JPH0317377B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体製造装置におけるワイヤボン
デイング用のボール形成装置に関する。

［従来の技術］ 第５図はワイヤボンデイング装置を示す模式図
であり、ワイヤ１は、クランパー２およびボンデ
イングツール３を通して、ヒーター４の上に載置
されたペレツト５およびリードフレーム６にボン
デイングされる。続いて、クランパー２によつて
ワイヤ１をもち上げると、リードフレーム６にボ
ンデイングした部分でワイヤ１が切断され、その
先端部は破線で示す位置に戻される。また、ワイ
ヤ先端部１Ａの側方には、電源を内蔵する放電発
生装置７とともに電気トーチを形成する電極８が
配置され、ワイヤ先端部１Ａと電極８との間に高
電圧を印加することによつて放電を発生させ、ワ
イヤ先端部１Ａにボール１Ｂを形成する。このボ
ール１Ｂはペレツト５に対するボンデイングを好
適ならしめるものであるが、その前提としてペレ
ツト５のボンデイングパツド面積の変更、ワイヤ
１の直径の変更等に応じて適正なボール径が要求
される。

そこで従来、ワイヤ１の電極８の間に定電圧を
印加したり、定電流回路を付加して放電時の電流
を一定制御する等の放電発生方法の採用により、
ボール径の適正化を図つている。

上記のように、ボール径の適正化を図るべく、
放電発生方法に改良が加えられたとしても、ボン
デイングに際しては適正なボールが形成されたこ
との確認、すなわちボール径の良否判定を行なう
とともに、適正ボール径のボールをより確実に形
成することが必要である。

従来のボール径の良否判定方法は、放電中のあ
る一瞬のタイミングで電流が流れているか否か、
あるいは放電ギヤツプ間にかかる電圧が異常でな
いかを検出することにより、放電状態をモニター
し、この放電状態が異常であれば、ボール径も異
常であるものと判定している。しかし、この方法
は放電状態の検出タイミングが放電中のある一瞬
に限られるため、そのタイミング以外での放電状
態は無視されることとなり、判定精度が悪い。

そこで、従来、特開昭60−206145号公報に記載
されるように、放電状態の検出タイミングを無数
に設定し、判定精度の向上を図る方法も提案され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、放電状態の検出タイミングを無
数に設定し、各タイミングの放電状態を検出する
場合には、無数の検出タイミング信号を発生させ
る必要があり、複雑な制御回路を必要とすること
となつて、装置構成が極めて複雑化する。

本発明は、簡素な装置構成により、ボール径の
判定精度を向上可能とすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の第１は、ワイヤの先端部と電極との間
に放電を発生させて、ワイヤの先端部にボールを
形成するワイヤボンデイング用のボール形成装置
において、ワイヤに与えるべき放電電流と放電指
令時間を設定する放電条件設定手段と、放電条件
設定手段が設定した上記設定放電電流を上記設定
放電指令時間だけワイヤに流す放電発生手段と、
放電時にワイヤを含む放電回路中に流れる放電電
流の有無を検出し、その検出結果を２値化信号と
して出力する電流有無検出手段と、電流有無検出
手段の出力値を積分する積分器と、一定のボール
径が形成されるべき状態下における上記積分器の
積分値をグツドレベルとして予め定める正常放電
状態設定手段と、放電条件設定手段の設定放電指
令時間を経過した時点で積分器の積分値を該グツ
ドレベルと比較し、ボール径が一定値に達したか
否かを判定するボール径判定手段とを有してなる
ことを特徴とするのである。

本発明の第２は、ワイヤの先端部と電極との間
に放電を発生させて、ワイヤの先端部にボールを
形成するワイヤボンデイング用のボール形成装置
において、ワイヤに与えるべき放電電流と放電指
令時間を設定する放電条件設定手段と、放電条件
設定手段が設定した上記設定放電電流を上記設定
放電指令時間だけはワイヤに流し得る放電発生手
段と、放電時にワイヤを含む放電回路中に流れる
放電電流の有無を検出し、その検出結果を２値化
信号として出力する電流有無検出手段と、電流有
無検出手段の出力値を積分する積分器と、一定の
ボール径が形成されるべき状態下における上記積
分器の積分値をグツドレベルとして予め定める正
常放電状態設定手段と、積分器の積分値をグツド
レベルと比較し、ボール径が一定値に達したか否
かを判定するボール径判定手段とを有し、ボール
径が一定値に達したことをボール径判定手段が判
定したことを条件に、放電発生手段による放電を
終了することを特徴としたものである。

