JPH0793340B2 - 半導体装置の配線接続装置 - Google Patents

半導体装置の配線接続装置

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JPH0793340B2
JPH0793340B2 JP1212178A JP21217889A JPH0793340B2 JP H0793340 B2 JPH0793340 B2 JP H0793340B2 JP 1212178 A JP1212178 A JP 1212178A JP 21217889 A JP21217889 A JP 21217889A JP H0793340 B2 JPH0793340 B2 JP H0793340B2
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    • H01L2924/0495—5th Group
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ワイヤボンディング装置等の半導体装置の配
線接続装置に係り、特に高い精度を実現することできる
とともに、高密度な半導体装置の製造に使用して最適な
配線接続装置に関する。
（従来の技術） 上記ワイヤボンディング装置等の配線接続装置において
は、微細化及び高密度化する回路パターンと、高密度実
装パッケージに対応するため、高い精度が要求されてお
り、例えば半導体チップ面のボンディングパッドは勿
論、ボンディンググリードの微細化にも対応することが
必須となってきている。
このため、例えば対象ワークがリードフレームで、特に
多ピンLSIの薄肉リードフレームを扱う場合等において
は、従来光学鏡筒により拡大したパターンをITVカメラ
により捕え、パターン認識を実行することが広く行われ
ている。
これを第４図を参照して説明する。
供給側マガジン（図示せず）から取出された対象ワーク
としてのリードフレーム１は、この上面に半導体チップ
２をマウントした状態で、一対のガイドレール3a,3bに
よってその幅方向両側部下部を支持されてボンディング
用の固定位置まで搬送されてくる。
このガイドレール3a,3bは開閉用パルスモータ４及び左
右に逆ねじを刻設したねじスクリュ５等を介して水平度
を維持しながら開閉自在に構成され、固定位置において
閉じてリードフレーム１の端面に当接してこの幅方向の
位置決めを行う。
この固定位置の下方には、ストロークベアリング６によ
って上下自在なヒータブロック等のワーク支持ブロック
７が、上方にはストロークベアリング８によって上下動
自在な押え部材９が夫々配置され、この固定位置におい
てリードフレーム１は、ワーク支持ブロック７と押え部
材９によって上下方向から挟持して固定される。
一方、このリードフレーム１の固定位置の上方に位置し
て、像を拡大して監視用カメラ（CCDカメラ）10に導く
光学鏡筒11が配置され、この監視用カメラ10及び光学鏡
筒11はＸ−Ｙテーブル12に搭載したボンディングヘッド
13に固着されているとともに、このボンディングヘッド
13には、先端ボンディングツール14を取付けたボンディ
ングアーム15が揺動自在に備えられている。
これにより、光学鏡筒11により拡大したパターンを監視
用カメラ10によって捕らえて、半導体チップ２のボンデ
ィングパッド及びリードフレーム１のインナーリード1a
のパターン認識を行い、ボンディング位置ずれを補正し
て、ボンディングツール14によりボンディングワイヤ16
によるワイヤボンディングを行うよう構成されていた。
更に、この種のワイヤボンディング装置において、半導
体チップ２の表面とインナーリード１のインナリード1a
の表面の高さの違いによる光学的焦点のずれに基づく精
度低下を防止するため、光学鏡筒11をころがり軸受等を
介して上下に移動可能となし、焦点のずれが生じないよ
うにすることも一般に行われていた。
また、ハイブリッドICのワイヤボンディング装置とし
て、特開昭62−125639号が提案されている。これを第５
図に示す。
即ち、対象ワークである基板１′を保持する基板固定部
７′をモータ17と該モータ17の回転によって回転する垂
直方向に延びるねじ棒18を介して上下動自在に構成し、
これにより監視用カメラ10の焦点に合わせて基板１′を
上下動させるようにしたものである。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記第４図に示す従来例においては、半
導体チップの方面とインナーリードの表面との間に高さ
