JPH11243113A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボール圧着径、ボンディング強度がばらつか
ず均一なボンディングを高速で行うことが可能なワイヤ
ボンディング装置を提供すること。 【解決手段】 ボンディングステージ５上に配置された
被ボンディング部品であるＩＣチップ１２までの距離情
報を得る計測手段２０を設け、この計測手段２０により
求めた距離情報に基づいてＩＣチップ１２の各ボンディ
ング点までの距離を演算し、この演算した各ボンディン
グ点までの距離に基づいてボンディングアーム２を制御
してボンディング接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
組立工程において、第１ボンディング点、例えば半導体
部品としての半導体チップ（ＩＣチップ）上の電極（パ
ッド）と、第２ボンディング点、例えばフレームとして
のリードフレーム上の外部リードとをワイヤを用いて接
続するワイヤボンディング装置に関し、特にワイヤボン
ディングにおけるボンディング点までの距離を計測して
その計測した距離情報に基づいてボンディングを行うワ
イヤボンディング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のワイヤボンディング装置
の構成を示す図であり、図８は、従来のワイヤボンディ
ング装置におけるツールハイト（ツール高さ）、サーチ
レベルを示す図、図９（ａ）は、従来のワイヤボンディ
ング装置のボンディングアームの下降時の速度波形、
（ｂ）は、ボンディングアームの下降時の軌跡を示す
図、図１０は、リードフレームに貼着されたＩＣチップ
の位置を示し、点線は貼着されるべき正規のＩＣチップ
の位置を示す図、図１１（ａ）乃至（ｂ）はワイヤボン
ディングの工程を説明する一部断面を含む図である。

【０００３】図７に示すように、従来のワイヤボンディ
ング装置は、撮像手段としてのカメラ１と、超音波振動
子及び超音波ホーンを有し、先端に装着されたキャピラ
リ２ａを有するボンディング手段としてのボンディング
アーム２と、前記ボンディング手段としてのボンディン
グアーム２を含み前記ボンディングアーム２を支軸を中
心として上下にリニアモータ若しくはカムにより駆動を
行う駆動手段３を有するボンディングヘッドと、前記ボ
ンディングアーム２の先端に装着されたキャピラリ２ａ
の位置を検出する位置検出手段（図示せず）と、前記ボ
ンディングヘッドを搭載してＸ方向及び／又はＹ方向に
二次元的に移動して位置決めする位置決め手段としての
ＸＹテーブル４と、前記ボンディングアーム２の下方に
配設され前記ボンディングアーム２を揺動してキャピラ
リ２ａによりボンディング作業を行うボンディングステ
ージ５と、前記カメラ１からの出力を受ける画像認識ユ
ニット８と、画像認識ユニット８からの出力を受ける表
示手段としてのモニタ９と、マイクロプロセッサを含む
コントローラユニット１０と、このコントローラユニッ
ト１０からの指令信号に応じて前記駆動手段３及びＸＹ
テーブル４への駆動信号を発する駆動ユニット１１とか
らなる。

【０００４】従来のワイヤボンディング装置は、図７及
び図１０に示すように、正方形若しくは長方形状からな
る複数のＩＣチップ１２上に形成されてなる複数のパッ
ド１２ａとリードフレームＬ＼Ｆの複数のリード１５と
の間でワイヤを用いてボンディング接続を行う。

【０００５】このワイヤボンディング装置は、作業開始
に際して図示せぬ搬送手段により加熱されているボンデ
ィングステージ５上に前記リードフレームＬ＼Ｆを搬入
し、かつ、最先のＩＣチップ１２をボンディング作業位
置に位置決めする。前記ボンディングステージ５の加熱
は、ヒータ５ａにより行い、被ボンディング部品である
リードフレームＬ／Ｆを加熱する。

【０００６】前記ボンディングステージ５上に位置決め
されると、ボンディングアーム２及びＸＹテーブル４が
作動して最先のＩＣチップ１２においてボンディング作
業が行われる。

【０００７】しかしながら、前記ワイヤボンディング装
置では、一連のボンディング作業を行う前に各種の条件
設定、すなわちボンディングパラメータの設定を行う必
要がある。

【０００８】前記ボンディングパラメータとしては、ツ
ールハイト（ツール高さ）、サーチレベル、サーチスピ
ード等などがある。以下に図８を参照して、これらのボ
ンディングパラメータを説明する。

【０００９】図８に示すように、前記ツールハイトと
は、ボンディングアーム２の先端に装着されているキャ
ピラリ２ａの原点位置（図８の０）から第１ボンディン
グ点であるＩＣチップ１２上のパッドの表面までの距離
（図８のＬａ）及び第２ボンディング点であるリード１
５の表面までの距離（図８のＬｂ）をいう。キャピラリ
１２ａの原点位置は、予め設定して行う。

