(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原点位置にあるキャピラリに後方から通され先方に突出しているワイヤのテール部の先端に放電による金属ボールを形成し、この金属ボールをキャピラリの進出によりボンディング対象物上に押し付けて摩擦接合させた後、キャピラリを摩擦接合後の金属ボールから後退させてそれとの間に前記テールを形成するためのワイヤを引き出した後、摩擦接合後の金属ボールからの後続ワイヤをキャピラリの後方にあるクランパによりクランプしてキャピラリとともに後退し引っ張ることにより、このワイヤをキャピラリから突出したテール部を残して摩擦接合後の金属ボールとの間で引きちぎり、ボンディング対象物上に金属ボールによるバンプを形成してボンディングを終え、原点位置まで後退することを繰り返すバンプボンディング方法において、
ワイヤを引きちぎるためにワイヤをクランプして引っ張りを開始してから原点位置までの前記キャピラリおよびクランパの後退を、引きちぎりまでは低速で行い、その後はそれよりも速い高速で行うことを特徴とするバンプボンディング方法。
【請求項２】
連続したワイヤを供給するワイヤ供給部と、この供給部からのワイヤを後方から通され先方に突出させたテール部を原点位置にて電極からの放電による金属ボールの形成に供した後、前進してこの金属ボールをボンディングステージに支持されたボンディング対象物に押し付けて摩擦接合させた後、原点位置まで後退することを繰り返すキャピラリと、キャピラリの後方でワイヤをクランプしたりクランプを解除したりでき、キャピラリとともに進退しながら、キャピラリが摩擦接合後の金属ボールから所定量後退したのちクランプを行って金属ボールからの後続ワイヤを摩擦接合後の金属ボールとの間で引っ張って引きちぎるクランパとを備えたバンプボンディング装置において、
ワイヤを引きちぎるためにワイヤをクランプして、前記前記キャピラリおよびクランパを、引っ張りを開始してから引きちぎりまでは低速で後退させ、その後はそれよりも速い高速で原点位置まで後退させる制御手段を設けたことを特徴とするバンプボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤをボンディング対象物にボンディングした後引きちぎって、ボンディング対象物上に接合し、後続のワイヤから切り離した金属バンプを形成するバンプボンディング方法と装置に関するものであり、例えば金や白金のワイヤを集積回路などが形成された半導体素子の電極部にボンディングして、回路基板に形成された導体ランドなどとの電気接続用の金属バンプを形成するのに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人が先に提案したバンプボンディング方法では、図１３（ａ）に示すように、ワイヤａを原点位置にあるキャピラリｂに上方から通されその下方に突出するテール部ａ１の先端にトーチｋからの放電による金属ボールａ２を形成し、この金属ボールａ２をキャピラリｂの下降により図１３（ｂ）に示すように半導体素子ｃの電極ｃ１上に押し付けてキャピラリｂを通じた超音波振動と半導体素子ｃの側からの加熱などにより電極ｃ１に摩擦接合させた後、キャピラリｂを上昇させて摩擦接合後の金属ボールａ２から後退させてそれとの間に前記テール部ａ１を形成するためのワイヤａを引き出した後、図１３（ｃ）に示すように摩擦接合後の金属ボールａ２からの後続ワイヤａをキャピラリｂの後方にあるクランパｄによりクランプしてキャピラリｂとともに上昇し金属ボールａ２からさらに後退して引っ張ることにより、このワイヤａをキャピラリｂから突出したテール部ａ１を残して摩擦接合後の金属ボールａ２との間で引きちぎり、半導体素子ｃの電極ｃ１上に金属ボールａ２による金属バンプｅを形成してボンディングを終え、原点位置まで後退することを繰り返す。
【０００３】
従来、以上のようなバンプボンディングを行うのに、図３に実線で示すような工程を採用している。これについて説明すると、キャピラリｂおよびクランパｄは同じ位置関係を保って下降および上昇され、図３に示すＡの原点位置にてテール部ａ１に金属ボールａ２が形成される。その後開いたクランパｄを伴いキャピラリｂがＢで示す半導体素子ｃの近くまで高速に下降し、以降低速になって半導体素子ｃの電極ｃ１上に位置合わせするサーチ動作を行いながらＣまで下降して金属ボールａ２を電極ｃ１に押し付ける。次いでこの押し付け高さに保ったままキャピラリｂを通じて超音波振動を与え、半導体素子ｃ側からの加熱も手伝ってＤまでの間金属ボールａ２と電極ｃ１との摩擦接合を行う。