JP3314652B2 - ワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャピラリツール
を用いてチップと基板をワイヤで接続するワイヤボンデ
ィング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チップと、このチップが搭載されたリー
ドフレームやプリント基板などの基板をワイヤで接続す
るワイヤボンディングは、キャピラリツールの下端部か
ら下方へ導出されたワイヤの下端部とトーチとの間で電
気的にスパークを発生させ、ワイヤの下端部にボールを
形成した後、キャピラリツールを下降させてボールを基
板に搭載されたチップの上面にボンディングする。次い
で、キャピラリツールを一旦基板の上方に移動させた後
に、キャピラリツールの下端部を所定の軌跡を描かせな
がら下降させワイヤのループを形成させてワイヤを基板
にボンディングする。この場合の軌跡として、略円弧状
の軌跡が一般的であり、この円弧状の軌跡上でのキャピ
ラリツールの動作制御では、各軸のモータは所定の速度
パターンに従った制御がなされる。
【０００３】以下、従来の方法による速度パターンにつ
いて図面を参照して説明する。図７はワイヤボンディン
グ方法のループ形成時の円弧状の軌跡を表す極座標図、
図８は従来のワイヤボンディング方法のループ形成時の
速度パターンを示すグラフである。
【０００４】図７において、１はキャピラリツールであ
り、太実線Ｑはキャピラリツールの下端点Ｐの軌跡を表
している。Ａ点にボールをボンディングした後、キャピ
ラリツールはＢ点まで上昇し、その後略円弧状の軌跡を
描いてＣ点にワイヤをボンディングする。キャピラリツ
ールの下端点Ｐの動きは、図７の極座標においては原点
Ｏから半径Ｌの円弧上で、原点Ｏと下端点Ｐとを結ぶ直
線ＯＰがＺ軸となす角度θのみの式（数１）で表すこと
ができるが、実際のワイヤボンディング装置を構成する
各軸のモータの動作として表すためには、（数２）〜
（数４）に示すように、ＸＹＺ各駆動軸方向の速度成分
Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを求めなければならない。
【０００５】
【数１】
【０００６】
【数２】
【０００７】
【数３】
【０００８】
【数４】
【０００９】図８の上段のグラフに示すように、従来は
円弧状軌跡上でのキャピラリツールの下端点Ｐの角速度
は、等角加速度曲線を描くように制御されていた。した
がって、角速度のグラフは図８の中段に示すように３角
形状のグラフとなり、このときのＸＹＺ各駆動軸方向の
速度成分Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは図８の下段のグラフで表さ
れる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図８の下段のグラフか
らわかるように、従来の等角加速度制御では水平方向の
速度成分Ｖｘ、Ｖｙの立ち上がり時ｔａに急激な加速度
が表れており、また垂直速度成分Ｖｚにおいては着地時
ｔｂに急激な減速（負加速度）が表れている。このよう
な急激な加速度変化は、ワイヤボンディング装置の機構
にとって振動発生源として作用し、特にキャピラリツー
ルは片持ち支持されたホーンに保持されているため振動
を誘起しやすい。このため、キャピラリツールの下端部
が振動することによりワイヤ横振れや、ワイヤ圧着不良
などのボンディング不良が発生するという問題点があっ
た。
【００１１】そこで本発明は、ワイヤのループ形成時に
急激な加速度変化が発生せず、機構の振動によるボンデ
ィング不良を防止することができるワイヤボンディング
方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のワイヤボンディ
ング方法は、ワイヤを挿通するキャピラリツールと、キ
ャピラリツールを保持するホーンと、ホーンをＸ、Ｙお
よびＺの３方向に駆動する３軸からなる駆動手段と、駆
動手段を制御する制御部とを備えたワイヤボンディング
装置によるワイヤボンディング方法であって、キャピラ
リツールの下端部から導出するワイヤの下端部に形成さ
れたボールをキャピラリツールにより第１のボンディン
