JP5151856B2 - ワイヤボンディング装置の調節方法 - Google Patents
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Description
図12に、ワイヤボンディング装置を用いて、配線基板5と半導体チップ6とをワイヤボンディングする例を示す。ワイヤボンディング装置は、ボンディングヘッド10と、ボンディングヘッド10の駆動部20と、ボンディングワイヤ30の供給部とを備える。
キャピラリ16は細い円筒状に形成され、ボンディングワイヤ30はキャピラリ16の上部から先端へキャピラリ16内を通過して供給される。トランスデューサ12の先端には、キャピラリ16を交換可能に取り付けるキャピラリ保持部13が設けられている。
(トランスデューサとキャピラリの作用)
本実施形態において使用するワイヤボンディング装置における基本構成は、図12に示したワイヤボンディング装置と基本的に変わらない。図1(a)に、ワイヤボンディング装置の主要構成部分を示す。ワイヤボンディング装置は、トランスデューサ12、超音波発生源14及びキャピラリ16とを備えるボンディングヘッド10と、ボンディング操作の際にボンディングヘッド10をボンディング位置に移動させる駆動部20と、キャピラリ16にボンディングワイヤ30を供給するワイヤの供給部とを備える。
図1(b)は、トランスデューサ12の基端部(位置0)が超音波発生源14による振動の腹の位置となり、トランスデューサ12の先端が振動の腹の位置となるように超音波振動が印加されることを説明的に示したものである。同図では、トランスデューサ12によって伝達される超音波振動(縦振動)が1波長に相当する場合を示す。実際にトランスデューサ12に印加される超音波振動による波長はトランスデューサ12の長さよりも短いが、トランスデューサ12の先端が振動の腹となる定在波が生じるように設計する原理は変わらない。
キャピラリ16においても、上述したトランスデューサ12において超音波振動が伝達される作用と同様に、的確なボンディング作用がなされるようにするには、強制振動されるキャピラリ16の基端部が振動の腹となり、キャピラリ16の先端も振動の腹となる定在波が生じるように設定する必要がある。
このように、キャピラリ16の振動状態を観察することにより、正常な振動状態になっているか否かを判断することができる。
一方、図4(b)は、キャピラリ保持部13の上端と下端の振幅に差があることを示している。トランスデューサ12が正常な縦振動をしている場合は、トランスデューサ12の先端の上端と下端に振幅差が生じることはない。このようにキャピラリ保持部13の上端と下端に振幅の差が生じる理由は、トランスデューサ12にたわみ振動が生じているためである。
こうして、トランスデューサ12の先端部分、すなわちキャピラリ保持部13の先端部分の変位状態を観察することによって、キャピラリ16の振動状態、すなわちボンディング特性を判断することができる。
図1(b)に示すように、トランスデューサ12の先端は振動の腹となるように設定されているから、理想状態においてはトランスデューサ12の先端は上下方向(鉛直方向)には変位しない。図5(a)は、理想状態においてはトランスデューサ12の先端において、上下方向の変位が0となることを示す。これに対して、図5(b)は、トランスデューサ12の先端が振動の節となっている場合で、上下方向の変位が最大になることを示している。
ワイヤボンディング装置は、ボンディングヘッド10を構成するトランスデューサ12やキャピラリ16が、所定のボンディング特性が得られるように設計されている。しかしながら、超音波振動を利用するボンディング装置においては、トランスデューサ12やキャピラリ16の材料特性や形状のばらつき、取り付け精度等によって、理想とする振動状態から外れた状態になることが生じ得る。
とくに、キャピラリ16は使用に応じて随時交換して使用するから、従来のようにキャピラリ16の突出長さを単に一定長さに調節するといった方法では良好な振動状態になるとは限らない。
