JPH02213146A - ワイヤボンディング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法および装置

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JPH02213146A JP1033426A JP3342689A JPH02213146A JP H02213146 A JPH02213146 A JP H02213146A JP 1033426 A JP1033426 A JP 1033426A JP 3342689 A JP3342689 A JP 3342689A JP H02213146 A JPH02213146 A JP H02213146A
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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、ワイヤボンディング技術に関し、特に被覆ワ
イヤを用いた半導体集積回路装置の組立におけるワイヤ
ボンディング工程に適用して有効な技術に関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路装置の製造における組立工程では、所定
の集積回路が形成された半導体ベレット上に設けられた
多数の外部接続電極と、実装時に外部接続端子として機
能する複数のリードとを接続する方法として、両者の間
に導電性の金属線を架設するワイヤボンディング技術が
知られている。
一方、近年における半導体集積回路装置への一層の高集
積化および小形化などの要請に呼応して、接続すべき外
部接続電極の密度が飛躍的に増大しつつあり、これに伴
ってボンディングワイヤの間隔および線径は微細化の一
途をたどっており、ボンディングワイヤ相互の短絡やボ
ンディングワイヤの剛性の低下によるワイヤループ異常
等の問題を生じてきている。
上記のような現象に対処すべく、金属からなる芯線に絶
縁被覆を施した被覆ワイヤを用いたワイヤボンディング
技術が知られている。
しかし、キャピラリ等のボンディング工具に挿通された
ワイヤの先端部を溶融させてボール状に形成してボンデ
ィングを行う周知のポールボンディング技術では、リー
ド側でのボンディングは絶縁被覆されたワイヤの側面を
リード表面に対して押圧して行うため、接合強度の低下
や電気抵抗の増大等のボンディング信頼性の低下が懸念
される。
以上の観点から、特開昭６２−１４０４２８号公報およ
び特開昭６２−１０４１２７号公報において、被覆ワイ
ヤを用いたワイヤボンディング、特にリード側へのボン
ディングについての改良案が開示されている。
前者は、被覆ワイヤのリード側へのボンディング動作に
際して、ボンディング工具による押圧力を多段階に増大
させることにより、被覆ワイヤの芯線とリードとの間に
介在する絶縁性の被覆膜を排除して接合部の信頼性を確
保しようとするものである。
後者は、ボンディング工具の加熱と、ボンディング工具
への超音波の加振を併用することにより被覆膜を排除す
るものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記のいずれの技術によっても、被覆ワイヤ
のリード側へのボンディングに際して、被覆膜を接合部
に介在させたままの状犠でボンディングを開始する点に
ふいて変わりなく、上記被覆膜が熱変性するなどして生
じた異物が芯線とリードとの間に残存してボンディング
部における接合強度の劣化や電気抵抗の増大の原因とな
ることが懸念され、ボンディング信頼性を向上させるこ
とは難しかった。
さらに、上記両技術にふいては、被覆ワイヤの芯線とボ
ンディング工具との間に被覆膜が介在した状態でボンデ
ィングが行われるため、ボンディング荷重や加熱等によ
ってワイヤから剥離した被覆膜片や異物がボンディング
工具のワイヤ挿通部に入り込んでこれを汚染し、被覆ワ
イヤの内情な繰り出しや引込操作を阻害する要因となり
、安定したボンディング作業の実現を困難にしていた。
本発明は、上記課題１４着目してなされたものであり、
その目的は下記の通りである。
すなわち第１の目的は、被覆ワイヤと第２の位置におけ
る接合信頼性の確保に際して、装置構成を複雑化するこ
となくこれを実現できる技術を提供することにある。
第２の目的は、被覆ワイヤを構成する被覆膜に起因する
ボンディング工具の汚染を防止して、安定したボンディ
ング作業を可能にする技術を提供することにある。
第３の目的は、ワイヤの繰り出しおよび引き込み動作を
安定して行うことのできる技術を提供することにある。
第４の目的は、・ボンディングボールの形成の際に、常
に安定したボール形成を可能とする技術を提供すること
にある。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発胡のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、概ね次のとおりである。
第１に、位置情報に基づいて算出される所要の長さだけ
被覆ワイヤをボンディング工具の先端部から引き出し、
被覆ワイヤにおける第２の接合予定部位で被覆ワイヤの
芯線と放ｉＥ電極との間で被覆膜を介して放電を行わせ
、その際の放電エネルギによって予め被覆膜の一部を除
去して芯線の露出部を形成した後、第１の接合予定部位
である被覆ワイヤの先端の芯線と上記と同一の放電電極
との間で被覆膜を介して放電を行わせ該先端の被覆膜を
除去して芯線を溶融してボールを形成した後、該ボール
を第１の位置に接合し、引き続いてボンディング工具か
ら繰り出された被覆ワイヤの上記露出部を第２の位置に
接合するものである。
これを実現するために、ボンディング工具ニ挿通された
被覆ワイヤの第１の接合予定部位である被覆ワイヤの先
端の直下位置と、該被覆ワイヤの第２の接合予定部位で
ある被覆ワイヤの側面の位置との間を変位可能な放電電
極を備えた装置構造とするものである。
また、上記放電の際に放電電極の電極面に対して気体の
吹き付けを行うものである。
第２に、スプールよりボンディング工具に至る間にワイ
ヤの軸芯方向とほぼ垂直方向に付勢力を加え、上記所定
のボンディング部位とは逆方向にワイヤに対して張力を
加えると同時に、該付勢力の印加と同位置でワイヤを認
識することによってワイヤのたるみ状態を検出し、該検
出結果より、たるみが常に一定となるようにスプールの
回転を制御するものである。
第３に、ボール形成あるいは被覆膜除去のだめの放電に
際して、ボンディングの進行にともなう被覆ワイヤ長の
減少によって生じる電圧降下を随時検出するとともに、
これを放電電極と先端部との間の放電ギャップにおける
電圧降下に加算して次の放電の印加電圧を算出するもの
である。
また、この時に放電ギャップにおける降下電圧を予め放
電ギャップ長と放電電流との関数として用意しておくも
のである。
第４に、ワイヤスプールよりボンディング工具に挿通さ
れたワイヤの第１の接合予定部位を第１の位置に接合し
た後、ボンディング工具内でワイヤを自由状態にしてボ
ンディング工具を所定高さまで上昇させた後、水平方向
への移動とともにボンディング工具を第２の位置に下降
させる際に、上記ワイヤに対して第２の位置とは逆方向
に引張力を作用させるものである。
これを実現するために、ワイヤスプールよりボンディン
グ工具に至るワイヤ経路上に被覆ワイヤを側面より把持
するとともに、少なくとも固定クランプ状態と摩擦クラ
ンプ状態との２段階以上の把持力の制御が可能なりラン
バを備えたワイヤボンディング装置構造とするものであ
る。
第５に、先の半導体チップにおける最終ワイヤのボンデ
ィングが完了した後に、後続の被覆ワイヤにおける一定
長の第２の接合部位における被覆膜を除去し、後の半導
体チップまたは取付部材に対してダミーボンディングを
実行し、引き続いて後の半導体チップに対して第１ワイ
ヤのボンディングを行うものである。
〔作用〕
上記した第１の手段によれば、放電電極をボール形成用
と被覆膜除去用とで共用することにより、装置構造を複
雑化することなく被覆ワイヤにおける第１の接合予定部
位と第２の接合予定部位におけるボール形成ならびに芯
線の露出が可能となり、被覆ワイヤを用いた接合信頼性
の高いワイヤボンディングが可能となる。またこれは上
記放電電極を、被覆ワイヤの第１の接合予定部位である
被覆ワイヤの先端の直下位置と、該被覆ワイヤの第２の
接合予定部位である被覆ワイヤの側面の位置との間を変
位可能な棒コとすることによって容易に実現することが
できる。さらに、この時に放電電極面に対して気体の吹
き付けを行うことによって、被覆膜の熱分解ガス等の被
着による放電電極の汚染を防止することができ、長期に
わたって安定した放電状態を維持できる。
第２の手段によれば、ワイヤテンションおよびワイヤの
認識を同位置かつ同時に行うことができるため、ワイヤ
に対する引張力の印加とワイヤの検出とが同位置でかつ
同時に行うことができるため、ワイヤスプールの回転制
御を適切に制御でき、ワイヤを常に一定のたるみ状態に
維持することができる。このため、ボンディング工具の
上方においてワイヤの引張力にばらつきを生じることな
く、常に安定したボンディング作業が可能となる。
第３の手段によれば、被覆ワイヤ長の減少にともなって
、常に最適な印加電圧を供給できるため、安定した大き
さのボール形成、および安定した範囲での被覆膜の除去
が可能となり、ワイヤスプールに巻回された被覆ワイヤ
長にかかわらず、接合信頼性の高い安定したワイヤボン
ディングが可能となる。
第４の手段によれば、形成されるワイヤループの高さの
制御が可能となるため、ワイヤループを形成するワイヤ
の長さを安定に制御できるので、ワイヤの第２の接合予
定位置（被覆膜除去予定部）の設定を高精度に行なえる
。また、この時に、少なくとも固定クランプ状態と摩擦
クランプ状態との２段階以上の把持力の制御が可能なり
ランパを備えた装置構造とすることによって、当該クラ
ンパでワイヤの引き上げとワイヤループ高さの制御とが
可能となり、クランパ数を増加させることなくワイヤの
張設制御が可能となる。
第５の手段によれば、半導体チップに対して第１ワイヤ
のボンディングを行う際には、常に一定長の配線距離で
第２の接合部位の被覆膜が除去された状態となっている
ため、これを用いてダミーボンディングを実行すること
によって、続く第１ワイヤからは常に安定した最適な配
線距離によるボンディングが可能となる。
〔実施例〕
まず、第１図を用いて本実施例のワイヤボンディング装
置について説明する。
架台ｌの上にはボンディングステージ２が同図の手前方
向に長手方向を持つように配置されている。
このボンディングステージ２の上部には取付部材として
のリードフレーム４が載置されている。
このリードフレーム４は、その中央に形成されたタブ４
ａ上に半導体チップ３が図示しない樹脂ペースト等の導
電性接着剤により固定されており、上記ボンディングス
テージ２の内部に設置すられたヒータ２ａによって所定
の温度条件に高められる構造となっている。
さらに上記架台ｌの上において、上記ボンディングステ
ージ２の側方部には、水平平面内において移動可能なＸ
Ｙ子テーブルが配置されている。
このＸＹ子テーブルの上部には、−ｉｔを上記ボンディ