摩擦接合後、開いたクランパｄを伴いキャピラリｂは高速でＥまで上昇してテール部ａ１のワイヤ長さを確保するワイヤａの引き出しを行い、次いでＦまでの間でワイヤａをクランパｄによりクランプした後、Ｇで示す原点位置まで高速で上昇して摩擦接合後の金属ボールａ２から後続のワイヤａを引きちぎり、バンプボンディングを高速で繰り返し達成できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近時、半導体素子ｃを回路基板に仮装着や実装して電子回路基板を製造するのに、半導体素子ｃの微小化や電子回路基板の配線パターンや電子部品実装の高密度化の一途をたどっている。また、半導体素子ｃなどを実装する電子部品も微小化している。半導体素子ｃの微小化に併せ、高機能化、高集積化も進み、１ｍｍ角や０．５ｍｍ角の微小な半導体素子ｃでも２桁の数の金属バンプｅが必要なものもあり、金属バンプｅも半導体素子ｃの種類によっては勢い微小化し、高精度に形成することが要求されている。一例を示すと用いるワイヤａの線径は細いもので１８μｍ程度、それによって形成する金属ボールａ２の直径は８０μｍ程度、キャピラリｂのワイヤａを通す穴の径は３０μｍ程度である。
【０００５】
以上のような新しいニーズに応えながら各種のバンプボンディングを上記のように高速で行うのに、バンプボンディングの作業がときとして不良となったり、不能となることがある。これにつき、本発明者等が種々に実験し検討を重ねたところ、前記テール部ａ１の長さや位置がバラツキ、電極からの放電が不安定になって、形成する金属ボールａ２の大きさにバラツキが生じることに原因していると思われる。ときには、テール部ａ１がほとんど、あるいは全くなく金属ボールａ２がほとんど、あるいは全く形成されないこともある。
【０００６】
テール部ａ１が不足したり無い状態ができるときのワイヤａの挙動を観察すると、摩擦接合後の金属ボールａ２から後続するワイヤａを引きちぎるのに、ワイヤａは金属ボールａ２を形成したときの組織変化をした金属ボールａ２側と組織変化がない後続のワイヤａ側との境界部が他の部分に先んじて降伏点に達して引きちぎりが生じるとされているが、この引きちぎりが生じる前にワイヤａが一旦引き伸ばされ、引きちぎり後スプリングバック特性によって縮むときに、キャピラリｂの穴ｂ１との遊び内で図１４に示すようなランダムな波形に変形し、所定長さよりも短くなったり、ときには図１４に示すようにキャピラリｂ内に入り込んでしまうことがある。
【０００７】
ワイヤａのこのような縮みは、線径や材質などワイヤａの種類の違いに対する引きちぎり速度が大きく関係し、引っ張り速度に適正な範囲があることを知見した。ワイヤａの縮みはたとえテール部ａ１が形成されても先端位置が一定せず、放電による金属ボールａ２の形成位置や大きさに変動をもたらし、形成する金属バンプｅの大きさや形状、特に金属バンプｅの側のテールｅ１の位置や高さにバラツキが生じる。
【０００８】
これを、図１５に示すようにレベリングステージｊとレベリングヘッドｒとで半導体素子ｃを挟みつけてレベリング処理して、金属バンプｅの高さを一定に揃えることは行われるが、テールｅ１の位置や高さのバラツキによっては、図１６に斜線を施して示すテールｅ１のレベリングによる押しつぶし部ｅ２が金属バンプｅからはみ出してしまい不良品になることがある。
【０００９】
ボンディング作業ができなかったり、不良品が生じるようなとき、ワイヤａは一旦引き抜いて縮み部を除去した後再度キャピラリｂに通してからボンディング作業を続行することが必要で、自動作業が一旦中断するので作業能率が低下する。
【００１０】
本発明の目的は、以上のような新たな知見に基づき、高精度なバンプボンディングが安定して行えるバンプボンディング方法と装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプボンディング方法は、原点位置にあるキャピラリに後方から通され先方に突出しているテール部の先端に放電による金属ボールを形成し、この金属ボールをキャピラリの進出によりボンディング対象物上に押し付けて摩擦接合させた後、キャピラリを摩擦接合後の金属ボールから後退させてそれとの間に前記テールを形成するためのワイヤを引き出した後、摩擦接合後の金属ボールからの後続ワイヤをキャピラリの後方にあるクランパによりクランプしてキャピラリとともに後退し引っ張ることにより、このワイヤをキャピラリから突出したテール部を残して摩擦接合後の金属ボールとの間で引きちぎり、ボンディング対象物上に金属ボールによるバンプを形成してボンディングを終え、原点位置まで後退することを繰り返す通常操作で、ボンディング対象物上にワイヤによる金属バンプを順次形成するが、上記のような目的を達成するために、特に、ワイヤを引きちぎるためにワイヤをクランプして引っ張りを開始してから原点位置までの前記キャピラリおよびクランパの後退を、引きちぎりまでは低速で行い、その後はそれよりも速い高速で行うことを特徴としている。