JPS61177732A - 製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は製造装置に関し、特にペレットボンダやワイヤ
ボンダに適用して好適な半導体製造装置に関するもので
ある。

〔背景技術〕

半導体装置の製造工程、特にパッケージング工程では、
完成された素子ペレットをパッケージベースに固着する
ペレットボンディング工程や固着されたペレットと前記
ベースの外部導出リード間にワイヤを接続するワイヤボ
ンディング工程があり、それぞれペレットボンダやワイ
ヤボンダが用いられている。なお、ワイヤボンディング
技術を詳しく述べである例としては、工業調査会発行「
電子材料Ｊ　１９８１年１１月号別冊、昭和５６年１１
月１０日発行、Ｐ、１５６〜１６２がある。ペレットボ
ンダやワイヤボンダはいずれも作動アームをベースやペ
レット等のワークに対して移動させることにより所要の
工程を行うように構成しており、たとえばワイヤボンダ
では平面ＸＹ方向に可動なテーブル上に構成したボンデ
ィングヘッド上にボンディングアームを上下揺動可能に
支持すると共にこのアームの先端にワイヤを接続するボ
ンディングツールを固着しており、ボンディングアーム
をカム機構を用いて駆動して先端のボンディングツール
をペレットに対して上下させることによりワイヤの接続
を行い得るようになっている。

ところで、このワイヤボンダにおいて、ボンディングさ
れたワイヤの良否や信鯨性はボンディングツールの時間
に対する上下移動量特性（以下、Ｔ−Ｚ特性と称する）
に左右されるため、これを適正に制御する必要がある。

このため、ボン、ディングアームの上下動を直接制御す
るカム機構のカムの形状やその回転角およびこれに追従
するアームの実際の上下動等を細かく検査して調整を行
っている。しかしながら、近年半導体装置の多品種化が
進み種々の規格の半導体装置の製造に対してワイヤボン
ディングを行う要求が増えてくると、前述したボンディ
ングアームのＴ−Ｚ特性は各品種によって異なるために
このＴ−Ｚ特性をそれぞれの半導体装置に応じて変更さ
せる必要がある。

このためこれまでのようにボンディングアームをカム機
構によって動作させる構造では半導体装置の品種の交換
毎にカム機構のカム等を取り換えねばならず、しかもそ
の度毎に前述の調整を行う必要があり、作業が極めて煩
雑なものになる。

このようなことから、最近ではボンディングアームをサ
ーボ制御のような方式によって上下させるＤＢＨ方式（
ディジタルボンディングヘッド）のワイヤボンダが提案
されている。この方式では各品種に対応する変位、速度
、加速度等の動作条件をデータとして制御部に与えてお
けば、品種が異なる場合にもサーボ機構を制御して各品
種に好適なボンディングアームのＴ−Ｚ特性を容易に得
ることができる。しかしながら、このＤＢＨ方式ではボ
ンディングアームの実際の上下動作、つまりＴ−Ｚ特性
を認識することができないため、ボンディング不良等の
問題が生じたときに、これまではカム機構を検査すれば
判明したものが、その原因を追求することが困難になり
、したがってＴ−Ｚ特性をどのように調整すればよいか
等を正確に認識することができず、あくまで推測に鯨る
しがなく、正しい調整を行うことは極めて困難である。

このため従来のこの種のワイヤボンダでは、その定めら
れた条件の範囲内でしか使用されておらず、ワイヤボン
ダとしての汎用性が低くその利用価値を充分に発揮する
ことができないという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、特にＤＢＨ方式のベレットボンダ、ワ
イヤボンダ等の製造装置において、作動アーム、クラン
パ、ＸＹテーブルなどの被駆動体の実際の動作特性を認
識でき、これにより多品種のそれぞれに好適な条件での
動作を行わせて品質の向上および偉観性の高い半導体装
置などの製品を製造することのできる製造装置を提供す
ることにある。

また本発明の他の目的は、不良が生じたときにも容易に
その原因を追求してこれに対処することのできる製造装
置を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、製造作業の高速化を図りか
つ埃等の発生を防止することにより、半導体装置などの
信頬性の向上を図った製造装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

