説明

ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法

【課題】クランパの、連結部と接触する部分の接触性を向上させる。
【解決手段】ワイヤボンディング装置は、電導性のワイヤ(4)を接続パッド(3)に接続し、ワイヤ(4)と接続パッド(3)との接続の良否を検査する。ワイヤボンディング装置は、接続パッド(3)と電気的に連結された連結部(11)に、先端(17)を接触させる検査用のプローブピン(16)を有する。プローブピン(16)の先端(17)の位置は変動可能になっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電導性のワイヤを接続パッドに接続するワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、薄型化かつ高密度化の要求に対応するため、BGA型の半導体装置が普及しつつある(例えば、特許文献1および2参照。)。特許文献1に記載の、BGA型の半導体装置は、基板と半導体素子(半導体チップ)とを有する。基板の一方の面には、配線層と絶縁層とが形成されている。配線層は、半導体チップと接続されるボンディングパッドと、これと接続したメッキリード線と、を含んでいる。絶縁層は、ボンディングパッドとメッキリード線の少なくとも一部が露出するように形成されている。以下、この露出部分を「露出部」と呼ぶ。
【0003】
半導体チップは、基板の一方の面に搭載されている。半導体チップはワイヤによってボンディングパッドと電気的に接続されている。そして、半導体チップ、ボンディングパッドおよびワイヤは、樹脂で封止されている。
【0004】
特許文献1には、半導体装置の製造方法も記載されている。この方法によれば、まず、基板に、複数の半導体チップを搭載する。そして、ワイヤとの接続の有無を検査しながら、半導体チップとボンディングパッドとをワイヤにより接続する。その後、電気的に接続された半導体装置を封止樹脂で被覆した後、基板を切断して、個々の半導体装置に分離する。
【0005】
特許文献1および特許文献2には、BGA型の半導体装置において、ワイヤの接続とともに、接続の有無を検査する方法が記載されている。図13は、特許文献1に記載の検査方法を説明する図である。この検査方法は、まず、半導体チップ6を搭載した基板143をクランパ140(フレーム押え)で押さえ、クランパ140をメッキリード線142の露出部145と電気的に接続させる。クランパ140は接地され、ワイヤ4を接続するツールには、電圧が印加される。このツールで接続パッド3にワイヤ4を接続すると、クランパ140とワイヤ4との電圧差が変化し、ワイヤ4の接続の有無が検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−039716号公報
【特許文献2】特開平8−115964号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
通常、基板の配線層上には、絶縁層が形成されている。そのため、メッキリード線の露出部は、絶縁層の表面よりも凹部に形成される。したがって、通常、クランパは突出したコンタクト部を有している。このコンタクト部は、基板のメッキリード線の露出部の位置に合わせて形成される必要がある。
【0008】
しかし、露出部の数や位置は、個々の半導体装置のサイズや形状によって異なる。また、半導体装置の製造コストの削減から、露出部の位置が異なることもある。さらに、個々の半導体チップの位置とメッキリード線の露出部との相対位置は一様ではない。そのため、コンタクト部の配置は非常に複雑になる。
【0009】
また、基板に搭載された半導体チップが複数ある場合、基板を搬送して、順次半導体チップをワイヤボンディングする。したがって、コンタクト部の配置が不適切であれば、図14に示すように、コンタクト部146が基板2表面の絶縁層144に接触する。この場合、仮に、露出部145上に別のコンタクト部146が位置していても、露出部145とコンタクト部146との間に隙間ができる。したがって、露出部145とコンタクト部146との接触性が低下する。
【0010】
上記の接触性の低下を防ぐためには、コンタクト部の配置がさらに複雑になってしまう。また、異なる形状の基板に対しては、異なる配置のコンタクト部を有するクランパを用いる必要がある。そのため、クランパを製造する費用や手間が増大するという課題がある。
【0011】
また、基板表面の凹凸によってコンタクト部が摩耗し、コンタクト部に金属等の塵が付着することがある。これにより、コンタクト部の接触不良が起こるため、頻繁に清掃作業を行う必要があるという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
一実施形態に係るワイヤボンディング装置は、電導性のワイヤを接続パッドに接続し、ワイヤと接続パッドとの接続の良否を検査する。ワイヤボンディング装置は、接続パッドと電気的に連結された連結部に先端が接触する、検査用のプローブピンを有する。プローブピンの先端の位置は変動可能になっている。
【0013】
一実施形態において、ワイヤボンディング方法は、先端位置が変動可能な検査用のプローブピンを、接続パッドと電気的に連結された連結部に接触させ、ワイヤを接続パッドに接続し、ワイヤと接続パッドとの接続の良否を検査する。
【0014】