［作用］ ボール径は放電時にワイヤに与えられる電荷
量、すなわち放電電流と放電時間の積によつて決
定される。そこで、本発明の第１によれば、一定
のボール径を形成するためにワイヤに与えるべき
電荷量が、放電電流と放電指令時間として放電条
件設定手段に設定されると、放電発生手段が上記
放電電流を設定放電指令時間だけワイヤに流す。
さらに、電流有無検出手段がワイヤを含む放電回
路中に流れる放電電流の有無を検出し、放電電流
が流れている間、論理レベル“１”の信号を出力
し、積分器は上記“１”を積分する。これによ
り、ワイヤに形成されるボール径の変更に対応し
て、放電電流を変化させて該ワイヤに与えるべき
電荷量を変化させた時にも、積分器が累積する積
分値の増加率は一定となる。したがつて、設定放
電指令時間を経過した時点で積分器の積分値を正
常放電状態設定手段に予め設定したグツドレベル
と比較することにより、ボール径が当初定めた径
に達しているか否かを判定できる。これにより、
複雑な制御回路を必要とすることなく簡素な装置
構成により、また、各種のボール径に応じたボー
ル径判定基準、すなわちグツドレベルの細かな調
整を必要とすることなく、各種サイズのボール径
を高精度かつ容易に判定できる。

さらに本発明の第２によれば、上述した本発明
の第１におけると比べ、ボール径が一定値に達し
たことをボール径判定手段が判定したことを条件
に、放電発生手段による放電を終了するようにし
たので、適正なボールが形成された後すぐにボン
デイング作業が開始でき、全体としてのボンデイ
ングスピードを短縮することも可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例に係るボール形成
装置を示すブロツク図、第２図はボール形成装置
に用いられる制御波形を示す波形図、第３図Ａ，
Ｂは電荷量相当値の積分状態を説明する模式図で
ある。

ボール形成装置１０は、放電条件設定部（放電
条件設定手段）１１、放電発生装置（放電発生手
段）１２、放電電流検出部１３、電流有無検出部
（電流有無検出手段）１４、積分器１５、正常放
電状態設定部（正常放電状態設定手段）１６、ボ
ール径判定部（ボール径判定手段）１７を備えて
いる。また、ボール形成装置１０は、放電電圧検
出部１８、電圧有無検出部１９を備えている。

放電発生装置１２は、定電流電源回路を内蔵し
ており、放電指令Ａ１〜Ａ３に基づいて、ワイヤ
２１の先端部２１Ａと電極２２の間に放電を発生
させ、ワイヤ先端部２１Ａにボールを形成する。
この例では、放電指令Ａ１による放電状態は正
常、放電指令Ａ２による放電状態は放電ギヤツプ
が広すぎる不良状態（オープン）、放電指令Ａ３
による放電状態はワイヤ２１が電極２２に接触し
た不良状態（シヨート）にあるものとする。

ここで、放電条件設定部１１は、一定のボール
径を形成するためにワイヤ２１に与えるべき電荷
量を、放電電流Ｉと放電指令時間Ｔとして設定
し、上記放電発生装置１２は、放電条件設定部１
１が設定した設定放電電流Ｉを設定放電指令時間
Ｔだけワイヤ２１に流す。第３図Ａ，Ｂは、ワイ
ヤ２１に与えるべき電荷量を、今放電指令時間Ｔ
は一定Ｔ１とし、放電電流の変化によつて変化さ
せる例であり、例えばボール径小の場合には放電
電流をＩ１、ボール径大の場合には放電電流をＩ
２（＞Ｉ１）という具合である。もちろん放電指
令時間Ｔも変化させ得る。

電流有無検出部１４は、各放電指令Ａ１〜Ａ３
に対応し、放電電流検出部１３から放電電流ｉ１
〜ｉ３を与えられ、その検出結果を２値化信号と
して出力する。すなわち、電流有無検出部１４
は、放電状態が正常であつて放電電流ｉ１が流れ
ている時には電流有として論理レベル“１”の信
号を出力し、放電状態がオープンであつて放電電
流ｉ２が流れない時には電流無として論理レベル
“０”の信号を出力する。

積分器１５は、電流有無検出部１４の出力値を
積分、すなわちワイヤ２１に与えられる電荷量の
相当値を累積する。

正常放電状態設定部１６は、一定のボール径が
形成されるべき状態、すなわちワイヤ２１に必要
とされる最低の電荷量が与えられた状態下におけ
る積分器１５の積分値を予め定めグツドレベルＬ
として設定するものである。その設定の仕方につ
いては後述する。

