JPS61290731A - ワイヤボンデイング装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、ボンディング技術、特に半導体装置の組立に
おけるワイヤボンディング工程に適用して有効な技術に
関する。

［背景技術］ 半導体装置の組立においては、所定の半導体集積回路が
形成されたペレットとリードフレームとを電気的に接続
するため、たとえばアルミニウム（ＡＩ）などからなる
ボンディングワイヤの両端部をボンディングツールであ
るウェッジによってペレットのポンディングパッドおよ
びリードフレ−ムのボンディング部位に順次それぞれ所
定のボンディング荷重で押圧しつつ超音波振動を印加し
て圧着させ、ペレットのポンディングパッドとリードフ
レームとの間の電気的な接続を達成することが考えられ
る。

この場合、ウェッジに対するボンディングワイヤの供給
やボンディング完了後のボンディングワイヤの切断のた
め、ボンディングワイヤが挿通されるワイヤクランパを
、ボンディングワイヤの軸方向にウェッジと独立に変位
させることが考えられるが、ワイヤクランパを変位させ
る機構が複雑となってボンディングヘッドの軽量化を妨
げ、ワイヤボンディングの高速化の障害となってワイヤ
ボンディング工程の生産性を低下させることを本発明者
は見いだした。

なお、ワイヤボンディング技術について説明されている
文献としては、株式会社工業調査会、１９８２年１１月
１５日発行「電子材料Ｊ　１９８２年１１月号別冊、Ｐ
１６３〜Ｐ１６８がある。

［発明の目的コ 本発明の目的は、生産性の良好なワイヤボンディング技
術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、つぎの通りである。

すなわち、導体からなるボンディングワイヤによって第
１の位置と第２の位置との間の電気的な接続を達成する
ワイヤボンディング装置で、第１の位置に続く第２の位
置におけるボンディング後、ボンディングツールおよび
ワイヤクランパが前記第２の位置から所定の距離だけ変
位され、ボンディングワイヤが所定の長さだけ繰り出さ
れた位置でワイヤクランパによるボンディングワイヤの
拘束が行われ、ボンディングツールとともにさらに変位
されるワイヤクランパによってボンディングワイヤが引
き切られるように構成することによって、ワイヤクラン
パのボンディングアームの繰り出し方向におけるボンデ
ィングツールと独立な変位動作を行わせるための特別な
機構を不用にして、ボンディングヘッドの機構の簡単化
、軽量化を実現し、高速なワイヤポンディングを可能に
してワイヤポンディングにおける生産性を向上させたも
のである。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置の略断面図であり、第２図（ａｌ〜（ｃｌは、そのボ
ンディング動作の一部を順に説明する図である。

第１図において、水平面内において移動自在なＸＹテー
ブルｌの上には、ボンディングヘッド２が設けられ、こ
のボンディングヘッド２の内部には、上下動ブロック３
が垂直方向に設けられた案内軸４によって昇降自在に構
成されている。

そして、前記上下動ブロック３の側面部には、ボンディ
ングヘッド２の側に固定されたサーボモータ５の回転運
動を上下方向の直線運動に変換するボールねし機構６が
装着され、サーボモータ５の所定の方向への所定量の回
転によって上下動ブロック３は所定の距離だけ上下方向
に移動される構造とされている。

さらに、上下動ブロック３の内部には、上下動ブロック
３に水平に固定された回転軸７を回転中心として鉛直平
面内において回動自在なボンディングアーム８が設けら
れている。

前記ボンディングアーム８の一端は、上下動ブロック３
に固定されるボイスコイルモータ９によって上方に付勢
され、回転軸７を中心として反時計回りの回動力が作用
されるように構成され、ボンディングアーム８の一端を
介してボイスコイルモータ９に対向する位置において、
上下動ブロック３に固定されて設けられたストッパ１０
に当接されている。

さらにボンディングアーム８の他端側には、超音波発振
部１１に接続されるホーン１２が設けられ、このホーン
１２の上下動ブロック３の外部に延長された先端部には
ウェッジ１３がほぼ垂直に固定されている。

