JP2568147B2 - ワイヤボンディング装置におけるボンディング不着検出装置及びその方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置におけるボンディング不着検出装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被ボンディング部品と
しての半導体部品(ICチップ)とリードとの間などに
ワイヤを掛け渡してボンディング接続を行うワイヤボン
ディング装置に関し、特にICチップのパッドとリード
との間に掛け渡されたワイヤが接続されない場合、例え
ばワイヤ切れ、接続不良等(以下、不着と称する。)の
時に該不着を検出することのできるワイヤボンディング
装置におけるボンディング不着検出装置及びその方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のワイヤボンディング装置
を用いてICチップのパッドとリードとの間でボンディ
ング接続を行うには、ボンディングアームの先端に設け
られたボンディングツールとしてのキャピラリにてワイ
ヤを保持し、対象となるパッド又はリードの表面に接触
させて該キャピラリを用いて先端にボールが形成された
ワイヤの一部を押しつぶして熱圧着して溶着される。こ
の時、同時にワイヤ先端部に超音波振動が印加される場
合もある。
【0003】このワイヤボンディングを行う工程を図9
を用いて説明すると、ボンディングステージ26上に載
置されたICチップ25上のパッド(電極)にワイヤボ
ンディングしようとする時、先端にボールが形成された
ワイヤ9が挿通されたキャピラリ7を図示せぬ撮像装置
等からの情報に基づいてXYテーブルの移動により位置
決めした後、キャピラリ7を図9の乃至に示すよう
に降下させて前記パッドにボールを押しつぶして熱圧着
ボンディングを行う。
【0004】この工程で→はボンディングアームを
高速で下降移動させ、→では低速で移動させる。こ
の時、クランプ8aは開となっている。次に、この第1
ボンディング点への接続が終わると、→ではクラン
プ8aが開状態のままボンディングアーム1が図9に示
す上方向、即ちZ軸方向に上昇し、所定のループコント
ロールにしたがってに示すようにクランプ8aが開の
状態でワイヤ9が引き出され、に示す第2ボンディン
グ点となるリード27に接続される。
【0005】この接続後、キャピラリ7の先端部にワイ
ヤ9をに示すように所定のフィード量fだけ引き出し
た状態でクランプ8aを閉じる。この状態で更にボンデ
ィングアーム1を所定の高さまで上昇させる過程でに
示すようにワイヤ9がカットされて、再びワイヤ先端部
に電気トーチを用いてボールを形成し、クランプ8aを
開状態にさせての状態に復帰する。このような一連の
工程によりワイヤボンディングがなされる。
【0006】上記のようなワイヤボンディングを行う一
連の工程において、ワイヤ切れ等が発生した場合にはボ
ンディング不良となるので、これを検出する必要があ
る。このワイヤ切れの検出方法として、特開昭50−6
8271号公報に開示されているものが知られている。
【0007】この方法は、図9のに示すクランプ8a
が閉じ、キャピラリ7のみを上昇している一瞬のタイミ
ングを用いて行う。即ち、予めクランプ8aをワイヤボ
ンディング装置から絶縁しておき、クランプ8aとリー
ド27との間にクランプ8aが正で、リード27が負と
なるようにして電圧をかけておく。この状態でクランプ
8aが閉じキャピラリ7が上昇している瞬間を利用して
導通テスト用のタイミング信号を出してクランプ8aと
リード27との間の導通を測定する。そして、タイミン
グ信号と導通信号とをアンド回路の両入力としてワイヤ
切れの判別を行う。即ち、タイミング信号と導通信号と
が共にアンド回路に印加されている時には、アンド回路
から出力信号が出てボンディング作業が正常に行われて
いることを示している。タイミング信号のみがアンド回
路に印加されてアンド回路から出力信号が出されない時
には、ワイヤ切れがあったことを示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようなワイヤボンディング装置におけるワイヤ切れの検
出方法では、クランプ8aとリード27との間に、クラ
