(57)【要約】【課題】偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制したＦＡＢを安定的に形成できるＦＡＢの形成方法及びワイヤボンディング装置を提供する。【解決手段】本発明に係るワイヤボンディング装置は、繰り出しワイヤ３ａの先端にＦＡＢを形成し、前記ＦＡＢを用いてワイヤボンディングを行う装置において、ワイヤ３を繰り出すキャピラリ１と、キャピラリ１から露出した繰り出しワイヤにスパークさせるスパークロッド４と、前記ＦＡＢを形成する際に必要なワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを繰り出しワイヤの長さとして記憶された第１記憶部と、スパークロッドの先端の高さから繰り出しワイヤの先端の高さまでのギャップ量５が一定量に設定されて記憶された第２記憶部と、前記繰り出しワイヤの長さ及びギャップ量を満たすようなスパークロッドと繰り出しワイヤとの位置関係でスパークさせるように制御する制御部と、を具備する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリから露出した繰り出しワイヤにスパークロッドからスパークさせることにより、前記繰り出しワイヤの先端にフリーエアボールを形成する方法において、
前記フリーエアボールを形成する際に必要なワイヤの長さを求め、前記ワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを前記繰り出しワイヤの長さに設定し、前記スパークロッドの先端の高さから前記繰り出しワイヤの先端の高さまでのギャップ量を一定量に設定するような、前記スパークロッドと前記繰り出しワイヤとの位置関係でスパークさせることを特徴とするフリーエアボールの形成方法。
【請求項２】
前記フリーエアボールを形成する際に必要なワイヤの長さは、前記フリーエアボールの体積を求め、前記体積とほぼ等しい体積を有するワイヤの長さであることを特徴とする請求項１に記載のフリーエアボールの形成方法。
【請求項３】
繰り出しワイヤの先端にフリーエアボールを形成し、前記フリーエアボールを用いてワイヤボンディングを行う装置において、
ワイヤを繰り出すキャピラリと、
前記キャピラリから繰り出されて露出した前記繰り出しワイヤにスパークさせるスパークロッドと、
前記フリーエアボールを形成する際に必要なワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを前記繰り出しワイヤの長さとして記憶された第１記憶部と、
前記スパークロッドの先端の高さから前記繰り出しワイヤの先端の高さまでのギャップ量が一定量に設定されて記憶された第２記憶部と、
前記第１記憶部で記憶された前記繰り出しワイヤの長さ及び前記第２記憶部で記憶された前記ギャップ量を満たすような前記スパークロッドと前記繰り出しワイヤとの位置関係でスパークさせるように制御する制御部と、
を具備することを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項４】
前記フリーエアボールの体積を求め、前記体積とほぼ等しい体積を有するワイヤの長さを算出し、前記ワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを前記繰り出しワイヤの長さとして算出する演算部をさらに具備することを特徴とする請求項３に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、フリーエアボールの形成方法及びワイヤボンディング装置に係わり、特に、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制したフリーエアボールを安定的に形成できるフリーエアボールの形成方法及びワイヤボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のワイヤボンディング装置では、スパークジェネレータがスパークロッドに放電エネルギーを供給し、キャピラリから繰り出されたワイヤの先端部に前記スパークロッドから放電することにより、ワイヤの先端にフリーエアボールを形成する。この際、前記スパークロッドと前記ワイヤの先端部とのギャップ量のバラツキが、形成されるフリーエアボールの大きさに影響を及ぼすので、フリーエアボールを常に一定の大きさに形成するために、前記ギャップ量が常に一定になるように制御している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４２２０１号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のワイヤボンディング装置のようにスパークロッドとワイヤの先端とのギャップ量を常に一定にしても、形成されるフリーエアボールを常に一定の大きさに維持することは必ずしもできない。これについて以下に詳細に説明する。
