JPH0951012A - ワイヤクランプ機構及びこれを具備したワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤクランプ機構及びこれを具備したワイヤボンディング装置

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JPH0951012A
JPH0951012A JP22105895A JP22105895A JPH0951012A JP H0951012 A JPH0951012 A JP H0951012A JP 22105895 A JP22105895 A JP 22105895A JP 22105895 A JP22105895 A JP 22105895A JP H0951012 A JPH0951012 A JP H0951012A
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JP
Japan
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wire
clamp
clamp member
piezoelectric element
bonding
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JP22105895A
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English (en)
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Tetsutaka Kudo
哲敬 工藤
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Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランプ力の調整を簡単に且つ高精度にて行
うことができるワイヤクランプ機構及びワイヤボンディ
ング装置を提供すること。 【解決手段】 圧電素子４０に電圧を印加してその作動
により可動側クランプ部材３２を閉方向、すなわちクラ
ンプ方向に揺動せしめるように構成。この構成によれ
ば、該クランプ部材の閉方向揺動限界位置、従って両ク
ランプ部材３１、３２の把持部３１ａ、３２ａ間の隙間
ｅを高い精度を以て設定し得、クランプ力の調整、いわ
ゆる面出しを容易かつ高精度にて行える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
組立工程において、例えばＩＣチップ上のパッドを第１
ボンディング点とし、該ＩＣチップが貼着されているリ
ードフレームに形成された外部リードを第２ボンディン
グ点として、該両ボンディング点間を導電性を有するワ
イヤを用いて接続するワイヤボンディング装置に関す
る。詳しくは、該ワイヤボンディング装置が具備する各
種の機構のうち、ワイヤのカットを行なうワイヤクラン
プ機構に関する。また、本発明は、ワイヤボンディング
装置に装備されるべきワイヤクランプ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のワイヤクランプ機構の一例を図１
０に示す。なお、図１０に示すワイヤクランプ機構につ
いては特開平５−２５９２１３号公報に開示されてい
る。
【０００３】図１０に示すワイヤクランプ機構は次のよ
うに構成されている。
【０００４】このワイヤクランプ機構は、ワイヤ１０１
を把持する把持部１１２ａ、１１３ａが各々の先端に設
けられた一対のクランプ部材１１２及び１１３につい
て、一方のクランプ部材１１３が固定とされ、他方のク
ランプ部材１１２のみが揺動自在となされている。詳し
くは、固定側であるクランプ部材１１３は、ベース１１
５上に固着された取付板１１６と一体に成形されてい
る。また、可動側であるクランプ部材１１２はくびれ部
１１２ｂを介して該取付板１１６と一体に成形され、該
くびれ部１１２ｂの可撓性を利用して揺動する。
【０００５】上記クランプ部材１１２には、上記くびれ
部１１２ｂの近傍に、他のくびれ部１１２ｃを介して結
合片１１２ｄが一体に形成されており、該結合片１１２
ｄと上記取付板１１６との間に駆動手段としての圧電素
子１１８が介装されている。該圧電素子１１８は、コン
トローラ１１９によって所要の電圧を印加されることに
よって伸縮する。
【０００６】上記構成のワイヤクランプ機構において
は、圧電素子１１８が伸縮（矢印Ｓにて示す）すること
によって可動側のクランプ部材１１２にモーメントが付
与されてこれが揺動（矢印Ｔで示す）し、ワイヤ１０１
の把持及びその解除が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のワイヤクランプ
機構では、電圧の印加による圧電素子１１８の作動、具
体的には伸び変位によってクランプ部材１１２が開方向
に揺動し、圧電素子１１８への給電を断つことにより該
クランプ部材１１２は閉方向、すなわちクランプ方向に
揺動してワイヤ１０１を固定側のクランプ部材１１３と
共に把持する。
【０００８】かかる構成においては、下記の問題を擁し
ている。
【０００９】すなわち、両クランプ部材１１２及び１１
３がワイヤ１０１を把持する力、つまりクランプ力が強
過ぎるとワイヤ１０１が損傷し易く、また、弱過ぎると
