JPH01184841A - Wire bonding equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造に用いるワイヤボンディン
グ装置に適用して特に有効な技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a technique that is particularly effective when applied to a wire bonding apparatus used for manufacturing semiconductor devices.
ワイヤボンディング装置について記載されている例とし
ては、株式会社工業調査会、昭和５６年、１１月ｌＯ日
発行、「電子材料別冊、超ＬＳＩ！ｌ！造・試験装置ガ
イドブックＪＰ１５６〜Ｐ１６２がある。An example of a wire bonding device that describes a wire bonding device is ``Electronic Materials Separate Volume, Ultra LSI! I! Manufacturing and Testing Equipment Guidebook JP156-P162'' published by Kogyo Kenkyukai Co., Ltd. on November 1, 1981.
ワイヤボンディングの方式としては上記文献にも記載さ
れているように、熱圧着方式に超音波方式を併用したも
のが知られている。As described in the above-mentioned literature, as a wire bonding method, a combination of a thermocompression bonding method and an ultrasonic method is known.
上記のような超音波方式を併用した熱圧着方式では、装
置の機構自体は基本的には熱圧着専用機が基本となって
いるため、以下のような問題を生じることが本発明者に
よって明らかにされた。The inventor of the present invention has found that in the thermocompression bonding method that uses the ultrasonic method as described above, the following problems occur because the device mechanism itself is basically a dedicated thermocompression bonding machine. was made into
すなわち、超音波方式は、所定の１方向に６０Ｋ）Ｉｚ
程度の超音波振動を印加してワイヤをリード等の被接合
部に接合する方式であるが、熱圧着との併用方式のワイ
ヤボンディング装置においては、リードフレーム等の被
接合物体は、固定ステージ上に載置されており、ボンデ
ィングヘッドのＸＹテーブルの制御によりボンディング
ツールの水平移動を行なう構造となっている。In other words, the ultrasonic method uses 60K)Iz in one predetermined direction.
This is a method of bonding wires to parts to be bonded, such as leads, by applying ultrasonic vibrations of approximately The structure is such that the bonding tool is horizontally moved by controlling the XY table of the bonding head.
そのため、特にリードへの第２ボンディング時において
、リードの位置によってはリード軸方向に対して超音波
発振の方向が区々となる場合が多い。このとき、リード
の軸方向に対して平行な方向に超音波振動を印加した場
合は問題はないが、軸方向と垂直、すなわちリードの幅
方向に対して超音波振動を印加した場合には、リードが
共振現象を起こす場合がある。Therefore, especially during the second bonding to the lead, the direction of ultrasonic oscillation often varies with respect to the axial direction of the lead depending on the position of the lead. At this time, there is no problem if the ultrasonic vibration is applied in a direction parallel to the axial direction of the lead, but if the ultrasonic vibration is applied perpendicular to the axial direction, that is, in the width direction of the lead, Reeds may cause resonance phenomena.
近年、半導体装置の高集積化が進み、これにともない、
たとえばリード寸法が厚さ０．１５ｍｍｑ幅０．２＋ｙ
ｕｎ程度の微細なリード構造のものも増加してきている
が、このように微細化したリードに対して幅方向の超音
波振動を印加した場合、リードが共振状態となる事態の
特に多いことが本発明者によって見い出された。In recent years, semiconductor devices have become highly integrated, and with this,
For example, the lead dimensions are thickness 0.15mmq width 0.2+y
The number of lead structures as fine as 100 nm is increasing, but it is true that when ultrasonic vibrations are applied in the width direction to such fine leads, there are many cases in which the leads enter a resonant state. discovered by the inventor.
上記のようにリードが共振状態となると、リードとワイ
ヤとの接合強度を十分に確保することができなくなり、
後の樹脂封止工程等においてワイヤ剥がれあるいは断線
による接触不良となりボンディング不良の原因となる場
合が多い。When the lead is in a resonant state as described above, it becomes impossible to ensure sufficient bonding strength between the lead and the wire.
In the subsequent resin sealing process, contact failure due to wire peeling or disconnection often occurs, causing bonding failure.
このような共振現象の生じる条件等については、本発明
者によりさらに下記のように明らかにされた。The conditions under which such a resonance phenomenon occurs have been further clarified by the inventor as follows.
すなわち、第７図はリード押えによってリードを固定し
た状態を示す概念図、第８図はリード押えによる固定位
置とリードの共振周波数との関係を示す説明図である。That is, FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state in which the lead is fixed by the lead presser, and FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the fixing position by the lead presser and the resonant frequency of the lead.
いま、第７図に示される・ように、リード７２の外方を
リード押え７１で固定した状態でリード７２０幅方向に
超音波発振を印加した場合、リード７２の先端からリー
ド押え７１までの距離ｌと共振周波数ｆｍとの関係は第
８図で示す通りとなる。Now, as shown in FIG. 7, when ultrasonic oscillation is applied in the width direction of the lead 720 with the outside of the lead 72 fixed with the lead presser 71, the distance from the tip of the lead 72 to the lead presser 71 is The relationship between l and the resonant frequency fm is as shown in FIG.
