CN116686072A - 半导体装置的制造装置以及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的半导体装置的制造装置包括：焊针(30)；线夹(34)；移动机构(18)，包括一台以上的驱动马达(22)；位置传感器(28)，检测所述焊针(30)的位置；及控制器(50)，对所述焊针(30)、所述线夹(34)、及所述移动机构(18)的驱动进行控制，且所述控制器(50)构成为执行如下的处理：尾部切割处理，在闭合所述线夹(34)的状态下，使所述焊针(30)向与对象面分离的方向移动，由此切断尾部；及指标测定处理，测定刚切断所述打线W后的所述焊针(30)的位置偏差的峰值、或测定切断所述打线W时的所述驱动马达(22)的电流值即断裂指标Sb。

Description

半导体装置的制造装置以及制造方法
技术领域
本说明书公开一种包括供打线插通的焊针、及夹持所述打线的线夹的半导体装置的制造装置以及制造方法。
背景技术
自之前起，利用导电性的打线将半导体芯片的电极与基板的电极连接而制造半导体装置的制造装置广为人知。例如，专利文献1中公开有一种包括供打线插通的焊针(专利文献1中称为“接合工具”)、及夹持打线的线夹的半导体装置的制造装置(专利文献1中称为“接合装置”)。
在此种制造装置中，利用打线将第一接合点与第二接合点连接。又，在制造装置中，若将打线接合于第二接合点的第二(2nd)接合结束，则执行尾部切割，即在打开线夹的状态下使焊针移动而形成尾部后，在闭合线夹的状态下使焊针移动而切割打线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-256861号公报
发明内容
发明所要解决的问题
此处，在执行第二(2nd)接合及尾部切割时的制造装置的动作条件并不合适的情形时，会发生在第二接合点中打线未充分接合的焊点不粘(Non-Stick-On-Lead，NSOL)、或未形成充分长度的尾部的无尾(Notail)、插通于焊针中的打线挠曲成S字状的S字弯曲等不良。然而，以往并无对动作条件合适与否进行定量评价的指标。其结果为，以往操作员只能一面观察实际制造的半导体装置的品质检查的结果，一面基于经验修正动作条件，动作条件的筛选耗费时间。又，以往为了确认有无不良，需要对实际制造的半导体装置进行检查，在制造过程中难以判断有无不良。
因此，在本说明书中公开一种提供用以对制造装置的动作条件的合适与否进行定量评价的评价指标的半导体装置的制造装置。
解决问题的技术手段
本说明书所公开的半导体装置的制造装置包括：焊针，供打线插通，将自前端延伸出的所述打线按压至对象面而接合；线夹，与所述焊针连动移动，夹持所述打线；移动机构，包括一台以上的驱动马达，通过所述驱动马达的动力使所述焊针移动；位置传感器，检测所述焊针的位置作为检测位置；及控制器，对所述焊针、所述线夹、及所述移动机构的驱动进行控制，所述控制器构成为执行如下的处理：尾部切割处理，进行所述打线对所述对象面的接合及尾部的形成后，在闭合所述线夹的状态下，使所述焊针沿着所述分离的方向移动，由此切断所述尾部；及指标测定处理，测定刚切断所述打线后的所述焊针的移动的指令位置与所述检测位置的偏差的峰值、或测定切断所述打线时的所述驱动马达的电流值作为断裂指标。
在所述情形时，所述控制器也可在所述指标测定处理中，也进而测定断裂距离，所述断裂距离为自闭合所述线夹起至切断所述打线为止的所述焊针的移动距离。
可为还包括：使用者界面(User Interface，UI)装置，受理来自操作员的操作输入，并且向所述操作员输出信息，所述控制器在自所述操作员指示所述断裂指标的测定时，将所述尾部切割处理重复执行2次以上，并经由所述UI装置向所述操作员提示2次以上的所述尾部切割处理中分别获得的所述断裂指标的测定值。
