JPH09162222A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤボンディング装置

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JPH09162222A
JPH09162222A JP33797495A JP33797495A JPH09162222A JP H09162222 A JPH09162222 A JP H09162222A JP 33797495 A JP33797495 A JP 33797495A JP 33797495 A JP33797495 A JP 33797495A JP H09162222 A JPH09162222 A JP H09162222A
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JP
Japan
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capillary
bonding
holder
wire
wire bonding
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JP33797495A
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English (en)
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Koji Ishigaki
孝司 石垣
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンディング装置において、キャピラ
リーの位置決め治具を不要にし、かつ、キャピラリーの
取付作業の容易化を図る。 【解決手段】 キャピラリー11の上端部の外周にガイ
ド部材を構成するフランジ25を形成し、フランジ25
の付け根部の下面に逃げ溝26を環状に形成する。 【効果】 キャピラリー11をボンディングアーム10
におけるホルダ部20のキャピラリー取付孔21に挿入
した状態で、フランジ25の下面がホルダ部20の上面
に載置されることによって、キャピラリー11の高さ位
置が所定の高さ位置に設定され、かつ、キャピラリー1
1の垂直度も確保される。そのため、キャピラリーの取
付作業が容易になり、また、位置決め治具を廃止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤボンディン
グ装置、特に、ワイヤボンディング装置におけるキャピ
ラリーの取付技術の改良に関し、例えば、半導体装置の
製造工程において、半導体ペレット(以下、ペレットと
いう。)とリードとをワイヤを介して電気的に接続する
のに利用して有効なワイヤボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ペレッ
トのボンディングパッドとワイヤとを電気的に接続する
ワイヤボンディング装置として、超音波熱圧着式ワイヤ
ボンディング装置が広く使用されている。このワイヤボ
ンディング装置は、ボンディングツールとしてのキャピ
ラリーに挿通されたワイヤの先端部に放電電極等を用い
た加熱溶融作用によりボールを形成させた後、このボー
ルを被ボンディング部であるペレットのボンディングパ
ッド(以下、パッドということがある。)に加熱下で、
適当なボンディング荷重をもって押接させるとともに、
キャピラリーを通じて超音波エネルギを付勢することに
より、ワイヤをパッドに熱圧着させる。
【0003】従来のワイヤボンディング装置において、
キャピラリーは破損や摩耗の発生、あるいは寿命が到来
すると、交換されるのが通例である。この際、キャピラ
リーの取り付けは、ボンディングアームの先端のホルダ
部に形成されている取付孔にキャピラリーを挿入し、キ
ャピラリーを所定の高さ位置に保持した状態でホルダ部
を締め付けることによって行われている。ホルダ部の締
め付けはトルクドライバによるねじ締めによって行われ
る。
【0004】なお、ワイヤボンディング技術を述べてあ
る例としては、日経BP社1993年5月31日発行
「実践講座VLSIパッケージング技術(下)」P23
