JPH0823012A - ワイヤボンディング装置及び該装置に装備されるべきボンディングアーム - Google Patents

ワイヤボンディング装置及び該装置に装備されるべきボンディングアーム

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JPH0823012A
JPH0823012A JP17757494A JP17757494A JPH0823012A JP H0823012 A JPH0823012 A JP H0823012A JP 17757494 A JP17757494 A JP 17757494A JP 17757494 A JP17757494 A JP 17757494A JP H0823012 A JPH0823012 A JP H0823012A
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JP
Japan
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bonding
arm
horn
slit
capillary
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JP17757494A
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Hideaki Miyoshi
秀明 三好
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Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボンディングツールに対する超音波エネルギ
ーの伝達効率の増大を達成し、しかも、これを安価にて
実現したワイヤボンディング装置及びボンディングア−
ムを提供すること。 【構成】 ボンディングツール（キャピラリ）４を締結
手段（ボルト）３５を以てボンディングアーム１に締着
すべくボンディングツール挿通孔１ｆの中心を横切るよ
うに形成されるスリット１ｇについて、ボンディングア
ームの軸中心、すなわち縦振動の方向とは垂直となるよ
うにし、以て上記の効果を得ている。

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、例えばＩＣチップ上のパッドを第１ボン
ディング点とし、該ＩＣチップが貼着されているリード
フレームに形成された外部リードを第２ボンディング点
として、該両ボンディング点間を導電性を有するワイヤ
を用いて接続するワイヤボンディング装置に関する。詳
しくは、超音波振動を併用して圧着接続を行うワイヤボ
ンディング装置に関する。また、本発明は、該ワイヤボ
ンディング装置に装備されるべきボンディングアームに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のワイヤボンディング装置
においては、複数のＩＣチップが長手方向に並べて貼着
されたリードフレームが扱われ、作業開始に際してヒー
タブロックによって加熱されているボンディングステー
ジ上に該リードフレームが搬入され、且つ、最先のＩＣ
チップがボンディング作業位置に位置決めされる。この
状態で、装置に装備されたボンディング手段により、該
最先のＩＣチップに関するボンディング作業が行われ
る。以降、リードフレームがＩＣチップの配設ピッチ分
だけ移送されて次のＩＣチップについてのボンディング
作業が行われ、順次同様に続行され、全てのＩＣチップ
のボンディング接続を完了する。
【０００３】図１８に、かかる従来のワイヤボンディン
グ装置に設けられたボンディング手段の要部を示す。
【０００４】図示のように、当該ボンディング手段は、
ホーン１０１及び保持枠１０２からなるボンディングア
ームと、該ホーン１０１の後端部に結合された振動子１
０３とを有している。該振動子１０３は、図示しない発
振器によって所定周波数の電圧が印加され、この周波数
の超音波振動を発生する。また、ホーン１０１は、該振
動子１０３が発する振動を機械的に増幅する作用をな
す。
【０００５】ホーン１０１の先端部にはボンディングツ
ールとしてのキャピラリ１０５が取り付けられている。
図１９及び図２０から明らかなように、このキャピラリ
