KR20110094227A - 와이어 본딩 장치 및 본딩 방법 - Google Patents

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신스케 테이
토시히코 토야마
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

캐필러리에 의해 와이어를 본딩한 후, 제 1 클램퍼를 닫은 채 캐필러리와 제 1 클램퍼를 상승시켜 와이어를 절단하는 와이어 절단 수단과, 캐필러리를 상승시킨 후, 제 1 클램퍼를 열고, 제 2 클램퍼를 닫고, 캐필러리와 제 1 클램퍼를 상승시켜 캐필러리 선단에 테일 와이어를 연장시키는 와이어 연장 수단을 구비한다. 이것에 의해, 와이어 본딩 장치에 있어서, 와이어 빠짐이나 와이어 구부러짐을 보다 효과적으로 억제한다.

Description

와이어 본딩 장치 및 본딩 방법{WIRE BONDING APPARATUS AND WIRE BONDING METHOD}
본 발명은 와이어 본딩 장치의 구조 및 와이어 본딩 장치에 의한 본딩 방법에 관한 것이다.
IC 등의 반도체의 조립 공정에서 반도체칩의 패드와 리드프레임의 리드 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치가 사용되고 있다. 와이어 본딩 장치에서는, 캐필러리의 선단에 와이어를 연장시키고, 이 와이어를 방전 토치 등에 의해 이니셜 볼로 한 후, 캐필러리를 패드에 본딩하고, 그 후 와이어를 풀어내면서 캐필러리를 상승시키고, 리드를 향하여 루핑한 후 캐필러리를 제 2 본드점에 본딩한다. 그리고, 리드로의 본딩이 종료하면, 캐필러리를 상승시키고 캐필러리의 선단에 와이어를 풀어내고, 그 후 클램퍼를 닫고 캐필러리와 클램퍼를 더욱 상승시킴으로써, 캐필러리의 선단에 소정 길이의 테일 와이어를 연장시킨 상태에서 와이어를 절단한다. 그리고, 캐필러리를 방전 토치의 위치로 이동시키고, 이 테일 와이어를 이니셜 볼로 한 후, 다음의 제 1 본드점에 본딩을 행한다. 이러한 본딩 사이클을 반복하여 패드와 리드 사이를 차례차례 접속해 간다.
리드로의 본딩 후에 와이어를 클램퍼로 파지하고 끌어올림으로써 와이어의 절단을 행할 수 있는 것은, 리드에 본딩된 와이어의 단부는 캐필러리에 의해 눌러 으깨져, 그 단면적이 다른 와이어 부분보다도 작게 되어 있기 때문에, 이 부분에서 와이어가 간단히 끊어지기 때문이다.
그런데, 본딩의 조건에 따라서는, 리드에 본딩된 와이어의 단부가 그다지 작아져 있지 않은 경우가 있다. 이러한 경우에는, 와이어를 클램퍼로 파지하고 끌어올려도 간단히 와이어를 절단할 수 없어, 와이어에 큰 장력이 걸리고나서 와이어가 절단된다. 그러면, 와이어는 절단 시에 걸려 있던 큰 인장력의 반력으로 위쪽으로 튀어올라, 클램퍼 하부의 와이어나 테일 와이어가 S자 형상으로 구부러져 버린다. 테일 와이어 구부러짐은 방전 등에 의한 볼 형성의 불량을 야기하는 경우가 있다. 또, 볼이 잘 형성되어도, 캐필러리의 내부 및 캐필러리와 클램퍼 사이의 와이어에는 구부러짐이 남아있기 때문에, 이 구부러짐 와이어에 의해 다음 본딩을 행하면, 패드와 리드 사이의 접속 와이어가 S자 형상으로 구부러져 버려, 이웃하는 접속 와이어끼리 접촉하는 등의 불량이 발생한다고 하는 문제가 생기는 경우가 있다.
그래서, 클램퍼에 의해 와이어를 파지하고 테일 와이어를 끌어올리기 전에, 캐필러리 및 클램퍼의 상하 이동의 중심선이 본딩 단부에 일치하도록, 캐필러리와 클램퍼의 위치를 옆으로 이동시키고나서, 클램퍼로 와이어를 파지하고 와이어를 끌어올리고, 절단하는 방법(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이나, 본딩 시의 초음파 진동 인가와 동시에 캐필러리를 횡방향으로 이동시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 2 참조)이 제안되어 있다. 또, 클램퍼를 열고 테일 와이어를 도출시킨 후, 캐필러리를 테일 와이어의 고유 진동수로 진동시킴으로써 테일 와이어를 공진시키고, 그 진동에 의해 테일 와이어를 절단하는 방법이나(예를 들면, 특허문헌 3 참조), 본딩 시에 캐필러리로 와이어를 본드면에 누르고 있는 동안에 캐필러리에 스크러빙 동작을 시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 4 참조)이 제안되어 있다.