ングステージ２の上方に位置させた姿勢のボンディング
ヘッド６が軸支点７を介して鉛直面内で揺動可能に軸支
されている。上記ボンディングヘッド６の他端側は、ｘ
Ｙ子テーブルに固定されたりニアモータ８によって上下
方向に移動制御が可能に構成されている。
上記ボンディングへフド６のボンディングステージ２の
側の端部には、ボンディングアーム９が水平方向に支持
されており、上記ボンディングステージ２の直上に位置
する先端部には、ボンディング工具としてのルビーある
いはセラミック等で構成されたボンディング工具として
のキャピラリＩＯが装着されている。このキャビラ９１
０は、軸方向に貫通して形成された図示しないワイヤ挿
通孔をほぼ垂直にした姿勢で固定されている。
上記キャピラリ１０の図示しないワイヤ挿通孔には、ワ
イヤスプール１２から供給された被覆ワイヤ１３が、ワ
イヤテンション部２２、ワイヤガイド２１、第２クラン
パ１５および第１クランパ１４を経て挿通されている。
一方、ボンディングアーム９の基端側には、ピエゾ素子
等で構成された超音波発振器１１が配置されて右り、ボ
ンディングアーム９の先端に固定されたキャピラリ１０
に対して例えば６０ｋＨｚ程度で振幅０．５μｍ〜２．
０μｍ程度の超音波振動を随時印加することが可能とな
っている。
上記に説明したボンディングヘッド６は、図示しないＣ
ＰＵおよび記憶装置を内蔵した制御部２０によって制御
される構造となっており、このような制御方法としては
、例えば上記ボンディングヘッド６の動作を検出する図
示しない速度検出手段と、位置検出手段との出力信号に
基づいてリニアモータ８の駆動電圧をサーボコントロー
ルすることにより行うものである。さらに、半導体チッ
プ３およびリードフレーム４上での接合時の接合荷重に
ついては、同一のりニアモータ８の駆動電流を制御する
ことによって行われる。
また、上記ボンディングヘッド６の上方には、ｘＹ子テ
ーブルに固定された認識装置１９が配置されている。こ
の認識装置１９は、例えばＴＶ左カメラで構成されてお
り、半導体チップ３とリードフレーム４のボンディング
位置を検出する機能を有している。すなわち、認識装置
１９による撮像情報に基づいて制御部２０は、半導体チ
ップ３の検出点とリードフレーム４上の検出点との間を
被覆ワイヤ１３で連続的に接合・配線するようにボンデ
ィングヘッド６に対して指示するａｔとなっている。
ここで、被覆ワイヤ１３について簡単に説明すると、導
電体である芯線１３ａと、その周囲に被着された電気絶
縁性を有する高分子樹脂材からなる被ｉ膜１３ｂによっ
て構成されている。芯線１３ａは、例えば直径２０〜５
０μｍの金（ΔＵ）線が考えられ、望ましくは直径２５
〜３２μｍ程度が好ましい。被覆膜１３ｂは、例えばポ
リウレタン、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリエ
ステルイミドあるいはナイロン等の分子材料が考えられ
、好ましくは上記ポリウレタンまたはこれを耐熱化処理
した耐熱ポリウレタン等が望ましい。
また、被覆の膜厚は、０．２μｍ〜５．０μｍ程度のも
のが考えられるが、望ましくは０．５〜２．０μｍ程度
のものが好ましい。このような被覆膜１３ｂの塗布方法
は、上記樹脂材料を例えば５〜２０％の濃度に溶媒で希
釈した溶液に、芯線１３ａを浸漬した後、加熱乾燥する
方法が考えられ、この時に発生するピンホールを抑制す
るために複数回の塗布および乾燥を繰り返すことが望ま
しい。具体的には、５〜１５回の塗布・乾燥を繰り返す
ことによりピンホールの発生は著しく低減できた。
このような被覆ワイヤ１３は、ワイヤスプール１２にお
いて例えば１００〜１０００ｍ程度巻回され、その芯線
１３ａの基端部１３ｈ（一端）はワイヤスプール１２の
導電部に接続されている。
このワイヤスプール１２は、スプールホルダ２５に対し
て電気的に接続されており、このスプールホルダ２５を
経由して放電電源回路１８に接続されている。
第１４図は上記ワイヤスプール１２の構造をさらに詳し
く示したものである。
ワイヤスプール１２は、アルミニウム（ＡＩ）等の導電
性金属で構成されており、ここで被覆ワイヤ１３の基端
部１３ｈは被覆膜１３ｂが除去されている。この時の除
去手段としては、図示しないガスバーナー等で被覆膜１
３ｂを加熱して熱分解除去すればよい。またこの時に芯
線１３ａ自体をも加熱して、芯線１３ａの基端部にボー
ルを形成してもよい。また、電気的な接続信頼性を高め
るために、芯線１３ａの途中部分においてボールを複数
個形成するようにしてもよい。このようにして芯線１．
３　ａを露出させた基端部は、接着テープ等でワイヤス
プール１２の端部に固定される。
以上のようにして、被覆ワイヤ１３の芯線１３ａにおけ
る基端部１３ｈの電位とワイヤスプール１２の電位とを
同一にすることができる。
第１５図は上記ワイヤスプール１２の取付構造を示して
いる。
すなわち、上記ワイヤスプール１２は、スプールホルダ
２５に取付けられ、さらに固定のために、スプール固定
Ｂ２５２によって該スプールホルダ２５に対して固定さ
れている。上記スプールホルダ２５は、架台ｌに固定さ
れたＬ字状の保持部２５４によって保持された回転モー
タ２６からの回転軸２６ａと連結されており、スプール
ホルダ２５とともにワイヤスプール１２が回転制御可能
とされている。
上記保持部２５４に設けられた電極端子２５５には、例
えばＬ字状の板ばね２５３の後端が固定されており、鉄
板ばね２５３の先端はスプールホルダ２５を回転軸２６
ａの軸外方に付勢している。
なお、上記電極端子２５５は前述の放電電源回路１８の
グランド（ＧＮＤ）側と接続されている。
このように、第１５図に示す構成とすることによって、
被覆ワイヤ１３の芯線１３ａは、ワイヤスプール１２、
スプールホルダ２５、板ばね２５３および電極端子２５
５を経て放電電源回路１８のＧＮＤ電位と同電位となる
ようにされている。
上記ワイヤスプール１２より供給された被覆ワイヤ１３
は、ワイヤデフ２２フ部２２において所定の張力付加な
らびに検出が行われる。
次に、第１２図によって上記ワイヤテンション部２２の
構造について説明する。
ワイヤテンション部２２は、保持Ｉｉ’１Ｋ２２ｄによ
って所定間隔で保持された一対のエア吹付板２２ａ、２
２ａを有しており、この対向空間にはエア供給口２３よ
り供給される供給ガスが所定流圧で通過する構造となっ
ている。被覆ワイヤ１３は、上記対向空間をエア吹付板
２２ａ、２２ａの長平方向とはほぼ垂直方向に挿通され
ており、上記供給ガスの流圧によってエア供給口２３と
は反対方向に付勢され、被覆ワイヤ１３に対して所定の
張力が働く構造となっている。
上記一方のエア吹付板２２ａの主面には、互いの対向方
向に円形状の検出孔２２ｂが開設されている。この検出
孔２２ｂには、光検出手段としての反射式の光フアイバ
センサ２４の先端が挿入されている。
第１３図は、上記ワイヤテンション部２２におけるワイ
ヤ検出機構をさらに詳しく説明した断面図である。
同図において、光フアイバセンサ２４は、発光用ファイ
バ１４１ａと受光用ファイバ１４１ｂとで構成されてい
る。上記両ファイバ１．４１．ａ、１４１ｂは、ともに
同一＃ＩＩ造の光フアイバケーブル２４ａで構成されて
いる。発光用ファｆバ１４１ａは、図示しないＬＥＤ等
の発光源と接続されており、一方、受光用ファイバ１４
１ｂはフォトトランジスタ等の受光素子と接続されてい
る。したがって、発光用ファイバ１４１ａの先端より放
光された検出光は被覆ワイヤ１３０周面で反射され、そ
の反射光が受光用ファイバｌ　４１．　ｂによって検出
される構成となっている。
なお、この時に光フアイバセンサ２４の先端から対向側
のエア吹付板２２ａの内端面までの距離をδｌ、光フア
イバセンサ２４の先端からこれに近い側のエア吹付板２
２ａの内端面までの距離をδ２、エア吹付板２２ａ、２
２ａ間の対向面間の距離を６３、光フアイバセンサ２４
の先端から対向側のエア吹付板２２ａの外端面までの距
離を６４とし、例えばδ１　＝　０．４　ａｍ、δ２＝
０．１ｍｓ、δ３　＝　０．３報とし、さらにδ５≧２
δ４ｔａ口３０°とすることによって、直径１５μｍ程
度までの小径の被覆ワイヤ１３の検出が可能となる。
上記に述べた数値はあくまでも一例であり、ワイヤ径、
光フアイバケーブル２４ａの光伝達特性およびファイバ
径等によって適宜に変更可能である。要は、被覆ワイヤ
１３の検出が可能な範囲であればよい。
なお、光フアイバセンサ２４の対向側に設けられたδ５
の径を有する孔２２Ｃは、発光用ファイバ１４１ａから
放光された検出光が対向側のエア吹付板２２ａの内面で
反射して、光フアイバセンサ２４を誤動作させることを
防止するために開設されたものである。したがって、こ
のような孔２２Ｃを設けるかわりに、エア吹付板２２ａ
の内面を黒色処理して検出光を吸収させ、反射光を生じ
させないようにしてもよい。
さらに、発光用ファイバ１４１ａと受光用ファイバ１４
１ｂとを別方向から被覆ワイヤ１３に対して臨む配置と
してもよい。
上記ａａのワイヤテンション部２２にふいて、被覆ワイ
ヤ１３は、エア吹付板２２ａ、２２ａ開に供給される供
給ガスの流圧によって常に一定の張力が与えられる。こ
の供給ガスとしてはフィルタ等を通過させて浄化された
大気、すなわちエアを用いることが可能で、流量として
は毎分５〜２０す、フトル程度とすることが望ましい。
すなわち、これ以下の流量では第１クランパ１４と第２
クランパ１５の間に被覆ワイヤ１３のたるみを生じてし
まうため、被覆ワイヤＩ３の適正な制御が困難となるた
めである。一方、これ以上の流量では上方への引張力が
強くなりすぎ、適正なワイヤループの確保が困難となる
ばかりか、第２ボンディング時に正確なテールカットが
難しくなり、被覆ワイヤ１３の切断等の不都合を生じる
可能性があるためである。
また、ワイヤテンション部２２においては、上記で説明
した光フアイバセンサ２４によって常に被覆ワイヤ１３
のたるみ状態が監視されている。
すなわち、光フアイバセンサ２４によって被覆ワイヤ】
３からの反射光が検出されると、たるみ状態が一定値以
下、すなわち緊張状態になったものとして、これを検出
してスプールホルダ２５に連結されている回転モータ２
６が所定量だけ回転され、ワイヤスプール】２より被覆
ワイヤ１３が所定長だけ送り出される構造となっている
。したがって、被覆ワイヤ１３は、ワイヤガイド２１の
」ニガにおいて、常に一定のたるみ状態を維持されてい
る。
このエア供給手段と一体化されたワイヤテンション部２
２によって、被覆ワイヤ１３に対する引張力の印加と被
覆ワイヤ１３の検出とが同位置でかつ同時に行うことが
できるため、ワイヤスプール１２の回転制御を適切に制
御でき、被覆ワイヤ１３を常に一定のたるみ状態に維持
することができる。このため、キャピラリ１０の上方に
おいて引張力にばらつきを生じることなく、常に安定し
たボンディング作業が可能となる。
また、光フアイバセンサ２４を用いて被覆ワイヤ１３に
対して非接触の状態で被覆ワイヤ１３の検出が可能とな
るため、被覆ワイヤ１３を損傷することなく、被覆ワイ
ヤ１３の供給経路における絶縁性低下および強度低下を
防止できる。
さらに、上記に説明したエア供給手段と一体化されたワ
イヤテンンヨン部２２の構造により、被覆ワイヤ１３の
検出機構を別途設ける必要がなく、装置構造を簡略化で
