JP2854481B2 - ボンディング装置及びその方法 - Google Patents

ボンディング装置及びその方法

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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、ボンディング装置に関
し、特に半導体デバイスの組立工程において、半導体チ
ップ上の電極（パッド）に対して、キャピラリの先端に
形成されるイニシャルボールの位置を正確に一致させて
正常なボンディングを行うことのできるボンディング装
置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）や大規模集積回
路（ＬＳＩ）の製造における組み立て工程においては、
金線又は銅、アルミニウムなどのワイヤを用いて第１ボ
ンディング点となる半導体チップ（ＩＣチップ）上の電
極（パッド）と、第２ボンディング点となるリードとを
ボンディング接続する。
【０００３】このボンディング装置においては、先ずキ
ャピラリから突出したワイヤの先端と放電電極（電気ト
ーチ）との間に高電圧を印加することにより放電を起こ
させ、その放電エネルギーによりワイヤの先端部分を溶
融してキャピラリ内に挿通されたワイヤの先端にボール
を形成する。そして、キャピラリの先端に保持されたボ
ールを半導体チップ上の電極（パッド）に当接させつ
つ、超音波振動を印加することによってボンディング点
に対してワイヤの接続を行うように成される。
【０００４】図９はボンディング装置によって、ＩＣチ
ップ１をリードとの間にワイヤを接続する状況を示した
ものであり、ＩＣチップ１上の電極（パッド）１ａとリ
ードとの接続はＸＹ座標がプログラム又はセルフティー
チングにより予め記憶されているので、これに基づいて
順次ボンディングされる。
【０００５】図９において、ＩＣチップ１の四辺には、
周知のとおり複数個の電極（パッド）１ａが比較的規則
正しく形成されており、またリード２は前記ＩＣチップ
１を囲むように放射状に配置されている。ＩＣチップ１
の各電極（パッド）１ａと各リード２との間にワイヤ３
が接続される。
【０００６】ところで、ＩＣチップ１に形成される各電
極（パッド）１ａの形状は前記したとおり通常角形であ
り、またワイヤ３の先端に放電によって形成されるボー
ルは丸形となる。この時、角形の電極（パッド）１ａの
中心に丸形のボールの中心が正確に一致するようにボン
ディングを行なう必要がある。この両者のずれが起こる
場合にはボンディング不良が発生するからである。
【０００７】従来のボンディング装置においては、図１
に示すようにカメラヘッド、レンズ等よりなるカメラ４
と、ボンディングを行うキャピラリ５ａ等を含むボンデ
ィングヘッド５と、前記カメラ４及びボンディングヘッ
ド５をＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブル６
と、前記カメラ４によって撮像されるＩＣチップ１を位
置決めするＩＣチップ受台７と、前記カメラ４からの出
力を受ける画像認識ユニット８と、この画像認識ユニッ
ト８からの出力を受けるモニタ９と、前記画像認識ユニ
ット８からの出力を受け、マニピュレータ１０或いは駆
動ユニット１１への制御信号を生成するマイクロプロセ
ッサを含むコントローラユニット１２と、前記ＸＹテー
ブル６に搭載され、前記駆動ユニット１１からの駆動信
号を受けて、前記ボンディングヘッド５をＺ方向に駆動
する駆動ユニット１３等で構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のボンディング装
置では、ボンディング作業を開始するにあたってデータ
の取り込み等が行われるが、まずボンディングヘッド５
をＩＣチップ１の上面近傍まで降下させ、ＸＹテーブル
６を移動させながらカメラ４で撮像したＩＣチップ１上
の電極（パッド）１ａの中心にボールの中心を合わせて
カメラ４及びキャピラリ５ａのそれぞれの中心軸との一
定距離（オフセットＳ）をＸＹテーブル６の座標を用い
て設定するという調整作業をある程度の熟練者が経験と
感によって少しずつ移動補正しながら行う。しかしなが
ら、このような調整作業は時間を要すると共に上記距離
Ｓを確実に設定することが容易ではなく難しいという欠
