(57)【要約】【課題】互いに直交する２つの面の何れにも容易に金属細線をボンディングすることができるワイヤボンディング装置を提供する。【解決手段】ワイヤボンディング用ツール３は、鉛直方向に突出した第１突出部３ａおよび水平方向に突出した第２突出部３ｃを備えている。これにより、第１突出部３ａまたは第２突出部３ｃと対向配置された電極に金属細線を融着させることができるので、従来のような多段階の接続を行わなくても、互いに直交する２つの面の何れにも容易にワイヤボンディングすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に突出した第１突出部、前記１の方向と直交する第２の方向に突出した第２突出部、ならびに、前記第１突出部および前記第２突出部の先端部に金属細線を導く導出部を備えたワイヤボンディング用ツールと、
このワイヤボンディング用ツールを移動可能に支持する可動機構と、
前記第１突出部および前記第２突出部に対して前記金属細線を融着させるエネルギーを出力するエネルギー出力機構と
を備えたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記エネルギー出力機構は、前記第１突出部および前記第２突出部に超音波を印加する超音波発信機構ならびに前記第１突出部および前記第２突出部に熱エネルギーを与える加熱機構の何れか一方からなる
ことを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
前記第１の突起部を前記第１の方向に、前記第２の突起部を前記第２の方向に加圧する加圧機構
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載のワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品のパッケージ内配線などに用いられる金属細線を接続するワイヤボンディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＣなどの電子部品の電極と、リードフレームや基板上の導体などとを金属細線を用いて接続するワイヤボンディング装置が知られている。従来のワイヤボンディング装置の一例を図４に示す。
【０００３】
＜ワイヤボンディング装置の構成＞
図４に示すワイヤボンディング装置１０は、水平方向および鉛直方向に移動可能に支持されたツール可動部１１と、円柱もしくは角柱または鉛直下方に向かって細くなる円錐台もしくは角錐台の形状を有し、上面がツール可動部１１の下面に取り付けられたワイヤボンディング用ツール１２と、ツール可動部１１近傍に配設され、ワイヤボンボンディング用ツール１２に金ワイヤ２１を保持するワイヤクランプ機構１３と、ワイヤボンディング用ツール１２の下端部を観察する実体顕微鏡１４とを備えたウエッジ型ワイヤボンディング装置である。
【０００４】
ここで、ツール可動部１１は、ワイヤボンディング用ツール１２の端部から超音波を出力させる超音波発振器やワイヤボンディング用ツール１２の端部から外部部材に対して応力をかける加圧機構などを備えている。
【０００５】
また、ワイヤボンディング用ツール１２は、下面の一部に形成され鉛直下方に突出した突出部１２ａと、下面の突出部１２ａに隣接する箇所と側面と鉛直方向に対して斜めに連通する連通孔１２ｂとを備えている。突出部１２ａは、水平面内において、連通孔１２ｂの延在方向上に位置するように配設されている。また、連通孔１２ｂには、ワイヤクランプ機構１３により保持された金ワイヤ２１が挿入され、この金ワイヤ２１の開放端は、突出部１２ａ近傍に導かれる。
【０００６】
便宜上、図４においては、ワイヤボンディング用ツール１２や電極部材３１を加熱するためのヒータ、超音波発信器のエネルギーやタイミングを制御するための電子回路、ワイヤボンディング用ツール１２に付加する圧力を制御するための電子回路等を省略している。また、ツール可動部１１により実現される可動機構は、ワイヤボンディング用ツール１２側に設けなくてもよい。例えば、電極部材３１を水平方向に移動させる可動機構と、ワイヤボンディング用ツール１２を鉛直方向に移動させる可動機構とを設けるようにしてもよい。
【０００７】
＜ワイヤボンディング装置の動作＞
次に、ワイヤボンディング装置１０の動作について説明する。以下の説明においては、ワイヤボンディング装置のワイヤボンディング用ツール１２の下方に配設された配線基板や素子からなる第１，２電極部材３１，３２をワイヤボンディングする場合を例に説明する。ここで、第１電極部材３１の上面（水平面）には電極３１ａが、第２電極部材３２の上面には電極３２ａがそれぞれ形成されている。
【０００８】