또한 본딩의 조건에 따라서는 본딩의 도중에 와이어가 끊어져, 캐필러리로부터 와이어가 빠져 버리는 와이어 빠짐이 발생하는 경우가 있다. 와이어 빠짐이 발생했을 때는, 와이어 유지용 클램퍼를 닫고, 와이어 절단용 클램퍼를 열어, 와이어 절단용 클램퍼를 캐필러리와 함께 와이어 유지용 클램퍼보다도 크게 상승시켜 와이어를 캐필러리로 통과시키는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5 참조).
일본 특허 제2723277호 명세서 일본 특허 제3128718호 명세서 일본 특허 제2969953호 명세서 일본 특허 제2530224호 명세서 일본 특공 평1-35500호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 3에 기재된 종래기술의 본딩 방법에서는, 와이어를 리드에 본딩할 때, 리드에 본딩된 와이어의 단부의 단면적이 다른 와이어 부분보다도 작아지도록 캐필러리의 누르는 힘 등이 조정되어 있는 것이 필요하다. 캐필러리의 누르는 힘이 지나치게 크면 리드에 본딩함과 동시에 와이어가 절단되어, 와이어가 캐필러리로부터 빠지는 와이어 빠짐으로 되어 버리고, 캐필러리의 누르는 힘이 지나치게 작으면 특허문헌 1 또는 특허문헌 3에 기재된 방법에서도 큰 힘으로 와이어를 끌어올리는 것이 필요하게 되어, 와이어가 S자 형상으로 변형된다고 하는 문제가 발생되어 버린다. 또한 특허문헌 2 또는 특허문헌 4에 기재된 종래기술에서는, 캐필러리의 횡방향으로의 이동시에 와이어가 끊어지지 않도록 조정해 두지 않으면, 특허문헌 1 또는 특허문헌 3에 기재된 종래기술과 같이 와이어가 끊어져 와이어 빠짐이 발생해 버린다고 하는 문제가 있었다. 즉, 특허문헌 1부터 특허문헌 4에 기재된 종래기술에서는, 와이어 빠짐이나 와이어 구부러짐의 발생을 억제할 수는 있지만, 캐필러리의 누르는 힘 등은 항상 어느 일정한 폭으로 조정되어 있지 않으면 와이어 빠짐이나 와이어 구부러짐의 발생을 억제할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 1부터 특허문헌 4에 기재된 종래기술에서는 누르는 힘을 일정한 폭으로 하기 위하여, 와이어와 리드의 접합강도를 확보할 수 없는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 와이어 빠짐이나 와이어 구부러짐을 보다 효과적으로 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 와이어 본딩 장치는 와이어가 삽입 통과되고, 본딩 대상으로 상기 와이어를 본딩하는 캐필러리와, 상기 캐필러리와 연동하여 이동하는 제 1 클램퍼와, 상기 캐필러리에 삽입 통과된 상기 와이어가 뻗는 방향을 따라 상기 제 1 클램퍼와 줄지어 배치되는 제 2 클램퍼와, 상기 제 1 클램퍼와 상기 제 2 클램퍼를 개폐하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 캐필러리에 의해 상기 와이어를 본딩한 후, 상기 제 1 클램퍼를 닫은 채 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 와이어를 절단하는 와이어 절단 수단과, 상기 캐필러리를 상승시킨 후, 상기 제 1 클램퍼를 열고, 상기 제 2 클램퍼를 닫고, 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 캐필러리 선단에 상기 와이어를 연장시키는 와이어 연장 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한 와이어 절단 수단은 상기 와이어를 본딩할 때 상기 캐필러리를 스크러빙 동작시키는 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 방법은, 와이어가 삽입 통과되고, 본딩 대상에 상기 와이어를 본딩하는 캐필러리와, 상기 캐필러리와 연동하여 이동하는 제 1 클램퍼와, 상기 캐필러리에 삽입 통과된 상기 와이어가 뻗는 방향을 따라 상기 제 1 클램퍼와 줄지어 배치되는 제 2 클램퍼를 구비하는 와이어 본딩 장치를 준비하는 공정과, 상기 캐필러리에 의해 상기 와이어를 본딩한 후, 상기 제 1 클램퍼를 닫은 채 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 와이어를 절단하는 와이어 절단 공정과, 상기 캐필러리를 상승시킨 후, 상기 제 1 클램퍼를 열고, 상기 제 2 클램퍼를 닫고, 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 캐필러리 선단에 상기 와이어를 연장시키는 와이어 연장 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한 와이어 절단 공정은 상기 와이어를 본딩할 때 상기 캐필러리를 스크러빙 동작시키는 것으로 해도 적합하다.
