(57)【要約】【課題】クランパーの位置でボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を簡単に測定できるようにし、クランプ荷重のミスセッティング、ボンディングワイヤーの変形を防止し、ワイヤーボンディング装置の生産性を向上させる。【解決手段】ボンディングワイヤー１の繰り出し部（２、３、４）から繰り出されるボンディングワイヤー１の経路に、ボンディングワイヤー１を把持するクランパー６およびクランパー６のクランプ力を数値化するための荷重付与ゲージ５を配した装置において、ボンディングワイヤー１の摩擦抵抗力を検出する検出部（７、１４、１５、１８）を付加し、クランパー６で把持されているボンディングワイヤー１の滑り発生時に、検出部（７、１４、１５、１８）にてクランパー６におけるボンディングワイヤー１の摩擦抵抗力の測定を行う、クランパー摩擦抵抗測定装置を提供する。【選択図】図１
2011181643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングワイヤーの繰り出し部から繰り出されるボンディングワイヤーの経路に、ボンディングワイヤーを把持するクランパーおよびクランパーのクランプ力を数値化するための荷重付与ゲージを配したワイヤーボンディング装置において、ボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を検出する検出部を付加し、クランパーで把持されているボンディングワイヤーの滑り発生時に、検出部にてクランパーにおけるボンディングワイヤーの摩擦抵抗力の測定を行うことを特徴とするクランパー摩擦抵抗測定装置。
【請求項２】
上記検出部を張力付与用の可動プーリーとこの可動プーリーの変位検出用のセンサーとで構成することを特徴とする請求項１記載のクランパー摩擦抵抗測定装置。
【請求項３】
ボンディングワイヤーの繰り出し部、ボンディングワイヤーを把持するクランパー、ボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を検出する検出部、ボンディングワイヤーの巻き取り部を有する装置において、クランパーにはクランプ力を数値化するために荷重付与ゲージを配し、クランパーにより把持されているボンディングワイヤーに張力を付与し、クランパーでのボンディングワイヤーの滑り発生時に、検出部にてクランパーにおけるボンディングワイヤーの摩擦抵抗力の測定を行うことを特徴とするクランパー摩擦抵抗測定装置。
【請求項４】
上記検出部を張力付与用の可動プーリーとこの可動プーリーの変位検出用のセンサーとで構成することを特徴とする請求項３記載のクランパー摩擦抵抗測定装置。
【請求項５】
上記検出部を巻き取りスプール駆動用のトルクモーターと巻き取りスプールの回転を検出する回転検出器とで構成することを特徴とする請求項３記載のクランパー摩擦抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣや半導体のボンディングに使用される金、銅、アルミニウムなどの極細線すなわちボンディングワイヤーをワイヤーボンディング装置のクランパーにより把持したときに、クランパーの接触面でのボンディングワイヤーの摩擦抵抗力、すなわち摩擦力を定量的に測定する装置に関する。なお、この特許出願の明細書などにおいて、「摩擦抵抗力」は、「摩擦力」と同義語として用いられている。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体などのチップとリードの結線に用いるワイヤーボンディング装置は、ボンディングワイヤーをクランパーで摩擦的に把持し、キャピラリー経由でボンディング位置に供給しており、クランパーを開閉することによって、キャピラリーと接続位置との間でボンディングワイヤーのループ形成を行っている。
【０００３】
特許文献１には、上記のようなクランパーを有するワイヤーボンディング装置が開示されている。その装置によると、クランプ荷重は測れるものの、クランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦力の値を測ることはできなかった。ワイヤーボンディング装置において、クランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦力が適切な値よりも小さいと、クランパーの位置でボンディングワイヤーに滑りが生じ、これがループ高さのばらつきの原因となる。逆にクランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦力が適切な値よりも大きいと、その力はボンディングワイヤーの変形の原因となる。
【０００４】