点がある。
【０００９】また、キャピラリ５ａの交換に際しても、
図１０に示すようにキャピラリ５ａがねじ等で取り付け
られているため交換によって取付角度が微妙に変化して
位置変化αが生ずるという欠点がある。またキャピラリ
の品種等によっても先端形状に違いがあるためこれによ
っても同様の位置変化αが生ずる。このため再度前記し
たような合せ込み作業を行い距離（オフセットＳ）の設
定を行なう必要がある。
【００１０】更に、ボンディング時においては、ＩＣチ
ップ受台７にヒータ７ａが配置され、ボンディングに必
要な所定の熱をＩＣチップ１に対して供給するように成
される。このためキャピラリ５ａを取り付けているホー
ン５ｂが熱膨張を起こし、前記オフセットＳに対してさ
らに△Ｓの量が伸長し、電極（パッド）１ａの中心に対
するボールの中心位置に再びずれが生ずるという問題が
ある。
【００１１】そこで、本発明は前記した従来の問題点に
鑑みて成されたものであって、被ボンディング部位とし
てのＩＣチップ（パッド）に関する画像及びボールに関
する画像を認識記憶させ、この記憶された画像から夫々
の中心を求め、この求められた夫々の中心位置よりコン
トローラユニット内で演算してカメラとキャピラリとの
相対的な距離（オフセットＳ）を容易に設定することの
できるボンディング装置及びその方法を提供することを
目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によるボンディン
グ装置は、被ボンディング部位を撮像するカメラ、キャ
ピラリを含むボンディングヘッドを搭載してＸ方向及び
Ｙ方向に移動可能なＸＹテーブルと、前記カメラによっ
て撮像された被ボンディング部位に関する画像データを
デジタル化する画像認識ユニットと、前記画像認識ユニ
ットから供給されるデジタルデータを受けて前記ＸＹテ
ーブルの座標点を基準とした被ボンディング部位及びボ
ールの座標点の算出、並びに記憶手段を有するコントロ
ーラユニットとを備えたボンディング装置であって、前
記カメラによって撮像した被ボンディング部位に関する
デジタルデータを受けて、前記ＸＹテーブルの座標点を
基準として前記被ボンディング部位の中心の座標データ
を求める第１の手段と、前記キャピラリに挿通されたワ
イヤの先端に形成されたボールを前記被ボンディング部
位とは異なる位置にボンディングして該ボンディングさ
れたボールを前記カメラによって撮像して該ボールに関
するデジタルデータを受けて、前記ＸＹテーブルの座標
点を基準として前記ボールの中心に関する座標データを
求める第２の手段と、前記第１の手段及び第２の手段に
よって求められた前記被ボンディング部位及び前記ボー
ルの夫々の中心の座標データから前記被ボンディング部
位と前記ボールとの中心間距離を算出する第３の手段
と、前記第３の手段により算出された前記被ボンディン
グ部位と前記ボールとの中心間距離を前記カメラとキャ
ピラリとの間のオフセットとして前記コントローラユニ
ット内の記憶手段に記憶してなるものである。また、本
発明によるボンディング方法は、カメラによって撮像し
た被ボンディング部位に関するデジタルデータを受け
て、ＸＹテーブルの座標点を基準として前記被ボンディ
ング部位の中心の座標データを第１の手段により求め、
キャピラリに挿通されたワイヤの先端に形成されたボー
ルを前記被ボンディング部位とは異なる位置にボンディ
ングして該ボンディングされたボールを前記カメラによ
って撮像して該ボールに関するデジタルデータを受け
て、前記ＸＹテーブルの座標点を基準として前記ボール
の中心に関する座標データを第２の手段により求め、前
記第１の手段及び第２の手段によって求められた前記被
ボンディング部位及び前記ボールの夫々の中心の座標デ
ータから前記被ボンディング部位と前記ボールとの中心
間距離を第３の手段により算出し、前記第３の手段によ
り算出された前記被ボンディング部位と前記ボールとの
中心間距離を前記カメラとキャピラリとの間のオフセッ
トとして前記コントローラユニット内の記憶手段に記憶
してなるものである。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１４】本発明に係るボンディング装置は、図１に
示すようにカメラヘッド、レンズ等よりなるカメラ４
と、ボンディングを行うキャピラリ５ａ等を含むボンデ
