JP6149235B2 - ワイヤテンショナ - Google Patents

Description

本発明はワイヤボンディングに用いられるワイヤにテンションを付与するワイヤテンショナに関し、特に、その構造の改良に関する。

従来から、半導体チップの電極と基板の電極との間を金属製のワイヤで接続するワイヤボンディング装置が知られている。ワイヤボンディング装置においては、ワイヤボンディング中にワイヤに所定のテンションを与えるワイヤテンショナが用いられる例がある。

特許文献１には、ボンディングツールであるキャピラリと、キャピラリにワイヤを供給するワイヤスプールとの間に設けられ、ワイヤにバックテンションを付与するワイヤテンショナが記載されている。ワイヤテンショナには、ワイヤがワイヤスプール側からキャピラリ側へと通るワイヤ通路が形成されている。ワイヤ通路は、圧縮流体が流入する流入口と、流入口よりワイヤスプール側に設けられ、ワイヤ通路内の圧縮流体を排出する排出口とを有する。ワイヤ通路内において流入口から排出口へと向かう圧縮流体により、ワイヤがワイヤスプール側に引っ張られる。すなわち、ワイヤ通路内を流れる圧縮流体の流体抵抗により、ワイヤにバックテンションが付与される。また、ワイヤ通路には、流入口と排出口間より小さい径の縮流部が、流入口よりキャピラリ側と、排出口よりワイヤスプール側とにそれぞれ設けられる。縮流部が圧縮流体の通過を抑制するので、ワイヤ通路内においては流入口から排出口へと向かう圧縮流体の流路が形成される。

特許文献２には、ワイヤに、ワイヤスプールへ向かう方向に一定のテンションを付与するワイヤテンショナが記載されている。ワイヤテンショナには、圧縮エアを供給するエア供給源と、真空引きにより真空吸引力を作用させる真空供給源とが接続される。ワイヤテンショナは、エア供給源からワイヤ通路に供給される圧縮エアがワイヤスプール側の排気口より排出されるように構成され、この構成で生じる、ワイヤ通路の下方から上方に流れる流体抵抗によって、ワイヤに一定のテンションが付与される。また、ワイヤテンショナは、ワイヤ通路に作用する真空吸引力により、ワイヤ通路のキャピラリ側端部より吸引された外気がワイヤ通路を通って真空供給源に流れるように構成され、この構成で生じる、ワイヤ通路の下方から上方に流れる流体抵抗により、ワイヤに一定のテンションが付与される。

特許文献３には、プラズマ用ガスが供給され、その中を通るワイヤを洗浄するワイヤ洗浄ガイドが記載されている。ワイヤ洗浄ガイドは、スプール側に孔径の大きいガイド孔と、キャピラリ側には上記ガイド孔より孔径の小さいガイド孔と、これらのガイド孔の間に接続されるガス供給ノズルとを有する。ガス供給ノズルから供給されるプラズマ用ガスは、孔径が大きいスプール側のガイド孔に向かって流れ、この流れにより、ワイヤにはテンションが付与される。

米国特許出願公開第２００６／００９１１８１号明細書 特開２００２−８３８３７号公報 特許第４７００６３３号公報

特許文献１に記載されるワイヤテンショナのワイヤ通路には、上述したように、流入口と排出口間より小さい径の縮流部が、排出口よりワイヤスプール側に設けられている。この構成により、縮流部が、排出口より上側に向かう圧縮気体の流れを抑制するので、ワイヤ通路内の圧縮気体は積極的に排出口から排出される。その結果、ワイヤ通路の上端部から排出される圧縮気体の流量が減るので、そこから排出される圧縮気体の噴流によって、ワイヤテンショナ上側のワイヤがふらついてしまうことを抑制している。しかしながら、特許文献１に記載されるワイヤテンショナにおいては、ワイヤ通路の下端部から排出される圧縮気体の流量は十分に抑制されていないので、そこから排出される圧縮気体の噴流によって、ワイヤテンショナ下側のワイヤがふらついてしまうという問題がある。

