JP2005079412A - 半導体装置の製造方法およびそれに用いられるワイヤボンダ - Google Patents

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Abstract

【課題】 ワイヤボンディングにおけるボンディング位置の高精度化を図る。
【解決手段】 キャピラリ３ｂが先端に取り付けられたボンディングホーン３ａと、ボンディングホーン３ａに取り付けられた温度センサ３ｄと、ボンディング位置を撮像する認識カメラと、温度センサ３ｄによってボンディングホーン３ａの温度をリアルタイムに検知する温度検知部３ｋと、ボンディングホーン３ａの熱伸縮特性を示す情報を予め入力する入力処理部３ｎと、ボンディングホーン３ａの検知温度および熱伸縮特性の情報によってキャピラリ３ｂのボンディング位置の補正量を求める主制御部３ｍとを備えており、ワイヤボンディング時に、温度センサ３ｄによってボンディングホーン３ａの温度をリアルタイムに検知し、この検知結果に基づいてキャピラリ３ｂの位置を自動で補正して、ワイヤボンディングのスループットを低下させずにボンディング位置の高精度化を図る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体製造技術に関し、特に、ワイヤボンディングのボンディング位置の精度向上に適用して有効な技術に関する。
従来のワイヤボンディング装置では、その金属製ボンディングホーンに、ＸＹサーボ基板、ボンディング補正機構および検知装置が接続されており、センサーの信号を検知装置で検知後、ボンディング補正機構に入力して具体的な方向と移動量を算出してＸＹサーボ基板に伝達して金属製ボンディングホーンの位置を調整する（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−９７２３９号公報（図２）
上記特許文献１に記載されたボンディング装置は、金属製ボンディングホーンに取り付けられたセンサーと、このセンサーと電気的に接続するボンディング位置補正機構を備えており、センサーの信号を検知した後、ボンディング位置補正機構に信号を入力して金属製ボンディングホーンの位置を調整するものであるが、ワイヤボンディングにおいてどのようなタイミングで金属製ボンディングホーンの位置を調整するのかが全く記載されていない。
すなわち、金属製ボンディングホーンの位置を調整するタイミングが全く開示されていない。
ワイヤボンディングでは、高速でボンディングステージを移動させてワイヤリングを行っているため、キャピラリがワイヤリングを行っている最中に金属製ボンディングホーンの位置を調整するのは非常に困難である。
したがって、金属製ボンディングホーンの位置調整をワイヤボンディングにおいてどのようなタイミングで行うかが非常に重要になる。
従来のワイヤボンディング装置では、金属製ボンディングホーンの位置を調整する場合、一連のワイヤリング動作を一旦中断して、ボンディング装置を停止し、位置を調整した後、再びワイヤボンディングを再開している。
その結果、ワイヤボンディングのスループットが低下することが問題である。
本発明の目的は、スループットを低下させずにボンディング位置の高精度化を図る半導体装置の製造方法およびそれに用いられるワイヤボンダを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
すなわち、本発明は、ボンディングツールであるキャピラリとボンディングホーンとを備えており、前記ボンディングホーンに温度センサが取り付けられたワイヤボンダを準備する工程と、前記ボンディングホーンの温度を前記温度センサによってリアルタイムに検知し、前記検知に応じて前記キャピラリのボンディング位置を補正して半導体チップの電極とこれに対応するリードとを金属細線によって接続する工程とを有するものである。
また、本発明は、ボンディングツールであるキャピラリと、前記キャピラリが先端に取り付けられたボンディングホーンと、前記ボンディングホーンに取り付けられた温度センサと、前記温度センサによって前記ボンディングホーンの温度をリアルタイムに検知する温度検知部と、前記ボンディングホーンの熱伸縮特性を示す情報を予め入力する入力処理部と、前記温度検知部から送られた前記ボンディングホーンの温度の情報と、前記入力処理部から送られた前記ボンディングホーンの熱伸縮特性の情報とによって前記キャピラリのボンディング位置の補正量を求める主制御部とを有するものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
