JPH09223707A - Multi-tool wire bonder - Google Patents

Multi-tool wire bonder

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JPH09223707A
JPH09223707A JP8282583A JP28258396A JPH09223707A JP H09223707 A JPH09223707 A JP H09223707A JP 8282583 A JP8282583 A JP 8282583A JP 28258396 A JP28258396 A JP 28258396A JP H09223707 A JPH09223707 A JP H09223707A
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JP
Japan
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tool
bonding
computer
ball
shaft
Prior art date
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Application number
JP8282583A
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Japanese (ja)
Inventor
D Kinneard Clark
ディー.キンネアード クラーク
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Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently process fine-pitch directional capillaries in two directions, without using a separate machine or twice passing through the same machine. SOLUTION: A multi-tool ball bonder comprises a first and second tools 150 and 152 mounted on a single head 182 and needs a visual unit 178, positioner 168 and compute 228 only. The ball bonder can interconnect between a semiconductor device 148 and lead frame fingers 148 in a first direction, using the head 182 and second tool 152 can interconnect in a second direction, without adding any apparatus or process.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体デバイス上
の相互接続に関し、より詳しくは多重ツールワイヤボン
ダに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to interconnections on semiconductor devices, and more particularly to multiple tool wire bonders.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造において、内部の半導体ダイ
を外部のリード線に接続するのに広く用いられている方
法はボールボンディングである。方向づけをした細かい
ピッチのキャピラリーを用いて、90μmより小さいパ
ッドピッチでワイヤまたはダイを接合させる。これらの
キャピラリーは限られた角度で接合させる。接合を第1
(たとえば垂直)方向と第2(たとえば水平)方向に向
けるには、半導体チップを2台の別の機械に、または同
じ機械にキャピラリーの向きを変えて2度、通さなけれ
ばならない。別の方法はテキサス州ダラス市のテキサス
・インスツルメンツ社製ABACUS IIIなどの2
ヘッドワイヤボンダを用いることである。これらの方法
を用いると作業が増え、作業が増えると誤りを起こす可
能性が増える。
BACKGROUND OF THE INVENTION In semiconductor manufacturing, ball bonding is a widely used method for connecting an internal semiconductor die to external leads. Wires or dies are bonded with a pad pitch less than 90 μm using an oriented fine pitch capillary. These capillaries are joined at a limited angle. Join first
To orient in the (eg vertical) direction and the second (eg horizontal) direction, the semiconductor chip must be passed through two separate machines or the same machine with the capillaries turned twice. Another method is 2 such as ABACUS III made by Texas Instruments Incorporated of Dallas, Texas.
Using a head wire bonder. These methods increase the work, and the more work increases the chances of making an error.

【0003】[0003]

【課題を解決するための手段】したがって、ピッチの細
かい、方向性のあるキャピラリーを、別の機械を用いた
り同じ機械に2度通したりせずに、2方向に効率よく処
理できるボールボンダが必要である。この発明の一態様
では、これまで開発されたボールボンダおよびボンディ
ング方法の欠点をなくす、または実質的に減らすワイヤ
ボンダを提供する。この発明の一態様では、コンピュー
タと、視覚装置と、位置決め装置と、第1方向に接合す
る第1ボンディングツールおよび第2方向に接合する第
2ボンディングツールを持つボンディングヘッドとを備
える、ボールボンダを提供する。この発明の別の態様で
は、少なくとも第1および第2ツールを備えるワイヤボ
ンディングヘッドにZ駆動器を結合し、第1ツールまた
は第2ツールを半導体チップと選択的に接触させる。
Therefore, there is a need for a ball bonder capable of efficiently processing a capillary having a fine pitch and directionality in two directions without using another machine or passing through the same machine twice. Is. One aspect of the present invention provides a wire bonder that eliminates or substantially reduces the drawbacks of previously developed ball bonders and bonding methods. In one aspect of the present invention, a ball bonder including a computer, a visual device, a positioning device, and a bonding head having a first bonding tool that bonds in a first direction and a second bonding tool that bonds in a second direction. provide. In another aspect of the invention, a Z driver is coupled to a wire bonding head that includes at least first and second tools to selectively contact the first tool or the second tool with the semiconductor chip.

【0004】この発明の技術的長所は、半導体デバイス
とリードフレームフィンガとの第1方向および第2方向
の相互接続を、追加の装置を必要とせずに行えることで
ある。この発明の別の技術的長所は、半導体デバイスと
リードフレームフィンガとの第1方向および第2方向の
相互接続を、追加の工程を必要とせずに行えることであ
る。
A technical advantage of the present invention is that the first direction and second direction interconnections of semiconductor devices and leadframe fingers can be accomplished without the need for additional equipment. Another technical advantage of the present invention is that the interconnection of the semiconductor device and the leadframe fingers in the first direction and the second direction can be performed without additional steps.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【実施例】この発明の好ましい実施態様とその長所は、
図1から図7を参照することにより最も良く理解でき
る。各図の同じ部品または対応する部品には同じ数字を
用いる。
The preferred embodiment of the present invention and its advantages are as follows.
It can best be understood by referring to FIGS. The same numbers are used for the same or corresponding parts in each figure.

【0006】図1−図3において、内部の半導体ダイす
なわちチップ10は外部のリード線すなわちリードフレ
ームのフィンガ12に接続する。このような接続にはボ
ールボンディングが広く用いられている。一般に接続す
る工程は図1に示すように、直径25−30μmの普通
は金またはアルミニウムの細いワイヤ14を、リードフ
ィンガ12とボンディングパッド16,18に接着す
る。
In FIGS. 1-3, an internal semiconductor die or chip 10 connects to an external lead or finger 12 of a lead frame. Ball bonding is widely used for such connection. Generally, the step of connecting is to bond a thin wire 14, typically 25-30 μm in diameter, typically gold or aluminum, to the lead fingers 12 and bonding pads 16, 18 as shown in FIG.

