JPH0964084A - ワイヤボンディング装置におけるボール形成方法及びボール形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャピラリ先端に突出させたワイヤとトーチ
ロッドとの間に形成される放電路の位置を制御し、正常
なボールを形成できるようにすること。 【解決手段】 キャピラリ２０にはワイヤ２１が挿通さ
れており、このワイヤ２１の先端と固定トーチロッド１
６との間には放電用の電源が接続され、両者間に放電路
Ａが形成される。また前記放電路Ａを横切るように一対
のマグネット１ａ，１ｂが配置されており、対向する一
対のマグネット１ａ，１ｂ間によって磁束Ｆが形成され
る。よって前記放電路Ａはフレミングの左手の法則にし
たがって磁束Ｆの方向に対して直角方向に偏位する力が
与えられる。この結果、放電路Ａはワイヤ２１とトーチ
ロッド１６との至近距離を経由せずにキャピラリ２０の
軸心２０ａに一致した経路をたどるようになり、ワイヤ
２１の先端に生ずるボール２１ａはキャピラリ２０の軸
心２０ａに一致した正常な状態に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被ボンディング部
品としての半導体デバイスの組立工程に用いられるワイ
ヤボンディング装置において、特にボンディングツール
から送り出されたワイヤの先端に正常な状態でボールが
形成されるようにしたワイヤボンディング装置における
ボール形成方法及びボール形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの組立工程に用いられる
ワイヤボンディング装置においては、金線又は銅、アル
ミニウムなどのワイヤを用いて第１ボンディング点とな
る半導体チップ上のパッド（電極）と、第２ボンディン
グ点となるリードとを接続するように成される。

【０００３】従来のワイヤボンディング装置において
は、先ずボンディングツールとしてのキャピラリから送
出されたワイヤの先端とトーチロッド（放電電極）との
間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その
放電に伴う熱エネルギーによりワイヤの先端部を溶融し
てキャピラリの先端にボールを形成するようにしてい
る。

【０００４】そして、図４（ａ）乃至（ｃ）に示すよう
に、キャピラリ２０に挿通されたワイヤ２１の先端に形
成されたボール２１ａを、第１ボンディング点である半
導体チップ２２上のパッドに対して所定のボンディング
荷重を加えつつ、超音波及び他の加熱手段を併用して加
熱を行い、ワイヤ２１を接続するように成される。

【０００５】そして、図４（ｄ）乃至（ｅ）に示すよう
にワイヤ２１をキャピラリ２０の先端から繰り出しつ
つ、キャピラリ２０を所定のループコントロールに従っ
て相対移動せしめ、キャピラリ２０を第２ボンディング
点であるリード２３の直上に位置させる。さらに（ｆ）
に示すようにキャピラリ２０に所定のボンディング荷重
を加えつつ第２ボンディング点であるリード２３に圧着
し、超音波及び他の加熱手段を併用して加熱を行い、第
２ボンディング点に対してワイヤ２１を接続するように
成される。

【０００６】続いて（ｇ）に示すようにワイヤ２１をキ
ャピラリ２０の先端より所定のフィード量ｆだけ引き出
した状態でワイヤ２１を挿通するクランパ２４を閉じて
キャピラリ２０と共に上方に引き上げることにより、
（ｈ）に示すようにワイヤ２１は第２ボンディング点よ
り切断され、第１ボンディング点及び第２ボンディング
点との間にワイヤ２１の接続が完了する。

【０００７】図５はキャピラリから送出したワイヤの先
端とトーチロッドとの間に高電圧を印加するための従来
の電源回路の構成を示したものである。すなわち、直流
電源回路１１の正極端子（＋）は基準電位点に接続され
ると共に、クランパ２４を介してキャピラリ２０に挿通
されたワイヤ２１に対して正極電源を与えるように成さ
れている。一方、直流電源回路１１の負極端子（−）は
定電流回路１２、スイッチ回路１３及び安定器１５を介
してトーチロッド１６に対して負極電源を与えるように
成されている。

【０００８】前記スイッチ回路１３にはスイッチ１３ａ
の開閉制御を成すためのタイマ回路１４が接続されてお
り、このタイマ回路１４にはトリガ信号Ｔｒが印加され
るように成されている。

