JPH06326163A - 超音波ワイヤボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボンディング位置精度の高い超音波ワイヤボ
ンディング装置の提供。 【構成】 モニター画面２０で第１ボンディング点であ
るパッド２１に対するレチクル２２（ウエッジ２）の位
置、すなわち、ボンディング位置を設定するとともに、
カメラ１６から外れた位置にあるウエッジ２でワイヤボ
ンディングを行う。カメラ認識位置に対するボンディン
グされたワイヤ２５の位置ズレを検出する。この検出は
第１・第２ボンディング点の数個所を行い、オフセット
値を求め、これからウエッジ２の位置補正を行う。検出
補正はｎ回毎の製品に対して自動的に行うことから、ワ
イヤ８の硬度変化や捩れによるボンディング位置の大き
な変動は生じ難くなり、ボンディング不良の発生を防止
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装
置、特に超音波ワイヤボンディング装置において高精度
なボンディングを遂行できる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置，混成集積回路装置等の電子
装置の組立において、半導体素子（チップ）や配線基板
の電極（パッド）等の第１ボンディング部と、リード等
の第２ボンディング部とをワイヤで接続する工程があ
る。このワイヤボンディング工程において、前記第１ボ
ンディング部と第２ボンディング部を金線やアルミニウ
ム線で自動的に接続する装置として、ワイヤボンディン
グ装置（ワイヤボンダ）が知られている。従来のワイヤ
ボンダについては、たとえば、工業調査会発行「電子材
料」１９８４年別冊号、同年10月15日発行、P114〜P120
に記載されている。この文献には、ＮＴＣボンダー（サ
ーモコンプレッション式），ＵＳＮＴＣボンダー（サー
モソニック式），ＵＳボンダー（超音波式）について記
載されている。この文献には、ＵＳボンダーにおいて
は、「またボンディングツールからのワイヤ繰り出し方
向が斜め（水平面より３０°，４５°〜６０°のものも
ある）になっているためＮＴＣボンダーに比べてワイヤ
ループ形成が簡単なので，ハイブリッド基板やセラミッ
クパッケージなどの半導体チップとワイヤのエッジタッ
チを起こしやすい製品にも適用される」旨記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超音波ワイヤボンディ
ング装置は、スプールから解き出したワイヤをウエッジ
と呼称されるボンディングツールに保持し、ウエッジの
先端でワイヤを押さえかつワイヤに超音波振動を加える
ことによって所定箇所にワイヤを接続する。ウエッジに
は、ワイヤを繰り出す孔が開けられ、ワイヤはこの孔か
ら斜め上方からウエッジ先端下に供給される。従来のＵ
Ｓボンダーでは、ワイヤボンディングに先立って、カメ
ラとツールとの間のオフセット量を検出し、正確にボン
ディングができるように操作される。すなわち、チェス
マンを操作して、半導体チップのパッド上にモニター画
面のクロスマークを合わせる。この際、カメラ位置が記
憶される。つぎに、ツールを下降させるとともに、チェ
スマンを操作してツールを前記パッドに合わせる。その
後、ツールを降下させてパッドに押し当てさせた後上昇
させる。ついで、カメラ位置と現在置との差をとり、オ
フセット値を求める。また、オフセット値を補正すると
きは、モニター画面上のボンディングした点とクロスマ
ークがずれているので、チェスマンでボンディング点に
クロスマークを合わせるとともに、キーを操作すること
によってオフセット値の補正を行うことができる。

【０００４】ところで、このようなオフセット値の補正
（修正）は、常時行われるわけではなく、不良が発生し
た際等に行うだけである。通常はボンディング位置はば
らついても許容域にある。超音波ワイヤボンディング装
置においては、ワイヤはウエッジのガイド孔に案内され
てウエッジの先端下方に延在する。前記ガイド孔はワイ
ヤが円滑に繰り出せるように、ワイヤの直径よりも太く
なっている。ワイヤはロット毎に硬度や捩れ等が異なる
場合が多く、最初の設定状態を長く維持できるものでは
ないことが本発明者等によって確認されている。すなわ
ち、ウエッジの先端下方に延在しているワイヤが、最初
の段階では中央に真っ直ぐ延在していても、途中から右
寄りになり、さらには左寄りとなる等の現象が起きる。
この結果、オフセット値を修正し、適性に補正されて行
われているワイヤボンディングも、ワイヤの捩れの変化
等によってボンディング位置が微妙に変化し、ワイヤの
一部がパッドから大きく外れてボンディングされる状態
（不良ボンディング）も発生する。

