JPS5982736A - 半導体装置のワイヤボンデイング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は改良されたワイヤがンディング方法及び装置
に関し、詳しくは第１作業区画で半導体装置の位置を認
識し、第２作業区画に移動させてワイヤポンディングを
行う方式の改良されたワイヤポンディング方法及び装置
に関するものである。

（発明の技術的背景とその問題点） リボンリードフレームの半導体チップ搭載エリヤ、蓋付
セラミックスミ９ツケージのチップ搭載エリヤ或は外部
配線リードが形成された絶縁性基板上のチップ搭載エリ
ヤにグイポンディングされた半導体装置は、ワイヤがン
ディング装置と称される装置によシテッノ表面上の電極
引出部（以下ポンディングパッドと称することもある。

）と外部導出リード部とを細い金属線で相互接続される
。

これらの接続個所は近年極めて密接して配置され、しか
も非常に数が多い。従って僅かなズレがｙｙンディング
位置を狂わせ、短絡、誤配線或はデバイス表面に損傷を
与えるため、これらの位置認識は、電子光学的ツクター
ン認識装置、つまり電子光学的な走査アイにより自動化
されておシ、人間の目による一時代前のワイヤポンディ
ング装置に比べはるかに正確でしかも高速でワイヤポン
ディングを行うことができる。しかし現状の装置は速度
の面で未だ満足するものではない。即ち従来のポンディ
ング方法は、ポンディング作業区画に半導体装置を供給
した後、前記電子光学的パターン認識装置によシ供給さ
れた半導体装置のノ？ターンと、基準パターンとを比較
して半導体装置の位置を認識し、この認識情報に基づい
てデンディング針カ相（５） 互接続個所をポンディングすることによシ行々われる。

かかる方法によると、供給された半導体装置の位置認識
が終了する迄の間９ポンディング針の動作は待機させら
れることにカシ、この待機時間が高速動作を防げる。更
に位置認識を行なっている間に、この視野内から外れた
位置で待機していた前記ポンディング針が光学視野内、
つまシ半導体装置のポンディング開始位置に移動するの
に時間を要す。

もし、第１作業区画で前記認識装置によシ半導体装置の
位置を認識し、第２作業区画の予定ポンディング開始位
置上で待機したポンディング針によシポンディング作業
を行うことが可能であれば。

ワイヤポンディング針の動作開始迄の所要時間は、最初
の１つを除けば、第１作業区画から第２作業区画への移
動時間ですむことになる。つまシ、第１作業区画での位
置認識と、この位置認識情報の転送は、第２作業区画で
のワイヤポンディング中に完了させることができるから
である。

かかる方法は、第１作業区画から第２作業区画（６） への半導体装置の移送に、全く送りズレがないことが前
提条件と々る。しかしながら半導体装置の移送は機械的
移動装置により行々われるため、ワイヤポンディング精
度（例えば０．０１５１＋ｔｍ）よシはるかに大きい距
離の送りズレが生じてし１い、第１作業区画での位置認
識情報は役に立たず、第２作業区画での位置再認識を必
要とする結果、ワイヤデンディング時間の短縮は多くの
場合思った程には計れない。

（発明の目的） この発明の目的は、従来のワイヤポンディング方法に、
ある種の工夫を施こしてスピードアップをはかった半導
体のワイヤデンディング方法とその装置を提供するにあ
る。

以下２本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

（発明の実施例） 第１Ａ図乃至第１Ｃ図はこの発明のワイヤポンディング
方法及び装置に用いられる加工品の数例を示す平面図、
・第２図はこの発明のワイヤボンデインク方法及び装置
を説明する一実施例図、第３図はこの発明の第２の実施
例図である。第１Ａ図において、りがンフレーム或はリ
ードフレームと呼ばれる金属薄板１には、ダイスボンド
と呼ばれる工程でこの薄板ノのほぼ中央に位置したエリ
ヤに半導体チップ２が搭載され、後述する本発明のワイ
ヤデンディング方法及び装置によシ、半導体チップ表面
の複数の電極（通常ポンディングパッドと呼ばれる）の
各々と、前記半導体チップ搭載エリヤ近傍に集中した外
部リード３の自由端の俗名とが細い金属線で接続される
。なお、省略されたＸ軸方向には、一点鎖線で囲まれた
パターンが１０乃至２０連続して設けられている。なお
、符号４はインデックス穴である。