きる。
ワイヤガイド２１を挿通されて位置決めされた被覆ワイ
ヤ１３は、同図上方に位置する第２クランパ１５および
下方に位置する第１クランパ１４を経てキャピラリ１０
に挿通されている。
第１クランパ１４は、ボンディングヘッド６に対して固
定された構造を有しており、ボンディングアーム９と同
期して上下動が可能となっている。
この第１クランパ１４のクランプ部は詳細は図示しない
が、キャピラリ１０の直上に配置されており、そのクラ
ンプ荷重は５０〜１５０ｇに制御されている。
一方、第２クランパ１５は、ＸＹ子テーブルに固定され
ており、上記第１クランパ１４の上下動作に干渉しない
程度の高さで上記第１クランパ１４の直上に配置されて
おり、第１クランパ１４とは独立に開閉動作を行うこと
が可能な機構を有している。
次に、本実施例の特徴的な点の一つである第２クランパ
１５のクランプ機構について第１１図を用いて説明する
。
第２クランパ１５は、各々の対向面がルビー等で構成さ
れたクランパチップ１５１ａおよび１５１ｂを有してお
り、このクランパチップ１５１１゜１５１ｂが開閉動作
することにより被覆ワイヤ１３が開放・把持される構造
となっている。
一方のクランパチップ１５１ａは、揺動アーム１５６に
固定されており、この揺動アーム１５６は、軸支点１５
７を中心に回動可能とされ、その後端は保持部１５８に
取付けられた圧縮コイルばね１５５によって拡開方向に
付勢されている。上記揺動アーム１５６の後端と軸支点
１５７との間にはソレノイド１５３ａが配設されており
、通常の状態、すなわちソレノイド１５３ａがｏｆｆ状
態においては、圧縮コイルばね１５５の拡開力によって
揺動アーム１５６の後端は開かれた状態となり、クラン
パチップ１５１ａの先端は閉じた状態、すなわち被覆ワ
イヤ１３をクランプした状態となる。一方これとは逆に
、ソレノイド１５３ａがＯｎ状態となると、ソレノイド
１５３ａのロッド１５４ａは図中左方向に移動され、こ
れによって被覆ワイヤ１３がクランプ状態から開放され
る。
また、クランパチップ１５１ｂは、上記保持部１５８か
ら突出された板ばね１５２Ｈの先端に取付けられており
、このクランパチップ１５１ｂは、上記ソレノイド１５
３ａとは別のソレノイド１５３ｂのロッド１５４ｂの先
端部により背後よりチップ面を付勢される構造となって
いる。同図では、ソレノイド１５３ｂがＯｎ状態となっ
た場合を示しており、これにより板ばね１５２ａはロッ
ド１５４ｂによりその変形を拘束され、板ばねとしての
機能を失う構造となっている。なお、上記ロッド１５４
ｂには一端を保持部１５８１ど固定されたＬ字状の板ば
ね１．５２　ｂが取付けられており、ソレノイド１５３
ｂのｏｆｆ時には口γド１５４ｂを図中右方向に付勢す
る機能を有している。したがって、ソレノイド１５３ｂ
がｏｆ（状態となった場合には、クランパチップ１．５
　ｌ　ｂを保持する板ばね１５２ａは本来の板ばねとし
ての機能を回復した状態となる。
このように、クランパチップ１５１ｂ側のクランプ力を
板ばね１５２ａの付勢力による場合と、ソレノイド１５
３ｂのロッド１５４ｂによる固定の場合との２段階での
クランプが可能となっている。これにより、当該第２ク
ランパ１５に対して被覆ワイヤ１３を固定的に把持する
固定クランパと、所定の摩擦状態で把持する摩擦クラン
パとの双方の機能を持たせることが可能となっている。
次に、上記第２クランパ１５によるクランプ力の制御に
ついて具体的に説明する。
■クランプオフ時 この時には、一方のソレノイド１５３ａがｏｎ状態とな
り、ロッド１５４ａが圧縮コイルばね１５５に抗して図
中右方向に移動され、揺動アーム１５６の先端が開かれ
て、クランパチップ１５１ａは被覆ワイヤ１３から遠ざ
かった位置に退避している。
また、他方のソレノイド１５３ｂはｏｆｆ状態となって
おり、Ｌ字状の板ばね１５２ｂの付勢力によってロフト
１５４ｂは図中右方向に移動されている。したがって、
クランパチップ１５１ａ。
１５１ｂ間において被覆ワイヤ１３は自由状態となって
いる。
■第１クランプ荷重設定時 いわゆる「摩擦クランプ」の状態である。この場合には
まず一方のソレノイド１５３ａがｏ（ｆ状態となること
によって、圧縮コイルばね１５５が揺動アーム１５６の
後端を拡開する方向に付勢する。これによって、揺動ア
ーム１５６の先端のクランパチップ１５１ａは、被覆ワ
イヤ１３の方向に移動する。この時の移動距離は、例え
ば図示しないストッパ等により規定される。
この時、他方のソレノイド１５３ｂは、ｏｆｆ状調とな
っており、Ｌ字状の板ばね１５２ｂの付勢力によってロ
ッド１５４ｂは図中右方向に移動されている。
したがって、一方のクランパチップ１５１ａには圧縮コ
イルばね１５５の付勢力が加わり、他方のクランパチッ
プ１５ｉｂには板ばね１５２ａの付勢力が加わった状態
となる。この時、上記阪ばね１５２ａの弾性力と変形量
を適宜調整してやることによって、被覆ワイヤ１３に対
するクランプ荷重を微小荷重に設定できる。この時、被
覆ワイヤ１３は第２クランパ１５において完全に拘束さ
れることなく、被覆ワイヤ１３に対してこれをキャピラ
リ１０から引き出すように力を加えた場合、この第２ク
ランパ１５のクランパチップ１５１ａおよび１５１ｂの
間を被覆ワイヤ１３が摩擦状態で繰り出される構造とな
っている。ここで、被覆ワイヤ１３の破断張力は、芯線
径が３０μｍの場合、１２〜１６ｇ１程度であるため、
これ以下の摩擦力、例えば１〜４ｇｆ程度の摩擦力とな
るようにすることが望ましい。この時、例えば摩擦係数
を０．２程度とすると、上記１〜４ｇｆ程度の摩擦力は
５〜２０ｇｆ程度のクランプ力に相当することになる。
このような「摩擦クランブコ状態を後述のワイヤボンデ
ィング時（第２図（ｆ）の説明参照）に機構させること
によって、当該第２クランパ１５をワイヤループの高さ
制御に用いるループ制御用クランパとすることが可能で
ある。したがって、本装置構造においては、ループ制御
用クランパを別途に設けることなく、第２クランパ１５
のみによってワイヤの引き上げ（固定クランプ時：第２
図（Ｄ参照）と１、−ワイヤループの高さ制御（摩擦ク
ランプ時：第２図（ｆ）の説明参照）とを可能にしてい
る。
■第２クランプ荷重設定時 いわゆる「固定クランプ」の状態である。まず、他方の
ソレノイド１５３ｂが先にｏｎ状態となると、Ｌ字状の
板ばね１５２ｂの付勢力に抗してロッド１５４ｂが図中
左方向に移動される。これによって、板ばね１５２ａは
自身による弾性変形が拘束された状態となる。
続いて、一方のソレノイド１５３ａがｏｆｆ状態となり
、圧縮コイルばね１５５が揺動アーム１５６の後端を拡
開する方向に付勢する。これによって、揺動アーム１５
６の先端のクランパチップ１５１ａは、被覆ワイヤ１３
の方向に移動する。
この時のクランプ荷重は、他方のクランパチップ１５１
ｂを支持する板ばね１５２ａの弾性変形がロッド１５４
ｂによって拘束されているため、圧縮コイルばね１５５
の付勢力によって決定される。
ここで例えば、圧縮コイルばね１５５によるクランプ荷
重を５０〜１５０ｇｆとし、ソレノイド１５３ｂの電磁
力によるロッド１５４ｂの付勢荷重を３００ｇｆに設定
することにより、圧縮コイルばね１５５の付勢力を有効
に被覆ワイヤ１３に伝えることができる。
なお、以上説明した第２クランパ１５の駆動機構として
は、ソレノイド１５３ａ、！、５３ｂおよび板ばね１５
２ａ、１５２ｂ等を用いたが、ソレノイド１．５３ａ、
１５３ｂの代わりに回転モータあるいはりニアモータ等
のアクチユエータ、また圧縮コイルばね１５５および板
ばね１５２ａ、１５２ｂの代わりに引張コイルばね等を
用いてもよい。要はクランパによるクランプ荷重を目的
・用途に応じて切り換えて使用できる点にある。
上記第１クランパ１４および第２クランパ１５を通過し
た被覆ワイヤ１３はキャピラリ１０を経てそのワイヤ先
１１３ｅをキャピラリｌＯの先端より突出した状態とさ
れている。
第１図において、上記キャピラリ１０の下側方にはエア
吹付ノズル１６および放電電極１７が各々配置されてい
る。
エア吹付ノズル１６は、放電時において第８図に示すよ
うに放電電極１７の電極面に対して気体を吹き付けるこ
とによって、電極面上の被覆膜１３ｂの熱分解ガス等に
よる汚染を防止するためのものであり、該エア吹付ノズ
ル１６はＸＹテーブル５に固定されており、キャピラリ
１０の直下の設定高さ位置（Ｌｏ　またはＬ３　）に対
してエアの吹き付けが可能な構造を有している。すなわ
ち、エア吹付ノズル１６は、ガス供給口１６ｂより供給
されたガス（エア）を導くノズル管１６ａを有しており
、このノズル管１６ａの先端には開口断面積を狭小にし
て吹付圧力を高めたガス吹出口１６Ｃが形成されている
。
ここで、リードフレーム４を基準にした上記吹付ノズル
１６の吹き付は高さＬｌｌは、放電電極１７における電
極面の高さ位置であるし。とり、との中間位置が望まし
い。したがって、このような高さＬｌｆｆは次の式で算
出することができる。
Ｌ＋ｖ　＝　（Ｌａ　＋Ｌｚ　）　／　２なお一例とし
て、ガス吹出口１６ｃの断面積は０４２〜１．０重Ｃ１
吹き付は流量は０．１〜０．！Ｍ／ｗｉｎ　、ガス吹出
口ｆｉ６ｃと電極面との距離はＯ５５〜２．０　ａｍと
することによって良好な効果を得ることができた。
なお、エアの流量が上記数値よりも著しく多い場合には
放電スパークＳを不安定にし、ボール１３Ｃの形成が困
難となったり被覆ｆｆ１３ｂを適切に除去できない場合
も生じてくる。また、吹付量が極端に少ない場合には電
極面の汚染防止が効果的にできない場合もあった。
また、上記の吹付気体としてはエアを用いたが、これに
限らずアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）等の不活性気体
あるいはその他の気体を用いてもよ次に、第９図を用い
て上記エア吹付ノズル１６の対向位置に配置されている
放電電極１７の構造について説明する。
放電電極１７は、放電端子としての電磁片１７Ｑａおよ
び電磁片１７０ｂを有している。このうち前者の電磁片
１７０ａは被覆膜１３ｂの除去専用の電極であるが、後
者の電磁片１７０ｂは被覆膜１３ｂの除去とボール形成
のための兼用電極として機能する。上記電磁片１７０ａ
は、第９図においてその上下面を電気的にｗＡ罎物質か
らなる絶縁片１７０ｃで挟持された構造を有しており、
これらは電極アーム】７４ａによって支持されている。
上記電磁片１７０ａ、１７０ｂの各断面構造は第１０図
に示すように、各々の対向断面が鋭角に加工されており
、被覆膜１３ｂの除去時において、芯線１３ａとの間に
放電スパークＳが集中的に生じ易い構造とされている。
なお、電磁片１７０１）は上記電磁片１７０ａと同様に
、上下面を絶縁片１７０ｄにより挟持された構造となっ
ているが、その上面は放電面が露出された構造を有して
おり、該露出部分がボール形成用電極面として機能する
。
上記電磁片１７０ａおよび１７０ｂは、例えばタングス
テン（Ｗ）等の耐熱性導電材料で構成することが可能で
あり、また絶縁片１７０ｃ、）７０ｄとなる絶縁物質と
してはセラミックを用いることが可能である。上記電磁
片１？Ｏａ、１７０ｂと絶縁片１７０ｃ、１７０ｄとの
固定には、例えばセラミックボンド等の耐熱性接着剤を
用いることができる。