在所述情形时，所述控制器可以曲线图形式提示2次以上的所述尾部切割处理中分别获得的所述断裂指标的测定值的一览。
又，所述控制器可在所述断裂指标为预先规定的基准范围以外的情形下，输出警报。
本说明书所公开的半导体装置的制造方法包括：尾部切割步骤，将自焊针的前端延伸出的打线按压至对象面并接合后，在闭合线夹并夹持所述打线的状态下，使所述焊针向与所述对象面分离的方向移动；及指标测定步骤，与所述尾部切割步骤并行执行，测定刚切断所述打线后的所述焊针的移动的指令位置与所述检测位置的偏差的峰值、或测定切断所述打线时的所述驱动马达的电流值作为断裂指标。
发明的效果
根据本说明书所公开的技术，由于定量提供断裂强度，故而操作员能够容易地评价动作条件合适与否。
附图说明
[图1]是表示制造装置的结构的图。
[图2A]是表示打线接合的流程的概念图。
[图2B]是表示打线接合的流程的概念图。
[图2C]是表示打线接合的流程的概念图。
[图2D]是表示打线接合的流程的概念图。
[图2E]是表示打线接合的流程的概念图。
[图2F]是表示打线接合的流程的概念图。
[图3]是表示进行尾部切割处理时所获得的位置偏差的经时变化的一例的图。
[图4]是表示测定模式画面的一例的图。
[图5A]是表示对操作员提示的断裂指标的曲线图画面的一例的图。
[图5B]是表示对操作员提示的断裂距离的曲线图画面的一例的图。
[图6]是表示制品量产时的控制器的处理流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对半导体装置的制造装置10进行说明。图1是表示制造装置10的结构的图。所述制造装置10为利用打线W将第一接合点B1与第二接合点B2之间连接的打线接合装置，通常将第一接合点B1设定于半导体芯片110的焊盘上，将第二接合点B2设定于作为装配有半导体芯片110的导线架的基板100的导线上。
制造装置10包括接合头12、移动机构18、载台14、旋转线轴42、喷灯电极43、控制器50、及UI装置60。
接合头12包括超声波焊头24、及线夹34。超声波焊头24为自基端至前端包括基端部、凸缘部、焊头部、及前端部的各部的棒状构件。在基端部配置有根据来自控制器50的驱动信号振动的超声波振荡器26。凸缘部在成为超声波振动的波节的位置处以能够共振的方式安装于移动机构18。焊头部为较基端部的直径更长地延伸的臂，包括将由超声波振荡器26产生的振动的振幅放大并传导至前端部的结构。在前端部以能够更换的方式安装有焊针30。焊针30为供打线W插通的筒状构件。超声波焊头24包括整体与超声波振荡器26的振动共振的共振结构，构成为如超声波振荡器26及凸缘位在共振时的振动的波节、焊针30位于振动的波腹的结构。通过这些结构，超声波焊头24作为将电性驱动信号转换为机械振动的转换器而发挥功能。
线夹34包括基于控制器50的控制信号进行开合动作的压电元件，以能够在规定的时间点夹持或释放打线W的方式构成。所述线夹34可与焊针30一起移动。
移动机构18使接合头12、进而焊针30沿着水平方向及竖直方向移动，包括XY平台、及升降机构(未图示)。移动机构18包括一台以上的驱动马达22，通过自所述驱动马达22输出的动力使接合头12移动。此外，焊针30的位置可通过位置传感器28进行检测。
旋转线轴42以能够更换的方式保持卷绕打线W的卷筒。旋转线轴42以根据接合的进展卷出打线W的方式构成。此外，就加工的容易性与低电阻的方面出发选择打线W的材料。作为打线W的材料，通常可使用金(Au)、银(Ag)、铝(Al)或铜(Cu)等。