본 발명은 와이어 빠짐이나 와이어 구부러짐을 보다 효과적으로 억제할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 구성을 도시하는 계통도.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2c는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2d는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2e는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2f는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2g는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2h는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2i는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2j는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 2k는 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 제 1, 제 2 클램퍼의 개폐 동작과 캐필러리의 높이와 초음파 진동자의 온/오프와 캐필러리의 스크러빙 동작의 상태를 도시하는 타이밍 차트.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 제 1, 제 2 클램퍼의 개폐 동작과 캐필러리의 높이와 초음파 진동자의 온/오프의 동작 상태를 도시하는 타이밍 차트.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1을 참조하면서 본 발명의 실시형태인 와이어 본딩 장치(10)의 전체 구성을 설명한다. 도 1에 있어서, 신호선은 1점쇄선으로 나타낸다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(10)는 XY 테이블(20) 위에 본딩 헤드(19)가 설치되고, 본딩 헤드(19)에는 본딩 암(13)이 부착되어 있다. 본딩 암(13)은 Z방향 모터에 의해 회전 중심의 주위로 구동되고, 그 선단이 본딩면인 반도체칩(21)의 패드면에 대하여 호 형상으로 접리(接離) 동작하도록 구성되어 있다. 본딩 암(13)의 선단은 반도체칩(21)의 패드면 또는 리드프레임(23)의 표면의 근방에서는 상하방향인 Z방향으로 이동한다. 본딩 암(13)의 선단에는, 본딩 툴인 캐필러리(16)가 부착되어 있다. XY 테이블(20)과 본딩 헤드(19)는 이동기구(18)를 구성하고, 이동기구(18)는 XY 테이블(20)에 의해 본딩 헤드(19)를 본딩면을 따른 면 내(XY면 내)에서 자유로운 위치로 이동할 수 있고, 이것에 부착된 본딩 암(13)을 Z방향 모터로 구동시킴으로써 본딩 암(13) 선단 및 본딩 암(13) 선단에 부착된 캐필러리(16)를 XYZ의 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. XY 테이블(20)의 본딩 암(13)의 선단측에는 리드프레임(23)을 흡착 고정하는 본딩 스테이지(14)가 설치되어 있다.
캐필러리(16)는 원추 형상의 선단부를 갖는 구멍 뚫린 원주로, 중심부의 와이어 구멍에 금선 등으로 제조된 와이어(12)를 삽입 통과시킬 수 있는 구조로 되어 있다. 와이어(12)는 본딩 헤드(19)의 위에 부착된 스풀(11)로부터 공급된다. 본딩 암(13)은 초음파 진동자(15)에 의해 초음파 에너지를 캐필러리(16)에 공급하고, 캐필러리(16)에 삽입 통과된 와이어(12)를 본딩면인 반도체칩(21)의 패드면, 및 리드프레임(23)의 리드에 눌러서 접합시키는 기능을 가지고 있다. 또한 캐필러리(16)의 선단 위치 근방에는, 캐필러리(16)의 선단으로부터 연장시킨 와이어를 가열하여 이니셜 볼로 하는 방전 토치(26)가 설치되어 있다.
본딩 헤드(19)에는 캐필러리(16)에 삽입 통과되는 와이어(12)를 파지, 개방하는 제 1 클램퍼(17a)와 제 2 클램퍼(17b)가 설치되어 있다. 제 1 클램퍼(17a)는 본딩 암(13)과 연동하여 XYZ방향으로 이동하고, 제 2 클램퍼(17b)는 본딩 암과 연동하여 XY방향으로 이동하지만, Z방향의 높이는 고정되어 있다. 각 클램퍼(17a, 17b)는 제 1 클램퍼 개폐 기구(27a), 제 2 클램퍼 개폐 기구(27b)를 구비하고 있고, 각 클램퍼(17a, 17b)는 각 개폐 기구(27a, 27b)의 동작에 의해 개폐 구동되도록 구성되어 있다.