ィングヘッド５と、前記カメラ４及びボンディングヘッ
ド５をＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブル６
と、前記カメラ４によって撮像されるＩＣチップ１を位
置決めするＩＣチップ受台７と、前記カメラ４からの出
力を受ける画像認識ユニット８と、この画像認識ユニッ
ト８からの出力を受けるモニタ９と、前記画像認識ユニ
ット８からの出力を受け、マニピュレータ１０或いは駆
動ユニット１１への制御信号を生成するマイクロプロセ
ッサを含むコントローラユニット１２と、前記ＸＹテー
ブル６に搭載され、前記駆動ユニット１１からの駆動信
号を受けて、前記ボンディングヘッド５をＺ方向に駆動
する駆動ユニット１３等で構成されている。
【００１５】そして前記画像認識ユニット８には、図２
に示すようにクロック信号生成回路８ａ、水平同期信号
生成回路８ｂ、垂直同期信号生成回路８ｃ及びデジタル
処理を行う２値化回路８ｄが備えられ、前記カメラ４に
よって撮像された画像信号を２値化して前記モニタ９及
びコントローラユニット１２に対して出力する。特に２
値化回路８ｄは、例えば図３に示すようにＩＣチップ１
の電極（パッド）１ａの部分は明色化されて「１」のデ
ータとし、その他の部分は暗色化されて「０」のデータ
となるようにデジタル化して読み取りできる構成となっ
ている。ここで、前記２値化回路８ｄに代えて多値化回
路を用いるようにしてもよい。また後述するボンディン
グヘッド５、すなわちキャピラリ４ａの先端に配置され
るボールＢに関する情報は、例えば図４に示すようにボ
ールＢの部分は暗色化されて「０」のデータとし、その
他の部分は明色化されて「１」のデータとなるようにデ
ジタル化されて読取りできる構成となっている。
【００１６】そして、前記画像認識ユニット８には、更
に２値化された被ボンディング部位、すなわち電極（パ
ッド）１ａに関する画像又はボールＢに関する画像デー
タを蓄積する画像メモリ８ｅが備えられている。
【００１７】また、前記コントローラユニット１２には
図６に示すように、前記カメラ４によって撮像された電
極（パッド）１ａに関する２値化データを受けて、前記
ＸＹテーブル６の座標点を基準として前記電極（パッ
ド）１ａ部分の中心の座標データを求める第１の手段
と、前記カメラ４によってボンディングされたボールＢ
を撮像してこのボールＢに関する２値化データを受け
て、前記ＸＹテーブル６の座標点を基準として前記ボー
ルＢの中心に関する座標データを求める第２の手段と、
前記第１の手段と第２の手段によって夫々求められる座
標データから前記電極（パッド）１ａ及びボールＢの中
心間距離を算出する第３の手段を実行するマイクロプロ
セッサ１２ａを備えている。
【００１８】次に、上記構成よりなるボンディング装置
の作用について説明する。
【００１９】まず、ＸＹテーブル６をマニピュレータ
１０を用いて移動させて図７に示すようにカメラ４によ
りＩＣチップの１つの電極（パッド）１ａを撮像して画
像ユニット８に画像データを取り込む。この取り込まれ
た画像データを画像ユニット８内の２値化回路８ｄによ
り２値化データとし、この２値化データをコントローラ
ユニット１２に出力し、このコントローラユニット１２
内のマイクロプロセッサ１２ａにより電極（パッド）１
ａの中心座標Ｐｃ（Ｘｐ，Ｙｐ）を演算して求める。こ
の求められた中心座標ＰｃをＲＡＭ１２ｂ内に記憶させ
る。
【００２０】次に、図１及び図７に示すように、カメ
ラ４及びキャピラリ５ａのそれぞれの中心軸との一定距
離がオフセットＳとなるから、上記電極（パッド）１ａ
の中心座標Ｐｃ（Ｘｐ，Ｙｐ）に位置するカメラ４のレ
ンズの中心とキャピラリ５ａの中心との距離となる。従
って、上記電極（パッド）１ａの近傍にボンディングヘ
ッド５を降下させてキャピラリ５ａの先端に形成された
ボールＢをボンディングする。次に、カメラ４をこのボ
ンディングされたボールＢの位置にＸＹテーブル６をマ
ニピュレータ１０を用いて移動させて前記カメラ４によ
り撮像されたボールＢに関する画像データを画像ユニッ
ト８に取り込む。この取り込まれた画像データを画像ユ
ニット８内の２値化回路８ｄにより２値化データとし、
この２値化データをコントローラユニット１２に出力
し、このコントローラユニット１２内のマイクロプロセ