喷灯电极43经由未图示的放电稳定化电阻连接于未图示的高电压电源。喷灯电极43基于来自控制器50的控制信号产生火花(放电)，通过火花的热在自焊针30的前端卷出的打线W的前端形成焊球、即无空气焊球(Free Air Ball，FAB)。
载台14支撑基板100。在基板预先装配有半导体芯片110。在所述载台14的内部设置有加热器46，可将基板100及半导体芯片110加热至适于接合的温度。
UI装置60为受理来自操作员的操作输入、并且向操作员输出信息的装置。所述UI装置60包括输入装置62、及输出装置64。输入装置62受理来自操作员的操作输入，例如包括键盘、鼠标、轨迹球、触摸屏、操纵杆等。输出装置64向操作员输出信息，例如包括显示器、扩音器、打印机等。
控制器50基于规定的软件程序对制造装置10的驱动进行控制。具体而言，控制器50具体而言通过驱动控制移动机构18而控制焊针30的位置。又，控制器50根据接合处理的进行情况，而也进行线夹34的开合控制、放电电压的施加控制、载台14的加热器46的驱动控制。又，在打线接合的过程中，进行将打线W接合于第二接合点B2的第二(2nd)接合处理、及切断打线W的尾部的尾部切割处理，控制器50也测定表示所述第二接合处理、及尾部切割处理中的动作条件的优劣的规定的评价指标。作为评价指标，断裂指标Sb及断裂距离Ds符合，下文对这些进行详细说明。此外，控制器50为物理上包括执行各种运算的处理器52、以及存储程序及数据的存储器54的计算机。
继而，对通过制造装置10进行的打线接合的流程进行说明。图2A～图22F为表示打线接合的流程的概念图。在打线接合中，利用打线W将第一接合点B1与第二接合点B2之间连接。第一接合点B1为设置于半导体芯片110的上表面的焊盘，第二接合点B2为设置于基板100的表面的导线。
在打线接合时，如图2A所示，控制器50在打线W的末端形成FAB。即，使被施加规定的高电压的喷灯电极43接近自焊针30的前端延伸出的打线W的一部分，在打线W的前端与喷灯电极43之间产生放电。通过所述放电，打线W的前端熔融。然后，熔融的打线材料通过表面张力形成球状的FAB。
继而，如图2B所示，控制器50执行将FAB接合于第一接合点B1的第一(1st)接合。即，控制器50使焊针30移动至第一接合点B1的正上方。其后，控制器50使焊针30下降，使FAB与第一接合点B1接触，并且利用焊针30的前端面按压所述FAB。又，此时，控制器50驱动超声波振荡器26，使超声波焊头24发生超声波振动，而对FAB附加超声波振动。进而，控制器50打开载台14的加热器46，将基板100及半导体芯片110加热至规定的温度。由此，荷重、超声波振动、及加热器46的热作用于FAB，由此将FAB接合于第一接合点B1。
继而，如图2C所示，控制器50使焊针30依照预先规定的轨迹移动，由此形成将第一接合点B1与第二接合点B2连接的回路。即，在打开线夹34的状态下，使焊针30移动，由此将打线W自旋转线轴42卷出，而形成回路。
继而，如图2D所示，控制器50执行将打线W接合于第二接合点B2的第二(2nd)接合。具体而言，控制器50使焊针30着落于第二接合点B2，利用焊针30的前端面将打线W按压至第二接合点B2。又，同时，驱动超声波振荡器26，对焊针30的前端附加超声波振动。然后，通过所述超声波振动、荷重及来自加热器46的热，将打线W接合于第二接合点B2。
将打线W接合于第二接合点B2后，继而如图2E所示，控制器50形成尾部。具体而言，控制器50在打开线夹34的状态下，使焊针30向与基板100分离的方向移动。通过所述移动，形成自焊针30的前端延伸出的打线部分即尾部。又，所述移动量根据必要的尾部的距离而确定。
形成尾部后，如图2F所示，控制器50进行尾部的切断。具体而言，控制器50在闭合线夹34的状态下，使焊针30向与基板100分离的方向移动。由此，拉断打线W。之后重复进行同样的处理。