【０００５】
図５（Ａ）〜（Ｃ）、図６（Ａ），（Ｂ）及び図７（Ａ），（Ｂ）は、従来のワイヤボンディング装置における課題を説明するものであって、フリーエアボールを形成する際のキャピラリとスパークロッドの位置関係を示す図、フリーエアボールを形成した図、リードフレーム上にワイヤボンディングを行った図を模式的に示している。
【０００６】
図５（Ａ）に示すように、ワイヤ３をキャピラリ１から繰り出し、ワイヤ３をワイヤクランパ２によってクランプすることによりキャピラリ１の先端から所定の長さのワイヤ３が出された状態とする。このようにキャピラリ１から繰り出されたワイヤ３の露出部分を繰り出しワイヤ３ａと呼ぶ。
【０００７】
そして、図５（Ｂ）に示すように、スパークロッド４の先端の高さから繰り出しワイヤ３ａの先端の高さまでのギャップ量５を常に一定になるように制御する。次いで、スパークロッド４から繰り出しワイヤ３ａの先端に放電することにより、繰り出しワイヤ３ａの先端にフリーエアボール（以下、「ＦＡＢ」という）６が形成される。
【０００８】
上述したように従来のワイヤボンディング装置では、ギャップ量５が常に一定になるように制御している。しかし、図５（Ａ）に示すように、キャピラリ１から露出した繰り出しワイヤ３ａは一定の長さを有するため、繰り出しワイヤ３ａの向きが必ずしも一定にならない。即ち、繰り出しワイヤ３ａが図５（Ｂ）に示すような向きになることもあるし、これとは逆に図５（Ｃ）に示すような向きになることもある。このことから、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スパークロッド４からのワイヤ３の先端の高さであるギャップ量５を一定にしても、スパークロッド４とワイヤ３の先端との距離７には繰り出しワイヤ３ａの向きに起因するバラツキが生じてしまう。
【０００９】
このように前記距離７にバラツキが生じると、形成されるＦＡＢ６の大きさにもバラツキが生じることになる。その理由は、ＦＡＢを形成する時において、スパークロッド４と繰り出しワイヤ３ａとの間の大気中に生成する放電経路の長さ（前記距離７）の影響を大きく受けるためである。具体的には、図５（Ｂ）に示すように前記距離７が長すぎると形成されるＦＡＢ６の径は小さすぎるものとなる。また、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような偏芯したＦＡＢ６になる場合もある。また、図５（Ｃ）に示すように前記距離７が短すぎると形成されるＦＡＢ６の径は大きすぎるものとなる。また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すような偏芯したＦＡＢ６になる場合もある。
【００１０】
そして、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、径が小さく且つ偏芯した状態のＦＡＢ６を用いてボンディングを行うと、圧着部分９に対してキャピラリの中心部分１０が偏ったものとなり、前記中心部分１０に対して左右のつば１１，１２の出方が異なることになる。また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、径が大きく且つ偏芯した状態のＦＡＢ６を用いてボンディングを行うと、圧着部分９に対してキャピラリの中心部分が偏ったものとなり、前記中心部分に対して左右のつばの出方が異なることになる。このような左右のつばの出方が異なるボンディングでは高い信頼性が得られない。言い換えると、圧着部分９に対してキャピラリの中心部分１０が偏ることなく、左右のつばの出方がほぼ同じになるようなボンディングが好ましい。
【００１１】
一方、図５（Ｃ）に示すように、径が大きすぎるＦＡＢ６を用いてボンディングを行うと、圧着部分９の径も大きくなる。狭ピッチのリードに対してボンディングを行う場合は、圧着部分の径が大きすぎるとパッドからはみ出る不良が発生することがある。
【００１２】
上述したように従来のワイヤボンディング装置では、繰り出しワイヤ３ａの長さが長いほど、繰り出しワイヤ３ａの向きによってスパークロッド４と繰り出しワイヤ３ａの先端との距離７のバラツキが大きくなる。つまり、繰り出しワイヤ３ａの長さを可能な限り短くするように制御していないため、特に近年のパッケージの小型化に伴うパッドの狭ピッチ化に対応させるための小径のＦＡＢを形成する際に、繰り出しワイヤ３ａの長さが長すぎる場合が多かった。その結果、繰り出しワイヤの曲がりや傾きによって、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制した安定なＦＡＢを形成することが困難であった。