ッサ１２ａによりボールＢの中心座標Ｂｃ（Ｘｂ，Ｙ
ｂ）を演算して求める。この求められた中心座標Ｂｃを
ＲＡＭ１２ｂ内に記憶させる。
【００２１】上記のように求められた座標をマイクロ
プロセッサ１２ａはＲＡＭ１２ｂから読み出して電極
（パッド）１ａの中心座標Ｐｃ及びボールＢの中心座標
Ｂｃより図７に示すＸ方向及びＹ方向の相対的な距離Ｓ
を演算して求める。この求められた相対的な距離ＳをＲ
ＡＭ１２ｂ内に記憶させる。
【００２２】上記のような画像処理により求められた相
対的な距離Ｓをカメラ４のレンズ４ａの中心（又は光
軸）とキャピラリ５ａの中心間距離として設定すること
ができる。上記のような設定はキャピラリに対してカメ
ラホルダーを設定する時、キャピラリを交換する時やボ
ンディングに際して各種条件設定等を行うセルフティー
チ時等に行う。
【００２３】次に、実際に上記データを用いてボンデ
ィングを行う。これによって図５に示すような正常なボ
ンディングが成されることを確認することができる。こ
のような確認はモニタ９等を通じて行うことができる。
【００２４】ところで、本発明に係るボンディング装置
を用いてボンディングを行う場合にはヒータ７ａにより
ＩＣチップ１が下面より約１５０0 Ｃ〜約２５０0 Ｃ程
度まで過熱される。従って、このような過熱によって上
記乃至，の工程により最初に距離Ｓが設定されて
いた場合であってもヒータ７ａ或は外部温度の変化によ
る影響によりボンディングヘッド５のホーンが熱膨張に
より伸び図８に示すように電極（パッド）１ａの中心Ｐ
ｃに対してボールＢの中心Ｂｃが夫々Δｘ及びΔｙだけ
ずれる場合がある。この時、図８に示すように電極（パ
ッド）１ａ（又はボールＢ）が画像としては欠けた画像
となるが、図３及び図４に示すように電極（パッド）１
ａの一辺の長さＤ及びボールＢの直径φｄを記憶させて
おくことによって電極（パッド）１ａ及びボールＢの面
積を求め、該面積より前記中心Ｐｃ，Ｂｃを求めて図５
に示すような正常なボンディングとなるまで確認動作を
行うことによってずれ分が補正された新たな距離Ｓ’を
求めて記憶させる。
【００２５】このような確認動作をある一定時間又はボ
ンディングされる被ボンディング部品の個数等を基準と
して行うことによってカメラとキャピラリのＸ方向及び
Ｙ方向成分の相対的な距離補正がなされて常に正確な位
置にボンディングを行うことができる。また、ボンディ
ング位置については図９に示すように電極（パッド）１
ａとリード２とを接続する順にＸＹ座標がプログラム又
はセルフティーチングにより予め記憶されており、これ
に基づいて順次ボンディングされるのであるが、セルフ
ティーチングのミス等による原因により電極（パッド）
１ａとボールＢとが図８に示すようにずれを生ずる場合
がある。その結果、ボンディング不良が発生する場合が
あるが、上記したような確認動作により補正処理するこ
とによって常に正常なボンディングを行うことができ
る。
【００２６】また、図１０に示すようにキャピラリ５ａ
の交換に際してキャピラリ５ａの先端位置の僅かなずれ
αにより図８に示すようにパッド１ａの中心Ｐｃに対し
てボールＢの中心Ｂｃが、夫々ΔＸ及びΔＹの値ずつ変
動することがある。この場合には前記と同様な処理によ
って補正値を求めて正常なボンディング動作を行うこと
が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、被ボンディング部位としてのＩＣチップ（パッ
ド）に関する画像及びボールに関する画像を認識記憶さ
せ、この記憶された画像から夫々の中心を求め、この求
められた夫々の中心位置よりコントローラユニット内で
演算することによってカメラとキャピラリとの間の相対
的な距離（オフセットＳ）を容易に設定することができ
る効果がある。また、本発明は、被ボンディング部位と
してのＩＣチップ（パッド）と該部位にボンディングさ
れたボールとの中心にずれがあるときは、ＩＣチップ
（パッド）とボールの面積を求めて夫々の中心座標位置
を算出してずれ分を容易に補正できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るボンディング装置の構成
を示す概略図である。
【図２】図２は、図１における画像認識ユニットの構成
を示したブロック図である。
【図３】図３は、電極（パッド）部分の撮像信号を２値