상기의 와이어 본딩 장치(10)는 내부에 CPU를 갖는 제어부(30)에 의해 각 부의 위치의 검출 및 동작 제어가 행해지고, 반도체칩(21)과 리드프레임(23) 사이를 와이어(12)에 의해 접속한다. XY 테이블(20)에는 본딩 헤드(19)의 XY방향 위치를 검출하는 XY 위치 검출 수단이 설치되어 있다. 또한 본딩 헤드(19)에는 본딩 암(13)의 회전중심의 주위의 회전각도를 검출함으로써 캐필러리(16) 선단의 Z방향 높이를 검출하는 캐필러리 높이 검출 수단(29)이 설치되어 있다. 캐필러리 높이 검출 수단(29)은 회전각도를 검출하는 것이 아니고, 본딩 암(13) 선단이나 캐필러리(16) 선단의 위치를 직접 검출하는 것과 같은 것이어도 된다. 또한 캐필러리 높이 검출 수단(29)도 비접촉식이어도 되고, 접촉식이어도 된다.
본딩 헤드(19)에는 반도체칩(21), 리드프레임(23) 등의 화상을 취득하는 촬상 수단인 카메라(28)가 부착되고, 카메라(28)에 의해 촬상한 화상에 기초하여 캐필러리(16)의 XY방향의 위치 결정을 행하도록 구성되어 있다. 카메라(28)는 화상신호를 취득할 수 있는 것이면 조리개 기구나 셔터 등이 없는 촬상 소자와 렌즈 등으로 구성되는 것이어도 된다.
상기의 캐필러리 높이 검출 수단(29)의 검출 신호는, 각각, 캐필러리 높이 검출 인터페이스(42)를 통하여 데이터 버스(32)로부터 제어부(30)에 접속되고, 각 신호가 제어부(30)에 입력되도록 구성되어 있다. 또한 XY 테이블(20)과 본딩 헤드(19)로 구성되는 이동기구(18), 제 1 및 제 2 클램퍼 개폐 기구(27a, 27b), 초음파 진동자(15), 방전 토치(26)는 각각 이동기구 인터페이스(44), 클램퍼 개폐 인터페이스(41), 초음파 진동자 인터페이스(43), 볼 형성 수단 인터페이스(45)를 통하여 데이터 버스(32)로부터 제어부(30)에 접속되고, CPU를 포함하는 제어부(30)로부터의 지령에 의해 각 기기가 동작하도록 구성되어 있다.
데이터 버스(32)에는 기억부(34)가 접속되어 있다. 기억부(34)는 제어부(30)가 행하는 위치 검출 처리나, 제어 지령 출력 동작에 필요한 제어 데이터를 유지하고 있고, 제어부(30)로부터의 지령에 의해 제어 데이터를 제어부(30)에 출력하거나, 또는 입력된 신호 데이터 등을 기억, 유지한다. 제어부(30)와 데이터 버스(32)와 기억부(34)와 각 인터페이스(41∼45)는 일체로 구성된 컴퓨터(60)이며, 기억부(34)에는 제어 데이터 이외에 본딩 제어 전반을 컨트롤하는 제어 프로그램이나, 와이어 절단 수단인 와이어 절단 프로그램이나 와이어 연장 수단인 와이어 연장 프로그램이 저장되어 있다.
이상과 같이 구성된 와이어 본딩 장치(10)의 본딩 동작에 대하여 도 2a로부터 도 2k, 도 3을 참조하면서 설명한다. 우선, 제어부(30)는 기억부(34)에 저장되어 있는 전체 제어 프로그램과 와이어 절단 프로그램과 와이어 연장 프로그램과 제어용의 데이터를 읽어내고, 내부의 메모리에 저장된다. 또한 도 2a에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(16)의 선단에는 이니셜 볼(52)이 형성되어 있다. 이 상태에서는, 제 1 클램퍼(17a)는 닫히고, 제 2 클램퍼(17b)는 열려 있다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 제어부(30)는 캐필러리(16)의 선단을 반도체칩(21)의 패드(22)의 바로 위에 이동시키는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 이동기구 인터페이스(44)로부터의 지령이 XY 테이블(20)에 전달되고, XY 테이블(20)이 본딩 헤드(19)의 위치를 이동시켜 캐필러리(16)의 위치를 패드(22)의 바로 위에 오도록 위치맞춘다.
도 2b에 도시하는 바와 같이, 얼라인먼트가 끝나면, 제어부(30)는 캐필러리(16)를 패드(22)에 강하시키는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 이동기구 인터페이스(44)로부터 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터를 구동하는 신호가 출력되고, 이 신호에 의해 Z방향 모터가 회전하고, 캐필러리(16)가 패드(22)를 향해서 강하하고, 이니셜 볼(52)을 패드(22)에 눌러 압착볼(53)로 하고, 와이어(12)를 패드(22)에 본딩하여 접합한다. 캐필러리(16)의 강하와 동시에, 제어부(30)는 제 1 클램퍼(17a)를 여는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 클램퍼 개폐 인터페이스(41)로부터 제 1 클램퍼(17a)를 여는 신호가 출력된다. 이 신호에 의해, 제 1 클램퍼 개폐 기구(27a)에 의해 제 1 클램퍼(17a)가 열린다.
