JPH06140458A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤボンディング装置

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JPH06140458A
JPH06140458A JP4311347A JP31134792A JPH06140458A JP H06140458 A JPH06140458 A JP H06140458A JP 4311347 A JP4311347 A JP 4311347A JP 31134792 A JP31134792 A JP 31134792A JP H06140458 A JPH06140458 A JP H06140458A
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JP
Japan
Prior art keywords
wire
discharge
capillary
bonding
clamper
Prior art date
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Pending
Application number
JP4311347A
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English (en)
Inventor
Akinobu Muramoto
明信 村本
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電電極の放電不発によるワイヤ素材のキャ
ピラリーからの抜けを未然に防止する。 【構成】 放電検出装置２２によるアーク放電の不発検
出時にコントローラ１４ａによってクランパ１４が制御
されて、クランパ１４によってワイヤ線材１９が把持さ
れる。 【効果】 放電電極２０のアーク放電の不発によってワ
イヤ線材１９がキャピラリー１１から抜けてしまう事故
が発生するのを未然に防止することができるため、ワイ
ヤ線材１９をキャピラリー１１に挿通させる作業の頻度
を減少させることができる。ワイヤボンディング装置の
稼働効率およびワイヤボンディングの能率を高めること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤボンディング技
術、特に、放電またはボール不発生時にワイヤがキャピ
ラリーから抜けるのを防止する技術に関し、例えば、半
導体装置の製造工程において、半導体ペレット（以下、
ペレットという。）とリードとを電気的に接続するのに
利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ペレッ
トとリードを電気的に接続するワイヤボンディング装置
として、実開昭５８−１６９９１８号公報に示されてい
るワイヤボンディング装置がある。すなわち、このワイ
ヤボンディング装置は、放電電極によるアーク放電が利
用されてワイヤの先端にボールが溶融形成され、このボ
ールが被ボンディング体としてのペレットに熱圧着され
ることによって、ワイヤがペレット接続されるように構
成されている。
【０００３】このようなワイヤボンディング装置におい
ては、ペレットとリードとの間に橋絡されるボンディン
グワイヤのアーチ形状をばらつき無く常に一定に維持す
るため、ワイヤにはバックテンションが常時付勢されて
いる。すなわち、このバックテンションはワイヤをキャ
ピラリーから引き抜く方向の張力であり、このワイヤが
この引抜き方向に常時付勢されていることによって、キ
ャピラリー先端の移動軌跡に略倣ってボンディングワイ
ヤのアーチ形状を形成させることができる。通例、この
ワイヤに対するバックテンションは、エアがワイヤに常
時吹き付けられることによって、付勢されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなワイヤボンディング装置においては、ワイヤに常に
バックテンションが付勢されているため、放電電極によ
るアーク放電が発生しないでワイヤの先端にボールが溶
融形成されない場合には、ワイヤを把持しているクラン
パが開放すると、バックテンションによってワイヤがキ