の違いがあり、この高さの違いによる光学的焦点のずれ
が精度低下の原因となってしまうといった問題点があっ
た。
しかも、この問題点を解消するため、リードフレームを
上下動させようとすると、ワーク支持ブロック及びリー
ドフレーム押えも一緒に上下動させる必要があるばかり
でなく、例えワーク支持ブロック及びリードフレーム押
えを一緒に上下動させたとしても、ガイドレールとリー
ドフレーム端面とが擦れ合って、リードフレームのイン
ナーリード及びボンディングされたボンディングワイヤ
が加振してダメージを与えることとなり、不良の原因と
なってしまうと考えられる。
更に、光学鏡筒を上下に移動できるようにしたものにお
いては、この上下動させるためのメカニズムが重量とコ
ストの増大に繋がってしまうばかりでなく、光学鏡筒の
スライド部のクリアランスやバックラッシ等の精度低下
の原因が問題となってしまう。
即ち、上下動機構の有する一般的な機械的精度により、
上下動の位置再現性とこの上下動による水平方向の位置
再現性の問題がボンディング位置精度の低下の要因とな
ってしまう。即ち、例えば半導体チップの厚さ分の0.5m
m程度、光学鏡筒を上下に移動させようとすると、この
上下動に伴って光学鏡筒が僅かに揺動してしまい、この
揺動に伴う水平方向の変化が微少であることから、これ
を矯正することが困難となってしまう。
即ち、ミクロンオーダのボンディング位置精度を詰める
段階では、ころがり軸受の数ミクロンの隙間等が、ボン
ディング位置精度を狂わす大きな要因となってしまうの
である。
更に、第５図に示す従来例においては、光学系の焦点に
合わせて対象ワークとしての基板を上下動させている
が、パターン認識を行った後に基板をボンディング高さ
のボンディングツールの基準高さに合わせるべく、基板
を上下動させており、このため基板の上下動による誤差
を含んでボンディングしていると考えられる。
なお、リードフレームを使用したワイヤボンディングに
おいては、リードフレームの厚さの差や半導体チップの
高さ等による段差によってボンディングツールの垂直度
が影響を受ける量が、tanθ＝0.7mm/110mm、θ＝0.4゜
程度以内であれば、問題のないレベルであり、従って、
この範囲以内のボンディングツールの垂直度の誤差であ
れば、垂直度を考慮するメリットは少なく、かえってデ
メリットが大きいと考えられる。
また、上下動の駆動に、ねじ棒を使用しているため、例
えばリードフレームを扱う場合には、基板固定部材の上
下動の他に、リードフレームをワーク支持ブロックに固
定するリードフレーム押えも上下動させる必要があり、
このため基板固定部材の周辺に２つの駆動装置を備える
必要があって、設置スペース及びコストの増大に繋がっ
てしまうと考えられる。
本発明は上記に鑑み、高速で水平移動するパターン認識
用光学系の重量を増加させてしまうことなく、光学系の
焦点に合わてワークを上下に制御することができるとと
もに、ワークの上下動に関わる位置ずれ用意を排除して
高いワイヤボンディング精度を実現することができ、更
にワークへダメージを与えてしまうことなく、構造的に
比較的簡単かつコンパクトで、しかも短時間に異品種へ
の切換えることができるものを提供することを目的とす
る。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の配
線接続装置は、ワイヤボンディングされるワークを上面
に支持するワーク支持ブロックと、このワーク支持ブロ
ックを設置面に対して垂直方向に昇降運動可能に支持す
る第１の案内支持手段と、上記ワーク支持ブロック上の
ワークを上から押さえるフレーム押え部材と、このフレ
ーム押え部材を設置面に対して垂直方向に昇降運動可能
に支持する第２の案内支持手段と、上記ワーク支持ブロ
ックを所定の昇降モードにしたがって昇降運動させる支
持ブロック上下用カムと、上記フレーム押え部材を所定
の昇降モードにしたがって昇降運動させるフレーム押え
上下用カムと、これらの支持ブロック上下用カムとフレ
ーム押え上下用カムとを共通のカム軸を介して回転させ
る駆動モータとを備えてなることを特徴とするものであ
る。
（作 用） 上記のように構成した本発明によれば、例えば対象ワー
クの２つ以上の認識高さの内、要求スペックの弛い方に
先ず光学系の焦点を合わせるべくワークを移動させて、
その位置におけるパターン認識を行い、しかる後に他の
認識高さに光学系の焦点を合わせるべくワークの高さを
移動して、その位置におけるパターン認識を行い、この
パターン認識によって配線接続による配線位置の位置ず