와이어(12)의 패드(22)로의 접합이 끝나고, 제 1, 제 2 클램퍼(17a, 17b)가 모두 열린 상태로 되면, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 제어부(30)는 캐필러리(16)를 상승시킨 후, 리드(24)와 반대측의 방향으로 수평으로 이동시키고, 더욱 상승시키는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해, 이동기구 인터페이스(44)로부터 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터를 구동하여 캐필러리(16)를 상승시키는 신호와, XY 테이블(20)을 구동하여 캐필러리(16)의 선단 위치를 리드(24)와 반대측의 위치로 하는 신호가 출력된다. 이들 신호에 의해 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터와 XY 테이블(20)이 구동되고, 캐필러리(16)는 패드(22)의 위치에서 수직으로 상승한 후, 리드(24)와 반대방향을 향하여 이동한 후, 더욱 상승한다.
그 후, 도 2d에 도시하는 바와 같이, 제어부(30)는 캐필러리(16)를 강하시키면서 리드(24)를 향하여 루핑시키는 지령과, 제 1 클램퍼(17a)를 닫는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해, XY 테이블(20)을 구동하여 캐필러리(16)의 선단 위치를 리드(24)의 위치로 하는 신호와, 이동기구 인터페이스(44)로부터 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터를 구동하여 캐필러리(16)를 더욱 강하시키는 신호가 출력된다. 이들 신호에 의해 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터와 XY 테이블(20)이 구동되어, 캐필러리(16)는 리드(24)를 향하여 강하하면서 루핑된다. 또한 제어부(30)의 지령에 의해 클램퍼 개폐 인터페이스(41)로부터 제 1 클램퍼(17a)를 닫는 신호가 출력된다. 이 신호에 의해, 제 1 클램퍼 개폐 기구(27a)에 의해 제 1 클램퍼(17a)가 닫힌다.
그리고, 도 2e에 도시하는 바와 같이, 제어부(30)는 캐필러리(16)가 리드(24)의 위에 오면 캐필러리(16)를 더욱 강하시켜 리드(24)에 본딩하는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 이동기구 인터페이스(44)로부터 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터를 구동하여 캐필러리(16)를 강하시키는 신호가 출력되고, 이 신호에 의해 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터가 구동되어, 캐필러리(16)가 리드(24)를 향하여 더욱 강하하고, 그 선단으로 와이어(12)를 리드(24)에 누르고 와이어(12)를 리드(24)에 본딩하여 접합한다. 루프 동작 개시로부터 캐필러리(16)가 리드(24)에 본딩하기 까지의 동안, 제 1 클램퍼(17a)는 닫힌 채이고, 제 2 클램퍼(17b)는 열린 채이다.
도 3은 리드(24)로의 본딩 시의 각 클램퍼(17a, 17b)의 개폐 상태, 캐필러리(16)의 선단의 높이, 초음파 진동자(15)의 온/오프 및 캐필러리(16)의 스크러빙 동작의 상태를 나타내는 그래프이며, 도면 중의 선 a는 제 1 클램퍼(17a)의 개폐 상태를 나타내고, 선 b는 제 2 클램퍼(17b)의 개폐 상태를 나타내고, 선 z는 캐필러리(16)의 선단 높이의 변화를 나타내고, 선 c는 초음파 진동자(15)의 온/오프 상태의 변화를 나타내고, 선 d는 캐필러리(16)의 스크러빙 동작의 상태의 변화를 나타내는 선이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 시간 t0에 캐필러리(16)가 강하를 개시하면, 제 1 클램퍼(17a)는 열린 상태에서 닫힌 상태로 된다. 그리고, 시간 t1에, 캐필러리(16)가 리드(24)에 접촉하고, 도 2e에 도시하는 캐필러리(16)가 리드(24)에 접합된다. 제어부(30)는 시간 t1부터 시간 t3까지의 동안, 캐필러리(16)의 선단을 리드(24)에 누름과 아울러 초음파 진동자(15)를 온으로 하여 와이어(12)와 리드(24)를 접합시킨다. 또한 제어부(30)는, 도 2f에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(16)에 의해 와이어(12)를 리드(24)에 누르고 있는 시간 t1부터 시간 t3까지의 동안, XY 테이블(20)을 패드(22)와 리드(24)와의 방향으로 왕복 이동시키는 스크러빙 동작을 행한다. 또한 캐필러리(16)의 스크러빙 동작에 의해, 캐필러리(16)에 삽입 통과되어 있는 와이어(12)의 부분과 리드(24)의 접합부분 사이에 미소한 크랙이 생겨, 와이어(12)의 절단을 하기 쉬워진다. 스크러빙 동작은 패드(22)와 리드(24)와의 방향에 한하지 않고, 수평면 내에서 어떠한 방향으로 왕복동작시켜도 되고, 캐필러리(16)를 원호 형상 또는 타원 형상으로 이동시켜도 된다. 또한 캐필러리(16)를 패드(22)로부터 리드(24)의 방향을 향하여 횡이동시키는 것만으로 해도 된다.