ャピラリーから引き抜かれてしまう。
【０００５】ワイヤがキャピラリーから一度抜けると、
ワイヤをキャピラリーに挿通させる必要がある。しか
し、このワイヤのキャピラリーに対する挿通作業はワイ
ヤが極細線であるところから、困難な作業で、甚だ煩わ
しい作業である。このため、ワイヤボンディング装置の
休止時間が増加し、ワイヤボンディング作業の効率が低
下することにより、半導体装置製造工程全体としての生
産性が低下する。
【０００６】本発明の目的は、放電電極の放電不発によ
るワイヤのキャピラリーからの抜けを防止することがで
きるワイヤボンディング装置を提供することにある。
【０００７】本発明の前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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。
【０００９】すなわち、ボンディングアームによって３
次元的に移動されるキャピラリーと、キャピラリーに挿
通されてその先端から繰り出されるワイヤ素材と、キャ
ピラリーの後端側でワイヤ素材を把持自在なクランパ
と、キャピラリーの先端近傍に配置自在であって、キャ
ピラリーから突出されたワイヤ素材の先端にアーク放電
によってボールを溶融形成する放電電極とを備えてお
り、前記ワイヤ素材の先端に形成されたボールが被ボン
ディング体に熱圧着されることによって、ワイヤ素材の
一端が被ボンディング体にボンディングされるように構
成されているワイヤボンディング装置において、前記放
電電極による前記放電または前記ボールの有無を検出す
る検出装置が設けられているとともに、この検出装置に
よる放電不発検出時またはボール不発検出時に前記クラ
ンパにワイヤ素材を把持させるコントローラが設けられ
ていることを特徴とする。
【００１０】
【作用】前記した手段によれば、検出装置によるアーク
放電の不発検出時またはボール不発検出時にコントロー
ラによってクランパが制御されてクランパによってワイ
ヤ線材が把持されるため、アーク放電の不発またはボー
ル不発によってワイヤ線材がキャピラリーから抜け出る
事故は未然に防止されることになる。したがって、ワイ
ヤをキャピラリーに挿通させる作業の頻度を減少させる
ことができ、作業能率を高めることができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例であるワイヤボンデ
ィング装置の主要部を示す斜視図、図２はそのワイヤボ
ンディング装置の全体を示す一部省略側面図である。
【００１２】本実施例において、本発明に係るワイヤボ
ンディング装置は、被ボンディング物としての半導体装
置１におけるペレット２の電極パッドと、リードフレー
ム３の各リード４との間にボンディングワイヤ５をそれ
ぞれ橋絡させることにより、ペレット２と各リード４と
を電気的に接続するように構成されている。
【００１３】このワイヤボンディング装置はフィーダ６
を備えており、フィーダ６はリードフレーム３を長手方
向について摺動自在に保持して、リードフレーム３のピ
ッチをもって歩進送りし得るように構成されている。フ
ィーダ６にはヒートブロック７がリードフレーム３を加
熱し得るように設備されている。
【００１４】そして、フィーダ６上には略正方形枠形状
に形成されたリードフレーム押さえ具６ａが昇降自在に
嵌合されており、この押さえ具６ａはカム機構等のよう
な適当な駆動装置（図示せず）によりフィーダ６の間欠
送り作動に連携して上下動するように構成されている。
すなわち、この押さえ具６ａはワイヤボンディングが実
施される時にリードフレーム３を上から押さえることに
より、リードフレーム３の遊動を防止するように構成さ
れている。
【００１５】フィーダ６のボンディングステージの外部
にはＸＹテーブル８がＸＹ方向に移動し得るように設備
されており、ＸＹテーブル８上にはボンディングヘッド
９が搭載されている。ボンディングヘッド９にはボンデ
ィングアーム１０が基端を回転自在に軸支されて支持さ
れており、このボンディングアーム１０の先端にはキャ
ピラリー１１が固設されている。
【００１６】ボンディングアーム１０はカム機構等（図
示せず）によって駆動されるように構成されており、こ
