JPH06349878A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体組立用のワイヤボンダにおい
て、ボンディングワイヤの交換を自動化できるようにす
ることを最も主要な特徴とする。 【構成】たとえば、スプール１２を、それに巻回されて
いる当該ワイヤ１１を引き出した状態で、スプールガイ
ド１３にセットする。そして、その引き出されているワ
イヤ１１をクランプ機構１５でクランプさせるべく、ス
プールガイド１３をスプール駆動機構１４に取り付け
る。しかる後、スプールガイド１３とクランプ機構１５
を移動させ、スプール１２より徐々にワイヤ１１を引き
出してワイヤ切れ自動復帰機構付きエアーテンション機
構１７内に挿入することで、キャピラリ１９へのワイヤ
通しを動的に行う構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえばボンディン
グワイヤを被ボンディング部材上にボンディングする、
半導体製造用ワイヤボンダなどに使用されるワイヤボン
ディング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワイヤボンディング装置において
は、ボンディングワイヤを上方向（被ボンディング部材
に対して反対方向）へ引き上げる機構として、エアーテ
ンション機構が用いられていることは良く知られてい
る。

【０００３】また、近年では、ワイヤ切れを自動的に検
出し、かつ復帰させることが可能なワイヤ切れ自動復帰
機構を有するエアーテンション機構も提案されている
（たとえば、特願平５−３９００７号または特願平５−
３９００８号）。

【０００４】しかしながら、従来のワイヤボンディング
装置におけるワイヤの交換は、すべて人手によって行わ
れるようになっている。図３は、従来装置におけるワイ
ヤ交換の手順を示すものである。

【０００５】すなわち、スプール１に巻回されているボ
ンディング用のワイヤ２が手によって引き出される。こ
の引き出されたワイヤ２は、まず、上側のワイヤガイド
３に通され、ついで下側のワイヤガイド４に掛け渡され
た後、ピンセット５を使ってエアーテンション機構６の
上部より挿入される。

【０００６】そして、このエアーテンション機構６を動
作させることによって内部を通されたワイヤ２は、クラ
ンパ７を経て、さらにピンセット５により超音波ホーン
８の取り付けられたキャピラリ９内へ挿入されて、その
下端部より引き出される。

【０００７】この場合、エアーテンション機構６および
キャピラリ９のワイヤ挿入口は非常に狭く、ピンセット
５でワイヤ２を挿入するのが難しい。特に、キャピラリ
９の上部にはクランパ７があるため、ワイヤ２の挿入に
は多少の熟練を要する。このように、従来においては、
ワイヤ２の交換がすべて人手によって行われており、手
間を要するため、無人ライン化への対応が急がれてい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、ボンディングワイヤの交換に人手を必要と
していたため、手間を要するとともに、無人ライン化の
妨げとなっていた。そこで、この発明は、ボンディング
用のワイヤの交換作業を自動化でき、無人ライン化への
対応が可能なワイヤボンディング装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明のワイヤボンディング装置にあっては、
ボンディング用のワイヤが巻回されたドラム状の保持体
を回転可能に支持し、かつ前記保持体より引き出された
ワイヤの先端部を固定するガイド手段と、このガイド手
段が着脱自在に設けられ、その装着された前記ガイド手
段を第１の方向に移動するガイド移動手段と、前記保持
体より引き出されて前記ガイド手段により固定されてい
るワイヤの先端部をクランプするクランプ手段と、この
クランプ手段を前記第１の方向と直交する第２の方向に
移動するクランプ移動手段と、このクランプ移動手段に
よる前記クランプ手段の前記第２の方向への移動、およ
び前記ガイド移動手段による前記ガイド手段の前記第１
の方向への移動により、前記保持手段より引き出される
ワイヤの先端部が挿入される、ワイヤ切れ自動復帰機構
を有するエアーテンション手段と、このエアーテンショ
ン手段内を通された前記ワイヤの先端部にボールを形成
し、このボールを被ボンディング部材上にボンディング
するボンディング手段とから構成されている。

【００１０】

【作用】この発明は、上記した手段により、ボンディン
グワイヤを人手によらず交換できるようになるため、半
導体装置の製造工程における無人化が可能となるもので
ある。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかるワイヤボンデ
ィング装置（ワイヤボンダ）の要部を概略的に示すもの
である。

