ボンディング良否判定方法およびボンディング良否判定装置ならびにボンディング装置
【課題】ボンディング装置のボンディング良否判定方法において、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することを目的とする。
【解決手段】超音波振動子の振動と共振して中心軸の方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるキャピラリと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、ボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定装置であって、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行う。
【解決手段】超音波振動子の振動と共振して中心軸の方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるキャピラリと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、ボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定装置であって、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置のボンディング良否判定方法およびボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置ならびにボンディング良否判定を行うボンディング装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体チップの電極であるパッドとリードフレームの電極であるリードとの間を金属細線である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、駆動モータにより回転駆動されるボンディングアームと、ボンディングアームに取り付けられた超音波ホーンと、超音波ホーンの先端に取り付けられたキャピラリと、超音波ホーンに取り付けられた超音波振動子とを備え、ボンディングアームを回転駆動してキャピラリをパッドまたはリードに対して接離方向に移動させ、キャピラリ先端に形成されたイニシャルボールをパッドに、ワイヤをリードに押しつけて圧着すると共に、超音波振動子によって超音波ホーンを共振させ、キャピラリ先端に超音波振動を付与してボンディングを行うことが多い。
【０００３】
ワイヤボンディング装置によってボンディングを行う場合、キャピラリに挿通されたワイヤの先端に形成されたイニシャルボールはある速度をもってパッドに衝突した後に一定荷重でパッドに押圧されてパッドに圧着されて圧着ボールとなるが、衝突の影響で後の一定荷重での押圧期間においてもワイヤとキャピラリとが押し付け方向に振動し、この振動により押圧荷重が変動して圧着ボールの形状や圧着ボール径等がバラツキ、ボンディング不良を生じる場合がある。また、イニシャルボールの形成不良により所定の大きさに満たないいわゆる小ボールの場合にも押圧荷重が変動してボンディング不良を生じる。
【０００４】
このため、ワイヤボンディング装置では、ボンディングヘッドにキャピラリの高さ方向変位を検出するエンコーダを設け、このエンコーダの検知出力を制御装置にフィードバックし、駆動モータの出力を制御して押圧荷重の変動を防止することが行われている。しかし、エンコーダはワイヤの押圧荷重を直接検出することができないため、エンコーダの出力のフィードバックでは押圧荷重の変動を十分に抑制することができなかった。
【０００５】
そこで、超音波ホーンとボンディングアームとの間に設けた圧力センサによって押圧荷重を検出し、この押圧荷重によって駆動モータを制御してキャピラリの振動を抑制し、押圧荷重を一定にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、ボンディングアームおよびキャピラリに機械的緩みや磨耗があると、ワイヤボンディングにおいてキャピラリによってワイヤを半導体チップのパッドに衝突させた際の衝撃力で半導体チップに亀裂や割れが入るなどのチップ破壊が生じることがある。このため、ボンディングステージに衝撃力を測定する衝撃センサを取り付け、検出した波形と基準波形との違いに基づいてアラームを発生させて、ボンディングアームおよびキャピラリの機械的緩みや摩耗を確認する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３―２５８０２１号公報
【特許文献２】特開平７−７４２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、半導体チップと基板とのボンディングは、複数の半導体チップのパッドと基板のリードとを順次接続して行っていく。この際、ボンディングアームおよびキャピラリの緩みや摩耗がなく、キャピラリがパッドを押し付ける押圧荷重が所定の値に制御されていてもボールの異常潰れやチップ破壊などのボンディング不良が発生する場合がある。しかし、特許文献１または特許文献２に記載された従来技術ではボンディングの途中でボンディング不良を検出することができないため、半導体チップの複数のパッドと基板の複数のリードとを全てボンディングした後に行われるボンディング部の目視検査工程までボンディング不良を発見することができない。このため、製品の修正のために多くの時間がかかってしまうという問題があった。また、製造の途中の工程でボンディング部の目視検査工程を行わない場合には、最終検査工程まで不良品の発見ができず、製品の歩留まりが悪化してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のボンディング良否判定方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定方法であって、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、を特徴とする。
【００１１】
本発明のボンディング良否判定方法において、衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合にボンディング不良と判定すること、としも好適であるし、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、としても好適であるし、ボンディングツール接地後、荷重センサによって検出した荷重信号の時間に対する増大割合が閾値よりも大きい場合に、ボール異常つぶれと判定すること、としても好適である。
【００１２】
本発明のボンディング良否判定装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置であって、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行うこと、を特徴とする。
【００１３】
本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、ボンディングの良否判定を行う制御部と、を備えるボンディング装置であって、制御部は、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタ手段と、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重信号を連続的に検出し、フィルタ手段によって荷重信号から超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出する信号抽出手段と、信号抽出手段によって抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のボンディング良否判定装置５０が取り付けられているワイヤボンディング装置１０は、基体部であるボンディングヘッド１１と、超音波振動子１３と、超音波ホーン１２と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、超音波ホーン１２に設けられたフランジ１４と、ボンディングアーム２１と、荷重センサ３１と、駆動モータ４５と、制御部６０と、ボンディング対象である半導体チップ３４や基板３５を吸着固定するボンディングステージ３３と、を備えている。
