JPS609664B2

JPS609664B2 - 起音波ワイヤボンダ

Info

Publication number: JPS609664B2
Application number: JP53057635A
Authority: JP
Inventors: 一壽高島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1985-03-12
Also published as: JPS54149577A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超音波ワイヤボンダ、特にワイヤの供給不良を
検出する超音波ワイヤボンダに関する。

半導体装置、集積回路（ＩＣ）等の組立工程の一つに、
半導体素子の電極と外部リードの端子とをワイヤで接続
するワイヤボンディング工程があり、このワイヤボンデ
ィング作業には第１図で示すような超音波ワイヤボンダ
が用いられている。この超音波ワイヤポンダは、回転可
能なステージ１と、このステージ１の真上に位置するウ
ェツジ２と、このウェッジ２を先端に保持するとともに
、ゥェッジ２を超音波振動させる発振機を内蔵するホー
ン３と、ホーン３の他端を支持しつつウェッジ２を上下
動させる昇降機構部４と、この昇降機構部４を支持しか
つ平面ＸＹ方向に移動制御されるＸＹテーブル５とから
なっている。また、ゥェッジ２とともに移動するクラン
バ６がウェツジ２の側方に配設され、ホーン３の上方の
スプール７から解き出されるワイヤ８をクランプするよ
うになっている。また、図示はしないが、一般にワイヤ
８にはバックテンシヨンが加わるようになつている。こ
のような超音波ワイヤボンダにおけるワイヤボンディン
グにあっては、まずステージー上にワークを位置決め固
定する。

たとえば、半導体装置製造時の場合について説明すると
、半導体素子９をダブ１０上に固定したりード１１を有
するリードフレーム１２をステージ１上に位置決め固定
し、ゥェッジ２を第１ボンディング位置である半導体素
子９の図示しない電極上に降下させる。この際、ウェツ
ジ２の下方にはクランパ６によってワイヤ８の先端が突
出していることから、ワイヤ８の先端は電極面にウェツ
ジ２によって押圧される。その後、ホーンが超音波振動
することからウェッジ２も振動し、ワイヤ８はゥェッジ
２によって電極面に漆すり付けられて接合する。つぎに
、クランパ６を開いてワイヤ８を解放状態にした後、ウ
ヱツジ２を上昇、平面移動、下降させて第２ボンディン
グ位置であるリード１１の内端上に降下させる。ワイヤ
８はその一端が電極に固定されかつ解放状態となってい
ることから、ゥェッジ２の移動に伴なつてスプール７か
ら解き出される。また、この解き出しの際、ワイヤ８に
はバックテンション（ウヱッジ２のガイド孔内にワイヤ
が入り込むような方向性の力によって生じる。）が生じ
ていることから、ワイヤ８の剛性、バックテンション等
によってワイヤはその解き出し長さを調整され、山状の
ループを形作りながら他端部をリード１１とウェツジ２
間に挟まれる。そこで、再びゥヱッジ２は超音波振動し
、ワイヤ８の他端部はリード１１に接合される。その後
、クランパ６が閉じてワイヤ８を保持すると、ウェツジ
２は上昇する。この際、クランパ６もワイヤ８を保持し
て上昇するため、ワイヤ別こは大きな力が加わり、最も
強度が弱い接合部の付け根から切れる。そして、クラン
パはわずかにゥェッジ側に前進して、ワイヤ８の先端を
ウェッジ２の下方に位置させ、つぎのワイヤボンディン
グに備える。ところで、このようなワイヤボンディング
にあって、第１ボンディングバットにワイヤが接合され
なかったりすると、その後にクランパが開動作し、ワイ
ヤにバックテンシヨンが加わるため、ワイヤはスプール
に巻き戻され、ウェッジの下方にはワイヤが存在しなく
なる。このため、ワイヤボンディングが成されなくなる
。従来、このようなワイヤの供給不良の自動検出技術は
ネイルヘッドワイヤボンディング等他のワイヤボンディ
ング技術等ではあるが、超音波ワイヤボンダにあっては
実用的なものは開発されていない。