【００１２】すなわち、このワイヤボンダは、ボンディ
ング用のワイヤ１１が巻回されているスプール１２を回
転可能に支持するスプールガイド１３、このスプールガ
イド１３を保持して水平方向に移動するスプール駆動機
構１４、ワイヤ交換時に、前記スプール１２よりボンデ
ィングワイヤ１１を引き出して後述するエアーテンショ
ン機構に供給するためのクランプ機構１５、このクラン
プ機構１５を垂直方向に移動するクランプ駆動機構１
６、前記ボンディングワイヤ１１に対して上下二方向の
テンション力を与える、ワイヤ切れ自動復帰機構を有す
るエアーテンション機構（詳細については後述する）１
７、ボンディングの際に、ボンディングワイヤ１１に振
動を与えるための超音波ホーン１８、図示していない被
ボンディング部材にボンディングワイヤ１１をボンディ
ングするためのキャピラリ１９、およびこのキャピラリ
１９に対するボンディングワイヤ１１の供給量（繰り出
しの量）を調整するためのワイヤガイド２０，２１など
からなっている。

【００１３】スプールガイド１３は、前記スプール１２
を着脱自在に支持するとともに、支持しているスプール
１３より引き出された所定長のボンディングワイヤ１１
を真っ直ぐな状態で固定すべく、その根元付近を固定す
る固定部材１３ａおよび先端部近傍を固定するテープ１
３ｂを有している。

【００１４】このスプールガイド１３は、前記スプール
駆動機構１４に対して着脱自在に設けられるもので、ボ
ンディングワイヤ１１の交換時には、スプールガイド１
３ごと交換されるようになっている。

【００１５】スプール駆動機構１４は、装着されたスプ
ールガイド１３を水平方向、つまりワイヤ交換位置より
ボンディングの際のワイヤ供給位置へ移動する送りモー
タ１４ａと送りネジ１４ｂ、および当該スプール１２に
巻回されているボンディングワイヤ１１の繰り出しを行
うワイヤ駆動モータ１４ｃによって構成されている。

【００１６】クランプ機構１５は、２つのクランプ爪
（上クランプ爪１５ａ，下クランプ爪１５ｂ）とカッタ
１５ｃとを有している。上下のクランプ爪１５ａ，１５
ｂは開閉自在に設けられ、ワイヤ交換位置において、前
記スプールガイド１３の固定部材１３ａとテープ１３ｂ
とで固定されているボンディングワイヤ１１の中間部分
をクランプするものである。

【００１７】カッタ１５ｃは、上記の下クランプ爪１５
ｂの下面に沿ってボンディングワイヤ１１の先端部を切
断するためのものである。そして、このクランプ機構１
５は、前記クランプ駆動機構１６によって昇降可能に支
持されている。

【００１８】クランプ駆動機構１６は、ワイヤ交換時
に、前記クランプ機構１５を垂直方向に移動するための
もので、昇降モータ１６ａと昇降ネジ１６ｂとから構成
されている。

【００１９】そして、このクランプ駆動機構１６の下端
部（ワイヤ挿入位置）に、後述するワイヤ切れ自動復帰
機構付きのエアーテンション機構１７が設けられてい
る。超音波ホーン１８は、上記キャピラリ１９の先端部
にて形成されるボールに振動を与え、ボンディングワイ
ヤ１１の被ボンディング部材へのボンディング接続を補
助するものである。

【００２０】キャピラリ１９は、その先端部にて形成さ
れるボールを被ボンディング部材にボンディング接続す
るためのものである。ワイヤガイド２０は、ボンディン
グの際に、前記スプールガイド１３内のスプール１２よ
り繰り出されるボンディングワイヤ１１にエアーを吹き
付け、その供給量を調整するものである。

【００２１】ワイヤガイド２１は、前記クランプ駆動機
構１６の昇降ネジ１６ｂに沿う、前記クランプ機構１５
の昇降経路の途中に設けられ、ボンディングの際に、前
記スプールガイド１３内のスプール１２より繰り出され
るボンディングワイヤ１１の供給を調整するものであ
る。

【００２２】このワイヤガイド２１は、前記クランプ機
構１５の下降動作にともなってその経路より一時的に離
脱できるよう、カム２１ａと付勢バネ２１ｂとが設けら
れている。