【００１６】
ボンディングヘッド１１にはボンディングアーム２１を回転駆動する駆動モータ４５が設けられている。超音波振動子１３は複数枚の圧電素子を重ね合わせたもので、超音波ホーン１２の後端側に取り付けられている。また、超音波ホーン１２の先端にはキャピラリ１７が取り付けられている。後で説明する超音波ホーン１２の振動の節となる位置にはフランジ１４が設けられ、フランジ１４はボンディングアーム２１先端のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。
【００１７】
ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド１１に設けられた回転軸３０の周りに回転自在に取り付けられている。ボンディングアーム２１の回転中心４３はボンディングステージ３３の上に吸着された基板３５の表面、或いは基板３５に取り付けられている半導体チップ３４の表面と同一面上にある。
【００１８】
ボンディングアーム２１は超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に延びる略直方体で、フランジ取り付け面２２のある先端側部分２１ａと回転中心４３を含む後端側部分２１ｂとを有しており、先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとは超音波ホーン１２の中心軸１５を含む高さ方向位置（Ｚ方向位置）に設けられた薄板状の接続部２４によって接続されている。接続部２４のボンディング面４１側とボンディング面４１と反対側にはボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に細いスリット２３，２５が設けられている。ボンディングアーム２１のボンディング面４１と反対側であるＺ方向上側には荷重センサ３１を取り付けるための溝２６が設けられている。溝２６はボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に対向して設けられている。溝２６に取り付けられた荷重センサ３１はボンディングアーム先端側部分２１ａから後端側部分２１ｂに向かってねじ込まれているねじ２７によって先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間で挟みこまれて与圧されるよう構成されている。荷重センサ３１はその中心軸２８が超音波ホーン１２の中心軸１５からボンディング面４１とキャピラリ１７の先端１７ａとの接離方向であるＺ方向に距離Ｌだけオフセットして取り付けられている。この距離Ｌはフランジ１４のＺ方向の幅よりも大きく、キャピラリ１７から超音波ホーン１２にかかる曲げ力に対して大きな剛性を備えることができる構成となっている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、荷重センサ３１はボンディングアーム２１の幅方向の中央部に取り付けられ、ねじ２７は荷重センサ３１の両側に設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、ボンディングアーム２１のボンディング面４１側には、超音波ホーン１２と超音波振動子１３とが収容される窪み２９が設けられている。
【００２０】
図３に示すように、超音波ホーン１２は、超音波振動子１３によって中心軸１５に沿った方向である長手方向に共振し、縦振動をするものである。ここで縦振動とは振動の伝わる方向と振幅の方向が同一方向の振動をいう。図３に模式的に示すように、超音波ホーン１２は後端に取り付けられた超音波振動子１３の振動によって超音波振動子１３の取り付けられている後端とキャピラリ１７の取り付けられている先端との間で、後端と先端とが振動の腹となる共振モードで振動する。そして、後端と先端との間にできる振動の節、つまり共振状態にあっても振動しない部位に超音波ホーン１２をボンディングアーム２１に固定するフランジ１４が設けられている。フランジ１４はボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。フランジ１４は超音波ホーン１２の共振によって振動しないことから、ボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２には超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝わらないよう構成されている。このためボンディングアーム２１に設けられている荷重センサ３１にも超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝達されないように構成されている。なお、図３はボンディングアーム２１と超音波ホーン１２、フランジ１４、ボルト１６との関係を説明するための模式図で、超音波ホーン１２から水平方向であるＸＹ方向に延びているフランジ１４を縦方向に記載してある。また、図３（ｂ）は超音波ホーン１２の振幅を模式的に示したもので、中心軸１５方向の振幅を中心軸１５と直角方向の振幅として記載してある。
【００２１】
図１に示すように、ボンディング良否判定装置５０は、荷重センサ３１が接続され、その内部にローパスフィルタを含んでいる。ローパスフィルタは超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるものであり、荷重センサ３１によって検出した信号から超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を抽出することができるよう構成されている。超音波振動子１３と駆動モータ４５とは制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって超音波振動子１３の出力と駆動モータ４５の回転方向と出力が制御されるよう構成されている。また、ボンディング良否判定装置５０は制御部６０と接続され、ボンディング良否の判定信号を制御部６０に出力することができるよう構成されている。
【００２２】
ボンディング良否判定装置５０、制御部６０は内部にＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータとして構成されていてもよいし、検出、制御のシステムを電気回路によって構成したものであってもよい。
【００２３】
以上のように構成されたボンディング良否判定装置５０によってワイヤボンディング装置１０によるボンディング動作中におけるキャピラリ１７の先端１７ａに加わる衝撃荷重の検出動作について説明する。
【００２４】
図１に示す制御部６０は、キャピラリ１７の先端１７ａから伸出したワイヤの先端を図示しない放電トーチ等によって球状のイニシャルボール１８に形成する。そして、制御部６０は、駆動モータ４５を駆動する指令を出力する。この指令によって駆動モータ４５は回転を開始し、キャピラリ１７を半導体チップ３４の上に向かって降下させ始める。又、制御部６０は、超音波振動子１３の振動を開始する指令を出力する。この指令によって超音波振動子１３にはボンディングの条件に対応して予め設定された振動出力を出力することのできる電圧が印加される。ボンディング良否判定装置５０は荷重センサ３１からの荷重信号のメモリへの蓄積を開始する。