【0007】この発明を用いると、細かいピッチのキャ
ピラリーのボールボンディングが特に容易になる。これ
はボールボンディング法の拡張であって、パッドピッチ
が一般に90μmより小さい場合のボンディングに用い
る。基本的なボールボンディングではワイヤ14の一端
にボールを作り、圧着アーム(たとえば図5の200)
により第1ボンディングパッド(たとえばボンディング
パッド16)に接合させる。圧着アームはキャピラリー
チューブ22を備え、ワイヤ14をキャピラリーチュー
ブ22のキャピラリー24の中に滑り込ませる。一般に
電子フレームオフ(EFO, electronic flame off)2
8(図2)を用いて、ボールすなわち自由なエアボール
26をワイヤ14の端に形成する。ボール26はキャピ
ラリーチューブ22の内部丸溝30の中心に置く。次に
ボール26をボンディングパッド16,18の上に降ろ
して、図3に示すようにダイ16,18に圧着させる。
ボール26を用いてワイヤ14をダイパッドすなわちボ
ンディング部16,18に接着させることができるの
は、荷重と温度と超音波エネルギーを加えることによ
り、2つの材料が可塑変形して界面滑りを起こすためで
ある。圧着アームとキャピラリーチューブ22は、直接
に圧力を加えるだけでなく、超音波、熱またはその他の
手段でエネルギーをさらに加えることにより、溶接物す
なわちボンドを形成する。
With the present invention, ball bonding of fine pitch capillaries is particularly facilitated. This is an extension of the ball bonding method and is used for bonding when the pad pitch is generally smaller than 90 μm. In basic ball bonding, a ball is made at one end of the wire 14 and a crimping arm (for example, 200 in FIG. 5) is used.
Is bonded to the first bonding pad (for example, the bonding pad 16) by. The crimping arm comprises a capillary tube 22 and the wire 14 is slid into a capillary 24 of the capillary tube 22. In general, electronic flame off (EFO) 2
8 (FIG. 2) is used to form a ball or free air ball 26 at the end of the wire 14. The ball 26 is placed in the center of the inner circular groove 30 of the capillary tube 22. Next, the ball 26 is lowered onto the bonding pads 16 and 18 and pressed onto the dies 16 and 18 as shown in FIG.
The ball 26 can be used to bond the wire 14 to the die pad or bond 16, 18 because the two materials undergo plastic deformation and interfacial slip due to the application of load, temperature and ultrasonic energy. is there. The crimp arm and capillary tube 22 form a weldment or bond by not only applying pressure directly, but also applying additional energy by ultrasonic waves, heat or other means.

【0008】第1ボンドをボンディングパッド16、1
8上に形成した後、圧着アームはキャピラリーチューブ
22をリードフレームフィンガ12のボンディングパッ
ドに移動させ、キャピラリーチューブ22を通してワイ
ヤ14を送ってワイヤループ34を形成する(図1)。
キャピラリーチューブ22を通してボンディング部12
に圧力とエネルギーを再び加え、ワイヤ14とリードフ
レームフィンガのボンディングパッド12との間にボン
ドを形成する。次に圧着アームによりキャピラリーチュ
ーブ22をボンディングパッド12から引き抜く。キャ
ピラリーチューブ22をボンディングパッド12から引
き抜くとき、キャピラリーチューブ22を通って延びる
ワイヤ14をクランプ36(図2)により保持する、す
なわちクランプする。これにより、キャピラリーチュー
ブ22を通してボンディングパッド12から延びるワイ
ヤ14の一部がボンディングパッド12から離れる。こ
のため、集積回路すなわちチップ10のボンディングパ
ッド16,18からリードフレームフィンガのボンディ
ングパッド12に延びるワイヤループ34だけが残る。
次にキャピラリーチューブ22からのワイヤ14の端に
別のボール26を作り、同じ工程を繰り返す。参考資料
として、米国特許第3,641,660号、「自動半導
体ボンディング機械を用いたボールボンディング法 (Th
e Method ofBall Bonding With An Automatic Semicond
uctor Bonding Machine) 」、テキサス・インスツルメ
ンツ社に譲渡、を挙げる。すべての目的用としてこれを
ここに挿入する。
The first bond is bonded to the bonding pads 16 and 1.
8 is formed, the crimp arm moves the capillary tube 22 to the bonding pad of the leadframe finger 12 and feeds the wire 14 through the capillary tube 22 to form a wire loop 34 (FIG. 1).
Bonding part 12 through capillary tube 22
Pressure and energy are applied again to form a bond between the wire 14 and the bond pad 12 of the leadframe finger. Next, the capillary tube 22 is pulled out from the bonding pad 12 by the pressure bonding arm. When the capillary tube 22 is withdrawn from the bonding pad 12, the wire 14 extending through the capillary tube 22 is held or clamped by the clamp 36 (FIG. 2). As a result, a part of the wire 14 extending from the bonding pad 12 through the capillary tube 22 is separated from the bonding pad 12. This leaves only the wire loop 34 extending from the bonding pads 16 and 18 of the integrated circuit or chip 10 to the bonding pads 12 of the leadframe fingers.
Next, another ball 26 is made at the end of the wire 14 from the capillary tube 22 and the same process is repeated. As reference material, US Pat. No. 3,641,660, “Ball Bonding Method Using Automatic Semiconductor Bonding Machine (Th
e Method of Ball Bonding With An Automatic Semicond
uctor Bonding Machine) ", transferred to Texas Instruments. Insert this here for all purposes.

【0009】半導体チップ10上のボンディングパッド
の密度を大きくするには、接続をできるだけ密にしなけ
ればならない。このため、特定の方向づけをした細かい
ピッチのキャピラリーを用いる。たとえば図1では、ボ
ンディングパッド16に接続するワイヤループ34は第
1方向38に列べて第1方向づけ(たとえば垂直)を行
い、同様にボンディングパッド18は第2方向40に列
べて第2方向づけ(たとえば水平)を行っている。この
ような接続を行うには、一方向に密に接合できる直角ま
たはその他の形のキャピラリーチューブを用いる。チッ
プ10上にループ34を第1方向38と第2方向40に
配置するには、キャピラリーチューブの方向を変えてチ
ップを機械に2度通すか、または2台の別の機械を通す
か、2個の装置すなわち2個の完全なヘッドを持つ機械
を通す必要がある。
In order to increase the density of the bonding pads on the semiconductor chip 10, the connections should be as close as possible. Therefore, a fine pitch capillary with a specific orientation is used. For example, in FIG. 1, the wire loops 34 connected to the bonding pads 16 are aligned in a first direction 38 for a first orientation (eg, vertical), and similarly, the bonding pads 18 are aligned in a second direction 40 for a second orientation. (For example horizontal). To make such a connection, a right-angled or other shaped capillary tube that can be tightly joined in one direction is used. To position the loop 34 in the first direction 38 and the second direction 40 on the tip 10, either re-direct the capillary tube to pass the tip through the machine twice or two separate machines, or two. It is necessary to thread one device, a machine with two complete heads.