グ点に圧着する工程と、前記駆動手段を駆動してキャピ
ラリツールを所定高さまで上昇させる行程と、前記駆動
手段を駆動してキャピラリツールの下端部を第２のボン
ディング点まで移動させてワイヤのループを形成する工
程と、形成されたループの端部をキャピラリツールによ
り第２のボンディング点に圧着する工程とを含み、かつ
前記ループを形成する工程におけるキャピラリツールの
下端部の軌跡が略円弧状ないしは略楕円状をなしてお
り、前記軌跡上でのキャピラリツールの下端部の移動を
極座標で表したときの角加速度が時間について連続であ
って、この角加速度を時間について積分して得られる速
度パターンを求め、更にこの速度パターンを直交座標系
のＸＹＺ各軸成分に座標変換することにより求められた
速度パターンに基づいて前記駆動手段のＸＹＺ各軸の速
度を制御するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】上記構成の本発明は、ループ形成
時の略円弧状軌跡を描くキャピラリツールの動作を、極
座標でのこの軌跡上の角加速度が時間について連続とな
るようＸＹＺ各軸の速度パターンを制御することにより
行う。このため、ＸＹＺ各軸の速度パターンには急激な
加速度変化は表れず、したがってボンディング装置の機
構の振動が防止できるため、ボンディング不良のない安
定したループ形成が行える。
【００１４】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施の形態のワイヤボン
ディング装置の全体構造を示す斜視図、図２は同ワイヤ
ボンディング装置の制御系の構成を示すブロック図、図
３及び図４は同ワイヤボンディング工程の説明図、図５
は同ワイヤボンディング方法のループを形成する工程の
モータの速度パターンを示すグラフ、図６は同ワイヤボ
ンディング方法のループを形成する工程のモータ制御の
フローチャートである。
【００１５】まず、図１を参照してワイヤボンディング
装置の全体構造を説明する。基台１の上面には、基板２
が載置されている。基板２の中央にはチップ３が搭載さ
れており、チップ３の周辺には、電極４が多数形成され
ている。５は押さえ板であって、シリンダ６のロッド７
に連結されている。ロッド７が引き込むと、基板２は押
さえ板５で押さえつけられて固定される。基台１の側方
には可動テーブル１０が設置されている。可動テーブル
１０上には、駆動ボックス１１が設けられている。駆動
ボックス１１からはホーン１２が前方へ延出している。
ホーン１２の先端部にはキャピラリツール１３が保持さ
れている。
【００１６】キャピラリツール１３には、スプール１４
から繰り出されたワイヤ１５が挿通されている。１６は
キャピラリツール１３の上方に配置されたクランパであ
って、開閉動作を行うことによりワイヤ１５をクランプ
して固定する。Ｘ方向モータ１７とＹ方向モータ１８が
駆動して可動テーブル１０が作動すると、可動テーブル
１０上の駆動ボックス１１、ホーン１２、キャピラリツ
ール１３などはＸ方向やＹ方向へ水平移動する。また、
キャピラリツール１３は駆動ボックス１１内に収納され
図示しないＺ方向モータに駆動され上下動を行う。
【００１７】次に、図２を参照してワイヤボンディング
装置の制御系の構成を説明する。図２において、２０は
制御部であり、速度パターン演算部２１に各要素動作の
動作距離を指示し、また各軸のパルス生成部２７、２
８、２９にパルス出力開始信号を伝達する。ループ形状
データ記憶部２２は、所定のループ形状を実現するため
の制御データを記憶する。ボンディング座標記憶部２３
は、各種ワークのボンディング位置の座標データを記憶
する。速度パターン演算部２１は、制御部２０、ループ
形状データ記憶部２２及びボンディング座標記億部２３
からのデータを受け取り、ＸＹＺ各軸の駆動のための速
度パターンを演算する。
【００１８】Ｘ軸速度パターン記憶部２４、Ｙ軸速度パ
ターン記憶部２５、Ｚ軸速度パターン記憶部２６は、演
算された各軸の速度パターンを記憶する。Ｘ軸パルス生
成部２７、Ｙ軸パルス生成部２８、Ｚ軸パルス生成部２
９はそれぞれの軸の速度パターン記憶部からの速度パタ
ーンデータと制御部２０からのパルス出力開始信号を受
けて、モータ制御パルス列を出力する。Ｘ軸ドライバ３