まず、ワイヤクランプ機構１３に金ワイヤ２１を保持させ、ワイヤボンディング用ツール１２の連通孔１２ｂに金ワイヤ２１を挿通し、突出部１２ａの下方に金ワイヤ２１が位置する状態にする。
【０００９】
金ワイヤ２１が突出部１２ａの下方に位置する状態となると、ワイヤボンディング用ツール１２を第１電極部材３１上方に移動させた後、ワイヤボンディング用ツール１２を降下させ、加圧機構により突出部１２ａを電極３１ａの側に押しつけて圧力をかけると共に、超音波発振器により突出部１２ａから超音波を加える。すると、突出部１２ａと電極３１ａとの間に挟まれた金ワイヤ２１は、電極３１ａに融着する。
【００１０】
電極３１ａに金ワイヤ２１が融着されると、ワイヤクランプ機構１３に金ワイヤ２１を解放させ、ツール可動部１１により、ワイヤボンディング用ツール１２を第２電極３２ａ上に移動させた後、ワイヤボンディング用ツール１２を降下させ、加圧機構により突出部１２ａを電極３２ａの側に押しつけて圧力をかけると共に、超音波発振器により突出部１２ａから超音波を印加する。すると、突出部１２ａの下方に位置する金ワイヤ２１は、電極３２ａに当接し、その振動エネルギーにより電極３２ａに融着する。
【００１１】
次に、ワイヤクランプ機構１３により金ワイヤ２１をクランプさせ、ワイヤボンディング用ツール１２を第２電極部材３２から離間する方向に移動させ、金ワイヤ２１を引っ張ることにより金ワイヤ２１を切断する。これにより、第１電極部材３１の電極３１ａと第２電極部材３２の電極３２ａとが金ワイヤ２１で接続されることとなる。なお、金ワイヤ２１をクランプするタイミングで、金ワイヤ２１の出っ張る長さ（テール長）を制御することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】巴工業株式会社、Ｍａｎｕａｌ  Ｗｉｒｅ  Ｂｏｎｄｅｒ  マニュアルワイヤボンダＫ＆Ｓ４５００シリーズ、［２００９年９月１４日検索］、インターネット、<URL:http://www.tomo-e.co.jp/j/mwb/index2.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来のワイヤボンディング装置では、突出部１２ａの突出方向に配置された面、すなわち、水平に配設された電極のみにしかボンディングできなかったので、例えば、水平に配設された配線基板上に電極面が鉛直方向に沿うように形成された部品（以下、「鉛直部品」という。）を搭載する場合など、突出部１２ａの突出方向に直交する方向に配置された電極には直接に金属細線をボンディングすることができなかった。
【００１４】
このため、従来では、鉛直部品を搭載する場合には、直角に折れ曲がった小型の配線基板を用意し、この配線基板上に鉛直部品を搭載し、直角部品と小型の配線基板との電極をワイヤボンディングした後、小型の配線部品を本体基板に搭載して、小型の配線基板と本体基板とをワイヤボンディングしていた。このような多段階の接続は、低速の電気信号を扱う部品ではあまり問題にならないが、高速の電気信号を扱う部品では不具合が生じる恐れがある。また、部品点数が増加するので、高コスト化や実装サイズの大型化も招いていた。
【００１５】
また、銀ペーストを手で塗布することで、鉛直部品の電極にも電気配線することが可能であるが、作業性や再現性が極めて悪く、実際の生産に適用することは困難である。
【００１６】
そこで、本願発明は、互いに直交する２つの面の何れにも容易に金属細線をボンディングすることができるワイヤ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】
【００１７】
上述したような課題を解決するために、本発明に係るワイヤボンディング装置は、第１の方向に突出した第１突出部、１の方向と直交する第２の方向に突出した第２突出部、ならびに、第１突出部および第２突出部の先端部に金属細線を導く導出部を備えたワイヤボンディング用ツールと、このワイヤボンディング用ツールを移動可能に支持する可動機構と、第１突出部および第２突出部に対して金属細線を融着させるエネルギーを出力するエネルギー出力機構とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記ワイヤボンディング装置において、エネルギー出力機構は、第１突出部および第２突出部に超音波エネルギーを印加する超音波発信機構ならびに第１突出部および第２突出部に熱エネルギーを与える加熱機構の何れか一方からなる。
【００１９】