【００１０】このツールハイトの設定は、ボンディング
アーム２の予め設定した原点位置よりボンディングアー
ム２を低速で降下させキャピラリ２ａの先端がボンディ
ング表面、すなわちＩＣチップ１２のパッド（図１０の
１２ａ）又はリード１５に当接するまでの距離をボンデ
ィングアーム２の位置を検出する位置検出手段としての
エンコーダの出力を計数して行う。

【００１１】また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、サーチレベルＳとは、ボンディングアーム２の下降
速度が高速から低速に変わる時のキャピラリ２ａの高さ
である。

【００１２】図９（ａ）は、ボンディング時のボンディ
ングアーム２の下降時の速度波形を示し、（ｂ）はキャ
ピラリ２ａの軌跡を夫々示す。

【００１３】ボンディングアーム２は高速で降下し、サ
ーチレベルＳの手前より減速しサーチレベルＳよりサー
チスピード（図９（ａ）のＶｓ）で降下してキャピラリ
２ａの先端に係止しているボール１９が第１ボンディン
グ点のパッドに当接する。また、第２ボンディング点で
は、キャピラリ２ａの先端から繰り出されているワイヤ
１８（図１１（ｄ）参照）がリード１５の表面に当接す
る。

【００１４】前記サーチレベルＳは、図８に示すよう
に、ＩＣチップ１２とリード１５とでは異なる設定をし
ている。すなわち、図８に示すように、ＩＣチップ１２
の表面及びリード１５の表面からサーチレベル（図８の
Ｓ１，Ｓ２）までの高さ（図８のｈ₁，ｈ₂）は、通常１
５０μｍから２００μｍで設定している。

【００１５】上記サーチレベルＳの設定は、以下の理由
による。すなわち、リードフレームＬ／Ｆ等に装着され
ているＩＣチップ１２の高さが樹脂、半田、金などの導
電性の接合材で接合されているため、この接合材の厚さ
のばらつきなどによりＩＣチップ１２自体の厚さがばら
ついてしまい各ＩＣチップ１２毎に異なっている。ま
た、接合材の厚さが不均一なため、ＩＣチップ１２が高
さ方向に傾いて装着されていることもある。

【００１６】他方、図１０に示すリード１５についても
リード部材の厚さのばらつき、リードの反り等でリード
１５の表面の高さが異なっている。

【００１７】従って、被ボンディング部品であるＩＣチ
ップ１２及びリード１５の高さ等にばらつきがあるた
め、ボンディングパラメータとしてのサーチレベルＳ
は、ＩＣチップ１２の高さ及びリード１５の高さのばら
つき等を十分考慮して設定する必要がある。

【００１８】また、サーチスピードＶｓとは、サーチレ
ベル以下、すなわちボンディングアーム２の下降速度が
高速から低速に変わる時のキャピラリ２ａの高さ以下で
のキャピラリ２ａの下降速度をいう。このサーチスピー
ドＶｓは、図９に示すように、ボール１９のパッドへの
当接時の衝撃によるボール１９の初期変形量を小さくす
るためのものである。このサーチスピードは、１０μｍ
／ｍｓｅｃ前後の速度で設定されている。

【００１９】次に、従来のワイヤボンディング装置によ
るボンディング工程について説明する。

【００２０】図１０に示すように、ＩＣチップ１２は導
電性の接合材でリードフレームＬ＼Ｆ上に貼着されてい
るが、ＩＣチップ１２が貼着された位置は貼着されるべ
き所定の位置（図１０に点線で示すＩＣチップ１２’の
位置）に対してずれた位置となっている。従って、ワイ
ヤボンディングを行う前にＩＣチップ１２（パッド１２
ａを含む）をカメラ１で撮像し、その撮像信号を画像認
識ユニット８に入力して画像処理を行いＩＣチップ１２
の所定の位置からの位置ずれ量を求めて実際にＩＣチッ
プ１２のボンディングすべきパッド１２ａの位置を演算
する。

【００２１】また、第２ボンディング点となるリード１
５の位置も正規の位置に対してずれているため、ＸＹテ
ーブル４上に設けたブラケット２１に取付固定されたカ
メラ１で複数のリード１５を撮像し、その撮像信号を画
像処理して実際のリード１５の位置を求めている。前記
ＩＣチップ１２’及びリード１５でいう正規の位置は、
予めＸＹテーブル４の座標上の位置をボンディングパラ
メータとして設定している位置である。

【００２２】これらのずれ量の補正もボンディングパラ
メータとして設定する。

【００２３】図１１（ａ）乃至（ｄ）は、従来のワイヤ
ボンディング装置により前記ボンディングパラメータの
設定後に行われるワイヤボンディングの工程の説明図で
ある。

