JPS61290730A - ボンデイング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はボンディング技術、特に、半導体装置の組立に
おけるワイヤボンディング工程に適用して有効な技術に
関する。

［背景技術］ たとえば、半導体装置の組立工程においてリードフレー
ムのタブ上に固定されたペレットとリード間を電気的に
接続する場合、ボンディングワイヤをペレットのポンデ
ィングパッドやリードフレームに押圧して圧着させるウ
ェッジなどのボンディングツールの、前記ポンディング
パッドやリードフレームへの着地を正確に把握し、ボン
ディングツールがボンディングアームを介して固定され
る上下動ブロックの降下動作を正確に停止させることが
、上下動ブロックの昇降動作によってペレットのポンデ
ィングパッドやリードフレームなどの上に降下されるウ
ェッジとペレットのポンディングパッドやリードフレー
ムとの衝突を防止するなどの観点から重要となる。

このため、ボンディングツールが固定されるボンディン
グアームを、上下動ブロックに設けられた回転軸に回動
自在に装着し、ボンディングツールの着地によるボンデ
ィングアームの回動を次のような機構で検知することが
考えられる。

すなわち、回動されるボンディングアームの所定の部位
と、このボンディングアームとは独立に固定された部位
とに電気回路の接点を設け、ばねなどによってボンディ
ングアームを付勢することによって前記接点を閉じた状
態にしておき、ボンディングツールの着地によってボン
ディングアームが回動された時に接点が開放されるよう
に構成して、ボンディングツールの着地を外部から検知
し、ボンディングツールが固定されるボンディングアー
ム全体を昇降させる上下動ブロックの駆動機構に帰還し
て、上下動ブロックの降下を所定の位置で停止させるよ
うにしたものである。

しかしながら、上記のような電気的な接点を有する構造
では、接点の摩耗や微細な凹凸などによって接点の開放
動作の時点、すなわちボンディングツール°の着地の時
点が正確に検知できず、ボンディングアームを介してボ
ンディングツールをボンディング部に降下させる上下動
ブロックの停止位置が不安定となって駆動されるボンデ
ィングツールのボンディング動作が不正確となる、いわ
ゆるチャタリングを生じ、さらに、接点の摩耗に対する
保守管理などによって装置の稼働時間が低下されるなど
の欠点があることを本発明者は見いだした。

上記のようなボンディングツールの不安定なボンディン
グ動作は、ボンディングワイヤとペレットのボンディン
グバンドやリードフレームとの接合不良、ペレットのボ
ンディングツールによる損傷などの発生の原因となり、
ワイヤボンディングの信頼性を低下させるものである。

なお、ワイヤボンディング技術について説明されている
文献としては、株式会社工業調査会、１９８２年１１月
１５日発行「電子材料Ｊ　１９８２年１１月号別冊、Ｐ
１６３〜Ｐ１６８がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、信頼性の高いボンディングを行うこと
が可能なボンディング技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、つぎの通りである。

すなわち、ボンディングアームに固定されたボンディン
グツールの所定のボンディング部位に対する着地が、前
記ボンディングツールの着地によって変位されるボンデ
ィングアームに固定されボンディングアームとともに変
位される移動子と、前記ボンディングアームと独立に設
けられ、前記移動子の変位を該移動子と接触することな
く検出するセンサ部とからなる非接触センサ機構によっ
て検知される構造とすることにより、たとえば接点など
の機械的な接触動作の不安定さに起因１７て、ボンディ
ングツールの着地のタイミングの検知が不正確となるこ
とを防止して、ボンディングツールの正確なボンディン
グ動作を実現し、信頼性の高いボンディング結果を得る
ようにしたものである。

［実施例］ 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
置の略断面図である。

第１図において、水平面内において移動自在なＸＹテー
ブル１の上には、ボンディングヘッド２が設けられ、こ
のボンディングヘッド２の内部には、上下動ブロック３
が垂直方向に設けられた寓内軸４によって昇降自在に構
成されている。

そして、前記上下動ブロック３の側面部には、ボンディ
ングヘッド２の側に固定されたサーボモータ５の回転運
動を上下方向の直線運動に変換す　　　　−るボールね
し機構６が装着され、サーボモータ５の所定の方向への
所定量の回転によって上下動ブロック３は所定の距離だ
け上下方向に移動される構造とされている。