これにより、ワイヤの引きちぎり操作において、ワイヤの引きちぎり後のキャピラリおよびクランパの後退は、クランパがワイヤをクランプしたままでワイヤをずれなく持ち運べることから、装置の上限速度の範囲内で高速に行って作業能率を問題なく高めながら、ワイヤを引っ張っり始めてから引きちぎりが終わるまでのキャピラリおよびクランパの後退は、引っ張り力がワイヤの引きちぎり降伏個所に集中しやすくワイヤの伸びを抑えやすくなる前記高速よりも十分に低速な状態で行って、引きちぎり時点、およびその直後のワイヤの挙動が安定し、所定の長さ範囲のテール部を確率よく確保して、所定の範囲の大きさの金属ボールを安定して得て、所定の形状および大きさの金属バンプを高精度に形成することができる。
【００１４】
本発明のバンプボンディング装置は、連続したワイヤを供給するワイヤ供給部と、この供給部からのワイヤを後方から通され先方に突出されたテール部を原点位置にて電極からの放電による金属ボールの形成に供した後、前進してこの金属ボールをボンディングステージに支持されたボンディング対象物に押し付けて摩擦接合させた後、原点位置まで後退することを繰り返すキャピラリと、キャピラリの後方でワイヤをクランプしたりクランプを解除したりでき、キャピラリとともに進退しながら、キャピラリが摩擦接合後の金属ボールから所定量後退したのちクランプを行って金属ボールからの後続ワイヤを摩擦接合後の金属ボールとの間で引っ張って引きちぎるクランパとを備えた通常構成で、ボンディング対象物上にワイヤによる金属バンプを順次形成するが、上記目的を達成するために、特に、ワイヤを引きちぎるために前記キャピラリおよびクランパを、引っ張りを開始してから引きちぎりまでは低速で後退させ、その後はそれよりも速い高速で原点位置まで後退させる制御手段を設けたことを特徴とし、上記バンプボンディング方法を自動的に安定して確実に達成することができる。
【００１９】
本発明のそれ以上の特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な範囲で種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な実施の形態について図１〜図１２を参照しながら実施例とともに説明し、本発明の理解に供する。
【００２１】
本実施の形態のバンプボンディング方法と装置は、図１、図４に示すような半導体素子１５をボンディング対象物としてその電極１５ａ上に回路基板や電気部品などとの電気接続用の金属バンプ２２を形成する図５に示すようなバンプボンディング装置に適用した場合の一例である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、キャピラリ１２ａとクランパ８が協働して、キャピラリ１２ａから先方に突出するワイヤ４のテール部４ｂの先端に形成した放電による金属ボール４ａをボンディング対象物に摩擦接合を行って後、金属ボール４ａからの後続ワイヤ４を引きちぎって、ボンディング対象物上に金属バンプを形成する各種の場合に適用して有効であり、本発明の範疇に属する。
【００２２】
図５に示すバンプボンディング装置は、半導体素子１５は部品供給部４２ａと部品収納部４２ｂとの間で取り扱われ、それらの間にあるボンディングステージ１４の上で部品供給部４２ａから供給されるボンディング前の半導体素子１５にボンディングを行い金属バンプ２２を形成し、そのままの半導体素子１５、あるいは補助的な作業として図１、図６に示すようなレベリングステージ４７上でレベリング処理した後の半導体素子１５を部品収納部４２ｂで収納する。部品供給部４２ａおよび部品収納部４２ｂのいずれにおいても、半導体素子１５はトレイ４６に収納して取り扱う。
【００２３】
部品供給部４２ａには、半導体素子１５を収容したトレイ４６を段積状態に収納してトレイステージ４３による部品供給のための取り扱いに供する第１のトレイ供給部４２ａ１と、トレイステージ４３が取り扱い終わって空になったトレイ４６を順次受け入れて段積状態に収納する第１のトレイ収納部４２ａ２とを有し、トレイステージ４３は直交するＸＹ２方向とＺ方向の上下動とができるように移動機構９１に支持されて、第１のトレイ供給部４２ａ１の下に移動して上下動することにより供給されるトレイ４６を受載し、それを図６に示す部品供給位置に移動し、トレイ４６に収容している半導体素子１５をボンディングに供する。さらに半導体素子１５を供給し終えて空になったトレイ４６は第１のトレイ収納部４２ａ２の下に持ち運んで上下動することによりそこに段積状態に収納されるようにした後、第１のトレイ供給部４２ａ１に戻ることを繰り返す。