〜P30、がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波熱圧着式
ワイヤボンディング装置におけるキャピラリーの取付に
際して、キャピラリーは単なるストレートな棒形状に形
成されているため、片方の手でピンセットによりキャピ
ラリーが取付孔から落下しないように保持しながら、も
う片方の手でトルクドライバによるねじ締め作業が実施
される。このため、キャピラリーの交換作業は容易でな
い面を有している。しかも、この一連の作業は実測が2
50℃のヒータ上で行わなければならない危険な面をも
備えている。また、キャピラリーの位置決めに専用の位
置決め治具を用いて行うため、治具の用意や治具のセッ
トに時間がかかり、さらには治具の保管管理も必要にな
る。
【0006】本発明の目的は、キャピラリーの位置決め
治具を不要にするとともに、キャピラリーの取付作業の
容易化を図ることにある。
【0007】
【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説明すれば、次の通り
である。
【0008】すなわち、ボンディングアームの先端のホ
ルダ部に形成されている取付孔に挿入されるキャピラリ
ーに、ホルダ部に所定の高さ位置で保持されるガイド手
段を設けたことを特徴とする。
【0009】前記した手段によれば、キャピラリーはボ
ンディングアームのホルダ部の取付孔に挿入されると、
ガイド手段によって所定の高さ位置に保持される。した
がって、キャピラリーをホルダ部に固定する際に、キャ
ピラリーを片方の手で保持する必要がなく、キャピラリ
ーの取付作業が容易になる。また、キャピラリーに形成
されているガイド手段によってキャピラリーの位置決め
が行われるため、キャピラリーの位置決めを行う専用の
治具も不要になる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態である
ワイヤボンディング装置を示す一部省略一部切断正面図
である。図2はそのホルダ部を示し、(a)は斜視図、
(b)は横断面図、図3はホルダ部に取り付けられたキ
ャピラリーを示し、(a)は平面図、(b)は縦断面図
である。
【0011】本実施形態において、本発明に係るワイヤ
ボンディング装置は、超音波熱圧着式ワイヤボンディン
グ装置として構成されており、図1に示されているよう
に、半導体装置1におけるペレット2の電極パッドとリ
ードフレーム3のリード4とにワイヤ5をそれぞれボン
ディングすることにより、ペレット2と各リード4とを
電気的に接続するように構成されている。
【0012】このワイヤボンディング装置はフィーダ6
を備えており、フィーダ6にはヒートブロック7がリー
ドフレーム3を加熱し得るように設備されている。フィ
ーダ6のボンディングステージの外部にはXYテーブル
8がXY方向に移動し得るように設備されており、XY
テーブル8上にはボンディングヘッド9が搭載されてい
る。
【0013】ボンディングヘッド9にはボンディングア
ーム10が基端を回転自在に軸支されて上下動するよう
に支持されており、ボンディングアーム10の先端には
ボンディング工具としてのキャピラリー11が垂直方向
下向きに配されて所定の高さ位置に固定的に支持されて
いる。ボンディングヘッド9はキャピラリー11を上下
動させるべく、リニアモータやサーボモータ等のような
精密制御可能な駆動手段(図示せず)により駆動される
ように構成されており、マイクロコンピュータ等から成
るコントローラ12により制御されるようになってい
る。また、ボンディングヘッド9にはボンディングアー
ム10を通じてキャピラリー11を超音波振動させる超
音波発振装置13が設備されており、この振動発生装置
としての超音波発振装置13はコントローラ12によっ
て制御されるようになっている。
【0014】ボンディングアーム10の上側には一対の
クランパアーム14a、14bが、電磁プランジャ機構
等のような適当な手段(図示せず)により作動されるよ
うに設備されており、両アーム14a、14bの各先端
はキャピラリー11の真上位置に配されてクランパ14
を構成している。クランパ14にはリール(図示せず)
から繰り出されるワイヤ5がガイド15を介して挿通さ
れており、ワイヤ5はさらにキャピラリー11の中央部
に上下方向に貫通して形成されているワイヤ挿通孔16
に挿通されている。
【0015】キャピラリー11の近傍には放電電極17