同図によれば、たとえば幅ｂ ＝Ｑ、ｌ ５ｍａ＋の銅
（ＣＵ）からなるリードフレーム７３を使用した場合、
リード７２の先端から１．２ｍｍの位置をリード押え７
１で固定した場合に通常の６０ＫＨｚ近傍の超音波発振
で共振状態となり、ボンディング不良が生じ易くなって
いることが容易に理解できる。According to the figure, for example, when using a lead frame 73 made of copper (CU) with a width b=Q and l 5ma+,
Place the lead presser 7 at a position 1.2 mm from the tip of the lead 72.
It can be easily understood that when fixed at 1, a resonance state occurs with normal ultrasonic oscillation in the vicinity of 60 KHz, and bonding defects are likely to occur.
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、
その目的は超音波振動の印加時におけるリードの共振を
防止して、接合信頼性の高いワイヤボンディング技術を
提供することにある。The present invention has been made focusing on the above problems,
The purpose is to prevent lead resonance during application of ultrasonic vibration and provide wire bonding technology with high bonding reliability.
本発明は、パッドへのワイヤの接合とリードへのワイヤ
の接合とを異なる発振周波数で行なう制御機構、または
リード接合時のリードとワイヤの共振状態に応じ超音波
出力を大きく変更して接合を行う制御機構を備えたワイ
ヤボンディング装置構造とするものである。The present invention provides a control mechanism that performs bonding of a wire to a pad and a wire to a lead at different oscillation frequencies, or a control mechanism that performs bonding by greatly changing the ultrasonic output depending on the resonance state of the lead and wire during lead bonding. The structure of the wire bonding apparatus is equipped with a control mechanism for controlling the wire bonding process.
！作用〕
上記した手段によれば、リードの位置条件等から共振範
囲になっている場合に、発振周波数の変更あるいは出力
の増大によってリードの共振を防止してワイヤの接合強
度を高め、ボンディング不良を防止することができる。! Effect] According to the above-mentioned means, when the resonant range is reached due to the positional conditions of the leads, the resonance of the leads is prevented by changing the oscillation frequency or increasing the output, increasing the bonding strength of the wires, and preventing bonding defects. It can be prevented.
〔実施例１〕
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
置の発振機構を示す概念図、第２図は６０ｋＨｚ規格の
発振子における発振特性を示す説明図、第３図は本実施
例のワイヤボンディング装置の全体構造を示す概略図で
ある。[Example 1] Fig. 1 is a conceptual diagram showing the oscillation mechanism of a wire bonding device that is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the oscillation characteristics of a 60kHz standard oscillator, and Fig. 3 is a diagram showing the oscillation characteristics of a 60kHz standard oscillator. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a wire bonding apparatus according to an example.
本実施例のワイヤボンディング装置１は、第３図１３示
されるように、リードフレーム７３が載置されるボンデ
ィングステージ２と、ＸＹテーブル３上に搭載されたボ
ンディングヘッド４とを有している。As shown in FIG. 3, the wire bonding apparatus 1 of this embodiment includes a bonding stage 2 on which a lead frame 73 is placed, and a bonding head 4 mounted on an XY table 3.
リードフレーム７３は、例えば銅（Ｃｕ）を主成分とし
た導電性の厚さ０．１５ｍｍ程度の板材をエツチングあ
るいはプレス加工して得られるものであり、該加工によ
って形成されたタブ上にはシリコン（Ｓｉ）等からなる
半導体ベレット（以下、単に「ペレット」という）５が
回路形成面を上面にした状態で取付けられている。この
ペレット５０表面には第１ボンデイングの行なわれるア
ルミニウム等の導電材料からなるパッド５ａが設けられ
ており、該パッド５ａはペレット５に形成された各回路
とそれぞれ導通されている。したがって、ペレット５の
回路は、該パッド５ａとペレット５の周囲に延設された
リード７２とが金（Ａｕ）等からなる導電性のワイヤ１
７によって導通されることにより、外部から電源電圧の
供給および信号の人出力が行なわれ、作動可能な状態と
なっている。The lead frame 73 is obtained by etching or pressing a conductive plate material with a thickness of about 0.15 mm, which is made mainly of copper (Cu), for example, and silicon is formed on the tab formed by this process. A semiconductor pellet (hereinafter simply referred to as "pellet") 5 made of (Si) or the like is attached with the circuit forming surface facing upward. Pads 5a made of a conductive material such as aluminum are provided on the surface of the pellet 50 to perform the first bonding, and the pads 5a are electrically connected to each circuit formed on the pellet 5, respectively. Therefore, in the circuit of the pellet 5, the pad 5a and the lead 72 extending around the pellet 5 are made of conductive wire 1 made of gold (Au) or the like.
7, the power supply voltage is supplied from the outside and a signal is output from the outside, so that the circuit is ready for operation.
上記ボンディングステージ２の内部には加熱源としての
ヒータ６が内設されており、ボンディングステージ２上
のリードフレーム７３が所定温度に加熱される構造とな
っている。該加熱によりペレット５のパッド５ａもワイ
ヤの接合に好適な温度条件を得られるようになっている
。A heater 6 as a heat source is provided inside the bonding stage 2, and the lead frame 73 on the bonding stage 2 is heated to a predetermined temperature. By this heating, the pad 5a of the pellet 5 can also obtain temperature conditions suitable for bonding wires.
