JPH06196532A - ボンデイング装置 - Google Patents

ボンデイング装置

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JPH06196532A
JPH06196532A JP4357385A JP35738592A JPH06196532A JP H06196532 A JPH06196532 A JP H06196532A JP 4357385 A JP4357385 A JP 4357385A JP 35738592 A JP35738592 A JP 35738592A JP H06196532 A JPH06196532 A JP H06196532A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ボンデイングの安定性の向上を図る。 【構成】超音波ホーン２０は、該超音波ホーン２０をボ
ンドアーム３０に取付けるためのホーン支持部２８の両
側にそれぞれ振動発生源２６、２７を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はネイルヘッド超音波併用
熱圧着ワイヤボンデイング装置、超音波ウエッジワイヤ
ボンデイング装置、シングルタブボンデイング装置など
のボンデイング装置に係り、特に一方端に取付けられた
ボンデイングツールと電歪素子又は磁歪素子などの振動
発生源とを具備する超音波ホーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、従来のネイルヘッド熱圧着ワイ
ヤボンデイング装置は、図７に示すような構造になって
いる。即ち、ボンドアーム１には支軸２が固定されてお
り、支軸２は図示しないボンデイングヘッドに直接又は
リフタアームを介して回転自在に支承されている。ボン
ドアーム１には、超音波ホーン３のホーン支持部４が固
定されている。超音波ホーン３は、図示しないワイヤが
挿通されるキャピラリ５を一方端に取付けたホーン本体
６と、このホーン本体６にねじ結合された振動子７とか
らなっている。
【０００３】前記振動子７は、振動発生源８をランジュ
バン型と呼ばれるねじ止め方式で取付けた構造よりな
り、ホーン本体６に取付けるホーン取付け部材９と、両
端部にねじ部が形成されホーン取付け部材９にねじ結合
される振動発生源取付け軸１０と、この振動発生源取付
け軸１０に嵌挿された絶縁パイプ１１と、ドウナツ形の
電歪素子又は磁歪素子を絶縁パイプ１１に嵌挿して複数
個積層した振動発生源８と、振動発生源取付け軸１０に
ねじ結合して振動発生源８を締め付けるナット１２とか
らなっている。
【０００４】従って、従来の超音波ホーン３は、振動発
生源８をホーン支持部４から見てキャピラリ５側と反対
側に取付けられている。また振動子７は、振動発生源８
の両側にホーン取付け部材９とナット１２を取付けて所
望の周波数に調整したものとなっており、振動子７の音
響的長さは、１／２波長の正数倍でなければならない
が、長く延ばす意味はないので１／２波長の長さのもの
が用いられている。そして、振動子７は、解放端１３が
振動の腹（振幅が大）になると同時にホーン取付け部材
９のホーン取付け部１４も腹となって取付けが容易にな
っている。
【０００５】次に作用について説明する。振動発生源８
の振動が超音波ホーン３全体に伝わって超音波ホーン３
の中で定在波の振動を作り、キャピラリ５に必要なエネ
ルギーを供給する。無負荷の状態（ボンデイングしてい
ない状態）では、エネルギーは安定した状態で蓄えられ
ており、精巧に作られた超音波ホーン３ではホーン支持
部４に節ができるような寸法になっているので、超音波
ホーン３をボンドアーム１に取付けた状態でもホーン支
持部４の運動は小さく損失が少ない。この無負荷の状態
では、超音波ホーン３は音叉のように動作し、ホーン支
持部４は左右からの振動を対称に受けて左右には動かな
い。振動発生源８は、通常定電流駆動などにより振幅が
規定の値になるように駆動されており、キャピラリ５を
通してボンデイングのためにエネルギーが使われると、
振動発生源８側とキャピラリ５側のエネルギーの均衡が
破れて振動の節が運動し、均衡に必要なエネルギーを送
り込む。このようにして超音波を利用したボンデイング
