特許 7191421 ワイヤボンディング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-09

(45)【発行日】2022-12-19

(54)【発明の名称】ワイヤボンディング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20221212BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301J

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021539173

(86)(22)【出願日】2020-07-14

(86)【国際出願番号】 JP2020027307

(87)【国際公開番号】W WO2021029174

(87)【国際公開日】2021-02-18

【審査請求日】2021-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2019148522

(32)【優先日】2019-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】519294332

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】富山 俊彦

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／２１７３８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－４９４９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２１／６０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤが挿通するボンディングツールが先端に取付けられる超音波ホーンと、
前記超音波ホーンが取付けられるボンディングアームと、を備え、
前記ボンディングツールをボンディング対象に接離させて前記ワイヤを前記ボンディング対象にボンディングするワイヤボンディング装置であって、
前記ボンディングアームから長手方向に突出して前記ワイヤを把持するクランプアームと、前記ボンディングアームの上側に取付けられて前記クランプアームを開閉動作させるアクチュエータを収容する基体部と、を有するワイヤクランパと、
前記ワイヤクランパの前記アクチュエータの開閉動作を調整する制御部と、を含み、
前記制御部は、
ボンディングの際に前記ワイヤクランパの前記アクチュエータによって前記クランプアームを開放状態で開閉方向に振動させること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項2】

請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記制御部は、
ボンディングの際に前記ワイヤクランパの前記アクチュエータによって前記クランプアームを前記クランプアームの共振周波数の８０％～１２０％の周波数で開閉方向に駆動すること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項3】

請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記ワイヤクランパの前記クランプアームの長さは前記超音波ホーンの長さの８０％～１２０％の長さであること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項4】

請求項２に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記ワイヤクランパの前記クランプアームの長さは前記超音波ホーンの長さの８０％～１２０％の長さであること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項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であって、
前記ワイヤクランパは、前記アクチュエータに所定の開放電圧が印加されると前記クランプアームが開放状態となり、前記アクチュエータに電圧が印加されない場合には前記クランプアームが閉状態となり、
前記制御部は、
前記アクチュエータに所定の前記開放電圧と同一又は所定の前記開放電圧より低いベース電圧を中心として所定の電圧幅で変動する変動電圧を印加することにより、前記クランプアームを開放状態で開閉方向に振動させること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項6】

請求項５に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記ベース電圧は、所定の前記開放電圧の８０％～１００％の電圧であり、
所定の前記電圧幅は、所定の前記開放電圧の８％～３０％の電圧であること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項7】

請求項１から４のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
前記超音波ホーンを長手方向に超音波振動させる超音波振動子を含み、
前記制御部は、
前記超音波振動子の駆動を調整し、
ボンディングの際に前記ワイヤクランパの前記アクチュエータによって前記クランプアームを開放状態で開閉方向に振動させると同時に、前記超音波振動子を超音波振動させて前記超音波ホーンを長手方向に超音波振動させること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項8】

請求項５に記載のボンディング装置であって、
前記超音波ホーンを長手方向に超音波振動させる超音波振動子を含み、
前記制御部は、
前記超音波振動子の駆動を調整し、
ボンディングの際に前記ワイヤクランパの前記アクチュエータによって前記クランプアームを開放状態で開閉方向に振動させると同時に、前記超音波振動子を超音波振動させて前記超音波ホーンを長手方向に超音波振動させること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【請求項9】

請求項６に記載のボンディング装置であって、
前記超音波ホーンを長手方向に超音波振動させる超音波振動子を含み、
前記制御部は、
前記超音波振動子の駆動を調整し、
ボンディングの際に前記ワイヤクランパの前記アクチュエータによって前記クランプアームを開放状態で開閉方向に振動させると同時に、前記超音波振動子を超音波振動させて前記超音波ホーンを長手方向に超音波振動させること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤをボンディング対象にボンディングするボンディング装置の構成に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ダイの電極とリードフレームのリードとの間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディング装置は、キャピラリによってワイヤを電極の上に押し付けた状態でキャピラリを超音波振動させてワイヤと電極とを接合した後、ワイヤをリードまで掛け渡し、掛け渡したワイヤをリードの上に押しつけた状態でキャピラリを超音波させてワイヤとリードとを接続するものである（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