上記電磁片１．７０ａ、１７０ｂおよび絶縁片１７０ｃ
、１７０ｄは、各々電極アーム？、７４ａ。
１７４ｂを介して軸支点１．７１を中心に回動可能な揺
動アーム１７３ａ、１７３ｂに接続されている。
上記揺動アーム１７３ａは、上記電極アーム１７４ａと
は反対側の端部において保持部１７５に固定された放電
電極用第１ソレノイド１７２ａと連結されており、揺動
アーム１７３ｂは放電電極用第２ソレノイド１７２ｂと
連結されている。なお、各揺動アーム１７３ａおよび１
７３ｂは共に引張コイルばね１７６ａおよび１７６ｂに
よって第９図の斜め右上方向に付勢されている。
次に、上記放電電極１７における動作機構を説明する。
■放電動作を行わない場合 この時、放電電極用第１ソレノイド１７２ａはｏｆ（状
態であり、電磁片１７０ａは揺動アーム１７３ａに係止
された引張コイルばね１７６ａの付勢力によって被覆ワ
イヤ１３から遠ざかる方向に引き付けられ、図示しない
ストッパ等により所定位置で停止されている。
またこの時、放電電極用第２ソレノイド１７２ｂはＯｎ
状態となっており、電磁片１７０ｂは、揺動アーム１７
３ｂに対する放電電極用第２ソレノイド１７２ｂの電磁
力によって被覆ワイヤ１３から遠ざかる方向に退避して
いる。
■ボール形成時 まず、放１１ｉ電極用第２ソレノイド１７２ｂがＯｆｆ
状態となることによって、揺動アーム１７３ｂには引張
コイルばね１７６ｂの引張力が加わり、被覆ワイヤ１３
の方向に移動する。この時、図示しないストッパの作用
によって電磁片１７０ｂは、被覆ワイヤ１３のワイヤ先
１１３ｅ　（下端）の直下位置で停止する。なお、第９
図では説明の簡略化のために被覆ワイヤ１３に対して放
電電極１７側が上下動しているかの如（図示しているが
、実際には放電電極１７の高さ位置は固定されており、
被覆ワイヤ１３がキャピラリ１０および第１クランパ１
４の作用により上下の位置に変位されているものである
。
この時、上記ストッパの位置を調整して、電磁片１７０
ｂのボール形成用電極面（露出面）が放電機能を生じる
ために最適な位置となるよう制御することが望ましい。
■被覆膜除去時 この場合には、まず放電電極用第１ソレノイド１７２ａ
がＯｎ状響となり、揺動アーム１７３ａが放電電極用第
１ソレノイド１７２ａの電磁力によって引き付けられる
と、電磁片１７０ａは引張コイルばね１７６ａの引張力
に抗して被覆ワイヤ１３の方向に移動し、所定位置で停
止する。この時の停止位置は、放電電極用第１ソレノイ
ド１７２ａの設定高さ位置によって決定される。なお、
上記放電電極用第１ソレノイド１７２ａと放電電極用第
２ソレノイド１７２ｂとは各々独立して高さ位置の（整
が可能となっている。そのため、放電電極用第１ソレノ
イド１７２ａを適宜調整して電磁片１７０ａが被覆ワイ
ヤ１３に接触しない程度に、例えば被覆ワイヤ１３の手
前１００μｍ程度で停止するように設定することができ
る。
次に、放電電極用第２ソレノイド１？２ｂがＯｆｆ状態
となることにより、引張コイルばね１７６ｂの引張力に
よって電磁片１７０ｂは被覆ワイヤ１３の方向に引き付
けられる。この時、揺動アーム１７３ｂに設けられたス
トッパ１７７の作用により、電磁片！７０ｂは電磁片１
７０ａの位置に対して相対的に位置決めされる。すなわ
ち、両電磁片１７Ｑａ、１７０ｂの間隔はストッパ１７
７の突出長さに依存しており、適宜このス）　１バ１７
７を調整することにより、例えば両者の間隔を２００μ
ｍ程度に設定することによって被覆ワイヤ１３を電磁片
１７０ａ、１７０ｂ間において非接触の状態で挟み込む
ことができる。
なお、挟み込み開放時には、上記動作を順次逆に行わせ
ればよい。また、上記動作を適正に実現するためには、
両ソレノイド１７２ａ、、１７２ｂの電磁力が引張コイ
ルばね１７６ａ、１７６ｂの引張力に対して大である必
要があることはいうまでもない。−例として、両ンレノ
イド１７２ａ。
１７２ｂの密着時の電磁力を５００ｇｆとしたときに引
張コイルばね１７６ａ、１７６ｂの引張力を１００ｇｆ
とすることにより上記効果を得ることができた。
次に、上記電磁片１７０ａ、１７０ｂの詳細な構造を第
１０図を用いて説明する。
本実施例では、電磁片１７０ａおよび１７０ｂの対向面
側において、絶縁片１７０ｃと１７０ｄとは上記電磁片
１７０ａ、１７０ｂの対向先端よりも１２　だけ互いの
対向方向に突出された構造となっている。ここで、被覆
ワイヤ１３の芯線の直径を１、両絶縁片１．７０ｃ、１
７Ｏｄ間の距離を１．　　とすると、放電ギャップ長１
．　　（第１Ｏ図および第１９図参照）は下記の条件式
を満たすように設定される。
！、≦１４≦１２＋（１＋　−Ｒｓ　）　／２ここで、
ｉｔ　＝２００μｍ、ｉ’ｚ　＝３０ｐｒｎｚＬ　　−
＋、００μｍとすると、 ２００μｍ≦ｌ、≦２３５μｍ と高精度に放電ギャップを設定することができるため、
安定した放電状態を得ることができる。
なお、第９図および第１０図では、電磁片１７Ｏａ、１
７０ｂを挟持する絶縁片１７０ｃ、１７Ｑｄは上下２枚
に分割して接着した構造で示したが、これに限らず、例
えば絶縁片１７０ｃ、１１０ｄをそれぞれ一体構造とし
てこの中にそれぞれ電磁片１７０ａ、１７０ｂをはめ込
む構造として、駆動の際の衝撃の繰り返しに対して電磁
片１７０ａ、１７０ｂが容易に脱落し得ない構造として
もよい。
また、第９図においては駆動機構として放電電極用第１
ンレノイド１７２ａ、放電電極用第２ソレノイド１７２
ｂおよび引張コイルばね１７６ａ。
１７ａｂを用いた場合で説明したが、これに限らず、ソ
レノイドの代わりにリニアモータあるいは回転モータ等
のアクチュエータ、引張コイルばねの代わりに圧着ばね
、板ばね等のばね要素を用いてもよい。
次に、第１６図を用いて上記電磁片１７　Ｑ　ａ。
１７０ｂの接続されている放電電源回路１８の回路構成
について説明する。
放電電源回路１８は、該回路全体を制御する電源回路制
御部１８ｄを中心に、被覆ワイヤ１３と放電電極１７と
の間に放電スパークＳを発生させるための高電圧発生部
１８ａａ、被覆ワイヤ】３の全長抵抗を計測するための
低電圧発生部１８ｇ。
これらを検出する検出部１８ｂおよびこの検出値を記憶
する記憶部１８Ｃ，さらに並列＄よび直列に接続された
電圧測定用、および電流測定用の抵抗Ｒ１〜Ｒ１を有し
ている。また、上記高電圧発生部１８ａおよび低電圧発
生部１８　ｇと被覆ワイヤ！３．電磁片１７０ｂとの開
にはそれぞれスイッチ１８６．１８ｆが設けられている
。すなわち、スイッチ１８ｅを短絡した際には電磁片１
７０ｂと被覆ワイヤ１３の芯線１３ａとの間には所定の
高電圧が印加され、スイッチ１８ｆを短絡した状態では
低電圧発生１１８ｇによる所定の低電圧が印加される構
成となっている。
ここで、上記構成の放Ｎ電源回路１８を用いて放電電圧
の制御を行う理由は下記の通りである。
すなわち、裸線を用いる場合と異なり、本実施例のよう
に被覆ワイヤ１３を用いる場合には、第１７図および第
１８図に示すように、ワイヤスプール１２に巻回された
状態の被覆ワイヤ１３の全長が放電回路における電圧降
下ΔＶに寄与することとなるため、巻回されたワイヤ長
を無視して常に一定の電圧を印加したのでは、放電電圧
にばらつきを生じ、安定したボール１３Ｃの形成が困難
となる。
例えば、被覆ワイヤ１３の芯線１３ａの径を３０μｍの
金線で構成し、ワイヤスプール１２における巻回長さを
１０００ｒｎとした場合には、ワイヤスプール１２の装
着直後における被覆ワイヤ１３の全抵抗は３４にΩ程度
となる。
一方、上記芯線１３ａのワイヤ先端１３ｅに直径７５μ
ｍ程度のボールｔ３ｃを形成するための放電条件としは
、例えば放電電流１００ｍ、Ａで放電時間Ｑ、５ｎ＋ｓ
ｅｃの条件が考えられ、これらより被覆ワイヤ】３にお
ける電圧降下ΔＶは、新規のワイヤスプール１２の装着
直後においては３４００Ｖにもなる。
また、電磁片１７０ｂとワイヤ先端１３ｅとの放電ギャ
ップにおける電圧降下Ｖ゛は、後述のように放電電流と
放電ギャップ長によって求めることができるが、例えば
３００Ｖ程度とすると、両者を加えると、放電スパーク
Ｓを生じさせるために必要な印加電圧Ｖは、Ｖ＝３４０
０＋３００＝３７００Ｖとなる。
しかも、上記電圧降下ΔＶの値は、ボンディング作業の
進行による被覆ワイヤ１３の消費と吉もに漸減し、ワイ
ヤスプール１２に巻回された被覆ワイヤＩ３を使いきる
頃には、はぼＯ１ｉ／にまでなる。このため、新たなワ
イヤスプール１２からの被覆ワイヤ１３の使い始めから
終わりまでの間、一定の電圧を印加していたのでは、形
成されるボール１３ｃに大きなばらつきを生じることに
なる。
そのため、本実施例ではボール１３ｃの形成を安定させ
るために放電電源回路１８を用いて下記のようなＭ御を
行う。
まず、ボール１３ｃの形成直後にスイッチ１８ｅを開放
するとともに、スイッチ１８ｆを閉じて低電圧発生部ｌ
ａｇを放電回路に接続する。この状態でキャビラＩＪ　
１０を降下させて当該ボール１３ｃと電磁片１７０ｂと
を短絡させた状態として、低電圧発生部１８ｇから、比
較的小さな電圧Ｖ。
を印加する。
この時、検出部１８ｂは抵抗Ｒ１の両端における電圧Ｖ
、を計測する。ここで次式によって、被覆ワイヤ１３の
全長の抵抗Ｒが算出される。
Ｒ＝Ｒ，Ｘ４（Ｖ、、　／Ｖｌ）＋１］　　（Ω）例え
ば、Ｖ、　　−１００（Ｖ）、Ｒ，＝１．００（Ω）と
した場合に、Ｖｓ　　＝０．５　（Ｖ）が計測された場
合には、被覆ワイヤ１３の全長における抵抗値はＲ＝　
２０．１　ｋΩとなる。
次に、ボール１３ｃの形成のための放電における最適な
目標電流を■。ｐｉ−０゜■　（Ａ）とした場合、ボー
ル１３ｃの形成時の被覆ワイヤ１３における電圧降下Δ
Ｖは、 Δｖ　＝２０１（１０ｘ　Ｏ，ｌ　＝２（１１（１（Ｖ
　）となる。
この値に放電ギャップにおける電圧降下Ｖ゛を加えたも
のがボール形成時における目標電圧Ｖ。Ｐ？となり、次
式で表される。
ＶＱＰ？　＝Δｖ＋ｖ’ 上記Ｖｏ□は、記憶部１８ｅに格納され、次回のボール
１３Ｃの形成時において用いられる。すなわち、次のボ
ール形成時において、スイッチ１８ｆが開かれてスイッ
チｔ８ｅが閉じられて、高電圧発生部１８ａが放電回路
に接続され、電源回路制御部１８ｄに対して制御部２０
より放電開始の指示がなされると、これを契機として電
源回路側＠部１８ｄは記憶ｆｉ１８ｃより上記値Ｖ。、
Ｔを読み出してこの値の電圧を発生するように高電圧発
生部１８ａに対して指示する。これによって、電磁片１
７０ｂとワイヤ先端１３ｅにおいては前回とほぼ同一の
放電条件によってボール１．３　ｃの形成が可能となる
。
次に、上記放電ギャップにおける電圧降下Ｖ゛の算出方
法について説明する。
一般にギャップ電圧は、放電雰囲気、気圧、陰極側の電
極材、放電ギャップ長、放電電流等のパラメータに依存
しており、この中でも特にワイヤボンディングで考慮す
べき点は、放電ギャップ長と放電電流である。
第２０図において、実験結果より得られたギャップ降下
電圧の一例を示す。同図より、放電ギャップ長が０．０
２　Ｉｌ＋ＩＩのときのギャップ電圧Ｖ、°１ご対して
、放電ギヤツブ長力月、０市のときのギャップ電圧の変
化量をΔＶ°　とじ、放電電流を一定に仮定すると、次
式の成り立つことがｖＪＩ明した。
Ｖ’　−２７０十ＧＸ、！！ｔＶ’　　（Ｖ）上式にお
いて、Ｇは放電ギャップ（鮒）を示している。
次に、放電電流Ｉを対数目盛りで横軸にとり、ΔＶ′を
