(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に上下に動作するように支持されたワイヤーボンディングヘッドであって、
ワイヤーボンディングツールと、
下方の表面にワイヤーを超音波的に接合するための前記ワイヤーボンディングツールの超音波的駆動手段と、
接合されるべきワイヤーに対して前記ボンディングツールを押しつける手段と、
前記ボンディングツールへワイヤーを供給する手段と、
前記ワイヤーをクランプし保持する手段と、
前記ワイヤーをクランプし、ワイヤーを供給する手段を制御するために前記ボンディングヘッドに取付られたプロセッシングユニットと、
を備え、前記ワイヤーをクランプする手段がステッピングモータを更に備えたことを特徴とする前記ワイヤーボンディングヘッド。
【請求項２】
前記ワイヤーを供給する手段がステッピングモータを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項３】
接合がなされた後、ワイヤーを切断する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項４】
前記ワイヤーを切断し、ワイヤーを供給する手段が、ワイヤーを保持するためのつめを形成する一対のアームを備えたことを特徴とする請求項３に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項５】
前記一対のアームの一つが、前記つめを開閉するために回転することを特徴とする請求項４に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項６】
１つのステッピングモータと、
前記つめを開閉するために前記ボンディングヘッド上の前記プロセッシングユニットに接続された前記ステッピングモータの回転状況を決定する検知手段と、
を更に備えた請求項５に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項７】
前記検知手段が、
前記ステッピングモータに装着されたシャッターと、
前記プロセッシングユニットと接続された関係にある、前記シャッターの動作に応答する光学式センサと、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項８】
前記ステッピングモータに装着されたカムと、
該カムと接触し、前記つめを開閉するように当該つめを作動させるカムフォロアと、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項９】
カムが接続されたステッピングモータと、
該カムに接触し、前記ワイヤーを供給し切断する手段を作動させるカムフォロアと、
を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１０】
カムが接続されたステッピングモータと、
該カムに接触し、前記ワイヤーを供給し切断する手段を作動させるカムフォロアと、
前記カムフォロアが装着され、ワイヤーが接合されるべきワークの上で該ワイヤーと共に前記つめを作動させる回転用ブラケットと、
を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１１】
接合動作を制御するために、ホストコンピュータに接続された前記プロセッシングユニットに接続された前記ステッピングモータの動作を決定するための検知手段を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１２】
前記ステッピングモータに接続されたシャッターと、
前記プロセッシングユニットに接続された前記シャッターの動作を検知するための光学式センサと、
を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１３】
下方の表面に対して垂直方向の動作及び鉛直軸周りの回転動作を得るために支持されたワイヤーボンディングヘッドにおいて、
下方の表面にワイヤーを接合するためのワイヤーボンディングツールと、
接合されるべきワイヤーに対して前記ワイヤーボンディングツールを押しつける手段と、
前記ワイヤーボンディングツールにワイヤーを供給し、接合がなされた後該ワイヤーを切断する手段と、
ワイヤーを供給し、ワイヤーを切断する前記手段に備えられたステッピングモータと、
前記ステッピングモータの動作を検知する検知手段と、
を備え、
ワイヤーを供給し、ワイヤーを切断する前記手段が、前記ステッピングモータにより動作する回転型リンクを備え、
該回転型リンクが、カムフォロアに接続され、
該カムフォロアが、前記ステッピングモータに接続されたカムにより動作する、
ことを特徴とする前記ワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１４】
前記検知手段が前記ステッピングモータに接続されたシャッターと関係する光学式センサーを備えたことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１５】