ワイヤボンディング装置では、キャピラリの超音波振動の方向は、超音波ホーンの伸びる方向（以下、Ｙ方向という）である。このため、ワイヤと電極との接合部分或いはワイヤとリードとの接合部分の形状がキャピラリの超音波振動の方向であるＹ方向に延びた形状となってしまい接合不良を招く場合があった。

【0004】

そこで、超音波ホーンと超音波ホーンのアクチュエータとの間を弾性変形可能なフレキシブル連結フレームで構成し、キャピラリをアクチュエータの振動方向であるＹ方向とともにＹ方向に直交するＸ方向に振動させる構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際出願公開第２０１７／２１７３８５号

【文献】特許第６０７３９９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ボンディングは、１０ｍｓｅｃ程度の非常に短い時間で行うことが求められている。このため、ボンディングの際にキャピラリの先端を高い周波数でＸ方向に振動させることが求められる。この点に関し、引用文献２に記載された構成では、フレキシブル連結フレームと超音波ホーンとが一体となってＸ方向に振動するので、Ｘ方向に振動する質量が大きく、高い周波数で超音波ホーンをＸ方向に振動させることが難しかった。このため、短時間でボンディングする際には、ボンディング中のキャピラリの先端の振動回数が少なくなってしまい、ボンディング品質が低下する場合があった。

【0007】

そこで、本発明は、ワイヤボンディング装置においてボンディング品質を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤが挿通するボンディングツールが先端に取付けられる超音波ホーンと、超音波ホーンが取付けられるボンディングアームと、を備え、ボンディングツールをボンディング対象に接離させてワイヤをボンディング対象にボンディングするワイヤボンディング装置であって、ボンディングアームから長手方向に突出してワイヤを把持するクランプアームと、ボンディングアームの上側に取付けられてクランプアームを開閉動作させるアクチュエータを収容する基体部と、を有するワイヤクランパと、ワイヤクランパのアクチュエータの開閉動作を調整する制御部と、を含み、制御部は、ボンディングの際にワイヤクランパのアクチュエータによってクランプアームを開放状態で開閉方向に振動させること、を特徴とする。

【0009】

ボンディングの際に、軽量のクランプアームを開放方向であるＸ方向に振動させることにより、高い周波数でクランプアームを振動させることができる。そして、クランプアームで発生した高い周波数の振動を超音波ホーンの先端に伝達してボンディングの際にボンディングツールを高周波でＸ方向に振動させることができる。これにより、短時間でボンディングを行う場合でもボンディング中におけるボンディングツールの先端のＸ方向の振動回数を多くすることができ、ボンディング品質を向上させることができる。

【0010】

本発明のワイヤボンディング装置において、制御部は、ボンディングの際にワイヤクランパのアクチュエータによってクランプアームをクランプアームの共振周波数の８０％～１２０％の周波数で開閉方向に駆動してもよい。

【0011】

これにより、少ない入力エネルギーでクランプアームを大きく振動させることができ、ボンディングの際にボンディングツールを十分にＸ方向に振動させることができる。これにより、ボンディング品質を向上させることができる。

【0012】

本発明のワイヤボンディング装置において、ワイヤクランパのクランプアームの長さは超音波ホーンの長さの８０％～１２０％の長さとしてもよい。

【0013】

これにより、クランプアームのＸ方向の共振周波数と超音波ホーンのＸ方向の共振周波数とが略同一の周波数となり、クランプアームのＸ方向の共振に対応して超音波ホーンがＸ方向に共振する。このため、クランプアームの共振による振動がスムースに超音波ホーンに伝達され、超音波ホーンの先端に取付けられたキャピラリを十分にＸ方向に振動させることができる。これにより、ボンディング品質を向上させることができる。

【0014】

本発明のワイヤボンディング装置において、ワイヤクランパは、アクチュエータに所定の開放電圧が印加されるとクランプアームが開放状態となり、アクチュエータに電圧が印加されない場合にはクランプアームが閉状態となり、制御部は、アクチュエータに所定の開放電圧と同一又は所定の開放電圧より僅かに低いベース電圧を中心として所定の電圧幅で変動する変動電圧を印加することにより、クランプアームを開放状態で開閉方向に振動させてもよい。この際、ベース電圧は、所定の開放電圧の８０％～１００％の電圧であり、所定の電圧幅は、所定の開放電圧の８％～３０％の電圧としてもよい。

