JPH09148359A - ボンディングア−ム及びこれを具備したワイヤボンディング装置 - Google Patents

ボンディングア−ム及びこれを具備したワイヤボンディング装置

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JPH09148359A
JPH09148359A JP7326464A JP32646495A JPH09148359A JP H09148359 A JPH09148359 A JP H09148359A JP 7326464 A JP7326464 A JP 7326464A JP 32646495 A JP32646495 A JP 32646495A JP H09148359 A JPH09148359 A JP H09148359A
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arm
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正直 浦
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尚一 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波ホーンの選択度Ｑを適性に設定させる
ことで、超音波ホーンの共振点付近において不安定な振
動モードが発生するのを防止させること。 【解決手段】 ボンディングアーム１における超音波振
動子１ｃは、複数の円盤状の圧電素子４１ａ乃至４１ｄ
により構成されており、各圧電素子４１ａ乃至４１ｄを
挟むように、その両側面に電極膜４２ａ乃至４２ｅが形
成されている。そして隣接する１つおきの各電極膜間に
超音波電力源３１より超音波電力が供給される。一方、
超音波振動子１ｃに隣接させて圧電素子５１ａ及び５１
ｂより構成される機械電気変換素子１ｅに抵抗素子６１
による負荷がかけられる。この構成により超音波ホーン
の共振点付近において適切なダンピング作用が与えら
れ、超音波ホーンの選択度Ｑが適性に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディングアー
ム及びこのボンディングアームの先端に取り付けられた
キャピラリに対して超音波振動を加えるようにしたワイ
ヤボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のワイヤボンディング装置
を用いてＩＣチップのパッドとリードとの間でボンディ
ング接続を行うには、ボンディングアームの先端に設け
られたキャピラリにてワイヤを保持し、対象となるパッ
ド又はリードの表面に接触させて該キャピラリを用いて
先端にボールが形成されたワイヤの一部を押しつぶして
熱圧着して溶着される。この時、同時にワイヤ先端部に
超音波振動を印加することができるように構成されてい
る。
【０００３】図６は、従来のワイヤボンディング装置に
おけるボンディングアームの一例を示したものである。
このボンディングアーム１は、主にステンレス鋼やチタ
ン合金で形成されており、超音波ホーン１ａと、超音波
ホーン１ａを揺動自在に支持する支持機構に取り付ける
ための円筒フランジ部１ｂと、この円筒フランジ部１ｂ
の後端部に取り付けられた超音波振動子１ｃとで構成さ
れ、先端部にはキャピラリ７が取り付けられている。
【０００４】そして、前記超音波振動子１ｃに対して超
音波電力源３１より超音波電力が供給されるように成さ
れており、超音波電力源３１からの超音波電力を受けて
超音波振動子１ｃは励振され、超音波ホーン１ａを介し
てキャピラリ７に対して超音波振動が加えられるように
構成されている。
【０００５】一方、前記ボンディングアーム１によって
ワイヤボンディングが成される半導体部品であるＩＣチ
ップ２５は、ボンディングステージ（図示せず）上に載
置されており、図７に示すようにＩＣチップ２５のパッ
ド２５ａとその外周に位置するリード（図示せず）との
間に順次ワイヤ９が接続されるように成されている。
【０００６】図８は、ボンディングアーム１に取り付け
られた従来の超音波振動子１ｃの構成を示したものであ
り、図中図６と同一符号は同一部分を示している。
【０００７】この超音波振動子１ｃは、複数の円盤状の
圧電素子４１ａ乃至４１ｆにより構成されており、各圧
電素子４１ａ乃至４１ｆを挟むように、その両側面に電
極膜４２ａ乃至４２ｇが形成されている。そして隣接す
る１つおきの各電極膜間に交互にリード線４３ａ，４３
ｂが接続されており、一対のリード線４３ａ，４３ｂに
対して超音波電力源３１より超音波電力が供給されるよ
うに構成されている。
【０００８】この構成により、夫々の圧電素子４１ａ乃
