JPH09191023A - 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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JPH09191023A
JPH09191023A JP8001625A JP162596A JPH09191023A JP H09191023 A JPH09191023 A JP H09191023A JP 8001625 A JP8001625 A JP 8001625A JP 162596 A JP162596 A JP 162596A JP H09191023 A JPH09191023 A JP H09191023A
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JP
Japan
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wire
arm
bonding
clamper
capillary
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JP8001625A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Kubo
哲也 久保
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ワイヤボンディングツールに対する揺動駆動機
構の小型化を可能とし、円滑で、高速な動作ができ、タ
クトタイムの短縮化および生産性の向上を得られるワイ
ヤボンディング装置を提供する。 【解決手段】装置本体２０と、この装置本体に設けられ
ワイヤを繰出す繰出し装置２１と、このワイヤ繰出し装
置から繰出されたワイヤ２２をタイミングをとってクラ
ンプまたはクランプ解放するとともにワイヤ送り方向に
揺動自在に枢支される下クランパ３１と、この下クラン
パの近傍に位置し、ワイヤ送り方向に揺動自在に枢支さ
れ、一端に上記ワイヤを挿通するキャピラリが設けられ
たキャピラリアームであるボンディングツール３６とを
具備し、上記下クランパを揺動駆動する揺動駆動機構３
０と、上記ボンディングツールを揺動駆動する揺動駆動
機構３５とを別体に備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体装
置の組立工程において、半導体素子の電極部とリードフ
レームとをワイヤによって接続するワイヤボンディング
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の組立工程途中において、半
導体素子の電極部とリードフレームとを、たとえば金ワ
イヤによって接続するための装置として、ワイヤボンデ
ィング装置が用いられる。
【０００３】このワイヤボンディング装置は、従来、図
５に示すように構成される。図中１は、ＸＹテーブルの
上に載設されるボンディングヘッドである装置本体であ
る。
【０００４】この装置本体Ｉの最上部には、クランプ部
２ａを備えたワイヤ繰出し装置２が設けられる。このワ
イヤ繰出し側には、ワイヤ３を案内するワイヤガイド４
が設けられている。
【０００５】上記ワイヤガイド４は、基端取付け部５が
上下方向に揺動自在に取付けられた板ばねからなり、ワ
イヤ３の接触によってワイヤを常に上方へ押し上げるよ
うな弾性力が作用している。
【０００６】ワイヤガイド４の下方部位には、ストッパ
７を備えたホルダ６が設けられていて、上記ワイヤガイ
ド４の下方への揺動量を規制する。また、ワイヤガイド
４の先端である自由端は湾曲部８となっている。
【０００７】上記ホルダ６の下方部位にはアーム９ａが
設けられていて、この先端には上記ワイヤ３が挿通する
上クランパ９が設けられる。この上クランパ９は、図示
しないソレノイドに連結されていて、ワイヤ３に対する
クランプまたはクランプ解放の動作が可能である。
【０００８】上クランパ９を備えたアーム９ａの下方部
位には、揺動体Ｓが設けられる。この揺動体Ｓは、装置
本体１に枢支部１５を介して回動自在に枢支されるとと
もに、揺動駆動機構Ｋに連結され、上下方向に揺動駆動
される。
【０００９】上記揺動体Ｓは、上記枢支部１５から装置
本体１外側に上下方向に並んで突出する揺動アーム１２
およびキャピラリアーム１３を備えている。すなわち、
揺動アーム１２とキャピラリアーム１３とは一体に揺動
運動をなす。
【００１０】揺動アーム１２の先端上面には、チューブ
状のワイヤガイド１０が載設され、かつアーム先端には
下クランパ１１が設けられる。それぞれ、上記上クラン
パ９から延出し垂下するワイヤ３が挿通している。
【００１１】下クランパ１１は、図示しないソレノイド