ＸＹ子テーブルに搭載されたボンディングヘッド４には
Ｚ軸方向の作動駆動源であるボイスコイル形リニアモー
タ７が取付けられている。このボイスコイル形リニアモ
ータ７には軸支部２１を中心に所定角度の回動が可能な
ボンディングアーム８が取付けられており、このボンデ
ィングアーム８は、位置センサ１０および速度センサ１
１と連動してボンディングアーム８の位置および揺動速
度が検出される構造となっている。A voice coil type linear motor 7, which is a driving source for operation in the Z-axis direction, is attached to the bonding head 4 mounted on the XY child table. A bonding arm 8 is attached to the voice coil type linear motor 7 and is capable of rotating at a predetermined angle about a shaft support 21.
1, the position and swing speed of the bonding arm 8 are detected.
上記ボンディングアーム８の一端は超音波ホーン１２を
形成している。この超音波ホーン１２の取付部分には超
音波発振子１３が取付けられている。本実施例において
、該超音波発振子１３は６ＱｋＨｚの発振周波数を備え
た第１の超音波発振器１３ａと、１００ ｋ）ｌｚの発
振周波数を備えた第２の超音波発振器１３ｂとが一対で
構成されている。One end of the bonding arm 8 forms an ultrasonic horn 12. An ultrasonic oscillator 13 is attached to the attachment portion of the ultrasonic horn 12. In this embodiment, the ultrasonic oscillator 13 consists of a pair of a first ultrasonic oscillator 13a with an oscillation frequency of 6QkHz and a second ultrasonic oscillator 13b with an oscillation frequency of 100KHz. has been done.
上記いずれかの超音波発振器１３ａ、１３ｂからの超音
波発振は、上記超音波ホーン１２を経て、この超音波ホ
ーン１２の先端に取付けられたキャピラリ１４に伝達さ
れる構造となっている。ボンディングツールとしてのキ
ャピラリ１４は、上記超音波ホーン１２に対して垂直方
向に取付けられており、その下方先端は上記ボンディン
グステージ２のステージ面と対向する構造とされている
。The ultrasonic oscillation from either of the ultrasonic oscillators 13a, 13b is transmitted to the capillary 14 attached to the tip of the ultrasonic horn 12 via the ultrasonic horn 12. A capillary 14 serving as a bonding tool is attached perpendicularly to the ultrasonic horn 12, and its lower tip faces the stage surface of the bonding stage 2.
上記キャピラリ１４に対しては、その上方位置よりクラ
ンパ１５を経由してスプール１６に巻回されたワイヤ１
７がキャピラリ１４の先端よりわずかに突出された状態
で挿通されている。The wire 1 is wound around the spool 16 via the clamper 15 from the upper position of the capillary 14.
7 is inserted through the capillary 14 in a state where it slightly protrudes from the tip.
以上に説明したボンディングヘッド４、ＸＹ子テーブル
および超音波発振子１３等の作動は制御部１８によって
制御される構造となっている。The operation of the bonding head 4, the XY child table, the ultrasonic oscillator 13, etc. described above is controlled by the control section 18.
ここで、制御部１８における超音波発振器１３ａ、■３
ｂの制御を概念的に示したものが第１図である。同図に
も明らかなように、一対の超音波発振器１３ａ、１３ｂ
は破線で囲まれたスイッチ機構２０によって切り換え可
能な構造とされており、キャピラリ１４に対して６０
ｋＨｚあるいは１００ｋ）Ｉｚの超音波発振を選択的に
印加可能となっている。Here, the ultrasonic oscillator 13a in the control unit 18,
FIG. 1 conceptually shows the control of b. As is clear from the figure, a pair of ultrasonic oscillators 13a and 13b
has a structure that can be switched by a switch mechanism 20 surrounded by a broken line, and 60
Ultrasonic oscillation of kHz or 100kHz) can be selectively applied.
ここで、キャピラリ１４のパッド５ａあるいはリード７
２への着地が認識されると、制御部１８は上記スイッチ
を切り換えて、パッド５ａへのボンディングは６０ ｋ
Ｈｚで行い、リード７２へのボンディングは１００ ｋ
）Ｉｚで行うようにされている。Here, the pad 5a of the capillary 14 or the lead 7
When the landing on the pad 5a is recognized, the control unit 18 switches the switch and the bonding to the pad 5a is 60k.
Hz and bonding to lead 72 is 100k.
)Iz.
このような、パッド５ａあるいはリード７２に対するキ
ャピラリ１４の着地の認識は、各超音波発振器１３ａ、
１３ｂにおける電流と電圧の比で算出されるインピーダ
ンスを監視することにより可能であるし、また、ボイス
コイル形リニアモータ７の負荷を監視するようにしても
よい。This recognition of landing of the capillary 14 on the pad 5a or the lead 72 is performed by each ultrasonic oscillator 13a,
This can be done by monitoring the impedance calculated from the ratio of current and voltage in 13b, or the load on the voice coil type linear motor 7 may be monitored.