【００２３】図２は、前記したワイヤ切れ自動復帰機構
付きのエアーテンション機構１７の概略構成を示すもの
である。ここで、エアーテンション機構１７は、そのハ
ウジング１７ａ内の内筒１７ｂ-1，１７ｂ-2をボンディ
ングワイヤ１１が通り、さらにこのワイヤ１１が筒状の
キャピラリ１９を通るように配置される。そして、キャ
ピラリ１９の先端部において、当該ボンディングワイヤ
１１に上記したボール１１ａが形成されるようになって
いる。

【００２４】この場合、上記ハウジング１７ａにはエア
ーテンション機構部が備え付けられており、そのエアー
テンション機構部は、第１のエアーテンション機構部Ａ
と第２のエアーテンション機構部Ｂとから構成されてい
る。

【００２５】第１のエアーテンション機構部Ａはキャピ
ラリ１９側に設けられ、ボンディングワイヤ１１に上向
きのテンション力を与えるものである。すなわち、ハウ
ジング１７ａの下部側面には、エアー供給口１７ｃ-1が
設けられている。このエアー供給口１７ｃ-1は、当該ハ
ウジング１７ａの外側から内側まで貫通されている。

【００２６】また、ハウジング１７ａの中央部側面に
は、エアー放出口１７ｄ-1が設けられている。このエア
ー放出口１７ｄ-1は、当該ハウジング１７ａの内側から
外側まで貫通されている。

【００２７】一方、前記ハウジング１７ａ内には、前記
内筒１７ｂ-1が挿入されている。この内筒１７ｂ-1は、
上端部および下端部の外径が中央部の外径よりも小さく
なっている。

【００２８】そして、その内筒１７ｂ-1には、エアーを
内筒１７ｂ-1内に供給または内筒１７ｂ-1外へ放出する
ために、たとえば互いに対向する位置に二つの穴（図示
していない）を有している。この内筒１７ｂ-1の下端部
の二つの穴は、上記エアー供給口１７ｃ-1から供給され
るエアーをボンディングワイヤ１１に均等に吹き付ける
ためのものである。

【００２９】ハウジング１７ａの下端部には、内筒１７
ｂ-1を固定するための内筒ストッパ１７ｅ-1が設けられ
ている。この内筒ストッパ１７ｅ-1の下部における穴径
は、エアーの漏れが極力小さくなるように、ワイヤ１１
の径とほぼ同程度とされている。

【００３０】そして、エアー供給口１７ｃ-1から供給さ
れるエアーは、ハウジング１７ａと内筒１７ｂ-1との間
を通り、その内筒１７ｂ-1に設けられた互いに対向する
二つの穴からボンディングワイヤ１１に吹き付けられ
る。

【００３１】さらに、エアーは、内筒１７ｂ-1内のエア
ー流路１７ｆ-1を下から上に向かって流れ、エアー放出
口１７ｄ-1を通してハウジング１７ａの外へ放出され
る。このようなエアーの流れにより、ボンディングワイ
ヤ１１を引き上げるテンション力が発生されるようにな
っている。

【００３２】第２のエアーテンション機構部Ｂは、ワイ
ヤガイド２１側、つまり第１のエアーテンション機構部
Ａの上側に設けられている。この第２のエアーテンショ
ン機構部Ｂは、ボンディングワイヤ１１に下向きのテン
ション力を与えるためのものである。

【００３３】すなわち、ハウジング１７ａの上部側面に
は、エアー供給口１７ｃ-2が設けられている。このエア
ー供給口１７ｃ-2は、当該ハウジング１７ａの外側から
内側まで貫通されている。

【００３４】また、ハウジング１７ａの中央部側面に
は、エアー放出口１７ｄ-2が設けられている。このエア
ー放出口１７ｄ-2は、当該ハウジング１７ａの内側から
外側まで貫通されている。

【００３５】一方、前記ハウジング１７ａ内には、前記
内筒１７ｂ-2が挿入されている。この内筒１７ｂ-2は、
上端部および下端部の外径が中央部の外径よりも小さく
なっている。

【００３６】そして、その内筒１７ｂ-2には、エアーを
内筒１７ｂ-2内に供給または内筒１７ｂ-2外へ放出する
ために、たとえば互いに対向する位置に二つの穴（図示
していない）を有している。この内筒１７ｂ-2の上端部
の二つの穴は、上記エアー供給口１７ｃ-2から供給され
るエアーをボンディングワイヤ１１に均等に吹き付ける
ためのものである。