に連結されていて、ワイヤ３に対するクランプまたはク
ランプ解放の動作が可能である。上記キャピラリアーム
１３の先端にはボンディングツール１４が設けられ、こ
こに上記下クランパ１１から延出し垂下するワイヤ３が
挿通する。さらに、キャピラリアーム１３は板ばね１３
ａを介して本体枢支部１５に連結されており、このアー
ムの基端部には図示しない超音波振動子が設けられる。
【００１２】上記ボンディングツール１４の下方部位に
は、トーチ１６またはスパーク電極が設けられ、このツ
ールから下方に突出するワイヤ３の先端を加熱してボー
ル１７を形成するようになっている。
【００１３】しかして、ボンディングツール１４の下方
に半導体チップ１８およびリードフレーム１９を配置
し、上記ボール１７を半導体チップ１８の電極部１８ａ
にボンディングしたのち、図４に示すように、ワイヤ３
をリードフレーム１９にボンディングして、電極部１８
ａとリードフレーム１９との接続をなす。
【００１４】このようなボンディング装置の作用を、図
６にもとづいてさらに説明する。（Ａ）で、上クランパ
９が閉じてワイヤ３に適当な摩擦力を加える。下クラン
パ１１は解放し、ボンディングツール１４とともに半導
体チップ１８の電極部１８ａに対向する第１ボンディン
グ位置にある。
【００１５】なお、ボンディングツール４先端とワイヤ
３端部とはある程度の距離があり、ワイヤ先端にはボー
ル１７が形成されている。（Ｂ）で、揺動体Ｓが動作し
て、下クランパ１１とともにボンディングツール１４が
下降し、この先端にボール１７を位置させる。このと
き、上クランパ９はワイヤ３に対し継続して適当な摩擦
力を与えていて、それがバックテンションとなる。
【００１６】（Ｃ）で、上クランパ９がワイヤ３を完全
に解放する。揺動体Ｓは継続して動作し、ボンディング
ツール１４は下クランパ１１とともに下降して、この先
端が半導体チップ１８の電極部１８ａに当接してボール
１７を電極部に圧着する。すなわち、第１ボンディング
作用がなされる。
【００１７】（Ｄ）で、揺動体Ｓが逆動作をなし、下ク
ランパ１１とともにボンディングツール１４が上昇す
る。そして、装置本体１が横にずれて、リードフレーム
１９のボンディング位置に対向する第２ボンディング位
置に移動する。
【００１８】（Ｅ）および（Ｆ）で、揺動体Ｓが動作を
なし、下クランパ１１とともにボンディングツール１４
が下降する。上，下クランパ９，１１ともに、ワイヤ３
に対する解放状態が継続される。
【００１９】（Ｆ）で、ボンディングツール１４の先端
がリードフレーム１９にワイヤ３を介して当接する。こ
のときボンディングツール１４に超音波振動が加えら
れ、ツール端部が当接するワイヤ３部分を溶融してリー
ドフレーム１９に溶着する。すなわち、第２ボンディン
グ作用がなされる。
【００２０】（Ｇ）で、下クランパ１１が閉成し、ワイ
ヤ３を拘束する。この状態のまま揺動体Ｓが逆動作をな
し、下クランパ１１とともにボンディングツール１４が
上昇する。したがって、リードフレーム１９に溶着する
ワイヤ部分が引っ張られ、ついには切断される。
【００２１】（Ｈ）で、揺動体Ｓは継続して動作をな
し、下クランパ１１とともにボンディングツール１４が
上昇し、所定位置で停止する。この状態でボンディング
ツール１４から突出するワイヤ３の先端にトーチ１６を
接し、ボール１７を形成する。これで１工程が終了し、
先に述べた（Ａ）の工程に戻る。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】このようなワイヤボン
ディング装置は、年々高速化が進んでおり、近時、１本
のワイヤを接続するのに要する時間が、わずか０．１５
秒以下になっている。それにも拘らず、半導体装置の多
ピン化の影響で、さらなる高速化が求められている。た
とえば、上記ボンディングツール１４を１秒間に１０〜
２０回も揺動させなければならない。
【００２３】上記ボンディングツール１４を支持するキ
ャピラリアーム１３は、揺動アーム１２とともに揺動体
Ｓを構成する。したがって、ボンディング作用にともな
って揺動体Ｓ全体が同回数揺動することになる。
【００２４】当然、揺動体Ｓ全体の重量が重くなり、か
つ上下方向に揺動駆動する際の負荷が大きくなってしま
う。これらを円滑に駆動するための揺動駆動機構Ｋが大
型化せざるを得ないとともに、装置が大型化する。
【００２５】しかも、揺動速度に制限が加わり、タクト
タイムの短縮化を阻害していて、生産性が上がらず、コ
ストに悪影響を与えている。ところで、上述したボンデ
ィング工程を改めて観察すると、下クランパ１１が上下
動によって必要な作用をなすのは、第２ボンディング作
用が終了してから第１ボンディング作用が開始されるま
での間のみである。