【００２５】
キャピラリ１７の先端に形成されたイニシャルボール１８が半導体チップ３４の表面に接する前は、図３に示すように超音波ホーン１２は超音波振動子１３の振動と共振して、キャピラリ１７の取りつけられた先端と超音波振動子１３の取り付けられた後端とを振動の腹とする縦振動をしている。フランジ１４は振動の節に配置されているので超音波ホーン１２の共振では振動せず、荷重センサ３１も荷重を検出していない。ただし、超音波ホーン１２はボンディングの際のパッドへの衝突によってＺ方向に固有の共振周波数ｆ１で微小な振動をしている。このため、図４（ａ）に示すように荷重センサ３１には超音波ホーン１２の振動による微小な周期変動荷重が検出されている。
【００２６】
ボンディングアーム２１は駆動モータ４５によって加速され、所定の下降速度を持って図４（ａ）の時間ｔ１に半導体チップ３４のパッドに衝突する。すると、荷重センサ３１の検出する押圧荷重は急速に上昇する。そして、図４（ａ）に示す時間ｔ２において最大値Ｆ０となる。その後、制御部６０は荷重センサ３１によって検出される押圧荷重が予め決められた押圧荷重Ｐ０となるように駆動モータ４５を制御する。そして、所定の押圧時間が終了したら制御部６０は、駆動モータ４５を最初と反対方向に駆動してキャピラリ１７を上昇させる。キャピラリ１７が上昇すると、荷重センサ３１の検出する押圧荷重は次第に低下してゼロになり、その後、荷重センサ３１は超音波ホーン１２のＺ方向の固有振動による微小な周期変動を検出する。この間、ボンディング良否判定装置５０は荷重センサ３１からの荷重信号をメモリに蓄積し、その間の最大値Ｆ０を衝撃荷重として別のメモリに格納する。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、イニシャルボール１８が所定の直径ｄ１に形成されている場合には、キャピラリ１７の降下による衝撃荷重でイニシャルボール１８を円板状の圧着ボール１９に潰した場合、図５（ｂ）に示すように、イニシャルボール１８は所定の厚みＨ１を持つ圧着ボール１９に変形される。一方、イニシャルボール１８の大きさが所定の大きさよりも小さい直径ｄ２の場合、イニシャルボール１８がキャピラリ１７の先端１７ａで潰された際に、イニシャルボール１８はキャピラリ１７の先端にあるインナチャンファ部１７ｂの中に入り込んでしまい、圧着ボール１９の厚さが所定の厚さのＨ１より薄いＨ２となり、ボール異常つぶれとなる。イニシャルボール１８の直径が所定の直径ｄ１よりも小さいｄ２となった場合、イニシャルボール１８は衝撃荷重のエネルギーを変形で吸収することができなくなるので荷重センサ３１はイニシャルボール１８が所定の直径ｄ１の場合よりも大きな衝撃荷重を検出する。このように、荷重センサ３１の検出する衝撃荷重が所定の値よりも大きい場合にはボール異常つぶれなどが発生していることとなる。
【００２８】
また、この衝撃荷重を的確に検出するためには、荷重センサ３１が衝撃荷重によって変形しない位置に取り付けられていることが必要となる。本実施形態では、荷重センサ３１は超音波ホーン１２の中心軸１５からフランジ１４のＺ方向の幅よりも大きなオフセットを持って剛性の高い直方体のボンディングアーム２１に取り付けられているので衝撃荷重を的確に検出することができる。
【００２９】
ボンディング良否判定装置５０は別のメモリに格納した衝撃荷重を、他のメモリに格納されている所定の閾値と比較し、別のメモリに格納した衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合には、ボールの異常つぶれ或いはチップ破壊などのボンディング不良が発生していると判定し、例えば、ボンディング不良発生を示すランプを点灯させる。また、ボンディング良否判定装置５０はボンディング不良発生信号を制御部６０に出力し、ワイヤボンディング装置１０を停止させ、異常発生ランプを点灯させるようにしてもよい。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、ボンディング良否判定装置５０は、内部に超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるローパスフィルタ５１を備え、荷重センサ３１によって検出した信号から超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を抽出し、その抽出した信号をメモリに格納して最大値を衝撃荷重Ｆ０’として検出してもよい。この場合、図４（ｃ）に示すように、荷重センサ３１の検出した荷重信号から高周波成分と超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１による周期変動荷重が除去されているのでメモリには単純なカーブのデータが格納される。このため衝撃荷重である最大値Ｆ０’を容易に決定することができる。また、例えば、一定のサイクルタイムで荷重センサ３１からの荷重信号を検出し、ローパスフィルタ５１を通して信号を抽出し、所定のサイクル数分の抽出データのみをメモリに格納しておき、抽出データの値の増加量がプラスからマイナスになった際の抽出信号の値を最大値として検出することによってより素早く衝撃荷重の検出を行うことができる。
【００３１】
また、図６に示すように、イニシャルボール１８の直径が所定の直径ｄ１よりも小さい場合には、衝撃荷重が大きくなるとともに、図６の一点鎖線ｂによって示すフィルタ５１を通して抽出した信号の増大の勾配が図６の実線ａによって示した正常なボンディングの際に抽出した信号の増大の勾配よりも大きくなってくる。このため、抽出した信号の時間に対する増加割合が閾値よりも大きくなった場合には、ボール異常つぶれ等のボンディング不良が発生したと判定することとしてもよい。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態のボンディング良否判定装置５０は、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができるという効果を奏する。また、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができるので、ボンディング不良の発生した直後にワイヤボンディング装置１０を停止させることができ、ボンディング不良の発生した製品の修理を容易に行うことができるという効果を奏する。更に、ボンディングの途中でボンディング不良の発生した製品の製造を停止することができるので、製品の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００３３】
本実施形態では、ボンディング不良はボールの異常な潰れとして説明したが、半導体チップの破壊などによって発生するボンディング不良の判定にも適用することができる。また、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０について説明したが、本発明はバンプボンダなど他のボンディング装置にも適用することができる。
【００３４】
以上の実施形態では、ボンディング不良の発生は制御部６０とは別に設けられたボンディング良否判定装置５０によって行うものとして説明したが、以下、制御部６０によってボンディング不良の判定を行う機能を組み込んだワイヤボンディング装置１０の実施形態について説明する。図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００３５】
図７に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、図１から図３を参照して説明したワイヤボンディング装置１０と同様の構成であり，荷重センサ３１は荷重センサインターフェース５５を介して制御部６０に接続され、制御部６０は荷重センサ３１からの信号が取得することができるように構成されている。荷重センサインターフェース５５はＡ／Ｄ変換器を含み、荷重センサ３１からのアナログ信号をデジタル信号として制御部６０に出力する。
