(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールの中心軸と交差する方向に延在するとともに、当該ボンディングツールの中心軸に対向する受け部を有するボンディングアームと、
前記ボンディングツールの中心軸を挟んで対称に配置され、超音波振動を発生する一対の積層圧電素子と、
前記積層圧電素子を駆動する発振器と、
前記ボンディングツールと接する一の面が前記ボンディングツールを保持し、他の面が前記積層圧電素子の振動面に接して前記積層圧電素子の振動を前記ボンディングツールに伝搬する一対のキャピラリ保持部と、
前記ボンディングツールの中心軸を挟んで前記ボンディングアームの受け部に対向して配置される加圧体と、当該加圧体を前記ボンディングアームの受け部に向けて移動させる移動手段から構成される加圧手段と、
を有し、
前記ボンディングアームの受け部と前記加圧体との間に、前記一対の積層圧電素子、前記一対のキャピラリ保持部及び前記ボンディングツールを位置させた状態で、当該加圧体を移動させることにより、前記一対のキャピラリ保持部及び前記ボンディングツールを前記ボンディングアームに保持させることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記キャピラリ保持部は、熱伝導率の低い材質で構成したことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記発振器は、一対の前記積層圧電素子を互いに１８０度位相の異なる波形で駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記キャピラリ保持部は、一方の面が前記ボンディングツールの外周の半円未満の面に接するように湾曲形状を成してボンディングツールを保持し、他方の面が前記積層圧電素子の振動面（変位面）に接して取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１に記載のボンディング装置。
【請求項５】
前記積層圧電素子は、セラミックからなる圧電素子を積層した圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１に記載のボンディング装置。
【請求項６】
前記発振器は、前記積層圧電素子の駆動周波数をボンディング点毎に、可変して設定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１に記載のボンディング装置。
【請求項７】
前記ボンディングアームは、前記ボンディングツールを挿通するための穴を形成した板状のフレームをさらに有し、
前記一対の積層圧電素子および前記一対のキャピラリ保持部は、前記フレームの上面に配置され、
前記ボンディングツールは、先端が前記フレームの下面側に位置するように前記フレームに形成された穴に挿通されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１に記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置に関し、特に、ワイヤを接合するボンディングツールを駆動する振動周波数を自由に設定することが可能なボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップの電極と基板上に形成された配線用のリードとをワイヤで接合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は、ワイヤの先端部に形成されたボールを半導体チップの電極に超音波振動と共に押圧して接合するとともに、ワイヤをリードに超音波振動と共に押圧して、半導体チップの電極と基板上のリードとを接合するものである。ワイヤボンディング装置には二次元方向に移動可能なＸＹテーブル上にボンディングヘッドが載置固定されている。ボンディングヘッドを成すボンディングアームは、支持軸を中心として回転可能な構成となっており、ボンディングアームの一方の先端にはボンディングツールとしてのキャピラリが取り付けられた超音波ホーンと、他方に超音波ホーンを介してキャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段としての超音波振動子とを有している。
【０００３】