【００２６】なお説明すれば、第２ボンディング作用に
よりリードフレーム１９にワイヤ３を溶着させた後、下
クランパ１１はワイヤ３をクランプして引き上げ、ワイ
ヤをリードフレーム溶着部で切断する。
【００２７】これ以外の工程、すなわち、ワイヤ３端部
にボール１７を形成する（Ｈ）工程から第１のボンディ
ング作用を経て、再び第２のボンディング作用をなす
（Ｆ）工程に至る間は、何らの作用もなさないにもかか
わらず、ボンディングツール１４の上下運動にともなっ
て上下運動をしている。
【００２８】この点、下クランパ１１を支持する揺動ア
ーム１２は、いわば無駄な動作をしており、改善の余地
が残されていることになる。本発明は、上記の事情を考
慮してなされたものであり、その目的とするところは、
ワイヤボンディングツールに対する揺動駆動機構の小型
化を可能とし、円滑で、高速な動作ができ、タクトタイ
ムの短縮化および生産性の向上を得られるワイヤボンデ
ィング装置を提供しようとするものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を満足するた
め、第１の発明のワイヤボンディング装置は、請求項１
として、装置本体と、この装置本体に設けられ、ワイヤ
を繰出す繰出し装置と、このワイヤ繰出し装置から繰出
されたワイヤをタイミングをとって上記ワイヤをクラン
プまたはクランプを解放するとともにワイヤ送り方向に
揺動自在に枢支される下クランパと、この下クランパの
近傍に位置し、ワイヤ送り方向に揺動自在に枢支され、
一端に上記ワイヤを挿通するキャピラリが設けられたキ
ャピラリアームとを具備したワイヤボンディング装置に
おいて、上記下クランパを揺動駆動する下クランパ揺動
駆動機構と、上記キャピラリアームを揺動駆動する揺動
駆動機構とを別体に備えたことを特徴とする。
【００３０】上記の目的を満足するため、第２の発明の
ワイヤボンディング装置は、請求項２として、装置本体
と、この装置本体に設けられ、ワイヤを繰出す繰出し装
置と、このワイヤ繰出し装置の下方部位に設けられ、繰
出されたワイヤを挿通するとともにタイミングをとって
上記ワイヤをクランプまたはクランプを解放する上クラ
ンパと、この上クランパの下方部位に設けられ、上下方
向に揺動自在に枢支される揺動アームと、この揺動アー
ムの一端部に設けられ、上記上クランパを挿通するワイ
ヤをクランプまたはクランプを解放する下クランパと、
上記揺動アームの他端部に設けられ、揺動アームを上下
方向に揺動駆動する揺動機構と、上記揺動アームの下方
部位に設けられ、上下方向に揺動自在に枢支されるキャ
ピラリアームと、このキャピラリアームの一端部に設け
られ、上記上クランパから延出されるワイヤを挿通する
とともにボンディング位置でワイヤに超音波振動を与え
るボンディングツールと、上記キャピラリアームの他端
部に設けられ、キャピラリアームを上下方向に揺動駆動
する揺動駆動機構とを具備したことを特徴とする。
【００３１】以上のごとき課題を解決する手段を採用す
ることにより、下クランパの揺動駆動機構と、ボンディ
ングツールの揺動駆動機構とを別体として、それぞれ独
立して、かつ必要なときだけ揺動駆動する。
【００３２】
【発明の実施の態様】以下、本発明の一実施例を、図面
を参照して説明する。図１に示すように、２０はＸＹテ
ーブルの上に載設されるボンディングヘッドである装置
本体である。
【００３３】この装置本体２０の最上部には、クランプ
部２１ａを備えたワイヤスプールなどのワイヤ繰出し装
置２１が設けられている。上記ワイヤ繰出し装置２１の
ワイヤ繰出し側には、ワイヤ２２をガイドするワイヤガ
イド２３が設けられている。このワイヤガイド２３は、
基端部が本体の取付け部に対して上下方向に揺動自在に
取付けられた板ばねからなり、ワイヤ２２に対して上方
への弾性力を付与するよう、ワイヤに摺接する。
【００３４】特に下方への移動は、この下部に設けられ
るホルダ２４のストッパ２５よって規制されるようにな
っている。ワイヤガイド２３の先端部である自由端は、
ワイヤ２２を下方に円滑に案内するための湾曲部２３ａ
が形成されている。
【００３５】このワイヤガイド２３の湾曲部２３ａの下
方には、上記ワイヤ２２が挿通する上クランパ２６が設
けられる。この上クランパ２６は、装置本体２０の側部
に突設される上アーム２６の先端に支持され、図示しな
いソレノイドが連結される。すなわち上クランパ２５は
ソレノイドによって開閉駆動され、上記ワイヤ２２に対
するクランプ−解放動作ができるようになっている。
【００３６】上クランパ２５の下方部位には、固定アー
ム２７が設けられる。この固定アーム２７の突出長さは
上アーム２６よりも短く、かつ先端には揺動アーム２８
の中間部を枢支する枢支部２９が設けられる。