【0015】

これにより、クランプアームがワイヤに接触しない開放状態を保ちながらクランプアームを振動させることができる。このため、クランプアームの振動周波数を共振周波数或いは共振周波数の近傍の周波数とすることができる。

【0016】

本発明のワイヤボンディング装置において、超音波ホーンを長手方向に超音波振動させる超音波振動子を含み、制御部は、超音波振動子の駆動を調整し、ボンディングの際にワイヤクランパのアクチュエータによってクランプアームを開放状態で開閉方向に振動させると同時に、超音波振動子を超音波振動させて超音波ホーンを長手方向に超音波振動させてもよい。

【0017】

この構成により、ボンディングツールの先端をＸＹ方向に振動させた状態でボンディングを行ことができる。これにより、ワイヤの接合部分に形状がＹ方向に延びた変形形状となって接合不良となることを抑制でき、ボンディング品質を向上させることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、ワイヤボンディング装置においてボンディング品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態のワイヤボンディング装置の側面と制御系統を示す系統図である。

【図2A】図１に示すワイヤボンディング装置のボンディングアームと超音波ホーンとを示す底面図である。

【図2B】図１に示すワイヤボンディング装置のボンディングアームとワイヤクランパとを示す平面図である。

【図3】ワイヤクランパへの印加電圧とクランプアーム先端の開寸法Ｇとの関係を示すグラフである。

【図4】図３に示す印加電圧Ｖが開放電圧Ｖ０、印加電圧ＶＢ１、印加電圧ＶＢ２の際のクランプアーム先端の開寸法Ｇを示す平面図である。

【図5A】ボンディング前にワイヤの下端をフリーエアボールに成形した際の超音波ホーンとワイヤクランパとの状態を示す立面図である。

【図5B】半導体素子にワイヤをボンディングする際の超音波ホーンとワイヤクランパとの状態を示す立面図である。

【図5C】基板にワイヤをボンディングする際の超音波ホーンとワイヤクランパとの状態を示す立面図である。

【図6A】図５Ｂ、図５Ｃに示す状態における超音波ホーンの振動を示す底面図である。

【図6B】図５Ｂ、図５Ｃに示す状態におけるクランプアームの振動を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら、実施形態のワイヤボンディング装置１００について説明する。以下の説明では、超音波ホーン１０及びボンディングアーム２０の延びる方向、或いは、ボンディングアーム２０及び超音波ホーン１０の長手方向で、ボンディングアーム２０から超音波ホーン１０に向かう方向をＹ方向、上方向をＺ方向、Ｙ方向及びＺ方向と直交する方向をＸ方向として説明する。また、Ｙ方向プラス側を先端側、Ｙ方向マイナス側を根元側、Ｚ方向プラス側を上側、Ｚ方向マイナス側を下側、Ｘ方向プラス側を右側、Ｘ方向マイナス側を左側として説明する。

【0021】

図１に示すように、ワイヤボンディング装置１００は、超音波ホーン１０と、ボンディングアーム２０と、ワイヤクランパ３０と、制御部６０と、ボンディング対象である基板５２或いは半導体素子５３とを保持するボンディングステージ５１とを含んでいる。

【0022】

図１、図２Ａに示すように、超音波ホーン１０は、ホーン本体１１と、ホーン本体１１のＹ方向マイナス側（以下、根元側という）に形成されたベース部１２と、ベース部１２の中に形成された開口１３と、開口１３の中に収容された超音波振動子１６とを備えている。ベース部１２は、Ｘ方向に張り出したフランジ１４を備えている。根元側のフランジ１４は、ボルト１５によってボンディングアーム２０のＹ方向プラス側端２１（以下、先端２１という）に取付けられている。ボンディングアーム２０の先端２１に固定される超音波ホーン１０のフランジ１４からホーン本体１１のＹ方向プラス側端までの長さは、長さＬｈとなっている。超音波ホーン１０のホーン本体１１のＹ方向プラス側端には、ボンディングツールであるキャピラリ４１が取付けられている。キャピラリ４１は、中心に貫通孔を有する先端が尖った円筒形部材である。キャピラリ４１の中心孔には、ワイヤ４５が挿通されている。

【0023】

超音波振動子１６が所定の周波数でＹ方向に超音波振動すると、ホーン本体１１はＹ方向に共振して縦振動し、ホーン本体１１の先端側に取付けられているキャピラリ４１をＹ方向に振動させる。