さらに、上下動ブロック３の内部には、上下動ブロック
３に水平に固定された回転軸７を回転中心として鉛直平
面内において回動自在なボンディングアーム８が設けら
れている。

前記ボンディングアーム８の一端は、上下動ブロック３
に固定されるボイスコイルモータ９によって上方に付勢
され、回転軸７を中心として反時計回りの回動力が作用
されるように構成され、ボンディングアーム８の一端を
介してボイスコイルモータ９に対向する位置に、上下動
ブロック３に固定されて設けられたストッパ１０に当接
されている。

さらにボンディングアーム８の他端側には、超音波発振
部１１に接続されるホーン１２が設けられ、このホーン
１２の上下動ブロック３の外部に延長された先端部には
ウェッジ１３がほぼ垂直に固定されている。

そして、前記上下、動ブロック３の上下動によってホー
ン１２の先端部に固定されたウェッジ１３の昇降動作が
行われるとともに、ウェッジ１３がボンディング部に着
地される際には、ボンディング部からウェッジ１３に作
用される反力によって、ホーン１２が固定されるボンデ
ィングアーム８に作用される前記ボイスコイルモータ９
の付勢力に抗してボンディングアーム８が時計回りにわ
ずかに回動され、ボイスコイルモータ９の付勢力に応じ
たボンディング荷重がウェッジ１３に作用されるもので
ある。

この場合、ボンディングアーム８の一端には導体からな
る移動子１４ａ　（非接触センサ機構）が固定され、ボ
ンディングアーム８の回動によって上下方向に変位され
るように構成されており、この移動子１４ａの上方には
上下動ブロック３に固定されるセンサ部１４ｂ（非接触
センサ機構）が移動子１４ａと接触することなく対向す
るように設けられている。

このセンサ部１４ｂは、たとえば高周波磁界発生機構で
構成され、センサ部１４ｂから移動子１４ａに印加され
る磁界によって移動子１４ａに発生されるうず電流によ
って、センサ部１４ｂの側には渦電流損失が発生され、
この渦電流損失がセンサ部１４ｂと移動子１４ａとの距
離の変動によって変化されることから、センサ部１４ｂ
に対する移動子１４ａの上下方向の変位、すなわちボン
ディングアーム８にホーン１２を介して固定されるウェ
ッジ１３の着地が、移動子１４ａとセンサ部１４ｂとが
非接触の状態で検知されるものである。

そして、前記センサ部１４ｂにおいて検知されたボンデ
ィングアーム８の回動、すなわちウェッジ１３の着地は
、ボンディングアーム８を介してウェッジ１３を昇降さ
せる上下動ブロック３を駆動させるサーボモータ５の数
値制御機構５ａに伝達され、上下動ブロック３の降下動
作の停止位置、すなわちウェッジ１３のボンディング部
に対する降下位置が正確に制御される構造とされている
。

また、上下動ブロック３には、ワイヤクランパ１５が固
定され、先端部がウェッジ１３の近傍に位置されるよう
に構成されている。

そして、スプール１６から繰り出されるアルミニウムな
どからなるボンデ身ングワイヤ１７はホーン１２の一部
を貫通された後にワイヤクランパ１５に挿通されてウェ
ッジ１３の下端部に供給され、所定の時期にワイヤクラ
ンパ１５がワイヤクランパ駆動機構（図示せず）によっ
て駆動され、ボンディングワイヤ１７を挟持した状態で
ボンディングワイヤ１７の操り出し方向へ往復運動され
ることによってボンディングワイヤ１７のボンディング
部位からの切断およびウェッジ１３の下端部へのボンデ
ィングワイヤ１７のセットが行われる構造とされている
。

ウェッジ１３の下端部は、セントされるボンディングワ
イヤ１７の側面がウェッジ１３の下端面に露出されるよ
うに構成されており、ウェッジ１３の下端面に露出され
たボンディングワイヤ１７の側面がウェッジ１３によっ
て所定のボンディング部位に上方から押圧されつつホー
ン１２を介して超音波振動が印加され、ボンディングワ
イヤ１７の側面が所定のボンディング部位に圧着される
ものである。

さらに、ホーン１２の先端部に固定されたウェッジ１３
の下方には、水平面内において回転自在なθテーブル１
８が設けられ、このθテーブル１８の上にはペレット１
９　（ボンディング部位）が中央部にマウントされたリ
ードフレーム２０　（ボンディング部位）が載置され、
θテーブル１８とともに所定の時期に回動されるように
構成されている。