ところで、上述のように本実施例では第１の超音波発振
器１３ａは従来のワイヤボンディング装置における発振
周波数として通例的に使用されてきた６ ０ ｋＨｚの
周波数であるが、第２の超音波発振器１３ｂの周波数に
ついては、−例として１００ｋＨｚに設定しているが、
これには限られない。By the way, as described above, in this embodiment, the first ultrasonic oscillator 13a has a frequency of 60 kHz, which is commonly used as the oscillation frequency in conventional wire bonding equipment, but the second ultrasonic oscillator 13b Regarding the frequency, - as an example, it is set to 100kHz,
It is not limited to this.
一般に、第２図に示すように、６０ ｋ）Ｉｚ規格の超
音波ホーン１２の発振のしやすさＱは、略２０ｋＨｚ毎
に上昇する特性を有しており、上記６０ｋ）１２近傍以
外に３ Ｑ ｋ）１３１００ ｋｔｌｚ近傍が発振容易
な周波数帯域となっている。したがって、第２の超音波
発振器ｉ３ｂとして例えば１００’ｋＨｚの他に３ Ｑ
ｋ）Ｉｚの発振周波数を選択することも可能である。In general, as shown in FIG. 2, the ease of oscillation Q of the ultrasonic horn 12 of the 60k)Iz standard has a characteristic that increases approximately every 20kHz, and in addition to the above 60k)12 vicinity, the ease of oscillation Q of the ultrasonic horn 12 has a characteristic that Qk) The frequency band near 13100 ktlz is a frequency band in which oscillation is easy. Therefore, as the second ultrasonic oscillator i3b, for example, in addition to 100'kHz, 3 Q
k) It is also possible to select the oscillation frequency of Iz.
次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.
まず、ボンディングステージ２上にリードフレーム７３
が載置されると、図示されないＴＶカメラ等の位置認識
手段により該リードフレーム７３の位置が゛制御部１８
において認識されて、これがペレット５の位置情報とし
て、該制御部１８に記憶される。この位置情報に基づい
て、まずＸＹテーブル３が作動されてキャピラリ１４を
、最初のボンディングを行うペレット５の所定のパッド
５ａの上方に位置させる。First, the lead frame 73 is placed on the bonding stage 2.
When the lead frame 73 is placed, the position of the lead frame 73 is determined by the position recognition means such as a TV camera (not shown).
, and this is stored in the control unit 18 as the position information of the pellet 5. Based on this position information, the XY table 3 is first operated to position the capillary 14 above a predetermined pad 5a of the pellet 5 where the first bonding is to be performed.
次に、図示されない放電トーチ等の加熱手段によってキ
ャピラリ１４の先端から突出されたワイヤ１７の先端が
加熱され、該先端が球状に加工される。次いで、ボイス
コイル形リニアモータ７が作動されてボンディングアー
ム８が軸支部２１を中心に反時計方向に回動を開始され
ると、キャピラリ１４の先端が所定のパッド５ａに対し
て下降される。キャピラリ１４の先端が上記所定のバッ
ド５ａに着地されると、第１の超音波発振器１３ａが作
動を開始されて６０ ｋＨｚの超音波発振が超音波ホー
ン１２を通じてキャピラリ１４に伝えられる。このとき
、パッド５ａはボンディングステージ２のヒータ６によ
って所定の温度にまで高められているため、熱圧着と超
音波振動との相乗作用によって、ワイヤ１７の球状先端
はバッド５ａに対して接合された状態となる。Next, the tip of the wire 17 protruding from the tip of the capillary 14 is heated by a heating means such as a discharge torch (not shown), and the tip is processed into a spherical shape. Next, when the voice coil type linear motor 7 is activated and the bonding arm 8 starts rotating counterclockwise about the shaft support 21, the tip of the capillary 14 is lowered to a predetermined pad 5a. When the tip of the capillary 14 lands on the predetermined pad 5a, the first ultrasonic oscillator 13a starts operating and 60 kHz ultrasonic oscillation is transmitted to the capillary 14 through the ultrasonic horn 12. At this time, since the pad 5a is heated to a predetermined temperature by the heater 6 of the bonding stage 2, the spherical tip of the wire 17 is bonded to the pad 5a by the synergistic effect of thermocompression bonding and ultrasonic vibration. state.
このようにして第１ポンデイングが完了した後、ボイス
コイル形リニアモータ７の作動によってキャピラリ１４
は、その先端からワイヤ１７をたぐり出しながら一定量
上昇し、所定位置においてＸＹテーブル３の作動により
バックテンションが加えられた後、水平方向に移動され
、リード７２の所定のボンディング位置の直上に停止さ
れる。この位置で、再度ボイスコイル形リニアモータ７
が作動されると、キャピラリ１４はリード７２の所定の
ボンディング位置に対して下降移動を開始する。キャピ
ラリ１４がリード７２に着地されたことが超音波ホーン
１２のインピーダンスの変化によって制御ｆｌ（Ｓ１８
において検出されると、該制御部１８の制御によってス
イッチ機構２０が作動され、第１の超音波発振器１３ａ
から第２の超音波発振器１３ｂに切り換えられる。これ
により、超音波ホーン１２を経由してキャピラリ１４に
対して１００ ｋ）Ｉｚの超音波発振が伝えられ、該周
波数の超音波振動の印加によって、ワイヤ１７の他端部
分はリード７２の所定の位置に接合される。このように
、第２ボンデイングにおけるリード７２側での超音波振
動の周波数を共振周波数を避けた周波数（本実施例では
１００ ｋｔｌｚ）に選択して接合を行うことにより、
リード７２の共振にともなうボンディング不良を有効に
防止できる。After the first pumping is completed in this way, the capillary 14 is
raises the wire 17 by a certain amount while pulling out the wire 17 from its tip, and after back tension is applied by the operation of the XY table 3 at a predetermined position, it is moved horizontally and stops directly above the predetermined bonding position of the lead 72. be done. At this position, turn the voice coil type linear motor 7 again.
