JPH0738399B2

JPH0738399B2 - Wire bonding method and apparatus

Info

Publication number: JPH0738399B2
Application number: JP25682086A
Authority: JP
Inventors: 政義山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1986-10-30
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS63111634A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置の配線時に生じるクランプ力の不
安定性を除去することのできるワイヤボンディング方法
及びその装置に関する。The present invention relates to a wire bonding method and a wire bonding method capable of removing instability of a clamping force generated during wiring of a semiconductor device.

（従来の技術）半導体装置の製造には、ペレットと外部リードとの間を
金ワイヤにより結線する例えば特開昭61-101012号に開
示されているようなワイヤボンディング装置が用いられ
ている。このような装置においては、キャピラリにより
被圧着物に所定の加圧力で固着されるワイヤを繰出すた
めのクランプ機構を有している。このクランプ機構は、
その駆動源として圧電素子を用い、この圧電素子の印加
電圧を制御することにより、ワイヤをクランプしてい
る。(Prior Art) In manufacturing a semiconductor device, a wire bonding device, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-101012, which connects a pellet and an external lead with a gold wire, is used. Such a device has a clamp mechanism for paying out a wire that is fixed to an object to be pressure-bonded by a capillary with a predetermined pressing force. This clamp mechanism
A piezoelectric element is used as the drive source, and the wire is clamped by controlling the voltage applied to this piezoelectric element.

しかしながら、上記従来の装置においては、実際にワイ
ヤに加えられるクランプ力が不明であり、適正なクラン
プ力を得ることが困難である不都合を生じている。こと
に、ルーピング時に、ワイヤにテンションをかける場合
においては、ワイヤの材種，ワイヤ径，クランパの種類
等により、ワイヤにかかる摩擦力が違うため適正なルー
プ形成を困難にしていた。このような不都合は、半導体
装置製造の歩留低下の一因ともなっていた。However, in the above-mentioned conventional device, the clamping force actually applied to the wire is unknown, and it is difficult to obtain an appropriate clamping force. In particular, when tension is applied to the wire during looping, the frictional force applied to the wire varies depending on the wire material type, wire diameter, clamper type, etc., which makes proper loop formation difficult. Such inconvenience has also been a cause of a decrease in the yield of semiconductor device manufacturing.

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、上記ワイヤボンディングのクランプ時に惹起
する問題を顧慮してなされたもので、ワイヤのクランプ
時に、最適なクランプ力を安定して投入できるワイヤボ
ンディング方法及びその装置を提供することを目的とす
る。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made in consideration of the problem that occurs during the above-described wire bonding clamping, and a wire bonding method capable of stably applying an optimum clamping force during wire clamping. And its device.

[Structure of Invention]

（問題点を解決するための手段と作用）本発明のワイヤボンディング方法は、ワイヤをクランプ
するクランプ工程と、クランプ力を検出するクランプ工
程と、検出されたクランプ力に基づいてクランプ力を調
整する工程とからなる。(Means and Actions for Solving Problems) A wire bonding method of the present invention is a clamp step of clamping a wire, a clamp step of detecting a clamp force, and a clamp force is adjusted based on the detected clamp force. And the process.

また、本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤをク
ランプするクランプ手段と、クランプ力を検出する手段
と、検出されたクランプ力に基づいてクランプ力を制御
する手段とからなる。Further, the wire bonding apparatus of the present invention comprises a clamping means for clamping the wire, a means for detecting the clamping force, and a means for controlling the clamping force based on the detected clamping force.

そして、クランプ力の厳密な制御により、ワイヤボンデ
ィングの信頼性を向上させるようにしたものである。The reliability of wire bonding is improved by strictly controlling the clamping force.