【０００５】本発明の目的は、ボンディング位置精度の
高い超音波ワイヤボンディング装置を提供することにあ
る。本発明の前記ならびにそのほか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あきらかになる
であろう。

【０００６】

【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簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の超音波ワイヤボ
ンディング装置は、カメラによるモニタ画面でボンディ
ング位置を設定するとともに、カメラ位置から外れた位
置にあるボンディングツールでワイヤをボンディング位
置にボンディングする超音波ワイヤボンディング装置で
あって、前記モニタ画面認識位置に対する実際のボンデ
ィング位置のズレを検出し、このズレが零となるように
ボンディングツール位置を補正する検出補正機構を有
し、この検出補正機構は設定時毎にボンディングされた
数個所を検出しかつ補正するように構成されている。こ
のワイヤボンディング装置は超音波ワイヤボンディング
装置となり、ウエッジからなるボンディングツールに設
けられたガイド孔からワイヤ先端をウエッジの先端下方
に突出させ、ウエッジでワイヤに超音波振動を与えてワ
イヤをボンディング位置に接続する。

【０００７】

【作用】本発明の超音波ワイヤボンディング装置は、カ
メラによるモニタ画面で設定したボンディング位置に対
する実際のボンディング位置のズレを、設定時毎に検出
しかつ補正するように構成されていることから、使用す
るワイヤの硬度や捩れによってワイヤの方向性が途中で
変化しても補正されるため、ボンディング位置の大きな
ばらつきが発生し難くなり、ワイヤボンディング不良の
多発を防止できる。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例による超音波ワイ
ヤボンディング装置におけるボンディング位置ズレ状態
を示す模式図、図２は超音波ワイヤボンディング装置の
要部を示す模式的正面図、図３は同じくボンディング位
置の検出補正方法を示すフローチャート、図４は同じく
検出補正においてパッドにカメラのレチクルを合わせた
モニター画面を示す模式図、図５は同じく検出補正にお
いてワイヤボンディング部分をモニター画面に写し出し
た状態を示す模式図、図６は第２ボンディングにおいて
リードにカメラのレチクルを合わせたモニター画面を示
す模式図、図７は同じく検出補正において第２ボンディ
ング部分をモニター画面に写し出した状態を示す模式図
である。

【０００９】本発明の超音波ワイヤボンディング装置
は、図２に示すように、回転可能なステージ１と、この
ステージ１の真上に位置するウエッジ（ボンディングツ
ール）２と、このウエッジ２を先端に保持するととも
に、ウエッジ２を超音波振動させる発振機を内蔵するホ
ーン３と、ホーン３の後端を保持しかつウエッジ２を上
下動させるボンディングヘッド４と、このボンディング
ヘッド４を支持しかつウエッジ２を平面ＸＹ方向に移動
制御するＸＹテーブル５とからなっている。また、前記
ウエッジ２とともに移動するクランパ６が、ウエッジ２
の後方に配設され、前記ホーン３の上方のスプール７か
ら解き出されるワイヤ８をクランプするようになってい
る。また、図示はしないが、一般にワイヤ８にはバック
テンションが加わるようになっている。

【００１０】一方、前記ステージ１上には、ワークとし
てのリードフレーム１０が載置される。このリードフレ
ーム１０の中央の図示しないタブ上には、半導体チップ
１１が固定されている。また、前記タブの周囲には、リ
ードの先端がそれぞれ臨んでいる。そして、前記半導体
チップ１１の図示しない電極（第１ボンディング部）
と、リードの先端部分（第２ボンディング部）がワイヤ
８で接続される。ワイヤボンディングは、半導体チップ
１１の所定パッド上にウエッジ２を降下させて、ウエッ
ジ２の先端でワイヤ８の先端を半導体チップ１１に押し
付け，かつ超音波振動させることによって第１ボンディ
ングを行う。その後、ワイヤ８を繰り出しながらウエッ
ジ２は上昇，水平移動を行った後、所定のリード先端上
に再度降下し、リードとウエッジ２の先端に挟んだワイ
ヤ８の途中部分に超音波振動を加えて第２ボンディング
を終了する。第２ボンディングが終了した後は、クラン
パ６でワイヤ８をクランプしながらウエッジ２が上昇す
ることによって、ワイヤ８は第２ボンディング部分の付
け根から分断される。これによって１張りのワイヤボン
ディングが終了する。