また、上記ワイヤボンディング装置において、第１の突起部を第１の方向に、第２の突起部を第２の方向に加圧する加圧機構をさらに備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１の方向に突出した第１突出部、１の方向と直交する第２の方向に突出した第２突出部、ならびに、第１突出部および第２突出部の先端部に金属細線を導く導出部を備えたワイヤボンディング用ツールと、このワイヤボンディング用ツールを移動可能に支持する可動機構と、第１突出部および第２突出部に対して金属細線を融着させるエネルギーを出力するエネルギー出力機構とを備えることにより、第１突出部または第２突出部と対向配置された電極に金属細線を融着することができるので、従来のような多段階の接続を行わなくても、互いに直交する２つの面の何れにも容易に金属細線をボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤボンディング装置の構成を模式的に示す正面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るワイヤボンディング装置により行われたワイヤボンディングの一例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るワイヤボンディング装置により行われたワイヤボンディングの一例を示す模式図である。
【図４】図４は、従来のワイヤボンディング装置の構成を模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態において、図４を参照して説明したワイヤボンディング装置と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００２３】
＜ワイヤボンディング装置の構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置１は、水平方向および鉛直方向に移動可能に支持された可動機構およびエネルギー出力機構として作用するツール可動部２と、円柱もしくは角柱または鉛直下方に向かって細くなる円錐台もしくは角錐台の形状を有し、上面がツール可動部２の下面に取り付けられたワイヤボンディング用ツール３と、ツール可動部２近傍に配設され、ワイヤボンボンディング用ツール３に金ワイヤ２１を保持するワイヤクランプ機構１３と、ワイヤボンディング用ツール３の下端部を観察するＣＣＤカメラ４とを備えている。
【００２４】
ここで、ツール可動部２は、作業者の操作にしたがって水平方向および鉛直方向に移動する公知の移動機構から構成される。このようなツール可動部２は、ワイヤボンディング用ツール３を加圧する加圧機構２ａおよびワイヤボンディング用ツール３に超音波を供給する超音波発振器２ｂを少なくとも備えている。
【００２５】
加圧機構２ａは、ワイヤボンディング用ツール３を加圧し、ワイヤボンディング用ツール３の端部から外部部材に対して鉛直方向および水平方向に適当な圧力をかける。作業者のマニュアル操作により動作するワイヤボンディング装置１では、ワイヤボンディングツール３の移動によって電極を加圧するが、このとき電極やワイヤボンディング用ツール３の破損等を防ぐために、電極に過大な力が加わらないようにする必要がある。そこで、加圧機構２ａは、ワイヤボンディング用ツール３の移動を作業者の操作力に単純比例させるのではなく、圧力を適宜制御しながら移動させる。
【００２６】
また、上記超音波発振器２ｂは、ワイヤボンディング用ツール３に超音波エネルギーを印加する。具体的には、超音波発振器２ｂは、ワイヤボンディング用ツール３のツール可動部２との接続端から超音波エネルギーを印加し、ワイヤボンディング用ツール３全体を微小に振動させる。この振動は、ワイヤボンディング用ツール３の端部と金ワイヤ２１とが接触した箇所においてミクロ的に摩擦熱を生じさせ、その箇所の温度を上昇させることにより、金ワイヤ２１とこの金ワイヤ２１と接触している電極とを溶かすこととなる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、ツール可動部２が超音波発振器を備える場合を例に説明したが、その超音波発振器の替わりに例えばヒータや電流印加による加熱機構を設けるようにしてもよい。この場合、その加熱機構により、ワイヤボンディング用ツール３の端部を加熱することにより、その端部と電極との間に挟まれた金ワイヤ２１を電極に融着することができる。なお、加熱機構としては、ヒータや電流印加装置を複合的に用いたものであってもよいことは言うまでもない。
【００２８】
ワイヤボンディング用ツール３は、下面の一部に形成され鉛直下方に突出した第１突出部３ａと、下面の第１突出部３ａに隣接する箇所と側面とを鉛直方向に対して斜めに連通する連通孔３ｂと、ワイヤボンディング用ツール３の側面の下方に形成され水平方向に突出した第２突出部３ｃとを備えている。第１突出部３ａおよび第２突出部３ｃは、水平面内において、連通孔３ｂの延在方向上に位置するように配設されている。また、連通孔３ｂには、ワイヤクランプ機構１３により保持された金ワイヤ２１が挿入され、金ワイヤ２１の開放端は、第１突出部３ａ近傍を通過して第２突出部３ｃの近傍に導かれる。