【0010】次に図4は、この発明の一実施態様のボー
ルボンダ44の略図を示す。ボールボンダ44は材料運
搬装置46を備えるかまたはこれと共に動作して、第1
ボンディングツール50と第2ボンディングツール52
により加工する位置にリードフレーム48上の半導体チ
ップを運ぶ。単一ヘッドのボールボンダ44のボンディ
ングツール50および52は、それぞれ圧着アームと、
EFOと、チップおよびリードフレーム48上のボンド
を処理するクランプすなわちラッチを備える。
Next, FIG. 4 shows a schematic view of the ball bonder 44 of one embodiment of the present invention. The ball bonder 44 comprises or operates in conjunction with a material carrier 46 to provide a first
Bonding tool 50 and second bonding tool 52
The semiconductor chip on the lead frame 48 is carried to the position to be processed by. The bonding tools 50 and 52 of the single head ball bonder 44 are respectively a crimp arm,
It includes an EFO and a clamp or latch that handles the bond on the chip and leadframe 48.

【0011】第1ボンディングツール50は第1の方
向、たとえば図1の方向38のボンドを処理し、第2ボ
ンディングツール52は第2の方向、たとえば図1の方
向40のボンドを処理する。別のボンディングツール、
たとえば図4に点線で示す第3ボンディングツール54
を追加してもよい。第3ボンディングツール54はさら
に第3の方向すなわち配置のボンドを作る。
The first bonding tool 50 processes bonds in a first direction, eg direction 38 in FIG. 1, and the second bonding tool 52 processes bonds in a second direction, eg direction 40 in FIG. Another bonding tool,
For example, a third bonding tool 54 shown by a dotted line in FIG.
May be added. The third bonding tool 54 also makes a bond in a third orientation or configuration.

【0012】ボンディングツール50および52は、ケ
ーブル58および60によりそれぞれコンピュータ56
に接続する。コンピュータ56は、機械の制御に適した
任意のディジタルコンピュータでよい。ツール50およ
び52は、コンピュータ56にケーブル64で接続する
Z方向位置決め装置62に取り付ける。Z方向位置決め
装置62は、取り付けリンク66により位置決め装置6
8に取り付ける、すなわち固定する。位置決め装置68
はXYテーブル(Xテーブル70、Yテーブル72)で
よい。位置決め装置68はケーブル74でコンピュータ
56に接続する。位置決め装置68は本体76に取り付
けてよい。視覚装置78を用いて、材料運搬装置46上
のチップおよびリードフレーム48の存在を光学的に検
知する。視覚装置78はカメラと光学装置を備え、ケー
ブル80によりコンピュータ56に接続する。このよう
に、ボールボンダ44は1個のボンディングヘッド82
を備え、ボンディングヘッド82はたとえばツール50
および52と、視覚装置78と、位置決め装置68を備
える。
Bonding tools 50 and 52 are connected to a computer 56 by cables 58 and 60, respectively.
Connect to Computer 56 may be any digital computer suitable for controlling a machine. Tools 50 and 52 are attached to a Z-direction positioner 62 that connects to computer 56 with cable 64. The Z-direction positioning device 62 is attached to the positioning device 6 by a mounting link 66.
Attach, ie, fix to 8. Positioning device 68
May be an XY table (X table 70, Y table 72). The positioning device 68 connects to the computer 56 with a cable 74. The positioning device 68 may be attached to the body 76. A vision device 78 is used to optically detect the presence of the chip and leadframe 48 on the material carrier 46. The vision device 78 comprises a camera and optics and connects to the computer 56 by a cable 80. In this way, the ball bonder 44 has one bonding head 82.
And the bonding head 82 includes, for example, the tool 50.
And 52, a visual device 78, and a positioning device 68.

【0013】ボールボンダ44の動作を説明すると、材
料運搬装置46は半導体チップおよびリードフレーム4
8を視覚装置78の視野84内に置く。コンピュータ5
6は半導体チップおよびリードフレーム48の正確な位
置を電子的に検知し、位置決め装置68を用いて第1方
向にボンドを作れるように第1ツール50の位置を正確
に定める。次にZ方向位置決め装置62は第1ツール5
0を降ろして、コンピュータ56からケーブル64で送
られる信号に応じてボンドを作る。ツール50は位置決
め装置68により必要な刻みで移動し、同じ第1方向に
次のボンドを作る。第1方向に所望の数のボンドを完了
すると、Z方向位置決め装置62はコンピュータ56か
らケーブル64で送られる命令を受け、第1ツール50
を遊び位置に移動させ、第2ツール52を活動位置に移
動させる。ツール52を用いて同じ工程を繰り返し、第
2方向にボンドを作る。特定の半導体チップおよびリー
ドフレーム48の加工が完了すると、材料運搬装置46
は次のチップおよびリードフレーム48に移る。
To explain the operation of the ball bonder 44, the material carrying device 46 is a semiconductor chip and lead frame 4.
8 is placed in the field of view 84 of the visual device 78. Computer 5
6 electronically senses the exact position of the semiconductor chip and the lead frame 48 and uses the positioning device 68 to accurately position the first tool 50 so that a bond can be made in the first direction. Next, the Z-direction positioning device 62 uses the first tool 5
Clear 0 to make a bond in response to the signal sent from computer 56 over cable 64. The tool 50 is moved by the positioning device 68 in the required increments to make the next bond in the same first direction. Upon completing the desired number of bonds in the first direction, the Z-positioning device 62 receives instructions from the computer 56 sent by the cable 64 and the first tool 50.
To the play position and the second tool 52 to the active position. The same process is repeated using the tool 52 to make a bond in the second direction. When the processing of the specific semiconductor chip and the lead frame 48 is completed, the material conveying device 46
Moves to the next chip and lead frame 48.