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
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。すなわち、
被駆動体の動作条件を種々変化させ得ることができる駆
動部により駆動される被駆動体の動作状態を検出する検
出部と、この検出部からの信号を時間距離などの座標軸
に対する被駆動体の動作状態量（移動変位量、移動速度
、移動加速度など）として算出する制御部と、この制御
部から出力される時間距離などの座標軸−動作状態量信
号を表示する表示部とを備えることにより、被駆動体の
所定の座標軸（Ｃ）に対する動作状態量（Ｚ）特性、（
以下Ｔ−Ｚ特性と称する）を視覚的に表示してこれを認
識することができ、これからＣ−Ｚ特性の検討を行って
その適否を判定しかつこれに対処した条件の変更、設定
を行うことにより各品種に最適な製造条件を設定するこ
とができる。

また、表示された特性に対して、その半導体装置などの
製品にたいして基準となる好適な特性を重ねて表示し得
るよう構成することにより、特性の適否を直　゛ちに判
定することができ、条件設定を極めて容易に行うことが
できる。

前記被駆動体はベレットボンダ、ワイヤボンダのボンデ
ィングアームであり、上下に揺動されるアームの先端に
はコレットやキャピラリ、ウェッジ、竺のボンディング
ツール（ワイヤ接続具）を設げ、さらに前記検出部には
被駆動体に関係して設けてその移動量を検出するロータ
リエンコーダを採用し、表示部にはデータレコーダやメ
モリシンクロを用いることができる。

さらに、ボンディングアーム等の被駆動体を駆動する駆
動部を非接触構造とすることにより、ボンディングアー
ム等の被駆動体の作動の高速化を可能としかつ埃等の発
生を防止でき製造装置の動作の高速化と製造された半導
体装置等の製品の信鎖性の向上を達成できる。

〔実施例１〕 第１図ないし第５図は本発明をワイヤボンダに適用した
実施例を示し、図において、ｌはワイヤボンダ本体、２
は制御系を示す、前記ワイヤボンダ本体ｌは、第２図な
いし第４図に示すように、平面ＸＹ方向に移動可能なＸ
Ｙテーブル３上にボンディングヘッド４を搭載し、この
上にボンディングアーム５を上下揺動可能に支持してい
る。すなわち、ボンディングアーム５は、その略中央部
をボンディングヘッド４上の支持片６において支軸７に
よって上下揺動可能に枢支され、その先端動部としての
アクチュエータ９を配設している。

前記キャピラリ８には上方に設けたスプール１０に巻回
された金線等のワイヤ１１が挿通される。

また、ボンディングアーム５の上側には支軸１２によっ
て水平方向に回動される一対のクランパアーム１３．１
４を支持し、一方のアーム１３の基部に取着したソレノ
イド１５への通電制御と、両アーム間に掛設したスプリ
ング１６の作用にょうて各アーム先端１３Ａ、１４Ａに
おいて前記ワイヤ１１をクランプできる。

前記アクチュエータ９は、ボイスコイルモータと類僚の
構成としており、前記ボンディングヘッド４の支柱１７
の上端に固着され、断面路Ｅ字状をしたマグネット１８
を一体に有するヨーク１９と、前記ボンディングアーム
５に固着されかつ周囲にコイル２０が巻回されて前記ヨ
ーク１９の溝内に侵入される可動片２１とを備え、コイ
ル２０への通電量に応じてリニヤモータの原理によって
）可動片２１の・−り１９に対する位置が変化され、こ
れに伴ってボンディングアーム５は上下に揺動される。

なお、前記キャピラリ８の下方位置にはボンディングス
テージ２２が配設され、ここにはワークとしての半導体
構体２３、すなわちリードフレーム２４上に半導体素子
ペレット２５を固着したものがセットされる。さらに、
その上方には監視用のＴＶカメラ２６が配設される。

一方、前記ボンディングアーム５の支軸７にはボンディ
ングアーム５の揺動角を検出する検出部としてのロータ
リエンコーダ２７を取着している。

そしてこのロークリエンコーダ２７には前記制御系２を
接続している。この制御系２はＤ／Ａコンバータ２８、
アンプ２９、タイマ３０、演算回路３１を有する制御部
３２を有し、前記ロータリエンコーダ２７の出力に基づ
いてキャピラリ８における時間、距離、ｘｙｚ座標など
の所定の座標軸−２特性を算出する。そして、この信号
はシンクロ等の表示部３３に出力され、ここでＣ−Ｚ特
性をグラフにして表示する。また、制御系２内には基準
特性発生部３４を設けており、この基準特性発生部３４
には各種の半導体装置のワイヤボンディングおける最も
好適なＣ−Ｚ特性が予め入力されており、必要に応じて
前記表示部３３に出力できる。なお、前記制御部３２に
は前記アクチュエータ９やクランパアーム１３．１４の
ソレノイド１５に接続し、アクチュエータ９、ロータリ
エンコーダ２７とで閉回路を形成し、フィードバック制
御系を構成している。図中、３５はボンディングアーム
５を一方に付勢するスプリングである。

