具体实施方式

以下，参照附图对打线接合装置10的结构进行说明。图1为表示打线接合装置10的结构的图。所述打线接合装置10为以导线50将第一接合点P1与第二接合点P2之间连接的装置，一般而言，第一接合点P1设定于半导体芯片110的衬垫112上，第二接合点P2设定于安装有半导体芯片110的引线框架120的引线122上。

打线接合装置10具备接合头16、及平台20，所述平台20供载置安装有半导体芯片110的引线框架120(以下，在将两者归总的情形时称为“被安装体”)。接合头16还具备作为超声波焊头发挥功能的接合臂14、及安装于所述接合臂14的前端的瓷嘴12。接合臂14为自接合头16在水平方向突出的臂，在其内部组入有超声波振子。通过使用设于打线接合装置10的超声波振荡器(未图示)对所述超声波振子施加电压，可向位于接合臂14的前端的瓷嘴12赋予超声波振动。

瓷嘴12以与平台20上下相向的方式安装于接合臂14的前端。在瓷嘴12形成有在轴向贯通的贯通孔(以下称为“孔40”，图1中未图示)，在所述孔40穿插金线等导线50。瓷嘴12根据所使用的导线50的种类、或所需要的压接球60的形状等而适当更换。

在瓷嘴12的附近配置有放电电极22。放电电极22是为了在导线50的前端形成所述导线50熔融而成的无空气球(以下称为“FAB52”)而设置。若在所述放电电极22与导线的前端之间施加高电压而发生放电，则通过其放电能量而导线50的前端部熔融。而且，通过所述熔融而在导线50的前端形成FAB52。

在瓷嘴12的上方配置有夹头21。夹头21具有配置于导线50的两侧的一对握持构件，通过使所述握持构件接近/远离而将导线50夹持或松开。

接合臂14经由未图示的升降机构而安装于接合头16。另外，接合头16设置于XY台18，可进行水平方向的移动。而且，伴随接合头16的水平移动及接合臂14的垂直移动，瓷嘴12可相对于被安装体而在水平方向及垂直方向相对移动。即，升降机构及XY台18作为使瓷嘴12相对于被安装体相对移动的移动机构发挥功能。再者，本例中使瓷嘴12移动，但也可设为使平台20而非瓷嘴12移动的结构。

平台20供载置如下被安装体，即，作为安装有半导体芯片110的引线框架120。在所述平台20内置有将引线框架120加热的加热器(未图示)。在执行打线接合时，通过所述加热器将引线框架120加热。

控制部24控制打线接合装置10的各部的驱动。控制部24例如具备存储各种数据的存储器、及进行各种运算的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。作为存储于控制部24的存储器的数据，包含用于执行接合处理的控制程序、或生成后述的瓷嘴12的移动顺序所需要的数据等。

控制部24具体而言，通过驱动控制XY台18及升降机构而控制瓷嘴12相对于被安装体的位置。另外，控制部24根据接合处理的进行状况，也进行夹头21的开闭控制、放电电压的施加控制、平台20的加热器的驱动控制。另外，控制部24也作为生成瓷嘴12的移动顺序(XY台18及升降机构的驱动顺序)的生成部发挥功能。为了生成移动顺序，在控制部24的存储器存储有与瓷嘴12的形状有关的信息、与后述的压接球60的目标形状有关的信息等，对此将于后述。

图2为表示瓷嘴12的前端部的一例的图。在瓷嘴12形成有作为在其轴向贯通的贯通孔的孔40。在所述孔40内穿插导线50。因此，孔40的直径(孔径H)大于导线50的直径(导线径)孔40的下端以圆锥状扩展。所述以圆锥状扩展的锥面被称为倒角面42。另外，所述圆锥状的空间中最大直径(即最下端的直径)被称为倒角径CD。

瓷嘴12的下端面成为按压FAB52的朝向面44。所述朝向面44可为平坦的水平面，也可为随着接近外侧而向上方行进那样的倾斜面。以下，将朝向面44的宽度、即自孔40下端的内周缘至瓷嘴12下端的外周缘为止的距离称为“朝向宽度W”。在将瓷嘴12的外径设为T的情形时，朝向宽度W为W＝(T-CD)/2。

图3为通过打线接合装置10所形成的线弧的概念图。在半导体芯片110配设有多个衬垫112，在引线框架120配设有多根引线122。打线接合装置10以导线50将位于所述衬垫112上的第一接合点P1、与位于引线122上的第二接合点P2连接。

