JPH0511664B2 - - Google Patents

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JPH0511664B2
JPH0511664B2 JP62027659A JP2765987A JPH0511664B2 JP H0511664 B2 JPH0511664 B2 JP H0511664B2 JP 62027659 A JP62027659 A JP 62027659A JP 2765987 A JP2765987 A JP 2765987A JP H0511664 B2 JPH0511664 B2 JP H0511664B2
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ultrasonic waves
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wire
wire bonding
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Hiroaki Kobayashi
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の組立ての際に、接合部に
加圧力を印加させつつ互いに接触させ、しかる
後、接合部に超音波を印加させてワイヤを配線接
続電極等に接合させるワイヤボンデイング装置の
制御方法に関する。
（従来の技術） 従来の上記ワイヤボンデイング装置の制御方法
を第３図を参照して、第４図に基づいて説明す
る。
即ち、Ｘ方向駆動モータ１とＹ方向駆動モータ
２により制御されるＸ−Ｙテーブル３の上面には
ボンデイングヘツドユニツト４が搭載されてい
る。そして、このボンデイングヘツドユニツト４
には、超音波トランスジユーサ５が取付けられ、
この先端にはボンデイングワイヤ６を通したボン
デイング工具７が設けられている。このトランス
ジユーサ５は、枢軸８を回転中心として揺動する
副揺動アーム９に取付けられ、ボイスコイルモー
タ１０とロツクピン１１により、揺動アーム１２
に連動して揺動するよう構成され、この揺動アー
ム１２の後端は、これに揺動を与えるためのアー
ム駆動モータ１３に偏心軸１４を介して連結され
ている 揺動アーム１２は、第４図で示すタイムチヤー
トの線図Ｓで示すように、１本のワイヤをボンデ
イングする度に２回の上下動（揺動）を繰返し、
ボイスコイルモータ１０の推力（コイルスプリン
グの張力を併用する場合もある）は、同図の線図
Ｆで示すように、大小切換操作が電気的に行われ
る。この推力Ｆは、ボンデイング工具７をワーク
としての半導体チツプ１５の接合面に押付ける加
圧力として働くとともに、副揺働アーム９を揺働
アーム１２につらなるロツクピン１１に押付け、
同図に示す高速上下動時T1、T7及びT13におい
て、揺動アーム１２の高速動作に副揺動アーム
９、同時にトランスジユーサ７が安定して追従す
るよう構成されている。この高速上下動時T1，
T7及びT13では、動作の加速度に応じた一定の大
加圧力が、第１ボンデイング時T2〜T6では、第
１のボンデイングの条件により、これ最適な接合
に用いる一定の加圧力が、第２のボンデイング時
T8〜T12では、第２のボンデイングの条件によ
り、これに最適な接合に用いる一定の加圧力が
夫々作用するようなされていた。
なお、T2、T8はボンデイング時に加わる衝撃
を緩和するためのソフトアプローチ時で、線図Ｄ
はボンデイング工具６が接合面に到達したことを
検知するセンサの信号、同じくＵは超音波の出力
波形である。
（発明が解決しようとする問題点） 超音波を使用したワイヤボンデイングにおける
最適な接合条件は、接合部の構成等により異な
り、その接合条件のなかの接合部に印加する加圧
力も異なる。
例えば、Cuワイヤ等の硬い接合部の場合、あ
るいは太いワイヤによる大きな接合部の場合に
は、100〜200ｇの加圧力を必要とすることもあ
り、逆に高い密度で配線を施すために接合部の大
きさを小さくする場合には、接合に最適な超音波
エネルギーを印加するとともに、接合部に印加す
る加圧力を小さくする必要がある。
更に、接合部に超音波を印加する際の、加圧力
により平面状に潰された初頭の接合部の面積につ
いても、接合部に印加される加圧力、熱及び超音
波等による接合エネルギーが、単位面積当りの接
合に供されるエネルギーと考えた時に、この接合
条件として見合つた最適な面積を必要とする。同
じエネルギーを供給したと仮定すると、初頭の面
積が極少の場合には素子側にダメージが、面積が
過大の場合には接合強度不足等の問題が夫々生
じ、接合強度を上げるために加圧力を大きくする
と、過大なボール潰れ又はワイヤ潰れとなり、近
接する配線等とシヨートするおそれが生じる。
上記従来のワイヤボンデイング装置において
は、ボンデイング工具７が接合面に到達する以前
