(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支軸を中心に揺動自在に構成されたボンディングアームと、該ボンディングアームの一端に取り付けられ先端部にキャピラリィを有する超音波ホーンとを備えたボンディングヘッドを有するワイヤボンディング装置において、前記超音波ホーンの後端部に超音波振動子を取り付けるとともに、前記ボンディングアームの一端と前記超音波ホーンの後端部との間に、板状に形成され、その中央部に前記超音波振動子が貫通する穴を有し、前記キャピラリィによる押付荷重を検出する圧力センサを配置したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記圧力センサの検知出力に基づき前記キャピラリィの駆動系を制御する請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
前記圧力センサの検知出力に基づき前記超音波ホーンの超音波振動を制御する請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
前記圧力センサは、圧電式の水晶センサであることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワイヤボンディング装置、詳しくは、キャピラリィを駆動させるボンディングヘッドに圧力センサを設け、この圧力センサの検知出力に基づきキャピラリィの押付荷重、超音波振動等を制御するワイヤボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング装置においては、周知のように、ヒータプレート上にリードフレームとチップ等を載置して加熱し、ボンディングヘッドのキャピラリィをリニアモータ等により上下(Ｚ軸方向)に駆動してワイヤボンディングを行う。すなわち、ボンディングに際しては、キャピラリィによりワイヤをチップ等の接合点に相当の押付荷重をもって押付、また、超音波等を印加し、ワイヤをチップの接合点に印加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したワイヤボンディング装置にあっては、キャピラリがワイヤをチップ等の接合点に押しつけたときの影響でキャピラリィとともにワイヤがＺ軸方向に振動し、ワイヤの接合端の形状(ボールボンディングにあたっては、ボールの形状やボール径等)のバラツキや接合不良の不都合を生じるという問題があった。すなわち、ボンディング時のワイヤの挙動を考察すると、ワイヤは先ずある加速をもってチップに当接（衝突）した後に一定荷重で押圧されるが、衝突の影響で後の一定荷重での押圧期間においても振動し、この振動が押圧荷重の変動を生じ、上述した不都合を招いていた。
【０００４】
そこで、従来のワイヤボンディング装置にあっては、ボンディングヘッドにキャピラリィのＺ軸方向変位を検出するセンサ、例えば、エンコーダを設け、このエンコーダの検知出力をボンディングヘッドのリニアモータの制御装置にフィードバックしてキャピラリィの駆動制御を行い、キャピラリィの振動を防止することが行われている。
【０００５】
また、ヒータプレートを有するヒータブロック内に圧力センサを搭載し、圧力センサにて押付荷重を制御することも行われている。
【０００６】
しかしながら、上述した従来のワイヤボンディング装置にあっては、エンコーダによりキャピラリィのＺ軸方向変位を検出するに過ぎないため、ワイヤの押付荷重を判定できず、上述した不都合を完全に解消することが困難であった。さらに上述したエンコーダは変位に対する分解能が限られ、キャピラリィの変位が小さい場合、すなわち、振動の振幅が小さい場合は検出不能となる。
【０００７】
また、上述のヒータブロック内に搭載した圧力センサの場合、ヒータプレート内での押圧荷重が場所によって変動し、安定した検出結果がえられないという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記事情に鑑みてされたもので、ボンディングの際の、ワイヤの押付荷重を直接に安定して検出できるワイヤボンディング装置を提供し、ワイヤ接合端の形状のバラツキや接合不良等の不具合を解消することを目的とする。
【０００９】
また、超音波の制御に関しては電気信号の検出による制御は行われていたが接合の際、超音波ホーン自体の振動状態を検出することは不可能であった。
【００１０】
この発明は、上記事情に鑑みてされたもので、ボンディングの際の超音波振動を直接に安定して検出できるワイヤボンディング装置を提供し、ワイヤ接合端の形状のバラツキや接合不良等の不具合を解消することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のボンディング装置は、支軸を中心に揺動自在に構成されたボンディングアームと、該ボンディングアームの一端に取り付けられ先端部にキャピラリィを有する超音波ホーンとを備えたビンディングヘッドを有するワイヤボンディング装置において、前記超音波ホーンの後端部に超音波振動子を取り付けるとともに、前記ボンディングアームの一端と前記超音波ホーンの後端部との間に、板状に形成され、その中央部に前記超音波振動子が貫通する穴を有し、前記キャピラリィによる押付荷重を検出する圧力センサを配置した。
