JPH0236064B2 - - 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半導体装置の組立工程にお
いて、ペレートとリードフレーム上のリードとを
ワイヤによつて接続するワイヤボンデイング方法
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体装置の組立工程において、ペレツトとリ
ードフレームをワイヤによつて接続する手段とし
て一般に第１図に示すボンデイング装置が用いら
れている。第１図中１はボンデイングヘツド本体
で、この本体１の上部にはワイヤスプール２が設
けられている。上記本体１のワイヤ繰出し側には
ワイヤ３を案内するワイヤガイド４が設けられて
いる。また、ワイヤガイド４の自由端部には上記
ワイヤ３を下方へ案内するための湾曲部８が形成
されている。このワイヤガイド４の湾曲部８の下
部には導入されたワイヤ３をクランプしたり解放
したりする上クランプ９が設けられている。この
上クランプ９は本体１の側方に突設されたアーム
９ａに支持され、図示しないソレノイドにより開
閉し、ワイヤ３をクランプしたり解放したりする
ようになつている。また上クランプ９の他の役目
はボンデイングツールがその先端にボールを保持
し第１接続点に下降する時にワイヤにバツクテン
シヨンを与えることである。下クランプ１１は揺
動ブラケツト１２の先端部に設けられていて、図
示しないソレノイドによつて開閉し、ワイヤ３を
クランプしたり解放するようになつている。上記
揺動ブラケツト１２の下側にはこれとほぼ平行な
ボンデイングアーム１３が設けられている。この
ボンデイングアーム１３の先端部にはワイヤ３が
挿通されるボンデイングツールとしてのキヤピラ
リ１４が設けられている。上記ボンデイングアー
ム１３は揺動ブラケツトに板ばね１３ａと引張バ
ネ１３ｂを介して保持されており、揺動ブラケツ
ト１２の基端部を軸支する回動軸１５を中心とし
て上下方向に回動するようになつている。すなわ
ち、下クランプ１１およびキヤピラリ１４は一体
となつて上下方向に移動するようになつている。
なお、キヤピラリ１４の下方にはトーチ１６また
はスパーク電極が設けられていて、キヤピラリ１
４の下方に突出するワイヤ３の先端を加熱しボー
ル１７を形成するようになつている。しかして、
キヤピラリ１４の下方にペレツト１８およびリー
ドフレーム１９を配置し、上記ボール１７をペレ
ツト１８の第１の接続点P₁にボンデイングした
のち、ワイヤ３をリードフレーム１９の第２の接
続点P₂にボンデイングしてペレツト１８とリー
ドフレーム１９とを接続することによりボンデイ
ングが行なわれる。

この従来のボンデイング方法をさらに詳細に第
２図を参照して説明する。ａはボンデイング動作
開始前の状態を示し、ワイヤ３の先端にはボール
１７が形成されている。この状態からキヤピラリ
１４が降下しｂの状態でボンデイングを行う。キ
ヤピラリ１４が降下するときにワイヤ３はワイヤ
スプール２から繰り出される。また、上クランプ
９は閉じてワイヤ３を微弱なクランプ力でクラン
プしバツクテンシヨンを付与している。ｂはペレ
ツト１８の電極にボンデイングした状態を示して
いる。この時点で上クランプ９は開く。ｃはキヤ
ピラリ１４が上昇し、その途中においてキヤピラ
リ１４がリードフレーム１９側に移動した状態を
示している。この時にもキヤピラリ１４の水平移
動によりワイヤ３が繰り出される。ｄは再度キヤ
ピラリ１４が降下を開始した状態を示す。この時
キヤピラリ１４はXY方向に移動を続けているた
めワイヤ３の繰り出しは引続き行なわれている。
ｅ，ｆはキヤピラリ１４のXY方向への移動が終
了し、下降が続いている状態を示す。この状態で
はキヤピラリ１４の内部をワイヤ３が逆方向すな
わち下から上に向つて移動する現象が生じる。そ
して、このワイヤ３が下から上へスムーズに移動
することがワイヤ３にループを形成する上で重要
な条件となる。ｆはキヤピラリ１４よりもワイヤ
が先にリードフレームに接触する状態を示してい
る。ｇはリードフレーム１９の第２の接続点P₂
にボンデイングした状態を示す。ｈはキヤピラリ
１４が上昇停止し下クランプ１１が閉じワイヤ３
を引きちぎる直前の状態を示す。ｉは引きちぎら
れたワイヤ３の先端を加熱しボール１７を形成さ
せ、初期位置に戻つた状態を示し、以上の順序で
ワイヤボンデイングが行なわれた。

