JPS63194343A - ワイヤボンディング装置の制御方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置の制御方法

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JPS63194343A
JPS63194343A JP62027659A JP2765987A JPS63194343A JP S63194343 A JPS63194343 A JP S63194343A JP 62027659 A JP62027659 A JP 62027659A JP 2765987 A JP2765987 A JP 2765987A JP S63194343 A JPS63194343 A JP S63194343A
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wire
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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】 【発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の組立ての際に、接合部に加圧力を
印加させつつ互いに接触させ、しかる後、接合部に超音
波を印加させてワイヤを配線接続電極等に接合させるワ
イヤボンディング装置の制御方法に関する。
（従来の、技術） 従来の上記ワイヤボンディング装置の制御方法を第３図
を参照して、第４図に基づいて説明する。
即ち、Ｘ方向駆動モータ１とＹ方向駆動モータ２により
制御されるＸ−Ｙテーブル３の上面にはボンディングヘ
ッドユニット４が搭載されている。
そして、このボンディングヘッドユニット４には、超音
波トランスジューサ５が取付けられ、この先端にはボン
ディングワイヤ６を通したボンディング工具７が設けら
れている。このトランスジューサ５は、枢軸８を回転中
心として揺動する副揺動アーム９に取付けられ、ボイス
コイルモータ１０とロックビン１１により、揺動アーム
１２に連動して揺動するよう構成され、この揺動アーム
１２の後端は、これに揺動を与えるためのアーム駆動モ
ータ１３に偏心軸１４を介して連結されている揺動アー
ム１２は、第４図で示すタイムチャートの線図Ｓで示す
ように、１本のワイヤをボンディングする度に２回の上
下動（揺動）を繰返し、ボイスコイルモータ１０の推力
（コイルスプリングの張力を併用する場合もある）は、
同図の線図Ｆで示すように、大小切換操作が電気的に行
われる。この推力Ｆは、ボンディング工具７をワークと
しての半導体チップ１５の接合面に押付ける加圧力とし
て働くとともに、副揺動アーム９を揺動アーム１２につ
らなるロックビン１１に押付け、同図に示す高速上下動
時Ｔｌ、Ｔ７及び”１３において、揺動アーム１２の高
速動作に副揺動アーム９、同時にトランスジューサ７が
安定して追従するよう構成されている。この高速上下動
時Ｔ１゜Ｔ７及び”１３では、動作の加速度に応じた一
定の大加圧力が、第１ボンディング時Ｔ２〜Ｔ６では、
第１のボンディングの条件により、これ最適な接合に用
いる一定の加圧力が、第２のボンディング時Ｔ８〜Ｔ１
２では、第２のボンディングの条件により、これに最適
な接合に用いる一定の加圧力が夫々作用するようなされ
ていた。
なお、Ｔ２．Ｔ８はボンディング時に加わる衝撃を緩和
するためのソフトアプローチ時で、線図りはボンディン
グ工具６が接合面に到達したことを検知するセンサの信
号、同じくＵは超音波の出力波形である。
（発明が解決しようとする問題点） 超音波を使用したワイヤボンディングにおける最適な接
合条件は、接合部の構成等により異なり、その接合条件
のなかの接合部に印加する加圧力も異なる。
例えば、Ｃｕワイヤ等の硬い接合部の場合、あるいは太
いワイヤによる大きな接合部の場合には、１００〜２０
０ｇの加圧力を必要とすることもあり、逆に高い密度で
配線を施すために接合部の大きさを小さくする場合には
、接合に最適な超音波エネルギーを印加するとともに、
接合部に印加する加圧力を小さくする必要がある。
更に、接合部に超音波を印加する際の、加圧力により平
面状に潰された初頭の接合部の面積についても、接合部
に印加される加圧力、熱及び超音波等による接合エネル
ギーが、単位面積当りの接合に供されるエネルギーと考
えた時に、この接合条件として見合った最適な面積を必
要とする。同じエネルギーを供給したと仮定すると、初
頭の面積が極少の場合には素子側にダメージが、面積が
過大の場合には接合強度不足等の問題が夫々生じ、接合
強度を上げるために加圧力を大きくすると、過大なボー
ル漬れ又はワイヤ漬れとなり、近接する配線等とショー
トするおそれが生じる。
上記従来のワイヤボンディング装置においては、ボンデ
ィング工具７が接合面に到達する以前のソフトアプロー