第１Ｂ図はチップ・オン・ボード（ＣＯＢ）ト呼ハれる
もので、絶縁性基板４ａの主表面に外部ＩＪ−ドを成す
導電器５が形成され、この基板のほぼ中央に半導体チッ
プ２が搭載されたものであり、第１Ａ図にて説明した様
に半導体チップのポンディングパッドと外部リードを成
す導電路とが金属細線で接続されるものである。第１Ｃ
図も又、本発明方法に供されるものでセラミック型・ク
ツケージ６のほぼ中央の窪みにグイプントされた半導体
チッ７″２を有する加工品の平面図である。

次に、本発明の一実施例である第２図について説明する
と、１１はターンテーブルであって図示しない駆動装置
により定められた回転角（本実施例では９０°）だけ回
転しては静止するといった間歇駆動される。従ってター
ンテーブル１１は４つの作業区画に分割される。第１の
作業区画は符号イで示され第１Ａ図に図示した加工品を
固定治具（以下トレイと称することもある。）１２に供
給する作業区画であシ、加工品供給装置ＩＪがターンテ
ーブル１１の第１停止位置の周縁部に設置されている。

加工品供給装置１３は先端に電磁石を有するアーム１４
を持ち、コパールよシ成る磁性金属薄板Ｊ（第１Ａ図参
照）を１枚づつ前記固定治具１２の位置割出しビン１６
に装填する様にして供給する。第２作業区画は符号口で
示され、供給された加工品、っまシリードフレーム１の
半導（９） 体チップ搭載エリヤにダイポンドされた半導体チップ２
のデンディングパッドとリードフレーム１の外部リード
、即ちワイヤデンディング相互位置を基準位置から割出
して認識する位置認識作業区画であシ、この位置認識を
行う認識装置１６が、ターンテーブル１１の第２停止位
置周縁部に設置されている。該位置認識装置１６は、Ｘ
−Ｙテーブル１７上に設置された走査アイ１８（以下テ
レビカメラと称すこともある。）を有し、この走査アイ
１８はトレイ１２上に搭載された複数の半導体チップ２
を光学視野内に写し出せるように前記トレイ１２上方に
位置し且つ該トレイ１２上を二次元的に移動して、複数
の半導体チップ２のワイヤポンディング相互位置を認識
しうる様に設置されている。第３の作業区画は符号ハで
示され、トレイ１２と共に移送される複数の半導体チッ
プ２Ｖｃ対してワイヤボンディングを行うポンディング
作業区画であって、ワイヤデンディング装置Ｊ　９　カ
、前記ターンテーブル１ノの第３停止位置周縁部に設置
されている。この目的のために用いられるワ（１０） イヤがンディング装置１９は、公知のポールボンダ或は
ネールへラドポンダと呼ばれる装置で、全線の先端部に
熱を加えることによって形成されたボールを、ボンディ
ング位置に圧接することによりワイヤプントを行い得る
。このワイヤぎンディング装置１９はトレイ１２上に搭
載された半導体チッｆ２の全てをリードフレーム１の外
部リード３とワイヤボンディングする為に、Ｘ−Ｙテー
ブル２０上に設置されたヘッド２ノを有する。このワイ
ヤデンディング作業は前記第２作業区画で認識された？
ンディング相互位置認識情報に後述する位置補正情報を
加味したボンディング位置情報に基づいて行われる。上
記位置補正情報はこの第３作業区画・・に設置された位
置認識確認装置２２の走査アイ２３により発せられる。

