JPH01296636A - ハイブリッド集積回路のワイヤボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ハイブリッド集積回路のワイヤボンディング
を行うための装置に関する。

従来の技術 ハイブリッド集積回路は、電気絶縁性材１″ｌから成る
基板上に集積回路チップと、抵抗およびコンデンサなど
のようなディスクリ−１−電子部品を取付けて、基板上
に形成した導体を介して電気的に接続した構成を有する
。

従来、基板上に形成された導体の材料としては、金ベー
ス［−ならび”に銀パラジウム、および銀白金などの銀
糸ペーストなどが使用されていた。しかしながら、金ペ
ーストは高価であり、また金ベーストを用いると基板と
の接着強度が弱く、剥離しやすかった。また、銀ペース
トを用いると、マイグレーション（金属原子の移行〉が
発生しやすく、このため各配線間において短絡が起こり
やすくなり、高密度な配線を実現することが困難であっ
た。

この問題を解決するために、安価で、かつ電気抵抗の低
い銅が用いられていた。銅ペーストは、マイグレーショ
ンが発生しにくいために、高密度の配線を実現しやすく
、これによって４Ａ積回路の小形化を容易にしている。

しかしながら銅は酸化しやすいために、ワイヤボンディ
ングを行う際に良好な電気的特性を達成することが困難
である。

すなわち、ワイヤボンディングはたとえば２５０℃程度
の温度状況において行われるけれども、このような状態
の空気の雰囲気中では酸化銅の被膜が生じてしまう。こ
のため、ワイヤボンディングが不可能であった。

この問題を解決するために、銅系導体との接続を還元性
雰囲気内で行うことが単純には考えられる。しかしなが
ら、このＪ％６には、集積回路チップと基板上に形成し
た導体とをキャピラリを介してワイヤボンディングする
ためのｆＥ業全空間おいて還元性雰囲気を形成するハウ
ジングを設け、このハウジング内にキャピラリを挿入し
、か′）このキャピラリがワイヤボンディングのために
移動することができるようにするための比較的大きな作
業孔を形成する必要がある。そうすると、この作業孔を
介して空気がワイヤボンディングの作業空間内に侵入し
、銅に酸化膜が形成してしまう恐れが生じる。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、銅などの導体とのワイヤボンディング
を良好な電気的特性で達成することができるハイブリッ
ドｆｆ１１回路のワイヤボンディング装置を提供するこ
とである。

課題を解決するための手段 本発明は、−表面に導水が形成された電気絶縁性基板上
に集積回路チップを接着した状態で前記導体と集積回路
チップとをワイヤボンディングするハイブリッド集積回
路のワイヤボンディング装置において、 前記基板上の導体と集１′ａｒｇＪ路チップとを接続す
るためのワイヤが供給され、このワイヤによって前記導
体と集積回路チップ゛とを接続するキャピラリと、 前記基板を収納する空間を有し、この空間内には還元性
ガスまたは不活性ガスが供給され、ワイヤボンディング
すべき領域の上方にキャピラリが挿通ずる作業孔が形成
されるハウジングと、ハウジング内のワイヤのボンディ
ング作業空間内において、基板を予め定める搬送方向に
移動変位さ仕る搬送手段と、 前記基板を加熱する加熱手段と、 前記作業孔を覆い、キャピラリが挿通ずる必要最小限度
の大きさの挿通孔を有し、前記搬送方向に対して交差す
る方向に変位自在である移動カバーと、 移動カバーを前記交差方向に変位駆動する変位駆動手段
と、 キャピラリを実質的に前記交差方向に駆動変位する変位
駆動手段とを含み、 前記作業孔は、キャピラリが前記交差方向に変位してワ
イヤボンディングすることができるように前記交差方向
に長めの形状を有することを′Ｉ）　ｍとするハイブリ
ッド集積回路のワイヤボンディング装置である。