そして、前記上下動ブロック３の上下動によってホーン
１２の先端部に固定されたウェッジ１３の昇降動作が行
われるとともに、ウニ・２ジ１３がボンディング部に着
地される際には、ボンディング部からウェッジ１３に作
用される反力によって、ホーン１２が固定されるボンデ
ィングアーム８に作用される前記ボイスコイルモータ９
の付勢力に抗してボンディングアーム８が時計回りにわ
ずかに回動され、ボイスコイルモータ９の付勢力に応じ
たボンディング荷重がウェッジ１３に作用されるもので
ある。

この場合、ウェッジ１３のボンディング部位に対する着
地や離脱などによって発生されるボンディングアーム８
のわずかな回動動作は、ボンディングアーム８のボイス
コイルモータ９例の端部に設けられ、上下動ブロック３
に固定されてボンディングアーム８の回動量をボンディ
ングアーム８に対して非接触に検知する非接触センサ機
構１４によって検知され、上下動ブロック３を昇降動作
させるサーボモータ５を制御する数値制［！構（図示せ
ず）などにウェッジ１３の着地や離脱などの時期が帰還
されることによって上下動ブロック３の昇降動作、すな
わちウェッジ１３の上下方向の変位が正確に制御される
ものである。

さらに、上下動ブロック３には、ワイヤクランパ１５が
固定され、先端部がウェッジ１３の近傍に位置されるよ
うに構成されている。

そして、スプール１６から繰り出されるアルミニウムな
どからなるボンディングワイヤ１７はホーン１２の一部
を貫通された後にワイヤクランパ１５に挿通されてウェ
ッジ１３の下端部に供給され、所定の時期にワイヤクラ
ンパ１５がボンディングワイヤ１７を挟持することによ
ってボンディングワイヤ１７の繰り出し方向への移動が
拘束され、ボンディングワイヤ１７のスプール１６から
の繰り出しが停止される構造とされている。

ウェッジ１３の下端部は、セットされるボンディングワ
イヤ１７の側面がウェッジ１３の下端面に露出されるよ
うに構成されており、ウェッジ１３の下端面に露出され
たボンディングワイヤ１７の側面がウェッジ１３によっ
て所定のボンディング部位に上方から押圧されつつホー
ン１２を介して超音波振動が印加され、ボンディングワ
イヤ１７の側面が所定のボンディング部位に圧着される
ものである。

さらに、ホーン１２の先端部に固定されたウェッジ１３
の下方には、水平面内において回転自在なθテーブル１
８が設けられ、このθテーブル１８の上にはペレット１
９が中央部にマウントされたリードフレーム２０が載置
され、θテーブル１８とともに所定の時期に回動される
ように構成されている。

そして、ＸＹテーブル１による水平方向の変位および上
下動ブロック３による上下方向の変位を組み合わせるこ
とによってホーン１２を介してボンディングアーム８に
固定されるウェッジ１３の所定のボンディング動作を実
現し、一対のペレット１９のポンディングパッド（第１
の位置）とリードフレーム２０のボンディング部位（第
２の位置）間のボンディングワイヤ１７によるボンディ
ングが行われる毎に、リードフレーム２０が載置される
θテーブル１８は所定の角度だけ回動されてボンディン
グ動作が継続されるものである。

以下、本実施例の作用について説明する。

はじめに、ＸＹテーブル１を適宜移動させることによっ
てウェッジ１３の下端部はペレット１９の所定のポンデ
ィングパッドの直上に位置決めされる。

この時、ウェッジ１３の下端部には、ボンディングワイ
ヤ１７の先端部がウェッジ１３の下端部側面からほぼ水
平方向に所定の長さだけ突出されるようにセットされ、
ワイヤクランパ１５によってボンディングワイヤ１７の
繰り出しは停止された状態にある。

次に、上下動ブロック３は下方に移動され、ウェッジ１
３は降下されてペレット１９のポンディングパッドに着
地され、ウェッジ１３はポンディングパッドからの反力
によってボイスコイルモータ９に付勢力に抗してボンデ
ィングアーム８をわずかに回動させ、ボンディングアー
ム８の回動が非接触センサ１４によって検知され、上下
動ブロック３を駆動するサーボモータ５の回転が停止さ
れ、上下動ブロック３の降下動作、すなわちウェッジ１
３の降下動作が停止される。

