(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリ先端から送り出されたワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置であって、
放電電流を設定する電流設定手段と、前記電流設定手段から出力される出力値を受けて、時間とともに直線的に上昇する電圧に変換する電圧−時間変換手段と、前記電流設定手段の出力値と前記電圧−時間変換手段の出力値との加算を行う加算手段とを備え、
前記加算手段からの信号により放電中の電流を制御すること
を特徴とするワイヤボンダ用ボール形成装置。
【請求項２】
前記電圧−時間変換手段は、積分回路でなることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ用ボール形成装置。
【請求項３】
キャピラリ先端から送り出されたワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成方法において、
放電電流を設定する電流設定手段と、前記電流設定手段から出力される出力値を受けて、時間とともに直線的に上昇する電圧に変換する電圧−時間変換手段と、前記電流設定手段の出力値と前記電圧変換手段の出力値との加算を行う加算手段とを備え、
前記加算手段からの信号により放電中の電流を制御すること
を特徴とするワイヤボンダ用ボール形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被ボンディング部品としての半導体デバイスの組立工程において、第１ボンディング点、例えば半導体チップ上の電極と第２ボンディング点、例えばリードフレームに配設された外部リードとをワイヤを用いて接続するワイヤボンディング装置に関し、特に、ワイヤの先端に所定の大きさのボールを形成してボンディングを行うワイヤボンダ用ボール形成装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金線又は銅、アルミニウムなどのワイヤを用いて第１ボンディング点となるＩＣチップ上の電極（パッド）と、第２ボンディング点となるリードとを接続するワイヤボンディング装置においては、先ずキャピラリから送り出されたワイヤの先端と放電電極（トーチロッド）との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してキャピラリ内に挿通されたワイヤの先端にボールを形成するようにしている。
【０００３】
図３は、キャピラリ８から送り出されたワイヤ７の先端と放電電極９との間に高電圧を印加してキャピラリ８の先端にボールを形成させるための従来のワイヤボンダ用ボール形成装置の構成をブロック図で示したものである。
【０００４】
図３に示すように、従来のワイヤボンダ用ボール形成装置は、高電圧を発生する直流高圧電源１の正極端子（＋）は、ワイヤ７の保持及び開放を行うクランパ６を介してボンディングツールとしてのキャピラリ８に挿通されたワイヤ７に対して正極電圧を与えるように成っている。一方、直流高圧電源１の負極端子（−）は定電流開閉器２及び放電安定器５を介して放電電極９に対し負極電圧与えるように成っている。
【０００５】
前記放電安定器５は、放電中の電流が何らかの原因により減少してもインダクタＬの自己誘導作用によりこの電流の減少分に相当する電圧を上昇させて放電を安定維持させるためのものである。
【０００６】
前記定電流開閉器２には、定電流開閉器２に内蔵されたスイッチ回路（図示せず）の開閉制御を成すためのタイマ回路４が接続されており、このタイマ回路４には放電開始信号であるトリガ信号Ｔｒが印加されるように成っている。
【０００７】
また、前記定電流開閉器２には、キャピラリ８の先端に送り出されたワイヤ７と放電電極９との放電路に流れる電流（以下放電電流という）の大きさを制御するための放電電流設定器１０が接続されいる。
【０００８】
また、前記放電電流設定器１０の入力部はマイクロコンピュータ２０の出力部に接続されており、前記マイクロコンピュータ２０は、入力装置としてのキーボード実行スイッチ２１より入力されたボール径の数値より、所定のボール径の形成に必要な放電電流を計算し、計算された放電電流値を前記放電電流設定器１０の入力部に出力する。
【０００９】
前記定電流開閉器２は、放電電流を前記放電電流設定器１０より出力される電圧の大きさに応じた一定の電流（定電流）になるように制御する。
【００１０】
以上に示した図３の構成よりなる装置を用いてボールの形成を行うには、放電電流設定器１０は、マイクロコンピュータ２０により設定された所定の放電電流を流すように定電流開閉器２に対して出力電圧を与える。
【００１１】
そして、外部からのトリガ信号Ｔｒによってタイマ回路４がトリガされると、タイマ回路４からは定電流開閉器２に内蔵されたスイッチ回路（図示せず）に対してタイマ回路４で設定された所定時間、スイッチ回路を“オン”動作させるための制御信号が発生する。