作　　用 本発明に従えば、還元性ガスまたは不活性ガスが供給さ
れたハウジング内のワイヤボンディング作業領域内にお
いて集積回路チップが接着された基板が収納される。こ
の基板は、搬送手段によって前記ワイヤボンディング作
業空間内において予め定める搬送方向に移動変位される
。前記ハウジングには、ｉＡ積回路チップと基板上に形
成された導体とをワイヤボンディングすべき領域の上方
にキャピラリが挿通する作業孔が形成される。この１′
ｒ−全孔は、キャピラリが実質的に前記搬送方向に対し
て交差する方向に変位してワイヤボンディングすること
ができるように前記交差方向に長めの形状を有する。

前記ハウジングには、ワイヤボンディングすべき領域の
上方に前記作業孔を覆う移動カバーが乗載される。この
移動カバーには、前記キャピラリが挿通ずる挿通孔が形
成される。この移動カバーは、変位駆動手段によって前
記交差方向に変位駆動される。前記キャピラリは、変位
駆動手段によって実質的に前記交差方向に駆動変位され
る。

したがって移動カバーはキャピラリの動作を妨げること
なく、前記作業孔を覆うことができ、これによってワイ
ヤボンディングする際において、ｆヤ全孔を介して空気
がハウジング内のワイヤボンディング作業空間内に侵入
することが阻止され、たとえば銅などから成る導体が酸
化するのを防ぐことができる。したがって接合強度の高
いワイヤボンディングすることができるとともに、高密
度で導体を形成することが可能となる。

このように本発明に従えば、移動カバーの搬送方向への
変位駆動手段を設けることなく、キャピラリによるワイ
ヤボンディングを行うことができ、装置全体の構成が簡
単になる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の一部を示す断面図である
。ハウジング内ング動作手段２が設けられ、加熱手段２
上には搬送ｆ−段３が乗載され、この搬送手段３上には
複数のハイブリッド集積回路をそれぞれ構成する基板４
が固定されており、各基板４上には複数の集積回路チッ
プ５が接着剤によって接着される。

第２１２Ｉは、ハイブリッド集積回路を構成するセラミ
ックスなどの電気絶縁材料から成る基板ｌｌ上に複数の
集積回路チップ５が前述のように接着されており、各集
積回路チップ５と基板４の一表面に形成される導体６と
はキャピラリ７によってワイヤボンディングされて電気
的に接続される。複数の集積回路チップ５と基板４上の
導体６とをワイヤボンディングするために搬送手段３が
停止した状態でキャピラリ７が移動する必要がある。ワ
イヤボンディング作業領域は、第２図において参照符１
１によって示されている。

第３図は、ハウジング１とその付近の構成を示す下面図
である。供給手段９からは基板４に集積回路チノフ゛５
が接続された状態であるハイブリッド集積回路の半完成
品が搬送手段３に固定されてハウジング１の入口１０か
らハウジング１のワイヤボンディング作業空間１１内に
装入される。ワイヤボンディング作業を完了した基板４
は、搬送手段３とともに駆動手段４１（第６図参照）に
よってハウジング１の出口１４から排出され、収納手段
１３へ収納される。

第１１図は、ハウジング１の斜視図である。ハウジング
１上には、移動カバー１５が配置される。

第５図は、ハウジング１と移動カバー１５とを示す斜視
図である。ハウジング１の上ｆｆ１１６にはキャピラリ
７によってワイヤボンディング作業を行うための作業孔
１７が形成されている。この移動カバー１５は、常時、
前記作業孔１７を覆い、この作業孔１７に臨む挿通孔１
８を有する。

第６図は、装置全体の構成を示す部分断面図である。前
記キャピラリ７は、アーム２ｏを介してボンディングヘ
ッド２６に固定されている。ボンディングヘッド２６に
は、キャピラリ７が作業孔１７および挿通孔１８がら取
出された状態で作業孔１７および挿通孔１８を介して前
記ワイヤボンディング作業空間１１内の基板４ａの前記
ワイヤホンディング作業領域１１を構成する各部分作業
領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、−，１２ｉ　（以下、総
称するときは部分作業領域１２と称する〉の−部な撮像
Ｖ−る工業用テレビカメラ２２が取付アーノ、２１に取
付けられる。前記キャピラリ７とこの工業用テレビカメ
ラ２２とは、水平面内でずれた位置に配設されているけ
れども、ワイヤホンディング作業をするにあたっては、
キャピラリ７を前配挿通孔１８よりも上方に移動さＱ゛
てその挿通孔１８の直上から水平方向にずらした状態で
この工業用テレビカメラ２２を挿通孔１８の真上に移動
して撮像するようにする。