ボール径判定部１７は、放電条件設定部１１に
設定される放電指令時間Ｔを通過した時点で積分
器１５の積分値を正常放電状態設定部１６に予め
設定されるグツドレベルＬと比較し、ボール径が
一定値に達したか否かを判定し、グツド信号Ｇを
出力する等、判定結果をボンデイング装置に出力
する。

ところで、放電指令時間Ｔ１すべてにわたり正
常な放電が行なわれたと仮定し、放電電流検出部
１３が検出した放電電流を２値化しないで積分器
によつて積分するものとすれば、積分値の増加率
は第３図Ａに示すように放電電流が変化する毎に
変化し、それに応じてボール径判定基準はｌ１，
ｌ２に示すように細かな調整を必要とする。これ
に対し、本実施例におけるように、放電電流検出
部１３が検出した放電電流を２値化して積分する
場合には、放電電流Ｉ１，Ｉ２にかかわらず、積
分値の増加率は第３図Ｂに示すように一定とな
る。この特性を利用して、本実施例ではボール径
が一定値に達したか否かを判定するものである。

ここで、放電条件設定部１１に設定される放電
電流、放電指令時間ならびに正常放電状態設定部
１６に設定されるグツドレベルＬの設定の仕方の
一例を説明する。

まず、初期設定の段階において、作業者は、実
験的にある放電電流ｉをワイヤ２１に流し、ワイ
ヤ２１と電流２２の間に正常放電を生じせしめな
がら形成されるボールを観察する。そして今必要
とするボール径の最低限の大きさのボールが形成
されるまでの時間が、ボンデイングスピード等の
要素を考慮して適当かどうか判断し、適当と判断
できるまで放電電流ｉを加減して調整する。な
お、この作業はワイヤ径、必要とするボール径、
放電電流の関係を前もつてデータとして有してい
れば能率的に行なえる。このようにしてまず放電
電流Ｉ１が決定され、今必要とするボール径の最
低限の大きさのボールが第３図Ｂにおける時間
Taで形成されたとすると、ここでグツドレベル
Ｌが決定される。

さて以上は時間Ta間全てにおいて正常放電が
行なわれた場合を想定したが、実際の放電途中に
おいては一時的に何らかの理由で無放電になり得
ることも考えられる。これらを考慮して、先に決
定した時間Taより長い、すなわち放電指令時間
Ｔ１を決定する。この放電指令時間Ｔ１の決定に
は、先に述べたボンデイングスピード等の要素を
考慮することとなる。

また、次に必要とするボール径が大きい場合、
ワイヤに加える電荷量を多くする必要がある。こ
のためには、放電電流Ｉ、放電指令時間Ｔの少な
くとも一方を増加させればよいわけであり、本実
施例では今までと同じ放電指令時間Ｔ１を用いる
こととすると、放電電流Ｉを大きくすることが必
要となる。このため、作業者は放電電流を今まで
のＩ１から増加させ、正造放電状態において時間
Taで次に必要とするボール径の最低言の大きさ
のボールができるような電流をＩ２として放電条
件設定部１１に設定することとなる。

次に、実際のボンデイング作業において、ボー
ル径が一定値に達したか否かを判定する判定方法
について詳細する。

まず、放電状態が正常である場合には、放電指
令Ａ１の全発生期間中、放電電流ｉ１が流れ、放
電指令時間Ｔ１経過後における積分値s1はグツド
レベルＬを越えるため、グツド信号Ｇが出力さ
れ、ボール径良が判定される。

なお、この場合、第３図Ｂにおいて２点鎖線で
示すように、放電途中に無放電時が存在したとし
ても、放電指令時間Ｔ１経過後における積分値
S1′がグツドレベルＬを越えている場合、ワイヤ
２１には必要電荷量が加えられたものと判断し、
ボール径良と判断される。

しかしながら、放電状態がオープンとなる場合
には、放電指令Ａ２の全発生期間中のうちで上記
オープン状態に至つていない間だけ放電電流ｉ２
が流れても、積分値s2はグツドレベルＬに達する
ことができず、ボール径不良が判定される。