【００３６】
以下、図８を参照しながら本実施形態のワイヤボンディング装置１０の動作について説明する。図８のステップＳ１０１に示すように、制御部６０は、ワイヤボンディング装置１０にボンディング動作を開始させると、荷重センサインターフェース５５から荷重センサ３１の信号を取得する。そして、制御部６０は、図８のステップＳ１０２に示すように、荷重センサインターフェース５５を介して取得した荷重センサ３１のデジタル信号を、例えば、ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタなどのデジタル式のフィルタによってフィルタリングし（フィルタ手段）、図８のステップＳ１０３に示すように、超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の荷重信号を抽出してメモリに格納、蓄積する（信号抽出手段）。この場合、デジタル式のローパスフィルタは、超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の荷重信号を抽出することができるものであればよく、例えば、超音波振動子１３の共振周波数ｆ０の周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるローパスフィルタとしてもよい。制御部６０のメモには、図４（ｃ）に示すような比較的単純なカーブが格納される。
【００３７】
図８のステップＳ１０４に示すように、制御部６０は、メモリに格納されているフィルタリングされた抽出データの中から最大値をピックアップして衝撃荷重の検出を行う。この際、制御部６０は、所定のサイクル数分の抽出データのみをメモリに格納しておき、抽出データの値の増加量がプラスからマイナスになった際の抽出データの値を最大値としてピックアップすることによって衝撃荷重の検出を行うこととしても良い。
【００３８】
図８のステップＳ１０５に示すように、制御部６０は、検出した衝撃荷重と所定の閾値とを比較し、衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合には、図８のステップＳ１０６に示すように、ボンディング不良が発生したものと判断し、図８のステップＳ１０７に示すように、ワイヤボンディング装置１０を停止する。また、制御部６０は、衝撃荷重が所定の閾値以下の場合には、図８のステップＳ１０８に示すように、ボンディングは良好と判断する（判定手段）。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができ、ボンディング不良の発生した直後にワイヤボンディング装置１０を停止させることができ、ボンディング不良の発生した製品の修理を容易に行うことができるという効果を奏する。更に、ボンディングの途中でボンディング不良の発生した製品の製造を停止することができるので、製品の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００４０】
また、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０について説明したが、本発明はバンプボンダなど他のボンディング装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの上面と下面とを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置の超音波振動を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の信号処理を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置のボンディングの際のイニシャルボールの状態の変化を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置におけるフィルタリング後の押圧荷重の時間変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ワイヤボンディング装置、１１ ボンディングヘッド、１２ 超音波ホーン、１３ 超音波振動子、１４ フランジ、１５ 中心軸、１６ ボルト、１７ キャピラリ、１７ａ 先端、１７ｂ インナチャンファ部、１８ イニシャルボール、１９ 圧着ボール、２１ ボンディングアーム、２１ａ 先端側部分、２１ｂ 後端側部分、２２ フランジ取り付け面、２３，２５ スリット、２４ 接続部、２６ 溝、２８ 中心軸、２９ 窪み、３０ 回転軸、３１ 荷重センサ、３３ ボンディングステージ、３４ 半導体チップ、３５ 基板、４１ ボンディング面、４３ 回転中心、４５ 駆動モータ、５０ ボンディング良否判定装置、５１ ローパスフィルタ、５５ 荷重センサインターフェース、６０ 制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置のボンディング良否判定方法およびボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置ならびにボンディング良否判定を行うボンディング装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体チップの電極であるパッドとリードフレームの電極であるリードとの間を金属細線である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、駆動モータにより回転駆動されるボンディングアームと、ボンディングアームに取り付けられた超音波ホーンと、超音波ホーンの先端に取り付けられたキャピラリと、超音波ホーンに取り付けられた超音波振動子とを備え、ボンディングアームを回転駆動してキャピラリをパッドまたはリードに対して接離方向に移動させ、キャピラリ先端に形成されたイニシャルボールをパッドに、ワイヤをリードに押しつけて圧着すると共に、超音波振動子によって超音波ホーンを共振させ、キャピラリ先端に超音波振動を付与してボンディングを行うことが多い。
【０００３】
ワイヤボンディング装置によってボンディングを行う場合、キャピラリに挿通されたワイヤの先端に形成されたイニシャルボールはある速度をもってパッドに衝突した後に一定荷重でパッドに押圧されてパッドに圧着されて圧着ボールとなるが、衝突の影響で後の一定荷重での押圧期間においてもワイヤとキャピラリとが押し付け方向に振動し、この振動により押圧荷重が変動して圧着ボールの形状や圧着ボール径等がバラツキ、ボンディング不良を生じる場合がある。また、イニシャルボールの形成不良により所定の大きさに満たないいわゆる小ボールの場合にも押圧荷重が変動してボンディング不良を生じる。
【０００４】
このため、ワイヤボンディング装置では、ボンディングヘッドにキャピラリの高さ方向変位を検出するエンコーダを設け、このエンコーダの検知出力を制御装置にフィードバックし、駆動モータの出力を制御して押圧荷重の変動を防止することが行われている。しかし、エンコーダはワイヤの押圧荷重を直接検出することができないため、エンコーダの出力のフィードバックでは押圧荷重の変動を十分に抑制することができなかった。
【０００５】