在第一接合点P1，形成有将导线50的一端按压于衬垫112而形成的第一接合部54，自所述第一接合部54伸出的导线50延伸至第二接合点P2。在第二接合点P2，形成有将导线50的另一端按压于引线122而形成的第二接合部58。此处，第二接合部58通常为将导线50按压于引线122并压塌的针脚式接合(Stitch Bond)。

为了使半导体装置薄型化，需要降低所述线弧的高度，尤其是从衬垫112的上表面起至线弧的最上点为止的垂直方向距离、即弧高度HL。本说明书中，为了降低所述弧高度HL，通过特殊的步骤来形成第一接合部54。关于此方面，与现有技术比较来进行说明。再者，以下的说明中，自第一接合点P1观看，将接近第二接合点P2的方向称为“前进方向”，将远离第二接合点P2的方向称为“后退方向”。

首先，对现有的第一接合部54的形成加以简单说明。图9为表示现有的第一接合部54形成的流程的概念图。在形成第一接合部54的情形时，首先在位于半导体芯片110的衬垫112上的第一接合点P1形成压接球60。具体而言，首先如图9的(a)所示，在导线50的前端形成FAB52。继而如图9的(b)所示，使瓷嘴12向第一接合点P1下降，以瓷嘴12的朝向面44将FAB52按压于第一接合点P1。再者，在所述按压时，也可经由接合臂14向瓷嘴12赋予振动。伴随所述按压，FAB52变形为扁平，而在衬垫112上形成扁平圆板状的压接球60。另外，构成FAB52的材料的一部分填充于瓷嘴12的孔40内。所述填充于孔40内的材料构成较压接球60更为小径且较导线50更为大径的圆柱部62。而且，通过所述按压，而在第一接合点P1形成于扁平圆板状的压接球60上载置有圆柱部62的第一接合部54。

若形成有第一接合部54，则控制部24使瓷嘴12移动，使导线50向第二接合点P2弯弧。具体而言，控制部24如图9的(b)的箭头所示，使瓷嘴12向上方、后退方向、上方移动，使导线50弯曲后，使瓷嘴12向第二接合点P2移动。继而，在第二接合点P2，通过将瓷嘴12按压于引线122而形成将导线50挤塌的第二接合部58(针脚式接合)。若形成有第二接合部58，则控制部24使瓷嘴12向上方移动后，在锁紧夹头21的状态下使瓷嘴12进一步向上移动，将导线50拉断。

由以上的顺序形成的第一接合部54周边如图9的(c)那样，导线50成为如下形状：自第一接合部54的上端向上方延伸后，描画平缓的圆弧而向斜下方延伸。在所述情形时，弧高度HL成为压接球60的厚度、圆柱部62的厚度、及自圆柱部62以大致U字状伸出的导线50的高度的合计。所述弧高度HL相对较高，为导线径的2倍～4倍。所述大的弧高度HL妨碍半导体装置的薄型化、甚至半导体装置的小型化、薄型化、高集成化。

因此，之前以来正研究可进一步降低弧高度HL的低弧化技术。例如，目前提出有下述技术，即：如图10所示，在第一接合点P1形成压接球60后，在所述压接球60上使导线50折回后，以瓷嘴12按压所述折回的导线。具体而言，控制部24若形成有压接球60及圆柱部62，则使瓷嘴12如图10的(a)的箭头所示那样向上方、后退方向、下方、上方移动后，再次向前进方向移动，在所述地点再一次向下方移动。由此，在压接球60上使导线50折回。继而，以后与通常的弯弧动作同样地，使瓷嘴12向上方、后退方向、上方移动，弯曲后向第二接合点P2移动。

根据所述技术，导线50不自第一接合部54垂直上升，而在大致水平方向延伸，因而与图9所示的技术相比可降低弧高度HL。然而，所述技术中，使圆柱部62横向倾倒，在所述横向倾倒的圆柱部62上载置有导线50。所述圆柱部62及所述导线50虽由瓷嘴12按压，但仅简单地按压的情况下难以充分降低其高度。尤其，圆柱部62因由形成压接球60所致的加工硬化而变得较其他部分更硬。所述圆柱部62在仅以瓷嘴12按压的情况下难以充分降低厚度。其结果，由图10的技术所得的弧高度HL大多成为压接球60的厚度Bt与导线径的合计程度，例如在导线径为18μm、压接球60的厚度Bt为7μ的情形时，由图10的技术所得的弧高度HL成为25μm左右。

