JP2000174056A - ワイヤボンディング装置 - Google Patents
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Abstract
ィング中のモニタを行うことのできるワイヤボンディン
グ装置を提供する。 【解決手段】 ボンディングワイヤがワークに接触した
瞬間を検出し、適切な遅延時間をもって超音波を印加す
る。また、ワークに作用する力の各独立軸方向の成分を
検出する力検出手段と、この力検出手段の出力に基づい
てボンディング異常を判定する判定手段と、この判定手
段の判定に基づいてボンディング動作を停止させる。
Description
て工程において金属ワイヤによる配線を行うワイヤボン
ディング装置に関するもので、さらに詳しくは超音波ワ
イヤボンディング装置に関するものである。
単にワイヤボンダと呼ぶ)は、ボンディングツールと呼
ぶボンディングヘッドの先端部で金属のボンディングワ
イヤ(以下、単にワイヤと呼ぶ)をワークに押し付けて
超音波を印加し、ワイヤとワークを接合させる。従来の
ワイヤボンダでは移動するボンディングツールの保持部
とワークとの間のギャップを距離センサにより検出し、
ワイヤをワークに押し付け、距離センサでワイヤの変形
に伴って生じるボンディングツールの変位が予め設定し
た量に達したことを検出した後、超音波を発振する仕組
みになっている。このような機構であるため、超音波発
振前に必ずワイヤの変形が発生する。
イヤとワークの間に加えるボンディング圧力が一定にな
るようにしたワイヤボンダが記載されている。この装置
ではボンディングヘッドの先端部に設けたキャピラリを
搭載した揺動アーム近傍に、キャピラリの移動量と移動
速度を検出する位置検出手段と速度検出手段に加え、キ
ャピラリの上下方向に加わる力を検出する力検出手段を
備え、これらの検出手段によりボンディング中の状態を
揺動アームの駆動機構にフィードバックして安定したボ
ンディング動作を行うようにしている。
のワイヤボンダでは距離センサを使用し、ワイヤをワー
クに押し付け、ワイヤの変形に伴って生じるボンディン
グツールの変位が予め設定した量に達したことを検出し
た後、超音波を発振するので超音波発振前に必ずワイヤ
の変形が発生する。一方、超音波によるワイヤの接合現
象はワイヤの変形と超音波の印加が同時に進行している
部分にのみ起こるため、従来のワイヤボンダでは超音波
の印加前にワイヤが変形し、その変形部分ではワークと
ワイヤが接合しないため、接合強度・接合の寿命などの
品質面からも不利であった。
ングなどにずれが発生するとボンディング不良が発生す
るためモニタ法が必要である。このモニタ法は数々の方
式が提案されているが、従来の装置ではボンディングツ
ール付近にセンサーを設置しているためボンディング現
象の進行に伴い超音波発振器に加わる負荷の影響を受け
やすい。また、高速かつ複雑な軌跡で移動するボンディ
ングツールおよびその近傍部分の駆動に伴う振動がノイ
ズとして加わるため、高精度なモニタが不可能であっ
た。さらに、ワイヤの断線や接合不良、ワーク押え不良
やボンディングツール先端の摩耗状態管理など、モニタ
機能について満足できる効果が得られなかった。
ダは、ワイヤがワークの表面に接触したことを検出する
力検出手段と、この力検出手段からの信号に基づいて所
定の遅延時間を設定する遅延手段と、この遅延手段から
の信号に基づいて超音波の発振を開始する超音波発振器
とを備えた。
以下になるように遅延手段を設定した。
圧電型力検出素子とした。
の成分を検出する力検出手段と、この力検出手段の出力
に基づいてボンディング異常を判定する判定手段と、こ
の判定手段の判定に基づいてボンディング動作を停止す
るボンダ停止機能を備えた。
に基づいて異常判定するようにした。
イヤに印加する前記超音波の加振方向と直交する方向に
作用する力に基づいてワークの固定状態を判定するよう
にした。
おける荷重の立ち上がりに基づいてワークの浮き上がり
を判定するようにした。
向に作用する力に対しこれと直交する方向の力の割合に
基づいてワークに対するダメージを判定するようにし
た。
その実施の形態を示す図面を用いて具体的に説明する。
図1はこの発明の第1の実施形態を説明するためのワイ
ヤボンダの構成概念図であり、1はワーク、2はツー
ル、3はボンディングアーム、4はワーク台、5はワー
ク台4中に埋設しツール2からワーク1に加わる力を検
出する圧電型検出素子等を用いた力検出器、6は遅延回
路、7は超音波発振器、8はワイヤである。なお、ワー
ク搭載面の大きさは縦100mm、横100mmで、ワ
ーク搭載面の下方50mmの位置に力検出器5を埋設し
た。
ディングを実行する。力検出器5として圧電型検出素子
を用いるのは、剛性および感度が高くかつ応答が高速で
あるため、ワークに影響を与えずにワイヤがワークに接
触した瞬間を確実に検知することができるからである。
