JPS63257238A - ワイヤボンデイング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ワイヤボンディング技術に関し、特に、半導
体チップの電極等にワイヤを塑性変形させて接続するワ
イヤボンディング技術に適用して有効な技術に関するも
のである。

〔従来技術〕

樹脂封止型半導体装置等、半導体チップの外部端子（ポ
ンディングパッド）とリードとの接続は。

超音波１ワイヤボンデイング装置で行っている。超音波
ワイヤボンディング装置は、次のように、外部端子とリ
ードとの間をワイヤで接続している。

まず、ボンディングツール（ウェッジ）で保持されたワ
イヤの先端部を、半導体チップの外部端子に接触させる
。ワイヤとしては、例えば、アルミニウムワイヤが使用
される。

次に、所定時間、ボンディングツールを超音波振動させ
る。ワイヤは、振動するボンディングツールの自重で押
圧され塑性変形し、外部端子に接続（圧着）される。

次に、同様に、リードにワイヤを接続する。

この種の超音波ワイヤボンディング装置は、ワイヤの塑
性変形を超音波振動装置のパワー（振幅及び振動時間）
で制御している。

なお、超音波ワイヤボンディング技術について゛は、例
えば、オーム社、半導体ハンドブック（第２版）、昭和
５６年６月３０日発行、ｐ３２９又はｐ１０５Ｈｃ記載
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、本発明者は、超音波ワイヤボンディング
装置で接続されたワイヤの不良解析を行った結果、次の
問題点が生じることを見出した。

前述のように、ワイヤの塑性変形が超音波振動装置のパ
ワーで一方的に制御されているので、ボンディング状態
に関係なく、ワイヤの接続が行われている。すなわち、
ワイヤの接続は、半導体チップの外部端子の傾き、リー
ドの傾き、ボンディング部分の粗さ等、ボンディング状
態に関係なく行われる。このため、ワイヤの接続幅の寸
法（圧着幅）にバラツキが生じる。ワイヤの圧着幅のバ
ラツキは、外観不良検査で不良品として選別されるので
、半導体装置の歩留りが低下する。

また、ワイヤの圧着幅のバラツキのうち、ワイヤの圧着
幅が必要以上に大きい（つぶれすぎる）と、ワイヤが切
断し易くなるので、外部端子とリードとの間に接続不良
が生じる。

また、ワイヤの圧着幅のバラツキのうち、ワイヤの圧着
幅が必要以上に小さいと、ワイヤが接続されないので、
外部端子とリードとの間に接続不良が生じる。

本発明の目的は、ワイヤボンディング技術において、ワ
イヤの圧着幅を適正な範囲内で均一にすることが可能な
技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、ワイヤボンディング技術において
、半導体装置等、装置の歩留りを向上することが可能な
技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、ワイヤボンディング技術において
、ワイヤの接続不良を防止することが可能な技術を提供
することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって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１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。

ワイヤボンディング装置に、ワイヤが電極に接触したと
きのボンディングツールの位置を検出する位置検出手段
を設け、この位置検出手段の検出信号によって、検出さ
れた位置から前記ボンディングツールを移動させ、ワイ
ヤを電極に押圧し接続するワイヤ接続手段を設け、前記
位置検出手段で検出された位置から所定位置まで、ボン
ディングツールの移動量を検出する移動量検出手段を設
け、前記ボンディングツールが所定位置に達した、移動
量検出手段の検出信号によって、前記ボンディングツー
ルの移動を停止させる制御手段を設けたことを特徴とす
る。

〔作用〕

上述した手段によれば、ボンディング状態に関係なく、
ボンディングツールの移動量を一定にすることができる
ので、予じめ設定されたワイヤの塑性変形量の範囲内で
ワイヤを押圧することができ、ワイヤの圧着幅を均一に
することができる。

この結果、半導体装置等、装置のワイヤの接続部の外観
不良を低減することができるので、歩留りを向上するこ
とができる。

また、ワイヤの接続不良を防止することができる。

以下２本発明の構成について１本発明を超音波ワイヤボ
ンディング装置に適用した一実施例とともに説明する。

なお、実施例を説明するための全図において、同−機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例である超音波ワイヤボンディング装置
を第１図（概略構成図）で示す。