前記ステッピングモータを制御するために前記ボンディングヘッドに装着されたプロセッシングユニットを更に備えたことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１６】
前記ステッピングモータを制御するための前記検知手段と前記ステッピングモータとに接続されたプロセッシングユニットを更に備えたことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１７】
電気的構成要素にワイヤーを接合するためのボンディングヘッドにおいて、
ボンディングツールと、
ワイヤーを前記構成要素に接合するための前記ボンディングツールを超音波で動作させる手段と、
前記ボンディングツールに近接したワイヤーをクランプする手段と、
を備え、
前記クランプする手段が、該手段をクランプ作動させるステッピングモータを備えたことを特徴とする前記ワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１８】
前記クランプする手段が、
前記ステッピングモータに接続されたカムと、
該カムに接触し、前記クランプする手段を動作させるカムフォロアと、
を更に備えたことを特徴とする請求項１７に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項１９】
前記ステッピングモータの動作を検知する手段と、
該ステッピングモータの動作を制御するための動作を検知する前記手段に接続されたプロセッシングユニットと、
を更に備えたことを特徴とする請求項１８に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項２０】
前記動作を検知するための手段が、
前記ステッピングモータと接続されたシャッターと、
前記ステッピングモータの動作を検知するための前記シャッターと関係する光学式センサーと、
を備えたことを特徴とする請求項１９に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項２１】
前記ワイヤーをクランプする手段が、
つめを形成する２つのアームを備え、
該アームの一つが前記つめを開閉するために回転することを特徴とする請求項２０に記載のワイヤーボンディングヘッド。
【請求項２２】
下方の表面に対して垂直方向に動作するボンディングヘッドを含む、超音波的にワイヤーを接合する方法であって、
ワイヤーを接合するために超音波エネルギー源に接続されたボンディングツールを提供し、
ワイヤーをクランプし、ワイヤーを供給し、接合されたワイヤーを切断するための手段を提供し、
ボンディングヘッド上のプロセッシングユニットによってワイヤーをクランプし、供給し、切断する該手段を制御する、
ことを備え、一のステッピングモータによりワイヤーをクランプし、他のステッピングモータによりワイヤーを供給し、切断する前記手段を動作させることを特徴とする前記方法。
【請求項２３】
一対のつめによってワイヤーをクランプし、
前記ステッピングモータと接続されたカムと、該カムに接触したカムフォロアとによって該つめをクランプ動作させる、
ことを更に含んだことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ワイヤーを供給し、ワイヤーを切断する前記手段を、前記ステッピングモータにより回転させることで、ワイヤーを供給し切断するよう動作させることを更に含んだことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ワイヤーを供給し、切断する前記手段に接続されたプロセッシングユニットと、
前記プロセッシングユニットによりワイヤーを供給し、切断する該手段を制御する、
ことを更に含んだことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
ワイヤーを電気的構成要素に接合する方法であって、
ワイヤーボンディングツールを用いたワイヤーボンディングヘッドを提供し、
つめを形成する一対のアームを提供し、
前記つめにより保持されるワイヤーを供給し、
前記ワイヤーを下方の構成要素に超音波的に接合し、
一のステッピングモータによって該つめをクランプ動作させ、
プロセッシングユニットによって該一のステッピングモータを制御すること、
を特徴とする前記方法。
【請求項２７】
前記ワイヤーボンディングツールで第２の接合をおこない、他のステッピングモータにより前記つめにワイヤーの切断動作をさせる、