【００３７】上記揺動アーム２８の図において右側端部
と固定アーム２７との間に、揺動アームを上下方向に揺
動駆動する揺動駆動機構３０が設けられる。さらに、揺
動アーム２８の図において左側端部には、下クランパ３
１が設けられている。この下クランパ３１は斜め下方に
延出され、かつ図示しないソレノイドに連結される。
【００３８】すなわち、下クランパ３１はソレノイドに
よって開閉駆動され、上クランパ２５から垂下されるワ
イヤ２２に対してクランプ−解放動作ができるようにな
っている。
【００３９】上記固定アーム２７の下方部位には、これ
と平行にキャピラリアーム３２が設けられている。この
キャピラリアーム３２は、中途部が板ばね３３によって
連結されており、装置本体２０内の基端部は枢支部３４
を介して装置本体に回動自在に枢支される。
【００４０】そして、キャピラリアーム３２の基端部に
は揺動駆動機構３５が連結されていて、枢支部３４を支
点として、この先端部を上下方向に揺動駆動するように
なっている。
【００４１】キャピラリアーム３２の先端部には、ワイ
ヤ２２が挿通されるキャピラリであるボンディングツー
ル３６が設けられている。そして、このボンディングツ
ール３６近傍のアーム部位には、図示しない超音波振動
子が備えられる。
【００４２】この超音波振動子で発生された超音波エネ
ルギは上記ボンディングツール３６の先端部に集中し、
ここに挿通され電極部１８ａと押圧されたワイヤ２２に
伝達されるようになっている。
【００４３】上記ボンディングツール３６の下方には、
トーチまたはスパーク電極などの加熱体３７が設けられ
ていて、ボンディングツール３６の下方に突出するワイ
ヤ２２の先端に、ボール３８を形成するようになってい
る。
【００４４】しかして、このようにして構成されるワイ
ヤボンディング装置のボンディングツール３６の下方に
半導体チップ１８およびリードフレーム１９を配置し、
上記ボール３７を半導体チップ１８の電極部１８ａにボ
ンディング（第１ボンディング作用）したのち、ワイヤ
２２をリードフレーム１９にボンディング（第２ボンデ
ィング作用）して、電極部１８ａとリードフレーム１９
との接続をなす。
【００４５】このようなボンディング作用の、特にボン
ディングツール３６と、下クランパ３１との動作関係
を、図２にもとづいてさらに説明する。すなわち、ボン
ディングツール３６がボール３８を半導体チップ１８の
電極部１８ａにボンディングする第１ボンディング作用
をなし、一旦上昇して第２のボンディング位置まで移動
し、さらに下降してワイヤ２２をリードフレーム１９に
ボンディングする間、所定位置において、ワイヤ解放状
態で待機する。
【００４６】（ａ）で、第２ボンディング作用をなした
ボンディングツール３６が上昇するのに対して、下クラ
ンパ３１は下降を開始する。（ｂ）で、下クランパ３１
は所定位置であるクランプ位置まで下降をなし、ここで
停止する。そして、ワイヤ２２をクランプする。一方、
ボンディングツール３６の上昇は継続する。
【００４７】（ｃ）で、下クランパ３１の上昇を開始
し、リードフレーム１９に溶着したワイヤ２２を引っ張
り、ここで切断する。ボンディングツール３６の上昇は
さらに継続する。
【００４８】（ｄ）で、下クランパ３１は上昇を停止す
るとともにワイヤ２２に対するクランプを解放し、かつ
ボンディングツール３６と接触しない位置まで退避す
る。このときもまだ、ボンディングツール３６の上昇は
継続する。
【００４９】（ｅ）で、下クランパ３１はワイヤ２２を
解放し、ボンディングツール３６と接触しない位置に退
避する状態を保持したまま、下方に移動する。このとき
は、ボンディングツール３６の上昇が停止する。
【００５０】（ｆ）で、ボンディングツール３６はその
位置での停止を継続する。下クランパ３１はボンディン
グツール３６と接触せず、この下方部位まで下降して停
止する。そしてワイヤ２２をクランプする。
【００５１】一方、加熱体３７が下クランパ３１から突
出するワイヤ２２の先端を加熱してボール３８を形成す
る。（ｇ）で、ボンディングツール３６が下降する一
方、下クランパ３１はワイヤ２２を解放し、かつボンデ
ィングツールとの接触から退避した状態で上昇を開始す
る。
【００５２】（ｈ）で、ボンディングツール３６が先端
に形成されるボール３８を電極部１８ａに当て、かつ超
音波振動を加える第１ボンディング作用をなす。このと
き、下クランパ３１は上昇動作を停止して、その位置を
保持する。
【００５３】このようにして、下クランパ３１は、第１
のボンディング作用の開始から第２ボンディング作用が
終了するまでの間、（ｈ）の位置に止まり、かつ同一の
状態を継続する。
【００５４】そして、下クランパ３１に連結される揺動
駆動機構３０は、第２ボンディング作用が終了してから