また、ワイヤ１１に金ボールを形成するためのトーチに
ついては図示を省略している。

以上の構成によれば、ＸＹテーブル３の水平ＸＹ動によ
り半導体構体２３に対するキャピラリ８の水平位置が設
定されかつアクチュエータ９への通電によりボンディン
グアーム５が上下移動されて所要のＣ−２特性で動作さ
れ、いわゆるＤＢＨ方式のワイヤボンディングを行うこ
とになる。すなわち、アクチュエータ９のコイル２０へ
の通電量によってボンディングアーム５は揺動され、支
軸７に対するレバー比によってキャピラリ８は上下に変
位される。また、これと同期的にソレノイド１５への通
電を制御すれば、クランパアーム１３．１４がワイヤ１
１をクランプし、所要のワイヤボンディング工程を完成
させる。

そして、このワイヤボンディング作動の間におけるボン
ディングアーム５の上下揺動量（角）はロータリエンコ
ーダ２７により検出され、この検出信号はＤ／Ａコンバ
ータ２８、アンプ２９、演算回路３１によりキャピラリ
８における変位として認識される。この認識に基づいて
、制御部３２では前記アクチュエータ９への通電量をフ
ィードバック制御し、可及的に好ましいワイヤボンディ
ングが行われるようにする。一方このときのキャピラリ
８の変位信号はタイマ３０の時間信号と合成されてＣ−
Ｚ特性信号とされ、表示部３３にお、いて第５図のよう
なＣ−Ｚ特性のグラフ（チャート）として表示される。

またこれは図外のレコーダ等により記録される。またこ
のとき、必要におうじて基準特性発生部３４の信号によ
り該当する半導体装置の最も好ましいＣ−Ｚ特性を重ね
て（たとえば、表示色を異ならせるなどして）表示させ
ておく。

したがって、このようにして行われたワイヤボンディン
グによれば、キャピラリ８の上下動作状態をあたかもカ
ム式ワイヤボンダにおけるカムチャートと同様にＣ−Ｚ
特性を利用して確認することができる。これにより、仮
にワイヤボンディングに不具合が発生したときにはこの
Ｃ−Ｚ特性を検討すれば、その原因を容易に見出すこと
ができ、また種類の異なる半導体装置のそれぞれに好適
なＣ−Ｚ特性の設定も容易に行うことができる。したが
って、ワイヤボンディングの好適化を図り、半導体装置
の品質の向上を達成できる。このとき、前述した基準特
性と実際の特性とを表示部３３において直接比較すれば
特性の検討を一層容易にかつ迅速に行うことができる。

なお、本例ではアクチュエータ９における固定側のヨー
ク１９と可動側の可動片２１は非接触状態を保っている
ためボンディングアーム５の動作抵抗を少なくして高速
化を図ることができると共に摩耗部分がなくて摩耗粉等
の異物の発生もなくワイヤボンディングの信幀性の向上
を図ることができる。

本発明は、被駆動体の動作条件を種々変化させ得ること
ができる駆動部と、前記駆動部により駆動される被駆動
体と、被駆動体の動作状態を検出する検出部と、この検
出部からの信号を時間距離、ＸＹＺ座標などの所定の座
標軸に対する前記被駆動体の動作状態量として算出する
制御部と、この制御部から出力される所定の座標軸−動
作状態量信号を表示する表示部とを備えた製造装置であ
って、動作状態量としては、被駆動体の移動変位量また
は移動速度もしくは移動加速度などを採用することがで
きるものである。

一方、被駆動体としては、ワイヤボンディング装置にお
けるボンディングアームはもちろんのこと、クランパ、
ＸＹテーブル、放電トーチ、超音波発振などがある。な
おまた、被駆動体としては、ペレットボンディング装置
におけるボンディングアーム、スクラブ、ＸＹテーブル
などがある。