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第１図は、この実施例のワイヤボンディング装置を示し
ている。第１図中（１）は装置本体で、この本体（１）
の上部にはクランプ部（2a）を備えたワイヤスプールな
どのワイヤ繰出部（２）が設けられており、またそのワ
イヤ繰出し側にはワイヤ（３）を案内するワイヤガイド
（４）が設けられている。このワイヤガイド（４）は基
端部が本体（１）の取付部（５）に対して上下方向に揺
動自在に取付けられた板ばねからなり、常に上方への弾
性力が付与されているとともに、ホルダ（６）に設けた
ストッパ（７）によって下方への揺動量が規制されてい
る。また、ワイヤガイド（４）の自由端部には上記ワイ
ヤ（３）を下方へ案内するための湾曲部（８）が形成さ
れている。このワイヤガイド（４）の湾曲部（８）の下
部には導入されたワイヤ（３）をクランプしたり解放す
るための上クランパ（９）が設けられている。この上ク
ランパ（９）の支持構造としては、上記上クランパ
（９）がアーム（9a）を介して本体（１）に固定された
ものと、上記アーム（9a）が回動軸（9b）を中心として
上下方向に回動し、上クランパ（９）が上下動する構造
のものとの２種類がある。そして、いずれの構造の上ク
ランパ（９）も後述する機構により開閉し、ワイヤ
（３）をクランプしたり解放したりするようになってい
る。上記上クランパ（９）の下方にはチューブ状のワイ
ヤガイド（10）が下クランパ（11）の揺動アーム（12）
の取付けられていて、ワイヤ（３）を下クランパ（11）
に案内するようになっている。上記下クランパ（11）は
揺動アーム（12）の先端に設けられていて図示しないソ
レノイドに駆動されて開閉し、ワイヤ（３）をクランプ
したり解放したりするようになっている。上記揺動アー
ム（12）の下側にはこれと平行する超音波ホーン付のキ
ャピラリアーム（13）が設けられている。この超音波ホ
ーン付のキャピラリアーム（13）の先端にはワイヤ
（３）を挿通させるボンディングツール（14）が設けら
れている。そして、この超音波ホーン付のキャピラリア
ーム（13）は、上記下クランパ（11）の揺動アーム（1
2）の基端部と板ばね（13a）を介して連結されており、
揺動アーム（12）の基端部を軸支する回動軸（15）を中
心としてともに上下方向に回動するようになっている。
すなわち、ワイヤガイド（10）、下クランパ（11）およ
びボンディングツール（14）は一体となり、上下方向に
移動するようになっている。なお、ボンディングツール
（14）の下方にはトーチ（16）が設けられていて、ボン
ディングツール（14）の下方に突出するワイヤ（３）の
先端を放電・加熱してボール（17）を形成するようにな
っている。そして、ボンディングはボンディングツール
（14）の下方にペレット（18）の固定されたリードフレ
ーム（19）を配置し、上記ボール（17）をペレット（1
8）にボンディングしたのち、ワイヤ（３）をリードフ
レーム（19）にボンディングしてペレット（18）とリー
ドフレーム（19）とを接続することによりおこなわれ
る。第２図は、上，下クランパ（９），（11）の詳細な
構造を示している。この図において、各クランパ
（９），（11）は、一対の対向して設けられ電圧の印加
により適時にワイヤ（３）を挾圧する板状の圧電セラミ
ックアクチュエータ（20），（21）と、これらアクチュ
エータ（20），（21）遊端部対向面に取付けられワイヤ
（３）を直接挾持する一対の片状クランプ具（22），
（23）と、これらクランプ具（22），（23）のうち少な
くとも一つに埋設されワイヤ（３）のクランプ力を検出
して対応する電気信号SAを出力する圧力センサ（24）と
からなっている。しかして、上記圧力センサ（24）は比
較回路（25）の入力側に接続されている。この比較回路
（25）には、最適のランプ力を示す基準値VOが設定され
ている。そうして、この比較回路（25）の出力側は、CP
U（CentralProcessingUnit;中央制御部）（26）の入力
側に接続されている。一方、前記アクチュエータ（2
0），（21）は、所要の電圧を適時に印加するための駆
動回路（27）の出力側に接続されている。また、この駆
動回路（27）の入力側は、電圧を制御するための電圧制
御回路（28）の出力側に接続されている。さらに、この
電圧制御回路（28）の入力側は、前記CPU（26）の出力
側に接続されている。FIG. 1 shows the wire bonding apparatus of this embodiment. In FIG. 1, (1) is the main body of the device, and this main body (1)
A wire payout part (2) such as a wire spool having a clamp part (2a) is provided on the upper part of the wire, and a wire guide (4) for guiding the wire (3) is provided on the wire payout side. ing. The wire guide (4) is composed of a leaf spring whose base end is attached to the attachment portion (5) of the main body (1) so as to be swingable in the vertical direction, and is always given an upward elastic force. At the same time, the amount of downward swing is restricted by the stopper (7) provided on the holder (6). The free end of the wire guide (4) is formed with a curved portion (8) for guiding the wire (3) downward. An upper clamper (9) for clamping and releasing the introduced wire (3) is provided below the curved portion (8) of the wire guide (4). As a support structure for the upper clamper (9), the upper clamper (9) is fixed to the main body (1) via the arm (9a), and the arm (9a) includes a rotating shaft (9b). There are two types, one having a structure in which the upper clamper (9) is vertically rotated about its center and the upper clamper (9) is vertically moved. The upper clamper (9) of any structure is opened and closed by a mechanism described later to clamp and release the wire (3). Below the upper clamper (9), a tubular wire guide (10) is provided on the swing arm (12) of the lower clamper (11).