第１図に示すように、超音波ワイヤボンディング装置１
は、Ｘ方向移動テーブル２及びＹ方向移動テーブル３を
基台として構成されている。

Ｘ方向移動テーブル２は、駆動用モータ２Ａと、詳細に
図示していないラックアンドピニオン機構とを有してお
り、矢印Ｘ方向（図中、左右）に移動するように構成さ
れている。Ｙ方向移動テーブル３は、駆動用モータ３Ａ
と、詳細に図示していないラックアンドピニオン機構と
を有しており、Ｙ方向（紙面に垂直方向）に移動するよ
うに構成されている。

Ｙ方向移動テーブル３には、移動装置４を摺動自在に支
持する支持部材５が設けられている。

前記移動装置４は、駆動用モータ（ＤＣモータ）４Ａと
、移動装置４側及び支持部材５側に取り付けられたねじ
機構とによって、支持部材５を上下方向（矢印Ａ方向）
に移動するように構成されている。

移動装置４には、回転Ｎ４Ｂを矢印Ｂ方向に自在に回転
可能なアーム支持部材６及び移動量検出装置（移動量検
出手段）７が設けられている。

アーム支持部材６は、超音波振動装置（ワイヤ接続手段
）８を介在させ、ボンディングアーム（トランスデユー
サ）９の一端部を支持している。超音波振動装置８は、
ボンディングアーム９の一端部に電磁コイル８Ａを設け
て構成されており、ボンディングアーム９を矢印Ｃ方向
に超音波振動するように構成されている。

ボンディングアーム９の他端部には、ボンディングツー
ル（ウェッジ）１０が設けられている。ボンディングツ
ール１０は、ワイヤ１１の先端部を保持し、超音波振動
装置８によりワイヤ１１の先端部を超音波振動するよう
に構成されている。ワイヤ１１は。

例えば、アルミニウムワイヤ（ＡＱワイヤ）を使用する
。また、ワイヤ１１は、銅ワイヤ（Ｃｕワイヤ）。

金ワイヤ（Ａｕワイヤ）等を使用してもよい。

ワイヤ１１は、ボンディングツール１０によって半導体
チップ１２の外部端子（１２Ａ）又はリード１３に接続
（圧着）される。半導体チップ１２及びリード１３は、
半導体装置支持テーブル１４に保持されるように構成さ
れている。

前記移動装置４とアーム支持部材６との介在部には、第
１図及び第２図（要部模写斜視図）で示すように、位置
検出器（位置検出手段）１５が設けられている。位置検
出器１５は、移動装置４に固着された固定接点１５Ａと
、アーム支持部材６に固着された可動接点１５Ｂとで構
成されている。固定接点１５Ａは、アーム支持部材６の
底部に位置し、制御装置（制御手段）１６に接続されて
いる。可動接点１．５Ｂは、ボンディングが行われてい
ない時は、固定接点１５Ａに当接しており、ボンディン
グが行われる直前に、アーム支持部材６の矢印Ｂ方向の
回転で矢印り方向に固定接点１５Ａから離反するように
構成されている。位置検出器１５は、固定接点１５Ａか
ら可動接点１５Ｂが離反する位置、すなわち、ボンディ
ングツール１０でワイヤ１１の先端部が外部端子（１２
Ａ）又はリード１３に接触する第１位置でその第１位置
を示す検出信号を制御装置１６に出力するように構成さ
れている。

、前記移動装置４に設けられた移動量検出装置ｉ！２７
は、前記位置検出器１５で検出された第１位置（ワイヤ
１１が外部端子又はリード１３に接触した位１ｉ！ＩＦ
）から所定の移動量を移動した第２位置まで、ボンディ
ングツール１０の移動量を検出し、第２位置にボンディ
ングツール１０が達した時に、その検出信号を制御装置
１６に出力するように構成されている。

移動量検出装置７は、第２図にその概要を詳細に示すよ
うに、主に、移動アーム７Ａ、レーザ発振器７Ｂ、ポリ
ゴンミラ−７Ｃ１反射ミラー７Ｄ、コリメータレンズ７
Ｅ、受光レンズ７Ｆ、受光素子７Ｇで構成されている。

