WO2015137076A1 - ボンディング装置 - Google Patents

ボンディング装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015137076A1
WO2015137076A1 PCT/JP2015/054577 JP2015054577W WO2015137076A1 WO 2015137076 A1 WO2015137076 A1 WO 2015137076A1 JP 2015054577 W JP2015054577 W JP 2015054577W WO 2015137076 A1 WO2015137076 A1 WO 2015137076A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capillary
piezoelectric element
bonding
bonding apparatus
vibration
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/054577
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
哲郎 杉藤
Original Assignee
株式会社カイジョー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社カイジョー filed Critical 株式会社カイジョー
Priority to US15/104,391 priority Critical patent/US9935078B2/en
Publication of WO2015137076A1 publication Critical patent/WO2015137076A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/002—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating specially adapted for particular articles or work
    • B23K20/004—Wire welding
    • B23K20/005—Capillary welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/002—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating specially adapted for particular articles or work
    • B23K20/004—Wire welding
    • B23K20/005—Capillary welding
    • B23K20/007—Ball bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78301—Capillary
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78343—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure by ultrasonic vibrations
    • H01L2224/78347—Piezoelectric transducers
    • H01L2224/78349—Piezoelectric transducers in the upper part of the bonding apparatus, e.g. in the capillary or wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details