１０５は中空状に形成されてワイヤ１０６が挿通され、
該ワイヤ１０６の先端部に高電圧でスパークさせること
等によって形成されるボール１０６ａをボンディング対
象たるパッド（図示せず）あるいはリード（図示せず）
に対して圧着するためのものである。なお、図１８にお
いて矢印Ｕにて示すように、ホーン１０１に伝わる超音
波エネルギーは該ホーンに対して縦振動であるため、ボ
ール１０６ａとボンディング対象との接合に必要な横振
動に変換すべく、キャピラリ１０５はその軸中心をホー
ン１０１の軸中心に対して垂直にして装着されている。
【０００６】ホーン１０１に対するキャピラリ１０５の
取付構造について詳述する。
【０００７】図１９及び図２０に示すように、キャピラ
リ１０５はその先端部分を除いて円筒状に形成されてお
り、この円筒状部分にてホーン１０１に接合させて取り
付けられている。これに対応して、ホーン１０１のキャ
ピラリ１０５との接合部は該キャピラリ１０５が挿通さ
れる断面円形の挿通孔１０１ａとなされている。そし
て、該挿通孔１０１ａの中心をホーン１０１の軸方向に
おいて横切るようにスリット１０１ｂが形成されてお
り、該スリット１０１ｂによって分たれる両部位１０１
ｃ，１０１ｄをボルト１０７によって締結することによ
ってキャピラリ１０５を固着している。
【０００８】上記構成においてボンディングを行う場
合、ボンディングステージ上でリードフレームが加熱さ
れた状態にて、ホーン１０１及び保持枠１０２からなる
ボンディングアームを図示しない駆動手段により下方向
（図１８における紙面に垂直な方向）に作動させる。こ
れによって、キャピラリ１０５がボンディング対象とし
てのパッドあるいはリードに近接し、該キャピラリ１０
５に挿通されたワイヤ１０６の先端に形成されたボール
１０６ａが該パッド，リードに押圧されて圧着される。
この圧着と同時にキャピラリ１０５が励振され、熱及び
超音波振動の作用によって接合が完了する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなワイヤボ
ンディング装置においては、ワイヤに形成されたボール
とボンディング対象としてのパッド等との接合を確実と
するために、ホーン１０１からキャピラリ１０５に対す
る超音波エネルギーの伝達効率を可能な限り高めること
が重要である。
【００１０】しかしながら、上記構成の場合、充分なエ
ネルギー伝達効率は末だ得られていないのが実情であ
る。特に、ホーン１０１に、キャピラリ１０５をボルト
１０７を以て締着するためのスリット１０１ｂが形成さ
れているが、ホーン１０１を通じて伝わる縦振動の方向
における該ホーン１０１とキャピラリ１０５との接合面
積が、このスリット１０１ｂを設けたが故に減ぜられる
ことがその大きな理由の１つとして挙げられる。また、
この構成においては、超音波振動に基づいてキャピラリ
１０５に生ずる慣性力の方向と、挿通孔１０１ａ及びス
リット１０１ｂに対してキャピラリ１０５が恰もくさび
として作用する方向とが一致するから、この慣性力が、
振動の周期を以て交番荷重としてくさび作用をなし、微
視的に、スリット１０１ｂによって分たれた上記両部位
１０１ｃ、１０１ｄが若干押し開かれる状態が繰り返さ
れる。よって、ホーン１０１とキャピラリ１０５との強
固な接合状態は得られず、これもエネルギー伝達効率の
低下の一要因となっている。
【００１１】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、ボンディ
ングツールに対する超音波エネルギーの伝達効率の増大
を達成し、しかも、これを安価にて実現したワイヤボン
ディング装置を提供することである。また、本発明は、
かかる効果の達成に寄与するボンディングアームを提供
することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、ボンディング
ツールが装着されたボンディングアームを作動させるこ
とによって該ボンディングツールをボンディング対象に
対して近接させると共に、超音波励振手段が発する超音
波振動を該ボンディングアームに対して縦振動として該
ボンディングアームを介して該ボンディングツールに伝
達して励振させるワイヤボンディング装置において、前
記ボンディングツールはその軸中心を前記ボンディング
