JPH01296637A - ハイブリッド集積回路のワイヤボンディング装置 - Google Patents

ハイブリッド集積回路のワイヤボンディング装置

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JPH01296637A
JPH01296637A JP63127840A JP12784088A JPH01296637A JP H01296637 A JPH01296637 A JP H01296637A JP 63127840 A JP63127840 A JP 63127840A JP 12784088 A JP12784088 A JP 12784088A JP H01296637 A JPH01296637 A JP H01296637A
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wire
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常野　宏
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Takeshi Hasegawa
猛 長谷川
Minoru Torihata
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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、電気絶縁性材料から成る基板
上に集積回路チップと、抵抗およびコンデンサなどのよ
うなディスクリート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。
関東、基板上に形成された導体の材料としては、金ペー
ストならびに銀パラジウム、および銀白金などの銀系ペ
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、また金ペーストを用いると基板とグ）
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。８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
、これによって集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゛Ｃ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１ヒ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、この場合には、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
めの作業空間に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
つ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。＋１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、かつ構成的
に簡単なハイブリッド集積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ク゛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１本と
集積回路チップとを接続するキャピラリと、 直配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ｆｌ：全孔が
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、 ハウジングのワイヤのボンディング作業空間内で基板を
予め定めた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、 キャピラリを実質的に重犯交差方向に変位駆動する変位
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
に長めの形状を有し、 移動カバーは、キャピラリの変位駆動手段に連動して前
記交差方向に移動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〉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、集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゛ヤピラリが挿通する１Ｆ業孔が形成される。この（
ヤ全孔は、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。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。
移動カバーは、キャピラリの変位駆動手段に連動して前
記交差方向に移動する。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
、１ヤ業孔を介して空気がハウジング内のワイヤボンデ
ィング作ズ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。
したがって電気抵抗が小さい状態で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、移動カバーに関して前記搬
送方向および交差方向ｌ＼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［２１は１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１には加熱手段２が設けられ、加熱手
段２上には搬送手段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
・１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２図は、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４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〉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
た状信でキャピラリ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１１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平面図
である。供給手段９からは基板４に集積回路チッ１５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内 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ｌの
出口１４から排出され、収納手段１３へ収納される。
第４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［？ｌ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の土壁１６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２０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から
取出された状態で１ヤ業孔１７および挿通孔１８を介し
て前記ワイヤボンディング１Ｆ業空間１１内の基板４　
ａの前記ワイヤボ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、・＝、１２１＜
以下、総称するときは部分作業領域１２と称する〉の−
部を撮Ｉｓする工業用テレビカメラ２２が取はアーム２
１に取けけられる。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、ワイヤボンディング作業をするにあたっ
ては、キャピラリ７を前記挿通孔１８よりも上方に移動
させてその挿通孔１８の真上から水平方向にずらした状
態でこの工業用ブレビカメラ２２を挿通孔１８の真上に
移動して撮像するようにする。
ボンディングへンド２６は、移動手段２３によって搬送
手段３および基板４と平行な水平面内で変位駆動される
。前記移動手段２３は、搬送手段３の長平方向（第１図
、第２図および第３図の左右方向、第６［２Ｉの紙面垂
直方向、以下、Ｘ方向とする）にボンディングヘッド２
６を変位駆動するＸ方向駆動テーブル２４と、前記搬送
手段３および基板・１の幅方向（第１図の紙面に垂直方
向、第２図および第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ッド２６および工業用テトビ
カメラ２２は、前記Ｘ方向駆動テーブル２１１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ッド２１には、キャピラリ７および
キャピラリ７を固定するアーノ、２ｏｆ！：鉛直方向（
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ｆ＊２６ａが設けられている。
移動カバー１５は、アーノ、２７を介してＹ方向移動テ
ーブル２４によってＹ方向に変位駆動される。キャピラ
リ７の位置は移動カバー１５の挿通孔１８の中心に来る
様に機械的に取付けられている。したがって、移動カバ
ー１５はキャピラリ７のＹ方向の移動変位に同期して移
動変位する。キャピラリ７がワイヤボンディングｆ’ｌ
”　ＲのためにＸ方向に移動しても、移動カバー１５は
Ｘ方向には動かない、前記Ｘ方向駆動テーブル２・１の
可動範囲はわずかであり、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、集積回路ナンプ５
と各導体６とのＸ方向に関するワイヤボンディング作業
を行うことができる程度に動くことができ、しかも高精
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１ヤ業領域１２のうちの一部分でギヤピ
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キャピラリ７が挿通孔１７
の内周面に衝突しない程度の大きさ、 （３）さらに、還元性ガスが外部に可及的に漏洩しない
程度の大きさ、 の各条ｆ′＋を満足する大きさに形成される。
前記ワイ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
水素ガスとの混合ガスであるフォーミングガスがあり、
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１
Ｆを説明するための図である。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−１；Ｌのワイヤボンディング
１ヤ業領域１１の一部分子！：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：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ｔｔ１’Ｅ＋がら成るワイ
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［ＩＪ（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土の集積回路チノフ゛５の電極３６に、ワイヤ３
４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を丙
かに上昇させて木下移動し、前記基板・ｌａ上の導体６
にワイヤ３４の途中位置を押ｆ寸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７７（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３１１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￥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の撮像結果に基づ
いてワイヤボンディング１ヤ業を行う。移動カバー１５
の下面とハウジング１の上面との間は気富とされ、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ｌ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Ｃヒする
ことなく、導体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との接合強度は大き
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。この部分作
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ｆｉｌ：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［］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−）いて順次ワ
イヤボンディング作業を行うことによって、前記基板４
ａ上のワイヤボンディング作業領域１１に取付けられた
すべての集積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に取付
けられたすべての集積回路チップ５についてワイヤボン
ディング作業が終了すると、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Ｙ方
向駆動テーブル２５に□連結させ、この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と基
板４および集積回路チップ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方向およびＹ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ｌｌ上のワイヤボ
ンディングすべき頗１！１１を分割して各部分作業領域
１２Ｋ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２６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ッド基板）などでも、当
該基板上のすべてのワイヤボンディング作又領域につい
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。
池の実施例としては、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とギヤピラリ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１１および集積回路
チップ５との相対的、かつ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１ヤ業空間内ｌ＼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合には、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、ワイ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琵回路チップ等
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および交差
方向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
ｔ′＃−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
はハイブリッド県債回路を構成する基板１１の平面図、
第３図はハウジング１とその付近の簡略化した下面図、
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図は動作を説明するため
の図である。 １・・・ハウジング、２・・・加熱手段、３・・・搬送
手段、４．４ａ・・・基板、５・・・＃＠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・
・・（ｆ裏孔、１８・・・挿通孔、２１・・・工業用テ
レビ取付アーム、２．１・・・Ｘ方向駆動テーブル、２
５・・・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、３４・・・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　　弁理上　画数　圭一部 第１図 第２図 第３図 第４因 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、 ハウジングのワイヤのボンディング作業空間内で基板を
    予め定めた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、 キャピラリを実質的に前記交差方向に変位駆動する変位
    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
    に長めの形状を有し、 移動カバーは、キャピラリの変位駆動手段に連動して前
    記交差方向に移動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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3550596A1 (en) * 2018-04-04 2019-10-09 Infineon Technologies AG Arrangements and method for providing a wire bond connection
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