ことを更に含んだことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記プロセッシングユニットにより制御される他のステッピングモータにより前記つめにワイヤーの切断・供給動作をさせ、前記プロセッシングユニットにより制御される一のステッピングモータにより該つめを開閉させることを更に含んだことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の属する分野は超音波ボンディング技術に関するものであり、特に、半導体にワイヤーを接合させる技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
導線を半導体から、ある電極および他の場所に延ばすために該ワイヤーを接合することが知られている。
【０００３】
半導体向けのウェッジボンディングは、ワイヤーを半導体に接合する実用的かつ合理的方法として、当該技術分野では知られている。該ボンディングには、しばしばアルミニウムからなるワイヤーを使用した機械および方法を用いる。アルミニウム製のワイヤーは、ボンディングにより１点から他の点へと接続される。多くの場合、該ワイヤーの直径は０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）から０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）までの範囲である。
【０００４】
ボンディングを開始するため、ワイヤーは、ボンディングツールを用いて半導体チップ又は集積回路に押しつけられる。該ツールの先端は、ワイヤーボンドが施される半導体チップの表面に一般的に平行な動作表面で、超音波振動を用いて振動させられる。該超音波振動は数十ｍｓｅｃ周期である。
【０００５】
ワイヤーが接合されるチップ表面に対して、垂直なボンディングツールの静的荷重と、該表面に平行なツール先端での振動との組み合わせにより、該ワイヤーは塑性変形する。該ワイヤーが塑性変形するため、同時に、チップ表面を構成する金属原子と混合し冷間溶接をもたらす。
【０００６】
ワイヤーボンドに関する最も困難な問題の一つは、ワイヤーの操作とクランプ及び接合後のワイヤーの切断である。これらの機能を実行するために、現在および過去において最も優れたワイヤーウェッジボンディングは、ワイヤーを供給し、切断し、かつもしくは又はワイヤークランプを開閉する、ソレノイドやボイスコイルの様な通常のアクチュエータを使用してきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソレノイドやボイスコイルで操縦される前記通常のアクチュエータは寿命や電子機械的機能に付随した問題を有する。ソレノイドについて認識できるように、ソレノイドの動作部分は摩擦や、お互いの干渉、摩耗を引き起こす。また、ソレノイドは他のデバイスほどなめらかに動作しない。
【０００８】
ソレノイドについてのもう一つの問題は、コンピュータによってプログラミングできないということである。本発明はこれらの欠点を解決するものである。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、ワイヤーの作動機構の駆動と制御、及び（または）ワイヤーを保持するワイヤークランプの開閉に関して、ワイヤーボンド技術を実質的にコンピュータ化可能にした。
【００１０】
本発明のボンディングヘッドは物理的調整を必要としない。該ヘッドは根本的にソフトウェアで起動し制御される。本発明は制御と入力の両者に関して、より特徴的である。
【００１１】
前記制御を実施するために、メニューや一連のコマンドがキーボードまたはその他の入力手段によって発生される。該コマンド等は調整だけではなくボンディングヘッドの制御も提供する。全ての調整は、制御手段及び機械的作動手段への入力が実質的に高められる方法で行われる。本発明に係る機械的作動又は起動の機能はステッピングモータに基づく。ステッピングモータの制御はボンディングヘッド上に内蔵されたコンピュータを用いてなされる。
【００１２】
本発明に係るボンディングヘッドでは、２つの小さなステッピングモータがワイヤークランプを動作させるために使われている。１つは図４に示すようにクランプを開閉する。他の１つは、該クランプを前後に動かして初めの接合のためにワイヤーを供給し、図３に示すように２回目の接合の後ワイヤーの切断がなされる。ステッピングモータは両方ともなめらかな動作のためにカムを使用している。ボンディングヘッド内の小さなステッピングモータは、コンピュータ制御され、マニュアルでの調整を必要としない。ワイヤークランプの開始はコントロールパネルを使用してオペレータにより教えられる。
【００１３】
ワイヤーの供給とワイヤーの切断又は分離は、各々プログラミング可能である。オペレータはまた、ワイヤーパラメータスクリーン中の数字を単に変えるだけで、初めの接合のテールレングスを増減可能である。同様のことが切断又は分離距離を与える場合にも言える。各モータは原点位置及び方向を確認するために貢献するセンサを有する。該センサは図７に示すように両方ともローカルなマイクロコントローラにより制御されている。該マイクロコントローラは、図６に示すように、マイクロコントローラチップに供されたマイクロシリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）を通して、ボンダー中のメインＣＰＵと通信する。
