JPS63211640A - ワイヤボンデイング方法およびワイヤボンデイング装置ならびにワイヤボンデイング装置を使用した半導体装置の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位置検出を備えたワイヤボンディング方法お
よびワイヤボンディング装置ならびにワイヤボンディン
グ装置を使用した半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体装置の組立工程において＋Ｊ　＋ドフ
レーム（ｌｅａｄ　ｆｒａｍｅ）のタブ（ｔａｂ）上に
固定されたペレット（ｐｅｌｌｅｔ）とリードフレーム
におけるリード（ｌｅａｄ）との間をボンディングワイ
ヤ（ｂｏｎｄｉｎｇ　ｗｉｒｅ）　　により電気的に接
続する場合、ボンディングワイヤをペレットのボンディ
ングパッド（ｂｏｎｄｉｎｇ　ｐａｄ）やリードフレー
ムに接続するための工具であるボンディング工具の、前
記ボンディングパッドやリードフレームへの着地位置を
正確に把握し、ボンディング工具の降下動作を正確に停
止させることが、ボンディング荷重を適正にしたり、ボ
ンディングワイヤ’）−）”７Ｌ／　−ムなどの上に降
下されるワイヤボンディング工具とペレットやリードフ
レームとの強い機械的衝撃をともなう衝突を防止するな
どの観点から重要となる。

このため、ボンディング工具の着地検出には、たとえば
ボンディング工具が固定されているボンディングアーム
（ｂｏｎｄｉｎｇ　ａｒｍ）　ｎ’、上下動ブロック（
ｂｌｏｃｋ）に設けられた回転軸に回動自在に装着され
ていることから、ボンディング工具の着地によるボンデ
ィングアームの位置変位を機械的な接点などで検知する
ことが考えられる。

なお、ワイヤボンディング技術について説明されている
文献としては、株式会社工業調査会、昭和５６年１１月
１０日発行「電子材料Ｊ１９８ｆ年別冊ｐ１５８〜ｐ１
６２がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような機械的な接点をもりてワイ
ヤボンディング工具の着地検出を行なうワイヤボンディ
ング装置では、ボンディング工具の着地に対する応答速
度が比較的遅く、さらに接点がくり返し使用されること
により、接点の摩耗などが発生し、接点の開放位置など
が経時的に変化することは避けられないものである。こ
の結果ボンディング工具の着地位置が正確に検知できず
、ボンディング工具の昇降動作などが不安定となる、い
わゆるチャタリング（ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ）を生じた
り、接点の摩耗に対し、接点の補修や新しい接点との交
換などの保守管理によりて装置の稼働時間が低下される
など、種々の欠点があることを本発明者は見いだした。

上記のようなボンディング工具の不安定で不正確な昇降
動作は、ボンディングワイヤとペレットのボンディング
パッドおよびリードフレームとの接合不良、ペレットの
ボンディング工具による損傷、破損などの発生の原因と
なり、ワイヤボンディングの信頼性および、半導体装置
の信頼性を低下させるものである。

本発明の目的は、可動部の着地による停止を迅速かつ正
確に検知することが可能な位置検出技術を提供すること
Ｋある。

本発明の前記ならびにその他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明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

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、つぎの通りである。

すなわち、可動部の着地（広義には外力による停止）を
、該可動部を変位させるための位置指令信号と、可動部
の位置検出用センサかも得られる位置信号との差を、所
定のしきい値（基準値）と比較することで検知するコン
パレータ（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）を設ける。

〔作　用〕 上記した手段によれば、可動部の着地（広義には外力に
よる停止）を電気的に検知できるため、たとえば機械的
な接点などの経時的に変化されやすい機構を用いなくと
もよいので、可動部の着地による停止を迅速かつ正確に
検知することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例であるワイヤボンディング
工具の着地検出を行なう位置検出装置を有するワイヤボ
ンディング装置を示す説明図である。

第１図において、１は、図の左右方向および紙面に垂直
な方向（すなわち水平面においてＸ方向、Ｙ方向）に移
動自在なＸＹテーブル（ｔａｂｌｅ）を示している。こ
のＸＹテーブルｌの上には、ボンディングヘッド（ｂｏ
ｎｄｉｎｇ　ｈ・ａｄ）　２が固定されている。

このボンディングヘッド２には、水平に設けられた回転
軸３を介してボンディングアーム（ｂｏｎｄｉｎｇ　ａ
ｒｍ）　４が支持され、垂直面内において回転軸３を支
点として回動自在に出力されている。

