KR102556611B1 - wire bonding device - Google Patents
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Abstract
초음파 혼(10)과, 본딩 암(20)을 갖추는 와이어 본딩 장치(100)로서, 본딩 암(20)의 선단으로부터 길이 방향으로 돌출하여 와이어(45)를 유지하는 클램프 암(31)과, 본딩 암(20)의 상측에 부착되어 클램프 암(31)을 개폐 동작시키는 액추에이터(34)를 수용하는 기체부(32)를 가지는 와이어 클램퍼(30)와, 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)의 개폐 동작을 조정하는 제어부(60)를 포함하고, 제어부(60)는 본딩 시에 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)에 의해 클램프 암(31)을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시킨다. A wire bonding apparatus 100 having an ultrasonic horn 10 and a bonding arm 20, a clamp arm 31 protruding from the tip of the bonding arm 20 in the longitudinal direction and holding a wire 45, and bonding The wire clamper 30 having a body part 32 that is attached to the upper side of the arm 20 and accommodates the actuator 34 for opening and closing the clamp arm 31, and the actuator 34 of the wire clamper 30 It includes a control unit 60 that adjusts the opening and closing operation, and the control unit 60 vibrates the clamp arm 31 in the opening and closing direction in the open state by the actuator 34 of the wire clamper 30 during bonding.
Description
본 발명은 와이어를 본딩 대상에 본딩하는 본딩 장치의 구성에 관한 것이다. The present invention relates to a configuration of a bonding device for bonding a wire to a bonding target.
반도체 다이의 전극과 리드프레임의 리드 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치가 많이 사용되고 있다. 와이어 본딩 장치는 캐필러리에 의해 와이어를 전극 위에 내리누른 상태에서 캐필러리를 초음파 진동시켜 와이어와 전극을 접합한 후, 와이어를 리드까지 건너 걸치고, 건너 걸친 와이어를 리드 위에 내리누른 상태에서 캐필러리를 초음파시켜 와이어와 리드를 접속하는 것이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). A wire bonding device for connecting a wire between an electrode of a semiconductor die and a lead of a lead frame is widely used. In the wire bonding device, in a state where a wire is pressed down on an electrode by a capillary, the capillary is ultrasonically vibrated to bond the wire and the electrode, and then the wire is crossed over to the lead, and the wire is pressed down on the lead, The wire and the lead are connected by applying ultrasonic waves to the ring (for example, refer to Patent Document 1).
와이어 본딩 장치에서는, 캐필러리의 초음파 진동의 방향은 초음파 혼이 뻗는 방향(이하, Y 방향이라고 함)이다. 이 때문에, 와이어와 전극의 접합 부분 또는 와이어와 리드의 접합 부분의 형상이 캐필러리의 초음파 진동의 방향인 Y 방향으로 뻗은 형상으로 되어 버려 접합 불량을 초래하는 경우가 있었다. In the wire bonding device, the direction of ultrasonic vibration of the capillary is the direction in which the ultrasonic horn extends (hereinafter referred to as the Y direction). Because of this, the shape of the junction between the wire and the electrode or the junction between the wire and the lead extends in the Y-direction, which is the direction of the ultrasonic vibration of the capillary, resulting in poor junction.
그래서, 초음파 혼과 초음파 혼의 액추에이터의 사이를 탄성 변형 가능한 플렉서블 연결 프레임으로 구성하고, 캐필러리를 액추에이터의 진동 방향인 Y 방향과 아울러 Y 방향에 직교하는 X 방향으로 진동시키는 구조가 제안되었다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). Therefore, a structure in which an elastically deformable flexible connection frame is configured between the ultrasonic horn and the actuator of the ultrasonic horn, and the capillary vibrates in the Y direction, which is the vibration direction of the actuator, and in the X direction orthogonal to the Y direction, has been proposed (eg For example, see Patent Document 2).
그런데, 본딩은 10msec 정도의 대단히 짧은 시간에 행하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에, 본딩 시에 캐필러리의 선단을 높은 주파수로 X 방향으로 진동시키는 것이 요구된다. 이 점에 관하여, 인용문헌 2에 기재된 구성에서는, 플렉서블 연결 프레임과 초음파 혼이 일체가 되어 X 방향으로 진동하므로, X 방향으로 진동하는 질량이 커, 높은 주파수로 초음파 혼을 X 방향으로 진동시키는 것이 어려웠다. 이 때문에, 단시간에 본딩할 때는, 본딩 중의 캐필러리의 선단의 진동 횟수가 적어져 버려, 본딩 품질이 저하하는 경우가 있었다. By the way, bonding is required to be performed in a very short time of about 10 msec. For this reason, it is required to vibrate the tip of the capillary in the X direction at a high frequency during bonding. Regarding this, in the configuration described in Cited Document 2, since the flexible connecting frame and the ultrasonic horn are integrally vibrated in the X direction, the mass vibrating in the X direction is large, and the ultrasonic horn is vibrated in the X direction at a high frequency. It was difficult. For this reason, when bonding is performed in a short time, the number of times of vibration of the tip of the capillary during bonding may decrease and the bonding quality may deteriorate.
그래서, 본 발명은, 와이어 본딩 장치에 있어서 본딩 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다. Then, an object of the present invention is to improve bonding quality in a wire bonding device.