【００２４】図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、キ
ャピラリ２ａの先端に送り出されたワイヤ１８の先端と
放電電極１６との間で放電を一定の時間起こさせてワイ
ヤ１８の先端を溶融してボール１９を形成し、キャピラ
リ２ａの先端でワイヤ１８を保持してキャピラリ２ａを
第１ボンディング点となるＩＣチップ１２上のパッド１
２ａの直上に位置させる。

【００２５】次に、キャピラリ２ａを高速下降させて図
９に示すサーチレベルＳの手前より減速し、サーチレベ
ルＳよりサーチスピードＶｓで降下させ、図１１（ｃ）
に示すように、キャピラリ２ａの先端のボール１９をパ
ッド１２ａに押しつける。ボール１９がパッド１２ａに
当接したことを位置検出手段により検出後、所定のボン
ディング荷重を加えると同時にキャピラリ２ａの先端に
対して前記ボンディングアーム２の超音波ホーンを介し
て超音波振動を印加してパッド１２ａにワイヤ１８を接
続する。

【００２６】続いて図１１（ｄ）に示すように、キャピ
ラリ２ａを所定のループコントロールに従って上昇さ
せ、第２ボンディング点となるリード１５方向に移動さ
せる。

【００２７】次に、キャピラリ２ａを高速下降させて、
サーチレベルＳよりサーチスピードＶｓで降下させキャ
ピラリ２ａの先端のワイヤ１８をリード１５に押しつけ
る。

【００２８】ワイヤ１８がリード１５に当接したことを
位置検出手段により検出後、所定のボンディング荷重を
加えると同時にキャピラリ２ａの先端に対して超音波ホ
ーンを介して超音波振動を印加してリード１５に対しワ
イヤ１８を接続する。

【００２９】この後キャピラリ２ａを上昇させ、キャピ
ラリ２ａの先端にワイヤ１８を所定の長さまで突出さ
せ、予め設定したキャピラリ２ａの上昇位置でワイヤカ
ットクランプ１４を閉じ、リード１５上のワイヤ１８を
カットしてキャピラリ２ａの先端にワイヤ１８を所定の
長さ（ワイヤフィード量）伸長する。

【００３０】次に、前記パッド１２ａ及びリード１５の
ボンディングにおける当接位置の位置検出は、ボンディ
ングアーム２を駆動する指令速度信号とボンディングア
ーム２の位置を計数するエンコーダからのフィードバッ
ク速度信号の差を比較して行う。前記エンコーダ、指令
速度信号及びエンコーダからのフィードバック速度信号
を含めて位置検出手段と称する。

【００３１】キャピラリ２ａの先端のボール１９又はワ
イヤ１８がボンディング点に当接する前（サーチスピー
ドＶｓで降下中）は、ボンディングアーム２を駆動する
指令速度信号とボンディングアーム２のエンコーダから
のフィードバック速度信号の差はゼロであるが、キャピ
ラリ２ａがボンディング点に当接した後は、エンコーダ
からのフィードバック速度信号の値はゼロとなり、ボン
ディングアーム２を駆動する指令速度信号とエンコーダ
からのフィードバック速度信号の差は大きくなり、差の
値が予め設定した所定の値以上でボンディング点に当接
したものと判断している。この当接位置の検出後、所定
のボンディング荷重及び超音波ホーンに超音波振動を印
加してボンディングを行う。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のワイヤボンディング装置はＩＣチップ１２の高さの
ばらつき、リード１５の高さのばらつきを吸収するため
にサーチレベルＳを設定し、サーチレベルＳの手前で減
速させると共に更に十分減速したサーチスピードＶｓで
下降してキャピラリ２ａの先端のボール１９又はワイヤ
１８がボンディング点の表面に当接したことを位置検出
手段により検出してボンディングを行う。

【００３３】しかしながら、前記位置検出手段によるボ
ンディングアーム２の停止判断は、ボンディングアーム
２を駆動する指令速度信号とエンコーダからのフィード
バック速度信号の差の値が予め設定した所定の値以上と
なったとき、ボンディング点に当接したものと判断する
ため、実際の当接時点よりも遅れて判断される。

【００３４】すなわち、従来のワイヤボンディング装置
では、十分減速したサーチスピードＶｓであっても位置
検出手段による検出は前記キャピラリ２ａがＩＣチップ
１２のパッド１２ａ（又はリード１５）に実際に当接し
てから検出する。従って、ＩＣチップ１２の高さにばら
つきがある場合などによりこの当接位置の検出が遅れた
り、また高さのばらつき等により当接時のパッドへの衝
撃力が増加してボール１９の変形量がばらついたり、ま
た、ボンディング荷重及び超音波パワーの印加タイミン
グが一定せず、ボール圧着径，接合強度等が変化してボ
ンディングの信頼性が低下するおそれがある。

