JPH01251729A

JPH01251729A - インナーリードボンディング装置及びインナーリードボンディング方法

Info

Publication number: JPH01251729A
Application number: JP63078744A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Iketani; 之宏池谷; Keitaro Okano; 岡野　恵太郎; Noriyasu Kashima; 規安加島; Koichiro Atsumi; 幸一郎渥美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-06
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2602886B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、半導体素子をリードにボンディングするイ
ンナーリードボンディング装置に関する。

（従来の技術）ボンディングには、インナーリードボンディング装置を
用いて、半導体素子に形成された電極用バンプ（電極）
を、リードフレームのインナーリードにボンディングす
るようにしたものがある。

こうしたインナーボンディング装置には、既に本出願人
が出願した特願昭６２−６４３０７号などに示されるよ
うに、モータを使ってボンディングツールを昇降させる
ものがある。

すなわち、第４図に示されるようにワーク保持部１の上
方に、ツール保持部２ならびに圧縮ばね３で昇降自在に
支持されたボンディングツール４を設ける。またワーク
保持部２を支持したＸ−Ｙ駆動部５の上方の基台６上に
、出力軸に円板状のカム７が取着されたＡＣモータ８を
設置し、このカム７と上記ボンディングツール４とを運
動変換機構９を介して連結した構造にしている。具体的
には、運動変換機構９は、ＡＣモータ８の出力軸側に隣
接して、カム７と組合うカムフォロア１０が取着された
第１の揺動レバー１１を設けるとともに、その第１の揺
動レバー１１の作用点側にクランク形状の第２の揺動レ
バー１２を回動自在に枢支する。この第２の揺動レバー
１２の作用点側を、ボンディングツール４に連ねて上下
方向に昇降自在に設けた押圧棒１３の上部端に回動自在
に枢支する。そして、第２の揺動レバー１２の力点側と
第１の揺動レバー１１の力点側との間に、ツール移動量
調整用のダンパー手段となるエアーシリンダ１４を介装
した構造となっていて、カム７がＡＣモータ８の作動に
追従して回転すれば、その運動が第１および第２の揺動
レバー１１．１２で上下の方向に沿う直線運動に変換さ
れ、押圧棒１３を介してボンディングツール４を下降さ
せて、先端の抑圧部４ａで半導体素子をリードフレーム
１５に押圧していく。この抑圧で、半導体素子の電極用
バンプをリードフレーム１５のインナーリードに圧着さ
せていくようしている。そして、半導体素子の厚みが変
ると、その分、エアーシリンダ１４のロッドの沈み込ん
で、第２の揺動レバー１２の揺動量を変えていく。

なお、１３ａは押圧棒１３を昇降自在に支持する案内体
、１１ａは第１の揺動レバー１１を支持する支柱である
。

（発明が解決しようとする課題）ところで、こうしたインナーボンディング装置のボンデ
ィングツール４は、カム高さが不変で有るので、半導体
素子の厚み（高さ）寸法によって半導体素子に加わる時
間（ボンディング時間）Ｔがボンディングツール４によ
る加圧で変化する難点がある。しかも、それと共に作動
するエアーシリンダ１４の沈み込み量の変化で、加圧力
Ｆも変化してしまう難点をもっている。

具体的には、加圧時間Ｔについて述べれば、第５図に示
されるようにボンディングツール４のツールストローク
Ｈにおいて、ワーク保持部１の上面に半導体素子がない
ときをｒＡＪとすると、厚さＨｌ、Ｈｌ　（Ｈ，＜Ｈｌ
）の半導体素子を置いたときには、ツールストロークＨ
はその分、ｒＢＪ、ｒｃＪと変化していく。ところが、
ここで、そのツールストロークＨが変化するにしたがっ
て、カム７の特性上、抑圧始めの時期と抑圧終了の時期
も変化していくので、厚み寸法が厚くなるにしたがって
半導体素子に加わる時間Ｔが、当初の設定時間Ｔｏより
もｒＴｔＪ、ｒＴｚＪに示される如く長くなってしまう
。むろん、これはツールストロークの傾きで表わされる
ボンディングツール４の下降速度を変えても同様である
。

また加圧力Ｆについて述べれば、ダンパー手段の特性、
すなわちエアーシリンダ１４の特性を見ると、第６図に
示されるようにエアーシリンダストロークＳと加圧力Ｆ
との間には、「Ｓｌ」までロッドがストロークした以降
で、所定の加圧力が得られる関係がある。つまり、「Ｓ
ｌ」以降までエアーシリンダ１４をストロークさせない
と、所定の加圧力が得られず、逆に半導体素子の厚みが
薄く、「Ｓｌ」なるロッドストロークよりも小さい場合
、所定の加圧力に到達しない結果をもたらす。具体的に
は、第５図の「Ｔ２」のときでｒｃＪなる所定の加圧力
に到達するとすれば、ｒＴｏＪ。