ボンディングホーンの温度をリアルタイムにセンサで検知して、この検知に応じてキャピラリの位置を補正することにより、ワイヤボンディングのスループットを低下させずにボンディング位置の高精度化を図ることができる。
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるワイヤボンダの構造の一例を示す側面図、図２は図１に示すワイヤボンダの装置本体の構造の一例を示す正面図、図３は図１に示すワイヤボンダにおけるボンディング位置の補正制御に係わる制御系の構成の一例を示す構成ブロック図、図４は図１に示すワイヤボンダのボンディング位置の補正制御で用いられるボンディングホーンの熱伸縮特性の一例を示す特性図、図５は図１に示すワイヤボンダにおけるボンディング位置の補正のタイミングの一例を示すボンディング動作図、図６は図１に示すワイヤボンダのボンディング位置の補正におけるアルゴリズムの一例を示すフロー図、図７は図１に示すワイヤボンダによって組み立てられる半導体装置の構造の一例を封止体を透過して示す平面図、図８は図７に示す半導体装置の構造を示す断面図である。
本実施の形態は、半導体装置の組み立てにおいて、主にワイヤボンディング工程について説明するものである。したがって、本実施の形態の半導体装置の製造方法によって組み立てられる半導体装置は、ワイヤボンディングが行われて組み立てるものであり、本実施の形態ではその一例として、図７および図８に示すようなＢＧＡ（Ball Grid Array)７を取り上げて説明する。
ＢＧＡ７は、図８に示すように、その外部接続用の電極である複数のバンプ電極８が、パッケージ基板２の裏面２ｂ上にアレイ状に配列されているものであるとともに、パッケージ基板２の主面２ａ上に半導体チップ１がダイボンド剤９を介して搭載され、さらに半導体チップ１のパッド１ａとパッケージ基板２の接続端子２ｃとがワイヤ（金属細線）４によって電気的に接続され、かつ半導体チップ１と複数のワイヤ４が封止体６によって樹脂封止されている。
また、ＢＧＡ７は、例えば、多ピンのものであり、半導体チップ１の主面１ｂに形成された複数のパッド１ａが、狭パッドピッチで配置されたものである。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるワイヤボンダ３について説明する。
図１、図２に示すワイヤボンダ３は、主に、ボンディングツールが設けられたヘッド部３ｅと、ワイヤボンディングが行われるボンディング部３ｉと、ワークである多数個取り基板５の支持および搬送を行う搬送部３ｃとから構成されており、そのうち、ヘッド部３ｅは、ＸＹステージ３ｈ上に取り付けられている。
また、ヘッド部３ｅには、ボンディングツールであるキャピラリ３ｂと、キャピラリ３ｂが先端に取り付けられたボンディングホーン３ａと、ボンディングホーン３ａに取り付けられた温度センサ３ｄと、ボンディング位置を撮像する認識カメラ３ｆと、画像を取り込む鏡筒３ｇ等が設けられており、一方、搬送部３ｃには、ヒートブロック３ｊが設けられている。
さらに、本実施の形態のワイヤボンダ３は、図３に示すように、温度センサ３ｄによってボンディングホーン３ａの温度をリアルタイムに検知する温度検知部３ｋと、ボンディングホーン３ａの熱伸縮特性を示す情報を予め入力する入力処理部３ｎと、温度検知部３ｋから送られたボンディングホーン３ａの温度の情報と、入力処理部３ｎから送られたボンディングホーン３ａの熱伸縮特性の情報とによってキャピラリ３ｂのボンディング位置の補正量を求める主制御部３ｍとを備えている。
また、ワイヤボンダ３には、主制御部３ｍからＸＹ方向の移動量などのデータが伝達されるＸＹＺ制御部３Ｐと、主制御部３ｍと搬送用のデータの送受信を行う搬送制御部３ｒと、ＸＹＺ制御部３Ｐから送られたデータを搬送制御部３ｒに送信するＸＹＺサーボ制御部３ｑと、ボンディング位置などの画像処理を行う画像処理制御部３ｓとが設けられている。