が独立して設備されており、放電電極17はその上端部
が回転自在に軸支されることにより、その先端部がキャ
ピラリー11の下方位置、すなわち、ワイヤ5の先端の
真下位置と、キャピラリー11の側方位置(退避位置)
との間を移動されるように構成されている。また、放電
電極17と前記クランパ14との間には電源回路18が
接続されており、放電電極17とワイヤ5との間で放電
アークを生成させるようになっている。
【0016】そして、フィーダ6上には略正方形枠形状
に形成されたリードフレーム押さえ具19が昇降自在に
配設されており、この押さえ具19はカム機構等のよう
な適当な駆動装置(図示せず)によりフィーダ6の間欠
送り作動に連携して上下動するように構成されている。
すなわち、この押さえ具19はワイヤボンディングが実
施される時にリードフレーム3を上から押さえることに
より、リードフレーム3の遊動を防止するように構成さ
れている。
【0017】次に、図1〜図3によって、ボンディング
アーム10のキャピラリー11の取付構造を説明する。
ボンディングアーム10の先端部にはホルダ部20が、
真上から見てU字形状に折り曲げられた折り曲げ片部2
0aとその対向片部20bとによって形成されており、
ホルダ部20には折り曲げ片部20aと対向片部20b
とに跨がって上下方向に貫通するキャピラリー取付孔2
1が形成されている。また、ホルダ部20にはキャピラ
リー取付孔21に挿入されたキャピラリー11を締め付
け固定するために、折り曲げ片部20aに直交して水平
方向に貫通する貫通孔22と、対向片部20bに直交し
て水平方向に貫通するねじ孔23とが一直線上に形成さ
れている。したがって、キャピラリー11がキャピラリ
ー取付孔21に挿入され、取付ねじ24が貫通孔22を
挿通されてねじ孔23に螺着され締め付けられることに
よって、キャピラリー11はホルダ部20に締め付け固
定されるようになっている。
【0018】キャピラリー11の上端部の外周にはガイ
ド部材を構成するフランジ25が形成されており、フラ
ンジ25の付け根部の下面には逃げ溝26が環状に形成
されている。フランジ25の下面はガイド面を形成し、
キャピラリー11がボンディングアーム10におけるホ
ルダ部20のキャピラリー取付孔21に挿入された状態
で、フランジ25の下面がホルダ部20の上面に載置さ
れることによって、キャピラリー11の高さ位置が所定
の高さ位置に設定されるとともに、キャピラリー11の
垂直度も確保されるようになっている。キャピラリー1
1はセラミックやルビーが用いられて一体成形されてい
る。
【0019】次に、前記構成に係るワイヤボンディング
装置によるワイヤボンディング方法を説明する。
【0020】まず、キャピラリー11がボンディングア
ーム10のホルダ部20に取り付けられる。キャピラリ
ー11の取り付けは次のようにして行われる。すなわ
ち、キャピラリー11がボンディングアーム10のホル
ダ部20に形成されているキャピラリー取付孔21に上
方から挿入される。この際、キャピラリー11はフラン
ジ25がホルダ部20の上面に当接されることによっ
て、所定の高さ位置に設定されるとともに、垂直度も確
保された状態で、ホルダ部20に保持される。この保持
状態で、取付ねじ24がホルダ部20のねじ孔23にト
ルクドライバによって螺着され締め付けられると、ホル
ダ部20の折り曲げ片部20aとその対向片部20bと
が締め付けられることによって、キャピラリー11はホ
ルダ部20に締め付け固定される。
【0021】このように、キャピラリー11の取り付け
に際しては、キャピラリー11に形成されているガイド
部材であるフランジ25によって高さ位置と垂直度が設
定されるため、従来使用されているようなキャピラリー
11の位置決め治具を必要としない。また、フランジ2
5によってキャピラリー11はホルダ部20に保持され
るため、取付ねじ24をトルクドライバで締め付ける際
に、キャピラリー11を片方の手で保持しておく必要が
ない。その結果、トルクドライバによるねじ締め作業を
両方の手で行えるため、キャピラリー11の取付作業が
容易である。
【0022】キャピラリー11が取り付けられた超音波
熱圧着式ワイヤボンディング装置は次のようにしてワイ
ヤボンディングを行う。
【0023】ペレット2がボンディングされている被加
工物としてのリードフレーム3がフィーダ6により間欠
