JP7416491B2 - ワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラム - Google Patents

ワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、ワイヤボンディング装置、ワイヤ切断方法及びプログラムに関する。
従来、第１ボンド点（例えば半導体ダイのパッド）と第２ボンド点（例えばパッケージのリード）とをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング装置が知られている。ワイヤボンディング装置のボンディングの条件によっては、ワイヤテールの下端と第２ボンド点である電極パッドとの接続部分であるボンディング端部の形状が細くなっていないことがある。この場合、クランパでワイヤを把持してワイヤテールを引っ張り上げると、ワイヤテールに大きな張力が付与されるため、ワイヤテールが引き伸ばされた状態となる。その後、さらにワイヤテールを引っ張り上げた後に、ワイヤテールがボンディング端部で切断される。このとき、引き伸ばされたワイヤテールが切断時の反力で跳ね上がる。これにより、クランパの下部におけるワイヤ及びワイヤテールがＳ字状に曲がる。曲がったワイヤテールによって、次の電極パッドへのボンディングの際に、放電などによるボール形成の不良を引き起こす虞がある。そこで、ワイヤテールに曲がりを生じさせないワイヤテールの切断方法が提案されている。
特許第２７２３２７７号公報
特許文献１に開示されているワイヤボンディング方法は、ボンディングをした後にキャピラリをボンディング位置から斜め上方に上昇させることで、キャピラリの先端に導出されているワイヤテールが曲がらないようにしている。しかし、当該ワイヤボンディング方法では、テールワイヤの下端と電極パッドとの接続部分であるボンディング端部が十分細くなっていない場合、ワイヤテールの切断時にワイヤに大きな引張り力がかかる。この場合、当該ワイヤボンディング方法では、ワイヤテールの切断時の反力でワイヤが跳ね上がり、クランパの下部のワイヤ及びワイヤテールがＳ字状に曲がる虞がある。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤテールに大きな引張り力をかけずに切断し、ワイヤテールを切断したときのワイヤの曲がりを防止することを目的とする。
本発明の一態様に係るワイヤボンディング装置は、ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置であって、ワイヤを挿通するボンディングツールと、超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも１回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、実行する。
本発明の一態様に係るワイヤ切断方法は、ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置を用いて実行されるワイヤ切断方法であって、前記ワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するボンディングツールと、超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、前記ワイヤ切断方法は、前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象である第１ボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも１回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、を実行する。
本発明の一態様に係るプログラムは、ワイヤボンディング装置にワイヤボンディング処理を実行させるプログラムであって、前記ワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するボンディングツールと、超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、前記プログラムは、前記ワイヤボンディング装置に、前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディングステップと、前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出ステップと、ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与ステップと、前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放ステップと、前記テンション付与ステップ及び前記テンション解放ステップを含む一連のステップを少なくとも１回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカットステップと、を実行させる。
本発明によれば、ワイヤテールに大きな引張り力をかけずに切断し、ワイヤテール切断の際のワイヤの曲がりを防止することができる。