縦軸とした第２１図によると、この時の特性は方対数目
盛り上で直線となる特性を有しており、これを式で示す
と下記のようになることが判明した。
ΔＶ’　＝２８０−１．００１！ｏｇ１゜Ｉ　　　（Ｖ
）上の２式より、ギャップ電圧Ｖ゛は放電ギャップ長Ｇ
と放電電流Ｉの関数となり、次式で表されｌことが判明
した。
Ｖ’＝２７０＋Ｇ　　×（２８０１００４！ｏｇ　１ｏ
１）　　　（Ｖ）但し、上式における各定数項は、不変
な量ではなく、ワイヤボンディング装置の初期条件、例
えば芯線１３ａの材質、放電電極１７（電磁片１７０ｂ
）の材質、放電雰囲気等によって異なるため、事前に実
験等よりその値を求めておくことが必要である。
また、上式は実験結果を補間したものに過ぎないため、
適用範囲は実験範囲、例えば放電電流Ｉ−７〜２２０ｍ
Ａ、放電ギ＋−／ブＧ　＝　０．０２〜ｌ。
Ｑ　ａｍの範囲に限定されている。
このようにして、上式の関数を記憶部１８ｃに記憶して
おくことにより、放電ギャップにおける放電電流１の設
定値を変更しても常に適切なギャップ電圧Ｖ゛を上式よ
り算出して前述の一連の印加電圧の計算に用いることが
できるため、被覆ワイヤ１３の全長にわたって常に安定
したボール１３Ｃの形成用の放電、ならびに被覆膜１３
ｂの除去が可能となる。
なお、上記の説明では被覆ワイヤ１３が短くなるにした
がって印加電圧が小さくなるように制訂したものである
が、この時の印加電圧が１０００Ｖ程度以下に低下した
場合には、絶縁破壊による放電を開始しにくい状態とな
る場合がある。このような場合には第２２図に示すよう
に、主放電の前に、絶縁破壊用の電圧、例えば２０００
〜４０００ｖの電圧を全体の放電エネルギに対して無視
し得る程度の短時間、例えば０．０１〜Ｑ、　９５ｍ５
ｅｃ程度の間、印加するようにしてもよい。
次に、上記印加電圧を算定する具体例について説明する
。
まず、キャピラリ１０に対して被覆ワイヤＩ３を挿通し
て、ワイヤ先１１３ｅをキャピラリＩＯの先端から１　
ｍｓ程度突出させた状態で第１クランパ１４を閉塞して
被覆ワイヤ１３を固定する。この時、ワイヤ先端１３ｅ
を図示しないガスバーナ等で加熱して、該ワイヤ先端１
３ｅの被覆膜１３ｂを完全に除去しておいてもよい。要
するに、ワイヤ先端１３ｅの放電電極面に対向する部位
に芯線１３ａの一部が露出した状態となっていればよい
。
次に、キャピラリ１０を降下させて、ワイヤ先端１３ｅ
の芯線１３ａの露出部分と電磁片１７０ｂの而とを接触
させる。この時、例えば放電電源回路１８の内部に、図
示しないショート検出回路等を設けてワイヤ先端１３　
ｅとｆＩ磁片１７０ｂとの接触状態を検出してキャピラ
ＩＪ　１０の下降を停止するようにしてもよい。
次に、放電電源回路１３の内部のスイッチ１８ｅを開き
、代わってスイッチ１８Ｆを閉じた状態とする。この状
態で、低電圧発生部１．８　ｇより比較的低い電圧を被
覆ワイヤ１３の全長を含む放電回路に対して印加する。
この時、検出部１８ｂにおいて、印加した電圧Ｖ４　　
と回路に直列に挿入されている抵抗Ｒ４の両端の電圧Ｖ
、とを計測する。
これによってワイヤスプール１２に巻回されている被覆
ワイヤ１３の巻線抵抗Ｒは、次式で算出することができ
る。
Ｒ＝Ｒｓ　　Ｘ　（（Ｖ−／Ｖ３　）＋　ｌ）　　　（
Ω）ここで、例えばｖ、　　＝ｌ　００　（Ｖ）　、Ｒ
１＝１００（Ω）とした場合に、ｖ、　＝０．５　（Ｖ
）　力計測された場合には、Ｒ＝２０．１（ｋΩ）とな
る。
以上の工程によって、ワイヤスプール１２を新規に装着
した際の被覆ワイヤ１３の巻線抵抗の検出が完了する。
このようにして得られた巻線抵抗Ｒの値は、放電電源回
路１８内の記憶部１８ｃに格納される。
次に、第１の放電であるボール形成用放電の場合につい
て第１７図を用いて説明する。
−例として、芯線１３ａが直径３０μｍの金線で構成さ
れている被覆ワイヤ１３のワイヤ先端１３ｅに直径７５
μｍのボール１３ｃを形成する場合には、ボール形成用
の電磁片１７０ｂを負極側に設定し、例えば放電時間Ｑ
、５ｍ５ｅｃ、放電電流０゜１Δ（１００ｍＡ、）、放
電ギ＋”／ブ０．５順程度の諸条件にすることが考えら
れる。
この時の放電電流、すなわち目標電流１　＝　０．１八
を可能にする印加電圧Ｖを以下の方法で算出する。
まず、上記で算出した巻線抵抗Ｒと上記目標電流Ｉとよ
り、被覆ワイヤ１３の巻線部分での電圧降下ΔＶａは、 ΔＶａ＝ＩＸＲ ＝０．ｆｉＸ２（１，ｌＸ　１　（］’＝２０１０　　
（Ｖ）となる。
次に、放電ギャップにおける電圧降下Ｖａ”はＧ＝０．
５ｍｓ、Ｉ＝１００ｍＡより、Ｖａ’＝２７０ｘＧｘ（
２８０−１００１’ｏ訃ｏ　１）＝２７０　Ｘｏ、　５
　Ｘ　（２８０−１００１０ｇ１ｏｌｏＯ）３１０　　
（Ｖ） と算出される。したがって、上記条件下での印加電圧Ｖ
は、 ■＝ΔＶａ＋Ｖａ ＝２０１０　＋３１０　＝２３２０　　（Ｖ　）となる
。
以上のようにして得られた印加電圧Ｖを記憶部１８Ｃに
格納する。
続いて、ボール形成のだめの放電を行う際には、まずス
イッチ１８ｅを閉じた状態とした後、スイッチ１８ｆを
開いて高電圧発生部１８ａを有効にする。
次に、電源回路制御部１８ｄは、記憶部１８ｃに格納さ
れている上記印加電圧Ｖ（＝２３２０（Ｖ＞）を読み出
して、高電圧発生部１８ａに対してこの電圧値を発生さ
せるように指示する。このようにして、ボール形成用の
放電端子としての電磁片！７０ｂに対して、目標電流で
ある！＝１０ＱｍＡの放電電流を流すことが可能となる
。
以上のような印加電圧Ｖと降下電圧ΔＶａとの関係を示
したものが第１８図である。
以上の説明は、第１ボンデイングのためのボール形成の
際の放電条件についての説明であったが、次に第２ボン
デイングのための被覆膜１３ｂの除去のための放電条件
について第１９図を基に説明する。
例えば直径３０μｍの金線からなる芯線１３ａの周囲に
、耐熱ポリウレタン樹脂からなる膜厚が１μｍの被覆膜
１３ｂが塗布されている被覆ワイヤ１３において、第２
ボンデイングにおける接合予定部の被覆膜１３ｂを軸芯
方向に５００μｍの範囲で熱分解除去する場合で説明す
る。
この場合には、まず放電条件として、放電電極１７側を
負極性として、例えば放電時間１０Φｓｅｃ、放電電流
（目標電流１　ｂ）　０．０１Ａ　（１０ｍＡ）、放電
ギャップ長０．２１１とすることが考えられる。
上記目標電流１ｂ＝１０ｍＡを達成するための印加電圧
を下記の方法で算出する。
まず、前述の初期設定で算出した被覆ワイヤ１３の巻線
抵抗Ｒと上記目標電流１ｂとより、巻線部分での電圧降
下Δｖｂは、 ΔＶｂ＝ＩｂＸＲ ＝０．０１Ｘ２０．ｌ　　ｘｔｏ’　＝２０１　　（Ｖ
）と算出される。
次に、放電ギャップ（Ｇ＝０．２ｕ）における電圧降下
ｖｂ゛は、 Ｖ　ｂ’　＝２７０＋　Ｇ　ｘ（２８０１００１０ｇ＋
ａ　Ｉ　）＝２７０＋０．２ｘ（２８０１００ｊ！ｏｇ
１ｏ１０）＝３０４　　（Ｖ　） となる。これより目的の印加電圧Ｖは、Ｖ＝Δｖｂ＋ｖ
ｂ’ ＝２０１　＋３０４ ＝５０５　　　　（Ｖ　） となる。このようにして得られた電圧値（ｖ−５０５（
Ｖ））は、放電電源回路１８の記憶部１８Ｃに格納され
る。
次に、実際の被覆膜１３ｂの放電除去の際には、スイッ
チ１８ｅを閉じて高電圧発生部１８ａを有効な状態とし
て、電源回路制御部１８（Ｉの指示により、上記で記憶
部１８Ｃに格納されていた印加電圧（Ｖ＝５０５　（Ｖ
）　）を読み出して、高電圧発生部１８ａに対してこの
電圧値を発生させるように指示する。このようにして、
被覆膜除去用の放電端子である両層磁片１７０ａ、１７
（ｌｂに対して、目標電流である！＝１０ｍＡの放電電
流を流すことが可能となる。
なお、上記のように算出された印加電圧が１０００Ｖ以
下である場合には、電圧が低すぎて安定的な放電開始が
困難となる場合が多いので、第２２図に示すように、放
電開始用の初期電圧として、例えば２０００Ｖ程度の高
電圧を、全体の放電に影響を与えない程度の短時間、例
えば０．０１ｍ５ｅｃ程度だけ印加してもよい。算出さ
れた印加電圧が２０００Ｖ程度以上の値である場合には
、あえてこのような初期電圧の印加は不要であることは
勿論である。
以上に説明した一連の工程は、新規のワイヤスプール１
２を装着した直後におけいて算出された巻線抵抗Ｒ（上
記の例ではＲ−２０、ｌ　　（ＫΩ））を基に３１算し
たものである。ここで、ボンディング工程が進行するに
したがって被覆ワイヤ１３の長さは次第に短くなってい
くため、上記の印加電圧Ｖの算出に際しては、被覆ワイ
ヤ１３の全長の減少による巻線抵抗Ｒの値の減少を考慮
しなければならない。このように漸次減少していく巻線
抵抗値の測定は、前述の初期設定と同様な方法、すなわ
ちワイヤボンディング工程毎に、被覆ワイヤ１３のワイ
ヤ先＃ｔ１３ｅに形成されたボール１３Ｃと電磁片１７
０ｂの放電面とを接触状態とし、放電電源回路１８の内
部のスイッチ１８ｅを開き、代わってスイッチ１８ｆを
閉じた状態とする。この状態で、低電圧発生部１８ｇよ
り比較的低い電圧を被覆ワイヤ１３の全長を含む放電回
路に対して印加する。この時、検出部１８ｂにおいて、
印加した電圧Ｖ、と回路に直列に挿入されている抵抗Ｒ
１の両端の電圧Ｖ、とを計測する。これによってボンデ
ィングサイクル毎に、前述の初期設定と同様に、ワイヤ
スプール１２に巻回されている被覆ワイヤ１３の巻線抵
抗Ｒを算出することができる。
なお、上記ではボンディングサイクル毎に巻線抵抗Ｒの
値を算出する場合で説明したが、このような測定は間欠
的に、例えば数サイクルのボンディング、あるいは１単
位の半導体チップ３のボンディング毎に、巻線抵抗Ｒの
値がさほど変化しない範囲で行うこととしてもよい。
印加電圧Ｖの算出に際しては、次のような方法によって
も可能である。
以下の説明では、既に初期設定動作を行い、巻線抵抗Ｒ
の値が決定しており、ボンディング工程が順次進行して
いる場合とする。
まず、放電電源回路１８のスイッチ１８ｅが閉じられ、
スイッチ１８ｆが開かれて高電圧発生部１８ａが有効に
なっているものとする。
この状態で高電圧発生部１８ａよりボール形成用の放電
電圧が印加されて回路に電流が流れるようにして、回路
に並列に挿入された電圧検出用の抵抗Ｒ０の両端の電圧
ｖ１　　と、回路に直列に挿入された電流検出用の抵抗
Ｒ６の両端の電圧Ｖ２．をそれぞれ測定する。これらの
電圧ｖ１およびｖ２より、発生電圧Ｖとそのときの電流
ｌは下記のように算出される。
Ｖ＝　（Ｒ２Ｊ、）／Ｒ３ＸＶ にＶｔ／Ｒ ここで、放電ギャップにおける電圧降下をＶａとすると
、被覆ワイヤ１３における巻線抵抗Ｒの値は、 Ｒ＝　　（Ｖ−Ｖａ’　　）　　ｘ　　１で算出される
。ここで例えば、Ｒ１＝１０Ω、Ｒ＝ｌＯＭΩ、Ｒコニ
１００にΩとし、上記電圧の測定結果が、ｖ、＝２　　
（Ｖ）　、■２＝１　　（Ｖ）とすると、 Ｖ　＝　（１０ｘ　１０’　＋　１００　ｘ　１．０勺
／　（＋００　ｘ　１０’）　ｘ　２＝２０２０　　（
Ｖ　’） ！＝１／１０＝０．１　　　（Ａ＞ となる。この電流１＝０．１Ａ　（＝　１００ｍＡ）と
、放電ギャップＧ（例えばＧ＝０．５ｍ５）の値を用い
れば、 −Ｖ　ａ　　＝２７０＋Ｇ　Ｘ（２８（１１００Ｉ！Ｏ
ｇ、ｏ　Ｉ）＝２７０＋０．５ｘ（２８０１１００ｆｏ
＋ｏ１．００）＝３１０　　（Ｖ） となる。これらの値より、巻線抵抗Ｒは、Ｒ＝　（Ｖ−