ところで、第３図は第１の接続点P₁に接続さ
れたのちのワイヤ３のワイヤループの形状の良い
例ａと代表的な悪例ｂ，ｃを示したものである
が、ｂ，ｃではワイヤ３がリードフレーム１９に
接触しており、不良と判定される。また、ｂ，ｃ
のようにワイヤ３がリードフレーム１９に接触し
なくてもワイヤループの高さＨが低いと次工程で
樹脂封止のためモールド成形した場合に短絡して
不良品となるので製品歩留りが低下する。このよ
うにｂ，ｃの不良が発生するのは、第２図ｃ，ｄ
の状態でワイヤ３を繰り出す時にたとえば上クラ
ンプ９とワイヤ３との摩擦が異常に大きくなり、
ボール１７の接続部に大きな引張り力が水平方向
に作用する結果ワイヤループＬの高さが低くな
る。

また、ｃの不良は、第２図ｅ，ｆにおいて余分
に繰り出されたワイヤ３がキヤピラリ１４の中を
下から上向き移動する時、キヤピラリ１４とワイ
ヤ３との摩擦が増大し、移動が正常に行なわれな
かつた時に発生するもので、ワイヤにたるみが生
ずる。そして、これらワイヤループの形状不良に
よる製品不良はワイヤ３の通路やクランパにおけ
る塵埃、油付着による摩擦の増大、またはキヤピ
ラリ１４のつまりによる摩擦の増大によるもので
その防止が困難であつた。このため、製品歩留り
が低下するだけでなく、頻繁にキヤピラリ１４を
交換するため装置の稼動率を低下させるという欠
点があつた。

〔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、第１接続点と第２
接続点とを結ぶワイヤの長さを一定にしてワイヤ
ループの形状を常に正常（理想的）な状態に制御
でき、信頼性を向上することができるワイヤボン
デイング方法を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

この発明はワイヤをペレツト上の第１接続点に
ボンデイングしたのち、ボンデイングツールとし
てのキヤピラリを上昇させることによりキヤピラ
リの先端からワイヤをその長さが第１接続点から
次にボンデイングするリードフレーム上の第２接
続点までの正常なワイヤループ長さに等しくなる
まで繰り出し、ついでキヤピラリと一体となり上
下動する下クランプで固定することにより以後の
ワイヤの繰り出しを防止して、キヤピラリの先端
から繰り出されるワイヤの長さを一定にしたの
ち、キヤピラリを第２接続点まで移動してワイヤ
をリードフレームにボンデイングするように構成
したもので、第１接続点の上部のワイヤループの
形状を一定にし、信頼性、製品歩留りを向上する
ことができる。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を第１図の同一構成部
分に同一符号を付けた第４図〜第７図を参照して
説明する。第４図中２０はボンデイングヘツドフ
レームである。このボンデイングヘツドフレーム
２０はXYテーブル２１に設けられていて、エン
コーダ２２ａを同軸に有するＸ軸モータ２２およ
びエンコーダ２３ａを同軸に有するＹ軸モータ２
３に駆動されてXY方向に移動するようになつて
いる。また、上記ボンデイングヘツドフレーム２
０には先端にボンデイングツールとしてのキヤピ
ラリ１４を有するキヤピラリアーム１３が上記ボ
ンデイングヘツドフレーム２０の側壁に設けられ
たエンコーダ２４ａを有するＺ軸モータ２４によ
り駆動され、第１図に示した回動軸１５と同様に
回転軸に揺動自在に支持されている。また、上記
Ｘ軸モータ２２はＸ軸サーボドライバ２５および
Ｘ軸サーボコントローラ２６を介してCPU、
RAM、POMおよびPIOから構成された制御回路
としてのキヤピラリ位置演算制御装置２７に接続
されている。そして上記Ｙ軸モータ２３はＹ軸サ
ーボドライバー２８、Ｙ軸サーボコントローラ２
９を介して、上記キヤピラリ位置演算制御装置２
７に接続されている。また、上記Ｚ軸モータ２４
はＺ軸サーボドライバ３０、Ｚ軸サーボコントロ
ーラ３１を介して上記キヤピラリ位置演算制御装
置２７に接続されている。また、上記各エンコー
ダ２２ａ，２３ａ，２４ａは各サーボコントロー
ラ２６，２９，３１を介してキヤピラリ位置演算
制御装置２７に接続されている。このキヤピラリ
位置演算制御装置２７はボンダ制御装置３２に接
続されていて、キヤピラリ１４のＸ、Ｙ、Ｚ方向
への移動を制御するほか、クランプ装置の開閉を
制御するようになつている。３３はペレツト１８
……を搭載しているリードフレームである。

