JP4700595B2 - ワイヤボンディング装置並びにワイヤボンディング装置のボンディングツール交換方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤボンディング装置の構造並びにワイヤボンディング装置のボンディングツール交換方法及びプログラムに関する。

ワイヤボンディング装置は、ワイヤによって半導体チップのパッドとリードフレームとを接合する装置である。一般的なワイヤボンディング装置は、ボンディングアームの先端に把持されたキャピラリの位置をパッド位置に合わせてキャピラリを下降させてワイヤをパッドにボンディングした後、ワイヤを繰り出しながらキャピラリを上昇させると共にキャピラリをリードフレームの位置に移動させる。そして、再びキャピラリを降下させてワイヤをリードフレームにボンディングしてから、キャピラリを上昇させてワイヤを切断するというボンディングサイクルを繰り返すことによって多くのパッドとリードフレームとの間にワイヤを連続的に接続していく。

しかし、上記のボンディングの回数が多くなってくるに従って、キャピラリ先端は磨耗し、かつキャピラリ内部のチャンファ部にたとえばリードフレームの銀などが異物として付着し、ワイヤ切れが悪くなる等のボンディングの異常が発生してくる。そこで、キャピラリは、たとえば１００万回などの一定回数のボンディング毎に交換していくことが必要となる。通常のワイヤボンディング装置では、一日に２〜３回程度の交換が必要となる。

一般的に、キャピラリの交換は、運転員がワイヤボンディング装置を一端停止させ、手動によって行われている。一方、ワイヤボンディング装置は数十台並べて設置して同時に運転されることが多いことから、各装置での一日３回程度のキャピラリの交換は多大なメンテナンス時間の発生に結びつくという問題があった。

このような問題を解決するために、キャピラリなどのボンディングツールの交換作業を自動化したワイヤボンディング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された従来技術は、ワイヤボンディング装置にボンディングツールを保持しておくツール保持手段を備え、ボンディングアームが取り付けられているボンディングヘッドの移動機構によってボンディングアーム先端のチャックに把持されているボンディングツールの位置をツール保持手段の位置に移動、位置決めし、チャックの締め付け、及び解除を行う締め付け解除手段によってチャックの締め付け、解除を行うと共に、ボンディングアームのボンディング部に対する接離方向の動作によって前記ツール保持手段への収容と装着を行うことによってボンディングツールの交換を行うことができるようになっているものである。

特許第３０３４７７４号明細書

しかし、特許文献１に記載のツール保持手段は、円錐形状の先端部を有する孔開き円柱であるボンディングツールをボンディング部に対する接離方向と平行な方向に保持しているもので、ボンディングツールの長手方向は接離方向と平行な直線方向となっている。一方、ボンディングツールを把持してボンディングツールを接離方向に動作させるボンディングアームは、ある回転中心の周りに回転往復動作を行うものであるので、ボンディングアーム先端はボンディング部に対して円弧状に移動する。このため、特許文献１に記載された従来技術では、交換しようとするボンディングツールの長手方向とボンディングアーム先端の移動方向が同一の方向とならず、ボンディングアーム先端にあるチャックへのボンディングツールの抜差しがスムーズに行なえないという問題があった。

また、ボンディングツールの交換を行う場合には、使用済みボンディングツールに挿通されているワイヤを取り外すことと、交換後のボンディングツールにワイヤを挿通することが必要となる。特許文献１には、ボンディングヘッドとボンディングアームの移動機構及び締め付け解除手段と保持手段を用いることによって、ボンディングツールを交換することについて開示されているが、このようなワイヤの取り外し、挿通を行う機構については記載されていない。このため、特許文献１に記載された従来技術では、ボンディングツールの交換自体を自動化することはできても、それに付帯する作業を自動化することができず、ボンディング工程の中でボンディングツールを交換しながら連続してボンディングをできないという問題があった。

本発明は、ボンディングアームに設けられたチャックへのボンディングツールの抜き差しをスムーズに行うことを目的とする。また、本発明の他の目的は、ボンディング工程の中でボンディングツールを交換しながら連続してボンディングを行うことができるワイヤボンディング装置を提供することである。

本発明のワイヤボンディング装置は、先端に設けられたチャックでボンディングツールを把持し、前記ボンディングツールをボンディング面に対して弧状に接離動作させるボンディングアームと、前記チャックの開閉を行うチャック開閉機構と、ボンディングツールをその長手方向が前記チャックの軸方向となるように保持する保持部と、前記保持部を前記チャックの軸方向に直線移動させる駆動部と、を含み、前記ボンディングアームの静止状態で前記チャック開閉機構と協働して前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差し機構と、を有することを特徴とする。また、前記ボンディングツール抜差し機構の前記保持部は、前記ボンディングツール先端が当接するように前記ボンディングツールを保持し、前記保持部に取り付けられ、前記ボンディングツールを前記チャックに差し込む際に前記ボンディングアームに当接し、前記ボンディングツール先端と前記ボンディングアームとの前記チャックの軸方向の距離を所定の距離に保つスペーサを有することとしても好適である。

また、本発明のワイヤボンディング装置において、前記保持部は、前記保持部と前記チャックとの間の前記ボンディング面に沿った方向の位置ずれを弾性変形によって吸収することができる弾性部を含んでいることとしても好適であるし、前記ボンディングツール抜差し機構は、少なくとも１つの前記ボンディングツール保持部が取り付けられたターレットと、前記ターレットを回転させる回転駆動部と、を有すること、としても好適であるし、前記ボンディングツール抜差し機構は、前記ボンディングアームのボンディング面側に配置されていることとしても好適である。

また、本発明のワイヤボンディング装置において、前記ボンディングアーム先端を移動させる移動機構と、前記保持部の位置を光学的に検出する光学的位置検出手段と、を含み、前記チャックの位置を光学的位置検出手段によって検出した前記保持部の位置に合わせるように前記移動機構によって前記ボンディングアーム先端を移動させることとしても好適であるし、前記ボンディングアーム先端を振動させる振動装置を備え、ボンディングツール抜差し機構によって前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行う際に前記振動装置によって前記ボンディングアーム先端を振動させることとしても好適である。

また、本発明のワイヤボンディング装置において、捨てボンドを行う捨てボンドステージと、前記ボンディングツールに挿通されたワイヤを前記ボンディングツールに対して相対的に移動させるワイヤ送り機構と、前記ボンディングアームの動作制御と前記ワイヤ送り機構の動作制御とを行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記ボンディングアームを動作させて捨てボンドステージに捨てボンドを行ない前記ワイヤ先端に形成されたボールを除去する捨てボンド手段と、前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツール後端から引き出すワイヤ引き出し手段と、前記ボンディングアームの静止状態で前記チャック開閉機構と前記ボンディングツール抜差し機構とを協働させて前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差し手段と、前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツールに挿通させるワイヤ挿通手段と、を有することとしても好適であるし、前記ボンディングアームのボンディング面と反対側にある面に隣接して配置され、前記チャックに把持される前記ボンディングツールのワイヤ孔に向かって前記ワイヤをガイドするワイヤガイドを有することとしても好適である。

本発明のワイヤボンディング装置のボンディングツール交換方法は、先端に設けられたチャックでボンディングツールを把持し、前記ボンディングツールをボンディング面に対して弧状に接離動作させるボンディングアームを動作させて捨てボンドステージに捨てボンドを行ない、前記ボンディングツールに挿通されたワイヤ先端に形成されたボールを除去する捨てボンド工程と、前記ワイヤを前記ボンディングツールに対して相対的に移動させるワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツール後端から引き出すワイヤ引き出し工程と、前記ボンディングアームの静止状態で前記チャックを開閉するチャック開閉機構と、前記ボンディングツールをその長手方向が前記チャックの軸方向となるように保持する保持部と前記保持部を前記チャックの軸方向に直線移動させる駆動部と、を含むボンディングツール抜差し機構とを協働させて前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差し工程と、前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツールに挿通させるワイヤ挿通工程と、を有することを特徴とする。

本発明のワイヤボンディング装置のボンディングツール交換プログラムは、先端に設けられたチャックでボンディングツールを把持し、前記ボンディングツールをボンディング面に対して弧状に接離動作させるボンディングアームを動作させて捨てボンドステージに捨てボンドを行ない、前記ボンディングツールに挿通されたワイヤ先端に形成されたボールを除去する捨てボンドプログラムと、前記ワイヤを前記ボンディングツールに対して相対的に移動させるワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツール後端から引き出すワイヤ引き出しプログラムと、前記ボンディングアームの静止状態で前記チャックを開閉するチャック開閉機構と、前記ボンディングツールをその長手方向が前記チャックの軸方向となるように保持する保持部と前記保持部を前記チャックの軸方向に直線移動させる駆動部とを含むボンディングツール抜差し機構と、を協働させて前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差しプログラムと、前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツールに挿通させるワイヤ挿通プログラムと、を有することを特徴とする。