そして、ウェッジ１３の下端面に露出されたボンディン
グワイヤ１７の先端部側面はベレット１９のポンディン
グパッドに、ボイスコイルモータ９の付勢力に応じた所
定のボンディング荷重で押圧されつつホーン１２を介し
て超音波振動が印加されてボンディングワイヤ１７の先
端部側面はベレット１９のポンディングパッドに圧着さ
れる。

次に、ワイヤクランパ１５が開放され、ボンディングワ
イヤ１７の繰り出しが可能にされた後、上下動ブロック
３が上昇されるとともにＸＹテーブルｌの水平方向の移
動によってウェッジ１３はボンディングワイヤ１７を繰
り出しつつリードフレーム２０のボンディング部位の直
上に移動されたのち上下動ブロック３は再び下方に移動
され、ウェッジ１３は降下されてボンディング部位に着
地される。

この時、ボンディング部位からの反力によってウェッジ
１３はボンディングアーム８をボイスコイル９の付勢力
に抗してわずかに回動させ、このボンディングアーム８
の回動が非接触センサ１４によって検知され、サーボモ
ータ５の回転が停止されて上下動ブロック３の降下動作
、すなわちウェッジ１３の降下動作が停止される。

そして、ウェッジ１３の下端面に露出されたボンディン
グワイヤ１７の側面がボイスコイルモータ９の付勢力に
応じた所定のボンディング荷重でリードフレーム２０の
ボンディング部位に押圧され、ホーン１２を介して超音
波振動が印加されて圧着される。

この時の状態を示したのが第２図（ａｌである。

この場合、上下動ブロック３の上昇動作およびＸＹテー
ブル１の水平方向の移動によって、上下動ブロック３と
ともに昇降されるウェッジ１３およびワイヤクランパ１
５は、ボンディングワイヤ１７を操り出しつつリードフ
レーム１５のボンディング部位から遠ざかる方向に所定
の距離だけ変位され、同図（ｂｌに示される位置で一端
停止される。

この図（ｂｌに示されるウェッジ１３およびワイヤクラ
ンパ１５の停止位置とリードフレーム２０の前記ボンデ
ィング位置との距離、すなわちボンディングワイヤ１７
の繰り出し量は、ＸＹテーブル１の水平方向の移動量、
および非接触センサ１４によって検知される、ウェッジ
１３がボンディング部位から離脱される際にボイスコイ
ルモータ９の付勢力によってストッパ１０に当接される
位置までボンディングアーム８が復帰される時点がらの
上下動ブロック３の上昇量によって正確に把握され、精
密に制御可能なものである。

そして、同図（ｂｌのときにワイヤクランパ１５によっ
てボンディングワイヤ１７は拘束され、ウェッジ１３お
よびワイヤクランパ１５はリードフレーム２０上のボン
ディング部位からさらに遠ざかる方向に所定の距離だけ
再び変位され、ワイヤクランパ１５によって繰り出しが
停止されたボンディングワイヤ１７は、リードフレーム
２０のボンディング部位の近傍で引き切られ、同図（Ｃ
１の状態となって一対のベレット１９のボンディングパ
ッドとリードフレーム２０のボンディング部位との間の
ワイヤボンディングが完結される。

同時にウェッジ１３の下端部においては、ボンディング
ワイヤ１７の先端部が所定の長さ、すなわち前記図中）
においてウェッジ１３からリードフレーム２０上のボン
ディング部位まで繰り出されたボンディングワイヤ１７
の長さだけウェッジ１３の下端部からほぼ水平方向に突
出されてセットされ、次のボンディング動作の準備が完
了された状態にされる。

このため、ボンディングワイヤ１７の先端部を所定量だ
けウェッジ１３に対して繰り出したり、ボンディングワ
イヤ１７を引き切るなどの目的でワイヤクランパ１５を
ボンディングワイヤ１７の繰り出し方向にウェッジ１３
に対して相対的に往復変位させるための特別な機構が不
用となり、ボンディングヘッド２の機構の簡単化、軽量
化が可能となる。

