JPH0645412A - ワイヤボンディング装置及びその方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びその方法

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JPH0645412A
JPH0645412A JP4214771A JP21477192A JPH0645412A JP H0645412 A JPH0645412 A JP H0645412A JP 4214771 A JP4214771 A JP 4214771A JP 21477192 A JP21477192 A JP 21477192A JP H0645412 A JPH0645412 A JP H0645412A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 少なくともボンディング圧着径D及びボンデ
ィング圧着厚WDに関するデータをキーボード実行スイ
ッチによって入力することにより、それに必要な所定の
超音波パワー、その印加時間、及びキャピラリによる加
圧力が発生できるようにすること。 【構成】 キーボード実行スイッチ11によって少なく
ともボンディング圧着径D及びボンディング圧着厚WD
に関するデータを入力すると、演算回路12はデータテ
ーブル13を参照して超音波制御回路14、スイッチ回
路15、加圧制御回路16に対してそれぞれ制御信号
p、t、fを供給する。制御信号p及びtによって超音
波振動子6に供給される超音波パワー、超音波印加時間
が制御され、また制御信号fにより駆動コイルユニット
9、9’に供給されるキャピラリの加圧力が制御され、
所定のボンディングが行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの組立
工程において、第1ボンディング点、例えば半導体チッ
プ上の電極(パッド)と、第2ボンディング点、例えば
リードフレームに配設された外部リードとをワイヤを用
いて接続するワイヤボンディング装置及びその方法に関
する。
【0002】
【従来技術】従来、金線又は銅,アルミニウムなどのワ
イヤを用いて第1ボンディング点となる半導体チップ上
の電極と、第2ボンディング点となるリードとを接続す
るワイヤボンディング装置においては、先ずキャピラリ
から突出したワイヤの先端と放電電極(電気トーチ)と
の間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、そ
の放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してキャ
ピラリ内に挿通されたワイヤの先端にボールを形成する
ようにしている。そしてキャピラリの先端に保持された
ボールをボンディング点に当接させつつ、超音波及び他
の加熱手段を併用して加熱を行い、ボンディング点に対
してワイヤを接続する。
【0003】図11はそのボンディングの作業工程につ
いて示したものである。すなわち、図11(a)に示す
ように、まずキャピラリ101の先端に突出させたワイ
ヤ102の先端と図示せぬ放電電極(電気トーチ)との
間で放電を起こさせてワイヤ102を溶融してイニシャ
ルボールIBを形成しキャピラリ101の先端で保持す
る。
【0004】そして、キャピラリ101を第1ボンディ
ング点となるICチップ(半導体)103のパッド10
4の直上に位置させる。次に図11(b)に示すように
キャピラリ101を下降させてボールIBをパッド10
4に当接させ、更にボンディング加圧を加えて図11
(c)に示すように所定の圧着径D及び所定の圧着厚W
DとなるまでボールIBを押しつぶす。
【0005】この押しつぶしの加圧作用と同時に、キャ
ピラリ101の先端に対して超音波ホーン(図示せず)
を介して超音波を印加し、超音波及び他の加熱手段の併
用により接続を行う。超音波等による加熱接続によりパ
ッド104に対してワイヤ102が接続され、続いて図
11(d)に示すようにキャピラリ101を所定のルー
プコントロールにしたがって上昇および水平方向に移動
させて、第2ボンディング点となるリード105の上方
に位置させ、二点鎖線で示すようにキャピラリ101を
下降させてキャピラリ101の下端部によりワイヤ10
2の一部を押しつぶし、偏平部を形成する。
【0006】ここで再びキャピラリ101の先端に対し
て超音波を印加してワイヤ102をリード105に接続