本発明は、ボンディングアームに設けられたチャックへのボンディングツールの抜き差しをスムーズに行うことができるという効果を奏する。また、本発明は、ボンディング工程の中でボンディングツールを交換しながら連続してボンディングを行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１を参照しながら本発明の実施形態であるワイヤボンディング装置の全体構成を説明する。図１において、信号線は１点鎖線で示す。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１１はＸＹテーブル２０の上にボンディングヘッド１９が設置され、ボンディングヘッド１９にはボンディングアーム１３が取り付けられている。ボンディングアーム１３は高速Ｚモータにて回転中心２７の回りに駆動されて、その先端がボンディング面である半導体ダイ１５のパッド面に対して弧状に接離動作するように構成されている。ボンディングアーム１３の先端は、半導体ダイ１５のパッド面又はリードフレーム１４の表面の近傍では上下方向であるＺ方向に移動する。ボンディングアーム１３の先端には、ボンディングツールであるキャピラリ１６が取り付けられている。ＸＹテーブル２０とボンディングヘッド１９は移動機構を構成し、移動機構はＸＹテーブル２０によってボンディングヘッド１９をボンディング面に沿った面内(ＸＹ面内)で自在な位置に移動することができ、これに取り付けられたボンディングアーム１３を高速Ｚモータで駆動させることによって、ボンディングアーム１３先端及びボンディングアーム１３先端に取り付けられたキャピラリ１６をＸＹＺの方向に自在に移動させることができる。

キャピラリ１６は円錐形状の先端部を有する孔開き円柱で、中心部のワイヤ孔に金線等で製造されたワイヤ１２を挿通させることができる構造となっている。ボンディングアーム１３は、超音波振動子２１によって超音波エネルギをキャピラリ１６に供給し、キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２をボンディング面である半導体ダイ１５のパッド面、及びリードフレーム１４に押し付けて接合させる機能を有している。

ボンディングへッド１９にはキャピラリ１６に挿通されるワイヤ１２を把持、開放する第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂとが設けられている。第１クランパ１７ａはボンディングアーム１３と共にＺ方向に移動し、ボンディングアーム１３の動作と協働してワイヤ１２を把持、開放することによってワイヤ１２の繰り出しを行うワイヤ送り機構を構成すると共にワイヤの切断を行う機能を有している。第２クランパ１７ｂは第１クランパの動作と協働してワイヤ１２の繰り出し、引き出しを行うことができる機能を有している。第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂは、少なくともいずれか一方をボンディングアーム１３のＺ方向動作とは独立してＺ方向に動作させることができるように構成し、その差動動作によってキャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２をキャピラリ１６に対して相対的に移動させ、ワイヤ１２をキャピラリ１６から引き出したりワイヤ１２をキャピラリに挿入したりするワイヤ送り機構を構成することとしても良い。また、第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂと超音波振動子２１とによってワイヤ１２をキャピラリに挿入するワイヤ送り機構を構成するようにしてもよい。この場合には、第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂとを共に開放状態とし、超音波振動子２１でキャピラリ１６を振動させて、ワイヤ１２をキャピラリ１６のワイヤ孔に挿通させていく。挿通させる際に後に述べる真空配管によってワイヤ１２を吸引して、よりスムーズにワイヤ１２の挿通を行えるように構成してもよい。

ボンディングアーム１３のボンディング面と反対側で、ボンディングアーム１３と第１クランパ１７ａとの間には、ワイヤ送り機構によってキャピラリ１６のワイヤ孔にワイヤ１２を挿通していく際に、ワイヤ１２をガイドするワイヤガイド２８が設けられている。ワイヤガイド２８は第１クランパ１７ａの側に広がった漏斗形状であり、広い側の口から入ったワイヤ１２を狭い口からキャピラリ１６のワイヤ孔に向かってガイドされるように構成されている。

ＸＹテーブル２０のボンディングアーム１３の先端側にはリードフレーム１４をガイドする２本の搬送ガイド２２が設けられ、この搬送ガイド２２によって半導体ダイ１５の装着されたリードフレーム１４が図中のＸ方向に向かって搬送される。各搬送ガイド２２の間には、ボンディングを行うボンディングステージ２３が設けられ、ボンディングステージ２３に搬送されたリードフレーム１４はボンディングステージ２３に吸着固定される。

上記のワイヤボンディング装置１１は内部にＣＰＵを持つ制御部７１によって各部の位置の検出及び動作制御が行われ、半導体ダイ１５とリードフレーム１４との間をワイヤ１２によって接続する。制御部７１のＣＰＵは動作制御プログラムによって動作制御指令を出力する。ＸＹテーブル２０には、ボンディングへッド１９のＸＹ方向位置を検出するＸＹ位置検出手段２５が設けられている。ＸＹ位置検出手段２５は基準点からのＸ及びＹ方向の各距離を測定してボンディングへッド１９の位置を検出するものであってもよいし、ＸＹテーブルの基準点からボンディングへッド１９の基準点までの距離を測定してボンディングへッド１９の位置を検出するものであってもよい。ＸＹ位置検出手段は、非接触式であってもよいし、接触式であってもよい。また、ボンディングへッド１９にはボンディングアーム１３の回転中心２７の回りの回転角度を検出することによってボンディングアーム１３先端のＺ方向高さあるいはキャピラリ１６先端のＺ方向高さを検出するＺ位置検出手段２６が設けられている。Ｚ位置検出手段は回転角度を検出するものでなく、ボンディングアーム１３先端やキャピラリ１６先端の位置を直接検出するようなものであってもよい。また、Ｚ位置検出手段２６も非接触式であってもよいし、接触式であってもよい。

ボンディングへッド１９には、半導体ダイ１５、リードフレーム１４、ボンディングツール抜差し機構などの画像を取得する撮像手段であるカメラ２４が取り付けられている。カメラ２４はボンディング面に沿った方向の面（ＸＹ面）における各部の平面画像を取得することに加えて、鏡やプリズムなどの光路変更手段を組み合わせることによって各部の立面画像を取得するように構成することができる。カメラ２４によって取得された平面画像、立面画像は制御部７１によって画像処理され、各部のＸＹＺ方向の位置が検出される。カメラ２４と制御部７１の画像処理手段は光学的位置検出手段を構成する。カメラ２４は画像信号を取得することができるものであれば絞り機構やシャッタ等の無い撮像素子とレンズ等によって構成されるものでもよい。

上記のＸＹ位置検出手段２５、Ｚ位置検出手段２６、及び撮像手段であるカメラ２４の検出信号は、それぞれＸＹ位置検出インターフェース８７、Ｚ位置検出インターフェース８１、カメラインターフェース７７を介してデータバス７３から制御部７１に接続され、各信号が制御部７１に入力されるように構成されている。また、ＸＹテーブル２０、Ｚモータ、第１および第２クランパ１７ａ，１７ｂ、及び超音波振動子２１はそれぞれＸＹテーブルインターフェース８５、Ｚモータインターフェース８２、クランパ開閉インターフェース７９、超音波振動子インターフェース８３を介してデータバス７３から制御部７１に接続され、制御部７１からの指令によって各機器が動作するように構成されている。

データバス７３には記憶部７５が接続されている。記憶部７５は制御部７１の行う位置検出処理や、制御指令出力動作に必要なデータを保持しており、制御部７１からの指令によってデータを制御部７１に出力し、或いは入力された信号データなどを記憶、保持する。

図２に示すように、ボンディングアーム１３の先端にはボンディングツールであるキャピラリ１６を把持するチャック１８ａとチャック１８ａの開閉を行うためのレンチ孔１８ｂが設けられている。ボンディングステージ２３のボンディングへッド１９と反対側で、ボンディングアーム１３のボンディング面側には、ボンディングアーム１３のチャック１８ａにキャピラリ１６を抜差しするボンディングツール抜差し機構３１と、ボンディングアーム１３のレンチ孔１８ｂにレンチ３３ａを抜差し及び回転させるチャック開閉機構３３と捨てボンドが行われる捨てボンドステージ３５とが設けられている。捨てボンドステージ３５はボンディング面である半導体ダイ１５のパッド面と略同一のＺ方向位置となるように構成されている。

図３(ａ)、(ｂ)を参照しながらボンディングアーム先端のチャック１８ａの構成について説明する。図３(ａ)に示すように、チャック１８ａは閉じた状態でキャピラリ１６の円筒部を把持する円筒状の孔であり、孔の大きさを拡大して開閉することができるように一端にスリット１８ｃが設けられている。レンチ孔１８ｂの一端は上記のスリット１８ｃにつながっている円筒面形状で他端はボンディングアーム１３先端側からボンディングへッド１９側に向かって細長く延びた三角形状の孔となっている。レンチ孔１８ｂはボンディングアーム１３の長手方向の孔径がボンディングアーム１３の幅方向の孔径よりも長くなるように構成されている。図３(ｂ)に示すように、レンチ孔１８ｂは、長円形断面のレンチ３３ａを差し込んで回転させることによって上記のスリット１８ｃ及びそれにつながっているチャック１８ａを開くことができるように構成されている。チャック１８ａが開いた状態では、チャック１８ａの円筒状の孔の内径はキャピラリ１６の外径よりも大きくなり、チャック１８ａにキャピラリ１６を抜差しすることができるようになっている。