【0024】

図１に示すように、ボンディングアーム２０は、基板５２或いは半導体素子５３の上面と略同一高さに配置された回転中心２６で矢印９０に示す方向に回転自在に支持されている。後端部には、超音波ホーン１０の先端に接続されたキャピラリ４１をＺ方向に駆動するＺ方向モータ２７と、Ｚ方向モータ２７が搭載されたベース２８をＸＹ方向に駆動するＸＹ駆動機構２９とが取付けられている。また、ボンディングアーム２０の先端側の上面には、圧電素子１７がボルト１８によって取付けられている。圧電素子１７は、キャピラリ４１の基板５２又は半導体素子５３への押圧力を検出する。

【0025】

図１、図２Ｂに示すように、ボンディングアーム２０の上側には、ワイヤクランパ３０が取付けられている。ワイヤクランパ３０は、クランプアーム３１と、基体部３２とを含んでいる。基体部３２は、ボンディングアーム２０の上側の座２４の上にボルト２５で固定されている。基体部３２は中央に四角い開口３３を有し、開口３３の中にはアクチュエータ３４が収容されている。アクチュエータ３４は、例えば、ピエゾ素子で構成されてもよい。

【0026】

基体部３２のＹ方向プラス側には先端側に向かって延びる左右のアーム取付け部３６が設けられている。アーム取付け部３６には、クランプアーム３１がボルト３５で固定されている。クランプアーム３１は先端がボンディングアーム２０の先端２１からＹ方向に突出してワイヤ４５を把持する。また、左右のアーム取付け部３６の間には、凹部３８が設けられている。凹部３８によりアーム取付け部３６の根元部には、Ｚ方向軸の周りに回転する弾性ヒンジ３７が形成される。弾性ヒンジ３７からクランプアーム３１の先端までの長さは、長さＬｃである。長さＬｃは、ボンディングアーム２０の先端２１に固定される超音波ホーン１０のフランジ１４からホーン本体１１のＹ方向プラス側端までの長さＬｈと略同様の長さとなっている。

【0027】

次に、図３、図４を参照しながら、ワイヤクランパ３０のアクチュエータ３４への印加電圧Ｖとクランプアーム３１の開寸法Ｇの関係について説明する。図３に示すように、アクチュエータ３４に所定の電圧が印加されていない場合は、クランプアーム３１の開寸法Ｇはゼロとなり、ワイヤクランパ３０は閉状態となる。この際、左右のクランプアーム３１の間にワイヤ４５がある場合には、クランプアーム３１はワイヤ４５を把持する。

【0028】

アクチュエータ３４に所定の開放電圧Ｖ０が印加されるとクランプアーム３１は弾性ヒンジ３７の周りに回転し、図４に実線で示すようにクランプアーム３１の先端が開閉方向であるＸ方向に開き、開寸法Ｇは全開寸法Ｇ０となる。全開寸法Ｇ０は、ワイヤ４５の直径ｄよりも大きいので、クランプアーム３１はワイヤ４５を開放する。

【0029】

図３の実線ａに示すように、アクチュエータ３４への印加電圧Ｖとクランプアーム３１の先端の開寸法Ｇとは略比例関係にあり、印加電圧Ｖを大きくするとそれに従ってクランプアーム３１の先端の開寸法Ｇも大きくなっていく。図３に示すように、印加電圧Ｖを開放電圧Ｖ０よりも少し低い印加電圧Ｖ１とした場合、クランプアーム３１の先端の開寸法Ｇは、図４に破線で示すクランプアーム３１のように全開寸法Ｇ０よりもすこし小さい大開寸法Ｇ１となる。また、印加電圧Ｖを印加電圧ＶＢ１よりも低い印加電圧ＶＢ２とすると、クランプアーム３１の先端の開寸法Ｇは、図４に一点鎖線で示すクランプアーム３１のように大開寸法Ｇ１よりも小さい小開寸法Ｇ２となる。小開寸法Ｇ２はワイヤ４５の直径ｄよりも大きいので、クランプアーム３１の先端の開寸法Ｇが小開寸法Ｇ２の場合もクランプアーム３１はワイヤ４５に当たらず、ワイヤクランパ３０は開放状態を保つ。従って、印加電圧Ｖを印加電圧ＶＢ１とＶＢ２との間で変動させると、ワイヤクランパ３０の開放状態を保ったまま、クランプアーム３１の先端の開寸法Ｇを大開寸法Ｇ１と小開寸法Ｇ２との間で変動させることができる。ここで、印加電圧Ｖを印加電圧ＶＢ１と印加電圧ＶＢ２との間の変動電圧とするには、印加電圧ＶＢ１と印加電圧ＶＢ２の中央値をベース電圧ＶＢとし、ベース電圧ＶＢを中心に電圧幅ΔＶだけ印加電圧Ｖを増減させてもよい。ベース電圧ＶＢ、電圧幅ΔＶは自由に選択することができるが、例えば、ベース電圧ＶＢは、開放電圧Ｖ０の８０％～１００％の電圧とし、電圧幅ΔＶは、開放電圧Ｖ０の８％～３０％の電圧としてもよい。