つぎに上記のように構成されたワイヤボンデイ
ング装置の作用を第５図および第６図を参照して
説明する。第５図においてａおよびｂは従来例と
全く同じである。すなわち、上クランプ９は閉
じ、下クランプ１１は開放している。閉じた上ク
ランプ９はワイヤ３の繰り出しにおいてバツクテ
ンシヨンを与える作用をする。第５図ｃにおいて
ｌは第６図に示すように座標がそれぞれ（x₁、
y₁、z₁）、（x₂、y₂、z₂）の第１、第２接続点P₁，
P₂を正常なワイヤループでボンデイングするの
に必要なワイヤ長さを示し、このワイヤ３の長さ
はキヤピラリ位置演算制御装置２７およびボンダ
制御装置３２により計算し、キヤピラリ１４を第
６図におけるQ₁点までその下端が高さｌになる
ように上昇させる。キヤピラリ１４が高さｌの
Q₁点まで上昇すると下クランプ１１を閉じ、キ
ヤピラリ１４の下端に保持されたワイヤ３の長さ
を固定する。下クランプ１１は閉じたままの状態
でキヤピラリ１４と一体となつて上下動する。そ
して、第５図ｄのようキヤピラリ１４は第２接続
点P₂と反対方向へ移動するとともに、ワイヤ３
が切断されるのを防止するためキヤピラリ１４を
同時に降下させる。これにより、ボール１７の接
続部には第２接続点P₂と反対方向の変形が行な
われる。つぎに、キヤピラリ１４の下端のワイヤ
３が適当なたるみを保持するように第６図のQ₂
点まで移動する。このとき、キヤピラリ１４の下
端は第１接続点P₁からl′の距離にある。そして、
このl′は実験においては第１接続点P₁と第２接続
点P₂の直線距離ｄの70％程度が最適であつた。
そして、上記Q₂点からQ₃点に向つてほぼ直線的
に移動する。途中Q₂′点では第１接続点の真上と
なる。これを第５図ｅに示す。このｅに示す位置
においてキヤピラリ１４の下端近傍のワイヤ３は
第２接続点P₂の逆方向に変形加工を受け、くの
字状に折曲される。第５図ｆはキヤピラリ１４が
引続き第２接続点P₂に向つて移動する状態を示
し、キヤピラリ１４がリードフレーム１９近傍の
Q₃点に近付くと、キヤピラリ１４より先きにワ
イヤ３がリードフレーム１９に接触する。第５図
ｇはこの状態を示している。しかしながら従来の
方法に比較するとキヤピラリ１４の先端のワイヤ
３は90度程度に折曲されているので第２接続点
P₂で異常なたるみが発生しない。そしてキヤピ
ラリ１４が、リードフレーム１９に近付くとXY
方向にわずかに移動し、第２接続点P₂の真上に
くる。第５図ｈは第２接続点P₂の真上において
キヤピラリ１４が下降し、所定の圧力でボンデイ
ングを行なつている状態を示す。ボンデイングが
終了すると下クランプ１１が開き、キヤピラリ１
４が第５図ｉに示すように所定の高さまで上昇
し、下クランプ１１が閉じ、ワイヤ３を引きちぎ
る。ついで、ワイヤ３の先端にボール１７を形成
し、キヤピラリ１４は初めの位置に復帰し１サイ
クルを完了する。