【００２４】
部品収納部４２ｂには、空のトレイ４６を段積状態に収納してトレイステージ９２による部品収納のための取り扱いに供する第２のトレイ供給部４２ｂ１と、トレイステージ９２が取り扱い終わって金属バンプ２２を形成した半導体素子１５で満杯になったトレイ４６を順次受け入れて段積状態に収納する第２のトレイ収納部４２ｂ２とを有し、トレイステージ９２は直交するＸＹ２方向とＺ方向の上下動とができるように移動機構９３に支持されて、第２のトレイ供給部４２ｂ１の下に移動して上下動することにより供給されるトレイ４６を受載し、それを図６に示す部品収納位置に移動し、ボンディング作業後の金属バンプ２２を持った半導体素子１５をトレイ４６に受け入れて収容する。さらに半導体素子１５を収容し終えて満杯になったトレイ４６は第２のトレイ収納部４２ｂ２の下に持ち運んで上下動することによりそこに段積収納されるようにした後、第２のトレイ供給部４２ｂ１に戻ることを繰り返す。
【００２５】
ボンディングステージ１４は図２、図８に示すように左右、つまりＸ方向に並ぶ２つのボンディング作業位置ＬＢ、ＲＢが設定され、それぞれに半導体素子１５を吸着保持するための吸着孔１４ａを有し、適時に吸引力が働かされて半導体素子１５を位置決め位置に吸着保持し、それら２箇所に移動できる図１に示すようなボンディングヘッド１によって交互にボンディング作業が行われるようにする。
【００２６】
前記レベリングステージ４７は図６に示すようにボンディングステージ１４と部品収納部４２ｂの部品収納位置との間に設けられ、図５に示すレベラー４４によってレベリングステージ４７上に置かれるボンディング作業後の金属バンプ２２を持った半導体素子１５を所定高さに挟みつけて、金属バンプ２２の高さを一定に揃える。
【００２７】
部品供給部４２ａのトレイステージ４３が部品供給位置に位置決めしているトレイ４６内の半導体素子１５は、図５、図６に示す第１の部品取り扱い機構４８Ａにより、これに備える部品取り扱いツールとしての吸着ノズル２１にて順次にピックアップしてボンディングステージ１４の作業位置ＬＢ、ＲＢに交互に移載してボンディング作業に供する。作業位置ＬＢ、ＴＢでボンディング作業を終えた半導体素子１５は、図５、図６に示す第２の部品取り扱い機構４８Ｂにより、これに備える部品取り扱いツールとしての吸着ノズル２１にて順次ピックアップして、直接またはレベリングステージ４７上でのレベリングに供した後部品収納部４２ｂのトレイステージ９２が部品収納位置に位置決めしているトレイ４６内に収容する。
【００２８】
以上により、ボンディングステージ１４上の作業位置ＬＢ、ＲＢに半導体素子１５を交互に供給して、一方の作業位置での作業時に他方の作業位置では、バンプ２２を形成した後の半導体素子１５を持ち去って次の作業のための半導体素子１５を供給することにより作業の能率化が図れる。特に、第１、第２の２つの部品取り扱い機構４８Ａ、４８Ｂを併用し、その一方の右側部品取り扱い機構４８Ａにより、部品供給部４２ａ側で供給される半導体素子１５を吸着ノズル２１にて保持して取り扱い２つの作業位置ＬＢ、ＲＢに交互に移載して供給することと、他方の部品取り扱い機構４８Ａにより２つの作業位置ＬＢ、ＲＢでボンディング作業を終えた半導体素子１５を吸着ノズル２１にて保持して取り扱い直接またはレベリング位置ＬＶでの補助作業に供した後部品収納部４２ｂでの部品収納位置に位置決めされたトレイ４６に移載して収容し、満杯になったトレイ４６ごと収納されるようにすることとを、第１の右側部品取り扱い機構４８Ａと第２の左側部品取り扱い機構４８Ｂとが互いに干渉し合わない位相を持って複合して行わせることにより、半導体素子１５の２つの作業位置ＬＢ、ＲＢでの効率のよい作業に影響することなく、２つの作業位置ＬＢ、ＲＢで順次にボンディング作業を終えた半導体素子１５を直接またはレベリングステージ４７上での補助作業に供して後に部品収納部４２ｂにて収納処理することが前記半導体素子１５の供給作業と最大限重なったタイミングで行える。
【００２９】
図１に全体構成を示した本実施の形態のワイヤボンディング装置では、本体台４１の上のほぼ中央位置にボンディング作業を行うボンディングステージ１４とボンディングヘッド１とが位置し、ボンディングステージ１４には超音波熱圧着によるボンディングのためにヒートステージを採用し、例えば、ボンディング作業中はヒータ温度で最大３５０℃程度に保つ。この温度はワイヤ４の材料や太さ、金属バンプ２２の大きさ等種々な条件に応じて設定される。
【００３０】