すなわち、本実施の形態のワイヤボンダ３は、ワイヤボンディング時に、温度センサ３ｄによってボンディングホーン３ａの温度をリアルタイムに検知し、この検知結果に基づいてキャピラリ３ｂの位置を自動で補正して、ワイヤボンディングのスループットを低下させずにワイヤボンディングのボンディング位置の高精度化を図ることが可能なものである。
なお、本実施の形態のワイヤボンディングにおけるリアルタイムとは、キャピラリ３ｂのワイヤボンディング動作を損なわない範囲での時間のことであり、ワイヤボンディング開始から停止までのキャピラリ３ｂの一連の連続動作中の時間のことである。例えば、１つの半導体チップ１に対してワイヤボンディングを開始した後、全ピン終了するまでのキャピラリ３ｂの一連の連続動作によるワイヤボンディングと同時であり、キャピラリ３ｂの前記動作中の範囲内での時間を意味しており、例えば、１つもしくは複数の半導体チップ１に対してワイヤボンディングを終えてキャピラリ３ｂが待機している時間などは含んでいない。
次に、ワイヤボンダ３におけるボンディング位置の補正方法と補正のタイミングについて説明する。
まず、補正方法について説明すると、図３に示すように、ボンディングホーン３ａに取り付けられた温度センサ３ｄによってリアルタイムでボンディングホーン３ａの温度を検知し、検知結果をリアルタイムで温度検知部３ｋから主制御部３ｍに送信する。一方、図４に示すようなボンディングホーン３ａの熱伸縮特性のデータを準備し、このデータを予め入力処理部３ｎに入力しておくことにより、必要に応じて主制御部３ｍが入力処理部３ｎからこのデータを取り出し、検知したボンディングホーン３ａの温度と熱伸縮特性のデータとからリアルタイムでボンディングホーン３ａの熱伸縮量を割り出し、キャピラリ３ｂの位置の補正量を算出する。さらに主制御部３ｍからＸＹＺ制御部３Ｐに、ボンディングホーン３ａの熱伸縮にともなうキャピラリ３ｂの位置の補正量に応じた移動の命令をＸＹＺ制御部３Ｐに送り、さらにＸＹＺサーボ制御部３ｑを介してキャピラリ３ｂの位置を補正する。
なお、温度検知部３ｋでは、図６に示す温度検出開始により、例えば、数μｓｅｃごとにボンディングホーン３ａの温度を検知するが、その際、ボンディングホーン３ａの温度の初期値を一時的に記憶する（図６に示す温度レジスト）。
その後、図６に示す温度変化比較により、初期値温度レジスト内のデータと検知温度とを比較（例えば、２０ｓｅｃ程度の間隔でサンプリングして比較）し、比較結果が「＋」であれば検知温度が上昇中の温度と判断し、また、「−」であれば検知温度が下降中の温度と判断する。
その後、上昇か下降かにより、補正ａ＝（検知温度−温度レジスト）×係数、または補正ｂ＝（検知温度−温度レジスト）×係数などの特性演算式、あるいは図４に示すボンディングホーン３ａの熱伸縮特性などからキャピラリ３ｂの位置の補正量を求め、所定のタイミングでキャピラリ３ｂの位置の補正を行う。
ここで、図４は、ボンディングホーン３ａの熱伸縮特性を示すものであり、ボンディングホーン３ａの温度に対する伸び量を示したものである。
主制御部３ｍでは、予め入力処理部３ｎに入力された図４に示すボンディングホーン３ａの熱伸縮特性のデータから検知温度に対するボンディングホーン３ａの伸び量を求めてもよいし、あるいは、検知温度をパラメータとした前記特性演算式（演算手段）を予め入力処理部３ｎに組み込んでおき、この特性演算式を用いて検知温度に対するボンディングホーン３ａの伸び量を求めてもよく、前記伸び量からキャピラリ３ｂのボンディング位置の補正量（補正ａまたは補正ｂ）を算出する。
算出された補正量をＸＹＺ制御部３Ｐに送信し、さらにＸＹＺサーボ制御部３ｑを介してキャピラリ３ｂを移動させて位置補正する。
なお、入力処理部３ｎに対して行うボンディングホーン３ａの熱伸縮特性データや前記特性演算式の入力については、オンラインで外部から直接入力するようにしてもよいし、フロッピィディスク装置などを用いてデータを読み込ませるようにしてもよい。
また、温度センサ３ｄのボンディングホーン３ａへの取り付け位置は、熱源に近過ぎずかつ温度検知部３ｋと離れ過ぎていない箇所が好ましく、一例としてはボンディングホーン３ａの根元付近が好ましい。
また、ボンディングホーン３ａの材質は、例えば、ステンレス鋼またはチタンなどである。
次に、補正のタイミングについて説明する。