閉じた状態で円筒形状のキャピラリ１６を把持し、開いた状態でキャピラリ１６の抜差しをすることができればチャック１８ａは上記のような構成に限られない。例えばボンディングアーム１３に先端からボンディングへッド１９に向かって設けられたスリットの両側にキャピラリ１６を把持する円筒面を対向して設け、上記のスリットをねじなどの締め付け具によって締め付け、解除してチャック１８ａの開閉を行うような構成としても良い。この場合締め付け具はチャック１８ａの軸方向に装着、取り外しするものであっても良いし、チャック１８ａの軸方向と直角方向から装着、取り外しするものであっても良い。

図１及び図２に示すように、ボンディングツール抜差し機構３１は、円筒形状で内面にキャピラリ１６の長手方向がチャック１８ａの軸方向となるようにキャピラリ１６を保持する保持部３１ａと、複数の保持部３１ａが取り付けられた円板状のターレット３１ｃと、ターレット３１ｃからボンディングアーム１３に向かって突出したスペーサ３１ｂと、ターレット３１ｃをチャック１８ａの軸方向に直線移動させる直線駆動部３１ｄと、ターレット３１ｃを回転させるためのモータ３１ｅと、ターレット３１ｃ又はモータ３１ｅの回転軸と共に回転するプーリ３１ｆと、プーリ３１ｆに掛けられてモータ３１ｅの回転力を伝達するベルト３１ｇと、によって構成されている。ボンディングツール抜差し機構３１には、保持部３１ａの内面の空気を排気する真空配管３８が接続されており、真空配管３８には開閉によって空気の排気と遮断を行う真空バルブ３７が設けられている。

本実施形態ではボンディングツール抜差し機構３１は、ボンディングアーム１３のボンディング面側に配置されるよう構成されているが、キャピラリ１６を保持してキャピラリ１６をチャック１８ａへの抜差しが行なえれば、ボンディング面側ではなくボンディング面と反対側に配置されるように構成されてもよい。

ボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄと、モータ３１ｅはボンディングツール抜差し機構インターフェース９１を介して制御部７１に接続され、チャック開閉機構３３の直線駆動部３３ｄと、モータ３３ｅはチャック開閉機構インターフェース８９を介して制御部７１に接続され、真空バルブ３７は真空バルブインターフェース９３を介して制御部７１に接続され、制御部７１の指令によって駆動制御されるように構成されている。

図２に示すように、チャック開閉機構３３は、長円形断面でレンチ孔１８ｂに差し込まれるレンチ３３ａと、レンチ３３ａをレンチ孔１８ｂの軸方向に直線移動させる直線駆動部３３ｄと、レンチ３３ａを回転させるためのモータ３３ｅと、レンチ３３ａ又はモータ回転軸と共に回転するプーリ３３ｆと、プーリ３３ｆに掛けられてモータ３３ｅの回転力を伝達するベルト３３ｇと、によって構成されている。

チャック開閉機構３３は、レンチ３３ａとボンディングツール抜差し機構３１に保持されたキャピラリ１６とののＸＹ方向の相対位置が、ボンディングアーム１３に設けられたチャック１８ａとレンチ孔１８ｂとの相対位置と略同一位置となるように、ワイヤボンディング装置１１のＹ方向に向かって並んで配置されている。チャック開閉機構３３の配置位置はレンチ３３ａとボンディングツール抜差し機構３１に保持されたキャピラリ１６とのＸＹ方向の相対位置が、ボンディングアーム１３に設けられたチャック１８ａとレンチ孔１８ｂとの相対位置と略同一位置となるようになっていれば、Ｙ方向に並んで配置されていなくともかまわない。

チャック開閉機構３３はボンディングツール抜差し機構３１と同様にボンディングアーム１３のボンディング面側に配置されているが、レンチ孔１８ｂへのレンチ３３ａの抜差しと回転ができればボンディングアーム１３のボンディング面と反対側に配置されていてもよい。また、チャック開閉機構３３はボンディングツール抜差し機構３１と同一方向に配置されず、例えばボンディングツール抜差し機構３１がボンディングアーム１３のボンディング面側に配置され、チャック開閉機構がボンディングアーム１３のボンディング面と反対側に配置されるように構成されていてもよい。更に、チャック１８ａの開閉をねじなどの締結具によって行う場合には、チャック開閉機構３３はチャック１８ａの軸方向と直角方向等他の方向に設けられるように構成されていてもかまわない。

図４を参照しながらターレット３１ｃに取り付けられた保持部３１ａとスペーサ３１ｂについて説明する。図４(ａ)、(ｂ)に示すように、保持部３１ａは円筒状の弾性部４２と弾性部４２の一端の内面に嵌まり込むように設けられた剛体部４３とを備えている。弾性部４２の内径はキャピラリ１６外径よりも少し小さくなっており、弾性部４２の半径方向の弾性変形によってキャピラリ１６を挟みこめるように構成されている。剛体部４３は弾性部４２の内面に嵌まり込むと共に一端がターレット３１ｃに接するように取りつけられている。剛体部４３は弾性部４２に差し込まれたキャピラリ１６の先端が当接することによって、ターレット３１ｃの図示しない基準面とキャピラリ１６の先端とのチャック１８ａの軸方向の距離を所定の距離に保つことができるように構成されている。ターレット３１ｃに複数の保持部３１ａが設けられている場合には、各保持部３１ａの剛体部４３のキャピラリ１６との当接面はターレット３１ｃの図示しない基準面から同一距離になるように構成され、各キャピラリ１６とターレット３１ｃの図示しない基準面とのチャック１８ａの軸方向の各距離を所定の距離に保つことができるように構成されている。

ターレット３１ｃのボンディングアーム１３の側にはスペーサ３１ｂが突出して設けられている。図４(ｂ)に示すように、スペーサ３１ｂはターレット３１ｃと一体として構成されてもよいし、別体として製作したものを固定取付けするようにしてもよい。スペーサ３１ｂのボンディングアーム１３側はボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面に当接してターレット３１ｃの図示しない基準面とボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面とのチャック１８ａの軸方向の距離を所定の距離に保つことができるように構成されている。図４(ａ)に示すように、スペーサ３１ｂはターレット３１ｃに取り付けられた保持部３１ａの内周側に連続して突出したリング状に構成されてもよいし、各保持部３１ａのボンディングアーム１３の先端側にそれぞれ設けられた突起として構成されていてもよい。また、保持部３１ａの外周側にリング状に突出していても良いし、各保持部３１ａのボンディングアーム１３のボンディングへッド側にそれぞれ設けられた突起として構成されていてもよいし、これらを組み合わせた構成となっていてもよい。複数の保持部３１ａがターレットに取りつけられている場合には、上記のスペーサ３１ｂは各保持部３１ａに対応して設けられ、そのボンディングアーム１３に当接する各面はターレット３１ｃの図示しない基準面から同一距離となるように構成されている。

以上述べたように、保持部３１ａの剛体部４３のキャピラリ１６との当接面とスペーサ３１ｂのボンディングアーム１３への当接面とは、共にターレット３１ｃの図示しない基準面からのチャック１８ａの軸方向の距離がそれぞれの所定の距離となるように構成されている。このため、保持部３１ａの剛体部４３のキャピラリ１６との当接面とスペーサ３１ｂのボンディングアーム１３への当接面との間のチャック１８ａの軸方向の距離も所定の距離を保つことができる。そして、キャピラリ１６の先端が剛体部４３に当接し、スペーサ３１ｂの当接面がボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面に当接した状態においては、キャピラリ１６の先端とボンディングアーム１３との相対距離を所定の距離に保持することができる。

図４(ｂ)の１点鎖線で示すように、弾性部４２はチャック１８ａの軸方向と直角方向にも弾性変形することができるように構成されている。これにより、ボンディングアーム１３のチャック１８ａの中心軸のＸＹ方向の位置と保持部３１ａに保持されているキャピラリ１６の中心軸のＸＹ方向の位置とにずれが生じた際には、弾性部４２は横方向の変形、及びその横方向への回転変位によって上記のずれを吸収し、キャピラリ１６の保持部３１ａへの抜差しをスムーズに行なうことができる。また、保持部３１ａに保持されたキャピラリ１６の中心軸のＸＹ方向位置とボンディングアーム１３のチャック１８ａの中心軸のＸＹ方向位置とにずれが生じた際にも上記と同様に弾性部４２の弾性変形によってそのずれを吸収することができる。弾性部４２とスペーサ３１ｂとの間にはクリアランスを設けてありスペーサ３１ｂの方向へのずれ及び上記弾性変形を許容することができるように構成されている。