ところで、放電状態がシヨートとなる場合に
は、放電発生装置１２が定電流電源回路を用いて
いるため、放電指令Ａ３の全発生期間中、ほとん
ど同一レベルの放電電流ｉ３が流れる。したがつ
て、この場合には、放電電圧検出部１８、電圧有
無検出部１９の存在により、シヨート発生以後に
おける電流有無検出部１４の出力信号を積分器１
５において累積させないものとする。すなわち、
放電電圧検出部１８が検出する放電電圧v1〜v3
は、予め定められているシヨートレベルｈより小
なるv3となる。そこで、電圧有無検出部１９は
放電電圧がシヨートレベルｈより大なる時には電
圧有として論理レベル〓１”の信号を出力し、放
電電圧がシヨートレベルｈより小なる時には電圧
無として論理レベル〓０”の信号を出力する。積
分器１５は、電流有無検出部１４の出力信号と、
電圧有無検出部１９の出力信号の論理積をとり、
これによりシヨート状態にない時（電圧有）のみ
電流有無検出部１４の出力信号を累積可能とす
る。

これにより、シヨート発生時の積分器１５によ
る積分値s3はグツドレベルＬに達することができ
ず、ボール径不良が判定できる。

以下、上記実施例の作用について説明する。

まず、放電電流Ｉ１の放電指令時間とＴ１が前
述のようにして放電条件設定部１１に設定される
と、放電発生装置１２が上記放電電流を設定放電
指令時間だけワイヤ２１に流す。さらに、電流有
無検出部１４がワイヤ２１に流れる放電電流の有
無を検出そ、、放電電流が流れている間、論理レ
ベル〓１”の信号を出力し、積分器１５は上記〓
１”を積分する。これにより、ワイヤ２１の形成
されるボール径の変更に対応して、該ワイヤ２１
に与える放電電流をＩ２に変化させた場合におい
ても、積分器１５が累積する積分値の増加率は一
定となり、放電電流の大きさによらずボール径の
判定に用いられるグツドレベルＬは同一とするこ
とができる。したがつて、放電条件設定部１１に
予め設定した設定放電指令時間経過後における積
分器１５の積分値をグツトレベルＬと比較するこ
とにより、ボール型が当初定めた一定値になつて
いるか否かをを判定できる。これにより、上記実
施例によれば、複雑な制御回路を必要とすること
なく簡素な装置構成により、また、各種のボール
径に応じたボール径判定基準の細かな調整を必要
とすることなく、各種サイズのボール径を高精度
かつ容易に判定できる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。
構成については先の実施例とほぼ同じであるた
め、第１図を用いて説明する。この例では、放電
発生装置１２は放電条件設定部１１に設定される
放電電流Ｉを設定指令放電時間Ｔだけはワイヤ２
１に流し得る能力を有している点は変わらない
が、ボール径が一定値に達したことをボール径判
定部１７が判定したことを条件に放電を終了させ
る点が相違する。このため、第１図において点線
２５で示したように、ボール径判定部１７におけ
る判定信号が放電終了信号として放電発生装置１
２に入力されるようになつている。ボール径が一
定値に達したことをボール径判定部１７が判定し
たことを条件に放電を終了させる時期について、
まず第１に、第４図Ａに示すように、積分器１５
の積分値がグツドレベルＬに達した時点、すなわ
ちボール径が一定値に達したことをボール径判定
部１７が判定した時点で直ちにということが考え
られる。また第２に、第４図Ｂに示すように、積
分器１５の積分値がグツドレベルＬに達してから
一定時間（△Ｔ）後にということも考えられる。
いずれにしろ、先の実施例の場合は、ボール形成
にあたり、少なくとも放電条件設定部１１の設定
した放電指令時間Ｔは必要としたのに対し、本実
施例においては、ボール径が一定値に達したこと
を条件に放電を終了させるようににしたため、そ
の後すぐにボンデイング作業を行なうことがで
き、全体としてのボンデイングスピードを大幅に
向上させることができるという効果をも有する。

なお、上記した２つの実施例において放電発生
装置１２はワイヤ２１と電極２２の間に定電圧を
印加する回路を内臓するものであつてもよい。こ
の時、放電状態がシヨートとなる場合には、以下
の方法によつてボール径の不良発生を判定する 定電圧制御状態下で、放電状態がシヨートにな
ると、第２図において放電電流ｉ３はｉ３ｚ、放
電電圧v3はv3zとなる。そこで、放電電流検出部
１３が検出する電流ｉ３が電流ｉ３ｚとなる異常
上昇をとらえてシヨート発生を判定するシヨート
判定を設け、このシヨート判定部の判定結果によ
つて積分器１５によるシヨート発生以後の積分を
中止させ、ボール径判定部１６によつてボール径
の不良発生を判定可能とする。