「Ｔ１」のときはそれより以下のｒａｇ、ｒｂＪに示さ
れるように所定の加圧力が得られない。

このため、厚さの異なる半導体素子をボンディングする
と、加圧時間（ボンディング時間）および加圧力の変化
から、接合状態が変ってしまう不都合があった。

そこで、半導体素子の厚さが変る場合、その都度、ワー
ク保持部１の高さを変えて、ツールストロークが一定と
なるよう調整することが考えられるが、調整は微妙であ
るために、かなり難しく、かつまた時間もかなり費やす
もので、改善が要望されている。

この発明はこのような事情に着目してなされたもので、
困難な調整作業を要せず、かつ加圧時間および加圧力が
変化することなしに、厚さの異なる半導体素子をボンデ
ィングすることができるインナーリードボンディング装
置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、ボンディングツールが半導
体素子に当接したときを検出するセンサーを設け、この
センサーの検出信号を受けてボンディングツールを駆動
するモータの回転速度を制御し、ボンディングツールが
前記半導体素子に当接した時点から一定の時間経過後に
ボンディングツールによる抑圧工程を終了させる制御手
段を設けた。

（作用）ボンディングツールが半導体素子に触れたことが検出さ
れると、その瞬間から一定の時間に所定の抑圧工程を終
了させるべくボンディングツールを動かしていく。そし
て、これにより、半導体素子の厚みの違いに関係なく一
定時間で所期のボンディングを終わる。と同時に所期の
ボンディングが常に一定時間に行なわれることでダンパ
ー手段を一定な加圧力が得られるレベルにしていく。

（実施例）以下、この発明を第１図ないし第３図に示す一実施例に
もとづいて説明する。但し、図面において、先の「従来
の技術」の項で述べた構成部品と同じものには同一符号
を附してその説明を省略し、この項では発明の要部とな
る異なる部位について説明することにする。

すなわち、本実施例はボンディングツール４の駆動系を
制御した点で異なっている。具体的には、ＡＣモータに
変えて位置速度制御機能をもったサーボモータ２０が用
いられ、このサーボモータ２０の出力軸にカム７が設け
られている。さらに、第１の揺動レバー１１の作用点側
には、該第１の揺動レバ一部分とそれに対向する直上の
第２の揺動レバ一部分との間のギ、ヤップを検出するギ
ャップセンサ２３（この発明のセンサに相当）が設けら
れている。そして、このギャップセンサー２３が、第２
図に示されるような外部の制御回路２２（制御手段に相
当）に接続され、サーボモータ２０を制御する構造にし
ている。

ホールド２５を介してウィンドコンパレータ２６を接続
する。またウィンドコンパレータ２６の残る人力部にア
ンプ２４の出力部を直接接続する。

そして、ウィンドコンパレータ２６に制御部２７を接続
した構造となっている。そして、サンプルホールド２５
は、制御部２７からのサンプルホールド信号に従って、
ボンディングツール４が半導体素子に当接する前の状態
のセンサー出力をサンプルホールドし、このサンプルホ
ールド出力を基準値としてウィンドコンパレータ２６に
供給するようにしている。またウィンドコンパレータ２
６には、上記基準値を中心値として所定幅の非検出レベ
ル領域を演算処理によって設定する構成となっていて、
その非検出レベル領域とギャップセンサ２３からの出力
とのレベル比較から、検出出力が非検出レベル領域を外
れたときに検出信号を発生させることができるようにし
ている。そして、第１の揺動レバー１１と第２の揺動レ
バー１２の間のギャップが小さくなるにしたがい検出出
力が非検出レベル領域を外れることで、制御部２７にお
いてボンディングツール４の先端が半導体素子の上面に
確実に当接したものと判断するようにしている。また制
御部２７には、半導体素子に当接したと認識すると、そ
の位置からｒＴｏＪなる一定時間に抑圧に必要な工程が
終わるようカム７の回転速度を変化させる設定がなされ
、この設定にもとづきサーボモータ２０の回転速度を制
御させる構造にしている。さらに制御部２７では、ボン
ディングツール４の下降当初は高速で、その後、ボンデ
ィングツール４が半導体素子に当たるまでは低速となる
、高速移動領域Ｘと低速移動領域Ｙとを組合わせた制御
をサーボモータ２０に課してもいる。

しかして、こうしたインナーリードボンディング装置は
、サーボモータ２０が回転すると、これに追従してカム
７が回転していく。これにより、第１の揺動レバー１１
はカムフォロア１０を介して下降側に揺動を始めていき
、押圧棒１３が第２の揺動レバー１２を介して下降して
いく。こうした下降当初の移動は、かなりの速度で行な
われ、その後、途中から低速となっていく。そして、こ
の押圧棒１３の下降に伴い、ボンディングツール４が圧
縮ばね３の弾性力に抗して下降していき、ボンディング
ツール４の先端が半導体素子の上面に当接していく。