ンプ8aが正で、リード27が負となるようにして電圧
をかけた状態でワイヤ切れの検出を行うため、近年のよ
うに被ボンディング部品としての半導体部品(ICチッ
プ)の薄型化、集積化が進んでいる状況では、半導体部
品に対して電圧が印加されることによって破壊された
り、静電気の発生による破壊等を招く恐れがあるという
欠点がある。
【0009】また、従来の方法では半導体部品としての
ICチップのパッドの極性等を判別した上で行う必要が
あり、検出できる品種が限られる等の欠点がある。した
がって、従来の検出方法では検出可能なICチップを選
別しなければならないので、作業の効率化が図れないと
いう欠点もある。
【0010】また、従来の検出方法では半導体部品がM
OS集積回路(metal-oxide semiconductor integrated
circuit) 等のような半導体部品では、従来のような直
流的な検出方法では、検出することが困難であり、該方
法では検出レベル等の設定が難しくほとんど実現できな
いという欠点がある。
【0011】そこで、本発明は上記従来技術の欠点に鑑
みてなされたもので、被ボンディング部品を破壊するこ
となく、種々の品種に対しても被ボンディング部品のパ
ッドとリードとの間に掛け渡されるワイヤの不着を非接
触により確実にかつ効率よく検出することのできるワイ
ヤボンディング装置におけるボンディング不着検出装置
及びその方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、被ボンディン
グ部品が載置されるボンディングステージと、ワイヤの
挿通されたボンディングツールを保持するボンディング
アームと、該ボンディングアームを移動自在に支持する
支持機構と、前記ワイヤを開閉機構により握持してワイ
ヤのカットを行なうクランプ手段と、該クランプ手段と
前記ボンディングステージとの間でループを形成する経
路内に設けられ、且つ該経路を構成する線路に非接触の
状態で設けられた高周波発生手段と、該高周波発生手段
から高周波を発生して被ボンディング部品と接続される
ワイヤが不着であるかどうかを検出する不着検出手段と
を備え、前記不着検出手段により被ボンディング部品と
接続されるべきワイヤが不着であるかどうかを検出でき
るように構成したものである。また、本発明は、ワイヤ
の挿通されたボンディングツールを保持するボンディン
グアームを支持機構により移動自在に支持してその移動
により前記ボンディングツールを第1ボンディング点に
ボンディング接続した後、該ボンディングツールを第2
ボンディング点に移動させてボンディング接続を行なう
ワイヤボンディング方法であって、前記ワイヤを開閉機
構により握持してワイヤのカットを行なうクランプ手段
と前記ボンディングステージとの間でループを形成する
経路内に設けられ、且つ該経路を構成する線路に非接触
の状態で設けられた高周波発生手段により高周波を発生
して被ボンディング部品と接続されるワイヤが不着であ
るかどうかを不着検出手段により検出できるようにした
ものである。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。なお、図1は、本発明に係るワイヤボン
ディング装置の要部並びにボンディング不着検出装置の
一部断面を示し、図2は、図1に関するA−A断面図で
ある。
【0014】このワイヤボンディング装置は、図1に示
すように保持枠1a及びホーン1bから成るボンディン
グアーム1が揺動アーム2と共に支持シャフト3の軸中
心の周りに揺動可能となっている。このボンディングア
ーム1は、支持シャフト3に堅固に嵌着され、揺動アー
ム2は支持シャフト3に揺動自在に嵌合されている。こ
の支持シャフト3は、図示せぬXYテーブル等に搭載さ
れている。なお、保持枠1a内には、ホーン1bを加振
するための超音波振動子(図示せず)が組み込まれてい
る。揺動アーム2及び保持枠1aには夫々、ソレノイド
4a及び電磁吸着片4bが互いに対向して固設されてお
り、ボンディングアーム1を揺動させる際には、ソレノ
イド4aに対して図示せぬ電源から通電してこれと電磁
吸着片4bとの間に吸着力を生ぜしめることにより該ボ
ンディングアーム1と揺動アーム2とを相互に固定状態
にして結合させるが、所定距離以上吸着されないように