【００１３】
そして、前記圧力センサの検知出力に基づき前記キャピラリィの駆動系を制御する。
さらに、前記圧力センサの検知出力に基づき前記超音波ホーンの振動を制御する。
また、前記ボンディングヘッドの超音波ホーンとボンディングアームの間に取り付けられている前記圧力センサは、圧電式の水晶センサであることを特徴とする。
【００１４】
この発明にかかるワイヤボンディング装置は、キャピラリィによりワイヤがチップ等に押し付けられると、この押付荷重が超音波ホーン等を含むボンディングヘッドに伝達されて圧力センサにより検出される。例えば、圧力センサをボンディングヘッドに設けた場合、押付荷重により、超音波ホーン、ボンディングアームの変形を生じ、この変形による力を圧力センサが検出し、押付荷重が直接検出される。このため、圧力センサの検出出力を基にキャピラリィのＺ軸方向の変位を制御することでワイヤ接合端の形状を一定にでき、また、接合不良の解消される。
【００１５】
さらに、ボンディングヘッドに圧力センサを取り付けたことにより、ＸＹ軸方向の移動をしたときでも場所による検出結果の変動をなくすことができる。
【００１６】
また、キャピラリィによりワイヤがチップ等に押し付けられ超音波振動を印加したとき、超音波振動が圧力センサにより検出される。このため、検出出力を基に超音波振動の出力を制御することでワイヤ接合端の形状を一定にでき、また、接合不良の解消される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を，図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、ボンディングヘッドとヒータユニット、荷重制御を示す正面図、図２は、超音波ホーン、振動素子を含むボンディングヘッドとヒータユニット、超音波振動制御を示す正面図、図３は、圧力センサの取付部の斜視図、図４は、圧力センサの形態を示す斜視図、図５は荷重検出時の荷重伝達を示す正面図である。
【００１９】
図１において、１０はボンディングヘッド、２０はヒータユニットを示し。ボンディングヘッド１０が図示しないＸＹテーブル上に、ヒータユニット２０が図示しないＺテーブル上に搭載される。ボンディングヘッド１０は支軸１１に揺動自在にボンディングアーム１２を支持し、このボンディングアーム１２の一端に超音波ホーン１３を介してキャピラリィ１４が取り付けられ、またボンディングアーム１２の他端がリニアモータ１５に連結する。
【００２０】
リニアモータ１５は、制御装置と接続して制御され、ボンディングアーム１２ｑお支軸１１周りに揺動駆動してキャピラリィ１４を上下（Ｚ軸方向）に駆動する。後述するが、リニアモータ１５の制御装置１９は圧力センサが接続し、この圧力センサの検出出力等に基づきリニアモータ１５を制御する。
【００２１】
ヒータユニット２０は、ヒータブロック２２上にヒータプレート２１を取り付けてなり、ヒータブロック２２が図示しない取付台上にボルト等で固定される。ヒータプレート上面には、図示しない走行駆動機構により走行駆動されるリードフレームＨが載置され、また、半導体チップＳが図示しないロボットにより載置される。
【００２２】
超音波ホーン１３の一端（後端部）には、後述するように、図２に示すような形態で超音波振動子１６が取り付けられており、超音波ホーン１３とボンディングアーム１２との間に圧力センサー４１が収納・配置されている。圧力センサー４１は、図４に示すように、中央部に円形の穴が設けらた板状に形成され、穴の周縁部にセンサーが配置されている。超音波ホーン１６とボンディングアーム１２とを圧力センサー４１を介して取り付ける時に、超音波ホーン１３に取り付けられた超音波振動子１６は、圧力センサ４１に設けられた穴を貫通する。
【００２３】
圧力センサ４１は、圧電式の水晶センサ等が用いられ、チャージアンプ４２とフィードバック回路４３を直列に介して前述したリニアモータ１５の制御装置１９に接続される。この圧力センサ４１は、ボンディングの際にワイヤがキャピラリィ１４により半導体チップＳ等の接合点に押しつけられた時に生じる超音波ホーン１３の変形による圧力を検出し、この検知信号を、チャージアンプ４２等を介して制御装置１９に出力する。
【００２４】
この実施の形態にあたっては、ヒータプレート２１上に半導体チップＳとリードフレームＨを載置して図示しないカートリッジヒータにより加熱し、リニアモータ１５を制御装置１９により制御してボンディングアーム１２(超音波ホーン１３を含む)を駆動し、キャピラリィ１４を上下駆動させてキャピラリィ１４によりワイヤを所定の押付荷重たとえば１０ｇｆ〜２００ｇｆ程度の押付荷重で押し付ける。そして超音波を印加し、ワイヤを半導体チップＳの接合点等に融着する。