ボンディングへノド２６は、移動手段２３によって搬送
手段３および周板、■と平行な水下面内で変位駆動され
る９前記移動下段２３は、搬送手段３の長手方向く第１
図、第２図および第３（２Ｉの左右方向、第０（２１の
紙面垂直方向、以下、Ｘ方向とする）にボンディングヘ
ノド２６を変位駆動するＸ方向駆動デープル２・ｌと、
前記搬送手段３および、！！板４の幅方向（第１図の紙
面に垂直方向、第２１Ａおよび第３図の上下方向、第６
図の左右方向、以下、Ｙ方向とする）にボンディングヘ
ッド２６を変位駆動するＹ方向駆動テーブル２５とを含
む。

したがってボンディングヘノド２６および工業用テレビ
カメラ２２は、前記Ｘ方向駆動テーブル２４およびＹ方
向駆動テーブル２５によって一体的にＸ方向、Ｙ方向に
それぞれ移動される。

前記ボンディングヘノド２６には、キャピラリ７および
キャピラリ７を固定するアーム２ｏを鉛直方向く以下、
Ｚ方向とする）に上下に昇降変位駆動するＺ方向駆動機
構２６ａが設けられている。

前記移動カバー１５は、アーム２７を介してＹ方向移動
テーブル２８によってＹ方向に変位駆動される。キャピ
ラリ７が移動カバー１５の挿通孔１８に挿通されている
状態においては、Ｙ方向駆動テーブル２５．２８は同期
してキャピラリ７および移動カバー１５をそれぞれ駆動
する。ｉＭ記Ｘ方向駆動テーブル２４の可動範囲はわず
がてあり、その動作は高精度に設定されている。すなわ
ち、キャピラリ７は、集積回路チップ５と各導体６との
Ｘ方向に関するワイヤボンディング「ヤ業を行うことが
できる程度に動くことができ、しが５高精度である。一
方、Ｙ方向駆動テーブル２５は、ハイブリッド集積回路
の全幅方向に移動可能であり、しかも高精度に設定され
ている。

前記移動ガバー１５の挿通孔１７の大きさは、（１）前
記部分作業領域１２のうちの一部分（前記撮像できる範
囲）を前記工業用テレビカメラ２２で撮像できる程度の
大きさ、 〈２）その部分子ｔ業領域１２のうちの一部分でキャピ
ラリ７がワイヤボンディング作業を行うためにＹ方向お
よびＸ方向に移動するときにギヤピラリ７が挿通孔】７
の内周面に衝突しない程度の大きさ、 （３）さらに、ｊ−凡作カスが可及的に外部に漏洩しな
い程度の大きさ、 の各条件を満足する大きさに形成される。

萌記ワｆヤボンディング作業空間１１内には、挿通管３
１を介して挿通孔３２から還元性ガスまたは不活性ガス
が供給される。還元性ガスとしてはたとえば窒素ガスと
水素ガスとの混きカスであるフ４−ミングガスがあり、
また、不活性ガスとしてはたとえば窒素ガスがある。

第７図は、キャピラリ７によるワイヤボンディング動ｆ
％を説明するたｙ）の図である。キャピラリ７が移動カ
バー１５の挿通孔１８から取出された状態で工業用テレ
ビカメラ２２によって基板４　ＥＬのワイヤボンディン
グ作業領域２１の一部分を撮像し、次に撮像結果に基づ
いてキャピラリ７を前記挿通孔１８を介して作業孔１７
内に装入し、ワイヤボンディング作業を行う。