【００１４】
本発明は図３や図４に示す正確なワイヤー制御メカニズムを有する２ミルのワイヤーボンダーのような優れたワイヤーボンダーを備える。該ボンディングヘッドは、テイルレングスを制御するための調整ネジやその他の扱いにくい方法を使用しない。調整はコンピュータ制御され、動作はステッピングモータの位置決めと装着及びワークに近接したボンディングヘッドにより改善される。
【００１５】
特に、本発明に係るボンディングヘッドは、機械的基礎となる筒状部材の運動に追随する手段を有する。該筒状部材は種々の方向に動くので、大きな基礎上で該ヘッドを制御する必要がある。該ヘッドはワイヤークランプアセンブリを動作させる１番目のステッピングモータを組み込んでいる。該ステッピングモータはカムと近隣する関係にあるカムフォロアを有する該カムを制御する。該カムが動作すると該カムは前記ワイヤークランプアセンブリの開閉を制御する。該運動は、ボンディングヘッド上にありホストコンピュータにより制御されるコンピュータを通じて制御され、起動される。
【００１６】
ワイヤーの供給及び切断は、ワイヤーを動かし、ワークに対して該ワイヤーを動かすのと同様に該ワイヤーを供給する２番目のステッピングモータによって制御される。このことは、供給動作及び切断動作で該ワイヤーを動かすように、コンピュータ制御され正しく回転する２番目のステッピングモータに基づくものである。前記の個々の位置は後の図でわかりやすく示している。特に、ワイヤーの方向に関しては図８から図１６に示している。
【００１７】
入出力及び制御装置は、コンピュータ中にあるボンディングヘッドの特定機能を記憶し、さらにオペレータの入力に基づく個々のコマンドによってボンディングヘッドを動かせる能力を有するオペレータによって提供され得る。このようにワイヤークランプ、ワイヤーの供給、ワイヤーの切断は、他の機能と同様にコンピュータ制御され、ソレノイドや他の線形駆動の電気機械システムのような種々の電気機械要素は必要なく、ステッピングモータで駆動される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき添付図面を参照しつつ説明する。図１及び図２は、円筒状又は回転型の支持筒１０にボンディングヘッドが装着された形態の本発明に係る装置の側面図及び正面図を示す。支持筒又はシリンダ１０の全体が、直線運動及び回転が可能な複合型の支持システムによって支持されているが、該支持システムは内部支持構造により隠されているため、図１及び図２には示されていない。該支持システムはＸ−Ｙ２軸のプラットホーム又は構造に装着されている。したがって、ヘッドはＸ、Ｙ、Ｚ３軸方向及びθ軸回り（回転方向）に動作可能となっている。全ての動作はコンピュータ制御され、プログラム可能である。なお、ヘッド、特に筒１０の動作に関しては、米国特許第４９７６３９２号の明細書に記載された制御と動作の技術を用いることができる。
回転型支持筒１０には、ブロック、クランプ、又は支持部材１１が装着されている。ブロック１１は、割れ目１００、１０２を有するので、筒１０の回りにどの部分からでも締め付けることができ、筒１０に固定される。部材１１は支持筒１０の周囲に固定されるように、ネジにより締め付けられる。
【００１９】
クランプ、支持部材、又はブロック１１の後部には、上下方向に延びるブラケット又は支柱１３が装着されている。図５に詳細に示すように該ブラケット又は支柱１３は、Ｈ型リンク３０を支持し、該リンクはトランスデューサ支持ブロック３１を支持している。Ｈ型リンク３０はボンディングツールを正しく配置するためのリンク機構の一部である。Ｈ型リンクはＨ字の４隅に４つの軸支部を有するため、Ｈ型リンクの上下部で回転運動を案内することが可能である。
【００２０】
フロントリンク１５を支持するフロントブラケット１４は、クランプ支持部材１１の一部に装着され、吊るされている。ブラケット１４は、支持部材１１にボルト止めされ、後述するように、トランスデューサに接続されたリンク機構を支えるための、一体的な細長部材を形成している。
フロントリンク１５はトランスデューサ支持ブロック３１を支持している。Ｈ型リンク３０及びフロントリンク１５は協働して実質上の回動中心を形成しているため、トランスデューサ支持ブロック３１が作業位置探索高さから接合作業をすべきワークまで回動しながら降下する際に、ボンディングツール２０の先端がほぼ鉛直方向に移動することが可能となる。
実質上の回動中心は、Ｈ型リンク３０、フロントリンク１５、及びトランスデューサ支持ブロック３１を互いに結合する、軸１０８、１１０及び軸１１４、１１６からの延長部分として形成される。軸支部１０８及び１１０により、Ｈ型リンク３０は軸１０８を中心とした弧を描いて前後に動くことが可能である。Ｈ型リンク３０は軸１０８の回りを前後に動くため、軸１１４、１１６で支持されながらトランスデューサ支持部材又は保持ブロック３１は揺動することになる。
【００２１】