一方、こうしたボンディングツール４の下降中、サンプ
ルホールド２５ではギャップセンサ２３からの出力をサ
ンプルホールドし、そのサンプルホールド出力を基準値
としてウィンドコンパレータ２６に出力している。そし
て、第１の揺動レバー１１と第２の揺動レバー１２との
ギャップが小さくなって、ギャップセンサ２３からの出
力がウィンドコンパレータ２６で演算された非検出レベ
ル領域を超えると、制御部２７ではボンディングツール
４の先端が半導体素子の上面に確実に当接したと認識し
、その瞬間から一定時間に抑圧に要する一定量のストロ
ークだけ動いていく。

すなわち、第３図に示されるように例えばワーク保持部
１の上面に半導体素子がない状態をｒＡＪとしたとき、
「従来の技術」のときと同様にｒＴｏ　Ｊなる加圧時間
が設定されているものとすれば、異なる厚さ「Ｈｌ」の
半導体素子をワーク保持部１に置いたときは、半導体素
子の上面にボンディングツール４が当接したことが検出
されると、従来において費やしていた加圧時間ｒ”ｒ、
　−ＴｏＪ分、サーボモータ２０の回転速度を速める制
御がなされ、カム７による抑圧工程を「Ｔｏ」で終了さ
せていく。

また異なる厚さ「Ｈ２」の半導体素子をワーク保持部１
に置いたときは、半導体素子の上面にボンディングツー
ル４が当接したことが検出されると、従来において費や
していた加圧時間ｒＴ２−ＴｏＪ分、サーボモータ２０
の回転速度を速める制御がなされ、カム７による押圧工
程をｒＴｏＪで終了させていく。

むろん、こうして半導体素子の厚さに関わらずに、常に
「Ｔｏ」なる加圧時間に設定されることは、第３図の各
ｒａｇ、ｒｂＪ、ｒｃＪの線図でも明らかなようにシリ
ンダ１４の移動時間も、シリンダ１４のロッドの沈み込
み量も常に一定となる。

そして、こうした抑圧工程により、半導体素子の電極用
バンプがリードフレームのインナーリードに圧着され、
ボンディングされていく。

かくして、半導体素子の厚さが変っても、加圧時間、加
圧力とも変化させることなく、ボンディングを行なうこ
とができる。むろん、半導体素子にボンディングツール
４に当接した後、一定時間に一定量のストロークを動か
すだけなので、たとえボンディングツール４の下降速度
が変っても、加圧時間、加圧力は変化することはない。

したがって、厚みが変っても接合状態が変化するような
ことはなくなる。またボンディングツール４を下降当初
は高速で、途中から低速で下降させた構造の採用により
、ボンディングツール４が半導体素子に衝突するときの
ダメージを最小にしつつ、ボンディングツール４が半導
体素子に当接するまでの時間（タクトタイム）を短縮す
ることができる。特に、当接する直前にボンディングツ
ール４の下降速度を遅くすることこができることによる
。

しかも、「従来の技術」の項で述べたような困難な調整
作業はほとんどなくなる。

なお、一実施例では２つの揺動レバーを用いて構成され
た運動変換機構をもつインナーリードボンディング装置
にこの発明を適用したが、それ以外の運動変換機構をも
つインナーリードボンディング装置にも適用してもよい
。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、加圧時間および
加圧力が変化することなしに、厚さの異なる半導体素子
をボンディングすることがてき、接合状態の変化を防い
で、接合不良をなくすことができる。しかも、困難な調
整作業はほとんど必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示し、第１
図はインナーリードボンディング装置を示す側面図、第
２図はその制御回路を示すブロック図、第３図はボンデ
ィング時のボンディングツールの動きを、エアーシリン
ダの動きと共に示した線図、第４図は従来のインナーリ
ードボンディング装置を示す側面図、第５図はそのボン
ディング時のボンディングツールの動きを、エアーシリ
ンダの動きと共に示した線図、第６図はエアーシリンダ
で構成されたダンパー手段の特性を示す線図である。４・・・ボンディングツール、９・・・運動変換機構、
１４・・・エアーシリンダ（ダンパー手段）、２０・・
・サーボモータ、２２・・・制御回路（１７１）御手段
）、２３・・・ギャップセンサ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

　出力軸にカムが設けられたモータの前記カムと昇降自
在なボンディングツールとを、前記カムと組合うカムフ
ォロアを備えて構成された運動変換機構を介して連結し
、かつ該運動変換機構の駆動力伝達経路の途中にツール
移動量調整用のダンパー手段を介装し、前記カムによる
ボンディングツールの上下動で半導体素子を押圧してイ
ンナリードにボンディングさせるインナーリードボンデ
ィング装置において、前記ボンディングツールが半導体
素子に当接したときを検出するセンサーを設け、このセ
ンサーの検出信号を受けて前記モータの回転速度を制御
し、前記ボンディングツールが前記半導体素子に当接し
た時点から一定の時間経過後に前記ボンディングツール
による押圧工程を終了させる制御手段を設けたことを特
徴とするインナーリードボンディング装置。