一方、超音波ワイヤボンディングにあっては、第２図ａ
に示すように、ワイヤ８は被接合物１３の被接合面にゥ
ヱッジ２で押圧された状態における断面形状と、同図ｂ
に示すように、ウェッジ２の超音波振動後のワイヤ断面
形状とは異なる。

すなわち、押圧動作時のワイヤ断面形状はほぼワイヤの
原形を保ち円形であるが、振動後（あるいは振動開始か
ら一定時間経た振動時）にはワイヤの原形から半分近く
押し潰された上下が平坦な楕円形状となってしまう。し
たがって、ワイヤ圧綾後において、ウェッジ２の振動前
後の高丸ま微少ではあるがワイヤ８の変形によって下が
る。たとえば、直径３０山仇めのＡＩ線ではワイヤの高
さは約半分の１５山仇程度となり、ウェッジ２も振動前
後では１５仏の前後下がる。このワェッジの高さ変位と
時間との関係は第３図に示すようになる。すなわち、実
線で示すように、ウェッジは被接合面に向かって下降し
て、ワイヤの下面部が被接合面に接し、ワイヤの上面部
にウェッジの下端押圧面が接触すると下降を停止する（
Ｐ点）。その後、ｔ，秒経過するとウェッジは振動を始
めるため、ワイヤは押し潰されてゥェッジはＱ点に達す
る。つぎにｔ２秒経過するとウェツジは上昇する。とこ
ろで、前記ｔ，およびいま現在市場にある超音波ワイヤ
ポンダでは３０〜５０のｓｅｃ程度存在する。また了被
接合面が高いと、ウェッジは同グラフの鋭線で示すよう
に、最初の停止位置は高いが「その後の動きは前記と同
様である。他方「ウェツジの下方にワイヤが存在せず
、直接ゥヱッジが被接合面に接触する場合には、被接合
面があまり窪まないため〜ウェッジの振動前後の高さ
の変位は極めて少ない。

そこで、本発明者は、ワイヤがゥェッジの下方に供給さ
れていない状態ではウェッジはその振動前後で高さに大
きな違いは生じないが、ワイヤがウヱッジに押圧されて
いるときは「ウェッジの振動の前後でゥェッジの高さ
が変化する事実、またウェッジでワイヤを被援合面に押
圧した後、ウェツジの振動の前後にウェッジの高さを測
定するだけの時間（たとえば前記ら、ｔ２時間）が存在
することから、この時間内にウェッジの高さを測定し「
両者間にゥェッジの高さ変位が存在するか否かによって
、ワイヤ供給状態を知る本発明を成した。

したがって、本発明の目的は、超音波ワイヤボンダにお
いてウェッジの下方へのワイヤの供給が常に成されてい
るか杏かを確実に検出できる検出機構を有する超音波ワ
イヤボンダを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明はトウェッジで
ワイヤを被接合面に庄接した後のウェッジでワイヤを被
接合面に圧接した後のウェツジの振動の前と後との高さ
の差（変位）が、あらかじめ設定した数値よりも大きい
場合はウェツジの下方にワイヤが供給されている（ＹＥ
Ｓ）と判定し、設定値よりも少ない場合にはウェッジの
下方にはワイヤが供給されていない（ＮＯ）と判定し、
ＮＯの場合にはワイヤボンダの動きを自動的に停止させ
るとともに作業者にブザー、ランプ等によって警報を発
するようにしてなるものであって、以下実施例により本
発明を説明する。