Definitions

  • the present invention relates to a bonding apparatus, and more particularly to a bonding apparatus that can stably drive a bonding tool for bonding wires from a low frequency to a high frequency.
  • the wire bonding apparatus presses and joins the ball formed at the tip of the wire to the electrode of the semiconductor chip together with ultrasonic vibration and presses the wire to the lead together with ultrasonic vibration to It joins the lead.
  • a bonding head is mounted and fixed on an XY table movable in a two-dimensional direction.
  • the bonding arm constituting the bonding head is configured to be rotatable about a support shaft, and an ultrasonic horn with a capillary as a bonding tool attached to one end of the bonding arm and an ultrasonic horn to the other.
  • an ultrasonic transducer as ultrasonic application means for applying ultrasonic vibration to the capillary.
  • the ultrasonic horn in the conventional bonding arm is required to have a length based on ⁇ (sound length) / 2, and when it is attached to the bonding head as a bonding arm, the position of the node of ⁇ / 4 In order to fix, the length and the supporting method were limited.
  • Patent Document 1 discloses a wire bonding apparatus in which a piezoelectric element that transmits vibration by electrostriction or magnetostriction effect is incorporated in a capillary in the vicinity of the attachment of the bonding arm to the capillary.
  • Patent Document 2 discloses a low-mass vibrator in which a vibration generating mechanism is incorporated in a capillary.
  • the wire bonding apparatus disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which a piezoelectric element that transmits vibration to a capillary is incorporated in the vicinity of the capillary attachment of the bonding arm.
  • the vibration of the piezoelectric element is propagated to the capillary via the frame-shaped vibration transmitting portion.
  • the mass of the vibration transmitting unit as a load driven by the piezoelectric element is large.
  • the piezoelectric element has to be enlarged in order to drive a heavy load.
  • the piezoelectric element is fixed to a frame-shaped hole provided in the bonding arm, and pressure is applied to the piezoelectric element through the frame. Therefore, the rigidity of the frame hinders the expansion of the piezoelectric element and the vibration amplitude is reduced. There was a problem that could not be generated efficiently.
  • Patent Document 2 a dedicated capillary is required to incorporate a vibration generating mechanism using a piezoelectric element into the capillary, and it is difficult to provide the vibration generating mechanism in a normally used capillary. Furthermore, since the vibration generating mechanism is incorporated in the capillary, which is a consumable item, the cost becomes high.
  • an object of the present invention is to provide a bonding apparatus capable of transmitting stable vibration to a capillary without hindering the expansion and contraction operation of the piezoelectric element.
  • a bonding apparatus is a bonding apparatus including a vibration drive unit that vibrates a capillary, and one end of the vibration drive unit is fixed to a distal end portion of a bonding arm.
  • a piezoelectric element that expands and contracts along the axial direction, a capillary holding part that is fixed to the other end of the piezoelectric element and that contacts the proximal peripheral surface of the capillary, and the capillary holding part on the proximal peripheral surface of the capillary
  • vibration driving unit in the bonding apparatus of the present invention is characterized by not using resonance.
  • the filamentous body in the bonding apparatus of the present invention is characterized in that a tension is applied to the filamentous body by the tension mechanism, and the capillary body is pressed and held so that the capillary can perform a bonding operation. .
  • the filamentous body in the bonding apparatus of the present invention is characterized in that a tension is applied by the tension mechanism to apply a preload necessary for driving the capillary and fixing to the capillary holding portion.
  • the filamentous element in the bonding apparatus of the present invention is a piezoelectric element in a state in which a predetermined preload necessary for driving the capillary and fixing to the capillary holding portion is applied by the tension mechanism. It has a stretchable length exceeding the stretchable length.
  • the tension mechanism in the bonding apparatus of the present invention is characterized in that end portions of the filamentous body are fixed to both sides of the bonding arm, respectively.
  • the tension is applied to the filamentous body by the tension mechanism.
  • the filamentous body is wound around and fixed to the rod-like bodies disposed on both side surfaces or one side surface of the bonding arm.
  • the rod-like body is rotated by a torque driver with a predetermined torque, and the preload to the capillary can be adjusted.
  • the filamentous body in the bonding apparatus of the present invention is configured to be endless.
  • the tension is applied to the filament by the tension mechanism by winding the filament on a presser plate that is fixed to the bonding arm and the fixing position of the bonding arm can be adjusted. It is performed by adjusting the position of the presser plate, and the preload to the capillary can be adjusted.
  • the filamentous body in the bonding apparatus of the present invention is formed of a tape-shaped member having a predetermined width, and presses and holds the capillary.
  • the bonding apparatus of the present invention is a wire bonding apparatus.
  • the load mass of the piezoelectric element is only the capillary, the capillary holding portion, and the filamentous body, the piezoelectric element is preloaded with the filamentous body having a very small mass and volume, and the capillary holding portion is reduced in size and weight. Therefore, direct drive in which the capillary is directly driven by the piezoelectric element is possible, and the capillary can be efficiently vibrated.
  • the piezoelectric element since vibration is directly transmitted from the piezoelectric element to the capillary without using a horn, the piezoelectric element can be freely used within the range of the natural frequency region of the piezoelectric element without using the resonance of the piezoelectric element. It can be bonded by ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic vibration of the prior art required that the capillary be vibrated at the maximum amplitude on the horn, the length of the horn and the mounting position of the capillary are limited to be an integral multiple of half the wavelength of the ultrasonic vibration. It had been. Since the present invention does not use the vibration premised on the resonance of the horn, it is not subject to these limitations.
  • the preload necessary for driving the piezoelectric element is supplied by a filamentous body.
  • the total length of the filamentous body is 100 mm or more with respect to the amplitude of several ⁇ m of the piezoelectric element. Since the change in the length with respect to the entire length of the body is extremely slight, the change in the spring constant is very slight with respect to the preload applied to the piezoelectric element in the amplitude range of the piezoelectric element. Since the expansion and contraction operation of the piezoelectric element is small, the efficiency of the piezoelectric element does not decrease.
  • the lightness of the load driven by the piezoelectric element improves the response of the capillary, and the capillary can be driven directly. Therefore, the magnitude of the vibration amplitude of the capillary being joined can be varied. For example, it is possible to first remove the oxide film on the surface by a scrubbing operation, and then bond the ball or wire with the optimum vibration form of the capillary.
  • FIG. 4 is a model diagram of a vibration mode when a negative maximum voltage in phase is applied to an upper piezoelectric element and a lower piezoelectric element. It is a figure which shows the waveform of the voltage which has a 180 degree phase difference mutually supplied to a piezoelectric element from a power amplifier.
  • FIG. 4B is a model diagram of a vibration mode when a maximum negative voltage is applied to the upper piezoelectric element and a maximum positive voltage is applied to the lower piezoelectric element. It is a figure which shows a voltage waveform when the voltage waveform supplied to an upper piezoelectric element and a lower piezoelectric element is in-phase, and the amplitude ratio of the voltage waveform of an upper piezoelectric element and a lower piezoelectric element is 1: 2.
  • the model diagram, (b), is a model diagram of the vibration mode when a negative voltage having an in-phase amplitude ratio of 1: 2 is applied to the upper and lower piezoelectric elements. It is a figure which shows a voltage waveform when the voltage waveform supplied to an upper piezoelectric element and a lower piezoelectric element is in phase, and the amplitude ratio of the voltage waveform of an upper piezoelectric element and a lower piezoelectric element is 2: 1.
  • a model diagram, (b), is a model diagram of a vibration mode when a negative voltage having an in-phase amplitude ratio of 2 to 1 is applied to an upper piezoelectric element and a lower piezoelectric element.
  • the bonding apparatus of the present invention has one end fixed to the tip of the bonding arm as a vibration drive unit, a piezoelectric element that expands and contracts along the axial direction of the bonding arm, and the other end of the piezoelectric element.
  • the capillary holding part that contacts the end side peripheral surface, the filament wound around the half peripheral surface of the base end side peripheral surface of the capillary opposite to the capillary holding part, and pulling both ends of the filamentous body to pull the capillary It has a tension mechanism arranged on the side of the bonding arm that presses and holds the holding part, and the capillary can vibrate stably from low frequency to high frequency so that the load driven by the piezoelectric element can be reduced.
  • a stable vibration is transmitted to the capillary without obstructing the expansion / contraction operation of the piezoelectric element. It is intended to enable the door.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a vibration drive unit that vibrates a capillary attached to the tip of a bonding arm in the bonding apparatus
  • FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the vibration drive unit
  • FIG. FIG. 3 is a side view showing the configuration of the vibration drive unit
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of the capillary mounting portion of the capillary holding unit in the vibration drive unit.
  • the vibration drive unit 7 that vibrates the capillary 20 is attached to the tip of the bonding arm 3, and includes the piezoelectric element 10 and the capillary holding unit 15. And a filamentary body 23 that fixes the capillary 20 to the capillary holding portion 15 and applies a preload to the piezoelectric element 10.
  • the piezoelectric element 10 is formed by stacking and integrating thin piezoelectric elements made of ceramic or the like, and applies a voltage to the electrode terminal to cause displacement. For example, when a high frequency voltage is applied to the electrode terminal of the piezoelectric element 10, the vibration is generated by repeating displacement according to the frequency, amplitude, etc. of the high frequency voltage.
  • FIG. 1 and FIG. 2 (b) two piezoelectric elements 10 arranged vertically are attached to the tip of the bonding arm 3 in the vibration drive unit 7. 2B, the upper piezoelectric element 10 is referred to as an upper piezoelectric element 11, and the lower piezoelectric element 10 is referred to as a lower piezoelectric element 12. As shown in FIG. 1 and FIG. 2 (b), two piezoelectric elements 10 arranged vertically are attached to the tip of the bonding arm 3 in the vibration drive unit 7. 2B, the upper piezoelectric element 10 is referred to as an upper piezoelectric element 11, and the lower piezoelectric element 10 is referred to as a lower piezoelectric element 12. As shown in FIG.
  • the surface in contact with the bonding arm 3 of the piezoelectric element 10 is fixed to the bonding arm 3 by adhesion or the like.
  • the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 can be driven independently, and each piezoelectric element 10 expands and contracts along the axial direction of the bonding arm 3.
  • the capillary holding part 15 is located between the piezoelectric element 10 and the capillary 20, holds the capillary 20, and efficiently transmits the vibration of the piezoelectric element 10, and is reduced in size and weight.
  • the upper capillary holding part 15 is referred to as an upper capillary holding part 16, and the lower capillary holding part 15 is referred to as a lower capillary holding part 17. As shown in FIG.
  • the surface of the capillary holding portion 15 that contacts the piezoelectric element 10 is fixed to the piezoelectric element 10 by adhesion or the like, the upper capillary holding portion 16 is fixed to the upper piezoelectric element 11, and the lower capillary holding portion 17 is the lower piezoelectric element. 12 is fixed.
  • One end of the capillary holding portion 15 is fixed to the piezoelectric element 10, and the other end of the capillary holding portion 15 forms a concave portion (curved surface) 15 a that holds the capillary 20.
  • the proximal end side peripheral surface of the capillary 20 is attached so as to contact the capillary holding portion 15.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of the capillary mounting portion of the capillary holding portion in the vibration driving portion.
  • the capillary 20 is held by the capillary holding unit 15 in such a manner that the two end surfaces near the tip of the curved surface 15 a and the outer peripheral surface of the capillary 20 are linearly contacted along the axial direction of the capillary 20. Is done. For this reason, a gap is formed between the curved surface 15 a of the capillary holding portion 15 and the surface of the capillary 20.
  • the two piezoelectric elements of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 corresponding to the axial direction of the capillary 20 via the upper capillary holding part 16 and the lower capillary holding part 17 are Along the top and bottom.
  • the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 extend and contract in the direction perpendicular to the axial direction of the capillary 20, and the surface opposite to the capillary 20 is fixed to the bonding arm 3.
  • the filament 23 is stretched along the outer periphery of the surface opposite to the surface of the capillary 20 that contacts the capillary holding portion by the tension mechanism 25. As described above, the filamentous body 23 is wound around the half circumferential surface of the capillary 20 on the side opposite to the capillary holding portion on the proximal end side circumferential surface.
  • the thread-like body 23 that fixes the capillary 20 to the capillary holder 15 has a sufficient tensile strength and flexibility, a high-strength fiber, or the like in order to reduce the wire diameter and extremely reduce the mass and volume.
  • the composite material can be used.
  • the filament 23 is pulled by the pulling mechanism 25 to generate a tension and hold the capillary 20. 2B, the filamentous body 23 passes between the upper capillary holding part 16 and the lower capillary holding part 17 and between the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12. Thus, it is stretched along the outer periphery of the bonding arm 3 so as to be perpendicular to the axial direction of the capillary 20.
  • the capillary 20 may be pressed and held by a tape-like member (tape-like body) having a predetermined width as the filamentous body 23.
  • the tape-like body is made of a material having tensile strength and flexibility and having a small mass and volume.
  • the tension mechanism 25 has a function of adjusting / holding an arbitrary tension with respect to the filament 23 by pulling both ends of the filament 23.
  • the tension mechanism 25 has rod-like bodies 26 disposed on both side surfaces on the bonding arm attachment portion 4 side, and applies tension to the filamentous body 23 by winding the vicinity of the end of the filamentous body 23 with the rod-like body 26. is there.
  • the preload to the capillary 20 is adjusted by rotating the rod-shaped body 26 with a predetermined torque by a torque driver.