本実施形態に係るワイヤボンディング装置の一例を示す図である。 ボンディングアームの頂面図である。 ボンディングアームの底面図である。 検出部の概要の一例を示す図である。 検出部の概要の他の例を示す図である。 ワイヤボンディング方法の一例を示すフローチャートである。 ボール部を形成する動作の一例を示す図である。 ボール部を電極パッドに接触させる動作の一例を示す図である。 リバース動作の一例を示す図である。 ワイヤループ工程の動作の一例を示す図である。 ワイヤの一部を電極パッドに押圧する動作の一例を示す図である。 ワイヤを繰り出す動作の一例を示す図である。 クランパを閉じる動作の一例を示す図である。 第１テンション付与工程の動作の一例を示す図である。 第１テンション解放工程の動作の一例を示す図である。 第２テンション付与工程の動作の一例を示す図である。 第２テンション解放工程の動作の一例を示す図である。 ワイヤテールを切断した状態の一例を示す図である。 各工程を示すタイミングチャートの一例である。 テンション付与工程及びテンション解放工程の詳細のタイミングチャートの一例である。 テンション付与工程及びテンション解放工程の詳細のタイミングチャートの他の例である。 ワイヤボンディング方法の他の例を示す図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
［ワイヤボンディング装置１の構成］
図１～図４を参照して、ワイヤボンディング装置１について説明する。図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置１の一例を示す図である。図２Ａは、ボンディングアーム２０の頂面図である。図２Ｂは、ボンディングアーム２０の底面図である。図３は、検出部７０の概要の一例を示す図である。図４は、検出部７０の概要の他の例を示す図である。
図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、例えば、ＸＹ駆動機構１０と、Ｚ駆動機構１２と、ボンディングアーム２０と、超音波ホーン３０と、ボンディングツール４０と、荷重センサ５０と、超音波振動子６０と、検出部７０と、制御部８０と、ボンディングツール位置検出部９０とを含む。
ＸＹ駆動機構１０は、例えば、ＸＹ軸方向（ボンディング面に平行な方向）に移動可能に構成されいる。ＸＹ駆動機構１０には、例えば、ボンディングアーム２０をＺ軸方向（ボンディング面に垂直な方向）に移動可能なＺ駆動機構１２が設けられている。
ボンディングアーム２０は、支軸１４に支持され、ＸＹ駆動機構１０に対して揺動自在に構成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０から、ボンディングの対象である半導体装置１００が置かれたボンディングステージ１６に向かって延出するよう略直方体に形成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０に取り付けられるアーム基端部２２と、アーム基端部２２の先端側（－Ｙ方向側）に位置して超音波ホーン３０が取り付けられるアーム先端部２４と、アーム基端部２２とアーム先端部２４とを連結して可撓性を有する連結部２３とを含む。この連結部２３は、例えば、ボンディングアーム２０の頂面２１ａから底面２１ｂに向かって延出した所定幅のスリット２５ａ、２５ｂ、及び、ボンディングアーム２０の底面２１ｂから頂面２１ａの方向に向かって延出した所定幅のスリット２５ｃによって構成されている。このように、連結部２３が各スリット２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって局部的に薄肉部として構成されることで、アーム先端部２４はアーム基端部２２に対して撓むことができる。
図１及び図２Ｂに示すように、ボンディングアーム２０の底面２１ｂ側には、超音波ホーン３０が収容される凹部２６が形成されている。超音波ホーン３０は、ボンディングアーム２０の凹部２６に収容された状態で、アーム先端部２４にホーン固定ネジ３２によって取り付けられている。この超音波ホーン３０は、凹部２６から突出した先端部においてボンディングツール４０を保持しており、凹部２６には超音波振動を発生する超音波振動子６０が設けられている。超音波振動子６０によって超音波振動が発生し、これが超音波ホーン３０によってボンディングツール４０に伝達される。これにより、超音波振動し６０は、ボンディングツール４０を介してボンディングの対象に超音波振動を付与することができる。超音波振動子６０は、例えばピエゾ振動子である。
また、図１及び図２Ａに示すように、ボンディングアーム２０の頂面２１ａ側には、頂面２１ａから底面２１ｂに向かって順番にスリット２５ａ及び２５ｂが形成されている。上部のスリット２５ａは、下部のスリット２５ｂよりも幅広に形成されている。そして、この幅広に形成された上部のスリット２５ａに、荷重センサ５０が設けられている。荷重センサ５０は、予圧用ネジ５２によってアーム先端部２４に固定されている。荷重センサ５０は、アーム基端部２２とアーム先端部２４との間に挟み込まれるように配置されている。すなわち、荷重センサ５０は、超音波ホーン３０の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム２０の回転中心とアーム先端部２４における超音波ホーン３０の取付面（すなわち、アーム先端部２４におけるボンディングツール４０側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上記のように、ボンディングツール４０を保持する超音波ホーン３０がアーム先端部２４に取り付けられているため、ボンディングの対象からの反力によりボンディングツール４０の先端に荷重が加わると、アーム基端部２２に対してアーム先端部２４が撓み、荷重センサ５０において荷重を検出することが可能となっている。荷重センサ５０は、例えばピエゾ荷重センサである。