【０００９】以上の図５の構成において、タイマ回路１
４に対してトリガ信号Ｔｒが印加されると、タイマ回路
１４からはスイッチ回路１３に対しタイマ回路１４で設
定された所定時間、スイッチ１３ａをオン動作させるた
めの制御信号が発生する。これによりキャピラリ２０に
よって保持されたワイヤ２１の先端とトーチロッド１６
との間のギャップＳに対して直流電圧Ｖが印加され、ワ
イヤ２１の先端とトーチロッド１６との間で放電が成さ
れる。この放電による熱エネルギーによってワイヤ２０
の先端が溶融されキャピラリ２０の先端にボールが形成
される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６は固定
式のトーチロッドを採用したボンディング装置の要部を
示しており、図６に用いられている各部の符号はそれぞ
れ図５及び図６において説明したものと同一の符号を用
いており、したがって詳細な説明は省略する。

【００１１】図６に示すように、固定式のトーチロッド
１６を採用したボンディング装置においては、ボンディ
ンク作用に支障が生じないようにトーチロッド１６の先
端は、ボンディングツールとしてのキャピラリ２０の軸
心２０ａから外れた位置に離間配置されている。

【００１２】前記ボンディング装置においては、一般に
キャピラリ２０先端のワイヤ２１とトーチロッド１６と
の間の至近距離をもって放電路Ａが形成される。したが
って放電によってキャピラリ先端に形成されるボール２
１ａは、図６に示すように、キャピラリ２０の軸心２０
ａから外れてトーチロッド１６の方向に偏位した状態で
形成される。

【００１３】このようにボンディンクツールの軸心から
外れて偏倚した状態のボール２１ａを用いてボンディン
グを行った場合には、半導体チップのパッド（電極）に
対するボンディングが正常に成し得ず、圧着形状が悪く
なり半導体デバイスに不良を発生させるという問題点を
有している。

【００１４】そこで、なるべくボール２１ａがボンディ
ングツールの軸心２０ａ中央の正常な位置に形成される
ようにするために、ボンディングツール先端のワイヤ２
１とトーチロッド１６との距離を離して放電させること
なども考えられるが、この場合にはスパーク距離が大と
なるために放電が不安定となりやすく、やはり正常なボ
ールを形成させることが困難になる恐れがある。

【００１５】本発明は前記した従来のものの問題点に鑑
みて成されたものであり、ボールが形成される際のワイ
ヤとトーチロッドとの間の放電路の位置を制御し、ボン
ディングツールの軸心に略一致した正常な位置でボール
が形成されるようにしたワイヤボンディング装置におけ
るボール形成方法及びボール形成装置を提供することを
目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るボール形成
方法は、ボンディングツールより送出されたワイヤとト
ーチロッドとの間に高電圧を加えて放電を起こし、放電
エネルギーによってワイヤ先端にボールを形成させるに
際し、前記ワイヤとトーチロッドとの間の放電路に所定
の磁束を供給するようにしたものである。また本発明に
係るボール形成装置は、被ボンディング部品に対してワ
イヤをボンディングするためのボンディングツールと、
前記ボンディングツールより送出されたワイヤと離間配
置されたトーチロッドと、前記ワイヤとトーチロッドと
の間に高電圧を印加させて放電を起こさせるための電源
回路と、前記ワイヤとトーチロッドとの間における放電
路中に磁束を供給するための磁束発生手段とを具備し、
前記磁束発生手段からの磁束により、前記ワイヤ先端部
に生ずる放電路がボンディングツールの軸心と略一致す
る方向に制御されるように構成したものである。そし
て、本発明に係るボール形成装置は、前記磁束発生手段
として例えば永久磁石が用いられ、この場合前記永久磁
石は、放電路に対して相対的に移動可能に保持されるよ
うに構成される。また本発明に係るボール形成装置は、
前記磁束発生手段として電磁石を用い、当該電磁石にお
ける電磁変換コイルには、電流量が制御可能な電流制御
回路が接続される。前記したボール形成方法及びボール
形成装置においては、ワイヤとトーチロッドとの間に形
成される放電路に対して磁束を供給するための磁束発生
手段が具備され、この磁束発生手段より発生する磁束が
前記放電路を横切るように作用する。よってワイヤとト
ーチロッドとの間に形成される放電路は、フレミングの
左手の法則にしたがって磁束と直角方向に偏位され、結
果としてボンディングツールの軸心にほぼ一致した放電
路が形成され、ボンディングツールの軸心に一致した正
常な位置にボールが形成されるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、被ボンディング部品に
対してワイヤをボンディングするためのボンディングツ
ールと、前記ボンディングツールより送出されたワイヤ
と対向して配置されたトーチロッドと、前記ワイヤとト
ーチロッドとの間に高電圧を印加させて放電を起こさせ
るための電源回路と、前記ワイヤとトーチロッドとの間
における放電路中に磁束を供給するための磁束発生手段
とを具備し、前記磁束発生手段からの磁束により、前記
ワイヤ先端部に生ずる放電路がボンディングツールの軸
心と略一致する方向に制御されるように構成したもので
ある。このようにすることによって、ワイヤとトーチロ
ッドとの間に形成される放電路は、フレミングの左手の
法則にしたがって磁束と直角方向に偏位され、結果とし
てボンディングツールの軸心にほぼ一致した放電路が形
成され、ボンディングツールの軸心に一致した正常な位
置にボールが形成されるようになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図１はボンディングツールとしてのキャ
ピラリより送出されたワイヤと、固定のトーチロッドと
の間に形成される放電路に対して、この放電路を横切る
ように磁束を与えるようにした本発明の原理を一部破断
状態で示したものである。なお図１において、すでに説
明した各部の構成は同一符号を使用しており、したがっ
てその説明は省略する。

