(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の縦振動子及びそれらの両振動子に直交して結合した複合曲げ振動子よりなる複合曲げ振動系を用い、同複合曲げ振動子の中心部にワイヤ挿通用の穴を貫通させ、該穴の先端にワイヤボンディング用のキャピラリを着脱可能な構造とした複合曲げ振動系を用いた超音波ワイヤボンダにおいて、
前記複合曲げ振動子の先端から前記キャピラリの先端までの長さを調整自在に、該キャピラリを該複合曲げ振動子の穴に着脱可能としてなることを特徴とする複合曲げ振動系を用いた超音波ワイヤボンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路（ＩＣ）や弾性表面波素子（ＳＡＷデバイス）等の接続線の接合に応用される無方向性超音波ワイヤボンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体用ワイヤボンダとしては共振周波数60KHZ の超音波ワイヤボンダが公知である。
【０００３】
その内容は、共振周波数60KHZ の縦振動の円錐状ホーン先端に設置した溶接チップが、同円錐状ホーンの縦振動で駆動されて一方向の曲げ振動を誘起し、同溶接チップ先端のワイヤと接合面に沿った方向に超音波ワイヤボンディングを実施するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、従来の技術によっては、溶接チップの振動方向が１次元のため、ワイヤの長さ方向に沿ったワイヤボンディングが不可欠で、溶接チップ及び円錐ホーンの振動方向とワイヤ長さ方向が同一方向となるように位置合せする必要があった。このため、ワイヤボンディング時間に機械的な位置合せ時間が加算されて長時間となり、作業効率が低下するので、溶接チップの振動方向に影響を受けない無方向性ワイヤボンダが切望されていた。
【０００５】
本発明の課題は、高作業効率でワイヤボンディング用のキャピラリを脱着、交換可能な無方向性超音波ワイヤボンダを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直交する２方向に振動する複合曲げ振動子によって、同振動子の振動モードを２次元的に制御し、同振動子先端にワイヤボンディング用のキャピラリを着脱することが可能なことを見出してなされたものである。
【０００７】
請求項１に記載の本発明は、２個の縦振動子及びそれらの両振動子に直交して結合した複合曲げ振動子よりなる複合曲げ振動系を用い、同複合曲げ振動子の中心部にワイヤ挿通用の穴を貫通させ、該穴の先端にワイヤボンディング用のキャピラリを着脱可能な構造とした複合曲げ振動系を用いた超音波ワイヤボンダにおいて、前記複合曲げ振動子の先端から前記キャピラリの先端までの長さを調整自在に、該キャピラリを該複合曲げ振動子の穴に着脱可能としてなるものである。
【０００９】
【作用】
２個の縦振動子に、それぞれ両振動子に対応した超音波発信器（図示せず）からの電気信号を電歪素子等に印加すると、両振動子は電気信号を音響振動に変換して共振し、両振動子に直交して結合した複合曲げ振動子を励振する。複合曲げ振動子の先端に装着されたキャピラリは、複合曲げ振動に起因する合成振動となり、その先端の振動軌跡は、リサージ図形を画き、縦振動子のそれぞれの振動振幅と位相を電気的に制御することにより、２次元的に調整可能となる。複合曲げ振動子とキャピラリは軸中心に貫通孔があり、同貫通孔にワイヤを挿通して、電気的に調整した振動モードで、複合曲げ振動子を励振すると、キャピラリ先端のワイヤが振動する。ワイヤは被溶接物と加圧状態の下でこすり合わされ、無方向性ボンディングが達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
複合曲げ振動の原理を図２に示す。
図２は、２個の縦振動子の共振周波数を同一とし、それぞれの振動振幅（ａ1及びａ2 ）と両振動子の位相差（φ）を制御したときの、複合曲げ振動子の先端の振動軌跡の数例である。
【００１１】
図２でＡ1〜Ａ5はφ＝π/2のときを表わし、それぞれ、Ａ1はａ1＝ａ、ａ2＝0、Ａ2はａ1＝ａ、ａ2＜ａ、Ａ3はａ1＝ａ2＝ａ、Ａ4はａ1＜ａ＝ａ2、Ａ5はａ1＝0、ａ2＝ａの場合のリサ−ジ図形である。同様にＡ6はφ＝0、ａ1＜ａ2、Ａ7はφ＝π、ａ1＜ａ2、Ａ8はφ＝π/4、ａ1＜ａ2、Ａ9はφ＝5π/4、ａ1＜ａ2、Ａ10はφ＝π/4、ａ1＞ａ2、Ａ11はφ＝5π/4、ａ1＞ａ2、Ａ12はφ＝0、ａ1＞ａ2、Ａ13はφ＝π、ａ1＞ａ2の場合のリサージ図形である。