  • the capillary 20 is pressed against the piezoelectric element 10 side of the bonding arm 3 by the filament 23 and is held by the capillary holding unit 15. Further, a tension is generated in the filament 23 by the tension mechanism 25 and the capillary 20 is pressed to apply a necessary preload to the piezoelectric element 10 attached to the tip of the bonding arm 3 via the capillary holding portion 15.
  • the tension mechanism 25 shown in FIG. 2 (a) applies tension to the thread-like body 23 by winding the vicinity of the end of the thread-like body 23 with a rod-like body 26, and fixes one end of the thread-like body 23. Thus, tension may be applied to the filament 23 by pulling the other end of the filament 23.
  • a piezoelectric element vibrates a horn serving as a load and transmits vibration amplitude to the capillary. For this reason, the capillary located on the horn must be vibrated with the maximum amplitude by utilizing the resonance of the horn.
  • the resonance of the piezoelectric element 10 is not utilized, and the piezoelectric element 10 has a natural frequency range. Ultrasonic vibration can be freely performed for bonding.
  • the ultrasonic vibration of the prior art needs to vibrate the capillary with the maximum amplitude on the horn
  • the length of the horn and the mounting position of the capillary are set to be an integral multiple of the half wavelength of the ultrasonic vibration.
  • the present invention does not use the vibration premised on the resonance of the horn, it is not subject to these limitations.
  • the capillary holding unit 15 is reduced in size and weight, direct drive for directly driving the capillary 20 by the piezoelectric element 10 is possible, and the capillary 20 can be vibrated efficiently.
  • the wire diameter of the thread-like body 23 can be reduced, and the mass and volume are extremely reduced. be able to.
  • the load driven by the piezoelectric element 10 can be reduced in weight and size, and stable vibration can be achieved without impeding the expansion and contraction operation of the piezoelectric element 10. Can be communicated to.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an oscillator for driving the piezoelectric element.
  • the oscillator 35 that drives the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 includes a waveform generator 36 and power amplifiers 38 and 39.
  • the waveform generator 36 outputs a sine wave signal having a predetermined frequency to the power amplifiers 38 and 39 based on a command from the control unit 33 of the bonding apparatus 1.
  • the control unit 33 of the bonding apparatus 1 has a frequency and amplitude of a sine wave for generating a voltage waveform for driving the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12, and the level of the voltage waveform between the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12.
  • Each data of the phase difference and the voltage bias value is output to the waveform generator 36.
  • the waveform generator 36 drives the amplitude (sine wave) amplitude, frequency, voltage waveform phase difference, voltage bias value, and the like of an internal oscillator (not shown) based on data from the control unit 33 of the bonding apparatus 1. Set conditions. In response to a command from the control unit 33 of the bonding apparatus 1, the waveform generator 36 outputs a signal to the power amplifiers 38 and 39.
  • the signals output from the waveform generator 36 to the power amplifiers 38 and 39 are the amplitudes and voltage waveforms of the voltage waveforms that are sine waves of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 set in the waveform generator 36, respectively.
  • the voltage waveform the phase difference of the voltage waveform between the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12, and the bias value of the voltage waveform.
  • the power amplifiers 38 and 39 amplify the signal from the waveform generator 36, the power amplifier 38 outputs to the upper piezoelectric element 11, and the power amplifier 39 outputs to the lower piezoelectric element 12.
  • the power amplifiers 38 and 39 have a voltage and a current capacity necessary for driving the piezoelectric element 10 at a constant voltage based on a command voltage from the waveform generator 36.
  • the amplitude, frequency, phase difference of the voltage waveform, and the like are controlled by the command output from the control unit 33 of the bonding apparatus 1 to the waveform generator 36. Since the oscillator 35 can output only a positive voltage by setting a bias value of the voltage, it is also possible to use a single voltage type piezoelectric element.
  • each piezoelectric element 10 of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 is used in a frequency range less than its own resonance frequency. Thereby, the capillary 20 can be vibrated stably in a wide range of frequencies from low frequency to high frequency.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a waveform of a voltage supplied from the power amplifier to the piezoelectric element.
  • the waveform of the voltage supplied from the power amplifiers 38 and 39 to the piezoelectric element is an in-phase sine wave voltage waveform.
  • the drive waveform of the upper piezoelectric element 11 and the drive waveform of the lower piezoelectric element 12 are the same waveform, and therefore, the drive waveform is shown by a solid line.
  • the amplitude of the voltage waveform is 50V
  • the bias voltage is 0V
  • the maximum positive voltage is 50V
  • the maximum negative voltage is ⁇ 50V.
  • t0 to t4 shown in FIG. 5 represents one cycle, and the frequency at this time is 1 / (t4-t0).
  • the piezoelectric element can drive with only the positive voltage.
  • a positive bias voltage is applied so that the drive voltage does not become a negative voltage.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a waveform of a voltage to which a positive bias voltage supplied from the power amplifier to the piezoelectric element is applied.
  • the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 are each applied with a bias voltage of 75V at t0, and the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 are applied with a maximum voltage of 125V at t1. is there.
  • the state returns to the state in which the bias voltage 75V is applied at t2, that is, a half cycle, and the minimum voltage 25V is applied to the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 at t3. Thereafter, at t4, the bias voltage 75V is applied.
  • FIGS. 7A and 7B are model diagrams for explaining the first vibration mode of the capillary.
  • the upper capillary holding part and the lower capillary holding part due to preload by the filamentous body with respect to the central axis of the capillary and displacement of the piezoelectric element are shown.
  • An example of the displacement state of the capillary accompanying the movement of is shown.
  • FIG. 7A is a model diagram of a vibration mode when a maximum positive voltage having the same phase is applied to the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element
  • FIG. 7B is a phase diagram of the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element. It is a model figure of a vibration form when the negative maximum voltage of this is applied.
  • a broken line Lc shown in FIGS. 7A and 7B indicates that when no voltage is applied to the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12, that is, the displacement amount of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 is 0 ( Zero) indicates the origin position of the central axis of the capillary 20, and the thick straight line Cc indicates the central axis of the capillary 20.
  • An arrow P ⁇ b> 1 indicates preload by the filament 23 acting on the central axis of the capillary 20.
  • the upper triangle (indicated by reference numeral 16) located at the upper part of the capillary 20 in contact with the central axis Cc is a model of the upper capillary holding part 16, and the lower triangle in contact with the central axis Cc (indicated by reference numeral 17). These are models of the lower capillary holding part 17.
  • intersection T1 of the upper capillary holding part 16 in contact with the central axis Cc of the capillary indicates a central point where the upper capillary holding part 16 acts on the capillary 20 or a central point where the capillary 20 acts on the upper capillary holding part 16.
  • intersection T2 of the lower capillary holding part 17 in contact with the central axis Cc of the capillary indicates a central point where the lower capillary holding part 17 acts on the capillary 20 or a central point where the capillary 20 acts on the lower capillary holding part 17.
  • b1 in FIG. 7A indicates the amount of movement of the tip of the capillary 20 when a positive maximum voltage in phase is applied to the upper and lower piezoelectric elements
  • b2 in FIG. 2 shows the amount of movement of the tip of the capillary 20 when a negative maximum voltage in phase is applied to the upper and lower piezoelectric elements.
  • An arrow d1 located on the right side of the center axis of the capillary 20 indicates the amount of movement from the reference position of the upper capillary holding portion 16 (the position where the displacement amount of the upper piezoelectric element 11 is 0 (zero)) due to the displacement of the upper piezoelectric element 11.
  • the size and the moving direction are indicated, and an arrow d2 indicates the magnitude of the amount of movement from the reference position of the lower capillary holding part 17 (the position where the displacement amount of the lower piezoelectric element 12 is 0 (zero)) due to the displacement of the lower piezoelectric element 12. And the direction of movement.
  • an arrow d3 shown in FIG. 7B indicates the magnitude and direction of movement of the upper capillary holding portion 16 from the reference position due to the displacement of the upper piezoelectric element 11, and the arrow d4 indicates the lower piezoelectric element 12.
  • the magnitude and direction of movement of the lower capillary holding part 17 from the reference position due to the displacement are shown.
  • the arrows d1, d2, d3, and d4 indicate the magnitudes of displacement of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 when the voltage is applied to the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12, by the lengths of the arrows.
  • the direction of displacement is indicated by the direction of the arrow.
  • the magnitude of displacement of each piezoelectric element depends on the magnitude of the amplitude of the voltage waveform applied to the piezoelectric element, and the direction of displacement of each piezoelectric element is determined by the polarity of the voltage waveform applied to the piezoelectric element. Is done.
  • the filaments 23 are pulled by the pulling mechanism 25, and the capillary 20 is held by the upper capillary holding part 16 and the lower capillary holding part with a predetermined tension.
  • the pressure is pressed against the capillary holding portion 15 of the portion 17 to apply a preload to the piezoelectric element 10 via the capillary holding portion 15.
  • the filament 23 is stretched by being pulled with a predetermined load by the tension mechanism 25.
  • the amount of elongation of the thread-like body 23 is determined by the cross-sectional area, Young's modulus (longitudinal elastic modulus), and length of the thread-like body 23.
  • the piezoelectric element 10 of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 By applying a positive voltage to the piezoelectric element 10 of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12, the piezoelectric element 10 is displaced so as to extend, and the capillary moves so as to extend the filament 23, and as an external force The load acts on the thread-like body 23, and the thread-like body 23 is stretched.
  • E (GPa) 1000E (N / mm 2 ).
  • the preload (tension) P of the filamentous body is expressed by Equation (1).
  • P 1000E ⁇ ⁇ ⁇ A (1)
  • P 1000E ⁇ ⁇ ⁇ r ** 2 where ** 2 represents the square.
  • the force applied to the filaments that is, the force required to displace the piezoelectric element by 3 ⁇ m with a preload of 100 N is 100.2947 N.
  • a piezoelectric element having a force exceeding 100.2947N due to displacement is used.
  • the force applied to the filamentous body is 0.2947 N when the piezoelectric element is displaced by 3 ⁇ m with a preload of 100 N, the influence on the preload is 0.3% or less. For this reason, since the preload is not affected by the expansion / contraction displacement of the piezoelectric element, the preload by the filament can be kept constant.
  • the strength of the filamentous body becomes three times or more with respect to the maximum tension, and a sufficient margin can be provided.
  • the amplitude of the piezoelectric element 10 is several micrometers, and the filament 23 is also stretched by several micrometers.
  • the length of the filamentous body 23 is about 100 millimeters from the tension mechanism 25 to the capillary 20, the total length is about 200 millimeters, and the elongation of the filamentous body 23 in the preload state of 100 N is 2.
  • the change of several micrometers with respect to this is a minute value, so that the fluctuation of the preload to the piezoelectric element 10 is small.
  • the thread-like body 23 returns to the amount of elongation when the tension is set.
  • the piezoelectric element 10 is displaced so as to contract, and the elongation amount of the filamentous body 23 decreases. However, since the amount is very small, the preload to the piezoelectric element 10 is reduced. There are few fluctuations.
  • the oscillator 35 changes the displacement direction of the capillary 20 every half cycle of the drive waveform, and the high frequency voltage is continuously applied to the piezoelectric elements 10 of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12, thereby vibrating the capillary 20. appear.
  • the frequency of the capillary 20 is determined by the frequency of the high-frequency voltage that drives the piezoelectric elements 10 of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12.
  • the piezoelectric element 10 of the upper piezoelectric element 11 and the lower piezoelectric element 12 is induced to vibrate by the high frequency voltage from the oscillator 35 and propagates to the capillary 20 via the upper capillary holding part 16 and the lower capillary holding part 17. .
  • the number of piezoelectric elements is not limited to two, and may be one, or three or more. May be.
  • FIG. 8 is a diagram showing waveforms of voltages having a 180 ° phase difference supplied from the power amplifier to the piezoelectric element.
  • FIG. 9 is a model diagram for explaining a second vibration mode of the capillary.
  • FIG. 9A shows a state in which a maximum positive voltage is applied to the upper piezoelectric element and a negative maximum voltage is applied to the lower piezoelectric element.
  • FIG. 5B is a model diagram of a vibration mode when a negative maximum voltage is applied to the upper piezoelectric element and a positive maximum voltage is applied to the lower piezoelectric element.
  • the waveforms of the supply voltages output from the power amplifiers 38 and 39 are sinusoidal voltage waveforms having a phase difference of 180 ° from each other at the same frequency.
  • a high frequency voltage having a sine wave waveform indicated by a solid line from the oscillator 35 is applied to the upper piezoelectric element 11.
  • a high frequency voltage having a sine wave waveform indicated by a dotted line obtained by shifting the phase of the sine wave high frequency voltage applied to the upper piezoelectric element 11 by 180 degrees is applied to the lower piezoelectric element 12 from the oscillator 35.
  • the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 When the maximum voltage at t1 shown in FIG. 8 is applied, as shown in FIG. 9A, the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 operates so that the capillary is moved via the upper capillary holding portion 16. As shown by the arrow d5, it moves in the direction opposite to the bonding arm 3 side. Further, the vibration surface of the lower piezoelectric element 12 operates so as to contract, and the capillary moves to the bonding arm 3 side through the lower capillary holding portion 17 as indicated by an arrow d6.
  • the capillary 20 swings with the position of the arc where the filament 23 and the capillary 20 are in contact as the fulcrum (the center S1 of the circle shown in FIG. 9). That is, when the tip of the capillary 20 below the fulcrum s 1 swings toward the bonding arm 3, the other upper end of the capillary 20 swings in a direction opposite to the tip of the capillary 20.