【００３５】また、キャピラリ２ａの先端のボール１９
又はワイヤ１８がサーチレベルＳからパッド１２ａへ当
接するまでの移動時間は数十ｍｓｅｃであり、また、当
接位置の検出も実際に当接してから数ｍｓｅｃ遅れてし
まうという問題がある。

【００３６】前記サーチレベルＳからボンディング点ま
でを長くしたり、また位置検出手段による位置検出が遅
れたりすると、このような時間的な遅れはボンディング
時間全体に占める割合が大きくなりボンディング時間の
短縮を図ることが難しいという課題がある。

【００３７】本発明の目的は、ボンディング実施前に相
対移動が行われる平面に対して直交する方向における所
定の基準位置からＩＣチップ及びリードの距離を測定す
ることにより各ボンディング点までの距離を演算し、こ
の演算した距離情報に基づいてボンディングアームの作
動制御を行い、高速で、均一なボンディングを行うこと
が可能なワイヤボンディング装置を提供することにあ
る。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤボン
ディング装置は、被ボンディング部品に対してボンディ
ングを行うボンディング手段と、前記被ボンディング部
品に対して二次元的に相対移動させて位置決めを行う位
置決め手段と、前記位置決め手段に搭載されてなり少な
くとも前記被ボンディング部品を撮像する撮像手段と、
前記相対移動が行われる平面に対して直交する方向にお
いて所定基準位置からボンディングステージ上に配置さ
れた前記被ボンディング部品までの距離情報を得る計測
手段と、前記距離情報により前記被ボンディング部品の
各ボンディング点までの距離を演算し、この演算した前
記被ボンディング部品の各ボンディング点までの距離に
基づいて前記ボンディング手段を制御する演算制御手段
とを備えたものである。

【００３９】また、本発明によるワイヤボンディング装
置の前記被ボンディング部品は、ＩＣチップでなり、該
ＩＣチップの少なくとも異なる３個所の位置の距離情報
を前記計測手段により求め、この求められた距離情報に
基づいて前記演算制御手段により各ボンディング点まで
の距離を演算して前記ボンディング手段を制御してボン
ディングを行うものである。

【００４０】また、本発明によるワイヤボンディング装
置の前記ボンディング手段は、少なくともボンディング
アーム及びキャピラリを有し、前記演算制御手段は、各
ボンディング点までの距離情報に基づいて前記ボンディ
ングアームのボンディング点への当接の制御を行うもの
である。

【００４１】また、本発明によるワイヤボンディング装
置の前記各ボンディング点までの距離情報に基づいてサ
ーチレベルを設定し、前記ボンディングアームの制御を
行うものである。

【００４２】また、本発明によるワイヤボンディング装
置の前記計測手段は、少なくとも、発光手段としての半
導体レーザと、半導体レーザを駆動する駆動回路と、該
半導体レーザから発せられるレーザ光の集束等を行う投
光レンズと、受光手段としての光位置検知素子と、該光
位置検知素子への入射光の集束等を行う受光レンズと、
前記光位置検知素子の出力を増幅するアンプとからなる
ものである。

【００４３】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるワイヤボンデ
ィング装置の実施例を添付図面を参照して説明する。但
し、本発明によるワイヤボンディング装置は、以下の説
明する部分以外は図７乃至図１１に示した従来のワイヤ
ボンディング装置と略同一の構成及び機能を有してい
る。従って、装置全体としての構成及び動作の説明は重
複するため省略し、要部のみの説明に止める。また、以
下の説明及び図面において、従来の構成部分と同一又は
対応する部分については同じ参照符号を付している。

【００４４】図１に示すように、このワイヤボンディン
グ装置は、図７に示す従来のワイヤボンディング装置と
計測手段２０を有する以外は同一の構成からなってい
る。この計測手段２０は、例えばレーザ変位センサーな
どからなり、ＸＹテーブル４上に設けたブラケット２１
にカメラ１と共に取付固定されている。

【００４５】この計測手段２０は、垂直方向（矢印Ｖに
て示す）、すなわち、ボンディング対象たる被ボンディ
ング部品としてのＩＣチップ１２及びリードフレームＬ
＼Ｆのリード１５（図８，図１０及び図１１に図示）に
対してボンディングヘッドが二次元方向への移動を行う
平面に対して直交する方向において、所定の基準位置
（後述）からボンディング対象までの距離情報を得るも
のである。

【００４６】図２に示すように、計測手段２０は、円筒
若しくは箱状のケース２５を有し、このケース２５内に
は、発光手段としての半導体レーザ２７と、半導体レー
ザ２７を駆動する駆動回路２９と、該半導体レーザ２７
から発せられるレーザ光の集束等を行う投光レンズ３１
と、受光手段としての光位置検知素子３３と、該光位置
検知素子３３への入射光の集束等を行う受光レンズ３５
と、前記光位置検知素子３３の出力を増幅するアンプ３
７及びアンプ３８とを有している。