そこで、超音波ホーンとボンディングアームとの間に設けた圧力センサによって押圧荷重を検出し、この押圧荷重によって駆動モータを制御してキャピラリの振動を抑制し、押圧荷重を一定にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、ボンディングアームおよびキャピラリに機械的緩みや磨耗があると、ワイヤボンディングにおいてキャピラリによってワイヤを半導体チップのパッドに衝突させた際の衝撃力で半導体チップに亀裂や割れが入るなどのチップ破壊が生じることがある。このため、ボンディングステージに衝撃力を測定する衝撃センサを取り付け、検出した波形と基準波形との違いに基づいてアラームを発生させて、ボンディングアームおよびキャピラリの機械的緩みや摩耗を確認する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３―２５８０２１号公報
【特許文献２】特開平７−７４２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、半導体チップと基板とのボンディングは、複数の半導体チップのパッドと基板のリードとを順次接続して行っていく。この際、ボンディングアームおよびキャピラリの緩みや摩耗がなく、キャピラリがパッドを押し付ける押圧荷重が所定の値に制御されていてもボールの異常潰れやチップ破壊などのボンディング不良が発生する場合がある。しかし、特許文献１または特許文献２に記載された従来技術ではボンディングの途中でボンディング不良を検出することができないため、半導体チップの複数のパッドと基板の複数のリードとを全てボンディングした後に行われるボンディング部の目視検査工程までボンディング不良を発見することができない。このため、製品の修正のために多くの時間がかかってしまうという問題があった。また、製造の途中の工程でボンディング部の目視検査工程を行わない場合には、最終検査工程まで不良品の発見ができず、製品の歩留まりが悪化してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のボンディング良否判定方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定方法であって、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、を特徴とする。
【００１１】
本発明のボンディング良否判定方法において、衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合にボンディング不良と判定すること、としも好適であるし、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、としても好適であるし、ボンディングツール接地後、荷重センサによって検出した荷重信号の時間に対する増大割合が閾値よりも大きい場合に、ボール異常つぶれと判定すること、としても好適である。
【００１２】
本発明のボンディング良否判定装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置であって、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行うこと、を特徴とする。
【００１３】
本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、ボンディングの良否判定を行う制御部と、を備えるボンディング装置であって、制御部は、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタ手段と、ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重信号を連続的に検出し、フィルタ手段によって荷重信号から超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出する信号抽出手段と、信号抽出手段によって抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ボンディングの途中でボンディングの良否を判定することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のボンディング良否判定装置５０が取り付けられているワイヤボンディング装置１０は、基体部であるボンディングヘッド１１と、超音波振動子１３と、超音波ホーン１２と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、超音波ホーン１２に設けられたフランジ１４と、ボンディングアーム２１と、荷重センサ３１と、駆動モータ４５と、制御部６０と、ボンディング対象である半導体チップ３４や基板３５を吸着固定するボンディングステージ３３と、を備えている。
【００１６】
ボンディングヘッド１１にはボンディングアーム２１を回転駆動する駆動モータ４５が設けられている。超音波振動子１３は複数枚の圧電素子を重ね合わせたもので、超音波ホーン１２の後端側に取り付けられている。また、超音波ホーン１２の先端にはキャピラリ１７が取り付けられている。後で説明する超音波ホーン１２の振動の節となる位置にはフランジ１４が設けられ、フランジ１４はボンディングアーム２１先端のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。
【００１７】
ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド１１に設けられた回転軸３０の周りに回転自在に取り付けられている。ボンディングアーム２１の回転中心４３はボンディングステージ３３の上に吸着された基板３５の表面、或いは基板３５に取り付けられている半導体チップ３４の表面と同一面上にある。
【００１８】
ボンディングアーム２１は超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に延びる略直方体で、フランジ取り付け面２２のある先端側部分２１ａと回転中心４３を含む後端側部分２１ｂとを有しており、先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとは超音波ホーン１２の中心軸１５を含む高さ方向位置（Ｚ方向位置）に設けられた薄板状の接続部２４によって接続されている。接続部２４のボンディング面４１側とボンディング面４１と反対側にはボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に細いスリット２３，２５が設けられている。ボンディングアーム２１のボンディング面４１と反対側であるＺ方向上側には荷重センサ３１を取り付けるための溝２６が設けられている。溝２６はボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に対向して設けられている。溝２６に取り付けられた荷重センサ３１はボンディングアーム先端側部分２１ａから後端側部分２１ｂに向かってねじ込まれているねじ２７によって先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間で挟みこまれて与圧されるよう構成されている。荷重センサ３１はその中心軸２８が超音波ホーン１２の中心軸１５からボンディング面４１とキャピラリ１７の先端１７ａとの接離方向であるＺ方向に距離Ｌだけオフセットして取り付けられている。この距離Ｌはフランジ１４のＺ方向の幅よりも大きく、キャピラリ１７から超音波ホーン１２にかかる曲げ力に対して大きな剛性を備えることができる構成となっている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、荷重センサ３１はボンディングアーム２１の幅方向の中央部に取り付けられ、ねじ２７は荷重センサ３１の両側に設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、ボンディングアーム２１のボンディング面４１側には、超音波ホーン１２と超音波振動子１３とが収容される窪み２９が設けられている。
【００２０】
