JPH10107059A - ワイヤボンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンデイング中にワイヤが断線すると
動作再開に時間を要する。 【解決手段】 キャピラリ７に挿通されたワイヤ９の断
線を断線検出手段１６により検出し、この検出出力に基
づいてキャピラリ７上端近傍に配置したワイヤチャック
１９にて断線し引き上げられるワイヤ９をチャックして
再度キャピラリ７に挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置などの電
子部品の製造に用いられるワイヤボンダに関し、動作中
にワイヤが断線しても自己修復できる機構を備えたワイ
ヤボンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置などの電子部品は一般的に半
導体ペレットなどの電子部品本体と外部リードとを電気
的に接続し電子部品本体を外装被覆して製造される。こ
こで電子部品本体の電極と外部リードとをワイヤを介し
て接続するワイヤボンダの一例を図４から説明する。図
において、１は電子部品本体２をマウントしたリードフ
レーム、３はリードフレーム１をガイドし搬送するガイ
ドレール、４はガイドレール１の側方に配置されたＸＹ
テーブル、５はＸＹテーブル４に支持され水平面内で移
動するボンディングヘッド、６はボンディングヘッド５
に水平に軸支され、一端がガイドレール３上に延び、他
端に超音波振動子（図示せず）が固定され、軸周りに揺
動するホーンで、軸は上下動機構（図示せず）により上
下動する。７はホーン６の一端部に軸を上下方向に向け
て固定されたキャピラリ、８はワイヤ９を巻き回したス
プール、１０はスプール８から繰り出されたワイヤ９に
バックテンションを付与するバックテンショナで、例え
ばワイヤ９の移動経路を横切ってエアを吹き付けワイヤ
９に引き戻す力を付与している。１１はバックテンショ
ナ１０を通過したワイヤ９が垂下するようにガイドする
ガイド部材、１２はボンディングヘッド５からホーン６
に沿って延びる支持プレート、１３は一端が支持プレー
ト１２に固定され、他端が垂下するワイヤ９を微小圧力
でクランプしてワイヤ９にテンションを付与するテンシ
ョンクランパ、１４はテンションクランパ１３の下方に
配置され一端が支持プレート１２に固定され、他端部が
ワイヤ９を適宜クランプするカットクランパを示す。カ
ットクランパ１４を通過したワイヤ９はその先端が前記
キャピラリ７にその下端より突出するように挿通され
る。１５はキャピラリ７の下端近傍に配置され、キャピ
ラリ７の下方を水平面内で往復動して横切る放電電極を
示す。この放電電極１５は高圧電源（図示せず）に接続
され、キャピラリ７の下端から突出したワイヤ９の先端
との間で放電させ、その際発生する高熱によりワイヤ９
を溶融させ金属ボール（図示せず）を形成する。またこ
の装置には半導体ペレット２上の電極を撮像してボンデ
ィング位置を検出するテレビカメラと画像認識装置など
が付設されるが図示省略している。以下にこの装置の動
作を説明する。先ずガイドレール３上のリードフレーム
１を所定位置で位置決めする。次にワイヤ９をキャピラ
リ７の下端から突出させカットクランパ１４でワイヤ９
をクランプした状態で、放電電極１５をワイヤ９先端の
下方で水平動させ高電圧を印加し放電させワイヤ９先端
に金属ボールを形成する。次にカットクランパ１４を開
放するとワイヤ９はバックテンショナ１０によるテンシ
ョンによりキャピラリ７内に引き込まれるが、金属ボー
ルがストッパとなりワイヤ９はキャピラリ７下端で停止
する。そしてＸＹテーブル４を作動させてキャピラリ７
を半導体ペレット２上の最初のボンディング位置に移動
させ、ホーン６に超音波振動を付与しつつ揺動させてキ