したがって、クランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦力は、適切な値に設定されなければならない。しかしながら、クランパーでのボンディングワイヤーの摩擦力を測定する適切な装置は無い。このため、クランプ荷重は経験によって調整されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、ボンディングキャピラリーでのボンディングワイヤーの摩擦力を測定することが開示されているが、その装置にクランパーがないため、摩擦力とクランプ荷重とは関連付けて把握できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−０８６３２７
【特許文献２】特開平０５−２６４３７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のように、従来の技術によると、ワイヤーボンディング装置のクランパーの位置でボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を測定する適切な装置がなく、クランプ荷重のミスセッティングによるループのばらつきや、ボンディングワイヤーの変形などが発生しており、ワイヤーボンディング装置の生産性が損なわれている、という技術的課題がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、ワイヤーボンディング装置のクランパーの位置でボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を簡単に測定できるようにし、クランプ荷重のミスセッティングによるループのばらつきや、ボンディングワイヤーの変形などを防止し、ワイヤーボンディング装置の生産性を向上させることである。
【０００９】
また、他の目的は、ワイヤーボンディング装置から独立した専用の摩擦抵抗力測定装置を提供することによって、クランパーの位置でボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を簡単に測定できるようにし、クランプ荷重のミスセッティングによるループのばらつきや、ボンディングワイヤーの変形などを防止し、ワイヤーボンディング装置の生産性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題の下に、本発明は、ワイヤーボンディング装置の一部を利用して、ボンディングワイヤーに対するクランパー摩擦抵抗力測定装置を構成するか、またはワイヤーボンディング装置から独立した専用のクランパー摩擦抵抗力測定装置を構成している。
【００１１】
本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置は、ボンディングワイヤーの繰り出し部から繰り出されるボンディングワイヤーの経路に、ボンディングワイヤーを把持するクランパーおよびクランパーのクランプ力を数値化するための荷重付与ゲージを配したワイヤーボンディング装置において、ボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を検出する検出部を付加し、クランパーで把持されているボンディングワイヤーの滑り発生時に、検出部にてクランパーにおけるボンディングワイヤーの摩擦抵抗力の測定を行っている（請求項１）。
【００１２】
上記検出部は、張力付与用の可動プーリーとこの可動プーリーの変位検出用のセンサーとで構成されている（請求項２）。
【００１３】
また、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置は、ボンディングワイヤーの繰り出し部、ボンディングワイヤーを把持するクランパー、ボンディングワイヤーの摩擦抵抗力を検出する検出部、ボンディングワイヤーの巻き取り部を有する専用の装置において、クランパーにはクランプ力を数値化するために荷重付与ゲージを配し、クランパーにより把持されているボンディングワイヤーに張力を付与し、クランパーでのボンディングワイヤーの滑り発生時に、検出部にてクランパーにおけるボンディングワイヤーの摩擦抵抗力の測定を行っている（請求項３）。
【００１４】
上記専用の装置において、検出部は、張力付与用の可動プーリーとこの可動プーリーの変位検出用のセンサーとで構成されている（請求項４）。
【００１５】
上記専用の装置において、検出部は、巻き取りスプール駆動用のトルクモーターと巻き取りスプールの回転を検出する回転検出器とで構成されている（請求項５）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ワイヤーボンディング装置上でクランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦抵抗力を測定できるから、クランパーやボンディングワイヤーの材質の種類や形状の変化によっても、クランプ力の設定の目安が分かり、クランパーのクランプ力のセッティングが容易となるため、ボンディングワイヤーの滑りや変形のない状態で効率的な生産が可能となる（請求項１）。特に、実際のワイヤーボンディング装置の一部を利用して、ボンディングワイヤーの経路に検出部などを追加することによって、実機上のクランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦抵抗力の測定が瞬時に、必要に応じて高頻度に可能となる（請求項１）。