０、Ｙ軸ドライバ３１、Ｚ軸ドライバ３２はそれぞれの
軸のパルス生成部からモータ制御パルス列を受け、それ
ぞれＸ軸モータ３３、Ｙ軸モータ３４、Ｚ軸モータ３５
の駆動電流を制御する。
【００１９】このワイヤボンディング装置は上記の構成
より成り、以下その動作について図３及び図４を参照し
て説明する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）および図４
（ａ）〜（ｃ）は、一連の動作を動作順に示している。
図３（ａ）は初期状態であって、この状態でキャピラリ
ツール１３の下端部からワイヤ１５を下方へ導出し、キ
ャピラリツール１３の上方のクランパ１６でワイヤ１５
をクランプしてワイヤ１５を固定している。１５’は、
前回のワイヤボンディング動作でチップ３と基板２を接
続したワイヤである。
【００２０】次に図３（ｂ）に示すように、ワイヤ１５
の下端部に接近したトーチ１９に高電圧を印加すること
により、ワイヤ１５の下端部とトーチ１９の先端部との
間に電気的スパークを発生させ、ワイヤ１５の下端部に
ボール２０を形成する。なお、図１ではトーチ１９は省
略している。
【００２１】次に図３（ｃ）で示すように、クランパ１
６を開いてワイヤ１５のクランプ状態を解除するととも
に、キャピラリツール１３を下降させてボール２０をチ
ップ３上面のパッドに押しつけてボンディングする。次
いで、鎖線で示すようにキャピラリツール１３を基板２
の電極４の上方に移動させ、キャピラリツール１３の下
端部を所定の軌跡を描かせながら下降させワイヤ１５の
ループを形成させてワイヤ１５を基板２の電極４にボン
ディングする（この場合のキャピラリツール１３の下端
部が描く所定の軌跡については図７を参照）。なお、こ
のループを形成する行程でのモータの制御方法について
は後述する。
【００２２】次に図４（ａ）に示すようにキャピラリツ
ール１３を上昇させ、かつクランパ１６でワイヤ１５を
再度クランプしてワイヤ１５を引き上げれば、ワイヤ１
５はボンディング点ａでカットされる。以上によりワイ
ヤボンディングが終了したならば、基板２は次の工程へ
送り出され、図４（ｂ）に示すようにキャピラリツール
１３は次の基板２が送られてくるまで待機する。この待
機状態で、クランパ１６はワイヤ１５をクランプして、
ワイヤ１５が不要に上昇してワイヤ１５の下端部がキャ
ピラリツール１３の内部に入り込まないようにし、ワイ
ヤ１５の下端部が所定長Ｌだけキャピラリツール１３の
下端部から導出した状態を維持している。
【００２３】次に、図４（ｃ）に示すように、次の基板
２がキャピラリツール１３の下方に搬送されて来たなら
ば、そこでトーチ１９とワイヤ１５の下端部との間で電
気的スパークを発生させてボール２０を形成し、上述し
たワイヤボンディング動作を再開する。
【００２４】次に、図５を参照してワイヤボンディング
方法のループを形成する行程のモータの速度パターンに
ついて説明する。本実施の形態では、図５の中段のグラ
フで示すように角速度のパターンとして略サイクロイド
パターンを採用し、角加速度が時間について連続である
速度パターンを実現している（図５の上段のグラフを参
照）。そしてＸＹＺ各駆動軸方向の速度成分Ｖｘ、Ｖ
ｙ、Ｖｚは図５の下段のグラフで表され、水平方向の速
度成分Ｖｘ、Ｖｙのみならず、垂直方向の速度成分Ｖｚ
も立ち上がり時ｔａ及び着地時ｔｂの双方とも非常に滑
らかに変化しており、機械的振動の原因となる急激な加
速度変化は表れていない。
【００２５】次に、図２及び図６を参照してワイヤボン
ディング方法のループを形成する工程でのモータ制御の
フローについて説明する。まず、図６に示すように、ボ
ンディング座標とループ形状データより円弧の開始点と
終点の位置を算出する（ＳＴ１）。次に、図５に示され
る速度パターンに基づき、（数２）〜（数４）に示す座
標変換式を用いてＸＹＺ各軸の速度パターンを作成する
（ＳＴ２）。
【００２６】次いで、この各軸の速度パターンがそれぞ
れの速度パターン記憶部２４、２５、２６に記憶される
（ＳＴ３）。次いで制御部２０からのパルス出力信号が
ＯＮであるか否かが判断され（ＳＴ４）、ＯＮであれば
ＳＴ５にて各軸のパルス生成部２７、２８、２９より各
軸のモータ駆動用のドライバ３０、３１、３２に対して