揺動アーム2にねじ等で固定された調整可能なストッパ
6が設けられている。また、揺動アーム2及び保持枠1
aには、上記電磁吸着手段の前方位置に、マグネット5
a及びコイル5bが夫々取り付けられている。これらマ
グネット5a及びコイル5bは、ボンディング時にボン
ディングアーム1の先端、すなわちボンディングツール
としてのキャピラリ7を保持する部位を図2における下
向きに付勢するための吸着力を発生させる手段を構成し
ている。
【0015】また、揺動アーム2の先端にはクランプア
ーム8が設けられており、該クランプアーム8の先端に
はソレノイド及びばね等で構成された図示せぬ開閉機構
によりワイヤ9を握持して後述する方法にてカットする
ためのクランプ手段としてのクランプ8aが設けられて
いる。また、キャピラリ7の下方には図示せぬ垂直軸に
アクチュエータ等の作用により回動可能に電気トーチ1
0が配置されており、ボンディングアーム1の移動に伴
ってキャピラリ7の周りに回動可能な構成となってい
る。この電気トーチ10は所定の電圧を印加してワイヤ
9の先端にボールを形成する。また、クランプ8aの上
方には、図示せぬフレームに固定支持され、ワイヤ9に
所定のテンションをかけて常にワイヤ9をボンディング
アーム1のキャピラリ7の先端まで真直ぐな状態になる
ように保持し図示せぬ開閉機構により開閉可能なテンシ
ョンクランプ11が配設され、このワイヤ9は更にガイ
ド12を介してスプール36により巻回されている。
【0016】図2にも示すように、揺動アーム2の後端
側には支軸15aが設けられており、アーム側カムフォ
ロア15と揺動ベース16aとがこの支軸15aの周り
に回転自在となっている。揺動ベース16aにはベアリ
ングガイド16bがその一端にて固着され、このベアリ
ングガイド16bの他端部には予圧アーム16dが支持
ピン16cを介して回転自在に取り付けられている。予
圧アーム16dの自由端部には支軸17aが設けられて
おり、該支軸17aにカムフォロア17が回転自在に取
り付けられている。そして、この予圧アーム16dの先
端と揺動ベース16aの先端とには引張ばねである予圧
ばね16eが掛け渡されており、アーム側カムフォロア
15及びカムフォロア17は、略ハート形に形成された
カム18の外周面であるカム面に圧接されている。な
お、アーム側カムフォロア15及びカムフォロア17の
カム18に対する2つの接点は、カム18の回転中心を
挟んで位置している。
【0017】この揺動ベース16aと、ベアリングガイ
ド16bと、予圧アーム16dとによりフレーム構造が
形成されており、これを揺動フレーム16と総称する。
揺動フレーム16の構成部材としてのベアリングガイド
16bは、カム18が嵌着されたカム軸19に取り付け
られたラジアルベアリング20の外輪に接している。な
お、カム18は、モータ21よりカム軸19に付与され
るトルクによって回転する。また、ボンディングツール
としてのキャピラリ7の高さ位置は支持シャフト3に連
結された図示せぬロータリエンコーダにより検出される
構成となっている。
【0018】次に、本発明に係るボンディング不着検出
装置について説明する。図3は、本発明に係るボンディ
ング不着検出装置の概略図である。
【0019】図3に示す破線Aは、本発明に係るボンデ
ィング不着検出装置をボンディング装置に一体に組み込
んで構成できる他、ユニットとしても構成できることを
示すものである。このユニットとしてのボンディング不
着検出装置は、高周波発生手段と不着検出手段とで構成
され、またXYテーブルなどの移動テーブル上に搭載さ
れている。
【0020】トロイダルコイル30は、ユニットA内の
図示せぬ保持手段により保持されている。このトロイダ
ルコイル30は、ドーナツ形の芯にコイルが巻回されて
構成され、その両端部のコイル30a及び30bがライ
ンl1 及びl2 を介して高周波発振器31に接続されて
いる。これにより高周波発生手段が構成されている。
【0021】また、この高周波発振器31には、ケーブ
ル32によってシールドされたラインl3 及びl4 が接
続されている。上記により高周波発生手段が構成されて
いる。
【0022】また、ラインl3 及びl4 は、不着検出手
段としての微分回路33に接続されている。この微分回