また２つの実施例では、放電指令時間Ｔを必要
とするボール径にかかわらず一定Ｔ１とし、放電
電流を変化させた場合について説明したが、ワイ
ヤ２１の径が大きく異なつたり、必要とするボー
ル径が極端に大きい場合、放電指令時間Ｔも長く
する必要性が生じてくる。これは、例えばワイヤ
２１の直径がd1からd2（d1＋△d1）程度の範囲の
グループでは同一放電指令時間内に必要とするボ
ールを得ることは可能であるが、ワイヤ２１の直
径がd2からd3（d2＋△d2）程度の範囲のグループ
では放電指令時間Ｔを前者のグループより長くし
なければならない。このため、ワイヤ２１の直径
がd1からd2に対応するグツドレベルL1、d2から
d3に対応するグツドレベルL2という具合に別々
に設定することで、少なくともグループ内におけ
るグツドレベルＬは一定にしてボール径の判定を
行なうことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、簡素な装置構成により、ボー
ル径の判定精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るボール形
成装置を示すブロツク図、第２図はボール形成装
置に用いられる制御波形を示す波形図、第３図
Ａ，Ｂは電荷量相当値の積分状態を説明する模式
図、第４図Ａ，Ｂは本発明の第２の実施例に係る
電荷量相当値の積分状態を説明する模式図、第５
図はワイヤボンデイング装置を示す模式図であ
る。 １０……ボール形成装置、１１……放電条件設
定部（放電条件設定手段）、１２……放電発生装
置（放電発生手段）、１３……放電電流検出部、
１４……電流有無検出部（電流有無検出手段）、
１５……積分器、１６……正常放電状態設定部、
１７……ボール径判定部（ボール径判定手段）、
２１……ワイヤ、２２……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワイヤの先端部と電極との間に放電を発生さ
   せて、ワイヤの先端部にボールを形成するワイヤ
   ボンデイング用のボール形成装置において、ワイ
   ヤに与えるべき放電電流と放電指令時間を設定す
   る放電条件設定手段と、放電条件設定手段が設定
   した上記設定放電電流を上記設定放電指令時間だ
   けワイヤに流す放電発生手段と、放電時にワイヤ
   を含む放電回路中に流れる放電電流の有無を検出
   し、その検出結果を２値化信号として出力する電
   流有無検出手段と、電流有無検出手段の出力値を
   積分する積分器と、一定のボール径が形成される
   べき状態下における上記積分器の積分値をグツド
   レベルとして予め定める正常放電状態設定手段
   と、放電条件設定手段の設定放電指令時間を経過
   した時点で積分器の積分値を該グツドレベルと比
   較し、ボール径が一定値に達したか否かを判定す
   るボール径判定手段とを有してなることを特徴と
   するワイヤボンデイング用のボール形成装置。 ２ ワイヤの先端部と電極との間に放電を発生さ
   せて、ワイヤの先端部にボールを形成するワイヤ
   ボンデイング用のボール形成装置において、ワイ
   ヤに与えるべき放電電流と放電指令時間を設定す
   る放電条件設定手段と、放電条件設定手段が設定
   した上記設定放電電流を上記設定放電指令時間だ
   けはワイヤに流し得る放電発生手段と、放電時に
   ワイヤを含む放電回路中に流れる放電電流の有無
   を検出し、その検出結果を２値化信号として出力
   する電流有無検出手段と、電流有無検出手段の出
   力値を積分する積分器と、一定のボール径が形成
   されるべき状態下における上記積分器の積分値の
   グツドレベルとして予め定める正常放電状態設定
   手段と、積分器の積分値をグツドレベルと比較
   し、ボール径が一定値に達したか否かを判定する
   ボール径判定手段とを有し、ボール径が一定値に
   達したことをボール径判定手段が判定したことを
   条件に、放電発生手段による放電を終了すること
   を特徴とするワイヤボンデイング用のボール形成
   装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、放電発生手
   段は、ボール径が一定値に達したことをボール径
   判定手段が判定した時点で直ちに放電を終了する
   ワイヤボンデイング用のボール形成装置。 ４ 特許請求の範囲第２項において、放電発生手
   段は、ボール径が一定値に達したことをボール径
   判定手段が判定してから一定時間後に放電を終了
   するワイヤボンデイング用のボール形成装置。