該両クランプ部材の把持部１１２ａ、１１３ａに対する
ワイヤ１０１の滑りや脱落などが生じ得ることから、ク
ランプ力は予め調整しておく必要がある。
【００１０】当該ワイヤクランプ機構では、このクラン
プ力は、上記圧電素子１１８への給電が断たれて上記両
把持部１１２ａ、１１３ａがワイヤ１０１を把持した際
における両クランプ部材１１２、１１３の自由端部の僅
かな撓みに基づく弾発力として得られる。該クランプ力
を所望値とするには、ワイヤ１０１が無い状態において
可動側のクランプ部材１１２がその弾性に基づく復元力
によって閉方向の揺動限界位置に達した時点で両把持部
１１２ａ、１１３ａ同士の隙間がワイヤ１０１の線径よ
りも所定量だけ小さくなるように機械的調整を高い精度
を以てしておかなければならない（当業者にあってはこ
の調整作業を面出しと称している）。すなわち、この所
定量がクランプ力を生ずるための両クランプ部材１１
２、１１３の撓み量となる訳である。
【００１１】ところが、この調整作業は極めて微妙で容
易ではなく、熟練を要し且つ多大な時間を費やすもの
で、作業能率の向上を図るために容易化が望まれてい
る。
【００１２】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
であって、その第１の目的とするところはクランプ力の
調整を簡単に且つ高精度にて行うことができるワイヤク
ランプ機構及びワイヤボンディング装置を提供すること
であり、更に他の効果をも併せ奏し得るワイヤクランプ
機構を提供することを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的達成のた
めに、本発明によるワイヤクランプ機構は、ワイヤを把
持するための一対のクランプ部材と、該クランプ部材を
作動させる駆動手段とを備え、該クランプ部材各々は一
方が固定、他方が揺動自在となされ、前記駆動手段は該
他方のクランプ部材に対して駆動力を付与する変位手段
からなり、該変位手段の作動によって該クランプ部材が
閉方向に揺動するようになされている。また、同目的達
成のため、本発明によるワイヤボンディング装置は、ボ
ンディングツールを用いてワイヤを被ボンディング部品
に接続し、ワイヤクランプ機構によって該ワイヤを把持
することにより該ワイヤをカットし、前記ワイヤクラン
プ機構は、ワイヤを把持するための一対のクランプ部材
と、該クランプ部材を作動させる駆動手段とを備え、該
クランプ部材各々は一方が固定、他方が揺動自在となさ
れ、前記駆動手段は該他方のクランプ部材に対して駆動
力を付与する変位手段からなり、該変位手段の作動によ
って該クランプ部材が閉方向に揺動するようになされて
いる。また、上記第２の目的達成のため、本発明による
ワイヤクランプ機構は、ワイヤを把持するための一対の
クランプ部材と、該クランプ部材を作動させる駆動手段
とを備え、該クランプ部材各々は一方が固定、他方が揺
動自在となされ、前記駆動手段は該他方のクランプ部材
に対して駆動力を付与する変位手段からなり、該変位手
段の作動によって該クランプ部材が閉方向に揺動するよ
うになされ、該変位手段は位置制御手段により駆動制御
されて前記クランプ部材の開閉プロファイルを制御する
ように構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、ボンディングツールを
用いてワイヤを被ボンディング部品に接続し、該ボンデ
ィングツールを該被ボンディング部品から離間させる際
にワイヤクランプ機構によって該ワイヤを把持すること
により該ワイヤを切断するワイヤボンディング装置にお
いて、該ワイヤクランプ機構が具備するクランプ部材に
対して最適なクランプ力等を簡単な構成を以て付与する
ために実施される。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。
【００１６】図１及び図２は、本発明の第１実施例とし
てのワイヤボンディング装置（ワイヤクランプ機構を含
む）を示すものである。
【００１７】図１は、当該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矢視図である。
【００１８】図１において、ホーン１を支持して該ホー
ン１と共にボンディングアームを構成する保持枠２は、
回転可能な支持シャフト１１に嵌着されている。また、
該支持シャフト１１には揺動アーム１２が揺動自在に嵌
合されている。この支持シャフト１１は、図示せぬＸＹ
テーブル等に搭載されている。なお、保持枠２内には、
ホーン１を励振するための超音波振動子（図示せず）が
組み込まれている。
【００１９】揺動アーム１２及び保持枠２には夫々、ソ
レノイド１４ａ及び電磁吸着片１４ｂが互いに対応する
ように固設されており、保持枠２を揺動させる際には、
ソレノイド１４ａに対して図示せぬ電源から通電して電
磁吸着片１４ｂとの間に吸着力を生ぜしめることによっ
て該保持枠２と揺動アーム１２とを相互に固定状態とす
る。但し、互いに所定距離以下に近接しないように、揺
動アーム１２にねじ等で固定された調整可能なストッパ
１３が設けられている。
【００２０】揺動アーム１２及び保持枠２には、上記ソ
レノイド１４ａ及び電磁吸着片１４ｂからなる電磁吸着
手段の前方位置に、マグネット１５ａ及びコイル１５ｂ
が各々取り付けられている。これらマグネット１５ａ及