【００１７】
検出部がボンディングワイヤーに対して張力を付与する可動プーリーと可動プーリーの変位検出用のセンサーとで構成されていると、検出部分がボンディングワイヤーの繰り出し部などから独立しているから、摩擦抵抗力の測定に外乱が入りづらく、測定値の信頼性も向上する（請求項２）。
【００１８】
また、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置がワイヤーボンディング装置から独立した専用の装置として構成されているから、ワイヤーボンディング装置に関係なく、各種のボンディングワイヤーについて、クランパーとボンディングワイヤーとの間の摩擦抵抗力を測定できるようになり、クランパーやボンディングワイヤーの材質の種類や形状の変化によっても、クランプ力の設定の目安が分かり、クランパーのクランプ力のセッティングが容易となるため、ボンディングワイヤーの滑りや変形のない状態で効率的な生産が可能となる（請求項３）。特に、クランパー摩擦抵抗測定装置は多くのワイヤーボンディング装置に共通に利用できるため、各種のワイヤーボンディング装置についてクランプ力の設定が能率よく行える（請求項３）。
【００１９】
検出部がボンディングワイヤーに対して張力を付与する可動プーリーと可動プーリーの変位検出用のセンサーとで構成されていると、検出部分が繰り出し部や巻き取り部などから独立しているから、摩擦抵抗力の測定に外乱が入りづらく、測定値の信頼性も向上する（請求項４）。
【００２０】
検出部が巻取りスプールを駆動しボンディングワイヤーに張力を付与するトルクモーターと巻き取りスプールの回転を検出する回転検出器とで構成されていると、可動プーリーや変位検出用のセンサーが不要となって、構成が簡単になり、ボンディングワイヤーの張力もトルクモーターによって電気的に簡単に設定できる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置をワイヤーボンディング装置に適用した例の説明図である。
【図２】本発明の他のクランパー摩擦抵抗測定装置をワイヤーボンディング装置に適用した例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１および図２は、いずれもワイヤーボンディング装置における繰り出し部やクランパー６およびクランパー６のクランプ力を数値化するための荷重付与ゲージ５を利用して、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置を構成する例である。
【００２３】
まず、図１は、検出部を張力付与用ダンサーローラ式の可動プーリー１４とこの可動プーリー１４の変位検出用のセンサー７とで構成し、可動プーリー１４の重量を利用して、ボンディングワイヤー１に張力Ｔを付与し、可動プーリー１４の変位をセンサー７によって検出する実施態様である。
【００２４】
図１において、ボンディングワイヤー１は、ワイヤーボンディング装置に適用され、実際のボンディングに用いられるものであり、送り出し用のスプール１１に巻き付けられ、そこから引き出されてガラス管２、張力付与用のエアーテンション３を通り、１または２以上のガイドプーリー４を介して、クランパー６の一対のクランプパッドの間に挟み込まれている。
【００２５】
これらのガラス管２、張力付与用のエアーテンション３、ガイドプーリー４およびクランパー６は、もともとワイヤーボンディング装置自体に設置されている部分であり、ガラス管２、張力付与用のエアーテンション３、ガイドプーリー４は、繰り出し部を構成している。
【００２６】
クランパー６には、クランプ力を付与するために荷重付与ゲージ５が付加されており、荷重付与ゲージ５は、内部のばね式あるいは空気圧力式のアクチュエータの加圧力により、一対のクランプパッドのうち例えば上側のクランプパッドに対してクランプ力として任意の荷重Ｎが与えられる。荷重Ｎの値は、荷重付与ゲージ５の指針により読み取り可能となっている。なお、下側のクランプパッドはその位置で機台１７などに固定されている。
【００２７】
ボンディングワイヤー１は、クランパー６の一対のクランプパッドの間を経由して、定位置の固定プーリー１２、変位可能な可動プーリー１４、定位置の固定プーリー１３を経て巻き取り部の巻き取りスプール８に巻き取られる。
【００２８】
可動プーリー１４は、ダンサロールのように、ボンディングワイヤー１によって吊り下げられて、上下方向に変位可能であり、可動プーリー１４の重力によってボンディングワイヤー１に対して所定の張力Ｔを付与している。可動プーリー１４は一種の動滑車であるため、ボンディングワイヤー１に与えられる張力Ｔは、可動プーリー１４の重量の１／２となる。なお、可動プーリー１４に別の錘などを追加することによって、張力Ｔは所定の範囲で自由に設定できる。