【0014】ボールボンダ44が必要とするのは、視覚
装置78が1台と、位置決め装置68が1台と、コンピ
ュータ56が1台だけである。さらにマルチプレクサを
用いると、ツール50および52を制御するためにコン
ピュータ56が出す信号の数は最小になるはずである。
The ball bonder 44 requires only one visual device 78, one positioning device 68, and one computer 56. Further, with a multiplexer, the number of signals issued by computer 56 to control tools 50 and 52 should be minimized.

【0015】次に図5はボールボンダ144を示す。ボ
ールボンダ144は、第1ボンディングツール150と
第2ボンディングツール152を持つ単一ヘッド182
を備える。ボンディングツール150は、第1方向のキ
ャピラリーチューブ202を持つ圧着アーム200と、
EFO204と、クランプ206を備える。細いワイヤ
を、クランプ206を経て圧縮アーム200のキャピラ
リー202に通す。同様に第2ツール152は圧縮アー
ム210と、キャピラリーチューブ212と、EFO2
14と、クランプ216を備える。
Next, FIG. 5 shows a ball bonder 144. The ball bonder 144 includes a single head 182 having a first bonding tool 150 and a second bonding tool 152.
Is provided. The bonding tool 150 includes a crimp arm 200 having a capillary tube 202 in the first direction,
It is provided with an EFO 204 and a clamp 206. The fine wire is threaded through the clamp 206 into the capillary 202 of the compression arm 200. Similarly, the second tool 152 includes a compression arm 210, a capillary tube 212 and an EFO2.
14 and a clamp 216.

【0016】第1ツール150は、複数のケーブル22
0によりマルチプレクサ222に接続する。同様に第2
ツール152は、複数のケーブル224によりマルチプ
レクサ222に接続する。マルチプレクサ222は、複
数のケーブル226によりコンピュータ228に接続す
る。コンピュータ228は、超音波駆動と、位置決めフ
ィードバック処理と、ワイヤクランプ駆動と、タッチダ
ウン検出と、ボールボンダ144を作動させる命令と誤
り検知を含む。
The first tool 150 includes a plurality of cables 22.
0 connects to the multiplexer 222. Similarly the second
Tool 152 connects to multiplexer 222 by a plurality of cables 224. The multiplexer 222 connects to the computer 228 by a plurality of cables 226. The computer 228 includes ultrasonic drive, positioning feedback processing, wire clamp drive, touchdown detection, instructions to activate the ball bonder 144 and error detection.

【0017】ボールボンダ144は視覚装置178を備
える。視覚装置178は、半導体チップおよびリードフ
レーム148の位置を電子的に検知するカメラと光学装
置を備える。材料運搬装置146により、チップおよび
リードフレーム148をボールボンダ144の正しい加
工場所に位置決めする。さらに、位置決め装置168に
よりツール150および152を位置決めする。位置決
め装置168は、たとえばXテーブル170とYテーブ
ル172である。
The ball bonder 144 includes a visual device 178. The visual device 178 includes a camera and an optical device that electronically detect the positions of the semiconductor chip and the lead frame 148. The material carrier 146 positions the chip and lead frame 148 at the correct processing location on the ball bonder 144. Further, the positioning device 168 positions the tools 150 and 152. The positioning device 168 is, for example, the X table 170 and the Y table 172.

【0018】ボールボンダ144はZ方向位置決め装置
162を備える。Z方向位置決め装置162はこの実施
態様ではロッド161で示しており、回転してツール1
50またはツール152をチップおよびリードフレーム
148と接触させる。または、ロッド161を固定し、
ツール150および152に自身のモータその他の手段
を持たせ、ロッド161に対してツールを動かしてもよ
い。これについては以下に詳細に説明する。ツール15
0および152は、それぞれ遊び位置と活動位置を持
つ。遊び位置では、ツールはロッド161から離れて安
全位置に居る。同時に他方のツールはロッド161に係
合する。この実施態様では、ツール150および152
はチップおよびリードフレーム148を順に加工する。
この実施態様では、ツール150および152の省略時
位置は遊び位置である。Z方向位置決め装置162は、
ソレノイドで駆動するクラッチを用いてツール150お
よび152を活動状態にする。
The ball bonder 144 has a Z-direction positioning device 162. The Z-positioning device 162 is shown in this embodiment as a rod 161 and is rotated to rotate the tool 1
The 50 or tool 152 is brought into contact with the chip and lead frame 148. Or fix the rod 161
The tools 150 and 152 may have their own motors or other means to move the tools relative to the rod 161. This will be described in detail below. Tool 15
0 and 152 have a play position and an active position, respectively. In the play position, the tool is in a safe position away from rod 161. At the same time, the other tool engages the rod 161. In this embodiment, tools 150 and 152
Processes the chip and the lead frame 148 in order.
In this embodiment, the default position for tools 150 and 152 is the play position. The Z direction positioning device 162 is
A solenoid driven clutch is used to activate tools 150 and 152.

【0019】次に図6において、Z方向位置決め装置す
なわちZ駆動器262は、ロッドのシャフト261を備
える。シャフト261は第1支持物264と第2支持物
266を備える。支持物264および264は軸受け2
68を用いて回転可能な状態でシャフト261を支持す
る。支持物266はモータ270を備え、モータ270
はモータコイル272とモータ磁石274を備える。モ
ータ270はコンピュータたとえばコンピュータ228
に接続し、ボンディングサイクルに必要な命令を受け
る。
Referring now to FIG. 6, the Z-direction positioner or Z-driver 262 comprises a rod shaft 261. The shaft 261 includes a first support 264 and a second support 266. Supports 264 and 264 are bearings 2
68 is used to rotatably support the shaft 261. The support 266 includes a motor 270, and the motor 270
Includes a motor coil 272 and a motor magnet 274. The motor 270 is a computer such as a computer 228.
Connect to and receive the instructions needed for the bonding cycle.