【００１２】
定電流開閉器２に内蔵されたスイッチ回路の“オン”動作によって放電安定器５を介して放電電極９とクランパ６によって保持されたワイヤ７の先端とのギャップ（放電路）Ｓに対して直流高電圧が印加され、ワイヤ７の先端と放電電極９との間で放電が成される。放電開始から一定時間経過後、タイマ回路４は定電流開閉器２に内蔵されたスイッチ回路を“オフ”状態に制御し、放電を終了させる。
【００１３】
放電により発生した熱エネルギー（ジュール熱）によってワイヤ７の先端が溶融されて、キャピラリ８の先端にはボールが形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の集積回路（ＩＣ）の高密化に伴うパッドサイズ、パッドピッチの縮小化により、キャピラリ８の先端に形成するボールのサイズ（直径）も小さいもの（ボールの直径が５０μｍ以下）が要求されている（以下にボールのサイズが小さいものを小ボールという）。
【００１５】
従来のボール形成装置においては、所定の放電エネルギーをワイヤ７の先端と放電電極９との間に印加するために、一定の放電電流を流す定電流制御が行われている。
【００１６】
しかしながら、放電時に一定電流を流してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置では下記の解決すべき課題を有している。
【００１７】
第一に、高電圧の印加によるキャピラリ８の先端に送り出されたワイヤ７と放電電極９との間の気体（空気）の絶縁破壊により放電電流が流れ、この電流が大きいと放電エネルギーによる発熱が起こり、このためワイヤ７付近の空気に急激な熱膨張が発生し、この空気の急激な熱膨張により形成中のボールが飛散することがある。特に、小ボールを形成する場合には、ボールの飛散が発生することがある。
【００１８】
このため、従来のボール形成装置で小ボールを形成する場合には、ワイヤ７と放電電極９との間の放電電流値を小さくし、また、放電時間を長くすることにより急激な放電エネルギーの発生を押さえていた。
【００１９】
しかしながら、上記の方法では放電時間が長くなるため、ワイヤボンディングに要する時間が増え、半導体デバイスの生産数が低下する。
【００２０】
第二に、放電エネルギーが一定値の場合、単位時間当たりに発生する熱エネルギーも一定となり、ボールの形成が進むとボールの表面からの放熱量が増大し、ボールの表面温度が低下し、ボール径のばらつきが発生することがある。特に、小ボールの形成では、ボール径のばらつきが発生しやすい。
【００２１】
そこで、本発明は、電流設定手段から出力される出力値を時間とともに直線的に上昇する電圧に変換する電圧−時間変換手段と、前記電流設定手段の出力値と前記電圧変換手段の出力値との加算を行う加算手段とを備え、前記加算手段からの信号により放電中の電流を制御することにより放電エネルギーを徐々に増加させ、所定の形状のボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置は、キャピラリ先端から送り出されたワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成装置であって、放電電流を設定する電流設定手段と、前記電流設定手段から出力される出力値を受けて、時間とともに直線的に上昇する電圧に変換する電圧−時間変換手段と、前記電流設定手段の出力値と前記電圧変換手段の出力値との加算を行う加算手段とを備え、前記加算手段からの信号により放電中の電流を制御する構成としたものである。
【００２３】
また、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置の電圧−時間変換手段は、積分回路でなるものである。
【００２４】
また、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成方法は、キャピラリ先端から送り出されたワイヤの先端と放電電極との間に高電圧を印加することにより放電を起こさせ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボールを形成するワイヤボンダ用ボール形成方法であって、放電電流を設定する電流設定手段と、前記電流設定手段から出力される出力値を受けて、時間とともに直線的に上昇する電圧に変換する電圧−時間変換手段と、前記電流設定手段の出力値と前記電圧変換手段の出力値との加算を行う加算手段とを備え、前記加算手段からの信号により放電中の電流を制御することにより所定のボール径を形成するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明によるワイヤボンダ用ボール形成装置のブロック図を示したものである。なお、図３に示した従来の装置と同一機能及び構成を有するものについては同一の参照符号用いて表し、詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１に示すように、高電圧を発生する直流高圧電源１及び放電を安定させる放電安定器５は図３に示す従来の装置と同様である。