本说明书中公开的打线接合装置10进一步降低弧高度HL。具体而言，本装置中，形成压接球60及圆柱部62后，使瓷嘴12直接水平移动而不向上方移动，由此利用瓷嘴12将圆柱部62切削，由此实现低弧化。参照图4～图6对此进行说明。图4为表示第一接合部54形成时的瓷嘴12的移动轨迹的图。另外，图5、图6是表示形成第一接合部54时的瓷嘴12及导线50的活动的图。再者，对图5、图6的各图标注的字母a～字母l与图4所示的轨迹a～轨迹m对应。

在形成第一接合部54的情形时，控制部24首先松开夹头21，在所述状态下驱动控制XY台18及升降机构，使瓷嘴12移动至第一接合点P1的正上方。继而，控制部24对放电电极22与导线50的前端之间施加高电压而发生放电，在导线50的前端形成FAB52。

若形成有FAB52，则控制部24使瓷嘴12向第一接合点P1下降。此时，自衬垫112的上表面至瓷嘴12的下端为止的距离(以下称为“压接高度H1”)是基于压接球60的厚度Bt的目标值而决定。

图4的轨迹a表示使所述瓷嘴12下降至压接高度H1时的轨迹。另外，图5的上段左端表示所述轨迹a的瓷嘴12及导线50的状况。另外，所述下降时，也可对瓷嘴12经由接合臂14赋予超声波振动。

伴随瓷嘴12的下降，FAB52由瓷嘴12的朝向面44按压而扁平化。另外，构成FAB52的材料的一部分填充于瓷嘴12的孔40内。结果，如图5的上段左端所示，在第一接合点P1形成有扁平圆板状的压接球60、及载置于所述压接球60上的圆柱部62。形成所述压接球60及所述圆柱部62的步骤、处理为第一步骤、第一处理。

若形成有压接球60，则继而控制部24使瓷嘴12在压接高度H1水平移动，利用瓷嘴12将圆柱部62削去。具体而言，控制部24如图4的轨迹b所示，不使瓷嘴12上升，换言之保持圆柱部62存在于瓷嘴12的孔40内的状态，使瓷嘴12向后退方向水平移动。图5的上段中央为表示此时的状况的图。在所述情形时，理所当然孔40的内周面与圆柱部62发生干扰。瓷嘴12一方面干扰圆柱部62一方面水平移动，由此圆柱部62由瓷嘴12切削。经切削的圆柱部62的材料如图5的上段中央中加深阴影所示，一部分逐渐横向避让，一部分逐渐避让至孔40的内部。总之，瓷嘴12在形成压接球60后水平移动而不上升，由此将圆柱部62削去。所述削去圆柱部62的步骤、处理相当于第二步骤、第二处理。

此处，所述瓷嘴12的水平移动的距离(轨迹b的移动距离)并无特别限定。然而，所述第二步骤(轨迹b)是以切削圆柱部62为目的，故而所述第二步骤中，较理想为使瓷嘴12水平移动圆柱部62的直径以上。另外，关于瓷嘴12的水平移动的方向，只要将圆柱部62削去，则可为后退方向，也可为前进方向。另外，瓷嘴12只要将圆柱部62削去，则也可在后退方向及前进方向进退一次以上。另外，为了顺利地进行所述削去动作，也可在轨迹b的移动中也对瓷嘴12赋予超声波振动。

若第二步骤结束，则继而控制部24执行下述第三步骤(第三处理)，即：使瓷嘴12在较压接高度H1更高的移动高度H2向前进方向移动，并且在所述移动的中途反复进行一次以上的使瓷嘴12升降的压扁动作。轨迹c～轨迹k表示所述第三步骤的瓷嘴12的移动轨迹。另外，图5的上段右端至图6的下段中央表示所述第三步骤的状况。

加以具体说明，若削去圆柱部62，则控制部24使瓷嘴12向上方移动(轨迹c)后，向前进侧移动既定距离(轨迹d)。由此，如图5的上段右端及下段左端所示，导线50向前进侧折回，载置于压接球60上。若成为所述状态，则控制部24使瓷嘴12向下方移动(轨迹e)，如图5的下段中央所示，以瓷嘴12的朝向面44将压接球60上的导线50压扁。由此，经压塌的导线50的材料的一部分避让至瓷嘴12的外侧，另一部分避让至瓷嘴12的孔40的内部。另一方面，朝向面44的正下方的第一接合部54的厚度大幅度地减小。

此处，在所述折回的导线部分，包含构成圆柱部62的材料(加深阴影部位)。圆柱部62如上文所述，与其他部位相比而变硬。因此，原本的圆柱部62在仅由瓷嘴12压扁的情况下难以变形，厚度也难以减小。然而，在所述时间点，圆柱部62由瓷嘴12切削而被破坏。因此，通过利用瓷嘴12进行压扁而容易变形，厚度也减小。