【0020】第1ツール250の一部を通ってシャフト
261が延びる。ツール250はツール250とシャフ
ト261の間に軸受け276を備え、回転可能な状態で
支持する。シャフト261に第1クラッチ要素278を
取り付け、ツール250に第2クラッチ要素280を取
り付ける。ツール250をシャフト261と共に動かし
たい場合は、ソレノイド282などのこの技術で知られ
ている任意の手段により、第2クラッチ要素280を第
1クラッチ要素278と接触させる。第1クラッチ要素
278と第2クラッチ要素280とが接触していない場
合は、ツール250はバイアス手段すなわち釣り合いお
もりにより安全位置に移動する。同様に、ツール252
は軸受け290によりシャフト261の上に回転可能な
状態で支持される。第3クラッチ要素292をシャフト
261に取り付け、第4クラッチ要素294を第2ツー
ル252に取り付ける。第3クラッチ要素292と第4
クラッチ要素294が係合していない場合は、ツール2
52はバイアス手段すなわちばねにより、安全位置すな
わち遊び位置に移動する。ツール252をシャフト26
1と共に動かしたい場合は、ソレノイド296などのこ
の技術で知られている任意の手段を用いて、第4クラッ
チ要素294を第3クラッチ要素292と接触させる。
A shaft 261 extends through a portion of the first tool 250. The tool 250 includes a bearing 276 between the tool 250 and the shaft 261, and rotatably supports the bearing 276. The first clutch element 278 is attached to the shaft 261 and the second clutch element 280 is attached to the tool 250. If it is desired to move the tool 250 with the shaft 261, the second clutch element 280 is brought into contact with the first clutch element 278 by any means known in the art, such as a solenoid 282. When the first clutch element 278 and the second clutch element 280 are not in contact, the tool 250 is moved to the safe position by the biasing means or counterweight. Similarly, tool 252
Is rotatably supported on the shaft 261 by the bearing 290. The third clutch element 292 is attached to the shaft 261 and the fourth clutch element 294 is attached to the second tool 252. Third clutch element 292 and fourth
Tool 2 if clutch element 294 is not engaged
52 is moved to a safe or idle position by a biasing means or spring. Tool 252 to shaft 26
If desired to move with 1, contact the fourth clutch element 294 with the third clutch element 292 using any means known in the art such as solenoid 296.

【0021】次に図7は、ボールボンダ144と共に用
いられる別のZ軸位置決め装置すなわち駆動器362を
示す。駆動器362は、第1支持物364と第2支持物
366により堅く支持されているシャフト361を備え
る。第1ツール350は、図に示すように軸受け376
によりシャフト361の上に回転可能な状態で支持され
る。シャフト361とツール350を互いに動かせるよ
うにするため、シャフト361とツール350の間で動
作するモータ370を備える。モータ370は図に示す
ようにコイル372およびモータ磁石374を備える。
同様に、第2ツール352は軸受け380により回転可
能な状態で支持され、コイル384と磁石386を備え
るモータ382により、シャフト361に対して選択的
に回転することができる。位置決め装置362では、コ
ンピュータたとえばコンピュータ228からモータ37
0またはモータ382に制御信号を選択的に送り、ボン
ディングサイクルを通してツール350および352を
作動させる。
Referring now to FIG. 7, another Z-axis positioner or driver 362 for use with the ball bonder 144 is shown. The driver 362 comprises a shaft 361 rigidly supported by a first support 364 and a second support 366. The first tool 350 has a bearing 376 as shown.
Is rotatably supported on the shaft 361. A motor 370 is provided that operates between the shaft 361 and the tool 350 to move the shaft 361 and the tool 350 relative to each other. The motor 370 includes a coil 372 and a motor magnet 374 as shown.
Similarly, the second tool 352 is rotatably supported by the bearing 380, and can be selectively rotated with respect to the shaft 361 by the motor 382 including the coil 384 and the magnet 386. In the positioning device 362, the computer 37, for example the computer 228, drives the motor 37
0 or motor 382 to selectively send control signals to activate tools 350 and 352 throughout the bonding cycle.

【0022】別のZ駆動器の設計では、ツールをZ駆動
162にロックするためのソレノイド駆動のピンまたは
磁気カップリングを備える。さらに別の実施態様では、
ツール150および152をスイベルに取り付け、回転
させて活動位置にしてもよいし、たとえば共通軸に離し
て取り付けてもよい。
Another Z drive design includes solenoid driven pins or magnetic couplings to lock the tool to the Z drive 162. In yet another embodiment,
The tools 150 and 152 may be mounted on a swivel and rotated into the active position, for example mounted on a common axis, spaced apart.

【0023】単一の視覚装置178と、単一のコンピュ
ータ装置228と、単一の位置決め装置168と、単一
のZ駆動器162を備えるボールボンダ144を用いる
ことにより、少なくとも2つの異なる方向のキャピラリ
ー202および212を処理し、したがって単一ヘッド
のボンダ144で2方向のボンドを完了できる装置が得
られる。これにより寸法、コスト、複雑さ、ツール毎の
変動を減少させることができる。
By using a single vision device 178, a single computing device 228, a single positioning device 168, and a ball bonder 144 with a single Z driver 162, at least two different directions are provided. An apparatus is provided that can process capillaries 202 and 212, thus completing a two-way bond with a single head bonder 144. This reduces size, cost, complexity and tool-to-tool variations.

【0024】この発明およびその長所について詳細に説
明したが、特許請求の範囲に規定されているこの発明の
精神と範囲から逸れることなく、種々の変更、代替、改
変を行うことができるものとする。
Although the present invention and its advantages have been described in detail, various changes, substitutions and alterations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention defined in the claims. .

【0025】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) ボールボンドを自動的に形成して半導体チップ
とリードフレームのボンディングパッドの間に細いワイ
ヤを相互接続する多重ツールワイヤボンダであって、前
記相互接続を制御するコンピュータ、前記コンピュータ
に結合して前記半導体チップの位置を電子的に検知する
視覚装置、位置決め装置、前記位置決め装置に取り付け
たツールヘッドであって、前記コンピュータに結合して
前記チップ上のボールボンドを第1方向に形成する第1
ボンディングツール、前記コンピュータに結合して前記
チップ上のボールボンドを第2方向に形成し、前記第1
ボンディングツールの近くにある、第2ボンディングツ
ール、を備えるツールヘッド、を備える多重ツールワイ
ヤボンダ。
With respect to the above description, the following items are further disclosed. (1) A multi-tool wire bonder for automatically forming a ball bond to interconnect a thin wire between a semiconductor chip and a bonding pad of a lead frame, the computer controlling the interconnect, A visual device for electronically detecting the position of the semiconductor chip, a positioning device, and a tool head attached to the positioning device, the first device forming a ball bond on the chip in a first direction by being coupled to the computer.
A bonding tool, coupled to the computer to form a ball bond on the chip in a second direction;
A multiple tool wire bonder with a tool head with a second bonding tool, which is near the bonding tool.