ャピラリ７下端で金属ボールを第１のボンディング位置
に押し付けボンディングする。さらにホーン６を上昇さ
せて、ＸＹテーブル４によりキャピラリ７からワイヤ９
を繰り出しつつキャピラリ７を上昇及び水平動させてリ
ードフレーム１上の第２のボンディング位置に移動させ
る。そしてホーン６を揺動させキャピラリ７を下降させ
てその下端でワイヤ９の中間部を超音波振動を付与しつ
つ加圧し接続を完了する。この接続が完了するとキャピ
ラリ７を水平方向にわずかに移動させてワイヤ９を繰り
出し、カットクランパ１４を作動させてワイヤ９の引き
込みを防止した状態でキャピラリ７近傍のワイヤを切断
し、第１、第２のボンデイング位置間のボンディングを
完了する。上記動作を残りのボンデイング予定部に対し
て繰り返し一つの半導体ペレットに対するボンディング
作業を完了し、リードフレーム１を１ピッチ移動させて
次の半導体ペレットに対して上記作業を繰り返す。この
キャピラリ７を用いたワイヤボンダはワイヤの引き回し
方向に制約がないためペレット周縁沿って多数の電極を
配列した半導体ペレットの電気的接続に利用される。電
気的接続に用いられるワイヤ９は取り扱う電流によって
その材料や線径が決定されるが、電極数が多く微小電流
を扱う半導体集積回路装置では、例えば直径１５μｍ〜
３２μｍの細い金線が用いられている。この装置は動作
開始前にスプール８から繰り出したワイヤ９をキャピラ
リ７に挿通しボンディングができる状態にしなければな
らない。そのため先ず、バックテンショナ１０の動作を
停止してスプール８から繰り出されたワイヤ９をバック
テンショナ１０に通す。そしてバックテンショナ１０を
作動させて繰り出されたワイヤ９がたるまないようにし
ておいてガイド部材１１に沿ってワイヤの引き回し方向
を変えワイヤ９を垂下させる。さらに、テンションクラ
ンパ１３にワイヤ９が挿入できるように押し拡げておい
てワイヤ９を挿入し、ワイヤに９わずかなテンションを
付与した状態で挿通する。カットクランパ１４は予め開
放させておきワイヤ９を挿通し、さらにワイヤ９をキャ
ピラリ７に挿通してその先端をキャピラリ７の下端から
突出させた状態でカットクランパ１４を作動させてワイ
ヤ９をクランプしワイヤ９がバックテンションによりキ
ャピラリ７から抜けないようにして、動作開始前の準備
を完了する。キャピラリ７は下端の開口径はワイヤ９の
径で決定され、上方に向かって拡径し上端の開口径は１
ｍｍ程度に設定されているが、ワイヤ９の挿入作業は素
手あるいは手袋をした状態ではやりにくいため通常はピ
ンセットが用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでワイヤ９をワ
イヤボンダに装着する上記作業にはピンセットが用いら
れるが、細い金線では、材料自体きわめて柔らかくわず
かな力で変形するため、作業が煩雑である。一方、ワイ
ヤボンデイング作業中に、放電による発熱が小さかった
り、放電時に放電電極とワイヤ先端の位置がずれている
とワイヤ先端の金属溶融が偏りボールの形状も非対称と
なってキャピラリ７の下端で加圧した際に、金属ボール
とワイヤの接続部に応力が集中してワイヤが切断される
ことがあった。また金属ボールの形状は良好であっても
金属ボールの冷却の状態によりワイヤの金属ボールと接
続される部分がもろくなり、ワイヤを引き回すわずかな
力で断線することがあった。ところが、金属ボールを接
続した後はキャピラリ７からワイヤを繰り出すためカッ
トクランパ１４は開放されており、ワイヤ９が切断され
ているとバックテンションによりワイヤ先端はキャピラ
リ７内に引き込まれ、さらにカットクランパ１４、テン
ションクランパ１３、ガイド部材１１、バックテンショ
ナ１０からワイヤ９が外れ、ボンディング作業を継続で