要するに、実質上の回動中心は、軸１１４、及び１１６を通る線と軸１０８及び１１０を通る線との交点として定義される点である。実質上の回動中心はこのように上記軸から延びた２つの線の延長として定義される交点として、図５の下方に表すことができる。
【００２２】
フロントリンク１５はピボット１１４を軸として揺動する。ボンディングツール２０を動かすのに適した動作が行われるように、この振動により、トランスデューサ支持部材３１は実質上の回動中心に基づいて揺動する。理論的には、軸支部１０８及び１１０を通る線が、軸支部１１４及び１１６を通る線と交差する際に、ボンディングツール先端の回動中心と近い点で該両線は交差する。このため、トランスデューサ支持ブロック３１は、実質上の回動中心が中心となるように弧を通って揺動する。
【００２３】
軸１０８、１１０、１１４、及び１１６は、これらを軸として回転するのに適した種々の形式である軸受面等の支持部とすることができる。Ｈ型リンク又はブロック３０に関する構造については、図２の正面図でより詳細に示されている。図２には、軸受面及び軸１１０でトランスデューサ支持ブロック３１を支持しているＨ型ブロックの輪郭及びその近傍を示している。
【００２４】
図１に示す取付ブロック又はカバー１２４が軸１１０と、後述するトランスデューサの詳細を覆っている。取付カバー１２４はネジ、ボルトまたは他の手段で固定されている。これらの固定手段は、後述する図４で詳細に記述されているように動きを制御するステッピングモータを支持して、覆う取付ブロック又はカバー１２４を固定するのに役立つ。
【００２５】
トランスデューサ３２は、トランスデューサ支持ブロック３１に装着されている。該トランスデューサ３２は、加振又は超音波ボンディングのエネルギーの提供のために、電流源と接続される。該加振は、図１に示されたＹ軸方向になされる。この加振は、ホーン３３として概略的に示されている超音波ホーンを通って波を伝搬させる。該超音波ホーン３３は、技術的によく知られており、米国特許第４９７６３９２号明細書に記載の、超音波ボンディングのために使用されている３つの構成部分を備えている。ツール２０は止めネジ３９によりホーン３３に装着されている。
【００２６】
ボンディングエネルギーを提供する超音波振動は、パルスを提供するべきトランスデューサに伝えられた電気エネルギーと、そこに装着されたホーン３３の超音波的な駆動によって形成される。該超音波はトランスデューサ支持ブロック３１内にある節（node）に到達するようにＹ軸方向に伝搬する。該支持ブロック３１の中で超音波が伝搬し節に到達するように、該支持ブロック３１は基本的に節支点（nodal support）を形成する。ホーン３３から下への超音波の伝搬は、ワイヤーが超音波的に接合されるのとほぼ平行な面に沿って、ツールの先端が動くように、ボンディングツール２０を振動させる。
【００２７】
トランスデューサ支持ブロック３１は、バネ３４によって、調整可能な停止部４４に対して上方にバネ付勢されている。該バネ３４によって、１００ｇの上方への力が加えられている。バネに張力をかけるために調整ネジが用いられている。
【００２８】
１対の磁性コイル４２及び４３により生じる磁場内に置かれた、１対の磁石７１および７２を保持した１片の金属又はプラスチック製のマグネットホルダー３５が、トランスデューサブロック３１に装着されている。力の方向は、コイル４２及び４３中の電流の方向に依存している。
【００２９】
コイル４２、４３及びマグネットホルダー３５は協働して双方向のリニアモータ３７を形成する。リニアモータ３７は、トランスデューサ支持ブロック３１を双方向に動かすだけではなく、ツール２０の下で接合されるべきワイヤー２４に付加する力を制御することが可能である。超音波エネルギーが適用されている様子を図８から図１６に示す。リニアモータ３７に適用する電流はホストコンピュータによりコンピュータ制御され、プログラム可能である。レンジは、±２５０ｇであり、ツール２０によりワイヤー２４に最大１５０ｇの力（正味荷重、net force）を付加することが可能である。付加する力を変える分解能は、ホストコンピュータの入力及び関係するプログラムに関して入力１ビットあたり１ｇである。
【００３０】
マグネットホルダー３５はまた、図５に示すリニア差動変圧器（ＬＶＤＴ）からなるポジションセンサ３６であるコアとつながっている。該ＬＶＤＴは該コアの構成要素であり、コアはコイルの内外方に動くことによりインダクタンスを変化させる。該インダクタンスは、動作を制御するための、デジタル化されるべきアナログ値である。該差動変圧器（ＬＶＤＴ）３６からの信号は条件設定されており、デジタル化されている。数字は、機械的基礎であると考えられる停止部に対するボンドツール２０の位置を示す。この情報は、ワーク表面を検知するのに、また、フィードバックしてトランスデューサブロック３１の動きを制御するのに利用される。これは、ツール２０が集積回路又は半導体回路のあるワーク表面２５にスムーズに降下するために重要である。
【００３１】