上述したように、本発明は、動作条件をさまざまに変え
られる駆動部により駆動される被駆動体の移動変位量、
移動速度、移動加速度などの動作状態量を各動作条件毎
にモニタなどに表示させ視覚的にとらえることができる
。そのため製造装置の最適条件、不具合点などの発見、
検索を容易かつ敏速に行うことができる。

〔実施例２〕 第６図は本発明の変形例を示し、検出部の構成を相違し
たものである。図中、前例と同一部分には同一符号を付
して説明は省略する。また、制御系については図示を省
略している。

本例ではボンディングアーム５の揺動角を検出するため
の検出部に差動トランス４０を使用している。即ち、コ
イル４１を巻回したヨーク４２をボンディングヘッド４
側に固定すると共に、ボンディングアーム５には可動片
４３を支持腕４４によって突設支持し、ボンディングア
ーム５の揺動に伴って可動片４３をヨーク４２内で移動
し得るよう構成している。

この構成によれば、前例と同様にＤＢＨ方式のボンディ
ングアーム５の揺動によるワイヤボンディングに伴って
可動片４３がヨーク４２内で移動されるため、その移動
量に応じてコイル４１を通流される電流が変化され、こ
の電流値からボンディングアーム５の揺動角を検出でき
、以下前例と同様にＣ−Ｚ特性を利用した好適なワイヤ
ボンディングを実現することができる。さらに、本例で
はヨーク９のみならず検出部としての差動トランス４０
においても非接触状態が得られるため、埃の発生防止に
よる信顛性の向上と共にボンディングアーム５の動作の
高速化をさらに向上できる。

〔実施例３〕 第７図はさらに他の実施例を示すもので、前例同様に制
御系の図示を省略しかつ同一部分には同一の符号を付し
ている。

本例では、ボンディングアーム５Ａの基端をボンディン
グヘッド４上に垂直軸支したねじ５０に螺合させ、この
ねじ５０を歯車５１．５２を介してモータ５３で軸転さ
せることによりボンディングアーム５Ａの一部とボンデ
ィングヘッド４との間に公知のポテンシオメータ５４を
構成してボンディングアーム５への上下動位置を検出す
るようにしたものである。

本例によれば、モータ５３によりねじ５０を正逆転させ
てボンディングアーム５Ａを上下動させ、いわゆるＤＢ
Ｈ方式によるワイヤボンディングを行いかつこの上下移
動量をポテンシオメータ５４で検出することにより、前
述のＣ−Ｚ特性を得ることができ、前例と同様なワイヤ
ボンディング効果を得ることができる。この場合、検出
部はモータ５３やねじ５０にロータリエンコーダを付設
する構成としてもよい。

〔効果〕

（１）作動アームなどの被駆動体の動作状態を検出する
検出部と、この検出信号から時間きより、ＸＹＺ座標な
どの座標軸に対する動作状態量特性を算出する制御部と
、この特性を表示する表示部とを備えているので、作動
アームなどの被駆動体の実際の動作状態量特性を容易に
認識でき、これからアームなどの被駆動体の動作の適否
を判断することができる。それゆえ、ＤＢＨ方式の半導
体製造装置にあっても、各品種に対する条件の設定と不
具合発生に対する条件変更等の対策を容易かつ的確に行
うことができ、これにより半導体製造装置の品質の向上
を達成できる。

（２）表示部において基準特性を表示し得る基準特性発
生部を備えているので、実際のアームなどの被駆動体の
特性の適否を容易かつ一目で判断できかつこれに対する
前述の対策をさらに容易なものにできる。

（３）検出部はロータリエンコーダにより作動アームの
上下揺動量を検出するので、ＤＢＨ方式はもとよりカム
式のアーム駆動部を有する半導体製造装置にあっても同
様に適用できる。