본 발명의 와이어 본딩 장치는 와이어가 삽입통과되는 본딩 툴이 선단에 부착되는 초음파 혼과, 초음파 혼이 부착되는 본딩 암을 갖추고, 본딩 툴을 본딩 대상에 접리시켜 와이어를 본딩 대상에 본딩하는 와이어 본딩 장치로서, 본딩 암으로부터 길이 방향으로 돌출하여 와이어를 파지하는 클램프 암과, 본딩 암의 상측에 부착되어 클램프 암을 개폐 동작시키는 액추에이터를 수용하는 기체부를 가지는 와이어 클램퍼와, 와이어 클램퍼의 액추에이터의 개폐 동작을 조정하는 제어부를 포함하고, 제어부는 본딩 시에 와이어 클램퍼의 액추에이터에 의해 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시키는 것을 특징으로 한다. The wire bonding device of the present invention includes an ultrasonic horn to which a bonding tool through which a wire is inserted is attached to the front end, and a bonding arm to which the ultrasonic horn is attached, and a wire bonding method in which the wire is bonded to a bonding object by folding the bonding tool to a bonding object. A device, comprising: a wire clamper having a clamp arm protruding from the bonding arm in the longitudinal direction to hold the wire, and a body portion attached to the upper side of the bonding arm and accommodating an actuator for opening and closing the clamp arm, and an opening and closing operation of the actuator of the wire clamper And a control unit for adjusting the, characterized in that the control unit vibrates the clamp arm in the opening and closing direction in the open state by the actuator of the wire clamper during bonding.
본딩 시에, 경량의 클램프 암을 개방 방향인 X 방향으로 진동시킴으로써, 높은 주파수로 클램프 암을 진동시킬 수 있다. 그리고, 클램프 암에서 발생한 높은 주파수의 진동을 초음파 혼의 선단에 전달하여 본딩 시에 본딩 툴을 고주파로 X 방향으로 진동시킬 수 있다. 이것에 의해, 단시간에 본딩을 행하는 경우에도 본딩 중에 있어서의 본딩 툴의 선단의 X 방향의 진동 횟수를 많게 할 수 있어, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. During bonding, the clamp arm can be vibrated at a high frequency by vibrating the lightweight clamp arm in the X direction, which is the opening direction. In addition, the high-frequency vibration generated from the clamp arm may be transmitted to the tip of the ultrasonic horn to vibrate the bonding tool in the X direction at high frequency during bonding. Thereby, even when bonding is performed in a short time, the number of times of vibration of the tip of the bonding tool in the X direction during bonding can be increased, and bonding quality can be improved.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 제어부는 본딩 시에 와이어 클램퍼의 액추에이터에 의해 클램프 암을 클램프 암의 공진 주파수의 80%∼120%의 주파수로 개폐 방향으로 구동해도 된다. In the wire bonding device of the present invention, the controller may drive the clamp arm in the opening/closing direction at a frequency of 80% to 120% of the resonance frequency of the clamp arm with an actuator of the wire clamper during bonding.
이것에 의해, 적은 입력 에너지로 클램프 암을 크게 진동시킬 수 있어, 본딩 시에 본딩 툴을 충분히 X 방향으로 진동시킬 수 있다. 이것에 의해, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. Thereby, the clamp arm can be greatly vibrated with little input energy, and the bonding tool can be sufficiently vibrated in the X direction at the time of bonding. Thereby, bonding quality can be improved.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 와이어 클램퍼의 클램프 암의 길이는 초음파 혼의 길이의 80%∼120%의 길이로 해도 된다. In the wire bonding device of the present invention, the length of the clamp arm of the wire clamper may be 80% to 120% of the length of the ultrasonic horn.
이것에 의해, 클램프 암의 X 방향의 공진 주파수와 초음파 혼의 X 방향의 공진 주파수가 대략 동일한 주파수가 되어, 클램프 암의 X 방향의 공진에 대응하여 초음파 혼이 X 방향으로 공진한다. 이 때문에, 클램프 암의 공진에 의한 진동이 원활하게 초음파 혼에 전달되어, 초음파 혼의 선단에 부착된 캐필러리를 충분히 X 방향으로 진동시킬 수 있다. 이것에 의해, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. As a result, the resonance frequency of the clamp arm in the X direction and the resonance frequency of the ultrasonic horn in the X direction become substantially the same frequency, and the ultrasonic horn resonates in the X direction corresponding to the resonance of the clamp arm in the X direction. Therefore, vibration due to resonance of the clamp arm is smoothly transmitted to the ultrasonic horn, and the capillary attached to the tip of the ultrasonic horn can be sufficiently vibrated in the X direction. Thereby, bonding quality can be improved.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 와이어 클램퍼는 액추에이터에 소정의 개방 전압이 인가되면 클램프 암이 개방 상태가 되고, 액추에이터에 전압이 인가되지 않을 경우에는 클램프 암이 닫힌 상태가 되고, 제어부는 액추에이터에 소정의 개방 전압과 동일 또는 소정의 개방 전압보다 약간 낮은 베이스 전압을 중심으로 하여 소정의 전압폭으로 변동하는 변동 전압을 인가함으로써, 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시켜도 된다. 이때, 베이스 전압은 소정의 개방 전압의 80%∼100%의 전압이며, 소정의 전압폭은 소정의 개방 전압의 8%∼30%의 전압으로 해도 된다. In the wire bonding device of the present invention, the clamp arm is in an open state when a predetermined open voltage is applied to the actuator, and the clamp arm is in a closed state when no voltage is applied to the actuator. The clamp arm may vibrate in the open/close direction in the open state by applying a variable voltage that varies in a predetermined voltage range centered on a base voltage equal to or slightly lower than the predetermined open-circuit voltage. At this time, the base voltage is a voltage of 80% to 100% of the predetermined open-circuit voltage, and the predetermined voltage width may be a voltage of 8% to 30% of the predetermined open-circuit voltage.