図３に示すように、超音波ホーン１２は、超音波振動子１３によって中心軸１５に沿った方向である長手方向に共振し、縦振動をするものである。ここで縦振動とは振動の伝わる方向と振幅の方向が同一方向の振動をいう。図３に模式的に示すように、超音波ホーン１２は後端に取り付けられた超音波振動子１３の振動によって超音波振動子１３の取り付けられている後端とキャピラリ１７の取り付けられている先端との間で、後端と先端とが振動の腹となる共振モードで振動する。そして、後端と先端との間にできる振動の節、つまり共振状態にあっても振動しない部位に超音波ホーン１２をボンディングアーム２１に固定するフランジ１４が設けられている。フランジ１４はボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。フランジ１４は超音波ホーン１２の共振によって振動しないことから、ボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２には超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝わらないよう構成されている。このためボンディングアーム２１に設けられている荷重センサ３１にも超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝達されないように構成されている。なお、図３はボンディングアーム２１と超音波ホーン１２、フランジ１４、ボルト１６との関係を説明するための模式図で、超音波ホーン１２から水平方向であるＸＹ方向に延びているフランジ１４を縦方向に記載してある。また、図３（ｂ）は超音波ホーン１２の振幅を模式的に示したもので、中心軸１５方向の振幅を中心軸１５と直角方向の振幅として記載してある。
【００２１】
図１に示すように、ボンディング良否判定装置５０は、荷重センサ３１が接続され、その内部にローパスフィルタを含んでいる。ローパスフィルタは超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるものであり、荷重センサ３１によって検出した信号から超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を抽出することができるよう構成されている。超音波振動子１３と駆動モータ４５とは制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって超音波振動子１３の出力と駆動モータ４５の回転方向と出力が制御されるよう構成されている。また、ボンディング良否判定装置５０は制御部６０と接続され、ボンディング良否の判定信号を制御部６０に出力することができるよう構成されている。
【００２２】
ボンディング良否判定装置５０、制御部６０は内部にＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータとして構成されていてもよいし、検出、制御のシステムを電気回路によって構成したものであってもよい。
【００２３】
以上のように構成されたボンディング良否判定装置５０によってワイヤボンディング装置１０によるボンディング動作中におけるキャピラリ１７の先端１７ａに加わる衝撃荷重の検出動作について説明する。
【００２４】
図１に示す制御部６０は、キャピラリ１７の先端１７ａから伸出したワイヤの先端を図示しない放電トーチ等によって球状のイニシャルボール１８に形成する。そして、制御部６０は、駆動モータ４５を駆動する指令を出力する。この指令によって駆動モータ４５は回転を開始し、キャピラリ１７を半導体チップ３４の上に向かって降下させ始める。又、制御部６０は、超音波振動子１３の振動を開始する指令を出力する。この指令によって超音波振動子１３にはボンディングの条件に対応して予め設定された振動出力を出力することのできる電圧が印加される。ボンディング良否判定装置５０は荷重センサ３１からの荷重信号のメモリへの蓄積を開始する。
【００２５】
キャピラリ１７の先端に形成されたイニシャルボール１８が半導体チップ３４の表面に接する前は、図３に示すように超音波ホーン１２は超音波振動子１３の振動と共振して、キャピラリ１７の取りつけられた先端と超音波振動子１３の取り付けられた後端とを振動の腹とする縦振動をしている。フランジ１４は振動の節に配置されているので超音波ホーン１２の共振では振動せず、荷重センサ３１も荷重を検出していない。ただし、超音波ホーン１２はボンディングの際のパッドへの衝突によってＺ方向に固有の共振周波数ｆ１で微小な振動をしている。このため、図４（ａ）に示すように荷重センサ３１には超音波ホーン１２の振動による微小な周期変動荷重が検出されている。
【００２６】
ボンディングアーム２１は駆動モータ４５によって加速され、所定の下降速度を持って図４（ａ）の時間ｔ１に半導体チップ３４のパッドに衝突する。すると、荷重センサ３１の検出する押圧荷重は急速に上昇する。そして、図４（ａ）に示す時間ｔ２において最大値Ｆ０となる。その後、制御部６０は荷重センサ３１によって検出される押圧荷重が予め決められた押圧荷重Ｐ０となるように駆動モータ４５を制御する。そして、所定の押圧時間が終了したら制御部６０は、駆動モータ４５を最初と反対方向に駆動してキャピラリ１７を上昇させる。キャピラリ１７が上昇すると、荷重センサ３１の検出する押圧荷重は次第に低下してゼロになり、その後、荷重センサ３１は超音波ホーン１２のＺ方向の固有振動による微小な周期変動を検出する。この間、ボンディング良否判定装置５０は荷重センサ３１からの荷重信号をメモリに蓄積し、その間の最大値Ｆ０を衝撃荷重として別のメモリに格納する。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、イニシャルボール１８が所定の直径ｄ１に形成されている場合には、キャピラリ１７の降下による衝撃荷重でイニシャルボール１８を円板状の圧着ボール１９に潰した場合、図５（ｂ）に示すように、イニシャルボール１８は所定の厚みＨ１を持つ圧着ボール１９に変形される。一方、イニシャルボール１８の大きさが所定の大きさよりも小さい直径ｄ２の場合、イニシャルボール１８がキャピラリ１７の先端１７ａで潰された際に、イニシャルボール１８はキャピラリ１７の先端にあるインナチャンファ部１７ｂの中に入り込んでしまい、圧着ボール１９の厚さが所定の厚さのＨ１より薄いＨ２となり、ボール異常つぶれとなる。イニシャルボール１８の直径が所定の直径ｄ１よりも小さいｄ２となった場合、イニシャルボール１８は衝撃荷重のエネルギーを変形で吸収することができなくなるので荷重センサ３１はイニシャルボール１８が所定の直径ｄ１の場合よりも大きな衝撃荷重を検出する。このように、荷重センサ３１の検出する衝撃荷重が所定の値よりも大きい場合にはボール異常つぶれなどが発生していることとなる。
【００２８】
また、この衝撃荷重を的確に検出するためには、荷重センサ３１が衝撃荷重によって変形しない位置に取り付けられていることが必要となる。本実施形態では、荷重センサ３１は超音波ホーン１２の中心軸１５からフランジ１４のＺ方向の幅よりも大きなオフセットを持って剛性の高い直方体のボンディングアーム２１に取り付けられているので衝撃荷重を的確に検出することができる。
【００２９】