Ｖ　ａ’）　ｘ　Ｋ ＝　（２０２０−３１，０）１０．１ ＝１７１００　　（Ω） ＝１７．１　　（ｋΩ） となる。この時の巻線抵抗Ｒの値は前述と同様に記憶部
１８ｃに格納される。
このようにして得られた巻線抵抗Ｒの値を基に、次サイ
クルのボール１３ｃの形成用放電における適切な印加電
圧の算出が可能となる。
なお、上記は被覆ワイヤ１３の第１ボンディング位置に
おけるボール形成用放電の制御であったが、第２ボンデ
ィング位置における制御、すなわち被覆膜除去用放電の
際に行ってもよい。
以上のような、放電電源回路１８における制御によって
、ボンディングの進行にともなう被覆ワイヤ１３の長さ
の減少にしたがって巻線抵抗Ｒの変化を随時正確に検出
できるため、適切な放電電圧の設定が可能となり、被覆
ワイヤ１３の全長にわたって常に一定形状のボール１．
３　ｃの形成、および一定範囲の被覆膜１３ｂの除去が
可能となり、安定したボンディング作業が可能となる。
次に、上記技術を適用したワイヤボンディング工程につ
いて第２図を中心に説明する。
第２１ｆｆｌ（ａ）では、ボンディングステージ２上の
半導体チップ３の直上において、第１クランパ１４が閉
じた状態とされて被覆ワイヤ１３がクランプされた状態
とされ、キャピラリｌＯの先端が被覆ワイヤ１３のワイ
ヤ先端１３ｅがＬａ（例えばＬａ　＝　０．５　ｉｓ〜
１．　Ｏｍｍ程度）だけ突出された状態となっている。
この時のワイヤ先端１３ｅは、前述した放電技術により
被覆膜１３ｂが０．１〜０．４　ｍｍ程度の範囲で既に
除去されたされた状態となっているが、この工程につい
ては後の第２図（ｉ）の工程で説明する。
第２図ら）では、被覆ワイヤ１３のワイヤ先端１３ｅと
所定長のギャップ（放電ギャップ）を介して、放ｌｉｔ
極１７の電磁片１７０ｂが上記ワイヤ先端１３ｅの直下
に入り込んだ状態となり、前述の放電電源回路１８の高
電圧の印加により、ボール１３ｃが形成された状態とな
っている。この時の放電ギャップＬ＋ｏは、０．２報〜
１．　Ｏｍｍ程度の範囲で設定可能であるが、０．３　
ａｙｓ　−０，７ｍｓの範囲が望ましい。
なお、同図では図示していないが、上記ボール１、３　
ｃの形成直後に該ボール１３ｃと電磁片１７０ｂの放電
面とを接触させて、前述の如く被覆ワイヤ１３の巻線抵
抗Ｒを測定してもよい。
第２図（Ｃ）では、第２クランパ１５は第１クランプ荷
重、すなわち摩擦クランプの状態とされており、第１ク
ランパ１４は開いた状態となっている。
この１１ｆｌ！クランプの状態では、既に説明したよう
に被覆ワイヤ１３に対して１．０　ｇ　ｆ〜４、Ｑｇｆ
程度の張力が加わるようになっている。この状態で、第
２図（ｄ）に示すようにキャピラリ１０が半導体チップ
３上の第１ボンディング位置く第１の位Ｉりに向かって
下降すると、キャピラリ１０の先端においてボール１３
ｃが係止され、被覆ワイヤ１３の全体がこれにともなっ
て下降する。
第２図（ｅ）の状態では、第１ボンディングが行われた
状態を示している。すなわち、キャピラリ１０の先端に
保持されたボール１３ｃが半導体チップ３上に着地した
状態で、キャピラリ１０に対して荷重５０〜１００ｇｆ
が印加されて、超音波発振器１１より、例えば６０ｋＨ
ｚで振幅０．５μｍ〜１．０μｍ程度の超音波振動がキ
ャピラリ１０に対して印加される。該ボール１３ｅはか
かる超音波振動とボンディングステージ２内のヒータ２
ａからの２００℃程度の加熱との相乗効果によって、接
合時間約２０〜４０…ＳｅＣ程度で被覆ワイヤ１３は半
導体チγブ３　（ポンディングパッド３ｂ）に対して接
合される。このような接合は、加熱と超音波振動とによ
り、ボール１３ｃを構成する金（Ａｕ）と、ポンディン
グパッド３ｂを構成するアルミニウム（ＡＩ）の原子相
互の拡散が促進されることにより達成される。なお、こ
の時、第２クランパ１５は開かれた状態（クランプオフ
）の状態となり、これによって被覆ワイヤ１３は第１ク
ランパ１４および第２クランパ１５のいずれにも拘束さ
れない状態となる。
第２図（ｆ）では、上記第１ボンディングの完了後、キ
ャピラリ１０が所定量だけ上昇した状態を示している。
この時に被覆ワイヤ１３の途中部分における被覆膜１３
ｂの除去部位（Ｍ出１１３ｄ）がキャピラリ１０の先端
となるようにキャピラリｌＯの上昇量が制御されている
。同図においてはキャピラリ１０が最高上昇位置に達し
た時点で上記の位置決めが行われている場合を示してい
るが、これに限らず、キャピラリ１０が下降して第２の
ボンディング位置（インナーリード４．ｂ）に至るまで
の中間状態のいずれかの部位でキャビラＩＪ　ｌＯの先
端に対して上記露出１１３ｄが位置決めされるようにし
てもよい。
なお、第２図（ｆ）で示す状態で、キャピラリＩＯが所
定高さまで上昇した後、第２のボンディング位置（イン
ナーリード４ｂ）に対して下降する途中の適当な時点で
第２クランパ１５を摩擦クランプ状標（第１クランプ荷
重設定状態）として下降するキＹピラリ１０に対して被
覆ワイヤ１３を上方向に引張力を作用させることによっ
て、ワイヤの引き込み不良等を生じないので、ワイヤル
ープの高さを安定に制御することも可能である。このよ
うにキャピラリ１０の下降時に第２クランパ１５をＩｌ
ｌクランプ状態とすることによって、キャピラリ内への
ワイヤの引き込み不良による異常ループを生じることが
なく、ワイヤループを形成するのに必要なワイヤの長さ
を安定制御できるので、第２の接合部への接合予定品の
ワイヤの位置（被覆膜除去予定位置）を高精度に設定で
きる。
第２図（田は、第２のボンディング位置（インナーリー
ド４ｂ）上にキャピラリ１０が着地して第２ボンデイン
グを行っている状態を示す。なお、同図において水平方
向へのキャピラリ１０の移動はＸＹ子テーブルの移動に
より相対的に行われている。
上記第２ボンデイングにおけるボンディング条件として
は、キヤビラＩＪ　ｌ　Ｏへの接合荷重１００〜１５０
ｇｆ、接合時間１０〜’３０＋ｎ５ｅ５超音波周波数６
０に七、振幅１．０〜２．０μｍ、接合温度２００℃程
度が好適である。このような諸条件によって被覆ワイヤ
１３の露出部＋３ｄにおける芯線１３ａのＡｕ原子と、
インナーリード４ｂ上の銀メツキにおけるＡｇ原子との
相互拡散が促進されて接合が実現される。この時、本実
施例では被覆ワイヤ１３における第２の接合部位で予め
被覆膜１３ｂが除去され露出ａＢ１３ｄが形成され、芯
線１３ａの周側面とインナーリード４ｂとが直接接触さ
れた状態で超音波振動の印加が行われるため、下記のよ
うな利点を有する。
第１に、被覆膜１３ｂの除去のだめの超音波振動の印加
が不要となる。すなわち、第２の接合部位で被覆膜１３
ｂを機械的に破壊・除去するためには多段階の超音波振
動の印加が必要であるが、本実施例ではこれが不要であ
るためにボンディング作業を効率的に行うことができる
。
第２に、第２ボンデイングにおける接合強度を極めて高
く維持できる。すなわち、第２ボンデイングの際に予め
被覆膜１３ｂが除去されて芯線１３ａが露出した状態と
なっているため、超音波振動の印加に際して被覆膜片等
が介在することな（高い接合強度を得ることができる。
したがってボンディング信頼性を高めることができる。
第３に、第２ボンデイングの際に、予め被覆膜１３ｂが
適切な範囲で除去されているため、低温ボンディングを
実現でき、第２ボンデイングにおける温度条件を裸線の
場合と略同様にできるため、加熱による素子破壊・疲労
等を防止できる。
また、被覆膜１３ｂの除去を放電によって行うことによ
り、被覆膜１３ｂの膜厚を大きくすることができ、被覆
ワイヤ１３の絶縁性を高く維持できる。
次の第２図（社）では、第２ボンデイングの完了後、Ｘ
Ｙ子テーブルを移動することなく、キャピラリＩＯがリ
ードフレーム４の表面からり、たけ上昇した状態を示し
ている。この時のし、は、後述する方法で第１および第
２の接合部位に関する情報、および装置の初期設定条件
等によって算出される。
キャピラリｌＯがこのようにしてり、　の高さまで上昇
すると、第１クランパ１４が閉じられて被覆ワイヤ１３
がクランプ状やとなる。
第２図（ｉ）では、第１クランパ１４が閉じられて被覆
ワイヤ１３がクランプされた状態でキャピラリ１０がさ
らにり、の高さまで上昇された状態を示している。この
時、第１クランパ１４は被覆ワイヤをクランプした状態
でキャピラリ１０と連動して上昇するため、被覆ワイヤ
１３は上記第２の接合部位に右いて切断される。この結
果、被覆ワイヤ１３はキャピラリ１０の先端より上記し
１　の長さ分だけ突出された状態となる。
次に、同図に示す状態のまま、前述の放電電極１７の両
型磁片１．７０ａ、１７０ｂが被覆ワイヤ１３をその両
側方から非接触の状態で挟み込み、放電電源回路１８よ
り前述の如く制御された電圧が放電電極１７に対して印
加されると、被覆膜１３ｂを介した状態で当該電磁片１
７０ａ、１７０ｂ、＝芯１！１３ａとの間で放電が行わ
れる。この時の放電エネルギによって被覆ワイヤ１３の
所定部位における被覆膜１３ｂの一部が除去される。こ
の時の放電条件としては例えば被覆ワイヤ１３に対して
、放電電極１７側を負極に設定して放電時間２〜２０ｍ
５ｅｃ、放電電流５〜３０ｍＡ、放電ギャップ０．１〜
０．５　ｍｔｓとすることができるが、前述の如く放電
時間Ｉ　Ｑｍｓｅｃ、放Ｎ電流（目標電流Ｉｂ）０．０
１Ａ　（１０ｍＡ）　、放電ギ＋ツブ長０．２鰭とする
ことが好ましい。但しこれらの値に限定されるものでは
なく、要は、金（Ａｕ）の融点である１０６３℃まで加
熱することなく、かつ被覆膜１３ｂの熱分解温度約６０
０℃まで適正領域を加熱することが必要である。この点
について前述の放電条件によれば被覆ワイヤ１３の途中
部分に放電によるボール等を形成してしまうことなく被
覆膜１３ｂのみを完全に熱分解除去することができ、こ
の除去範囲として０．１　＋ｕ　−１，Ｏｕ、さらには
０．４　ｕ〜０．６鰭の範囲の安定除去が制御可能であ
る。
なお、この際の放電電極１７の電極面の設置高さをＩ−
２、被覆ワイヤ１３の先端から除去中心位置までの長さ
し４　　とすると、上記り、およびり。
の間には次の幾何学的関係が成立する。
Ｌｘ　　　Ｌ３＝Ｌ、Ｌ４ したがって、 Ｌｌ　　＝Ｌ２−Ｌｌ　＋Ｌ４ ここで、Ｌｘ　、　　Ｌ３　は装置の初期設定で定まる
値であり、Ｌ４　は次のボンディング時の接合位置間の
情報に基づいて演算処理により決定される値である。
上記の放電の後、放電電極１７がキャピラリ１０の下方
より離反する方向に退避するとともに、第２クランパ１
５が閉じられる。この時第２クランパ１５は固定クラン
プ状態、すなわちクランプ荷重が５０〜１５０ｇｆ程度
の第２クランプ荷重設定状態となり、被覆ワイヤ１３は
完全に拘束された状態となる。
第２図０）では、第１クランパ１４が開かれ、キャピラ
リ１０が第２図（ｉ）の状態よりも相対的にＬ・だけ下
降される。この時、被覆ワイヤ１３はは第２クランパ１
５によって拘束されているため、被覆ワイヤ１３はキャ
ピラリＩＯの内部にＬｍ　だけ引き込まれ、キャピラリ
ＩＯの先端より被覆ワイヤ１３の先端がテール長し、だ
げ突出された状態となる。この状態から第１クランパ１
４が閉じられて、第２クランパ１５が開かれると、キャ
ピラリｌＯは初期高さし、まで上昇するとともにＸＹテ
ーブル５が所定量移動して次のボンディングサイクルに
おける初期状響となる（第２図（ａ）参照）。