びコイル１５ｂは、ボンディング時にホーン１の先端、
すなわちボンディングツールとしてのキャピラリ４を保
持する部位を図１における下向きに付勢するための吸着
力を発生する手段を構成する。
【００２１】揺動アーム１２の先端には、ワイヤクラン
プ機構５が設けられている。このワイヤクランプ機構５
については後に詳述する。
【００２２】上記キャピラリ４の近傍に位置するように
電気トーチ６が配設されており、この電気トーチ６は所
定の電圧を印加してワイヤ９の先端にボールを形成する
作用をなす。また、上記ワイヤクランプ機構５の上方に
は、長尺のワイヤ９が巻回されたスプール７と、該スプ
ール７から引き出される該ワイヤ９を案内するガイド８
と、テンションクランプ機構３とが配設されている。該
テンションクランプ機構３はガイド８と共に図示せぬフ
レームに取り付けられており、スプール７から送給され
るワイヤ９に所定の張力をかけて該ワイヤ９を常にキャ
ピラリ４の先端まで真直ぐな状態になるように保持する
ものである。
【００２３】図２にも示すように、揺動アーム１２の後
端部には支軸１６ａが植設されており、アーム側カムフ
ォロア１６と揺動ベース１９ａとがこの支軸１６ａの周
りに回転自在となっている。揺動ベース１９ａにはベア
リングガイド１９ｂがその下端にて固着され、このベア
リングガイド１９ｂの上端部には予圧アーム１９ｄが支
持ピン１９ｅを介して回転自在に取り付けられている。
予圧アーム１９ｄ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。そして、この予圧アーム１９ｄの
先端と揺動ベース１９ａの先端とには引張ばねである予
圧ばね１９ｆが掛け渡されており、アーム側カムフォロ
ア１６及びカムフォロア１７は、略ハート型に形成され
たカム８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１６及びカムフォロア１７の
カム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。
【００２４】上記揺動ベース１９ａと、ベアリングガイ
ド１９ｂと、予圧アーム１９ｄ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１９と総称する。
揺動フレーム１９の構成部材としてのベアリングガイド
１９ｂは、カム１８が嵌着されたカム軸２２に取り付け
られたラジアルベアリング２１の外輪に接している。な
お、カム１８は、モータ２３よりカム軸２２に付与され
るトルクによって正逆回転する。ホーン１及び保持枠２
からなるボンディングアームは、このカム１８の正逆回
転によって揺動アーム１２と一体的に揺動し、これによ
りキャピラリ４が被ボンディング部品としてのボンディ
ング対象（後述）に対して近接及び離間する。
【００２５】ここで、上記ワイヤクランプ機構５の構成
について、図３に基づいて詳述する。
【００２６】図３に示すように、当該ワイヤクランプ機
構５においては、ワイヤ９を把持する把持部３１ａ、３
２ａが各々の先端に設けられた一対のクランプ部材３１
及び３２を有しており、該両クランプ部材３１、３２は
各々略平板状に形成され、互いに略平行に配設されてい
る。そして、一方のクランプ部材３１が固定とされ、他
方のクランプ部材３２が揺動自在となされている。詳し
くは、固定側であるクランプ部材３１には複数、この場
合２つのねじ挿通孔３１ｂが形成されており、該ねじ挿
通孔３１ｂに挿通されるねじ３４によって当該ワイヤク
ランプ機構５が具備するベース３５の一端側に締結され
ている。
【００２７】なお、上記ベース３５については、自体に
形成されたねじ挿通孔３５ａに挿通されるねじ（図示せ
ず）によって上記揺動アーム１２に対して締結される。
【００２８】一方、可動側のクランプ部材３２に関して
は、上記ベース３５とくびれ部３５ｃを介して一体に形
成された取付板３６の同じく一端側に締結されている。
具体的には、該クランプ部材３２には２つのねじ挿通孔
３２ｂが形成されており、該ねじ挿通孔３２ｂに挿通さ
れるねじ３８によって該取付板３６に締結されている。
【００２９】すなわち、上記クランプ部材３２は、上記
くびれ部３５ｃの可撓性を利用して、取付板３６と一体
に揺動（図３において矢印Ｆにて示している）する。
【００３０】なお、図から明らかなように、両クランプ
部材３１及び３２に形成された各ねじ挿通孔３１ｂ、３
２ｂは長孔であり、夫々同じ向きに伸長している。従っ
て、各ねじ３４及び３８を緩めることによって両クラン
プ部材３１、３２の位置を相互近接離間方向において調
節することができる。
【００３１】上記ベース３５及び取付板３６には、その
各他端側、すなわち、上記くびれ部３５ｃを挾んで両ク
ランプ部材３１、３２の取付部とは反対側に、他のくび
れ部３５ｅ及び３６ａが形成されている。そして、該両
くびれ部３５ｅ、３６ａ間に、変位手段、すなわち駆動
手段としての圧電素子４０が介装されている。この圧電
素子４０は、これに電圧を印加するとその電圧に比例し
て伸縮を行い、可動側のクランプ部材３２に対して駆動
力を付与する。
【００３２】可動側のクランプ部材３２は、上記圧電素
子４０に電圧が印加されていない状態、すなわち伸びも
縮みも生じていない状態において、図３で二点鎖線にて
示す開位置に位置するように設定される。
【００３３】なお、図３において、参照符号４２は、所