ブラケット４０は、図５に示されたＬＶＤＴ用コイル４１、及びコイル４２、４３を保持するのに役立つブロック１１に装着されている。さらに２つの機械的停止部がトランスデューサブロック３１の上下動作を制限するために提供されている。図２に示す下方停止部４５はブラケット４０上に取付られており、調整可能である。上方停止部４４は図５に示すようにマグネットホルダー３５に取付られており、これもまた調整可能である。
【００３２】
図４に示すように、シャフト５１の回りを回転するドッグレッグ（dog leg）型のクランプアーム５０が、図１に示すようにトランスデューサブロック３１に装着されている。該クランプアーム５０は、クランプ２１を形成する一対のバネ付勢されたクランプつめからなるワイヤークランプアセンブリを保持している。クランプつめ２１は、第１の接合がなされる前にワイヤーを供給するために、接合されるべきワイヤー２４を前方に動かし、又は第２の接合がなされた後にワイヤーを切断するために後方に動かす。該ワイヤー２４は、接合されるべきワイヤーコイルに接続している供給筒２３を通って供給される。以上の動作は図８から図１６にさらに明示されている。
【００３３】
クランプアーム５０は、小さなステッピングモータ５３上に搭載された回転型送りカム５４に対してバネ付勢されている。該ステッピングモータ５３は、ネジ１３４及び１３６によってブロック１３に装着されたブラケット上に取付られている。一対のセンサ５５と１６４は送りカム５４の原点位置を確認し、該送りカムがワイヤーの供給又はワイヤーの切断のいずれを行う方向にあるかに関し、該送りカムの方向を確認する。
図３に、２つのアーム２６及び２７を備えたクランプ２１を示す。回動部２８は、アーム２６及び２７により形成されるつめ２１が開閉するように、アーム２６が接触している支持により形成されている。
【００３４】
ステッピングモータ５３は、送りカム５４が装着されているシャフト１６０を有する。該送りカム５４は光学式センサ５５及び１６４を開閉するために、シャッター１６２をも有する。２つの光学式センサ５５と１６４の各々は、つめ２１を持つワイヤークランプアセンブリ１６６を通じたワイヤーの供給及びワイヤーの切断に関する方向を検知する。該光学式センサ５５と１６４は保持位置を検知し、内蔵コンピュータにフィードバックする。該内蔵コンピュータはマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）を備え、供給方向及び切断方向を確認する。
【００３５】
シャッター１６２は、一対の切り欠き端部１６８及び１７０で区切られた切り欠きを有する。該切り欠き端部１６８及び１７０は、シャッター１６２を位置決めするために、前記センサ１６４及び５５からの光の透過及び遮蔽を該シャッター１６２及びその切り欠きによって行い得る位置に設けられている。ステッピングモータのシャフト１６０上に取付られたカム５４は、カム面を回転可能なカムフォロア１７８に接触させている。該カムフォロア１７８はブラケット１８０に装着され、該ブラケットはドッグレッグ型クランプアーム５０に装着されている。なお、このブラケット１８０が本発明の回転用ブラケットに相当し、ブラケット１８０及びクランプアーム５０が本発明の回転型リンクに相当する。端部の軸支部５１の回りに回転可能なドッグレッグ型クランプアーム５０は、前記カム５４のカム表面にカムフォロア１７８を押し付けるために、他端側においてブラケット１８６に接続されたバネ１８４によって付勢されている。ピン１９０がストッパを形成するためにカム表面に装着され、カムが異常な位置まで押されてステッピングモータ及びシャッター１６２に対してはずれたり、方向がずれたりしないようにされている。
【００３６】
このように、つめ２１はステッピングモータ５３により駆動され上下に動く。これによってつめ２１は図４に示すように上下に動く。矢印方向の動作は、ワイヤーを供給し、切断する動きを示している。
【００３７】
２つのアルミニウム製のアーム２６、２７を備え、バネ付勢されたつめ２１は、ケーブルによって支軸回りに駆動されて回動する。つまり、該アーム２６は回転軸（flexーpivot）又は支持２８の回りを回転し、該アームを引っ張っているケーブル６１によって、アーム６０に装着されている。
【００３８】
前記アーム６０は、ステッピングモータ６３のシャフトに取り付けられたクランプ開くためのカム６２に対してバネ付勢されている。該ステッピングモータ６３は、ブロック１１に支持されたブラケット６４上に取付られている。光学式センサの形態である原点位置センサ６５は、１回転毎に原点位置を確認する。前記ステッピングモータ６３はコンピュータ制御され、クランプつめ２１を必要に応じて開くことがコンピュータを通じてプログラム可能である。前記センサ６５はブラケット２１０の上にネジにより取付られている。
【００３９】