Installed on the lower clamper (11) of the wire (3)
To guide you. The lower clamper (11) is provided at the tip of the swing arm (12) and is driven by a solenoid (not shown) to open and close to clamp or release the wire (3). A capillary arm (13) with an ultrasonic horn is provided below the swing arm (12) in parallel therewith. A bonding tool (14) for inserting the wire (3) is provided at the tip of the capillary arm (13) with an ultrasonic horn. The capillary arm (13) with the ultrasonic horn is the swing arm (1) of the lower clamper (11).
It is connected to the base end of 2) via a leaf spring (13a),
The pivot arm (12) pivots on the pivot shaft (15) that pivotally supports the base end of the pivot arm (12), and both pivot vertically.
That is, the wire guide (10), the lower clamper (11) and the bonding tool (14) are integrated and move in the vertical direction. A torch (16) is provided below the bonding tool (14), and the tip of the wire (3) protruding below the bonding tool (14) is discharged and heated to form a ball (17). It is like this. Then, for bonding, a lead frame (19) having a pellet (18) fixed is arranged below the bonding tool (14), and the ball (17) is pelletized (1).
After bonding to (8), the wire (3) is bonded to the lead frame (19) to connect the pellet (18) and the lead frame (19). FIG. 2 shows a detailed structure of the upper and lower clampers (9) and (11). In this figure, each clamper (9), (11) is provided with a pair of plate-shaped piezoelectric ceramic actuators (20), (21) which are provided so as to oppose each other and clamp the wire (3) at a suitable time by applying a voltage, These actuators (20), (21) are a pair of piece-like clamp members (22) attached to the opposite surfaces of the free ends to directly hold the wire (3),
(23) and a pressure sensor (24) embedded in at least one of these clamps (22), (23) and detecting the clamping force of the wire (3) and outputting a corresponding electric signal SA. ing. Thus, the pressure sensor (24) is connected to the input side of the comparison circuit (25). In the comparison circuit (25), a reference value VO indicating the optimum lamp power is set. Then, the output side of this comparison circuit (25) is CP
U; is connected to the input side of the (C entral P rocessing U nit central control unit) (26). On the other hand, the actuator (2
0) and (21) are connected to the output side of a drive circuit (27) for applying a required voltage in a timely manner. The input side of the drive circuit (27) is connected to the output side of a voltage control circuit (28) for controlling the voltage. Further, the input side of the voltage control circuit (28) is connected to the output side of the CPU (26).