【００４７】前記光位置検知素子３３は、測定対象（ボ
ンディング対象等）の表面４０が計測の基準位置４１か
ら離間している方向及び距離に応じた信号を発する。詳
しくは、前記半導体レーザ２７から発せられるレーザ光
はこの表面４０で反射してその反射光が該光位置検知素
子３３に入射してスポットを形成するが、該表面４０が
基準位置４１に対してＡ方向若しくはＢ方向のどちら側
に位置するかによって該スポットが該光位置検知素子３
３上でＡ’、Ｂ’方向に移動する。また、前記スポット
の移動量は、基準位置４１に対して表面４０の距離に対
応する。従って、光位置検知素子３３は、このスポット
の移動方向及び移動量に応じた電気信号を発する。

【００４８】上記光位置検知素子３３が発する電気信号
は前記アンプ３７及びアンプ３８によって増幅され、図
示しないＡ／Ｄ変換回路を経てデジタル信号に変換され
て演算制御手段としてのコントローラユニット１０に距
離情報として供給される（図１参照）。この演算制御手
段としてのコントローラユニット１０は、内蔵のメモリ
（ＲＡＭ）内にこの距離情報を記憶し、この記憶情報に
基づき後述の種々の制御を行う。

【００４９】計測手段２０は、ボンディングアーム２の
先端のキャピラリ２ａから測定対象（被ボンディング部
品としてのＩＣチップ１２又はリード１５等のボンディ
ング対象）の表面４０までの距離を計測するために前も
つて下記の設定を行う。

【００５０】すなわち、図１に示すように、ボンディン
グステージ５上にＩＣチップ１２が貼着されたリードフ
レームＬ／Ｆを図示せぬ搬送手段により搬入する。

【００５１】計測手段２０は、図２に示す半導体レーザ
２７から発せられるレーザ光をＩＣチップ１２の表面の
１個所に照射し、この計測手段２０の光位置検知素子３
３が発する電気信号をアンプ３７及びアンプ３８によっ
て増幅してＡ／Ｄ変換回路により変換したデジタル信号
の出力信号のレベルが“０”となるように計測手段２０
を垂直方向（矢印Ｖにて示す）に移動して位置決め固定
する（基準位置４１の設定）。

【００５２】次に、ボンディングアーム２を下降し、レ
ーザ光が照射されたＩＣチップ１２の表面の同一個所に
キャピラリ２ａの先端のボール１９が当接するまでのボ
ンディングアーム２の予め設定した原点位置からの距離
（Ｌ１）をボンディングアーム２の位置を検出するエン
コーダで計数して演算制御手段としてのコントローラユ
ニット１０内のメモリ（ＲＡＭ）内に記憶する。この設
定は、ボンディング対象品種が交換された時一度のみ行
えばよい。

【００５３】以後 キャピラリ２ａから測定対象の表面
４０までの距離（Ｌ）は、計測手段２０からの出力信号
のレベルをＶｄとすると（Ｌ＝Ｌ１＋Ｋ・Ｖｄ）とな
る。但し、Ｋは、計測手段２０からの出力信号のレベル
を距離に変換するための係数である。また、Ｖｄは、測
定対象の表面が図２の基準位置４１よりＢ方向に位置す
る時には＋（プラス）符号を出力し、測定対象の表面が
図２の基準位置よりＡ方向に位置する時には−（マイナ
ス）符号を出力する。

【００５４】図２は、計測手段２０の基準位置４１及び
測定対象の表面４０（図２では表面４０が基準位置４１
に対してＢ方向の場合を示す）でのキャピラリ２ａの先
端のボール１９が当接するまでのボンディングアーム２
の原点位置からの距離（Ｌ１）と計測手段２０からの出
力信号レベルＶｄによる距離（Ｋ・Ｖｄ）とキャピラリ
２ａから測定対象の表面４０までの距離（Ｌ）との関係
を示している。

【００５５】次に、計測手段２０を用いてボンディング
点までの距離の計測方法について述べる。

【００５６】まず、図１及び図１０に示すように、ワイ
ヤボンディング前にＩＣチップ１２を撮像手段としての
カメラ１で撮像し、その撮像信号から画像認識ユニット
８により正規のＩＣチップ１２’の基準の位置から実際
のＩＣチップ１２の位置とのずれ量を求め、実際のＩＣ
チップ１２の位置を検出する（ＩＣチップ位置検出）。

【００５７】また、リード１５側についても同様にカメ
ラ１で撮像し、その撮像信号から画像認識ユニット８に
より正規のリード１５の基準の位置と実際のリード１５
の基準位置とのずれ量を求め、実際のリード１５のボン
ディング位置を検出する（リード位置検出）。