再者，在以朝向面44压扁导线50时，也可对瓷嘴12赋予超声波振动。总之，以下将如此使瓷嘴12暂且下降的动作(轨迹e、轨迹h、轨迹k的动作)称为“压扁动作”。

控制部24一方面变更水平位置，一方面反复进行多次所述压扁动作，直至导线50到达压接球60的前进侧端部为止。本例中，控制部24进行3次压扁动作。图4的轨迹e、图5的下段中央表示第一次压扁动作。另外，图4的轨迹h、图5的下段左表示第二次压扁动作，图4的轨迹k、图6的下段中央表示第3次压扁动作。如由图5、图6所表明，通过反复进行压扁动作直至导线50到达压接球60的前进侧端部为止，可在保持第一接合部54的厚度薄的状况下，使导线50自压接球60的前进侧端部伸出。

此处，进行所述压扁动作的次数、及水平间隔(轨迹d、轨迹g、轨迹j的距离)较理想为以如下方式设定，即：利用较孔40更靠后退侧的朝向面44，将载置于压接球60上的导线50整体全部压扁。

另外，移动高度H2是以导线50可折回的范围而设定。即，若移动高度H2与导线径相比而过小，则导线50难以倾倒，无法使导线50折回。另一方面，若移动高度H2大至必要以上的程度，则相应地耗费多余时间。此处，较理想为预先通过实验等而求出与所使用的导线50的线径或材质相应的移动高度H2的合适的值，并预先存储于控制部24。

压扁时的瓷嘴12的高度、即压扁高度H3较理想为与压接高度H1大致相同。然而，实际上由于来自被瓷嘴12压扁的导线50的阻力等，而难以设定为H3＝H1，实际上成为H3＜H1。压扁高度H3与压接高度H1的差值ΔH大幅度地影响第一接合部54的厚度。因此，较理想为依所使用的导线50的每种线径或材料，预先通过实验等而也求出差值ΔH的合适的值，并预先存储于控制部24。

若第三步骤完成，则控制部24执行使导线50向第二接合点P2伸出的弯弧动作。具体而言，若最后的压扁动作完成，则控制部24在压扁高度H3使瓷嘴12向前进方向移动(图4的轨迹l)后，向上方移动(图4的轨迹m)，使导线50弯曲。然后，控制部24使瓷嘴12向第二接合点P2向斜下方移动。

若瓷嘴12到达第二接合点P2，则控制部24使瓷嘴12向第二接合点P2下降，将导线50按压于引线122。此处，视需要对瓷嘴12赋予超声波振动。通过所述按压而在第二接合点P2(引线122)形成作为第二接合部58的针脚式接合。若成为所述状态，则控制部24使瓷嘴12稍许上升后，将夹头21锁紧。继而，在锁紧夹头21的状态下使瓷嘴12横向移动，将导线50拉断。

如由以上的说明所表明，本说明书中公开的打线接合装置10中，在形成压接球60及圆柱部62后，使瓷嘴12以压接高度H1水平移动，由此将位于压接球60上的圆柱部62削去。进而，将圆柱部62削去后，以瓷嘴12将折叠于压接球60上的导线50压扁。由此，可大幅度地减小第一接合部54的厚度，甚至可大幅度地降低线弧的弧高度HL。

图7为表示利用本说明书中公开的打线接合装置10进行的打线接合的实验结果的表。实验中，使用的金线导线形成30次线弧，测量各线弧的压接球60的厚度Bt、弧高度HL及拉力强度(pull strength)。

如图7所示，根据本说明书所公开的技术，压接球60的厚度Bt为6.6μm～7.2μm(平均6.9μm)，弧高度HL成为19.8μm～21.5μm(平均20.5μm)。另一方面，图10所示的现有技术的弧高度HL如上文所述，为压接球60的厚度与导线径的合计值程度，在的情形时为25μm左右。即，根据本说明书所公开的技术，与图10所示的现有技术相比，也可将弧高度HL降低约20％。另外，线弧的拉力强度如图7所示，为2.0gf～2.4gf，可知虽为低弧但具有充分的强度。

图8为表示由本说明书所公开的技术形成的第一接合部54的一例的图像。如图8所示，本例的第一接合部54中，在扁平圆板状的压接球60上，载置有以既定间隔向压接球60被挤塌的导线50的一部分。另外，可知导线50自压接球60的前进侧端部大致水平地伸出，弧高度HL可抑制为导线径的1.1倍～1.2倍左右。

