に伴う電圧の低下を防止して、最後まで放電を維持することが可能となり、イニシャルボールの偏芯を押さえて、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、本発明のワイヤボンダ用ボール形成装置は、ワイヤの先端部と放電継続用電源の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路を配し、更に、放電電極と放電継続用電源の他方の電極との間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路を配したことにより、回路からの電流による発熱が分散されて、発熱による電流制限が緩和されるため、高出力化が可能となる。
このため、スパーク用パラメータの設定範囲が広がりワイヤの材質が変更されてもケーブルを交換することなくボンディングすることができ、更に、ボール形成装置を交換することなしに、多品種のボンディングに対応することができる。
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 ワイヤボンダ用ボール形成装置
２ 絶縁破壊用電源
３ 放電継続用電源
４ 第１の電流制御回路
５ 電流プロファイル制御部
１０ 第２の電流制御回路
１１ 固定抵抗
１２ 電流制御素子（ＦＥＴ）
１４ 抵抗
１５ 比較器
１６ Ｄ／Ａコンバータ
１７ 電流制御部
２０ 制御部
２１ データ入力部
２２ データ表示部
３０ クランパ
３１ ワイヤ
３２ キャピラリ
３３ 放電電極
３４ 放電安定化抵抗
４５ ワイヤボンダ用ボール形成装置
５０ 高電圧発生部
５１ 定電流開閉器
５２ タイマ回路
５３ 電流設定器
５４ 絶縁破壊用電源

Claims (4)

  1. キャピラリ先端から送り出したワイヤの先端部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おこさせ、当該放電のエネルギーにより前記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、
    前記ワイヤの先端部と絶縁破壊後の放電電流を流すための放電継続用電源の一方の電極との間に放電電流を制御する第１の電流制御回路を配し、
    前記放電電極と前記放電継続用電源の他方の電極との間に放電電流の分流を制御する第２の電流制御回路を配し、
    当該第２の電流制御回路に、分流器としての固定抵抗が並列に接続されていることを特徴とするワイヤボンダ用ボール形成装置。
  2. 前記ワイヤボンダ用ボール形成装置は、前記第２の電流制御回路に流す電流を減らすことにより、前記ワイヤの先端部と前記放電継続用電源の他方の電極との間の放電電圧値を高くすることが可能であり、
    前記電流を増やすことにより、前記放電電圧値を低くすることが可能であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ用ボール形成装置。
  3. 前記第２の電流制御回路に流す電流を制御することにより、絶縁破壊後から放電終了までの前記放電電圧値を一定とすることを特徴とする請求項２に記載のワイヤボンダ用ボール形成装置。
  4. 前記ワイヤボンダ用ボール形成装置は、放電中、前記ワイヤの先端部と前記放電電極との間の放電電流値を減衰しつつ、前記ワイヤの先端部と前記放電継続用電源の他方の電極との間の放電電圧値を一定に制御することにより前記放電を維持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワイヤボンダ用ボール形成装置。

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