이것에 의해, 클램프 암이 와이어에 접촉하지 않는 개방 상태를 유지하면서 클램프 암을 진동시킬 수 있다. 이 때문에, 클램프 암의 진동 주파수를 공진 주파수 또는 공진 주파수 근방의 주파수로 할 수 있다. This makes it possible to vibrate the clamp arm while maintaining an open state in which the clamp arm does not come into contact with the wire. For this reason, the vibration frequency of the clamp arm can be set to a resonance frequency or a frequency near the resonance frequency.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 초음파 진동자를 포함하고, 제어부는, 초음파 진동자의 구동을 조정하여, 본딩 시에 와이어 클램퍼의 액추에이터에 의해 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시킴과 동시에, 초음파 진동자를 초음파 진동시켜 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시켜도 된다. In the wire bonding device of the present invention, an ultrasonic vibrator for ultrasonically vibrating an ultrasonic horn in a longitudinal direction is included, and the control unit adjusts driving of the ultrasonic vibrator to open the clamp arm by an actuator of the wire clamper during bonding. At the same time as vibrating in the opening/closing direction, the ultrasonic vibrator may be ultrasonically vibrated and the ultrasonic horn may be ultrasonically vibrated in the longitudinal direction.
이 구성에 의해, 본딩 툴의 선단을 XY 방향으로 진동시킨 상태에서 본딩을 행 수 있다. 이것에 의해, 와이어의 접합 부분에 형상이 Y 방향으로 뻗은 변형 형상으로 되어 접합 불량으로 되는 것을 억제할 수 있어, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. With this configuration, bonding can be performed in a state where the tip of the bonding tool is vibrated in the XY direction. Thereby, it is possible to suppress that the joint portion of the wire becomes a deformed shape extending in the Y direction, resulting in poor bonding, and the bonding quality can be improved.
본 발명은 와이어 본딩 장치에 있어서 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. The present invention can improve bonding quality in a wire bonding device.
도 1은 실시형태의 와이어 본딩 장치의 측면과 제어 계통을 도시하는 계통도이다.
도 2a는 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 본딩 암과 초음파 혼을 도시하는 저면도이다.
도 2b는 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 본딩 암과 와이어 클램퍼를 도시하는 평면도이다.
도 3은 와이어 클램퍼에의 인가 전압과 클램프 암 선단의 개방 치수(G)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 3에 도시하는 인가 전압(V)이 개방 전압(V0), 인가 전압(VB1), 인가 전압(VB2) 시의 클램프 암 선단의 개방 치수(G)를 도시하는 평면도이다.
도 5a는 본딩 전에 와이어의 하단을 프리 에어 볼로 성형했을 때의 초음파 혼과 와이어 클램퍼의 상태를 도시하는 입면도이다.
도 5b는 반도체 소자에 와이어를 본딩할 때의 초음파 혼과 와이어 클램퍼의 상태를 도시하는 입면도이다.
도 5c는 기판에 와이어를 본딩할 때의 초음파 혼과 와이어 클램퍼의 상태를 도시하는 입면도이다.
도 6a는 도 5b, 도 5c에 도시하는 상태에 있어서의 초음파 혼의 진동을 도시하는 저면도이다.
도 6b는 도 5b, 도 5c에 도시하는 상태에 있어서의 클램프 암의 진동을 도시하는 평면도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a system diagram which shows the side surface of the wire bonding apparatus of embodiment, and a control system.
Fig. 2A is a bottom view showing a bonding arm and an ultrasonic horn of the wire bonding apparatus shown in Fig. 1;
Fig. 2B is a plan view showing a bonding arm and a wire clamper of the wire bonding apparatus shown in Fig. 1;
Fig. 3 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the wire clamper and the opening dimension G of the tip of the clamp arm.
Fig. 4 is a plan view showing the open dimension G of the tip of the clamp arm when the applied voltage V shown in Fig. 3 is the open-circuit voltage V0, the applied voltage VB1, and the applied voltage VB2.
5A is an elevational view showing the state of the ultrasonic horn and the wire clamper when the lower end of the wire is formed into a free air ball before bonding.
Fig. 5B is a elevational view showing a state of an ultrasonic horn and a wire clamper when bonding a wire to a semiconductor element.
5C is an elevational view showing a state of an ultrasonic horn and a wire clamper when bonding a wire to a substrate.
Fig. 6A is a bottom view showing the vibration of the ultrasonic horn in the state shown in Figs. 5B and 5C.
Fig. 6B is a plan view showing the vibration of the clamp arm in the state shown in Figs. 5B and 5C.