以上述べた保持部３１ａの弾性部４２は弾性変形ができるゴムによって構成されていてもよいし、弾性変形ができるものであれば、樹脂などによって構成されていてもよいし、コイルバネによって構成されて中心孔にキャピラリ１６を保持することができるような構成でもよいし、一部にゴムや樹脂、バネなどの弾性部を有してキャピラリ１６の保持と上記のずれの吸収ができるようにした金属などの剛体で構成するようにしてもよい。また、保持部３１ａの剛体部４３は金属やセラミックスなどの剛体によって構成されている。ターレット３１ｃ及びスペーサ３１ｂは金属などの剛体部材によって構成されている。

図４（ｂ）に示すように、ターレット３１ｃには真空装置に接続されている真空配管３８が取り付けられ、ターレット３１ｃと保持部３１ａの剛体部４３には剛体部４３のキャピラリ１６の当接面と真空配管３８とを連通させる排気孔４７が設けられている。排気孔４７はキャピラリ１６の先端が当接しない位置に設けられ、弾性部４２内部の空気を真空装置に排気できるよう構成されている。ターレット３１ｃが回転する場合にはターレット３１ｃと真空配管３８との接続部を回転可能に構成することとしても良い。

以上説明した本実施形態のワイヤボンディング装置１１によってボンディング工程中において連続してキャピラリ１６の交換を行う際の動作について説明する。図５はキャピラリ１６の交換シーケンスを示すフローチャートであり、図６から図１３は主要な各ステップにおけるワイヤボンディング装置１１の動作を示す。

ボンディングサイクルが所定回数に達したり、所定の時間が経過したりした場合には、制御部７１は、図５のステップＳ１０１に示すように、ワイヤボンディング装置１１のボンディング動作を停止する指令を出力して、ボンディング動作を停止して、キャピラリ交換動作を開始する。図６に示すように、ワイヤボンディング装置１１のボンディング動作を停止した状態では、キャピラリ１６はボンディングステージ２３の上の基準位置に位置しており、ボンディングアーム１３先端には使用済みキャピラリ１６ａが把持された状態となっている。

図５のステップＳ１０２及び図７に示すように、制御部７１は、ＸＹテーブル２０によってボンディングヘッド１９を移動させ、使用済みキャピラリ１６ａの位置を捨てボンドステージ３５上方の所定の位置に移動させる。制御部７１は使用済みキャピラリ１６ａの位置をＸＹ位置検出手段２５によって検出し、その位置が上記の所定の位置となった場合にボンディングヘッド１９の移動を停止する。使用済みキャピラリ１６ａの位置が捨てボンドステージ３５上方の所定の位置となったら、図５のステップＳ１０３に示すように、制御部７１はボンディングアーム１３をＺモータによって駆動して使用済みキャピラリ１６ａの先端を捨てボンドステージ３５の面に対して接離動作させると共に第１クランパ１７ａによるワイヤ１２の把持、開放の動作を協調させて使用済みキャピラリ１６ａの先端側のワイヤ１２に残っているボール３９を捨てボンドステージ３５にボンディングしてテールワイヤ４１を導出する捨てボンドを行う。以上説明した、図５のステップＳ１０２からステップＳ１０３は捨てボンド工程を構成する。

図７（ａ）に示すように、捨てボンドの開始前は、ボンディングアーム１３に把持された使用済みキャピラリ１６ａは捨てボンドステージ３５の上方に位置している。使用済みキャピラリ１６ａのワイヤ孔にはワイヤガイド２８を通ったワイヤ１２が挿通され、ワイヤ１２の先端にはボール３９が形成されている。第１クランパ１７ａ及び第２クランパ１７ｂは共に開放状態となっている。

捨てボンドが開始されると、図７（ｂ）に示すように、ボンディングアーム１３の下降動作によって使用済みキャピラリ１６ａが捨てボンドステージ３５に向かって降下し、その先端でボール３９を捨てボンドステージ３５の面に圧着させ、捨てボンドステージ３５の面に圧着ボール４０を形成する。この際、第１クランパ１７ａは使用済みキャピラリ１６ａと共に下降する。

図７（ｃ）に示すように、ボンディングアーム１３の上昇動作によって使用済みキャピラリ１６ａを捨てボンドステージ３５から上昇させる。この際、第１クランパ１７ａも開状態のまま使用済みキャピラリ１６ａと共に上昇する。使用済みキャピラリ１６ａに挿通されているワイヤ１２の先端は圧着ボール４０となって捨てボンドステージ３５の面に圧着固定されていることから、この使用済みキャピラリ１６ａと第１クランパ１７ａの上昇動作によって使用済みキャピラリ１６ａの先端にテールワイヤ４１が導出される。

図７（ｄ）に示すように、使用済みキャピラリ１６ａと第１クランパ１７ａとが所定の高さまで上昇した後、第１クランパ１７ａを閉じてワイヤ１２を把持し、更に第１クランパ１７ａを閉じた状態で使用済みキャピラリ１６ａと第１クランパ１７ａとを上昇させることによって、テールワイヤ４１と圧着ボール４０とを切断し、使用済みキャピラリ１６ａの先端からテールワイヤ４１が延びた状態となる。この状態で捨てボンド動作は終了する。

この捨てボンド動作によって使用済みキャピラリ１６ａの先端側のワイヤ１２に残っていたボール３９が取り除かれるので、ワイヤ１２を使用済みキャピラリ１６ａのワイヤ孔を通して引き出せる状態となる。

捨てボンド工程が終了すると、制御部７１は、図５のステップＳ１０４及び図８に示すようにワイヤ引き出し工程を行う。第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂとを差動させることによってワイヤ１２を使用済みキャピラリ１６ａから引き出すワイヤ引き出し動作を行う。ワイヤ引き出し動作は図８（ａ１）から（ｇ１）に示すように第１クランパ１７ａを上下に動作させる方法と図８（ａ２）から（ｇ２）に示すように第２クランパを動作させる方法と、第１クランパ１７ａとボンディングアーム１３とを共に上下させる方法があるが、いずれの方法によってワイヤの引き出しを行ってもよい。ワイヤ引き出し動作における第１クランパ１７ａ、第２クランパ１７ｂ、ワイヤ１２の動作を図８（ａ１）から（ｇ１）を参照しながら説明する。

図８（ａ１）に示すように、ワイヤ引き出し動作開始前においては、使用済みキャピラリ１６ａに挿通されているワイヤ１２は第１クランパ１７ａ及び第２クランパ１７ｂによって把持されている。使用済みキャピラリ１６ａの先端からはワイヤ１２の一端がテールワイヤ４１として延出している。ワイヤ引き出し動作が開始されると、図８（ｂ１）に示すように、第２クランパ１７ｂを開状態とし、次いで、図８（ｃ１）に示すようにワイヤ１２を把持している第１クランパ１７ａを上昇させてワイヤ１２を使用済みキャピラリ１６ａの後端より上に引き出す。ワイヤ１２が使用済みキャピラリ１６ａの後端から引き出され、その先端がワイヤガイド２８の位置に達したら、図８（ｄ１）に示すように第１クランパ１７ａの上昇を停止して第２クランパ１７ｂを閉として第２クランパ１７ｂによってワイヤ１２を把持する。次に図８（ｅ１）に示すように、第１クランパ１７ａを開として第１クランパ１７ａによるワイヤ１２の把持を開放し、図８（ｆ１）に示すように第１クランパ１７ａを当初の位置に戻す。図８（ｇ１）に示すように、第１クランパ１７ａが当初の位置に戻ったら、第１クランパ１７ａを閉として、第１、第２クランパ１７ａ，１７ａによってワイヤ１２を把持する。この状態で、ワイヤ１２の先端位置はワイヤガイド２８の位置まで上昇し、使用済みキャピラリ１６ａのワイヤ孔からワイヤ１２の引き出しが終了する。また、図８（ａ２）から（ｇ２）に示すように、第１クランパ１７ａに代えて第２クランパ１７ｂを上下に移動させてワイヤ孔からワイヤ１２を引き出しても良い。更に、図８（ａ３）から（ｇ３）に示すように、第１クランパ１７ａとボンディングアーム１３とを共に上下に移動させてワイヤ１２の引き出しを行ってもよい。