  • the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element are driven by a waveform of a voltage having a phase difference of 180 ° shown in FIG. 8, so that the filament 23 contacts the capillary 20 as shown in FIGS. 9A and 9B.
  • Is the fulcrum s1 and the tip of the capillary 20 performs an arc (ellipse) operation around the origin position Lc.
  • the amount of movement of the tip of the capillary 20 at this time is b3 and b4 from the origin position Lc with respect to the plane.
  • the diameter of the arc motion can be varied.
  • the amplitude (runout amount) of the capillary tip can be expanded by the arc operation as compared with the in-phase operation.
  • each piezoelectric element performs a push-pull operation, so that the position of the filament 23 in contact with the capillary 20 serves as a fulcrum, and the elongation of the filament 23 does not occur. Further, it is possible to further prevent a decrease in efficiency due to the preload spring property inhibiting the elongation of the piezoelectric element.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a voltage waveform when the voltage waveforms supplied to the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element are in phase, and the amplitude ratio of the voltage waveforms of the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element is 1: 2. is there.
  • FIG. 11 is a model diagram for explaining a third vibration mode of the capillary.
  • FIG. 11A shows a case where a positive voltage having an in-phase amplitude ratio of 1: 2 is applied to the upper and lower piezoelectric elements.
  • (B) is a model diagram of the vibration mode when a negative voltage having the same phase and an amplitude ratio of 1: 2 is applied to the upper and lower piezoelectric elements.
  • the waveform of the supply voltage output from the power amplifiers 38 and 39 is a sinusoidal voltage waveform having the same frequency and the same phase.
  • a sinusoidal high-frequency voltage indicated by a solid line having an amplitude half the voltage waveform of the lower piezoelectric element 12 is applied to the upper piezoelectric element 11 from the oscillator 35.
  • a sine wave high-frequency voltage indicated by a dotted line having a double amplitude of the sine wave applied to the upper piezoelectric element 11 is applied to the lower piezoelectric element 12 from the oscillator 35.
  • the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 When the maximum voltage at t1 shown in FIG. 10 is applied, as shown in FIG. 11A, the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 operates so as to extend, and the capillary 20 through the upper capillary holding part 16 is operated. Moves in the direction opposite to the bonding arm 3 side, as indicated by an arrow d9. Also, the vibration surface of the lower piezoelectric element 12 operates so as to extend, and the capillary 20 moves in the direction opposite to the bonding arm 3 side through the lower capillary holding portion 17 as indicated by an arrow d10.
  • the amount of movement of the arrow d10 (the length of the arrow) is twice the amount of movement of the arrow d9.
  • the tip of the capillary 20 moves the movement amount b5 with the uppermost point of the center axis Cc of the capillary 20 as the fulcrum s2.
  • the amount of movement of the arrow d12 (the length of the arrow) is twice the amount of movement of the arrow d11.
  • the tip of the capillary moves toward the bonding arm 3 with the center axis of the capillary having the uppermost point of Cc as the fulcrum s2.
  • the amount of movement of the capillary tip at this time is b6.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a voltage waveform when the voltage waveforms supplied to the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element are in phase, and the amplitude ratio of the voltage waveforms of the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element is 2: 1. is there.
  • FIG. 13 is a model diagram for explaining a fourth vibration mode of the capillary.
  • FIG. 13A shows a case where a positive voltage having an in-phase amplitude ratio of 2 to 1 is applied to the upper and lower piezoelectric elements.
  • (B) is a model diagram of the vibration mode when a negative voltage having the same phase and an amplitude ratio of 2 to 1 is applied to the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element.
  • the waveform of the supply voltage output from the power amplifiers 38 and 39 is a sinusoidal voltage waveform having the same frequency and the same phase.
  • a sinusoidal high-frequency voltage indicated by a solid line having an amplitude twice that of the voltage waveform of the lower piezoelectric element 12 is applied from the oscillator 35 to the upper piezoelectric element 11.
  • a sine wave high-frequency voltage indicated by a dotted line with half the amplitude of the sine wave applied to the upper piezoelectric element 11 is applied to the lower piezoelectric element 12 from the oscillator 35.
  • the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 When the maximum voltage at t1 shown in FIG. 12 is applied, as shown in FIG. 13A, the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 operates so as to extend, and the capillary 20 through the upper capillary holding part 16 is operated. Moves in the direction opposite to the bonding arm 3 side, as indicated by an arrow d13. Also, the vibration surface of the lower piezoelectric element 12 operates so as to extend, and the capillary 20 moves in the direction opposite to the bonding arm 3 side through the lower capillary holding portion 17 as indicated by an arrow d14.
  • the amount of movement of the arrow d14 (the length of the arrow) is half of the amount of movement of the arrow d13.
  • the capillary center axis Cc does not move at the tip of the capillary 20 with the lowest point of the center axis Cc as the fulcrum s3.
  • the vibration surface of the upper piezoelectric element 11 operates so as to contract as shown in FIG. 20 moves in the direction of the bonding arm 3 as indicated by an arrow d15.
  • the vibration surface of the lower piezoelectric element 12 operates so as to contract, and the capillary 20 moves in the direction toward the bonding arm 3 via the lower capillary holding portion 17 as indicated by an arrow d16.
  • the amount of movement of the arrow d15 (the length of the arrow) is twice the amount of movement of the arrow d16.
  • the center axis Cc of the capillary 20 does not move at the tip of the capillary with the lowest point of the center axis Cc as the fulcrum s4.
  • the bonding apparatus of the present invention has a structure using two piezoelectric elements, and by applying various functional operations (amplitude, phase, frequency, waveform) to the driving voltage waveform to each piezoelectric element, bonding bonding It is possible to operate the capillary to obtain the necessary effect.
  • the embodiment using two piezoelectric elements has been described, the number of piezoelectric elements is not limited to two, and may be three or more.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a bonding apparatus in which a vibration driving unit is mounted on a bonding arm.
  • the bonding arm 3 of the wire bonding apparatus 1 as the bonding apparatus 1 is attached to the drive arm of the bonding head 2 via the bonding arm attachment portion 4.
  • the driving arm of the bonding head 2 includes a linear motor 40 that swings the bonding arm 3 in the vertical direction and an encoder 41 that detects the position of the capillary 20 in the bonding arm 3.
  • the linear motor 40 is controlled by the drive unit 45, and the movable part of the linear motor 40 moves up and down, so that the bonding arm 3 swings up and down via the support shaft 42.
  • the bonding head 2 is mounted on the XY table 47. By controlling the XY table 47 by the drive unit 45, the capillary 20 of the bonding arm 3 can be positioned immediately above the bonding point on the workpiece.
  • a wire bonding apparatus 1 as the bonding apparatus 1 shown in FIG. 14 includes a wire clamp mechanism (not shown) that holds the wire 53 on the bonding head 2 and a torch lot (not shown) for forming a ball at the tip of the capillary. And a wire supply mechanism (not shown) for supplying the wire.
  • the bonding operation is controlled by the XY table 47 so that the capillary 20 is positioned immediately above the bonding point.
  • the bonding head 2 lowers the bonding arm by the linear motor 40 and detects whether the tip of the capillary 20 touches the bonding point by the encoder.
  • the first bonding point is a pad of the semiconductor element 50
  • the second bonding point is a lead of the lead frame 51.
  • a ball 52 bonded to the first bonding point or a wire bonded to the second bonding point is fed out.
  • a bonding load is applied to the capillary 20 of the bonding arm 3, and a driving voltage is supplied from the oscillator 35 to the piezoelectric element 10. Is used to perform bonding.
  • the piezoelectric element 10 vibrates at the frequency of the driving voltage from the oscillator 35 and ultrasonically vibrates with a vibration amplitude corresponding to the magnitude of the driving voltage.
  • the vibration of the piezoelectric element 10 is propagated to the capillary 20 via the capillary holders 9 and 10.
  • Bonding at the bonding point is completed after applying a bonding load and ultrasonic vibration to the capillary 20 for a predetermined time.
  • the bonding apparatus of the present invention is not limited to a wire bonding apparatus, for example, a single point bonding apparatus that bonds a semiconductor chip pad and an external lead terminal in an overlapping manner, and bumps with a ball of wire on the semiconductor chip pad
  • the present invention can also be applied to a bump bonding apparatus or the like that forms a film.
  • the load driven by the piezoelectric element can be reduced, so that the response of the capillary is improved, and the bonding at the first bonding point and the second bonding point depends on the bonding conditions. It becomes possible to select an optimal vibration form.
  • the weight reduction of the load driven by the piezoelectric element improves the response of the capillary, shortens the bonding time between the pad and the ball, and increases the number of semiconductor components produced per unit time.
  • the load mass of the piezoelectric element is only the capillary, the capillary holding portion, and the filamentous body, the piezoelectric element is preloaded with the filamentous body having a very small mass and volume, and the capillary holding portion is reduced in size and weight. Therefore, direct drive in which the capillary is directly driven by the piezoelectric element is possible, and the capillary can be efficiently vibrated.
  • the piezoelectric element since vibration is directly transmitted from the piezoelectric element to the capillary without using a horn, the piezoelectric element can be freely used within the range of the natural frequency region of the piezoelectric element without using the resonance of the piezoelectric element. It can be bonded by ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic vibration of the prior art required that the capillary be vibrated at the maximum amplitude on the horn, the length of the horn and the mounting position of the capillary are limited to be an integral multiple of half the wavelength of the ultrasonic vibration. It had been. Since the present invention does not use the vibration premised on the resonance of the horn, it is not subject to these limitations.
  • the preload necessary for driving the piezoelectric element is supplied by the filamentous body.
  • the length of the filamentous body is 100 mm or more with respect to the amplitude of the piezoelectric element of several ⁇ m. Since the change in the spring constant with respect to the preload given to is extremely slight, the change in the length of the filamentous body is extremely slight even when the piezoelectric element expands and contracts to the maximum, so the change in preload is small, Since the expansion / contraction operation of the piezoelectric element is not hindered, the efficiency of the piezoelectric element does not decrease.
  • the lightness of the load driven by the piezoelectric element improves the response of the capillary, and the capillary can be driven directly.
  • the magnitude of the vibration amplitude of the capillary being joined can be varied. For example, it is possible to first remove the oxide film on the surface by a scrubbing operation, and then bond the ball or wire with the optimum vibration form of the capillary.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a vibration driving unit using a thread-like body formed in a loop shape
  • FIG. 15 (a) is a plan view
  • FIG. 15 (b) is a side view
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state before the lower surface of the upper bonding arm portion and the lower bonding arm portion are coupled by bolts.
  • parts similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the end 1 and 2 in the first embodiment of the bonding apparatus has an end, but instead of a thread having an end, the end has no end, that is, an endless shape (loop shape). It is also possible to use a filament formed in the above. Below, the vibration drive part using the filament formed in the loop shape in 2nd Embodiment of a bonding apparatus is demonstrated.
  • the vibration driving unit 60 fixes the piezoelectric element 10, the capillary holding unit 15, and the capillary 20 to the capillary holding unit 15, and preloads the piezoelectric element 10.
  • a tension mechanism 70 for applying tension to the thread 62.
  • the pulling mechanism 70 is provided in the bonding arm 65, and is arranged perpendicular to the longitudinal direction of the bonding arm 65. Both ends protrude from both side surfaces of the bonding arm 65, and a loop-like thread shape is formed on one longitudinal side surface 85a.
  • the body 62 is wound, and has a presser plate 85 on which the other longitudinal side surface 85 b is pressed, and a bolt 90 for pressing the presser plate 85 and moving it in the longitudinal direction of the bonding arm 65. . In this manner, the filament 62 is wound around the half peripheral surface of the proximal peripheral surface of the capillary 20 opposite to the capillary holding portion 15 and the longitudinal side surface 85a of the presser plate 85 to form a loop. is doing.
  • the bonding arm 65 includes an upper bonding arm portion 67 and a lower bonding arm portion 80.
  • the upper bonding arm portion 67 includes a first recess 72, a second recess 74, and a first recess 72 provided on the lower surface side.
  • a female screw portion 77 located between the second concave portion 74 and the second concave portion 74.
  • through-opening portions 73 and 75 are provided in the first concave portion 72 and the second concave portion 74, respectively.
  • the bolt 90 is attached between the first concave portion 72 and the second concave portion 74 of the upper bonding arm portion via a female screw portion 77.
  • the tip of the bolt 90 positioned in the second recess 74 is in contact with the side surface of the presser plate 85.
  • the tension mechanism 70 adjusts the position of the presser plate by moving the tip of the bolt 90 in the direction indicated by the arrow, so that tension is generated in the loop-shaped thread-like body 62.
  • the tension mechanism 70 can adjust the preload to the capillary 20 by adjusting the position of the presser plate.
  • the tension mechanism 70 provided in the bonding arm 65 has the upper bonding arm portion 67 after the bolt 90, the holding plate 85, and the loop-shaped thread body 62 are attached to the upper bonding arm portion 67. And the lower bonding arm portion 80 are assembled and fixed together by fixing bolts 92.
  • the filamentous body of the vibration drive unit has not only an end but also a filamentous body that does not have an end, that is, has an endless shape (loop shape). .
  • Bonding equipment (wire bonding equipment) 2 Bonding heads 3 and 65 Bonding arm 4 Bonding arm mounting part 7 and 60 Vibration drive part 10 Piezoelectric element 11 Upper piezoelectric element 12 Lower piezoelectric element 15 Capillary holding part 15a Recessed part (curved surface) 16 Upper capillary holding part 17 Lower capillary holding part 20 Capillary 23, 62 Filament body 25, 70 Pulling mechanism 26 Rod-shaped body 33 Controller 35 Oscillator 36 Waveform generator 38, 39 Power amplifier 40 Linear motor 41 Encoder 42 Support shaft 45 Drive unit 47 XY table 50 Semiconductor element 51 Lead frame 52 Ball 53 Wire 67 Upper bonding arm 72 First Recess 73, 75 Opening 74 Second recess 77 Female thread 80 Lower bonding arm 85 Presser plate 90 Bolt 92 Fixing bolt