アームの軸中心に対して略垂直にして装着され、前記ボ
ンディングアームの該ボンディングツールとの接合部は
該ボンディングツールが挿通される挿通孔となされると
共に、該挿通孔の略中心を横切るが如くスリットが形成
され、該スリットにより分たれる両部位を締結手段によ
って締結することによって前記ボンディングツールを固
着し、該スリットは、前記ボンディングアームの軸中心
に対して略垂直に形成されているものである。また、本
発明によるボンディングアームは、ボンディングツール
との接合部が該ボンディングツールが挿通される挿通孔
となされると共に、該挿通孔の略中心を横切るが如くス
リットが形成され、該スリットにより分たれる両部位を
締結手段によって締結することによって前記ボンディン
グツールを固着し、該スリットは、ボンディングアーム
の軸中心に対して略垂直に形成されているものである。
【００１３】
【作用】かかる構成においては、ボンディングアームを
通じて伝わる縦振動が、上記スリットに対して略垂直に
作用する
【００１４】
【実施例】次に、本発明の実施例としてのワイヤボンデ
ィング装置について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１５】図１において、ホーン１を支持して該ホー
ン１と共にボンディングアームを構成する保持枠２は、
回転可能な支持シャフト１１に嵌着されている。また、
該支持シャフト１１には、揺動アーム１２が揺動自在に
嵌合されている。揺動アーム１２及び保持枠２には夫
々、ソレノイド１４ａ及び電磁吸着片１４ｂが互いに対
応して固設されており、保持枠２を揺動させる際には、
ソレノイド１４ａに対して図示せぬ電源から通電して電
磁吸着片１４ｂとの間に吸着力を生ぜしめることにより
該保持枠２と揺動アーム１２とを相互に固定状態とす
る。揺動アーム１２及び保持枠２には、上記電磁吸着手
段の前方位置に、マグネット１５ａ及びコイル１５ｂが
夫々取り付けられている。これらマグネット１５ａ及び
コイル１５ｂは、ボンディング時にホーン１の先端、す
なわちキャピラリ４を保持する部位を図１における下向
きに付勢するための吸着力を発生する手段を構成する。
【００１６】図２にも示すように、揺動アーム１２の後
端部には支軸１６ａが植設されており、アーム側カムフ
ォロア１６と揺動ベース１９ａとがこの支軸１６ａの周
りに回転自在となっている。揺動ベース１９ａにはベア
リングガイド１９ｂがその下端にて固着され、このベア
リングガイド１９ｂの上端部には予圧アーム１９ｄが支
持ピン１９ｅを介して回転自在に取り付けられている。
予圧アーム１９ｄの自由端部には支軸１７ａが設けられ
ており、該支軸１７ａにカムフォロア１７が回転自在に
取り付けられている。そして、この予圧アーム１９ｄの
先端と揺動ベース１９ａの先端とには引張ばねである予
圧ばね１９ｆが掛け渡されており、アーム側カムフォロ
ア１６及びカムフォロア１７は、略ハート形に形成され
たカム１８の外周面であるカム面に圧接されている。な
お、アーム側カムフォロア１６及びカムフォロア１７の
カム１８に対する２つの接点は、カム１８の回転中心を
挟んで位置している。
【００１７】上記揺動ベース１９ａと、ベアリングガイ
ド１９ｂと、予圧アーム１９ｄとによりフレーム構造が
形成されており、これを揺動フレーム１９と総称する。
揺動フレーム１９の構成部材としてのベアリングガイド
１９ｂは、カム１８が嵌着されたカム軸２２に取り付け
られたラジアルベアリング２１の外輪に接している。な
お、カム１８は、モータ２３よりカム軸２２に付与され
るトルクによって回転する。ホーン１及び保持枠２から
なるボンディングアームは、このカム１８の回転によっ
て揺動アーム１２と一体的に揺動し、これによりキャピ
ラリ４がボンディング対象に対して近接及び離間する。
【００１８】ここで、上記ホーン１と、その周辺の構成
について詳述する。なお、ホーン１自体と、該ホーン１
に装着されたキャピラリ４について、図４乃至図１６に
詳細に示している。
【００１９】例えば図３に示すように、ホーン１の後端
部近傍には、これを保持する保持枠２に形成された挿通
孔２ａに嵌合する嵌合部１ｅが設けられている。この嵌
合部１ｅは略円筒状であり、ホーン１のノーダル・ポイ
ント（超音波振動の節位置）部に設けられたフランジ部
１ｃと一体に形成されている。