きなくなることがあった。このようにワイヤ９がその引
き回し経路から外れると設備を停止し再度ワイヤの挿通
作業をする必要があるが、この作業は熟練を要し、熟練
者でも数分の時間を要すことがあり、このような事故の
発生頻度は小さくても設備の設置台数が多い場合には無
視できず、改善が望まれていた。そのため、金属ボール
の成形不良を検出し、バックテンショナの動作を停止さ
せたり、テンションクランパを作動させ、カットクラン
パが開放されてもワイヤがキャピラリから抜けないよう
にしたものがある。（例えば実開平１ー６７７４５号公
報、実開平２ー２１７３７号公報参照） また、キャピラリからワイヤの繰り出し量を一定に設定
して金属ボールが必ず形成されるようにしたものもあ
る。（例えば実開平１ー６７７４５号公報参照）さらに
は、ボンディング動作中の超音波振動の波形からボンデ
ィング状態を判定してボンディング動作を中止させるよ
うにしたものもある。（例えば特開昭６２ー２３４３３
８号公報参照） また、ワイヤ先端にボールが形成されたかどうかを検出
し、ボールが形成されていなければボンディング動作を
停止して、ワイヤをボンディングツール先端から繰り出
し、ボールを形成してボンディング処理を継続するよう
にしたものである。（例えば特開昭６２−１０４１２６
号公報参照） しかしながら、これらはいずれも金属ボールの形成段階
での金属ボールの成形不良、ワイヤ切れを対象にしした
もので、金属ボールが半導体ペレットに接続され、カッ
トクランパが開放された状態でワイヤを繰り出す時の断
線には対応できず、上記課題の解決にはならなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
を目的として提案されたもので、スプールから繰り出さ
れ、中間部乃至先端部が垂下して先端部がキャピラリに
挿通されるワイヤの移動経路に沿って、ワイヤにバック
テンションを付与するバックテンショナと、ワイヤの垂
下領域でワイヤをクランプしてテンションを付与するテ
ンションクランパと、テンションクランパの下方で適宜
ワイヤをクランプしワイヤの引き込みを防止するカット
クランパとを順次配置し、ワイヤ先端部に金属ボールを
形成して第１、第２のボンディング部間を電気的に接続
するワイヤボンダに、ワイヤの不所望な断線を検出する
断線検出手段と、断線検出手段の検出出力に基づいてバ
ックテンショナによって引き上げられるワイヤの先端部
近傍をクランプし、ワイヤの垂下方向に上下動して、ワ
イヤ先端部をキャピラリに再挿させるワイヤ再挿機構と
を付設したことを特徴とするワイヤボンダを提供する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明によるワイヤボンダは、従
来装置にワイヤの不所望な断線を検出する断線検出手段
と、断線検出手段の検出出力に基づいてバックテンショ
ナによって引き上げられるワイヤの先端部近傍をクラン
プし、ワイヤの垂下方向に上下動して、ワイヤ先端部を
キャピラリに再挿させるワイヤ再挿機構と付設したこと
を特徴とするが、ワイヤ再挿機構はカットクランパで兼
用させることができる。また、ワイヤ再挿機構の少なく
とも下方にワイヤ先端部の位置振れを規制するワイヤガ
イドを配置することに本発明装置の動作をより確実にで
きる。ワイヤの断線を検出する手段として光センサを用
い、この光センサにてワイヤの移動経路のうちキャピラ
リ上端部でのワイヤの有無を検出することができる。こ
の光センサによりワイヤが実際に切断したことを知るこ
とができ、切断したワイヤの先端位置を知ることもでき
る。このように切断したワイヤの先端位置を知ることに
より、この高さ位置データに基づいてワイヤ再挿機構に
よるワイヤ繰り出し量を設定することができる。

