ボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法
【課題】高速で均一なループを形成させる。
【解決手段】ボンディング装置１は、キャピラリ５をボンディング位置まで下降させて、オーバーハングダイ１００のパッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングするが、その際、所定時間ごとに、キャピラリ５のＺ軸方向の位置を検出するとともに、荷重センサ７で検出した荷重を検出して蓄積しておく。そして、蓄積したキャピラリ５に作用する荷重とキャピラリ５の位置とを参照して、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、荷重変化位置からボンディング位置に至るキャピラリ５の移動量Ｚを算出する。そして、この算出した移動量Ｚ分、キャピラリ５を上昇させた後、パッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させる。
【解決手段】ボンディング装置１は、キャピラリ５をボンディング位置まで下降させて、オーバーハングダイ１００のパッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングするが、その際、所定時間ごとに、キャピラリ５のＺ軸方向の位置を検出するとともに、荷重センサ７で検出した荷重を検出して蓄積しておく。そして、蓄積したキャピラリ５に作用する荷重とキャピラリ５の位置とを参照して、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、荷重変化位置からボンディング位置に至るキャピラリ５の移動量Ｚを算出する。そして、この算出した移動量Ｚ分、キャピラリ５を上昇させた後、パッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーバーハングダイの自由端に形成されたパッドに、キャピラリに挿通されたワイヤをボンディングするボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤボンディング装置は、揺動可能に取り付けられたボンディングアームに、金属細線などのワイヤを繰り出すキャピラリが取り付けられており、ボンディングアームを揺動させてキャピラリを半導体ダイのパッドに押し付けることで、半導体ダイのパッドにワイヤをボンディングしている。
【０００３】
近年、積層化の一態様として、下層の半導体ダイやスペーサなどからはみ出したオーバーハングダイが用いられるようになってきた。ところが、オーバーハングダイは、端部が下層の半導体ダイやスペーサなどに支持されない自由端となっているため、この自由端に設けられたパッドにワイヤをボンディングすると、オーバーハングダイがキャピラリに押し付けられて撓んでしまう。このため、ワイヤのボンディング後にワイヤループを形成すると、ワイヤループの始点となる基準位置が安定しないため、ワイヤループのループ高さが不均一となるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１，２では、ボンディングアームに低荷重を加えて下降させると、オーバーハングダイにキャピラリが接触した位置でボンディングアームの下降が停止することを利用して、オーバーハングダイにキャピラリが接触する接触位置を検出している。そして、ワイヤをボンディングした後にキャピラリを接触位置まで上昇させた後、ワイヤループを形成している。
【特許文献１】特許４０６８０４９号公報
【特許文献２】特開２００６−０３２８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に記載された技術では、オーバーハングダイに接触したことを検出するために、接触位置でキャピラリの移動を停止させる必要があり、ループの形成に時間がかかるという問題があった。なお、特許文献１，２に記載された技術では、接触の検出には低荷重の検出が必要となるため、外乱による荷重変動の誤差等によって、検出の精度が低下するという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、高速で均一なループを形成させることができるボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るボンディング方法は、キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング方法であって、所定のボンディング位置までキャピラリを移動させる第１移動ステップと、キャピラリを移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、ボンディング位置においてパッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置との差分を演算してキャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、パッドにワイヤをボンディングした後、移動量分、キャピラリを後退させる第２移動ステップと、第２移動ステップの後、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るボンディング方法では、キャピラリをボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを検出しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置におけるキャピラリの位置との差分を演算することで、オーバーハングダイに接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリの移動量を算出することができる。そして、パッドにワイヤをボンディングした後、この移動量分、キャピラリを後退させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリがオーバーハングダイに接触した際にキャピラリの移動を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループを形成させることができる。
【０００９】
この場合、上記荷重変化点は、ボンディング位置の最も近傍においてキャピラリに作用する荷重が変化した点であることが好ましい。キャピラリがオーバーハングダイに接触するまでは、キャピラリの振動などによってもキャピラリに作用する荷重が変化するため、この荷重の変化が、キャピラリがオーバーハングダイに接触したことによるものか、キャピラリの振動などによるものかを判別することが困難となる。そこで、このボンディング方法によれば、ボンディング位置の最も近傍において荷重が変化した点を荷重変化点とすることで、キャピラリがオーバーハングダイに接触する前に生じるキャピラリの振動などの影響を排除することができ、より高精度に移動量を演算することができる。
【００１０】
本発明に係るボンディング装置は、キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング装置であって、所定のボンディング位置までキャピラリを移動させてパッドにワイヤをボンディングさせ、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるボンディング制御手段と、キャピラリを移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出手段と、を有し、ボンディング制御手段は、荷重検出手段で検出したキャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とに基づいて、キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置との差分を演算してキャピラリの移動量を演算し、移動量分、キャピラリを後退させた後、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るボンディング装置では、キャピラリをボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを検出しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置におけるキャピラリの位置との差分を演算することで、オーバーハングダイに接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリの移動量を算出することができる。そして、パッドにワイヤをボンディングした後、この移動量分、キャピラリを後退させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリがオーバーハングダイに接触した際にキャピラリの移動を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループを形成させることができる。
【００１２】
そして、揺動可能に取り付けられてキャピラリを保持するボンディングアームを更に有し、ボンディングアームは、ボンディングアームを揺動する駆動部が取り付けられたアーム基端部と、アーム基端部の先端側に位置してキャピラリを保持するアーム先端部と、アーム基端部とアーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部と、を備え、荷重検出手段は、アーム先端部とアーム基端部との間に配置されていることが好ましい。このボンディング装置によれば、ボンディングアームのアーム基端部とアーム先端部とが、可撓性を有する連結部により連結されているため、キャピラリに荷重が作用するとアーム基端部に対してアーム先端部が撓む。そして、アーム基端部とアーム先端部との間に荷重検出手段が配置されているため、アーム基端部に対するアーム先端部の撓みにより、キャピラリに作用する荷重を適切に検出することができる。