ボンディングツール４０は、ワイヤ４２を挿通するためのものであり、例えば挿通穴４１が設けられたキャピラリである。ボンディングツール４０は、その挿通穴４１にボンディングに使用するワイヤ４２が挿通される。ボンディングツール４０は、その先端からワイヤ４２の一部を繰り出し可能に構成されている。以下、便宜上、ボンディングツール４０の先端から繰り出されたワイヤ４２をワイヤテール４２ａという。また、ボンディングツール４０の先端には、ワイヤ４２を押圧するための押圧部４０ａが設けられている。押圧部４０ａは、ボンディングツール４０の挿通穴４１の軸方向の周りに回転対称の形状を有しており、挿通穴４１の周囲の下面に押圧面を有している。ボンディングツール４０は、バネ力などによって交換可能に超音波ホーン３０に取り付けられている。
クランパ４４は、例えば、ボンディングツール４０の上方に設けられ、ボンディングツール４０とともに動作する。クランパ４４は、例えば、クランパ制御部８１から出力される制御信号に基づいて、所定のタイミングでワイヤ４２を把持（拘束）又は解放するよう構成されている。クランパ４４のさらに上方には、ワイヤテンショナ（不図示）が設けられていてもよい。ワイヤテンショナは、例えば、ワイヤ４２を挿通し、ボンディング中のワイヤ４２に適度なテンションを付与するよう構成されている。
ワイヤ４２の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等が用いられる。なお、ワイヤ４２は、ボンディングツール４０の先端から延出したボール部４３を形成する。ボール部４３は、所定のボンド点（例えば電極パッド１１２であり、以下、第１ボンド点という）にボンディングされる。
検出部７０は、例えば、ボンディングツール４０に挿通されたワイヤ４２の先端に形成されるボール部４３が、ボンディングの対象である半導体装置１００に接地されているか否かを電気的に検出する。また、検出部７０は、例えば、ワイヤ４２に供給された電気信号の出力に基づいて、ワイヤテール４２ａが半導体装置１００の所定のボンド点（例えば、電極パッド１２２であり、以下、第２ボンド点という）から切断されたか否かを検出する。
検出部７０は、例えば、電源部７１と、出力測定部７２と、判定部７３とを備える。電源部７１は、例えば、半導体装置１００とワイヤ４２との間に所定の電気信号を印加する。出力測定部７２は、例えば、電源部７１によって供給された電気信号の出力を測定する。判定部７３は、例えば、出力測定部７２の測定結果に基づいて、ワイヤ４２が半導体装置１００に電気的に接触したか否かを判定する。図１に示すように、検出部７０は、一方の端子がボンディングステージ１６に電気的に接続され、他方の端子がクランパ４４（又はワイヤスプール（図１では省略））に電気的に接続されている。
図３に示すように、検出部７０は、その電源部７１が直流電圧電源で構成されていてもよい。すなわち、検出部７０は、半導体装置１００のボンド点とボンディングステージ１６とが抵抗成分のみで接続されているとみなされる場合（例えば両者が電気的に導通している場合）、直流電圧信号を所定の電気信号として用いることができる。この場合、ワイヤ４２のボール部４３が半導体装置１００のボンド点に接触すると、ボンディングステージ１６とワイヤ４２との間に電気的短絡が生じる。検出部７０は、この電気的短絡の有無の変化（例えば出力電圧ｖの変化）に基づいて、ボール部４３が半導体装置１００の第２ボンド点である電極パッド１２２に接触したか否かを判定することができる。換言すると、検出部７０は、ワイヤテール４２ａが半導体装置１００の第２ボンド点から切断されたか否かを検出することができる。
図４に示すように、検出部７０は、その電源部７１が交流電圧電源で構成されていてもよい。すなわち、半導体装置１００のボンド点とボンディングステージ１６との間が容量成分を含む場合（例えば両者が電気的に導通していない場合）、交流電圧信号を所定の電気信号として用いることができる。この場合、ワイヤ４２のボール部４３が半導体装置１００のボンド点に接触すると、ワイヤボンディング装置１の容量値に、半導体装置１００が有する容量値がさらに加算される。これにより、ボンディングステージ１６とワイヤ４２との間の容量値が変化する。したがって、検出部７０は、この容量値の変化（例えば出力電圧ｖの変化）に基づいて、ボール部４３が半導体装置１００の第２ボンド点に接触したか否かを判定することができる。換言すると、検出部７０は、ワイヤテール４２ａが半導体装置１００の第２ボンド点から切断されたか否かを検出することができる。
図１に戻り、ボンディングツール位置検出部９０は、例えば、ボンディングツール４０のＺ軸方向における位置を含むボンディングツール４０の位置（例えば、ボンディングツール４０の先端の位置）を検出する。ボンディングツール位置検出部９０は、検出した結果に関する情報（以下、検出結果情報という）を、制御部８０に出力する。
制御部８０は、例えば、クランパ制御部８１と、ＸＹＺ軸制御部８２とを含む。クランパ制御部８１は、クランパ４４の開閉動作を制御する。ＸＹＺ軸制御部８２は、ボンディングツール４０におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の動作を制御する。
制御部８０は、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、超音波ホーン３０（超音波振動子６０）、クランパ４４、荷重センサ５０、検出部７０及びボンディングツール位置検出部９０などの各構成との間で信号の送受信が可能になるよう接続されている。制御部８０は、これらの構成の動作を制御することにより、ワイヤボンディングにおいて、ワイヤテール４２ａに曲がりを生じさせないよう、ワイヤテール４２ａを切断する処理を実行できる。