【０００６】

【実施例】以下に本発明の実施例を図４装置に適用し、
図１及び図２から説明する。図において、図４と同一符
号は同一物を示し重複する説明を省略する。図中、１６
はキャピラリ７の上端部近傍でワイヤ９の両側に配置さ
れワイヤ９の有無を検出しワイヤの断線を検出するセン
サで、具体的には光源１６ａと光センサ１６ｂからな
る。１７は支持プレート１２の側壁に固定されロッド１
７ａを上下に往復動させるシリンダ、１８は一端がロッ
ド１７ａに固定され中間部乃至他端部がホーン６に沿っ
て延びるアーム、１９はアーム１８の他端に固定され、
可動部がワイヤ９の移動経路を挟んで配置され開閉して
ワイヤ９を挟持するワイヤチャックで、図３に示すよう
にアーム１８に固定された固定ブロック１９ａと可動ブ
ロック１９ｂとを軸１９ｃにより開閉自在に対向させ、
板ばね１９ｄにより外方に弾性力を付与し、通常はワイ
ヤ９の両側で固定ブロック１９ａと可動ブロック１９ｂ
とが離隔した状態にある。１９ｅは固定ブロック１９ａ
に埋設された電磁石、１９ｆは可動ブロック１９ｂに埋
設され電磁石１９ｅと対向した磁気吸着片で、電磁石１
９ｅが作動することにより固定ブロック１９ａと可動ブ
ロック１９ｂはワイヤ９を挟持する。このシリンダ１
７、アーム１８、ワイヤチャック１９はワイヤ再挿機構
２０を構成する。以下にこの装置の動作を説明する。こ
の装置の断線検出手段１６は装置の動作開始より動作状
態にありキャピラリ７上端部でのワイヤ９の有無を監視
する。また、ワイヤ再挿機構２０は電磁石１９ｅが不動
状態でワイヤチャック１９を開放しワイヤ９が自由に繰
り出し可能としている。この状態で本発明装置は図４装
置と同様に通常のボンディング作業を行う。そして、ワ
イヤ９が何らかの理由によりキャピラリ７から繰り出さ
れた部分で断線すると、ワイヤの繰出し時にはカットク
ランパ１４は開放されているためワイヤ９はバックテン
ショナ１０によるバックテンションによってキャピラリ
７内に引き込まれさらに上方に引き上げられ、ワイヤ９
の先端がキャピラリ７の上端から外れる。このようにし
てワイヤ９がキャピラリ７から外れると断線検出手段１
６はワイヤなし信号を発生し、この信号によりワイヤチ
ャック１９の電磁石１９ｅに通電されワイヤチャック１
９が作動して切断したワイヤ９の先端部を挟持しワイヤ
が引き上げられるのを停止する。断線検出手段１６が作
動しワイヤチャック１９が作動するまでの時間はほぼ一
定であるためワイヤチャック１９に挟持されたワイヤ９
先端の高さ位置もほぼ一定となる。続いてシリンダ１７
を作動させるとアーム１８を介してワイヤチャック１９
が降下しワイヤ９を引き下げ、ワイヤ９の先端をキャピ
ラリ７の上端開口に近接させる。そして、カットクラン
パ１４を作動させてワイヤチャック１９上方でワイヤ９
を挟持した後、ワイヤチャック１９を開放し、シリンダ
１７によりワイヤチャック１９を上昇させる。そしてワ
イヤチャック１９が上方位置に来ると、再度ワイヤチャ
ック１９を作動させてワイヤを挟持し、この挟持が完了
するとカットクランパ１４を開放して、再度シリンダ１
７によりワイヤチャック１９を降下させる。この動作
は、ワイヤ９の先端がキャピラリ７の下端から突出する
まで繰り返す。そしてワイヤ９のキャピラリ７への再挿
入作業が完了するとカットクランパ１４を作動させ、ボ
ンディング作業の初期状態とする。ワイヤの断線の理由
は種々あって、放電ミスによるボール形成不良によるも
のであれば、ボンディング作業は切断を生じた半導体ペ
レットに対して継続して行うことができるが、金属ボー
ルが形成された後の切断の場合には切断を生じた半導体
ペレットへのボンディング作業を中止し次の半導体ペレ
ットからボンディング作業を再開する。このように、本
発明装置はワイヤボンディング作業中に不所望な断線を
しても、自動的にキャピラリ７に再挿入でき、これらの
作業をキャピラリ近傍で開始できるため、数秒乃至数１
０秒の短時間で確実に再挿入できる。また本発明装置は
作業開始前にキャピラリにワイヤを挿通する作業にも適
用でき、未熟練者でも短時間で確実に準備作業ができ
る。したがって、見かけ上の装置の停止がなく、設備の
稼働率を向上できる。尚、本発明は上記実施例にのみ限
定されるものではなく、例えばワイヤ再挿機構２０はカ
ットクランパ１４とは別に設けるだけでなく、カットク
ランパ１４に上下動機構を付設することによりカットク
ランパ１４をワイヤ再挿機構２０と兼用できる。この場
合には、再挿入するワイヤ９を挟持したカットクランパ
１４を開放して持ち替える際に、バックテンショナ１０
の強度を調整しテンションクランパ１３のテンションと
釣り合うようにすることにより開放されたカットクラン
パ１４からワイヤ９が外れることを防止できる。また、
ワイヤ再挿機構２０のワイヤチャック１９またはワイヤ
再挿機構を兼ねるカットクランパ１４の少なくとも下方
にワイヤ９の位置ぶれを規制するワイヤガイドを配置す
ることができる。このワイヤガイドは金属細線などをリ
ング状に成形したものでよく、これにより、ワイヤ先端
を確実にキャピラリ７の上端開口にガイドすることがで
きる。また上記実施例では断線検出手段１６は、光源１
６ａと光センサ１６ｂを用い、これらをホーン６に固定
したが、ホーン６のキャピラリ７より前方に反射鏡を固
定し、ホーン６の揺動軸部分に反射鏡に光を投射する光
源と反射された光を検出する光センサとを配置してもよ
い。また断線検出手段１６によって切断したワイヤ先端
の高さ位置を検出することにより、この高さ位置情報に
基づいて、ワイヤ再挿機構２０のワイヤ繰り出し量を設
定することもできる。