上記実施形態によれば、プローブピンの先端が変動可能に構成されているため、プローブピンと連結部との接触性が向上する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、コンタクト部を要するクランパを用いるよりも、クランパの、連結部と接触する部分の接触性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本実施形態のワイヤボンディング装置で製造される半導体装置の一例を示す模式的断面図。
【図2】図1の半導体装置を製造するための基板の模式滴平面図。
【図3】図2のA−A線に沿った基板の断面図。
【図4】一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模式図。
【図5】図4のワイヤボンディング装置が有するクランパの平面図。
【図6】図5のB−B線に沿ったクランパの断面図。
【図7】図6の波線部を拡大した、一実施形態におけるクランパの拡大図。
【図8】図7のプローブピンの機能を説明する模式図。
【図9】図7のプローブピンの機能を説明する模式図。
【図10】クランパが有するコンタクト部の別の例を説明する模式的断面図。
【図11】図10のC−C線に沿ったコンタクト部の断面図。
【図12】図10のコンタクト部の機能を説明する模式図。
【図13】特許文献1に記載の、ワイヤボンディング装置の構成を示す模式図。
【図14】クランパの接触不良の様子を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0018】
[第1の実施形態]
まず、本実施形態のワイヤボンディング装置を用いて製造される半導体装置の一例について、図1を参照して説明する。半導体装置50は、半導体チップ6と基板2とを有する。基板2は、例えば略四角形状のガラスエポキシ材からなる。半導体チップ6は、基板2の一方の面31に、絶縁性の接着剤7を介して固定されている。
【0019】
半導体チップ6の一方の面(以下、「回路形成面33」と呼ぶ。)には、論理回路や記憶回路等の回路が形成されている。図1に示す半導体装置50では、回路形成面33は、基板2と反対側に向けられた面である。回路はどのようなパターンであっても良い。回路形成面33において、当該回路の周辺には複数の電極パッド5が形成されている。
【0020】
基板2の一方の面31には複数の接続パッド3が形成されている。基板2の他方の面32には、夫々の接続パッド3と対応するランド8が形成されている。接続パッド3は、内部配線や貫通ビア等によりランド8と電気的に接続されている。ランド8には、外部端子9が形成される。外部端子9としては、例えば、はんだバンプを用いることができる。
【0021】
なお、基板2両面の接続パッド3およびランド8以外の部分には絶縁層10が形成されている。絶縁層10によって、基板2および基板に形成されている配線は保護されている。絶縁層10としては、例えばソルダレジストが用いられる。
【0022】
半導体チップ6の電極パッド5は、導電性のワイヤ4によって、基板2の接続パッド3と電気的に接続されている。導電性のワイヤ4としては、金(Au)や銅(Cu)を用いることができる。
【0023】
基板2の一方の面31は封止体1で覆われている。具体的には、基板の接続パッド3、半導体チップ6およびワイヤ4が、封止体1で封止されている。封止体1としては、例えばエポキシ樹脂のような、熱硬化性樹脂を用いることができる。
【0024】
次に、上記の半導体装置を製造する方法について説明する。図2は、半導体装置を製造するために用いられる基板2の模式的平面図である。また、図3は、図2のA−A線に沿った基板2の模式的断面図である。これらの図に示す基板2は、半導体チップ6を搭載するチップ搭載領域35が複数形成されたウエハ状の基板である。
【0025】
チップ搭載領域35の一方の面には、配線と、当該配線と電気的に連結した接続パッド3と、が形成されている。また、チップ搭載領域35の他方の面には、ランドが形成されている。さらに、基板2の端部近傍には、接続パッド3と電気的に連結した連結部11が形成されている。この連結部11は、後の製造工程で、ワイヤボンディングの検査のために用いられる。
【0026】
基板2は絶縁層10で覆われているが、接続パッド3、ランド8および連結部11は絶縁層10から露出している。
【0027】
半導体装置の製造工程として、まず、図2および図3に示すウエハ状の基板2に複数の半導体チップ6を搭載する。半導体チップ6は、接着剤7を介して基板2に搭載される。そして、半導体チップ6の電極パッド5と、基板2の接続パッド3と、がワイヤ4で接続される(ワイヤボンディング)。この後、基板2の一方の面31を封止体1で封止した後、ダイシングによって、個々の半導体装置50に分離する。
【0028】
以下、ワイヤボンディングを行うワイヤボンディング装置について説明する。図4は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置の構成を示す模式図である。本実施形態のワイヤボンディング装置は、電導性のワイヤを接続パッドに接続し、ワイヤと接続パッドとの接続の良否を検査する。
【0029】
ワイヤボンディング装置は、ボンディングツール41と、基板を押さえるクランパ40と、を有している。ボンディングツール41は、接続パッドにワイヤ4を圧着させる。ボンディングツール41としては、例えば、超音波熱圧着方式のものを用いることができる。
【0030】
ワイヤボンディング装置は、エアテンション46と、ワイヤ4の供給源であるワイヤスプール45と、ワイヤクランパ47と、を有することが好ましい。エアテンション46はワイヤ4に張力を与え、安定的にワイヤ4をコントロールする。ワイヤクランパ47はワイヤ4を挟持する。また、ワイヤクランパ47は、開閉することによって、ワイヤ4を切断する機能を有する。