(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for implementing the invention)
이하, 도면을 참조하면서, 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 초음파 혼(10) 및 본딩 암(20)이 뻗는 방향, 또는, 본딩 암(20) 및 초음파 혼(10)의 길이 방향에서, 본딩 암(20)으로부터 초음파 혼(10)을 향하는 방향을 Y 방향, 상측 방향을 Z 방향, Y 방향 및 Z 방향과 직교하는 방향을 X 방향으로 하여 설명한다. 또, Y 방향 플러스측을 선단측, Y 방향 마이너스측을 근원측, Z 방향 플러스측을 상측, Z 방향 마이너스측을 하측, X 방향 플러스측을 우측, X 방향 마이너스측을 좌측으로 하여 설명한다. Hereinafter, the
도 1에 도시하는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(100)는 초음파 혼(10)과, 본딩 암(20)과, 와이어 클램퍼(30)와, 제어부(60)와, 본딩 대상인 기판(52) 또는 반도체 소자(53)를 가지고 있는 본딩 스테이지(51)를 포함하고 있다. As shown in FIG. 1, the
도 1, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 초음파 혼(10)은 혼 본체(11)와, 혼 본체(11)의 Y 방향 마이너스측(이하, 근원측이라고 함)에 형성된 베이스부(12)와, 베이스부(12) 속에 형성된 개구(13)와, 개구(13) 속에 수용된 초음파 진동자(16)를 갖추고 있다. 베이스부(12)는 X 방향으로 튀어나온 플랜지(14)를 갖추고 있다. 근원측의 플랜지(14)는 볼트(15)에 의해 본딩 암(20)의 Y 방향 플러스 측단(21)(이하, 선단(21)이라고 함)에 부착되어 있다. 본딩 암(20)의 선단(21)에 고정되는 초음파 혼(10)의 플랜지(14)로부터 혼 본체(11)의 Y 방향 플러스 측단까지의 길이는 길이(Lh)로 되어 있다. 초음파 혼(10)의 혼 본체(11)의 Y 방향 플러스 측단에는, 본딩 툴인 캐필러리(41)가 부착되어 있다. 캐필러리(41)는 중심에 관통구멍을 가지는 선단이 뾰족한 원통형 부재이다. 캐필러리(41)의 중심 구멍에는 와이어(45)가 삽입통과되어 있다. As shown in FIGS. 1 and 2A, the
초음파 진동자(16)가 소정의 주파수로 Y 방향으로 초음파 진동하면, 혼 본체(11)는 Y 방향으로 공진하여 세로 방향 진동하고, 혼 본체(11)의 선단측에 부착되어 있는 캐필러리(41)를 Y 방향으로 진동시킨다. When the
도 1에 도시하는 바와 같이, 본딩 암(20)은 기판(52) 또는 반도체 소자(53)의 상면과 대략 동일 높이에 배치된 회전 중심(26)에서 화살표(90)로 나타내는 방향으로 회전 자유롭게 지지되어 있다. 후단부에는, 초음파 혼(10)의 선단에 접속된 캐필러리(41)를 Z 방향으로 구동하는 Z 방향 모터(27)와, Z 방향 모터(27)가 탑재된 베이스(28)를 XY 방향으로 구동하는 XY 구동 기구(29)가 부착되어 있다. 또, 본딩 암(20)의 선단측의 상면에는, 압전 소자(17)가 볼트(18)에 의해 부착되어 있다. 압전 소자(17)는 캐필러리(41)의 기판(52) 또는 반도체 소자(53)에 대한 누름력을 검출한다. As shown in FIG. 1, the
도 1, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 본딩 암(20)의 상측에는, 와이어 클램퍼(30)가 부착되어 있다. 와이어 클램퍼(30)는 클램프 암(31)과, 기체부(32)를 포함하고 있다. 기체부(32)는 본딩 암(20)의 상측의 시트(24) 위에 볼트(25)로 고정되어 있다. 기체부(32)는 중앙에 사각의 개구(33)를 가지고, 개구(33)의 속에는 액추에이터(34)가 수용되어 있다. 액추에이터(34)는, 예를 들면, 피에조 소자로 구성되어도 된다. As shown in FIG. 1 and FIG. 2B, the
기체부(32)의 Y 방향 플러스측에는 선단측을 향하여 뻗는 좌우의 암 부착부(36)가 설치되어 있다. 암 부착부(36)에는, 클램프 암(31)이 볼트(35)로 고정되어 있다. 클램프 암(31)은 선단이 본딩 암(20)의 선단(21)으로부터 Y 방향으로 돌출하여 와이어(45)를 파지한다. 또, 좌우의 암 부착부(36)의 사이에는, 오목부(38)가 설치되어 있다. 오목부(38)에 의해 암 부착부(36)의 근원부에는, Z 방향 축의 주위로 회전하는 탄성 힌지(37)가 형성된다. 탄성 힌지(37)로부터 클램프 암(31)의 선단까지의 길이는 길이(Lc)이다. 길이(Lc)는 본딩 암(20)의 선단(21)에 고정되는 초음파 혼(10)의 플랜지(14)로부터 혼 본체(11)의 Y 방향 플러스 측단까지의 길이(Lh)와 대략 동일한 길이로 되어 있다. On the positive side in the Y direction of the
다음에, 도 3, 도 4를 참조하면서, 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)에의 인가 전압(V)과 클램프 암(31)의 개방 치수(G)의 관계에 대해 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 액추에이터(34)에 소정의 전압이 인가되고 있지 않은 경우에는, 클램프 암(31)의 개방 치수(G)는 제로가 되고, 와이어 클램퍼(30)는 닫힌 상태가 된다. 이때, 좌우의 클램프 암(31)의 사이에 와이어(45)가 있을 경우에는, 클램프 암(31)은 와이어(45)를 파지한다. Next, referring to FIGS. 3 and 4 , the relationship between the voltage V applied to the
