JP2000340601A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤボンディング装置

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JP2000340601A JP15067099A JP15067099A JP2000340601A JP 2000340601 A JP2000340601 A JP 2000340601A JP 15067099 A JP15067099 A JP 15067099A JP 15067099 A JP15067099 A JP 15067099A JP 2000340601 A JP2000340601 A JP 2000340601A
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ultrasonic horn
wire
bonding
horn
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Takeyuki Shinkawa
雄之 新川
Ryosuke Isurugi
涼介 石動
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Shibaura Mechatronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波ホーンの剛性（撓み強さ）を維持し
つつ、軽量化を図ることにより、ボンディング時の衝撃
力を増大させることを防止し、高速かつ高精度のワイヤ
ボンディングを達成すること。 【構成】 ボンディング工具６を保持する超音波ホー
ン２を、その軸線に直交する方向の断面が楕円形状で、
かつ楕円長軸が超音波ホーン２の揺動方向に一致するよ
うに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤボンディン
グ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤボンディング装置は、一端にボン
ディング工具（一般に「キャピラリ」と称される）を、
他端に超音波振動子を装備して揺動する超音波ホーンを
有し、この超音波ホーンの揺動により、ボンディング工
具を用いて、一般に半導体ペレットの電極とリードフレ
ームのリード間を導電性のワイヤにて超音波を付与しな
がら電気的に接続するものである。なお超音波は、超音
波振動子で発生し、超音波ホーンにより増幅されてボン
ディング工具に付与される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体ペレット
の高集積化に伴う電極数の増加により、短時間で多くの
電極とリードの間にワイヤを接続することが要求されて
きていることから、より高速で超音波ホーンを揺動させ
る必要性が生じている。
【０００４】しかしながら、超音波ホーンを高速で揺動
させた場合、超音波ホーンが有する慣性の影響により、
ボンディング工具が半導体ペレットの電極、あるいはリ
ードフレームのリードに当接する際の衝撃力が増大し、
ボンディング不良を生じるおそれを有する。なおこの不
良としては、半導体ペレット側においては、ボンディン
グ工具当接時の衝撃力により電極にクラックが発生する
ことであり、またリード側においては、ボンディング工
具当接時の衝撃力によりワイヤが過度に潰れ、これに起
因してワイヤとリードとの接合部分が薄肉となり、その
結果充分な接合力が得られず、これにより発生する断
線、剥れ等があげられる。
【０００５】そこで、ボンディング工具当接時の衝撃力
を低減させるため、低減超音波ホーンを細径化し、超音
波ホーンを軽量化することが考えられる。ところが、細
径化により超音波ホーンの剛性（撓み強さ）が低下する
ことから、ボンディング時に超音波ホーンに揺動方向の
撓みが生じるおそれを有し好ましくない。すなわち、ボ
ンディング時に印加する荷重は、超音波ホーンを揺動さ
せるモータの回転量をもとに制御している。そのため、
超音波ホーンに揺動方向の撓みが生じると、モータの回
転量に基づく理論上のボンディング工具の下降量と実際
のボンディング工具の下降量とに差が生じ、ボンディン
グ時に所定の荷重を印加することができないおそれが生
じるのである。これは、ボンディング不良を生じさせる
原因となる。
【０００６】本発明は、超音波ホーンの剛性（撓み強
さ）を維持しつつ、軽量化を図ることにより、ボンディ
ング時の衝撃力を増大させることを防止し、高速かつ高
精度のワイヤボンディングを達成することができるワイ
ヤボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、一端部にボン