させる。その後ワイヤ102を引いて偏平部の端からワ
イヤ102を切断し、この後キャピラリ101を上昇さ
せて一回のボンディング作業が終了する。
【0007】そしてキャピラリ101を再び図示せぬ放
電電極に対向させてキャピラリ101の先端のワイヤ1
02と放電電極との間で放電を起こさせ、キャピラリ1
01の先端にボールIBを形成して図11(a)の状態
に戻り、次のボンディングを行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図11に示す従来のワ
イヤボンディング装置においては、図11(c)に示す
所定の圧着径D及び所定の圧着厚WDとなるボンディン
グ形状を得るためには、キャピラリ先端に加える超音波
パワー、超音波印加時間及びボンディング点に対するキ
ャピラリによって加えられる加圧力等の要素を操作者が
随時種々設定して行っている。すなわち、これらの設定
を行うため仮のボンディングサンプルを用意し、これに
ボンディングを行いボール圧着径Dと圧着厚WDが共に
所望の範囲内のものを選定する。
【0009】しかしながら、このような作業はたとえ熟
練者であっても容易ではなく、目的とする圧着径D及び
圧着厚WDのボンディング形状を得るために、幾度もの
ボンディング作業及び測定作業の繰り返しを余儀無くさ
れている。
【0010】特に最近のようにICの多ピン化により隣
接するパッド間の間隔の縮小化や、小パッド化が進む状
況下では安定したボール圧着形状の均一化が望まれてい
る。
【0011】そこで、本発明は従来の問題点に鑑みて成
されたものであって、キーボードによって少なくとも所
定の圧着径D及び所定の圧着厚WDを入力実行すること
により、前記したボンディング形状を得るための超音波
パワー、超音波印加時間及びキャピラリに加える加圧力
を自動的に演算し、この演算結果に基づく制御信号によ
ってボンディング点に対して所定形状のボンディングが
行えるようにしたボンディング装置を提供することを目
的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、キャピラリの
先端に加えられる超音波により、ボンディング点に対し
てワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置で
あって、前記キャピラリの先端をボンディング点に圧着
させた場合に形成される少なくくとも圧着径D及び圧着
厚WDに関するボンディング形状のデータを入力実行す
るキーボードと、前記キーボードによって入力された少
なくとも圧着径D及び圧着厚WDに関するボンディング
形状のデータを受けて、ボンディング時においてキャピ
ラリ先端に加える超音波パワー、超音波印加時間に関す
る制御信号及びボンディング点に対するキャピラリの加
圧力に関する制御信号を発生する演算手段とを備え、前
記演算手段から出力される制御信号に基づいて、前記キ
ャピラリ先端に加える超音波パワー、その印加時間及び
キャピラリ加圧力を制御させるように構成したものであ
る。また、本発明は、キャピラリの先端に加えられる超
音波により、ボンディング点に対してワイヤをボンディ
ングするワイヤボンディング方法において、キーボード
によりキャピラリの先端をボンディング点に圧着させた
場合に形成される少なくとも圧着径D及び圧着厚WDに
関するボンディング形状のデータを入力実行して演算手
段に出力し、前記演算手段によって演算されたキャピラ
リ先端に加える超音波パワー、超音波印加時間に関する
制御信号及びボンディング点に対するキャピラリの加圧
力に関する制御信号に基づいてボンディング点に対して
ワイヤをボンディングするようにしたものである。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は、
本発明に係るワイヤボンディング装置の構成を示したも
のである。なお、従来の装置と同一の機能及び構成を有
するものについては詳細な説明を省略する。
【0014】図1において、駆動アーム1及びボンディ
ングアーム2は、軸3により独立して揺動自在に軸支さ
れている。このボンディングアーム2は先端にボンディ
ング接続を行うキャピラリ4が取り付けられた超音波ホ
ーン5を支持部材5aを介して保持している。この超音
波ホーン5の端部には超音波を発生する超音波振動子6
が取り付けられており、この超音波振動子6によって発
生する超音波は、前記超音波ホーン5を介してキャピラ
リ4の先端に印加されるように構成されている。