この位置認識確認装置２２は、前記ターンテーブル１１
が第２作業区画の停止位置から第２作業区画の停止位置
に設定された角度の回転が実行されたか否かをチェック
するものであって、第２作業区画でのトレイ１２上の移
動基準位置情報を受けて前記トレイ１２の移動過不足を
検出するためにテレビカメラ２３が前記トレイ１２或は
このトレイ１２上の半導体チップ２を光学視野内に写し
出せる様に、トレイ１２上方に位置し、Ｘ−Ｙテーブル
２４上に設置される。又、この位置認識確認装置２２．
前記位置認識装置１６及びワイヤボンディング装置１９
は図示しないケーブルによ多接続されて、第２作業区画
でのボンディング相互位置認識情報をワイヤボンディン
グ装置１９及び位置認識確認袋＃２２に公知の方法によ
シ転送し、この位置認識装置１６でのワイヤボンディン
グ相互位置情報にターンテーブル１１の移動量過不足情
報を加味して、所要の位置にワイヤプントを行うもので
ある。

第４作業区画は符号二で示され、ワイヤがンディングの
終了したリードフレーム１を排出する作業区画であって
、前記加工品供給装置１３と同様に先端に電磁石を有す
るアーム２５を持ち、リードフレーム１を磁気吸引して
取シ出す加工品排出装置２６が設置されている。この加
工品排出装置２６及び加工品供給装置１３は、加工品が
第１Ｂ図或は第１Ｃ図に示される様な磁性材をベース部
材とするものでない場合には、各アーム１４゜２５０先
端を電磁石に変え、複数の加工品を一度に把持するよう
にして吊上げる機構にすれば良い。

従って加工品は第３図に示すような治具２ｚの窪み２８
に加工品を並べて、穴２９を前記固定治具１２の位置割
出しピン１５に装填すれば良い。

さて第２図に示した本発明装置の動作説明を兼ねて本発
明方法を説明する。加工品供給装置１３は加工品、即ち
リードフレーム１を第１作業区画イに停止したトレイ１
２にセットする。該トレイノ２にはリードフレーム１の
位置割出し用インデックス穴４と係合する位置割出しピ
ン１５を設置しておくと便利である。又、このトレイ１
２は第２図では示されてないがリードフレーム１を固定
する押え具が、このフレーム１０周辺部分を押え。

トレイ１２の移動によシ動かないようにしている。

勿論この押え具はフレーム１がセットされた後、動作す
る事は言うまでもない。前記押え具のこの様な動作は第
２作業区画で？ンディング相互位置（１３） の認識を開始するまでに完了すれば良い。第１作業区画
での加工品供給作業が終了するとターンテーブル１ノは
第１の停止点から第２の停止点へとトレイ１２を移送す
る。ターンテーブル１ノは４つの作業区画に分割されて
いるから各停止点位置は９０°、　１８００．２７０’
及び３６ｏ０（ｏｏ）の位置に設定しである。つまシタ
ーンテーブル１１の軸が第１停止点から９０°角回転し
た位置である第２作業区画口の停止点（第２停止点）で
停止する。トレイ１２上に搭載された複数の半導体チッ
プが第２作業区画口に移送され図示しない押え具によっ
てリードフレームｌがトレイ１２に固定されると１位置
認識装置１６の走査アイ１８はトレイ１２上の各半導体
チップ２のポンディングパッドの座標と各外部リード３
のボンディングすべき位置の座標とをそれぞれ認識し１
、図示しないレジスタに順次位置認識情報として格納す
る。又走査アイ１８は同時に前記トレイ１２上の任意の
位置に予め定めた移動基準位置座標を認識し、この認識
情報も前記レジスタに格納する。前記移動基準位置は複
数（１４） のワイヤがンディング位置認識座標の１つを用いても良
いが、通常ワイヤがンディング・フッドは同じ様なパタ
ーンを成しているためダイボンドの位置が大巾にずれた
場合誤認しやすいからさけた方が良い。多数のワイヤデ
ンディング位置の走査アイ１８による認識はこの認識装
置の測定系の測定基点からのＸ及びＹ軸の距離を座標と
して割出すことにより認識すれば良い。従って移動基準
位置の認識及び各ポンディング相互位置の認識はいずれ
を先にしなければならないといった限定はない。

しかしながら後述するワイヤがンディング装置のワイヤ
ポンド順序は、定められた順序に従って行なわれる様に
企画されているので、その順序に従って認識するとレジ
スタからの出力はそのままワイヤデンディング情報とし
て用いることができる。