【0031】
ワイヤボンディング装置は、ローダ48、アンローダ49および搬送レール42をさらに備えていることが好ましい。ローダ48から供給された基板は、搬送レール42に沿って搬送され、ボンディングツール41によってワイヤボンディングされる。その後、基板2は、再び搬送レール42に沿って搬送され、アンローダ49に回収される。
【0032】
図5はクランパの模式的平面図である。本実施形態では、クランパ40は、基板2の端部近傍を押しつけて、基板2を保持する。クランパ40は、取り付け部13によってワイヤボンディング装置に保持されている。クランパ40の中央には、開口部30が形成されている。この開口部30によって、クランパ40で基板2を押しつけた状態で、基板2に半導体チップ6を搭載することができる。
【0033】
図6は、図5のB−B線に沿ったクランパの断面図である。クランパ40は、ワイヤ4の接続良否の検査用のプローブピン16を複数有している。ワイヤ4の接続の良否を検査する際、プローブピン16は、基板2の連結部11と接触する。
【0034】
また、図4に示すように、クランパ40はコネクタ43を有しており、コネクタ43を介してプローブピンは接地される。そして、電源44によって、ボンディングツール41およびワイヤ4に電圧をかけた状態で、ワイヤ4を基板2の接続パッドに接続する。ワイヤ4が接続パッドに接続されると、ボンディングツール41とプローブピン16とが導通し、ボンディングツール41に印加されている電圧値が変化する。この電圧の変化によって、ワイヤ4の接続の良否判定を実施しながらワイヤボンディングを実施することができる。
【0035】
本実施形態では、連結部11に接触するプローブピン16の先端17の位置が変動可能に構成されている。これにより、基板の表面の形状に応じて、プローブピンの先端17の位置が変動する。このように、クランパに対してプローブピンが伸縮可能になっているため、プローブピン16と基板2の連結部11との接触性が向上する。
【0036】
特に、上述の基板2の表面は絶縁層10で覆われており、連結部11は絶縁層10が塗布されていない部分に露出している。つまり、連結部11は基板2の凹部に形成されている。この場合においても、本実施形態のプローブピン16は、連結部11と効果的に接触することができる。
【0037】
図7は、図6に示す波線部を拡大した、クランパ40の断面拡大図である。本実施形態において、クランパ40は、保持部22aと蓋部21とを有している。プローブピン16は導電性の可動部材16aを有しており、保持部22aに形成された貫通穴に保持されている。蓋部21は保持部22aを覆うことで、可動部材16aが外れないようにしている。蓋部21は、着脱可能となるようにネジ23によって、保持部に固定されている。可動部材16aは金属からなることが好ましい。
【0038】
可動部材16aは、弾性部材によって付勢されていても良い。この場合、弾性部材は、可動部材16aを保持部22aから突出する方向に付勢する。これにより、可動部材16aが基板へ押しつけられるため、可動部材16aと基板の連結部11との接触性がさらに向上する。
【0039】
クランパ40の構造は、上記の構造に限定されない。可動部材16aは、可動部材16aが接触する基板からの外力に応じて動けば良い。また、可動部材16aの数や位置は限定されず、任意に変更可能である。
【0040】
図8および図9は、上記のプローブピン16が、基板2に形成された連結部11に接触する様子を示している。図9は、図8に示す状態から、基板2を一定距離搬送した状態を示している。
【0041】
基板2の凹部に形成されている連結部11に接触するプローブピン16は、伸長した状態になっており、連結部11と接触している。連結部11以外の場所に位置しているプローブピン16は、基板2からの外力によって縮んでいる。このように、基板2の形状に応じて夫々の可動部材16が独立に動くため、連結部11とプローブピン16との接触性は向上する。これにより、ワイヤボンディングにおいて、ワイヤの接続の良否を精度よく検査することができる。
【0042】
また、基板2の連結部11の位置に合わせて、プローブピン16の配置をする必要が無くなるため、汎用性の高いクランパ40になる。プローブピン16は、いずれかのプローブピン16が連結部11と接触することができる程度の一定間隔で配置されれば良い。これにより、クランパ製造の手間や費用が削減される。
【0043】
さらに、図13に示すような、固定されたコンタクト部と比較すると、本実施形態のプローブピン16は基板2との接触、摩擦に伴う屑の発生が抑えられる。これにより、清掃作業の頻度が大幅に低下する。
【0044】
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係るワイヤボンディング装置は、クランパの構成が、第1の実施形態で説明した構成と異なっている。クランパ以外の構成は、第1の実施形態のワイヤボンディング装置と同様である。
【0045】
図10は、本実施形態に係るクランパ40の模式的断面図である。図11は、図10のC−C線に沿ったクランパ40の断面図である。
【0046】
本実施形態のクランパ40は、保持部22bと、導電性弾性体16bからなるプローブピンと、を有している。導電性弾性体16bとしては、導電性ゴムを用いることができる。プローブピン以外の構成は、第1の実施形態のワイヤボンディング装置と同様である。