定の粘弾性を有するシリコンであり、該シリコン４２は
ベース３５と取付板３６との間に充填されている。この
シリコン４２は、上記クランプ部材３２を開方向に向け
て付勢すると共に、当該ワイヤクランプ機構５の作動時
に発生する振動を制する作用をなす。
【００３４】上記した構成のワイヤクランプ機構５にお
いては、電圧の印加による圧電素子４０の作動、具体的
には伸び変位によって可動側のクランプ部材３２が閉方
向に揺動せしめられ、固定側のクランプ部材３１と共に
ワイヤ９を把持する。そして圧電素子４０への給電が断
たれると該圧電素子４０は元の長さに戻り、クランプ部
材３２も該圧電素子４０によって引かれ、且つシリコン
４２の弾発力によって開位置へと揺動させられる。
【００３５】かかる構成によれば、ワイヤ９が無い状態
で上記可動側クランプ部材３２が閉方向の揺動限界位置
に達した時点における固定側及び可動側の両クランプ部
材３１、３２の把持部３１ａ、３２ａ間の隙間（後述）
の調整、すなわち、いわゆる面出しについて、従来行わ
れていた煩雑な機械的調整は何等必要としない。
【００３６】何となれば、可動側クランプ部材３２の閉
方向への作動は圧電素子４０により付与される押圧力に
よってなされる故、該圧電素子４０に加える電圧を適宜
調節すれば該可動側クランプ部材３２の閉方向揺動限界
位置、従って両クランプ部材３１、３２の把持部３１
ａ、３２ａ間の隙間を高い精度を以て設定し得るからで
ある。
【００３７】上記構成により、クランプ力の調整は、熟
練を要することなく、しかも短時間にて簡単且つ高精度
に行うことができ、作業能率が向上する。
【００３８】上記のようにして設定すべき両把持部３１
ａ、３２ａ間の隙間を、図４において記号ｅにて示して
いる。この隙間ｅは、ワイヤ９の線径ｄよりも所定量α
1 ＋α2 だけ小さくなるように設定される。すなわち、
該両把持部３１ａ、３２ａがワイヤ９を把持した状態に
おいて、両クランプ部材３１、３２の自由端部が夫々α
1 、α2 ずつ撓み、この撓みに基づく弾発力がクランプ
力となる訳である。
【００３９】ここで、当該ワイヤクランプ機構５におい
ては、図３から明らかなように、可動側クランプ部材３
２に対する圧電素子４０による駆動力付与点（くびれ部
３６ａ）が、該クランプ部材３２の揺動支点であるくび
れ部３５ｃを挾んで該クランプ部材３２の把持部３２ａ
とは反対側に設定されている。この構成では、該クラン
プ部材３２及び取付板３６の結合体を梃子として置き換
えてみた場合、該クランプ部材３２の把持部３２ａ、揺
動支点（くびれ部３５ｃ）及び駆動力付与点（くびれ部
３６ａ）が各々、作用点、支点及び力点となり、支点が
中央に位置する梃子となる。この構成において、該作用
点及び力点の、支点からの距離を夫々Ｎ及びｎ（図３参
照）とすれば、作動量の拡大比はＮ／ｎとなる。
【００４０】詳しくは、図３に示すように、クランプ部
材３２に対する圧電素子４０の駆動力付与点であるくび
れ部３６ａは、該クランプ部材３２の把持部３２ａと揺
動支点であるくびれ部３５ｃとを結ぶ仮想直線４５に対
して交差する方向において、該くびれ部３５ｃから距離
ｎの位置に設定されている。これは、該揺動支点（くび
れ部３５ｃ）を中心として該距離ｎを半径とする仮想円
４６を描くことによって明らかなように、該クランプ部
材３２及び取付板３６を梃子として該揺動支点周りのモ
ーメントを考えれば、圧電素子４０の駆動力は上記仮想
直線４５の延長上で該揺動支点から該距離ｎの位置に加
えられることと等価となる。
【００４１】ところで、前述したように、本発明に係る
ワイヤクランプ機構５においては、一対設けられたワイ
ヤ把持用のクランプ部材３１及び３２について、一方の
クランプ部材３１が固定、他方のクランプ部材３２が揺
動自在となされている。従って、ワイヤ９はこの固定側
のクランプ部材３１の把持部３１ａに当接することによ
って正確に位置決めされ、高精度なボンディング作業を
行う上で有効である。
【００４２】更に、このワイヤクランプ機構５において
は、変位手段としての上記圧電素子４０について、その
変位方向、すなわち伸縮方向が、上記可動側のクランプ
部材３２の揺動方向（図３において矢印Ｆで示す方向）
と略一致するようになされている。すなわち、長手状に
形成された圧電素子４０が、その長手方向が両クランプ
部材３１、３２の長手方向に対して交差する状態にて設
けられている。
【００４３】この構成によれば、両クランプ部材３１及
び３２の長手方向においてワイヤクランプ機構５全体の
寸法が小さく抑えられ、ワイヤボンディング装置のコン
パクト化を図ることができる。
【００４４】また、このワイヤクランプ機構５において
は、上記両クランプ部材３１、３２に関し、これらを担
持するベース３５及び取付板３６に対して着脱可能とさ
れている。具体的には、これらクランプ部材３１、３２
は、ねじ３４、３８によって該ベース３５、取付板３６
に締結されている。これらのねじ３４、３８を外すこと
によって両クランプ部材３１、３２の交換を行うことが
できる。故に、該両クランプ部材３１、３２の把持部３
１ａ、３２ａが摩耗等を生じた場合に、ワイヤクランプ
機構５全体を交換する必要はなく、クランプ部材３１及
び３２のみ交換すればよいので、経済的である。
【００４５】なお、本実施例においては、圧電素子４０
を変位手段として採用しているが、他の種々の変位手段
を用いてもよいことは勿論である。
【００４６】また、本実施例においては、圧電素子４０