ワイヤ引き出し工程が終了すると、制御部７１は、図５のステップＳ１０５からＳ１１８に示すようにボンディングツール抜差し工程を行なう。図５のステップＳ１０５及び図９に示すように、制御部７１はボンディングツール抜差し機構３１のキャピラリ１６の挿入されていない保持部３１ａの位置とレンチ３３ａの位置とがチャック１８ａとレンチ孔１８ｂとのＹ方向の間隔と同様の間隔でＹ方向に並ぶ抜差し動作位置に来るようにターレット３１ｃをモータ３１ｅによって回転させる。保持部３１ａの位置は、カメラ２４によって取得した保持部３１ａの平面画像を制御部７１によって処理する光学的位置検出手段によって制御部７１に取得される。そして、測定された保持部３１ａの位置が上記の抜差し動作位置となったら、制御部７１はターレット３１ｃの回転を停止する。このように、光学的位置検出手段によって正確な位置検出をすることができ、位置合わせ精度を向上させることができるという効果を奏する。また、位置精度が確保できれば、モータをステッピングモータとして所定の角度を回転させて保持部３１ａを抜差し動作位置に移動させるようにしてもよいし、ターレット３１ｃの回転角度を測定する角度センサを取り付けて回転角度から保持部３１ａの位置を検出し、抜差し動作位置にターレット３１ｃの保持部３１ａを回転させるようにしても良い。

図５のステップＳ１０６に示すように、制御部７１は、ＸＹテーブル２０によって、光学的位置検出手段によって検出した保持部３１ａの位置にボンディングアーム１３先端のチャック１８ａの位置を合わせるようにボンディングへッドを移動させる。この移動によって使用済みキャピラリ１６ａの中心軸位置は、保持部３１ａの中心位置に移動する。制御部７１はチャック１８ａのＸＹ位置又は使用済みキャピラリ１６ａのＸＹ位置をＸＹ位置検出手段２５によって検出し、その位置が保持部３１ａの中心位置となった場合にボンディングヘッド１９の移動を停止して使用済みキャピラリ１６ａの位置合わせを終了する。上記の位置合わせでも、保持部３１ａの位置を光学的位置検出手段によって正確に検出することができることから、位置合わせ精度を向上させることができる。位置合わせの終了した状態では、保持部３１ａの中心線のＸＹ方向の位置は、ボンディングアーム１３のチャック１８ａの中心軸のＸＹ方向の位置と略同一の位置となっている。また、ボンディングアーム１３のレンチ孔１８ｂのＸＹ方向位置は、チャック開閉機構３３のレンチ３３ａのＸＹ方向位置と略同一位置となっている。

そして、制御部７１は使用済みキャピラリ１６ａの先端位置がボンディング面と同一高さとなるようにＺ方向の位置合わせを行う。制御部７１はＺ位置検出手段２６によって使用済みキャピラリ１６ａ先端のＺ方向データを取得しながら、使用済みキャピラリ１６ａの先端のＺ方向位置がボンディング面と同一位置となるようにＺモータによってボンディングアーム１３を動作させる。制御部７１はＺ位置検出手段２６からの使用済みキャピラリ１６ａ先端のＺ方向データが所定の値になった場合に使用済みキャピラリ１６ａの先端がボンディング面と同一のＺ方向位置となったと判断してボンディングアーム１３の動作を停止させ、Ｚ方向の位置合わせを終了する。本実施形態では、上記のようにＸＹ方向の位置合わせとＺ方向の位置合わせとを別々に行うこととして説明したが、これらの位置合わせを同時に行うようにしてもよい。

上記のように、ボンディングアーム１３に把持された使用済みキャピラリ１６ａの中心軸の位置と保持部３１ａの中心軸の位置との位置あわせと、レンチ孔１８ｂの位置とレンチ３３ａの位置との位置合わせが終了すると図１０（ａ）に示すような状態となる。制御部７１はボンディングアーム１３の位置をこの静止状態に保持させる。静止状態の保持は、例えばＺモータのコイル電流を制御してその状態を保持させることとしても良いし、Ｚモータ或はボンディングアーム１３の回転機構にブレーキを掛けることなどによって行うことができる。

ボンディングアーム１３を静止状態とした後、制御部７１は、図５のステップＳ１０７，Ｓ１０８及び図１０（ｂ）に示すように、ボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄをボンディングアーム１３に向かって直線駆動させる。この動作によって直線駆動部３１ｄに接続されているターレット３１ｃ及びターレット３１ｃに取りつけられている保持部３１ａ、スペーサ３１ｂも同時にボンディングアーム１３に向かって直線的に上昇移動する。するとボンディングアーム１３の先端に把持された使用済みキャピラリ１６ａが保持部３１ａの中に入り込んでくる。保持部３１ａの円筒状の弾性部４２の内径は使用済みキャピラリ１６ａの外径よりも少し小さくなっているので、弾性部４２の弾性変形によって保持部３１ａに使用済みキャピラリ１６ａが挟み込まれて保持される。そして、所定の高さ、例えば、スペーサ３１ｂの当接面がボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側の面に当接するＺ方向位置となると、制御部７１は直線駆動部３１ｄの直線駆動を停止する。上記の直線移動は保持部３１ａをボンディングアーム１３に把持された使用済みキャピラリ１６ａの軸方向、あるいはボンディングアーム１３のチャック１８ａの軸方向に向かっての動きであるため、ボンディングアーム１３に把持された使用済みキャピラリ１６ａを保持部３１ａにスムーズに差し込むことができるという効果を奏する。

使用済みキャピラリ１６ａを保持部３１ａに保持させた後、制御部７１は、図５のステップＳ１０９及び図１０（ｃ）に示すように、チャック開閉機構３３の直線駆動部３３ｄを駆動させてレンチ３３ａをボンディングアーム１３に向かって直線駆動させる。そして、レンチ３３ａの先端部がレンチ孔１８ｂに入る所定の位置までレンチ３３ａを上昇移動させると制御部７１はレンチ３３ａの直線移動を停止する。

レンチ３３ａがレンチ孔１８ｂに入り込んだら、制御部７１は、図５のステップＳ１１０及び図１０（ｄ）に示すように、チャック開閉機構３３のモータ３３ｅを回転させて、プーリ３３ｆ、ベルト３３ｇを介してレンチ３３ａを所定の角度、例えば、９０度回転させてチャック１８ａを開放する。先に図３で説明したように、レンチ３３ａを回転させるとチャック１８ａの内径が使用済みキャピラリ１６ａの外径よりも大きくなり、使用済みキャピラリ１６ａをチャック１８ａに抜差しすることができるようになる。この状態において、制御部７１は、図５のステップＳ１１１、Ｓ１１２及び図１０（ｄ）に示すように、ボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄをボンディングアーム１３から離れる方向に向かって直線駆動させる。この下降動作によって直線駆動部３１ｄに接続されているターレット３１ｃ及びターレット３１ｃに取りつけられている保持部３１ａ、スペーサ３１ｂも同時にボンディングアーム１３から離れる方向に向かって直線的に下降移動する。すると保持部３１ａに挟まれて保持された使用済みキャピラリ１６ａがチャック１８ａからチャック１８ａの軸方向に直線的に引き抜かれる。そして、制御部７１は、保持部３１ａのＺ方向位置が例えば、初期位置などの所定の位置まで移動してくると、直線駆動部３１ｄの直線駆動を停止して使用済みキャピラリ１６ａの引き抜きを終了する。

上記の保持部３１ａの直線移動も保持部３１ａをボンディングアーム１３に把持された使用済みキャピラリ１６ａの軸方向、あるいはボンディングアーム１３のチャック１８ａの軸方向に向かっての動きであるため、使用済みキャピラリ１６ａをボンディングアーム１３のチャック１８ａからスムーズに引き抜くことができるという効果を奏する。また、使用済みキャピラリ１６ａをチャック１８ａから引き抜く際に、ボンディングアーム１３に取り付けられた超音波振動子２１によってボンディングアーム１３の先端部を振動させてもよい。これによって、使用済みキャピラリ１６ａをチャック１８ａからよりスムーズに引き抜くことができるという効果を奏する。

使用済みキャピラリ１６ａの引き抜きが終了した状態では、ボンディングツール抜差し機構３１のターレット３１ｃとターレット３１ｃに取りつけられている保持部３１ａとスペーサ３１ｂとは初期のＺ方向位置に戻っており、保持部３１ａに挟み込まれた使用済みキャピラリ１６ａとボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面との間にはクリアランスがある状態となっている。

制御部７１は、図５のステップＳ１１３及び図１１（ａ）に示すように、ボンディングツール抜差し機構３１のモータ３１ｅを回転させて、交換用キャピラリ１６ｂの保持されている保持部３１ａを抜差し動作位置に回転移動させる。そして、図５のステップＳ１１４に示すように、制御部７１は、モータ３１ｅの回転によって保持部３１ａの位置を抜差し動作位置に合わせる。制御部７１は、モータ３１ｅがステッピングモータのように角度制御のできるモータである場合には、使用済みキャピラリ１６ａを引き抜く際のターレット３１ｃの角度位置からターレット３１ｃに取りつけられている各保持部３１ａの間の回転角度だけ回転するような指令を出力することによって角度位置合わせを行う。また、ターレット３１ｃの回転角度を測定する角度測定手段を設けて、その角度信号を制御部７１にフィードバックして回転角度を制御して角度合わせを行うようにしてもよい。