レベラー４４は必要に応じて用いればよい。用いない場合、レベラー４４の位置に部品収納部４２ｂを設置して必要スペースを縮小することができる。もっとも、レベラー４４は常設しておいて必要に応じて用いたり、用いなかったりすることができる。ボンディングヘッド１はボンディングステージ１４の後方に位置し、これに装備した図２に示すようなワイヤ供給部２におけるワイヤリール３からワイヤテンショナー７およびエアーテンショナー１１を介し供給されるワイヤ４をボンディング作業機構５によって取扱い、ボンディングステージ１４の２つの作業位置ＬＢ、ＲＢに移載され吸着保持された半導体素子１５の各電極１５ａの上に順次にボンディングを行い金属バンプ２２を形成する。
【００３１】
本体台４１の上部最前部には主操作盤５１が設けられ、この主操作盤５１によって各種データや動作モードの設定、ボンディングのフルオート動作開始および終了、セミオート動作の開始、進行、停止、あるいはマニュアル動作の開始、進行、停止、緊急停止と云ったボンディングのための各種の操作を行うようにしてある。このような操作のために、本体台４１の最後部の補助ボックス５２の上に操作モニタ５３が設けられ、その横にはボンディング作業状態を認識カメラ１３１で認識した画像を表示する認識用モニタ５４が設けられている。
【００３２】
本体台４１内には、ボンディングのための予備的な操作を行う副操作盤５５、ボンディング動作を制御する制御プログラム等を記録したフレキシブルディスクを装着して読み書きするフレキシブルディスクデッキ５６、ワイヤ４の先端にワイヤボンディングのための図３、図４に示すような金属ボール４ａを作るためにトーチ１３からワイヤ４の先端にスパークを飛ばすための制御を行うスパークユニット５７、ボンディング作業機構５のホーン１２に超音波を与える超音波ユニット５８、フレキシブルディスクに記録されたプログラム内容や、別に設定されているプログラムに従って全体の動作の制御を行う制御手段としてのマイクロコンピュータ５９、真空源ドライバ６１、真空圧力計６２、およびメインブレーカー６３が設けられ、本体台４１の後部下側にはメイン空圧バルブ６４が設けられている。また、上記の補助ボックス５２内にはワイヤ４の供給動作を制御するワイヤ供給コントローラ６５が設けられている。
【００３３】
ボンディングステージ１４は、図７、図８に示すように、カートリッジヒータを数本挿入した金属製のヒートブロック７２の上に、位置規正ピン７４などによって位置決めした状態で金属製のステージプレート７５をねじ７６によって取付けて構成してあり、左右一対の金属製で放熱孔７７ａを持った脚部材７７によって本体台４１の上に設置されている。ステージプレート７５には２か所の作業位置ＬＢ、ＲＢに加え、これらの間に設定される試しボンディング位置ＴＢを有し、この位置にも半導体素子１５を吸着保持する吸着孔１４ａが設けられている。
【００３４】
図１に示すようにボンディングステージ１４に付帯して設けられた位置規正手段８１は、図７、図９に示すように位置規正板３２を平面より見て直交するＸ、Ｙ２方向に移動させるＸ方向移動機構８２、およびＹ方向移動機構８３を順次に介して本体台４１の上に設置されている。Ｘ方向移動機構８２はＸ方向駆動サーボモータ８４によってボールネジ８５を正逆転駆動することにより位置規正板３２をＸ方向に往復移動させ、Ｙ方向移動機構８３はＹ方向駆動サーボモータ８６によってボールネジ８７を正逆転駆動することにより位置規正板３２をＹ方向に往復移動させる。また、位置規正板３２はこれと前記ＸＹ２方向の移動機構８２、８３との間に設けた脚部９８によって所定の高さになるように調節される。
【００３５】
位置規正板３２は先端の左右両側に半導体素子１５の四角形な形状に合わせた鉤型の切欠き３２ａを有し、左側の切欠き３２ａによってはボンディングステージ１４の作業位置ＬＢに移載された半導体素子１５の位置をＸＹ２方向に順次移動して規正し、右側の切欠き３２ａによってはボンディングステージ１４の作業位置ＲＢに移載された半導体素子１５の位置をＸＹ２方向に順次移動して規正する。
【００３６】
ボンディングステージ１４の中央に設定した試しボンディング位置ＴＢに移載された半導体素子１５は特に位置規正せず、ワイヤ４の種類が変わったときなどの最初に試しボンディングを行い、ボンディング状態の確認や調整を行うようにする。もっとも、試しボンディングでも高精度が要求される場合は半導体素子１５の位置を規正する。この規正には左右どちらかの切欠き３２ａを用いればよいが、試しボンディング専用の位置規正用切欠き等を設けることもできる。
【００３７】