【０００７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ワイヤボ
ンディング作業中に不所望な断線事故を発生しても、見
掛け上作業を中断することなく継続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す側面図

【図２】 図１装置の要部正面図

【図３】 図１装置のワイヤ再挿機構の一部をなすワイ
ヤチャックの平断面図

【図４】ワイヤボンダの一例を示す側面図

【符号の説明】

７ キャピラリ ８ スプール ９ ワイヤ １０ バックテンショナ １３ テンションクランパ １４ カットクランパ １６ 断線検出手段 ２０ ワイヤ再挿機構

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スプールから繰り出され、中間部乃至先端
   部が垂下して先端部がキャピラリに挿通されるワイヤの
   移動経路に沿って、ワイヤにバックテンションを付与す
   るバックテンショナと、ワイヤの垂下領域でワイヤをク
   ランプしてテンションを付与するテンションクランパ
   と、テンションクランパの下方で適宜ワイヤをクランプ
   しワイヤの引き込みを防止するカットクランパとを順次
   配置し、 キャピラリ先端より突出させたワイヤ先端部を溶融させ
   て形成した金属ボールをキャピラリ先端にて第１のボン
   ディング部に押圧して接続し、カットクランパを開放し
   てワイヤを繰り出しつつキャピラリを第２のボンディン
   グ部に移動させワイヤ中間部をキャピラリ先端で押圧し
   て接続した後、ワイヤの外方を切断して第１、第２のボ
   ンディング部間をワイヤにて接続するワイヤボンダにお
   いて、 ワイヤの不所望な断線を検出する断線検出手段と、断線
   検出手段の検出出力に基づいてバックテンショナによっ
   て引き上げられるワイヤの先端部近傍をクランプし、ワ
   イヤの垂下方向に上下動して、ワイヤ先端部をキャピラ
   リに再挿させるワイヤ再挿機構とを備えたことを特徴と
   するワイヤボンダ。
2. 【請求項２】ワイヤ再挿機構が、カットクランパである
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ。
3. 【請求項３】ワイヤ再挿機構の少なくとも下方にワイヤ
   先端部の位置振れを規制するワイヤガイドを配置したこ
   とを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ。
4. 【請求項４】ワイヤの断線検出手段が、ワイヤ先端に放
   電により溶融金属ボールを形成する高圧発生手段である
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ。
5. 【請求項５】ワイヤの断線検出手段が、キャピラリ上端
   部でワイヤの移動経路を横切って配置された光センサで
   あることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ。
6. 【請求項６】ワイヤ再挿機構によってクランプされたワ
   イヤの先端を光センサにて検出し、この高さ位置データ
   に基づいてワイヤ再挿機構によるワイヤ繰り出し量を設
   定するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のワ
   イヤボンダ。