そして、ＸＹテーブル１による水平方向の変位および上
下動ブロック３による上下方向の変位を組み合わせるこ
とによってホーン１２を介してボンディングアーム８に
固定されるウェッジ１３の所定のボンディング動作を実
現し、一対のペレット１９のポンディングパッドとリー
ドフレーム２０のボンディング部位間のボンディングワ
イヤ１７によるボンディングが行われる毎に、リードフ
レーム２０が載置されるθテーブル１８は所定の角度だ
け回動されてボンディング動作が継続されるものである
。

以下、本実施例の作用について説明する。

はじめに、ＸＹテーブルｌを適宜移動させることによっ
てウェッジ１３の下端部はペレット１９の所定のポンデ
ィングパッドの直上に位置決めされる。

この時、ウェッジ１３の下端部には、ボンディングワイ
ヤ１７の先端部がウェッジ１３の下端部側面からほぼ水
平方向に所定の長さだけ突出されるようにセットされて
いる。

次に、上下動ブロック３は下方に移動され、ウェッジ１
３は降下されてペレット１９のポンディングパッドに着
地され、ウェッジ１３はポンディングパッドからの反力
によってボイスコイルモータ９に付勢力に抗してボンデ
ィングアーム８をわずかに回動させ、ボンディングアー
ム８０回動が非接触センサ１４ｂによって検知されて数
値制御部５ａに伝達され、上下動ブロック３を駆動する
サーボモータ５の回転が停止され、上下動ブロック３の
降下動作、すなわちウェッジ１３の降下動作が所定の位
置で正確に停止される。

そして、ウェッジ１３の下端面に露出されたボンディン
グワイヤ１７の先端部側面はペレット１９のボンディン
グバンドに、ボイス４コイルモータ９の付勢力に応じた
所定のボンディング荷重で押圧されつつホーン１２を介
して超音波振動が印加されてボンディングワイヤ１７の
先端部側面はペレット１９のポンディングパッドに圧着
される。

次に、ワイヤクランパ１５が開放され、ボンディングワ
イヤ１７の繰り出しが可能にされた後、上下動ブロック
３が上昇されるとともにＸＹテーブル１の水平方向の移
動によってウェッジ１３はボンディングワイヤ１７を繰
り出しつつリードフレーム２０のボンディング部位の直
上に移動されたのち上下動ブロック３は再び下方に移動
され、ウェッジ１３は降下されてボンディング部位に着
地される。

この時、ボンディング部位からの反力によってウェッジ
１３はボンディングアーム８をボイスコイル９の付勢力
に抗してわずかに回動させ、このボンディングアーム８
の回動が非接触センサ１４ｂによって正確に検知されて
数値制御部５ａに伝達され、サーボモータ５によって駆
動される上下動ブロック３の降下動作、すなわちウェッ
ジ１３の降下動作が所定の位置で正確に停止される。

そして、ウェッジ１３の下端面に露出されたボンディン
グワイヤ１７の側面がボイスコイルモータ９の付勢力に
応じた所定のボンディング荷重でリードフレーム２０の
ボンディング部位に押圧され、ホーン１２を介して超音
波振動が印加されて圧着される。

このように、ウェッジ１３のボンディング部に対する着
地が、ウェッジ１３の着地によって回動されるボンディ
ングアーム８とともに変位される移動子１４ａと、この
移動子１４ａに接触することなく移動子１４ａの変位を
検知するセンサ部１４ｂとで構成される非接触センサ機
構によって正確に検知される構造であるた゛め、たとえ
ば機械的な接触動作の不安定さに起因してウェッジ１３
の着地の検知が不正確となることが防止され、上下動ブ
ロック３の降下動作の停止位置を的確に制御することが
可能となり、ボンディング時に上下動ブロック３の上下
動によって昇降されるウェッジ１３がボンディングワイ
ヤ１７をペレット１９のポンディングパッドやリードフ
レーム２０のボンディング部位に押圧するボンディング
荷重が適正に維持されるとともにウェッジ１３の下端部
とペレット１９やリードフレーム２０との衝突が回避さ
れ、信顧性の高いボンディングが行われる。