チから、接合後のボンディング工具６がある程度上昇す
るまでの間Ｔ２〜Ｔ６においては、超音波を印加して接
合するための加圧力、即ち推力Ｆは一定に固定されてお
り、初頭の接合部面積をこの推力Ｆによってコントロー
ルすることができなかった。
更に、ボンディング工具７の上下動作において、加圧力
の大きな高速上下動時ＴＩ　’　”７　’　”１３及び
接合するための加圧力が限度以上に大きい場合には、ボ
ンディング工具７は安定して動作して震動等は発生しな
いが、低い加圧力で接合しようとするとソフトアプロー
チ時Ｔ２．Ｔ８及び上昇開始時点で、駆動側に追従でき
なくなって上下振動が発生してしまう。従って、必要に
せまられて低い加圧力で接合する場合には、全体の動作
スピードを落としてボンディングせざるを得ないことと
なる。
また、高い加圧力で接合する場合には、大きな衝撃をワ
ーク（半導体チップ）１５に加えることとなり、これに
ダメージが残ってしまうことがあるばかりでなく、必要
以上にワイヤ又はボールを潰してしまい、超音波を印加
する際の面積が過大となるおそれがあるといった問題点
があった。
本発明は上記に鑑み、接合に最適な加圧力により、超音
波又は超音波と熱併用で接合する時の超音波スタート時
の接触面積を任意に設定することができ、低加圧力によ
り接合する時のボンディング工具（トランスジューサ）
の上下動を駆動源に追従させて安定して動作させるとと
もに、高加圧力により接合する時の衝撃を緩和すること
ができるものを提供することを目的としてなされたもの
である。
〔発明の構成〕
（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、接合部に加圧力を印
加させつつ互いに接触させ、しかる後、接合部に超音波
を印加させてワイヤを配線接続電極等に接合させるワイ
ヤボンディング装置の制御方法において、接合部が互い
に接触する前と、接触した後で超音波の印加を開始する
前と、印加を開始した後との夫々の加圧力を各々区別し
独立して制御するようにしたものである。
而して、接合部が互いに接触する前の加圧力を、ボンデ
ィング工具が安定して動作し振動が生じないように、接
触した後で超音波を印加する前の加圧力を、超音波を印
加する際に最適な初頭の接合部面積が得られるように、
超音波の印加した後の加圧力を、この接合に最適となる
ように、夫々設定すること等により、加圧力を印加する
駆動源の推力を目的により自在に変化させるようにした
ものである。
（実施例） 第１図乃至第３図に基づいて、本発明の一実施例を詳細
に説明する。
本実施例において、ワイヤボンディング装置自体は、−
に記従来のものをそのまま使用しており、」−記と異な
る点は第１ボンディング時Ｔ２〜ＴＢ及び第２ボンディ
ング時Ｔ８〜Ｔ１２におけるボイスコイルモータ１０の
推力Ｆが変化している点にある。
即ち、ボンディング工具７の上下動の位置を、アーム駆
動モータ１３のエンコーダ１６で読取り、所定の高さま
で下降が完了したことを人出力インターフェース１７で
検知すると、高速下降時Ｔ１からソフトアプローチ時Ｔ
２として、低速な一定速度の下降となすとともに、入出
力インターフェース１７からＤ／Ａコンバータ１８及び
モータドライバ１９を介してボイスコイルモータ１０の
推力Ｆを設定された値に変更（下降）させる。この推力
Ｆは、ボンディング工具７が安定して動作し振動が生じ
ない程度の値とする。
ボンディング工具７が更に下降してこの下端が接合面に
到達し、この到達を検知する面検知センサ２０の信号り
がオンとなった時、次の設定された推力Ｆに変更（上昇
）させ、超音波の発振をスタートさせるまでのディレィ
タイムＴ３をカウントする。この推力Ｆは、ディレィタ
イムＴ３との関係で、超音波を印加する際に最適な初頭
の接合部面積が得られる程度の加圧力となる大きさとす
る。
この時間Ｔ３経過後に推力Ｆを接合に適した加圧力とな
るよう変更（下降）させ、超音波発振電源２１を介して
トランスジューサ５を作動させ、超音波発振の設定時間
Ｔ４この出力波形Ｕを印加してｍｌのワイヤボンディン
グを完了させる。
超音波発振の終了後の超音波残留発振を考慮して、ディ
レィタイムＴ５経過後にボンディング工具６の上昇を開
始させ、時間Ｔ８の間ボンディング工具６が振動を起こ
さない程度の推力Ｆを維持し、所定の高さまで上昇した
後、高速動作に追従゛させるための大きな推力Ｆに変更
して次の接合に移る。
推力Ｆがかなり小さい場合には、このように一旦推力Ｆ
を上昇させた後、再び上昇させるようにした方が振動防
止を図る上で好ましい。
そして、高速上下動時Ｔ７の後、上記とほぼ同様に、ソ
フトアプローチ時Ｔ８として、低速な一定速度の下降と
なすとともに、ボイスコイルモータ１０の推力Ｆを設定
された値、ここでは変更なしとし、超音波の発振をスタ
ートさせるまでのディレィタイムＴ９をカウントする。
この時間Ｔ９経過後に推力Ｆを接合に適した加圧力とな
るよう変更（上昇）させて超音波発振型？Ｒ２１を介し
てトランスジューサ５を作動させ、超音波発振の設定時