【００１３】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制したＦＡＢを安定的に形成できるＦＡＢの形成方法及びワイヤボンディング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係るＦＡＢの形成方法は、キャピラリから露出した繰り出しワイヤにスパークロッドからスパークさせることにより、前記繰り出しワイヤの先端にＦＡＢを形成する方法において、
前記ＦＡＢを形成する際に必要なワイヤの長さを求め、前記ワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを前記繰り出しワイヤの長さに設定し、前記スパークロッドの先端の高さから前記繰り出しワイヤの先端の高さまでのギャップ量を一定量に設定するような、前記スパークロッドと前記繰り出しワイヤとの位置関係でスパークさせることを特徴とする。
【００１５】
上記ＦＡＢの形成方法によれば、繰り出しワイヤの長さを、ＦＡＢ形成に必要なワイヤの長さに一定の長さを加えた長さに設定するため、繰り出しワイヤの長さを長すぎることなく適した長さに設定することができる。これにより、繰り出しワイヤの曲がりや傾き、ばたつきによる繰り出しワイヤの先端とスパークロッドとの位置関係の変位を小さく抑えることができる。従って、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制したＦＡＢを安定的に形成することができる。
【００１６】
尚、前記ギャップ量は常に一定量に設定すればよく、このギャップ量の具体的な値は種々のワイヤボンディング装置によって適宜適切な値を設定すれば良い。また、前記一定の長さは、ＦＡＢが形成された後のＦＡＢとキャピラリの先端との間隔に相当する長さである。
【００１７】
また、本発明に係るＦＡＢの形成方法において、前記ＦＡＢを形成する際に必要なワイヤの長さは、前記ＦＡＢの体積を求め、前記体積とほぼ等しい体積を有するワイヤの長さであることが好ましい。
【００１８】
本発明に係るワイヤボンディング装置は、繰り出しワイヤの先端にＦＡＢを形成し、前記ＦＡＢを用いてワイヤボンディングを行う装置において、
ワイヤを繰り出すキャピラリと、
前記キャピラリから繰り出されて露出した前記繰り出しワイヤにスパークさせるスパークロッドと、
前記ＦＡＢを形成する際に必要なワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを前記繰り出しワイヤの長さとして記憶された第１記憶部と、
前記スパークロッドの先端の高さから前記繰り出しワイヤの先端の高さまでのギャップ量が一定量に設定されて記憶された第２記憶部と、
前記第１記憶部で記憶された前記繰り出しワイヤの長さ及び前記第２記憶部で記憶された前記ギャップ量を満たすような前記スパークロッドと前記繰り出しワイヤとの位置関係でスパークさせるように制御する制御部と、
を具備することを特徴とする。
【００１９】
上記ワイヤボンディング装置によれば、繰り出しワイヤの長さを、ＦＡＢ形成に必要なワイヤの長さに一定の長さを加えた長さに設定するため、繰り出しワイヤの長さを長すぎることなく適した長さに設定することができる。これにより、スパークロッドの先端と繰り出しワイヤの先端との距離のバラツキを小さく抑えることができる。
【００２０】
また、本発明に係るワイヤボンディング装置において、前記ＦＡＢの体積を求め、前記体積とほぼ等しい体積を有するワイヤの長さを算出し、前記ワイヤの長さに一定の長さを加えた長さを前記繰り出しワイヤの長さとして算出する演算部をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制したＦＡＢを安定的に形成できるＦＡＢの形成方法及びワイヤボンディング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態によるワイヤボンディング装置を示す構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すスパークロッド、キャピラリ及びワイヤクランパを拡大した図である。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、ワイヤボンディング装置は、ボンディングヘッド８、ＸＹステージ１３、スパークジェネレータ１４、超音波制御回路１５、モータ制御回路１６及び制御部１７を有している。
【００２４】
ボンディングヘッド８は、図１（Ｂ）に示すキャピラリ１を先端に保持する超音波ホーン、この超音波ホーンを保持するボンディングアーム及びキャピラリ１を上下移動させるためにボンディングアームを駆動する機構から構成されている。この機構はモータ（図示せず）を有しており、モータの駆動力によってキャピラリ１を上下移動させることができるようになっている。
【００２５】