【００２８】
図３に示す、放電電流を設定する電流設定手段としての放電電流設定器１０の入力部には、マイクロコンピュータ２０の出力部が接続されている。また、前記マイクロコンピュータ２０には、所定のボール径を設定するキーボード実行スイッチ２１が接続されており、前記キーボード実行スイッチ２１より入力されたボール径の数値より、前記マイクロコンピュータ２０は、所定のボール径の形成に必要な放電電流値を計算し、計算された放電電流値を電流設定手段としての放電電流設定器１０に出力する。
【００２９】
電流設定手段としての放電電流設定器１０は、前記マイクロコンピュータ２０から出力された放電電流値を電圧に変換し、変換した電圧を電圧−時間変換手段としての積分器１１及び加算手段としての加算器１２に出力する。
【００３０】
電圧−時間変換手段としての積分器１１は前記放電電流設定器１０からの出力電圧を受けて、時間とともに直線的に上昇する電圧に変換し、加算手段としての加算器１２の他の入力端子に出力する。
【００３１】
尚、電圧−時間変換手段としての積分器１１は、演算増幅器、コンデンサ、定電流器又は抵抗等より構成されており、コンデンサを流れる電流の時間積分に比例する性質を利用し、入力電圧の時間積分に比例した出力電圧を得ている。
【００３２】
また、電圧−時間変換手段としての積分器１１には、外部からの信号により積分された出力電圧を初期化する入力端子が設けられており、放電完了後に外部信号（図１に示すＣｒ）より積分器１１の出力電圧の初期化が行われ、積分器１１の出力電圧は“ゼロ”となる。
【００３３】
前記加算器１２は、電流設定手段としての前記放電電流設定器１０からの出力電圧と電圧−時間変換手段としての前記積分器１１からの出力電圧との加算を行い、反転器１３に出力する。
【００３４】
前記加算器１２は、演算増幅器、抵抗より構成されており、正極性の入力電圧を加算し、出力は入力電圧の極性を反転した負極性の出力電圧となる。
【００３５】
前記反転器１３は加算器１２からの負極性の出力電圧の極性を反転し、正極性の出力電圧を定電流開閉器２に出力する。
【００３６】
また、前記定電流開閉器２には放電時間を制御するタイマ回路４が接続されている。
【００３７】
前記タイマ回路４は、制御装置（図示せず）より放電開始信号であるトリガ信号Ｔｒにより内部のタイマ回路４が動作を開始し、動作開始から一定時間まで“オン”動作信号を前記定電流開閉器２に内蔵されたスイッチ回路（図示せず）に出力する。
【００３８】
前記定電流開閉器２は、前記反転器１３の出力電圧の大きさに比例した放電電流を流すように制御する。また、このときの放電電流の“オン−オフ”制御は前記タイマ回路４の出力信号により制御される。
【００３９】
以下に、上記構成よりなるワイヤボンダ用ボール形成装置の動作について、図１及び図２を参照して説明する。図２は、図１の各部の出力波形を示す図である。
【００４０】
図１に示すように、最初に、所望のボール径に関するデータがキーボード実行スイッチ２１よりマイクロコンピュータ２０に入力され、マイクロコンピュータ２０によりボールの形成に必要な放電電流のデータが演算され、演算結果である放電電流値をマイクロコンピュータ２０内のメモリ（図示せず）に記憶する。但し、キーボード実行スイッチ２１によるボール径に関するデータは、マイクロコンピュータ２０内のメモリ（図示せず）に記憶されているため、キーボード実行スイッチ２１によるマイクロコンピュータ２０への入力は、ボール径に関するデータを変更するときのみ行えばよい。
【００４１】
図１に示すように、ワイヤ７と放電電極９が所定の距離Ｓ離間された状態にあるとき、外部の制御手段（図示せず）よりタイマ回路４にトリガ信号Ｔｒが印加されてタイマ回路４が作動し、放電電極９とワイヤ７との間で放電が開始される。タイマ回路４は、トリガ信号Ｔｒが印加されてからタイマ回路４で設定された所定時間（図２のＴ０からＴ１までの時間）定電流開閉器２に内蔵されたスイッチ回路（図示せず）を“オン”動作させるための制御信号（図１及び図２のｅ）を発生する。
【００４２】
また、マイクロコンピュータ２０は、タイマ回路４にトリガ信号Ｔｒが印加されると同時に、マイクロコンピュータ２０内のメモリ（図示せず）に記憶されている放電電流値を電流設定手段としての放電電流設定器１０に出力する。
【００４３】
放電電流設定器１０は、前記マイクロコンピュータ２０から出力された放電電流値としての信号に応じた電圧値に変換し、変換した電圧値（図２のＶ１）は出力電圧（図１及び図２のａ）として、電圧−時間変換手段としての積分器１１及び加算手段としての加算器１２に出力する。
【００４４】
電圧−時間変換手段としての積分器１１は前記放電電流設定器１０からの出力電圧を受けて、時間とともに直線的に上昇する電圧（図１及び図２のｂ）に変換し、加算手段としての加算器１２の他の入力端子に出力する。
【００４５】