ディング工具を保持し、他端に超音波振動子を装備する
超音波ホーンを有し、前記超音波ホーンの上下動により
前記ボンディング工具を用いてワイヤを被ボンディング
物にボンディングするワイヤボンディング装置におい
て、前記超音波ホーンは、その軸線方向に直交する断面
が楕円形状に形成された部分を有することを特徴とす
る。
【０００８】本発明によれば、超音波ホーンの断面形状
を楕円形状としたことにより、同じ剛性を超音波ホーン
に求めた場合、断面形状が円形の超音波ホーンに比べて
超音波ホーンが軽量化される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図面を用
いて説明する。図１は、本発明に係るワイヤボンディン
グ装置の構成を示す正面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面
図である。
【００１０】図において、ワイヤボンディング装置１
は、超音波ホーン２と制御部３とを有する。超音波ホー
ン２は、支軸４に上下に揺動自在に支持されるととも
に、一端部にワイヤ５を挿通するボンディング工具（一
般に「キャピラリ」と称される）６が装着され、他端部
には超音波振動子７が装備される。制御部３は、超音波
振動子７に接続された超音波発振器８、超音波発振器８
に接続された制御装置９とを有する。そして、ワイヤボ
ンディング装置１は、不図示の揺動用モータにて超音波
ホーン２を上下に揺動させるとともに、不図示のＸ−Ｙ
テーブルにて超音波ホーン２を水平動させることで、ボ
ンディング工具６を上下および水平方向に移動させ、半
導体ペレットＰの電極とリードフレームＬのリードとの
間にワイヤ５をボンディングする。なお、制御装置９
は、揺動用モータ、およびＸ−Ｙテーブルの駆動制御も
行なう。
【００１１】そして、このようなワイヤボンディング装
置１の作動は次の通りである。
【００１２】リードフレームＬは、不図示の搬送手段に
て、ボンディング工具６による作業位置に位置決めされ
るとともに、作業位置に配置された不図示のヒータの作
動にて所定温度に加熱される。このとき、ボンディング
工具６の先端から導出されたワイヤ５先端には、不図示
の放電電極との間での放電により、ボールが形成され
る。
【００１３】ボンディング工具６が、Ｘ−Ｙテーブルお
よび揺動用モータの駆動により半導体ペレットＰの電極
上に下降し、ボンディング工具６から導出されたワイヤ
５先端に形成されたボールを電極に押しつけるととも
に、超音波発振器８がボンディング工具６に所定超音波
振動を付与し、ボールを電極に接続する。
【００１４】次に、ボンディング工具６は、Ｘ−Ｙテー
ブルおよび揺動用モータの駆動によりリードフレームＬ
のリード上に移動、そして下降し、ワイヤ５をリード上
に押しつけるとともに、超音波発振器８がボンディング
工具６に所定超音波振動を付与し、リードに接続する。
【００１５】この後、ボンディング工具６はワイヤ５を
導出しつつ上昇し、そしてこの上昇過程における所定の
タイミングにて、超音波ホーン２と一体で揺動する不図
示のワイヤクランパがワイヤ５を保持し、リードとの接
続端にてワイヤ５を切断する。
【００１６】上述のボンディング動作を半導体ペレット
Ｐのボンディングすべき全ての電極、およびそれら電極
に対応する全てのリードに対して繰り返し行なう。そし
て、全ての電極およびリードとの間にボンディングが完
了したら、リードフレームＬを１ピッチ送り、以後この
繰り返しとなる。
【００１７】ところで上述した実施の形態における超音
波ホーン２は、図２に示すように、その軸線に直交する
方向の断面が楕円形状で、かつ、楕円断面の長軸が超音
波ホーン２の揺動方向（上下動方向）に一致するように
形成される。
【００１８】ここで、図３に示す従来の断面円形の超音
波ホーン２’と実施の形態で用いた断面が楕円形状の超
音波ホーン２（図２）とについて、同じ剛性が得られる
もの同士を比較してみる。
【００１９】同一材料の場合、両者の断面二次モーメン
トが同じであれば、両者の剛性（撓み強さ）は同一であ
るといえる。そこで断面二次モーメントに関して、超音
波ホーン２における長軸の長さをａ、短軸の長さをｂと
し、従来の断面円形の超音波ホーン２’の半径をｒとす
ると、両者の間に次式（１）が成立することが、両ホー
ン２、２’がその揺動方向において同一の剛性を有する
ことの条件である。
【００２０】 ａ3×ｂ×π／４＝ｒ4×π／４ … （１） さらにいま、超音波ホーン２の長軸の長さａを超音波ホ
ーン２’の半径ｒの１．１０倍（＝１．１０ｒ）とした
場合、短軸ｂは、（１）式より、（１．１０ｒ）3×ｂ
×π／４＝ｒ4×π／４となり、 ｂ＝０．７５ｒ として求めることができる。従って、超音波ホーン２の
長軸の長さａを１．１０ｒ、短軸の長さｂを０．７５ｒ
に設定すれば、超音波ホーン２を超音波ホーン２’と同