第１、第２の２つの部品取り扱い機構４８Ａ、４８Ｂは、図６、図７、図１０、図１１に示すように吸着ノズル２１をＸ方向に並列にして吸着ヘッド１０１に保持することにより、半導体素子１５の各種搬送を合理的に行うようにしてある。
【００３８】
それぞれの具体的構成は共通しているので、以下同じものとして説明する。吸着ヘッド１０１はＸ方向移動台１０５と、このＸ方向移動台１０５に保持されたＹ方向スライダ１０６とを順次に介して保持されている。Ｘ方向移動台１０５はＸ方向ガイド１０２に案内される。第１、第２の２つの部品取り扱い機構４８Ａ、４８Ｂはそれぞれに専用のボールネジ１０３Ａ、１０３Ｂをサーボモータ１０４Ａ、１０４Ｂにより正逆転駆動することでＸ方向に個別に往復移動されて、吸着ヘッド１０１をＸ方向に往復移動させる。Ｙ方向スライダ１０６はＸ方向移動台１０５上のＹ方向ガイド１０７に案内され、サーボモータ１０８の正逆転駆動によって図７に示すタイミングベルト１１０を介しＹ方向に往復移動されて、吸着ヘッド１０１をＹ方向に往復移動させる。これによって吸着ヘッド１０１は各吸着ノズル２１をＸ方向移動範囲およびＹ方向移動範囲のうちのどの位置へも移動されることができる。
【００３９】
また、吸着ヘッド１０１は、図１０、図１１に示すように、第１、第２の２つの部品取り扱い機構４８Ａ、４８Ｂそれぞれにつき２本ずつの吸着ノズル２１と、これらを個別に上下動させるエアーシリンダ１０９と、高さ調節を個別に行う調節ネジ１１１とを有し、図１１に示すようにボンディングステージ１４の上の半導体素子１５に対しては０．１〜０．２ｍｍ程度の高さＨの位置まで下降して移載のための吸着解除、持ち運びのための吸着を行う。しかし、これに限られることはない。
【００４０】
ボンディングヘッド１は、図１２に示すようなクロスガイドローラ１２１によってＸＹ２方向に移動できるように支持されたＸＹ２方向に移動するＸＹテーブル１２２に支持され、Ｘ方向のボールネジ１２３がサーボモータ１２４によって正逆転駆動されることによってＸ方向に往復移動され、Ｙ方向のボールネジ１２５がサーボモータ１２６によって正逆転駆動されることによってＹ方向に往復移動される。これによって、ボンディングヘッド１はＸ方向移動範囲とＹ方向移動範囲のうちのどの位置へも移動されることができる。
【００４１】
ボンディングヘッド１は既述した構成を有しているほか、図１に示すようにボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ１３１がボンディング作業機構５の上に設けられ、認識画像が既述した認識用モニタ５４に表示される。必要に応じてマイクロコンピュータ５９等のデータ処理装置に認識信号を入力してデータ処理することもできる。また、ボンディングヘッド１には、ボンディング作業機構５を支点軸１３４を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部１３２と、クランパ８を開閉する開閉電磁駆動部１３３とが設けられ、ホーン１２に与える超音波振動とでボンディング作業を行う。
【００４２】
ボンディングヘッド１には、上記のようなボンディングが首尾良く達成されるように以下のような構成を付加している。これについて述べると、図２に示すようにワイヤリール供給部２に装着されたワイヤリール３と、このワイヤリール３からのワイヤ４を上方から通されて、ボンディングステージ１４上の半導体素子１５にボンディングを行うボンディング作業機構５との間で、ワイヤリール３からボンディング作業機構５側に至るワイヤ４の途中を２枚のガイド板４０１、４０２の間で上向きの湾曲状態にエアー６により吹き上げてワイヤ４にテンションを与えるワイヤテンショナー７と、ボンディング作業機構５のワイヤ通し部であるクランパ８のワイヤガイド８ａの真上でワイヤ４をワイヤガイド４０３内での上方への吹き上げエアー１０にさらして上向きのエアーテンションを掛けるエアーテンショナー１１とが設けられている。
【００４３】
ボンディング操作の基本は、既述した従来の場合とくに変わるところはなく、図３に示すようにＡの原点位置にあるキャピラリ１２ａに後方から通され先方に突出しているテール部４ｂの先端にトーチ１３からの放電電流による溶融にて金属ボール４ａを形成する。この金属ボール４ａはキャピラリ１２ａのＢまでの高速下降、およびＣへの低速下降によるサーチ動作を経た進出により半導体素子１５の電極１５ａ上に押し付け、Ｄまでの間で超音波および加熱を伴い摩擦接合させる。この後、キャピラリ１２ａを摩擦接合後の金属ボール４ａからＥまで高速に後退させてそれとの間に前記テール部４ｂを形成するためのワイヤ４を引き出した後、Ｆまでの間で摩擦接合後の金属ボール４ａからの後続ワイヤ４をキャピラリ１２ａの後方にあるクランパ８によりクランプする。次いでクランパ８はキャピラリ１２ａとともに後退し引っ張ることにより、このワイヤ４をキャピラリ１２ａから突出したテール部４ｂを残して摩擦接合後の金属ボール４ａとの間で図４に示すように引きちぎり、半導体素子１５の電極１５ａ上に金属ボール４ａによる金属バンプ２２を形成してバンプボンディングを終える。