上記のように、交換用キャピラリ１６ｂの保持されている保持部３１ａの位置を抜差し動作位置に合わせた後、制御部７１は、図５のステップＳ１１５，Ｓ１１６及び図１１（ｂ）に示すように、ボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄによってターレット３１ｃとターレット３１ｃに取りつけられている保持部３１ａとスペーサ３１ｂと保持部３１ａに保持されている交換用キャピラリ１６ｂとをボンディングアーム１３に向かって直線的に上昇移動させる。ボンディングアーム１３はＺモータあるいはブレーキなどによって回転移動しないよう静止状態に保たれており、チャック１８ａはレンチ３３ａによって開かれている状態となっていることから、交換用キャピラリ１６ｂはその後端側からチャック１８ａに差し込まれていく。チャック１８ａに交換用キャピラリ１６ｂが更に差し込まれていくと、図１１（ｂ’）に示すように、スペーサ３１ｂのボンディングアーム１３側の当接面がボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面に当接する。制御部７１は、スペーサ３１ｂがボンディングアーム１３に当接すると、直線駆動部３１ｄの直線駆動を停止する。交換用キャピラリ１６ｂは保持部３１ａの剛体部４３にその先端が当接するようにセットされていることから、スペーサ３１ｂがボンディングアーム１３に当接することによって、交換用キャピラリ１６ｂの先端位置とボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面との距離は所定の距離に保たれ、交換用キャピラリ１６ｂの先端のＺ方向位置を所定の位置にセットすることができるという効果を奏する。

図５のステップＳ１１７及び図１１（ｃ）に示すように、制御部７１はチャック開閉機構３３のモータ３３ｅを回転させることによってレンチ３３ａを、所定の角度、例えば９０度回転させて、チャック１８ａを閉状態としてチャック１８ａよって交換用キャピラリ１６ｂを把持させる。先に説明したように、チャック１８ａを閉状態にするようにレンチ３３ａを回転させると、ボンディングアーム１３のレンチ孔１８ｂとレンチ３３ａとの間にはクリアランスができる。図５のステップＳ１１８及び図１１（ｃ）に示すように、制御部７１は直線駆動部３３ｄによってレンチ３３ａをボンディングアーム１３から離れる方向に向かって下降移動させ、レンチ３３ａを初期位置に収納する。これによってボンディングツール抜差し工程を終了する。

図１１（ｄ）に示すように、この状態では、交換用キャピラリ１６ｂは保持部３１ａに保持されたままボンディングアーム１３のチャック１８ａに把持されている状態となっているが、交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔にはワイヤ１２は挿通されていない状態である。

ボンディングツール抜差し工程が終了すると、制御部７１は、図５のステップＳ１１９からＳ１２３に示すように、交換用キャピラリ１６ｂにワイヤ１２を通すワイヤ挿通工程を行なう。図５のステップＳ１１９及び図１２（ａ１）に示すように、制御部７１は真空バルブ３７を開状態として保持部３１ａの空気を真空装置に排気する。この排気動作によって交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔には後端側から先端側に向かって空気の流れが形成される。また、制御部７１はボンディングアーム１３に取り付けられた超音波振動子２１によってボンディングアーム１３の先端部を振動させる。この振動によってワイヤ１２の先端をよりスムーズに交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔に導くことができる。

制御部７１は、図５のステップＳ１２０及び図１２（ｂ１）〜（ｇ１）に示すように、ワイヤ１２を交換用キャピラリ１６ｂに繰り出していく。図１２（ｂ１）に示すように、第２クランパ１７ｂを閉とした状態で第１クランパ１７ａを開とした後、第１クランパ１７ａを上昇させる。次いで、図１２（ｃ１）に示すように第１クランパ１７ａが所定の高さまで上昇したら、その上昇を停止し、図１２（ｄ１）、（ｅ１）に示すように、第１クランパ１７ａを閉じて、第１クランパ１７ａでワイヤ１２を把持し、第２クランパ１７ｂを開として第２クランパ１７ｂによるワイヤ１２の把持を開放する。そして、図１２（ｆ１）に示すように、第１クランパ１７ａを下降させてワイヤ１２をワイヤガイド２８から交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔に挿通させていく。この際、真空装置への空気の流れと超音波振動子２１による振動とワイヤガイド２８によってワイヤ１２をスムーズに交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔に挿通させていくことができる。そして、図１２（ｇ１）に示すように、第１クランパ１７ａが初期位置に戻ったところで第２クランパ１７ｂを閉とする。この状態で、ワイヤ１２は交換用キャピラリ１６ｂの中間位置まで繰り出されている。

次に制御部７１は、図５のステップＳ１２１及び図１２（ｈ１）〜（ｎ１）に示すように交換用キャピラリ１６ｂの先端にテールワイヤを導出する。図１２（ｈ１）に示すように、制御部７１は、ボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄをボンディングアーム１３から離れる方向に直線駆動して、ターレット３１ｃとターレット３１ｃに取りつけられている保持部３１ａ、スペーサ３１ｂを下降移動させる。そして、交換用キャピラリ１６ｂの先端と保持部３１ａの底部にある剛体部４３との間に隙間を開ける。所定の隙間が開くまで、直線駆動部３１ｄによって保持部３１ａを下降移動させた後、直線駆動部３１ｄの直線駆動を停止する。そして、図１２（ｉ１）〜（ｎ１）に示すように、先に説明したと同様に第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂとを差動させることによってワイヤ１２を更に繰り出していく。交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔は先端に向かってテーパー状に内径が小さくなっているので、ワイヤ１２が空気の流れと第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂとの差動によって交換用キャピラリ１６ｂの先端に送られてくると、排気動作によって交換用キャピラリ１６ｂの先端からワイヤ１２が吸い出されるように導出されてくる。先端に導出されたワイヤ１２はテールワイヤ４１を形成する。上記のワイヤ繰り出し動作は、第２クランパ１７ｂの位置を固定し、第１クランパ１７ａを上下に動作させてワイヤの繰り出しを行うことで説明したが、図１２（ａ２）から（ｎ２）に示すように、第１クランパ１７ａを固定し、第２クランパ１７ｂを上下に動作させて上記と同様の差動を行いワイヤの繰り出しをすることとしてもよい。また、第１、第２クランパ１７ａ、１７ｂを共に開として超音波振動子２１によってボンディングアーム１３及び交換済みキャピラリ１６ｂを振動させることによってワイヤ１２を使用済みキャピラリ１６ｂの中に挿通させてもよい。

図５のステップＳ１２２に示すように、交換用キャピラリ１６ｂの先端にテールワイヤ４１が導出されると、制御部７１は真空バルブ３７を閉として排気動作を停止する。そして、図５のステップＳ１２３及び図１３（ａ）に示すように、制御部７１はボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄによってターレット３１ｃとターレット３１ｃに取りつけられている保持部３１ａ、スペーサ３１ｂをボンディングアーム１３から離れる方向に下降移動させ、初期位置に戻す。交換用キャピラリ１６ｂはボンディングアーム１３のチャック１８ａに把持されており、ボンディングアーム１３は静止状態となっているので、この動作によって保持部３１ａから交換用キャピラリ１６ｂを引き抜くことができる。直線駆動部３１ｄによって保持部３１ａはボンディングアーム１３のチャック１８ａの軸方向に直線移動することから、ボンディングアーム１３に把持された交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａからスムーズに引き抜くことができる。また、ボンディングアーム１３に取り付けられた超音波振動子２１によってボンディングアーム１３の先端部を振動させて交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａから引き抜くようにしてもよい。これによって、交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａからよりスムーズに引き抜くことができる。

図５のステップＳ１２４からステップＳ１２５に示すように、制御部７１は、ＸＹテーブル２０によってボンディングへッド１９をＸＹ方向に移動させて、ボンディングアーム１３に把持された交換用キャピラリ１６ｂの先端位置を図示しない放電装置のあるスパークポジションに移動させる。そして放電装置によって交換用キャピラリ１６ｂの先端に導出しているテールワイヤ４１をボール３９に成形する。そして、図５のステップＳ１２６及び図１３（ｂ）に示すように、制御部７１はＸＹテーブル２０によってボンディングへッド１９をＸＹ方向に移動させて、交換用キャピラリ１６ｂの先端位置をボンディングステージ２３の上のボンディング位置に復帰させる。そして、図５のステップＳ１２７に示すように、再度ボンディング動作を開始する。