以上に説明した第２図（ａ）〜第２図（ｊ）におけるキ
ャピラリ１０　（ボンディング工具）の高さ位置、第１
クランパ１４および第２クランパ１５におけるソレノイ
ドのｏｎ、ｏｆｆ等の各機構の動作タイミングを示した
ものが第３図である。
また、上記第２図（ａ）〜（ｊ）において説明したＬｏ
。
Ｌｌ　、Ｌｍ　、　　Ｌｓ　、　　’Ｌ、＋ｏの間には
下記の式が成立する。
Ｌｌ　　＝Ｌｇ　　＋Ｌｓ Ｌｘ　　＝　Ｌｏ　　＋Ｌ１ｏ＋　Ｌｉここで、ボール
形成のための放電電極１７の電極面の高さＬｏ　は、装
置の初期設定で決まる。、すだ放電ギャップＬ１゜、テ
ール長し９　はオペレータの初期設定によって決まるた
め、これらよりキャピラリ１０の初期高さＬ２　は必然
的に定まる。この時、例えば放電電極１７の電磁片１７
０ｂにおける放電面上にキャビラＩＪ　ｉ　Ｏの先端を
接触させて、ボンディングヘッド６における図示しない
位置検出ｆｉＭｌを用いて高さ位置を検出することによ
って高精度にＬｌｏの設定を行うことができる。これに
ともなって被覆膜除去用の放電電極高さし。
も容易に算出することができる。
次に、Ｌ、は、第４図より、次の式で算出することがで
きる。
Ｌｔ　　＝Ｌｉ　　＋Ｌｉ ここで、Ｌｌ　は次のボンディングに要する被覆ワイヤ
１３の長さであり、Ｌ７　は、ボール１３ｃの形成に必
要な長さである。Ｌ、は、被覆ワイヤ１３の芯線１３ａ
の直径ｄとボール１３ｃの直径Ｄ（Ｍｍ）（第２図（ｂ
）参照）との関係より、Ｌｔ　＝　（１／３）　ｘ　（
Ｄ’　／ａ’　）となる。ここで、例えばｄ＝３０μｍ
とすると、Ｌｔ　＝７．４１　Ｘ　１．０−’　Ｘ　Ｄ
’　　（Ｍｍ）となる。ここで、ボール１３ｃの直径り
の精度を７５μｍ±５μｍ程度とするとり、は、３２０
±５０μｍ程度の精度で再現されることが理解できる。
このようにして示された上式をグラフ化したものが第６
図である。
次に、ボンディングに必要な長さであるＬ６　は、接合
位置を検出した後の配線距離ＬＩ５およびループ高さＬ
　ｌ　４より近似的に、 Ｌｌ　＝　Ｌｔ４　＋　ＬＩＳ の式で求めることができる。ここで、ループ高さＬ　Ｉ
　４は、配線条件、例えば芯線１３ａの製造方法に基づ
く機械的物性、第１および第２ボンディング部位間の段
差、キャピラリＩＯの軌跡、配線時のバックテンション
量、ボール形成のための放電条件等により決定される値
であるが、この中でも特に配線距離ＬＩ８の影響を大き
く受ける。このような場合にはループ高さし、と、配線
距１ｉ１．との関係を実験的に事前に求めておき、これ
を制御ｆ！ｌ５２０に記憶しておくことにより、配線距
離Ｌ１５に対応したループ高さＬｔ４を得ることができ
る。
上記の実験例として、第５図に特定条件下における配線
距離Ｌ’ｓとループ高さし、との関係を調べた一例を示
す。同図によれば、ＬｌｌはＬｔｓの一次関数で表すこ
とが可能であり、下式のようになる。
Ｌ＋＊＝０．０５ｘＬ＋ｉ＋０．１５　　　（ａｕｓ）
上記はあくまでも一例に過ぎず、Ｌ、はＬＩＳの多次元
の関数となってもよいことは勿論である。
以上の各式を用いることによって、次回のボンディング
時における被覆ワイヤ１３の先端から被覆膜除去位置く
露出部１．３　ｄ、　）までの長さし、を演算によって
算出することが可能となる。さらに、以上の多値よりＬ
ｔ　、　Ｌａ　、　Ｌｓ　を算出でき、これらの多値に
より最適な位置関係でのボンディングが可能となる。
なお、説明の煩雑さを避けるために、以上の説明では触
れなかったが、連続的にボンディングを行うためには、
次のような配慮が必要である。
以下、第７図を基に説明する。
まず、接合位置の検出を行い（ステップ７０１）、配線
距離Ｌ’ｓの算出を実行する（７０２）。
この情報に基づいて、各ボンディングサイクルにおける
被覆膜１３ｂの除去位置し、を算出する（７０３）。続
いて、これから実行するボンディングが当該半導体チッ
プ４における第１ワイヤである場合には（７０４）、リ
ードフレーム４のタブ４ａまたはタブ吊りリード（図示
せず）上等の、ボンディング及び製品に影響を与えない
箇所に対してダミーボンディングを行う（７０５）。こ
の時のダミーボンディングの配線距離は、制御部２０の
措示により一定値に設定しておく。
上記ダミーボンディングを行った後に、実際のボンディ
ングを実行する＜７０６）。その後、第２の接合部位に
おいて、既に算出済のＬ４　の値に基づいて、当該部位
の被覆膜１３ｂを除去しく７０８）、ステップ７０４以
降の処理工程を繰り返す。ここで、被覆ワイヤ１３が当
該半導体チップ３における最終ワイヤであった場合には
（７０７）、次のワイヤはダミーワイヤとして制御部２
０からｍ示された一定長の接合予定部位における被覆膜
１３ｂが除去される（７０９）。続いて、次の半導体チ
ップ３（リードフレーム４）がＸＹ子テーブル上に配置
された後、上記のステップ７０１〜７０４が繰り返され
るが、この時の半導体チップ３に対して当該ボンディン
グは第１ワイヤとなるため、これに先だって、ステップ
７０５におけるダミーボンディングが実行され、上記で
用意されたダミーワイヤはダミーボンディングされる。
ここで、ダミーワイヤにおける配線距離は常に一定長で
あるため、続く第１ワイヤからは常に安定した最適な配
線距離によるボンディングが可能となる。
なお、ダミーボンディングにおける接合状態は、製品の
信頼性とは直接関係しないため、当該半導体チγブ３に
おける最終ワイヤのボンディング後、次の第１ボンデイ
ングにおける配線距離の位置とする必要はない。
また、第４図に示す配線状態において、第２ボンディン
グ部における芯線１３ａの露出長さＬ１３は、例えば除
去範囲のばらつきを０．４〜０．６ｕ。
ループ高さのばらつきに伴うし、の算出誤差のばらつき
を±５０Ａ１ｍ（同一配線距離の場合）、ボール径のば
らつきにともなうし、の算出誤差のばらつき土５０μｍ
とすること１こより、Ｌ、ｆｆ＝０．１〜０．４問程度
に制御できるため、ワイヤショート等を有効に防止して
接合信頼性の高い第２ボンデイングを実現できる。
以上本発明者によってなされた発明を具体的に説明した
が、本発明は上記実施例中に記載したものの他、その要
旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうま
でもない。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる芯線として金線を用い
た被覆ワイヤによるワイヤボンディング技術に適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば銅線あるいはアルミニウム線等の他の導電線
金属を芯線とした被覆ワイヤにおけるワイヤボンディン
グ技術に適用できる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
すなわち、装置構造を複雑化することなく被覆ワイヤに
おける第１の接合予定部位と第２の接合予定部位におけ
るボール形成ならびに芯線の露出が可能となり、被覆ワ
イヤを用いた接合強度の高いワイヤボンディングが可能
となる。
また、ワイヤを常に一定のたるみ状態に維持することが
でき、ボンディング工具の上方においてワイヤの引張力
にばらつきを生じることなく、常に安定したボンディン
グ作業が可能となる。
また、被覆ワイヤ長の減少にともなって、常に最適な印
加電圧を供給できるため、安定した大きさのボール形成
、および安定した範囲での被覆膜の除去が可能となり、
ワイヤスプールに巻回された被覆ワイヤ長にかかわらず
、接合信頼性の高い安定したワイヤボンディングが可能
となる。
また、形成されるワイヤルーズの安定した高さの制御が
可能となるため、高精度に接合予定の被覆膜除去位置に
おいて接合を行うことができる。
また、半導体チップにおける第１ワイヤより常に安定し
た最適な配線距離によるボンディングが可能となる。
以上により、ワイヤボンディング工程を通じて得られる
半導体装置の接合信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置を示す説明図、 第２図は実施例のワイヤボンディング工程におけるボン
ディング工具等の位置関係を工程順に示す説明図、 第３図は上記ボンディング工程に対応した各機構の動作
タイミングを示す説明図、 第４図は本実施例によりボンディングが完了した状ダの
半導体チブブ３の周辺を示す説明図、第５図は本実施例
におけるループ高さと配線距離との関係を示す説明図、 第６図は同じくボール形成の必要長さとボール径との関
係を示す説明図、 第７図は本実施例のボンディング工程を示すフロー図、 第８図はエア吹付ノズルと放Ｎ電極との位置関係を示す
斜視図、 第９図は放電電極の駆動機構を示す斜視図、第１０図は
放電電極と被覆ワイヤとの位置関係を示す断面図、 第１１図は第２クランパのクランプ機構を示す平面図、 第１２図はワイヤテンション部を示す斜視図、第１３図
はそのワイヤ検出機構を示す断面図、第１４図はワイヤ
スプールを示す斜視図、第１５図は上記ワイヤスプール
の取付構造を示す一部断面図、 第１６図は放電電源回路の回路構成を示すブロック図、 第１７図および第１８図は巻線部分および放電ギャップ
の電圧降下と印加電圧との関係を示す説明図、 第１９図は被覆膜除去のための放電条件を説明するため
の模式図、 第２０図は実験結果より得られたギャップ降下電圧の一
例を示す説明図、 第２１図はギャップ降下電圧の変動量と放電電流との関
係を示す説明図、 第２２図は被覆膜除去のための放電に先だって、絶縁破
壊用の電圧を印加する状態を示す説明図である。 １・・・架台、２・・・ボンディングステージ、２ａ・
・・ヒータ、３・・・半導体チップ、３ｂ・・・ポンデ
ィングパッド、４・・・リードフレーム、４ａ・・・タ
ブ、４ｂ・・・インナーリード、５・・・ＸＹテーブル
、６・・・ボンディングヘッド、７・・・軸支点、８・
・・リニアモータ、９・・・ボンディングアーム、１０
・・・キャピラリ　（ボンディング工具）、１１・・・
超音波発振器、１２・・・ワイヤスプール、１３・・・
被覆ワイヤ、１３ａ・・・芯線、１３ｂ・・・被覆膜、
１．３　Ｃ・・・ボール、１３」・・・露出部、１３ｅ
・・・ワイヤ先端、１３ｈ・・・基端部、１４・・・第
１クランパ％１４１ａ・・・発光用ファイバ、１４１ｂ
・・・受光用ファイバ、１５・・・第２クランパ、１５
１ａ・・・クランパチップ、１５１ｂ・・・クランパチ
ップ、１５２ａ・・・板ばね、１５２ｂ・・・板ばね、
１５３ａ・・・ソレノイド、１．５３ｂ・・・ソレノイ
）’、１５４ａ・・・ロッ）’、１５４ｂ・・・ロッド
、１５５・・・圧縮コイルばね、１５６・・・揺動アー
ム、１５７・・・軸支点、１５８・・・保持部、１６・
・・エア吹付ノズル、１６ａ・・・ノズル管、１６ｂ−
拳・ガス供給口、１６ｃ・・・ガス吹出口、１７・・・
放電電極、１７０ａ・・・電磁片、１７０ｂ・・・電磁
片、１７０ｃ・・・絶縁片、１７０ｄ・・・絶縁片、１
７１・・・軸支点、１７２ａ・・・放電電極用第１ツレ
／イド、１７２ｂ・・・放電電極用第２ソレノイド、１
７３ａ・・・揺動アーム、１７３ｂ・・・揺動アーム、
１７４ａ・・・電極アーム、１７５・・・保持部、１７
６ａ・・・引張コイルばね、１７６ｂ・・・引張コイル
ばね、１７７・・・ストツバ、１８・・・放電電源回路