第１ボンディング作用が開始されるまでの間のみ、揺動
駆動をなす。
【００５５】このようなボンディング工程が、極めて高
速でなされる。すなわち、ボンディングツール３６を支
持するキャピラリアーム３２は、１秒間に１０〜２０回
も揺動を繰り返す。
【００５６】しかしながら、ボンディングツール３６を
上下動する揺動駆動機構３５は、キャピラリアーム３２
のみ揺動駆動するのであって、従来のように下クランパ
３１および揺動アーム２８まで揺動駆動する必要がな
い。このことから、上記ツールを駆動する揺動駆動機構
３５の駆動負荷が低減して、この小形化と高速化が可能
となり、さらにタクトタイムを短縮化できる。
【００５７】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、下クランパ
の揺動駆動機構と、ボンディングツールの揺動駆動機構
とを別体としたから、ボンディングツールの揺動駆動機
構を小型化し、円滑で、かつ高速な動作を可能化して、
タクトタイムの短縮化および生産性の向上を得られるな
どの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示す、ボンディング装置
の側面図。
【図２】同実施の態様を示す、ボンディング動作説明
図。
【図３】同実施の態様を示す、ボンディングツールと下
クランパ要部の正面図。
【図４】ボンディング工程のうちの、特に第２ボンディ
ング作用の説明図。
【図５】本発明の従来の態様を示す、ボンディング装置
の側面図。
【図６】同従来の態様を示す、ボンディング動作説明
図。
【符号の説明】
２０…装置本体、 ２１…ワイヤ繰出し装置、 ２２…ワイヤ、 ２５…上クランパ、 ２８…揺動アーム、 ３１…下クランパ、 ３６…（キャピラリ）ボンディングツール、 ３２…キャピラリアーム、 ３０…（下クランパの）揺動駆動機構、 ３５…（ボンディングツールの）揺動駆動機構。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】装置本体と、 この装置本体に設けられ、ワイヤを繰出す繰出し装置
    と、 このワイヤ繰出し装置から繰出されたワイヤをタイミン
    グをとって上記ワイヤをクランプまたはクランプを解放
    するとともにワイヤ送り方向に揺動自在に枢支される下
    クランパと、 この下クランパの近傍に位置し、ワイヤ送り方向に揺動
    自在に枢支され、一端に上記ワイヤを挿通するキャピラ
    リが設けられたキャピラリアームとを具備したワイヤボ
    ンディング装置において、 上記下クランパを揺動駆動する下クランパ揺動駆動機構
    と、上記キャピラリアームを揺動駆動する揺動駆動機構
    とを別体に備え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】装置本体と、 この装置本体に設けられ、ワイヤを繰出す繰出し装置
    と、 このワイヤ繰出し装置の下方部位に設けられ、繰出され
    たワイヤを挿通するとともにタイミングをとって上記ワ
    イヤをクランプまたはクランプを解放する上クランパ
    と、 この上クランパの下方部位に設けられ、上下方向に揺動
    自在に枢支される揺動アームと、 この揺動アームの一端部に設けられ、上記上クランパを
    挿通するワイヤをクランプまたはクランプを解放する下
    クランパと、 上記揺動アームの他端部に設けられ、揺動アームを上下
    方向に揺動駆動する揺動機構と、 上記揺動アームの下方部位に設けられ、上下方向に揺動
    自在に枢支されるキャピラリアームと、 このキャピラリアームの一端部に設けられ、上記上クラ
    ンパから延出されるワイヤを挿通するとともにボンディ
    ング位置でワイヤに超音波振動を与えるボンディングツ
    ールと、 上記キャピラリアームの他端部に設けられ、キャピラリ
    アームを上下方向に揺動駆動する揺動駆動機構とを具備
    したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102479729A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 先进科技新加坡有限公司 导线键合机的导线馈送装置
US11420287B2 (en) * 2019-09-29 2022-08-23 Ningbo Shangjin Automation Technology Co., Ltd. Wire clamping system for fully automatic wire bonding machine

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