JPH07297239A - 超音波ボンディング装置 - Google Patents

超音波ボンディング装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワイヤボンディング装置などの超音波ボンデ
ィング装置において、ボンディングツールのインピーダ
ンスの変化にともなう発振出力の変動を補正しながら、
ボンディングツールの発振出力を一定に保って安定した
ボンディングを行える超音波ボンディング装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 ボンディングツール１を超音波振動させる圧
電素子４と、超音波発振器４１と、超音波発振器４１で
発振された高周波信号を昇圧して圧電素子４に印加する
トランス４０と、トランス４０の電流と電圧に基づいて
ボンディングツール１側のインピーダンスを演算するイ
ンピーダンス演算部４４と、インピーダンスの変動にと
もなって変化する圧電素子４への供給電力を補正するた
めに超音波発振器４１に印加される電圧を制御する制御
部４７とで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボンディングツールを
超音波振動させながらワークに押し付けてワークを対象
物にボンディングする超音波ボンディング装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開平２−２０６１４３などに記
載されたワイヤボンディング装置は、超音波発振器によ
り圧電素子に電圧を印加してホーンを超音波（ＵＳ）振
動させながら、ホーンの先端部に保持されたキャピラリ
ツールによりワイヤをチップの電極や基板の電極に押し
付けてボンディングするようになっている。また特開平
４−１９９７２５などに記載されたインナーリードボン
ディング装置も、同様にホーンを超音波振動させながら
ホーンの先端部に保持された押圧子をリードに押し付け
てリードをチップの電極にボンディングするようになっ
ている。
【０００３】上記ホーンなどのボンディングツールの発
振出力は、ボンディングツールのインピーダンスと超音
波発振器側から圧電素子に印加される印加電圧によって
定まる。そこで従来は、ボンディングツールのインピー
ダンスは一定として、圧電素子に印加される印加電圧を
制御することによりボンディングツールの発振出力を制
御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが実際は、ボン
ディングツールのインピーダンスは一定ではなく、ホー
ンの取付部やホーンの先端部に保持されたキャピラリツ
ールなどの押圧子の保持状態や押圧子の交換などによっ
て変化することから、上記従来手段では発振出力が基準
値からずれてしまい、ボンディング不良が発生しやすい
という問題点があった。
【０００５】そこで本発明は、ボンディングツールのイ
ンピーダンスの変化に応じて超音波発振器の出力を補正
することにより、安定したボンディングが行える超音波
ボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このために本発明は、ワ
ークを対象物に押圧してボンディングするボンディング
ツールと、このボンディングツールを超音波振動させる
圧電素子と、超音波発振器と、この超音波発振器で発振
された高周波信号を昇圧して圧電素子に印加するトラン
スと、このトランスの電流と電圧に基づいてボンディン
グツール側のインピーダンスを演算するインピーダンス
演算部と、このインピーダンスの変動にともなって変化
する圧電素子への供給電力を補正するために超音波発振
器に印加される電圧を制御する制御部とから超音波ボン
ディング装置を構成したものである。
【０００７】
【作用】上記構成によれば、ボンディングツールのイン
ピーダンスの変化を監視し、インピーダンスの変化に対
応して電圧を制御することにより、ボンディングツール
の発振出力を一定に保って安定したボンディングを行う
ことができる。
【０００８】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。図１は本発明の一実施例のワイヤボンディ
ング装置の側面図、図２は同ワイヤボンディング装置に
備えられた超音波発振回路のブロック図、図３は同ワイ
ヤボンディング装置に備えられた超音波発振回路の発振
出力図、図４は同ワイヤボンディング装置に備えられた
超音波発振回路の動作のフローチャート、図５は同ワイ
ヤボンディング装置に備えられた超音波発振回路の動作
のフローチャートである。図１において、１はボンディ
ングツールであって、ホーン２と、ホーン２の先端部に
保持されたキャピラリツール３と、ホーン２の後端部に
結合された圧電素子４から成っている。キャピラリツー
ル３にはワイヤ５が挿通されている。６はリードフレー
ムであり、その上面にチップ７が搭載されている。圧電
素子４に高周波の電圧を印加してホーン２をＵＳ（超音
波）振動させながら、ワイヤ５をキャピラリツール３の
下面でリードフレーム６やチップ７の上面に押し付けて
ボンディングし、リードフレーム６とチップ７をワイヤ
５で接続する。２１はリードフレーム６が載置された基
台であり、その側面にはシリンダ２２が設けられてい
る。シリンダ２２のロッド２３はマスク２４を保持して
いる。シリンダ２２のロッド２３が引き込むことによ
り、マスク２４でリードフレーム６を基台２１に押し付
けて、キャピラリツール３をＵＳ振動させながらワイヤ
ボンディングを行う最中に、リードフレーム６ががたむ
くのを防止する。
【０００９】ホーン２の基端部はフレーム２５に支持さ
れている。フレーム２５の後端部にはカムフォロワ２
６，２７が軸着されており、カムフォロワ２６，２７は
カム２８を挾持している。モータ２９に駆動されてカム
２８が回転すると、フレーム２５はピン３０を中心に上
下方向に揺動し、ホーン２も同方向に揺動してキャピラ
リツール３はワイヤ５をチップ７の上面やリードフレー
ム６の上面に押し付けてボンディングする。３１はテー
ブル装置であって、Ｘテーブル３２とＹテーブル３３を
段積して構成されている。フレーム２５はＹテーブル３
３上の軸受３６に支持されている。Ｘテーブル３２の駆