【００１３】
本発明に係る製造方法は、オーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングして半導体装置を製造する製造方法であって、ワイヤが挿通されたキャピラリと、揺動可能に取り付けられたアーム基端部と、アーム基端部の先端側に位置してキャピラリを保持するアーム先端部と、アーム基端部とアーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部とを有するボンディングアームと、キャピラリを保持するとともにアーム先端部に取り付けられて超音波を発生する超音波ホーンと、超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアームの回転中心とアーム先端部との間に取り付けられる荷重検出手段と、を備える半導体装置を用意し、所定のボンディング位置までキャピラリを移動させる第１移動ステップと、キャピラリを移動させる際に、荷重検出手段によりキャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、ボンディング位置においてパッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、加重変換点におけるキャピラリの位置とボンディング位置との差分を演算してキャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、パッドにワイヤをボンディングした後、移動量分、キャピラリを後退させる第２移動ステップと、第２移動ステップの後、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る製造方法では、キャピラリをボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを検出しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置におけるキャピラリの位置との差分を演算することで、オーバーハングダイに接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリの移動量を算出することができる。そして、パッドにワイヤをボンディングした後、この移動量分、キャピラリを後退させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリがオーバーハングダイに接触した際にキャピラリの移動を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループが形成された半導体装置を製造することができる。
【００１５】
この場合、上記荷重変化点は、ボンディング位置の最も近傍においてキャピラリに作用する荷重が変化した点であることが好ましい。キャピラリがオーバーハングダイに接触するまでは、キャピラリの振動などによってもキャピラリに作用する荷重が変化するため、この荷重の変化が、キャピラリがオーバーハングダイに接触したことによるものか、キャピラリの振動などによるものかを判別することが困難となる。そこで、このボンディング方法によれば、ボンディング位置の最も近傍において荷重が変化した点を荷重変化点とすることで、キャピラリがオーバーハングダイに接触する前に生じるキャピラリの振動などの影響を排除することができ、より高精度に移動量を演算することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高速で均一なループを形成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
【００１８】
図１は、実施形態に係るボンディング装置を示した図であり、図２は、ボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、図２（ａ）は、ボンディングアームの上面図、図２（ｂ）は、ボンディングアームの底面図である。
【００１９】
図１に示すように、ボンディング装置１によりボンディングを行うオーバーハングダイ１００は、下層ダイ１０１及びスペーサ１０２を介して、基板１０３に固着されており、その端部が、下層ダイ１０１からはみ出した自由端となっている。なお、スペーサ１０２は、例えば、ダイアタッチメントフィルムテープなどが用いられ、下層ダイ１０１とオーバーハングダイ１００との接着を行っている。そして、オーバーハングダイ１００の自由端にボンディング対象となるパッド１０４が形成されており、このパッド１０４と基板１０３に形成されたリード１０５との間で、ワイヤループが形成される。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施形態のボンディング装置１は、基本的に、本願の出願人が先に出願した特願２００８−１６９７９７号に記載されたボンディング装置と同様の構成をしている。ボンディング装置１は、オーバーハングダイ１００の自由端に設けられたパッド１０４に、ワイヤの先端が球状に形成されたイニシャルボール１０をボンディングするとともに、パッド１０４とリード１０５との間でワイヤループを形成するワイヤボンディング装置である。このため、ボンディング装置１には、ＸＹ軸方向に移動可能なボンディングヘッド２と、ボンディングヘッド２に揺動可能に取り付けられるボンディングアーム３と、ボンディングヘッド２に対してボンディングアーム３を揺動させる駆動モータ４と、挿通されたワイヤを繰り出してボンディングするキャピラリ５と、キャピラリ５を保持して超音波振動を発生する超音波ホーン６と、キャピラリ５に作用する荷重を検出する荷重センサ７と、ボンディング装置１を統括的に制御する制御部２０と、ボンディング対象であるオーバーハングダイ１００が積層された基板１０３を吸着保持するボンディングステージ９と、が設けられている。
【００２１】
ボンディングアーム３は、ボンディングヘッド２からボンディングステージ９に向けて延びる略直方体に形成されている。このボンディングアーム３には、ボンディングヘッド２に取り付けられるアーム基端部１１と、アーム基端部１１の先端側に位置して超音波ホーン６が取り付けられるアーム先端部１２と、アーム基端部１１とアーム先端部１２とを連結して可撓性を有する連結部１３とにより構成されている。この連結部１３は、ボンディングアーム３の上面（図１において上面）３ａから所定厚さのスリット（切り欠き）１４ａが形成されるとともに、ボンディングアーム３の下面（図１において下面）３ｂから所定厚さのスリット１４ｂが形成されており、薄板状に形成されている。このように、連結部１３においてボンディングアーム３が局部的に薄くなっているため、アーム先端部１２はアーム基端部１１に対して撓むようになっている。
【００２２】
図１及び図２（ｂ）に示すように、ボンディングアーム３の下面３ｂ側には、超音波ホーン６が収容される凹部１６が形成されている。そして、超音波ホーン６が、ボンディングアーム３の凹部１６に収容された状態で、アーム先端部１２に取り付けられている。この超音波ホーン６は、凹部１６から突出した先端部においてキャピラリ５を保持しており、凹部１６に収容された不図示の基板部に超音波振動を発生する超音波振動子１７が取り付けられている。なお、超音波振動子１７には、例えば、ピエゾ振動子が用いられる。
【００２３】
一方、図１及び図２（ａ）に示すように、上面３ａ側のスリット１４ａは、上部が幅広に形成されている。そして、この幅広に形成されたスリット１４ａの上部に、アーム基端部１１とアーム先端部１２との間に挟みこまれるように、荷重センサ７が嵌め込まれて（配置されて）いる。すなわち、荷重センサ７は、超音波ホーン６の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム３の回転中心とアーム先端部１２における超音波ホーン６の取付面（アーム先端部１２におけるキャピラリ５側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上述したように、キャピラリ５を保持する超音波ホーン６がアーム先端部１２に取り付けられているため、撓んだオーバーハングダイ１００の反力よりキャピラリ５に荷重が作用すると、アーム基端部１１に対してアーム先端部１２が撓み、荷重センサ７において荷重を検出することが可能となっている。なお、荷重センサ７には、例えば、ピエゾ荷重センサが用いられる。
【００２４】
そして、制御部２０は、駆動モータ４、超音波ホーン６、荷重センサ７と接続されており、ボンディングヘッド２、駆動モータ４及び超音波振動子１７を駆動制御することで、パッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングさせるとともに、パッド１０４とリード１０５との間でワイヤループを形成させる。このため、制御部２０には、駆動モータ４との間で情報の送受を行うＺ軸モータＩ／Ｆ２１と、超音波ホーン６との間で情報の送受を行うセンサＩ／Ｆ２２と、荷重センサ７との間でデータの送受を行うセンサＩ／Ｆ２３と、モニタなどの表示装置であって制御部２０の各種制御情報を表示する出力部２４と、キーボードなどの入力装置であって作業者からの各種制御情報の入力を受け付ける入力部２５と、駆動モータ４、超音波ホーン６、荷重センサ７、及び入力部２５で取得した情報に基づいて各種制御を行うＣＰＵ２６と、メモリ２７とが設けられている。このメモリ２７には、制御部２０において、ボンディング制御部として機能するボンディング制御プログラム２７１と、荷重変化検出部として機能する荷重変化検出プログラム２７２とが格納されている。