力検出器5からの信号を高感度増幅器で増幅し遅延回路
6をトリガし所定の時間遅延させてから超音波発振器7
を発振させるように構成した。ワーク上のボンディング
位置による検出信号のバラつきを確認するためボンディ
ングをワーク台4上の中心と中心から50mm離れた位
置とで行ったが、力検出器5から同等の検出信号が得ら
れた。なお実験における装置構成としては、超音波工業
社製超音波ワイヤボンダー(URB−612)、田中電
子工業社製アルミワイヤー(Soft−2ワイヤ直径3
00μm)、GAISER社製超硬ボンディングツール
(8237−VE−300−1)、キスラー社製圧電素
子(9132A)およびチャージアンプ(5011A)
を用い、セラミック基板上にはんだでダイボンドしたI
GBTチップをワークとして使用した。
センサと呼ばれる距離センサを用いており、上述のよう
にワークにワイヤが接触してから所定の荷重を印加しワ
イヤの変形によって生じるボンディングツールの変位を
検出した後に超音波を発振するので、超音波の発振以前
に必ずワイヤにつぶれが生じる。しかし、図1のワイヤ
ボンダではワークにワイヤが接触した瞬間を力検出器5
によって検知できるため、ワイヤのつぶれが生じる前に
超音波を発振することができ、ワイヤの接合性が向上す
る。従来の構成ではワークにワイヤが接触してから超音
波の発振までに60msec程度を要したが、図1の構
成によればこれを5msec程度まで短縮することがで
きる。なお、ワークとワイヤの接触直後に超音波を発振
すると、ワークに損傷を生じる恐れがあるため、遅延回
路6によってワークとワイヤの接触から適当な時間の経
過後に超音波を発振する。このように構成することによ
って、ワークの損傷発生の可能性に応じて最適なタイミ
ングで超音波を発振させることができる。
用したワイヤボンダそれぞれによるワークとワイヤの接
合部の差異を示す模式図である。(a)は従来のワイヤ
ボンダによるもので、超音波発振前に生じるワイヤのつ
ぶれが原因と考えられる中心部の未接合部が見られる。
実験の結果これはワイヤ直径のほぼ7%のつぶれが生じ
てから超音波を発振したものに相当することが分かっ
た。(b)はこの発明を適用したワイヤボンダによるも
ので、ワイヤにほとんどつぶれが生じない時点で超音波
の発振が開始されるため、未接合部がなく従来に比べて
接合状態が良好で接合面積が大きい。なお、直径300
μmのワイヤを用いた場合について説明したが、この結
果はワイヤの直径とはほとんど無関係に適用できること
が判明している。
施形態であるワイヤボンダのモニタ機能を説明するため
の構成概念図であり、9は判定手段、10はボンダ停止
機能であり、図1と同一もしくは相当する部分に同一の
符号を付している。この構成が図1に示した構成と併用
できることはいうまでもない。ワークを力検出器5を埋
設したワーク台上に設置してボンディングを行い、ワー
クに作用する3軸方向の力を検出する。なお、実際の装
置構成では力検出器としてキスラー社製の3成分動力計
(9254)とチャージアンプ(5019A)を用い
た。
力、接合終了後のワイヤ8とツール2の凝着力およびワ
イヤ破断力等を検出し判定手段10で異常と判定した場
合ボンダ停止機能によりボンディングを中止する。この
ように構成しているため、装置の自動運転中に不良を検
出可能である。
クとワイヤの不着判定に用いる検出信号波形を示す。以
下、ワークの面と平行でツールの加振方向をX方向、ワ
ーク上面と平行でX方向と直交する方向をY方向、ツー
ルによる加圧方向をZ方向と呼ぶ。ボンディングが完了
して超音波の印加を停止し、ワークからツールを離脱す
る過程でZ方向に作用する力を検出する。(a)はボン
ディング数が数百ワイヤ程度の場合を、(b)はボンデ
ィング数10万程度の場合を、(c)はワークとワイヤ
が不着の場合を示している。(a)の場合に比べ、
(b)ではツールとワイヤの凝着が強く、ワークとツー
ルの離脱に要する時間が長い。この検出信号波形を基に
ツール先端の摩耗状態が判断できる。この離脱時間と離
脱の際に作用する力が予め設定したしきい値を超えた場
合にボンダを停止しツールを交換すればよい。(c)の
場合は関係する要因について別途対処する必要がある。
してワーク押えの異常判定ができる。図5にこの判定に
用いる検出信号波形を示す。(a)は正常なボンディン
グが進行している場合を、(b)はワークにバタつきが
あるかワークの固定が不十分な場合を示す。この検出信
号に基づいて予め設定したしきい値と比較し異常判定で
きる。
よびZ方向に作用する力を検出しボンディングリードの
浮き上がりが判定できる。図6にこの判定に用いる検出
信号波形を示す。(a)はボンディングリードがワーク
台上に密着した状態を、(b)はボンディングリードが
ワーク台上で浮き上がっている状態を示している。力の
立ち上がりの傾きあるいは規定の加圧力が確立するまで
の経過時間によって異常判定ができる。
作用する力を検出しワークに作用する力の大きさとその
