JPH0131695B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はたとえばIC組立工程において、ペ
レツトに対して金ワイヤをボンデイングするワイ
ヤボンデイング装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、集積回路の組立に用いられるワイヤボ
ンデイング装置は、金ワイヤが挿通されたキヤピ
ラリを第１ボンデイング点であるペレツトのパツ
ドに押付けてボンデイングしたのち、キヤピラリ
を上下方向およびXY方向に移動させて、ワイヤ
を繰出し、第２ボンデイング点であるリードフレ
ームのリード部にボンデイングし、しかるのち、
キヤピラリを上昇させてワイヤを切断する動作を
繰返すことによつて、ワイヤの接続を行なうよう
に構成されている。

ところで、以上のボンデイング動作において、
キヤピラリが金ボールをペレツト面に押圧して圧
着するときのボンデイング荷重および温度は、ボ
ンデイングの良否を決定するうえで特に重要であ
る。

また、ワイヤボンデイング方法には、あらかじ
め、ペレツトを約350℃程度に熱しながらボンデ
イングする熱圧着方式（TC方式）と、ペレツト
を200℃以下の温度に保ちつつ金ボールを押圧す
るとともに、キヤピラリに超音波振動を与え、そ
の超音波エネルギで金ボールを溶融してボンデイ
ングする熱圧着超音波併用方式（TS方式）とが
ある。

従来、この熱圧着超音波併用方式は、キヤピラ
リで金ボールに一定の荷重を与え、これに超音波
振動を一定時間だけ加えて金ボールを溶融し、金
とペレツト上のアルミニウム膜との合金層を発達
させてボンデイングさせていた。すなわち、従来
は超音波振動を印加する時間を一定にしてボンデ
イングしていた。この結果、ボンデイング装置の
異常やペレツトの表面状態により、金ボールの超
音波エネルギの吸収量が異なつた場合、圧着ボー
ルの形状がバラツキ、ボンデイング部分の信頼性
を悪くしていた。

第１図Ａはペレツトａに対して、金ワイヤｂが
ボンデイングされた理想的な状態を示すものであ
り、電極部分ｃに蒸着されているアルミニウム膜
と金ボールｅとは適当な熱と超音波振動により合
金層ｄを作り、この合金層ｄが一様に圧着ボール
の全面にわたり生成されたものであり、この場
合、ペレツトａと金ボールｅの圧着強度は大き
い。

しかしボンデイング荷重が大きすぎたり、超音
波振動の印加時間が長すぎると、第１図Ｂに示す
ように、金ボールｅが過変につぶれた形状とな
り、金ボールｅが電極部分ｃからはみ出し、周囲
の配線パターンと接触して不良品となる。また、
超音波振動のかかり方が少いと、第１図Ｃに示す
ように、ボンデイングしたあと、合金層の発達が
少いため強変が弱くわずかな振動でも圧着ボール
がペレツトａから剥れて不良品となる。なお、
d′は電極部分ｃに蒸着されているアルミニウム膜
である。

〔発明の目的〕

この発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、超音波発振器から
の出力、ワイヤの先端に形成されたボールの直径
のバラツキ、ペレツトの表面状態のバラツキ等に
より超音波エネルギのボールに対する加わり方に
変化が生じても、常に一定の形状の圧着ボールを
形成することができ、ボンデイング部の信頼性を
向上することができるワイヤボンデイング装置を
提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

この発明はツールリフタアームにばねを介して
ツールアームを取付け、ボンデイング時に、上記
ツールアームを介してキヤピラリに超音波振動を
与える超音波発振器を設けたワイヤボンデイング
装置において、上記ツールアームとツールリフタ
アームとの相対位置を検出するギヤツプセンサを
設け、このギヤツプセンサによつてボールの変形
を監視しながら上記超音波発振器を制御し、超音
波発振制御してボールの形状が一定になるように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明を図面に示す一実施例にもとづ
いて説明する。第２図はワイヤボンデイング装置
の概略的構成を示すもので、１はXYテーブルで
ある。このXYテーブル１の前側上面には、回転
軸２を有する支持台３が設けられている。この支
持台３の回転軸２には、ツールリフタアーム４が
揺動自在に枢着されている。このツールリフタア
ーム４には、板ばね５を介してツールアームホル
ダ６が固定され、このツールアームホルダ６に
は、ツールアーム７が取付けられている。このツ
ールアーム７の先端には、キヤピラリ８がペレツ
トａに対向して設けられている。さらに、上記ツ
ールリフタアーム４の先端側の上面にはスプリン
グ掛け片１０が設けられ、このスプリング掛け片
１０と上記ツールアームホルダ６のスプリング掛
け片１１との間には、引張りスプリング１２が取
付けられている。また、上記両スプリング掛け片
１０と１１との間には、初期位置設定機構１３が
設けられていて、これは調整ねじ１４を回転させ
て初期位置設定ピン１５を移動させることによ
り、キヤピラリ８の定常位置および後述する初期
ボンデイング荷重を設定することができるように
なつている。