電圧−時間変換手段としての積分器１１からの出力電圧は、前記放電電流設定器１０からの出力電圧の印加直後は“ゼロ”であり、積分回路内部のコンデンサーに電荷が徐々に蓄積されて出力電圧が上昇し、タイマ回路４の制御信号が図２で示すＴ１の時点で最大出力電圧値（図２のＶ２）となる。
【００４６】
前記加算器１２は、電流設定手段としての放電電流設定器１０からの出力電圧（図１及び図２のａ）と電圧−時間変換手段としての前記積分器１１からの出力電圧（図１及び図２のｂ）との加算を行い、加算した電圧（図１及び図２のｃ）を反転器１３に出力する。
【００４７】
尚、前記反転器１３からの出力電圧値は図２に示すようにＴ０で−Ｖ１となり、その後直線的に上昇し、放電完了時のＴ１で−（Ｖ１＋Ｖ２）となる。
【００４８】
前記反転器１３は、加算器１２からの出力電圧（図２のｃ）の極性を反転し、極性が反転された出力電圧（図２のｄ）を、定電流開閉器２に出力する。
【００４９】
定電流開閉器２は、加算器１２からの出力電圧の極性が反転された前記反転器１３の出力電圧の大きさ対応した、放電電流を流すよう制御する。
【００５０】
即ち、反転器１３からの出力電圧値は、図２に示すようにＴ０でＶ１となり、その後直線的に上昇し、放電完了時のＴ１で（Ｖ１＋Ｖ２）まで上昇する。
【００５１】
このときの放電電流は、放電開始よりワイヤ７と放電電極９との間の絶縁破壊が行われた直後に図２に示すＩｓの大きさの電流が流れ、その後電流値は直線的に上昇し、反転器１３からの出力電圧値が図２に示す（Ｖ１＋Ｖ２）に達した時には、図２に示すＩｅの大きさの電流が流れる。
【００５２】
タイマ出力信号がＴ１に達した時点で、定電流開閉器２内部のスイッチ回路は“オフ”となり、放電電流を遮断する。また、定電流開閉器２内部のスイッチ回路が“オフ”状態と同時に、積分回路には外部からのリセット信号Ｃｒが印加され、積分回路の出力電圧は“ゼロ” となり初期化される。
【００５３】
以上の実施例で説明した放電電流を制御することにより、放電中の放電エネルギーを制御することができる。
【００５４】
即ち、ワイヤの先端と放電電極との間の放電エネルギーＰは、一般にワイヤと放電電極間電圧Ｅ、放電電流Ｉ、放電時間Ｔとの積となり、次のように表される。
放電エネルギーＰ＝放電電極間電圧Ｅ・放電電流Ｉ・放電時間Ｔ・・・（１）
【００５５】
（１）式より、放電電極間電圧Ｅを一定とすると、放電電流を時間とともに直線的に増加することにより、単位時間当たりの放電エネルギーも放電電流と同様に直線的に時間とともに増加していく。
【００５６】
また、積分器１１を構成するコンデンサー又は抵抗の値を変えることにより、積分器１１の時間に対する出力電圧の傾きが変化する。積分器１１の時間に対する出力電圧の傾きが変化することにより、加算器１２から反転器１３を経由して出力される出力電圧の時間に対する傾きも変化し、定電流開閉器２による放電電流の大きさも変わるため、放電エネルギーを制御することができる。例えば、積分器１１の時間に対する出力電圧の傾き（変化率）を大きくすることにより、所定の放電エネルギーを発生する時間が短くなり、これにより放電時間の短縮が行える。
【００５７】
以上のように、放電時の放電電流を時間に対して増加させることにより、放電電極９とワイヤ７の先端で発生する放電エネルギーを制御することができ、所定のボールの形成を行うことができる。
【００５８】
また、積分器１１の時間に対する出力電圧の傾きを変化させることにより放電時間が短縮される。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、ボールの形成時に放電エネルギーを制御することにより、放電時の急激な空気の熱膨張が起こらないため、ボールの飛散の発生を防ぐことができる。また、ボール形成進行中のボール表面からの輻射損失分を補うため、ばらつきの少ない小ボールを形成することができる。
【００６０】
更に、積分器の時間に対する出力電圧の傾きを変化させることにより、放電時間を短縮することができるため、ワイヤボンディング時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボール形成装置のブロック図である。
【図２】図１に示すボール形成装置のトリガ信号Ｔｒ、タイマ回路出力信号、放電電流設定器出力電圧、積分器出力電圧、積分器リセット信号、加算器出力電圧、反転器出力電圧積、放電電流の各波形を示す図である。
【図３】従来のボール形成装置のブロック図である。
【符号の説明】
１    直流高圧電源
２    定電流開閉器
４    タイマ回路
５    放電安定器
６    クランパ
７    ワイヤ
８    キャピラリ
９    放電電極（トーチロッド）
１０  放電電流設定器
１１  積分器
１２  加算器
１３  反転器
２０  マイクロコンピュータ
２１  キーボード実行スイッチ
【図１】
0003932235.tif 000002
【図２】
0003932235.tif 000003
【図３】
0003932235.tif 000004