액추에이터(34)에 소정의 개방 전압(V0)이 인가되면 클램프 암(31)은 탄성 힌지(37)의 주위로 회전하고, 도 4에 실선으로 나타내는 바와 같이 클램프 암(31)의 선단이 개폐 방향인 X 방향으로 벌어져, 개방 치수(G)는 완전개방 치수(G0)가 된다. 완전개방 치수(G0)는 와이어(45)의 직경(d)보다 크므로, 클램프 암(31)은 와이어(45)를 개방한다. When a predetermined open circuit voltage (V0) is applied to the
도 3의 실선(a)으로 나타내는 바와 같이, 액추에이터(34)에의 인가 전압(V)과 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)는 대략 비례 관계에 있어, 인가 전압(V)을 크게 하면 그것을 따라 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)도 커져 간다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 인가 전압(V)을 개방 전압(V0)보다 조금 낮은 인가 전압(V1)으로 한 경우, 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)는, 도 4에 파선으로 나타내는 클램프 암(31)과 같이, 완전개방 치수(G0)보다도 조금 작은 대개방 치수(G1)가 된다. 또, 인가 전압(V)을 인가 전압(VB1)보다도 낮은 인가 전압(VB2)으로 하면, 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)는, 도 4에 일점쇄선으로 나타내는 클램프 암(31)과 같이, 대개방 치수(G1)보다도 작은 소개방 치수(G2)가 된다. 소개방 치수(G2)는 와이어(45)의 직경(d)보다 크므로, 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)가 소개방 치수(G2)인 경우도 클램프 암(31)은 와이어(45)에 닿지 않아, 와이어 클램퍼(30)는 개방 상태를 유지한다. 따라서, 인가 전압(V)을 인가 전압 VB1과 VB2의 사이에서 변동시키면, 와이어 클램퍼(30)의 개방 상태를 유지한 채, 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)를 대개방 치수(G1)와 소개방 치수(G2)의 사이에서 변동시킬 수 있다. 여기에서, 인가 전압(V)을 인가 전압(VB1)과 인가 전압(VB2) 사이의 변동 전압으로 하기 위해서는, 인가 전압(VB1)과 인가 전압(VB2)의 중앙값을 베이스 전압(VB)으로 하고, 베이스 전압(VB)을 중심으로 전압폭(ΔV)만큼 인가 전압(V)을 증감시켜도 된다. 베이스 전압(VB), 전압폭(ΔV)은 자유롭게 선택할 수 있지만, 예를 들면, 베이스 전압(VB)은 개방 전압(V0)의 80%∼100%의 전압으로 하고, 전압폭(ΔV)은 개방 전압(V0)의 8%∼30%의 전압으로 해도 된다. As indicated by the solid line (a) in FIG. 3 , the voltage V applied to the
제어부(60)는 클램퍼 제어부(61)와, 본딩 제어부(62)를 포함하고 있다. 클램퍼 제어부(61)는 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)의 인가 전압(V)을 조정하여 클램프 암(31)을 개폐 동작시킨다. 본딩 제어부(62)는 압전 소자(17)로부터의 신호가 입력되어, Z 방향 모터(27)를 조정하여 캐필러리(41)의 선단을 기판(52) 또는 반도체 소자(53)에 대해 접리 방향으로 구동한다. 또, XY 구동 기구(29)를 제어하여 캐필러리(41)의 XY 방향의 위치를 조정한다. 또, 초음파 혼(10)의 초음파 진동자(16)를 구동하여 혼 본체(11)를 Y 방향으로 초음파 진동시킨다. The
다음에 도 5a∼도 5c, 도 6b, 도 6b를 참조하면서, 이상과 같이 구성된 와이어 본딩 장치(100)의 본딩 동작에 대해 설명한다. Next, the bonding operation of the
도 5a에 도시하는 바와 같이, 클램퍼 제어부(61)는 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)의 인가 전압(V)을 제로로 하여, 와이어 클램퍼(30)를 닫힌 상태로 하여 와이어 클램퍼(30)에 와이어(45)를 파지시킨다. 본딩 제어부(62)는, 도시하지 않은 토치 전극과 캐필러리(41)의 선단으로부터 뻗어나온 와이어(45)의 사이에서 스파크를 발생시켜 와이어(45)의 하단을 프리 에어 볼(50)로 성형한다. As shown in FIG. 5A, the
도 5b에 도시하는 바와 같이, 클램퍼 제어부(61)는 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)에의 인가 전압(V)을 도 3에 도시하는 베이스 전압(VB)을 중심으로 전압폭(ΔV)의 범위에서 주파수(f0)로 진동시킨다. As shown in FIG. 5B, the
이것에 의해, 액추에이터(34)에의 인가 전압(V)은 도 3에 도시하는 인가 전압(V1)과 인가 전압(V2)의 범위에서 주파수(f0)로 진동하고, 클램프 암(31)의 선단의 개방 치수(G)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 대개방 치수(G1)와 소개방 치수(G2)의 사이에서 주파수(f0)로 진동한다. 이와 같이, 클램퍼 제어부(61)는, 와이어 클램퍼(30)의 개방 상태를 유지한 채, 클램프 암(31)을 주파수(f0)로 진동시킨다. 여기에서, 주파수(f0)를 클램프 암(31)이 X 방향으로 진동하는 공진 주파수(f1)에 가까운 주파수로 하면, 도 6b에 화살표(96)로 나타내는 바와 같이, 클램프 암(31)은 공진에 의해 탄성 힌지(37)를 중심으로 X 방향으로 가로 방향 진동한다. 주파수(f0)는 클램프 암(31)의 X 방향의 진동의 공진 주파수(f1)에 가까운 주파수이면 된다. 클램프 암(31)의 공진 주파수가, 예를 들면, 대략 2kHz인 경우에는 2kHz의 근방 주파수, 예를 들면, 1.9kHz∼2.0kHz 정도의 주파수로 해도 된다. 클램프 암(31)은 경량이므로 이러한 고주파에서도 충분히 X 방향으로 진동 가능하다. 이것에 의해, 단시간에 본딩을 행하는 경우에도 본딩 중의 캐필러리(41)의 선단의 X 방향의 진동 횟수를 많게 할 수 있다. 또한, 주파수(f0)는, 클램프 암(31)이 X 방향으로 공진하는 주파수이면, 예를 들면, f1/√2<f0<f1×√2와 같은 범위에서 선택해도 되고, 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 주파수(f1)의 80%∼120%의 범위의 주파수에서 선택하도록 해도 된다. As a result, the applied voltage V to the