【００２５】
ボンディング制御プログラム２７１は、オーバーハングダイ１００にワイヤボンディングを行うためのプログラムである。すなわち、ボンディング制御プログラム２７１は、駆動モータ４を駆動制御して所定のボンディング位置までキャピラリ５を下降させて、超音波振動子１７を駆動制御してパッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングさせ、その後、駆動モータ４を駆動制御してキャピラリを上昇させた後、ボンディングヘッド２を移動させながら駆動モータ４を駆動制御してパッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させるものである。
【００２６】
荷重変化検出プログラム２７２は、キャピラリ５のＺ軸方向の位置とキャピラリ５に作用する荷重の変化とを検出するためのプログラムである。すなわち、荷重変化プログラム２７２は、キャピラリ５がボンディング位置まで下降する際、所定時間ごとに、荷重センサ７で検出した荷重と、キャピラリ５のＺ軸方向の位置（高さ）とを検出し、これらの検出した荷重とキャピラリ５のＺ軸位置とを対応付けて蓄積するものである。なお、上述したように、キャピラリ５に作用する荷重が変化すると、荷重変化検出部２２が検出する荷重も変化する。
【００２７】
そして、ＣＰＵ２６は、メモリ２７からボンディング制御プログラム２７１及び荷重変化検出プログラム２７２を読み出して、図示しないＲＡＭなどに展開し、このボンディング制御プログラム２７１及び荷重変化検出プログラム２７２を実行することで、ボンディング制御及び荷重変化検出を行う。具体的には、荷重変化検出部２２に蓄積された荷重とキャピラリ５のＺ軸位置とを参照して、キャピラリ５に作用する荷重が変化する荷重変化点を検出し、この荷重変化点におけるキャピラリ５のＺ軸位置である荷重変化位置を求める。そして、ボンディング制御部２１は、荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触してからキャピラリ５がボンディング位置に到達するまでの移動量Ｚを算出する。そして、荷重変化検出部２２は、パッド１０４にイニシャルボール１０がボンディングされると、パッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させる前に、キャピラリ５を移動量Ｚだけ上昇させる。なお、キャピラリ５を移動量Ｚだけ上昇させた位置が、ワイヤループを形成する始点の基準位置となる。
【００２８】
次に、図３〜図６を参照して、ボンディング装置１を用いてオーバーハングダイ１００にワイヤをボンディングするボンディング方法について説明する。図３は、ボンディング方法を説明するためのフローチャート、図４は、キャピラリとオーバーハングダイとの関係を示した図である。なお、以下に説明する処理は、制御部２０の制御により行われる。
【００２９】
図３に示すように、制御部２０は、キャピラリ５に作用する荷重を検出しながら、キャピラリ５を下降させる（ステップＳ１）。ステップＳ１において、制御部２０は、まず、キャピラリ５に挿通されたワイヤの先端を、図示しない放電トーチなどによって球状のイニシャルボール１０に形成する（図４（ａ）参照）。そして、制御部２０は、駆動モータ４を駆動制御することで、ボンディングアーム３に所定の荷重を与えて揺動させ、キャピラリ５を下降させる。すると、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触する（図４（ｂ）参照）。そして、更に、パッド１０４がイニシャルボール１０に押し付けられ、オーバーハングダイ１００が下方に撓む（図４（ｃ）参照）。なお、ボンディングアーム３に与える所定の荷重とは、所定のボンディング位置までオーバーハングダイ１００を撓ませながらキャピラリ５を下降させたときに、オーバーハングダイ１００からの反力とバランスしてキャピラリ５の下降が停止される荷重である。このため、キャピラリ５がボンディング位置に到達すると、キャピラリ５の下降が停止される。また、制御部２０は、キャピラリ５が下降する間中、所定時間ごとに、キャピラリ５のＺ軸方向の位置（高さ）を検出するとともに、荷重センサ７で検出した荷重を検出する。そして、制御部２０は、キャピラリ５のＺ軸位置と荷重センサ７で検出した荷重とを対応付けて蓄積する。
【００３０】
次に、制御部２０は、キャピラリ５がボンディング位置まで下降したか否かを判定する（ステップＳ２）。上述したように、キャピラリ５がボンディング位置まで下降すると、キャピラリ５の下降が停止されるため、制御部２０は、キャピラリ５の下降が停止するとキャピラリ５がボンディング位置まで下降したと判定し、キャピラリ５の下降が継続されているとキャピラリ５がボンディング位置まで下降していないと判定する。
【００３１】
そして、ステップＳ２において、キャピラリ５がボンディング位置まで下降したと判定すると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部２０は、オーバーハングダイ１００のパッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングする（ステップＳ３）。すなわち、制御部２０は、超音波振動子１７を駆動制御して超音波振動を発生させることで、キャピラリ５を介してイニシャルボール１０に超音波振動を与える。すると、イニシャルボール１０とパッド１０４とは所定圧力で押し付けあっているため、イニシャルボール１０とパッド１０４との間に摩擦力が発生し、パッド１０４にイニシャルボール１０が接合（ボンディング）される（図４（ｄ）参照）。
【００３２】
次に、制御部２０は、ステップＳ１において蓄積したキャピラリ５のＺ軸位置と荷重センサ７で検出した荷重とを参照して、荷重変化位置からボンディング位置に至るキャピラリ５の移動量Ｚを算出する（ステップＳ４）。
【００３３】
ここで、図５を参照して、移動量Ｚの算出について詳しく説明する。図５は、キャピラリのＺ軸方位置と荷重センサで検出した荷重との関係を模式的に示した図である。なお、図４の（ａ）〜（ｅ）は、図５に示した（ａ）〜（ｅ）点におけるキャピラリ５とオーバーハングダイ１００との関係を示している。図５に示すように、キャピラリ５が下降して（ａ）点から（ｂ）点に至ると、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触するため、（ｂ）点から荷重センサ７で検出する荷重が増加し始める。そして、キャピラリ５が（ｃ）点に至ってボンディング位置に到着すると、キャピラリ５の移動が停止され、荷重センサ７において検出する荷重の増加も停止する。このため、キャピラリ５が荷重変化位置に位置するときに、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触する。
【００３４】
そこで、ステップＳ４では、まず、ステップＳ１において蓄積されたキャピラリ５に作用する荷重とキャピラリ５の位置とを参照して、荷重変化点を検出し、この荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置を求める。そして、荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、荷重変化位置からボンディング位置に至るキャピラリ５の移動量Ｚキャピラリ５の移動量Ｚを算出する。
【００３５】
図６は、荷重センサで検出した荷重及びオーバーハングダイに作用する荷重の実測値を示した図であり、（ａ）は、荷重センサで検出した荷重、（ｂ）は、オーバーハングダイに作用する荷重を示している。図６（ｂ）に示すように、オーバーハングダイ１００に作用する荷重は、滑らかな曲線又は直線を描くように変動するが、図６（ａ）に示すように、荷重センサ７で検出する荷重は、小刻みに振動しながら変動している。すなわち、駆動モータ４の駆動によりボンディングアーム３を揺動させてキャピラリ５を下降させると、超音波ホーン６の固有振動などによって、アーム先端部１２が振動する。そして、キャピラリ５が下降してイニシャルボール１０がパッド１０４に接触するまでの間は、アーム先端部１２の振動が十分に抑制されないため、荷重センサ７で検出する荷重が増加と減少とを繰り返す。なお、図６（ａ）において、キャピラリ５がボンディング位置にあるときの荷重変動は、超音波振動子１７による超音波振動の発生により生じた荷重変動である。
【００３６】
そこで、ステップＳ４では、ボンディング位置から最も近傍の荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、移動量Ｚを算出する。
【００３７】
次に、制御部２０は、ステップＳ３において算出した移動量Ｚ分、キャピラリ５を上昇させる（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５では、駆動モータ４に加えている荷重を開放し、キャピラリ５を移動量Ｚ分上昇させる。これにより、キャピラリ５は、オーバーハングダイ１００を押し下げる前の位置に戻る（図４（ｅ）参照）。
【００３８】
その後、制御部２０は、ステップＳ５において上昇されたキャピラリ５の位置を、ワイヤループを形成する始点の基準位置とし、駆動モータ４及びボンディングヘッド２の駆動制御によりキャピラリ５を所定の軌跡により移動させて、パッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させる（ステップＳ６）。
【００３９】