図５は、ワイヤボンディング時に、リアルタイムで検知したボンディングホーン３ａの温度に応じてキャピラリ３ｂのボンディング位置を補正するタイミングの一例を示したものである。図中、補正のタイミングは、キャピラリ３ｂが、第１ボンディング（半導体チップ１のパッド１ａへのワイヤボンディング）および第２ボンディング（リードへのワイヤボンディング）を終えてホームポジションに戻ってから、再び次のパッド１ａへのワイヤボンディングのために移動（下降）を開始するまでのホームポジションでの待機中に行うことが好ましい。
すなわち、図５の最下部のデータ線図に示すように、ワイヤボンディング開始後、パッド１ａのボンディングとリードのボンディングを終えた後、次のパッド１ａにワイヤボンディングが移る際のホームポジションでの待機中にキャピラリ３ｂのボンディング位置を補正することが好ましく、キャピラリ３ｂが移動していない時に補正することが好ましい。
このように本実施の形態の半導体装置の製造方法では、ボンディングホーン３ａの温度をリアルタイムに温度センサ３ｄで検知して、この検知に応じてキャピラリ３ｂの位置を補正することにより、キャピラリ３ｂのボンディング動作を損なうことなく一連のボンディング動作の中で自動的にボンディング位置を補正することができる。
その結果、ワイヤボンディングのスループットを低下させずにボンディング位置の高精度化を図ることができるとともに、ワイヤボンディングにおけるボンディングの位置ずれの発生を防止することができる。
なお、図７および図８に示すＢＧＡ７（半導体装置）は、図１に示す多数個取り基板５を用いて組み立てられた多ピンの半導体装置であり、多数個取り基板５へのダイボンディング終了後、本実施の形態のワイヤボンダ３を用いて本実施の形態のワイヤボンディング方法でワイヤボンディングを行い、その後、一括モールディングを行って樹脂成形し、さらに個片化して組み立てたものである。
このように多ピンの半導体装置では、半導体チップ１のパッド１ａが狭ピッチ配列されている場合が多く、ワイヤボンディング時のキャピラリ３ｂのボンディング位置の高精度化が要求されるが、このような狭パッドピッチの場合においても、本実施の形態のワイヤボンダ３を用いたワイヤボンディングによれば位置ずれを発生させることなく高精度にワイヤボンディングを行うことができる。
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施の形態では、ボンディングホーン３ａの温度をリアルタイムに検知してキャピラリ３ｂの位置を補正する場合について説明したが、これに加えて、例えば、鏡筒３ｇに温度センサ３ｄを取り付けて鏡筒３ｇの温度をリアルタイムに検知して鏡筒３ｇの位置を補正するようにしてもよい。
また、前記実施の形態では、ワイヤボンダ３を用いて組み立てられる半導体装置の一例として、ＢＧＡ７を取り上げて説明したが、前記半導体装置は、ワイヤボンディングを行って組み立てられるものであれば、ＢＧＡ７に限定されるものではなく、その他の何れの半導体装置であってもよい。
本発明は、電子装置の製造および半導体製造技術に好適である。
本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるワイヤボンダの構造の一例を示す側面図である。 図１に示すワイヤボンダの装置本体の構造の一例を示す正面図である。 図１に示すワイヤボンダにおけるボンディング位置の補正制御に係わる制御系の構成の一例を示す構成ブロック図である。 図１に示すワイヤボンダのボンディング位置の補正制御で用いられるボンディングホーンの熱伸縮特性の一例を示す特性図である。 図１に示すワイヤボンダにおけるボンディング位置の補正のタイミングの一例を示すボンディング動作図である。 図１に示すワイヤボンダのボンディング位置の補正におけるアルゴリズムの一例を示すフロー図である。 図１に示すワイヤボンダによって組み立てられる半導体装置の構造の一例を封止体を透過して示す平面図である。 図７に示す半導体装置の構造を示す断面図である。
符号の説明
１ 半導体チップ
１ａ パッド（電極）
１ｂ 主面
２ パッケージ基板
２ａ 主面
２ｂ 裏面
２ｃ 接続端子（リード）
３ ワイヤボンダ
３ａ ボンディングホーン
３ｂ キャピラリ
３ｃ 搬送部
３ｄ 温度センサ
３ｅ ヘッド部
３ｆ 認識カメラ
３ｇ 鏡筒
３ｈ ＸＹステージ
３ｉ ボンディング部
３ｊ ヒートブロック
３ｋ 温度検知部
３ｍ 主制御部
３ｎ 入力処理部