の伸び変位によって可動側クランプ部材３２を閉方向に
揺動させているが、この閉方向への揺動を圧電素子４０
の縮み変位によって行うことも可能である。
【００４７】次に、本実施例に示す変位手段としての圧
電素子４０を用いてクランプ部材３１、３２の開閉プロ
ファイル、すなわち位置、速度及び力の制御を行なうた
めの位置制御手段について説明する。
【００４８】図５に示すように、入力端子ＴＰ1 には、
ファンクションジェネレータ等で構成される入力信号発
生手段（図示せず）から図６に示す方形波などの入力信
号が入力される。しかし、この入力波形は、図６（ａ）
乃至（ｆ）に示すように必要な開閉プロファイルに応じ
て方形波（図６（ａ），（ｄ））に限らず、正弦波（図
６（ｃ），（ｆ））や三角波（図６（ｂ），（ｅ））そ
の他任意の波形でよいことは勿論である。したがって、
駆動信号としては種々の波形を用いることが可能である
が、圧電素子の性質上、加える電圧は正極性又は負極性
が用いられる。この入力端子ＴＰ1 は、抵抗Ｒ1 を介し
て増幅手段としての演算増幅器６０の非反転入力端子
（＋）に接続される。また、反転入力端子（−）は接地
されている。この演算増幅器６０の出力端は、ダイオー
ドＤ1 を介して電源＋Ｖ1 に接続され、ダイオードＤ1
のカソードにはコンデンサＣ1 が接続されて接地されて
いる。
【００４９】また、演算増幅器６０の反転入力端子側に
は電源−Ｖ3 が供給され、該電源−Ｖ3 間にはコンデン
サＣ4 が接続されて接地され、このコンデンサＣ4 の他
端はダイオードＤ2 を介して演算増幅器６０の出力端と
接続されている。この演算増幅器６０の出力は、またコ
ンデンサＣ2 を介して非反転入力端子（＋）と接続され
ている。このコンデンサＣ2 は発振を抑えるためのもの
である。
【００５０】入力端子ＴＰ1 、抵抗Ｒ1 と演算増幅器６
０の非反転入力端子間と抵抗Ｒ9 、出力端子ＴＰ2 間に
は第１の経路、すなわち抵抗Ｒ2 と該抵抗Ｒ2 の両端に
並列にコンデンサＣ3 が接続されている。
【００５１】次に、第２の経路となる演算増幅器６０の
出力端は、２つのトランジスタＴｒ1 、Ｔｒ2 のベース
に接続されている。
【００５２】このトランジスタＴｒ1 は、ＮＰＮトラン
ジスタであり、このトランジスタＴｒ1 のコレクタは抵
抗Ｒ3 を介してＰＮＰトランジスタＴｒ3 のエミッタ、
トランジスタＴｒ3 のコレクタ及びＰＮＰトランジスタ
Ｔｒ4 のベースに接続されている。トランジスタＴｒ3
のエミッタには電源＋Ｖ2 が供給され、該＋Ｖ2 間には
抵抗Ｒ8 を介してトランジスタＴｒ3 のベース及びＰＮ
ＰトランジスタＴｒ4のエミッタに接続されている。
【００５３】このトランジスタＴｒ4 のエミッタとコレ
クタ間にはコンデンサＣ5 が接続されている。このトラ
ンジスタＴｒ4 のコレクタは、抵抗Ｒ9 を介して出力端
子ＴＰ2 及び後述するＮＰＮトランジスタＴｒ6 のコレ
クタと接続されている。
【００５４】一方、トランジスタＴｒ2 は、ＰＮＰトラ
ンジスタであり、該トランジスタＴｒ2 のエミッタと前
記トランジスタＴｒ1 のエミッタ間には分割抵抗Ｒ4 、
Ｒ5が接続され、該抵抗Ｒ4 とＲ5 の中点は接地されて
いる。トランジスタＴｒ2 のコレクタは、ＮＰＮトラン
ジスタＴｒ5 のコレクタ及び抵抗Ｒ6 を介してエミッタ
と接続され、このトランジスタＴｒ5 のエミッタには電
源−Ｖ4 が供給接続されている。また、この電源−Ｖ4
は、抵抗Ｒ7 を介してトランジスタＴｒ5 のベース及び
トランジスタＴｒ6 のエミッタと接続されている。この
トランジスタＴｒ6 のエミッタとコレクタ間にはコンデ
ンサＣ4 が接続されている。
【００５５】以上のような構成により位置制御手段が構
成されている。
【００５６】次に、この位置制御手段の作用について以
下に説明する。
【００５７】図５に示す位置制御手段は、全体がいわゆ
る増幅回路となっていて、入力端子ＴＰ1 に方形波など
の入力信号が印加されると、例えば抵抗Ｒ1 を３ＫΩ、
抵抗Ｒ2 を３００ＫΩとして設定しておくと、入力信号
として約１Ｖを加えると、出力端子ＴＰ2 には約１００
倍の出力電圧が発生するように構成されている。要する
に、トランジスタＴＰ1 に印加する電圧を高くすればＴ
Ｐ2 にあらわれる応答特性も早くなり、電圧を低くすれ
ば逆に遅くなるから、これを制御することによって図３
に示すクランプ部材３２の閉じ量、開閉プロファイルを
制御することができる。
【００５８】しかしながら、上記のように抵抗Ｒ1 、Ｒ
2 の作用のみでは実際には増幅することができないの
で、演算増幅器６０には＋Ｖ1 、−Ｖ3 の電源、例えば
約±１５Ｖが供給されるように構成されており、また電
圧制御手段としてのＴｒ1 乃至Ｔｒ6 のトランジスタ側
には＋Ｖ2 、−Ｖ4 に例えば約±１６０Ｖの電源が供給
されている。
【００５９】そこで、図６（ａ）に示すような０Ｖでク
ランプ部材３２が開、正極性の電圧が加えられて閉とな
るような方形波が入力端子ＴＰ1 に印加されると、演算
増幅器６０の出力端には増幅された出力がトランジスタ
Ｔｒ1 に印加される。演算増幅器６０の出力波形が正の
ときはトランジスタＴｒ1 がオンする。このトランジス
タＴｒ1 がオンすると、トランジスタＴｒ3 及びＴｒ4
もオンして図５に示す矢印Ａ1 、Ａ2 方向に電流が流れ
る。
【００６０】上記のように電圧制御手段としてのトラン