が行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波ホーン３
は、振動発生源８がホーン支持部４に対してキャピラリ
５の反対側にあるので、振動発生源８のエネルギーはホ
ーン支持部４を通過する必要がある。このため、キャピ
ラリ５側でボンデイングのためにエネルギーを消費する
状態では、ホーン支持部４を通過するエネルギーは、ホ
ーン支持部４の構造によって大きく変動するエネルギー
ロスの影響を受けて不安定になっている。ホーン支持部
４のエネルギーロスは、ホーン支持部４を通過するエネ
ルギーが大きい時に大きく変動する傾向があり、無負荷
状態の超音波ホーン３の特性からは実際の負荷時の状態
を知ることができない。
【０００７】前記したことを更に詳述する。ホーン支持
部４の部分は、無負荷の状態ではホーン支持部４の両側
からのエネルギーがホーン支持部４の真ん中を振動の節
として歪ませるため超音波ホーン３の軸方向には動かな
い。ホーン支持部４が支点として選ばれた理由は、機械
的な振動が少ないことによりエネルギー損失が極少にな
ることを期待してのことであるが、良く作られた超音波
ホーン３は、無負荷では損失も少なく安定している。し
かし、ボンデイング動作中はキャピラリ５側でエネルギ
ーが消費されるため、ホーン支持部４から見て両側のエ
ネルギーのバランスが崩れ、ホーン支持部４に振動が発
生する。その結果、ボンドアーム１とホーン支持部４の
間で摩擦運動が生じ、振動子７に加えるエネルギーと半
導体デバイスの組立に使われるエネルギーの関係が崩れ
てボンデイング品質を劣化させる。
【０００８】ホーン支持部４やキャピラリ５の固定部の
部品で消費されるエネルギーは、肝心のボンデイング部
で消費されるエネルギーと区別することはできないの
で、実際のボンデイングの結果を見ながら振動発生源８
に加える電流や時間を調節して最適な条件でボンデイン
グしなければならない。ところが、無駄に使われるエネ
ルギーは不安定であり、ボンデイングのために使われる
エネルギーは安定しない。
【０００９】従来の超音波ホーン３では、ボンデイング
中にエネルギーの損失が発生し、ホーン支持部４よりキ
ャピラリ５側で振動エネルギーが不足すると、ホーン支
持部４の左右の均衡が破れて本来振動の節であるべきホ
ーン支持部４は静止できずに運動する。その結果、与え
られた超音波エネルギーはホーン支持部４とボンドアー
ム１との間で熱エネルギーに変換されたり、ボンドアー
ム１やそれに取付けられた部品に逃げてボンドアーム１
などを振動させることになる。このようにして予期され
なかった原因により蓄積、消費、放出されるエネルギー
は全てボンデイング品質を低下させる原因になる。
【００１０】ボンデイング品質を劣化させる今一つの原
因は、振動子７の周波数変化、インピーダンス変化であ
る。振動子７は小振幅と大振幅では数百Ｈｚも周波数が
変化する。従来の構造では、振動発生源８がホーン支持
部４の片側に配置されているので、ホーン支持部４の両
側の周波数のズレが生じ易い。周波数が２つあっても実
際にはどちらか一方の周波数で振動を行なうため、キャ
ピラリ５側の周波数で振動している場合と、振動子７側
の周波数で振動している場合ではキャピラリ５の振幅は
大きく変わる。そして、実際のボンデイング中には条件
の変動によって周波数が突然変わり、不良を発生させ
る。
【００１１】本発明の目的は、ボンデイングの安定性の
向上が図れる超音波ホーンを備えたボンデイング装置を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の構成は、一方端に取付けられたボンデ
イングツールと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生
源とを具備する超音波ホーンをボンドアームに取付けた
ボンデイング装置において、前記超音波ホーンは、該超
音波ホーンを前記ボンドアームに取付けるためのホーン
支持部の両側にそれぞれ振動発生源を有することを特徴
とする。
【００１３】上記目的を達成するための本発明の第２の
構成は、一方端に取付けられたボンデイングツールと、
電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを具備する超
音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデイング装置