送りされて、ワイヤボンディングすべきペレット2の部
分がフィーダ6上におけるボンディングステージに供給
されると、リードフレーム押さえ治具19が下降されて
リードフレーム3を押さえつける。
【0024】一方、キャピラリー11においては、放電
電極17がワイヤ5の下端に接近された後、電源回路1
8が閉じられることにより、ワイヤ5の先端にボール5
aが溶融形成される。
【0025】続いて、キャピラリー11がボンディング
ヘッド9により下降されてワイヤ5の先端部に形成され
たボール5aをペレット2のパッドに押着させ、ボンデ
ィングアーム10を通じてキャピラリー11に超音波振
動が加えられることによって、ワイヤ5がペレット2の
パッドにボンディングされる。
【0026】ペレット2のパッドへの第1ボンディング
が終了すると、クランパ14のワイヤ5の保持が解除さ
れるとともに、キャピラリー11はボンディングヘッド
9およびXYテーブル8により三次元的に移動させる。
これにより、ワイヤ5はキャピラリー11から繰り出さ
れながら、第1ボンディング部と第2ボンディング部で
ある所定のリード4の先端部との間に架橋される。次
に、ワイヤ5の中間部がキャピラリー11により超音波
を付勢されつつ熱圧着されて第2ボンディングされる。
【0027】第2ボンディングが終了すると、クランパ
14によりワイヤ5が把持され、クランパ14はキャピ
ラリー11と共に第2ボンディング部に対して相対的に
離反移動される。この離反移動により、ワイヤ5は第2
ボンディング部から引き千切られる。その後、ワイヤ5
の先端部がキャピラリー11の先端からボール5aの成
形に必要な長さだけ突き出される(テール出し)。
【0028】以降、前記作動がペレット2のパッドおよ
びリード4の数に対応する回数だけ繰り返されることに
より、所要のワイヤボンディング作業が実施される。そ
の後、一単位のリードフレームについてのワイヤボンデ
ィング作業が完了すると、リードフレーム押さえ具19
が上昇され、次のペレット2がボンディングステージの
所へ位置するようにリードフレーム3が1ピッチ送られ
る。以後、各単位のペレット2について前記ワイヤボン
ディング作業が順次実施されて行く。
【0029】そして、キャピラリー11が破損したり摩
耗したときや、キャピラリー11の寿命が来たときは、
取付ねじ24を取り外し、キャピラリー11をホルダ部
20から上方に抜き取る。取付ねじ24を取り外した
際、キャピラリー11はフランジ25によってホルダ部
20に保持されているため、キャピラリー11を手で保
持しておく必要はない。キャピラリー11を取り外した
後、新しいキャピラリー11を前述したようにしてホル
ダ部20に取り付ける。キャピラリー11の取り付けは
前述したように、専用の位置決め治具は必要とせず、か
つ、取付作業も容易である。つまり、キャピラリー11
の交換作業はきわめて容易である。
【0030】前記実施形態によれば次の効果が得られ
る。 キャピラリーをボンディングアームのホルダ部に取
り付けるに際して、ホルダ部のキャピラリー取付孔に挿
入されたキャピラリーはフランジがホルダ部の上面に載
置された状態になるため、取付ねじをホルダ部のねじ孔
にトルクドライバで締め付けてキャピラリーをホルダ部
に固定するのに、キャピラリーを片方の手で保持してお
く必要がない。その結果、トルクドライバのねじ締め作
業を両手で行えるため、キャピラリーの取付作業を容易
に行える。キャピラリーをボンディングアームのホルダ
部から取り外す際も、取付時と同じように、取付ねじを
トルクドライバで取り外すのにキャピラリーを片方の手
で保持しておく必要がない。その結果、キャピラリーの
交換作業が容易に行える。
【0031】 キャピラリーをボンディングアームの
ホルダ部に取り付けるに際して、ホルダ部のキャピラリ
ー取付孔に挿入されたキャピラリーはフランジがホルダ
部の上面に載置され、キャピラリーの高さ位置と垂直度
が確保されるため、専用の位置決め治具を使用してキャ
ピラリーの位置決めを行う必要がない。その結果、専用
の位置決め治具を必要としないので、治具の用意や治具
のセットにかかる段取り時間がなくなり、治具の保管管
理も不要である。
【0032】図4は本発明の実施形態2を示す。本実施
形態2において、キャピラリー11の上端部の外周に形
成されているガイド部材は、上記実施形態のようなフラ