【００５８】また、リード１５の本数が多く、リードの
幅、リード間のピッチが狭い場合は、リードロケイタ
（個々のリード１５を撮像して画像認識ユニット８で各
リード１５のボンディング点の位置を検出する機能）を
使用し個々のリード１５のボンディング位置を検出して
もよい。

【００５９】ボンディング位置等は、Ｘ方向及びＹ方向
に二次元的に移動して位置決めするＸＹテーブル４上の
ＸＹ座標で表している。また、ＸＹテーブル４の移動が
行われる面に対して直交する方向であるボンディングア
ーム２の位置はＺ座標で表している。

【００６０】次に、予め設定されているＩＣチップ１２
上の異なる３点の位置座標をＩＣチップ１２の位置検出
で得られたずれ量から算出して３点の位置座標を求め
る。３点の位置は、ボンディング点であるパッドを選択
してもよい。この３点の座標の検出は、ＩＣチップ１２
の傾きも求めることが可能であるから３点以上求めても
よい。

【００６１】３点の位置座標は、図３に示すように、
Ｘ，Ｙ座標上で（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ
３，Ｙ３）とする。ＩＣチップ１２は、正方形状若しく
は長方形状からなっており、ＩＣチップ１２自体の面等
は高精度な設計がなされている。従って、３点の位置座
標は、距離データの精度を確保するためにＩＣチップ１
２上の四隅のいずれかを指定するのが望ましいが、これ
以外の場所でもよい。

【００６２】次に、ＸＹテーブル４上に搭載された計測
手段２０を（Ｘ１，Ｙ１）の位置座標へ移動させる。Ｘ
Ｙテーブル４を停止後、計測手段２０により位置座標
（Ｘ１，Ｙ１）での測長を行う。

【００６３】計測手段２０からの出力レベルをＶ１とす
ると、キャピラリ２ａの先端のボール１９からＩＣチッ
プ１２上の位置座標（Ｘ１，Ｙ１）までの距離（Ｚ１）
はＺ１＝Ｌ１＋Ｋ・Ｖ１となる。

【００６４】同様に他の２点（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，
Ｙ３）でも測長を行い、それぞれの距離をＺ２、Ｚ３と
する。

【００６５】図３に示すように、３点のＸ，Ｙ，Ｚ座標
上での位置座標はそれぞれ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ
２，Ｙ２，Ｚ２），（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）で示される。

【００６６】ＩＣチップ１２の表面は平面と見なすこと
ができ、３点（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ
２），（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を含む平面の方程式は、下
記の行列式で示される。

【００６７】

【数１】

【００６８】上記行列式を展開し、３点（Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）
のそれぞれの値を代入し平面の１次方程式 ＡＸ＋ＢＹ＋ＣＺ＋Ｄ＝０・・・（２） を得る。但し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは係数である。

【００６９】上記計算は演算制御手段としてのコントロ
ーラユニット１０に内蔵されているマイクロコンピュー
タによつて実行される。

【００７０】次に、第１ボンディング点であるＩＣチッ
プ１２上のパッド１２ａの位置座標をＩＣチップ１２の
ずれ量より算出する。算出されたＸ，Ｙの値を（１）式
に代入してＺの値を求める。

【００７１】Ｘ，Ｙの値はワイヤボンディングを行うパ
ッドの位置座標を、Ｚの値はボンディングアーム２の原
点位置でのキャピラリ２ａの先端のボール１９からパッ
ド１２ａの表面までの距離を表す。

【００７２】ボンディングすべきパッド１２ａのＸＹ位
置座標を（１）式に代入することによりＺの値（Ｚ位置
座標）を求めることができ、全パッド１２ａ上で距離を
測長する必要がない。

【００７３】次に、リード側のボンディング点までの距
離計測について述べる。

【００７４】リード１５の距離測定は、前記リード位置
検出工程でのリード１５のボンディング位置座標にＸＹ
テーブルを移動停止させ、その位置で計測手段２０によ
り測長を行う。

【００７５】ボンディングアーム２の原点位置でのキャ
ピラリ２ａの先端から測定対象であるリードの表面まで
の距離（Ｌ）は、計測手段２０からの出力信号のレベル
をＶｅとすると（Ｌ＝Ｌ１＋Ｋ・Ｖｅ）となる。他のリ
ード１５についても同様にＸＹテーブルの移動、測長を
行い各リード１５（図８，図１０，図１１に図示）の表
面までの距離を演算する。

【００７６】但し、前記Ｌ１は基準位置４１からキャピ
ラリ２ａの先端にボール１９が位置する時の基準位置ま
での距離であり、リード１５のボンディングではキャピ
ラリ２ａの先端はワイヤ１８となる。このためキャピラ
リ２ａの先端からボール１９の先端までの長さ（図４の
ｂ）とキャピラリ２ａ先端からワイヤ１８の表面までの
長さ（図４のｗ）の差（図４のｅ）を前もつてコントロ
ーラユニット１０の記憶手段としてのメモリ（ＲＡＭ）
に設定しておく。