【0015】前記超音波振動子6の後端面近傍には接点
7及び7´が前記駆動アーム1とボンディングアーム2
に対向して設けられている。また、前記駆動アーム1と
ボンディングアーム2には一対のソレノイドユニット8
及び8´が対向して設けられ、このソレノイドユニット
8及び8´が図示せぬ制御回路の指令により励磁される
と、互いに吸着され、ボンディングアーム2は軸3を支
点として図1の矢印ZZ´方向への力が作用する。しか
し、前記接点7及び7´とが当接してストッパとして作
用するため、駆動アーム1とボンディングアーム2との
位置関係を固定保持する構成となっている。
【0016】また接点7及び7´とソレノイドユニット
8及び8´との間には加圧手段となる加圧コイルユニッ
ト9及び9´が駆動アーム1及びボンディングアーム2
に対向して設けられ、また前記接点7及び7´が分離す
ると同時に駆動アーム1とボンディングアーム2の位置
関係の変位を検出する検出器10及び10´も対向して
設けられている。
【0017】なお、駆動アーム1を矢印ZZ´方向に上
下に揺動させる上下揺動装置は例えば図示せぬカム機構
が用いられる。この上下揺動装置はカム機構に代えてリ
ニアモータのような構成のものを用いてもよい。この上
下揺動装置により駆動アーム1を矢印ZZ´方向へ揺動
運動させることによりボンディングアーム2も駆動アー
ム1に連動し、揺動運動を行うように構成されている。
【0018】上記構成を有する装置の作用について前記
した図11を再び参照して以下に説明する。
【0019】今、図11(a)は第1ボンディングを行
うためのキャピラリ4(101)による下降状態を示し
ており、ワイヤ102の先端に形成されたボールIBは
図示されていないスプールによりキャピラリ4(10
1)側に十分に引き戻され、且つキャピラリ4(10
1)の等速円運動によりICチップ103上に配設され
たパッド104に接近する。
【0020】その後図11(b)に示すようにボールI
Bとパッド104とが衝突してボールIBがキャピラリ
4(101)の持っている運動エネルギーにより多少の
変形が生じさせられる。この時、駆動アーム1は図示さ
れていない上下揺動装置により、図1のZ方向への円運
動が継続されるが、ボンディングアーム2がキャピラリ
4(101)と超音波ホーン5を介してパッド104の
上面に接触して停止状態にあるため、駆動アーム1のみ
が図1のZ方向に継続して回動することにより接点7及
び7´が離間し駆動アーム1とボンディングアーム2の
位置関係が変位する。
【0021】その変位を検出器10により検出し、その
検出出力により図示せぬ制御回路の指示により上下揺動
装置を停止させる。この停止後、加圧手段である加圧コ
イルユニット9及び9´を励磁させることにより図11
(b)に示す矢印ロ方向への加圧力を発生させる。この
ロ方向への加圧力は矢印イ方向への超音波印加と、矢印
ロ方向の加圧及び図示せぬ加圧手段とを併用して行いこ
れによってパッド104とボールIBとを図11(c)
に示すように所定の圧着径D、圧着厚WDになる状態ま
で接続させて第1ボンディング点に対するボンディング
接続が完了する。
【0022】また第2ボンディング点に対するボンディ
ング接続は、図11(d)に示すようにキャピラリ4
(101)を水平方向に移動させて、第2ボンディング
点となるリード105の上方に位置させ、二点鎖線で示
すようにキャピラリ101を下降させてキャピラリ4
(101)の下端部によりワイヤ102の一部を押しつ
ぶし、偏平部を形成する。ここで再びキャピラリ4(1
01)の先端に対して超音波を印加してワイヤ102を
リード105に接続させる。
【0023】以上のようにボンディング点に対してキャ
ピラリを圧着させる際に、所定の超音波パワーを所定時
間印加させると共に、所定の加圧力をキャピラリに印加
させるように成される。
【0024】図2は上記のような所定の超音波パワー、
超音波印加時間に関する制御信号及びボンディング点に
対するキャピラリの加圧力に関する制御信号を発生する
制御回路の一例を示したものである。すなわち、図2に
おいて11はキーボード実行スイッチであり、このキー
ボード実行スイッチ11には、キャピラリをボンディン
グ点に圧着させた場合に形成されるべきボンディングの
圧着径D及び圧着厚WDに関するデータが入力実行され
る。そして少なくとも前記したボンディングの圧着径D
及び圧着厚WDに関するデータが入力されると、そのデ