のソフトアプローチから、接合後のボンデイング
工具６がある程度上昇するまでの間T2〜T6にお
いては、超音波を印加して接合するための加圧
力、即ち推力Ｆは一定に固定されており、初頭の
接合部面積をこの推力Ｆによつてコントロールす
ることができなかつた。
更に、ボンデイング工具７の上下動作におい
て、加圧力の大きな高速上下動時T1，T7，T13及
び接合するための加圧力が限度以上に大きい場合
には、ボンデイング工具７は安定して動作して震
動等は発生しないが、低い加圧力で接合しようと
するとソフトアプローチ時T2、T8及び上昇開始
時点で、駆動側に追従できなくなつて上下振動が
発生してしまう。従つて、必要にせまられて低い
加圧力で接合する場合には、全体の動作スピード
を落としてボンデイングせざるを得ないこととな
る。
また、高い加圧力で接合する場合には、大きな
衝撃をワーク（半導体チツプ）１５に加えること
となり、これにダメージが残つてしまうことがあ
るばかりでなく、必要以上にワイヤ又はボールを
潰してしまい、超音波を印加する際の面積が過大
となるおそれがあるといつた問題点があつた。
本発明は上記に鑑み、接合に最適な加圧力によ
り、超音波又は超音波と熱併用で接合する時の超
音波スタート時の接触面積を任意に設定すること
ができ、低加圧力により接合する時のボンデイン
グ工具（トランスジユーサ）の上下動を駆動源に
追従させて安定して動作させるとともに、高加圧
力により接合する時の衝撃を緩和することができ
るものを提供することを目的としてなされたもの
である。
〔発明の構成〕
（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、接合部に加
圧力を印加させつつ互いに接触させ、しかる後、
接合部に超音波を印加させてワイヤを配線接続電
極等に接合させるワイヤボンデイング装置の制御
方法において、接合部が互いに接触する前と、接
触した後で超音波の印加を開始する前と、印加を
開始した後との夫々の加圧力を各々区別し独立し
て制御するようにしたものである。
（作用） 而して、接合部が互いに接触する前の加圧力
を、ボンデイング工具が安定して動作し振動が生
じないように、接触した後で超音波を印加する前
の加圧力を、超音波を印加する際に最適な初頭の
接合部面積が得られるように、超音波の印加した
後の加圧力を、この接合に最適となるように、
夫々設定すること等により、加圧力を印加する駆
動源の推力を目的により自在に変化させるように
したものである。
（実施例） 第１図乃至第３図に基づいて、本発明の一実施
例を詳細に説明する。
本実施例において、ワイヤボンデイング装置自
体は、上記従来のものをそのまま使用しており、
上記と異なる点は第１ボンデイング時T2〜T6及
び第２ボンデイング時T8〜T12におけるボイスコ
イルモータ１０の推力Ｆが変化している点にあ
る。
即ち、ボンデイング工具７の上下動の位置を、
アーム駆動モータ１３のエンコーダ１６で読取
り、所定の高さまで下降が完了したことを入出力
インターフエース１７で検知すると、高速下降時
T1からソフトアプローチ時T2として、低速な一
定速度の下降となすとともに、入出力インターフ
エース１７からＤ／Ａコンバータ１８及びモータ
ドライバ１９を介してボイスコイルモータ１０の
推力Ｆを設定された値に変更（下降）させる。こ
の推力Ｆは、ボンデイング工具７が安定して動作
し振動が生じない程度の値とする。
ボンデイング工具７が更に下降してこの下端が
接合面に到達し、その到達を検知する面検知セン
サ２０の信号Ｄがオンとなつた時、次の設定され
た推力Ｆに変更（上昇）させ、超音波の発振をス
タートさせるまでのデイレイタイムT3をカウン
トする。この推力Ｆは、デイレイタイムT3との
関係で、超音波を印加する際に最適な初頭の接合
部面積が得られる程度の加圧力となる大きさとす
る。
この時間T3経過後に推力Ｆを接合に適した加
圧力となるよう変更（下降）させ、超音波発振電
源２１を介してトランスジユーサ５を作動させ、
超音波発振の設定時間T4この出力波形Ｕを印加
して第１のワイヤボンデイングを完了させる。
超音波発振の終了後の超音波残留発振を考慮し
て、デイレイタイムT5経過後にボンデイング工
具６の上昇を開始させ、時間T6の間ボンデイン
グ工具６が振動を起こさない程度の推力Ｆを維持
し、所定の高さまで上昇した後、高速動作に追従
させるための大きな推力Ｆに変更して次の接合に
移る。
推力Ｆがかなり小さい場合には、このように一
旦推力Ｆが上昇させた後、再び上昇させるように
した方が振動防止を図る上で好ましい。
そして、高速上下動時T7の後、上記とほぼ同
様に、ソフトアプローチ時T8として、低速な一
定速度の下降となすとともに、ボイスコイルモー
タ１０の推力Ｆを設定された値、ここでは変更な
しとし、超音波の発振をスタートさせるまでのデ
ーイレイタイムT9をカウントする。この時間T9
経過後に推力Ｆを接合に適した加圧力となるよう