ボンディング良否判定装置５０は別のメモリに格納した衝撃荷重を、他のメモリに格納されている所定の閾値と比較し、別のメモリに格納した衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合には、ボールの異常つぶれ或いはチップ破壊などのボンディング不良が発生していると判定し、例えば、ボンディング不良発生を示すランプを点灯させる。また、ボンディング良否判定装置５０はボンディング不良発生信号を制御部６０に出力し、ワイヤボンディング装置１０を停止させ、異常発生ランプを点灯させるようにしてもよい。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、ボンディング良否判定装置５０は、内部に超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるローパスフィルタ５１を備え、荷重センサ３１によって検出した信号から超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の信号を抽出し、その抽出した信号をメモリに格納して最大値を衝撃荷重Ｆ０’として検出してもよい。この場合、図４（ｃ）に示すように、荷重センサ３１の検出した荷重信号から高周波成分と超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１による周期変動荷重が除去されているのでメモリには単純なカーブのデータが格納される。このため衝撃荷重である最大値Ｆ０’を容易に決定することができる。また、例えば、一定のサイクルタイムで荷重センサ３１からの荷重信号を検出し、ローパスフィルタ５１を通して信号を抽出し、所定のサイクル数分の抽出データのみをメモリに格納しておき、抽出データの値の増加量がプラスからマイナスになった際の抽出信号の値を最大値として検出することによってより素早く衝撃荷重の検出を行うことができる。
【００３１】
また、図６に示すように、イニシャルボール１８の直径が所定の直径ｄ１よりも小さい場合には、衝撃荷重が大きくなるとともに、図６の一点鎖線ｂによって示すフィルタ５１を通して抽出した信号の増大の勾配が図６の実線ａによって示した正常なボンディングの際に抽出した信号の増大の勾配よりも大きくなってくる。このため、抽出した信号の時間に対する増加割合が閾値よりも大きくなった場合には、ボール異常つぶれ等のボンディング不良が発生したと判定することとしてもよい。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態のボンディング良否判定装置５０は、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができるという効果を奏する。また、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができるので、ボンディング不良の発生した直後にワイヤボンディング装置１０を停止させることができ、ボンディング不良の発生した製品の修理を容易に行うことができるという効果を奏する。更に、ボンディングの途中でボンディング不良の発生した製品の製造を停止することができるので、製品の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００３３】
本実施形態では、ボンディング不良はボールの異常な潰れとして説明したが、半導体チップの破壊などによって発生するボンディング不良の判定にも適用することができる。また、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０について説明したが、本発明はバンプボンダなど他のボンディング装置にも適用することができる。
【００３４】
以上の実施形態では、ボンディング不良の発生は制御部６０とは別に設けられたボンディング良否判定装置５０によって行うものとして説明したが、以下、制御部６０によってボンディング不良の判定を行う機能を組み込んだワイヤボンディング装置１０の実施形態について説明する。図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００３５】
図７に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、図１から図３を参照して説明したワイヤボンディング装置１０と同様の構成であり，荷重センサ３１は荷重センサインターフェース５５を介して制御部６０に接続され、制御部６０は荷重センサ３１からの信号が取得することができるように構成されている。荷重センサインターフェース５５はＡ／Ｄ変換器を含み、荷重センサ３１からのアナログ信号をデジタル信号として制御部６０に出力する。
【００３６】
以下、図８を参照しながら本実施形態のワイヤボンディング装置１０の動作について説明する。図８のステップＳ１０１に示すように、制御部６０は、ワイヤボンディング装置１０にボンディング動作を開始させると、荷重センサインターフェース５５から荷重センサ３１の信号を取得する。そして、制御部６０は、図８のステップＳ１０２に示すように、荷重センサインターフェース５５を介して取得した荷重センサ３１のデジタル信号を、例えば、ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタなどのデジタル式のフィルタによってフィルタリングし（フィルタ手段）、図８のステップＳ１０３に示すように、超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の荷重信号を抽出してメモリに格納、蓄積する（信号抽出手段）。この場合、デジタル式のローパスフィルタは、超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子１３の共振周波数ｆ０よりも低い周波数帯の荷重信号を抽出することができるものであればよく、例えば、超音波振動子１３の共振周波数ｆ０の周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させると共に超音波ホーン１２固有の共振周波数ｆ１の周波数帯にある信号を遮断するノッチ機能を備えるローパスフィルタとしてもよい。制御部６０のメモには、図４（ｃ）に示すような比較的単純なカーブが格納される。
【００３７】
図８のステップＳ１０４に示すように、制御部６０は、メモリに格納されているフィルタリングされた抽出データの中から最大値をピックアップして衝撃荷重の検出を行う。この際、制御部６０は、所定のサイクル数分の抽出データのみをメモリに格納しておき、抽出データの値の増加量がプラスからマイナスになった際の抽出データの値を最大値としてピックアップすることによって衝撃荷重の検出を行うこととしても良い。
【００３８】
図８のステップＳ１０５に示すように、制御部６０は、検出した衝撃荷重と所定の閾値とを比較し、衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合には、図８のステップＳ１０６に示すように、ボンディング不良が発生したものと判断し、図８のステップＳ１０７に示すように、ワイヤボンディング装置１０を停止する。また、制御部６０は、衝撃荷重が所定の閾値以下の場合には、図８のステップＳ１０８に示すように、ボンディングは良好と判断する（判定手段）。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、ボンディングの途中でボンディング不良を判定、検出することができ、ボンディング不良の発生した直後にワイヤボンディング装置１０を停止させることができ、ボンディング不良の発生した製品の修理を容易に行うことができるという効果を奏する。更に、ボンディングの途中でボンディング不良の発生した製品の製造を停止することができるので、製品の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００４０】