ジスタＴｒ1 、Ｔｒ3 、Ｔｒ4 が作動することによって
出力端子ＴＰ2 には入力信号が例えば１Ｖのときは約１
００Ｖの出力が出力されることとなる。このような位置
制御手段を用いることによって入力信号を制御すればク
ランプ部材の開閉プロファイルを容易に制御することが
できる。
【００６１】また、図６（ｄ）乃至（ｆ）に示すような
負極性の波形が用いられる場合、すなわちトランジスタ
Ｔｒ2 は、演算増幅器６０の出力波形が負となると、オ
ンする。このトランジスタＴｒ2 がオンすると、トラン
ジスタＴｒ5 及びＴｒ6 がオンとなって矢印Ａ3 、Ａ4
のように電流が流れる。
【００６２】そして、上記と同様に電圧制御手段として
のトランジスタＴｒ2 、Ｔｒ5 、Ｔｒ6 が作動すること
によって出力端子ＴＰ2 には入力信号が例えば−１Ｖの
ときは約−１００Ｖの出力が出力されることとなる。こ
のような位置制御手段を用いることによって入力信号を
制御すればクランプ部材の開閉プロファイルを容易に制
御することができる。
【００６３】このようにクランプ部材の開閉プロファイ
ルを制御することによってクランプ部材の開閉位置、速
度及び力を制御することができる。すなわち図６（ａ）
乃至（ｃ）に示すような任意の波形を用いて電圧を上げ
ることによって位置、速度を変えることができるが、逆
に電圧を下げることによっても制御することができる。
つまり、例えば図６（ａ）に示すような波形で示すよう
に閉の状態から開のときには急峻なスピードでクランプ
部材を開き、逆に閉じる時には図６（ｆ）に示すような
波形（この場合は正極性で用いる）を用いて滑らかな閉
じ方をするなどして振動等を抑え、更にワイヤに接触し
た時点で更に電圧を下げることによってクランプ力を制
御することができる。要するに、本発明に係る開閉プロ
ファイルを制御する入力信号としては図６（ａ）乃至
（ｆ）に示すような任意の波形を用い、またそれらの波
形を組み合わせて最適な入力波形を用いることができ
る。
【００６４】上記したように、当該ワイヤクランプ機構
においては、変位手段としての電圧素子４０が位置制御
手段によって駆動制御され、クランプ部材の開閉プロフ
ァイル、すなわち位置、速度及び力の制御がなされる。
従って、ワイヤの把持及びその解除は極めて高精度且つ
効率的に行われ、ワイヤボンディング作業の高能率化が
達成される。
【００６５】次に、上記した構成のワイヤボンディング
装置の動作について簡単に説明する。
【００６６】図１に示すように、当該ワイヤボンディン
グ装置においては、複数のＩＣチップ６１が長手方向
（図における紙面に垂直な方向）に並べて貼着されたリ
ードフレームＬ＼Ｆが扱われる。ボンディング作業開始
に際し、ヒーターブロック（図示せず）によって加熱さ
れているボンディングステージ６２上に該リードフレー
ムＬ＼Ｆが開示しない搬送手段によって搬入され、且
つ、最先のＩＣチップ６１がボンディング作業位置に位
置決めされる。この状態で、図１に示すボンディング手
段７０が作動し、ＩＣチップ６１上のパッド（図示せ
ず）を第１ボンディング点とし、該ＩＣチップ６１が貼
着されているリードフレームＬ＼Ｆに形成された外部リ
ード（後述）を第２ボンディング点として、該両ボンデ
ィング点間を金等を素材とするワイヤ９により接続す
る。なお、図示してはいないが、当該ボンディング手段
７０はＸＹテーブル上に搭載されており、適宜二次元的
に移動され、位置決めされる。
【００６７】このボンディング工程を図７を用いて説明
する。
【００６８】まず、上記ＩＣチップ６１上のパッド（電
極：図示せず）にワイヤボンディングしようとする時、
まず、先端にボール９ａが形成されたワイヤ９が挿通さ
れたキャピラリ４を、図示せぬ撮像装置等からの情報に
基づいて上記ＸＹテーブル（図示せず）の作動により該
パッドの直上に位置決めする。その後、ホーン１及び保
持枠２からなるボンディングアームをカム１８の作動を
以て下方に揺動させ、キャピラリ４を図７の乃至に
示すように下降させて上記パッドにボール９ａを押しつ
ぶして熱圧着ボンディングを行う。この時、前述の超音
波励振手段を以てキャピラリ４を励振させることを行
う。
【００６９】なお、この工程で→は上記ボンディン
グアームを高速で下降移動させ、→では低速で移動
させる。図において参照符号３１ａ、３２ａは前述の両
クランプ部材３１、３２が具備する把持部を示すもので
あるが、この時、該各把持部３１ａ、３２ａは開となっ
ている。次に、この第１ボンディング点への接続が終わ
ると、→では該把持部３１ａ、３２ａが開状態のま
ま上記ボンディングアームが図７に示す上方向、即ちＺ
軸方向に上昇し、所定のループコントーロールにしたが
ってに示すように把持部３１ａ、３２ａ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７１に接続される。
【００７０】この接続後、キャピラリ４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
た状態で把持部３１ａ、３２ａを閉じる。この状態で更
にボンディングアーム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
先端部に電気トーチ６（図１参照）を用いてボール９ａ
を形成し、把持部３１ａ、３２ａ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