【0030】

制御部６０は、クランパ制御部６１と、ボンディング制御部６２とを含んでいる。クランパ制御部６１は、ワイヤクランパ３０のアクチュエータ３４の印加電圧Ｖを調整してクランプアーム３１を開閉動作させる。ボンディング制御部６２は、圧電素子１７からの信号が入力され、Ｚ方向モータ２７を調整してキャピラリ４１の先端を基板５２或いは半導体素子５３に対して接離方向に駆動する。また、ＸＹ駆動機構２９を制御してキャピラリ４１のＸＹ方向の位置を調整する。また、超音波ホーン１０の超音波振動子１６を駆動してホーン本体１１をＹ方向に超音波振動させる。

【0031】

次に図５Ａ～図５Ｃ、図６Ｂ、図６Ｂを参照しながら、以上のように構成されたワイヤボンディング装置１００のボンディング動作について説明する。

【0032】

図５Ａに示すように、クランパ制御部６１は、ワイヤクランパ３０のアクチュエータ３４の印加電圧Ｖをゼロとしてワイヤクランパ３０を閉状態としワイヤクランパ３０にワイヤ４５を把持させる。ボンディング制御部６２は、図示しないトーチ電極とキャピラリ４１の先端から延出したワイヤ４５との間でスパークを発生させてワイヤ４５の下端をフリーエアボール５０に成形する。

【0033】

図５Ｂに示すように、クランパ制御部６１は、ワイヤクランパ３０のアクチュエータ３４への印加電圧Ｖを図３に示すベース電圧ＶＢを中心に電圧幅ΔＶの範囲において周波数ｆ０で振動させる。

【0034】

これにより、アクチュエータ３４への印加電圧Ｖは、図３に示す印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２の範囲で周波数ｆ０で振動し、クランプアーム３１の先端の開寸法Ｇは図４に示すように大開寸法Ｇ１と小開寸法Ｇ２との間で周波数ｆ０で振動する。このように、クランパ制御部６１は、ワイヤクランパ３０の開放状態を保ったまま、クランプアーム３１を周波数ｆ０で振動させる。ここで、周波数ｆ０をクランプアーム３１がＸ方向に振動する共振周波数ｆ１に近い周波数とすると、図６Ｂに矢印９６で示すように、クランプアーム３１は、共振により弾性ヒンジ３７を中心にＸ方向に横振動する。周波数ｆ０は、クランプアーム３１のＸ方向の振動の共振周波数ｆ１に近い周波数であればよい。クランプアーム３１の共振周波数が、例えば、略２ｋＨｚの場合には２ｋＨｚの近傍周波数、例えば、１．９ｋＨｚ～２．０ｋＨｚ程度の周波数としてもよい。クランプアーム３１は軽量であることからこのような高周波でも十分にＸ方向に振動可能である。これにより、短時間でボンディングを行う場合でもボンディング中のキャピラリ４１の先端のＸ方向の振動回数を多くすることができる。なお、周波数ｆ０は、クランプアーム３１がＸ方向に共振する周波数であれば、例えば、ｆ１／√２＜ｆ０＜ｆ１×√２のような範囲から選択してもよいし、クランプアーム３１のＸ方向の共振周波数ｆ１の８０％～１２０％の範囲の周波数から選択するようにしてもよい。