至４１ｆを挟む各電極膜４２ａ乃至４２ｇに対して夫々
並列に超音波電力が印加され、各圧電素子４１ａ乃至４
１ｆにより励振された超音波振動は、ボンディングアー
ム１における超音波ホーン１ａを介して、その共振周波
数がキャピラリ７に伝達される。
【０００９】以上のようなワイヤボンディング装置によ
って、ワイヤボンディングを行う工程を図９を用いて説
明する。
【００１０】ボンディングステージ２６上に載置された
ＩＣチップ２５上のパッドにワイヤボンディングしよう
とする時、図示せぬ電気放電手段により先端にボール９
ａが形成されたワイヤ９が挿通されたキャピラリ７を図
示せぬ撮像装置等からの情報に基づいて二次元方向に移
動可能なＸＹテーブルの移動により位置決めした後、キ
ャピラリ７を図９の乃至に示すように降下させて前
記パッドにボールを押しつぶして熱圧着ボンディングを
行う。
【００１１】この時、図６及び図８に示す超音波振動子
１ｃに対して超音波電力源３１より超音波電力が加えら
れ、ボンディングアーム１は定在波によって振動され、
その振動はキャピラリ７に伝達されてワイヤ先端部に超
音波振動が印加される。
【００１２】この工程で→はボンディングツールを
高速で下降移動させ、→では低速に移行させる。こ
の時、クランプ８ａは開となっている。次に第１ボンデ
ィング点への接続が終わると、→ではクランプ８ａ
が開状態のままキャピラリ７が図９に示す上方向、すな
わちＺ方向に上昇し、所定のループコントロールにした
がってに示すようにクランプ８ａが開の状態でワイヤ
９が引き出され、に示す第２ボンディング点となるリ
ード２７に接続される。
【００１３】この接続後、キャピラリ７の先端部にワイ
ヤ９をに示すように所定のフィード量ｆだけ引き出し
た状態でクランプ８ａを閉じる。この状態でさらにキャ
ピラリ７を所定の高さまで上昇させる過程でに示すよ
うにワイヤ９がカットされて、再びワイヤ先端部に電気
放電手段を用いてボールを形成し、クランプ８ａを開状
態にさせての状態に復帰する。このような一連の工程
によりワイヤボンディングが成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
に構成された従来のワイヤボンディング装置において
は、超音波振動子に対して超音波電力を加えた場合、ボ
ンディングツールとしてのキャピラリ７は前記超音波ホ
ーンの共振周波数によって振動されることになる。
【００１５】この場合、キャピラリ７がＩＣチップのパ
ッド又はリードに接触した場合と、接触しない場合とで
は機械的な負荷が変動し、前記共振周波数も変化するこ
とになる。
【００１６】このように共振周波数が変動した場合に
は、超音波ホーンの駆動電圧と電流に位相差が発生する
ので、この位相差を検出して超音波振動子に供給される
超音波電力の周波数を追尾させるようにしているが、超
音波ホーンの選択度Ｑが高く共振点近くのインピダンス
変化が大きいために、時折干渉等により超音波ホーンに
不安定な振動モードが発生することがあった。
【００１７】本発明は、このような従来の問題点に着目
して成されたものであり、超音波ホーンの選択度Ｑを適
度に抑制させることにより、前記した超音波ホーンに不
安定な振動が発生することを防止し、常に安定したボン
ディング作用を行うことができるボンディングアーム及
びこれを具備したワイヤボンディング装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るボンディン
グアームは、超音波ホーンの振動を電気エネルギに変換
する機械電気変換手段と、該機械電気変換手段によって
得られる電気エネルギを消費させる電気インピダンス手
段とで構成されたものである。本発明に係るワイヤボン
ディング装置は、半導体部品が載置されるボンディング
ステージと、ワイヤが挿通されたキャピラリを保持する
超音波ホーンと、前記超音波ホーンに対して超音波振動
を供給する超音波振動子と、前記超音波ホーンを揺動自
在に支持する支持機構と、前記超音波振動子に対して超
音波電力を加えることにより、前記キャピラリに対して
超音波振動を印加するようにしたワイヤボンディング装
置であって、前記超音波ホーンの振動を電気エネルギに
変換する機械電気変換手段と、該機械電気変換手段によ
って得られる電気エネルギを電気インピダンス手段によ
り消費させるように構成されたものである。そして好ま
しくは、前記超音波振動子並びに機械電気変換手段は、
共に圧電素子により構成される。この場合、前記超音波
振動子及び機械電気変換手段を構成する圧電素子は、夫
々電極を挟んで超音波ホーンに取り付けられ、前記超音
波振動子を構成する圧電素子の電極間には、超音波電力
が印加されると共に、前記機械電気変換手段を構成する
圧電素子の電極間には、抵抗素子が接続される。この様