化データで表した様子を示す平面図である。
【図４】図４は、ボールに関する撮像信号を２値化デー
タで表した様子を示す平面図である。
【図５】図５は、正常なボンディング状態を示す図であ
る。
【図６】図６は、図１におけるコントローラユニットの
構成を示したブロック図である。
【図７】図７は、距離Ｓを求める状況を示す概念図であ
る。
【図８】図８は、キャピラリ等を交換した場合の電極
（パッド）とボール間の位置変動の状況を示した図であ
る。
【図９】図９は、ＩＣチップとリードとをワイヤによっ
て接続した状態を示す図である。
【図１０】図１０は、キャピラリを交換した場合のキャ
ピラリ先端の位置変動の状況を示す図である。
【符号の説明】
１ａ 電極（パッド） ２ リード ３ ワイヤ ４ カメラ ５ ボンディングヘッド ５ａ キャピラリ ５ｂ ホーン ６ ＸＹテーブル ７ ＩＣチップ受台 ７ａ ヒータ ８ 画像認識ユニット ８ｄ ２値化回路 ９ モニタ １０ マニピュレート １１ 駆動ユニット １２ コントローラユニット １３ 駆動ユニット

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被ボンディング部位を撮像するカメラ、
    キャピラリを含むボンディングヘッドを搭載してＸ方向
    及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブルと、 前記カメラによって撮像された被ボンディング部位に関
    する画像データをデジタル化する画像認識ユニットと、 前記画像認識ユニットから供給されるデジタルデータを
    受けて前記ＸＹテーブルの座標点を基準とした被ボンデ
    ィング部位及びボールの座標点の算出、並びに記憶手段
    を有するコントローラユニットとを備えたボンディング
    装置であって、 前記カメラによって撮像した被ボンディング部位に関す
    るデジタルデータを受けて、前記ＸＹテーブルの座標点
    を基準として前記被ボンディング部位の中心の座標デー
    タを求める第１の手段と、 前記キャピラリに挿通されたワイヤの先端に形成された
    ボールを前記被ボンディング部位とは異なる位置にボン
    ディングして該ボンディングされたボールを前記カメラ
    によって撮像して該ボールに関するデジタルデータを受
    けて、前記ＸＹテーブルの座標点を基準として前記ボー
    ルの中心に関する座標データを求める第２の手段と、 前記第１の手段及び第２の手段によって求められた前記
    被ボンディング部位及び前記ボールの夫々の中心の座標
    データから前記被ボンディング部位と前記ボールとの中
    心間距離を算出する第３の手段と、 前記第３の手段により算出された前記被ボンディング部
    位と前記ボールとの中心間距離を前記カメラとキャピラ
    リとの間のオフセットとして前記コントローラユニット
    内の記憶手段に記憶してなること を特徴とするボンディ
    ング装置。
  2. 【請求項２】 カメラによって撮像した被ボンディング
    部位に関するデジタルデータを受けて、ＸＹテーブルの
    座標点を基準として前記被ボンディング部位の中心の座
    標データを第１の手段により求め、 キャピラリに挿通されたワイヤの先端に形成されたボー
    ルを前記被ボンディング部位とは異なる位置にボンディ
    ングして該ボンディングされたボールを前記カメラによ
    って撮像して該ボールに関するデジタルデータを受け
    て、前記ＸＹテー ブルの座標点を基準として前記ボール
    の中心に関する座標データを第２の手段により求め、 前記第１の手段及び第２の手段によって求められた前記
    被ボンディング部位及び前記ボールの夫々の中心の座標
    データから前記被ボンディング部位と前記ボールとの中
    心間距離を第３の手段により算出し、 前記第３の手段により算出された前記被ボンディング部
    位と前記ボールとの中心間距離を前記カメラとキャピラ
    リとの間のオフセットとして前記コントローラユニット
    内の記憶手段に記憶してなること を特徴とするボンディ
    ング方法。
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