【0035】

クランプアーム３１が共振するとクランプアーム３１のＸ方向の振動は、ボンディングアーム２０から超音波ホーン１０に伝達される。ここで、ワイヤクランパ３０の弾性ヒンジ３７からクランプアーム３１の先端までの長さＬｃは、ボンディングアーム２０の先端２１に固定される超音波ホーン１０のフランジ１４からホーン本体１１のＹ方向プラス側端までの長さＬｈと略同様の長さとなっている。このため、超音波ホーン１０のＸ方向の共振周波数ｆ２は、クランプアーム３１のＸ方向の共振周波数ｆ１に近い周波数となる。このため、ボンディングアーム２０から伝達されたクランプアーム３１のＸ方向の共振振動により、図６Ａに矢印９７で示すように超音波ホーン１０がＸ方向に共振し、ホーン本体１１の先端がＸ方向に横振動する。これにより、ホーン本体１１の先端に取付けられているキャピラリ４１がＸ方向に振動する。

【0036】

一方、ボンディング制御部６２は、超音波ホーン１０の超音波振動子１６に所定の電圧を印加して超音波振動子１６を超音波振動させる。ホーン本体１１にはＹ方向の超音波共振が発生し、これにより、図５Ｂの矢印９２に示すように、キャピラリ４１の先端がＹ方向に振動する。

【0037】

このように、クランパ制御部６１はクランプアーム３１を振動させて、超音波ホーン１０及びキャピラリ４１の先端をＸ方向に振動させ、ボンディング制御部６２が超音波振動子１６を駆動してキャピラリ４１の先端をＹ方向に振動させる。このように、キャピラリ４１の先端がＸＹ方向に振動した状態で、ボンディング制御部６２はＺ方向モータ２７を動作させて、図５Ｂの矢印９１に示すようにキャピラリ４１を半導体素子５３の電極に押し付けてフリーエアボール５０を半導体素子５３の電極にボンディングする。

【0038】

半導体素子５３へのボンディングが終了したら、ボンディング制御部６２は、Ｚ方向モータ２７を動作させてキャピラリ４１を上昇させる。また、クランパ制御部６１はアクチュエータ３４の印加電圧Ｖをゼロとしてクランプアーム３１でワイヤ４５を把持する。そしてボンディング制御部６２は、Ｚ方向モータ２７とＸＹ駆動機構２９とを動作させて図５Ｃに示す矢印９３のようにキャピラリ４１の先端をルーピングさせて基板５２の電極の上に導く。

【0039】

ここで、クランパ制御部６１は、フリーエアボール５０のボンディングの際と同様、ワイヤクランパ３０のアクチュエータ３４の印加電圧Ｖをクランプアーム３１のＸ方向の振動の共振周波数ｆ１に近い周波数ｆ０で振動させる。これにより、クランプアーム３１は図６Ｂに矢印９６で示すように、共振により弾性ヒンジ３７を中心にＸ方向に横振動する。また、図６Ａに矢印９７で示すように、ホーン本体１１の先端がＸ方向に横振動してキャピラリ４１の先端がＸ方向に振動する。また、ボンディング制御部６２は、超音波振動子１６を駆動して図５Ｃの矢印９５に示すようにキャピラリ４１の先端をＹ方向に振動させる。そして、キャピラリ４１の先端がＸＹ方向に振動した状態で、ボンディング制御部６２はＺ方向モータ２７を駆動して図５Ｃの矢印９４に示すようにキャピラリ４１の先端を基板５２の電極に押し付けて基板５２の電極にワイヤ４５をボンディングする。

【0040】

以上説明したワイヤボンディング装置１００では、ワイヤクランパ３０の弾性ヒンジ３７からクランプアーム３１の先端までの長さＬｃと、超音波ホーン１０のフランジ１４からホーン本体１１のＹ方向プラス側端までの長さＬｈと略同様の長さなっている。このため、クランプアーム３１のＸ方向の共振周波数ｆ１と超音波ホーン１０のＸ方向の共振周波数ｆ２とが同様の振動数となっている。この構成により、クランプアーム３１のＸ方向の共振振動により超音波ホーン１０をＸ方向に共振振動させてキャピラリ４１の先端をＸ方向に振動させることができる。また、超音波振動子１６によって超音波ホーン１０のホーン本体１１をＹ方向に共振させてキャピラリ４１の先端をＹ方向に振動させることができる。このため、キャピラリ４１の先端をＸＹ方向に振動させた状態でワイヤ４５を半導体素子５３の電極或いは基板５２の電極にボンディングすることができる。これにより、ワイヤ４５の接合部分に形状がＹ方向に延びた変形形状となって接合不良となることを抑制でき、ボンディング品質を向上させることができる。また、ワイヤ４５と半導体素子５３の電極或いは基板５２の電極との接合強度を高くすることができる。