しかしながら、従来のボンディングアームにおける超音波ホーンは、λ（音波長）／２を基本とした長さが必要であり、また、ボンディングアームとしてボンディングヘッドに取付ける際には、λ／４の節の位置を固定するため、その長さ及び支持方法等に制約があった。このため、これらの制約を解消すべく、特許文献１には、ボンディングアームのキャピラリ取付け近傍に、キャピラリに電歪又は磁歪効果により振動を伝達する圧電素子を組み込んだワイヤボンディング装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、キャピラリに振動発生機構を組み込んだ低質量振動子が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、キャピラリまわりの周方向複数位置に互いに隣接配置された複数個の圧電素子を設けて、各圧電素子に所定の位相ずれを有する電圧を供給するワイヤボンディング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２７５５０２号公報
【特許文献２】米国特許第５，８９０，６４３号
【特許文献３】特開平６−２０４３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示されたワイヤボンディング装置は、ボンディングアームのキャピラリ取付け近傍に、キャピラリに振動を伝達する圧電素子を組み込んだ構成となっている。特許文献１におけるボンディングアームは、圧電素子の振動が枠状の振動伝達部を介してキャピラリに伝搬される。しかしながら、圧電素子が駆動する負荷としての振動伝達部の質量が大きく、また、振動伝達部自体が固有振動数を持ってしまい、１５０ｋＨｚ等の高周波での駆動が困難となっていた。また、重い負荷を駆動するために圧電素子を大型にする必要があった。
【０００８】
また、圧電素子は、ボンディングアームに設けた枠状の穴に固定されており、枠を介して圧電素子に加圧が掛けられるため、枠のバネ性が圧電素子の伸びを阻害して振動が効率的に伝達されない問題があった。
【０００９】
また、特許文献２では圧電素子を用いた振動発生機構をキャピラリに組み込むために専用のキャピラリが必要になり、通常使用されているキャピラリに振動発生機構を設けることが困難であった。更に、消耗品であるキャピラリに振動発生機構を組み込んでいるため、高価になってしまう。
【００１０】
また、特許文献１、２、３共に、圧電素子は、加熱されたワーク（被ボンディング部品）からの熱の影響を受ける恐れがある。特に、特許文献２、３では圧電素子がキャピラリの外周に組み込まれているため、ボンディング時にワークに接近することによりキャピラリ上の振動発生機構が高温状態となる。更に、圧電素子を高周波で使用した場合には、圧電素子の自己発熱により、振動発生機構がより高温状態になり、圧電素子が熱破損したり、圧電素子の性能が低下する恐れがある。  
このため、ボンディングアームの圧電素子が駆動する振動伝達部等の負荷の軽量小型化が図られ、また、安定した振動をキャピラリに伝達することが求められている。更に、圧電素子に対する加熱されたワークからの熱の影響を減らすことが求められている。
【００１１】
そこで本発明は、圧電素子が駆動する負荷の軽量小型化が図れ、安定した振動をキャピラリに伝達することが可能であり、また、周波数及び／又は振動振幅の大きさを自在選択することができ、更に、圧電素子に対するワークからの熱の影響を減らすことが可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目標達成のため、本発明のボンディング装置は、ボンディングツールの中心軸と交差する方向に延在するとともに、当該ボンディングツールの中心軸に対向する受け部を有するボンディングアームと、前記ボンディングツールの中心軸を挟んで対称に配置され、超音波振動を発生する一対の積層圧電素子と、前記積層圧電素子を駆動する発振器と、前記ボンディングツールと接する一の面が前記ボンディングツールを保持し、他の面が前記積層圧電素子の振動面に接して前記積層圧電素子の振動を前記ボンディングツールに伝搬する一対のキャピラリ保持部と、前記ボンディングツールの中心軸を挟んで前記ボンディングアームの受け部に対向して配置される加圧体と、当該加圧体を前記ボンディングアームの受け部に向けて移動させる移動手段から構成される加圧手段と、を有し、前記ボンディングアームの受け部と前記加圧体との間に、前記一対の積層圧電素子、前記一対のキャピラリ保持部及び前記ボンディングツールを位置させた状態で、当該加圧体を移動させることにより、前記一対のキャピラリ保持部及び前記ボンディングツールを前記ボンディングアームに保持させることを特徴とする。
【００１３】
また、前記キャピラリ保持部は、熱伝導率の低い材質で構成したことを特徴とする。
【００１４】
前記発振器は、一対の前記積層圧電素子を互いに１８０度位相の異なる波形で駆動することを特徴とする。
【００１５】