このように、本実施形態では、キャピラリ５をボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリ５のＺ軸位置とキャピラリ５に作用する荷重とを検出して蓄積しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、蓄積したキャピラリ５のＺ軸位置とキャピラリ５に作用する荷重とに基づいて、荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、オーバーハングダイ１００に接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリ５の移動量Ｚを算出する。そして、パッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングした後、この移動量Ｚ分、キャピラリ５を上昇させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触した際にキャピラリ５の下降を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループを形成させることができる。
【００４０】
そして、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触するまでは、アーム先端部１２、超音波ホーン６及びキャピラリ５の振動などによってもキャピラリ５に作用する荷重が変化するため、この荷重の変化が、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触したことによるものか、アーム先端部１２の振動などによるものかを判別することが困難となる。そこで、ボンディング位置の最も近傍における荷重変化点を、移動量Ｚを算出するための荷重変化点とすることで、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触する前に生じるアーム先端部１２の振動などの影響を排除することができ、より高精度に移動量Ｚを算出することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、ボンディングアーム３のアーム基端部１１とアーム先端部１２とが、可撓性を有する連結部１３により連結されているため、キャピラリ５に荷重が作用するとアーム基端部１１に対してアーム先端部１２が撓む。そして、アーム基端部１１とアーム先端部１２との間に荷重センサ７が配置されているため、アーム基端部１１に対するアーム先端部１２の撓みにより、キャピラリ５に作用する荷重を適切に検出することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ステップＳ３においてボンディングを行った後、ステップＳ４において移動量Ｚを算出するものとして説明したが、ステップＳ３とステップＳ４とを入れ替えてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、荷重センサ７をボンディングヘッド２の上面３ａ側のスリット１４ａに設けるものとして説明したが、ボンディングヘッド２の下面３ｂ側のスリット１４ｂに設けるものとしてもよい。この場合、荷重センサ７が検出する荷重は、上記実施形態において検出する荷重と正負が逆になる。
【００４４】
また、上記実施形態では、イニシャルボール１０をパッド１０４にボンディングした後、駆動モータ４に加えている荷重を開放することで、キャピラリ５を上昇させるものとして説明したが、例えば、駆動モータ４に、正負が逆の荷重を加えることで、キャピラリ５を上昇させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係るボンディング装置を示した図である。
【図２】ボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、（ａ）は、ボンディングアームの上面図、（ｂ）は、ボンディングアームの底面図である。
【図３】ボンディング方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】キャピラリとオーバーハングダイとの関係を示した図である。
【図５】キャピラリのＺ軸方位置と荷重センサで検出した荷重との関係を模式的に示した図である。
【図６】荷重センサで検出した荷重及びオーバーハングダイに作用する荷重の実測値を示した図であり、（ａ）は、荷重センサで検出した荷重、（ｂ）は、オーバーハングダイに作用する荷重である。
【符号の説明】
【００４６】
１…ボンディング装置、２…ボンディングヘッド、３…ボンディングアーム、３ａ…上面、３ｂ…下面、４…駆動モータ、５…キャピラリ、６…超音波ホーン、７…荷重センサ、９…ボンディングステージ、１０…イニシャルボール、１１…アーム基端部、１２…アーム先端部、１３…連結部、１４ａ…スリット、１４ｂ…スリット、１６…凹部、１７…超音波振動子、２０…制御部、２１…ボンディング制御部、２２…荷重変化検出部、１００…オーバーハングダイ、１０１…下層ダイ、１０２…スペーサ、１０３…基板、１０４…パッド、１０５…リード、Ｚ…移動量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーバーハングダイの自由端に形成されたパッドに、キャピラリに挿通されたワイヤをボンディングするボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤボンディング装置は、揺動可能に取り付けられたボンディングアームに、金属細線などのワイヤを繰り出すキャピラリが取り付けられており、ボンディングアームを揺動させてキャピラリを半導体ダイのパッドに押し付けることで、半導体ダイのパッドにワイヤをボンディングしている。
【０００３】
近年、積層化の一態様として、下層の半導体ダイやスペーサなどからはみ出したオーバーハングダイが用いられるようになってきた。ところが、オーバーハングダイは、端部が下層の半導体ダイやスペーサなどに支持されない自由端となっているため、この自由端に設けられたパッドにワイヤをボンディングすると、オーバーハングダイがキャピラリに押し付けられて撓んでしまう。このため、ワイヤのボンディング後にワイヤループを形成すると、ワイヤループの始点となる基準位置が安定しないため、ワイヤループのループ高さが不均一となるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１，２では、ボンディングアームに低荷重を加えて下降させると、オーバーハングダイにキャピラリが接触した位置でボンディングアームの下降が停止することを利用して、オーバーハングダイにキャピラリが接触する接触位置を検出している。そして、ワイヤをボンディングした後にキャピラリを接触位置まで上昇させた後、ワイヤループを形成している。
【特許文献１】特許４０６８０４９号公報
【特許文献２】特開２００６−０３２８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に記載された技術では、オーバーハングダイに接触したことを検出するために、接触位置でキャピラリの移動を停止させる必要があり、ループの形成に時間がかかるという問題があった。なお、特許文献１，２に記載された技術では、接触の検出には低荷重の検出が必要となるため、外乱による荷重変動の誤差等によって、検出の精度が低下するという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、高速で均一なループを形成させることができるボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るボンディング方法は、キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング方法であって、所定のボンディング位置までキャピラリを移動させる第１移動ステップと、キャピラリを移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、ボンディング位置においてパッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置との差分を演算してキャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、パッドにワイヤをボンディングした後、移動量分、キャピラリを後退させる第２移動ステップと、第２移動ステップの後、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るボンディング方法では、キャピラリをボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを検出しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置におけるキャピラリの位置との差分を演算することで、オーバーハングダイに接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリの移動量を算出することができる。そして、パッドにワイヤをボンディングした後、この移動量分、キャピラリを後退させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリがオーバーハングダイに接触した際にキャピラリの移動を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループを形成させることができる。
【０００９】
この場合、上記荷重変化点は、ボンディング位置の最も近傍においてキャピラリに作用する荷重が変化した点であることが好ましい。キャピラリがオーバーハングダイに接触するまでは、キャピラリの振動などによってもキャピラリに作用する荷重が変化するため、この荷重の変化が、キャピラリがオーバーハングダイに接触したことによるものか、キャピラリの振動などによるものかを判別することが困難となる。そこで、このボンディング方法によれば、ボンディング位置の最も近傍において荷重が変化した点を荷重変化点とすることで、キャピラリがオーバーハングダイに接触する前に生じるキャピラリの振動などの影響を排除することができ、より高精度に移動量を演算することができる。