原点センサによって確定される原点位置は、シャッター２００の作用によって決められる。該シャッター２００はステッピングモータ６３のシャフト２０２に装着されている。したがって、該シャッター２００は回転可能であり、シャッター２００の一部である２つの切り欠き端部２０４及び２０６の位置でセンサへの入力を行うことが可能である。要するに、ステッピングモータで回転するシャッター２００とホスト又は内蔵コンピュータへ入力される順序付けされた機能とによって、ステッピングモータの動作は制御可能である。この順序付けされた機能については後述する。
【００４０】
カム６２に対してバネで付勢された位置にアーム６０を維持するために、支点２２８の回りを回転するアーム６０に作用するバネ２１２が備えられている。該バネ２１２により、アーム６０はカムフォロア２２４によりカム６２に接する。該カムフォロア２２４は、カムに接し、支点２２８の回りにアーム６０を旋回させる当接部２２６に接続されている。該支点２２８はもちろん、図示したように矢印の方向に前後するアーム６０の回動を可能としている。これは、回動による開閉動作でつめ２１を開くようにケーブル６１を引っ張る動作を伴う。これによりクランプアームブラケット５０に接続されたつめ２１の開閉が行われ、後述する図８から図１６に示すように、ワイヤーの保持及び操作がなされる。
【００４１】
ケーブル６１は、ケーブルにつながったボルト２４２及びナット２４０によってアーム６０に取り付けられている。しかしながら、直接的に駆動するために、つめ２１を回動する他の適宜の手段を用いることができる。
つめ２１は、バネ２４６によって閉じた位置に保持される。該バネ２４６は、つめ特にアーム２６及び２７をその先端で閉じた位置に保持するために、バネのような他の付勢手段に代えることが可能である。
図７には、より詳細に、ホストコンピュータがマイクロコントローラ又はマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）と接続されている状態を示している。該ＭＰＵはボンディングヘッドに取付られており、図１に、内部にマイクロプロセッサー１２を有するＭＰＵボード３００として示されている。ボード３００は、前記のように、デジタル化及びステッピングモータ駆動のために、調整回路と、モータドライバーを含む他の電子回路とを組み込まれている。この例では、ＭＰＵ１２はマイクロプロセッサ６８ＨＣ７１１Ｄ３とされ、ボード上のモータドライバーのさまざまな制御機能や、ワイヤー２４のクランプ及び、該ワイヤーの供給や切断をおこなう動作を提供する。
前記ＭＰＵ１２は、前記のようにセンサから信号を受信する。特に、センサ６５は図７にクランプセンサとして示されている。該クランプセンサ６５はクランプとつめ２１の制御のためにＭＰＵに接続されている。
【００４２】
光学式センサである供給センサ１６４と切断センサ５５は、ワイヤーの切断及び供給の後、モータ５３の位置を検知する。これは、後述する図８から図１６までに示されるワイヤー２４の供給と切断の位置決め及び制御を維持するのに役立つ。
【００４３】
モータドライバーは、それぞれボード３００上又は他の箇所に取付られ、ワイヤークランプの開放とワイヤーの供給、切断機能を有する。特に、モータドライバー３０６は、ワイヤーを供給し、切断するステッピングモータ５３を駆動するものとして示されている。モータドライバー３０８は特につめ２１を操作するクランプ用モータ又はステッピングモータ６３に使用される。
ＬＶＤＴ又はポジションセンサ３６により、接合位置又はボンダー２０及びクランプ２１を有するボンディングヘッドの位置は、ホストコンピュータを使用して解析され決定される。結果として、ＬＶＤＴ３６又はＬＶＤＴ形式の高さ位置センサ３６に対する昇降は、適当な圧力がボンディングツールに適用されるよう機能する。これは、軸支部１０８、１１０、１１４及び１１６により形成される実質上の回動中心を通じて機能するものであり、該実質上の回動中心は、バネ３４のバネ力に抗する力に基づいて適切な位置決め及び圧力を得るため、トランスデューサブロック３１を上下に駆動するのに寄与するからである。最終的に、ＬＶＤＴを使用したセンサ３６によってボンドヘッドの位置を確定し、それから該位置を維持し、そして、ワイヤーボンドの供給及び切断と、ワイヤー２４のクランプとを各々行うステッピングモータ５３及び６３の操作に基づいて、後述するような方法で接合することである。
【００４４】
図６に示されているように、ボンディングヘッドの位置決めがなされた後、ステッピングモータ５３及び６３が各々のホストコマンドを受ける。ホストコマンドに応じた、ＭＰＵ１２による動作チェックのための各々のフィードバック機構を伴って、モータ５３及び６３の速度制御、供給、切断、クランプが機能することが示されている。
【００４５】
以下、図８から図１６までに示された動作について説明する。図８から図１６には、ボンディング機能と構成に関する一連の動作が示されている。
【００４６】
図８は、原点位置での、ツール２０とクランプ２１を有するボンダーを示す。ワイヤー２４は、コイルから供給筒２３を通して供給されている。
【００４７】