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

【課題】圧電素子が駆動する負荷の軽量小型化を図るようにして、キャピラリが低周波から高周波まで安定した振動を行うことが可能であり、また、キャピラリへの予圧を一定にするようにして、圧電素子の伸縮動作を阻害することなく安定した振動をキャピラリに伝達することが可能なボンディング装置を提供すること。 【解決手段】振動駆動部７を備え、振動駆動部７は、ボンディングアーム３の先端部に一端が固定され、ボンディングアーム３の軸方向に沿って伸縮する圧電素子１０と、圧電素子１０の他端に固定され、キャピラリ２０の基端側周面に接触するキャピラリ保持部１５と、キャピラリ２０の基端側周面のキャピラリ保持部１５とは反対側の半周面に巻き回された糸状体２３と、糸状体２３に張力を付与することによりキャピラリ２０をキャピラリ保持部１５に押圧保持するボンディングアーム３側に配された引張機構２５とを備えるようにする。

Description

ボンディング装置
　本発明は、ボンディング装置に関し、特に、ワイヤを接合するボンディングツールを低周波から高周波まで安定して駆動可能なボンディング装置に関する。
　従来、半導体チップの電極と基板上に形成された配線用のリードとをワイヤで接合するワイヤボンディング装置が知られている。
　ワイヤボンディング装置は、ワイヤの先端部に形成されたボールを半導体チップの電極に超音波振動と共に押圧して接合するとともに、ワイヤをリードに超音波振動と共に押圧して、半導体チップの電極と基板上のリードとを接合するものである。
　ワイヤボンディング装置には二次元方向に移動可能なＸＹテーブル上にボンディングヘッドが載置固定されている。ボンディングヘッドを成すボンディングアームは、支持軸を中心として回転可能な構成となっており、ボンディングアームの一方の先端にはボンディングツールとしてのキャピラリが取り付けられた超音波ホーンと、他方に超音波ホーンを介してキャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段としての超音波振動子とを有している。
　しかしながら、従来のボンディングアームにおける超音波ホーンは、λ（音波長）／２を基本とした長さが必要であり、また、ボンディングアームとしてボンディングヘッドに取付ける際には、λ／４の節の位置を固定するため、その長さ及び支持方法等に制約があった。
　このため、これらの制約を解消すべく、特許文献１には、ボンディングアームのキャピラリ取付け近傍に、キャピラリに電歪又は磁歪効果により振動を伝達する圧電素子を組み込んだワイヤボンディング装置が開示されている。
　また、特許文献２には、キャピラリに振動発生機構を組み込んだ低質量振動子が開示されている。
特開平５－２７５５０２号公報 ＵＳ５８９０６４３号公報
　特許文献１で開示されたワイヤボンディング装置は、ボンディングアームのキャピラリ取付け近傍に、キャピラリに振動を伝達する圧電素子を組み込んだ構成となっている。特許文献１におけるボンディングアームは、圧電素子の振動が枠状の振動伝達部を介してキャピラリに伝搬される。
　しかしながら、圧電素子が駆動する負荷としての振動伝達部の質量が大きくなっていた。また、重い負荷を駆動するために圧電素子を大型にする必要があった。
　また、圧電素子は、ボンディングアームに設けた枠状の穴に固定されており、枠を介して圧電素子に加圧が掛けられるため、枠の剛性が圧電素子の伸びを阻害して振動振幅が効率的に発生させられない問題があった。
　また、特許文献２では圧電素子を用いた振動発生機構をキャピラリに組み込むために専用のキャピラリが必要になり、通常使用されているキャピラリに振動発生機構を設けることが困難であった。更に、消耗品であるキャピラリに振動発生機構を組み込んでいるため、高価になってしまう。
　このため、ボンディングアームの圧電素子が駆動する振動伝達部等の負荷の軽量小型化を図り、また、安定した振動をキャピラリに伝達することが求められている。更に、被ボンディング部品は多種に渡り、ワイヤの先端部に形成されたボールを半導体チップの電極にスクラブ振動と共に押圧して接合する際に、キャピラリが低周波から高周波まで安定した振動を行うことが求められている。
　そこで本発明は、圧電素子が駆動する負荷の軽量小型化を図るようにして、キャピラリが低周波から高周波まで安定した振動を行うことが可能であり、また、キャピラリへの予圧を一定にするようにして、圧電素子の伸縮動作を阻害することなく安定した振動をキャピラリに伝達することが可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
　上記目的達成のため、本発明のボンディング装置は、キャピラリを振動させる振動駆動部を備えたボンディング装置であって、前記振動駆動部は、ボンディングアームの先端部に一端が固定され、当該ボンディングアームの軸方向に沿って伸縮する圧電素子と、当該圧電素子の他端に固定され、キャピラリの基端側周面に接触するキャピラリ保持部と、前記キャピラリの前記基端側周面の前記キャピラリ保持部とは反対側の半周面に巻き回された糸状体と、当該糸状体に張力を付与することにより前記キャピラリを前記キャピラリ保持部に押圧保持する前記ボンディングアーム側に配された引張機構と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記振動駆動部は、共振を利用しないことを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記糸状体は、前記引張機構によって、前記糸状体に張力が付与されて、前記キャピラリがボンディング動作可能なように前記キャピラリ保持部に押圧保持することを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記糸状体は、前記引張機構により張力が付与されて、前記キャピラリの駆動及び前記キャピラリ保持部への固定に必要な予圧を加えることを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記糸状体は、前記引張機構により張力が付与されて、前記キャピラリの駆動及び前記キャピラリ保持部への固定に必要な所定の予圧を加えた状態における、前記圧電素子の伸縮長を超える伸縮可能長を有することを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記引張機構は、前記ボンディングアームの両側面において、各々に前記糸状体の端部が固定されたことを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記引張機構による糸状体への張力の付与は、前記糸状体が、前記ボンディングアームの前記両側面又は一側面に配された棒状体に巻き回されて固定されて、当該棒状体をトルクドライバにより、所定のトルクで回転させることにより行われ、前記キャピラリへの予圧を調整可能であることを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記糸状体は、無端状に構成されることを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記引張機構による糸状体への張力の付与は、前記糸状体が、前記ボンディングアームに固定され、かつ、当該ボンディングアームにおける固定位置を調整可能な押え板に巻き回されて固定されて、当該押え板の位置を調整することにより行われ、前記キャピラリへの予圧を調整可能であることを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置における前記糸状体は、所定の幅を有するテープ状部材からなり、前記キャピラリを押圧保持することを特徴とする。
　また、本発明のボンディング装置は、ワイヤボンディング装置であることを特徴とする。
　本発明によれば、圧電素子の負荷質量はキャピラリ、キャピラリ保持部、糸状体のみであり、質量、体積が極めて小さい糸状体で圧電素子を予圧し、キャピラリ保持部は、小型化、軽量化が図られているため、圧電素子によって直接キャピラリを駆動するダイレクトドライブが可能となり、効率良くキャピラリを振動させることができる。
　また、本発明では、ホーンを介することなしに、圧電素子から直接キャピラリに振動を伝達しているため、圧電素子の共振を利用することなく、圧電素子が有する固有周波数領域の範囲内で自由に超音波振動を行い、ボンディングすることができる。
　また、従来技術の超音波振動は、ホーン上でキャピラリを最大振幅で振動させる必要があったため、ホーンの長さ及びキャピラリの取付位置は、超音波振動の半波長の整数倍となるように制限されていた。本発明は、ホーンの共振を前提とした振動を使用していないため、これらの制限を受けることがない。
　また、圧電素子の駆動に必要な予圧は糸状体で供給されるが、圧電素子の振幅数μｍに対して、糸状体の全長は１００ｍｍ以上を有するため、圧電素子が最大に伸縮しても糸状体の全長に対する長さの変化が極めて軽微なものとなることから、圧電素子の振幅範囲において、圧電素子に与えられる予圧に対してバネ定数の変化は極めて軽微となり、その結果、予圧の変化が少なく、圧電素子の伸縮動作を阻害しないため、圧電素子の効率が低下しない。
　また、圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなり、ダイレクトでキャピラリを駆動することができる。そのため、接合中のキャピラリの振動振幅の大きさを可変することができる。例えば、最初はスクラブ動作によって表面の酸化膜を除去して、その後キャピラリの最適な振動形態でボール又はワイヤを接合することが可能になる。
ボンディング装置におけるボンディングアームの先端に取り付けた、キャピラリを振動させる振動駆動部の構成を示す斜視図である。 ボンディング装置におけるボンディングアームの先端に取り付けた、キャピラリを振動させる振動駆動部の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 振動駆動部におけるキャピラリ保持部のキャピラリの取り付け部分を拡大した平面図である。 圧電素子を駆動する発振器の構成を示すブロック図である。 電力増幅器から圧電素子に供給される電圧の波形の一例を示す図である。 電力増幅器から圧電素子に供給される正のバイアス電圧を印加した電圧の波形の一例を示す図である。 キャピラリの第１の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相の正極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相の負極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。 電力増幅器から圧電素子に供給される互いに１８０°位相差を有する電圧の波形を示す図である。 キャピラリの第２の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子に正極性の最大電圧を、下部圧電素子に負極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子に負極性の最大電圧を、下部圧電素子に正極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。 上部圧電素子と下部圧電素子とに供給される電圧波形が同相であり、上部圧電素子と下部圧電素子との電圧波形の振幅比が１対２のときの電圧波形を示す図である。 キャピラリの第３の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が１対２の正極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が１対２の負極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。 上部圧電素子と下部圧電素子とに供給される電圧波形が同相であり、上部圧電素子と下部圧電素子との電圧波形の振幅比が２対１のときの電圧波形を示す図である。 キャピラリの第４の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が２対１の正極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が２対１の負極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。 ボンディングアームに振動駆動部を実装したワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。 ループ状に形成した糸状体を使用した振動駆動部の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上部ボンディングアーム部の下面と下部ボンディングアーム部とのボルトによる結合前の状態を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明によるボンディング装置を実施するための形態について説明する。尚、本発明のボンディング装置は、振動駆動部としてボンディングアームの先端部に一端が固定され、ボンディングアームの軸方向に沿って伸縮する圧電素子と、圧電素子の他端に固定され、キャピラリの基端側周面に接触するキャピラリ保持部と、キャピラリの基端側周面のキャピラリ保持部とは反対側の半周面に巻き回された糸状体と、糸状体の両端を引っ張ることによりキャピラリをキャピラリ保持部に押圧保持するボンディングアーム側に配された引張機構とを備え、圧電素子が駆動する負荷の軽量小型化を図るようにして、キャピラリが低周波から高周波まで安定した振動を行うことが可能であり、また、キャピラリへの予圧を一定にするようにして、圧電素子の伸縮動作を阻害することなく安定した振動をキャピラリに伝達することを可能とするものである。
　以下に振動駆動部を用いたボンディング装置として、半導体チップの電極と基板上に形成された配線用のリードとをワイヤで接合するワイヤボンディング装置について説明する。
［ボンディング装置の第１実施形態］
　最初に、本発明に係るボンディング装置の第１実施形態について、図１乃至図１４を用いて説明する。
［振動駆動部の構成］
　図１は、ボンディング装置におけるボンディングアームの先端に取り付けた、キャピラリを振動させる振動駆動部の構成を示す斜視図、図２（ａ）は、振動駆動部の構成を示す平面図、図２（ｂ）は、振動駆動部の構成を示す側面図 、図３は、振動駆動部におけるキャピラリ保持部のキャピラリの取り付け部分を拡大した平面図である。
　図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、キャピラリ２０を振動させる振動駆動部７は、ボンディングアーム３の先端に取り付けられており、圧電素子１０と、キャピラリ保持部１５と、キャピラリ２０をキャピラリ保持部１５に固定し、圧電素子１０に予圧を付与する糸状体２３と、を有している。
　圧電素子１０は、セラミック等から成る薄い圧電素子を積み重ねて一体にしたものであり、電極端子に電圧を印加して変位を生じさせる。例えば、圧電素子１０の電極端子に高周波電圧を印加することにより、高周波電圧の周波数、振幅等に応じた変位を繰り返して、振動が発生する。
　図１及び図２（ｂ）に示すように、振動駆動部７には上下に配置された二つの圧電素子１０が、ボンディングアーム３の先端に取り付けられている。尚、図２（ｂ）に示す側面視で、上に位置する圧電素子１０を上部圧電素子１１と記し、下に位置する圧電素子１０を下部圧電素子１２と記す。
　圧電素子１０のボンディングアーム３に接する面は、接着等によりボンディングアーム３に固定されている。上部圧電素子１１と下部圧電素子１２は、それぞれが独立して駆動することが可能となっており、各々の圧電素子１０は、ボンディングアーム３の軸方向に沿って伸縮する。
　キャピラリ保持部１５は、圧電素子１０とキャピラリ２０のとの間に位置し、キャピラリ２０を保持し、圧電素子１０の振動を効率的に伝達するものであり、小型化、軽量化が図られている。尚、図２（ｂ）に示す側面視で、上に位置するキャピラリ保持部１５を上部キャピラリ保持部１６と記し、下に位置するキャピラリ保持部１５を下部キャピラリ保持部１７と記す。
　また、キャピラリ保持部１５の圧電素子１０と接する面は、接着等により圧電素子１０に固定されており、上部キャピラリ保持部１６は上部圧電素子１１に固定され、下部キャピラリ保持部１７は下部圧電素子１２に固定されている。
　キャピラリ保持部１５の一方の端は、圧電素子１０に固定されており、キャピラリ保持部１５の他端は、キャピラリ２０を保持する凹部（湾曲面）１５ａを形成している。また、キャピラリ２０の基端側周面は、キャピラリ保持部１５に接触するように取り付けられている。
　図３は、振動駆動部におけるキャピラリ保持部のキャピラリの取り付け部分を拡大した平面図である。図３に示すように、キャピラリ保持部１５によるキャピラリ２０の保持は、湾曲面１５ａの先端付近の両端面とキャピラリ２０の外周表面の２カ所をキャピラリ２０の軸方向に沿って直線状に接触することにより行われる。このため、キャピラリ保持部１５の湾曲面１５ａとキャピラリ２０の表面との間に間隙ができている。
　このように、キャピラリ２０の軸方向に対して、上部キャピラリ保持部１６と下部キャピラリ保持部１７を介して対応する上部圧電素子１１と下部圧電素子１２の２つの圧電素子が、キャピラリ２０の軸方向に沿って上下に配されている。上部圧電素子１１と下部圧電素子１２は、キャピラリ２０の軸方向に対して垂直の方向に各々伸縮し、かつ、キャピラリ２０と反対側の面は、ボンディングアーム３に固定されている。
　図１に示すように糸状体２３は、引張機構２５によってキャピラリ２０のキャピラリ保持部側に接する面と反対側の面の外周に沿って張られている。このように糸状体２３は、キャピラリ２０の基端側周面のキャピラリ保持部とは反対側の半周面に巻き回されている。
　キャピラリ２０をキャピラリ保持部１５に固定する糸状体２３には、線径を細くして、質量、体積を極めて小さくするために、十分な引張強度、可撓性を有する金属、高強力繊維又はそれらの複合材を使用することができる。
　糸状体２３は、引張機構２５により引っ張られることにより張力が発生し、キャピラリ２０を保持する。また、 図２（ｂ）に示す側面視において、糸状体２３は、上部キャピラリ保持部１６と下部キャピラリ保持部１７との間と、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２との間を通過するようにして、キャピラリ２０の軸方向に対して垂直を成すようにボンディングアーム３の外周に沿って張られている。
　尚、糸状体２３として、所定の幅を有するテープ状の部材（テープ状体）によりキャピラリ２０を押圧保持するようにしてもよい。テープ状体は、引張強度、可撓性を有し、質量、体積が小さい材質のものを使用するようにする。