移動アーム７Ａは、アーム支持部材６に一体に構成され
ており１回転軸４Ｂを中心に矢印Ｂ方向に回転するよう
に構成されている。すなわち、移動アーム７Ａは、ボン
ディング時に、回転軸４Ｂを中心にボンディングツール
１０の移動量を伝達するように構成されている。この移
動アーム７Ａは、コリメータレンズ７Ｅと受光レンズ７
Ｆとの間を移動するように構成されている。

レーザ発振器７Ｂは１例えば、半導体し〜ザを使用する
。

ポリゴンミラー７０は、矢印Ｅ方向に５回転し、レーザ
発振器７Ｂからのレーザ光ＬＢを所定範囲内において走
査できるように構成されている。

コリメータレンズ７Ｅは、ポリゴンミラー７０で走査さ
れたレーザ光ＬＢを反射ミラー７Ｄを介して平行光にす
るように構成されている。

受光レンズ７Ｆは、前記平行光を集光し、受光素子７Ｇ
に入力するように構成されている。

受光素子７Ｇは、前記集光されたレーザ光ＬＢを電気信
号に変換し、制御装置１６に出力するように構成されて
いる。受光素子７Ｇの検出信号が入力された制御装置１
６は、レーザ光ＬＢの走査範囲内において、移動アーム
７Ａの移動によって生じる明暗で、移動アーム７Ａの位
置を演算するように構成されている。そして、制御装置
１６は、位置検出器１５で検出された第１位置で超音波
振動装置８を動作させ、所定の第２位置に移動アーム７
Ａ（ボンディングツール１０）が移動すると、前記超音
波振動装置８の動作を停止するように構成されている。

次に、本実施例の超音波ワイヤボンディング装置のボン
ディング方法について、第１図乃至第５図を用いて簡単
に説明する。第３図、第４図の夫々は、ボンディング部
の要部拡大図、第５図は、制御フロー図である。

まず、移動装置４を半導体チップ１２の外部端子１２Ａ
に近接するように、矢印Ａ方向に移動させる〈１０〉。

次に、前記移動装置４の移動によって、第３図に示すよ
うに、ボンディングツール１０に保持されたワイヤ１１
の先端部を外部端子１２Ａに接触させる。

このワイヤ１２の接触後に、若干、移動装置４が移動す
るので、回転軸４Ｂを中心にアーム支持部材６が回転し
、固定接点１５Ａから可動接点１５Ｂが離反し、位置検
出器１５が作動する。

位置検出器１５の検出信号は制御装置１６に出方され、
第２図に示すように、移動量検出装置７で移動アーム７
Ａの第１位置αを検出する（１１〉。この第１位置αは
、第３図に示すように、ワイヤ１１の圧着前の高さ寸法
αに相当する。

そして、位置検出器１５の検出信号が制御装置１６に入
力され、第１位置αが検出されると、この制御装置１６
は、ボンディングツール１ｏの移動量、すなわち移動ア
ーム７Ａの移動量の検出を開始する〈１２〉。

さらに、前記位置検出器１５の検出信号が制御装置１６
に入力され、第１位置αが検出されると、この制御装置
１６は、移動装置４の移動を停止すると共に、超音波振
動装置８を作動させる〈１３〉。超音波振動装置８でボ
ンディングツール１ｏを超音波振動させると、ボンディ
ングツール１ｏの自重でワイヤ１１が押圧され圧着され
始める。ボンディングツール１０の自重は、ワイヤ１１
の径や材質で異なるが、例えば、２０〜３５［ｇコ程度
である。

次に、ワイヤ１１がボンディングツール１０で圧着され
、所定の移動量βだけ移動し、第２位置γに達すると、
ボンディングツール１０、すなわち移動アーム７Ａの位
置が移動量検出装置７によって検出される〈１４〉。第
２位置γは、第４図に示すように、ボンディングツール
１０を移動量βだけ移動してつぶされたワイヤ１１の高
さγに相当する。所定の移動量βは、ワイヤ１１を最適
に塑性変形させ。

かつ、外部端子１２Ａに最適に圧着（接続）するための
移動量である。移動量βは、実験から、圧着される前の
ワイヤ１１を圧着幅α、とし、圧着される後のワイヤ１
１を圧着幅γ□とすると、圧着幅γ１／圧着幅α１＝１
．８程度になるように設定する。