此处，根据以上说明可知，打线W在第二(2nd)接合处理及尾部形成处理后，在尾部切割处理中，以机械方式被拉伸并拉断。在所述拉断时，反作用力作用于插通于焊针30中的打线W。若所述反作用力过大，则插通于焊针30中的打线W发生弯曲成S字状的S字弯曲。又，根据打线W的接合强度、以及尾部形成处理及尾部切割处理的动作条件，也会产生尾部不满足所需的长度的无尾、或接合点剥离的导线不粘之类的问题。此种S字弯曲、无尾、导线不粘之类的问题(以下总称为“切断不良”)会导致半导体装置的品质降低。
因此，自之前起，操作员对第二(2nd)接合处理、尾部形成处理、尾部切割处理中的动作条件进行调整，以避免产生切断不良。此处，作为动作条件，例如包括对打线W附加的荷重值、或使焊针30移动的速度、焊针30的移动轨迹、加热器46的加热温度等。
操作员根据有无切断不良调整动作条件，但以往并无对所述动作条件的优劣进行定量评价的指标。因此，以往操作员需要观察实际所制造的制品来确认有无切断不良，并根据所述确认结果调整动作条件，非常费时费力。
因此，在本说明书中，作为对动作条件的优劣、尤其是第二(2nd)接合处理、尾部形成处理、尾部切割处理中的动作条件的优劣进行定量评价的评价指标，而测定断裂指标Sb及断裂距离Ds，并对操作员提示所述测定结果。以下，对此进行详细说明。
首先，对断裂指标Sb及断裂距离Ds进行说明。如上所述，在本例中，第二(2nd)接合处理及尾部形成处理结束后，继而进行尾部切割处理。在所述尾部切割处理中，控制器50闭合线夹34后，使焊针30向与第二接合点B2分离的方向移动，由此切断尾部。在本例中，获得表示所述尾部的切断所需的力的参数作为断裂指标Sb。又，获得自闭合线夹34起至切断尾部为止的焊针30的移动距离作为断裂距离Ds。
进一步具体说明，控制器50在尾部切割处理时，生成如焊针30逐渐向分离方向移动的指令位置P*，并输入至移动机构18。设置于移动机构18的驱动马达22的驱动器算出所述指令位置P*与通过位置传感器28所检测到的检测位置Pd的差量即位置偏差ΔP，并对驱动马达22施加与位置偏差ΔP相应的值的电流。驱动马达22输出与施加电流成比例的转矩。通过转矩的输出将尾部切断后，其反作用导致焊针30暂时向分离方向大幅超程。
图3为表示进行尾部切割处理时所获得的位置偏差ΔP的经时变化的一例的图。在图3的例子中，尾部在时刻t1被切断，在所述时刻t1后位置偏差ΔP立即取得峰值。切断时的反作用越大，进而切断所需的力越大，所述峰值越大。因此，在本例中，测定所述位置偏差ΔP的峰值作为断裂指标Sb。又，测定获得所述峰值为止的焊针30的移动距离作为断裂距离Ds。所述断裂指标Sb或断裂距离Ds可用作表示打线W的断裂所需的力的大小、即断裂强度的指标。
此处，所述断裂指标Sb及断裂距离Ds大幅影响接合不良的有无。例如，在发生S字弯曲的情形时，与未发生S字弯曲的情形相比，断裂指标Sb及断裂距离Ds增大。尤其是在打线W的种类相同的情形时，若断裂指标Sb成为一定以上，则发生S字弯曲。因此，通过监控断裂指标Sb，可判断S字弯曲的有无。此外，未发生S字弯曲的断裂指标Sb的最大值(以下称为“容许最大强度Smax”)根据打线W的种类而异。在打线W的组成相同的情形时，打线W的直径越大，所述容许最大强度Smax越大。又，在发生打线W未适当地接合于第二接合点B2的导线不粘的情形时，与未发生导线不粘的情形相比，断裂指标Sb未产生大的差异，但断裂距离Ds增大。因此，通过监控断裂距离Ds，可判断导线不粘的有无。
控制器50测定此种断裂指标Sb及断裂距离Ds，并经由输出装置64对操作员提示测定结果。操作员基于所提示的断裂指标Sb及断裂距离Ds，可判断接合不良的有无、进而动作条件的优劣。此外，不发生接合不良的断裂指标Sb及断裂距离Ds的值的范围、即容许范围根据打线W的种类(即组成或直径、制法等)而异，因此预先通过实验等求出。