【００１０】
本発明に係るボンディング装置は、キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング装置であって、所定のボンディング位置までキャピラリを移動させてパッドにワイヤをボンディングさせ、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるボンディング制御手段と、キャピラリを移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出手段と、を有し、ボンディング制御手段は、荷重検出手段で検出したキャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とに基づいて、キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置との差分を演算してキャピラリの移動量を演算し、移動量分、キャピラリを後退させた後、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るボンディング装置では、キャピラリをボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを検出しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置におけるキャピラリの位置との差分を演算することで、オーバーハングダイに接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリの移動量を算出することができる。そして、パッドにワイヤをボンディングした後、この移動量分、キャピラリを後退させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリがオーバーハングダイに接触した際にキャピラリの移動を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループを形成させることができる。
【００１２】
そして、揺動可能に取り付けられてキャピラリを保持するボンディングアームを更に有し、ボンディングアームは、ボンディングアームを揺動する駆動部が取り付けられたアーム基端部と、アーム基端部の先端側に位置してキャピラリを保持するアーム先端部と、アーム基端部とアーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部と、を備え、荷重検出手段は、アーム先端部とアーム基端部との間に配置されていることが好ましい。このボンディング装置によれば、ボンディングアームのアーム基端部とアーム先端部とが、可撓性を有する連結部により連結されているため、キャピラリに荷重が作用するとアーム基端部に対してアーム先端部が撓む。そして、アーム基端部とアーム先端部との間に荷重検出手段が配置されているため、アーム基端部に対するアーム先端部の撓みにより、キャピラリに作用する荷重を適切に検出することができる。
【００１３】
本発明に係る製造方法は、オーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングして半導体装置を製造する製造方法であって、ワイヤが挿通されたキャピラリと、揺動可能に取り付けられたアーム基端部と、アーム基端部の先端側に位置してキャピラリを保持するアーム先端部と、アーム基端部とアーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部とを有するボンディングアームと、キャピラリを保持するとともにアーム先端部に取り付けられて超音波を発生する超音波ホーンと、超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアームの回転中心とアーム先端部との間に取り付けられる荷重検出手段と、を備える半導体装置を用意し、所定のボンディング位置までキャピラリを移動させる第１移動ステップと、キャピラリを移動させる際に、荷重検出手段によりキャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、ボンディング位置においてパッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、加重変換点におけるキャピラリの位置とボンディング位置との差分を演算してキャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、パッドにワイヤをボンディングした後、移動量分、キャピラリを後退させる第２移動ステップと、第２移動ステップの後、キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る製造方法では、キャピラリをボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリの位置とキャピラリに作用する荷重とを検出しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、荷重変化点を検出して、この荷重変化点におけるキャピラリの位置とボンディング位置におけるキャピラリの位置との差分を演算することで、オーバーハングダイに接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリの移動量を算出することができる。そして、パッドにワイヤをボンディングした後、この移動量分、キャピラリを後退させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリがオーバーハングダイに接触した際にキャピラリの移動を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループが形成された半導体装置を製造することができる。
【００１５】
この場合、上記荷重変化点は、ボンディング位置の最も近傍においてキャピラリに作用する荷重が変化した点であることが好ましい。キャピラリがオーバーハングダイに接触するまでは、キャピラリの振動などによってもキャピラリに作用する荷重が変化するため、この荷重の変化が、キャピラリがオーバーハングダイに接触したことによるものか、キャピラリの振動などによるものかを判別することが困難となる。そこで、このボンディング方法によれば、ボンディング位置の最も近傍において荷重が変化した点を荷重変化点とすることで、キャピラリがオーバーハングダイに接触する前に生じるキャピラリの振動などの影響を排除することができ、より高精度に移動量を演算することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高速で均一なループを形成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るボンディング方法、ボンディング装置及び製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
【００１８】
図１は、実施形態に係るボンディング装置を示した図であり、図２は、ボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、図２（ａ）は、ボンディングアームの上面図、図２（ｂ）は、ボンディングアームの底面図である。
【００１９】
図１に示すように、ボンディング装置１によりボンディングを行うオーバーハングダイ１００は、下層ダイ１０１及びスペーサ１０２を介して、基板１０３に固着されており、その端部が、下層ダイ１０１からはみ出した自由端となっている。なお、スペーサ１０２は、例えば、ダイアタッチメントフィルムテープなどが用いられ、下層ダイ１０１とオーバーハングダイ１００との接着を行っている。そして、オーバーハングダイ１００の自由端にボンディング対象となるパッド１０４が形成されており、このパッド１０４と基板１０３に形成されたリード１０５との間で、ワイヤループが形成される。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施形態のボンディング装置１は、基本的に、本願の出願人が先に出願した特願２００８−１６９７９７号に記載されたボンディング装置と同様の構成をしている。ボンディング装置１は、オーバーハングダイ１００の自由端に設けられたパッド１０４に、ワイヤの先端が球状に形成されたイニシャルボール１０をボンディングするとともに、パッド１０４とリード１０５との間でワイヤループを形成するワイヤボンディング装置である。このため、ボンディング装置１には、ＸＹ軸方向に移動可能なボンディングヘッド２と、ボンディングヘッド２に揺動可能に取り付けられるボンディングアーム３と、ボンディングヘッド２に対してボンディングアーム３を揺動させる駆動モータ４と、挿通されたワイヤを繰り出してボンディングするキャピラリ５と、キャピラリ５を保持して超音波振動を発生する超音波ホーン６と、キャピラリ５に作用する荷重を検出する荷重センサ７と、ボンディング装置１を統括的に制御する制御部２０と、ボンディング対象であるオーバーハングダイ１００が積層された基板１０３を吸着保持するボンディングステージ９と、が設けられている。
【００２１】