以上説明した本実施形態のワイヤボンディング装置１１は、ボンディング動作の停止からワイヤ１２の引き出し、キャピラリ１６の交換、ワイヤ１２のキャピラリ１６への挿通を連続的に行い、再びボンディング動作を開始することができる。このため、ボンディング工程の中でボンディングツールを交換しながら連続してボンディングを行うことができるという効果を奏する。また、ターレット３１ｃによって複数の交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａに保持し、ターレット３１ｃを回転させながら複数回のキャピラリ交換をボンディング工程の中で連続的に行うことができることから、長時間の連続運転を可能とすることができるという効果を奏する。

以上述べた実施形態においては、回転式のターレット３１ｃに複数の保持部３１ａとスペーサ３１ｂを取り付けた構成として説明したが、回転式ではなく、例えばＹ方向に直線的に移動する直線移動式のスライダに複数の保持部３１ａとスペーサ３１ｂを取り付けて構成してもよい。

また、上記の実施形態においては、保持部３１ａはキャピラリ１６を保持する円筒状の弾性部４２と円筒状の弾性部４２に嵌まり込んだ剛体部４３によって構成され、弾性部４２の弾性変形によってボンディングアーム１３のチャック１８ａの中心線と保持部３１ａの中心との位置ずれを吸収することができるような構造として説明したが、保持部３１ａの構成はこのような構成に限られない。例えば、図１４に示すように、ターレット３１ｃに取りつけられている剛体の基板４５に弾性体によって構成された弾性部４６を設け、弾性部４６にキャピラリ１６を保持する剛体の保持筒４４を取り付けた構成としてもよい。このように構成することによって、ボンディングアーム１３のチャック１８ａの中心線と保持部３１ａの中心との位置ずれを弾性部４６の弾性変形によって吸収することができる。図１４に示すような構造の保持部３１ａでは、キャピラリ１６の先端の当接面とターレット３１ｃとの間に弾性部４６が挟まれることから、スペーサ３１ｂ’はターレット３１ｃに取り付けるのではなく、キャピラリ１６の先端が当接している保持筒の側面に取り付けられる構造となっている。このような構造とすることによって、キャピラリ先端とボンディングアーム１３のボンディングツール抜差し機構側面との距離を所定の距離に保つことができる。

このように構成された保持部３１ａを１つ又は複数個ターレット３１ｃに配置してボンディングツール抜差し機構３１を構成してもよいし、１つ又は複数個を直線移動式のスライダに取り付けてボンディングツール抜差し機構を構成してもよい。

上記の実施形態では、第１、第２クランパ１７ａ，１７ｂの差動動作と保持部３１ａの空気を真空装置に排気することによって交換用キャピラリ１６ｂにワイヤを挿通させることとして説明したが、保持部３１ａの空気を真空装置に排気せずに、第１、第２クランパ１７ａ，１７ｂの差動動作によって交換用キャピラリ１６ｂにワイヤを挿通させることとしても良い。このように、保持部３１ａの空気を真空装置に排気せず、第１、第２クランパ１７ａ，１７ｂの差動動作によって交換用キャピラリ１６ｂにワイヤを挿通させる実施形態について説明する。

保持部３１ａの空気を真空装置に排気しないので、上記のような実施形態のワイヤボンディング装置１１は、図１に示したワイヤボンディング装置１１から真空バルブ３７、真空配管３８、真空バルブインターフェース９３を取り外したものであり、ターレット３１ｃの排気孔４７も有していない。このようなワイヤボンディング装置１１によってボンディング工程中において連続してキャピラリ１６の交換を行う際の動作を説明する。先に示した図５〜図１３の動作と同様の動作については説明を省略する。

図１５は、上記のように保持部３１ａの空気を真空装置に排気しない実施形態のキャピラリの交換シーケンスを示すフローチャートである。図１５において、ステップＳ２０１からステップＳ２１８までの各工程は先に説明した実施形態の動作と同様である。

図１５のステップＳ２１８でボンディングツール抜差し工程は終了し、交換用キャピラリ１６ｂはボンディングアーム１３のチャック１８ａによって把持され、レンチ３３ａは降下して初期位置に収納されている。

図１５のステップＳ２１９及び図１６（ａ１），（ｂ１）に示すように、制御部７１は、ボンディングツール抜差し機構３１の直線駆動部３１ｄによって保持部３１ａをボンディングアーム１３から離れる方向に下降移動させ、初期位置に戻す。交換用キャピラリ１６ｂはボンディングアーム１３のチャック１８ａに把持されており、ボンディングアーム１３は静止状態となっているので、この動作によって保持部３１ａから交換用キャピラリ１６ｂを引き抜くことができる。直線駆動部３１ｄによって保持部３１ａはボンディングアーム１３のチャック１８ａの軸方向に直線移動することから、ボンディングアーム１３に把持された交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａからスムーズに引き抜くことができる。また、ボンディングアーム１３に取り付けられた超音波振動子２１によってボンディングアーム１３の先端部を振動させて交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａから引き抜くようにしてもよい。これによって、交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａからよりスムーズに引き抜くことができる。

このように保持部３１ａを降下させて交換用キャピラリ１６ｂを保持部３１ａから引き抜くと、図１６（ｂ１）に示すように、ボンディングアーム１３はＺ方向に自在に動くことができる状態となる。次に、制御部７１は交換用キャピラリ１６ｂにワイヤを挿通させるワイヤ挿通工程を行う。図５のステップＳ２２０及び図１６（ｃ１）〜（ｈ１）に示すように、制御部７１はワイヤ１２を交換用キャピラリ１６ｂに繰り出していく。図１６（ｃ１）に示すように、第２クランパ１７ｂを閉とした状態で第１クランパ１７ａを開とした後、ボンディングアーム１３及び第１クランパ１７ａを上昇させる。ワイヤ１２は第２クランパ１７ｂによって把持されていることから、ボンディングアーム１３を上昇させていくことによってワイヤ１２をワイヤガイド２８から交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔に挿通させていく。この際、超音波振動子２１による振動とワイヤガイド２８によってワイヤ１２をスムーズに交換用キャピラリ１６ｂのワイヤ孔に挿通させていくことができる。次いで、図１６（ｄ１）に示すようにボンディングアーム１３及び第１クランパ１７ａが所定の高さまで上昇し、ワイヤ１２が交換用キャピラリ１６ｂの中間位置まで挿入されたら、その上昇を停止する。そして、図１６（ｅ１）、（ｆ１）に示すように、第１クランパ１７ａを閉じて、第１クランパ１７ａでワイヤ１２を把持し、第２クランパ１７ｂを開として第２クランパ１７ｂによるワイヤ１２の把持を開放する。次いで、図１６（ｇ１）に示すように、ボンディングアーム１３と第１クランパ１７ａを初期位置まで下降させていく。そして、図１６（ｈ１）に示すように、第１クランパ１７ａが初期位置に戻ったところで第２クランパ１７ｂを閉とする。この状態で、ワイヤ１２は交換用キャピラリ１６ｂの中間位置まで繰り出されている。

次に、制御部７１は、図１５のステップＳ２２１及び図１６（ｉ１）〜（ｏ１）に示すように交換用キャピラリ１６ｂの先端にテールワイヤを繰り出す。先に説明したと同様に制御部７１は、図１６（ｉ１）〜（ｏ１）に示すように、第１クランパ１７ａと第２クランパ１７ｂとを差動させることによってワイヤ１２を更に繰り出していく。先端に繰り出されたワイヤ１２はテールワイヤ４１を形成する。上記のワイヤ繰り出し動作は、ボンディングアーム１３と第１クランパ１７ａとを共に上下に移動させてワイヤの繰り出しを行うこととして説明したが、先に示した実施形態と同様に第２クランパ１７ｂの位置を固定し、第１クランパ１７ａを上下に動作させてワイヤの繰り出しを行うこととしても良いし、第１クランパ１７ａを固定し、第２クランパ１７ｂを上下に動作させて上記と同様の差動を行いワイヤの繰り出しをすることとしてもよい。また、第１、第２クランパ１７ａ、１７ｂを共に開として超音波振動子２１によってボンディングアーム１３及び交換済みキャピラリ１６ｂを振動させることによってワイヤ１２を使用済みキャピラリ１６ｂの中に挿通させてもよい。

交換用キャピラリ１６ｂの先端にテールワイヤ４１が繰り出されると、図１５のステップＳ２２２，２２３に示すように、制御部７１は、ＸＹテーブル２０によってボンディングへッド１９をＸＹ方向に移動させて、ボンディングアーム１３に把持された交換用キャピラリ１６ｂの先端位置を図示しない放電装置のあるスパークポジションに移動させ、テールワイヤ４１をボール３９に成形する。そして、図１５のステップＳ２２４に示すように、制御部７１はＸＹテーブル２０によってボンディングへッド１９をＸＹ方向に移動させて、交換用キャピラリ１６ｂの先端位置をボンディングステージ２３の上のボンディング位置に復帰させる。そして、図１５のステップＳ２２５に示すように、再度ボンディング動作を開始する。