도 3에 나타내는 시간 t3이 되면, 제어부(30)는 도 2g에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(16)의 선단을 높이 H1까지 상승하는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 이동기구 인터페이스(44)로부터 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터를 구동하는 신호를 출력하고, 이 신호에 기초하여 Z방향 모터를 구동하여 캐필러리(16)를 상승시킨다. 이때, 제 1 클램퍼(17a)는 닫힌 상태이고, 와이어(12)를 파지한 채 캐필러리(16)와 함께 상승을 개시한다. 와이어(12)는 리드(24)에 접합되어 있기 때문에, 제 1 클램퍼(17a)가 상승하면 와이어(12)에 상향의 인장력이 걸린다. 또, 와이어(12)의 리드(24)로의 접합부분 근방은 본딩에 의해 눌러 으깨져서 와이어(12)의 단면적보다도 작아져 있는 것 및, 캐필러리(16)의 스크러빙 동작에 의해 와이어(12)와 리드(24)에의 접합부와의 사이에 미소 크랙이 발생해 있음으로써, 와이어(12)는 장력에 의해 와이어(12)의 리드(24)에 접합해 있는 부분의 근방에서 와이어(12)는 절단된다(와이어 절단 공정). 이때, 와이어(12)가 보다 용이하게 절단되도록, 제어부(30)는, 도 3에 나타내는 시간 t4부터 t5의 동안, 초음파 진동자(15)를 온으로 하여 캐필러리(16)의 선단을 진동시킨다.
본 실시형태에서는, 와이어 절단 공정에서 리드(24)로의 본딩으로부터 캐필러리(16)의 상승을 행할 때는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 클램퍼(17a)를 닫힌 상태인 채로 하고 있다. 이 때문에, 리드(24)로의 본딩시에 와이어(12)가 끊어진 경우이어도, 와이어(12)는 캐필러리(16)로부터 빠져버리지 않는다. 그러나, 캐필러리(16)의 선단에 테일 와이어(51)를 연장시킨 후에 와이어의 절단을 행하지 않으므로, 캐필러리(16)의 선단으로는 테일 와이어(51)는 연장되지 않는다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제어부(30)는 도 1에 도시한 캐필러리 높이 검출 인터페이스(42)를 통하여 캐필러리 높이 검출 수단(29)에 의해 취득한 캐필러리(16)의 선단 높이의 신호를 취득하고, 높이 H1과 비교한다. 그리고, 캐필러리(16)의 선단 높이가 H1이 되면 이동기구 인터페이스(44)로부터 Z방향 모터를 정지하는 신호가 출력되어, 캐필러리(16)의 상승을 정지시킨다.
도 2h에 도시하는 바와 같이, 도 3에 나타내는 시간 t6에 캐필러리(16)의 선단 높이가 높이 H1이 되면, 제어부(30)는 제 2 클램퍼(17b)를 닫는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 클램퍼 개폐 인터페이스(41)로부터 제 2 클램퍼 개폐 기구(27b)를 닫는 동작을 시키는 신호가 출력되고, 이 신호에 의해 제 2 클램퍼 개폐 기구(27b)가 닫힘으로 동작하고, 제 2 클램퍼(17b)가 닫혀서 와이어(12)를 파지한다. 그리고, 도 3에 도시하는 시간 t7에 제 2 클램퍼(17b)의 닫힘 동작이 완료되면, 제어부(30)는 제 1 클램퍼(17a)를 여는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 클램퍼 개폐 인터페이스(41)로부터 제 1 클램퍼 개폐 기구(27a)에 열림 동작 신호가 출력되고, 이 열림 동작 신호에 의해 제 1 클램퍼 개폐 기구(27a)가 열림 동작을 하고, 이것에 의해 제 1 클램퍼(17a)가 열리고, 제 1 클램퍼(17a)는 파지하고 있던 와이어(12)를 개방한다.
