JP2021086928A - ワイヤの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤと半導体チップとの接合部が他の部材によって覆われ、直接的に測定できない場合においても、ワイヤの形状についてその良否を正しく判定する。【解決手段】本明細書が開示する検査方法は、半導体チップと端子との間を接続するワイヤの検査方法であって、レーザによりワイヤの第１測定位置における第１高さを測定する工程と、レーザによりワイヤの第２測定位置における第２高さを測定する工程とを備える。さらに、この検査方法は、第１高さから第２高さを減算した差分が、所定値を超える場合は正常と判定し、所定値以下の場合は異常と判定する工程を備え、第１測定位置は、ワイヤの想定されたアーチ形状の頂部に設定されており、第２測定位置は、アーチ形状の頂部に対して端子側に設定されている。【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、半導体チップと端子との間を接続するワイヤの検査方法に関する。

特許文献１には、半導体チップと端子との間をワイヤによって接続した半導体装置が開示されている。

特開２００８−２９４０８７号公報

上記のような半導体装置では、ワイヤと半導体チップとの間に一定の絶縁距離を確保する必要があり、そのためには、ワイヤと半導体チップとの接合部において、ワイヤが想定された形状（特に、高さ）で立ち上がっていることが求められる。この点に関して、ボンディング工程の直後であれば、ワイヤと半導体チップとの接合部について、ワイヤの形状を直接的に測定することができる。しかしながら、ワイヤは細くて変形しやすく、その後の工程中にワイヤへ意図せず変形が生じることもある。このとき、半導体チップに他の部材が接合されており、それによってワイヤと半導体チップとの接合部が覆われていると、当該接合部（又はその近傍）におけるワイヤの形状を直接測定することができない。この場合、当該接合部から離れた位置でワイヤの形状を測定するしかなく、それだけでは、ワイヤの形状についてその良否を正しく判定することが難しい。本明細書は、そのような問題を解決又は低減し得る新規で有用な技術を提供する。

本明細書が開示する検査方法は、半導体チップと端子との間を接続するワイヤの検査方法であって、レーザによりワイヤの第１測定位置における第１高さを測定する工程と、レーザによりワイヤの第２測定位置における第２高さを測定する工程とを備える。さらに、この検査方法は、第１高さから第２高さを減算した差分が、所定値を超える場合は正常と判定し、所定値以下の場合は異常と判定する工程を備え、第１測定位置は、ワイヤの想定されたアーチ形状の頂部に設定されており、第２測定位置は、第１測定位置に対して端子側に設定されている。

上記のような検査方法によると、ワイヤの想定されたアーチ形状の頂部に設定された第１測定位置における第１高さから、第２測定位置における第２高さを減算した差分が、所定値（例えばゼロ）を超える場合、ワイヤは接合部において正常に立ち上がりを維持している（即ち、正常）と判定される。その一方で、差分が所定値以下である場合、ワイヤは変形しており、接合部において立ち上がりが維持されていない（即ち、異常）と判定される。従って、ワイヤと半導体チップの接合部が他の部材によって覆われ、直接的に測定できない場合においても、ワイヤの形状についてその良否を正しく判定することができる。

実施例の半導体装置１０の構成を示す。 ワイヤ４０の形状検査方法に係る処理を示す。 第１測定位置Ａを示す図。 第２測定位置Ｂを示す図。 外力が加わり変形したワイヤ４０を示す図。

図面を参照して、実施例の検査方法について説明する。本実施例の検査方法は、半導体装置１０におけるワイヤ４０を検査するものであり、特に、ワイヤ４０の形状が正常であるのか否かを判定する。一例であるが、検査対象である半導体装置１０は、電力制御装置に採用され、例えばインバータやコンバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。ここでいう電力制御装置は、特に限定されないが、例えば電気自動車や、ハイブリッド自動車や、燃料電池車等に搭載され、電源とモータとの間で電力変換を行うものであってよい。

最初に、本実施例で検査対象とする半導体装置１０の構成を説明する。図１に示すように、半導体装置１０は、半導体チップ２０を備える。半導体チップ２０は、パワー半導体素子であって、一対の主電極２０ａと２０ｂと、一又は複数の信号パッド２０ｃを有する。一対の主電極２０ａ、２０ｂは、電力回路用の電極であって、第１主電極２０ａと第２主電極２０ｂとを含む。第１主電極２０ａは、半導体チップ２０の一方の表面に位置しており、第２主電極２０ｂは、半導体チップ２０の他方の表面に位置している。信号パッド２０ｃは、信号回路用の電極であって、第１主電極２０ａと同じく、半導体チップ２０の前記一方の表面に位置している。

半導体チップ２０は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）といった、一対の主電極２０ａ、２０ｂの間を電気的に導通及び遮断するスイッチング素子である。但し、半導体チップ２０の数や種類については、特に限定されない。半導体チップ２０を構成する半導体材料には、例えばケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は他の種類の半導体材料を採用することができる。一対の主電極２０ａ、２０ｂ及び信号パッド２０ｃは、アルミニウム系又は他の金属といった導体材料を用いて構成されている。