ータはマイクロプロセッサユニット(μpc)より成る
演算手段としての演算回路12に供給される。
【0025】この演算回路12は所望のボンディングの
圧着径D及び圧着厚WDに関するデータ受けてこの演算
回路12に接続されたデータテーブル13を参照して前
記所定の超音波パワーを発生させるべき制御信号p、所
定の超音波印加時間を制御するための制御信号t及びボ
ンディング点に対するキャピラリの加圧力(ボンディン
グ荷重)に関する制御信号f等をそれぞれ演算する。
【0026】この演算回路12によって演算された前記
制御信号p、t、fは超音波出力が制御される超音波制
御回路14、時間制御が成されるスイッチ回路15、キ
ャピラリ加圧手段を構成する加圧制御回路16にそれぞ
れ供給される。前記超音波制御回路14は、演算回路1
2より供給される制御信号pに比例して超音波駆動信号
を発生し、これをスイッチ回路15に対して供給する。
またスイッチ回路15は、演算回路12より供給される
制御信号tに基づいて所定時間のみオン状態としてその
間、前記超音波制御回路14より供給される超音波駆動
信号を前記超音波振動子6に対して供給する。更に、加
圧制御回路16は演算回路12より供給される制御信号
fに比例した加圧駆動信号を加圧コイルユニット9及び
9’に対して供給する。
【0027】ここで前記キャピラリ4は図3に拡大して
示すように、種々のチャンファー径等を有するものが提
供されている。すなわち、図3においてHはホール径、
CDはチャンファー径、θはチャンファー角であり、D
が前記した圧着径、WDが同じく前記した圧着厚であ
る。そして前記データテーブル13には図4乃至図10
に示す各種のパラメータが格納され記憶されている。
【0028】図4乃至図6は前記キャピラリ4のチャン
ファー径CDが約70μm以上(CD≧70μmとして
説明する。)の場合に採用される各パラメータが示され
ている。
【0029】まず図4は横軸に圧着径D(μm)を、縦
軸に超音波パワーの関係を式(1)により求めて示した
ものである。なお、この超音波パワーは、本実施例では
例えばパワー最大値から最小値までを256通りに分解
して適宜定めたものであって、したがってこの超音波パ
ワーの単位は定められていない。 y=A1 x−{B1 −(C1 T+D1 )}・・・(1) [x:ボール圧着径、T:ボール圧着厚、A1 ,B1
1 ,D1 :定数]これを第1テーブルとしてデータテ
ーブル13に格納する。
【0030】また図5は横軸に圧着径Dを、縦軸に超音
波印加時間(ms)の関係を式(2)により求めて示し
たものである。 y=A2 x+B2 ・・・(2) [x:ボール圧着径、A2 ,B2 :定数]これを第2テ
ーブルとしてデータテーブル13に格納する。
【0031】更に図6は横軸に圧着径Dを、縦軸にキャ
ピラリ4に加えられる荷重、すなわちサーチ荷重及びボ
ンディング荷重を式(3)により求めて示したものであ
る。 y=x−A3 ・・・(3) [x:ボール圧着径、A3 :定数]上記サーチ荷重は、
図11(a)に示すようにキャピラリが高速から低速に
移動して図11(b)に示すようにパッドに接触するま
での荷重であって、式(3)により求められたボンディ
ング荷重の値に所定の係数を掛けたものである。そし
て、ボンディング荷重は、図11(c)に示すようにサ
ーチ荷重よりボンディングするまでの荷重をいう。これ
らを第3テーブルとしてデータテーブル13に格納す
る。
【0032】次に図7乃至図9は前記キャピラリ4のチ
ャンファー径CDが約70μm未満(CD<70μmと
して説明する。)の場合に採用される各パラメータが示
されている。
【0033】まず図7は前記図4と同様に横軸に圧着径
D(μm)を、縦軸に超音波パワーの関係を式(4)に
より求めて示したものである。 y=A4 x−{B4 −(C4 T+D4 )}・・・(4) [x:ボール圧着径、T:ボール圧着厚、A4 ,B4
4 ,D4 :定数]これを第4テーブルとしてデータテ
ーブル13に格納する。
【0034】また、図8は前記図5と同様に横軸に圧着
径Dを、縦軸に超音波印加時間の関係を式(5)により
求めて示したものである。 y=A5 x+B5 ・・・(5) [x:ボール圧着径、A5 ,B5 :定数]これを第5テ
ーブルとしてデータテーブル13に格納する。
【0035】更に図9は前記図6と同様に横軸に圧着径
Dを、縦軸にキャピラリ4に加えられる荷重、すなわち
サーチ荷重及びボンディング荷重を式(6)により求め