ボンディングアーム４の一端（右端）には、ボンディン
グアーム４の電気的駆動源であるボイスコイル型リニア
モータ５が変位方向を垂直方向にして機械的に連結され
ており、上下方向の付勢力をボンディングアーム４の右
端に作用させることによって、ボンディングアーム４が
回転軸３を中心として適宜揺動（ａｗｌ　ｎｇ　）され
る構造とされている。

ボンディングアーム４の他端（左端）部には、ホーン６
を介してウェッジ（ｗｅｄｇ・）７（ボンディング工具
：ｂｏｎｄｔｎｇ　ｔｏｏｌ）が固定されており、ボン
ディングアーム４の揺動によりてウェッジ７が上下動さ
れるように出力され、さらにウェッジ７にはホーン６を
介して超音波発振源８から超音波振動が印加されウェッ
ジ７が超音波振動される構造とされている。

そして、ボンディングアーム４の揺動、すなわちウェッ
ジ７の上下動とＸＹテーブル１の水平面内におゆるＸＹ
方向の移動とを適宜組み合わせることによりて、ウェッ
ジ７の下方に設けられた試料を回転移動させらる回転テ
ーブル９に載置されるリードフレーム１０（第２の部位
）と該リードフレーム１０に固着されたペレット１１（
第１の部位）とがウェッジ７の下端部に挿通されている
ボンディングワイヤ１２によって電気的に接続される作
業が行われるものである。ペレット１１はトランジスタ
、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子が形成されているシリ
コンなどの半導体ペレットである。また、ボンディング
ヘッド２には、差動トランスなどで出力される位置検出
用センサ１３およびボイスコイルなどで出力される速度
検出用センサ１４がボンディングアーム４に連結して設
ゆられており、ボンディングアーム４の回動位置および
回動速度に基づいてボンディングアーム４にホー７６を
介して固定されたウェッジ７の上下動における実際の位
置および速度が検知される構造とされている。

そして、位置検出用センサ１３および速度検出用センサ
１４からそれぞれ得られるウェッジ７の位置信号１３ａ
および速度信号１４ａはモータ駆動部（モータを駆動す
る回路部）１５に帰還され、制御部１６からモータ駆動
部１５に伝達される位置指令信号１６ａが、位置信号１
３ａおよび速度信号１４ａによりて順次差動増幅された
後、ボイスコイル型リニアモータ５に入力され、リニア
モータ５を制御することにより、リニアモータ５の変位
に照合した変位を行なうウェッジ７の昇降動作における
位置および速度などが正確に制御される構造とされてい
る。

この位置指令信号１６ａは、電気信号であり、そ−夕駆
動回路１５を介してモータ５に入力されている。モータ
５の変位軸の上下動によって、これと連結されているボ
ンディングアーム４の右端が支点３を中心として揺動さ
れる。その結果、ボンディングアーム４の左端に連結し
ているホーン６を介してウェッジ７がボンディングアー
ム４の揺動に対応して上下動する。

したがりて、位置指令信号１６ａは、ウェッジ７の上下
動作の位置変位とその位置変位速度を規定するものであ
る。それゆえ、位置指令信号１６ａにはウェッジ７の上
下動作の位置変位情報成分と、その位置変位の上下動作
速度成分とが含まれている。

上述したことはまた、ウェッジ７の上下動作の位置変位
とその位置変位速度（換言すればある位置から別の位置
へウェッジ７が移動する間の速度）とを調整することに
より、ウェッジ７の上下動作をｒ４整することができる
。

この場合、前記モータ駆動部１５には、コンパレータ１
７が接続されており、モータ駆動部１５に入力される位
置指令信号１６ａと位置信号１３ａとの差として得られ
る差分信号りと、しきい値（基準値）保持部１８に予め
設定されたしきい値（基準値）信号１８ａとを比較する
ことによって、ウェッジ７のリードフレーム１０（第２
ボンディング部位）およびペレット１１（第１ボンディ
ング部位）に対する着地位置が電気的に検知され、着地
信号１７ａが制御部１６に伝達されるように出力されて
いる。

以下、本実施例のワイヤボンディング装置の作用および
本実施例のワイヤボンディング装置を使用した半導体装
置の製造工程（方法）を説明する。

まず、回転テーブル９に被ワイヤボンディング体を載置
する。次に、制御部１６からの第２図人に示すようなウ
ェッジ７を昇降させるための電気信号である位置指令信
号１６ａが、モータ駆動部１５を介してボンディングア
ーム４を上下動させる駆動源であるボイスコイル型リニ
アモータ５に伝達され、その結果ボンディングアーム４
の右端が時計回りに所定の角度だけ回動され、その結果
、アーム４の動きに対応した変位を行なうウェッジ７は
所定の高さに上昇されるとともに、ＸＹテーブルｌが駆
動され、ウェッジ７はリードフレーム１０に固着された
ペレット１１のボンディングパッド（第１ボンディング
部位）の直上に位置決めされる。