【００２９】
可動プーリー１４の上下方向の変位は、変位検出用のセンサー７によって検出できるようになっている。センサー７は、非接触式の近接センサーであり、検出端で可動プーリー１４に対向しており、ホルダー１６により機台１７に取り付けられている。可動プーリー１４およびセンサー７は、既述の通り、検出部を構成している。
【００３０】
センサー７の電気的な出力信号は、制御部９の入力となっており、制御部９に接続されているコンピュータ１０の入力ともなる。コンピュータ１０は、計算式から摩擦抵抗力Ｆを演算し、その計算値を読み取れるように表示する。
【００３１】
巻き取りスプール８は、制御部９によって制御される駆動モーター、例えばトルクモーター１８によって駆動される。トルクモーター１８は、巻き取りのときに、巻き取りスプール８を巻き取り方向に回転させ、ボンディングワイヤー１を巻き取るが、測定前には、ボンディングワイヤー１に可動プーリー１４を支える程度の張力Ｔをかけ、ボンディングワイヤー１を緊張状態として静止させる。ここで巻き取りスプール８およびトルクモーター１８は、巻き取り部を構成している。
【００３２】
前記の検出部および巻き取り部は、ワイヤーボンディング装置自体に無い部分であり、ワイヤーボンディング装置の一部を利用して、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置を構成するときに、ワイヤーボンディング装置に付加される部分である。
【００３３】
測定前に、オペレータは、荷重付与ゲージ５を操作し、クランパー６に荷重Ｎを与える。クランパー６は、荷重Ｎを受け、ボンディングワイヤー１を荷重Ｎで挟み込んで、ボンディングワイヤー１を摩擦抵抗力Ｆで保持する。このとき、クランパー６の荷重Ｎと最大の摩擦抵抗力Ｆとの関係は、ボンディングワイヤー１とクランパー６のクランプパッドとの間の摩擦係数μを用いて、計算式Ｆ＝μＮの式で表される。
【００３４】
また、トルクモーター１８は、前記のように、その巻き取りトルクを巻き取りスプール８に作用させて、クランパー６から巻き取りスプール８に至る間で、可動プーリー１４による張力Ｔの反力を発生させることにより、可動プーリー１４を静止吊り下げ状態とし、ボンディングワイヤー１を緊張状態としている。このため、可動プーリー１４は、自重の１／２に対応する張力Ｔをボンディングワイヤー１に付与している。この緊張状態のときに、摩擦抵抗力Ｆ＞張力Ｔの関係にあるから、ボンディングワイヤー１は、クランパー６に挟まれたままであり、クランパー６の位置で滑りを起こさない。
【００３５】
しかし、クランパー６の荷重Ｎを小さくしていくか、または可動プーリー１４の重量を錘の追加などによって増加して、ボンディングワイヤー１の張力Ｔを大きくしていくと、その途中で、上記の釣合いが崩れ、ボンディングワイヤー１は、クランパー６の位置で滑りを起こす。滑りが起きると、可動プーリー１４は、下降方向にわずかに変位する。この変位は、センサー７の出力信号の変化から検出できる。
【００３６】
滑りが起きたとき、摩擦抵抗力Ｆは、ボンディングワイヤー１の張力Ｔと等しくなる。ここでの摩擦係数μは、滑りを起こす瞬間に働いた臨界的な摩擦係数すなわち静止最大摩擦係数に相当している。なお、摩擦係数μは、ボンディングワイヤー１やクランプパッドの材質、挟む面や挟まれるワイヤー表面の粗さ、硬度、さらに挟む位置での油分の有無などによって決まる定数である。
【００３７】
クランパー６の荷重Ｎは、荷重付与ゲージ５の指針によって読み取れ、滑り発生時のボンディングワイヤー１の張力Ｔ、換言すると、摩擦抵抗力Ｆは、可動プーリー１４の自重と追加の錘重量の和から計算できる。したがって、Ｆ＝μＮの式から、摩擦係数μが求められる。このため、センサー７の出力信号の発生時点で、クランパー６の荷重Ｎ、ボンディングワイヤー１の摩擦抵抗力Ｆ（張力Ｔ）がコンピュータ１０に入力されれば、これらの入力値にもとづいて、コンピュータ１０は、摩擦係数μの計算を行う。
【００３８】
このようにして、摩擦係数μが求められると、荷重Ｎおよび摩擦抵抗力Ｆのうち、一方を特定すれば、他方が計算により求められる。したがって、荷重Ｎの値を設定すれば、滑りを起こさない摩擦抵抗力Ｆの値の範囲が決定でき、また摩擦抵抗力Ｆの値を設定すれば、滑りを起こさないために必要な荷重Ｎの値が決定できる。
【００３９】
なお、可動プーリー１４に対しては、その重力の他に、必要に応じて、上記のように既知の重量の錘を追加してもよく、さらに、空気またはばねによる既知の付加力を追加的に作用させることもできる。
【００４０】
次に、図２は、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置をワイヤーボンディング装置の一部を利用するとともに、検出部を巻き取りスプール８の駆動用のトルクモーター１８と巻き取りスプール８の回転を検出する回転検出器１５とで構成し、トルクモーター１８の出力トルクによってボンディングワイヤー１に張力Ｔを付与し、巻き取りスプール８の回転変位を回転検出器１５によって検出する実施態様である。