て示したものである。サーチ荷重についてはボンディン
グ荷重の値に所定の係数を掛けたものである。 y=A6 x+B6 ・・・(6) [x:ボール圧着径、B6 :定数]これを第6テーブル
としてデータテーブル13に格納する。
【0036】図10は圧着厚WDに対する超音波パワー
の補正値の関係を式(7)により求めて横軸に圧着厚W
Dを、縦軸に超音波パワーの補正値(±)を示したもの
である。 y=A7 T+B7 ・・・(7) [T:ボール圧着厚、y:超音波パワー,A7 ,B7
定数]これを第7テーブルとしてデータテーブル13に
格納する。
【0037】従って、以上の構成においてキーボード1
1によって、使用されるワイヤの径、キャピラリの形
状、すなわち図3に示すホール径H、チャンファー径C
D、チャンファー角θに関する数値及び得ようとするボ
ンディングの圧着径D及び圧着厚WDに関する数値を順
次入力して実行キーを押圧すると、演算回路12はこれ
を受けて先ず、入力されたチャンファー径CDの数値に
応じてチャンファー径CDが約70μm以上(CD≧7
0μm)であるか又はチャンファー径CDが約70μm
未満(CD<70μm)であるかを判断する。
【0038】前者であった場合には、データテーブル1
3に格納されている図4乃至図6に示す第1乃至第3テ
ーブル及び図10に示す第7テーブルを参照する。
【0039】そして、図4に示す第1テーブルによって
指定された圧着径Dに対応する超音波パワーに関する制
御信号p1 のデータを読み出し、また図5に示す第2テ
ーブルによって指定された圧着径Dに対応する超音波印
加時間に関する制御信号tのデータを読み出し、更に図
6に示す第3テーブルによって指定された圧着径Dに対
応するボンディング点に関するキャピラリ4の加圧力に
関する制御信号fを読み出す。そして最後に図10に示
す第7テーブルによって指定された圧着厚WDに対応す
る超音波パワーの補正値を読み出し、前記第1テーブル
によって読み出された制御信号p1 のデータに補正を加
えて超音波パワーに関する制御信号pを得る。
【0040】またキーボード11によって入力されたチ
ャンファー径CDが後者、すなわちCD<70μmであ
った場合には、データテーブル13に格納されている図
7乃至図10に示す第4乃至第7テーブルを参照する。
第4乃至第7テーブルは前記した第1乃至第3テーブル
と同様にチャンファー径CDが約70μm未満の条件に
おける制御信号p1 、t、fを読み出すことが出来るも
のであり、そのうちの制御信号p1 は前記と同様に図1
0に示す第7テーブルによって読み出された補正値が加
えられ、超音波パワーに関する制御信号pが得られる。
【0041】こうして得られた各制御信号p、t、f
は、それぞれ前記した通り、図2に示す超音波制御回路
14、スイッチ回路15、加圧制御回路16に供給さ
れ、超音波振動子6に対して所定の超音波パワーを所定
時間印加すると共に、キャピラリ4に対して所定の加圧
力を印加せしめ、設定されたボンディングが実行され
る。
【0042】なお以上の説明は、キャピラリに関するデ
ータも含めてボンディング条件を自動的に設定できるよ
うにしているが、キャピラリの種類を変更する必要がな
い場合には、少なくとも圧着径D及び圧着厚WDに関す
るボンディング形状のデータをキーボードにより入力す
ればよい。
【0043】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ワイヤボンディング装置及びその方法によると、キーボ
ードによって少なくともボール圧着径D及びボール圧着
厚WDに関するデータを入力実行することで、指定され
たボンディング形状を得るための超音波パワー、超音波
印加時間及びキャピラリに加えられる加圧力を自動的に
演算し、この演算結果に基づく制御信号によってボンデ
ィング点に対して所定形状のボンディングが行なわれ
る。また、本発明によれば、各パラメータの設定のため
にキーボードへの入力のみで足りるので熟練を要さず誰
でも容易に設定することができる。従って従来のよう
に、目的とする圧着径D及び圧着厚WDのボンディング
形状を得るために、幾度ものボンディング作業及び測定
作業を余儀無くされるといった問題点を解消することが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係るワイヤボンディング装置
に使用されるボンディングヘッドの一例を示した断面図
である。
【図2】図2は、図1に示すボンディングヘッドに加え