【００２０】ホーン１の後端部には雄ねじ部１ｋが形成
されており、該雄ねじ部１ｋに振動子３０が結合されて
いる。該振動子３０は、図示しない発振器によって所定
周波数の電圧が印加され、この周波数の超音波振動を発
生する。これら振動子３０及び発振器を、超音波励振手
段と総称する。ホーン１は、該振動子３０が後端部に装
着されるストレートホーン部１ａと、該振動子３０から
該ストレートホーン部１ａを経て伝達される超音波振動
をその振幅を増幅して先端のキャピラリ４に伝えるコニ
カルホーン部１ｂとを有している。キャピラリ４はこれ
により励振される。
【００２１】なお、ホーン１は、ステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）やチタニウム（Ｔｉ）あるいはその合金鋼等を素材
とし形成される。
【００２２】一方、ホーン１の先端部に取り付けられた
ボンディングツールとしてのキャピラリ４はその材質と
してセラミックスやルビー等が選定され、中空状に形成
される。そして、図３に示すように、該中空部に上方か
らワイヤ３３が挿通され、該ワイヤ３３の先端部に高電
圧でスパークさせること等によって形成されるボール３
３ａをボンディング対象たるパッド（図示せず）あるい
はリード（後述）に対して圧着させる作用をなす。な
お、図３において矢印Ｕにて示すように、振動子３０か
らホーン１に伝わる超音波エネルギーは該ホーン１に対
して縦振動であるため、上記ワイヤ３３のボール３３ａ
とパッド等との接合に必要な横振動に変換すべく、キャ
ピラリ４はその軸中心をホーン１の軸中心に対して垂直
にして装着されている。
【００２３】続いて、ホーン１に対するキャピラリ４の
取付構造について詳述する。
【００２４】例えば図１２乃至図１３から明らかなよう
に、キャピラリ４はその先端部分が略円錐状に形成さ
れ、他の部分については円筒状に形成されている。ホー
ン１に対してはこの円筒状部分を接合部として取り付け
られている。これに対応して、例えば図１１乃至図１６
に示すように、ホーン１のキャピラリ４との接合部は該
キャピラリ４が挿通される断面略円形の挿通孔１ｆとな
されている。そして、該挿通孔１ｆの中心をホーン１の
軸中心１ｍ（図１２、図１４に図示）に対して垂直に横
切るようにスリット１ｇが形成されており、該スリット
１ｇによって分たれる両部位１ｈ及び１ｉをボルト（六
角穴つき）３５によって締結することによってキャピラ
リ４を固着している。なお、該ボルト３５と、該ボルト
が螺合すべくホーン１に形成された雌ねじ部（参照符号
は付さない）とを、締結手段と総称する。
【００２５】上記から明らかなように、当該ワイヤボン
ディング装置においては、キャピラリ４をボルト３５を
以てホーン１に締着すべくキャピラリ挿通孔１ｆの中心
を横切るように形成されたスリット１ｇが、該ホーン１
の軸中心１ｍ（図１２、図１４参照）に対して垂直とな
っている。
【００２６】かかる構成によれば、ホーン１を通じて伝
わる縦振動の方向における該ホーン１とキャピラリ４と
の接合面積が、このスリット１ｇを設けたが故に減ぜら
れることがなく、充分な接合面積が確保される。また、
この構成においては、超音波振動に基づいてキャピラリ
４に生ずる慣性力の方向と、キャピラリ挿通孔１ｆ及び
スリット１ｇに対してキャピラリ４が恰もくさびとして
作用する方向とが互いに直交して一致はしないから、こ
の慣性力が振動の周期を以て交番荷重として加わろうと
も、キャピラリ４は、スリット１ｇによって分たれた上
記両部位１ｈ、１ｉを繰り返し押し開くが如きくさび作
用はなさず、ホーン１とキャピラリ４との強固な接合状
態が得られる。これらのことから、ホーン１からキャピ
ラリ４に対する超音波エネルギーの伝達効率が増大す
る。
【００２７】また、この場合、スリット１ｇの伸長方向
を上記のように設定するだけで、特別な部材を付加する
こともなく高いエネルギー伝達効率が得られるから、コ
ストの低減が達成されるものである。
【００２８】次いで、上記した構成のワイヤボンディン
グ装置の動作について簡単に説明する。
【００２９】図１に示すように、当該ワイヤボンディン
グ装置においては、複数のＩＣチップ４１が長手方向
（図における紙面に垂直な方向）に並べて貼着されたリ
ードフレームＬ＼Ｆが扱われる。ボンディング作業開始
に際し、ヒータブロック（図示せず）によって加熱され