ンディングがなされる。
【００７１】以降、ＩＣチップ６１に複数設けられたパ
ッドとこれらに対応して配設された各リードについて上
記一連の動作が繰り返され、この最先のＩＣチップに関
するボンディングを完了する。
【００７２】この後、リードフレームＬ＼Ｆ（図１参
照）がＩＣチップ６１の配設ピッチの１ピッチ分だけ移
送されて次のＩＣチップについてのボンディング作業が
行われ、順次同様に続行され、全てのＩＣチップのボン
ディング接続を終了する。
【００７３】図８及び図９は各々、本発明の第２実施例
及び第３実施例としてのワイヤクランプ機構７３、７４
を示すものである。これらのワイヤクランプ機構７３、
７４は、図３に示したワイヤクランプ機構５に代えて、
図１に示すワイヤボンディング装置に装備することがで
きるものであり、該ワイヤクランプ機構５と同様に圧電
素子４０の伸び変位によって閉動作、すなわちクランプ
動作を行い、該ワイヤクランプ機構５と同様の効果を奏
する。
【００７４】以下、これらのワイヤクランプ機構７３及
び７４について説明する。但し、両ワイヤクランプ機構
７３、７４は、以下に説明する部分以外は図３に示した
ワイヤクランプ機構５とほぼ同様に構成されており、機
構全体としての構成及び動作の説明は重複する故に省略
し、要部のみの説明に留める。
【００７５】また、以下の説明並びに図面において、上
記ワイヤクランプ機構５の構成部分と同一または対応す
る構成部分については同じ参照符号を付して示してい
る。
【００７６】まず、図８に示すワイヤクランプ機構７３
について説明する。
【００７７】当該ワイヤクランプ機構７３においては、
可動側のクランプ部材３２に対する圧電素子４０による
駆動力付与点が、該クランプ部材３２の把持部３２ａと
その揺動支点（くびれ部３５ｃ）との間に設定されてい
る。詳しくは、図示のように、クランプ部材３２に対す
る圧電素子４０の駆動力付与点であるくびれ部３６ａ
は、該クランプ部材３２の把持部３２ａと揺動支点であ
るくびれ部３５ｃとを結ぶ仮想直線４５に対して交差す
る方向において、該くびれ部３５ｃから距離ｎの位置に
設定されている。これは、該揺動支点（くびれ部３５
ｃ）を中心として該距離ｎを半径とする仮想円４６を描
くことによって明らかなように、該クランプ部材３２及
び取付板３６の結合体を梃子として該揺動支点周りのモ
ーメントを考えれば、圧電素子４０の駆動力は上記仮想
直線４５上で該揺動支点から該距離ｎの位置に加えられ
ることと等価となる。
【００７８】このように、可動側クランプ部材３２につ
いてその把持部３２ａと揺動支点（くびれ部３５ｃ）と
の間に駆動力を付与する構成では、該クランプ部材３２
の揺動支点、把持部３２ａ及び駆動力付与点（前述：図
において、仮想直線４５上でくびれ部３５ｃから距離ｎ
の位置）が各々、支点、作用点及び力点となり、支点が
外側に位置する梃子となる。このような梃子においては
支点から作用点までの距離Ｎが梃子としての全長とな
り、支点から力点までの距離ｎとの比、すなわち作動量
拡大比Ｎ／ｎを得るにはこの長さＮで足りる。それ故
に、この長さの方向においてワイヤクランプ機構全体の
寸法が小さく抑えられてワイヤボンディング装置のコン
パクト化を図る上で有効である。
【００７９】また、このワイヤクランプ機構７３におい
ては、変位手段としての上記圧電素子４０について、そ
の変位方向、すなわち伸縮方向が、上記可動側のクラン
プ部材３２の揺動方向（図８において矢印Ｆで示す方
向）と略直交するようになされている。すなわち、長手
状に形成された圧電素子４０が、その長手方向が両クラ
ンプ部材３１、３２の長手方向と一致する状態にて設け
られている。
【００８０】この構成によれば、両クランプ部材３１及
び３２の短手方向においてワイヤクランプ機構７３全体
の寸法が小さく抑えられる。より具体的には、この構成
においては、圧電素子４０の作動時の反力を受けるべく
ベース３５に設けられる幅広の反力受部３５ｇが、上記
可動側クランプ部材３２及び圧電素子４０と共に該クラ
ンプ部材３２の長手方向において一列に並び、側方に突
出してはいない。因に、図３に示したワイヤクランプ機
構５においては、反力受部３５ｇは側方に張り出してい
る。
【００８１】続いて、図９に示したワイヤクランプ機構
７４について説明する。
【００８２】当該ワイヤクランプ機構７４は、図３に示
したワイヤクランプ機構５に対し、次の点が異なる。
【００８３】すなわち、可動側クランプ部材３２が取り
付けられた取付板３６が、圧電素子４０の位置よりも更
に外側に延出した延出部３６ｃを有している。この構成
では、この延出部３６ｃがカウンタウェイトとして作用
し、梃子として揺動するクランプ部材３２と取付板３６
との結合体について、その揺動支点（くびれ部３５ｃ）
を挾む両側の部分同士の重量バランスが得られ、良好な
作動状態が得られる。
【００８４】また、このワイヤクランプ機構７４におい
ては、ベース３５にも、上記取付板３６の延出部３６ｃ
に対応して延出部３５ｈが形成されている。そして、該
両延出部３６ｃ、３５ｈ間にもシリコン４２が充填され
ている。よって、他の部位に充填されているシリコン４
２も含め、その作用、すなわち、クランプ部材３２を開
方向に付勢する作用、並びに制振作用が強まっている。
【００８５】なお、本発明は、前述した各実施例の構成
に限らず、これら各実施例が含む構成を互いに組み合わ