キャピラリ１の内部にはワイヤ３が挿通されており、ワイヤ３がキャピラリ１から繰り出されるようになっている。キャピラリ１の上にはワイヤをつかむ機構を持つワイヤクランパ２が配置されており、このワイヤクランパ２は前記ボンディングアームに取り付けられている。このワイヤクランパ２によってワイヤ３をクランプすることによりキャピラリ１から出される繰り出しワイヤ３ａの長さが調整される。ＦＡＢを形成する際には、図１（Ｂ）に示すように、繰り出しワイヤ３ａの斜め下方にスパークロッド４が位置するようになっている。スパークロッド４はボンディングヘッド８に取り付けられており、スパークロッド４の先端はボンディング面から一定の高さに位置している。
【００２６】
ボンディングヘッド８は、ＸＹステージ１３上に搭載されており、ＸＹステージ１３によってＸＹ方向に移動可能となっている。ＸＹステージ１３はモータ（図示せず）を有しており、モータの駆動力によってボンディングヘッド８を移動させることができるようになっている。スパークジェネレータ１４は、スパークロッド４の先端とキャピラリ１から出された繰り出しワイヤ３ａの先端に電圧を発生させ、放電エネルギーによってＦＡＢを形成するものである。
【００２７】
超音波制御回路１５は、前記超音波ホーンに接続されており、前記超音波ホーンに発生させる超音波振動を制御する回路である。モータ制御回路１６は、ボンディングアームを駆動する機構及びＸＹステージ１３それぞれに接続されており、前記機構及びＸＹステージ１３それぞれのモータを制御する回路である。
【００２８】
制御部１７は、超音波制御回路１５及びモータ制御回路１６それぞれに接続されている。制御部１７は、ワイヤ３の直径及び形成されるＦＡＢの大きさ（例えば直径）を入力する手段と、前記直径からＦＡＢ形成時における繰り出しワイヤ３ａの適した長さ及びキャピラリ高さを算出する演算部と、入力されたワイヤの直径、ＦＡＢの大きさ、前記適した長さ及び前記キャピラリ高さを記憶する記憶部とを有している。
【００２９】
次に、上記ワイヤボンディング装置を用いてＦＡＢを形成してボンディングを行う方法について図１〜図４を参照しつつ説明する。
図２（I）〜（IV）は、ワイヤボンディングを行う工程を模式的に示す図である。図３は、形成されるＦＡＢの大きさが大中小それぞれの場合におけるキャピラリ高さを示す図である。図４は、キャピラリから出された繰り出しワイヤが傾く様子を示す図である。
【００３０】
まず、図１に示すワイヤボンディング装置の制御部１７にワイヤ３の直径及び目的とするＦＡＢの直径を入力する。
【００３１】
次いで、制御部１７の演算部において、ＦＡＢの直径からＦＡＢの体積が算出され、この体積とほぼ等しい体積のワイヤの長さがワイヤの直径を用いて算出され、前記ワイヤの長さに一定の長さを加えた長さが繰り出しワイヤ３ａの長さとして算出され、図３に示すスパークロッド４の先端の高さから繰り出しワイヤ３ａの先端の高さまでのギャップ量５と前記繰り出しワイヤの長さを用いてキャピラリ高さが算出される。
【００３２】
前記一定の長さ及び前記ギャップ量５は予め設定して制御部１７に記憶しておくことが好ましい。前記一定の長さは、ＦＡＢが形成された後のＦＡＢとキャピラリ１の先端との間隔に相当する長さである。前記ギャップ量５は、図３に示すようにＦＡＢの大きさにかかわらず常に一定に設定するのが好ましく、その理由はスパークロッド４の先端と繰り出しワイヤ３ａの先端とを結ぶ線と水平面とで作る角度θを所定範囲内に維持するためである。
【００３３】
尚、本実施の形態では、ＦＡＢの直径からＦＡＢの体積を算出し、この体積とほぼ等しい体積のワイヤの長さをワイヤの直径を用いて算出し、繰り出しワイヤの長さを算出しているが、これに限定されるものではなく、他の方法で繰り出しワイヤの長さを求めることも可能であり、例えば、実際にＦＡＢを形成することによって、実験的又は経験的にＦＡＢ形成に必要なワイヤの長さを求めることも可能である。
【００３４】
次いで、制御部１７の記憶部において、入力されたワイヤの直径、ＦＡＢの直径、算出された繰り出しワイヤの長さ及び前記キャピラリ高さが記憶される。このように記憶しておくのは、ワイヤボンディング装置において種々の直径のワイヤに種々の大きさのＦＡＢを形成する際に、記憶してあるデータを使用することができる場合があるからである。
【００３５】
この後、前記記憶部で記憶されている繰り出しワイヤの長さ及び前記キャピラリ高さを用いてＦＡＢを形成し、ワイヤボンディングが行われる。この詳細については図２を参照しつつ説明する。
【００３６】
図２（I）に示すように、パッド２１上の第１ボンディング点１８とリード２２上の第２ボンディング点１９をワイヤ３で繋いでワイヤループ２０を形成した後、前記記憶部で記憶された繰り出しワイヤ３ａの長さだけワイヤが繰り出される。
【００３７】
次いで、図２（II）に示すように、繰り出しワイヤ３ａの長さだけワイヤが繰り出されたらワイヤクランパ２を閉じ、ワイヤクランパ２とキャピラリ１を矢印のように上昇させる。これにより、第２ボンディング点１９からワイヤが切断される。