（４）駆動部にＤＢＨ方式でかつ非接触型構造を用いて
いるので、アームなどの被駆動体の動作を軽快にしてそ
の高速化を図り、かつ接触摩耗粉等の埃の発生もない。

（５）ワイヤボンダに適用することにより各半導体装置
におけるペレットの厚さやパッケージベースの厚さ等の
相違によってもそれぞれ良好なワイヤボンディングをお
こなうことができ、かつ不具合が生じたときでも直ちに
その原因を解明することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
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。たとえば、駆動部には
りニアモータやその他の構造を採用することができ、場
合によってはＤＢＨ方式にかかわらずカム式の駆動部で
あってもよい。また、検出部は微小変位を検出するもの
や微小角度を検出するものであれば種々の構成のものが
採用できる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置のワイヤ
ボンダに適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、たとえばペレットボンダにも適用
でき、その他往復ストローク作動する作動アームを有す
る半導体製造装置などの全ての製造装置に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のワイヤボンダの全体構成図
、 第２図はその本体部の構成を示す斜視図、第３図はその
側面図、 第４図はその平面図、 第５図は表示部に表示されるＣ−Ｚ特性図、第６図は変
形例の側面図、 第７図は他の実施例の側面図である。 １・・・ワイヤボンダ本体、２・・・制御系、３・・・
ＸＹテーブル、４・・・ボンディングヘッド、’５．５
Ａ・・・ボンディングアーム、８・・・キャピラリ、９
・・・アクチュエータ、１１・・・ワイヤ、１９・・・
ヨーク、２１・・・可動片、２２・・・ボンディングス
テージ、２３・・・半導体構体、２７・・・ロータリエ
ンコーダ（検出部）、３０・・・タイマ、３１・・・演
算回路、３２・・・制御部、３３・・・表示部、３４・
・・基準特性発生部、４０・・・差動トランス、４１・
・・コイル、４２・・・ヨーク、４３・・・可動片、５
０・・・ねじ、５１．５２・・・歯車、５３・・・モー
タ、５４・・・ポテンシオメータ。 第　　１　　図 第　　３　　図 σ 第　　４　　図 第　　５　　図 第　　６　　図 第　　７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被駆動体の動作条件を種々変化させ得ることができ
   る駆動部と、前記駆動部により駆動される被駆動体と、
   被駆動体の動作状態を検出する検出部と、この検出部か
   らの信号を所定の座標軸に対する前記被駆動体の動作状
   態量として算出する制御部と、この制御部から出力され
   る所定の座標軸に対する動作状態信号を表示する表示部
   とを備えることを特徴とする製造装置。 ２、動作状態量は、被駆動体の移動変位量または移動速
   度もしくは移動加速度である特許請求の範囲第１項記載
   の製造装置。 ３、被駆動体は、ワイヤボンディング装置の上下に揺動
   できるボンディングアームであり、検出部はこの上下揺
   動の回動角を検出するロータリエンコーダである特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の製造装置。 ４、駆動部は、リニアモータ等のサーボ方式でかつ非接
   触型の駆動構造である特許請求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかに記載の製造装置。 ５、検出部、制御部および駆動部で閉回路を構成し、検
   出信号に基づいて駆動部を制御するサーボ制御構成とし
   てなる特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の製造装置。 ６、被駆動体は、ワイヤボンディング装置の上下に揺動
   できるボンディングアームであり、このアームの先端に
   ワイヤ接続工具を取着したボンディングアームの支持部
   に検出部としてロータリエンコーダを付設し、基端に駆
   動部としてボイスコイルモータ構造のアクチュエータを
   付設してなる特許請求の範囲第１項ないし第５項のいず
   れかに記載の製造装置。 ７、被駆動体は、ワイヤボンディング装置におけるクラ
   ンパまたはＸＹテーブルもしくは放電トーチである特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の製造装置。 ８、被駆動体は、ペレットボンデング装置におけるボン
   ディングアームまたはＸＹテーブルである特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の製造装置。 ９、被駆動体の動作条件を種々変化させ得ることができ
   る駆動部と、前記駆動部により駆動される被駆動体と、
   被駆動体の動作状態を検出する検出部と、この検出部か
   らの信号を所定の座標軸に対する前記被駆動体の動作状
   態量として算出する制御部と、この制御部から出力され
   る所定の座標軸−動作状態信号を表示する表示部と、こ
   の表示部に表示される実際のある座標軸−動作状態量特
   性に重ねて好適な特性を表示させる基準特性発生部を備
   えることを特徴とする製造装置。 １０、動作状態量は、被駆動体の移動変位量または移動
   速度もしくは移動加速度である特許請求の範囲第９項記
   載の製造装置。