、１８ａ・・・高電圧発生部、１８ｂ・・・検出部、１
８ｃ・・・記憶部、１８ｄ・・・電源回路制御部、１８
ｅ・・・スイッチ、１８ｆ・・・スイッチ、１８ｇ・・
・低電圧発生部、１９・・・認識装置、２０・・・制御
部、２１・・・ワイヤガイド、２２・・・ワイヤテンシ
ョン部、２２ａ・・・エア吹付板、２２ｂ・・・検出孔
、２２ｃ・・・孔、２２ｄ・・・保持部、２３・・・エ
ア供給口、２４・・・光フアイバセンサ、２４ａ・・・
光フアイバケーブル、２５・・・スプールホルダ、２５
２・・・スプール固定部、２５３・・・板ばね、２５４
・・・保持部、２５５・・・電極端子、２６・・・回転
モータ、２６ａ・・・回転軸。 代理人　弁理士　筒　井　大　和 架台 ボンデインダステージ 半導体チップ ボンディングヘッド キャビラリ　（ボンディング工具） 被覆ワイヤ 第」クランパ 第２クランパ エア吹付ノズル 放電電極 認識装置 ワイヤテンション部 エア供給口 光フアイバセンサ スブールホルダ 第 図 配線距離 Ｌ１５　（ｒｒ＋ｍ） 第 図 ボール径Ｄ（１，ＩｍΦ） 第 図 第 図 ノア３Ａ 第 図 第 図 第 図 第 図 ＼３に Ｏ 第 図 ＝ｏｏ　＋ｏｏｏ　ｌ５ＱＯ２０００２ｎ　３０）０降
下電圧　込＼６（ボルト） 第 図 第 図 放電ギャップ Ｃｒ（Ｔｎ□） ／ｖ） 第 図 手続補正書 （自発） ７゜ 補正の内容 明細書第５０頁第１ ５行の 「放電条件としは 」 を 「放電条件としては」 に補正する。 １゜ 事件の表示 （２）。 図面の第３図。 第６図。 第１ ０図。 第１８図 平成１年 特 許 願 第３３４２６号 をそれぞれ別紙の通り補正する。 （以上） ２゜ 発明の名称 ワイヤボンディング方法および装置 名 称 株式会社 日 立 製 作 所 ５゜ 補正命令の日付 （自発） 第 図 ボール径Ｄ（ｐｍφ） 降下電圧 、ａＶｑ　（ボルト）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ボンディング工具に挿通され導電性金属からなる芯
    線の周囲に絶縁性の被覆膜を被着した被覆ワイヤを用い
    、この被覆ワイヤの先端部を第１の位置に接合する操作
    と、ボンディング工具から繰り出された被覆ワイヤの側
    面を第２の位置に接合する操作とを行うことにより、該
    第１の位置と第２の位置との間を電気的に接続するワイ
    ヤボンディング方法であって、第１および第２の位置情
    報に基づいて算出される所要の長さだけ被覆ワイヤをボ
    ンディング工具の先端部から引き出し、被覆ワイヤにお
    ける第２の接合予定部位で被覆ワイヤの芯線と放電電極
    との間で被覆膜を介して放電を行わせ、その際の放電エ
    ネルギによって予め被覆膜の一部を除去して芯線の露出
    部を形成した後、第１の接合予定部位である被覆ワイヤ
    の先端の芯線と上記と同一の放電電極との間で被覆膜を
    介して放電を行わせ該先端の被覆膜を除去して芯線を溶
    融してボールを形成した後、該ボールを第１の位置に接
    合し、引き続いてボンディング工具から繰り出された被
    覆ワイヤの上記露出部を第２の位置に接合することを特
    徴とするワイヤボンディング方法。 ２、上記被覆ワイヤにおける第１の接合予定部位へのボ
    ール形成用放電および第２の接合予定部位への被覆膜除
    去用放電の際に、放電電極の電極面に対して気体の吹き
    付けを行うことを特徴とする請求項１記載のワイヤボン
    ディング方法。 ３、スプールに巻回されボンディング工具から繰り出さ
    れるワイヤの先端部と放電電極との間で放電を行わせ、
    その放電エネルギによってボールを形成し、このボール
    を上記ボンディング工具によって所定のボンディング部
    位に押圧して接合するワイヤボンディング方法であって
    、スプールよりボンディング工具に至る間に上記ワイヤ
    は該ワイヤの軸芯方向とほぼ垂直方向に加えられた付勢
    力によって上記所定のボンディング部位とは逆方向に張
    力が加えられると同時に、該付勢力の印加がなされる同
    じ位置でワイヤを認識することによってワイヤのたるみ
    状態を検出し、該検出結果よりたるみが常に一定となる
    ようにスプールの回転が制御されることを特徴とするワ
    イヤボンディング方法。 ４、上記付勢力はワイヤ経路の両側方に配置された一対
    のエア吹付板の間に供給される流体の流体圧によって上
    記ワイヤに対して加えられるとともに、ワイヤの位置認
    識はエア吹付板に開設された検出孔に配置された光検出
    手段によって行われることを特徴とする請求項３記載の
    ワイヤボンディング方法。 ５、スプールに巻回されボンディング工具から繰り出さ
    れる被覆ワイヤの第１の接合予定部である先端部と放電
    電極との間で放電を行わせ、その放電エネルギによって
    ボールを形成し、このボールを上記ボンディング工具に
    よって所定のボンディング部位に押圧して被覆ワイヤの
    第１の接合予定部を第１の位置に接合した後、被覆ワイ
    ヤの第２の接合予定部である途中部分を第２の位置に接
    合するワイヤボンディング方法であって、ボンディング
    の進行にともなう被覆ワイヤ長の減少によって生じる電
    圧降下を随時検出するとともに、これを放電電極と先端
    部との間の放電ギャップにおける電圧降下に加算して次
    のボール形成用放電の印加電圧を算出することを特徴と
    するワイヤボンディング方法。 ６、ボンディングに先だって上記被覆ワイヤにおける第
    ２の接合予定部位を上記放電電極との間の放電によって
    その被覆膜を除去するとともに、ボンディングの進行に
    ともなう被覆ワイヤ長の減少によって生じる電圧降下を
    随時検出するとともに、これを上記放電電極と被覆ワイ
    ヤの第２の接合予定部位との間の放電ギャップにおける
    電圧降下に加算して次の被覆膜除去用放電の印加電圧を
    算出することを特徴とする請求項５記載のワイヤボンデ
    ィング方法。 ７、上記被覆ワイヤにおける降下電圧の初期値は、まず
    被覆ワイヤの先端部において露出された芯線と上記放電
    電極とを接触させて低電圧を印加してその電流値を検出
    することによって被覆ワイヤの巻線抵抗を算出した後、
    この巻線抵抗の値に基づいて算出することを特徴とする
    請求項５または６記載のワイヤボンディング方法。 ８、２回目以降の放電の際には前回における放電の際の
    放電電圧と放電電流を検出し、これらの値より被覆ワイ
    ヤの巻線抵抗を算出した後、この巻線抵抗の値に基づい
    て降下電圧を算出することを特徴とする請求項７記載の
    ワイヤボンディング方法。 ９、上記放電ギャップにおける降下電圧は、記憶部に保
    持され予め実験値より得られた値を用いることを特徴と
    する請求項５または６記載のワイヤボンディング方法。 １０、上記記憶部における降下電圧は放電ギャップ長と
    放電電流との関数として保持されていることを特徴とす
    る請求項９記載のワイヤボンディング方法。 １１、ワイヤスプールよりボンディング工具に挿通され
    たワイヤの第１の接合予定部位を第１の位置に接合した
    後、ボンディング工具内でワイヤを自由状態にしてボン
    ディング工具を所定高さまで上昇させた後、水平方向へ
    の移動とともにボンディング工具を第２の位置に下降さ
    せる際に、上記ワイヤに対して第２の位置とは逆方向に
    引張力を作用させることによってワイヤループの高さを
    安定に制御することを特徴とするワイヤボンディング方
    法。 １２、ボンディング工具に挿通された被覆ワイヤを用い
    、この被覆ワイヤの先端部を第１の位置に接合する操作
    と、ボンディング工具から繰り出された被覆ワイヤの側
    面を第２の位置に接合する操作とを行うことにより、該
    第１の位置と第２の位置との間を電気的に接続するワイ
    ヤボンディング方法であって、先の半導体チップにおけ
    る最終ワイヤのボンディングが完了した後に、後続の被
    覆ワイヤにおける一定長の第２の接合部位における被覆
    膜を除去し、後の半導体チップまたは取付部材に対して
    ダミーボンディングを実行し、引き続いて後の半導体チ
    ップに対して第１ワイヤのボンディングを行うことを特
    徴とするワイヤボンディング方法。 １３、ボンディング工具に挿通され導電性金属からなる
    芯線の周囲に絶縁性の被覆膜を被着した被覆ワイヤを用
    い、この被覆ワイヤの先端部を第１の位置に接合する操
    作と、ボンディング工具から繰り出された被覆ワイヤの
    側面を第２の位置に接合する操作とを行うことにより、
    該第１の位置と第２の位置との間を電気的に接続するワ
    イヤボンディング装置であって、ボンディング工具に挿
    通された被覆ワイヤの第１の接合予定部位である被覆ワ
    イヤの先端の直下位置と、該被覆ワイヤの第２の接合予
    定部位である被覆ワイヤの側面の位置との間を変位可能
    な放電電極を備えたワイヤボンディング装置。 １４、上記放電電極は少なくとも一対の放電電極を備え
    ており、該一対の放電電極が上記被覆ワイヤの第２の接
    合予定部位の側面において被覆ワイヤの周囲を非接触の
    状態で挟み込むように位置して被覆ワイヤの芯線と一対
    の放電電極との間で被覆膜を介して放電を行わせ、その
    際の放電エネルギによって予め被覆膜の一部を除去して
    芯線の露出部を形成した後、少なくとも一方の放電電極
    が第１の接合予定部位である被覆ワイヤの先端部の芯線
    の直下に位置して被覆膜を介して芯線との間に放電を行
    わせ該先端部の被覆膜を除去してポールを形成するよう
    変位することを特徴とする請求項１３記載のワイヤボン
    ディング装置。 １５、上記放電電極の側方には放電面に対して気体の吹
    き付けを行うエア吹付ノズルが該放電電極に対向して配
    置されていることを特徴とする請求項１３または１４記
    載のワイヤボンディング装置。 １６、ワイヤスプールより供給されボンディング工具に
    挿通され導電性金属からなる芯線の周囲に絶縁性の被覆
    膜を被着した被覆ワイヤを用い、この被覆ワイヤの先端
    部を第１の位置に接合する操作と、ボンディング工具か
    ら繰り出された被覆ワイヤの側面を第２の位置に接合す
    る操作とを行うことにより、該第１の位置と第２の位置
    との間を電気的に接続するワイヤボンディング装置であ
    って、ワイヤスプールよりボンディング工具に至るワイ
    ヤ経路上に被覆ワイヤを側面より把持するクランパを備
    えており、該クランパは少なくとも固定クランプ状態と
    摩擦クランプ状態との２段階以上の把持力の制御が可能
    であることを特徴とするワイヤボンディング装置。
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