半導体装置１０は、上側導体板２２と、下側導体板２４と、導体スペーサー２６とをさらに備える。上側導体板２２と下側導体板２４は、半導体チップ２０を介して互いに対向している。半導体チップ２０の第２主電極２０ｂは、第１接合層３０を介して下側導体板２４に接合されている。半導体チップ２０の第１主電極２０ａは、第２接合層３２を介して導体スペーサー２６の一方の表面と接合されている。導体スペーサー２６の他方の表面は、第３接合層３４を介して上側導体板２２が接合されている。一例ではあるがこれらの接合層３０、３２、３４は、はんだ層である。但し、接合層３０、３２、３４は、導電性を有する他の接合材で構成されてもよい。

半導体装置１０は、一又は複数の信号端子４２をさらに備える。各々の信号端子４２は、ワイヤ４０を介して、半導体チップ２０の対応する信号パッド２０ｃに接続されている。以下、ワイヤ４０の一端と信号パッド２０ｃとが互いに接合された部分を、接合部Ｘと称することがある。

上記のような半導体装置１０では、ワイヤ４０と半導体チップ２０との間に、一定の絶縁距離を確保する必要がある。そのためには、接合部Ｘにおいて、ワイヤ４０が想定された形状（特に、高さ）で立ち上がっていることが求められる。この点に関して、ボンディング工程の直後であれば、ワイヤ４０と半導体チップ２０との接合部Ｘについて、ワイヤ４０の形状を直接的に測定することができる。しかしながら、ワイヤ４０は細くて変形しやすく（例えば、線径０．１５ｍｍ）、その後の工程中にワイヤ４０へ意図せず変形が生じることもある。このとき、半導体チップ２０に上側導体板２２が既に接合されており、それによってワイヤ４０と半導体チップ２０との接合部Ｘが覆われていると、当該接合部Ｘ（又はその近傍）におけるワイヤ４０の形状を直接測定することができない。従って、本実施例の検査方法では、接合部Ｘから離れた複数の位置でワイヤ４０の高さを測定し、その複数の測定結果に基づいて、ワイヤ４０の形状が正常であるのか否かを判定する。

図２から図５を参照して、本実施例の検査方法、即ち、半導体チップ２０と信号端子４２との間を接続するワイヤ４０の検査方法について説明する。先ず、ステップＳ５０では、図３に示すように、例えばレーザ変位計やレーザ高さ測定器を用いて、第１測定位置Ａにおけるワイヤ４０の第１高さが測定される。第１測定位置Ａは、ワイヤ４０の想定されたアーチ形状、即ち、事前に設計された正常なアーチ形状の頂部に予め設定されている。次にステップＳ５１では、取得したワイヤ４０の第１高さと、予め設定されている所定の規格範囲とが比較される。ワイヤ４０の第１高さが所定の規格範囲外であれば（ステップＳ５１でＮＯ）、ステップＳ６１に進み、ワイヤ４０は正常なアーチ形状から変形しているとして、異常と判定される。この場合、ワイヤ４０に対する検査は終了し、当該ワイヤ４０を含む半導体装置１０は不良と判定することができる。一方、ステップＳ５１において、ワイヤ４０の第１高さが所定の規格範囲内であれば（ステップＳ５１でＹＥＳ）、ステップＳ５２に進み、当該ワイヤ４０の形状は一次的に正常と判定される。その後、ステップＳ５３の処理に進む。

ステップＳ５３では、図４に示すように、同じくレーザ変位計やレーザ高さ測定器を用いて、第２測定位置Ｂにおけるワイヤ４０の第２高さが測定される。第２測定位置Ｂは、第１測定位置Ａよりも信号端子４２側に、即ち、ワイヤ４０の正常なアーチ形状の頂部よりも信号端子４２側に予め設定されている。なお、第１測定位置Ａに対する第２測定位置Ｂの距離は特に限定されない。

次に、ステップＳ５４では、取得したワイヤ４０の第１高さと第２高さとを用いて、第１高さから第２高さを減算した差分が計算される。次いでステップＳ５５では、ステップＳ５４で計算された差分と、予め設定されている所定値（例えばゼロ）とが比較される。ワイヤ４０の正常なアーチ形状が維持されており、接合部Ｘにおいて図５の破線で示すようにワイヤ４０が想定された形状（特に、高さ）で立ち上がっている場合、頂部として測定された第１高さは、第２高さよりも必ず大きくなる。従って、第１高さから第２高さを減算した差分は、所定値（例えばゼロ）を上回る。それに対して、図５の実線で示すように、ワイヤ４０のボンディング工程における不良や、その後の工程中において、ワイヤ４０に意図せず変形が生じた場合は、第１高さと第２高さとの間の差分が有意に減少したり、頂部として測定されたはずの第１高さが、第２高さを下回ったりすることがある。即ち、第１高さから第２高さを減算した差分が、所定値（例えばゼロ）以下となることがある。