【００２５】
ここで、ワイヤが半導体チップＳの接合点に押し付けられるとこの押付加重がキャピラリィを介して超音波ホーンに１３伝達され、この超音波ホーン１３の変形により圧力センサ４１に圧力が作用し、圧力センサ４１が圧力、すなわち、押付加重を検出して検知信号を出力する。そして、制御装置１９は、圧力センサ４１の検知信号に基づきリニアモータ１５を制御、たとえば、押付加重が所定の特性(例えば、一定)になるようにキャピラリィ１４の上下動を制御する。
【００２６】
したがって、キャピラリィ１４の振動を抑制でき、押付加重を一定に保持できるため、ワイヤ接合端の形状を一定にでき、また、接合不良の発生も防止できる。すなわち、前述したようにワイヤを押した際には、ワイヤが接合点に当接したときの衝撃の影響でワイヤとともにキャピラリィ１４が振動するが、圧力センサ４１の検知信号に基づき押付荷重を一定にするようにキャピラリィ１４を制御するため、その振動を防止でき、接合不良が防止できる。また、圧力センサをボンディングヘッド１０に取り付けることにより、ＸＹ方向の場所による検知結果の誤差や、半導体チップＳ、ヒータプレート２１等の状態に関わらず安定した検知信号が得られる。
図２において、図１同様の形態を成し、超音波ホーン１３の一端に超音波素子１６が取り付けられている様子を示している。
【００２７】
キャピラリィ１４には、図示しないワイヤが配索され、超音波素子１６が発振した超音波が超音波ホーン１３を経て伝達される。超音波素子１６は超音波発信器１７から出す信号で振動する。超音波発信器１７には、フィードバック回路(超音波)４４を通して圧力センサ４１が接続し、この圧力センサにより検出された超音波振動をフィードバック回路(超音波)４４を介して超音波発信器１７にて制御する。
【００２８】
図１と同様にボンディングアーム、超音波ホーン１３間に圧力センサ４１が収納され、チャージアンプ４２とフィードバック回路(超音波)４４を直列に介して超音波発信器１７に接続される。圧力センサ４１は、ボンディングの際に印加する超音波振動を検出し、この検知信号にチャージアンプ４２等を介して超音波発信器１７に出力する。
【００２９】
ここで、超音波ホーン１３が振動することにより圧力センサが振動を検出し検出信号を出力する。そして超音波発信器１７は超音波の印加タイミングを制御する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるワイヤボンディング装置によれば、キャピラリィを駆動させるボンディングヘッドに圧力センサを取り付け、この圧力センサによりワイヤの押付(荷重)を検出するため、ワイヤの押付荷重を正確かつ速やかに判断でき、また、ワイヤがワークに接触した時期(タイミング)も速やかに判別できる。さらに、超音波の印加タイミングを正確に判断することができる。
【００３１】
特に、上述した実施の形態にあったは、圧力センサによりワイヤの押付加重を検出し、この圧力センサの検知出力に基づきワイヤの押付加重が所定の特性になるようにキャピラリィの上下動を制御するため、ワイヤ接合端の形状を一定とでき、また、超音波印加タイミングを制御することも含めて接合不良の発生も防止できる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】ボンディングヘッドとヒータユニット、荷重制御を示すブロック図である。
【図２】超音波ホーン、振動素子を含むボンディングアヘッドとヒータユニット、超音波振動制御を示すブロック図である。
【図３】同ワイヤボンディング装置のボンディングヘッドに圧力センサを取付た斜視図である。
【図４】（ａ）
圧力センサの４センサ平均化方式の斜視図である。
（ｂ）
圧力センサの１センサ出力方式の斜視図である。
【図５】この発明の押圧荷重検出の荷重伝達を示した正面図である。
【符号の説明】
１０    ボンディングヘッド
１２    ボンディングアーム
１３    超音波ホーン
１４    キャピラリィ
１５    リニアモータ
１６    振動素子
１７    超音波発信器
１９    制御装置
２０    ヒータユニット
２１    ヒータプレート
２２    ヒータブロック
４１    圧力センサ
４２    チャージアンプ
４３    フィードバック回路
４４    フィードバック回路(超音波)
Ｈ    リードフレーム
Ｓ    半導体チップ
【図１】
0003818932.tif 000002
【図２】
0003818932.tif 000003
【図３】
0003818932.tif 000004
【図４】
0003818932.tif 000005
【図５】
0003818932.tif 000006