れの補正を行ってこのままワイヤボンディング等の配線
を施すことにより、高い精度を実現することがができ
る。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して
説明する。
供給側マガジン（図示せず）から取出された対象ワーク
としてのリードフレーム１は、この上面に半導体チップ
２をマウントした状態で、一対のガイドレール3a,3bに
よってその幅方向両端下部を支持されてボンディング用
の固定位置まで搬送されてくる。
このガイドレール3a,3bは、上記第４図に示す従来例と
同様に、開閉用パルスモータ４及び左右に逆ねじを刻設
したねじスクリュ５（第４図参照）を介して水平度を維
持しながら開閉自在に構成され、固定位置において閉じ
てリードフレーム１の端面に当接してこの幅方向の位置
決めを行うよう構成されている。
この固定位置の下方には、ストロークベアリング６よっ
て上下自在なヒータブロック等のワーク支持ブロック７
が配置されているとともに、このストロークベアリング
６の固定部6aと可動部6bとの間には、引張ばね19が張設
され、この引張力により、可動部6bに固着したカムフロ
ア20と支持ブロック上下用カム21とが当接するようにな
されている。
また、この固定位置の上方にはストロークベアリング８
によって上下動自在な押え部材９が配置されているとと
もに、上記と同様に、このストロークベアリング８の固
定部8aと可動部8bとの間には、引張ばね22が張設され、
この引張力により、可動部8bに固着したカムフォロア23
とフレーム押え上下用カム24とが当接するようなされて
いる。
上記２つのカム21,24は、サポータ25に回転自在に支承
された同一のカム軸26に固着され、このカム軸26は、カ
ム駆動用パルスモータ27の回転によって回転するよう構
成されている。
そして、第３図に示すように、上記支持ブロック上下用
カム21は、正回転の状態で回転角ａ〜ｂの間においてカ
ムフォロア20をサインカーブを描いて上昇させ、回転角
ｂ〜ｃにおいて停止させ、回転角ｃ〜ｄにおいてカムフ
ォロア20を等速カーブを描いて上昇させ、回転角ｄ〜ｅ
において停止させ、更に区間ｅ〜ｆにおいてサインカー
ブを描いて下降させる（逆転の場合は上記と逆）ような
形状に形成されている。
また、フレーム押え上下用カム24は、正回転の状態で回
転角ｇ〜ｈにおいてカムフォロア23を下降させ、回転角
ｈ〜ｉにおいて停止させ、回転角ｉ〜ｊにおいてサイン
カーブを描いて下降させ、回転角ｊ〜ｋにおいて停止さ
せ、更に回転角ｋ〜ｌにおいてサインカーブを描いて上
昇させる（逆転の場合は上記と逆）ような形状に形成さ
れている。
これにより、カム軸26を正転させた時、ワーク支持ブロ
ック７はカムフォロア20を介して上昇し、フレーム押え
９はカムフォロア23を介して下降する。そして、リード
フレーム１が所定量上昇した時、この幅方向両側部は、
ワーク支持ブロック７とフレーム押え９によって上下方
向から挟持されて保持され、更に上昇することにより、
支持ブロック上下用カム24はカムフォロア23から離れ
て、引張ばね22の弾性力によって挟持される。この引張
ばね22の弾性力によって挟持された状態で、支持ブロッ
ク上下用カム21の等速カーブに沿って、ワーク支持ブロ
ック７、ひいてはリードフレーム１が昇降するよう構成
されている。
更に、この支持ブロック上下用カム21の等速カーブによ
りリードフレーム１のリスト量、即ちカム軸26の回転角
を制御することにより、リードフレーム１を所定の位置
に停止させるとともに、カム駆動用パルスモータ27の回
転角は、CPU（図示せず）等により、その回転角が制御
されるようなされており、このCPUには、少なくとも２
つのリードフレーム１の停止位置（即ち、カム軸26の所
定回転角）が記憶されている。
一方、このリードフレーム１の固定位置の上方のボンデ
ィングツール14に対しＸ−Ｙ方向にオフセットした位置
に、像を拡大して監視用カメラ（CCDカメラ）10に導く
光学鏡筒11が配置され、この監視用カメラ10及び光学鏡
筒11は、Ｘ−Ｙ方向に移動制御されるＸ−Ｙテーブル12
に搭載したボンディングヘッド13に固着されている。
このボンディングヘッド13には、ボンディングワイヤ16
を挿通させたボンディングツール14を先端に取付けたボ
ンディングアーム15が、揺動支点15aを中心に上下方向
に揺動自在に備えられ、このボンディングアーム15の揺
動に伴ってボンディングアーム14が上下動するようなさ
れている。
次に、上記実施例の作動タイミングを第２図を参照して