制御部８０は、ボンディングツール位置検出部９０から出力される検出結果情報に基づいて、ボンディングツール４０をＺ軸方向に上昇および下降させる。制御部８０は、第２ボンド点にワイヤ４２をボンディングした後に、ボンディングツール４０をＺ軸方向に上昇させることにより、ワイヤ４２にテンションを付与する（以下、テンション付与工程という）。すなわち、制御部８０は、ワイヤテール４２ａと第２ボンド点との接続部分に応力を加える。その後、制御部８０は、ボンディングツール４０をＺ軸方向に下降させることにより、ワイヤ４２に付与されているテンションを解放する（以下、テンション解放工程という）。すなわち、制御部８０は、ワイヤテール４２ａと第２ボンド点との接続部分の応力を解放する。
制御部８０は、例えば、予め設定された上昇に関する情報（以下、上昇情報という）に基づき、テンション付与工程において、ボンディングツール４０の先端の上昇の移動方向及び高さを決定する。同様に、制御部８０は、例えば、予め設定された下降に関する情報（以下、下降情報という）に基づき、テンション解放工程において、ボンディングツール４０の先端の下降の移動方向及び高さを決定する。ここで、ボンディングツール４０の先端の高さとは、所定の基準地点からの距離をいい、所定の基準地点は特に限定されず、例えば第２ボンド点であってもよい。なお、上記において、制御部８０は、上昇情報又は下降情報に基づき、ボンディングツール４０の先端の高さを決定していると説明したが、これに限定されない。例えば、制御部８０は、上昇情報又は下降情報に基づいて、ボンディングツール４０の先端の移動距離を決定してもよい。具体的には、一例として、制御部８０は、テンション付与工程では第２ボンド点からＺ軸方向に上昇する移動距離を決定してもよいし、テンション解放工程ではテンション付与工程で上昇した終点からＺ軸方向に下降する移動距離を決定してもよい。以下、便宜上、ボンディングツール４０の先端の、上昇の高さ又は移動距離を「上昇の移動量」といい、下降の高さ又は移動距離を「下降の移動量」ということもある。
ここで、上昇の移動方向とは、例えば、第２ボンド点から遠ざかる方向であり、Ｚ軸方向であることが望ましい。下降の移動方向とは、例えば、第２ボンド点に近づく方向であり、上昇の移動方向に沿った方向であることが望ましい。ただし、上昇の移動方向及び下降の移動方向をＺ軸方向に対して角度をもたせた場合、ワイヤテール４２ａの下端にＸ軸方向又はＹ軸方向の応力を付与できる。これにより、小さい引張り力で、後述するようにワイヤテール４２ａを切断できる。ここで、上昇の移動方向の始点は、例えば、第２ボンド点であってもよいし、第２ボンド点に対してＸＹ平面でズレた点であってもよい。これにより、ワイヤテール４２ａの下端にＸ軸方向又はＹ軸方向の応力を付与できるため、小さい引張り力で、後述するようにワイヤテール４２ａを切断できる。また、下降の移動方向の始点は、例えばテンション付与工程の終点であってもよい。以下、便宜上、制御部８０において、上昇の移動方向および下降の移動方向がＺ軸方向に設定され、始めの上昇の移動方向の始点が第２ボンド点に設定され、始めの下降の移動方向の始点がテンション付与工程の終点に設定されていることとして説明する。
また、制御部８０は、例えば、ワイヤ４２の太さに基づき、テンション付与工程及びテンション解放工程における高さ又は移動距離（移動量）を、自動的に設定してもよい。具体的には、制御部８０は、例えば、ワイヤ４２の太さに対する所定の割合（例えば、６０％）を、上昇の移動量として設定してもよい。制御部８０は、ワイヤ４２の太さに対する所定の割合（例えば、３０％）を、下降の移動量として設定してもよい。また、制御部８０は、例えば、上昇情報に基づき、テンション解放工程における下降の移動量を、自動的に設定してもよい。具体的には、制御部８０は、上昇の移動量に対する所定の割合（例えば、５０％）を、下降の移動量として設定してもよい。さらに言うと、制御部８０は、例えば、ワイヤ４２の太さに加えて、ワイヤ４２の材質に基づき、テンション付与工程の上昇の移動量及びテンション解放工程の下降の移動量を、自動的に設定してもよい。具体的には、制御部８０は、例えば、ワイヤ４２の材質が固い材質であるほど、上昇の移動量を大きく設定し、下降の移動量を小さく設定してもよい。これは、ワイヤ４２の強度が強いほど、大きなテンションを付与しても曲げ変形を生じないためである。これにより、作業者の設定にかかる作業量を減らすことができる。
また、制御部８０は、例えば、テンション付与工程における上昇の移動量がテンション解放工程における下降の移動量よりも大きくなるよう設定する。そして、制御部８０は、例えば、テンション付与工程およびテンション解放工程を複数回繰り返すことが望ましい。すなわち、制御部８０は、例えば、今回のテンション付与工程（後述する第２テンション付与工程）におけるボンディングツール４０の先端の高さが、前回のテンション付与工程（後述する第１テンション付与工程）におけるボンディングツール４０の先端の高さよりも高くなるよう設定している。これにより、制御部８０は、テンション付与工程およびテンション解放工程を繰り返すことにより、ワイヤテール４２ａの下端（－Ｚ軸方向の端部）と、第２ボンド点に接続されたワイヤ４２が細く押しつぶされた形状の端部（以下、ボンディング端部４２ｃという）との間の部分に、徐々に金属疲労を生じさせる。つまり、ワイヤテール４２ａの下端とボンディング端部４２ｃとの間の部分における引っ張り強度が低下する。これにより、当該部分に大きな引張り力をかける必要なく、ワイヤテール４２ａを第２ボンド点から切断できる。換言すると、ワイヤテール４２ａと第２ボンド点との接続部分を徐々に薄くして、切断時点では小さい引っ張り力でワイヤテール４２ａを切断できる。これにより、ワイヤテール４２ａに曲げ変形を生じさせず、ボンディング品質の向上を図ることができる。