図6(a)は、トランスデューサ12にキャピラリ16を取り付けた状態におけるキャピラリ16の振動状態をレーザドップラ計40を用いて測定している状態を示す。レーザドップラ計40は被測定体にレーザ光を照射して被測定体の移動速度を検出する。キャピラリ16の振動状態は、キャピラリ16の基端からキャピラリ16の先端まで全長にわたってスキャンすることによって測定することができる。
キャピラリ16の突出長さを調節する操作は、具体的にはキャピラリ16の長さを少しずつ変えては、そのつどキャピラリ16の振動状態を測定し、良好な取り付け位置を見出す操作となる。
キャピラリ16の長さは15mm程度であり、キャピラリ16の突出長さの調節量は1mm以下である。したがって、手動によって調節する場合は、突出長さ調節用の治具を使用し、突出長さを段階的に変えながら調節するとよい。
第2の実施の形態におけるワイヤボンディング装置の調節方法は、トランスデューサ12の先端(キャピラリ保持部13の先端)の上端と下端における変位量を測定して、キャピラリ16を最適な取り付け位置に取り付ける方法である。
前述したように、トランスデューサ12にキャピラリ16を取り付けた状態において、トランスデューサ12の先端部の上端と下端における変位量(振幅)の差はできるだけ0に近い方がトランスデューサ12は良好な振動状態にあり、したがってキャピラリ16も良好な振動状態となる。
図8は、トランスデューサ12の先端部の上端と下端における変位量をレーザドップラ計40によって測定する状態を示す。レーザドップラ計40の計測位置を、トランスデューサ12の先端の上端位置と下端位置にそれぞれ設定し、上端と下端の変位量(振幅)を測定する。
図のように、キャピラリがある特定の長さとなるときにトランスデューサ12の先端部の上端と下端の変位量の差が最小になる。したがって、キャピラリ16の取り付け位置としては、この変位量の差が最小となる突出長となるように設定すればよい。
本実施形態においても、キャピラリ16の突出長さを段階的に変えながら測定を行うから、突出長さ調節用の治具を使用したり、キャピラリ16の突出長さを自動調節しながら測定を行う。
第3の実施の形態におけるワイヤボンディング装置の調節方法は、トランスデューサ12の先端の上下方向(トランスデューサ12の縦振動方向に対して直交する方向)における変位量を測定して、キャピラリ16を最適な取り付け位置に取り付ける方法である。
前述したように、トランスデューサ12が理想的な振動状態にある場合は、トランスデューサ12の先端部における上下方向の変位量は0となる。
したがって、トランスデューサ12にキャピラリ16を取り付けた状態において、トランスデューサ12の先端部の上下方向の変位量を測定することにより、キャピラリ16を良好な取り付け状態となるように設定することができる。
本実施形態の調節方法によれば、トランスデューサ12の先端における上下方向の変位量を最小とすることにより、トランスデューサ12にたわみ振動等の不要な振動が生じることを回避することができ、キャピラリ16が良好な振動状態となるように調節することが可能となる。
6 半導体チップ
10 ボンディングヘッド
12 トランスデューサ
13 キャピラリ保持部
14 超音波発生源
16 キャピラリ
20 駆動部
22 クランプ手段
24 基準ステージ
30 ボンディングワイヤ
40 レーザドップラ計
Claims (1)
- 超音波振動を伝達するトランスデューサと、トランスデューサに交換可能に取り付けられるキャピラリとを備えるワイヤボンディング装置の調節方法であって、
前記トランスデューサに取り付ける前記キャピラリの突出長さを変えた際における、前記キャピラリの振動状態を、測定器を用いて測定する工程と、
前記測定による測定結果に基づき、前記キャピラリを、その基端部と先端部がともに振動の腹となる突出長さに設定して前記トランスデューサに取り付ける工程とを備え、
前記測定器としてレーザドップラ計を使用し、前記キャピラリの基端部と先端部との間をスキャンするようにレーザドップラ計を操作して前記キャピラリの振動状態を測定することを特徴とするワイヤボンディング装置の調節方法。
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