一方、上記XYテーブル１の中央上面には、駆
動源としてのリニアモータ１６が設けられてい
る。このリニアモータ１６はＥ形の継鉄１７の中
央片に永久磁石１８を取付ける一方、継鉄１７と
永久磁石１８とからなる磁気回路の空間１９，１
９内を磁束と直角な面内で揺動するムービングコ
イル２０を設けたものである。このムービングコ
イル２０は上記ツールリフタアーム４の後端側の
下面に取付けられている。そして、このリニアモ
ータ１６によつて、ツールリフタアーム４を上下
に揺動させ、ツールアーム７を介して、キヤピラ
リ８を上下動するようになつている。さらに、ツ
ールリフタアーム４の先端部には、ツールアーム
７との相対変位を検出するギヤツプセンサ２１が
設けられ、また末端部には、ツールリフタアーム
４の位置と速度を検出する位置検出器２２が設け
られている。この位置検出器２２は公知の光学式
インクリメントエンコーダであり、光学スケール
本体２２ａに設けられた突没自在な可動測定子２
２ｂの先端にXYテーブル１に接触するプローブ
２２ｃを有し、前記ツールリフタアーム４の回動
に伴う可動測定子２２ｂの移動量および移動速度
によつてツールリフタアーム４の位置および速度
に関する２相の信号を発生する。また、ツールア
ーム７の末端部には、このツールアーム７を介し
て、キヤピラリ８に超音波振動を与える超音波振
動子２３が設けられている。そして、上記ギヤツ
プセンサ２１はギヤツプセンサアンプ２４を介し
てボンダ制御回路２５に接続され、その検出信号
はギヤツプセンサアンプ２４によつて所定の振幅
をもつアナログ信号になつて、ボンダ制御回路２
５に入力されるようになつている。このボンダ制
御回路２５は上記アナログ信号をＡ／Ｄ変換し、
ツールリフタアーム４とツールアーム７との相対
変位およびその変化量を求め、演算してツール位
置制御回路２６に位置指令信号を、また超音波振
動子２３を作動させる超音波発振器２７に発振指
令発振停止指令の信号および振動の振幅を制御す
る信号をそれぞれ出力するようになつている。上
記ツール位置制御回路２６は上記位置検出器２２
からの位置および速度に関する２相のパルス信号
をそれぞれカウントし、モータドライバ２８へ駆
動信号を出して、リニアモータ１６を駆動するこ
とにより、ツールリフタアーム４の位置および速
度を制御するようになつている。

つぎに、上述のように構成されたワイヤボンデ
イング装置の作用について説明する。第３図Ａは
ボンダ制御回路２５に記憶された代表的なツール
（キヤピラリ）曲線で、Ｂはそのツール曲線に対
応して変化するギヤツプセンサ２１の出力信号の
変化曲線、Ｃは同じく超音波発振器２７の出力信
号の図である。また、第４図イ，ハ，ニ，ホは第
３図Ａのツール曲線上の点イ，ハ，ニ，ホに対応
した金ボールｅの状態を示している。まず、第３
図Ａのイ点では、金ワイヤの先端が電気トーチに
より溶融され、表面張力により球状になつてい
る。この状態から、ボンダ制御回路２５から第３
図Ａに示すツール曲線にしたがつて、ツール位置
制御回路２６へ位置指令信号が出力されると、キ
ヤピラリ８は第３図Ａに示す速度で降下する。こ
の間ボンダ制御回路２５はギヤツプセンサ２１か
らの出力信号を監視し続けており、ツール曲線の
ロ点までキヤピラリ８が降下すると、Ｂ図に示す
ように、ギヤツプセンサ２１の出力信号が急変す
る。これはキヤピラリ８の先端がペレツトａに当
接し、キヤピラリ８に上向きの荷重がかかり、こ
の荷重が第５図に示す初期荷重ｇより大きくなる
と、引張りスプリング１２が圧縮、板ばね５が撓
んで、ツールリフタアーム４とツールアーム７と
の間に相対変位が起るためである。このギヤツプ
センサ２１の出力信号の急変をボンダ制御回路２
５が検出することにより、ペレツトａとキヤピラ
リ８との接触を知ることができる。この接触時点
より、さらに一定量だけツールリフタアーム４を
降下させると、キヤピラリ８は金ボールｅをペレ
ツトａにある規定の荷重で押し付けることにな
る。この荷重、すなわちボンデイング荷重によつ
て、第３図ハ点および第４図ハに示すようにな
る。つぎに、ボンダ制御回路２５が超音波発振器
２７に発振開始指令信号を出すと、超音波振動子
２３は超音波振動を発生する。その超音波エネル
ギはツールアーム７を介して金ボールｅに伝達さ
れ、キヤピラリ８と金ボールｅ、金ボールｅとペ
レツトａとの摩擦によつて熱を発生する。つま
り、超音波エネルギが金ボールｅで熱に変わり、
金ボールｅは溶融して変形する。また、同時に金
ボールｅの金とペレツトａのアルミニウム膜d′と
が合金層ｄを作り結合する。これは第３図Ｂにお
けるハ′，ニ′，ホ′に示すギヤツプセンサ２１の
出力変化量ｈとして知ることができる。