また、通常、ワイヤボンディング装置において、図示しない超音波ホーンを含むボンディングアームは、熱による経時変化により伸縮する特性を有する。このような特性を有するボンディングアームに、ワイヤ通路の下端部から排出される圧縮気体の噴流が影響を及ぼすと、この噴流が外乱となってボンディングアームとカメラオフセットとの正確な補正制御が困難になってしまうという問題がある。

この問題を解決するために、上記特許文献２に記載されるワイヤテンショナのように、真空吸引力により、ワイヤ通路の下端部の孔から外気を吸い込むように構成することが考えられる。しかしながら、この構成では、圧縮気体源の他に真空供給源が必要になり、構造が複雑化してしまう。

本発明の目的は、簡易な構造で、ボンディングツール側への影響を抑制することができるワイヤテンショナを提供することにある。

本発明は、ワイヤボンディング装置に用いられるワイヤテンショナであって、本体部と、圧縮気体供給路と、本体部と圧縮気体供給路とを接続する接続ポートと、接続ポートを経由して圧縮気体供給路から供給された圧縮気体が流れる筒部と、筒部に設けられ、ワイヤがワイヤスプール側からボンディングツール側へと通じる通路が形成されたワイヤ通路と、を備え、ワイヤ通路は、圧縮気体が流入する流入口と、流入口よりワイヤスプール側に設けられ、前記ワイヤ通路内の圧縮気体を大気へ排出する第１排出口と、流入口よりワイヤスプール側に設けられ、ワイヤ通路内の面積を狭くして、ワイヤスプール側への圧縮気体の流れを縮小させる第１縮流部と、流入口よりボンディングツール側に設けられ、ワイヤ通路内の面積を狭くして、ボンディングツール側への圧縮気体の流れを縮小させる第２縮流部と、第２縮流部よりボンディングツール側に設けられ、ワイヤ通路内の圧縮気体を大気へ排出する第２排出口と、を含むことを特徴とする。

また、第２縮流部よりボンディングツール側に設けられ、ワイヤ通路内の面積を狭くして、ボンディングツール側への圧縮気体の流れを縮小させる第３縮流部を含むことが好適である。

また、第２縮流部と第３縮流部との間のワイヤ通路内の面積は、これらの縮流部の面積より大きいことが好適である。

また、ワイヤテンショナは、ボンディングツールと、ボンディングツールにワイヤを供給するワイヤスプールとの間に設けられているが好適である。

また、ワイヤテンショナは、ボンディングツールの先端付近で形成されるフリーエアーボールの表面の酸化を防止する酸化防止ユニットの上方に設けられていることが好適である。

また、第１縮流部の面積は、第１排出口の面積より小さいことが好適である。

また、第３縮流部の面積は、第２排出口の面積より小さいことが好適である。

本発明のワイヤテンショナによれば、簡易な構造で、ボンディングツール側への影響を抑制することができる。

本実施形態に係るワイヤボンディング装置の構成を示す図である。 本実施形態のワイヤテンショナの断面図である。 ワイヤテンショナ内における圧縮気体の流れを示す図である。 従来技術のワイヤテンショナの断面図である。 本実施形態のワイヤテンショナと従来技術のワイヤテンショナとの下向き噴出流量を比較する図である。

以下、本発明に係るワイヤテンショナの実施形態について、図を用いて説明する。

まず、ワイヤテンショナが用いられるワイヤボンディング装置１０について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置１０の構成を示す図である。

ワイヤボンディング装置１０は、基体部であるベース１２と、ベース１２の上に取り付けられてその上面がＸＹ方向に移動するＸＹテーブル１４と、ＸＹテーブル１４の上面の上に取り付けられたボンディングヘッド１６と、ボンディングヘッド１６の内部に設けられたＺ方向駆動機構により先端に取り付けたボンディングツールであるキャピラリ２０をＺ方向に移動させるボンディングアーム１８とを備えている。つまり、ボンディングヘッド１６は、ＸＹテーブル１４と内部に取り付けたＺ方向駆動機構によってボンディングアーム１８をＺ方向に移動させることによって、キャピラリ２０をＸＹＺ方向に移動させることができる。