ワイヤボンディング作業を行うには、まず第７図（１）
に示されるように、金などの材料から成るワイヤ３４の
一端部３５がキャピラリ７の先端部から突出している。

次に第７図く２）に示されるように、前記加熱手段２に
よって２５０°Ｃ程度に加熱されている基板４ａ上の集
積回路チップ５の電（至）３６に、ワイヤ３４の一端部
３５をキャピラリ７によって超音波熱圧着ボンディング
法あるいは熱圧着ボンディング法によって接続する。

次に第７図（３）に示されるように、キャピラリ７を代
かに上昇させて水平移動し、前記基板・ｌａ上の導体６
にワイヤ３４の途中位置を押付けて超音波熱圧着ボンデ
ィング法あるいは熱圧着ボンディング法によって接続す
る。そこで、第７［］（４）に示されるように、キャピ
ラリ７を移動し、クランパ３７によってワイヤ３４を把
持して上昇し、参照符３８で示す部分でワイヤ３４を分
断する。その後、キャピラリ７から下方に突出している
ワイヤ３４の先端部３５を第７図（５）の先端部と同様
に放電によ−）で球状に形成し、次のワイヤボンディン
グ作業の準備状態とする。

キャピラリ７は、前記移動手段２３によって移動されて
前述と同様に工業用テレビカメラ２２のＳ程結果に基づ
いてワイヤボンディング作業Ｐ業を行う。移動カバー１
５の下面とハウジング１の上面との間は気密とされ、キ
ャピラリ７の外周面と挿通孔１８の内周面との間隙は僅
かであるので、ハウジング１のワイヤボンディング作業
空間１１内に空気が侵入することはない。したがってワ
イヤ３４と導体６との接続時に導体６の表面が酸「ヒす
ることなく、導１本６とワイヤ３４とは低抵抗で電気的
に接続され、しかも導体６とワイヤ３４との接３強度は
大きい。

前記作業孔１７の真下に配設された基板４ａ上の全ての
集積回路チップについてワイヤボンディングする際には
、その搬送方向最下流側の部分作業領域１２ａ側から、
順次、ワイヤボンディング作業が行われる。この部分１
１°業領域１２ａ内の全ての集積回路チップについてワ
イヤボンディングｆヤ業が終了すると、次に駆動手段４
１（第６図参照）によって搬送手段３が搬送方向下流側
（第１図および第２図の右方）に移動され、隣接する新
たな部分作業領域１２ｂが作業孔１７の直下に配置され
て前述と同様なワイヤボンディング作業が行なわれる。

このようにして各部分作業領域１２について順次ワイヤ
ボ〉ディング作業を行うことによって、前記基板４ａ上
のワイヤボンディング作業領域１１に取付けられたすべ
ての４Ａ’ｌ’５回路チップについてワイヤボンディン
グ作業を完了することができる。

このようにして作業孔１７の直下の基板４ａに取１寸け
られたすべての集積回路チップについてワイヤボンディ
ング（Ｖ業が終了すると、前記駆動手段４１によって搬
送手段３が搬送方向下流側に移動され、隣接する新たな
基板４が作業孔１７の直下に配置されて前述と同様なワ
イヤボンディング作業が行なわれる。

このように本実施例の装置では、移動カバー１５を移動
させるための移動手段としてＹ方向駆動テーブル２５に
同期したＹ方向駆動テーブル２８のみを使用しており、
Ｙ方向駆動テーブル２５と前記搬送手段３とによってキ
ャピラリ７と集積回路チップ５との相対的な位置決めを
行うようにしたので、移動カバー１５のＸ方向駆動テー
ブルを設ける必要はなく、装置全体の構成が簡単となる
。

また、本実施例では基板４上のワイヤボンディングすべ
き領域１１を分割して各部分作業領域１２町にワイヤボ
ンディング作業を行うようにしたので、ボンディングヘ
ッド２１のＸ方向の可動範囲を越えた大形基板（たとえ
ばサーマルヘンド基板）などでも、当該基板上のすべて
のワイヤボンディング作業領域についてワイヤボンディ
ングすることができ、その機能性が格段に向上される。