【0047】
導電性弾性体16bは、保持部22bに形成された溝にはめ込まれ、導電性弾性体16bの先端17が保持部22bから突出している。図12に示すように、プローブピンを弾性体で構成することによって、基板2表面に凹凸があったとしても、凹凸に応じて弾性体が変形するため、プローブピンと基板2の連結部11との密着性は向上する。
【0048】
本実施形態では、第1の実施形態と比較して、プローブピンの構造が簡易になり、ワイヤボンディング装置の製造コストが低下する。また、導電性弾性体16bの交換作業は容易であるため、クランパの加工およびメンテナンスも容易である。
【0049】
ただし、第1の実施形態では、プローブピンが金属であるため、導電性弾性体と比較すると、劣化が遅く、屑の発生も抑制される。そのため、メンテナンス作業の頻度が低下するという利点がある。なお、金属は熱に強いという利点も有する。したがって、第2の実施形態のクランパ40は、少量生産品や試作品に対するワイヤボンディング作業に、特に適している。
【0050】
本実施形態のワイヤボンディング装置は、半導体装置を製造する半導体製造装置に備えられることが好ましい。このような半導体製造装置は、例えば、封止体を形成する装置や、基板を分離するダイシング装置などを有する。ワイヤボンディング装置を備えた半導体製造装置とすることで、半導体製造装置は半導体装置の一連の製造工程を行うことができる。もちろん、本実施形態のワイヤボンディング装置は、個別の装置であっても良い。
【0051】
なお、本発明に係るボンディング装置は、半導体チップと基板とを電気的に接続する場合に限定されず、電導性のワイヤを接続パッドに接続する場合であれば好適に用いられる。
【0052】
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【0053】
1 封止体
2 基板
3 接続パッド
4 ワイヤ
5 電極パッド
6 半導体チップ
7 接着剤
8 ランド
9 外部端子
10 絶縁層
11 連結部
13 取り付け部
16 プローブピン
16a 可動部材
16b 導電性ゴム
17 先端
21 蓋部
22a,22b 保持部
23 ネジ
30 開口部
40 クランパ
41 ボンディングツール
42 搬送レール
43 コネクタ
44 電源
45 ワイヤスプール
46 エアテンション
47 ワイヤクランパ
48 ローダ
49 アンローダ
50 半導体装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電導性のワイヤを接続パッドに接続し、前記ワイヤと前記接続パッドとの接続の良否を検査するワイヤボンディング装置において、
前記接続パッドと電気的に連結された連結部に先端を接触させる検査用のプローブピンであって、前記先端の位置が変動可能な前記プローブピンを有することを特徴とする、ワイヤボンディング装置。
【請求項2】
前記プローブピンを接地するコネクタと、
前記ワイヤに電圧を印加する電源と、をさらに有することを特徴とする、請求項1に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項3】
前記プローブピンが外力に応じて動く可動部材からなることを特徴とする、請求項1または2に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項4】
前記可動部材を保持する保持部と、
前記可動部材を前記保持部から突出させる方向に付勢する弾性部材と、をさらに有することを特徴とする、請求項3に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項5】
前記可動部材を複数有し、
夫々の前記可動部材が独立に動くことを特徴とする、請求項3または4に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項6】
前記プローブピンが導電性弾性体からなることを特徴とする、請求項1または2に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項7】
前記導電性弾性体を複数有することを特徴とする、請求項6に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項8】
前記ワイヤを前記接続パッドに接続する接続ツールを有することを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項9】
前記接続パッドおよび前記連結部は基板に形成されており、
前記ワイヤで、半導体チップと前記基板とを電気的に接続することを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項10】
先端の位置が変動可能な検査用のプローブピンを、接続パッドと電気的に連結された連結部に接触させ、ワイヤを前記接続パッドに接続し、前記ワイヤと前記接続パッドとの接続の良否を検査する、ワイヤボンディング方法。
【請求項11】
前記プローブピンを接地して前記ワイヤに電圧を印加した状態で、前記ワイヤを前記接続パッドに接続しつつ、前記ワイヤと前記接続パッドとの接続の良否を検査することを特徴とする、請求項10に記載のワイヤボンディング方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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