において、前記超音波ホーンは、該超音波ホーンを前記
ボンドアームに取付けるためのホーン支持部とボンデイ
ングツールの間のみに振動発生源を有することを特徴と
する。
【００１４】上記目的を達成するための本発明の第３の
構成は、上記第１の手段において、更にホーン支持部の
両側に、それぞれ振動発生源取付け軸と該振動発生源取
付け軸の端部に形成されたねじ部とを一体に設け、前記
ホーン支持部の両側の振動発生源取付け軸に振動発生源
を取付け、前記振動発生源取付け軸端部のねじ部をホー
ン本体にねじ結合したことを特徴とする。
【００１５】
【作用】上記第１及び第２の構成によれば、ホーン支持
部からボンデイングツール側に取付けられた振動発生源
の振動エネルギーは、ホーン支持部を通過する必要がな
く、ボンデイングツールへのエネルギー授受に伴うホー
ン支持部の無用な運動を減ずる効果がある。また振動発
生源自体が持っている特性変動も、ホーン支持部の両側
が対称に近づくので、ホーン支持部に影響する割合を減
ずる効果がある。
【００１６】上記第３の構成においては、ホーン支持部
はホーン本体に直接機械的に強固に固定されるので、ホ
ーン支持部の滑りが生じない。なお、ホーン支持部は、
振動の節になり大きな歪みが生じるので、ねじ部の部分
をなるべく振動の節に近い部分にするのが好ましく、ね
じ部はホーン支持部から約１／４波長分の長さのあたり
にすると、振動発生源の振動効率が向上する。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２によ
り説明する。超音波ホーン２０は、一方端にキャピラリ
２１が取付けられたホーン本体２２を有し、ホーン本体
２２の他方端には振動発生源取付け軸２３が形成され、
振動発生源取付け軸２３の端部にはねじ部２４が形成さ
れている。振動発生源取付け軸２３には絶縁パイプ２５
が嵌挿され、絶縁パイプ２５には複数枚（実施例は２
個）の電歪素子又は磁歪素子よりなる２組の振動発生源
２６、２７と、振動発生源２６と２７間に配設されたホ
ーン支持部２８とが嵌挿されている。そして、振動発生
源２６、２７及びホーン支持部２８は、ホーン本体２２
のねじ部２４に螺合されたナット２９で締め付けられて
ホーン本体２２に固定されている。ホーン支持部２８
は、ボンドアーム３０と固定板３１とで挟持され、固定
板３１をボンドアーム３０にねじ３２で固定することに
よりボンドアーム３０に固定されている。
【００１８】次に作用について説明する。ホーン支持部
２８の両側に振動発生源２６、２７が取付けられている
ので、ホーン支持部２８からキャピラリ２１側に取付け
られた振動発生源２６の振動エネルギーは、ホーン支持
部２８を通過する必要がなく、キャピラリ２１へのエネ
ルギー授受に伴うホーン支持部２８の無用な運動を減ず
る効果がある。振動発生源２６、２７自体が持っている
特性変動も、ホーン支持部２８の両側が対称に近づくの
で、ホーン支持部２８に影響する割合を減ずる効果があ
る。なお、本実施例においては、ホーン支持部２８の両
側に配設した振動発生源２６、２７はそれぞれ２個用い
たが、ホーン支持部２８の両側の特性変動の対称性をよ
り効果的にするには、その数及び配置位置は要求される
出力によって変える必要がある。
【００１９】図３及び図４は本発明の第２実施例を示
す。本実施例は、ボンドアーム３０（図１参照）に固定
されるホーン支持部３５の前後に振動発生源取付け軸３
６、３７を形成し、その振動発生源取付け軸３６、３７
の端部にねじ部３８、３９を形成してある。そして、一
方端にキャピラリ２１を取付けたホーン本体４０の他方
端に前記ねじ部３８に螺合するねじ部４１を形成してい
る。そこで、振動発生源取付け軸３６に絶縁パイプ４
２、４３を嵌挿させる。そして、絶縁パイプ４２に振動
発生源２６を嵌挿させてねじ部３８をねじ部４１に螺合
させてホーン支持部３５を締め付けると、振動発生源２
６は固定される。また絶縁パイプ４３に振動発生源２７
を嵌挿させ、ねじ部３９にナット２９を螺合させて締め
付けると、振動発生源２７は固定される。
【００２０】ところで、上記第１実施例においては、ホ
ーン支持部２８は振動発生源２６、２７を介してホーン
本体２２に接合されることになるので、ボンデイング中
にかかる力によってホーン支持部２８と振動発生源２