When activated, the capillary 14 begins to move downward relative to the predetermined bonding position of the lead 72. When the capillary 14 lands on the lead 72, the control fl (S18
When detected, the switch mechanism 20 is operated under the control of the control section 18, and the first ultrasonic oscillator 13a is activated.
to the second ultrasonic oscillator 13b. As a result, ultrasonic oscillations of 100 k)Iz are transmitted to the capillary 14 via the ultrasonic horn 12, and by applying ultrasonic vibrations of this frequency, the other end portion of the wire 17 is moved to a predetermined position of the lead 72. Joined in position. In this way, by performing bonding by selecting the frequency of ultrasonic vibration on the lead 72 side in the second bonding to a frequency that avoids the resonance frequency (100 ktlz in this example),
Bonding failures due to resonance of the leads 72 can be effectively prevented.
なお、ペレット５のバッド５ａに対する第１ボンディン
グ時の発振周波数については、必ずしも６０ｋＨｚで定
常的に行う必要はないが、ペレット５に対するダメージ
を防止する意味で高い周波数を選択することは望ましく
ない。Note that the oscillation frequency during the first bonding of the pellet 5 to the pad 5a does not necessarily have to be constant at 60 kHz, but it is not desirable to select a high frequency in order to prevent damage to the pellet 5.
また、リード７２に対するキャピラリ１４の着地の検出
は、たとえば以下のようにして行われる。Further, detection of landing of the capillary 14 on the lead 72 is performed, for example, as follows.
すなわち、第１ボンデイング完了後、キャピラリ１４の
バックテンションから水平移動に至るまで、第１の超音
波発振器１３ａによる超音波発振状態が継続されており
、この超音波発振器１３ａに対する電流値■と電圧値Ｖ
とが測定され、電圧値Ｖを電流値Ｉで割ったインピーダ
ンスＲに計算されて制御部１８によって監視されている
。ここで、キャピラリ１４の先端がリード７２に着地状
態となると、超音波発振に対して負荷がかかった状態と
なり、上記インピーダンスＲも変化する。これによりキ
ャピラリ１４の着地が検出される構造となっている。That is, after the first bonding is completed, the ultrasonic oscillation state by the first ultrasonic oscillator 13a continues from the back tension to the horizontal movement of the capillary 14, and the current value (■) and voltage value for this ultrasonic oscillator 13a are V
is measured, and the impedance R is calculated by dividing the voltage value V by the current value I, and is monitored by the control unit 18. Here, when the tip of the capillary 14 lands on the lead 72, a load is applied to the ultrasonic oscillation, and the impedance R also changes. This provides a structure in which landing of the capillary 14 is detected.
以上のようにリード７２に対してワイヤ１７の他端が接
合された後、該ワイヤ１７の余線部分がクランパ１５に
よって支持され、該クランパ１５とキャピラリ１４とが
ボイスコイル形リニアモータ７の作動により上昇される
と、その引張力によってワイヤ１７の余線部分が切断さ
れて１サイクルのワイヤ１７ボンデイング作業が完了す
る。After the other end of the wire 17 is joined to the lead 72 as described above, the extra wire portion of the wire 17 is supported by the clamper 15, and the clamper 15 and capillary 14 actuate the voice coil type linear motor 7. When the wire 17 is lifted up, the extra line portion of the wire 17 is cut by the tensile force, and one cycle of bonding work of the wire 17 is completed.
このように、本実施例によれば以下の効果が得られる。As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
〔１）、第１の超音波発振器１３ａと第２の超音波発振
器１３ｂとを備え、制御部１８で制御されるスイッチ機
構２０によりこれらが切り換えられる構造とすることに
より、ペレット５のパッド５ａに対する第１ポンデイン
グと、リード７２に対する第２ボンデイングとで発振周
波数を変更することが可能となり、リード７２の共振に
ともなうボンディング不良を防止することができる。[1) By having a structure in which the first ultrasonic oscillator 13a and the second ultrasonic oscillator 13b are switched by a switch mechanism 20 controlled by the control unit 18, the pellet 5 is It is possible to change the oscillation frequency between the first bonding and the second bonding to the lead 72, and it is possible to prevent bonding defects due to resonance of the lead 72.
（２）、上記（１）により、ペレット５のパッド５ａに
対する発振周波数は従来の周波数（たとえば６０ｋＨｚ
）を適用できるため、高周波数の超音波発振によるペレ
ット５の損傷を防止できる。(2) According to (1) above, the oscillation frequency for the pad 5a of the pellet 5 is the conventional frequency (for example, 60kHz
) can be applied, so damage to the pellet 5 due to high frequency ultrasonic oscillation can be prevented.