【００２９】
ＣＣＤカメラ４は、公知のＣＤＤカメラから構成され、少なくとも電極４１ａ，４２ａを撮像可能な位置に配設されている。このＣＣＤカメラ４を設けることにより、作業者は、例えば図４に示す実体顕微鏡１４では観察できない電極４１ａについても、観察することができる。
【００３０】
なお、便宜上、図１においては、ワイヤボンディング用ツール３や電極部材を加熱するためのヒータ、超音波発信器のエネルギーやタイミングを制御するための電子回路、ワイヤボンディング用ツール３に付加する圧力を制御するための電子回路等を省略している。また、ツール可動部２により実現される可動機構は、必ずしもワイヤボンディング用ツール３側に設けなくてもよい。例えば、電極部材を水平方向に移動させる可動機構と、ワイヤボンディング用ツール３を鉛直方向に移動させる可動機構とを設けるようにしてもよい。
【００３１】
＜ワイヤボンディング装置の動作＞
次に、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置１の動作について説明する。以下においては、ワイヤボンディング装置のワイヤボンディング用ツール３の下方に配設された配線基板や素子からなる第１，２電極部材４１，４２をワイヤボンディングする場合を例に説明する。ここで、第１電極部材４１の鉛直方向に沿った側面には電極４１ａが、第２電極部材４２の水平方向に沿った上面には電極４２ａがそれぞれ形成されている。
【００３２】
まず、セカンドボンド後に残る金ワイヤ２１のテール長が長めになるように調整した上でワイヤクランプ機構１３に金ワイヤ２１を保持させ、ワイヤボンディング用ツール３の連通孔３ｂに金ワイヤ２１を挿通する。そして、金ワイヤ２１の端部を適当な工具を用いるか、または簡便に金ワイヤを適当な角に当てて鉛直上方に折り曲げ、金ワイヤ２１の端部が第２突出部３ｃと対向するように配置させる。このような状態にした後、ツール可動部２により、ワイヤボンディング用ツール３の第２突出部３ｃと第１電極部材４１の電極４１ａとが対向するようにワイヤボンディング用ツール３を移動させ、第２突出部３ｃを電極４１ａに押しつけて圧力をかけると共に、第２突出部３ｃに超音波を印加する。すると、第２突出部３ｃと電極４１ａとの間に挟まれた金ワイヤ２１は、電極４１ａに融着される。
【００３３】
このとき、作業者は、第２突出部３ｃが陰になって見えないので、ＣＣＤカメラ４の映像を見ながら行う。なお、ＣＣＤカメラ４の数は１台に限定されず、例えば水平方向からの映像と鉛直方向からの映像を得られるよう２つ設けるなど、複数設けるようにしてもよい。また、図４で示したワイヤボンディング装置１０の実体顕微鏡１４を、ＣＣＤカメラ４とともに設けるようにしてもよい。
【００３４】
電極４１ａに金ワイヤ２１が融着すると、ワイヤクランプ機構１３に金ワイヤ２１を解放させ、ツール可動部２により、ワイヤボンディング用ツール３を第２電極４２ａ上に移動させた後、ワイヤボンディング用ツール３を降下させ、第１突出部３ａを電極４２ａに押しつけて圧力をかけると共に、第１突出部３ａに超音波を印加する。すると、第１突出部３ａと電極４２ａとの間に挟まれた金ワイヤ２１は、電極４２ａに融着する。
【００３５】
電極４２ａに金ワイヤ２１が融着した後、ワイヤクランプ機構１３により金ワイヤ２１をクランプさせ、ワイヤボンディング用ツール３を第２電極部材３２から離間する方向に移動させ、金ワイヤ２１を引っ張ることにより金ワイヤ２１を切断する。これにより、図２に示すように、第１電極部材４１の電極４１ａと第２電極部材４２の電極４２ａとが金ワイヤ２１で接続されることとなる。
【００３６】
このとき、金ワイヤ２１のテール長の調節は、作業者により次のワイヤボンディングを踏まえて行われる。すなわち、次のワイヤボンディングを電極４１ａのように鉛直方向に沿った電極に対して行う場合には、金ワイヤ２１のテール長を、金ワイヤ２１の端部を曲げた時に第２突出部３ｃと対向する位置に届く長さにする。一方、電極４２ａのように水平方向に沿った電極に対して行う場合には、金ワイヤ２１のテール長を、金ワイヤ２１の端部が連通孔１２ｂの突出部３ａ側の開口から少し出た程度の長さにする。
【００３７】
なお、本実施の形態では、金属細線として金ワイヤ２１を用いてワイヤボンディングを行う場合を例に説明したが、金属細線は金ワイヤ２１に限定されず、例えば、金リボン（断面角形の金ワイヤ）、アルミワイヤ、銅ワイヤなど各種金属細線を適用することができる。また、ディープアクセスタイプのツールに適用することも可能である。