【0041】

なお、クランプアーム３１のＸ方向の共振振動により超音波ホーン１０をＸ方向に共振振動させてキャピラリ４１の先端をＸ方向に振動させることができれば、長さＬｃと長さＬｈが略同様の長さではなく、例えば、長さＬｃを長さＬｈの８０％～１２０％の範囲としてもよい。

【0042】

また、クランプアーム３１のＸ方向の共振周波数ｆ１、超音波ホーン１０のＸ方向の共振周波数ｆ２は、例えば、２ｋＨｚ近傍の高い周波数であることから、キャピラリ４１先端を高周波でＸ方向に振動させることができ、短時間でボンディングを行う場合でもボンディング中のキャピラリ４１の先端のＸ方向の振動回数を多くすることができる。これにより、ボンディングの品質を向上させることができる。

【0043】

更に、ベース電圧ＶＢを開放電圧Ｖ０の８０％～１００％の電圧とし、電圧幅ΔＶを開放電圧Ｖ０の８％～３０％の電圧とすることにより、確実にワイヤクランパ３０を開放状態に保ったまま、クランプアーム３１をＸ方向に振動させることができる。これにより、振動中にクランプアーム３１がワイヤ４５に触れてＸ方向の振動が乱れることを抑制でき、ボンディング品質を向上させることができる。

【0044】

また、以上説明した実施形態のワイヤボンディング装置１００では、キャピラリ４１の先端をＸＹ方向に振動させてボンディングを行うこととして説明したが、これに限らず、超音波振動子１６を駆動せず、クランプアーム３１のみをＸ方向に振動させることによりキャピラリ４１の先端をＸ方向にのみ振動させてボンディングを行うようにしてもよい。この場合でも、実施形態のワイヤボンディング装置１００では、高い周波数でキャピラリ４１の先端をＸ方向に振動させることができるので、短時間でボンディングを行う際にもキャピラリ４１の振動の回数を多くすることができ、ボンディング品質を維持することができる。

【0045】

また、ワイヤ４５の太さやボンディング条件によっては、半導体素子５３の電極にフリーエアボール５０をボンディングする際にはクランプアーム３１をＸ方向に振動させずに超音波振動子１６のみを駆動してキャピラリ４１の先端をＹ方向に超音波振動させ、基板５２の電極にワイヤ４５をボンディングする際には、超音波振動子１６を駆動せずにクランプアーム３１のみをＸ方向に振動させてキャピラリ４１の先端をＸ方向に振動させてもよい。これにより、ボンディングの際の圧着ボールの潰れを抑制してボンディング品質を向上させることができる。

【0046】

また、以上説明したワイヤボンディング装置１００では、超音波ホーン１０は、ホーン本体１１の根元側のフランジ１４がボンディングアーム２０の先端に取付けられることとして説明したが、これに限らず、ホーン本体１１の根元以外の部分をボンディングアーム２０の中央部或いは、先端近傍に取付けられるように構成してもよい。

【符号の説明】

【0047】

１０ 超音波ホーン、１１ ホーン本体、１２ ベース部、１３，３３ 開口、１４ フランジ、１５，１８，２５，３５ ボルト、１６ 超音波振動子、１７ 圧電素子、２０ ボンディングアーム、２１ 先端（Ｙ方向プラス側端）、２４ 座、２６ 回転中心、２７ Ｚ方向モータ、２８ ベース、２９ ＸＹ駆動機構、３０ ワイヤクランパ、３１ クランプアーム、３２ 基体部、３４ アクチュエータ、３６ アーム取付け部、３７ 弾性ヒンジ、３８ 凹部、４１ キャピラリ、４５ ワイヤ、５０ フリーエアボール、５１ ボンディングステージ、５２ 基板、５３ 半導体素子、６０ 制御部、６１ クランパ制御部、６２ ボンディング制御部、１００ ワイヤボンディング装置。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】