【００４１】
回転検出器１５は、トルクモーター１８のモーター出力軸に連結したエンコーダなどにより構成されており、クランパー６の位置でボンディングワイヤー１に滑りを起こしたときに、それらの回転変位を検出する。巻き取りスプール８およびトルクモーター１８は、巻き取り部を構成しており、巻き取りスプール８の駆動用のトルクモーター１８および回転検出器１５は、検出部を構成しているから、トルクモーター１８は、巻き取り部と検出部とを兼用していることになる。
【００４２】
図２の例でも、繰り出し部（ガラス管２、張力付与用のエアーテンション３、ガイドプーリー４）、クランパー６および荷重付与ゲージ５は、ワイヤーボンディング装置自体に設置されている部分である。したがって、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置は、ワイヤーボンディング装置に、検出部や巻き取り部を追加することによって構成されている。
【００４３】
測定時に、オペレータは、必要な値よりもやや大きな荷重Ｎをクランパー６に付与しておき、制御部９を操作して、トルクモーター１８の駆動電力を調節し、所定の張力Ｔに対応するトルクを巻き取りスプール８に作用させ、ボンディングワイヤー１を張った静止均衡状態とすることによって、ボンディングワイヤー１に目標の張力Ｔを作用させている。この状態でクランパー６の荷重Ｎの値を順次に小さくして行くと、その過程でボンディングワイヤー１は、クランパー６の位置で滑りを起こす。
【００４４】
滑りが起きたとき、回転検出器１５は、巻き取りスプール８のわずかな回転を捉え、クランパー６の位置でのワイヤー１の滑り出しを検出する。このときのトルクモーター１８のトルクに対応する張力Ｔすなわち摩擦抵抗力Ｆは、制御部９においてトルクモーター１８に対する駆動電力の値から求められる。もちろん、逆に、荷重Ｎを一定に設定して、ボンディングワイヤー１の張力Ｔを順次増大させ、ボンディングワイヤー１がクランパー６の位置で滑りを起こしたときの張力Ｔ、すなわち摩擦抵抗力Ｆを測定することもできる。
【００４５】
このようにして、前記の計算式から摩擦係数μが求められると、前記と同様に、荷重Ｎおよび摩擦抵抗力Ｆのうち、いずれか一方を特定すれば、他方が計算により求められる。したがって、荷重Ｎの値を設定すれば、滑りを起こさない摩擦抵抗力Ｆの値の範囲が決定でき、また摩擦抵抗力Ｆの値を設定すれば、滑りを起こさないために必要な荷重Ｎの値が決定できる。
【００４６】
図１および図２の例は、ワイヤーボンデング装置の一部〔繰り出し部（ガラス管２、張力付与用のエアーテンション３、ガイドプーリー４）、クランパー６および荷重付与ゲージ５〕を利用し、そこに検出部や巻き取り部を追加して、クランパー摩擦抵抗測定装置を構成している。しかし、本発明のクランパー摩擦抵抗測定装置は、ワイヤーボンデング装置の一部を利用しないで、繰り出し部、クランパー６、荷重付与ゲージ５、検出部、巻き取り部などを専用の装置として構成することもでき、専用の装置においても、上記検出部を、例えば図１の構成例のように、張力付与用の可動プーリー１４とこの可動プーリー１４の変位検出用のセンサー７とで構成できる。
【実施例１】
【００４７】
表１は、図１の構成例を利用して、材質（超硬合金製）の実際のクランパー６に直径２５μｍの半導体用のボンディングワイヤー１を挟み込み、荷重付与ゲージ５でモニターして３ｇの荷重Ｎを与えて摩擦抵抗力Ｆ（ｇｆ）を測定したものである。また、ボンディングワイヤー１は、一般に使用されている金に０．０１ｗｔ％以下のＰｄを添加した残部が９９．９９ｗｔ％のＡｕのサンプル、１ｗｔ％のＰｄを添加した残部が９９ｗｔ％のＡｕのサンプルそれぞれ３サンプルで比較を行った。その結果、金への添加物の添加量によって摩擦抵抗力Ｆ（ｇｆ）の測定値が異なっていることが確認された。
【００４８】
【表１】
2011181643.tif 000003
【００４９】
なお、実施例１では、荷重Ｎを３ｇに固定して、摩擦抵抗力Ｆが測定されているが、これとは逆に摩擦抵抗力Ｆを一定として、荷重Ｎの値を変化させてボンディングワイヤー１の滑りが生じる点を測定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、銅、アルミニウムなどの極細線のほか、他の線材にも利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ボンデングワイヤー
２  ガラス管
３  エアーテンション
４  ガイドプーリー
５  荷重付与ゲージ
６  クランパー
７  センサー
８  巻き取りスプール
９  制御部
１０  コンピュータ
１１  送り出し用のスプール
１２  固定プーリー
１３  固定プーリー
１４  可動プーリー
１５  回転検出器
１６  ホルダー
１７  機台
１８  トルクモーター
【図１】
2011181643.tif 000004
【図２】
2011181643.tif 000005