【００１９】図１に示すようにボンディングツールとし
てのキャピラリ２０の中央に設けられた導孔２０ｂに
は、ワイヤ２１が挿通されており、このワイヤ２１の先
端と固定トーチロッド１６との間には前記図５で示した
放電用の電源回路が接続されている。この電源回路によ
ってワイヤ２１側には正極電源（＋）が与えられ、トー
チロッド１６側には負極電源（−）が与えられ、両者間
に放電路Ａが形成される。

【００２０】一方、ワイヤ２１とトーチロッド１６との
間に形成される放電路Ａに対して、この放電路を横切る
ように一対の永久磁石（マグネット）１ａ，１ｂが配置
されている。対向する一対のマグネット１ａの一方はＮ
極に、また他方のマグネット１ｂはＳ極に成されてお
り、したがって両者のマグネット１ａ，１ｂ間において
は、周知のとおりＮ極のマグネット１ａよりＳ極のマグ
ネット１ｂに向かって磁束Ｆが形成される。

【００２１】前記ワイヤ２１とトーチロッド１６との間
に形成される放電路Ａは電気的な導体と見なすことがで
き、したがってこの導体を横切るように磁束Ｆが与えら
れる結果、フレミングの左手の法則にしたがって導体と
しての放電路Ａは磁束Ｆの方向に対して直角方向に偏位
する力が与えられる。

【００２２】この結果、放電路Ａは図１に破線で示すよ
うなワイヤ２１とトーチロッド１６との至近距離を経由
せずに、図１に示すようにキャピラリ２０の軸心２０ａ
に略一致（一致する場合も含まれる）した経路をたどる
ようになる。この結果、ワイヤ２１の先端に溶融によっ
て生ずるボール２１ａは図１に示すようにキャピラリ２
０の軸心２０ａに一致した正常な状態に形成されるよう
になる。

【００２３】図２は、放電路Ａに対して磁束を与えるた
めの前記マグネット１ａ，１ｂの保持機構の一例を示し
たものである。このマグネット１ａ，１ｂは例えば円柱
状のものが用いられており、この円柱状の各マグネット
１ａ，１ｂの側壁は円環状の保持体２ａ，２ｂによって
それぞれ保持される。すなわち前記円環状の保持体２
ａ，２ｂは、その脚部３ａ，３ｂがそれぞれボンディン
グアーム等が取り付けられるベースに取り付けられてお
り、また保持体２ａ，２ｂの頂部には係止ねじ４ａ，４
ｂがそれぞれ螺合されている。

【００２４】したがって、円柱状マグネット１ａ，１ｂ
は係止ねじ４ａ，４ｂを緩めることで、軸方向に移動可
能に成され、放電路Ａに対して与える磁束の量を調整す
ることができる。そして互いのマグネット１ａ，１ｂの
対向位置を設定した後に係止ねじ４ａ，４ｂを締め付け
ることにより、マグネット１ａ，１ｂの位置は固定され
る。この時フレミングの左手の法則に基づいて放電路Ａ
が受ける偏位力は磁束の量に従うことになり、よって図
２に示す保持機構によりマグネットの位置を調整設定す
るで、最適な放電路Ａを形成させることができる。この
結果、図１及び図２に示すように、ボンディングツール
２０の軸心に一致した正常な位置にボール２１ａを形成
させることが可能となる。

【００２５】なお、図１及び図２に示した例は、一対の
マグネット１ａ，１ｂを用意した場合を示したが、磁束
の形成効率は低下するものの、一方のマグネットのみを
用いるようにしても同一の作用を得ることができる。

【００２６】次に、図３は放電路に磁束を与える手段と
して、マグネットに代えて電磁石を用いた例を示してい
る。図３は上面から見た状態を示しており、電磁石５は
コ字状の磁気コア６の中央部に電磁変換コイル７が巻回
されており、このコイル７には励磁電源回路８より、電
流制御回路９を介して適正な励磁電流が与えられるよう
に構成されている。