な構成により、機械電気変換手段によって生成される電
気的出力は抵抗素子に加えられてエネルギー消費され、
このような作用により超音波ホーンの選択度Ｑは適性に
抑制される。この結果、共振点近くのインピダンスの変
化を小さく設定させることができ、干渉等により超音波
ホーンにおいて不安定な振動モードの発生を防止でき
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】この発明は、超音波ホーンを励振
させる超音波振動子に隣接させて機械電気変換素子が配
置され、さらにこの機械電気変換素子によって生成され
る電気的エネルギーを消費する抵抗素子が備えられ、こ
の抵抗素子により超音波ホーンの共振周波数付近におけ
る選択度Ｑを適性に設定するようにしたものである。こ
れにより超音波ホーンは、共振周波数付近における異常
振動モードの発生が抑制され、従来のもののように超音
波振動子に供給される超音波電力の周波数を厳密に制御
させるための制御手段を不要とすることもできる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。図１は本発明に係るワイヤボンディング
装置の要部を示し、図２は、図１に関するＡ−Ａ断面図
である。なお、従来の装置と同じ構成及び同じ機能を有
するものについては同じ参照符号を用いて説明し、その
詳細な説明は省略する。
【００２１】このワイヤボンディング装置は、図１に示
すように保持枠１ｄ及び超音波ホーン１ａから成るボン
ディングアーム１が揺動アーム２と共に支持シャフト３
の軸中心の周りに揺動可能となっている。このボンディ
ングアーム１は、支持シャフト３に堅固に嵌着され、揺
動アーム２は支持シャフト３に揺動自在に取り付けられ
ている。
【００２２】この支持シャフト３は、二次元方向に移動
可能な図示せぬＸＹテーブル等に搭載されている。なお
保持枠１ｄ内にはホーン１ａを励振させるための超音波
振動子１ｃが組み込まれている。
【００２３】揺動アーム２及び保持枠１ｄには夫々、電
磁吸着手段としてのソレノイド４ａ及び電磁吸着片４ｂ
が互いに対向して固設されており、ボンディングアーム
１を揺動させる際には、ソレノイド４ａに対して図示せ
ぬ電源から通電してこれと電磁吸着片４ｂとの間に吸着
力を生ぜしめることにより、該ボンディングアーム１と
揺動アーム２とを相互に吸着固定状態にできるように構
成されている。
【００２４】また、揺動アーム２及び保持枠１ｄには、
前記電磁吸着手段の前方位置に、マグネット５ａ及びコ
イル５ｂが夫々取り付けられている。これらマグネット
５ａ及びコイル５ｂは、ボンディング時にボンディング
アーム１の先端に配置されたキャピラリ７を保持する部
位を、図２における下向きに付勢するための吸着力を発
生させる手段を構成している。
【００２５】また、揺動アーム２の先端にはクランプア
ーム８が設けられており、該クランプアーム８の先端に
はソレノイド及びばね等で構成された図示せぬ開閉機構
によりワイヤ９を把持してカットするためのクランプ手
段としてのクランプ８ａが設けられている。そして前記
ワイヤ９はガイド１２を介してスプール３６により巻回
されている。
【００２６】図２にも示すように、揺動アーム２の後端
側には支軸１５ａが設けられており、アーム側カムフォ
ロア１５と揺動ベース１６ａとが、この支軸１５ａの周
りに回転自在となっている。揺動ベース１６ａにはベア
リングガイド１６ｂがその一端にて固定され、このベア
リングガイド１６ｂの他端部には予圧アーム１６ｄが支
持ピン１６ｃを介して回転自在に取り付けられている。
予圧アーム１６ｄの自由端部には支軸１７ａが設けられ
ており、該支軸１７ａにカムフォロア１７が回転自在に
取り付けられている。
【００２７】そして、この予圧アーム１６ｄの先端と揺
動ベース１６ａの先端とには引張りばねである予圧ばね
１６ｅが掛け渡されており、アーム側カムフォロア１５
及びカムフォロア１７は、略ハート型に形成されたカム
１８の外周面であるカム面に圧接されている。なお、ア
ーム側カムフォロア１５及びカムフォロア１７のカム面
１８に対する２つの接点は、カム１８の回転中心を挟ん
で位置している。
【００２８】この揺動ベース１６ａと、ベアリングガイ
ド１６ｂと、予圧アーム１６ｄとによりフレーム構造が
形成されており、これを揺動フレーム１６と総称する。
【００２９】揺動フレーム１６の構成部材としてのベア
リングガイド１６ｂは、カム１８が嵌着されたカム軸１
９に取り付けられたラジアルベアリング２０の外輪に接
している。なお、カム１８はモータ２１よりカム軸１９
に付与されるトルクによって正逆回転する。また、キャ
ピラリ７の高さ位置は支持シャフト３に連結された図示
せぬロータリエンコーダにより検出される構成となって
いる。
【００３０】そしてボンディングステージ２６上には、