つぎに、上記構成のワイヤボンディング装置を用いて、
この実施例のワイヤボンディング方法について述べる。Next, using the wire bonding apparatus having the above configuration,
The wire bonding method of this embodiment will be described.

まず、CPU（27）に格納されている所定のプログラムに
従ってワイヤ（３）のリードフレーム（19）へのワイヤ
ボンディングを開示する。これにともない、ワイヤ
（３）は、上，下クランパ（９），（11）により順次に
繰り出される。すなわち、CPU（26）からは、所定のプ
ログラムに従って、所定のクランプ力を発生させるに必
要な電圧値を指示する制御信号SBが電圧制御回路（28）
に出力される。すると、この電圧制御回路（28）から
は、信号SBに対応した制御信号SCが駆動回路（27）に出
力される。すると、この駆動回路（27）からは、各アク
チュエータ（20），（21）に所期の電圧が印加され、そ
の結果、ワイヤ（３）は、印加された電圧値に対応した
クランプ力で、クランプ具（22），（23）によりクラン
プされる。しかして、このクランプ時に生じたクランプ
圧力は、圧力センサ（24）にて検出され、クランプ力を
示す電圧値Ｖを有する電気信号SAが比較回路（25）に出
力される。すると、この比較回路（25）にては、基準値
V0と電圧値Ｖとの差ΔＶを示す信号SDがCPU（26）に出
力される。この差ΔＶは、実際のクランプ力と最適クラ
ンプ力との偏差値を示すものであって、CPU（26）にて
は、この差ΔＶをゼロにするための演算処理が行われ、
補正された制御信号SBが再び電圧制御回路（28）に出力
され、前と同様にワイヤ（３）のクランプ操作が行われ
る。しかして、上述したクランプ力を最適値に設定する
ためのフィードバック処理は、ワイヤボンディング中、
終始一貫して行われる。First, wire bonding of the wire (3) to the lead frame (19) will be disclosed according to a predetermined program stored in the CPU (27). Along with this, the wire (3) is sequentially paid out by the upper and lower clampers (9) and (11). That is, the control signal SB from the CPU (26) indicates a voltage value required to generate a predetermined clamping force according to a predetermined program, and the voltage control circuit (28).
Is output to. Then, the voltage control circuit (28) outputs the control signal SC corresponding to the signal SB to the drive circuit (27). Then, the drive circuit (27) applies a desired voltage to each of the actuators (20) and (21), and as a result, the wire (3) has a clamping force corresponding to the applied voltage value. It is clamped by the clamp tools (22) and (23). Then, the clamp pressure generated during the clamp is detected by the pressure sensor (24), and the electric signal SA having the voltage value V indicating the clamp force is output to the comparison circuit (25). Then, in this comparison circuit (25), the reference value
A signal SD indicating the difference ΔV between V0 and the voltage value V is output to the CPU (26). This difference ΔV indicates a deviation value between the actual clamping force and the optimum clamping force, and the CPU (26) performs a calculation process for making the difference ΔV zero.
The corrected control signal SB is output to the voltage control circuit (28) again, and the wire (3) is clamped as before. Therefore, the feedback processing for setting the above-mentioned clamping force to the optimum value is performed during wire bonding.
It is done consistently from beginning to end.

以上のように、この実施例においては、圧力センサ（2
4）により実際のクランプ力を検出し、得られた検出信
号に基づいてクランプ力が最適値をとるようにフャード
バック制御するようにしたので、ワイヤ（３）を繰り出
したり、保持したり、テンションをかけたりするための
クランプ力の強弱を微調整することが可能となり、ワイ
ヤの材種，寸法等の変化に即応できるようになった。As described above, in this embodiment, the pressure sensor (2
The actual clamping force is detected by 4), and the feedback control is performed based on the obtained detection signal so that the clamping force takes the optimum value. Therefore, the wire (3) is fed out, held, or tensioned. It is now possible to finely adjust the strength of the clamping force for applying the wire, and it is now possible to quickly respond to changes in the wire material type and dimensions.