また、ワイヤボンディング装置１０のベース１２には、ワイヤボンディングを行う半導体ダイ２４が取り付けられた基板２２を吸引固定するボンディングステージ２６が取り付けられている。なお、図１において、ワイヤボンディング装置１０の上下方向がＺ方向、ボンディングステージ２６からボンディングヘッド１６に向かう方向がＹ方向、ＹＺ面に垂直な方向がＸ方向である。

ベース１２に固定された上部フレーム１２ａには、キャピラリ２０にワイヤ２８を供給するワイヤスプール３０と、ワイヤスプール３０から繰り出されたワイヤ２８の送り方向をＺ方向に変換するエアガイド３２とが取り付けられている。

また、ワイヤボンディング装置１０は、キャピラリ２０の先端に延出させたワイヤテール２８ａからフリーエアーボール（図示せず）を形成する領域を酸化防止ガス雰囲気に保持し、フリーエアーボールの表面の酸化を防止する酸化防止ユニット３４を有する。酸化防止ユニット３４はボンディングヘッド１６に取り付けられ、一体となってＸＹ方向に移動するように構成されている。

また、キャピラリ２０とエアガイド３２との間には、ワイヤ２８にテンションを付与するワイヤテンショナ３６が設けられる。図１に示すように、ワイヤ２８は、Ｚ方向に貫通するようにワイヤテンショナ３６に挿通される。

ワイヤテンショナ３６には、ワイヤ２８がＺ方向へと通るワイヤ通路３８が形成される。ワイヤテンショナ３６には、圧縮気体源（図示せず）から圧縮気体、例えば圧縮空気をワイヤ通路３８に供給する圧縮気体供給路４０が接続される。

ワイヤテンショナ３６の構成について、図２，３を用いて説明する。図２は、本実施形態のワイヤテンショナ３６の断面図であり、図３は、ワイヤテンショナ３６内における圧縮気体の流れを示す図である。なお、図２，３において、ワイヤテンショナ３６の上下方向がＺ方向であり、図示しないが、ワイヤテンショナ３６の上側にワイヤスプール３０とエアガイド３２が位置し、ワイヤテンショナ３６の下側にボンディングツールであるキャピラリ２０と酸化防止ユニット３４が位置する。よって、ワイヤスプール３０及びエアガイド３２側のことを、単に上側と記載し、ワイヤテンショナ３６よりキャピラリ２０及び酸化防止ユニット３４側のことを、単に下側と記載する。

ワイヤ通路３８は、圧縮気体が流入する流入口４２と、流入口４２より上側に設けられ、ワイヤ通路３８内の圧縮気体を大気へ排出する第１排出口４４と、流入口４２より上側に設けられ、上側への圧縮気体の流れを縮小させる第１縮流部４６と、流入口４２より下側に設けられ、下側への圧縮気体の流れを縮小させる第２縮流部４８とを有する。

第２縮流部４８により、流入口４２より下側に向かう圧縮気体の流れが抑制されるので、流入口４２から流入した圧縮気体はワイヤ通路３８内を上側に向かって流れる。この上側へ向かって流れる圧縮流体の流体抵抗により、ワイヤ２８に対して上側に引っ張られるテンションが付与される。

また、第１縮流部４６により、第１排出口４４より上側に向かう圧縮気体の流れが抑制されるので、ワイヤ通路３８内の圧縮気体は積極的に第１排出口４４から大気に排出される。その結果、ワイヤ通路３８の上端部３８ａから排出される圧縮気体の流量が減るので、そこから排出される圧縮気体の噴流によって、ワイヤテンショナ３６上側のワイヤ２８がふらついてしまうことを抑制することができる。