次にボンディングアーム４の右端は反時計回りに回動さ
れ、ウェッジ７は、降下の初期には高速ワイヤボンディ
ングを行なう目的で高速に、ペレット１１に接触する直
前ではウェッジ７がパッドにソフトランディングする目
的で減速され、ペレッ）１１の上に降下される。

この時の位置指令信号１６ｍとウェッジ７の実際の位置
を位置検出用センサにより検出した位置信号１３ａとを
比較して示したものが第２図人である。第２図Ｂには、
位置指令信号１６ａと位置信号１３ｍとの差として得ら
れる差動信号りの変化が示されている。

同図に示されるように、ウェッジ７の降下動作の初期に
おいては、慣性（ｌｎａｒｔｉｍ）などによってウェッ
ジ７の実際の変位が電気信号である位置指令信号１６ａ
に即時に追随せず差動信号りは正となる。そして、ウェ
ッジ７の下降における減速時には、ウェッジ７の実際の
変位が、この時点では位置指令信号１６ａの値と実際の
ウェッジ７の変位した値とが近似的に一致し、差動信号
りは零に近い値となる。ウェッジ７がさらに降下し、ベ
レン）１１のボンディングパッドに着地してウェッジ７
の実際の変位が停止されると、電気信号である位置指令
信号１６ａのみがウェッジ７をさらに降下させようとす
る方向にその値が増大し、位置信号１３ａと位置指令信
号１６ａとの差である差動４ｇ号りは正側に増大しはじ
める。この場合、ウェッジ７はボンディングパッドに着
地した位置からそれ以上に降下せず、着地した位置にと
どまっている。コンパレータ１７においては、この差動
信号りがしきい値１８ｍと等しくなった時に、着地信号
１７ａを制御部１６に伝達し、制御部１６においては、
ウェッジ７がペレット１１に対して所定の荷重で押圧さ
れるように、すなわち、ボンディングワイヤにワイヤボ
ンディング荷重が印加されるようにさらに所定の時間だ
け所定の値に位置指令信号１６畠が増大され、ウェッジ
７の下端部に挿通されたボンディングワイヤ１２の先端
部がペレッ）１１に所定の荷重で押圧されるとともにホ
ーン６を介して超音波発振部８から超音波振動がウェッ
ジ７に印加され、ボンディングワイヤ１２の先端部がペ
レット１１のボンディングパッドに固着される。

次に、ボンディングアーム４は時計回り方向に回動され
るとともにＸＹテーブル１は回転テーブル９から遠ざか
る方向に移動され、ウェッジ７はボンディングワイヤ１
２を繰り出しながら所定の軌跡を描いてリードフレーム
ｌＯのボンディング部位（第２ボンディング個所）に降
下し、前記のペレット１１の側における場合と同様に差
動信号りとしきい値（基準値）１８ａとを比較すること
によりてウェッジ７のリードフレーム１０に対する着地
位置が正確に検知され、ウェッジ７の下端部に挿通され
たボンディングワイヤ１２の下面部がリードフレーム１
０のボンディング部位に押圧されるとともにホーン６を
介して超音波振動がウェッジ７を通してボンディングワ
イヤに印加され、ボンディングワイヤ１２の下面部がリ
ードフレーム１１のボンディング部位に固着される。

そして、ボンディングワイヤ１２の繰り出しを停止した
状態でボンディングアーム４が時計回りに回動され、ウ
ェッジ７が上昇されるとともにＸＹテーブル１が回転テ
ーブル９から遠ざかる方向に移動される。この時、リー
ドフレーム１０の前記ボンディング部位の近傍でボンデ
ィングワイヤをり２ンパーにより挾持し、クランパーが
ボンディングワイヤを引張ることにより、ボンディング
ワイヤ１２が切断される。

その後、回転テーブル９が所定の角度だけ回動され、次
のワイヤボンディングの準備がなされる。

上記の一連の操作を繰り返すことによりて＋Ｊ　−ドフ
レーム１０における複数のリードと該リードフレーム１
０のタブに固着されたペレット１１の複数のボンディン
グパッドとの間の電気的な接続が達成される。これによ
り被ワイヤボンディング体のワイヤボンディングが達成
される。