继而，对由控制部24进行的瓷嘴12的移动顺序的自动生成的流程进行说明。如上文已述，控制部24自动生成瓷嘴12的移动顺序。为了所述移动顺序的自动生成，操作员预先至少输入瓷嘴12的尺寸信息、导线信息、压接球60的尺寸信息。此处，作为瓷嘴12的尺寸信息，包含瓷嘴12前端部的各部的尺寸值，即孔径H、倒角径CD、外径T、朝向宽度W等。另外，操作员也可仅输入瓷嘴12的识别信息(例如型号)代替此种各部的尺寸值。在所述情形时，控制部24预先将多种瓷嘴12的尺寸值与识别信息相对应地存储，基于由操作员输入的识别信息而确定实际使用的瓷嘴12的尺寸值。

作为导线信息，包含所使用的导线的线径及材质等。另外，作为压接球60的尺寸信息，包含欲形成的压接球60的直径D及厚度Bt的目标值。再者，压接球60的直径D及厚度Bt的目标值也可由控制部24基于其他信息而自动算出。例如，控制部24也可预先依所使用的每种瓷嘴12的形状及导线的线径，存储可形成的压接球60的直径D及厚度Bt，根据由操作员输入的瓷嘴12的尺寸信息及导线信息，自动确定压接球60的直径D及厚度Bt。

另外，控制部24在顺序的生成之前，也获取第一接合点P1及第二接合点P2的位置信息，即半导体芯片110的衬垫112及引线框架120的引线的位置信息。此种位置信息可由操作员输入，也可在控制部24中自动获取。即，例如也可在接合臂14的附近预先设置与所述接合臂14一并移动的照相机，控制部24基于由所述照相机拍摄所得的图像而算出第一接合点P1及第二接合点P2的位置。

若可获取这些信息，则控制部24算出各移动轨迹的瓷嘴12的移动位置。此处，尤其对用以形成第一接合部54的轨迹b～轨迹k的移动位置的算出进行说明。控制部24为了算出瓷嘴12的移动位置，而算出高度H1～高度H3及水平移动量Lb、水平移动量L1～水平移动量L3等。

具体而言，控制部24根据压接球60的厚度Bt而算出第一步骤(压接球60及圆柱部62的形成时)中的、作为自衬垫112上表面至瓷嘴12的下端为止的距离的压接高度H1。另外，控制部24基于导线50的种类(线径、材质等)而决定在第三步骤中作为使瓷嘴12水平移动时的高度的移动高度H2。进而，控制部24基于压接高度H1及导线50的种类(线径、材质)而决定在第三步骤中作为以瓷嘴12将导线50压扁时的高度的压扁高度H3。即，压扁高度H3成为对压接高度H1附加由导线50的种类等决定的富余量ΔH而得的值。

进而，控制部24基于圆柱部62的最大直径(即倒角径CD)，决定第二步骤中的水平移动距离Lb。另外，控制部24基于瓷嘴12的形状及压接球60的形状而算出第三步骤中的压扁动作的次数N、及压扁动作的水平间隔L1～水平间隔LN。这些值N、L1～LN是以如下方式设定，即，可利用瓷嘴12的朝向面44将载置于压接球60上的导线50全部压扁。

若可算出各轨迹的高度H1～高度H3、水平移动量Lb、水平移动量L1～水平移动量LN，则控制部24将这些值与第一接合点P1、第二接合点P2的位置信息等组合，生成瓷嘴12的移动顺序。

如由以上的说明所表明，根据本说明书中公开的打线接合装置10，可形成降低了弧高度HL的线弧。另外，根据本说明书中公开的打线接合装置10，可实现此种低弧的瓷嘴12的移动顺序可基于瓷嘴12的形状信息、导线信息、压接球60的形状信息而自动生成。由此，可减轻操作员的工时。

再者，至此为止说明的结构为一例，只要具有至少执行下述处理的控制部24，则其他结构也可适当变更，所述处理为形成压接球60及圆柱部62的第一处理(第一步骤)、为了切削圆柱部62而使瓷嘴12水平移动的第二处理(第二步骤)、及在使瓷嘴12向前进方向移动的中途进行一次以上的压扁动作的第三处理(第三步骤)。

符号的说明

10：打线接合装置

12：瓷嘴

14：接合臂

16接合头

18：XY台

20：平台

21：夹头

22：放电电极

24：控制部

40：孔

42：倒角面

44：朝向面

50：导线

54：第一接合部

58：第二接合部

60：压接球

62：圆柱部

110：半导体芯片

112：衬垫

120：引线框架

122：引线。