の駆動によってキャピラリー１１は上下動されるように
なっている。また、ボンディングヘッド９には超音波発
振装置（図示せず）がボンディングアーム１０を通じて
キャピラリー１１を超音波振動させるように設備されて
いる。
【００１７】ボンディングアーム１０の上側には一対の
クランパアーム１２、１３がキャピラリー１１の真上ま
で突出されて支持されており、これらクランパアーム１
２、１３はボンディングアーム１０に対して独立して上
下方向に回動作動し得るように構成されている。
【００１８】両アーム１２、１３の各先端部にはボンデ
ィングワイヤ５を構成するためのワイヤ素材１９を把持
するクランパ１４がキャピラリー１１の真上位置に配さ
れて設備されている。クランパ１４は固定アーム１４ｂ
と可動アーム１４ｃとを備えており、可動アーム１４ｃ
は板ばね等が用いられて背向屈曲形状に形成されて一端
を固定アーム１４ｂに固着されることにより、自由端に
おいて固定アーム１４ｂに対して接近かつ離反運動する
ように構成されている。
【００１９】可動アーム１４ｃの先端部における固定ア
ーム１４ｂと反対側には、シリンダ装置や電磁プランジ
ャ装置等の適当な駆動手段からなるプッシャ１４ｄが可
動アーム１４ｃを固定アーム１４ｂの方向へ進退させる
ことができるように設備されており、プッシャ１４ｄの
プッシュロッド１４ｅにおける可動アーム１４ｃとの接
合部には球面接合部が略凸状半球面に形成されている。
プッシャ１４ｄはコントローラ１４ａによって制御され
るように構成されており、コントローラ１４ａには後記
する放電検出回路が接続されている。
【００２０】可動アーム１４ｃのプッシャ１４ｄの反対
側端面には一方の把持部材１４ｆが固設されており、把
持部材１４ｆは円形の平盤形状に形成されて一平端面が
固定アーム１４ｂを向くように配設されている。他方、
固定アーム１４ｂには他方の把持部材１４ｇが可動側把
持部材１４ｆに対向するように配されて固設されてお
り、固定側把持部材１４ｇは可動側に把持部材１４ｆと
略同径の円盤形状に形成されている。
【００２１】クランパ１４にはリール１６から繰り出さ
れるワイヤ素材１９がガイド１５を介して挿通されてお
り、ワイヤ素材１９はさらにキャピラリー１１に挿通さ
れている。ワイヤ素材１９はリール１６に繰り出し可能
に巻装されており、ワイヤ素材１９にエア１８を吹き付
けることによりバックテンションを付勢せしめるための
ノズル１７がガイド１５とリール１６との間に設備され
ている。
【００２２】キャピラリー１１の近傍には、放電電極２
０がキャピラリーから独立して設備されており、この放
電電極２０はタングステン合金が用いられて形成されて
いる。この放電電極２０はその上端部が回転自在に軸支
されることにより、その先端部がキャピラリー１１の下
方位置、すなわち、ボンディングワイヤを構成するため
のワイヤ素材１９の先端の真下位置と、キャピラリー１
１の側方位置（退避位置）との間を移動されるように構
成されている。
【００２３】放電電極２０と前記クランパ１４との間に
は電源回路２１が接続されており、放電電極２０とワイ
ヤ素材１９の間で放電アークが生成されるようになって
いる。電源回路２１には、この放電電極２０による放電
の有無を検出する放電検出装置としての放電検出回路２
２が介設されている。この放電検出回路２２は放電電極
２０において放電アーク２４が形成された時点の電源回
路２１における電圧や電流の変化を測定することによ
り、放電が形成されたことを検出するように構成されて
いる。また、放電検出装置２２は設定された時間内に当
該変化が測定されなかった場合に放電が適正に発生され
なかったこと（以下、放電不発という。）を検出するよ
うに構成されている。
【００２４】放電検出回路２２は前記クランパ１４のコ
ントローラ１４ａに接続されており、その検出結果をコ
ントローラ１４ａに送信するようになっている。コント
ローラ１４ａは放電検出回路２２によって放電発生が検
出された時にはクランパ１４の把持を解除させ、放電不
発が検出された時にはクランパ１４の把持を維持させる
ようになっている。
【００２５】次に前記構成にかかるワイヤボンディング
装置によるワイヤボンディング方法を説明する。
【００２６】ここで、本実施例においては、ペレットの
電極パッドとリードとを電気的に接続するボンディング