また、制御部８０は、例えば、検出部７０においてワイヤテール４２ａが半導体装置１００の第２ボンド点から切断されたことを検知したことを契機に、テンション付与工程及びテンション解放工程を含む一連の工程を停止させる。これにより、テンション付与工程およびテンション解放工程を最小限の回数で実行できるため、ワイヤテール４２ａの切断工程の時間を短くできる。また、テンション付与工程およびテンション解放工程の回数の設定が不要となるため、作業者の作業量を減らすことができる。
制御部８０には、例えば、制御するための情報（以下、制御情報という）を入力するための操作部１３２と、制御情報を出力するための表示部１３４とが接続されている。作業者は、表示部１３４で画面を確認して、操作部１３２で制御情報（上昇情報や下降情報など）を入力する。なお、制御部８０は、ＣＰＵ及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を実行するためのプログラムなどが格納される。制御部８０は、後述するワイヤボンディング方法において説明するボンディングツール４０の動作を制御するための各工程を行うように構成されている（例えば、各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを備える）。
［ワイヤボンディング方法］
次に、図５～図８を参照して、ワイヤボンディング方法について説明する。ワイヤボンディング方法は、ワイヤボンディング装置１によるワイヤボンディング方法を用いた方法である。図５は、ワイヤボンディング方法の一例を示すフローチャートである。図６Ａ～図６Ｌは、各工程の動作の一例を示す図である。図７は、各工程を示すタイミングチャートである。図６Ａ～図６Ｌの時刻ｔ１～ｔ９は、図７の時刻ｔ１～ｔ９に対応する。図８は、テンション付与工程及びテンション解放工程の詳細の一例を示すタイミングチャートである。
ステップＳ１０（時刻ｔ１）において、図６Ａに示すように、ワイヤボンディング装置１は、ボンディングツール４０の先端から延び出るワイヤ４２の先端部にボール部４３を形成させる。ステップＳ１０において、クランパ４４は例えば開いた状態である。
ステップＳ１１（時刻ｔ１）において、ワイヤボンディング装置１は、ボンディングツール４０を半導体ダイ１１０の電極パッド１１２に向かって下降させる。ステップＳ１１において、クランパ４４は例えば閉じた状態である。
ステップＳ１２（時刻ｔ２）において、図６Ｂに示すように、ワイヤボンディング装置１は、ボール部４３を電極パッド１１２に接触させる。そして、ワイヤボンディング装置１は、クランパ４４を開いた状態にして、超音波振動をＯＮ制御する（第１ボンディング工程）。これにより、ボール部４３が電極パッド１１２にボンディングされる。ワイヤボンディング装置１は、ボンディングツール４０の先端をＺ軸方向に上昇させつつ、当該先端からワイヤ４２を繰り出す。ステップＳ１２において、検出部７０は電気信号を検知する。このとき、クランパ４４は開いた状態である。
ステップＳ１３（時刻ｔ３）において、図６Ｃに示すように、ワイヤボンディング装置１は、第２ボンド点（ここでは、電極パッド１２２）とは反対側（図６Ｃの「矢印」の方向）にワイヤ４２を動作させる（リバース動作）。これにより、ワイヤ４２は屈曲形状を呈する。
ステップＳ１４（時刻ｔ４）において、図６Ｄに示すように、ワイヤボンディング装置１は、第２ボンド点に向かってワイヤ４２を屈曲させながら、ワイヤ４２のワイヤループを形成させる（ワイヤループ工程）。そして、ワイヤボンディング装置１は、ワイヤ４２の一部を電極パッド１２２の上面に接触させる。これにより、第１ボンド点である電極パッド１１２と、第２ボンド点である電極パッド１２２とを電気的に接続するワイヤループ（不図示）を形成する。ステップＳ１４において、クランパ４４は閉じた状態である。
ステップＳ１５（時刻ｔ５）において、図６Ｅに示すように、ワイヤボンディング装置１は、ボンディングツール４０の押圧部４０ａによって、ワイヤ４２の一部を電極パッド１２２に押圧する。ワイヤボンディング装置１は、超音波振動をＯＮ制御して、ワイヤ４２の一部を電極パッド１２２にボンディングする（第２ボンディング工程）。このとき、電極パッド１２２に接続されたワイヤ４２の端部に、細く押しつぶされた形状のボンディング端部４２ｃが形成される。
時刻ｔ６において、図６Ｆに示すように、ワイヤボンディング装置１は、ボンディングツール４０の先端をＺ軸方向に上昇させて、当該先端からワイヤテール４２ａを繰り出す（テール繰出工程）。このとき、クランパ４４は開いた状態である。ボンディングツール位置検出部９０は、ボンディングツール４０の先端の高さを検出し、その高さを示す情報（以下、高さ情報という）を制御部８０に出力する。
また、時刻ｔ６において、制御部８０は、ボンディングツール４０の高さが高さＨ１を示す高さ情報を取得すると、ＸＹＺ軸制御部８２によりＺ駆動機構１２を制御させて、ボンディングツール４０の動作を停止させる。このとき、図６Ｆに示すように、ボンディングツール４０の先端の高さが高さＨ１となり、ボンディングツール４０の先端からワイヤテール４２ａが導出している。
時刻ｔ７において、図６Ｇに示すように、ワイヤボンディング装置１は、クランパ４４を閉じてワイヤ４２を把持する。クランパ４４を閉じた状態で、時刻ｔ８において、ワイヤボンディング装置１は、テンション付与工程及びテンション解放工程を実行する。図７に示すように、ワイヤボンディング装置１は、例えば、テンション付与工程及びテンション解放工程において、超音波振動をＯＮ制御する。以下、図８も参照しつつ、時刻ｔ８におけるテンション付与工程及びテンション解放工程について説明する。