一方、この間のギヤツプセンサ２１の出力変化
は、ギヤツプセンサアンプ２４を介してボンダ制
御回路２５に入力し、Ａ／Ｄ変換されて、その値
が管理される。上記出力変化量ｈは通常20〜
40μmの間にあり、金ボールｅのイニシヤル時の
直径により適当な値に決められる。そしてこの値
ｈがあらかじめ決められた値に達すると、超音波
発振器２７へ発振停止信号が出され、第３図ホ
点、第４図ホに示す状態となる。２〜3mS後にキ
ヤピラリ８は上昇し、つぎにリード側のボンデイ
ングに入る。このリード側のボンデイングは、通
常の熱圧着方式で行われるが、必要ならば、キヤ
ピラリ８の降下をモニタしながら超音波発振器２
７へON／OFF指令を出すことにより、上述のボ
ンデイングと同様のボンデイングを行うことがで
きる。

なお、上述のボンデイングにおいて、超音波振
動を一定時間加えてもギヤツプセンサ２１の出力
変化量が所定の範囲（20〜40μm）に入らなかつ
た場合は、ペレツト異常または装置の故障と判定
し、ボンデイングを一時停止する。

なお、上記一実施例においては、キヤピラリの
ペレツトへの接触したことおよび金ボールの溶融
によるキヤピラリの降下量を１個のギヤツプセン
サによつて検出しているが、キヤピラリのペレツ
トへの接触を別に設置したセンサで検知してもよ
い。また、ツールリフタアームの駆動にリニアモ
ータを使用しているが、これをDCサーボモータ、
あるいはパルスモータとねじ送り機構の組合せで
もよい。さらに、ギヤツプセンサに過電流式近接
センサを用いているが、光学式、磁気式等の近接
センサを使用してもよい。また、超音波発振時間
を制御しているが、振幅を制御してもよく、また
これらを同時に制御すれば、より効果がある。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、ツールリフタ
アームとツールアームとの相対位置を検出するギ
ヤツプセンサによつて、ボールの変形を監視しな
がら超音波発振器を制御し、超音波発振の振幅ま
たは発振時間を調整するようにしたから、諸々の
条件によつて、超音波エネルギのボールへのかか
り方に変化があつても、常に一定の形状の圧着ボ
ールを形成することができ、ボンデイング部の信
頼性を向上することができる。したがつて、圧着
ボールのつぶれによる周囲電極との短絡、圧着ボ
ールの剥離を防止でき、歩留りを大幅に向上する
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はボンデイング部を拡大して示すもので
Ａは理想的な状態の正面図、Ｂ，Ｃはボンデイン
グ不良の正面図、第２図はこの発明の一実施例を
示すワイヤボンデイング装置の概略的構成図、第
３図は同じく作用説明図、第４図は第３図におけ
るＡのツール曲線に対応した金ボールの状態を示
す正面図、第５図はキヤピラリ変位とボンデイン
グ荷重との関係を示すグラフ図である。 ４……ツールリフタアーム、７……ツールアー
ム、８……キヤピラリ、１６……リニアモータ
（駆動源）、２１……ギヤツプセンサ、２２……位
置検出器、２５……ボンダ制御回路、２６……ツ
ール位置制御回路、２７……超音波発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動源と連動して上下動するツールリフタア
   ームと、このツールリフタアームに変位可能に設
   けられ先端にキヤピラリを有するツールアーム
   と、上記ツールリフタアームとツールアームとの
   相対変位を検出するギヤツプセンサと、上記ツー
   ルアームを介して上記キヤピラリに超音波振動を
   与える超音波発振器と、上記ツールリフタアーム
   の上下移動量を検出する位置検出器からの位置、
   及び速度信号にもとづき上記ツールリフタアーム
   の駆動源を制御するツール位置制御回路と、上記
   ギヤツプセンサからの信号を監視しその信号の変
   化量からボンデイングワイヤの先端に形成された
   ボールの変形を監視しながら超音波発振を制御す
   るボンダ制御回路とを具備したことを特徴とする
   ワイヤボンデイング装置。