せたり、応用させ合うことなどにより、多岐にわたる構
成を実現できるものである。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるワイ
ヤクランプ機構及びワイヤボンディング装置において
は、例えば、変位手段の一例である圧電素子に電圧を印
加してその作動、具体的には伸び変位（縮み変位でも
可）により可動側のクランプ部材を閉方向に揺動せし
め、以てワイヤの把持を行うようになされている。かか
る構成によれば、ワイヤが無い状態で上記可動側クラン
プ部材が閉方向の揺動限界位置に達した時点における固
定側及び可動側の両クランプ部材の把持部間の隙間の調
整、すなわち、いわゆる面出しについて、従来行われて
いた煩雑な機械的調整は何等必要としない。何となれ
ば、可動側クランプ部材の閉方向への作動は圧電素子に
より付与される押圧力によってなされる故、該圧電素子
に加える電圧を調節すれば該可動側クランプ部材の閉方
向揺動限界位置、従って両クランプ部材の把持部間の隙
間を高い精度を以て設定し得るからである。上記構成に
より、クランプ力の調整は、熟練を要することなく、し
かも短時間にて簡単且つ高精度に行うことができ、作業
能率が向上する。加えて、本発明によるワイヤクランプ
機構においては、位置制御手段によって上記変位手段が
駆動制御され、クランプ部材の開閉プロファイル、すな
わち位置、速度及び力の制御がなされる。従って、ワイ
ヤの把持及びその解除は極めて構成度且つ効率的に行わ
れ、ワイヤボンディング作業の高能率化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例としてのワイヤボ
ンディング装置の要部の、一部断面を含む側面図であ
る。
【図２】図２は、図１に関するＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図３は、図１に示したワイヤボンディング装置
が具備するワイヤクランプ機構の平面図である。
【図４】図４は、図３に示したワイヤクランプ機構の一
部の拡大図である。
【図５】図５は、本発明の実施例としての位置制御手段
の構成を示す回路図である。
【図６】図６（ａ）乃至（ｆ）は、図５に示すＴＰ1 に
印加される入力波形の一例を示す図である。
【図７】図７は、図１乃至図３に示したワイヤボンディ
ング装置の動作の工程を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施例としてのワイヤク
ランプ機構の平面図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施例としてのワイヤク
ランプ機構の平面図である。
【図１０】図１０は、従来のワイヤクランプ機構の平面
図である。
【符号の簡単な説明】
４ キャピラリ（ボンディングツール） ５、７３、７４ ワイヤクランプ機構 ９ ワイヤ ３１、３２ クランプ部材 ３１ａ、３２ａ （クランプ部材３１、３２の）把持
部 ４０ 圧電素子（変位手段） ４２ シリコン ６１ ＩＣチップ ６２ ボンディングステージ ７０ ボンディング手段 ７１ リード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤを把持するための一対のクランプ
    部材と、該クランプ部材を作動させる駆動手段とを備
    え、該クランプ部材各々は一方が固定、他方が揺動自在
    となされ、前記駆動手段は該他方のクランプ部材に対し
    て駆動力を付与する変位手段からなり、該変位手段の作
    動によって該クランプ部材が閉方向に揺動するようにな
    されていることを特徴とするワイヤクランプ機構。
  2. 【請求項２】 ワイヤを把持するための一対のクランプ
    部材と、該クランプ部材を作動させる駆動手段とを備
    え、該クランプ部材各々は一方が固定、他方が揺動自在
    となされ、前記駆動手段は該他方のクランプ部材に対し
    て駆動力を付与する変位手段からなり、該変位手段の作
    動によって該クランプ部材が閉方向に揺動するようにな
    され、該変位手段は位置制御手段により駆動制御されて
    前記クランプ部材の開閉プロファイルを制御するように
    したことを特徴とするワイヤクランプ機構。
  3. 【請求項３】 ボンディングツールを用いてワイヤを被
    ボンディング部品に接続し、ワイヤクランプ機構によっ
    て該ワイヤを把持することにより該ワイヤをカットする
    ワイヤボンディング装置において、前記ワイヤクランプ
    機構は、ワイヤを把持するための一対のクランプ部材
    と、該クランプ部材を作動させる駆動手段とを備え、該
    クランプ部材各々は一方が固定、他方が揺動自在となさ
    れ、前記駆動手段は該他方のクランプ部材に対して駆動
    力を付与する変位手段からなり、該変位手段の作動によ
    って該クランプ部材が閉方向に揺動するようになされて
    いることを特徴とするワイヤボンディング装置。
JP22105895A 1995-08-07 1995-08-07 ワイヤクランプ機構及びこれを具備したワイヤボンディング装置 Pending JPH0951012A (ja)

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