つぎに、上記キヤピラリ１４、上クランプ９お
よび下クランプ１１の作動を制御するキヤピラリ
位置演算制御装置２７およびボンダ制御装置の作
用について説明する。

ボンダ制御装置３２からキヤピラリ位置演算制
御装置２７に対して第１接続点P₁の座標（x₁、
y₁、z₁）と第２接続点P₂の座標（x₂、y₂、z₂）と
を送る。これによりキヤピラリ位置演算制御装置
２７は第１接続点P₁と第２接続点P₂との直線距
離、正常なワイヤ３の長さｌ、キヤピラリ１４を
第１接続点P₁からQ₁，Q₂，Q₃を経て第２接続点
P₂へと連続してスムーズに移動させるための径
路を計算する。そして、この計算結果はその都度
メモリされたのち、逐時1msごとにＸ，Ｙ，Ｚ軸
サーボコントローラ２６，２９および３１に対し
て位置指令パルスとなつて与えられる。各サーボ
コントローラ２６，２９，３１は位置指令パルス
をカウントし、現在位置と指令位置が等しくなる
ようにそれぞれのドライバ２５，２８および３０
にモータ駆動指令を与える。各モータ２２，２３
および２４が回転するとエンコーダ２２ａ，２３
ａおよび２４ａから回転量に比例したパルスが発
生し、そのパルスをサーボコントローラ２６，２
９，３１がカウントしキヤピラリ１４の現在位置
を知る。キヤピラリ位置演算制御装置２７はキヤ
ピラリ１４の位置に対応して上クランプ９、下ク
ランプ１１と同期させて駆動するための信号を送
る。

上記実施例のように第１接続点においてボンデ
イングしたのち、ボンデイングツールを上昇させ
て必要な長さのワイヤを繰り出し、第１接続点の
接続部を第２接続点と逆方向に変形加工するので
ワイヤ３を下クランプ１１でクランプしたまま第
２接続点にボンデイングしても高いループでしか
も安定してワイヤを張ることができる。ワイヤ３
のループの高さは第５図におけるキヤピラリ１４
下端までの長さｌを制御することにより自由に設
定することができる。また、第１接続点と第２接
続点との距離から正常なワイヤ３の長さを自動的
に計算し、その長さのワイヤを正確に繰り出すよ
うにしたので非常に正確な理想的なループを形成
することができる。また、従来のように第２接続
点近傍でキヤピラリ１４の中のワイヤ３が逆戻り
するという現象が起こらないのでキヤピラリ１４
に付着したワイヤ屑などによりループの形状が影
響を受けることがないという効果もある。

次に他の実施例について説明する。

第７図は第１図を部分的に改造し下クランプを
回転支点４０を中心に回転できるようにしたもの
である。動力源は図中に示すアクチユエータ４１
でありこのアクチユエータはボンダ制御装置３２
により駆動される。本機構により下クランプ１１
は約１mm上下可能とすることができる。

次に本装置によりボンデイングを行う方法を説
明する。この目的は図５ｆからｇの区間において
キヤピラリ先端のワイヤが約90度に折角されるこ
とを助けるものである。すなわち図５ｇにおいて
キヤピラリ１４より先にリードフレーム１９に接
するワイヤ長さをできるだけ少くし、安定なワイ
ヤループを作るものである。

そのためには図５で示す動作に若干の修正を加
える必要がある。すなわち、図５ｃにおいてワイ
ヤ長さｌを0.5mm程度大きくしl₁とする（l₁＝ｌ＋
α）そしてこのプラスされたαは図５ｇにおいて
下クランプ１１を＋αだけ上昇させる。この操作
によりワイヤループの長さはｌとなり前記実施例
と同じループになる。この実施例では図５ｇでワ
イヤがαだけ引き上げられるため、ワイヤがリー
ドフレーム１９に接する時期がおくれ、その分だ
けワイヤループにたるみを発生させることが少く
なりよりループが得られる。