【００３８】
また、本実施の形態において、ＰＣ（Personal Computer）により駆動するワイヤボンディング用ツール３の可動機構と、突出部３ａ，３ｃと電極との位置決め用の画像認識ソフトとを導入することにより、ワイヤボンディング装置の自動化を実現することができる。この場合、金ワイヤ２１を折り曲げるための専用のアームを導入することが望ましい。このアームとしては例えば、ボールボンダでのボール形成用アーク放電電極と同様の可動機構で実現することができる。
【００３９】
また、本実施の形態においては、鉛直方向と水平方向とに沿った電極間のワイヤボンディングを行う場合を例に説明したが、突出部３ａのみを使用することにより、従来のように水平方向に沿った電極間のワイヤボンディングを実現できることは言うまでもない。また、最初の接続を突出部３ａ、次の接続を突出部３ｂで行うことにより、図３に示すように、第１電極部材５１の水平方向に沿った上面に形成された電極５１ａと、第２電極部材５２の鉛直方向に沿った側面に形成された電極５２ａとを接続する、水平方向から鉛直下方に折り曲がるような配線のワイヤボンディングも実現することが可能である。すなわち、本実施の形態に係るワイヤボンディング装置１は、電極面が水平および垂直の何れの方向に沿っていてもワイヤボンディングを行うことができる。また、テール長の制御は電子的に変更できるので、ワイヤボンディング装置の機械的な構成の変更は不要であるので、従来のワイヤボンディング装置の機械的な構成をそのまま適用することができる。さらに、作業の速度についても従来のワイヤボンディング装置と同程度の速度を実現することができるので、従来の生産ラインに適用することも可能である。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、鉛直方向に突出した第１突出部３ａおよび水平方向に突出した第２突出部３ｃを設けることにより、第１突出部３ａまたは第２突出部３ｃと対向配置された電極に金属細線を融着することができるので、従来のような多段階の接続を行わなくても、互いに直交する２つの面の何れにも容易にワイヤボンディングすることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、第１突出部３ａと第２突出部３ｂの突出方向が直交する場合を例に説明したが、第１突出部３ａと第２突出部３ｂが突出する方向はこれに限定されず、ボンディングする面の角度に応じて適宜自由に設定することができる。例えば、水平な電極と、水平方向から鉛直上方に向かって４５度傾いた電極とにボンディングする場合には、第１の突出部３ａを鉛直方向、第２の突出部３ｂを鉛直下方から水平方向に向かって４５度傾いた方向に突出させればよい。このようにすることにより、角度が異なる２つの面の何れにも容易にワイヤボンディングすることができる。
【００４２】
また、ボンディング用ツール３に設ける突出部の数量も２つに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、それぞれ異なる方向に突出した３つ以上の突出部を設けることにより、１台のワイヤボンディング装置で多数の方向に向いた電極へのボンディングを実現することができる。
【００４３】
また、基本の装置構成は従来のウエッジワイヤボンディング装置をそのまま流用できるので装置開発費を抑えることができる。また、部品や製造ラインも多くは共用化できるので、極めて低いコストと短い開発期間で実用化することができる。また、電極同士を近接配置してほぼ最短距離で配線することが可能となるので、高速信号を扱う基板や素子にも適用することができる。さらに、部品の配置自由度が上がるので、パッケージの小形化や高性能化にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ワイヤボンディング装置など、金属細線により２点間の接続を行う各種装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…ワイヤボンディング装置、２…ツール可動部、２ａ…加圧機構、２ｂ…超音波発振器、３…ワイヤボンディング用ツール、３ａ…第１突出部、３ｂ…連通孔、３ｃ…第２突出部、４…ＣＣＤカメラ、１３…クランプ機構、２１…金ワイヤ、４１，５１…第１電極部材、４１ａ，５１ａ…電極、４２，５２…第２電極部材、４２ａ，５２ａ…電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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