【００３７】ハウジング１７ａの上端部（ワイヤ挿入
口）には、内筒１７ｂ-2を固定するための内筒ストッパ
１７ｅ-2が設けられている。この内筒ストッパ１７ｅ-2
の上部における穴径は、エアーの漏れが極力小さくなる
ように、ワイヤ１１の径とほぼ同程度とされている。

【００３８】そして、エアー供給口１７ｃ-2から供給さ
れるエアーは、ハウジング１７ａと内筒１７ｂ-2との間
を通り、その内筒１７ｂ-2に設けられた互いに対向する
二つの穴からボンディングワイヤ１１に吹き付けられ
る。

【００３９】さらに、エアーは、内筒１７ｂ-2内のエア
ー流路１７ｆ-2を上から下に向かって流れ、エアー放出
口１７ｄ-2を通してハウジング１７ａの外へ放出され
る。このようなエアーの流れにより、ボンディングワイ
ヤ１１を引き下げるテンション力が発生されるようにな
っている。

【００４０】上記の構成においては、第１のエアーテン
ション機構部Ａによりボンディングワイヤ１１に与えら
れる上向きのテンション力と、第２のエアーテンション
機構部Ｂによりボンディングワイヤ１１に与えられる下
向きのテンション力とが、ベクトル的にみて互いに向き
が反対であり、かつ同一直線上にあるように設定され
る。

【００４１】なお、第１のエアーテンション機構部Ａに
よる上向きのテンション力と、第２のエアーテンション
機構部Ｂによる下向きのテンション力は、図示していな
いエアー発生機構により供給されるエアーの流量を調節
することにより、任意に設定することができる。

【００４２】このように、ボンディングワイヤ１１に対
して、互いに向きが反対のテンション力を与えられるこ
とにより、ワイヤ切れ発生時の自動復帰が可能であると
ともに、ワイヤ交換の自動化が可能となっている。

【００４３】次に、上記した構成におけるワイヤ交換時
の動作について説明する。たとえば、ボンディング動作
によってスプール１２に巻回されているボンディングワ
イヤ１１がすべて使用されてなくなると、スプール駆動
機構１４によってスプールガイド１３がワイヤ交換位置
に移動されるとともに、クランプ駆動機構１６によって
その上端部にクランプ機構１５が移動される。

【００４４】このワイヤ交換位置において、まず、スプ
ールガイド１３の交換が行われる、つまりボンディング
ワイヤ１１の巻回されているスプール１２が取り付けら
れたスプールガイド１３が、スプール駆動機構１４に装
着される。

【００４５】この場合、スプールガイド１３に支持され
たスプール１２より引き出されたボンディングワイヤ１
１が、あらかじめ固定部材１３ａおよびテープ１３ｂに
よって真下方向に真っ直ぐな状態で固定されている。

【００４６】この、スプールガイド１３の交換により、
固定部材１３ａおよびテープ１３ｂによって固定されて
いるボンディングワイヤ１１が、クランプ駆動機構１６
の上端部において、クランプ機構１５の上クランプ爪１
５ａおよび下クランプ爪１５ｂによってクランプされ
る。

【００４７】この状態で、クランプ機構１５のカッタ１
５ｃが動作されることにより、下クランプ爪１５ｂの下
面に沿ってボンディングワイヤ１１の先端部が切断され
る。この場合、ボンディングワイヤ１１は、上下のクラ
ンプ爪１５ａ，１５ｂによって真っ直ぐな状態でクラン
プされているため、曲がることなく切断される。

【００４８】なお、ワイヤ１１を切断した後、下クラン
プ爪１５ｂによるクランプ動作は解除される。しかる
後、スプール駆動機構１４によってスプールガイド１３
が、ボンディングの際のワイヤ供給位置に移動される。

【００４９】この際、ワイヤ駆動モータ１４ｃが動作さ
れることにより、スプールガイド１３によって支持され
ているスプール１２より、ボンディングワイヤ１１の繰
り出しが行われる。

【００５０】また、同時に、クランプ機構１５がクラン
プ駆動機構１６によって下降されて、エアーテンション
機構１７のワイヤ挿入位置へ移動される。このとき、ク
ランプ機構１５は、下降動作の途中において、ワイヤガ
イド２１を後方に押し退けながら移動される。

【００５１】そして、クランプ駆動機構１６の下端部に
て、エアーテンション機構１７のワイヤ挿入口に、クラ
ンプ機構１５の上クランプ爪１５ａにより固定されてい
るボンディングワイヤ１１の先端が挿入される。