動用モータ３４とＹテーブル３３の駆動用モータ３５が
駆動すると、フレーム２５やフレーム２５に保持された
ホーン２はＸ方向やＹ方向に水平移動し、キャピラリツ
ール３を所定のボンディング位置に位置させる。
【００１０】次に、図２を参照して超音波（ＵＳ）発振
回路について説明する。図２において、４０はトランス
である。トランス４０の１次側は超音波発振器４１に接
続されており、また２次側は圧電素子４に接続されてい
る。また２次側の一方の端子は第１の実効値変換回路
（以下、ＲＭＳという）４２に接続されており、他方の
端子は第２のＲＭＳ４３に接続されている。第１のＲＭ
Ｓ４２は、２次側の電圧ｖを実効値電圧Ｖに変換する。
また第２のＲＭＳ４３は、２次側の電流ｉを実効値電流
Ｉに変換する。
【００１１】第１のＲＭＳ４２と第２のＲＭＳ４３はイ
ンピーダンス演算部４４に接続されており、このインピ
ーダンス演算部４４はインピーダンスＺ１＝Ｖ÷Ｉを演
算する。演算されたインピーダンスＺ１はＡ／Ｄ変換器
４５でＡ／Ｄ変換され、インターフェイス４６を通して
制御部（ＣＰＵ）４７に入力される。４８は記憶部であ
って、この記憶部４８は基準状態におけるインピーダン
スＺ０、インピーダンス演算部４４で演算されたインピ
ーダンスＺ１、基準状態における印加電圧Ｖ０などを記
憶する。制御部４７は、記憶部４８に記憶されたデータ
を読取りながら、超音波発振器４１を制御する。
【００１２】図３は超音波発振回路の発振出力図であ
る。横軸は時間ｔ、縦軸は発振出力Ｐである。実線波形
で示されるＰ０は基準状態（インピーダンスＺ０時）の
発振出力であって、（数１）のとおりである。
【００１３】
【数１】
【００１４】また破線波形で示されるＰ１はインピーダ
ンスがＺ１のときの発振出力であって、（数２）のとお
りである。
【００１５】
【数２】
【００１６】発振出力Ｐ１はボンディングツール１のイ
ンピーダンスの変動のために発振出力Ｐ０よりも小さく
なった場合で、この発振出力Ｐ１でボンディングツール
１を超音波振動させるとボンディング不良が生じる。そ
こでインピーダンスがＺ０からＺ１に変化しても、所定
の発振出力Ｐ０が得られるように、印加電圧をＶ０から
Ｖ１にアップし、このＶ１を補正印加電圧として印加す
ればよい。そこで補正係数Ａを（数３）で演算する。
【００１７】
【数３】
【００１８】また補正印加電圧Ｖ１は（数４）から求め
られ（数５）のとおり発振出力Ｐ１は発振出力Ｐ０に等
しくなる。
【００１９】
【数４】
【００２０】
【数５】
【００２１】したがって（数５）から明らかなように、
インピーダンスがＺ１の場合も、所定の発振出力Ｐ０が
得られる。なお上述した演算は制御部４７で行われる。
【００２２】図４はインピーダンスＺ１の測定フローで
ある。まず超音波発振電圧指令信号Ｖ０で発振指令が制
御部４７から出され（ステップ１）、そのときのインピ
ーダンスＺ１を読み取り（ステップ２）、読み取られた
インピーダンスＺ１を記憶部２８に記憶する（ステップ
３）。
【００２３】また図５はボンディング動作中の補正発振
フローを示している。まず超音波発振電圧指令信号Ｖ０
を読取り（ステップ１１）、補正係数Ａを演算し（ステ
ップ１２）、Ｖ１＝ＡＶ０を演算し（ステップ１３）、
補正超音波発振電圧指令信号Ｖ１を超音波発振器４１に
出力する（ステップ１４）。以上により、インピーダン
スＺ１の変化に追随して印加電圧を補正しながら、常に
所定の発振出力Ｐ０によりホーン２を振動させることが
できる。
【００２４】なお、インピーダンスＺ０，Ｚ１の測定
は、ボンディングツール１を上昇させた無負荷の状態で
計測するか、もしくは実際のボンディングと同じように
押圧ツールを接地させた状態で計測する。また上記実施
例は、ワイヤボンディング装置を例にとって説明した
が、本発明はフィルムキャリヤのインナーリードをチッ
プの電極にボンディングするインナーリードボンディン
グ装置や、アウターリードを基板の電極にボンディング
するアウターリードボンディング装置などの他の超音波
ボンディング装置にも適用できる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ボ
ンディングツールのインピーダンスの変化に追随して印
加電圧を補正することにより、常に一定の発振出力でボ
ンディングツールを超音波振動させることができ、した
がって安定したボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置の
側面図
【図２】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置に
備えられた超音波発振回路のブロック図
【図３】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置に
備えられた超音波発振回路の発振出力図
【図４】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置に
備えられた超音波発振回路の動作のフローチャート
【図５】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置に
備えられた超音波発振回路の動作のフローチャート
【符号の説明】
１ ボンディングツール ４ 圧電素子 ４０ トランス ４１ 超音波発振器 ４４ インピーダンス演算部 ４７ 制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワークを対象物に押圧してボンディングす
    るボンディングツールと、このボンディングツールを超
    音波振動させる圧電素子と、超音波発振器と、この超音
    波発振器で発振された高周波信号を昇圧して前記圧電素
    子に印加するトランスと、このトランスの電流と電圧に
    基づいて前記ボンディングツール側のインピーダンスを
    演算するインピーダンス演算部と、このインピーダンス
    の変動にともなって変化する前記圧電素子への供給電力
    を補正するために前記超音波発振器に印加される電圧を
    制御する制御部とを備えたことを特徴とする超音波ボン
    ディング装置。
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