前記移動量検出装置７で第２位置γが検出されると、そ
の検出信号は制御装置１６に出力され、制御装置１６は
超音波振動装置８の動作を停止させる＜１５〉。そして
、移動装置４を移動させて、次にリード１３にワイヤ１
１を接続するようになっている。

このように、超音波ワイヤボンディング装置に、ワイヤ
１１が電極に接触したときのボンディングッ−ル１０の
位置を検出する位置検量器１５を設け、その検出信号に
よって検出された第１位置αからボンディングツール１
０を移動させ、ワイヤ１１を電極に押圧し接続する超音
波振動装置８を設け、前記第１位置αから第２位置γま
で、ボンディングツール１０の移動量を検出する移動量
検出装置７を設け、ボンディングツール１０が第２位置
γに達した、移動量検出装置７の検出信号によって、ボ
ンディングツール１０の移動を停止させる制御装置１６
を設けたことにより、ボンディング状態に関係なく、ボ
ンディングツール１０を一定の移動量βだけ移動するこ
とができるので、予じめ設定されたワイヤ１工の最適な
塑性変形量の範囲内でワイヤ１１を押圧することができ
、ワイヤ１１の圧着幅γ、を均一にすることができる。

この結果、外部端子１２Ａ又はリード１３とワイヤ１１
との接続部の外観不良を低減することができるので、不
良品として選別工程で排除されることがなくなり、半導
体装置の歩留りを向上することができる。

また、外部端子１２Ａ又はリード１３とワイヤ１１との
接続不良をなくすことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは勿論である。

例えば、本発明は、ワイヤの先端部に金属ボールを形成
し、この金属ボールを電極に接続するポールボンディン
グ装置に適用することができる。

本発明は、金属ボールと電極との接続を超音波振動で圧
着する方式、単に金属ボールを電極に圧着する方式の夫
々のポールボンディング装置に適用することができる。

また、本発明は、前記位置検出器１５や移動量検出装置
７を他の手段で構成してもよい。

また１本発明は、半導体チップの外部端子とプリント配
線基板の電極とを接続するボンディング装置に適用する
ことができる。

〔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。

ワイヤボンディング技術において、予じめ設定されたワ
イヤの塑性変形量の範囲内で、ワイヤの圧着幅を均一に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である超音波ワイヤボンデ
ィング装置の概略構成図、 第２図は、前記超音波ワイヤボンディング装置の要部模
写斜視図、 第３図、第４図の夫々は、ボンディング部の要部拡大図
、 第５図は、制御フロー図である。 図中、工・・・超音波ワイヤボンディング装置、４・・
・移動装置、６・・・アーム支持部材、７・・・移動量
検出装置、８・・・超音波振動装置、９・・・ボンディ
ングアーム、１０・・・ボンディングツール、１１・・
・ワイヤ、１２Ａ・・・外部端子（電極）、１３・・・
リード、１５・・・位置検出器、１６・・・制御装置で
ある。 第　　１　　図 ７；ニニスみ不 ／６’　−’ｗし御要１ 第　　２　　図 第　　３　１　　　　　　　第　　４　　や第　　５　
　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボンディングツールを用いてワイヤを電極に接続す
   るワイヤボンディング装置において、前記ワイヤが電極
   に接触したときのボンディングツールの第１位置を検出
   する位置検出手段を設け、該位置検出手段の検出信号に
   よって、検出された第１位置から前記ボンディングツー
   ルを移動させ、ワイヤを電極に押圧し接続するワイヤ接
   続手段を設け、前記位置検出手段で検出された第１位置
   から所定の第２位置まで、ボンディングツールの移動量
   を検出する移動量検出手段を設け、前記ボンディングツ
   ールが第２位置に達した、移動量検出手段の検出信号に
   よって前記ボンディングツールの移動を停止させる制御
   手段を設けたことを特徴とするワイヤボンディング装置
   。 ２、前記ワイヤ接続手段は、ボンディングツールを超音
   波振動させる超音波振動装置で構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のワイヤボンディ
   ング装置。３、前記ボンディングツールの移動は、超音
   波振動するボンディングツールの自重で移動するように
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載のワイヤボンディング装置。