さらに、移動子１４ａとセンサ部１４ｂとが機械的に接
触されない構造であるため、接触部の摩耗などに起因す
る保守管理が不用となり、ボンディング装置の稼働率の
低下が防止される。

次に、ワイヤクランパ１５はボンディングワイヤ１７を
拘束するとともに、ボンディングワイヤ１７の操り出し
方向と逆方向に、すなわち前記リードフレーム２０のボ
ンディング部位から遠ざかる方向に所定の距離だけ移動
され、リードフレーム２０のボンディング部位の近傍に
おいてボンディングワイヤ１７は切断される。

次に、上下動ブロック３は上昇され、ウェッジ１３が上
昇されるとともに、ボンディングワイヤ１７を拘束して
いるワイヤクランパ１５は、ボンディングワイヤ１７の
繰り出し方向に所定の距離だけ移動され、ワイヤクラン
パ１５に拘束されているボンディングワイヤ１７の先端
部はウェッジ１３の下端部から所定の長さだけ繰り出さ
れた状態にセットされ、次のボンディング動作に備えら
れる。

次に、θテーブル１８は所定の角度だけ回動され、上記
の一連のボンディング動作が繰り返されて、ペレット１
９のポンディングパッドとリードフレーム２０のボンデ
ィング部位がボンディングワイヤ１７によって高信頼性
をもってボンディングされ、電気的に接続される。

［効果］ （１）、ボンディングアームに固定されたボンディング
ツールの所定のボンディング部位に対する着地が、前記
ボンディングツールの着地によって変位されるボンディ
ングアームに固定されボンディングアームとともに変位
される移動子と、前記ボンディングアームと独立に設け
°られ、前記移動子の変位を該移動子と接触することな
く検出するセンサ部とからなる非接触センサ機構によっ
て検知される構造であるため、たとえば機械的な接触の
不安定さなどに起因してボンディングツールの着地の検
知が不正確となることが防止でき、ボンディングツール
を駆動する駆動機構の動作が的確に制御され、ボンディ
ングツールの正確なボンディング動作が実現され信鎖性
の高いボンディング結果を得ることができる。

（２）、前記（１）の結果、移動子とセンサ部とが機械
的に接触されないため、接触部の摩耗などに起因する保
守管理が不用となり、ボンディング装置の稼働率の低下
が防止される。

（３）、前記ｉｌ＋の結果、製品の歩留りが向上される
。

（４）、前記（１１〜（３）の結果、ボンディング工程
における生産性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
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
であることはいうまでもない。

たとえば、ボンディングツールとしてウェッジを用いる
超音波ボンディングに限らずキャピラリを用いるポール
ボンディングであってもよい。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるワイヤボンディング
技術に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、たとえば、ペレットをリードフレー
ムにマウントさせるペレットボンディング技術などにも
広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

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
置の略断面図である。 ｌ・・・ＸＹテーブル、２・・・ボンディングヘッド、
３・・・上下動ブロック、４・・・案内軸、５・・・サ
ーボモータ、５ａ・・・数値制御部、６・・・ボールね
じ機構、７・・・回転軸、８・・・ボンディングアーム
、９・・・ボイスコイルモータ、ＩＯ・・・ストッパ、
１１・・・超音波発振部、１２・・・ホーン、１３・・
・ウェッジ（ボンディングツール）、１４ａ・・・移動
子（非接触センサ機構）、１４ｂ・・・センサ部（非接
触センサ機構）、１５・・・ワイヤクランパ、１６・・
・スプール、１７・・・ボンディングワイヤ、】８・・
・θテーブル、１９・・・ペレット（ボンディング部位
）、２ｏ・・・リードフレーム（ボンディング部位）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボンディングアームに固定されたボンディングツー
   ルの所定のボンディング部位に対する着地によって変位
   されるよう前記ボンディングアームに固定されかつ該ボ
   ンディングアームとともに変位される移動子と、前記ボ
   ンディングアームとは独立に設けられ、前記移動子の変
   位を該移動子と接触することなく検出するセンサ部とか
   らなる非接触センサ機構を備えてなり、この非接触セン
   サにより、所定のボンディング部位に対するボンディン
   グツールの着地を非接触で検出することを特徴とするボ
   ンディング装置。 ２、前記移動子が導体で構成され、前記センサ部が高周
   波磁界発生機構で構成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のボンディング装置。 ３、前記ボンディング装置が、ワイヤボンディング装置
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のボンディング装置。