方向とからワークへのダメージの大小を判断できる。図
7にこの判定に用いる検出信号波形を示す。Z方向に作
用する力に比べてXおよびY方向の力が大きい場合にワ
ークにダメージの生じる確率が著しく高いことを確認し
た。Z方向に作用する力に対するXおよびY方向の力大
きさについて予め設定したしきい値を設定し、ワークに
対するダメージの発生を判定できる。同様の方法で、ワ
イヤのつぶれ異常についての判定も可能である。
ワークに接触した瞬間を検出し、適切な遅延時間をもっ
て超音波を印加することができるので、超音波印加前の
ワイヤ変形を最小にでき、接合部中央の接合が達成で
き、接合強度、接合部の寿命などの接合品質を大幅に向
上できる。またボンディングヘッド部分の構造を単純化
できる。
量をワイヤ直径の7%以下としたので接合面積が従来よ
り増加し、接合強度を高めることができる。
ーク台中に埋設した圧電型力検出素子としたので、ワー
クに対するボンディング位置に依存しない正確な力検出
ができる。
向の成分を検出する力検出手段と、この力検出手段の出
力に基づいてボンディング異常を判定する判定手段と、
この判定手段の判定に基づいてボンディング動作を停止
するボンダ停止機能を備えたので、ボンディング異常の
発生によってワイヤボンダを自動停止でき後続の工程と
くに目視検査の省略が可能になった。
て異常判定するように構成したので、ツール先端の摩耗
状態を的確に把握でき、ツールの寿命に対して適正管理
が可能で、そのコストを削減できる。また、ワイヤの不
着の判定が正確に行えるので、後続の工程とくに目視検
査の省略が可能になった。
加する前記超音波の加振方向と直交する方向に作用する
力に基づいてワークの固定状態を判定するように構成し
たので、ワーク押え不良を正確に検出でき、押え不良に
よりボンディング不良が検出でき不良の連続的な発生を
抑制できる。
重の立ち上がりに基づいてワークの浮き上がりを判定す
るように構成したので、ワークの浮き上がりを正確に検
出でき、ワークの浮き上がりによるボンディング不良が
検出でき不良の連続的な発生を抑制できる。
する力に対しこれと直交する方向の力の割合に基づいて
ワークに対するダメージを判定するように構成したの
で、ワークへのダメージ発生がモニタでき、不適切なボ
ンディング条件を迅速に修正できる。
ある。
ある。
めの力検出器の検出信号波形である。
するための力検出器の検出信号波形である。
するための力検出器の検出信号波形である。
するための力検出器の検出信号波形である。
‥ワーク台 5‥力検出器、6遅延回路、7‥超音波発振器、8‥ワ
イヤ、9‥判定手段 10‥ボンダ停止機能
Claims (8)
- 【請求項1】 ボンディングワイヤに荷重と超音波を印
加して塑性変形させワークと接合させるワイヤボンディ
ング装置において、 前記ボンディングワイヤが前記ワークの表面に接触した
ことを検出する力検出手段と、該力検出手段からの信号
に基づいて所定の遅延時間を設定する遅延手段と、該遅
延手段からの信号に基づいて超音波の発振を開始する超
音波発振器とを備えたことを特徴とするワイヤボンディ
ング装置。 - 【請求項2】 前記遅延時間を前記ボンディングワイヤ
のつぶれ量がその直径の7%以下になるように設定した
ことを特徴とする請求項1記載のワイヤボンディング装
置。 - 【請求項3】 前記力検出手段は、ワークを搭載するワ
ーク台中に埋設した圧電型力検出素子であることを特徴
とする請求項1記載のワイヤボンディング装置。 - 【請求項4】 ボンディングワイヤに荷重と超音波を印
加して塑性変形させワークと接合するワイヤボンディン
グ装置において、 前記ワークに作用する力の各独立軸方向の成分を検出す
る力検出手段と、該力検出手段の出力に基づいてボンデ
ィング異常を判定する判定手段と、該判定手段の判定に
基づいてボンディング動作を停止するボンダ停止機能を
備えたことを特徴とするワイヤボンディング装置。 - 【請求項5】 前記判定手段は、前記ボンディングワイ
ヤとツールの凝着力に基づいて異常判定することを特徴
とする請求項4記載のワイヤボンディング装置。 - 【請求項6】 前記判定手段は、前記ワークの表面と平
行で前記ボンディングワイヤに印加する前記超音波の加
振方向と直交する方向に作用する力に基づいて前記ワー
クの固定状態を判定することを特徴とする請求項4記載
のワイヤボンディング装置。 - 【請求項7】 前記判定手段は、前記ワークへの荷重印
加時における前記荷重の立ち上がりに基づいて前記ワー
クの浮き上がりを判定することを特徴とする請求項4記
載のワイヤボンディング装置。 - 【請求項8】 前記判定手段は、前記ワークの表面に鉛
直な方向に作用する力に対しこれと直交する方向の力の
割合に基づいて前記ワークに対するダメージを判定する
ことを特徴とする請求項4記載のワイヤボンディング装
置。
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