【００７７】この差（図４のｅ）をオフセットデータと
してＬ１に加算し、加算したデータ（Ｌ１＋ｅ）をボン
ディングアーム２の原点位置からの距離（Ｌ１）として
リードボンディング時に使用する。

【００７８】次に、本発明によるワイヤボンディング装
置の動作について説明する。

【００７９】まず、ＸＹテーブル４により第１ボンディ
ング点であるパッド１２ａの直上にキャピラリ２ａを位
置させる。

【００８０】次に、ボンディングアーム２はキャピラリ
２ａの先端からパッド１２ａの表面（パッド１２ａのＺ
位置座標）までの距離に基づき下記の制御を行う。すな
わち、コントローラユニット１０よりボンディングアー
ム２をＺ位置座標まで下降する指令信号が駆動ユニット
１１に発せられ、ボンディングアーム２はＺ位置座標ま
で下降して停止する。この時のボンディングアーム２の
下降速度波形を図５に示す。ボンディングアーム２は高
速で下降し、減速しつつ停止する。ボンディングアーム
２停止時のボール１９がパッド１２ａに当接したときの
状態を図６（ａ）に示す。

【００８１】従来のワイヤボンディング装置ではキャピ
ラリ２ａの先端のボール１９が一定速度（サーチスピー
ドＶｓ）でパッド１２ａに接触するため衝撃力が発生
し、ボール１９の初期変形（図６（ｂ））が起こってい
た。本発明では、キャピラリ２ａの先端のボール１９が
パット１２ａに接触するときの速度はほぼゼロであるた
め、衝撃力の発生がなく、ボール１９の初期変形が発生
しない。換言すると、本発明によるワイヤボンディング
装置は、図２に示すように、計測手段２０によりキャピ
ラリ２ａとボンディング点までの距離Ｌは、正確に求め
ることができるので従来のようにサーチレベルＳの手前
から減速し、サーチレベルＳからサーチスピードＶｓに
する必要はなく、高速から低速に切り換える位置として
のサーチレベルＳを設定すればよい。従って、このサー
チレベルＳは、ボンディング点に接近して設定すること
が可能となる。しかして、本発明による実施例では、図
５に示すように、サーチレベルＳを設定せずに減速しつ
つボンディング点で停止する構成となっている。

【００８２】次に、ボンディングアーム２の停止後ボン
ディングアーム２にボンディング荷重を加えると共に超
音波ホーンに超音波振動を印加する。ボール１９の圧着
径はボンディング荷重、超音波振動（パワー）の大き
さ，印加時間で決まり安定したボンディングが行える。

【００８３】ＩＣチップ１２のパッドへのボンディング
後キャピラリ２ａを所定のループコントロールに従い上
昇させ第２ボンディング点となるリード方向へ移動させ
る。

【００８４】次にキャピラリ２ａを高速で下降し、減速
しつつリード表面（リードＺ位置座標）で停止する。ボ
ンディングアーム２の停止後ボンディング荷重を加える
と共に超音波ホーンに超音波振動を印加しリード１５に
対してワイヤ１８を接続する。このリード側について
も、サーチレベルＳの設定をせず、減速しつつ停止させ
るようになっている。

【００８５】この後キャピラリ２ａを上昇させ、キャピ
ラリ２ａの先端にワイヤ１８を所定の長さまで突出さ
せ、予め設定したキャピラリ２ａの上昇位置でワイヤカ
ットクランプ１４を閉じ、リード１５上のワイヤ１８を
カットして、キャピラリ２ａの先端にワイヤ１８を所定
の長さ（ワイヤフィード量）伸長する。

【００８６】以上説明したように、本発明によるワイヤ
ボンディング装置は、従来のワイヤボンディング装置の
ように荷重印加、超音波振動印加をボンディング点当接
位置の検出後に行う必要がなく、ボンディングアーム２
がボンディング点まで下降し終わった直後にボンディン
グ荷重印加、超音波振動の印加を行うため、ボンディン
グ点での当接位置の検出の遅れ、バラツキに影響され
ず、常に同一条件でボンディングできる。

【００８７】また、ボンディング面までの距離情報によ
り、ボンディング点毎にサーチレベルを設定し、従来の
ワイヤボンディング装置と同様のボンディング動作も可
能である。この時のサーチレベルＳは、前もつてボンデ
ィング面までの距離がわかっているためボンディング面
の近くに設定（例えばボンディング面より４０μｍ位
置）することができるため、ボンディング時間を短縮す
ることができる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるワイ
ヤボンディング装置は、ボンディング実施前に相対移動
が行われる平面に対して直交する方向において所定基準
位置からＩＣチップ及びリードの距離を測定することに
より、各ボンディング点までの距離を演算し、この演算
した距離情報によりボンディングアームの動作を制御す
ることにより、ボンディング点での当接位置の検出が不
要となるため、ボンディング時間の短縮を図ることがで
きる。