る制御信号を生成する回路構成の一例を示したブロック
図である。
【図3】図3はキャピラリによりボンディング点に対し
てボンディングを行う場合の状態を示した断面図であ
る。
【図4】図4は図2のデータテーブルに格納された圧着
径と超音波パワーとの関係を示した図である。
【図5】図5は図2のデータテーブルに格納された圧着
径と超音波印加時間との関係を示した図である。
【図6】図6は図2のデータテーブルに格納された圧着
径と荷重との関係を示した図である。
【図7】図7は図2のデータテーブルに格納された圧着
径と超音波パワーとの関係を示した図である。
【図8】図8は図2のデータテーブルに格納された圧着
径と超音波印加時間との関係を示した図である。
【図9】図9は図2のデータテーブルに格納された圧着
径と荷重との関係を示した図である。
【図10】図10は図2のデータテーブルに格納された
圧着厚に対する超音波パワーの補正値の関係を示した図
である。
【図11】図11はワイヤボンディングの工程を説明す
る断面図である。
【符合の説明】
1 駆動アーム 2 ボンディングアーム 3 軸 4 キャピラリ 5 超音波ホーン 6 超音波振動子 7、7’ 接点 8、8’ ソレノイドユニット 9、9’ 駆動コイルユニット 10、10’ 検出器 11 キーボード実行スイッチ 12 演算回路 13 データテーブル 14 超音波制御回路 15 スイッチ回路 16 加圧制御回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャピラリの先端に加えられる超音波に
    より、ボンディング点に対してワイヤをボンディングす
    るワイヤボンディング装置であって、 前記キャピラリの先端をボンディング点に圧着させた場
    合に形成される少なくくとも圧着径D及び圧着厚WDに
    関するボンディング形状のデータを入力実行するキーボ
    ードと、前記キーボードによって入力された少なくとも
    圧着径D及び圧着厚WDに関するボンディング形状のデ
    ータを受けて、ボンディング時においてキャピラリ先端
    に加える超音波パワー、超音波印加時間に関する制御信
    号及びボンディング点に対するキャピラリの加圧力に関
    する制御信号を発生する演算手段とを備え、 前記演算手段から出力される制御信号に基づいて、前記
    キャピラリ先端に加える超音波パワー、その印加時間及
    びキャピラリ加圧力を制御させるようにしたことを特徴
    とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項2】 キャピラリの先端に加えられる超音波に
    より、ボンディング点に対してワイヤをボンディングす
    るワイヤボンディング方法において、 キーボードによりキャピラリの先端をボンディング点に
    圧着させた場合に形成される少なくとも圧着径D及び圧
    着厚WDに関するボンディング形状のデータを入力実行
    して演算手段に出力し、前記演算手段によって演算され
    たキャピラリ先端に加える超音波パワー、超音波印加時
    間に関する制御信号及びボンディング点に対するキャピ
    ラリの加圧力に関する制御信号に基づいてボンディング
    点に対してワイヤをボンディングするようにしたことを
    特徴とするワイヤボンディング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0873082A (ja) * 1994-09-01 1996-03-19 Ckd Corp フィルムの自動供給装置
US20220023967A1 (en) * 2019-04-09 2022-01-27 Lisa Draexlmaier Gmbh Device for determining a status of an ultrasonic welding process

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US20220023967A1 (en) * 2019-04-09 2022-01-27 Lisa Draexlmaier Gmbh Device for determining a status of an ultrasonic welding process
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