　図２（ａ）に示すように引張機構２５は、糸状体２３の両端を引っ張るようにして、糸状体２３に対して任意の張力を調整・保持する機能を有する。引張機構２５は、ボンディングアーム取付部４側の両側面に配された棒状体２６を有し、糸状体２３の端付近を棒状体２６によって巻くようにして、糸状体２３に張力を与えるものである。尚、棒状体２６をトルクドライバにより、所定のトルクで回転させることにより、キャピラリ２０への予圧を調整するようにする。
　キャピラリ２０は、糸状体２３でボンディングアーム３の圧電素子１０側に押しつけられてキャピラリ保持部１５で保持される。また、糸状体２３には引張機構２５で張力を発生させ、キャピラリ２０を押しつけることによって、キャピラリ保持部１５を介してボンディングアーム３先端に取り付けられた圧電素子１０に必要な予圧を付与する。
　図２（ａ）に示す引張機構２５は、糸状体２３の端付近を棒状体２６によって巻くようにして、糸状体２３に張力を与えるものであるが、糸状体２３の端の一方を固定して、糸状体２３の端の他方を引っ張ることにより、糸状体２３に張力を付与するようにしてもよい。
　このように、圧電素子１０の伸縮によるキャピラリ２０への作用は、上部キャピラリ保持部１６及び下部キャピラリ保持部１７を介して行われる。
　従来技術のような超音波振動は、圧電素子が、負荷となるホーンを振動させて、キャピラリに振動振幅を伝達する。このため、ホーンの共振を利用して、ホーン上に位置するキャピラリを最大振幅で振動させなければならなかった。本発明では、ホーンを介することなしに、圧電素子１０から直接キャピラリ２０に振動を伝達しているため、圧電素子１０の共振を利用することなく、圧電素子１０が有する固有周波数領域の範囲内で自由に超音波振動を行い、ボンディングすることができる。
　このように、従来技術の超音波振動は、ホーン上でキャピラリを最大振幅で振動させる必要があったため、ホーンの長さ及びキャピラリの取付位置は、超音波振動の半波長の整数倍となるように制限されていた。本発明は、ホーンの共振を前提とした振動を使用していないため、これらの制限を受けることがない。
　キャピラリ保持部１５は、小型化、軽量化が図られているため、圧電素子１０によって直接キャピラリ２０を駆動するダイレクトドライブが可能となり、効率良くキャピラリ２０を振動させることができる。
　また、引張強度、可撓性を有する金属、高強力繊維又はそれらの複合材を糸状体２３に使用することにより、糸状体２３の線径を細くすることができ、質量、体積を極めて小さくすることができる。
　また、質量、体積が極めて小さい糸状体２３により予圧を行っているため、圧電素子１０が駆動する負荷の軽量小型化が図れ、圧電素子１０の伸縮動作を阻害することなく安定した振動をキャピラリ２０に伝達することが可能となる。
［圧電素子の駆動回路］
　次に、振動駆動部に組み込まれた圧電素子を駆動する発振器について図４を用いて説明する。図４は、圧電素子を駆動する発振器の構成を示すブロック図である。
　図４に示すように、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２を駆動する発振器３５は、波形発生器３６と電力増幅器３８、３９とを有している。波形発生器３６は、ボンディング装置１の制御部３３からの指令に基づいて、所定の周波数を有する正弦波の信号を電力増幅器３８、３９に出力する。
　ボンディング装置１の制御部３３は、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２を駆動する電圧波形を生成のための正弦波の周波数、振幅、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２との電圧波形の位相差、電圧のバイアス値の各データを波形発生器３６に出力する。
　波形発生器３６は、ボンディング装置１の制御部３３からのデータに基づいて内蔵されている発振器（図示せず）の正弦波の振幅、周波数、電圧波形の位相差、電圧のバイアス値等の駆動条件を設定する。ボンディング装置１の制御部３３からの指令により、波形発生器３６は電力増幅器３８、３９に信号を出力する。
　尚、波形発生器３６から電力増幅器３８、３９に出力される信号は、波形発生器３６に設定された上部圧電素子１１と下部圧電素子１２のそれぞれの正弦波である電圧波形の振幅、電圧波形の周波数、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２との電圧波形の位相差、電圧波形のバイアス値に基づいて生成されたものである。
　電力増幅器３８、３９は、波形発生器３６からの信号を電力増幅して、電力増幅器３８は、上部圧電素子１１に出力し、電力増幅器３９は、下部圧電素子１２に出力する。尚、電力増幅器３８、３９は、波形発生器３６からの指令電圧に基づいて圧電素子１０を定電圧駆動するために必要な電圧、電流容量を備えている。
　このように、ボンディング装置１の制御部３３から波形発生器３６に出力される指令によって、正弦波の振幅、周波数、電圧波形の位相差等が制御される。尚、発振器３５は電圧のバイアス値を設定することにより、正極性のみの電圧を出力することもできるため単電圧型圧電素子を用いることも可能である。
　また、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２の各圧電素子１０は、自己の共振周波数未満の周波数範囲で使用するようにする。これにより、キャピラリ２０を低周波から高周波までの広範囲の周波数で安定した振動をさせることができる。
［圧電素子の駆動波形及びキャピラリの第１の振動形態］
　次に、振動駆動部のキャピラリの振動形態について説明する。最初に、上部圧電素子と下部圧電素子に同相の電圧波形を印加したときの、キャピラリの第１の振動形態について説明する。
　図５は、電力増幅器から圧電素子に供給される電圧の波形の一例を示す図である。図５に示すように、電力増幅器３８、３９から圧電素子に供給される電圧の波形は、同相の正弦波電圧波形である。尚、図５では、上部圧電素子１１の駆動波形と下部圧電素子１２の駆動波形とは同一波形であるため、駆動波形を実線で示す。
　図５に示す例では電圧波形の振幅が５０Ｖ、バイアス電圧が０Ｖであり、正極性の最大電圧は５０Ｖ、負極性の最大電圧は－５０Ｖである。また、図５に示すｔ０からｔ４までが１周期を示し、このときの周波数は、１／（ｔ４－ｔ０）である。
　また、正極電圧のみで圧電素子を駆動することも可能である。例えば、圧電素子が単電圧型圧電素子の場合には、駆動電圧が負電圧にならないよう正のバイアス電圧を印加するようにする。
　図６は、電力増幅器から圧電素子に供給される正のバイアス電圧を印加した電圧の波形の一例を示す図である。図６に示すように、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２は、ｔ０においてそれぞれバイアス電圧７５Ｖが印加されて、ｔ１において上部圧電素子１１と下部圧電素子１２は最大電圧１２５Ｖが印加された状態である。また、ｔ２、即ち半周期においてそれぞれバイアス電圧７５Ｖが印加された状態に戻り、ｔ３において上部圧電素子１１と下部圧電素子１２は最小電圧２５Ｖが印加される。その後ｔ４においてそれぞれバイアス電圧７５Ｖが印加された状態となる。
　次に、上部圧電素子と下部圧電素子に同相の電圧波形を印加したときの、キャピラリの第１の振動形態について図７を用いて説明する。
　図７（ａ）、（ｂ）は、キャピラリの第１の振動形態を説明するモデル図であり、キャピラリの中心軸に対する糸状体による予圧、圧電素子の変位による上部キャピラリ保持部及び下部キャピラリ保持部の移動に伴うキャピラリの変位状態の一例を示すものである。
　図７（ａ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相の正極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、図７（ｂ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相の負極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。
　図７（ａ）、（ｂ）に示す破線Ｌｃは、上部圧電素子１１及び下部圧電素子１２に電圧が印加されていないとき、即ち、上部圧電素子１１及び下部圧電素子１２の変位量が０（ゼロ）におけるキャピラリ２０の中心軸の原点位置を示し、太い直線Ｃｃは、キャピラリ２０の中心軸を示す。また、矢印Ｐ１は、キャピラリ２０の中心軸に作用する糸状体２３による予圧を示す。キャピラリ２０の中心軸Ｃｃに接する上部に位置する三角形（符号１６で示す）は、上部キャピラリ保持部１６をモデル化したものであり、中心軸Ｃｃに接する下部に位置する三角形（符号１７で示す）は、下部キャピラリ保持部１７をモデル化したものである。
　キャピラリの中心軸Ｃｃに接する上部キャピラリ保持部１６の交点Ｔ１は、上部キャピラリ保持部１６がキャピラリ２０に作用する中心点、又はキャピラリ２０が上部キャピラリ保持部１６に作用する中心点を示す。同様に、キャピラリの中心軸Ｃｃに接する下部キャピラリ保持部１７の交点Ｔ２は、下部キャピラリ保持部１７がキャピラリ２０に作用する中心点、又はキャピラリ２０が下部キャピラリ保持部１７に作用する中心点を示す。
　また、図７（ａ）のｂ１は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相の正極性の最大電圧が印加されたときのキャピラリ２０の先端の移動量を示し、図７（ｂ）のｂ２は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相の負極性の最大電圧が印加されたときのキャピラリ２０の先端の移動量を示す。
　キャピラリ２０の中心軸の右側に位置する矢印ｄ１は、上部圧電素子１１の変位による上部キャピラリ保持部１６の基準位置（上部圧電素子１１の変位量が０（ゼロ）の位置）からの移動量の大きさ及び移動方向を示し、矢印ｄ２は、下部圧電素子１２の変位による下部キャピラリ保持部１７の基準位置（下部圧電素子１２の変位量が０（ゼロ）の位置）からの移動量の大きさ及び移動方向を示す。
　また、図７（ｂ）に示す矢印ｄ３は、上部圧電素子１１の変位による上部キャピラリ保持部１６の基準位置からの移動量の大きさ及び移動方向を示し、矢印ｄ４は、下部圧電素子１２の変位による下部キャピラリ保持部１７の基準位置からの移動量の大きさ及び移動方向を示す。
　即ち、矢印ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は、上部圧電素子１１、下部圧電素子１２に電圧を印加したときの、上部圧電素子１１、下部圧電素子１２の変位の大きさを矢印の長さで示し、変位の方向を矢印の方向で示す。尚、各圧電素子の変位の大きさは、圧電素子に印加する電圧波形の振幅の大きさに依存し、また、各圧電素子の変位の方向は、圧電素子に印加する電圧波形の極性によって決定される。
　上部圧電素子１１及び下部圧電素子１２の圧電素子１０に電圧が印加されない状態で、引張機構２５によって糸状体２３を引っ張るようにして、所定の張力でキャピラリ２０を上部キャピラリ保持部１６及び下部キャピラリ保持部１７のキャピラリ保持部１５に押しつけ、キャピラリ保持部１５を介して圧電素子１０に予圧を与える。このとき、引張機構２５によって所定の荷重で引っ張られることにより、糸状体２３は伸びる。糸状体２３の伸び量は、糸状体２３の断面積、ヤング率（縦弾性係数）、長さにより決まる。
　上部圧電素子１１及び下部圧電素子１２の圧電素子１０にプラスの電圧を印加することにより、圧電素子１０が伸びるように変位して、キャピラリが糸状体２３を伸ばすように移動して、外力としての荷重が糸状体２３に作用して、糸状体２３が引き延ばされる。
［圧電素子が所定の振幅で振動するために必要な力］
　糸状体に予圧を掛けた状態で、圧電素子が所定の振幅で振動するために必要な力について説明する。
　例えば、糸状体の予圧（張力）をＰ（Ｎ）、糸状体のヤング率をＥ（ＧＰａ）とすると、Ｅ（ＧＰａ）は、Ｅ（ＧＰａ）＝１０００Ｅ（Ｎ／ｍｍ２）である。
　糸状体のひずみをε、糸状体の断面積をＡ（ｍｍ２）とすると、糸状体の予圧（張力）Ｐは、式（１）で示される。                        
Ｐ＝１０００Ｅ×ε×Ａ     ・・・　（１）
糸状体を半径ｒ（ｍｍ）の円柱とすると、
Ｐ＝１０００Ｅ×επ×ｒ＊＊２　但し、＊＊２は２乗を表す。
　糸状体の材質をザイロン（登録商標）としたときのヤング率Ｅは、
Ｅ＝２７０（Ｇｐａ）＝２７００００（Ｎ／ｍｍ２）である。
糸状体の半径ｒ＝０．１（ｍｍ）、π＝３．１４とすると、予圧Ｐは、式（２）で示される。
Ｐ＝２７００００×ε×３．１４×０．１＊＊２＝８４７８×ε 　・・・　（２）
　片側の糸状体の長さを１００ｍｍとすると、糸状体の全長Ｌは、Ｌ＝２００ｍｍとなる。また、糸状体に１００Ｎの予圧を掛けた状態での、糸状体のひずみεは、
式（２）より、ε＝１００／８４７８＝０．０１１８
　糸状体のひずみεは、ε＝ΔＬ／Ｌで示される。予圧１００Ｎでの糸状体の伸びは、
ΔＬ１＝ε×Ｌ＝２．３６ｍｍとなる。
　また、圧電素子の最大振幅をａとし、ａ＝３ｕｍ＝０．００３ｍｍをとすると、
糸状体の圧電素子による変形量は、ΔＬ２＝２ａ＝２×０．００３＝０．００６ｍｍ
糸状体全体の変形量ΔＬは、ΔＬ＝ΔＬ１＋ΔＬ２＝２．３６＋０．００６＝２．３６６ｍｍとなる。
　このときの糸状体のひずみεは、
ε＝ΔＬ／Ｌ＝２．３６６／２００＝０．０１１８３
また、糸状体に作用している予圧（張力）Ｐ１は、式（２）より、
Ｐ１＝８４７８×ε＝８４７８×０．０１１８３＝１００．２９４７Ｎ
　これにより、糸状体に印加される力、即ち、予圧１００Ｎで圧電素子が３ｕｍ変位するのに必要な力は、１００．２９４７Ｎとなる。これにより、圧電素子は、変位により１００．２９４７Ｎを超える力を有するものを使用する。
　また、予圧１００Ｎで圧電素子が３ｕｍ変位することにより、糸状体に印加される力は、０．２９４７Ｎであるため、予圧に与える影響は、０．３％以下である。このため、圧電素子の伸縮変位によって予圧に影響を与えることがないため、糸状体による予圧を一定に保つことができる。
　次に、糸状体に予圧を掛けた状態における糸状体の強度について説明する。ザイロン（登録商標）の引張強度５．８（Ｇｐａ）は５８００（Ｎ／ｍｍ２）であり、半径ｒ＝０．１（ｍｍ）での最大張力（糸状体に掛かる力）ｆは、
ｆ＝５８００×３．１４×０．１＊＊２＝１８２Ｎとなり、糸状体の片側の予圧５０Ｎの張力に対して、５０／１８２×１００＝２７％となる。これにより、糸状体の強度は最大張力に対して３倍以上となり、十分な余裕を持つことができる。
　このように、圧電素子１０の振幅は数マイクロメータであり、糸状体２３も数マイクロメータ引き延ばされる。しかしながら、糸状体２３の長さは、引張機構２５からキャピラリ２０までの長さが１００ミリメートル程度であるため、全長は２００ミリメートル程となり、１００Ｎの予圧状態での糸状体２３の伸びは、２．３６ｍｍであり、これに対する、数マイクロンメータの変化は、微少な値であるため、圧電素子１０への予圧の変動が少ない。
　また、圧電素子１０の変位が０（ゼロ）、即ち、圧電素子１０に電圧が印加されない状態で、糸状体２３は、張力設定時の伸び量に戻る。
　更に、圧電素子１０に負極性の電圧を印加することにより、圧電素子１０が縮むように変位して、糸状体２３の伸び量が減少するが、その量は微少であるため、圧電素子への予圧の変動が少ない。
　このように、圧電素子１０の伸縮による糸状体２３のひずみは、予圧発生のための糸状体２３のひずみに対して微少であるため、安定した予圧を維持することができる。
　発振器３５によって、駆動波形の半周期毎にキャピラリ２０の変位方向が変化し、高周波電圧を連続して上部圧電素子１１と下部圧電素子１２の圧電素子１０に印加することにより、キャピラリ２０に振動が発生する。
　また、キャピラリ２０の振動数は、上部圧電素子１１と下部圧電素子１２の圧電素子１０を駆動する高周波電圧の周波数によって決まる。上部圧電素子１１と下部圧電素子１２の圧電素子１０は、発振器３５からの高周波電圧により、振動が誘起されて上部キャピラリ保持部１６と下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリ２０に振動が伝搬される。
　上部圧電素子と下部圧電素子に同相の電圧波形を印加したときには、図７（ａ）に示すように、上部キャピラリ保持部１６の移動量の大きさ及び移動方向ｄ１及び下部キャピラリ保持部１７の移動量の大きさ及び移動方向ｄ２は、それぞれ同一であり、また、図７（ｂ）に示すように、上部キャピラリ保持部１６の移動量の大きさ及び移動方向ｄ３及び下部キャピラリ保持部１７の移動量の大きさ及び移動方向ｄ４は、それぞれ同一であるため、キャピラリ２０は垂直状態のまま水平に移動する。また、キャピラリ２０の先端の移動量は、平面に対して原点位置Ｌｃからの移動量ｂ１、ｂ２である。
　尚、２つの圧電素子を使用したキャピラリの第１の振動形態について説明したが、圧電素子の個数は２個に限定するものではなく、１個であってもよく、また、３個以上であってもよい。
［キャピラリの第２の振動形態］
　次に、圧電素子に同一周波数で互いに１８０°位相差を有する波形の電圧を印加した場合のキャピラリの第２の振動形態について説明する。
　図８は、電力増幅器から圧電素子に供給される互いに１８０°位相差を有する電圧の波形を示す図である。
　図９は、キャピラリの第２の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子に正極性の最大電圧を、下部圧電素子に負極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子に負極性の最大電圧を、下部圧電素子に正極性の最大電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。
　図８に示すように、電力増幅器３８、３９から出力される供給電圧の波形は、同一周波数で互いに１８０°位相差を有する正弦波電圧波形である。上部圧電素子１１には、発振器３５からの実線で示す正弦波の波形を有する高周波電圧が印加される。また、下部圧電素子１２には、上部圧電素子１１に印加される正弦波の高周波電圧の位相を１８０度ずらした点線で示す正弦波の波形を有する高周波電圧が、発振器３５から印加される。
　図８に示すｔ１での最大電圧が印加されたときには、図９（ａ）に示すように、上部圧電素子１１の振動面が伸びるように動作して、上部キャピラリ保持部１６を介してキャピラリは、矢印ｄ５で示すように、ボンディングアーム３側と反対の方向に移動する。また、下部圧電素子１２の振動面が縮むように動作して、下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリは、矢印ｄ６で示すように、ボンディングアーム３側に移動する。