클램프 암(31)이 공진하면 클램프 암(31)의 X 방향의 진동은 본딩 암(20)으로부터 초음파 혼(10)으로 전달된다. 여기에서, 와이어 클램퍼(30)의 탄성 힌지(37)로부터 클램프 암(31)의 선단까지의 길이(Lc)는 본딩 암(20)의 선단(21)에 고정되는 초음파 혼(10)의 플랜지(14)로부터 혼 본체(11)의 Y 방향 플러스 측단까지의 길이(Lh)와 대략 동일한 길이로 되어 있다. 이 때문에, 초음파 혼(10)의 X 방향의 공진 주파수(f2)는 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 주파수(f1)에 가까운 주파수로 된다. 이 때문에, 본딩 암(20)으로부터 전달된 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 진동에 의해, 도 6a에 화살표(97)로 나타내는 바와 같이, 초음파 혼(10)이 X 방향으로 공진하여, 혼 본체(11)의 선단이 X 방향으로 가로 방향 진동한다. 이것에 의해, 혼 본체(11)의 선단에 부착되어 있는 캐필러리(41)가 X 방향으로 진동한다. When the
한편, 본딩 제어부(62)는 초음파 혼(10)의 초음파 진동자(16)에 소정의 전압을 인가하여 초음파 진동자(16)를 초음파 진동시킨다. 혼 본체(11)에는 Y 방향의 초음파 공진이 발생하고, 이것에 의해, 도 5b의 화살표(92)로 나타내는 바와 같이, 캐필러리(41)의 선단이 Y 방향으로 진동한다. Meanwhile, the
이와 같이, 클램퍼 제어부(61)는 클램프 암(31)을 진동시켜, 초음파 혼(10) 및 캐필러리(41)의 선단을 X 방향으로 진동시키고, 본딩 제어부(62)가 초음파 진동자(16)를 구동하여 캐필러리(41)의 선단을 Y 방향으로 진동시킨다. 이와 같이, 캐필러리(41)의 선단이 XY 방향으로 진동한 상태에서, 본딩 제어부(62)는 Z 방향 모터(27)를 동작시켜, 도 5b의 화살표(91)에 도시하는 바와 같이, 캐필러리(41)를 반도체 소자(53)의 전극에 내리눌러 프리 에어 볼(50)을 반도체 소자(53)의 전극에 본딩한다. In this way, the
반도체 소자(53)에의 본딩이 종료되면, 본딩 제어부(62)는 Z 방향 모터(27)를 동작시켜 캐필러리(41)를 상승시킨다. 또, 클램퍼 제어부(61)는 액추에이터(34)의 인가 전압(V)을 제로로 하여 클램프 암(31)으로 와이어(45)를 파지한다. 그리고, 본딩 제어부(62)는 Z 방향 모터(27)와 XY 구동 기구(29)를 동작시켜 도 5c에 도시하는 화살표(93)와 같이 캐필러리(41)의 선단을 루핑시켜 기판(52)의 전극 위로 인도한다. When bonding to the
여기에서, 클램퍼 제어부(61)는, 프리 에어 볼(50)의 본딩 시와 마찬가지로, 와이어 클램퍼(30)의 액추에이터(34)의 인가 전압(V)을 클램프 암(31)의 X 방향의 진동의 공진 주파수(f1)에 가까운 주파수(f0)로 진동시킨다. 이것에 의해, 클램프 암(31)은 도 6b에 화살표(96)로 나타내는 바와 같이 공진에 의해 탄성 힌지(37)를 중심으로 X 방향으로 가로 방향 진동한다. 또, 도 6a에 화살표(97)로 나타내는 바와 같이 혼 본체(11)의 선단이 X 방향으로 가로 방향 진동하여 캐필러리(41)의 선단이 X 방향으로 진동한다. 또, 본딩 제어부(62)는 초음파 진동자(16)를 구동하여 도 5c의 화살표(95)로 나타내는 바와 같이 캐필러리(41)의 선단을 Y 방향으로 진동시킨다. 그리고, 캐필러리(41)의 선단이 XY 방향으로 진동한 상태에서, 본딩 제어부(62)는 Z 방향 모터(27)를 구동하여, 도 5c의 화살표(94)로 나타내는 바와 같이 캐필러리(41)의 선단을 기판(52)의 전극에 내리눌러 기판(52)의 전극에 와이어(45)를 본딩한다. Here, the
이상에서 설명한 와이어 본딩 장치(100)에서는, 와이어 클램퍼(30)의 탄성 힌지(37)로부터 클램프 암(31)의 선단까지의 길이(Lc)와, 초음파 혼(10)의 플랜지(14)로부터 혼 본체(11)의 Y 방향 플러스 측단까지의 길이(Lh)와 대략 동일한 길이로 되어 있다. 이 때문에, 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 주파수(f1)와 초음파 혼(10)의 X 방향의 공진 주파수(f2)가 동일한 진동수로 되어 있다. 이 구성에 의해, 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 진동에 의해 초음파 혼(10)을 X 방향으로 공진 진동시켜 캐필러리(41)의 선단을 X 방향으로 진동시킬 수 있다. 또, 초음파 진동자(16)에 의해 초음파 혼(10)의 혼 본체(11)를 Y 방향으로 공진시켜 캐필러리(41)의 선단을 Y 방향으로 진동시킬 수 있다. 이 때문에, 캐필러리(41)의 선단을 XY 방향으로 진동시킨 상태에서 와이어(45)를 반도체 소자(53)의 전극 또는 기판(52)의 전극에 본딩할 수 있다. 이것에 의해, 와이어(45)의 접합 부분에 형상이 Y 방향으로 뻗은 변형 형상으로 되어 접합 불량이 되는 것을 억제할 수 있어, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. 또, 와이어(45)와 반도체 소자(53)의 전극 또는 기판(52)의 전극과의 접합 강도를 높게 할 수 있다. In the