一の剛性とすることができることとなる。
【００２１】さて、超音波ホーンにおける断面形状以外
の条件、つまり材料、長さを同一とした場合の重量比は
断面の面積比と同一である。そこで、上記で求めた、長
軸の長さａ＝１．１０ｒ、短軸の長さｂ＝０．７５ｒを
用いて超音波ホーン２’と超音波ホーン２の断面の面積
比を求めると次のようになる。
【００２２】π×ｒ2：π×（１．１０ｒ）×（０．７
５ｒ）＝１：０．８３ この場合、断面が楕円の超音波ホーン２は、断面円形の
ものより１７％の軽量化が図れることとなる。これによ
り、超音波ホーン２を高速で揺動させた場合であって
も、同じ剛性の断面円形の超音波ホーン２’に比べて、
ボンディング工具６が半導体ペレットＰの電極、あるい
はリードフレームＬのリードに当接する際の衝撃力を緩
和させることができ、従来のような衝撃力によるボンデ
ィング不良を防止でき、高精度のワイヤボンディングを
達成することができるのである。
【００２３】なお、上述した比較において、長軸の長さ
ａは少なくとも断面円形の超音波ホーン２’の半径ｒよ
りも大きく設定すればよい。ただし、長軸の長さａを大
きく設定すればするほど断面円形の超音波ホーン２’に
対して超音波ホーン２を軽くすることができるが、その
反面、短軸の長さｂが短くなり、短軸方向（超音波ホー
ン２の揺動方向に直交する方向）の剛性が低下するの
で、ワイヤ５の接合性や接合位置精度を低下させる原因
となるおそれがある。そのため、短軸方向の剛性を考慮
して、長軸の長さａを決定することが好ましい。
【００２４】また、上記実施の形態において、半導体ペ
レットＰの電極とリードフレームＬのリードとの間をワ
イヤボンディングする例で説明したが、例えば、半導体
ペレットの電極とプリント基板の端子の間等の他の部材
に置き換え可能であることは言うまでもない。
【００２５】また、上記実施の形態では、超音波ホーン
全体にわたりその断面を楕円にした例で説明したが、従
来円形であった部分を楕円に変えることで同じ剛性であ
りながら軽量化できることから、剛性の点からみると、
断面を楕円形状にする部分は超音波ホーン全体でなく、
ボンディング工具を保持する部分近傍とか、超音波振動
子が装備される部分近傍とか、所定範囲に限るものであ
っても良い。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、超音波ホーンの剛性
（撓み強さ）を維持しつつ、軽量化を図ることにより、
ボンディング時の衝撃力を増大させることを防止し、高
速かつ高精度のワイヤボンディングを達成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワイヤボンディング装置の構成を
示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来のボンディング工具の図２相当図である。
【符号の説明】
１ ワイヤボンディング装置 ２ 超音波ホーン ３ 制御部 ５ ワイヤ ６ ボンディング工具 ７ 超音波振動子 ８ 超音波発振器 ９ 制御装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一端部にボンディング工具を保持し、他
    端に超音波振動子を装備する超音波ホーンを有し、前記
    超音波ホーンの上下動により前記ボンディング工具を用
    いてワイヤを被ボンディング物にボンディングするワイ
    ヤボンディング装置において、前記超音波ホーンは、そ
    の軸線方向に直交する断面が楕円形状に形成された部分
    を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】 前記楕円形状に形成された部分の楕円長
    軸方向は、超音波ホーンの上下動方向と一致することを
    特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6779702B2 (en) * 2001-06-11 2004-08-24 Nec Electronics Corporation Wire bonding apparatus with spurious vibration suppressing structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6779702B2 (en) * 2001-06-11 2004-08-24 Nec Electronics Corporation Wire bonding apparatus with spurious vibration suppressing structure

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