変更（上昇）させて超音波発振電源２１を介して
トランスジユーサ５を作動させ、超音波発振の設
定時間T10この出力波形Ｕを印加して第２のワイ
ヤボンデイングを完了させる。
超音波発振の終了後の超音波残留発振を考慮し
て、デイレタイムT11経過後にボンデイング工具
６の上昇を開始させ、時間T11、T12の間推力Ｆ
を維持した後、高速動作に追従させるさせるため
の大きな推力Ｆに変更して次の接合に移る。
上記制御は、ブロツクダイヤブラムの第２図に
示すように、CPU２２により予めプログラムさ
れた動作で、タイムカウントはCPU２２を作動
させるためのクロツク２３を基準クロツクとし
て、ソフトウウエアタイマを使用している。
本実施例では、時間をT1〜T13に細分化して推
力Ｆを設定しているが、小品種生産では、例えば
時間T2、T3及びT6における推力を同一値とする
等、制御系の負担を緩和して操作性の簡略化を図
ることができる。
また、多品種少量生産では、種々の条件に適合
した各設定値のノウハウを集積して数値化し、
CPU２２により演算させることにより、少ない
設定項目で操作し、各細目の設定値を自動的に設
定するようにしても良い。
更に、本実施例では、ボイスコイルモータ１０
のモータドライバ１９にコンデンサを配し、充放
電を利用して推力が滑らかに変化するようにして
いるが、CPU２２によりリアルタイムに推力Ｆ
を制御することもできる。
なお、本実施例では、ワイヤ（線材）を一本一
本接続する装置として説明しているが、これに限
定されることなく、例えは偏平な配線部材に一括
して超音波を印加して、これを接合するボンデイ
ング装置に応用することができることは勿論であ
る。
〔発明の効果〕
本発明は上記のような構成であるので、多様な
品種の多様な接合条件に適した接合を、生産性を
低下することなく行うことができるばかりでな
く、従来のものでは安定動作範囲外で使用するこ
とができなかつた極低加圧力や極高加圧力の条件
による接合が可能となり、新しい半導体製品の量
産の道を開くことができる。
更に、最適な条件設定で接合することができる
ことから、品質が高く、しかも高歩留のワイヤボ
ンデイングを行うことができるといつた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すタイムチヤー
ト、第２図及び第３図は本発明が制御するワイヤ
ボンデイング装置を示し、第２図はブロツクダイ
ヤグラム、第３図は装置の全体側面図、第４図は
従来例を示すタイムチヤートである。 ５……トランスジユーサ、６……ボンデイング
工具、１０……ボイスコイルモータ、Ｓ……ボン
デイング工具の軌跡、Ｄ……面検出センサの信
号、Ｆ……ボイスコイルモータの推力（加圧力）、
Ｕ……超音波の出力波形。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 接合部に加圧力を印加させつつ互いに接触さ
    せ、しかる後、接合部に超音波を印加させてワイ
    ヤを配線接続電極等に接合させるワイヤボンデイ
    ング装置の制御方法において、接合部が互いに接
    触する前と、接触した後で超音波の印加を開始す
    る前と、印加を開始した後との夫々の加圧力を
    各々区別し独立して制御するようにしたことを特
    徴とするワイヤボンデイング装置の制御方法。 ２ 接合部が互いに接触する前の加圧力をボンデ
    イング工具が安定して動作し振動が生じないよう
    に、接触した後で超音波を印加する前の加圧力を
    超音波を印加する際に最適な初頭の接合部面積が
    得られるように、超音波の印加した後の加圧力を
    この接合に最適となるように夫々設定したことを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボ
    ンデイング装置の制御方法。 ３ 前記接合部が互いに接触する前と、接触した
    後で超音波の印加を開始する前と、印加を開始し
    た後との夫々の加圧力の内の２つの値を同一とし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
    ２項記載のワイヤボンデイング装置の制御方法。 ４ 超音波による印加を終了した後、ボンデイン
    グ工具が振動を起こさない程度の加圧力を維持す
    るようにしことを特徴とする特許請求の範囲第１
    項乃至第３項のいずれかに記載のワイヤボンデイ
    ング装置の制御方法。 ５ 偏平な配線部材に一括して超音波を印加して
    これを接合するワイヤボンデイング装置を制御す
    るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    １項乃至第４項記載のいずれかに記載のワイヤボ
    ンデイング装置の制御方法。
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