また、前記キャピラリ保持部は、一方の面が前記ボンディングツールの外周の半円未満の面に接するように湾曲形状を成してボンディングツールを保持し、他方の面が前記積層圧電素子の振動面（変位面）に接して取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記積層圧電素子は、セラミックからなる圧電素子を積層した圧電素子であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記発振器は、前記積層圧電素子の駆動周波数をボンディング点毎に、可変して設定するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また、前記ボンディングアームは、前記ボンディングツールを挿通するための穴を形成した板状のフレームをさらに有し、前記一対の積層圧電素子および前記一対のキャピラリ保持部は、前記フレームの上面に配置され、前記ボンディングツールは、先端が前記フレームの下面側に位置するように前記フレームに形成された穴に挿通されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧電素子が駆動する負荷の軽量化が図られるため、キャピラリの応答性が良くなりボンディング条件に応じて第１ボンディング点、第２ボンディング点での周波数切替が可能となり、各ボンディング点で最適な周波数を選択することが可能になる。
【００２１】
また、圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなり接合中のキャピラリの振動振幅の大きさを可変することができる。例えば、最初は表面の酸化膜を除去するためキャピラリの振動振幅を大きくなるように駆動し、次に、キャピラリの振動振幅を小さくして接合することが可能になる。
【００２２】
また、圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなりパッドとボールの接合時間が短縮され、半導体部品の単位時間当たりの生産数を増やすことが可能となる。
【００２３】
また、一対の圧電素子がキャピラリに対して対称に配置され、各圧電素子は、互いに１８０度位相の異なる駆動波形で駆動するため、一方の圧電素子が伸びるときには、他方の圧電素子は、縮むように変位するため、バネ性の特性を有することなく、キャピラリ保持部を介してキャピラリに均一な力が作用して、キャピラリ全体を均一に振動（変位）させることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、キャピラリ保持部を介して圧電素子からの振動をキャピラリ（ボンディングツール）に伝達するため、昇温したキャピラリによる圧電素子への熱影響を軽減することができる。
【００２５】
また、熱伝導率の低い材質でキャピラリ保持部を構成することにより、熱影響を軽減することができる。
【００２６】
また、圧電素子は、ボンディングアームの枠内に納められており、ボンディングアームの枠によって圧電素子がワークからの熱に直接さらされることないため、熱の影響を軽減することができる。
【００２７】
また、従来のように振動子の共振を利用しないため、使用するキャピラリに最適な周波数を選択して、選択した周波数で圧電素子を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ボンディングアームの構成を示す図であり、（ａ）はボンディングアームの側面図、（ｂ）は、ボンディングアームの下面図である。
【図２】図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図であり、ボンディングアームの構成を示す平面図である。
【図３】積層圧電素子を駆動する発振器の構成を示すブロック図である。
【図４】積層圧電素子に印加される電圧波形を示す図である。
【図５】ボンディングアームのキャピラリの振動を説明する図であり、（ａ）は、積層圧電素子に電圧波形の１周期中における一方の半周期を印加したときのキャピラリの振動（変位）方向を示し、（ｂ）は、積層圧電素子に電圧波形の１周期中における他方の半周期を印加したときのキャピラリの振動（変位）方向を示す図である。
【図６】ボンディングアームを実装したボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下図面を参照して、本発明によるボンディング装置を実施するための形態について説明する。尚、本発明のボンディング装置は、側面視において略ロ字形状を有するボンディングアームに組み込んだボンディングツールとしてのキャピラリを中心に、ボンディングアームの長手方向にキャピラリを保持する一対のキャピラリ保持部と、キャピラリ保持部に接して超音波振動を発生する一対の圧電素子とを対称に位置するようにして、振動駆動部の軽量小型化を図り、また、加圧発生部によりキャピラリ保持部、圧電素子に加圧を加えるようにして、安定した振動をキャピラリに伝達するようにし、更に、圧電素子に対してワークからの熱の影響を減らすようにしたものである。