そして、本実施形態のワイヤ通路３８は、第２縮流部４８より下側に設けられ、ワイヤ通路３８内の圧縮気体を大気へ排出する第２排出口５０と、第２縮流部４８より下側に設けられ、下側への圧縮気体の流れを縮小させる第３縮流部５２とを有する。

第３縮流部５２により、第２排出口５０より下側に向かう圧縮気体の流れが抑制されるので、第２縮流部４８を通過した圧縮気体は積極的に第２排出口５０から大気に排出される。その結果、ワイヤ通路３８の下端部３８ｂから排出される圧縮気体の流量が劇的に減るので、そこから排出される圧縮気体の噴流によって、ワイヤテンショナ３６下側のワイヤ２８がふらついてしまうことを抑制することができる。さらに、ワイヤ通路３８の下端部３８ｂからの圧縮気体の噴流が劇的に低減することにより、ワイヤテンショナ３６の下側に設けられる酸化防止ユニット３４内で生成される酸化防止ガス雰囲気への影響を大幅に軽減することができる。すなわち、圧縮気体の噴流による、フリーエアーボール領域の酸化防止ガス雰囲気の乱れを大幅に軽減することができ、酸化防止ユニット３４内においてワイヤ２８の表面の酸化を確実に抑制することができるようになる。

次に、ワイヤテンショナ３６の具体的な構成について説明する。ワイヤテンショナ３６は本体部４１を有し、本体部４１には、上側から下側に向けて、ディフューザ部５４と第１ノズル部５６と筒部５８と第２ノズル部６０と第３ノズル部６２とが順に並んで設けられる。これらの部材には、ワイヤ２８が貫通可能な貫通孔がそれぞれ形成され、これらの貫通孔が連なってワイヤ通路３８が構成される。

ディフューザ部５４におけるワイヤ通路３８は、下側から上側、すなわち上部端３８ａに向けて徐々に面積が大きくなるように形成される。ワイヤ通路３８の面積とは、Ｚ方向に直交する平面における断面積のことであり、ワイヤ通路３８の面積はワイヤ通路３８の内径における半径の２乗と比例関係にある。このように、上端部３８ａに向けてワイヤ通路３８の面積が徐々に大きくなるので、そこを流れる圧縮気体の速度が低下する。その結果、上端部３８ａから排出される圧縮気体の噴流が弱まり、ワイヤテンショナ３６上側のワイヤ２８がふらついてしまうことを抑制することができる。

第１ノズル部５６におけるワイヤ通路３８には、第１排出口４４の断面積より狭い第１縮流部４６が形成される。第１縮流部４６が抵抗となり、筒部５８からディフューザ部５４に向かう圧縮気体の流れが抑制される。

筒部５８と第１ノズル部５６の間には、第１排出口４４が設けられ、筒部５８と第２ノズル部６０の間には、流入口４２が設けられる。第１排出口４４は大気に開放され、流入口４２は、本体部４１に連通するように形成される。本体部４１と圧縮気体供給路４０は接続ポート６４を介して接続される。圧縮気体供給路４０の圧縮気体は、流入口４２から筒部５８内のワイヤ通路３８に供給される。そして、ワイヤ通路３８の圧縮気体は、筒部５８内を上側に向かって流れるので、その流体抵抗によりワイヤ２８にバックテンションが付与される。

第２ノズル部６０におけるワイヤ通路３８には、筒部５８のワイヤ通路３８の面積より狭い第２縮流部４８が形成される。第２縮流部４８が抵抗となり、筒部５８から第３ノズル部６２に向かう圧縮気体の流れが抑制される。