제어부(30)는 도 3에 도시하는 시간 t8에 와이어(12)의 파지 클램퍼를 제 1 클램퍼(17a)로부터 제 2 클램퍼(17b)로 변경시키면, 캐필러리(16)의 선단 높이를 H1으로부터 H2로 상승시키는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 본딩 헤드(19)의 Z방향 모터가 구동되어, 캐필러리(16)는 상승을 개시한다. 이 경우, 제 2 클램퍼(17b)가 닫혀 와이어(12)를 높이 방향으로 파지하고 있으므로, 와이어(12)의 높이 방향의 위치는 바뀌지 않고, 캐필러리(16)와 제 1 클램퍼(17a)의 위치만이 H1로부터 H2까지 상승한다. 이것에 의해 도 2i에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(16)의 선단으로 테일 와이어(51)가 연장된다. 또한 도 3의 시간 t8로부터 t9에 나타내는 바와 같이, 제어부(30)는 캐필러리(16)를 상승시킴과 아울러 초음파 진동자(15)를 온으로 하여 캐필러리(16)의 선단을 진동시키고, 와이어(12)가 원활하게 캐필러리(16)의 구멍을 통과하도록 한다.
제어부(30)는 캐필러리(16)의 선단 높이를 캐필러리 높이 검출 수단(29)에 의해 검출하고, 그 높이가 높이 H2가 되면 이동기구 인터페이스(44)에 캐필러리(16)의 상승을 정지하는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 이동기구 인터페이스(44)는 Z방향 모터를 정지시키는 신호를 출력하고, 이 신호에 의해 Z방향 모터가 정지하고, 캐필러리(16)의 상승이 정지한다. 캐필러리(16)가 정지하면 도 3에 나타내는 높이 H1과 높이 H2와의 차(L)만큼 캐필러리(16)의 선단으로부터 테일 와이어(51)가 연장된다(와이어 연장 수단).
테일 와이어(51)의 연장 동작이 종료되면, 제어부(30)는, 도 3에 나타내는 시간 t10에 제 1 클램퍼(17a)를 닫는 지령을 출력한다. 도 2j에 도시하는 바와 같이, 이 지령에 의해 클램퍼 개폐 인터페이스(41)로부터 제 1 클램퍼(17a)를 닫는 신호가 출력되고, 이 신호에 의해 제 1 클램퍼 개폐 기구(27a)에 의해 제 1 클램퍼(17a)가 닫힌다. 그리고, 도 3에 나타내는 시간 t11에 제 1 클램퍼(17a)가 닫히면 제어부(30)는 제 2 클램퍼(17b)를 여는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 클램퍼 개폐 인터페이스(41)로부터 제 2 클램퍼(17b)를 여는 신호가 출력되고, 이 신호에 의해 제 2 클램퍼 개폐 기구(27b)에 의해 제 2 클램퍼(17b)가 열린다. 그리고, 도 3에 나타내는 시간 t12에 제 2 클램퍼(17b)가 열려 와이어(12)의 파지 클램퍼가 제 2 클램퍼(17b)로부터 제 1 클램퍼(17a)로 변경되면, 제어부(30)는 이동기구(18)에 의해 캐필러리(16)를 도 2k에 도시하는 바와 같이, 이니셜 볼 형성 위치로 이동시키고, 다음의 와이어 본딩을 위해 이니셜 볼(52)을 형성한다.
도 2k에 도시하는 바와 같이, 제어부(30)는 이동기구 인터페이스(44)에 캐필러리(16)의 선단 위치를 이니셜 볼 형성 위치로 이동하는 지령을 출력한다. 이 지령에 의해 XY 테이블(20)이 구동되고, 캐필러리(16)의 선단 위치가 이니셜 볼 형성 위치까지 이동한다. 캐필러리(16)가 소정의 위치로 이동하면, 제어부(30)는 볼 형성 수단 인터페이스(45)에 이니셜 볼 형성 지령을 출력한다. 이 지령에 의해, 방전 토치(26)가 구동되고, 캐필러리(16)의 선단으로 연장되어 있는 테일 와이어(51)가 가열되어 이니셜 볼(52)이 형성된다. 이니셜 볼(52)의 형성이 종료되면, 제어부(30)는 캐필러리(16)를 다음의 패드(22) 위에 이동시키고 다음의 본딩을 행한다.