路33は、一方のラインl3 に抵抗Raを介して外付け
(又は内蔵)の直流電源34の正入力側に接続され、他
方のラインl4 が直流電源34の負入力側に接続されて
いる。また、微分回路33の抵抗Raの両端は、コンデ
ンサC1 と接続されたラインl5 と接続され、このライ
ンl5 とラインl6 間に抵抗Rbが接続されている。ま
た、ラインl6 に監視手段35が接続されている。この
監視手段35は、オシロスコープ等で構成されており、
これによって微分回路33の微分出力をモニターして監
視することができる。
【0023】また、トロイダルコイル30の芯の中心に
は線路LA が挿通され、該線路LAは少なくとも1回以
上(図中LA1にて図示)前記コイル30と非接触の状態
で巻回される。こうすることによってトロイダルコイル
30から発振される高周波が伝播される線路LA は電圧
が上昇して電流が減少するため感度が高くなる。この線
路LA の一端はクランプ8aと接続され、他方の線路は
ボンディングステージ26に接続される。これによって
図3に示すようにワイヤ9と線路LA とにより閉ループ
が構成される。なお、この線路LA は、ループが構成さ
れるようなものであればよいので、一本の線で前記クラ
ンパ8a,ボンディングステージ26と接続されなけれ
ばならないものではないことは勿論である。
【0024】一方、スプール36より引き出されたワイ
ヤ9はテンションクランプ11、ガイド12(図1に図
示)及びクランプ8aを介し、前記ワイヤ9は更にキャ
ピラリ7に挿通される。なお、図3はICチップ25上
のパッドにワイヤ先端に形成されたボールがボンディン
グ接続されて押しつぶされキャピラリ7等が上方に上昇
している状態が示されている。そして、ボンディングス
テージ26に接続された一方の線路LA は、図3に示す
ようにスイッチ37を介して接続されている。また、ボ
ンディングステージ26は接地されている。
【0025】次に、上記構成よりなるボンディング不着
検出装置の作用について説明する。図4は、図3に示す
ボンディング不着検出装置を用いて監視手段35により
測定した波形図である。該図の縦方向に電流I、横方向
に時間Tを示している。また、本発明に係るボンディン
グ不着検出装置が搭載されるワイヤボンディング装置に
おけるワイヤボンディングの工程は図9に示すものと同
様であるので、詳細な説明は省略し、説明上必要な箇所
のみ適宜説明することとする。
【0026】まず、直流電源34からの電源電圧によっ
て高周波発振器31から発振された高周波はトロイダル
コイル30を介して発生される。この高周波発振器31
は、本実施例ではワイヤボンディング装置の作動中、常
時作動するようにしているが、ボンディング時の所定の
タイミングにて作動するような構成としてもよい。この
高周波は、トロイダルコイル30のほぼ中心を通る線路
A を介してワイヤ9及びICチップ25内を通過す
る。この時、このICチップ25には静電容量が有り、
該チップ25内を高周波が通過する。この状態で図5に
示すタイミングによりクランプ8aを先に閉じた後スイ
ッチ37を図3に示すように閉じる。これによってクラ
ンプ8aとボンディングステージ26との間にループが
形成され、図4に示すように高周波成分が重畳された第
1の波形αが監視手段35に表われる。このスイッチ3
7をOFFにすると、図4に示すような第2の波形βが
表われる。このように高周波成分の変化を直流電流の変
化に変換してそれを微分出力として取り出すことがで
き、しかも低い電圧少ない電流によってボンディング不
着を検出することができる。
【0027】次に、図6乃び図7は、上記ボンディング
不着検出装置の動作原理に基づいて実際にワイヤボンデ
ィングされた場合のボンディング不着の検出波形を示し
たものであり、該波形をもとに実際の検出方法を説明す
る。なお、波形の表わし方は図4と同じである。
【0028】図6は、第1ボンディング点であるICチ
ップ25のパッドにワイヤ先端に形成されたボールが正
常にボンディング接続された時の波形を示している。し
たがって、この第1ボンディング点にボールが正常に接
続されていない場合には、クランプ8a及びスイッチ3
7を閉じても波形α及びβ共表れない。それで第1ボン
ディング点であるICチップ25のパッドとボールとが