ているボンディングステージ４２上に該リードフレーム
Ｌ＼Ｆが図示しない搬送手段によって搬入され、且つ、
最先のＩＣチップ４１がボンディング作業位置に位置決
めされる。この状態で、図１に示すボンディング手段５
０が作動し、ＩＣチップ４１上のパッド（図示せず）を
第１ボンディング点とし、該ＩＣチップ４１が貼着され
ているリードフレームＬ＼Ｆに形成された外部リード
（後述）を第２ボンディング点として、該両ボンディン
グ点間を金等を素材とするワイヤ３３により接続する。
なお、図示してはいないが、当該ボンディング手段５０
はＸＹテーブル上に搭載されており、適宜二次元的に移
動され、位置決めされる。
【００３０】このボンディング工程を図１７を用いて説
明する。
【００３１】まず、上記ＩＣチップ４１上のパッド（電
極：図示せず）にワイヤボンディングしようとする時、
まず、先端にボール３３ａが形成されたワイヤ３３が挿
通されたキャピラリ４を、図示せぬ撮像装置等からの情
報に基づいて上記ＸＹテーブル（図示せず）の作動によ
り該パッドの直上に位置決めする。その後、ホーン１及
び保持枠２からなるボンディングアームをカム１８の作
動を以て下方に揺動させ、キャピラリ４を図１７の乃
至に示すように下降させて上記パッドにボール３３ａ
を押しつぶして熱圧着ボンディングを行う。このとき、
前述の超音波励振手段を以てキャピラリ４を励振させる
ことを行う。
【００３２】なお、この工程で→は上記ボンディン
グアームを高速で下降移動させ、→では低速で移動
させる。図において参照符号５２は、ワイヤ３３を把持
するクランプを示すものであるが、この時、該クランプ
５２は開となっている。次に、この第１ボンディング点
への接続が終わると、→ではクランプ５２が開状態
のまま上記ボンディングアームが図１７に示す上方向、
即ちＺ軸方向に上昇し、所定のループコントロールにし
たがってに示すようにクランプ５２が開の状態でワイ
ヤ３３が引き出され、に示す第２ボンディング点とな
るリード５３に接続される。
【００３３】この接続後、キャピラリ４の先端部にワイ
ヤ３３をに示すように所定のフィード量ｆだけ引き出
した状態でクランプ５２を閉じる。この状態で更にボン
ディングアームを所定の高さまで上昇させる過程でに
示すようにワイヤ３３がカットされて、再びワイヤ先端
部に電気トーチ（図示せず）を用いてボールを形成し、
クランプ５２を開状態にさせての状態に復帰する。こ
のような一連の工程によりワイヤボンディングがなされ
る。
【００３４】以降、ＩＣチップ４１に複数設けられたパ
ッドとこれらに対応して配設された各リードについて上
記一連の動作が繰り返され、この最先のＩＣチップに関
するボンディングを完了する。
【００３５】この後、リードフレームＬ＼Ｆ（図１参
照）がＩＣチップ４１の配設ピッチ分だけ移送されて次
のＩＣチップについてのボンディング作業が行われ、順
次同様に続行され、全てのＩＣチップのボンディング接
続を終了する。
【００３６】
【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を締結手段を以てボンディングアー
ムに締着すべくボンディングツール挿通孔の中心を横切
るように形成されたスリットが、該ボンディングアーム
の軸中心に対して略垂直となっている。かかる構成によ
れば、ボンディングアームを通じて伝わる縦振動の方向
における該ボンディングアームとボンディングツールと
の接合面積が、このスリットを設けたが故に減ぜられる
ことがなく、充分な接合面積が確保される。また、この
構成においては、超音波振動に基づいてボンディングツ
ールに生ずる慣性力の方向と、ボンディングツール挿通
孔及びスリットに対してボンディングツールが恰もくさ
びとして作用する方向とが互いに略直交して一致しない
から、この慣性力が振動の周期を似て交番荷重として加
わろうとも、ボンディングツールは、スリットによって
分たれた両部位を繰り返し押し開くが如きくさび作用は
なさず、ボンディングアームとボンディングツールとの
強固な接合状態が得られる。これらのことから、ボンデ
ィングアームからボンディングツールに対する超音波エ
ネルギーの伝達効率が増大する。また、この場合、上記
スリットの伸長方向を上記のように設定するだけで、特
別な部材を付加することもなく高いエネルギー伝達効率