ステップＳ１６（図８の時刻ｔ８１）において、図６Ｈに示すように、ワイヤボンディング装置１は、クランパ４４でワイヤ４２を把持しながら、クランパ４４とともにボンディングツール４０の先端を、Ｚ軸方向に所定の高さ（ここでは、高さＨ１＋Ｄ１）まで上昇させる（以下、第１テンション付与工程という）。換言すると、ボンディングツール４０の先端を所定の移動距離（ここでは、移動距離Ｄ１）上昇させる。これにより、ワイヤボンディング装置１は、ボンディング端部４２ｃにＺ軸方向にテンションを付与することができる。このとき、制御部８０は、例えば、ボンディングツール４０の先端の高さが高さＨ１＋Ｄ１を示す高さ情報を取得すると、ＸＹＺ軸制御部８２によりＺ駆動機構１２を制御して、ボンディングツール４０（クランパ４４）の動作を停止させる。
ステップＳ１７（図８の時刻ｔ８２）において、図６Ｉに示すように、ワイヤボンディング装置１は、ワイヤテール４２ａをＺ軸方向に所定の高さ（ここでは、高さＨ１＋Ｄ１－Ｄ２）まで下降させる（以下、第１テンション解放工程という）。換言すると、ボンディングツール４０の先端を所定の移動距離（ここでは、移動距離Ｄ２）下降させる。これにより、ワイヤボンディング装置１は、ボンディング端部４２ｃにかかるテンションを解放することができる。このとき、制御部８０は、例えば、ボンディングツール４０の先端の高さが高さＨ１＋Ｄ１－Ｄ２を示す高さ情報を取得すると、ＸＹＺ軸制御部８２によりＺ駆動機構１２を制御して、ボンディングツール４０（クランパ４４）の動作を停止させる。
ステップＳ１８において、ワイヤボンディング装置１は、例えば、第１テンション付与工程及び第１テンション解除工程に対する、次のテンション付与工程（以下、第２テンション付与工程という）及びテンション解放工程（以下、第２テンション解放工程という）それぞれのボンディングツール４０の高さ又は移動距離を示す移動量を設定する。ワイヤボンディング装置１は、例えば、所定の記憶部に記憶されている移動量に関する情報（上昇情報、下降情報など）に基づいて、各工程の移動量を設定する。
ここで、ワイヤボンディング装置１は、例えば、第１テンション付与工程の高さよりも高い高さを、第２テンション付与工程の高さに設定する。同様に、ワイヤボンディング装置１は、例えば、第１テンション解放工程の高さよりも高い高さを、第２テンション解放工程の高さに設定する。また、ワイヤボンディング装置１は、例えば、第１テンション付与工程の移動距離及び第１テンション解放工程の移動距離と同一の移動距離を、第２テンション付与工程の移動距離及び第２テンション解放工程の移動距離に設定してもよい。ここで、「同一の移動距離」とは、例えば、二つの移動距離においてワイヤボンディング装置１の機械的な誤差を許容する移動距離をいう。
ステップＳ１９（図８の時刻ｔ８３）において、図６Ｊに示すように、ワイヤボンディング装置１は、第２テンション付与工程において、クランパ４４でワイヤ４２を把持しながら、クランパ４４とともにボンディングツール４０の先端を、Ｚ軸方向に所定の高さ（ここでは、高さＨ１＋２Ｄ１－Ｄ２）まで上昇させる。換言すると、ボンディングツール４０の先端を、第１テンション解放工程の終点（ここでは、高さＨ１＋Ｄ１－Ｄ２）を始点として、所定の移動距離（ここでは、移動距離Ｄ１）上昇させる。これにより、ワイヤボンディング装置１は、ボンディング端部４２ｃにＺ軸方向にテンションを付与することができる。このとき、制御部８０は、例えば、ボンディングツール４０の先端の高さが高さＨ１＋２Ｄ１－Ｄ２を示す高さ情報を取得すると、ＸＹＺ軸制御部８２によりＺ駆動機構１２を制御して、ボンディングツール４０（クランパ４４）の動作を停止させる。
ステップＳ２０（図８の時刻ｔ８４）において、図６Ｋに示すように、ワイヤボンディング装置１は、第２テンション解放工程において、ワイヤテール４２ａをＺ軸方向に所定の高さ（ここでは、高さＨ１＋２Ｄ１－２Ｄ２）まで下降させる。換言すると、ボンディングツール４０の先端を、第２テンション付与工程の終点（ここでは、高さＨ１＋２Ｄ１－Ｄ２）を始点として、所定の移動距離（ここでは、移動距離Ｄ２）下降させる。これにより、ワイヤボンディング装置１は、ボンディング端部４２ｃにかかるテンションを解放することができる。このとき、制御部８０は、例えば、ボンディングツール４０の先端の高さが高さＨ１＋２Ｄ１－２Ｄ２を示す高さ情報を取得すると、ＸＹＺ軸制御部８２によりＺ駆動機構１２を制御して、ボンディングツール４０（クランパ４４）の動作を停止させる。
ステップＳ２１において、ワイヤボンディング装置１は、ワイヤテール４２ａが切断されたか否かを判定する。具体的には、ワイヤボンディング装置１は、検出部７０において電気信号が検知されなかった場合、ワイヤテール４２ａが切断されたと判定する（ステップＳ２１：ＹＥＳ）。この場合、ワイヤボンディング装置１は、ワイヤテール４２ａを切断するための処理を終了させる。一方、ワイヤボンディング装置１は、検出部７０において電気信号が検知された場合、ワイヤテール４２ａが切断されていないと判定する（ステップＳ２１：ＮＯ）。この場合、ワイヤボンディング装置１は、処理をステップＳ１８に移行する。
また、上記では、時刻ｔ８１～時刻ｔ８４に示すように、第１，第２テンション付与工程及び第１，第２テンション解放工程のみ説明したが、図８の時刻ｔ８５，ｔ８６に示すように、検出部７０において電気信号が検知されなくなるまで、テンション付与工程及びテンション解放工程を繰り返す。