【００１１】他方、前記ボンディングヘッド４からは、
アーム１５が延在し、このアーム１５の先端にはカメラ
１６が取り付けられている。このカメラ１６は、ボンデ
ィング位置等をモニターできるようになっている。装置
各部は制御装置１７によって制御される。また、この制
御装置１７に対する入出力内容等を表示するために、モ
ニター装置１９が設けられている。また、前記制御装置
１７にはチェスマン等の入力機器も備えられている。

【００１２】このような超音波ワイヤボンディング装置
は、最初のボンディングと、ｎ個目の製品のボンディン
グ後に、カメラによる位置設定と、実際のボンディング
位置との間のズレ（オフセット値）を求め、ウエッジ２
の位置を補正する検出補正機構が設けられている。ステ
ージ１のボンディングステーションにリードフレーム１
０が位置決め設定された後、自動的にワイヤボンディン
グが行われる。その後、ワイヤボンディング位置が適性
であるか否かの最初の検出補正が行われる。すなわち、
図４はモニター装置１９のモニター画面２０を示す模式
図であるが、半導体チップの所定のパッド２１がモニタ
ー画面２０に写し出される。そして、チェスマンの操作
によって十文字のレチクル２２がパッド２１の中心に一
致するように設定される。二点鎖線で示すワイヤ８は、
パッド２１の中央にワイヤ８がボンディングされること
を示すものであり、チェスマンの設定後は、ワイヤ８の
先端がパッド２１にこのように位置決め固定されるもの
である。しかしながら、実際にボンディングされたワイ
ヤ２５をモニター画面２０に写し出してみると、図５に
示すように、ずれてボンディングされている。図１はチ
ェスマンでパッド２１の中心にレチクル２２が位置する
ようにした際のワイヤ８の理論的接続状態を二点鎖線で
示し、実際にボンディングされたワイヤ２５を実線で示
したものであるが、両者間のズレΔａがオフセット値と
なる。

【００１３】つぎに、同様にして、第２ボンディング点
でのズレを求める。図６は第２ボンディング点であるリ
ード３０をモニター画面２０に写し出した模式図であ
る。ワイヤボンディングに先立つ位置決めにおいては、
前記第１ボンディング点と同様にチェスマンの操作によ
って十文字のレチクル２２がリード３０の中心に一致す
るように設定される。二点鎖線で示すワイヤ８は、リー
ド３０の中央にワイヤ８がボンディングされることを示
すものである。また、図７は実際にボンディングされた
ワイヤ２５をモニター画面２０に写し出した模式図であ
る。この図７において、チェスマンでリード３０の中心
にレチクル２２が位置するようにした際のワイヤ８の理
論的接続状態を二点鎖線で示し、実際にボンディングさ
れたワイヤ２５を実線で示したものであり、両者間には
ズレΔｃが発生している。このΔｃがオフセット値とな
る。

【００１４】さらに数個所のワイヤにおける第１・第２
ボンディング点におけるボンディング位置のズレを求
め、これらの情報から全体のオフセット値を演算処理に
て求め、このオフセット値によって前記ウエッジ２の位
置補正を行ってつぎのリードフレーム部分（製品）に対
するワイヤボンディングを行う。なお、前記操作におい
て、チェスマンでパッド２１や実際のワイヤボンディン
グ点にレチクル２２を位置決めしたり、所定のキーを操
作することによって、前記オフセット値は前記制御装置
１７によって自動的に求められ、かつウエッジの位置補
正も自動的に行われるように構成されている。