（３）、上記（１）および（２）により、半導体装置の
製造において、接合信頼性の高いワイヤボンディング工
程を実現することができる。(3) According to (1) and (2) above, a wire bonding process with high bonding reliability can be realized in the manufacture of semiconductor devices.
〔実施例２〕
第４図は本発明の他の実施例であるワイヤボンディング
装置の発振機構を示す概念図、第５図は本実施例２に用
いられる超音波発振子の特性を示す説明図である。[Example 2] Fig. 4 is a conceptual diagram showing the oscillation mechanism of a wire bonding device according to another embodiment of the present invention, and Fig. 5 is an explanatory diagram showing the characteristics of the ultrasonic oscillator used in this embodiment 2. It is.
本実施例においては、超音波発振器４３は単一のものを
用いているが、該超音波発振器４３は、６０ｋＨｚを中
心に２０ｋＨｚ程度の範囲で発振周波数が可変な構造と
なっている。該超音波発振器４３は、第５図に示す特性
を有するものであり、発振のし易さＱについてはその最
大値が比較的低い値となっているが、発振可能範囲が前
記のように４０〜８０ｋＨｚの広帯域にわたっており、
この範囲での周波数において、はぼ均一な発振特性を得
られるものである。また、このような比較的低い値１：
″おける発振特性は、超音波発振器４３に対する出力を
ある程度上げることによって改善することも可能である
。In this embodiment, a single ultrasonic oscillator 43 is used, but the ultrasonic oscillator 43 has a structure in which the oscillation frequency is variable within a range of about 20 kHz centered around 60 kHz. The ultrasonic oscillator 43 has the characteristics shown in FIG. 5, and the maximum value of the ease of oscillation Q is relatively low, but the oscillation range is 40% as described above. It covers a wide band of ~80kHz,
At frequencies within this range, nearly uniform oscillation characteristics can be obtained. Also, such a relatively low value 1:
It is also possible to improve the oscillation characteristics in `` by increasing the output to the ultrasonic oscillator 43 to some extent.
本実施例２においても、上記実施例１と同様に超音波発
振器４３から出力される電圧値Ｖと電流値Ｉとが常に測
定されており、これらよりインピーダンス（算出インピ
ーダンスＲ１）が算出されて、比較器２２に入力される
構造となっている。In the second embodiment, as in the first embodiment, the voltage value V and the current value I output from the ultrasonic oscillator 43 are always measured, and the impedance (calculated impedance R1) is calculated from these. The structure is such that the signal is input to the comparator 22.
該比較器２２では、予め実験値等より求められたリード
７２が共振状態となるインピーダンス（共振インピーダ
ンスＲ２）と比較されて、算出インピーダンスＲ１が共
振インピーダンスＲ２よりも常に大きな値、すなわちＲ
１＞Ｒ２となるように、超音波発振器４３の発振周波数
を制御する。なお、上記共振インピーダンスＲ２は、単
一の半導体装置にふける全てのリード７２の各々につい
て設定しておくことが望ましいが、全リード７２につい
て一定の値としてもよい。The comparator 22 compares the impedance (resonant impedance R2) at which the lead 72 is in a resonant state, which has been determined in advance from experimental values, etc., and determines that the calculated impedance R1 is always a larger value than the resonant impedance R2, that is, R
The oscillation frequency of the ultrasonic oscillator 43 is controlled so that 1>R2. Although it is desirable that the resonance impedance R2 is set for each of all the leads 72 of a single semiconductor device, it may be set to a constant value for all the leads 72.
本実施例では、発振周波数の変化にともなって、インピ
ーダンスが変化する特性を利用して超音波発振器４３か
らの算出インピーダンスＲ１を監視し、この値を予め設
定された共振インピーダンスＲ２と比較器２２によって
比較し、常にＲ１＞Ｒ２となるように発振周波数を変更
制御するものである。In this embodiment, the calculated impedance R1 from the ultrasonic oscillator 43 is monitored using the characteristic that the impedance changes as the oscillation frequency changes, and this value is compared to the preset resonance impedance R2 and the comparator 22. The oscillation frequency is changed and controlled so that R1>R2 always holds.
したがって、本実施例２によればリード７２等の被ボン
デイング部を共振させることなく、かつパッド５ａ等の
被ボンデイング部に対して損傷を与えない最適な範囲で
の発振周波数でボンディングが可能となり、ボンディン
グ信頼性をさらに高めることができる。Therefore, according to the second embodiment, bonding can be performed at an oscillation frequency within an optimal range without causing resonance in the bonded parts such as the leads 72 and without damaging the bonded parts such as the pads 5a. Bonding reliability can be further improved.
Ｃ実施例３〕
第６図は本発明のさらに他の実施例であるワイヤボンデ
ィング装置の発振機構を示す概念図である。C Embodiment 3] FIG. 6 is a conceptual diagram showing an oscillation mechanism of a wire bonding apparatus according to still another embodiment of the present invention.