【0026】(2) 前記第1ボンディングツールを半
導体チップと選択的に接触させ、また前記第2ボンディ
ングツールを半導体チップと選択的に接触させる、Z駆
動器をさらに備える、第1項記載の多重ツールワイヤボ
ンダ。 (3) 前記位置決め装置はX−Yテーブルを備える、
第1項記載の多重ツールワイヤボンダ。 (4) 前記ツールヘッドは、前記コンピュータに結合
して前記半導体チップ上の第3方向にボールボンドを形
成する第3ボンディングツールをさらに備える、第1項
記載の多重ツールワイヤボンダ。
(2) The multiplexing according to claim 1, further comprising a Z driver for selectively contacting the first bonding tool with the semiconductor chip and selectively contacting the second bonding tool with the semiconductor chip. Tool wire bonder. (3) The positioning device includes an XY table,
A multi-tool wire bonder as set forth in claim 1. (4) The multi-tool wire bonder according to claim 1, wherein the tool head further comprises a third bonding tool that is coupled to the computer to form a ball bond on the semiconductor chip in a third direction.

【0027】(5) 前記第1ボンディングツールを半
導体チップと選択的に接触させ、また前記第2ボンディ
ングツールを半導体チップと選択的に接触させる、Z駆
動器をさらに備え、前記Z駆動器は回転可能な状態に支
持されるシャフトと、前記シャフトにより回転可能な状
態に支持される第1ツールと、前記シャフトにより回転
可能な状態に支持される第2ツール、前記シャフトに結
合して、前記コンピュータからの信号に応じて前記シャ
フトを回転させるモータ、前記第1ツールに取り付けら
れ、前記シャフトに選択的に係合して前記第1ツールを
前記シャフトと共に回転させる第1クラッチ、前記第2
ツールに取り付けられ、前記シャフトに選択的に係合し
て前記第2ツールを前記シャフトと共に回転させる第2
クラッチ、を備える、第1項記載の多重ツールワイヤボ
ンダ。
(5) A Z driver for selectively contacting the first bonding tool with the semiconductor chip and selectively contacting the second bonding tool with the semiconductor chip is further provided, and the Z driver is rotated. A shaft rotatably supported, a first tool rotatably supported by the shaft, a second tool rotatably supported by the shaft, and the computer coupled to the shaft A motor for rotating the shaft in response to a signal from the first tool, a first clutch attached to the first tool for selectively engaging the shaft to rotate the first tool with the shaft, the second clutch
A second member attached to the tool for selectively engaging the shaft to rotate the second tool with the shaft;
The multi-tool wire bonder of claim 1, comprising a clutch.

【0028】(6) 前記第1ボンディングツールを半
導体チップと選択的に接触させ、また前記第2ボンディ
ングツールを半導体チップと選択的に接触させる、Z駆
動器をさらに備え、前記Z駆動器はシャフトであって、
前記シャフトに回転可能な状態に取り付けた第1ツール
と、前記シャフトに回転可能な状態に取り付けた第2ツ
ールを持つシャフト、前記コンピュータに結合し、前記
第1ツールとシャフトに取り付けられ、前記コンピュー
タからの信号に応じて前記第1ツールを前記シャフトに
対して選択的に回転させる第1モータ、前記コンピュー
タに結合し、前記第2ツールとシャフトに取り付けら
れ、前記コンピュータからの信号に応じて前記第2ツー
ルを前記シャフトに対して選択的に回転させる第2モー
タ、を備える、第1項記載の多重ツールワイヤボンダ。 (7) マルチプレクサをさらに備え、前記第1ツール
と第2ツールはマルチプレクサにより前記コンピュータ
に結合する、第1項記載の多重ツールワイヤボンダ。
(6) A Z driver for selectively contacting the first bonding tool with the semiconductor chip and selectively contacting the second bonding tool with the semiconductor chip is further provided, and the Z driver is a shaft. And
A shaft having a first tool rotatably mounted on said shaft and a second tool rotatably mounted on said shaft, coupled to said computer, mounted on said first tool and shaft, said computer A first motor for selectively rotating the first tool with respect to the shaft in response to a signal from the computer, coupled to the computer, attached to the second tool and the shaft, and in response to a signal from the computer The multi-tool wire bonder of claim 1, comprising a second motor that selectively rotates a second tool relative to the shaft. (7) The multi-tool wire bonder according to claim 1, further comprising a multiplexer, wherein the first tool and the second tool are coupled to the computer by the multiplexer.

【0029】(8) ボールボンドを自動的に形成し
て、半導体チップ上のボンディングパッドとキャリア上
のリードフィンガとを相互接続する単一ヘッドの多重ツ
ールワイヤボンダシステムであって、本体、前記半導体
チップおよびリードフレームを保持する材料運搬装置、
前記システムを制御するコンピュータ、前記本体に結合
するワイヤボンダヘッドであって、前記コンピュータに
結合し、前記材料運搬装置上の前記半導体チップに対し
てまた前記コンピュータに応答して、第1および第2方
向にワイヤボンダを作動させるx−yプラットホーム、
前記本体およびコンピュータに結合し、前記材料運搬装
置上の半導体チップの位置を電子的に検知する視覚装
置、前記本体に作動可能な状態に結合し、遊び位置と活
動位置を持ち、前記半導体チップ上の第1方向にボンド
を形成する、第1ボンディングツール、前記本体に作動
可能な状態に結合し、遊び位置と活動位置を持ち、前記
半導体チップ上の第2方向にボンドを形成する、第2ボ
ンディングツール、を備えるワイヤボンダヘッド、を備
える、単一ヘッドの多重ツールワイヤボンダシステム。
(8) A single-head multi-tool wire bonder system for automatically forming a ball bond to interconnect a bonding pad on a semiconductor chip and a lead finger on a carrier, the body, the semiconductor chip. And a material carrier that holds the lead frame,
A computer controlling the system, a wire bonder head coupled to the body, coupled to the computer, in response to the semiconductor chip on the material transport device and in response to the computer, first and second directions Xy platform to activate the wire bonder on the
A visual device coupled to the body and a computer for electronically detecting the position of a semiconductor chip on the material carrier, operably coupled to the body, having a play position and an active position, on the semiconductor chip A first bonding tool, a first bonding tool, operably bonded to the body, having a play position and an active position, and forming a bond on the semiconductor chip in a second direction; A single head, multi-tool wire bonder system comprising a wire bonder head comprising a bonding tool.