继而，对本例的制造装置10中的使用者界面进行说明。在本例的制造装置10中，准备用以测定上述动作条件的评价指标、即断裂指标Sb及断裂距离Ds的测定模式。在操作员选择测定模式的情形时，显示器显示如图4所示的测定模式画面70。在测定模式画面70中，操作员可指定开始评价指标的测定的打线编号即开始编号71、及进行测定的打线的根数即测定个数72。又，操作员可预先根据各打线编号设定不同的动作条件。
选择开始按钮后，控制器50自所指定的打线编号起，与测定个数相应地依序执行打线接合处理。在图4的例子的情形时，由于开始编号为81，测定个数为15，故而控制器50对打线编号81～打线编号85为止的15根打线W执行接合处理。
控制器50对于各接合处理，作为评价指标而测定断裂指标Sb及断裂距离Ds，并将结果暂时保存于存储器54中。然后，与所指定的测定个数的量相对应的接合处理结束后，控制器50对操作员提示所述测定结果。断裂指标Sb及断裂距离Ds均获得多个(即与测定个数相应的量)，因此控制器50对操作员提示所述多个断裂指标Sb及断裂距离Ds的统计值作为测定结果。在图4的例子中，作为测定结果，而在测定结果栏73显示多个断裂指标Sb及断裂距离Ds的最终值、最大值、最小值、平均值、标准偏差。
又，在测定模式画面70设置有曲线图按钮74。选择所述曲线图按钮74后，以曲线图形式对操作员提示多个断裂指标Sb及断裂距离Ds的测定值。图5A及图5B分别为表示对操作员提示的断裂指标Sb及断裂距离Ds的曲线图画面的一例的图。如图5A及图5B所示，曲线图画面中存在所显示的评价指标的种类选择栏75，显示所选择的种类的评价指标的曲线图。又，曲线图的横轴为打线编号，纵轴为评价指标(即断裂指标Sb或断裂距离Ds)的测定值。
通过参照所述曲线图，操作员能够容易地特定出发生接合不良的打线编号。在图5A、图5B的例子中，打线编号88的断裂指标Sb及断裂距离Ds均高，因此可推测发生了S字弯曲。又，打线编号91的断裂指标Sb不高，但断裂距离Ds高，因此可推测发生了导线不粘。然后，如上所述，基于评价指标，可对接合不良的有无进行判断，由此操作员能够更简单地判断动作条件的合适与否，而能够更简单地调整动作条件。此外，在知晓不发生接合不良的评价指标的范围、即容许范围的情形时，也可将所述容许范围的上限值及下限值显示于曲线图。通过设为所述结构，操作员能够更直观地判断接合条件的合适与否。
以此种曲线图为参考而调整动作条件后，操作员在调整后的动作条件下开始制品的量产。此时，动作条件调整为不发生接合不良的条件。然而，重复制造制品后，存在因温度变化或各批次的个体差异、干扰等导致发生接合不良的情形。为了探测此种接合不良的发生，控制器50可连续或间歇地进行评价指标的测定。并且，在评价指标脱离规定的容许范围的情形时，控制器50可输出警报，并中断制品的制造。
图6为表示制品量产时的控制器50的处理流程的流程图。如图6所示，控制器50依照由操作员所设定的动作条件，执行第n号打线W的接合(S12)。在所述接合处理的过程中，控制器50测定断裂指标Sb。然后，将所获得的断裂指标Sb与预先规定的容许最大强度Smax加以比较(S14)。在比较的结果为Sb≦Smax的情形时，判断为无问题，执行下一打线W的接合处理(S16、S18、S12)。另一方面，在Sb＞Smax的情形时，发生S字弯曲的可能性高。在所述情形时，控制器50输出警报(S20)，并暂时中断制品的制造。