ボンディングアーム３は、ボンディングヘッド２からボンディングステージ９に向けて延びる略直方体に形成されている。このボンディングアーム３には、ボンディングヘッド２に取り付けられるアーム基端部１１と、アーム基端部１１の先端側に位置して超音波ホーン６が取り付けられるアーム先端部１２と、アーム基端部１１とアーム先端部１２とを連結して可撓性を有する連結部１３とにより構成されている。この連結部１３は、ボンディングアーム３の上面（図１において上面）３ａから所定厚さのスリット（切り欠き）１４ａが形成されるとともに、ボンディングアーム３の下面（図１において下面）３ｂから所定厚さのスリット１４ｂが形成されており、薄板状に形成されている。このように、連結部１３においてボンディングアーム３が局部的に薄くなっているため、アーム先端部１２はアーム基端部１１に対して撓むようになっている。
【００２２】
図１及び図２（ｂ）に示すように、ボンディングアーム３の下面３ｂ側には、超音波ホーン６が収容される凹部１６が形成されている。そして、超音波ホーン６が、ボンディングアーム３の凹部１６に収容された状態で、アーム先端部１２に取り付けられている。この超音波ホーン６は、凹部１６から突出した先端部においてキャピラリ５を保持しており、凹部１６に収容された不図示の基板部に超音波振動を発生する超音波振動子１７が取り付けられている。なお、超音波振動子１７には、例えば、ピエゾ振動子が用いられる。
【００２３】
一方、図１及び図２（ａ）に示すように、上面３ａ側のスリット１４ａは、上部が幅広に形成されている。そして、この幅広に形成されたスリット１４ａの上部に、アーム基端部１１とアーム先端部１２との間に挟みこまれるように、荷重センサ７が嵌め込まれて（配置されて）いる。すなわち、荷重センサ７は、超音波ホーン６の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム３の回転中心とアーム先端部１２における超音波ホーン６の取付面（アーム先端部１２におけるキャピラリ５側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上述したように、キャピラリ５を保持する超音波ホーン６がアーム先端部１２に取り付けられているため、撓んだオーバーハングダイ１００の反力よりキャピラリ５に荷重が作用すると、アーム基端部１１に対してアーム先端部１２が撓み、荷重センサ７において荷重を検出することが可能となっている。なお、荷重センサ７には、例えば、ピエゾ荷重センサが用いられる。
【００２４】
そして、制御部２０は、駆動モータ４、超音波ホーン６、荷重センサ７と接続されており、ボンディングヘッド２、駆動モータ４及び超音波振動子１７を駆動制御することで、パッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングさせるとともに、パッド１０４とリード１０５との間でワイヤループを形成させる。このため、制御部２０には、駆動モータ４との間で情報の送受を行うＺ軸モータＩ／Ｆ２１と、超音波ホーン６との間で情報の送受を行うセンサＩ／Ｆ２２と、荷重センサ７との間でデータの送受を行うセンサＩ／Ｆ２３と、モニタなどの表示装置であって制御部２０の各種制御情報を表示する出力部２４と、キーボードなどの入力装置であって作業者からの各種制御情報の入力を受け付ける入力部２５と、駆動モータ４、超音波ホーン６、荷重センサ７、及び入力部２５で取得した情報に基づいて各種制御を行うＣＰＵ２６と、メモリ２７とが設けられている。このメモリ２７には、制御部２０において、ボンディング制御部として機能するボンディング制御プログラム２７１と、荷重変化検出部として機能する荷重変化検出プログラム２７２とが格納されている。
【００２５】
ボンディング制御プログラム２７１は、オーバーハングダイ１００にワイヤボンディングを行うためのプログラムである。すなわち、ボンディング制御プログラム２７１は、駆動モータ４を駆動制御して所定のボンディング位置までキャピラリ５を下降させて、超音波振動子１７を駆動制御してパッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングさせ、その後、駆動モータ４を駆動制御してキャピラリを上昇させた後、ボンディングヘッド２を移動させながら駆動モータ４を駆動制御してパッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させるものである。
【００２６】
荷重変化検出プログラム２７２は、キャピラリ５のＺ軸方向の位置とキャピラリ５に作用する荷重の変化とを検出するためのプログラムである。すなわち、荷重変化プログラム２７２は、キャピラリ５がボンディング位置まで下降する際、所定時間ごとに、荷重センサ７で検出した荷重と、キャピラリ５のＺ軸方向の位置（高さ）とを検出し、これらの検出した荷重とキャピラリ５のＺ軸位置とを対応付けて蓄積するものである。なお、上述したように、キャピラリ５に作用する荷重が変化すると、荷重変化検出部２２が検出する荷重も変化する。
【００２７】
そして、ＣＰＵ２６は、メモリ２７からボンディング制御プログラム２７１及び荷重変化検出プログラム２７２を読み出して、図示しないＲＡＭなどに展開し、このボンディング制御プログラム２７１及び荷重変化検出プログラム２７２を実行することで、ボンディング制御及び荷重変化検出を行う。具体的には、荷重変化検出部２２に蓄積された荷重とキャピラリ５のＺ軸位置とを参照して、キャピラリ５に作用する荷重が変化する荷重変化点を検出し、この荷重変化点におけるキャピラリ５のＺ軸位置である荷重変化位置を求める。そして、ボンディング制御部２１は、荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触してからキャピラリ５がボンディング位置に到達するまでの移動量Ｚを算出する。そして、荷重変化検出部２２は、パッド１０４にイニシャルボール１０がボンディングされると、パッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させる前に、キャピラリ５を移動量Ｚだけ上昇させる。なお、キャピラリ５を移動量Ｚだけ上昇させた位置が、ワイヤループを形成する始点の基準位置となる。
【００２８】
次に、図３〜図６を参照して、ボンディング装置１を用いてオーバーハングダイ１００にワイヤをボンディングするボンディング方法について説明する。図３は、ボンディング方法を説明するためのフローチャート、図４は、キャピラリとオーバーハングダイとの関係を示した図である。なお、以下に説明する処理は、制御部２０の制御により行われる。
【００２９】
図３に示すように、制御部２０は、キャピラリ５に作用する荷重を検出しながら、キャピラリ５を下降させる（ステップＳ１）。ステップＳ１において、制御部２０は、まず、キャピラリ５に挿通されたワイヤの先端を、図示しない放電トーチなどによって球状のイニシャルボール１０に形成する（図４（ａ）参照）。そして、制御部２０は、駆動モータ４を駆動制御することで、ボンディングアーム３に所定の荷重を与えて揺動させ、キャピラリ５を下降させる。すると、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触する（図４（ｂ）参照）。そして、更に、パッド１０４がイニシャルボール１０に押し付けられ、オーバーハングダイ１００が下方に撓む（図４（ｃ）参照）。なお、ボンディングアーム３に与える所定の荷重とは、所定のボンディング位置までオーバーハングダイ１００を撓ませながらキャピラリ５を下降させたときに、オーバーハングダイ１００からの反力とバランスしてキャピラリ５の下降が停止される荷重である。このため、キャピラリ５がボンディング位置に到達すると、キャピラリ５の下降が停止される。また、制御部２０は、キャピラリ５が下降する間中、所定時間ごとに、キャピラリ５のＺ軸方向の位置（高さ）を検出するとともに、荷重センサ７で検出した荷重を検出する。そして、制御部２０は、キャピラリ５のＺ軸位置と荷重センサ７で検出した荷重とを対応付けて蓄積する。
【００３０】
次に、制御部２０は、キャピラリ５がボンディング位置まで下降したか否かを判定する（ステップＳ２）。上述したように、キャピラリ５がボンディング位置まで下降すると、キャピラリ５の下降が停止されるため、制御部２０は、キャピラリ５の下降が停止するとキャピラリ５がボンディング位置まで下降したと判定し、キャピラリ５の下降が継続されているとキャピラリ５がボンディング位置まで下降していないと判定する。
【００３１】
そして、ステップＳ２において、キャピラリ５がボンディング位置まで下降したと判定すると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部２０は、オーバーハングダイ１００のパッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングする（ステップＳ３）。すなわち、制御部２０は、超音波振動子１７を駆動制御して超音波振動を発生させることで、キャピラリ５を介してイニシャルボール１０に超音波振動を与える。すると、イニシャルボール１０とパッド１０４とは所定圧力で押し付けあっているため、イニシャルボール１０とパッド１０４との間に摩擦力が発生し、パッド１０４にイニシャルボール１０が接合（ボンディング）される（図４（ｄ）参照）。
【００３２】
次に、制御部２０は、ステップＳ１において蓄積したキャピラリ５のＺ軸位置と荷重センサ７で検出した荷重とを参照して、荷重変化位置からボンディング位置に至るキャピラリ５の移動量Ｚを算出する（ステップＳ４）。
【００３３】
ここで、図５を参照して、移動量Ｚの算出について詳しく説明する。図５は、キャピラリのＺ軸方位置と荷重センサで検出した荷重との関係を模式的に示した図である。なお、図４の（ａ）〜（ｅ）は、図５に示した（ａ）〜（ｅ）点におけるキャピラリ５とオーバーハングダイ１００との関係を示している。図５に示すように、キャピラリ５が下降して（ａ）点から（ｂ）点に至ると、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触するため、（ｂ）点から荷重センサ７で検出する荷重が増加し始める。そして、キャピラリ５が（ｃ）点に至ってボンディング位置に到着すると、キャピラリ５の移動が停止され、荷重センサ７において検出する荷重の増加も停止する。このため、キャピラリ５が荷重変化位置に位置するときに、イニシャルボール１０がパッド１０４に接触する。