第４図は本発明の超音波ワイヤボンダの一実施例による
概要図である。

同図に示すように、超音波振動を発振する発振機を内蔵
したホーン１４の先端部にはワイヤ１５を押圧振動する
ゥェッジ１６が取り付けられている。また、ホーン１４
は他端部を支軸１７で支持され、図示しない揺動機構に
よってホーン１４の先端部（ウェッジ部分）は上下動制
御されるようになっている。また、ホーン１４の他端部
は図示しないＸＹテーブル上に取り付けられる。さらに
、ウェッジ１６の下方には回転制御される試料台１８が
配設されている。また、ホーン１４の支軸１７部分には
容量変位計１９が取り付けられ、ホーン１４の回転移動
変位、すなわちゥヱッジ１６の上下動変位を検出するよ
うになっている。また、容量変位計１９は判定回路を有
するとともに、機構部全体を制御する判定制御機構に接
続されている。前記判定回路では容量変位計１９からの
情報、特にウェッジ１６が被接合面（試料台面）に向か
って降下して、被接合面に直接あるいはワイヤを介して
接触して停止し、ゥェッジ１６が振動する間の短かい時
間内（あるいは振動開始時点）で検出したウヱッジ１６
の高さ（ホーンの傾き）と、ウヱツジ１６が振動を終了
してウェッジ１６が上昇する時点（またはその間の時点
）でのウェッジ１６の高さ（ホ−ンの傾き）との差（変
位）の情報（電気信号）を受け、その情報がある設定値
以上であるか杏かを判定し、制御系にその出力を伝え、
設定値以上であるとＹＥＳの信号の場合にはワイヤボン
ディングを続行し、ＮＯの場合にはワイヤボンディング
を停止させるとともに、警報機（ブザー、ランプ等）を
動作させ、作業者に知らせる。たとえば、前記設定値（
闇値）はウェッジの高さ変位が１０〃仇に対応する電気
信号としておく。この結果、ウヱッジの高さ変位が１０
山肌以上の場合はワイヤボンディング続行はＹＥＳとの
信号となり、高さ変位が１０ムの未満の場合には、ゥェ
ッジの下方にワイヤが存在していないのでワイヤボンデ
ィング続行はＮＯなる信号が出る。すなわち、ウェツジ
の下方にワイヤがない状態でウェッジが下降すると、ゥ
ェッジ下面は直接被接合面に接触する。そして、ゥェッ
ジが振動しても被接合面はあまり次まない、たとえば、
ＡＩ電極は１〜２仏の程度と極めて薄いため沈みはほと
んどない。このような実施例によれば、ウェッジの下方
にワイヤが存在しているか否かを適格に検知することが
でき、かつワイヤの供給が不充分の場合には自動的に装
置の稼動を停止させ、作業者に知らせる。

このため、ワイヤボンディングの歩留が向上する。なお
、本発明は前記実施例に限定されない。

すなわち、ウェッジの変位を検出するものとしては、容
量変位計以外の一般に用いられている変位計でもよい。
たとえば、光電変位計、エアーマイクロメータ等でもよ
い。ただし、これらの測定器を用いる場合、各測定器の
特長等に対応させて取付状態、取付機構等は当然に前記
実施例とは異る。以上のように、本発明の超音波ワイヤ
ボンダによれば、ウェッジの下方へのワイヤの供給が常
に適正に成されているか否かを正確に検出することがで
きるので、ワイヤボンディングの歩留りを向上させるこ
とができ、ワイヤボンディングコストの軽減化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波ワイヤボンダによるワイヤボンデ
ィング状態を示す説明図、第２図ａ，ｂはワイヤボンデ
ィング時のワイヤの状態を示す説明図、第３図はワイヤ
ボンディング時のウェッジの高さ変位を示すグラフ、第
４図は本発明の一実施例による超音波ワイヤボンダの説
明図である。１……ステージ、２……ウエツジ、３……ホーン、４・
・・・・・昇降機構部、５・・・・・・ＸＹテーフル、
６……クランパ、７……スプール、８……ワイヤ、９・
・・・・・半導体素子、１０…・・・タブ、１１・・・
・・・リード、１２……リードフレーム、１３・・・・
・・被接合物、１４……ホーン、１５……ワイヤ、１６
……ウェツジ、１７……支軸、１８……試料台、１９・
・・・・・容量変位計。努′図豹２図 ※３図菊４図

Claims

【特許請求の範囲】

１ウエツジで被接合面にワイヤを圧接させながらウエ
ツジを超音波振動させてワイヤを被接合面に接続させる
超音波ワイヤボンダにおいて、ウエツジのワイヤ圧接動
作後にあってウエツジの振動前後の高さ変位を検出する
変位検出機構と、前記変位とあらかじめ設定した設定値
とを比較してウエツジの下方にワイヤが存在するか否か
を判定する判定制御機構とを有することを特徴とする超
音波ワイヤボンダ。