なお前記各実施例においては、ボンデイングツ
ールとして中心にワイヤ１３が挿通されたキヤピ
ラリ１４を用いたボールボンデイングについて説
明したが一般に超音波ボンデイングとして知れて
いるウエツジを用いたボンデイングにも適用でき
ることは明らかである。

なおワイヤとして金線、アルミ線、銅線なども
使用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明においてはボン
デイングツールの先端と第１接続点との間のワイ
ヤの長さを第１接続点と第２接続点とを結ぶワイ
ヤの長さとほぼ等しくなるまで繰出したのちはワ
イヤをクランプしてキヤピラリを第２接続点まで
移動させるのでワイヤループの形状を確実にコン
トロール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図は一般のワイヤボンデイング装置を示す
側面図、第２図は従来のワイヤボンデイング方法
における動作説明図、第３図はワイヤループの形
状の良い例と悪い例とを比較して示す側面図、第
４図はこの発明の一実施例に用いられるボンデイ
ング装置の要部を示す斜視図、第５図はこの発明
の方法における動作説明図、第６図は同じくこの
発明の方法における動作説明図、第７図は他の実
施例に用いられるボンデイング装置の側面図であ
る。 ２……ワイヤスプール、３……ワイヤ、４……
ワイヤガイド、９……上クランプ、１１……下ク
ランプ、１４……キヤピラリ、P₁……第１接続
点、P₂……第２接続点、２７……キヤピラリ位
置演算制御装置（制御回路）、２６，２９，３１
……Ｘ、Ｙ、Ｚサーボコントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワイヤを巻着しているスプールからワイヤガ
   イド、クランプをへてボンデイングツールに挿通
   されたワイヤを、上記ボンデイングツールの下降
   により第１接続点にボンデイングし、つぎに上記
   ボンデイングツールを上昇かつXY方向に移動さ
   せて、ワイヤを繰出し、第２接続点にボンデイン
   グしついで、ワイヤを引きちぎるワイヤボンデイ
   ング方法において、第１接続点にボンデイングし
   たのち、ボンデイングツールの先端から第１接続
   点の間にあるワイヤの長さが、第１、第２接続点
   間を結ぶ正常なループの長さ（＝ｌ）とほぼ等し
   くなるまでボンデイングツールを上昇させてワイ
   ヤを操り出したあとボンデイングツールと一体と
   なつて移動する構造をもつクランパを閉じて、以
   後のワイヤの繰り出しを止め、 次いて、ボンデイングツールを下降させなが
   ら、第２接続点の方向とは逆方向に移動させ、ワ
   イヤのたるみを作り、このたるみを保持した状態
   で再度第１接続点の真上に移動し、ワイヤの座屈
   を第２接続点の反対方向に作るとともに塑性変形
   を起こさせ、ワイヤを成形しながら第２接続点に
   移動、下降し、ボンデイングするワイヤボンデイ
   ング方法。 ２ 第１および第２接続点の座標および要求され
   るワイヤループの高さをもとに演算し、必要なワ
   イヤ長さ（＝ｌ）を自動的に算出し、前記第１接
   続点より上昇させ、ワイヤをクランプする時のツ
   ールの高さを上記ｌにすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のワイヤボンデイング方
   法。 ３ 特許請求の範囲第１項の方法において、クラ
   ンパをボンデイングツールに対して相対的に上下
   動させる機能をもたせ、ボンデイングツールが、
   第１接続点より上昇し、次いてクランパでワイヤ
   をクランプする時のボンデイングツールの高さを
   必要なワイヤの長さ（＝ｌ）よりわずかに大きい
   長さ（＝ｌ＋α）に等しくし、このわずかな長さ
   （＝α）は、ボンデイングツールが第２接続点に
   ボンデイングする手前でクランパによりボンデイ
   ングツールの上方にわずかな長さ（＝α）引き上
   げることを特徴とするワイヤボンデイング方法。