　一方、図８に示すｔ３での最大電圧が印加されたときには、図９（ｂ）に示すように、上部圧電素子１１の振動面が縮むように動作して、上部キャピラリ保持部を介してキャピラリは、矢印ｄ７で示すように、ボンディングアーム３側に移動する。また、下部圧電素子１２の振動面が伸びるように動作して、下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリは、矢印ｄ８で示すように、ボンディングアーム３側と反対側の方向に移動する。
　このように、糸状体２３とキャピラリ２０とが接している弧の位置を支点（図９に示す円の中心Ｓ１）として、キャピラリ２０が振れる。即ち、支点ｓ１より下のキャピラリ２０の先端が、ボンディングアーム３側に振れたときには、キャピラリ２０の上部の他端は、キャピラリ２０の先端とは反対側の方向に振れる。
　図８に示す１８０°位相差を有する電圧の波形によって上部圧電素子及び下部圧電素子を駆動することにより、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、糸状体２３がキャピラリ２０と接する位置を支点ｓ１として、キャピラリ２０の先端部分が、原点位置Ｌｃを中心として円弧（楕円）動作を行う。このときのキャピラリ２０の先端の移動量は、平面に対して原点位置Ｌｃからｂ３、ｂ４である。
　また、上部圧電素子及び下部圧電素子に印加する電圧の振幅を変えることにより、円弧動作における径の大きさを可変することができる
　また、反転動作では、同相動作と比較して、キャピラリ先端の振幅（振れ量）は円弧動作によって拡大することができる。
　また、反転動作では、各圧電素子がプッシュプル動作となるため、キャピラリ２０に接触している糸状体２３の位置が支点となり、糸状体２３の伸びが発生しないため、予圧のバネ定数変化を打ち消し、予圧のバネ性が圧電素子の伸びを阻害することによる効率低下をさらに防止することが可能である。
［キャピラリの第３の振動形態］
　以下に、各圧電素子の駆動電圧波形の振幅比を変えたときのキャピラリの第３の振動形態について説明する。図１０は、上部圧電素子と下部圧電素子とに供給される電圧波形が同相であり、上部圧電素子と下部圧電素子との電圧波形の振幅比が１対２のときの電圧波形を示す図である。
　図１１は、キャピラリの第３の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が１対２の正極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が１対２の負極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。
　図１０に示すように、電力増幅器３８、３９から出力される供給電圧の波形は、同一周波数で同相の正弦波電圧波形である。上部圧電素子１１には、発振器３５から下部圧電素子１２の電圧波形の半分の振幅を有する実線で示す正弦波の高周波電圧が印加される。また、下部圧電素子１２には、上部圧電素子１１に印加される正弦波の振幅が２倍の点線で示す正弦波の高周波電圧が、発振器３５から印加される。
　図１０に示すｔ１での最大電圧が印加されたときには、図１１（ａ）に示すように、上部圧電素子１１の振動面が伸びるように動作して、上部キャピラリ保持部１６を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ９で示すように、ボンディングアーム３側と反対の方向に移動する。また、下部圧電素子１２の振動面が伸びるように動作して、下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１０で示すように、ボンディングアーム３側と反対の方向に移動する。
　このときの矢印ｄ１０の移動量（矢印の長さ）は、矢印ｄ９の移動量の２倍である。これにより、キャピラリ２０の先端は、キャピラリ２０の中心軸Ｃｃの最上点を支点ｓ２として、移動量ｂ５を移動する。
　また、図１０に示すｔ３での最大電圧が印加されたときには、図１１（ｂ）に示すように、上部圧電素子１１の振動面が、縮むように動作したときには、上部キャピラリ保持部１６を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１１で示すように、ボンディングアーム３側の方向に移動する。また、下部圧電素子１２の振動面が、縮むように動作したときには、下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１２で示すように、ボンディングアーム３側の方向に移動する。
　このときの矢印ｄ１２の移動量（矢印の長さ）は、矢印ｄ１１の移動量の２倍である。これにより、キャピラリの先端は、キャピラリの中心軸はＣｃの最上点を支点ｓ２として、ボンディングアーム３側に移動する。このときのキャピラリの先端の移動量はｂ６である。
［キャピラリの第４の振動形態］
　次に、図１０に示す各圧電素子の駆動電圧波形の振幅比と異なる振幅比におけるキャピラリの第４の振動形態について説明する。図１２は、上部圧電素子と下部圧電素子とに供給される電圧波形が同相であり、上部圧電素子と下部圧電素子との電圧波形の振幅比が２対１のときの電圧波形を示す図である。
　図１３は、キャピラリの第４の振動形態を説明するモデル図であり、（ａ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が２対１の正極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図、（ｂ）は、上部圧電素子及び下部圧電素子に同相で振幅比が２対１の負極性の電圧が印加されたときの振動形態のモデル図である。
　図１２に示すように、電力増幅器３８、３９から出力される供給電圧の波形は、同一周波数で同相の正弦波電圧波形である。上部圧電素子１１には、発振器３５から下部圧電素子１２の電圧波形の２倍の振幅を有する実線で示す正弦波の高周波電圧が印加される。また、下部圧電素子１２には、上部圧電素子１１に印加される正弦波の振幅が半分の点線で示す正弦波の高周波電圧が、発振器３５から印加される。
　図１２に示すｔ１での最大電圧が印加されたときには、図１３（ａ）に示すように、上部圧電素子１１の振動面が伸びるように動作して、上部キャピラリ保持部１６を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１３で示すように、ボンディングアーム３側と反対の方向に移動する。また、下部圧電素子１２の振動面が伸びるように動作して、下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１４で示すように、ボンディングアーム３側と反対の方向に移動する。
　このときの矢印ｄ１４の移動量（矢印の長さ）は、矢印ｄ１３の移動量の半分である。これにより、キャピラリの中心軸Ｃｃは、中心軸Ｃｃの最下点を支点ｓ３として、キャピラリ２０の先端は移動しない。
　また、図１２に示すｔ３での最大電圧が印加されたときには、図１３（ｂ）に示すように、上部圧電素子１１の振動面が縮むように動作して、上部キャピラリ保持部１６を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１５で示すように、ボンディングアーム３側の方向に移動する。また、下部圧電素子１２の振動面が縮むように動作して、下部キャピラリ保持部１７を介してキャピラリ２０は、矢印ｄ１６で示すように、ボンディングアーム３側の方向に移動する。
　このときの矢印ｄ１５の移動量（矢印の長さ）は、矢印ｄ１６の移動量の２倍である。これにより、キャピラリ２０の中心軸Ｃｃは、中心軸Ｃｃの最下点を支点ｓ４として、キャピラリの先端は移動しない。
　以上述べたように、本発明のボンディング装置における圧電素子の駆動では、キャピラリに様々な動作を行うようにすることが可能である。例えば、図７の圧電素子の同相動作において、各圧電素子の駆動電圧波形の振幅比を変えることによって、キャピラリの円弧動作の支点の位置を変えることが可能である。
　また、例えば、図１２に示す電圧波形で圧電素子を駆動することにより、ボンディング時に、キャピラリによって接合を阻害する異物を接合面から掃き出させる動きをさせることも可能となる。
　本発明のボンディング装置は、２つの圧電素子を使用した構造により、各圧電素子への駆動電圧波形に対して、様々な関数的操作（振幅、位相、周波数、波形）を加えることによって、ボンディング接合に必要な効果を得るためのキャピラリ動作をすることが可能である。尚、２つの圧電素子を使用した実施形態について説明したが、圧電素子の個数は２個に限定するものではなく、３個以上であってもよい。
［ワイヤボンディング装置］
　次に、ボンディングアームに振動駆動部を実装したワイヤボンディング装置について図１４を用いて説明する。図１４は、ボンディングアームに振動駆動部を実装したボンディング装置の構成を示すブロック図である。
　図１４に示すように、ボンディング装置１としてのワイヤボンディング装置１のボンディングアーム３は、ボンディングアーム取付部４を介してボンディングヘッド２の駆動アームに取り付けられている。
　ボンディングヘッド２の駆動アームには、ボンディングアーム３を上下方向に揺動するリニアモータ４０と、ボンディングアーム３におけるキャピラリ２０の位置を検出するエンコーダ４１を備えている。
　リニアモータ４０は、駆動ユニット４５により制御されて、リニアモータ４０の可動部が上下移動することにより、支持軸４２を介してボンディングアーム３は上下方向に揺動する。ボンディングヘッド２は、ＸＹテーブル４７上に搭載されており、駆動ユニット４５によりＸＹテーブル４７を制御することにより、ボンディングアーム３のキャピラリ２０をワーク上のボンディング点の直上に位置させることができる。
　尚、図１４に示すボンディング装置１としてのワイヤボンディング装置１は、ボンディングヘッド２にワイヤ５３の把持を行うワイヤクランプ機構（図示せず）、キャピラリ先端にボールを形成するためのトーチロット（図示せず）及びワイヤを供給するワイヤ供給機構（図示せず）等を有している。
　ボンディング動作は、ＸＹテーブル４７によりキャピラリ２０が、ボンディング点の直上に位置するように制御する。ボンディングヘッド２は、リニアモータ４０によりボンディングアームを下降させて、エンコーダによりキャピラリ２０の先端がボンディング点にタッチしたかを検出する。
　尚、通常は、第１のボンディング点は、半導体素子５０のパッドであり、第２のボンディング点は、リードフレーム５１のリードである。キャピラリの先端には、第１のボンディング点に接合するボール５２又は第２のボンディング点に接合するワイヤが繰り出されている。
　キャピラリ２０の先端がボンディング点にタッチしたことをエンコーダ４１の信号から確認後、ボンディングアーム３のキャピラリ２０にボンディング荷重を印加し、また、発振器３５から圧電素子１０に駆動電圧を供給してキャピラリ２０を振動させて、ボンディングを行う。
　圧電素子１０は、発振器３５からの駆動電圧の周波数で振動し、また、駆動電圧の大きさに応じた振動振幅で超音波振動する。圧電素子１０の振動は、キャピラリ保持部９、１０を介してキャピラリ２０に伝搬される。
　キャピラリ２０にボンディング荷重及び超音波振動を所定の時間印加後に、ボンディング点でのボンディングが完了する。
　尚、本発明のボンディング装置は、ワイヤボンディング装置に限らず、例えば、半導体チップのパッドと外部引出し用端子とを重ね合わせてボンディングするシングルポイントボンディング装置、半導体チップのパッド上にワイヤのボールでバンプを形成するバンプボンディング装置等にも適用することができる。
　以上述べたように、本発明のボンディング装置は、圧電素子が駆動する負荷の軽量化が図られるため、キャピラリの応答性が良くなりボンディング条件に応じて第１ボンディング点、第２ボンディング点での最適な振動形態を選択することが可能になる。
　また、圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなりパッドとボールの接合時間が短縮され、半導体部品の単位時間当たりの生産数を増やすことが可能となる。
　また、本発明によれば、圧電素子の負荷質量はキャピラリ、キャピラリ保持部、糸状体のみであり、質量、体積が極めて小さい糸状体で圧電素子を予圧し、キャピラリ保持部は、小型化、軽量化が図られているため、圧電素子によって直接キャピラリを駆動するダイレクトドライブが可能となり、効率良くキャピラリを振動させることができる。
　また、本発明では、ホーンを介することなしに、圧電素子から直接キャピラリに振動を伝達しているため、圧電素子の共振を利用することなく、圧電素子が有する固有周波数領域の範囲内で自由に超音波振動を行い、ボンディングすることができる。
　また、従来技術の超音波振動は、ホーン上でキャピラリを最大振幅で振動させる必要があったため、ホーンの長さ及びキャピラリの取付位置は、超音波振動の半波長の整数倍となるように制限されていた。本発明は、ホーンの共振を前提とした振動を使用していないため、これらの制限を受けることがない。
　また、圧電素子の駆動に必要な予圧は糸状体で供給されるが、圧電素子の振幅数μｍに対して、糸状体の長さは１００ｍｍ以上を有するため、圧電素子の振幅範囲において、圧電素子に与えられる予圧に対してバネ定数の変化は極めて軽微であるため、圧電素子が最大に伸縮しても糸状体の長さの変化が極めて軽微なものとなることから、予圧の変化が少なく、圧電素子の伸縮動作を阻害しないため、圧電素子の効率が低下しない。
　また、圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなり、ダイレクトでキャピラリを駆動することができる。
　そのため、接合中のキャピラリの振動振幅の大きさを可変することができる。例えば、最初はスクラブ動作によって表面の酸化膜を除去して、その後キャピラリの最適な振動形態でボール又はワイヤを接合することが可能になる。
［ボンディング装置の第２実施形態］
　次に、本発明に係るボンディング装置の第２実施形態について、図１５、図１６を用いて説明する。
　図１５は、ループ状に形成した糸状体を使用した振動駆動部の構成を示す図であり、図１５（ａ）は平面図、図１５（ｂ）は側面図である。図１６は、上部ボンディングアーム部の下面と下部ボンディングアーム部とのボルトによる結合前の状態を示す図である。ボンディング装置の第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
　ボンディング装置の第１実施形態での図１及び図２に示す糸状体は、端を有しているが、端を有する糸状体に代えて、端を有しない、即ち、無端状（ループ状）に形成した糸状体を使用することも可能である。以下に、ボンディング装置の第２実施形態におけるループ状に形成した糸状体を使用した振動駆動部について説明する。
　図１５（ａ）、（ｂ）、図１６に示すように、振動駆動部６０は、圧電素子１０と、キャピラリ保持部１５と、キャピラリ２０をキャピラリ保持部１５に固定し、圧電素子１０に予圧を付与するループ状に形成された糸状体６２と、糸状体６２に張力を付与する引張機構７０を有している。
　引張機構７０は、ボンディングアーム６５内に設けられて、ボンディングアーム６５の長手方向に対し垂直に配され、両端がボンディングアーム６５の両側面から突出し、一方の長手方向の側面８５ａにループ状の糸状体６２が巻き回されており、他方の長手方向の側面８５ｂが押圧される押え板８５と、押え板８５を押圧してボンディングアーム６５の長手方向に移動させるためのボルト９０を有している。このように、糸状体６２は、キャピラリ２０の基端側周面のキャピラリ保持部１５とは反対側の半周面と、押え板８５の長手方向の側面８５ａとに巻き回されて、ループを形成している。
　ボンディングアーム６５は、上部ボンディングアーム部６７と下部ボンディングアーム部８０から成り、上部ボンディングアーム部６７は、下面側に設けられた第１の凹部７２と第２の凹部７４と、第１の凹部７２と第２の凹部７４の間に位置するメネジ部７７とが設けられている。また、上部ボンディングアーム部６７の上面には、第１の凹部７２と第２の凹部７４のそれぞれに、貫通した開口部７３、７５が設けられている。
　ボルト９０は、上部ボンディングアーム部の第１の凹部７２と第２の凹部７４の間に、メネジ部７７を介して取り付けられている。第２の凹部７４に位置するボルト９０の先端部は、押え板８５の側面に接触しており、ボルト９０を回すことにより、ボルト９０の先端部が移動して押え板８５をボンディングアーム６５の長手方向に移動させることができる。図１５（ｂ）に示すように、引張機構７０は、ボルト９０の先端部を矢印で示す方向に移動させて押え板の位置を調整することにより、ループ状の糸状体６２に張力が発生し、キャピラリ２０を押しつけることによって、キャピラリ保持部１５を介してボンディングアーム６５先端に取り付けられた圧電素子１０に必要な予圧を付与する。更に、引張機構７０は、押え板の位置を調整することにより、キャピラリ２０への予圧を調整することができる。
　また、図１６に示すように、ボンディングアーム６５内に設けられた引張機構７０は、上部ボンディングアーム部６７にボルト９０、押え板８５、ループ状の糸状体６２を取り付け後に、上部ボンディングアーム部６７の下面と、下部ボンディングアーム部８０の上面とを固定用ボルト９２により結合固定するようにして組み立てる。
　以上述べたように、振動駆動部の糸状体は、端を有しているのみならず、端を有しない、即ち、無端状（ループ状）に形成した糸状体を使用することも可能である。
　この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
１　　　　ボンディング装置（ワイヤボンディング装置）
２　　　　ボンディングヘッド
３、６５　　　　ボンディングアーム
４　　　　ボンディングアーム取付部
７、６０　　　　振動駆動部
１０　　　圧電素子
１１　　　上部圧電素子
１２　　　下部圧電素子
１５　　　キャピラリ保持部
１５ａ　　凹部（湾曲面）
１６　　　上部キャピラリ保持部
１７　　　下部キャピラリ保持部
２０　　　キャピラリ
２３、６２　　　糸状体
２５、７０　　　引張機構 
２６　　　棒状体
３３　　　制御部
３５　　　発振器
３６　　　波形発生器
３８、３９　　電力増幅器
４０　　　リニアモータ
４１　　　エンコーダ
４２　　　支持軸
４５　　　駆動ユニット
４７　　　ＸＹテーブル
５０　　　半導体素子
５１　　　リードフレーム
５２　　　ボール
５３　　　ワイヤ
６７　　   上部ボンディングアーム部
７２　　   第１の凹部
７３、７５　　開口部
７４　　   第２の凹部
７７　   　メネジ部
８０　　   下部ボンディングアーム部
８５　　   押え板
９０　　   ボルト
９２　　　固定用ボルト