ワイヤ５を構成するためのワイヤ素材１９として、純度
が高い金ワイヤ素材が使用される。ワイヤ素材１９は断
面略真円形の極細線形状に引き抜き成形され、その太さ
はキャピラリー１１の挿通孔の内径よりも若干細めで、
橋絡された後のボンディングワイヤ５におけるループの
剛性、および電気抵抗が充分に確保される値に設定され
ている。
【００２７】このワイヤ素材１９は図２に示されている
ように、ガイド１５およびクランパ１４を介してキャピ
ラリー１１の挿通孔に予め挿通される。また、ワイヤ素
材１９にはノズル１７によってエア１８が吹き付けられ
ることにより、キャピラリー１１から引き抜く方向への
バックテンションが常時付勢されている。
【００２８】ペレット２がボンディングされているリー
ドフレーム３がフィーダ６におけるボンディングステー
ジに供給されると、リードフレーム押さえ具６ａが下降
されてリードフレーム３が押さえつけられる。続いて、
ＸＹテーブル８が適宜移動される。
【００２９】一方、キャピラリー１１においては、放電
電極２０がワイヤ素材１９の下端に接近されるととも
に、電源回路２１が閉じられることにより、ワイヤ素材
１９の先端に略真球形状のボール１９ａが溶融形成され
る。
【００３０】続いて、キャピラリー１１がボンディング
アーム１０を介してボンディングヘッド９により下降さ
れ、ワイヤ素材１９の先端部に形成されたボール１９ａ
が、ペレット２における複数個の電極パッドのうち、最
初にボンディングする電極パッド（以下、特記しない限
り、単に、パッドという。）に押着される。このとき、
押着されるキャピラリー１１に超音波振動が付勢される
とともに、ペレット２がヒートブロック７によって加熱
されているため、ボール１９ａはペレット２のパッド上
に超音波熱圧着される。
【００３１】第１ボンディング部が形成された後、キャ
ピラリー１１がＸＹテーブル８およびボンディングヘッ
ド９により３次元的に相対移動され、複数本のリード４
のうち、最初に第２ボンディングすべきリード（以下、
特記しない限り、単にリードとする。）の先端部にワイ
ヤ素材１９の中間部が押着される。このとき、キャピラ
リー１１に超音波振動が付勢されるとともに、リードが
ヒートブロック７により加熱されているため、ワイヤ素
材１９の押着部はリード上に超音波熱圧着され、もっ
て、第２ボンディング部が形成される。
【００３２】第２ボンディング部が形成されると、クラ
ンパ１４によりワイヤ素材１９が把持され、クランパ１
４がキャピラリー１１と共に第２ボンディング部から相
対的に離反移動される。この離反移動により、ワイヤ素
材１９は第２ボンディング部から引き千切られる。これ
により、ペレット２の電極パッドとリードとの間にはワ
イヤ５が橋絡されることになる。
【００３３】その後、第２ボンディング作業を終えたワ
イヤ素材１９に対するクランパ１４の把持が解除される
とともに、キャピラリー１１が若干上昇されることによ
り、ワイヤ素材１９の先端部がボール１９ａの成形に必
要な長さだけ相対的に突き出される（所謂、テール出し
動作である。）。
【００３４】以降、前記作動が繰り返し実施されること
により、残りの電極パッドと各リードとの間にワイヤ５
が順次橋絡されて行く。
【００３５】その後、一つのペレット２についてのワイ
ヤボンディング作業が終了すると、押さえ具６ａが上昇
され、ペレット２がボンディングステージの所へ位置す
るようにリードフレーム３が１ピッチ送られる。以後、
各ペレット２について前記ワイヤボンディング作業が順
次実施されて行く。
【００３６】ところで、前記ワイヤボンディング作業に
おいて、放電電極２０の放電が不発であると、ワイヤ素
材１９の先端にボール１９ａが形成されない。ボール１
９ａが形成されないと、キャピラリー１１に係合するこ
とができないため、ワイヤ線材１９は常時付勢されてい
るバックテンションによってキャピラリー１１から引き
抜かれてしまう。ワイヤ線材１９がキャピラリー１１か
ら引き抜かれると、ワイヤ線材１９をキャピラリー１１
に再度、挿通させる必要があるため、煩わしい。
【００３７】そこで、本実施例においては、前記ワイヤ
ボンディング作業において、放電電極２０による放電の
不発を放電検出回路２１によって検出し、この放電不発
検出時にワイヤ線材１９がキャピラリー１１から引き抜