が得られるから、コストの低減が達成されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例としてのワイヤボンデ
ィング装置の要部の、一部断面を含む側面図である。
【図２】図２は、図１に関するＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図３は、図１に示した構成の一部の、一部断面
を含む拡大図である。
【図４】図４は、図１に示した構成に含まれるホーン
と、これに装着されたキャピラリとを示す正面図であ
る。
【図５】図５は、図４に示した構成の背面図である。
【図６】図６は、図４に示した構成の平面図である。
【図７】図７は、図４に示した構成の底面図である。
【図８】図８は、図４に示した構成の右側面図である。
【図９】図９は、図４に示した構成の左側面図である。
【図１０】図１０は、図４に関するＢ−Ｂ断面図であ
る。
【図１１】図１１は、図１０において矢印Ｃ−Ｃ及び矢
印Ｄ−Ｄによって囲まれる部分の拡大図である。
【図１２】図１２は、図４における部分Ｅの拡大図であ
る。
【図１３】図１３は、図１２に示した構成の背面図であ
る。
【図１４】図１４は、図１２に関するＦ−Ｆ矢視にて、
一部断面を含む平面図である。
【図１５】図１５は、図１２関するＧ−Ｇ矢視図であ
る。
【図１６】図１６は、図１２に関するＨ−Ｈ矢視図であ
る。
【図１７】図１７は、図１に示した構成の動作の工程を
示す図である。
【図１８】図１８は、従来のワイヤボンディング装置の
要部の、一部断面を含む平面図である。
【図１９】図１９は、図１８における部分Ｆの拡大図で
ある。
【図２０】図２０は、図１９に関するＧ−Ｇ矢視図であ
る。
【符号の説明】
１ ホーン １ｆ 挿通孔 １ｇ スリット １ｍ 軸中心 ２ 保持枠 ４ キャピラリ（ボンディングツール） ３０ 振動子 ３３ ワイヤ ３５ ボルト ４１ ＩＣチップ ５０ ボンディング手段 ５３ リード

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディングツールが装着されたボンデ
    ィングアームを作動させることによって該ボンディング
    ツールをボンディング対象に対して近接させると共に、
    超音波励振手段が発する超音波振動を該ボンディングア
    ームに対して縦振動として該ボンディングアームを介し
    て該ボンディングツールに伝達して励振させるワイヤボ
    ンディング装置において、前記ボンディングツールはそ
    の軸中心を前記ボンディングアームの軸中心に対して略
    垂直にして装着され、前記ボンディングアームの該ボン
    ディングツールとの接合部は該ボンディングツールが挿
    通される挿通孔となされると共に、該挿通孔の略中心を
    横切るが如くスリットが形成され、該スリットにより分
    たれる両部位を締結手段によって締結することによって
    前記ボンディングツールを固着し、該スリットは、前記
    ボンディングアームの軸中心に対して略垂直に形成され
    ていることを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】 ボンディングツールとの接合部が該ボン
    ディングツールが挿通される挿通孔となされると共に、
    該挿通孔の略中心を横切るが如くスリットが形成され、
    該スリットにより分たれる両部位を締結手段によって締
    結することによって前記ボンディングツールを固着し、
    該スリットは、ボンディングアームの軸中心に対して略
    垂直に形成されていることを特徴とするボンディングア
    ーム。
JP17757494A 1994-07-06 1994-07-06 ワイヤボンディング装置及び該装置に装備されるべきボンディングアーム Pending JPH0823012A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007062828A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Okura Ind Co Ltd 包装方法

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