【００３４】
そこで、ステップＳ４では、まず、ステップＳ１において蓄積されたキャピラリ５に作用する荷重とキャピラリ５の位置とを参照して、荷重変化点を検出し、この荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置を求める。そして、荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、荷重変化位置からボンディング位置に至るキャピラリ５の移動量Ｚキャピラリ５の移動量Ｚを算出する。
【００３５】
図６は、荷重センサで検出した荷重及びオーバーハングダイに作用する荷重の実測値を示した図であり、（ａ）は、荷重センサで検出した荷重、（ｂ）は、オーバーハングダイに作用する荷重を示している。図６（ｂ）に示すように、オーバーハングダイ１００に作用する荷重は、滑らかな曲線又は直線を描くように変動するが、図６（ａ）に示すように、荷重センサ７で検出する荷重は、小刻みに振動しながら変動している。すなわち、駆動モータ４の駆動によりボンディングアーム３を揺動させてキャピラリ５を下降させると、超音波ホーン６の固有振動などによって、アーム先端部１２が振動する。そして、キャピラリ５が下降してイニシャルボール１０がパッド１０４に接触するまでの間は、アーム先端部１２の振動が十分に抑制されないため、荷重センサ７で検出する荷重が増加と減少とを繰り返す。なお、図６（ａ）において、キャピラリ５がボンディング位置にあるときの荷重変動は、超音波振動子１７による超音波振動の発生により生じた荷重変動である。
【００３６】
そこで、ステップＳ４では、ボンディング位置から最も近傍の荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、移動量Ｚを算出する。
【００３７】
次に、制御部２０は、ステップＳ３において算出した移動量Ｚ分、キャピラリ５を上昇させる（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５では、駆動モータ４に加えている荷重を開放し、キャピラリ５を移動量Ｚ分上昇させる。これにより、キャピラリ５は、オーバーハングダイ１００を押し下げる前の位置に戻る（図４（ｅ）参照）。
【００３８】
その後、制御部２０は、ステップＳ５において上昇されたキャピラリ５の位置を、ワイヤループを形成する始点の基準位置とし、駆動モータ４及びボンディングヘッド２の駆動制御によりキャピラリ５を所定の軌跡により移動させて、パッド１０４とリード１０５との間にワイヤループを形成させる（ステップＳ６）。
【００３９】
このように、本実施形態では、キャピラリ５をボンディング位置まで移動させる際に、キャピラリ５のＺ軸位置とキャピラリ５に作用する荷重とを検出して蓄積しておく。そして、キャピラリがオーバーハングダイに接触するとキャピラリに作用する荷重が変化することから、蓄積したキャピラリ５のＺ軸位置とキャピラリ５に作用する荷重とに基づいて、荷重変化点におけるキャピラリ５の荷重変化位置からボンディング位置を減算することで、オーバーハングダイ１００に接触してからボンディング位置に到達するまでのキャピラリ５の移動量Ｚを算出する。そして、パッド１０４にイニシャルボール１０をボンディングした後、この移動量Ｚ分、キャピラリ５を上昇させた後、ワイヤループを形成することで、ワイヤループの始点となる基準位置を均一にすることができる。このため、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触した際にキャピラリ５の下降を停止させる必要がなくなり、高速で均一なループを形成させることができる。
【００４０】
そして、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触するまでは、アーム先端部１２、超音波ホーン６及びキャピラリ５の振動などによってもキャピラリ５に作用する荷重が変化するため、この荷重の変化が、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触したことによるものか、アーム先端部１２の振動などによるものかを判別することが困難となる。そこで、ボンディング位置の最も近傍における荷重変化点を、移動量Ｚを算出するための荷重変化点とすることで、キャピラリ５がオーバーハングダイ１００に接触する前に生じるアーム先端部１２の振動などの影響を排除することができ、より高精度に移動量Ｚを算出することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、ボンディングアーム３のアーム基端部１１とアーム先端部１２とが、可撓性を有する連結部１３により連結されているため、キャピラリ５に荷重が作用するとアーム基端部１１に対してアーム先端部１２が撓む。そして、アーム基端部１１とアーム先端部１２との間に荷重センサ７が配置されているため、アーム基端部１１に対するアーム先端部１２の撓みにより、キャピラリ５に作用する荷重を適切に検出することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ステップＳ３においてボンディングを行った後、ステップＳ４において移動量Ｚを算出するものとして説明したが、ステップＳ３とステップＳ４とを入れ替えてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、荷重センサ７をボンディングヘッド２の上面３ａ側のスリット１４ａに設けるものとして説明したが、ボンディングヘッド２の下面３ｂ側のスリット１４ｂに設けるものとしてもよい。この場合、荷重センサ７が検出する荷重は、上記実施形態において検出する荷重と正負が逆になる。
【００４４】
また、上記実施形態では、イニシャルボール１０をパッド１０４にボンディングした後、駆動モータ４に加えている荷重を開放することで、キャピラリ５を上昇させるものとして説明したが、例えば、駆動モータ４に、正負が逆の荷重を加えることで、キャピラリ５を上昇させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係るボンディング装置を示した図である。
【図２】ボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、（ａ）は、ボンディングアームの上面図、（ｂ）は、ボンディングアームの底面図である。
【図３】ボンディング方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】キャピラリとオーバーハングダイとの関係を示した図である。
【図５】キャピラリのＺ軸方位置と荷重センサで検出した荷重との関係を模式的に示した図である。
【図６】荷重センサで検出した荷重及びオーバーハングダイに作用する荷重の実測値を示した図であり、（ａ）は、荷重センサで検出した荷重、（ｂ）は、オーバーハングダイに作用する荷重である。
【符号の説明】
【００４６】
１…ボンディング装置、２…ボンディングヘッド、３…ボンディングアーム、３ａ…上面、３ｂ…下面、４…駆動モータ、５…キャピラリ、６…超音波ホーン、７…荷重センサ、９…ボンディングステージ、１０…イニシャルボール、１１…アーム基端部、１２…アーム先端部、１３…連結部、１４ａ…スリット、１４ｂ…スリット、１６…凹部、１７…超音波振動子、２０…制御部、２１…ボンディング制御部、２２…荷重変化検出部、１００…オーバーハングダイ、１０１…下層ダイ、１０２…スペーサ、１０３…基板、１０４…パッド、１０５…リード、Ｚ…移動量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング方法であって、
所定のボンディング位置まで前記キャピラリを移動させる第１移動ステップと、
前記キャピラリを移動させる際に、前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、
ボンディング位置において前記パッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、
前記キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、前記荷重変化点における前記キャピラリの位置と前記ボンディング位置との差分を演算して前記キャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、
前記パッドにワイヤをボンディングした後、前記移動量分、前記キャピラリを後退させる第２移動ステップと、
前記第２移動ステップの後、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、
を有することを特徴とするボンディング方法。
【請求項２】
前記荷重変化点は、前記ボンディング位置の最も近傍において前記キャピラリに作用する荷重が変化した点であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング方法。
【請求項３】
キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング装置であって、
所定のボンディング位置まで前記キャピラリを移動させて前記パッドにワイヤをボンディングさせ、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるボンディング制御手段と、