【００３０】
［ボンディングアームの構成］
以下に、ボンディング装置として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について図１及び図２を参照して説明する。図１は、ボンディングアームの構成を示す図であり、図１（ａ）はボンディングアームの側面図、図１（ｂ）は、ボンディングアームの下面図を示し、図２は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図であり、ボンディングアームの構成を示す平面図である。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、ボンディングアーム５は、ボンディングツール８としてのキャピラリ８と、キャピラリ８の外周を押圧してキャピラリ８を保持する一対のキャピラリ保持部９、１０と、振動駆動源としての圧電素子（以後、圧電素子を積層圧電素子１１、１２と記す）と、キャピラリ８、キャピラリ保持部９、１０及び積層圧電素子１１、１２に一定方向から荷重を加えて加圧する加圧手段としての加圧発生部１５を有している。
【００３２】
図１（ａ）、図２に示すように、ボンディングアーム５は、側面視において略ロ字形状を有し、枠（フレーム）６を形成している。枠６の上面及び下面にはキャピラリ８を取り付けるための穴を有している。また、側面には枠６によって内部空間（以後開口部ともいう）７が設けられており、ボンディングアーム５の開口部７には、キャピラリ８を中心にキャピラリ保持部９、１０、積層圧電素子１１、１２が左右対称に収納されている。また、開口部７の両端面には、突起部６ｃ、６ｄを有し、突起部６ｃ、６ｄは、端面６ａ、６ｂにおける開口部７の上面と下面の中心位置に、上面と下面に平行を成すように突状に設けられている。この突起部６ｃが設けられている開口部７の端面は、後述するように、加圧体の移動によって加圧されるボンディングツール８、キャピラリ保持部９、１０及び積層圧電素子１１、１２をガイド金具２５を介して受け止めるようになっており、本発明における受け部を構成している。なお、突起部６ｃを省略し、端面全体でガイド金具２５を支持するようにしてもよい。
【００３３】
また、ボンディングアーム５の受け部は、開口部の端面６ａにおける突起部６ｃに設けられているが、略Ｌ字形状を成す板状のフレームの端に受け部を設けるようにしてもよい。また、略Ｕ字形状を成す板状のフレームの両端の一方に受け部を設けることも可能である。
【００３４】
ボンディングツール８としてのキャピラリ８は、軸心にワイヤを通すための細穴を有し、キャピラリ保持部９、１０によって支持され、キャピラリ８の先端に形成されたボールをパッドに荷重を加えながら接合したり、キャピラリ８の先端から繰り出されたワイヤをリードの表面に荷重を加えながら接合するものである。また、接合中にキャピラリ８に超音波振動を与えることにより、キャピラリ８の超音波振動なしの場合と比べ、低い加熱温度で接合を行うことができる。
【００３５】
キャピラリ保持部９、１０は、キャピラリ８を保持して、積層圧電素子１１、１２の振動をキャピラリ８に伝搬するためのものである。図２に示すように、キャピラリ保持部９、１０のキャピラリ８と接する面は、キャピラリ保持部９、１０自身の内側に湾曲しており、キャピラリ８の外周の半円未満の面に接するように取り付けられている。図１（ａ）、図２に示すように、キャピラリ保持部９、１０は、キャピラリ８を中心に対称位置にそれぞれ設けられている。キャピラリ保持部９、１０の他の面は、積層圧電素子１１、１２の振動面にそれぞれが接している。
【００３６】
尚、キャピラリ保持部９、１０は、ステンレス、超合金等の熱伝導率の低い材質で小型に形成されており、質量は、０．１グラム前後で軽量化されている。このように、キャピラリ保持部９、１０は、キャピラリ８の外周に沿って設けられている。
【００３７】
また、図２に示すように、ボンディングアーム５内にキャピラリの中心軸に対して対称に位置するように、一対の積層圧電素子１１、１２が設けられている。積層圧電素子１１、１２のキャピラリ８側に位置する振動面は、キャピラリ保持部９、１０に接しており、一方の積層圧電素子１１の他の振動面は、加圧発生部１５の加圧体としてのテーパ部１８に接している。また、他方の積層圧電素子１２の他の振動面は、ガイド金具２５の面に接している。
【００３８】