このように、本実施例においては、ボンディングアーム
４０回動動作によって昇降されるウェッジ７のペレット
１１およびリードフレーム１０に対する着地位置が、位
置検出用センサ１３から得られ、実際のウェッジ７の位
置を位置検出用センサにより検出し、その位置に対応し
た位置信号１３ａとウェッジ７を上下動するための電気
的信号である位置指令信号１６ａとの差である差動信号
りを、コンパレータ１７において所定のしきい値（基準
値）１８ａと比較することによりて、ウェッジ７の着地
位置を電気的に検知される構造である。そのため、たと
えば、機械的な接点などによってウェブ９フ０着地位置
を検知する場合などに比較して、ウニ１９フ０着地の検
出が経時的に不安定となりたり、応答速度が遅くなるこ
となどが回避される。その結果、ウニ１９フ０着地に対
応する電気信号をウェッジ７の制御に利用することによ
りウェッジ７の昇降動作の制御を迅速かつ的確に行うこ
とができる。

このため、ウェッジ７をリードフレーム１０やペレット
１１などに押圧することにより調整されるボンディング
荷重などが適正に維持される。さらにまた、ウェッジ７
の下端部とリードフレーム１０およびペレッ）１１など
との強い機械的衝撃をともなう衝突が回避され、信頼性
の高いワイヤボンディングが迅速に行われる。これにと
もない、ペレットやリードフレームにワイヤポンディン
グ時の損傷や破損のない半導体装置の製造法かえられ、
高信頼度の半導体装置を得ることができる。

さらに、ウニ２２フ０着地検出が、機械的な機構などを
用いることなく、位置検出用センサ１３およびコンパレ
ータ１７などを用いて電気的に行われるため、保守管理
が不要となる。さらに、同じ理由により、ワイヤボンデ
ィング装置の稼働率が向上される。

以上説明したように、本願において開示された新規な技
術によれば、以下に述べる効果を得ることができる。

（１）可動部を変位させる制御信号である位置指令信号
と、該可動部の位置を検出する位置検出用センサから得
られる位置信号との差を、所定のしきい値（基準値）と
比較することによって、前記可動部の着地などの外力に
よる停止を検知するコンパレータを有する構造であるた
め、可動部の着地などの外力による停止を迅速かつ正確
に検知することができる。

（２）前記（１）の結果、半導体装置の組立におけるワ
イヤボンディングにおいて、たとえば、機械的な接点な
どによりてボンディング工具の着地を機械的機構を用い
て検知する場合などに比較して、ボンディング工具の着
地検出が経時的に不安定となったり、応答速度が遅くな
ることなどが回避される。その結果ボンディング工具の
昇降動作の制御を迅速かつ的確に行うことができる。さ
らにまた、ボンディング工具をボンディング部位に押圧
することにより印加されるボンディング荷重などが適正
に維持されるとともに、ボンディング工具がボンディン
グ部位にソフトランディングするように調整できるため
、ボンディング工具がボンディング部位に急激に着地す
ることによる債突が回避され、信頼性の高いワイヤボン
ディングを迅速に行うことができる。

さらに、上述した理由により、適正な荷重とタイミング
によりワイヤボンディングされた半導体装置を得ること
ができるため、高信頼度のワイヤボンディングがなされ
た半導体装置を得ることができる。

（３）前記（１）の結果、ボンディング工具の着地検出
装置の保守管理が不要となり、保守管理に要する時間す
なわちワイヤボンディング装置のメンテナンスしている
時間が削減でき、その削減時間分をワイヤボンディング
装置を稼働させておくことができる。そのため、ワイヤ
ボンディング装置の稼働率が向上される。

（４）前記（１）〜（３）の結果、半導体装置の組立に
おけるワイヤボンディングの生産性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限尾されるも
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〜為。

例えば、上述したワイヤボンディング方法、ワイヤボン
ディング装置、かかるワイヤボンディング装置を使用し
た半導体装置の製造工程（方法）は、ボンディング工具
としてウェッジを用いた超音波方式のワイヤボンディン
グ技術に関するものであった。この技術は、ワイヤボン
ディング工具としてキャピラリ（ｃａｐｉｌｌａｒ７）
を使用するワイヤボンディング技術にも適用でき、同等
な技術的効果を奏するものである。すなわち、ワイヤボ
ンディング工具としてキャピラリを使用し、ボンディン
グワイヤの先端にボールを形成し、ペレットにおけるボ
ンディングパッド（第１ボンディング部位）に上記ボー
ルを有するボンディングワイヤをワイヤボンディングし
たのち、前記パッドに対応する外部リード（第２ボンデ
ィング部位）にワイヤボンディングを施こすボールボン
ディングである。