かられるのを未然に防止する作動が実行されるようにな
っている。
【００３８】すなわち、本実施例において、電源回路２
１の通電開始後、放電アーク形成による電圧電流変化が
一定時間内に測定されない場合には、放電検出回路２２
は放電不発であると判定し、放電不発検出信号をクラン
パ１４のコントローラ１４ａに送信する。クランパ１４
はこの放電不発検出信号に基づいて、ワイヤ線材１９に
対する把持解除作動を停止する。また、把持が解除され
ている場合には、クランパ１４は直ちに把持作動され
る。
【００３９】また、放電検出回路２２はクランパ１４の
コントローラ１４ａに送信するとともに、電源回路２１
にも放電不発検出信号を送信する。電源回路２１はこの
信号に基づいて、再度、放電作動を実施する。
【００４０】前記放電作動が何回か繰り返された後、放
電不発が検出される場合には、放電が不良であることが
作業者に警報される。この警報に基づいて、例えば、ノ
ズル１７によるバックテンションが休止され、ワイヤ線
材１９がキャピラリー１１の先端から長く引き出され
て、所謂ダミー打ちが実施される。ダミー打ちによっ
て、放電電極２０による放電が適正に実施され、ワイヤ
線材１９の先端にボール１９ａが適正に形成された場合
には、前述したワイヤボンディング作業が再開される。
【００４１】なお、放電不発が起こる原因としては、次
のような理由がある。 ワイヤ線材のキャピラリー先端からの所謂テール出
し量が、所定寸法よりも大きくなっている場合、および
所定寸法よりも小さくなっている場合には、放電条件が
変動するので放電が発生しない。ちなみに、テール出し
の起点になる第２ボンディングであるリードが変形して
いると、テール出し量にばらつきが発生する。
【００４２】 繰り返し使用に伴って、放電電極の表
面がアーク放電による炭素等の微粒子によって汚染され
ている場合には、放電アークが形成されにくくなる。通
例、タングステン合金から成る放電電極の場合、１万５
千〜２万回の放電によって、放電電極の表面が汚染され
るため、放電電極表面のやすりによる研磨作業や、アル
コールによる洗浄作業のようなメンテナンス作業が実施
される。本実施例の場合には、放電不発が検出された後
の警報に基づいて、これらのメンテナンス作業が適宜実
施されることなる。
【００４３】以上説明した前記実施例によれば次の効果
が得られる。 放電検出装置によるアーク放電の不発検出時にコン
トローラによってクランパが制御されて、クランパによ
ってワイヤ線材が把持されるため、放電電極のアーク放
電の不発によってワイヤ線材がキャピラリーから抜けて
しまう事故が発生するのを未然に防止することができ
る。
【００４４】 ワイヤ線材がキャピラリーから抜ける
のを未然に防止することができるため、ワイヤ線材をキ
ャピラリーに挿通させる作業の頻度を減少させることが
できる。その結果、ワイヤボンディング装置の稼働効率
およびワイヤボンディング作業の作業能率を高めること
ができる。
【００４５】図３は本発明の実施例２であるワイヤボン
ディング装置の主要部を示す斜視図である。
【００４６】本実施例２が前記実施例１と異なる点は、
放電検出装置として、放電アークを光学的に検出する放
電アーク検出装置２３が使用されている点にある。
【００４７】本実施例において、放電アーク検出装置２
３は放電電極２０によって形成された放電アーク２４の
スペクトルを測定することにより、放電アーク２４が発
生したことを検出するように構成されているとともに、
電源回路２１の駆動後、所定時間内に放電アーク２４が
形成されない時には、放電不発を検出して、放電不発を
クランパ１４のコントローラ１４ａに送信するように構
成されている。
【００４８】本実施例２においても、放電アーク検出装
置２３によって放電不発が検出され、この検出に基づい
て、クランパ１４によってワイヤ線材１９を把持するこ
とができるため、前記実施例１と同じ作用および効果を
得ることができる。
【００４９】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、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。
【００５０】例えば、放電検出装置は、放電の不発を電