説明する。
先ず、リードフレーム１をガイドレール3a,3bに沿って
搬送し、搬送方向の位置決めを行ってこの搬送を停止す
る。この状態で、ガイドレール開閉用パルスモータ４
（第４図参照）を、予め記憶させた所定量正転させて、
ガイドレール3a,3bを閉じ、これによってリードフレー
ム１の幅方向を規制する（タイミングＡ）。
次に、この状態でカム軸26をカム駆動用パルスモータ27
を介して第３図に示す所定回転角θ１正転させ、これに
よってワーク支持ブロック７を上昇させると同時にフレ
ーム押え９を下降させ、リードフレーム１の幅方向の上
下両面をワーク支持ブロック７及びフレーム押え９で挟
持して、これを保持する（タイミングＢ）。この時、フ
レーム押え上下用カム24とカムフォロア23は離れ、引張
ばね22の引張力でリードフレーム１は挟持されることに
なる。
この状態で、ガイドレール3a,3bとリードフレーム１の
端面との間に、隙間を設けるため、ガイドレール開閉用
パルスモータ４を逆回転させてガイドレール3a,3bを開
く。
このガイドレール3a,3bが開いた状態で、ワーク支持ブ
ロック７、ひいてはリードフレーム１をこのインナーリ
ード1aのリード面がが光学鏡筒11の焦点に合う所定の位
置に上昇させるのであるが、これをカム駆動用パルスモ
ータ27を介してカム軸26を第３図に示す所定の回転角θ
２正転させることにより、ワーク支持ブロック７をカム
フォロア０を介して支持ブロック上下用カム21の等速カ
ーブに沿って上昇させることによって行う。この回転角
θ２は、ワーク支持ブロック７の第１の停止位置とし
て、CPUに予め記憶させておいたものである。
この状態で、リードフレーム１のインナーリード1aのパ
ターン認識を監視用カメラ10の画像処理により実行する
（タイミングＣ）。
次に、インナーリード１と半導体チップ２の段差分に相
当する量、即ち光学鏡筒11の焦点が半導体チップ２のボ
ンディングパッドに合う位置までワーク支持ブロック７
ひいてはインナーリード１を下降させるのであるが、こ
れをカム駆動用パルスモータ27を介してカム軸26を第３
図に示す所定の回転角θ３逆転させることにより、ワー
ク支持ブロック７をカムフォロア20を介して支持ブロッ
ク上下用カム21の等速カーブに沿って下降させることに
よって行う。この回転角θ３は、ワーク支持ブロック７
の第２の停止位置として、CPUに予め記憶させておいた
ものである。
この状態で、半導体チップ２のボンディングパッドのパ
ターン認識を監視用カメラ10の画像処理により実行する
（タイミングＤ）。
そして、上記パターン認識により求めたインナーリード
１と半導体チップ２の初期設定座標からのずれ量によ
り、各ワイヤボンディング座標の位置補正を行って、ワ
ーク支持ブロック７をこの第２の停止位置に停止させた
ままボンディングツール14によるワイヤボンディングを
実行する。
このワイヤボンディング作業終了後、カム駆動用パルス
モータ27を介してカム軸26を第３図に示すθ４逆転させ
て、両カム21,24を原点に戻すことにより、両カムフォ
ロア20,23を介してワーク支持ブロック７を下降させる
と同時にフレーム押え９を上昇させ、リードフレーム１
を自由の状態となす。この時、リードフレーム１はワー
ク支持ブロック７により支持された状態で下降するが、
ガイドレール3a,3bまで下降すると、ワーク支持ブロッ
ク７から離れ、それ以降はガイドレール3a,3bにその幅
方向両側部において支持される（タイミングＥ）。
そして、ワイヤボンディングを終了したリードフレーム
１をガイドレール3a,3bで更に搬送して、収納用マガジ
ンに納めることによって、一連のボンディング作業を終
了する。
なお、本発明ほ上記実施例におけるシーケンスとタイミ
ングに限定させるものではなく、またパルスモータやCC
Dカメラ等の要素に限定されるものではないことは勿論
である。
また、先にインナーリード1aのパターン認識を行い、次
に半導体チップ２のパターン認識を行ったのは、通常半
導体チップ２のボンディングパッドはインナーリード1a
に比べて小さく、より高い精度が要求されるから、要求
スペックの弛い方を先にパターン認識することによっ
て、より精度を高めるためであり、どちらを先にパター
ン認識するかは要求されるボンディング精度によって決
まる。
更に、ワーク支持ブロック７の停止高さは、リードフレ
ームの厚さと半導体チップ２の厚さ、及びインナーリー
ド面と半導体チップ面の相対距離によって決まる。
そして、異なる高さの品種及び同一リードフレームに異