テレビカメラ１８での各半導体チップのポンディング相
互位置と移動基準位置認識は、光学視野内のポンディン
グ・母ターンを、これと同一の基準・ぐ゛ターンと比較
して、合致点のＸ座標及びＸ座標として得ることができ
る。トレイ１２上のすべてのデンディング位置座標を連
続して認識し、複数のＸ座標信号及びＸ座標信号を図示
しない周知のレジスタに格納し終ると、ターンテーブル
１１は更に９０°角回転し第３作業区画ハの停止点（第
３停止点）へ前記トレイ１２上の半導体チップ２が移送
する。ここで複数の半導体チップ２はトレイ１２毎移送
されるので各半導体チップ２のボンディングＡツドと外
部リード３とのポンディング相互位置は、変化し々い事
に注目されたい。唯一の位置変化はターンテーブル１１
が設定した回転角で回転せずに過不足を生じて、移動基
準位置が予定移動位置に停止（到来）せずにズレること
である。

従ってとのズレを検出して、第２作業区画口で認識した
各ポンディング相互位置のＸ及びＸ座標信号を補正すれ
ば良いことになる。従って第３作業区画ハで停止したタ
ーンテーブル１１上の各半導体チップ２と外部リード３
とをワイヤデンディング装置１９でワイヤがンドするに
先立ち１位置認識確認装置２２が移動基準位置の予定到
来位置に対する実際の位置を認識し、誤差信号（以下補
正信号と称すこともある。）を発生する。この誤差信号
は回転の過不足によって生ずるものであるからΔθを求
め、とのΔθを誤差として補正すれば良い。

これを第４図を用いて説明すると、第２作業区画口で認
識されたトレイ１２上の任意の移動基準位置がθ回転し
た時の移動後の予定到来位置Ｐ点の座標をｘＰ、ｙＰと
し、同様に第２作業区画口で認識された半導体チップの
各ホンディングミ４ツド及び各外部リードの認識位置（
複数点）が同じくθ回転した時のこれらの移動後の予定
到来（静止）位置９１点・・・Ｑｎ点の座標をそれぞれ
ｘＱｌ＋　３’Ｑｌ　−ｘＱｎ、ｙＱｎとし、更に前記
ターンテーブル１１が回転をして第３作業区画ハで停止
し、前記位置認識確認装置２２が前記移動基準位置の実
際の位置、つまりΔθだけずれた位置Ｐ′点の座標ｘＰ
’　＋　ｙＰ’のみ認識すれば１次式（１）により回転
ずれ角Δθが求められる。

Δθ＝ｔａｎ−１ｙｐ　　　−１ポ・・・・・・・・・
（１）ａｎ ｘＰ　　　　　ｘＰ　’ 従ってとのΔθを次式（２）及び（３）にそれぞれ代入
することによって、各半導体チップのゾンデイングツ＋
ツド及び各外部リードの第３作業区画ハに於け（１７） る実際の停止位置、つまり移動後の位置Ｑ１′・・・Ｑ
ｄ点の座標ＸＱＩ’　ｌ　ｙＱｔ’　−ｘＱｒ／　＋　
ｙＱｎ’を求めることができる。

ｘＱ１’＝　ＸＱ＋　ｅ０８Δθ−ｙＱｔ　ｓｉｎΔθ
　・・・・・・（２）ｙＱｘ’　＝　ｙＱｔ　ｃｏｓΔ
θ−ＸＱ１ｓｉｎΔθ　・・・・・・（３）ｘＱイーｘ
Ｑｎ　　ｃｏｓ　　Δθ　−ｙＱｎ　ｓｉｎ　Δθ　　
−・・…（２）ｙＱｎ’　＝、ｙＱｎ　ｃｏｓΔθ−ｘ
Ｑｎ　ｓｉｎΔθ　−・−・−（３）この様に第３の作
業区画ハの位置認識確認装置２２によシ誤差が検出され
ると、第２の作業区画口で認識され、レジスタに格納さ
れた複数のＸ座標信号及びＸ座標信号よシなるボンディ
ング相互位置認識情報には、位置補正情報が加味されポ
ンディング位置情報としてデンディンダ装置１９に送ら
れて、このがンディング装置Ｉ９が、所要のワイヤデン
ディングを行う。トレイ１２上に搭載された複数の半導
体チップ２の全てに対してワイヤボンディングが終了す
ると、ターンテーブル１１は第３の停止点から第４の停
止点へと９００角回転して、第４作業区画二へトレイ１
２を運ぶ。