第２ノズル部６０と第３ノズル部６２の間には、第２排出口５０が設けられる。第２排出口５０は大気に開放されている。第３ノズル部６２におけるワイヤ通路３８には、第２排出口５０の断面積より狭い第３縮流部５２が形成される。第３縮流部５２が抵抗となり、下端部３８ｂから排出される圧縮気体の流れが抑制される。そして、第２縮流部４８と第３縮流部５２との間のワイヤ通路３８内の断面積は、これらの縮流部４８，５２の断面積より大きいことが好適である。この構成により、これらの縮流部４８，５２の間に設けられる第２排出口５０から圧縮気体が積極的に排出されるようになるので、第３縮流部５２を通過し下側端３８ｂから排出される圧縮気体の流量が大幅に低下する。

図３は、ワイヤテンショナ３６内における圧縮気体の流れを矢印で示している。圧縮気体供給路４０から供給される圧縮気体は流入口４２からワイヤ通路３８に流入する。流入口４２の下側には第２縮流部４８が位置し通過流量が抑制されるので、圧縮気体の多くは筒部５８内を上側に向かい流れる。この上側への流れにより、ワイヤ２８（図２に示す）にテンションが付与される。

そして、筒部５８の上端には第１排出口４４が位置し、この第１排出口４４の上側には第１縮流部４６が位置し通過流量が抑制されるので、筒部５８内の圧縮気体の多くは、第１排出口４４から大気に排出される。なお、本実施形態では、第１排出口４４は第１縮流部４６より下流に設けられていると図示しているが、第１排出口４４の高さ方向の位置は、第１縮流部４６より上側に設けることも可能である。

第１縮流部４６を通過した圧縮気体は、ディフューザ部５４より流速を低下させつつ上端部３８ａより大気に開放される。上端部３８ａからの圧縮気体の噴流は弱まっているので、その噴流によりワイヤテンショナ３６上側のワイヤ２８が揺れてしまうことを抑制することができる。

一方、第２縮流部４８を通過した圧縮気体の多くは、第２排出口５０より大気に排出される。具体的には、第２縮流部４８の下端には第２排出口５０が位置し、この第２排出口５０の下側には第３縮流部５２が位置し通過流量が抑制されるので、第２縮流部４８を通過した圧縮気体は、積極的に、第２排出口５０から大気に排出される。そして、第３縮流部５０を通過した僅かな圧縮気体は下端部３８ｂより大気に排出される。なお、本実施形態では、第２排出口５０は第２縮流部４８と第３縮流部５２との間に設けられていると図示しているが、第２排出口５０の高さ方向の位置は、第３縮流部５２より下側に設けることも可能である。さらに、本実施形態では、第１排出口４４及び第２排出口５０は、図２に示すとおり、紙面左方向に排気を出すように図示しているが、ワイヤ通路３８の長手方向の中心軸に対して放射方向であれば、どのような方向にも配置することができる。

次に、本実施形態のワイヤテンショナ３６と、従来技術のワイヤテンショナ１３６との下向き噴出流量について、図４，５を用いて説明する。図４は、従来技術のワイヤテンショナ３６の断面図であり、図５は、本実施形態のワイヤテンショナ３６と従来技術のワイヤテンショナ１３６との下向き噴出流量を比較する図である。ここで、図４においては、本実施形態のワイヤテンショナ３６と同じ構成については同じ符号を付し、それらの構成の詳細な説明は省略する。そして、図４の従来技術のワイヤテンショナ１３６は、本実施形態のワイヤテンショナ３６のワイヤ通路３８を構成する第１排出口４４，第１縮流部４８，第２排出口５０及び第３縮流部５２を有していない。

図５は、所定流量の圧縮空気を流入させたときの、本実施形態のワイヤテンショナ３６及び従来技術のワイヤテンショナ１３６における下方向の噴出量をそれぞれ示す図である。この図に示されるように、一定の流入流量においては、本実施形態のワイヤテンショナ３６の下方向の噴出量は、従来技術のワイヤテンショナ１３６のものに比べ、はるかに小さい。具体的には、圧縮空気の流入流量が５リットル／ｍｉｎの条件の場合、本実施形態のワイヤテンショナ３６の下方向の噴出量を、従来技術のワイヤテンショナ１３６の噴出量の約５％以下にすることができる。