前記キャピラリを移動させる際に、前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出手段と、を有し、
前記ボンディング制御手段は、前記荷重検出手段で検出した前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とに基づいて、前記キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、前記荷重変化点における前記キャピラリの位置と前記ボンディング位置との差分を演算して前記キャピラリの移動量を演算し、前記移動量分、前記キャピラリを後退させた後、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
揺動可能に取り付けられて前記キャピラリを保持するボンディングアームを更に有し、
前記ボンディングアームは、前記ボンディングアームを揺動する駆動部が取り付けられたアーム基端部と、前記アーム基端部の先端側に位置して前記キャピラリを保持するアーム先端部と、前記アーム基端部と前記アーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部と、を備え、
前記荷重検出手段は、前記アーム先端部と前記アーム基端部との間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のボンディング装置。
【請求項５】
オーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングして半導体装置を製造する製造方法であって、
ワイヤが挿通されたキャピラリと、
揺動可能に取り付けられたアーム基端部と、前記アーム基端部の先端側に位置して前記キャピラリを保持するアーム先端部と、前記アーム基端部と前記アーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部とを有するボンディングアームと、
前記キャピラリを保持するとともに前記アーム先端部に取り付けられて超音波を発生する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、前記ボンディングアームの回転中心と前記アーム先端部との間に取り付けられる荷重検出手段と、を備える半導体装置を用意し、
所定のボンディング位置まで前記キャピラリを移動させる第１移動ステップと、
前記キャピラリを移動させる際に、前記荷重検出手段により前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、
ボンディング位置において前記パッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、
前記キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、前記加重変換点における前記キャピラリの位置と前記ボンディング位置との差分を演算して前記キャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、
前記パッドにワイヤをボンディングした後、前記移動量分、前記キャピラリを後退させる第２移動ステップと、
前記第２移動ステップの後、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項６】
前記荷重変化点は、前記ボンディング位置の最も近傍において前記キャピラリに作用する荷重が変化した点であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項１】
キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング方法であって、
所定のボンディング位置まで前記キャピラリを移動させる第１移動ステップと、
前記キャピラリを移動させる際に、前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、
ボンディング位置において前記パッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、
前記キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、前記荷重変化点における前記キャピラリの位置と前記ボンディング位置との差分を演算して前記キャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、
前記パッドにワイヤをボンディングした後、前記移動量分、前記キャピラリを後退させる第２移動ステップと、
前記第２移動ステップの後、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、
を有することを特徴とするボンディング方法。
【請求項２】
前記荷重変化点は、前記ボンディング位置の最も近傍において前記キャピラリに作用する荷重が変化した点であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング方法。
【請求項３】
キャピラリに挿通されたワイヤをオーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングするボンディング装置であって、
所定のボンディング位置まで前記キャピラリを移動させて前記パッドにワイヤをボンディングさせ、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるボンディング制御手段と、
前記キャピラリを移動させる際に、前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出手段と、を有し、
前記ボンディング制御手段は、前記荷重検出手段で検出した前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とに基づいて、前記キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、前記荷重変化点における前記キャピラリの位置と前記ボンディング位置との差分を演算して前記キャピラリの移動量を演算し、前記移動量分、前記キャピラリを後退させた後、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
揺動可能に取り付けられて前記キャピラリを保持するボンディングアームを更に有し、
前記ボンディングアームは、前記ボンディングアームを揺動する駆動部が取り付けられたアーム基端部と、前記アーム基端部の先端側に位置して前記キャピラリを保持するアーム先端部と、前記アーム基端部と前記アーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部と、を備え、
前記荷重検出手段は、前記アーム先端部と前記アーム基端部との間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のボンディング装置。
【請求項５】
オーバーハングダイの自由端に形成されたパッドにボンディングして半導体装置を製造する製造方法であって、
ワイヤが挿通されたキャピラリと、
揺動可能に取り付けられたアーム基端部と、前記アーム基端部の先端側に位置して前記キャピラリを保持するアーム先端部と、前記アーム基端部と前記アーム先端部とを連結して可撓性を有する連結部とを有するボンディングアームと、
前記キャピラリを保持するとともに前記アーム先端部に取り付けられて超音波を発生する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、前記ボンディングアームの回転中心と前記アーム先端部との間に取り付けられる荷重検出手段と、を備える半導体装置を用意し、
所定のボンディング位置まで前記キャピラリを移動させる第１移動ステップと、
前記キャピラリを移動させる際に、前記荷重検出手段により前記キャピラリの位置と前記キャピラリに作用する荷重とを対応付けて検出する荷重検出ステップと、
ボンディング位置において前記パッドにワイヤをボンディングさせるボンディングステップと、
前記キャピラリに作用する荷重が変化した荷重変化点を検出し、前記加重変換点における前記キャピラリの位置と前記ボンディング位置との差分を演算して前記キャピラリの移動量を算出する移動量演算ステップと、
前記パッドにワイヤをボンディングした後、前記移動量分、前記キャピラリを後退させる第２移動ステップと、
前記第２移動ステップの後、前記キャピラリを所定の軌跡により移動させてワイヤループを形成させるループ形成ステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項６】
前記荷重変化点は、前記ボンディング位置の最も近傍において前記キャピラリに作用する荷重が変化した点であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−６７７８０（Ｐ２０１０−６７７８０Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２４４４（Ｐ２００８−２３２４４４）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【特許番号】特許第４４２５３１９号（Ｐ４４２５３１９）
【特許公報発行日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【特許番号】特許第４４２５３１９号（Ｐ４４２５３１９）
【特許公報発行日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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