この第４作業区画二は排出作業区画であって、加（１８
） １品排出装置２６によシ加工品をトレイ１２から排出し
、トレイ１２を空にして第１作業区画イでの加工品供給
に備える。この加工品排出装置２６は加工品即ちリード
フレーム１をトレイ１２から取シ除くために、前述した
加工品供給装置１３と同様に先端に電磁石を有するアー
ム２５がリードフレーム１を磁気吸引して排出する。こ
れらのアーム１４及び２５は、例えばトレイ１２上のＩ
Ｊ−ドフレーム１を排出ｆるためにエレベーション機構
により上下動し、更に弧を描く様に回転して図示しない
バスケットにワイヤがンドが終了したリードフレーム１
を格納、又はバスケットからワイヤボンドをしようとす
るリードフレームを取出すべく動作する。

（発明の効果） 以上詳細に説明した様に本発明方法及び装置によれば以
下に記す大巾なワイヤボンディング時間の短縮が図れる
。即ち２例えば１４ピンのモールド形集積回路装置に対
する従来の自動ワイヤポンディング装置の総ワイヤポン
ディング時間は、位置再認識装置の再認識時間、該装置
の作業エリヤからの退去時間及びワイヤボンディングヘ
ッドの作業エリヤへの到達時間が０．２５　ｓｅｃ　、
位置認識装置からワイヤポンディング装置までの移送時
間が０．３ｓｅｃ、ワイヤボンディング時間が０．２５
ｓｅｃ／１本であるから１４ビンでは３．５ｓｅｃとな
シ全作業時間は都合４．０５ｓｅｃである。従って前記
集積回路装置の１０個のワイヤボンディング総所要時間
は４０．５　ｓｅｃである。

−力木発明に於てはトレイ上に前記集積回路チップを１
０個載置すれば、１個当シのワイヤボンディング総所要
時間は３．５５５　ｓｅｃと橙る。つ４９１０個まとめ
て移送する訳であるから移送時間は１個当り１／１０と
なシ、更に再認識時間も同じく１／１０となる。従って
１個当シ約１割強の時間短縮が図れる。周知の様に当分
野に於ては汎用性の高い集積回路装置、例えば６４にビ
ットランダム・アクセス・メモリなどは月産何百万個と
いう規模で生産されるため、この時間短縮は極めて顕著
であシ大きな利益を生むものである。