【００８９】また、本発明によるワイヤボンディング装
置は、サーチ動作によるボールの初期変形不良、初期変
形のばらつき、当接位置の検出による荷重印加、超音波
振動の印加の遅れに伴うボール圧着径、接合強度の変化
などが発生しないためボンディングの品質の向上を図る
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるワイヤボンディング装置の構成を
示す図である。

【図２】図１に示すワイヤボンディング装置の計測手段
の構成を示す図である。

【図３】計測点となる３点のＸ，Ｙ，Ｚ座標上の位置座
標を示す図である。

【図４】キャピラリの先端からボール先端までの長さ及
びキャピラリの先端からワイヤの表面までの長さを説明
する図である。

【図５】本発明によるボンディングアームの下降速度波
形を示す図である。

【図６】（ａ）は、本発明によるボンディングアームの
停止時のボールがパッドに当接した状態を示し、（ｂ）
は、従来のワイヤボンディング装置のボンディングアー
ムの停止時のボールが、パッドに当接した状態（初期変
形）を示す図である。

【図７】従来のワイヤボンディング装置の構成を示す図
である。

【図８】従来のワイヤボンディング装置におけるツール
ハイト、サーチレベルを示す図である。

【図９】（ａ）は、従来のワイヤボンディング装置のボ
ンディングアームの下降時の速度波形、（ｂ）は、ボン
ディングアームの下降時の軌跡を示す図である。

【図１０】リードフレームに貼着されたＩＣチップの位
置を示し、点線は貼着されるべき正規のＩＣチップの位
置を示す図である。

【図１１】（ａ）乃至（ｄ）はワイヤボンディングの工
程を説明する一部断面を含む図である。

【符号の説明】

Ｌ＼Ｆ リードフレーム １ カメラ（撮像手段） ２ ボンディングアーム ２ａ キャピラリ ４ ＸＹテーブル（位置決め手段） ８ 画像認識ユニット １０ コントローラユニット １１ 駆動ユニット １２ ＩＣチップ １２ａ （ＩＣチップ１２の）パッド １４ ワイヤカットクランプ １５ リード １６ 放電電極 １８ ワイヤ １９ ボール ２０ 計測手段 ２７ 半導体レーザ（発光手段） ２９ 駆動回路 ３３ 光位置検知素子（受光手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被ボンディング部品に対してボンディン
   グを行うボンディング手段と、 前記被ボンディング部品に対して二次元的に相対移動さ
   せて位置決めを行う位置決め手段と、 前記位置決め手段に搭載されてなり少なくとも前記被ボ
   ンディング部品を撮像する撮像手段と、 前記相対移動が行われる平面に対して直交する方向にお
   いて所定基準位置からボンディングステージ上に配置さ
   れた前記被ボンディング部品までの距離情報を得る計測
   手段と、 前記距離情報により前記被ボンディング部品の各ボンデ
   ィング点までの距離を演算し、この演算した前記被ボン
   ディング部品の各ボンディング点までの距離に基づいて
   前記ボンディング手段を制御する演算制御手段とを備え
   たことを特徴とするワイヤボンディング装置。
2. 【請求項２】 前記被ボンディング部品は、ＩＣチップ
   でなり、該ＩＣチップの少なくとも異なる３個所の位置
   の距離情報を前記計測手段により求め、この求められた
   距離情報に基づいて前記演算制御手段により各ボンディ
   ング点までの距離を演算して前記ボンディング手段を制
   御してボンディングを行うことを特徴とする請求項１記
   載のワイヤボンディング装置。
3. 【請求項３】 前記ボンディング手段は、少なくともボ
   ンディングアーム及びキャピラリを有し、前記演算制御
   手段は、各ボンディング点までの距離情報に基づいて前
   記ボンディングアームのボンディング点への当接の制御
   を行うことを特徴とする請求項２記載のワイヤボンディ
   ング装置。
4. 【請求項４】 前記各ボンディング点までの距離情報に
   基づいてサーチレベルを設定し、前記ボンディングアー
   ムの制御を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３
   記載のワイヤボンディング装置。
5. 【請求項５】 前記計測手段は、少なくとも、発光手段
   としての半導体レーザと、半導体レーザを駆動する駆動
   回路と、該半導体レーザから発せられるレーザ光の集束
   等を行う投光レンズと、受光手段としての光位置検知素
   子と、該光位置検知素子への入射光の集束等を行う受光
   レンズと、前記光位置検知素子の出力を増幅するアンプ
   とからなることを特徴とする請求項１記載のワイヤボン
   ディング装置。