【００４４】
ここで、金属ボール４ａによる高さ７００μｍ程度の金属バンプ２２をバンプ側のワイヤ４によるテール部２２ａの長さが２μｍ程度突出した状態で形成するのに、線径が１８〜２０μｍ程度の金線を用い、テール部４ｂの長さを４５０μｍ程度に設定して直径が８０μｍ程度の金属ボール４ａを形成すると、サイズおよび形状の面で一応の精度で金属バンプ２２を形成することができる。また、ワイヤ４の引きちぎり位置が一定の箇所となるように高ヤング率・低熱伝導率のものを用いているのが好適である。具体的には、ワイヤ４の材質はＡｕまたはＡｕとＰｄの合金成分のものを使用し、ＡｕとＰｄの合金の場合には少なくともＰｄが約３０％以下のものを用いるのが好適である。
【００４５】
しかし、上記のような装置およびボンディング条件の設定によっても、既述したように摩擦接合後の金属ボール４ａから後続ワイヤ４を引きちぎる操作において、ワイヤ４のテール部４ｂを確率よく安定して必要長さ確保するのが困難で、金属バンプ２２の形成の精度が今１つ向上できない。特に、線径が小さいほど金属バンプ２２の形成は不安定になる。
【００４６】
これを解消するのに本実施の形態では、特に、図３に示すＦ以降Ｇの原点位置の間でワイヤ４を引っ張って引きちぎる工程、つまり、前記キャピラリ１２ａおよびクランパ８の後退の操作を、引きちぎりによりワイヤ４のテール部４ｂの長さに所定以上の変動が生じない、例えば図３に破線で示すＦ〜Ｆ１の間で示す速度で行ってボンディングを繰り返す。このようにすると、ワイヤ４と引っ張り速度との経験に基づく相関性から所定範囲の長さを持ったテール部４ｂを確率よく確保して、所定の範囲の大きさの金属ボールを安定して得て、所定の形状および大きさの金属バンプを高精度に形成することができる。
【００４７】
また、ワイヤ４を引きちぎるのための引っ張りを図３のＦで開始してから原点位置Ｇまでの前記キャピラリ１２ａおよびクランパ８の後退を、図３に破線で示すようにＦ１での引きちぎり終了までは低速で行い、その後の原点位置Ｇまではそれよりも速い高速で行うようにすることもできる。このようにすると、ワイヤ４の引きちぎり操作において、ワイヤ４の引きちぎり後のキャピラリ１２ａおよびクランパ８の後退は、クランパ８がワイヤ４をクランプしたままでワイヤ４をずれなく持ち運べることから、ボンディング作業機構５がワイヤ４を伴って上昇することだけを考えると、装置の上限速度内で高速に行って作業能率を問題なく高めながら、ワイヤ４をＦで引っ張っり始めてから引きちぎりが終わるまでのキャピラリ１２ａおよびクランパ８の後退は、引っ張り力がワイヤ４の引きちぎり降伏個所に集中しやすくワイヤ４の伸びを抑えやすくなる前記高速よりも十分に低速な状態で行って、引きちぎり時点、およびその直後のワイヤ４の挙動が安定して、図４に示すような直線状態をほぼ保って所定の長さ範囲のテール部４ｂを確率よく確保して、所定の範囲の大きさの金属ボール４ａを安定して得、所定の形状および大きさの金属バンプ２２を高精度に安定して形成することができる。
【００４８】
ここに、低速は、引きちぎりによりワイヤ４のテール長さに所定以上の変動が生じない速度であり、これにはワイヤ４の種々な内外での挙動が関係しているものと思われるが、ワイヤ４のテール部４ｂの長さに所定以上の変動が生じない速度は、引きちぎりによりワイヤ４に生じる波状の縮みが所定の程度以下になる速度とほぼ一致し、これを満足する低速状態を経験的に確保すれば十分である。
【００４９】
１つの実施例を示すと、引きちぎりによりワイヤ４のテール長さに所定以上の変動が生じない後退時の速度は、線径２５μｍの金線に対して、６００ｍｍ／ｓｅｃ程度以下に設定し、このときの加速度は２００，０００ｍｍ／ｓｅｃ2程度以下であればよく、これを４００ｍｍ／ｓｅｃ程度以下に設定し、このときの加速度は１００，０００ｍｍ／ｓｅｃ2程度以下とするのが特に好適である。また、図３のＦ１から原点位置Ｇまでの高速での上昇速度は８００／ｓｅｃ2程度とし、このときの加速度は４００，０００ｍｍ／ｓｅｃ2程度として問題はなく、従来Ｆから原点位置Ｇまで８００ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定し、このときの加速度は３００，０００ｍｍ／ｓｅｃ2程度としているのに対し、ＦからＦ１までの上記低速操作と合わせて、従来の場合と所要時間が一致し、作業能率を低下させないでボンディングできる。本実施の形態のＡからＢ、ＤからＥでの高速部分は、従来の高速状態と同じく８００ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定し、このときの加速度は３００，０００ｍｍ／ｓｅｃ2程度に設定してある。ＤからＥの上昇ストロークは４００μｍである。