リード２７が載置され、またリード２７の上部に半導体
部品としてのＩＣチップ２５が装着されている。
【００３１】以上のような構成により、前記図９に示し
たようなワイヤボンディングの工程を実現させるように
している。
【００３２】次に、前記ボンディングアーム１における
超音波振動子１ｃは、図３に示すように、複数の円盤状
の圧電素子４１ａ乃至４１ｄにより構成されており、各
圧電素子４１ａ乃至４１ｄを挟むように、その両側面に
電極膜４２ａ乃至４２ｅが形成されている。そして隣接
する１つおきの各電極膜間に交互にリード線４３ａ，４
３ｂが接続されており、一対のリード線４３ａ，４３ｂ
に対して超音波電力源３１より超音波電力が供給される
ように構成されている。
【００３３】このような構成により、夫々の圧電素子４
１ａ乃至４１ｄを挟む各電極膜４２ａ乃至４２ｅに対し
て夫々並列に超音波電力が印加され、各圧電素子４１ａ
乃至４１ｄにより励振された超音波振動は、ボンディン
グアーム１における超音波ホーン１ａを介して、その共
振周波数がキャピラリ７に伝達される。
【００３４】一方、圧電素子４１ａ乃至４１ｄから成る
前記超音波振動子１ｃに隣接させて超音波ホーン１ａの
振動を電気エネルギに変換する機械電気変換手段として
の機械電気変換素子１ｅがさらに具備されている。この
機械電気変換手段としての機械電気変換素子１ｅは前記
超音波振動子１ｃを構成する圧電素子と同形状の円盤状
の圧電素子５１ａ及び５１ｂより構成されている。
【００３５】そして圧電素子５１ａと５１ｂとの間には
電極膜５２ａが配置され、また圧電素子５１ｂの端部側
には電極膜５２ｂが配置されており、前記電極膜４２ｅ
と、電極膜５２ｂとはリード線４３ｂによって接続さ
れ、さらに電気インピダンス手段としての抵抗素子６１
の一端に接続されている。また、前記電極膜５２ａは電
気インピダンス手段としての抵抗素子６１の他端に接続
されている。
【００３６】以上の構成において、超音波振動子１ｃを
構成する圧電素子４１ａ乃至４１ｄを挟む各電極膜４２
ａ乃至４２ｅに対して超音波電力源３１より超音波電力
が供給されると、先に説明した従来のものと同様に超音
波ホーン１ａが励振され、キャピラリ７に対して伝達さ
れる。
【００３７】ここで、機械電気変換手段としての機械電
気変換素子１ｅを構成する圧電素子５１ａ及び５１ｂ
は、超音波ホーン１ａの振動を受けて電極膜４２ｅ，５
２ｂと電極膜５２ａとの間に電気エネルギが誘起され
る。この機械電気変換素子１ｅにより誘起された電気エ
ネルギは、電気インピダンス手段としての抵抗素子６１
に供給され、この抵抗素子６１によって消費されて熱変
換される。
【００３８】機械電気変換素子１ｅにより誘起される電
気エネルギレベルは、超音波ホーン１ａの振動振幅にほ
ぼ比例するものであり、従って超音波ホーン１ａが異常
振動を起こした場合には、その誘起信号レベルも増大
し、抵抗素子６１による消費量も大となる。すなわち、
機械電気変換素子１ｅと抵抗素子６１との組み合わせに
より、超音波ホーン１ａの振動に対するダンピング作用
を持つことになる。
【００３９】図４及び図５は、超音波ホーンの共振点付
近におけるインピダンス特性を示したものであり、図４
は機械電気変換素子を具備しない、例えば図８に示した
従来のボンディングアームにおける特性を、また図５は
機械電気変換素子１ｅを具備した図３に示す本発明の実
施例のものの特性を夫々示している。
【００４０】夫々の横軸は周波数を示し、また縦軸はイ
ンピダンス比を示している。またいずれの場合もキャピ
ラリを半導体チップのダミーとしてアルミブロックに当
接させた状態で測定した場合を示しており、図５の場合
においては、機械電気変換素子に対して接続した抵抗素
子の値は２Ｋオームである。
【００４１】ここで、測定機における表示の都合上、図
４及び図５における縦軸は同一縮尺ではなく、縦軸に示
した数値比で現されている。
【００４２】図５に示す本発明のものの共振点付近のイ
ンピダンス変化は、図４に示す従来のものに比較して遥
かに少なくなっており、干渉等による不安定な振動モー
ドが抑制されることが理解できる。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明で明らかなとおり、本発明に
係るボンディングアーム及びこれを具備したワイヤボン
ディング装置によれば、ボンディングアームの超音波ホ
ーンの振動を受けて電気エネルギに変換する機械電気変
換手段を備え、この機械電気変換手段によって得られる
電気エネルギを電気インピダンス手段により消費させる
ように構成したので、超音波ホーンの共振周波数付近に
おける選択度Ｑを適性に設定することが可能となる。従
って、超音波ホーンは、共振周波数付近における異常振
動モードの発生が抑制され、従来のもののように超音波