このように、テンション付与工程及びテンション解放工程を繰り返すことで、図８に示すように、複数回のテンション付与工程により段階的にワイヤテール４２ａにテンションをかけて、ワイヤテール４２ａに過大なテンションがかからないよう、ボンディングツール４０を動作させることができる。これにより、ワイヤテール４２ａとボンド点との接続部分（ここでは、ボンディング端部４２ｃ）を徐々に薄くして、切断時点において小さい引っ張り力でワイヤテール４２ａを切断できる。
図６Ｌに示すように、ワイヤボンディング装置１は、ワイヤテール４２ａが切断された場合、図７に示す「電気信号」のグラフ（ＯＦＦ）に示すように、検出部７０において電気信号が検知されないと判定して、テンション付与工程及びテンション解除工程を終了する。
［変形例］
上記において、ワイヤボンディング装置１は、図８に示すように、第１テンション付与工程の移動距離及び第１テンション解放工程の移動距離と同一の移動距離を設定した動作について説明したが、これに限定されない。図９は、テンション付与工程及びテンション解放工程の他の例を示すタイミングチャートである。図９に示すように、ワイヤボンディング装置１は、例えば、第２テンション付与工程の高さ（図９では高さＨ＋Ｄ）が第１テンション付与工程の高さ（図９では高さＨ）よりも高くなるよう設定されていればよい。すなわち、第２テンション解除工程の高さが第１テンション解除工程の高さと同一であってもよい。さらに言うと、第２テンション解除工程の高さ及び第１テンション解除工程の高さは、第２ボンド点と略同一の高さであってもよい。これにより、テンション解除工程における下降の移動量に対する処理が簡素化されるため、システムの処理速度が向上する。
上記において、ワイヤボンディング方法の一例として、ボンディング対象の２点間をワイヤ接続するワイヤボンディングについて説明したが、これに限定されない。例えば、上記の実施形態を、図１０に示すバンプボンディングにおいて、半導体装置２００のボンド点である電極２１２上にバンプ１４０を形成する方法に適用してもよい。この場合、図５のフローチャートからステップＳ１０乃至ステップＳ１４の工程を省略して実現することができる。また、例えば、上記の実施形態を、ウェッジボンディングに適用してもよい。この場合、図５のフローチャートからステップＳ１０の工程を省略して実現することができる。
上記において、ワイヤボンディング装置１は、第２テンション解放工程（ステップＳ２０）の後に、ワイヤテール４２ａが切断されたか否かを判定することとして説明したが、これに限定されない。ワイヤボンディング装置１は、第２テンション付与工程（ステップＳ１９）の後に、ワイヤテール４２ａが切断されたか否かを判定してもよいし、常にワイヤテール４２ａが切断されたか否かを判定してもよい。これにより、遅滞なくワイヤテール４２ａが切断したか否かを判定できるため、ワイヤボンディング装置１のワイヤテール４２ａの切断にかかる動作を減らすことができる。
上記において、ワイヤボンディング装置１は、テンション解放工程においてクランパ４４が閉じているとして説明したが、これに限定されない。テンション解放工程において、クランパ４４が開いていてもよい。これにより、ワイヤ４２のテンションを解放する動作が容易になる。
上記発明の実施形態を通じて説明された実施の態様は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１…ワイヤボンディング装置、１２…Ｚ駆動機構、４０…ボンディングツール、４２…ワイヤ、４２ａ…ワイヤテール、４４…クランパ、６０…超音波振動子、８０…制御部。

Claims (11)

  1. ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置であって、
    ワイヤを挿通するボンディングツールと、
    超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、
    前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、
    前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、
    前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、
    ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、
    前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、
    前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも１回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、
    を実行する、ワイヤボンディング装置。
  2. 前記制御部は、前記テールカット工程において、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を複数回実行する、
    請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
  3. 前記テンション付与工程は、第１テンション付与工程と、前記第１テンション付与工程よりも後に実行される第２テンション付与工程とを含み、
    前記テンション解放工程は、前記第１テンション付与工程と前記第２テンション付与工程の間に実行され、
    前記第２テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量は、前記テンション解放工程における前記ボンディングツールの下降の移動量よりも大きい、