また、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０について説明したが、本発明はバンプボンダなど他のボンディング装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの上面と下面とを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置の超音波振動を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の信号処理を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置の適用されるワイヤボンディング装置のボンディングの際のイニシャルボールの状態の変化を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるボンディング良否判定装置におけるフィルタリング後の押圧荷重の時間変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ワイヤボンディング装置、１１ ボンディングヘッド、１２ 超音波ホーン、１３ 超音波振動子、１４ フランジ、１５ 中心軸、１６ ボルト、１７ キャピラリ、１７ａ 先端、１７ｂ インナチャンファ部、１８ イニシャルボール、１９ 圧着ボール、２１ ボンディングアーム、２１ａ 先端側部分、２１ｂ 後端側部分、２２ フランジ取り付け面、２３，２５ スリット、２４ 接続部、２６ 溝、２８ 中心軸、２９ 窪み、３０ 回転軸、３１ 荷重センサ、３３ ボンディングステージ、３４ 半導体チップ、３５ 基板、４１ ボンディング面、４３ 回転中心、４５ 駆動モータ、５０ ボンディング良否判定装置、５１ ローパスフィルタ、５５ 荷重センサインターフェース、６０ 制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定方法であって、
ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング良否判定方法であって、
衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合にボンディング不良と判定すること、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項３】
請求項１に記載のボンディング良否判定方法であって、
超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のボンディング良否判定方法であって、
ボンディングツール接地後、荷重センサによって検出した荷重信号の時間に対する増大割合が閾値よりも大きい場合に、ボール異常つぶれと判定すること、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項５】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置であって、
超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定装置。
【請求項６】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、
ボンディングの良否判定を行う制御部と、を備えるボンディング装置であって、
制御部は、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタ手段と、
ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重信号を連続的に検出し、フィルタ手段によって荷重信号から超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出する信号抽出手段と、
信号抽出手段によって抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行う判定手段と、
を有することを特徴とするボンディング装置。
【請求項１】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置のボンディング良否判定方法であって、
ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重を連続的に検出し、検出した荷重の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング良否判定方法であって、
衝撃荷重が所定の閾値よりも大きい場合にボンディング不良と判定すること、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項３】
請求項１に記載のボンディング良否判定方法であって、
超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のボンディング良否判定方法であって、
ボンディングツール接地後、荷重センサによって検出した荷重信号の時間に対する増大割合が閾値よりも大きい場合に、ボール異常つぶれと判定すること、
を特徴とするボンディング良否判定方法。
【請求項５】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング良否判定装置であって、
超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタによって荷重センサによって検出した荷重信号から、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出し、抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行うこと、
を特徴とするボンディング良否判定装置。
【請求項６】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、
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して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フランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、
ボンディングの良否判定を行う制御部と、を備えるボンディング装置であって、
制御部は、超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を遮断すると共に超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を通過させるフィルタ手段と、
ボンディングの際に荷重センサによってボンディングツールに加わるボンディング対象に接離方向の荷重信号を連続的に検出し、フィルタ手段によって荷重信号から超音波ホーン固有の共振周波数の周波数帯にある信号を含まない超音波振動子の共振周波数よりも低い周波数帯の信号を抽出する信号抽出手段と、
信号抽出手段によって抽出した信号の最大値を衝撃荷重とし、衝撃荷重の大小によってボンディング良否の判定を行う判定手段と、
を有することを特徴とするボンディング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７６９９（Ｐ２０１０−２７６９９Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４３８６（Ｐ２００８−１８４３８６）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【特許番号】特許第４２７５７２４号（Ｐ４２７５７２４）
【特許公報発行日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【特許番号】特許第４２７５７２４号（Ｐ４２７５７２４）
【特許公報発行日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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