積層圧電素子１１、１２は、厚さ０．１ｍｍ（ミリメートル）程度の圧電板としてのセラミックと圧電板の表面に厚さ数μｍ（マイクロメートル）の内部電極が交互に多層積層されたものである。このように構成された積層圧電素子１１、１２では、電圧の印加により発生する変位量は、圧電板の積層数及び電極に印加する電圧の大きさに比例する。このため、積層圧電素子は、単板型圧電素子と比較して、大きな変位量を得ることができる。これにより、振動子としての圧電素子は、積層圧電素子が好適である。
【００３９】
以上述べたように、ボンディングアーム５には、キャピラリ８を中心にボンディングアーム５の長手方向に沿って、一対のキャピラリ保持部９、１０及び一対の積層圧電素子１１、１２が左右対称に配置されている。
【００４０】
図１（ａ）に示すガイド金具２５は、ボンディングアーム５の開口部７の端面６ａの突起部６ｃと積層圧電素子１２との間に取り付けられている。ガイド金具２５の一方の面には、ガイド溝が設けられており、ガイド金具２５の他方の面は、積層圧電素子１２の振動面に密着するようになっている。ガイド金具２５の取付は、例えば、ガイド金具２５のガイド溝をボンディングアーム５の開口部７の一方の端面６ａに設けられている突起部６ｃに沿ってスライドさせてボンディングアーム５に取り付けるようにする。ボンディングアーム５の開口部７の端面６ａの突起部６ｃとガイド金具２５のガイド溝による嵌合によって、ねじれ等による影響を受けることなく、ガイド金具２５及び積層圧電素子１２は、開口部７内部での取付状態を維持して飛び出すことがなく、また、開口部７の上面及び下面との平行状態を維持することができる。
【００４１】
［加圧発生部の構成］
図２に示すように、加圧発生部１５は、ボンディングアーム５に内蔵されて、長手方向に順に配列された積層圧電素子１１、キャピラリ保持部９、キャピラリ８、キャピラリ保持部１０、積層圧電素子１２及びガイド金具２５のそれぞれの接触面に一方向から加圧を加えるようにしている。これにより、それぞれの接触面での密着性を高めることができる。
【００４２】
図１（ａ）、図２に示すように、加圧発生部１５は、ボンディングアーム５の開口部７の一端に配置されている。加圧発生部１５は、台形柱の形状を成す可動部１６と可動部１６の左右に位置するテーパ１７、１８と、可動部１６に組み込まれたボルト２０とを有している。加圧発生部１５の可動部１６には、ねじ穴が貫通して設けられている。ボルト２０の金属丸棒の一端には、ねじが切られており、ボルト２０のネジが切られた丸棒は、可動部１６のねじ穴にねじ込まれている。また、可動部１６の外周は、傾斜面を有し、傾斜面は、テーパ部１７、１８の一部と密着している。
【００４３】
なお、加圧発生部１５のテーパ部１８は、加圧体を成すものであり、加圧発生部１５の可動部１６及びボルト２０は、加圧体としてのテーパ部１８をボンディングアームの受け部６ａに向けて移動させる移動手段を構成する。
【００４４】
可動部１６の左右に位置するテーパ部１７、１８は、図２において略台形形状を成している。キャピラリ８側に位置するテーパ部１８の加圧面１８ｃを成す一端は、積層圧電素子１１の振動面に接しており、テーパ部１８の他端は、図２に示すように、湾曲を有する平面１８ａと傾斜面１８ｂとを有し、テーパ部１８の傾斜面１８ｂは、可動部１６の傾斜面と密着している。一方、ボンディングアーム５における開口部７の端面６ｂ側に位置するテーパ部１７の加圧面１７ｃを成す一端は、ボンディングアーム５の開口部７における突起部６ｄ（図１（ａ）に示す）に接しており、テーパ部１７の他端は、図２に示すように、湾曲を有する平面１７ａと傾斜面１７ｂとを有し、テーパ部１７の傾斜面１７ｂは、可動部１６の傾斜面と密着している。
【００４５】
テーパ部１７、１８の湾曲を有する平面１７ａ、１８ａに設けられている湾曲に囲まれた空間に、ボルト２０が挿通されている。ボルト２０は、テーパ部１７、１８の湾曲した空間を貫通して可動部１６の中心に設けられているねじ穴に挿入されている。
【００４６】
図２に示すように、ボルト２０を時計の回転方向に回すことにより、可動部１６がボルト２０の頭部側に移動する。可動部１６がボルト２０の頭部側に移動することにより、加圧体としてのテーパ部１７、１８がテーパ面により左右に広がるように移動して、ボンディングアーム５における壁面の突起部６ｄ及び積層圧電素子１１に加圧力がかかる。
【００４７】
尚、ボンディングアーム５の開口部７に、積層圧電素子１１、１２、キャピラリ保持部９、１０を組み込む際には、積層圧電素子１１の一方の振動面にキャピラリ保持部９を接着して固定し、また、積層圧電素子１２の一方の振動面にキャピラリ保持部１０を接着し、積層圧電素子１２の他方の振動面にガイド金具２５を接着して固定しておくようにする。その後、積層圧電素子１１、１２、キャピラリ保持部９、１０が、ボンディングアーム５の開口部７における上板、下板の内壁に対して隙間を有するように位置させるべく、加圧発生部１５により加圧等を調整する。これにより、上板、下板の内壁との接触による振動への影響を無くすことができる。