【００５２】こうして、スプール１２から引き出された
ボンディングワイヤ１１は、ワイヤガイド２０を通され
た後、さらにクランプ機構１５の通過によって所定の位
置に復帰されたワイヤガイド２１に掛け渡され、その先
端がエアーテンション機構１７に挿入される。

【００５３】この状態で、エアーテンション機構１７が
動作される、つまり図示していないエアー発生機構より
エアーの供給が開始されることで、当該ボンディングワ
イヤ１１は、エアーテンション機構１７内を送られてキ
ャピラリ１９内を通され、その先端部より引き出され
る。

【００５４】そして、その先端部において、図示してい
ない電気トーチ棒によりボンディングワイヤ１１の先端
にボール１１ａが形成されて、被ボンディング部材への
ボンディングが行われる。

【００５５】なお、このボンディング時においては、ス
プール１２から繰り出されるボンディングワイヤ１１
が、ワイヤガイド２０の２本のロッドの中心からのエア
ーの吹き出しにより、図示実線の状態に保たれる。

【００５６】また、当該ワイヤ１１が使用されて短くな
る（図示破線の状態）と、それをセンサ（図示していな
い）が検知し、前記ワイヤ駆動モータ１４ｃによるワイ
ヤ１１の繰り出しが行われるようになっている。

【００５７】上記したように、ボンディングワイヤを人
手によらず交換できるようにしている。すなわち、ボン
ディングワイヤを引き出してワイヤ切れ自動復帰機構付
きのエアーテンション機構に挿入することで、キャピラ
リへのワイヤ通しが自動的に行えるようにしている。こ
れにより、人手によっていた面倒なワイヤの交換作業
を、自動化することができるようになる。したがって、
半導体装置の製造工程における無人化が可能となるとと
もに、無人化による高クリーン度化を達成できるように
なるものである。

【００５８】なお、上記実施例においては、ワイヤ交換
時に、エアーテンション機構の上部に近接して設けられ
たワイヤガイドが、その位置より離反する構造とした場
合について説明したが、これに限らず、たとえばクラン
プ機構がワイヤガイドを避ける軌跡で下降動作する構造
としても良い。

【００５９】また、ワイヤガイドの働きを、エアーテン
ション機構のワイヤ挿入口に兼用させるようにすること
もできる。さらに、クランプ機構をワイヤボンダごとに
設ける場合に限らず、複数台のワイヤボンダでラインを
構成し、そのラインの各ボンダに対して動作する自走式
ロボットとして構成することも可能である。その他、こ
の発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可
能なことは勿論である。

【００６０】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、ボンディング用のワイヤの交換作業を自動化でき、
無人ライン化への対応が可能なワイヤボンディング装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるワイヤボンダの構
成を概略的に示す斜視図。

【図２】同じく、ワイヤ切れ自動復帰機構付きエアーテ
ンション機構の概略構成を示す断面図。

【図３】従来技術とその問題点を説明するためにワイヤ
交換作業の手順を示す図。

【符号の説明】

１１…ボンディングワイヤ、１２…スプール、１３…ス
プールガイド、１４…スプール駆動機構、１５…クラン
プ機構、１６…クランプ駆動機構、１７…ワイヤ切れ自
動復帰機構付きエアーテンション機構、１９…キャピラ
リ、２０，２１…ワイヤガイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボンディング用のワイヤが巻回されたド
   ラム状の保持体を回転可能に支持し、かつ前記保持体よ
   り引き出されたワイヤの先端部を固定するガイド手段
   と、 このガイド手段が着脱自在に設けられ、その装着された
   前記ガイド手段を第１の方向に移動するガイド移動手段
   と、 前記保持体より引き出されて前記ガイド手段により固定
   されているワイヤの先端部をクランプするクランプ手段
   と、 このクランプ手段を前記第１の方向と直交する第２の方
   向に移動するクランプ移動手段と、 このクランプ移動手段による前記クランプ手段の前記第
   ２の方向への移動、および前記ガイド移動手段による前
   記ガイド手段の前記第１の方向への移動により、前記保
   持手段より引き出されるワイヤの先端部が挿入される、
   ワイヤ切れ自動復帰機構を有するエアーテンション手段
   と、 このエアーテンション手段内を通された前記ワイヤの先
   端部にボールを形成し、このボールを被ボンディング部
   材上にボンディングするボンディング手段とを具備した
   ことを特徴とするワイヤボンディング装置。