以上説明した実施形態のワイヤボンディング装置１１は、先に説明した実施形態と同様、ボンディング工程の中でボンディングツールを交換しながら連続してボンディングを行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の全体構成と制御系統を示す図である。 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の一部とボンディングツール抜差し機構とチャック開閉機構を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディングアーム先端のチャックとレンチ孔を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディングツール抜差し機構を構成するターレットと保持部とスペーサの斜視図と断面説明図である。 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置によるキャピラリの交換シーケンスを示すフローチャートである。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおけるワイヤボンディング装置の初期状態を示す説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおける捨てボンド動作を説明する動作説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおけるワイヤ引き出し動作を説明する動作説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおける保持部の回転と位置合わせ動作を説明する動作説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおける保持部及びレンチの上昇動作とレンチの回転動作並びに保持部の下降動作による使用済みキャピラリの引き抜き動作を示す動作説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおける保持部の回転と保持部の上昇動作による交換用キャピラリの差し込み動作とレンチの回転、下降動作による交換用キャピラリの把持を示す動作説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおける交換用キャピラリにワイヤを繰り出してテールワイヤを導出させるワイヤ挿通動作を示す動作説明図である。 図５のキャピラリ交換シーケンスにおける保持部の下降とボンディング動作への復帰を示す動作説明図である。 本発明の他の実施形態の保持部の斜視図と断面説明図である。 本発明の他の実施形態におけるワイヤボンディング装置によるキャピラリの交換シーケンスを示すフローチャートである。 図１５のキャピラリ交換シーケンスにおける交換用キャピラリにワイヤを繰り出してテールワイヤを導出させるワイヤ挿通動作を示す動作説明図である。

符号の説明

１１ ワイヤボンディング装置、１２ ワイヤ、１３ ボンディングアーム、１４ リードフレーム、１５ 半導体ダイ、１６ キャピラリ、１６ａ 使用済みキャピラリ、１６ｂ 交換用キャピラリ、１７ａ 第１クランパ、１７ｂ 第２クランパ、１８ａ チャック、１８ｂ レンチ孔、１８ｃ スリット、１９ ボンディングヘッド、２０ ＸＹテーブル、２１ 超音波振動子、２２ 搬送ガイド、２３ ボンディングステージ、２４ カメラ、２５ ＸＹ位置検出手段、２６ Ｚ位置検出手段、２７ 回転中心、２８ ワイヤガイド、３１ ボンディングツール抜差し機構、３１ａ 保持部、３１ｂ スペーサ、３１ｃ ターレット、３１ｄ 直線駆動部、３１ｅ モータ、３１ｆ プーリ、３１ｇ ベルト、３３ チャック開閉機構、３３ａ レンチ、３３ｄ 直線駆動部、３３ｅ モータ、３３ｆ プーリ、３３ｇ ベルト、３５ 捨てボンドステージ、３７ 真空バルブ、３８ 真空配管、３９ ボール、４０ 圧着ボール、４１ テールワイヤ、４２，４６ 弾性部、４３ 剛体部、４４ 保持筒、４５ 基板、４７ 排気孔、７１ 制御部、７３ データバス、７５ 記憶部、７７ カメラインターフェース、７９ クランパ開閉インターフェース、８１ Ｚ位置検出インターフェース、８２ Ｚモータインターフェース、８３ 超音波振動子インターフェース、８５ ＸＹテーブルインターフェース、８７ ＸＹ位置検出インターフェース、８９ チャック開閉機構インターフェース、９１ ボンディングツール抜差し機構インターフェース、９３ 真空バルブインターフェース。

Claims (11)

1. ワイヤボンディング装置において、
   先端に設けられたチャックでボンディングツールを把持し、前記ボンディングツールをボンディング面に対して弧状に接離動作させるボンディングアームと、
   前記チャックの開閉を行うチャック開閉機構と、
   ボンディングツールをその長手方向が前記チャックの軸方向となるように保持する保持部と、前記保持部を前記チャックの軸方向に直線移動させる駆動部と、を含み、前記ボンディングアームの静止状態で前記チャック開閉機構と協働して前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差し機構と、
   を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
2. 請求項１に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ボンディングツール抜差し機構の前記保持部は、前記ボンディングツール先端が当接するように前記ボンディングツールを保持し、
   前記保持部に取り付けられ、前記ボンディングツールを前記チャックに差し込む際に前記ボンディングアームに当接し、前記ボンディングツール先端と前記ボンディングアームとの前記チャックの軸方向の距離を所定の距離に保つスペーサ
   を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
3. 請求項１または２に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記保持部は、
   前記保持部と前記チャックとの間の前記ボンディング面に沿った方向の位置ずれを弾性変形によって吸収することができる弾性部を含んでいること
   を特徴とするワイヤボンディング装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ボンディングツール抜差し機構は、
   少なくとも１つの前記ボンディングツール保持部が取り付けられたターレットと、
   前記ターレットを回転させる回転駆動部と、
   を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ボンディングツール抜差し機構は、前記ボンディングアームのボンディング面側に配置されていることを特徴とするワイヤボンディング装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ワイヤボンディング装置は、
   前記ボンディングアーム先端を移動させる移動機構と、
   前記保持部の位置を光学的に検出する光学的位置検出手段と、を含み、
   前記チャックの位置を光学的位置検出手段によって検出した前記保持部の位置に合わせるように前記移動機構によって前記ボンディングアーム先端を移動させること
   を特徴とするワイヤボンディング装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ワイヤボンディング装置は、
   前記ボンディングアーム先端を振動させる振動装置を備え、
   ボンディングツール抜差し機構によって前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行う際に前記振動装置によって前記ボンディングアーム先端を振動させること
   を特徴とするワイヤボンディング装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ワイヤボンディング装置は、
   捨てボンドを行う捨てボンドステージと、
   前記ボンディングツールに挿通されたワイヤを前記ボンディングツールに対して相対的に移動させるワイヤ送り機構と、
   前記ボンディングアームの動作制御と前記ワイヤ送り機構の動作制御とを行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ボンディングアームを動作させて捨てボンドステージに捨てボンドを行ない前記ワイヤ先端に形成されたボールを除去する捨てボンド手段と、
   前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツール後端から引き出すワイヤ引き出し手段と、
   前記ボンディングアームの静止状態で前記チャック開閉機構と前記ボンディングツール抜差し機構とを協働させて前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差し手段と、
   前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツールに挿通させるワイヤ挿通手段と、
   を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
9. 請求項８に記載のワイヤボンディング装置において、
   前記ワイヤボンディング装置は、
   前記ボンディングアームのボンディング面と反対側にある面に隣接して配置され、前記チャックに把持される前記ボンディングツールのワイヤ孔に向かって前記ワイヤをガイドするワイヤガイド
   を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
10. ワイヤボンディング装置のボンディングツール交換方法であって、
    先端に設けられたチャックでボンディングツールを把持し、前記ボンディングツールをボンディング面に対して弧状に接離動作させるボンディングアームを動作させて捨てボンドステージに捨てボンドを行ない、前記ボンディングツールに挿通されたワイヤ先端に形成されたボールを除去する捨てボンド工程と、
    前記ワイヤを前記ボンディングツールに対して相対的に移動させるワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツール後端から引き出すワイヤ引き出し工程と、
    前記ボンディングアームの静止状態で前記チャックを開閉するチャック開閉機構と、前記ボンディングツールをその長手方向が前記チャックの軸方向となるように保持する保持部と前記保持部を前記チャックの軸方向に直線移動させる駆動部と、を含むボンディングツール抜差し機構とを協働させて前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差し工程と、
    前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツールに挿通させるワイヤ挿通工程と、
    を有することを特徴とするワイヤボンディング装置のボンディングツール交換方法。
11. ワイヤボンディング装置のボンディングツール交換プログラムであって、
    先端に設けられたチャックでボンディングツールを把持し、前記ボンディングツールをボンディング面に対して弧状に接離動作させるボンディングアームを動作させて捨てボンドステージに捨てボンドを行ない、前記ボンディングツールに挿通されたワイヤ先端に形成されたボールを除去する捨てボンドプログラムと、
    前記ワイヤを前記ボンディングツールに対して相対的に移動させるワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツール後端から引き出すワイヤ引き出しプログラムと、
    前記ボンディングアームの静止状態で前記チャックを開閉するチャック開閉機構と、前記ボンディングツールをその長手方向が前記チャックの軸方向となるように保持する保持部と前記保持部を前記チャックの軸方向に直線移動させる駆動部と、を含むボンディングツール抜差し機構とを協働させて前記チャックへの前記ボンディングツールの抜差しを行うボンディングツール抜差しプログラムと、
    前記ワイヤ送り機構によって前記ワイヤを前記ボンディングツールに挿通させるワイヤ挿通プログラムと、
    を有することを特徴とするワイヤボンディング装置のボンディングツール交換プログラム。

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