正常にボンディングされず、不着であることが検出され
る。この装置では、第1ボンディング点の不着検出は、
図9に示すボンディング工程のループの上昇過程で図
5に示すタイミングによりまずクランプ8aを閉じて次
にスイッチ37を閉じることによって検出するようにし
ている。
【0029】次に、第2ボンディング点であるリード2
7にワイヤ9が正常にボンディング接続された後、ワイ
ヤボンディングの工程にしたがってワイヤ9が図9に示
すように第2ボンディング点からカットされる。したが
って、図7に示すように第2の波形βが表われることに
なる。ところが、この第2の波形βが監視手段35によ
って測定されない場合には、第2ボンディング点である
リード27からワイヤ9が正常にカットされず、不着で
あることがわかる。このような検出波形を監視すること
により第1ボンディング点並びに第2ボンディング点の
いづれにおいても不着検出を行うことが可能である。な
お、第2ボンディング点におけるクランプ8aとスイッ
チ37のON/OFFのタイミングも図5に示すような
タイミングにより行われる。
【0030】次に、図8は、図3に示す高周波発振器3
1の具体的回路の一例を示す回路図である。
【0031】図8に示すように、端子S1 は図3に示す
ラインl1 と、端子S2 はラインl2 と接続される。こ
れら両端間にはコンデンサC3 ,C4 が配置され、該コ
ンデンサC3 及びC4 の中間はトランジスタTr1 のエ
ミッタと接続されている。
【0032】また、前記端子S1 の一端はトランジスタ
Tr1 のコレクタと接続されており、また、その他端
は、抵抗R3 が並列接続されたコンデンサC5 を介して
トランジスタTr1 のベースに接続されている。また、
前記トランジスタTr1 のベースは、抵抗R4 を介して
端子S4 と接続されている。この抵抗R4 と前記抵抗R
3 は、トランジスタTr1 のバイアス用抵抗である。ま
た、前記端子S4 は、図3に示すラインl4 と接続され
る。
【0033】一方、端子S3 は図3に示すラインl3
接続され、該端子とトランジスタTr1 のエミッタ間に
高周波阻止用のコイルL2 とトランジスタTr1 のエミ
ッタ安定用の抵抗R2 が設けられている。これらの構成
により高周波発振器31が構成される。
【0034】本発明に係るボンディング不着検出装置で
は監視手段35と接続されているが、該出力をワイヤボ
ンディング装置に備えられているマイクロコンピュータ
等からなり、記憶回路、演算回路等を備える図示せぬ制
御手段に接続することによって、ワイヤボンディング中
にボンディング不着が発生した場合に装置の停止、警報
等により告知させるなどの種々の措置を自動的に行うよ
うに構成することができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に示
すような効果がある。すなわち、 本発明によれば、不着検出手段により被ボンディング
部品と接続されるべきワイヤが不着であるかどうかを検
出することができるので、常にボンディング状態を監視
することができボンディング精度を向上させることがで
きる効果がある。 本発明によれば、高周波発生手段によりワイヤと非接
触の状態でボンディング不着を検出することができるの
で、被ボンディング部品の破壊等を招くことなしにボン
ディング不着を検出することができる効果がある。 本発明によれば、高周波発生手段から発生する高周波
成分の変化を直流電流の変化に変換しそれを微分出力と
して取り出すことができるので、出力レベルの設定等が
容易であり被ボンディング部品の品種等が異なる場合で
も簡単な調整方法によりボンディング不着の検出が可能
となり、作業効率が向上する効果がある。 本発明によれば、高周波により低い電圧少ない電流に
よってボンディング不着を検出することができるので、
従来のような電流値の設定等に多くの時間を要すること
なくボンディング不着の検出が可能であるので、種々の
装置に適宜採択することができ安価に装置を構成するこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係るワイヤボンディング装置
の要部並びにボンディング不着検出装置の一部断面を示
した図である。