なる厚さの半導体チップをマウントした場合等のワーク
に対して、夫々ワーク支持ブロックの停止高さを予めカ
ム駆動用パルスモータの回転角を制御するCPU等に予め
数値等で入力しておくことによりよって対応させること
ができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、支持
ブロック上下用カムとフレーム押え上下用カムによって
ワーク支持ブロックとフレーム押え部材を所定の昇降モ
ードにしたがって上下に動かすようにしたので、ワーク
を光学系の焦点に合うよう上下動させ、しかもこの上下
動に関わる、ネジのバックラッシュなどに起因する位置
ずれ要因を排除して、精度の高いワイヤボンディングを
実現することができる。しかも短時間に異品種への切換
えを行うことができるばかりでなく、高さの異なる半導
体チップを搭載したワーク等にも対応することができ
る。さらに、単一の駆動モータで複数のカムを駆動し、
ワーク支持ブロックとフレーム押え部材とを昇降運動さ
せるようにしたから、駆動設備を簡素化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
側面図、第２図はタイムチャート、第３図はカムチャー
ト、第４図及び第５図は夫々異なる従来例を示す側面図
である。 １……リードフレーム（ワーク）、２……半導体チッ
プ、3a,3b……ガイドレール、４……ガイドレール開閉
用パルスモータ、５……ねじスクリュ、6,8……ストロ
ークベアリング、７……ワーク支持ブロック、９……フ
レーム押え、10……監視用カメラ、11……光学鏡筒、12
……Ｘ−Ｙテーブル、13……ボンディングヘッド、14…
…ボンディングツール、15……ボンディングアーム、16
……ボンディングワイヤ、19,22……引張ばね、20,23…
…カムフォロア、21……支持ブロック上下用カム、24…
…フレーム押え上下用カム、26……カム軸、27……カム
駆動用パルスモータ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤボンディングされるワークを上面に
    支持するワーク支持ブロックと、このワーク支持ブロッ
    クを設置面に対して垂直方向に昇降運動可能に支持する
    第１の案内支持手段と、上記ワーク支持ブロック上のワ
    ークを上から押さえるフレーム押さえ部材と、このフレ
    ーム押さえ部材を設置面に対して垂直方向に昇降運動可
    能に支持する第２の案内支持手段と、上記ワーク支持ブ
    ロックを所定の昇降モードにしたがって昇降運動させる
    支持ブロック上下用カムと、上記フレーム押さえ部材を
    所定の昇降モードにしたがって昇降運動させるフレーム
    押さえ上下用カムと、これらの支持ブロック上下用カム
    とフレーム押さえ上下用カムとを共通のカム軸を介して
    回転させる駆動モータとを備えてなる半導体装置の配線
    接続装置。
  2. 【請求項２】前記第１および第２の案内支持手段は、固
    定部と、この固定部に対して垂直方向に直線案内される
    可動部とからなるストロークベアリングによって構成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
    配線接続装置。
  3. 【請求項３】前記支持ブロック上下用カムとフレーム押
    さえ上下用カムは、カムフォロアを介して前記ストロー
    クベアリングの可動部に伝達されるようにしたことを特
    徴とする請求項２記載の半導体装置の配線接続装置。
  4. 【請求項４】前記ワーク支持ブロックの上に保持された
    ワークのパターン認識を行うためワーク支持ブロックの
    上方に配置された光学的手段と、この光学的手段の焦点
    に合う高さの違うワークの２以上の認識部対象位置を予
    め記憶しておく記憶手段とを備え、同一ワークの２以上
    の認識高さの一方の位置におけるパターン認識を実行し
    た後、他方の認識対象高さにワークの高さを移動してそ
    の位置におけるパターン認識を行って、配線接続に要す
    る位置ずれ補正を行うようにしたことを特徴とする請求
    項１記載の半導体装置の配線接続装置。
  5. 【請求項５】複数の認識対象高さの内、要求スペックの
    弛い方を先にパターン認識するようにしたことを特徴と
    する請求項１記載の半導体装置の配線接続装置。
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