【００１５】この超音波ワイヤボンディング装置におい
ては、前記の検出補正は、プログラミングによってｎ回
後毎に自動的に行うようになされている。このｎ回は自
由に設定変更が可能であり、１製品毎でもよい。図３は
検出補正を組み込んだ作業フローチャートである。ワイ
ヤボンディングが開始されると、カメラによる位置設定
（図４）等がなされ１回のワイヤボンディングが終了す
る。そして、最初の１回目がカウントされ、ズレ検出，
ツール位置補正なる最初の検出補正が行われる。その後
は、連続してｎ回（製品数でｎ個）のワイヤボンディン
グがなされる。ｎ回のワイヤボンディングがカウントさ
れると、再びズレ検出，ツール位置補正なる検出補正が
行われて、ワイヤボンディングの位置補正が行われる。
このようにして１ロットのワイヤボンディングを終了す
る。

【００１６】

【発明の効果】（１）本発明の超音波ワイヤボンディン
グ装置においては、一連のワイヤボンディングにおい
て、時々ワイヤボンディング位置の検出と補正が行われ
ることから、使用するワイヤの硬度が異なったり、ある
いはスプールに巻き付けられているワイヤの捩れの方向
性が変化して、ウエッジの先端に繰り出されるワイヤの
位置が変化しても、ワイヤの変化に追随するようにワイ
ヤボンディング位置が補正されるため、ワイヤボンディ
ング不良となるような大きなワイヤボンディング位置変
化が生じ難くなり、ワイヤボンディングの歩留りが向上
するという効果が得られる。

【００１７】（２）上記（１）により、本発明の超音波
ワイヤボンディング装置は、自動的にワイヤボンディン
グ位置の検出および補正が行われることから、従来のよ
うに作業者が付いていてワイヤボンディング位置の良否
を確認する必要もなく、省力化が達成できるという効果
が得られる。

【００１８】（３）上記（１）〜（２）により、本発明
によれば、ワイヤボンディングコストの低減が可能とな
る高歩留りの超音波ワイヤボンディング装置を提供する
ことができるという相乗効果が得られる。

【００１９】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、本発明は上記実施例に
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。たとえば、
ウエッジに光ファイバスコープや反射型センサ等を直接
取り付けて位置検出を行うようにしてもよい。この場
合、ウエッジに直接検出系を固定するため、固定部分が
減ることから、ボンディングツールの位置補正精度がよ
り高くなる。

【００２０】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
ワイヤボンディング装置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、たとえば、サー
モソニック式ワイヤボンディング装置にも適用できる。
本発明は少なくともワイヤボンディング装置には適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による超音波ワイヤボンデ
ィング装置におけるボンディング位置ズレ状態を示す模
式図である。

【図２】 本発明の超音波ワイヤボンディング装置の要
部を示す模式的正面図である。

【図３】 本発明の超音波ワイヤボンディング装置にお
けるボンディング位置の検出補正方法を示すフローチャ
ートである。

【図４】 本発明の超音波ワイヤボンディング装置にお
ける検出補正においてパッドにカメラのレチクルを合わ
せたモニター画面を示す模式図である。

【図５】 本発明の超音波ワイヤボンディング装置にお
ける検出補正においてワイヤボンディング部分をモニタ
ー画面に写し出した状態を示す模式図である。

【図６】 本発明の超音波ワイヤボンディング装置にお
ける検出補正においてリードにカメラのレチクルを合わ
せたモニター画面を示す模式図である。

【図７】 本発明の超音波ワイヤボンディング装置にお
ける検出補正において第２ボンディング部分をモニター
画面に写し出した状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１…ステージ、２…ウエッジ（ボンディングツール）、
３…ホーン、４…ボンディングヘッド、５…ＸＹテーブ
ル、６…クランパ、７…スプール、８…ワイヤ、１０…
リードフレーム、１１…半導体チップ、１５…アーム、
１６…カメラ、１７…制御装置、１９…モニター装置、
２０…モニター画面、２１…パッド、２２…レチクル、
２５…ボンディングされたワイヤ、３０…リード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カメラによるモニタ画面でボンディング
   位置を設定するとともに、カメラ位置から外れた位置に
   あるボンディングツールでワイヤをボンディング位置に
   ボンディングする超音波ワイヤボンディング装置であっ
   て、前記モニタ画面認識位置に対する実際のボンディン
   グ位置のズレを検出し、このズレが零となるようにボン
   ディングツール位置を補正する検出補正機構を有し、こ
   の検出補正機構は設定時毎にボンディングされた数個所
   を検出しかつ補正するように構成されていることを特徴
   とする超音波ワイヤボンディング装置。