間Ｔ１０この出力波形Ｕを印加して第２のワイヤボンデ
ィングを完了させる。
超音波発振の終了後の超音波残留発振を考慮して、ディ
レィタイムＴ１１経過後にボンディング工具６の上昇を
開始させ、時間Ｔ１□、Ｔ１□の間推力Ｆを維持した後
、高速動作に追従させるさせるための大きな推力Ｆに変
更して次の接合に移る。
上記制御は、ブロックダイヤプラムの第２図に示すよう
に、ＣＰＵ２２により予めプログラムされた動作で、タ
イムカウントはＣＰＵ２２を作動させるためのクロック
２３を基準クロックとして、ソフトウラエアタイマを使
用している。
本実施例では、時間をＴ１−”１３に細分化して推力Ｆ
を設定しているが、小品種生産では、例えば時間Ｔ　２
　、Ｔ　ｓ及びＴ、における推力を同一値とする等、制
御系の負担を緩和して操作性の簡略化を図ることができ
る。
また、多品種少量生産では、種々の条件に適合した各設
定値のノウハウを集積して数値化し、ＣＰＵ２２により
演算させることにより、少ない設定項目で操作し、各細
目の設定値を自動的に設定するようにしても良い。
更に、本実施例では、ボイスコイルモータ１０のモータ
ドライバ１９にコンデンサを配し、充放電を利用して推
力が滑らかに変化するようにしているが、ＣＰＵ２２に
よりリアルタイムに推力Ｆを制御することもできる。
なお、本実施例では、ワイヤ（線材）を一本一本接続す
る装置として説明しているが、これに限定されることな
く、例えは偏平な配線部材に一括して超音波を印加して
、これを接合するボンディング装置に応用することがで
きることは勿論である。
（発明の効果〕 本発明は上記のような構成であるので、多様な品種の多
様な接合条件に適した接合を、生産性を低下することな
く行うことができるばかりでなく、従来のものでは安定
動作範囲外で使用することができなかった極低加圧力や
極高加圧力の条件による接合が可能となり、新しい半導
体製品の量産の道を開くことができる。
更に、最適な条件設定で接合することができることから
、品質が高く、シかも高歩留のワイヤボンディングを行
うことができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すタイムチャート、第２
図及び第３図は本発明が制御するワイヤボンディング装
置を示し、第２図はブロックダイヤグラム、第３図は装
置の全体側面図、第４図は従来例を示すタイムチャート
である。 ５・・・トランスジューサ、６・・・ボンディング工具
、１０・・・ボイスコイルモータ、Ｓ・・・ボンディン
グ工具の軌跡、Ｄ・・・面検出センサの信号、Ｆ・・・
ボイスコイルモータの推力（加圧力）、Ｕ・・・超音波
の出力波形。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ■ 第１目 早３図 第４図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、接合部に加圧力を印加させつつ互いに接触させ、し
    かる後、接合部に超音波を印加させてワイヤを配線接続
    電極等に接合させるワイヤボンディング装置の制御方法
    において、接合部が互いに接触する前と、接触した後で
    超音波の印加を開始する前と、印加を開始した後との夫
    々の加圧力を各々区別し独立して制御するようにしたこ
    とを特徴とするワイヤボンディング装置の制御方法。 ２、接合部が互いに接触する前の加圧力をボンディング
    工具が安定して動作し振動が生じないように、接触した
    後で超音波を印加する前の加圧力を超音波を印加する際
    に最適な初頭の接合部面積が得られるように、超音波の
    印加した後の加圧力をこの接合に最適となるように夫々
    設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    ワイヤボンディング装置の制御方法。 ３、前記接合部が互いに接触する前と、接触した後で超
    音波の印加を開始する前と、印加を開始した後との夫々
    の加圧力の内の２つの値を同一としたことを特徴とする
    特許請求の範囲第１項又は第２項記載のワイヤボンディ
    ング装置の制御方法。 ４、超音波による印加を終了した後、ボンディング工具
    が振動を起こさない程度の加圧力を維持するようにしこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
    れかに記載のワイヤボンディング装置の制御方法。 ５、偏平な配線部材に一括して超音波を印加してこれを
    接合するワイヤボンディング装置を制御するようにした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項記載
    のいずれかに記載のワイヤボンディング装置の制御方法
    。
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