この構成により、その噴流によりワイヤテンショナ３６下側のワイヤ２８が揺れてしまうことを抑制することができる。また、下側への噴流の低減により、酸化防止ユニット３４内の酸化ガス雰囲気の安定性の向上を図ることができる。さらに、噴流によるキャピラリ２０の冷却化も抑制されるので、その温度変化によるボンディングアーム１８の伸縮も低減され、結果として、ワイヤボンディングにおける位置精度の向上を図ることができる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することのない全ての変更及び修正を包含するものである。

１０ ワイヤボンディング装置、１２ ベース、１４ ＸＹテーブル、１６ ボンディングヘッド、１８ ボンディングアーム、２０ キャピラリ、２２ 基板、２４ 半導体ダイ、２６ ボンディングステージ、２８ ワイヤ、３０ ワイヤスプール、３２ エアガイド、３４ 酸化防止ユニット、３６，１３６ ワイヤテンショナ、３８ ワイヤ通路、４０ 圧縮気体供給路、４１ 本体部、４２ 流入口、４４ 第１排出口、４６ 第１縮流部、４８ 第２縮流部、５０ 第２排出部、５２ 第３縮流部、５４ ディフューザ部、５６ 第１ノズル部、５８ 筒部、６０ 第２ノズル部、６２ 第３ノズル部、６４
接続ポート。

Claims (7)

1. ワイヤボンディング装置に用いられるワイヤテンショナであって、
   本体部と、
   圧縮気体供給路と、
   前記本体部と前記圧縮気体供給路とを接続する接続ポートと、
   前記接続ポートを経由して前記圧縮気体供給路から供給された圧縮気体が流れる筒部と、
   前記筒部に設けられ、ワイヤがワイヤスプール側からボンディングツール側へと通じる通路が形成されたワイヤ通路と、
   を備え、
   前記ワイヤ通路は、
   前記圧縮気体が流入する流入口と、
   前記流入口より前記ワイヤスプール側に設けられ、前記ワイヤ通路内の圧縮気体を大気へ排出する第１排出口と、
   前記流入口より前記ワイヤスプール側に設けられ、前記ワイヤ通路内の面積を狭くして、前記ワイヤスプール側への圧縮気体の流れを縮小させる第１縮流部と、
   前記流入口より前記ボンディングツール側に設けられ、前記ワイヤ通路内の面積を狭くして、前記ボンディングツール側への圧縮気体の流れを縮小させる第２縮流部と、
   前記第２縮流部より前記ボンディングツール側に設けられ、前記ワイヤ通路内の圧縮気体を大気へ排出する第２排出口と、
   を含むワイヤテンショナ。
2. 請求項１に記載のワイヤテンショナであって、
   前記第２縮流部より前記ボンディングツール側に設けられ、前記ワイヤ通路内の面積を狭くして、前記ボンディングツール側への圧縮気体の流れを縮小させる第３縮流部を含むワイヤテンショナ。
3. 請求項２に記載のワイヤテンショナにおいて、
   前記第２縮流部と前記第３縮流部との間の前記ワイヤ通路内の面積は、これらの縮流部の面積より大きいワイヤテンショナ。
4. 請求項１に記載のワイヤテンショナであって、
   前記ワイヤテンショナは、前記ボンディングツールと、前記ボンディングツールにワイヤを供給する前記ワイヤスプールとの間に設けられているワイヤテンショナ。
5. 請求項１に記載のワイヤテンショナであって、
   前記ワイヤテンショナは、前記ボンディングツールの先端付近で形成されるフリーエアーボールの表面の酸化を防止する酸化防止ユニットの上方に設けられているワイヤテンショナ。
6. 請求項１に記載のワイヤテンショナであって、
   前記第１縮流部の面積は、前記第１排出口の面積より小さいワイヤテンショナ。
7. 請求項２に記載のワイヤテンショナであって、
   前記第３縮流部の面積は、前記第２排出口の面積より小さいワイヤテンショナ。

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