또한, 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 진동에 의해 초음파 혼(10)을 X 방향으로 공진 진동시켜 캐필러리(41)의 선단을 X 방향으로 진동시킬 수 있으면, 길이(Lc)와 길이(Lh)가 대략 동일한 길이가 아니라, 예를 들면, 길이(Lc)를 길이(Lh)의 80%∼120%의 범위로 해도 된다. In addition, if the X-direction resonance vibration of the
또, 클램프 암(31)의 X 방향의 공진 주파수(f1), 초음파 혼(10)의 X 방향의 공진 주파수(f2)는, 예를 들면, 2kHz 근방의 높은 주파수이므로, 캐필러리(41) 선단을 고주파로 X 방향으로 진동시킬 수 있어, 단시간에 본딩을 행하는 경우에도 본딩 중의 캐필러리(41)의 선단의 X 방향의 진동 횟수를 많게 할 수 있다. 이것에 의해, 본딩의 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, since the resonance frequency f1 of the
또한, 베이스 전압(VB)을 개방 전압(V0)의 80%∼100%의 전압으로 하고, 전압폭(ΔV)을 개방 전압(V0)의 8%∼30%의 전압으로 함으로써, 확실하게 와이어 클램퍼(30)를 개방 상태로 유지한 채, 클램프 암(31)을 X 방향으로 진동시킬 수 있다. 이것에 의해, 진동 중에 클램프 암(31)이 와이어(45)에 접하여 X 방향의 진동이 흐트러지는 것을 억제할 수 있어, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, by setting the base voltage (VB) to a voltage of 80% to 100% of the open circuit voltage (V0) and the voltage width (ΔV) to a voltage of 8% to 30% of the open circuit voltage (V0), the wire clamper is reliably The
또, 이상에서 설명한 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에서는, 캐필러리(41)의 선단을 XY 방향으로 진동시켜 본딩을 행하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 초음파 진동자(16)를 구동하지 않고, 클램프 암(31)만을 X 방향으로 진동시킴으로써 캐필러리(41)의 선단을 X 방향으로만 진동시켜 본딩을 행하도록 해도 된다. 이 경우에도, 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에서는, 높은 주파수로 캐필러리(41)의 선단을 X 방향으로 진동시킬 수 있으므로, 단시간에 본딩을 행할 때에도 캐필러리(41)의 진동의 횟수를 많게 할 수 있어, 본딩 품질을 유지할 수 있다. In addition, in the
또, 와이어(45)의 굵기나 본딩 조건에 따라서는, 반도체 소자(53)의 전극에 프리 에어 볼(50)을 본딩할 때는 클램프 암(31)을 X 방향으로 진동시키지 않고 초음파 진동자(16)만을 구동하여 캐필러리(41)의 선단을 Y 방향으로 초음파 진동시키고, 기판(52)의 전극에 와이어(45)를 본딩할 때는, 초음파 진동자(16)를 구동하지 않고 클램프 암(31)만을 X 방향으로 진동시켜 캐필러리(41)의 선단을 X 방향으로 진동시켜도 된다. 이것에 의해, 본딩 시의 압착 볼의 변형을 억제하여 본딩 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, depending on the thickness of the
또, 이상에서 설명한 와이어 본딩 장치(100)에서는, 초음파 혼(10)은 혼 본체(11)의 근원측의 플랜지(14)가 본딩 암(20)의 선단에 부착되는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 혼 본체(11)의 근원 이외의 부분을 본딩 암(20)의 중앙부 또는 선단 근방에 부착되도록 구성해도 된다. In addition, in the
10 초음파 혼, 11 혼 본체, 12 베이스부, 13, 33 개구, 14 플랜지, 15, 18, 25, 35 볼트, 16 초음파 진동자, 17 압전 소자, 20 본딩 암, 21 선단(Y 방향 플러스 측단), 24 시트, 26 회전 중심, 27 Z 방향 모터, 28 베이스, 29 XY 구동 기구, 30 와이어 클램퍼, 31 클램프 암, 32 기체부, 34 액추에이터, 36 암 부착부, 37 탄성 힌지, 38 오목부, 41 캐필러리, 45 와이어, 50 프리 에어 볼, 51 본딩 스테이지, 52 기판, 53 반도체 소자, 60 제어부, 61 클램퍼 제어부, 62 본딩 제어부, 100 와이어 본딩 장치.10 ultrasonic horn, 11 horn body, 12 base part, 13, 33 opening, 14 flange, 15, 18, 25, 35 volt, 16 ultrasonic transducer, 17 piezoelectric element, 20 bonding arm, 21 tip (plus side end in Y direction), 24 seat, 26 rotation center, 27 Z direction motor, 28 base, 29 XY drive mechanism, 30 wire clamper, 31 clamp arm, 32 body part, 34 actuator, 36 arm attachment part, 37 elastic hinge, 38 concave part, 41 cage Pillar, 45 wire, 50 free air ball, 51 bonding stage, 52 substrate, 53 semiconductor element, 60 control unit, 61 clamper control unit, 62 bonding control unit, 100 wire bonding device.