本実施例３では超音波発振器５３の発振周波数は６０ｋ
Ｈｚで一定であるが、出力Ｐを可変に制御する構造とな
っている。In the third embodiment, the oscillation frequency of the ultrasonic oscillator 53 is 60k.
Although the frequency is constant at Hz, the output P is variably controlled.
すなわち、本実施例では上記実施例２と同様に、超音波
発振器５３からの電圧値Ｖと電流値Ｉとが監視されてお
り、この両値から算出された算出インピーダンスＲ１と
、発振周波数となる共振インピーダンスＲ２とが比較器
２２によって比較される構造となっている。本実施例３
が上記実施例２と異なる点は、比較器２２の比較結果に
基づいて、超音波発振器の出力、すなわち電圧値Ｖと電
流値Ｉとを乗じた出力Ｐを制御する点にある。That is, in this embodiment, as in the second embodiment, the voltage value V and current value I from the ultrasonic oscillator 53 are monitored, and the calculated impedance R1 calculated from these two values becomes the oscillation frequency. The structure is such that the resonance impedance R2 is compared by a comparator 22. Example 3
The difference from the second embodiment is that the output of the ultrasonic oscillator, that is, the output P obtained by multiplying the voltage value V and the current value I, is controlled based on the comparison result of the comparator 22.
すなわち、算出インピーダンスＲ１が、予め設定された
共振インピーダンスＲ２に近づいた場合には超音波発振
器５３からの出力、特に電流値■を増大させて、リード
７２の共振を上回る出力発振をキャピラリ１４に対して
与え、リード７２の共振による接合不良を回避するもの
である。That is, when the calculated impedance R1 approaches the preset resonance impedance R2, the output from the ultrasonic oscillator 53, especially the current value ■, is increased to cause output oscillation to exceed the resonance of the lead 72 to the capillary 14. This is to avoid poor bonding due to resonance of the leads 72.
このように、本実施例によれば、リード７２側の第２ボ
ンディング時のみに超音波発振器５３からの出力が高め
られるよう制御されるため、リード７２側での共振によ
るボンディング不良が防止されるとともに、パッド５ａ
に対する第１ボンディング時には超音波発振器５３から
の出力は比較的小出力となり、ペレット５が損傷される
恐れはない。In this way, according to the present embodiment, the output from the ultrasonic oscillator 53 is controlled to be increased only during the second bonding on the lead 72 side, thereby preventing bonding failures due to resonance on the lead 72 side. In addition, the pad 5a
During the first bonding, the output from the ultrasonic oscillator 53 is relatively small, so there is no risk that the pellet 5 will be damaged.
以上本発明を各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。Although the present invention has been specifically explained above based on each embodiment, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof.
たとえば、ボンディングアーム８のＺ軸方向の移動構造
としては、ボイスコイル形リニアモータ７を用いた揺動
駆動形のもので説明したが、ボールねじ方式あるいはカ
ム駆動等によるものであっても構わない。For example, the structure for moving the bonding arm 8 in the Z-axis direction has been described as a swing drive type using a voice coil type linear motor 7, but it may also be a ball screw type, cam drive, etc. .
本発明によれば、パッドへのワイヤの接合とリードへの
ワイヤの接合とを異なる発振周波数で行なう制御機構あ
るいはパッドおよびリードへのワイヤ接合時に必要な異
なる発振出力で行う制御機構を備えたワイヤボンディン
グ装置構造とすることによって、リードの位置条件等か
ら共振範囲になっている場合に、発振周波数の変更ある
いは発振出力の増大により共振状態の発生を回避してワ
イヤの接合強度を高めボンディング不良を防止すること
ができる。According to the present invention, a wire is provided with a control mechanism that performs bonding of a wire to a pad and a wire to a lead at different oscillation frequencies, or a control mechanism that performs bonding of a wire to a pad and a lead at different oscillation outputs. By adopting a bonding device structure, when the lead position conditions are within the resonance range, the generation of resonance can be avoided by changing the oscillation frequency or increasing the oscillation output, increasing the bonding strength of the wire and preventing bonding failures. It can be prevented.