【００４８】
このように、加圧発生部１５は、加圧面１７ｃ、１８ｃが成すボンディングアーム５の開口部（内部空間）７の両端の壁面までの距離を可変することによって、加圧の大きさを変えるようにして、積層圧電素子１１、１２、キャピラリ保持部９、１０等の接触面に加圧がかかるように構成されており、くさびの機能を果たすものである。
【００４９】
尚、加圧発生部１５は、キャピラリ８とボンディングアーム５の突起部６ｄの間に位置しているが、加圧発生部１５をキャピラリ８を挟んで反対の位置、即ち、キャピラリ８と突起部６ｃの間の位置に設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、加圧手段としての加圧発生部１５は、上述した構成に限らず、移動手段によって加圧して固定できるものであればよく、例えば、シリンダーによる固定、ボールネジによる締め付け、クランプによる加圧等のいずれかであってもよい。
【００５１】
また、図１（ｂ）に示すように、ボンディングアーム５の底部（下面）、即ち、ボンディング時にワークに対向する面は、枠（フレーム）６により平面を成して、ワークからの熱を遮断するため、ボンディングアーム５に内蔵された積層圧電素子１１、１２には、直接に熱が及ばない。このため、ボンディングアーム５によって積層圧電素子１１、１２への熱の影響を軽減することができる。
【００５２】
また、積層圧電素子は、軽量小型に形成されたキャピラリ保持部９、１０を介してキャピラリに振動を印加するため、キャピラリの応答性が良くなり、また、各ボンディング点で最適な周波数を選択することも可能になる。
【００５３】
［積層圧電素子の駆動回路］
次に、ボンディングアーム５に組み込まれた積層圧電素子１１、１２を駆動する発振器について図３及び図４を用いて説明する。図３は、積層圧電素子を駆動する発振器の構成を示すブロック図、図４は、積層圧電素子に印加される電圧波形を示す図である。
【００５４】
図３に示すように、積層圧電素子１１、１２を駆動する発振器３５は、波形発生器３６と電力増幅器３８、３９とを有している。尚、図３に示す積層圧電素子１１、１２は、単電圧型圧電素子を用いている。波形発生器３６は、ボンディング装置１の制御部３３からの信号に基づいて、所定の周波数を有する正弦波の信号を電力増幅器３８、３９に出力する。ボンディング装置１の制御部３３は、積層圧電素子１１、１２を駆動する電圧波形を生成のための正弦波の振幅、周波数、バイアス値の各データを波形発生器３６に出力する。波形発生器３６は、ボンディング装置１の制御部３３からのデータに基づいて内蔵されている発振器（図示せず）の正弦波の振幅、周波数、バイアス値等の駆動条件を設定する。ボンディング装置１の制御部３３からの起動信号により、波形発生器３６は電力増幅器３８、３９に信号を出力する。尚、波形発生器３６から電力増幅器３８、３９に出力される信号は、それぞれが１８０度位相が異なっている。電力増幅器３８、３９は、波形発生器３６からの信号を電力増幅して、電力増幅器３８は、積層圧電素子１１に出力し、電力増幅器３９は、積層圧電素子１２に出力する。尚、電力増幅器３８、３９は、波形発生器３６からの指令電圧に基づいて積層圧電素子１１、１２を定電圧駆動するために必要な電圧、電流容量を備えている。
【００５５】
［積層圧電素子の駆動波形］
図４は、電力増幅器３８、３９から出力される供給電圧の波形の一例を示す。図４に示すように、電力増幅器３８、３９から出力される供給電圧の波形は、正弦波電圧波形である。これは、供給電圧の急激な変化に伴う積層圧電素子１１、１２の破壊や、共振の発生を防止するためである。尚、図４では、積層圧電素子１１の駆動波形を実線で、積層圧電素子１２の駆動波形を点線でそれぞれ示す。
【００５６】
図４に示すように、積層圧電素子１１、１２の駆動波形は、同一周波数で１８０度位相差を有している。また、積層圧電素子１１、１２が単電圧型圧電素子の場合には、駆動電圧が負電圧にならないよう正のバイアス電圧を印加する。図４に示す例では電圧波形の振幅が１００Ｖ、バイアス電圧が７５Ｖであり、最大電圧は１２５Ｖ、最低電圧は２５Ｖである。また、図４に示すｔ０からｔ４までが１周期を示し、このときの周波数は、１／（ｔ４−ｔ０）である。
【００５７】