この場合、ワイヤボンディング工具としてキャピラリを
使用するワイヤボンディング技術としては、キャピラリ
を使用してボンディングワイヤを被ワイヤボンディング
体に熱圧着（ｔｈｅｒｍ。

ｅ　Ｏｍｐ　ｒ・５ａｌｏｎ　）を行なう熱圧着方式の
もの、熱圧着と、上記キャピラリに超音波振動を付加し
てワイヤボンディングを行なう熱圧着方式と超音波方式
とを併用した方式のものがある。

また、ボンディングワイヤとしては、金（Ａｕ）細線、
アルミニウム（Ａ））細線、銅（Ｃｕ）細線など種々の
材料の金属細線を使用することができる、 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ワイヤボンディング
技術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、可動部の変位などを正確に制御する
ことが必要とされる位置検出技術などに広く適用できる
。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明は、ワイヤボンディング工具などの可動部の着地
などの外力による停止を、該可動部を変位させる位置指
令信号と、可動部の位置検出センサから得られる位置信
号との差を、所定のしきい値（基準値）と比較すること
で検知するコンパレータを設けることにより、可動部の
着地などの外力による停止が、たとえば機械的な接点な
どの経時的に変化されやすい機構などを用いることなく
電気的に迅速かつ正確に検知されるようにしたものであ
る。さらに、本発明はこの技術をワイヤボンディング方
法およびワイヤボンディング装置ならびにワイヤボンデ
ィング装置を使用した半導体装置の製造方法に活用して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるワイヤボンディング
工具の着地検出を行なう位置検出装置を備えたワイヤボ
ンディング装置を示す説明嘩、丁）、１・ 第２図Ａは、ボンディング工具に対する位置指令信号と
ボンディング工具の実際の位置を示す位置信号とを比較
して示す線図、 第２図Ｂは、位置指令信号と位置信号との差として得ら
れる差動信号の゛変化を示す線図である。 １・・・ＸＹテーブル、２・・・ボンディングヘッド、
３・・・回転軸、４・・・ボンディングアーム、５・・
・ボイスコイル型リニアモータ、６・・・ホーン、７・
・・ウェッジ（可動部）、８・・・超音波発振部、９・
・・回転テーブル、１０・・・リードフレーム（第２の
部位）、１１・・・ペレット（第１の部位）、１２・・
・ボンディングワイヤ、１３・・・位置センサ、１３ｍ
・・・位置信号、１４・・・速度センサ、１４ｍ・・・
速度信号、１５・・・モータ駆動部、１６・・・制御部
、１６ａ・・・位置指令信号、１７・・・コンパレータ
、１７ａ・・・着地信号、１８・・・しきい値保持部、
１８ａ・・・しきい値、Ｄ・・・差動信号。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男 第１図 第　　２　　　図　Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１ワイヤボンディング部位と、これに対応する第
   ２ワイヤボンディング部位とをボンディングワイヤによ
   って電気接続を行なうワイヤボンディング方法において
   、ボンディング工具の上下動変位を制御する位置指令信
   号と、ボンディング工具の実際の上下動変位を電気的に
   検出するセンサから出力される位置信号との差信号を検
   出しながらボンディング工具を動作させてワイヤボンデ
   ィングを行なうことを特徴とするワイヤボンディング方
   法。 ２、ボンディング工具と、ボンディング工具を上下動さ
   せる駆動源と、支点を有するアームであって、そのアー
   ムの左端にボンディング工具が取り付けてなり、前記ア
   ームの右端に前記駆動源の上下動変位部が連結されてな
   るアームと、アームの上下動変位を検出する位置検出用
   センサと、アームの上下動変位速度を検出する速度検出
   用センサと、前記駆動源の上下動変位部を電気的に制御
   する制御回路と、制御回路および駆動源ならびにアーム
   を通してボンディング工具を上下動変位させる信号であ
   る位置指令信号と前記位置検出用センサから得られる位
   置信号との差を一所定のしきい値と比較することによっ
   て前記ボンディング工具の着地による停止を検知するコ
   ンパレータとを有することを特徴とするワイヤボンディ
   ング装置。 ３、半導体素子が形成されているペレットにおけるボン
   ディングパッドと前記パッドに対応する外部リードとを
   ボンディングワイヤによって電気接続する工程を有する
   半導体装置の製造方法において、前記ボンディングパッ
   ドまたは外部リードの被ワイヤボンディング領域にボン
   ディング工具が着地したことを、ボンディング工具の上
   下動変位をセンサにより電気的に検知し、その検知情報
   にもとづいてボンディング工具を用いてボンディングワ
   イヤを前記被ワイヤボンディング領域に電気接続する工
   程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。