【0030】(9) 前記ワイヤボンダヘッドは、前記
コンピュータに結合して前記半導体チップ上の第3方向
にボールボンドを形成する第3ボンディングツールをさ
らに備える、第8項記載の単一ヘッドの多重ツールワイ
ヤボンダシステム。 (10) 前記ワイヤボンダヘッドは、前記第1ツール
と第2ツールを前記半導体チップと接触させるZ駆動器
をさらに備える、第8項記載の単一ヘッドの多重ツール
ワイヤボンダシステム。
(9) The wire bonder head further comprises a third bonding tool which is coupled to the computer to form a ball bond in a third direction on the semiconductor chip. Wire bonder system. (10) The single-head multi-tool wire bonder system according to claim 8, wherein the wire bonder head further comprises a Z driver for bringing the first tool and the second tool into contact with the semiconductor chip.

【0031】(11) 前記ワイヤボンダヘッドは、前
記第1ツールと第2ツールを前記半導体チップと接触さ
せるZ駆動器をさらに備え、前記Z駆動器は、回転可能
な状態に支持されるシャフトと、前記シャフトにより回
転可能な状態に支持される第1ツールと、前記シャフト
により回転可能な状態に支持される第2ツール、前記シ
ャフトに結合して、前記コンピュータに応じて前記シャ
フトを回転させるモータ、前記第1ツールに取り付けら
れ、前記シャフトに選択的に係合して前記第1ツールを
前記シャフトと共に回転させる第1クラッチ、前記第2
ツールに取り付けられ、前記シャフトに選択的に係合し
て前記第2ツールを前記シャフトと共に回転させる第2
クラッチ、を備える、第8項記載の単一ヘッドの多重ツ
ールワイヤボンダシステム。
(11) The wire bonder head further comprises a Z driver for bringing the first tool and the second tool into contact with the semiconductor chip, and the Z driver is a rotatably supported shaft. A first tool rotatably supported by the shaft; a second tool rotatably supported by the shaft; a motor coupled to the shaft to rotate the shaft according to the computer; A first clutch attached to the first tool for selectively engaging the shaft to rotate the first tool with the shaft;
A second member attached to the tool for selectively engaging the shaft to rotate the second tool with the shaft;
The single-head, multi-tool wire bonder system of claim 8 including a clutch.

【0032】(12) 前記ワイヤボンダヘッドは、前
記第1ツールと第2ツールを前記半導体チップと選択的
に接触させるZ駆動器をさらに備え、前記Z駆動器は、
シャフトであって、前記シャフトに回転可能な状態に取
り付けた第1ツールと、前記シャフトに回転可能な状態
に取り付けた第2ツールを備えるシャフト、前記コンピ
ュータに結合し、前記第1ツールとシャフトに取り付け
られ、前記コンピュータに応じて前記第1ツールを前記
シャフトに対して選択的に回転させる第1モータ、前記
コンピュータに結合し、前記第2ツールとシャフトに取
り付けられ、前記コンピュータに応じて前記第2ツール
を前記シャフトに対して選択的に回転させる第2モー
タ、を備える、第8項記載の単一ヘッドの多重ツールワ
イヤボンダシステム。 (13) マルチプレクサをさらに備え、前記第1ツー
ルと第2ツールをマルチプレクサにより前記コンピュー
タに結合する、第8項記載の単一ヘッドの多重ツールワ
イヤボンダシステム。
(12) The wire bonder head further includes a Z driver for selectively contacting the first tool and the second tool with the semiconductor chip, and the Z driver is
A shaft comprising a first tool rotatably mounted on the shaft and a second tool rotatably mounted on the shaft, coupled to the computer, the first tool and the shaft A first motor mounted to selectively rotate the first tool relative to the shaft in response to the computer, coupled to the computer, mounted to the second tool and shaft in response to the computer The single-head, multi-tool wire bonder system of claim 8, comprising a second motor that selectively rotates two tools relative to the shaft. (13) The single-head, multi-tool wire bonder system of claim 8, further comprising a multiplexer, wherein the first tool and the second tool are coupled to the computer by the multiplexer.

【0033】(14) ボールボンドを自動的に形成し
て半導体チップとリードフレームのボンディングパッド
の間に細いワイヤを相互接続する装置を製作する方法で
あって、前記相互接続を制御するコンピュータを提供
し、視覚装置を前記コンピュータに結合して前記半導体
チップの位置を電子的に検知し、ボンドを第1方向に形
成する第1ツールとボンドを第2方向に形成する第2ツ
ールを備えるツールヘッドを形成し、前記ツールヘッド
を位置決め装置に取り付ける、ステップを含む方法。
(14) A method of manufacturing a device for automatically forming a ball bond to interconnect a thin wire between a semiconductor chip and a bonding pad of a lead frame, and providing a computer for controlling the interconnect. And a tool head having a first tool for forming a bond in a first direction and a second tool for forming a bond in a second direction by electronically detecting the position of the semiconductor chip by connecting a visual device to the computer. Forming and attaching the tool head to a positioning device.