이상에서 설명한 본 실시형태에서는, 제 1 클램퍼(17a)를 닫은 상태에서 리드(24)에 본딩하므로, 본딩 시에 와이어(12)가 끊어져도 와이어(12)가 캐필러리(16)로부터 빠져버리지 않고, 와이어 빠짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 캐필러리(16)의 누르는 힘은 본딩에 의해 와이어가 끊어질 정도로 조정해 두면 되고, 본딩 시에 와이어(12)가 끊어지지 않는 경우이어도 와이어(12)의 리드(24)로의 접합부분의 근방의 와이어를 크게 눌러 으깨서 그 단면적을 보다 작게 해 둘 수 있기 때문에, 종래기술에 비해 와이어(12)를 절단할 때의 와이어(12)의 반발력을 작게 억제할 수 있어, 보다 효과적으로 와이어(12)의 구부러짐을 억제할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 실시형태에서는, 와이어(12)를 캐필러리(16)에 의해 리드(24)에 눌렀을 때에 캐필러리(16)를 스크러빙 동작시켜, 와이어(12)와 접합부분 사이에 미소하게 크랙을 발생시켜, 와이어(12)가 끊어지기 쉽도록 하고 있는데, 이 스크러빙 동작 시에 와이어(12)가 절단되어 버린 경우이어도, 와이어(12)는 제 1 클램퍼(17a)에 의해 유지되고 있기 때문에 스크러빙 동작을 미세하게 조정하지 않고 와이어 빠짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 충분히 스크러빙 동작을 행할 수 있으므로 와이어(12)와 리드(24)의 접합강도를 크게 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 캐필러리(16)를 리드(24)에 누르고 있는 동안 캐필러리(16)를 스크러빙 동작시키는 것으로서 설명했지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(16)의 스크러빙 동작을 행하지 않고 본딩을 행하도록 해도 된다.
이상에서 설명한 각 실시형태에서는, 리드(24)로의 본딩 후에 와이어(12)를 절단하는 것으로서 설명했지만, 본 발명은 리드(24)에 이니셜 볼(52)을 본딩하고 패드(22)에 본딩 후에 와이어(12)를 절단하는 본딩에도 적용할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 또는 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.
10 와이어 본딩 장치 11 스풀
12 와이어 13 본딩 암
14 본딩 스테이지 15 초음파 진동자
16 캐필러리 17a 제 1 클램퍼
17b 제 2 클램퍼 18 이동기구
19 본딩 헤드 20 XY 테이블
21 반도체칩 22 패드
23 리드프레임 24 리드
26 방전 토치 27a 제 1 클램퍼 개폐 기구
27b 제 2 클램퍼 개폐 기구 28 카메라
29 캐필러리 높이 검출 수단 30 제어부
32 데이터 버스 34 기억부
41 클램퍼 개폐 인터페이스 42 캐필러리 높이 검출 인터페이스
43 초음파 진동자 인터페이스 44 이동기구 인터페이스
45 볼 형성 수단 인터페이스 51 테일 와이어
52 이니셜 볼 53 압착 볼
60 컴퓨터

Claims (4)

  1. 와이어 본딩 장치로서,
    와이어가 삽입 통과되고, 본딩 대상에 상기 와이어를 본딩하는 캐필러리와,
    상기 캐필러리와 연동하여 이동하는 제 1 클램퍼와,
    상기 캐필러리에 삽입 통과된 상기 와이어의 뻗는 방향을 따라 상기 제 1 클램퍼와 줄지어서 배치되는 제 2 클램퍼와,
    상기 제 1 클램퍼와 상기 제 2 클램퍼를 개폐하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 캐필러리에 의해 상기 와이어를 본딩한 후, 상기 제 1 클램퍼를 닫은 채 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 와이어를 절단하는 와이어 절단 수단과,
    상기 캐필러리를 상승시킨 후, 상기 제 1 클램퍼를 열고, 상기 제 2 클램퍼를 닫고, 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 캐필러리 선단으로 상기 와이어를 연장시키는 와이어 연장 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 절단 수단은 상기 와이어를 본딩할 때 상기 캐필러리를 스크러빙 동작시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  3. 본딩 방법으로서,
    와이어가 삽입 통과되고, 본딩 대상으로 상기 와이어를 본딩하는 캐필러리와, 상기 캐필러리와 연동하여 이동하는 제 1 클램퍼와, 상기 캐필러리에 삽입 통과된 상기 와이어가 뻗는 방향을 따라 상기 제 1 클램퍼와 줄지어 배치되는 제 2 클램퍼를 구비하는 와이어 본딩 장치를 준비하는 공정과,
    상기 캐필러리에 의해 상기 와이어를 본딩한 후, 상기 제 1 클램퍼를 닫은 채 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 와이어를 절단하는 와이어 절단 공정과,
    상기 캐필러리를 상승시킨 후, 상기 제 1 클램퍼를 열고, 상기 제 2 클램퍼를 닫고, 상기 캐필러리와 상기 제 1 클램퍼를 상승시켜 상기 캐필러리 선단에 상기 와이어를 연장시키는 와이어 연장 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    와이어 절단 공정은 상기 와이어를 본딩할 때 상기 캐필러리를 스크러빙 동작시키는 것을 특징으로 하는 본딩 방법.
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