    請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
  4. 前記第１テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量は、前記第２テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量と同一である、
    請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  5. 前記第１テンション付与工程における前記ボンディングツールの上昇の移動量は、前記テンション解放工程における前記ボンディングツールの下降の移動量と同一である、
    請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  6. 前記制御部は、
    前記ボンディングツールの先端のワイヤを第１ボンド点にボンディングする第１ボンディング工程と、
    前記第１ボンディング工程を実行した後、前記第１ボンド点から、前記ボンド点である第２ボンド点に向かってワイヤをループさせるワイヤループ工程と、
    をさらに実行する、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  7. 前記ボンディング工程は、前記ボンディングツールの先端のワイヤをボール状に形成し、前記ボール状に形成されたワイヤを前記ボンド点にボンディングすることを含む、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  8. クランプされたワイヤに供給される電気信号に基づいて、前記ボンド点で前記ワイヤテールが切断されたことを検出する検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記検出部において前記ボンド点で前記ワイヤテールが切断されたことが検知されたときに、前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を停止させる、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のボンディング装置。
  9. ワイヤボンディング処理を行うワイヤボンディング装置を用いて実行されるワイヤ切断方法であって、
    前記ワイヤボンディング装置は、
    ワイヤを挿通するボンディングツールと、
    超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、
    前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、
    前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
    を備え、
    前記ワイヤ切断方法は、
    前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディング工程と、
    前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出工程と、
    ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与工程と、
    前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放工程と、
    前記テンション付与工程及び前記テンション解放工程を含む一連の工程を少なくとも１回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカット工程と、
    を実行する、ワイヤ切断方法。
  10. ワイヤボンディング装置にワイヤボンディング処理を実行させるプログラムであって、
    前記ワイヤボンディング装置は、
    ワイヤを挿通するボンディングツールと、
    超音波ホーンを介して前記ボンディングツールに超音波振動を供給する超音波振動子と、
    前記ボンディングツールを移動させる駆動機構と、
    前記ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
    を備え、
    前記プログラムは、前記ワイヤボンディング装置に、
    前記ボンディングツールでワイヤを押圧することによって、ボンディング対象であるボンド点にワイヤをボンディングするボンディングステップと、
    前記ボンド点にボンディングされたワイヤからワイヤテールを繰り出すテール繰出ステップと、
    ワイヤをクランプした状態で、前記ボンディングツールを上昇させて、ワイヤにテンションを付与するテンション付与ステップと、
    前記ボンディングツールを下降させて、ワイヤに付与されたテンションを解放するテンション解放ステップと、
    前記テンション付与ステップ及び前記テンション解放ステップを含む一連のステップを少なくとも１回実行した後、前記ボンディングツールを上昇させて、前記ボンド点にボンディングされたワイヤから前記ワイヤテールを切断するテールカットステップと、
    を実行させる、プログラム。
  11. 前記テンション付与工程における上昇量、及びテンション解放工程における下降量は、前記ワイヤの太さに対する所定の割合によって設定される、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のボンディング装置。
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