前記導体は銅系であるけれども、他の実施例においては
、その他の金属が用いられてもよい。

他の実施例としては、前記キャピラリ７のＸ方向駆動テ
ーブル２４を省略してもよい。このときには、各基板４
を搬送する搬送手段３とキャピラリ７のＹ方向駆動テー
ブル２５とを駆動することによって、高精度でハイブリ
ッド集積回路とキャピラリ７とを相対的に変位移動して
ワイヤボンディング作業を行うようにしてもよい。

キャピラリ７をＺ方向にのみ変位駆動する手段を設け、
ハウジング１をＸ方向駆動テーブルとＹ方向駆動テーブ
ル上に配置して、キャピラリ７と基板４および集積回路
チップ５との相対的、が−）高精度な位置決めを行うよ
うにしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、ワイヤボンディング作業
中においてワイヤボンディング作業空間内への空気など
の侵入を防ぐことができ、導体の材料としてたとえば銅
などが用いられた場きには、その酸化を防ぐことができ
る。したがって、電気抵抗が小さな状態で接続すること
ができるとともに、ワーｆヤの接合強度を強くするなど
の極めて良好な電気的特性で導体と集積回路チップ等の
ワイヤボンディングを実現することができる。

また本発明に従えば、移動カバーの搬送方向についての
変位駆動手段を設ける必要がないので、装置全体の構成
が簡単になる。さらにワイヤボンディングすべき作業領
域のキャピラリに対する搬送方向の移動を搬送手段によ
って行うようにしたので、キャピラリの可動範囲を越え
る大形基板についてもワイヤボンディングすることがで
き、その機能性が格段に向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一部を示す断面図、第２図
はハイブリッド集積回路を構成する基板Ｘｌの平面図、
第３図はハウジング１とその付近の簡略１ヒした平面図
、第４図はハウジング１の斜視図、第５図はハウジング
１および移動カバー１５を示す斜視図、第６図は装置全
体の構成を示す部分断面図、第７（２Ｉは動ｆ１１：を
説明するための図である。 ■・・・ハウジング、２・・・加熱手段、３・・・搬送
手段、−４，４ａ・・・基板、５・・・集積回路チップ
、６・・・導体、７・・・キャピラリ、１１・・・ワイ
ヤボンディング作業空間、１５・・・移動カバー、１７
・・・作業孔、１８・・・挿通孔、２１・・・工業用テ
レビ取はアーム、２４・・・Ｘ方向駆動テーブル、２５
・・・Ｙ方向駆動テーブル、２６・・・ボンディングヘ
ッド、２６ａ・・・Ｚ方向駆動機構、２８・・・Ｙ方向
駆動テーブル、３−１・・・ワイヤ、１１・・・ワイヤ
ボンディング作業領域、１２・・・部分作業領域 代理人　　弁理士　西教　圭一部 第　１　図 第２図 第３図 ９　　　　　ｌｂ１３ 第４図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一表面に導体が形成された電気絶縁性基板上に集積回
   路チップを接着した状態で前記導体と集積回路チップと
   をワイヤボンディングするハイブリッド集積回路のワイ
   ヤボンディング装置において、前記基板上の導体と集積
   回路チップとを接続するためのワイヤが供給され、この
   ワイヤによって前記導体と集積回路チップとを接続する
   キャピラリと、 前記基板を収納する空間を有し、この空間内には還元性
   ガスまたは不活性ガスが供給され、ワイヤボンディング
   すべき領域の上方にキャピラリが挿通する作業孔が形成
   されるハウジングと、前記基板を加熱する加熱手段と、 ハウジング内のワイヤのボンディング作業空間内におい
   て、基板を予め定める搬送方向に移動変位させる搬送手
   段と、 前記作業孔を覆い、キャピラリが挿通する必要最小限度
   の大きさの挿通孔を有し、前記搬送方向に対して交差す
   る方向に変位自在である移動カバーと、 移動カバーを前記交差方向に変位駆動する変位駆動手段
   と、 キャピラリを実質的に前記交差方向に駆動変位する変位
   駆動手段とを含み、 前記作業孔は、キャピラリが前記交差方向に変位してワ
   イヤボンディングすることができるように前記交差方向
   に長めの形状を有することを特徴とするハイブリッド集
   積回路のワイヤボンディング装置。