振動子に供給される超音波電力の周波数を厳密に制御さ
せるための制御手段を不要とすることもできる。しか
も、従来のように超音波ホーンの駆動電圧と電流に発生
した位相差を検出して超音波電力の周波数を追尾させる
ような複雑な制御手段を用いる必要がなく、簡単で安価
に構成することができる。また、本発明によれば、上記
のような制御手段を用いた装置に併用すれば、一層高精
度な装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るワイヤボンディング装置
の実施例の要部を一部破断して示した図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１に示すボンディングアームの詳細
な構成を示した図である。
【図４】図４は、従来のボンディングアームの周波数対
インピダンス特性を示した図である。
【図５】図５は、本発明の実施例におけるボンディング
アームの周波数対インピダンス特性を示した図である。
【図６】図６は、従来のボンディングアームの構成を示
した図である。
【図７】図７は、ＩＣチップ上にワイヤボンディングを
行った状態を示す図である。
【図８】図８は、図６に示すボンディングアームの超音
波振動子部分の構成を説明する図である。
【図９】図９は、ワイヤボンディング装置によるボンデ
ィング工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ボンディングアーム １ａ 超音波ホーン １ｃ 超音波振動子 １ｅ 機械電気変換素子（機械電気変換手段） ２ 揺動アーム ３ 支持シャフト ７ キャピラリ ８ クランプアーム ８ａ クランプ ９ ワイヤ １６ 揺動フレーム １８ カム ２１ モータ ２５ ＩＣチップ ２５ａ パッド ２６ ボンディングステージ ２７ リード ３１ 超音波電力源 ４１ａ〜４１ｄ 圧電素子 ４２ａ〜４２ｅ 電極膜 ５１ａ，５１ｂ 圧電素子 ５２ａ，５２ｂ 電極膜 ６１ 抵抗素子（電気インピダンス手段）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波ホーンの振動を電気エネルギに変
    換する機械電気変換手段と、 該機械電気変換手段によって得られる電気エネルギを消
    費させる電気インピダンス手段とを備えたことを特徴と
    するボンディングアーム。
  2. 【請求項２】 半導体部品が載置されるボンディングス
    テージと、 ワイヤが挿通されたキャピラリを保持する超音波ホーン
    と、 前記超音波ホーンに対して超音波振動を供給する超音波
    振動子と、 前記超音波ホーンを揺動自在に支持する支持機構と、 前記超音波振動子に対して超音波電力を加えることによ
    り、前記キャピラリに対して超音波振動を印加するよう
    にしたワイヤボンディング装置であって、 前記超音波ホーンの振動を電気エネルギに変換する機械
    電気変換手段と、 該機械電気変換手段によって得られる電気エネルギを電
    気インピダンス手段により消費させるように構成したこ
    とを特徴とするワイヤボンディング装置。
  3. 【請求項３】 前記超音波振動子並びに機械電気変換手
    段は、共に圧電素子により構成されていることを特徴と
    する請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
  4. 【請求項４】 前記超音波振動子及び機械電気変換手段
    を構成する圧電素子は、夫々電極を挟んでボンディング
    アームに取り付けられ、前記超音波振動子を構成する圧
    電素子の電極間には、超音波電力が印加されると共に、
    前記機械電気変換手段を構成する圧電素子の電極間に
    は、抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項
    ３に記載のワイヤボンディング装置。
  5. 【請求項５】 前記電気インピダンス手段は、抵抗素子
    であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
    ワイヤボンディング装置。
JP7326464A 1995-11-21 1995-11-21 ボンディングア−ム及びこれを具備したワイヤボンディング装置 Pending JPH09148359A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100531610B1 (ko) * 2001-11-12 2005-11-28 가부시키가이샤 신가와 와이어본딩장치

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