６、２７との間に滑りが生ずる恐れがある。この点、本
実施例においては、ホーン支持部３５はホーン本体４０
に直接機械的に強固に固定されるので、ホーン支持部３
５の滑りが生じない。なお、ホーン支持部３５は、振動
の節になり大きな歪みが生じるので、ねじ部３８、３９
の部分をなるべく振動の節に近い部分にするのが好まし
く、ねじ部３８、３９はホーン支持部３５から約１／４
波長分の長さのあたりにすると、振動発生源２６、２７
の振動効率が向上する。
【００２１】図５は本発明の第３実施例を示す。本実施
例は、一方端にキャピラリ２１を取付けた前部ホーン本
体５０と、ホーン支持部５１を形成した後部ホーン本体
５２とによってホーン本体を構成している。そして、前
部ホーン本体５０の他方端には、ねじ部５３を形成し、
後部ホーン本体５２には、振動発生源取付け軸５４とこ
の振動発生源取付け軸５４の端部に前記ねじ部５３に螺
合させるねじ部５５を形成してなる。そこで、振動発生
源取付け軸５４に絶縁パイプ５６を嵌挿し、絶縁パイプ
５６に振動発生源５７を嵌挿させる。そして、後部ホー
ン本体５２のねじ部５５を前部ホーン本体５０のねじ部
５３に螺合させて締め付ける。
【００２２】即ち、前記各実施例は、振動発生源２６、
２７をホーン支持部２８又はホーン支持部３５の両側に
取付けたが、本実施例は振動発生源５７をホーン支持部
５１とキャピラリ２１間のみに取付けてなる。このよう
に構成しても前記各実施例と同様な効果が得られる。
【００２３】図６は本発明の第４実施例を示す。前記第
３実施例（図５）は、振動発生源５７をホーン支持部５
１の近傍に設けたが、本実施例は、振動発生源５７をキ
ャピラリ２１に近い方に設けてなる。このように構成し
ても前記各実施例と同様な効果が得られる。
【００２４】なお、上記各実施例においては、ネイルヘ
ッド超音波併用熱圧着ワイヤボンデイング装置に適用し
た場合について説明したので、ボンデイングツールはワ
イヤを挿通するキャピラリを用いたが、超音波ウエッジ
ワイヤボンデイング装置に適用した場合には、ボンデイ
ングツールはワイヤを挿通するウエッジを用い、シング
ルタブボンデイング装置に適用した場合には、ボンデイ
ングツールはタブリードを１本づつ半導体素子に接合さ
せるためのツールを用いることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、超音波ホーンは、該超
音波ホーンをボンドアームに取付けるためのホーン支持
部の両側にそれぞれ振動発生源を有するか、又はホーン
支持部とボンデイングツールの間のみに振動発生源を有
する構成よりなるので、ボンデイングの安定性の向上が
図れる。
【００２６】またホーン支持部の両側に、それぞれ振動
発生源取付け軸と該振動発生源取付け軸の端部に形成さ
れたねじ部とを一体に設け、前記ホーン支持部の両側の
振動発生源取付け軸に振動発生源を取付け、前記振動発
生源取付け軸端部のねじ部をホーン本体にねじ結合する
と、前記した効果の他に、ホーン支持部がホーン本体に
直接機械的に強固に固定され、ホーン支持部の滑りが生
じないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
部分の第１実施例を示す要部断面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
部分の第２実施例を示す要部断面図である。
【図４】図２のホーン支持部部品の斜視図である。
【図５】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
部分の第３実施例を示す要部断面図である。
【図６】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
部分の第４実施例を示す側面図である。
【図７】従来のボンデイング装置の超音波ホーン部分の
要部断面図である。
【符号の説明】
２０ 超音波ホーン ２１ キャピラリ ２２ ホーン本体 ２６、２７ 振動発生源 ２８ ホーン支持部 ３０ ボンドアーム ３５ ホーン支持部 ３６、３７ 振動発生源取付け部 ３８、３９ ねじ部 ４０ ホーン本体 ４１ ねじ部 ５０ 前部ホーン本体 ５１ ホーン支持部 ５２ 後部ホーン本体 ５７ 振動発生源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】