【００３８】
次いで、図２（III）に示すように、設定された繰り出しワイヤ３ａの長さだけキャピラリ１の先端から繰り出された状態で、キャピラリ１を前記記憶部で記憶されたキャピラリ高さまで上昇させる。次いで、スパークロッド４から繰り出しワイヤ３ａの先端にスパークさせる。これにより、繰り出しワイヤ３ａの先端が溶解され、図２（IV）に示すように、繰り出しワイヤ３ａの先端にＦＡＢ６が形成される。
【００３９】
次いで、図２（I）に示すように、パッド２１上の第１ボンディング点１８にＦＡＢ６を押し付けて超音波を印加することによりボンディングを行う。次いで、キャピラリ１を移動させて第２ボンディング点１９にボンディングを行うことによりワイヤループ２０を形成する。この後は、上記の工程を繰り返す。
【００４０】
上記実施の形態によれば、繰り出しワイヤ３ａの長さを、ＦＡＢ形成に必要なワイヤの長さに一定の長さを加えた長さに設定するため、繰り出しワイヤ３ａの長さを長すぎることなく適した長さに設定することができる。つまり、図３に示すように、繰り出しワイヤの長さはＦＡＢが大きい場合には長く、ＦＡＢが小さい場合には短く設定されるが、必要以上に繰り出しワイヤを長く設定することを防止できる。従って、繰り出しワイヤ３ａの曲がりや傾き、ばたつきによる繰り出しワイヤの先端とスパークロッドとの位置関係の変位を最小限に抑えることができる。その結果、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制したＦＡＢを安定的に形成することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、図４に示すように、特に小さいＦＡＢを形成する際にＦＡＢを形成するために必要な繰り出しワイヤの長さを従来技術に比べてより小さくすることができる。このように繰り出しワイヤ３ａの長さを可能な限り短く制御することにより、繰り出しワイヤ３ａのふれ幅２３を小さくすることができ、繰り出しワイヤの曲がりや傾きを抑制し、偏芯を抑制し且つ大きさのバラツキを抑制した安定なＦＡＢを形成することが可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態では、制御部１７によって繰り出しワイヤの長さ及びキャピラリ高さを自動化することにより、ワイヤボンディング装置のセットアップの簡易化を図ることができ、誤設定、誤操作を防止でき、ワイヤボンディング装置の使いやすさを向上させることができる。
【００４３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、ワイヤ３は種々の材質を用いることが可能であり、金線でも良いし銅線でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態によるワイヤボンディング装置を示す構成図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示すスパークロッド、キャピラリ及びワイヤクランパを拡大した図である。
【図２】（I）〜（IV）は、ワイヤボンディングを行う工程を模式的に示す図である。
【図３】形成されるＦＡＢの大きさが大中小それぞれの場合におけるキャピラリ高さを示す図である。
【図４】キャピラリから出された繰り出しワイヤが傾く様子を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来のワイヤボンディング装置における課題を説明する図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、従来のワイヤボンディング装置における課題を説明する図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、従来のワイヤボンディング装置における課題を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…キャピラリ
２…ワイヤクランパ
３…ワイヤ
３ａ…繰り出しワイヤ
４…スパークロッド
５…ギャップ量
６…フリーエアボール（ＦＡＢ）
７…スパークロッドの先端とワイヤの先端との距離
８…ボンディングヘッド
９…圧着部分
１０…キャピラリの中心部分
１１…左のつば
１２…右のつば
１３…ＸＹステージ
１４…スパークジェネレータ
１５…超音波制御回路
１６…モータ制御回路
１７…制御部
１８…第１ボンディング点
１９…第２ボンディング点
２０…ワイヤループ
２１…パッド
２２…リード
２３…ワイヤのふれ幅
【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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