第１図は実施例１で説明したワイヤボンディング装置の
発振機構を示す概念図、
第２図は上記実施例１における６ ０ ｋＨｚ規格の発
振子における発振特性を示す説明図、第３図は上記実施
例１のワイヤボンディング装置の全体構造を示す概略図
、
第４図は本発明の実施例２によるワイヤボンディング装
置の発振機構を示す概念図、
第５図は上記実施例２に用いられる超音波発振子の特性
を示す説明図、
第６図は実施例３によるワイヤボンディング装置の発振
機構を示す概念図、
第７図は従来技術の説明のためのリード押えによってリ
ードを固定した状態を示す概念図、第８図は第７図によ
るリード押えの固定位置とリードの共振周波数との関係
を示す説明図である。
１・・・ワイヤボンディング装置、２・・・ボンディン
グステージ、３・・・ｘＹ子テーブル４・・・ボンディ
ングヘッド、５・・・ベレット、５ａ・・・パッド、６
・・・ヒータ、７・・・ボイスコイル形リニアモータ、
８・・・ボンディングアーム、１０・・・位置センサ、
１１・・・速度センサ、１２・・・超音波ホ７ン、１３
・・・超音波発振子、ｔａａ、ｔａｂ・・・超音波発振
器、１４・・・キャピラリ、１５・・・クランパ、１６
・・・スプール、１７・・・ワイヤ、１８・・・制御部
、２０・・・スイッチ機構、２１・・・軸支部、２２・
・・比較器、４３．５３・・・超音波発振器、７１・・
・リード押え、７２・・・リード、７３・・・リードフ
レーム、■・・・電流値、Ｐ・・・出力、Ｒ・・・イン
ピーダンス、Ｒ１・・・算出インピーダンス、Ｒ２・・
・共振インピーダンス、■・・・電圧値。
代理人 弁理士 筒 井 大 和
第１図
第２図
ｂｕ ａｕ １ｕｕ （Ｋｈｚ７
第３図
第４図
ム３Fig. 1 is a conceptual diagram showing the oscillation mechanism of the wire bonding device explained in Example 1, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the oscillation characteristics of the 60 kHz standard resonator in Example 1, and Fig. 3 is the A schematic diagram showing the overall structure of the wire bonding device according to the first embodiment, FIG. 4 is a conceptual diagram showing the oscillation mechanism of the wire bonding device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the ultrasonic wave used in the second embodiment. An explanatory diagram showing the characteristics of the oscillator. FIG. 6 is a conceptual diagram showing the oscillation mechanism of the wire bonding device according to the third embodiment. FIG. 7 is a conceptual diagram showing the state in which the lead is fixed by a lead presser for explaining the conventional technology. 8 are explanatory diagrams showing the relationship between the fixing position of the reed presser and the resonant frequency of the reed according to FIG. 7. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Wire bonding device, 2... Bonding stage, 3... xY child table 4... Bonding head, 5... Bellet, 5a... Pad, 6
...Heater, 7...Voice coil type linear motor,
8... Bonding arm, 10... Position sensor,
11... Speed sensor, 12... Ultrasonic horn 7, 13
... Ultrasonic oscillator, taa, tab... Ultrasonic oscillator, 14... Capillary, 15... Clamper, 16
... Spool, 17... Wire, 18... Control unit, 20... Switch mechanism, 21... Axial support, 22...
...Comparator, 43.53...Ultrasonic oscillator, 71...
・Lead holder, 72...Lead, 73...Lead frame, ■...Current value, P...Output, R...Impedance, R1...Calculated impedance, R2...
・Resonance impedance, ■...Voltage value. Agent Patent Attorney Daiwa Tsutsui Figure 1 Figure 2 bu au 1uu (Khz7
Figure 3 Figure 4 M3
Claims (1)
されたリードフレームのリードとを導電性のワイヤによ
って結線する際に熱圧着と超音波振動とを併用するワイ
ヤボンディング装置であって、パッドへのワイヤの接合
とリードへのワイヤの接合とを異なる発振周波数あるい
は各ボンディングに必要な異なる発振出力で行なう制御
機構を備えたワイヤボンディング装置。 ２、上記制御機構によって制御され、それぞれが異なる
発振周波数を有する２以上の超音波発振器を備えており
、ボンディングツールのパッドまたはリードへの着地を
認識して上記超音波発振器を切り換えることを特徴とす
る請求項１記載のワイヤボンディング装置。 ３、制御機構による制御が、超音波発振子からの電圧と
電流とによって決定される算出インピーダンスと、予め
計算された共振状態となる共振インピーダンスとを比較
して、上記算出インピーダンスが常に共振インピーダン
スよりも高くなるように超音波発振子の発振周波数を制
御するもの、あるいは共振状態をインピーダンスを比較
することにより検出し、この時も正常なボードが出来る
ように発振出力を自動的に変更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。[Claims] 1. A wire bonding device that uses both thermocompression bonding and ultrasonic vibration when connecting a pad of a semiconductor pellet and a lead of a lead frame to which the semiconductor pellet is mounted using a conductive wire. A wire bonding apparatus is provided with a control mechanism for bonding a wire to a pad and a wire to a lead at different oscillation frequencies or at different oscillation outputs required for each bonding. 2. The ultrasonic oscillator is controlled by the control mechanism and includes two or more ultrasonic oscillators each having a different oscillation frequency, and the ultrasonic oscillator is switched by recognizing landing of the bonding tool on a pad or lead. The wire bonding apparatus according to claim 1. 3. Control by the control mechanism compares the calculated impedance determined by the voltage and current from the ultrasonic oscillator with the pre-calculated resonant impedance that will result in a resonant state, and determines whether the calculated impedance is always higher than the resonant impedance. It is possible to control the oscillation frequency of the ultrasonic oscillator so that the oscillation frequency becomes high, or to detect the resonance state by comparing impedances and automatically change the oscillation output so that a normal board can be produced. The wire bonding apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63005609A JP2555120B2 (en) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | Wire bonding method |
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|---|---|
| JPH01184841A true JPH01184841A (en) | 1989-07-24 |
| JP2555120B2 JP2555120B2 (en) | 1996-11-20 |
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- 1988-01-13 JP JP63005609A patent/JP2555120B2/en not_active Expired - Fee Related
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