【００１２】
図２より、複合曲げ振動系を用いると、同振動系駆動用の 2個の縦振動子の振動振幅と位相差を電気的に制御することにより、縦振動子の振動方向とワイヤ長さ方向を機械的に一致させること無しに、無方向性ワイヤボンディングが可能となる。
【００１３】
図３は、本発明の原理を示す。図３は、複合曲げ振動子５の先端にキャピラリ６を固定ねじ８でねじ止めにより着脱可能にした例を示す。同図の曲線は、複合曲げ振動子５の先端からキャピラリ６の先端までの長さを、最適長さに選んだ場合の、キャピラリ各点の距離（Ｌ）に対応した相対振動速度を表わす。
【００１４】
セラミックキャピラリ（外径1.6mm 、穴径0.7mm ）の場合は、縦振動子駆動周波数162.1KHZ及び514.4KHZに対して、最適突出長さは6.5mm であった。キャピラリ６は固定用ねじ（Ｍ1.6 、Ｐ0.5 ）で締結する。
【００１５】
図３で、Ｂ1 及びＢ2 は、縦振動子駆動周波数162.1KHZのときの振幅特性で、キャピラリの複合曲げ振動子への締結トルクは、それぞれ0.4kgfcm及び0.2kgfcmである。同様に、Ｂ3 及びＢ4 は縦振動子駆動周波数514.4KHZのときの振幅特性で、キャピラリの複合曲げ振動子への締結トルクはそれぞれ、0.4kgfcm及び0.3kgfcmである。
【００１６】
図３より、キャピラリの突出長さと締付トルクを調整すると、複合曲げ振動子先端（Ｌ＝0 の点）に比較して、キャピラリ先端の振動振幅は拡大され、キャピラリの摩耗の場合にも簡単に交換可能となる。
【００１７】
本発明の一実施の形態を図１に示す。同図で１及び２は、複合曲げ振動子５の駆動用の縦振動子で、両振動子１、２は複合曲げ振動子５の直方体部５Ａを含めて、一波長共振長さとなっている。３及び４は、縦振動子２の電歪素子と電極である（縦振動子１も同様の電歪素子と電極を具備するものであるが省略）。
【００１８】
６は複合曲げ振動子５に固定ねじ８で締結されたキャピラリ、７は複合曲げ振動子５とキャピラリ６の軸中心貫通孔、９及び１０は縦振動子１及び２の縦振動モード、１１及び１２はそれぞれ縦振動子１及び２によって複合曲げ振動子５に誘起された相互に直交する曲げ振動モードである。
【００１９】
図１で、駆動用振動子の金属部分及び複合曲げ振動子を、外径 7mmのアルミニウム合金（JIS A 5056 B）で構成し、複合曲げ振動子の貫通孔は穴径1.6 〜2.0mm とし、キャピラリはアルミナで外径1.6mm 、穴径0.7mm 、長さ11.1mmを使用し、キャピラリ突出長さを6.5mm として同キャピラリを固定用ねじ（Ｍ1.6 、Ｐ0.5 ）で0.4kgfcmのトルクで複合曲げ振動子に締付ける。キャピラリ先端振動速度は、複合曲げ振動子の先端振動速度に比較して、それぞれ駆動周波数162KHZのとき 2倍以上、514KHZのとき 3倍以上の高効率の相対速度が得られた（図３）。
【００２０】
また、 2個の縦振動子の振動振幅と位相差を制御することにより、キャピラリ先端の振動モードは電気的に調整可能な軌跡となり（図２）、無方向性ワイヤボンダが得られた。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、キャピラリを振動させるために複合曲げ振動系を用いたことにより、この振動系駆動用の縦振動子の振動方向とワイヤ長さ方向とを合致させることを必要とせず、複合曲げ振動子の先端からのキャピラリ長さ（Ｌ）を調整することにより同振動子の先端速度の数倍のキャピラリ先端速度を得ることが可能になり、高作業効率で、ワイヤボンディング用キャピラリを着脱、交換できる無方向性超音波ワイヤボンダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の複合曲げ振動系を用いた超音波ワイヤボンダと各部の振動モードを示す模式図である。
【図２】  図２は、複合曲げ振動子先端の振動軌跡例である。
【図３】  図３は、本発明の原理を示す複合曲げ振動子へのキャピラリ取付構造と、同キャピラリ突出部の相対振動速度特性である。
【符号の説明】
１、２  駆動用縦振動子
３  電歪素子
４  電極
５  複合曲げ振動子
６  キャピラリ
７  ワイヤの貫通孔
８  キャピラリ固定ねじ
９、１０  縦振動子１及び２の振動モード
１１、１２  複合曲げ振動子の複合曲げ振動モード
【図１】
0003777245.tif 000002
【図２】
0003777245.tif 000003
【図３】
0003777245.tif 000004