如上所述，通过在制品的量产过程中监控断裂指标Sb，能够尽早发现接合不良，而能够进一步提高最终所获得的制品的品质。此外，在图6中，仅对断裂指标Sb进行监控，但当然，除了断裂指标Sb以外，也可对断裂距离Ds也进行管理。又，在目前的说明中，列举进行打线接合的制造装置10为例进行说明，但只要为执行尾部切割处理的制造装置，则本说明书所公开的技术也可应用于其他种类的制造装置。因此，本说明书所公开的技术也可应用于在半导体芯片110形成凸块的凸块接合装置。
又，在目前的说明中，获得刚切断尾部后的位置偏差ΔP的峰值作为断裂指标Sb。然而，断裂指标Sb只要为表示切断尾部所需的力的参数，则也可为其他参数，例如也可为切断时的驱动马达22的施加电流值。
符号的说明
10：制造装置
12：接合头
14：载台
18：移动机构
22：驱动马达
24：超声波焊头
26：超声波振荡器
28：位置传感器
30：焊针
34：线夹
42：旋转线轴
43：喷灯电极
46：加热器
50：控制器
52：处理器
54：存储器
60：UI装置
62：输入装置
64：输出装置
70：测定模式画面
71：开始编号
72：测定个数
73：测定结果栏
74：曲线图按钮
75：种类选择栏
100：基板
110：半导体芯片
B1：第一接合点
B2：第二接合点

Claims (6)

1.一种半导体装置的制造装置，其特征在于，包括：
焊针，供打线插通，将自前端延伸出的所述打线按压至对象面而接合；
线夹，与所述焊针连动移动，夹持所述打线；
移动机构，包括一台以上的驱动马达，通过所述驱动马达的动力使所述焊针移动；
位置传感器，检测所述焊针的位置作为检测位置；以及
控制器，对所述焊针、所述线夹、及所述移动机构的驱动进行控制，且
所述控制器构成为执行如下的处理：
尾部切割处理，进行所述打线对所述对象面的接合及尾部的形成后，在闭合所述线夹的状态下，使所述焊针沿着所述分离的方向移动，由此切断所述尾部；以及
指标测定处理，测定刚切断所述打线后的所述焊针的移动的指令位置与所述检测位置的偏差的峰值、或测定切断所述打线时的所述驱动马达的电流值作为断裂指标。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造装置，其特征在于，
所述控制器在所述指标测定处理中，也进而测定断裂距离，所述断裂距离为自闭合所述线夹起至切断所述打线为止的所述焊针的移动距离。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置的制造装置，其特征在于还包括：
使用者界面装置，受理来自操作员的操作输入，并且向所述操作员输出信息，
所述控制器在自所述操作员指示所述断裂指标的测定时，将所述尾部切割处理重复执行2次以上，并经由所述使用者界面装置向所述操作员提示2次以上的所述尾部切割处理中分别获得的所述断裂指标的测定值。
4.根据权利要求3所述的半导体装置的制造装置，其特征在于
所述控制器以曲线图形式提示2次以上的所述尾部切割处理中分别获得的所述断裂指标的测定值的一览。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置的制造装置，其特征在于
所述控制器在所述断裂指标为预先规定的基准范围以外的情形下，输出警报。
6.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
尾部切割步骤，将自焊针的前端延伸出的打线按压至对象面并接合后，在闭合线夹并夹持所述打线的状态下，使所述焊针向与所述对象面分离的方向移动；以及
指标测定步骤，与所述尾部切割处理并行执行，测定刚切断所述打线后的所述焊针的移动的指令位置与所述检测位置的偏差的峰值、或测定切断所述打线时的所述驱动马达的电流值作为断裂指标。
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