この結果、ボンディングベッド２を高速に駆動すること
が可能となり、ワイヤボンディング装置の動作の高速化
が達成される。

次に、θテーブル１８は所定の角度だけ回動され、上記
の一連のボンディング動作が繰り返されて、ペレット１
９のポンディングパッドとリードフレーム２０のボンデ
ィング部位がボンディングワイヤ１７によってボンディ
ングされ、電気的に接続される。

［効果］ （１）、導体からなるボンディングワイヤによって第１
の位置と第２の位置との間の電気的な接続を行うワイヤ
ボンディング装置で、第１の位置に続く第２の位置にお
けるボンディング後、ボンディングツールおよびワイヤ
クランパが前記第２の位置から所定の距離だけ変位され
、ボンディングワイヤが所定の長さだけ繰り出された位
置でワイヤクランパによるボンディングワイヤの拘束が
行われ、ボンディングツールとともにさらに変位される
ワイヤクランパによってボンディングワイヤが引き切ら
れるように構成されているため、ボンディングワイヤの
先端部を所定量だけボンディングツール側に繰り出した
り、ボンディングワイヤを切断させたりするなどの目的
でワイヤクランパをボンディングワイヤの繰り出し方向
にボンディングツール対して相対的に往復変位させるた
めの特別な機構が不用となり、ワイヤボンディング装置
の機構の簡単化、軽量化が可能となる。

（２）、前記＋１１の結果、ボンディングツールおよび
ワイヤクランパなどが装着されるボンディングヘッドの
機構の簡単化および軽量化が実現され、迅速なボンディ
ング動作が可能となる。

（３）６前記−（１）の結果、ワイヤボンディング装置
の製造コストが低減される。

＋４１．＄記ｔ２１．　（３）の結果、ワイヤボンディ
ング工程の生産性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、ボンディング時にウェッジに超音波を印加し
ない熱圧着によるボンディングであってもよい。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその前景となった利用分野である半導体装置の組立に
おけるワイヤボンディング技術に適用した場合について
説明したが、それに限定されるものではなく、ボンディ
ングワイヤによって電気的な接続を行うことが必要とさ
れる技術に広く通用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるワイヤボンディング装
置の断面図、 第２図＋ａ）〜（Ｃ１は、本発明の一実施例であるワイ
ヤボンディング装置のボンディング動作の一部を順に説
明する図である。 １・・・ＸＹテーブル、２・・・ボンディングヘッド、
３・・・上下動ブロック、４・・・案内軸、５・・・サ
ーボモータ、６・・・ボールねじ機構、７・・・回転軸
、８・・・ボンディングアーム、９・・・ボイスコイル
モータ、１０・・・ストッパ、１１・・・超音波発振部
、１２・・・ホーン、１３・・・ウェッジ（ボンディン
グツール）、１４・・・非接触センサ、１５・・・ワイ
ヤクランパ、１６・・・スプール、１７・・・ボンディ
ングワイヤ、１８・・・θテーブル、１９・・・ベレッ
ト（第１の位置）、２０・・・リードフレーム（第２の
位置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導体からなるボンディングワイヤによって第１の位
   置と第２の位置との間の電気的な接続を行うワイヤボン
   ディング装置であって、第１の位置に続く第２の位置に
   おけるボンディング後、ボンディングツールおよびワイ
   ヤクランパが前記第２の位置から所定の距離だけ変位さ
   れ、ボンディングワイヤが所定の長さだけ繰り出された
   位置でワイヤクランパによるボンディングワイヤの拘束
   が行われ、ボンディングツールとともにさらに変位され
   るワイヤクランパによってボンディングワイヤが引き切
   られるように構成されてなることを特徴とするワイヤボ
   ンディング装置。 ２、前記ボンディングツールがウェッジであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のワイヤボンディン
   グ装置。 ３、前記第１の位置および第２の位置が、それぞれペレ
   ットのボンディングパッドおよびリードフレームのボン
   ディング部位であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のワイヤボンディング装置。 ４、前記ボンディングツールが固定されるボンディング
   アームの、ボンディングツールのボンディング部位に対
   する着地による変位が、非接触センサ機構によって検知
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワ
   イヤボンディング装置。