図４に示すように、積層圧電素子１１、１２は、ｔ０においてそれぞれバイアス電圧７５Ｖが印加されて、ｔ１において積層圧電素子１１は最大電圧１２５Ｖが印加され、積層圧電素子１２は最低電圧２５Ｖが印加された状態である。また、ｔ２、即ち半周期においてそれぞれバイアス電圧７５Ｖが印加された状態に戻り、ｔ３において積層圧電素子１１は最小電圧２５Ｖが印加され、積層圧電素子１２は最大電圧１２５Ｖが印加された状態である。その後ｔ４においてそれぞれバイアス電圧７５Ｖが印加された状態となる。このように、積層圧電素子１１、１２は、同一周波数で１８０度位相差を有する波形で駆動される。尚、積層圧電素子１１、１２は、駆動の前に予め、各素子をバイアス電圧である駆動開始電圧になるように設定する。
【００５８】
［キャピラリの振動］
次に、ボンディングアームのキャピラリの振動について図５を用いて説明する。図５は、ボンディングアームのキャピラリの振動を説明する図であり、（ａ）は、積層圧電素子に電圧波形の１周期中における一方の半周期を印加したときのキャピラリの振動（変位）方向を示し、（ｂ）は、積層圧電素子に電圧波形の１周期中における他方の半周期を印加したときのキャピラリの振動（変位）方向を示す図である。
【００５９】
積層圧電素子１１には、発振器３５からの正弦波の波形を有する高周波電圧が印加される。また、積層圧電素子１２には、積層圧電素子１１に印加される正弦波の高周波電圧の位相を１８０度ずらした正弦波の波形を有する高周波電圧が、発振器３５から印加される。図４に示すｔ３からｔ５の半周期の高周波電圧が印加されたときには、図５（ａ）に示すように、積層圧電素子１１の振動面が、例えば、矢印で示すように伸びるように動作したときには、積層圧電素子１２の振動面は、矢印で示すように縮むように動作する。尚、積層圧電素子１１、１２の振動面は、ボンディングアーム５の長手方向と同一方向に変位する。このとき、キャピラリ８は、図５（ａ）に示す矢印の方向に変位する。
【００６０】
一方、図４に示すｔ１からｔ３の半周期の高周波電圧が印加されたときには、図５（ｂ）に示すように、積層圧電素子１１の振動面が、例えば、矢印で示すように縮むように動作したときには、積層圧電素子１２の振動面は、矢印で示すように伸びるように動作する。このとき、キャピラリ８は、図５（ｂ）に示す矢印の方向に変位する。
【００６１】
これにより、駆動波形の半周期毎にキャピラリ８の変位方向が変化し、高周波電圧を連続して積層圧電素子１１、１２に印加することにより、キャピラリ８に振動が発生する。また、キャピラリ８の振動数は、積層圧電素子１１、１２を駆動する高周波電圧の周波数によって決まる。積層圧電素子１１、１２は、発振器３５からの高周波電圧により、振動が誘起されてキャピラリ保持部９、１０を介してキャピラリ８に振動が伝搬される。尚、積層圧電素子１１、１２に印加する高周波電圧の周波数は、１５０ＫＨｚ程度まで可能であり、キャピラリ８を１５０ＫＨｚ程度の振動数まで駆動することができる。
【００６２】
このように、一対の圧電素子がキャピラリに対して対称に配置され、各圧電素子は、互いに１８０度位相の異なる駆動波形で駆動するため、一方の圧電素子が伸びるときには、他方の圧電素子は、縮むように変位するため、バネ性の特性を有することなく、キャピラリ保持部を介してキャピラリに均一な力が作用して、キャピラリ全体を均一に振動（変位）させることができる。
【００６３】
［ボンディング装置］
次に、ボンディングアームを実装したボンディング装置について図６を用いて説明する。図６は、ボンディングアームを実装したボンディング装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、ボンディング装置１としてのワイヤボンディング装置１のボンディングアーム５は、接続金具３１を介してボンディングヘッド２の駆動アームに取り付けられている。ボンディングヘッド２の駆動アームには、ボンディングアーム５を上下方向に揺動するリニアモータ２８と、ボンディングアーム５におけるキャピラリ８の位置を検出するエンコーダ２９を備えている。リニアモータ２８は、駆動ユニット４５により制御されて、リニアモータ２８の可動部が上下移動することにより、支持軸３０を介してボンディングアーム５は上下方向に揺動する。ボンディングヘッド２は、ＸＹテーブル３上に搭載されており、駆動ユニット４５によりＸＹテーブル３を制御することにより、ボンディングアーム５のキャピラリ８をワーク上のボンディング点の直上に位置させることができる。
【００６４】
尚、図６に示すボンディング装置１としてのワイヤボンディング装置１は、ボンディングヘッド２にワイヤ５３の把持を行うワイヤクランプ機構（図示せず）、キャピラリ先端にボール５２を形成するためのトーチロット（図示せず）及びワイヤ５３を供給するワイヤ供給機構（図示せず）等を有している。
【００６５】