【００２７】これにより周知の通り、磁気コア６の一方
にＮ極が、他方にＳ極が形成され、Ｎ極よりＳ極に向か
って磁束Ｆが発生する。この磁束Ｆにより、前記したと
おり、放電路Ａの位置を制御させることができる。そし
て前記電流制御回路９を調整してコイル７に流す励磁電
流を変化させることにより磁束の量を可変させることが
でき、磁束の量を可変させることでボンディングツール
２０の軸心に略一致した最適な放電路Ａを形成させるこ
とができる。

【００２８】なお、以上の電磁石を用いた例において
も、都合によってはコ字状のコアを使用せず、棒状のコ
アを用いて一方のみから放電路に対して磁束を与えるよ
うに構成させることもできる。

【００２９】また、本発明の目的の範囲内で適宜可変し
て用いることができることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るワイヤボンディング装置におけるボール形成方法及
びボール形成装置によると、ワイヤと固定トーチロッド
との間に形成される放電路に対して磁束を供給するため
のマグネットまたは電磁石等の磁束発生手段が具備さ
れ、この磁束発生手段より発生する磁束が前記放電路を
横切るように構成される。よってワイヤとトーチロッド
との間に形成される放電路は、フレミングの左手の法則
にしたがって磁束と直角方向に偏位され、結果としてボ
ンディングツールの軸心にほぼ一致した放電路が形成さ
れ、ボンディングツールの軸心に一致した正常な位置に
ボールが形成されるようになる。このために正常なボン
ディング作用が保証できるようになり、ボールの偏位状
態が原因で圧着形状が悪くなり半導体デバイスの不良を
発生させるという問題の発生を防止することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るボール形成装置の原理を
一部破断状態で示した斜視図である。

【図２】図２は、図１の装置に使用されるマグネットの
保持機構の一例を示した断面図である。

【図３】図３は、図１の装置に使用される電磁石の配置
状態を示したものである。

【図４】図４は、ボンディングの工程を示す工程図であ
る。

【図５】図５は、ワイヤ先端とトーチロッドとの間に放
電電流を加えるための回路構成を示したブロック図であ
る。

【図６】図６は、従来のボンディング装置においてワイ
ヤ先端にボールが形成される様子を示した図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ マグネット（磁束発生手段） ２ａ，２ｂ 保持体 ４ａ，４ｂ 係止ねじ ５ 電磁石（磁束発生手段） ６ 磁気コア ７ 電磁変換コイル ８ 励磁電源回路 ９ 電流制御回路 １１ 直流電源回路 １２ 定電流回路 １３ スイッチ回路 １４ タイマ回路 １５ 安定器 １６ トーチロッド ２０ キャピラリ（ボンディングツール） ２０ａ 軸心 ２０ｂ 導孔 ２１ ワイヤ ２１ａ ボール ２４ クランパ Ａ 放電路 Ｆ 磁束

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボンディングツールより送出されたワイ
   ヤとトーチロッドとの間に高電圧を加えて放電を起こ
   し、放電エネルギーによってワイヤ先端にボールを形成
   させるに際し、前記ワイヤとトーチロッドとの間の放電
   路に所定の磁束を供給するようにしたことを特徴とする
   ワイヤボンディング装置におけるボール形成方法。
2. 【請求項２】 被ボンディング部品に対してワイヤをボ
   ンディングするためのボンディングツールと、前記ボン
   ディングツールより送出されたワイヤと離間配置された
   トーチロッドと、前記ワイヤとトーチロッドとの間に高
   電圧を印加させて放電を起こさせるための電源回路と、
   前記ワイヤとトーチロッドとの間における放電路中に磁
   束を供給するための磁束発生手段とを具備し、前記磁束
   発生手段からの磁束により前記ワイヤ先端部に生ずる放
   電路が、ボンディングツールの軸心と略一致する方向に
   制御されるように構成したことを特徴とするワイヤボン
   ディング装置におけるボール形成装置。
3. 【請求項３】 前記磁束発生手段は、永久磁石であるこ
   とを特徴とする請求項２記載のワイヤボンディング装置
   におけるボール形成装置。
4. 【請求項４】 前記永久磁石は、放電路に対して相対的
   に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項３
   記載のワイヤボンディング装置におけるボール形成装
   置。
5. 【請求項５】 前記磁束発生手段は、電磁石であること
   を特徴とする請求項２記載のワイヤボンディング装置に
   おけるボール形成装置。
6. 【請求項６】 前記電磁石における電磁変換コイルに
   は、電流量が制御可能な電流制御回路が接続されている
   ことを特徴とする請求項５記載のワイヤボンディング装
   置におけるボール形成装置。