【作用】上記第１乃至第３の構成によれば、ホーン支持
部からボンデイングツール側に取付けられた振動発生源
の振動エネルギーは、ホーン支持部を通過する必要がな
く、ボンデイングツールへのエネルギー授受に伴うホー
ン支持部の無用な運動を減ずる効果がある。また第１及
び第３の構成によれば、振動発生源自体が持っている特
性変動も、ホーン支持部の両側が対称に近づくので、ホ
ーン支持部に影響する割合を減ずる効果がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】上記第３の構成においては、上記の作用の
他に、ホーン支持部はホーン本体に直接機械的に強固に
固定されるので、ホーン支持部の滑りが生じない。な
お、ホーン支持部は、振動の節になり大きな歪みが生じ
るので、ねじ部の部分をなるべく振動の節に近い部分に
するのが好ましく、ねじ部はホーン支持部から約１／４
波長分の長さのあたりにすると、振動発生源の振動効率
が向上する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】即ち、前記各実施例は、振動発生源２６、
２７をホーン支持部２８又はホーン支持部３５の両側に
取付けたが、本実施例は振動発生源５７をホーン支持部
５１とキャピラリ２１間のみに取付けてなる。本実施例
の場合は、ホーン支持部５１からキャピラリ２１側に取
付けられた振動発生源５７の振動エネルギーは、ホーン
支持部５１を通過する必要がなく、キャピラリ２１への
エネルギー授受に伴うホーン支持部５１の無用な運動を
減ずる効果が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】図６は本発明の第４実施例を示す。前記第
３実施例（図５）は、振動発生源５７をホーン支持部５
１の近傍に設けたが、本実施例は、振動発生源５７をキ
ャピラリ２１に近い方に設けてなる。このように構成し
ても前記第３実施例と同様な効果が得られる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方端に取付けられたボンデイングツー
    ルと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを具備
    する超音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデイン
    グ装置において、前記超音波ホーンは、該超音波ホーン
    を前記ボンドアームに取付けるためのホーン支持部の両
    側にそれぞれ振動発生源を有することを特徴とするボン
    デイング装置。
  2. 【請求項２】 一方端に取付けられたボンデイングツー
    ルと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを具備
    する超音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデイン
    グ装置において、前記超音波ホーンは、該超音波ホーン
    を前記ボンドアームに取付けるためのホーン支持部とボ
    ンデイングツールの間のみに振動発生源を有することを
    特徴とするボンデイング装置。
  3. 【請求項３】 一方端に取付けられたボンデイングツー
    ルと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを具備
    する超音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデイン
    グ装置において、前記超音波ホーンは、該超音波ホーン
    を前記ボンドアームに取付けるためのホーン支持部の両
    側に、それぞれ振動発生源取付け軸と該振動発生源取付
    け軸の端部に形成されたねじ部とを一体に設け、前記ホ
    ーン支持部の両側の振動発生源取付け軸に振動発生源を
    取付け、前記振動発生源取付け軸端部のねじ部をホーン
    本体にねじ結合したことを特徴とするボンデイング装
    置。
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