３ｐ ＸＹＺ制御部
３ｑ ＸＹＺサーボ制御部
３ｒ 搬送制御部
３ｓ 画像処理制御部
４ ワイヤ（金属細線）
５ 多数個取り基板
６ 封止体
７ ＢＧＡ（半導体装置）
８ バンプ電極
９ ダイボンド剤

Claims (5)

  1. （ａ）ボンディングツールであるキャピラリとボンディングホーンとを備えており、前記ボンディングホーンに温度センサが取り付けられたワイヤボンダを準備する工程と、
    （ｂ）前記ボンディングホーンの温度を前記温度センサによってリアルタイムに検知し、前記検知に応じて前記キャピラリのボンディング位置を補正して半導体チップの電極とこれに対応するリードとを金属細線によって接続する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. （ａ）ボンディングツールであるキャピラリとボンディングホーンとを備えており、前記ボンディングホーンに温度センサが取り付けられたワイヤボンダを準備する工程と、
    （ｂ）前記ボンディングホーンの温度を前記温度センサによってリアルタイムに検知し、前記検知に基づいて前記ボンディングホーンの熱伸縮特性から前記キャピラリのボンディング位置の補正量を求め、前記補正量に応じて前記キャピラリを補正して半導体チップの電極とこれに対応するリードとを金属細線によって接続する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. （ａ）ボンディングツールであるキャピラリとボンディングホーンとを備えており、前記ボンディングホーンに温度センサが取り付けられたワイヤボンダを準備する工程と、
    （ｂ）前記ボンディングホーンの温度を前記温度センサによってリアルタイムに検知し、前記検知に基づいて、前記ボンディングホーンの熱伸縮特性を示す演算手段から前記キャピラリのボンディング位置の補正量を求め、前記補正量に応じて前記キャピラリを補正して半導体チップの電極とこれに対応するリードとを金属細線によって接続する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. （ａ）ボンディングツールであるキャピラリとボンディングホーンとを備えており、前記ボンディングホーンに温度センサが取り付けられたワイヤボンダを準備する工程と、
    （ｂ）前記ボンディングホーンの温度を前記温度センサによってリアルタイムに検知しながら、前記キャピラリによって半導体チップの電極とこれに対応するリードとを金属細線によって接続する工程と、
    （ｃ）前記検知に応じて、前記（ｂ）工程後、前記キャピラリがホームポジションで待機中に前記キャピラリのボンディング位置を補正する工程と、
    （ｄ）前記（ｃ）工程後、前記半導体チップの電極とこれに対応する前記リードとを
    前記金属細線によって接続する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 半導体装置の組み立てに用いられるワイヤボンダであって、
    ボンディングツールであるキャピラリと、
    前記キャピラリが先端に取り付けられたボンディングホーンと、
    前記ボンディングホーンに取り付けられた温度センサと、
    前記温度センサによって前記ボンディングホーンの温度をリアルタイムに検知する温度検知部と、
    前記ボンディングホーンの熱伸縮特性を示す情報を予め入力する入力処理部と、
    前記温度検知部から送られた前記ボンディングホーンの温度の情報と、前記入力処理部から送られた前記ボンディングホーンの熱伸縮特性の情報とによって前記キャピラリのボンディング位置の補正量を求める主制御部とを有することを特徴とするワイヤボンダ。
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DE102019120189A1 (de) * 2019-07-25 2021-01-28 Mühlbauer Gmbh & Co. Kg Verfahren und vorrichtung zum thermo-kompressions-drahtbonden mittels einer thermode
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