【0034】(15) Z駆動器を前記第1および第2
ツールに結合し、前記第1ボンディングツールを半導体
チップと選択的に接触させ、前記第2ボンディングツー
ルを半導体チップと選択的に接触させるステップをさら
に含む、第14項記載の方法。 (16) 前記ツールヘッドを前記位置決め装置に取り
付ける前記ステップはX−Yテーブルを前記ツールに取
り付けるステップを含む、第14項記載の方法。
(15) The Z driver is connected to the first and second Z-drivers.
The method of claim 14, further comprising the step of coupling to a tool, selectively contacting the first bonding tool with a semiconductor chip, and selectively contacting the second bonding tool with a semiconductor chip. (16) A method according to claim 14, wherein the step of attaching the tool head to the positioning device includes the step of attaching an XY table to the tool.

【0035】(17) 前記ツールヘッドを形成する前
記ステップは、前記コンピュータに結合する第3ボンデ
ィングツールを形成して、前記半導体チップ上の第3方
向にボールボンドを形成するステップをさらに含む、第
14項記載の方法。 (18) 前記第1ツールとコンピュータの間および前
記第2ツールとコンピュータの間にマルチプレクサを取
り付けるステップをさらに含む、第14項記載の方法。
(17) The step of forming the tool head may further include the step of forming a third bonding tool for connecting to the computer to form a ball bond on the semiconductor chip in a third direction. 14. The method according to item 14. 18. The method of claim 14, further comprising mounting a multiplexer between the first tool and a computer and between the second tool and a computer.

【0036】(19) 多重ツールボールボンダは、単
一ヘッド82,182に取り付けた第1ツール50,1
50と第2ツール52,152を備える。必要なものは
視覚装置78,178が1台と、位置決め装置68,1
68が1台と、コンピュータ装置56,228が1台だ
けである。ボールボンダ44,144により、単一ヘッ
ド82,182は半導体デバイス10,148とリード
フレームフィンガ12,148の間の第1方向に相互接
続を行い、また第2ツール52,152により装置や処
理工程を追加する必要なく第2方向40に相互接続を行
うことができる。
(19) The multi-tool ball bonder comprises a first tool 50, 1 attached to a single head 82, 182.
50 and second tools 52, 152. What you need is one visual device 78,178 and a positioning device 68,1
There is only one 68 and one computer device 56, 228. The ball bonders 44, 144 allow the single heads 82, 182 to interconnect in a first direction between the semiconductor devices 10, 148 and the lead frame fingers 12, 148, and the second tools 52, 152 provide equipment and process steps. The interconnection can be made in the second direction 40 without the need for adding.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

この発明とその長所をより完全に理解するため、次の図
面を参照して説明を読んでいただきたい。
For a more complete understanding of the invention and its advantages, please read the description with reference to the following drawings.

【図1】リードフレームに取り付けた半導体チップの一
部の略図。
FIG. 1 is a schematic view of a part of a semiconductor chip mounted on a lead frame.

【図2】ボールボンダの一部の略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view of a part of a ball bonder.

【図3】ボールボンドの形成を示す、図2のボールボン
ダの略断面図。
3 is a schematic cross-sectional view of the ball bonder of FIG. 2, showing the formation of ball bonds.

【図4】この発明の一実施態様の略図。FIG. 4 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention.

【図5】この発明の一実施態様の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【図6】この発明の一態様のZ駆動器の略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a Z driver according to one embodiment of the present invention.

【図7】この発明の一態様のZ駆動器の別の実施態様の
略断面図。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the Z driver according to one aspect of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体デバイス 12 リードフレームフィンガ 44 ボールボンダ 46 材料運搬装置 48 半導体チップおよびリードフレーム 50 第1ボンディングツール 52 第2ボンディングツール 56 コンピュータ 62 Z方向位置決め装置 68 位置決め装置 78 視覚装置 82 ボンディングヘッド 10 semiconductor device 12 lead frame finger 44 ball bonder 46 material conveying device 48 semiconductor chip and lead frame 50 first bonding tool 52 second bonding tool 56 computer 62 Z direction positioning device 68 positioning device 78 visual device 82 bonding head

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ボールボンドを自動的に形成して半導体
チップとリードフレームのボンディングパッドの間に細
いワイヤを相互接続する多重ツールワイヤボンダであっ
て、 前記相互接続を制御するコンピュータ、 前記コンピュータに結合して前記半導体チップの位置を
電子的に検知する視覚装置、 位置決め装置、 前記位置決め装置に取り付けたツールヘッドであって、 前記コンピュータに結合して前記チップ上のボールボン
ドを第1方向に形成する第1ボンディングツール、 前記コンピュータに結合して前記チップ上のボールボン
ドを第2方向に形成し、前記第1ボンディングツールの
近くにある、第2ボンディングツール、を備えるツール
ヘッド、を備える多重ツールワイヤボンダ。
1. A multi-tool wire bonder for automatically forming a ball bond to interconnect a thin wire between a semiconductor chip and a bonding pad of a lead frame, the computer controlling the interconnect, coupled to the computer. A visual device for electronically detecting the position of the semiconductor chip, a positioning device, and a tool head attached to the positioning device, which is coupled to the computer to form a ball bond on the chip in a first direction. A multi-tool wire bonder comprising a first bonding tool, a tool head coupled to the computer to form a ball bond on the chip in a second direction, the tool head including a second bonding tool proximate the first bonding tool. .
【請求項2】 ボールボンドを自動的に形成して半導体
チップとリードフレームのボンディングパッドの間に細
いワイヤを相互接続する装置を製作する方法であって、 前記相互接続を制御するコンピュータを提供し、 視覚装置を前記コンピュータに結合して前記半導体チッ
プの位置を電子的に検知し、 ボンドを第1方向に形成する第1ツールとボンドを第2
方向に形成する第2ツールを備えるツールヘッドを形成
し、 前記ツールヘッドを位置決め装置に取り付ける、ステッ
プを含む方法。
2. A method of fabricating a device for automatically forming ball bonds to interconnect a thin wire between a semiconductor chip and a bonding pad of a lead frame, the method comprising providing a computer for controlling the interconnect. A first tool for forming a bond in a first direction and a second bond for electronically detecting a position of the semiconductor chip by connecting a visual device to the computer;
Forming a tool head with a second tool forming in a direction and attaching the tool head to a positioning device.
JP8282583A 1995-10-25 1996-10-24 Multi-tool wire bonder Pending JPH09223707A (en)

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US705195P 1995-10-25 1995-10-25
US007051 1995-10-25

Publications (1)

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