【００５０】
マイクロコンピュータ５９は上記のような動作制御を与えられたボンディングプログラムおよびボンディング条件に従って自動的に安定して確実に実行する。このため、本実施の形態のボンディング装置では、ワイヤ４を引きちぎるための引っ張りを開始してから引きちぎりまでの速度を設定する速度設定手段１４２を操作盤５１に設ける。これにより、ワイヤ４の適正な引っ張り条件が違う各種のボンディング操作に対応することができる。この速度設定手段１４２は、ワイヤ４の種類を指定するものとすることができ、この場合マイクロコンピュータ５９は、設定されたワイヤ４の種類に対応した標準速度を、ワイヤ４の種類と引っ張り速度との経験則に基づいた相関演算や経験値などから設定したテーブルを用いて自動的に設定しボンディングプログラムを実行するようにする。このようにすると、ユーザは使用するワイヤ４の線径や材質などのテール部４ｂの長さに影響する種類の情報を設定するだけで、自動的に適正な速度が設定され便利である。
【００５１】
また、前記のマイクロコンピュータ５９による自動的な設定速度を増減補正する補正操作手段１４７も操作盤５１に設けてある。これにより、自動的に設定された標準速度では不具合な場合でも、その自動設定された標準速度を基に補正操作手段１４７により微調整して対応することができ、より高精度なボンディング操作が実現する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、上記の説明から明らかなように、ワイヤと引っ張り速度との相関性から所定範囲の長さを持ったテール部を確率よく確保して、所定の範囲の大きさの金属ボールを安定して得て、所定の形状および大きさの金属バンプを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な一実施の形態を示すバンプボンディング装置のボンディングヘッド部とこれによるボンディング状態を示す斜視図である。
【図２】図１のボンディングヘッドのボンディング作業機構にワイヤを供給するワイヤ供給部の斜視図である。
【図３】図１、図２のボンディング作業機構におけるキャピラリとクランパのボンディング操作での昇降速度と位置の関係を従来の場合と比較して示すグラフである。
【図４】ボンディング操作で摩擦接合後の金属ボールからの後続ワイヤを引きちぎったときの説明図である。
【図５】バンプボンディング装置の全体構成を示す斜視図である。
【図６】図５の装置での２つの部品取り扱い機構を併置した状態を示す斜視図である。
【図７】図５の装置でのボンディングステージとボンディング後の半導体素子を取り扱う図６の一方の部品取り扱い機構とを示す斜視図である。
【図８】ボンディングステージの斜視図である。
【図９】図８のボンディングステージに付帯して設けられた半導体素子の位置規正手段を示す斜視図である。
【図１０】図６に示す部品取り扱い機構が持つ吸着ヘッドを示す斜視図である。
【図１１】図１０の吸着ヘッドとボンディングステージ上の半導体素子との関係を示す側面図である。
【図１２】図１、図５のボンディングヘッドの移動機構を示す斜視図である。
【図１３】従来から行われているバンプボンディング操作を（ａ）〜（ｃ）の手順で示す説明図である。
【図１４】従来のボンディング操作でのワイヤの引きちぎり後のワイヤの挙動結果を示す説明図である。
【図１５】従来から行われているレベリング処理の状態を示す断面図である。
【図１６】従来のボンディング操作で形成した金属バンプにレベリング処理を施した場合の金属バンプの平面図である。
【符号の説明】
１  ボンディングヘッド
２  ワイヤ供給部
４  ワイヤ
４ａ  金属ボール
４ｂ  テール部
５  ボンディング作業機構
８  クランパ
１２  ホーン
１２ａ  キャピラリ
１３  トーチ
１４  ボンディングステージ
１５  半導体素子
１５ａ  電極
２２  金属バンプ
５１  操作盤
５９  マイクロコンピュータ
１３２  上下動電磁駆動部
１４２  速度設定手段
１４７  補正操作手段
【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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