更に特筆すべき大きな利益は、収率の高い製造方法であ
る。即ち、従来のワイヤポンディング装置に於けるモー
ルド形集積回路装置の製造方法は、リードフレームのイ
ンデックス穴に送シ爪を挿入してレール上を引きするた
め、ワイヤデンディング後のリードフレームに局部的な
曲がシが発生することがしばしば起る。この曲がシによ
る不利益は近接する外部リード相互の短縮或は、断線を
生ずる。又フレームの外形が変形し自動機の動作が停止
してしまうことすらある。この様々トラブルは半導体集
積回路の収率を著しく低下させると共にワイヤポンディ
ング装置の稼動率をも低下させる最も好ましくないこと
である。しかし本発明の方法によればリードフレームを
引きするという工程を有しないため、上述の如き不都合
は発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図は本発明のワイヤがン
ディング方法に供される加工品の平面図。 第２図は本発明の一実施例のワイヤポンディング（２１
） 装置の概略平面図、第３図は第１Ｃ図に示した加工品を
複数載置する治具の斜視図、第４図は本発明装置に於け
るターンテーブルの回転ズレによる誤差を検出して補正
する方法の説明図である。 １・・・リードフレーム、２・・・半導体チップ、１１
・・・ターンテーブル、１２・・・固定治具（トレイ）
、１３・・・加工品供給装置、１６・・・位置認識装置
、１８．２３・・・走査アイ、１９・・・ワイヤポンデ
ィング装置、２２・・・位置認識確認装置、２６・・・
加工品排出装置。 （２２） 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和５７年　特　許　願第　１９２５４０号２、発明の
名称 半導体装置のワイヤホンディング方法及び装置３、補正
をする者 事件との関係　　　　　　特　許　出　願　人住　所（
〒１０５）　　東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号住　
所（〒１０５）　　東京都港区虎ノ門１丁目７査１２号
６、補正の内容　　別紙のとおり補正する６　補正の内
容 （１）　　明細書第１８頁第５行目と第７行目の式（３
）を各々次のとおシ補正する。 ｙＱ＋’″ｙＱｔｃｏｓΔθ＋ＸＱ＋ｓｉｎΔθ　　−
（３）ｙＱｎ’　−ｙＱｎ００ｓΔθ＋ＸＱｎｓｉｎΔ
θ　−（３）（２）同書第２１頁第１２行目に「稼動率
」とあるのを「稼動率」と補正する。 （２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　半導体装置のデンディングパッドと外部リー
   ドとを細い金属線により相互接続するワイヤデンディン
   グ方法において、 （ａ）　　前記半導体装置をトレイ上に複数個配置し、
   このトレイを第１作業区画に移送する工程と。 （ｂ）　　前記トレイ上の各半導体装置の相互位置を固
   定させ、基準位置からの各半導体装置のワイヤポンディ
   ング位置を認識すると共に移動基準位置を設定する工程
   と。 （ｃ）前記第１作業区画から第２作業区画に前記トレイ
   を移送するために第２作業区画での停止位置を設定する
   工程と。 （ｄ）　　前記基準位置からの各半導体装置のワイヤポ
   ンディング位置認識及び移動基準位置の設定が終了した
   後、前記停止位置設定情報に基づいて前記トレイを第１
   作業区画から第２作業区画に移送させる工程と。 （、）　　前記停止位置設定情報と前記移動基準位置設
   定情報とを関連すけ、第２作業区画における前記トレイ
   上の移動基準位置の予定停止位置に対する実際の位置を
   調べ、前記トレイの移送過不足を検出する工程と。 （ｆ）　　前記トレイの移送過不足検出データに基づい
   て前記第１作業区画での各半導体装置のワイヤデンディ
   ング位置認識データを補正し、この補正されたデータに
   基づいて各半導体装置に所要のワイヤがンディングを行
   う工程とを含む事を特徴とする半導体装置のワイヤデン
   ディング方法。
2. （２）半導体装置のポンディングパッドと外部リードと
   を細い金属線によシ相互接続するワイヤポンディング装
   置において、 （、）　　前記半導体装置を複数個載置し該半導体装置
   の相互位置を固定するトレイと。 （ｂ）　　複数の作業区画に均等分区されたターンテー
   ブルの周縁部上にそれぞれ設置された前記トレイと。 （ｃ）前記ターンテーブルを前記作業区画毎に移動し停
   止させる間歇駆動装置と。 （ｄ）　　前記ターンテーブルが停止する前記作業区画
   の第１作業区画周縁部に設置された半導体装置を供給す
   る加工品供給装置と。 （ｅ）　　前記作業区画の第２作業区画周縁部に位置さ
   れ、この第２作業区画に停止する前記トレイ上の各半導
   体装置を視野内に写せるように設置され、測定系の基準
   位置からの各半導体装置のワイヤポンディング位置を認
   識し、認識信号を発生させ且つ、移動基準位置を設定し
   、設定信号を発生する位置認識装置と。 （ｆ）　　前記作業区画の第３作業区画周縁部に配置さ
   れ、この第３作業区画に停止する前記トレイ上の各半導
   体装置を視野内に写せるよう前記トレイ上方に位置し且
   つ測定系の測定基点を前記位置認識装置の測定基点と関
   連づけて前記移動基準位置の予定到来位置に対するズレ
   が検出できる様に配置された位置認識確認装置と。 （ｇ）　　前記位置認識装置によって認識された認識信
   号を前記位置認識確認装置から発せられる誤差信号に対
   応して二次元的に補正し、半導体装置に所要のワイヤポ
   ンディングを行うワイヤポンディング装置と。 （ｈ）　　前記作業区画の第４作業区画周縁部に配置さ
   れ、この第４作業区画に移送されたワイヤーボンドが終
   了した加工品を排出する加工品排出装置とを有するワイ
   ヤがンディング装置。