Claims (11)

  1. 　キャピラリを振動させる振動駆動部を備えたボンディング装置であって、
    　前記振動駆動部は、ボンディングアームの先端部に一端が固定され、当該ボンディングアームの軸方向に沿って伸縮する圧電素子と、
    当該圧電素子の他端に固定され、キャピラリの基端側周面に接触するキャピラリ保持部と、
    前記キャピラリの前記基端側周面の前記キャピラリ保持部とは反対側の半周面に巻き回された糸状体と、
    当該糸状体に張力を付与することにより前記キャピラリを前記キャピラリ保持部に押圧保持する前記ボンディングアーム側に配された引張機構と、を備えたことを特徴とするボンディング装置。
  2. 　前記振動駆動部は、共振を利用しないことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  3. 　前記糸状体は、前記引張機構によって、前記糸状体に張力が付与されて、前記キャピラリがボンディング動作可能なように前記キャピラリ保持部に押圧保持することを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  4. 　前記糸状体は、前記引張機構により張力が付与されて、前記キャピラリの駆動及び前記キャピラリ保持部への固定に必要な予圧を加えることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  5. 　前記糸状体は、前記引張機構により張力が付与されて、前記キャピラリの駆動及び前記キャピラリ保持部への固定に必要な所定の予圧を加えた状態における、前記圧電素子の伸縮長を超える伸縮可能長を有することを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  6. 　前記引張機構は、前記ボンディングアームの両側面において、各々に前記糸状体の端部が固定されたことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  7. 　前記引張機構による糸状体への張力の付与は、前記糸状体が、前記ボンディングアームの前記両側面又は一側面に配された棒状体に巻き回されて固定されて、当該棒状体をトルクドライバにより、所定のトルクで回転させることにより行われ、前記キャピラリへの予圧を調整可能であることを特徴とする請求項６に記載のボンディング装置。
  8. 　前記糸状体は、無端状に構成されることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  9. 　前記引張機構による糸状体への張力の付与は、前記糸状体が、前記ボンディングアームに固定され、かつ、当該ボンディングアームにおける固定位置を調整可能な押え板に巻き回されて固定されて、当該押え板の位置を調整することにより行われ、前記キャピラリへの予圧を調整可能であることを特徴とする請求項８に記載のボンディング装置。
  10. 　前記糸状体は、所定の幅を有するテープ状部材からなり、前記キャピラリを押圧保持することを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  11. 　前記ボンディング装置は、ワイヤボンディング装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうち、いずれか１に記載のボンディング装置。
     
     
PCT/JP2015/054577 2014-03-14 2015-02-19 ボンディング装置 WO2015137076A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/104,391 US9935078B2 (en) 2014-03-14 2015-02-19 Bonding device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014052640A JP5930419B2 (ja) 2014-03-14 2014-03-14 ボンディング装置
JP2014-052640 2014-03-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015137076A1 true WO2015137076A1 (ja) 2015-09-17

Family

ID=54071526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/054577 WO2015137076A1 (ja) 2014-03-14 2015-02-19 ボンディング装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9935078B2 (ja)
JP (1) JP5930419B2 (ja)
TW (1) TWI580503B (ja)
WO (1) WO2015137076A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10052714B2 (en) * 2016-10-14 2018-08-21 Sonics & Materials, Inc. Ultrasonic welding device with dual converters
US11440131B2 (en) * 2018-11-20 2022-09-13 Link-Us Co., Ltd. Ultrasonic joining apparatus
US11937979B2 (en) * 2021-04-27 2024-03-26 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Ultrasonic transducers, wire bonding machines including ultrasonic transducers, and related methods

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05275502A (ja) * 1992-03-26 1993-10-22 Shinkawa Ltd ワイヤボンデイング装置
JP2014033078A (ja) * 2012-08-03 2014-02-20 Kaijo Corp ボンディング装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5890643A (en) 1996-11-15 1999-04-06 Kulicke And Soffa Investments, Inc. Low mass ultrasonic bonding tool
SG71189A1 (en) * 1998-01-26 2000-03-21 Esec Sa Ultrasonic transducer with a flange for mounting on an ultrasonic welding device in particular on a wire bonder
JP2005236103A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Shinkawa Ltd ワイヤボンディング装置
CH700015B1 (de) * 2007-04-04 2010-06-15 Oerlikon Assembly Equipment Ag Ultraschall Transducer.
CN101903116B (zh) * 2007-12-21 2013-03-27 库利克和索夫工业公司 对引线键合机的超声换能器中的恒压源进行校准的方法
JP4314313B1 (ja) * 2008-06-30 2009-08-12 株式会社新川 ボンディング装置
JP6180736B2 (ja) * 2009-08-12 2017-08-23 クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク． ワイヤーボンディング用の超音波トランスデューサ、ならびに超音波トランスデューサを使ってワイヤーボンドを形成する方法
JP5275502B1 (ja) 2012-10-10 2013-08-28 日本臓器製薬株式会社 抽出物及び製剤

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05275502A (ja) * 1992-03-26 1993-10-22 Shinkawa Ltd ワイヤボンデイング装置
JP2014033078A (ja) * 2012-08-03 2014-02-20 Kaijo Corp ボンディング装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI580503B (zh) 2017-05-01
JP2015177046A (ja) 2015-10-05
US9935078B2 (en) 2018-04-03
US20170005064A1 (en) 2017-01-05
TW201534417A (zh) 2015-09-16
JP5930419B2 (ja) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5930423B2 (ja) ボンディング装置
JP5583179B2 (ja) ボンディング装置
JP5683470B2 (ja) ボンディング装置、超音波トランスデューサおよびボンディング方法
KR101489706B1 (ko) 와이어 접합기
JP5055423B2 (ja) 超音波トランスデューサ
JP5930419B2 (ja) ボンディング装置
US7150388B2 (en) Method of bonding and bonding apparatus for a semiconductor chip
JP7191421B2 (ja) ワイヤボンディング装置
JP2006239749A (ja) 超音波接合方法および超音波接合装置
JP2981951B2 (ja) ワイヤボンデイング装置
WO2022264225A1 (ja) 超音波ホーンおよび半導体装置の製造装置
JP2003059972A (ja) ボンディングヘッド及びこれを備えたボンディング装置
JP4395043B2 (ja) 半導体チップの接合方法、半導体チップおよび基板
JPH0496665A (ja) ワイヤカット放電加工機のワイヤ電極供給装置
JP2002101675A (ja) アクチュエータ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15761491

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15104391

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15761491

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1