ボンディング動作は、ＸＹテーブル３によりキャピラリ８が、ボンディング点の直上に位置するように制御する。ボンディングヘッド２は、リニアモータ２８によりボンディングアームを下降させて、エンコーダによりキャピラリ８の先端がボンディング点にタッチしたかを検出する。尚、通常は、第１のボンディング点は、半導体素子５０のパッドであり、第２のボンディング点は、リードフレーム５１のリードである。キャピラリの先端には、第１のボンディング点に接合するボール５２又は第２のボンディング点に接合するワイヤ５３が繰り出されている。キャピラリ８の先端がボンディング点にタッチしたことをエンコーダ２９の信号から確認後、ボンディングアーム５のキャピラリ８にボンディング荷重を印加し、また、発振器３５から積層圧電素子１１、１２に駆動電圧を供給してキャピラリ８を振動させて、ボンディングを行う。積層圧電素子１１、１２は、発振器３５からの駆動電圧の周波数で振動し、また、駆動電圧の大きさに応じた振動振幅で超音波振動する。積層圧電素子１１、１２の振動は、キャピラリ保持部９、１０を介してキャピラリ８に伝搬される。キャピラリ８にボンディング荷重及び超音波振動を所定の時間印加後に、ボンディング点でのボンディングが完了する。
【００６６】
以上述べたように、本発明のボンディング装置は、圧電素子が駆動する負荷の軽量化が図られるため、キャピラリの応答性が良くなりボンディング条件に応じて第１ボンディング点、第２ボンディング点での周波数切替が可能となり、各ボンディング点で最適な周波数を選択することが可能になる。
【００６７】
また、積層圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなり接合中のキャピラリの振動振幅の大きさを可変することができる。例えば、最初は表面の酸化膜を除去するためキャピラリの振動振幅を大きくなるように駆動し、次に、キャピラリの振動振幅を小さくして接合することが可能になる。
【００６８】
また、積層圧電素子が駆動する負荷の軽量化により、キャピラリの応答性が良くなりパッドとボールの接合時間が短縮され、半導体部品の単位時間当たりの生産数を増やすことが可能となる。
【００６９】
また、本発明のボンディング装置は、キャピラリ保持部を介して圧電素子からの振動をキャピラリ（ボンディングツール）に伝達するため、昇温したキャピラリによる圧電素子への熱影響を軽減することができる。
【００７０】
また、熱伝導率の低い材質でキャピラリ保持部を構成することにより、熱影響を軽減することができる。
【００７１】
また、積層圧電素子は、ボンディングアームの枠内に納められており、ボンディングアームの枠によって圧電素子がワークからの熱に直接さらされることないため、熱の影響を軽減することができる。
【００７２】
また、一対の積層圧電素子からなるボンディングアームにおいて、一対の積層圧電素子を同時に駆動した実施形態について述べたが、一対の積層圧電素子のうち、一方の積層圧電素子のみを駆動するようにしてもよい。
【００７３】
また、一対の積層圧電素子からなるボンディングアームにおいて、一方の積層圧電素子を振動用のアクチュエータに使用し、他方の圧電素子を振動センサとして、キャピラリの振動状態を検出するようにしてもよい。
【００７４】
尚、本発明のボンディング装置は、ワイヤボンディング装置に限らず、他のボンディング装置、例えば、バンプボンダ等にも適用することができる。
【００７５】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７６】
１      ボンディング装置（ワイヤボンディング装置）
２      ボンディングヘッド
３      ＸＹテーブル
５      ボンディングアーム
６      枠（フレーム）
６ａ、６ｂ  端面
６ｃ    突起部（受け部）
６ｄ    突起部
７      内部空間（開口部）
８      ボンディングツール（キャピラリ）
９、１０          キャピラリ保持部
１１、１２        積層圧電素子（圧電素子）
１５    加圧発生部  
１６    可動部 
１７    テーパ部 
１８    テーパ部（加圧体）
１７ａ、１８ａ    湾曲を有する平面
１７ｂ、１８ｂ    傾斜面
１７ｃ、１８ｃ    加圧面
２０    ボルト
２５    ガイド金具
２６    取付部
２７    取付穴
２８    リニアモータ
２９    エンコーダ
３０    支持軸
３１    接続金具
３３    制御部
３５    発振器
３６    波形発生器
３８、３９    電力増幅器  
４５    駆動ユニット
５０    半導体素子
５１    リードフレーム
５２    ボール
５３    ワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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