ンジ形状ではなく、円周方向において等間隔を置いて半
径方向外側に突設された3個の突起25Aで形成されて
いる。他の構成は上記実施形態1と同じである。
【0033】本実施形態2によれば、キャピラリー11
が軽量になるため、慣性力が小さくなり、超音波振動が
付勢されるキャピラリー11にとって好都合である。
【0034】図4では3個の突起25Aを有するキャピ
ラリー11が示されているが、突起25Aの数は3個に
限ることはなく、例えば、図5に示されているように、
円周方向に等間隔に4個の突起25Aを形成してもよ
い。
【0035】図6は本発明の実施形態3を示す。本実施
形態3において、キャピラリー11は2つの構成部品か
ら構成されている。すなわち、フランジや突起を有して
いない従来の単なるストレートな棒形状のキャピラリー
11a(以下、キャピラリー本体11aとする。)と、
その上端部に取り付けられたガイド部材形成用部材11
bとから構成されている。
【0036】ガイド部材形成用部材11bは円盤状部材
の下端面にキャピラリー本体11aが嵌挿される環状凹
所27を有しており、環状凹所27の底面には貫通孔2
8が同心円に形成されている。また、環状凹所27の開
口側の端面には環状凹所27の周囲に沿って環状凹所2
7に接続する逃げ溝29が段差的に環状に形成されてお
り、さらに、ねじ孔30が外周面から環状凹所27へ貫
通するように半径方向に形成されている。
【0037】このガイド部材形成用部材11bの環状凹
所27にキャピラリー本体11aの上端部が嵌挿され、
ガイド部材形成用部材11bに形成されているねじ孔3
0に止めねじ31が螺着されて締め付けられることによ
って、キャピラリー本体11aがガイド部材形成用部材
11bの環状凹所27の内面に押し付けられて、キャピ
ラリー本体11aとガイド部材形成用部材11bとは一
体的に固定され、キャピラリー11の上端部の外周にガ
イド部材となるフランジ25が形成されている前記実施
形態1におけるキャピラリー11と同じ作用効果を備え
たキャピラリー11が形成される。
【0038】本実施形態3においては、ガイド部材形成
用部材11bは前記実施形態1で示したフランジ付きキ
ャピラリーよりも製造が容易であり、キャピラリー本体
11aは従来使用されている単なるストレートな棒形状
のキャピラリーを使用することができるため、キャピラ
リーの製造が容易である。
【0039】なお、本実施形態3では、図3に対応する
キャピラリーを2つの構成部品から形成したものを示し
たが、図4や図5に示すようなキャピラリーについても
同様に2つの構成部品から形成することができることは
いうまでもない。
【0040】図7は本発明の実施形態4を示す。本実施
形態4におけるキャピラリー11は、前述した実施形態
におけるようなガイド部材となるフランジ25や突起2
5Aを有する代わりに、キャピラリー11の外面が下方
に向かって小さくなるテーパ形状に形成されており、こ
の外周のテーパ面32がガイド面を形成している。そし
て、ホルダ部20のキャピラリー取付孔21Aもキャピ
ラリー11のテーパ面32に対応するテーパ孔に形成さ
れている。
【0041】このキャピラリー11はホルダ部20のキ
ャピラリー取付孔21Aに挿入されれば、キャピラリー
11のテーパ面32がキャピラリー取付孔21Aに係止
され、キャピラリー11の高さ位置と垂直度が確保され
るようになっている。
【0042】なお、本実施形態4において、ホルダ部2
0のキャピラリー取付孔21Aは、キャピラリー11の
テーパ面32に対応するテーパ孔とせずに、従来通り、
円形孔のままとすることもできる。
【0043】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態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。
【0044】前記実施形態は、超音波熱圧着式ワイヤボ
ンディング装置(ネイルヘッドボンディング装置)につ
いて説明したが、本発明は熱圧着式ワイヤボンディング
装置やウエッジ式ワイヤボンディング装置に対しても適
用することができる。
【0045】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。
【0046】ボンディングアームの先端のホルダ部に形