気的に検出する放電検出回路と、放電の不発を光学的に
検出する放電アーク検出装置とを併用するように構成し
てもよい。
【００５１】また、放電の不発を光学的に検出する検出
装置は、放電アークのスペクトルを測定するように構成
するに限らず、溶融されたワイヤ線材先端の熱線やボー
ルの形状を検出するように構成してもよい。
【００５２】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背景となった利用分野である超音波
熱圧着式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、それに限定されるものではなく、熱圧着
式ワイヤボンディング技術等に適用することができる。
【００５３】
【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、次
の通りである。
【００５４】検出装置による放電またはボールの不発検
出時にコントローラによってクランパが制御され、クラ
ンパによってワイヤ線材が把持されるため、放電電極の
放電の不発またはボール不発生によってワイヤ線材がキ
ャピラリーから抜けてしまう事故が発生するのを未然に
防止することができる。
【００５５】ワイヤ線材がキャピラリーから抜けるのを
未然に防止することができるため、ワイヤ線材をキャピ
ラリーに挿通させる作業の頻度を減少させることができ
る。その結果、ワイヤボンディング装置の稼働効率およ
びワイヤボンディング作業の作業能率を高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置の主要部を示す斜視図である。
【図２】そのワイヤボンディング装置を示す一部省略側
面図である。
【図３】本発明の実施例２であるワイヤボンディング装
置の主要部を示す斜視図である。
【符合の説明】
１…半導体装置、２…ペレット、３…リードフレーム、
４…リード、５…ボンディングワイヤ、６…フィーダ、
６ａ…リード押さえ具、７…ヒートブロック、８…ＸＹ
テーブル、９…ボンディングヘッド、１０…ボンディン
グアーム、１１…キャピラリー、１２、１３…クランパ
アーム、１４…クランパ、１４ａ…コントローラ、１５
…ガイド、１６…リール、１７…ノズル、１８…エア、
１９…ワイヤ線材、２０…放電電極、２１…電源回路、
２２…放電検出回路（放電検出装置）、２３…放電アー
ク検出装置（放電検出装置）、２４…放電アーク。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディングアームによって３次元的に
    移動されるキャピラリーと、キャピラリーに挿通されて
    その先端から繰り出されるワイヤ素材と、キャピラリー
    の後端側でワイヤ素材を把持自在なクランパと、キャピ
    ラリーの先端近傍に配置自在であって、キャピラリーか
    ら突出されたワイヤ素材の先端にアーク放電によってボ
    ールを溶融形成する放電電極とを備えており、前記ワイ
    ヤ素材の先端に形成されたボールが被ボンディング体に
    熱圧着されることによって、ワイヤ素材の一端が被ボン
    ディング体にボンディングされるように構成されている
    ワイヤボンディング装置において、 前記放電電極による前記放電または前記ボールの有無を
    検出する検出装置が設けられているとともに、この検出
    装置による放電不発検出時またはボール不発検出時に前
    記クランパにワイヤ素材を把持させるコントローラが設
    けられていることを特徴とするワイヤボンディング装
    置。
  2. 【請求項２】 前記検出装置が放電の有無を電気的に検
    出するように構成されていることを特徴とするワイヤボ
    ンディング装置。
  3. 【請求項３】 前記検出装置が前記放電または前記ボー
    ルの有無を光学的に検出するように構成されていること
    を特徴とするワイヤボンディング装置。
JP4311347A 1992-10-27 1992-10-27 ワイヤボンディング装置 Pending JPH06140458A (ja)

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