【図2】図2は、図1に関するA−A断面図である。
【図3】図3は、本発明に係るボンディング不着検出装
置の概略図である。
【図4】図4は、図3に示すボンディング不着検出装置
を用いて監視手段により測定した波形図である。
【図5】図5は、クランプ8aとスイッチ37のタイミ
ングチャート図である。
【図6】図6は、第1ボンディング点であるICチップ
のパッドにワイヤ先端に形成されたボールが正常にボン
ディング接続された時の波形図である。
【図7】図7は、第2ボンディング点であるリードから
ワイヤが正常にカットされず、不着である時の波形を示
す波形図である。
【図8】図8は、図3に示す高周波発振器31の具体的
回路の一例を示す回路図である。
【図9】図9は、従来のワイヤボンディング装置のボン
ディング工程を示す説明図である。
【符合の説明】
1 ボンディングアーム 2 揺動アーム 3 支持シャフト 7 キャピラリ 8 クランプアーム 8a クランプ 9 ワイヤ 10 電気トーチ 15 アーム側カムフォロア 17 カムフォロア 18 カム 16 揺動フレーム 21 モータ 30 トロイダルコイル 31 高周波発振器 32 ケーブル 33 微分回路 34 直流電源 35 監視手段 37 スイッチ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被ボンディング部品が載置されるボンデ
    ィングステージと、ワイヤの挿通されたボンディングツ
    ールを保持するボンディングアームと、該ボンディング
    アームを移動自在に支持する支持機構と、前記ワイヤを
    開閉機構により握持してワイヤのカットを行なうクラン
    プ手段と、該クランプ手段と前記ボンディングステージ
    との間でループを形成する経路内に設けられ、且つ該経
    路を構成する線路に非接触の状態で設けられた高周波発
    生手段と、該高周波発生手段から高周波を発生して被ボ
    ンディング部品と接続されるワイヤが不着であるかどう
    かを検出する不着検出手段とを備え、 前記不着検出手段により被ボンディング部品と接続され
    るべきワイヤが不着であるかどうかを検出することがで
    きるようにしたことを特徴とするボンディング不着検出
    装置。
  2. 【請求項2】 前記高周波発生手段には、前記線路が非
    接触の状態で少なくとも1以上巻回されてなることを特
    徴とする請求項1記載のボンディング不着検出装置。
  3. 【請求項3】 前記高周波発生手段は、トロイダルコイ
    ル及び高周波発振器とで構成されるようにしたことを特
    徴とする請求項1又は請求項2記載のボンディング不着
    検出装置。
  4. 【請求項4】 前記不着検出手段は、微分回路で構成さ
    れていることを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の
    ボンディング不着検出装置。
  5. 【請求項5】 ワイヤの挿通されたボンディングツール
    を保持するボンディングアームを支持機構により移動自
    在に支持してその移動により前記ボンディングツールを
    第1ボンディング点にボンディング接続した後、該ボン
    ディングツールを第2ボンディング点に移動させてボン
    ディング接続を行なうワイヤボンディング方法であっ
    て、 前記ワイヤを開閉機構により握持してワイヤのカットを
    行なうクランプ手段と前記ボンディングステージとの間
    でループを形成する経路内に設けられ、且つ該経路を構
    成する線路に非接触の状態で設けられた高周波発生手段
    により高周波を発生して被ボンディング部品と接続され
    るワイヤが不着であるかどうかを不着検出手段により検
    出できるようにしたことを特徴とするボンディング不着
    検出方法。
  6. 【請求項6】 前記高周波発生手段から発生する高周波
    成分の変化を直流電流の変化に変換してそれを微分出力
    として取り出すことができるようにしたことを特徴とす
    る請求項5記載のボンディング不着検出方法。
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