図９では、ボンディングヘッドが、探索高さと称する高さへ降下している。ワイヤー２４はワイヤークランプつめ２１により供給される。探索高さはワーク２５から一定の高さに設定される。ワーク高さはオペレータによる教育モードの間に自動的に教育される。教育モードでは、ある一つのアプリケーションに対して一つのファイルが作成される。探索高さは通常ワーク２５高さから０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）である。
【００４８】
図１０では、ボンディング用ツール２０がワーク２５に触れるまで、トランスデューサ支持ブロック３１が降下している。該降下は、コイル４２及び４３、磁石７１及び７２から成るリニアモータ３７によって発生する。これはコンピュータ制御され、接触圧に関しビットあたり１ｇの分解能を有する。ワーク２５の表面は、ＬＶＤＴを備えたモニタリングポジションセンサ３６によって検知される。ワーク２５の面上に到達すると、リニアモータ３７は、Ｚ軸方向の下方への力で接合するのに必要な、プログラミングされた力に出力を急上昇する。
【００４９】
図１１は、ワーク２５の表面へ接合した後の動作を示す。この点でリニアモータ３７は、図５に示す上方停止部４４に当接させるようにトランスデューサ支持ブロック３１を上方へと後退させるように持ち上げる。
【００５０】
図１２では、ボンディングヘッドが、Ｘ、Ｙ及びＺ軸上でワイヤー２４で形成されるべきループの先端へと上昇することが示されている。該上昇高さは、与えられたワイヤー２４の２つの接合箇所の間のプログラミングされた後退ステップ距離、及び値にプログラミングされたワイヤーループ高さに依存するものである。
【００５１】
図９に似た図１３は、ボンダーが第２の接合探索高さへと降下していることを示す。
【００５２】
図１４は第２の接合に対するものであり、図１０と同様の動作を示している。
【００５３】
図１５は、送りモータ５３が、ワイヤーを切断するために、クランプつめ２１を伴うワイヤークランプアセンブリ１６６を後方に動かした直後の状態を示している。これは、クランプつめ２１がまだワイヤー２４を保持し、切断している状態として示されている。該動作はプログラミング可能である。
【００５４】
図１７は図１５に示された切断されたワイヤーの詳細を示す。
【００５５】
図１６は、全てのボンドヘッドが、他の接合を開始するため又は他のＺ軸又はＹ軸方向の位置へと移動するために、原点位置まで上方へ後退移動した後、トランスデューサ支持ブロック３１が再び持ち上げられることを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係るボンディングヘッドの一例の側面図である。
【図２】図２は図１のボンディングヘッドの正面図である。
【図３】図３は図２の内部が見えるように部品の一部を取り除いた正面図である。
【図４】図４は図２の３−３線の方向から見た断面について、ブラケットを取り除き部品を露出させた断面図である。
【図５】図５は図１と同様の図で内部が見えるように部品の一部を取り除いた側面図である。
【図６】図６はワイヤーボンディングを行うための機能的動作及びコマンドの一例のブロック図である。
【図７】図７はホストコンピュータとワイヤーボンダーに内蔵されたコンピュータの接続状態の一例のブロック図である。
【図８】図８は原点位置でのボンダーのボンディングヘッドを示す。
【図９】図９は探索高さへ降下しているボンディングヘッドを示す。
【図１０】図１０は接合の準備がなされたワークに触れているボンディングツールを示す。
【図１１】図１１はワイヤーボンディングツールがワーク表面を離れ、ワイヤーが表面に接合されている状態を示す。
【図１２】図１２はワイヤーを支持しそこからワイヤーのループをつくるために上昇しているボンダーを示す。
【図１３】図１３は第２の接合探索高さへ降下しているボンダーを示す。
【図１４】図１４は第２の接合を行っている状態を示す。
【図１５】図１５は接合された後のワイヤーの切断状態を示す。
【図１６】図１６は他の接合を準備するため上昇しているボンディングヘッドを示す。
【図１７】図１７は図１５のワイヤーの切断箇所を拡大した図である。
【符号の説明】
１２  マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）
２０  ボンディングツール
２１  クランプ
２４  ワイヤー
２５  ワーク表面
２６  アーム
２７  アーム
３０  Ｈ型リンク
３１  トランスデューサ支持ブロック
３２  トランスデューサ
３６  ポジションセンサ
３７  リニアモータ
５３  ステッピングモータ
５４  回転型送りカム
５５  光学式センサ
６１  ケーブル
６２  送りカム
６３  ステッピングモータ
６５  原点位置センサ
１６２  シャッター
１６４  光学式センサ
２００  シャッター
３００  ＭＰＵボード
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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