Claims (9)
상기 초음파 혼이 부착되는 본딩 암을 갖추고,
상기 본딩 툴을 본딩 대상에 접리시켜 상기 와이어를 상기 본딩 대상에 본딩하는 와이어 본딩 장치로서,
상기 본딩 암으로부터 길이 방향으로 돌출하여 상기 와이어를 파지하는 클램프 암과, 상기 본딩 암의 상측에 부착되어 상기 클램프 암을 개폐 동작시키는 액추에이터를 수용하는 기체부를 가지는 와이어 클램퍼와,
상기 와이어 클램퍼의 상기 액추에이터의 개폐 동작을 조정하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는
본딩 시에 상기 와이어 클램퍼의 상기 액추에이터에 의해 상기 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.An ultrasonic horn to which a bonding tool through which a wire is inserted is attached to the front end;
Equipped with a bonding arm to which the ultrasonic horn is attached,
A wire bonding device for bonding the wire to the bonding target by folding the bonding tool to the bonding target,
A wire clamper having a clamp arm protruding from the bonding arm in the longitudinal direction to hold the wire, and a body portion attached to an upper side of the bonding arm and accommodating an actuator for opening and closing the clamp arm;
And a control unit for adjusting the opening and closing operation of the actuator of the wire clamper,
The control unit
The wire bonding device characterized in that during bonding, the actuator of the wire clamper vibrates the clamp arm in an opening and closing direction in an open state.
상기 제어부는
본딩 시에 상기 와이어 클램퍼의 상기 액추에이터에 의해 상기 클램프 암을 상기 클램프 암의 공진 주파수의 80%∼120%의 주파수로 개폐 방향으로 구동하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to claim 1,
The control unit
The wire bonding device according to claim 1 , wherein the actuator of the wire clamper drives the clamp arm in an opening/closing direction at a frequency of 80% to 120% of a resonant frequency of the clamp arm during bonding.
상기 와이어 클램퍼의 상기 클램프 암의 길이는 상기 초음파 혼의 길이의 80%∼120%의 길이인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to claim 1,
The wire bonding device, characterized in that the length of the clamp arm of the wire clamper is 80% to 120% of the length of the ultrasonic horn.
상기 와이어 클램퍼의 상기 클램프 암의 길이는 상기 초음파 혼의 길이의 80%∼120%의 길이인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to claim 2,
The wire bonding device, characterized in that the length of the clamp arm of the wire clamper is 80% to 120% of the length of the ultrasonic horn.
상기 와이어 클램퍼는 상기 액추에이터에 소정의 개방 전압이 인가되면 상기 클램프 암이 개방 상태로 되며, 상기 액추에이터에 전압이 인가되지 않을 경우에는 상기 클램프 암이 닫힌 상태로 되고,
상기 제어부는
상기 액추에이터에 소정의 상기 개방 전압과 동일 또는 소정의 상기 개방 전압보다 낮은 베이스 전압을 중심으로 하여 소정의 전압폭으로 변동하는 변동 전압을 인가함으로써, 상기 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to any one of claims 1 to 4,
In the wire clamper, the clamp arm is in an open state when a predetermined open voltage is applied to the actuator, and the clamp arm is in a closed state when no voltage is applied to the actuator,
The control unit
Vibrating the clamp arm in an open/closed direction in an open state by applying a variable voltage that fluctuates in a predetermined voltage width centered on a base voltage equal to or lower than a predetermined open-circuit voltage to the actuator. Characterized by a wire bonding device.
상기 베이스 전압은 소정의 상기 개방 전압의 80%∼100%의 전압이며,
소정의 상기 전압폭은 소정의 상기 개방 전압의 8%∼30%의 전압인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to claim 5,
The base voltage is a voltage of 80% to 100% of the predetermined open-circuit voltage,
The wire bonding device according to claim 1 , wherein the predetermined voltage width is a voltage of 8% to 30% of the predetermined open-circuit voltage.
상기 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 초음파 진동자를 포함하고,
상기 제어부는
상기 초음파 진동자의 구동을 조정하여,
본딩 시에 상기 와이어 클램퍼의 상기 액추에이터에 의해 상기 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시킴과 동시에, 상기 초음파 진동자를 초음파 진동시켜 상기 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to any one of claims 1 to 4,
An ultrasonic vibrator for ultrasonically vibrating the ultrasonic horn in a longitudinal direction;
The control unit
By adjusting the driving of the ultrasonic vibrator,
At the time of bonding, the actuator of the wire clamper vibrates the clamp arm in the opening and closing direction from the open state, and at the same time ultrasonically vibrates the ultrasonic transducer to ultrasonically vibrate the ultrasonic horn in the longitudinal direction. Wire bonding device .
상기 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 초음파 진동자를 포함하고,
상기 제어부는
상기 초음파 진동자의 구동을 조정하여,
본딩 시에 상기 와이어 클램퍼의 상기 액추에이터에 의해 상기 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시킴과 동시에, 상기 초음파 진동자를 초음파 진동시켜 상기 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to claim 5,
An ultrasonic vibrator for ultrasonically vibrating the ultrasonic horn in a longitudinal direction;
The control unit
By adjusting the driving of the ultrasonic vibrator,
At the time of bonding, the actuator of the wire clamper vibrates the clamp arm in the opening and closing direction from the open state, and at the same time ultrasonically vibrates the ultrasonic transducer to ultrasonically vibrate the ultrasonic horn in the longitudinal direction. Wire bonding device .
상기 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 초음파 진동자를 포함하고,
상기 제어부는
상기 초음파 진동자의 구동을 조정하여,
본딩 시에 상기 와이어 클램퍼의 상기 액추에이터에 의해 상기 클램프 암을 개방 상태에서 개폐 방향으로 진동시킴과 동시에, 상기 초음파 진동자를 초음파 진동시켜 상기 초음파 혼을 길이 방향으로 초음파 진동시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.According to claim 6,
An ultrasonic vibrator for ultrasonically vibrating the ultrasonic horn in a longitudinal direction;
The control unit
By adjusting the driving of the ultrasonic vibrator,
At the time of bonding, the actuator of the wire clamper vibrates the clamp arm in the opening and closing direction from the open state, and at the same time ultrasonically vibrates the ultrasonic transducer to ultrasonically vibrate the ultrasonic horn in the longitudinal direction. Wire bonding device .
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