従って、ステップＳ５５では、ステップＳ５４で計算された差分が、所定値以下である場合（ステップＳ５５でＮＯ）、ステップＳ６５にて、ワイヤ４０は正常なアーチ形状から変形しているとして、異常と判定される。この場合、当該ワイヤ４０を含む半導体装置１０は不良と判定することができる。一方、ステップＳ５５において、ステップＳ５４で計算された差分が、所定値を上回る場合（ステップＳ５５でＹＥＳ）は、ステップＳ５６に進み、ワイヤ４０の形状は最終的に正常と判定される。

上記のような構成によると、第１高さから第２高さを減算した差分と所定値とを比較することによって、ワイヤ４０と半導体チップ２０との接合部Ｘ（又はその近傍）が他の部材によって覆われ、直接的に測定できない場合においても、ワイヤ４０の形状についてその良否を正しく判定することができる。即ち、ワイヤ４０と半導体チップ２０の接合部Ｘ（又はその近傍）が他の部材によって覆われ、直接的に測定できない場合においても、ワイヤ４０と半導体チップ２０の間に一定の絶縁距離が確保されているか否かを判定することができる。

ここで、本実施例の検査方法では、前述したように、第１測定位置Ａが、ワイヤ４０の想定されたアーチ形状の頂部に設定されている。そして、第２測定位置Ｂについては、当該アーチ形状の頂部（即ち、第１測定位置Ａ）に対して、信号端子４２側に設定されている。その理由は次のとおりである。即ち、図５に示すように、例えばボンディング後のワイヤ４０に外力が作用して、ワイヤ４０が正常なアーチ形状（破線）から異常なアーチ形状（実線）へ変形したとする。このとき、接合部Ｘにおいてワイヤ４０の正常な立ち上がりが崩れ、ワイヤ４０が半導体チップ２０の表面に向けて倒れるように変形すると、通常、ワイヤ４０のアーチ形状における頂部は信号端子４２側へ移動する。その結果、第１測定位置Ａよりも信号端子４２側では、ワイヤ４０の勾配が逆転する。即ち、図５の例では、左下がりの勾配から、左上がりの勾配へと逆転する。従って、第１測定位置Ａにおける第１高さは低下する一方で、第２測定位置Ｂにおける第２高さは増大することになり、両者の差分が有意に減少する、あるいは、両者の大小関係が逆転する。

それに対して、第１測定位置Ａよりも半導体チップ２０側では、ワイヤ４０のアーチ形状における頂部が信号端子４２側へ移動した場合でも、ワイヤ４０の勾配が大きく逆転することがない。従って、第２測定位置Ｂが、第１測定位置Ａに対して仮に半導体チップ２０側に設定されていると、ワイヤ４０が異常なアーチ形状（実線）へ変形した場合でも、第１高さから第２高さを減算した差分には、有意な変化が現れないことも想定される。そのことから、本実施例の検査方法では、第１測定位置Ａが、ワイヤ４０の想定されたアーチ形状の頂部に設定され、第２測定位置Ｂが、当該アーチ形状の頂部（即ち、第１測定位置Ａ）に対して信号端子４２側に設定されている。

本実施例の検査方法によると、ワイヤ４０と半導体チップ２０との接合部Ｘが、上側導体板２２といった他の部材によって覆われ、直接的に測定できない場合においても、ワイヤ４０の形状についてその良否を正しく判定することができる。しかしながら、本実施例の検査方法は、第１測定位置Ａ及び第２測定位置Ｂの設定に特徴があり、それによってワイヤ４０の形状の良否、特に、接合部Ｘにおけるワイヤ４０と半導体チップ２０との間の絶縁距離の良否を、正しく判定することができる。そのことから、本実施例の検査方法は、ワイヤ４０と半導体チップ２０との接合部Ｘが直接的に測定できる検査対象に対しても、有効に採用することができる。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。

１０： 半導体装置
２０：半導体チップ
２０ａ：第１主電極
２０ｂ：第２主電極
２０ｃ：信号パッド
２２：上側導体板
２４：下側導体板
２６：導体スペーサー
３０、３２、３４：接合層
４０：ワイヤ
４２：信号端子
Ａ：第１測定位置
Ｂ：第２測定位置

Claims (1)

1. 半導体チップと端子との間を接続するワイヤの検査方法であって、
   レーザにより前記ワイヤの第１測定位置における第１高さを測定する工程と、
   レーザにより前記ワイヤの第２測定位置における第２高さを測定する工程と、
   前記第１高さから前記第２高さを減算した差分が、所定値を超える場合は正常と判定し、前記所定値以下の場合は異常と判定する工程と、
   を備え、
   前記第１測定位置は、前記ワイヤの想定されたアーチ形状の頂部に設定されており、
   前記第２測定位置は、前記第１測定位置に対して前記端子側に設定されている、
   検査方法。

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