成されている取付孔に、キャピラリーが挿入されて所定
高さ位置に固定的に支持されているワイヤボンディング
装置において、前記ホルダ部の取付孔に挿入されたキャ
ピラリーが、前記ホルダ部に所定の高さ位置で保持され
るガイド手段を有していることにより、従来使用されて
いたキャピラリーの位置決め治具を廃止することができ
る。また、キャピラリーがホルダ部にガイド手段によっ
て保持されるため、キャピラリーをホルダ部に着脱する
際の作業を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるワイヤボンディング
装置を示す一部省略一部切断正面図である。
【図2】そのホルダ部を示し、(a)は斜視図、(b)
は横断面図である。
【図3】ホルダ部に取り付けられたキャピラリーを示
し、(a)は平面図、(b)は縦断面図である。
【図4】本発明の実施形態2を示し、(a)はホルダ部
に取り付けられたキャピラリーの平面図、(b)は同縦
断面図である。
【図5】本発明の実施形態2の変形例を示し、(a)は
ホルダ部に取り付けられたキャピラリーの平面図、
(b)は同縦断面図である。
【図6】本発明の実施形態3を示し、(a)はホルダ部
に取り付けられたキャピラリーの平面図、(b)は同縦
断面図である。
【図7】本発明の実施形態4を示し、(a)はホルダ部
に取り付けられたキャピラリーの平面図、(b)は同縦
断面図である。
【符号の説明】
1…半導体装置、2…ペレット、3…リードフレーム、
4…リード、5…ワイヤ、5a…ボール、6…フィー
ダ、7…ヒートブロック、8…XYテーブル、9…ボン
ディングヘッド、10…ボンディングアーム、11…キ
ャピラリー(ボンディングツール)、11a…キャピラ
リー本体、11b…ガイド部材形成用部材(ガイド手
段)、12…コントローラ、13…超音波発振装置(振
動発生装置)、14…クランパ、14a、14b…クラ
ンパアーム、15…ガイド、16…ワイヤ挿通孔、17
…放電電極、18…電源回路、19…リードフレーム押
さえ具、20…ホルダ部、20a…折り曲げ片部、20
b…対向片部、21、21A…キャピラリー取付孔、2
2…貫通孔、23…ねじ孔、24…取付ねじ、25…フ
ランジ(ガイド手段)、25A…突起(ガイド手段)、
26…逃げ溝、27…環状凹所、28…貫通孔、29…
逃げ溝、30…ねじ孔、31…止めねじ、32…テーパ
面(ガイド手段)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボンディングアームの先端のホルダ部に
    形成されている取付孔に、キャピラリーが挿入されて所
    定高さ位置に固定的に支持されているワイヤボンディン
    グ装置において、 前記ホルダ部の取付孔に挿入されたキャピラリーが、前
    記ホルダ部に所定の高さ位置で保持されるガイド手段を
    有し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】 前記ガイド手段が、キャピラリーの上端
    部の外周に半径方向外側に突設されているガイド部材
    と、そのガイド部材の付け根部の下面に形成されている
    逃げ溝とから形成されていることを特徴とする請求項1
    記載のワイヤボンディング装置。
  3. 【請求項3】 前記ガイド手段が、キャピラリーの外面
    に形成されたテーパ面によって構成されていることを特
    徴とする請求項1記載のワイヤボンディング装置。
JP33797495A 1995-12-01 1995-12-01 ワイヤボンディング装置 Pending JPH09162222A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010005427A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Wire bonding tool with improved transducer interface
JP2011040780A (ja) * 2003-08-21 2011-02-24 Hesse & Knipps Gmbh ボンディングヘッドエレメントの位置合わせ方法及び超音波ボンダー

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