なお、上記実施例における圧力センサ（24）の代りに、
荷重センサを用いてもよい。さらに、上記実施例におい
ては、圧力センサ（24）からの電気信号SAに基づいて、
フィードバック制御する場合を例示しているが、第３図
に示すように、電気信号SAに基づき検出したクランプ力
をシンクロスコープ（30）にうつし出し、必要なクラン
プ力が出ていない場合は、キーボード（31）から最適ク
ランプ力にするためのデータをCPU（26）にインプット
するようにしてもよい。Incidentally, instead of the pressure sensor (24) in the above embodiment,
A load sensor may be used. Further, in the above embodiment, based on the electric signal SA from the pressure sensor (24),
Although the case where the feedback control is performed is illustrated, as shown in FIG. 3, the clamping force detected based on the electric signal SA is transferred to the synchroscope (30), and when the necessary clamping force is not generated, the keyboard is used. Data for obtaining the optimum clamping force from (31) may be input to the CPU (26).

〔The invention's effect〕

本発明は、クランプ力検出手段により実際のクランプ力
を検出し、得られた検出信号に基づいてクランプ力を最
適にするようにしている。その結果、クランプ力の強弱
の微調整が可能となり、ワイヤの材種，寸法等のクラン
プ条件の変化に即応した調整を行うことができるように
なった。とりわけ、ワイヤループの形成が安定化かつ適
正化し、半導体装置の製造歩留の低下要因の一つを解消
することができる。In the present invention, the actual clamping force is detected by the clamping force detecting means, and the clamping force is optimized based on the obtained detection signal. As a result, it is possible to finely adjust the strength of the clamping force, and it is now possible to make adjustments that immediately respond to changes in the clamping conditions such as the wire material type and dimensions. In particular, the formation of the wire loop is stabilized and optimized, and one of the factors that decrease the manufacturing yield of the semiconductor device can be eliminated.

[Brief description of drawings]

第１図は本発明の一実施例のワイヤボンディング装置の
構成図、第２図は同じくクランプ機構の説明図、第３図
は本発明の他の実施例のワイヤボンディング装置のクラ
ンプ機構の説明図である。（９），（11）：クランパ（クランプ手段），（24）：
圧力センサ（クランプ力検出手段），（26）:CPU（クラ
ンプ力制御手段）。FIG. 1 is a block diagram of a wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of the same clamp mechanism, and FIG. 3 is an explanatory view of a clamp mechanism of a wire bonding apparatus according to another embodiment of the present invention. Is. (9), (11): Clamper (clamping means), (24):
Pressure sensor (clamping force detection means), (26): CPU (clamping force control means).

Claims

[Claims]

1. A wire bonding method for connecting a wire from an electrode of a semiconductor pellet to a lead terminal by a clamping step of clamping the wire to perform the connecting operation, and a clamping force detection for detecting a clamping force in the clamping step. A wire bonding method comprising: a step; and a clamp force adjusting step of adjusting the clamp force based on the clamp force detected in the clamp force detecting step.

2. The clamping force adjustment is performed by comparing the clamping force detected in the clamping force detection step with a reference clamping force and performing closed loop control based on the comparison result. Wire bonding method.

3. A wire bonding apparatus for connecting a wire from an electrode of a semiconductor pellet to a lead terminal by a clamp means for removably holding and clamping the wire, and a clamp force attached to the clamp means in the clamp means. A wire bonding apparatus comprising: a clamp force detection unit that detects and outputs a detection signal indicating the clamp force; and a clamp force control unit that controls the clamp force based on the detection signal.

4. The wire bonding apparatus according to claim 3, wherein the clamp means is a piezoelectric element actuator.

5. The wire bonding apparatus according to claim 3, wherein the clamping force detecting means is a pressure sensor.