制御パルス列が出力される。この制御パルスに従って各
軸のモータ３３、３４、３５が駆動することにより、キ
ャピラリツール１３は所定の軌跡を描いてワイヤのルー
プを形成する。
【００２７】本発明は、上記実施の形態に限定されない
のであって、例えばループを形成する行程での軌跡は上
記実施の形態では略円弧状となっているが、略楕円状で
あってもよく、また角速度のパターンとして略サイクロ
イドパターンを採用しているが、角加速度が時間的に連
続であるものならばこれ以外のパターンであっても良
い。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、ループ形成時の略円弧状軌跡
を描くキャピラリツールの動作を、極座標でのこの軌跡
上の角加速度が時間について連続となるようＸＹＺ各軸
の速度パターンを制御することにより行うようにしてい
るので、ＸＹＺ各軸の速度パターンには急激な加速度変
化は表れず、したがってボンディング装置の機構の振動
が防止できるため、ボンディング不良のない安定したル
ープ形成が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装
置の全体構造を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装
置の制御系の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング工
程の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング工
程の説明図
【図５】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング方
法のループを形成する工程のモータの速度パターンを示
すグラフ
【図６】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング方
法のループを形成する工程のモータ制御のフローチャー
ト
【図７】ワイヤボンディング方法のループ形成時の円弧
状の軌跡を表す極座標図
【図８】従来のワイヤボンディング方法のループ形成時
の速度パターンを示すグラフ
【符号の説明】
１ 基台 ２ 基板 ３ チップ ４ 電極 ５ 基板押さえ １０ 可動テーブル １２ ボンディングアーム １３ キャピラリツール １４ スプール １５ ワイヤ １６ クランパ ２０ 制御部 ２１ 速度パターン演算部 ２２ ループ形状データ記憶部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤを挿通するキャピラリツールと、キ
    ャピラリツールを保持するホーンと、ホーンをＸ、Ｙお
    よびＺの３方向に駆動する３軸からなる駆動手段と、駆
    動手段を制御する制御部とを備えたワイヤボンディング
    装置によるワイヤボンディング方法であって、キャピラ
    リツールの下端部から導出するワイヤの下端部に形成さ
    れたボールをキャピラリツールにより第１のボンディン
    グ点に圧着する工程と、前記駆動手段を駆動してキャピ
    ラリツールを所定高さまで上昇させる行程と、前記駆動
    手段を駆動してキャピラリツールの下端部を第２のボン
    ディング点まで移動させてワイヤのループを形成する工
    程と、形成されたループの端部をキャピラリツールによ
    り第２のボンディング点に圧着する工程とを含み、かつ
    前記ループを形成する工程におけるキャピラリツールの
    下端部の軌跡が略円弧状ないしは略楕円状をなしてお
    り、前記軌跡上でのキャピラリツールの下端部の移動を
    極座標で表したときの角加速度が時間について連続であ
    って、この角加速度を時間について積分して得られる速
    度パターンを求め、更にこの速度パターンを直交座標系
    のＸＹＺ各軸成分に座標変換することにより求められた
    速度パターンに基づいて前記駆動手段のＸＹＺ各軸の速
    度を制御することを特徴とするワイヤボンディング方
    法。
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