JP3537083B2 - ワイヤボンディング装置 - Google Patents
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Description
ルとしてのキャピラリの先端から送り出されたワイヤを
用いて第1ボンディング点となる半導体チップ上の電極
と、第2ボンディング点となるリードとを接続するワイ
ヤボンディング装置に関し、特にワイヤボンディング時
の不着検出が可能な不着検出回路を備えたワイヤボンデ
ィング装置に関する。
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
(ダイオード、LED(発光ダイオード)、トランジス
タなどの個別半導体)上の電極と、第2ボンディング点
となるリードとを接続するワイヤボンディング装置は、
二次元方向に移動可能なXYテーブル上に搭載されたボ
ンディングヘッドのリニアモータ若しくはモータ軸に連
結したカムなどにより上下に揺動運動を行うボンディン
グアームの超音波ホーン(図示せず)の先端に取り付け
られたキャピラリから送り出されたワイヤの先端と放電
電極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を溶融して
キャピラリ内に挿通させたワイヤの先端にボールを形成
する。
ルを第1ボンディング点である半導体チップの電極にボ
ンディングアームの揺動により機械的な加圧力により押
しつけつつ、超音波及び加熱手段を併用して熱圧着を行
い第1ボンディング点に対してワイヤを接続する。
うに、半導体チップ13は導電性の接着剤19でリード
フレーム11上に接着されているが、図6(a)で示す
ように、半導体チップ13が接着された位置は接着され
るべき所定の位置(図6(a)の18で示す点線のチッ
プ位置)に対して接着剤19の厚み分のずれなどの影響
によりずれた位置に接着される場合がある。このような
半導体チップ13の位置ずれ量を検出するためワイヤボ
ンディング前に半導体チップ13をCCDカメラ等で撮
像し、その撮像信号を画像処理して所定の位置(図6
(a)の18で示す位置)からの位置ずれ量を算出して
リードフレーム11上の半導体チップ13の電極12の
位置を検出する。
どを求めた後にワイヤボンディングを行う。
ディング装置によるワイヤボンディングを行う工程の説
明図である。
ピラリ2の先端に送り出されたワイヤ1の先端と放電電
極4との間で放電を一定の時間起こさせてワイヤ1の先
端を溶融してボール20を形成し、キャピラリ2の先端
で保持してキャピラリ2を第1ボンディング点15なる
半導体チップ13の電極12の直上に位置させる。
2を下降させてボール20を電極12に押しつけて加圧
を加えると同時にキャピラリ2の先端に対して前記ボン
ディングアームの超音波ホーンを介して超音波振動を印
加して電極にワイヤ1を接続する。
リ2を所定のループコントロールに従って上昇させ、第
2ボンディング点16となるリード14方向に移動させ
る。
ード14に押しつけて加圧し同時にキャピラリ2の先端
に対して超音波ホーンを介して超音波振動を印加してリ
ード14に対しワイヤ1を接続する。この後キャピラリ
2を上昇させてあらかじめ設定されたキャピラリ2の上
昇位置でワイヤカットクランプ3を閉じ、リード14上
のワイヤをカットして一回のボンディング作業が完了す
る。
チップ13の電極12にボール20を押しつぶしてボン
ディングが行われた状態で、ボンディングが確実に成さ
れたか否か、すなわちワイヤが不着状態であるか否かを
不着検出回路によつて判断している。
おける不着検出回路の一例を示したものである。
のキャピラリ2にはワイヤ1が挿通され、ワイヤ1の先
端は半導体チップ13にボンディング接続されている。
またワイヤ1の他端側はワイヤカットクランプ3を介し
てワイヤスプール21に巻かれている。
イヤの端(以下スプールワイヤ端と言う)には、直流電
源回路50の一方の電極端より直流電流が加えられるよ
うに成され、またリードフレーム11が載置されたボン
ディングステージ17は、検出抵抗器51を介して直流
電源回路50の他端が接続されている。そして前記検出
抵抗器51の両端は、増幅器52の入力端に接続されて
おり、この増幅器52の出力端はレベル弁別器53に接
続されている。
対してワイヤ1が正常にボンディングされた場合には、
直流電源回路50よりスプールワイヤ端22、ワイヤ
1、半導体チップ13、ボンディングステージ17、検
出抵抗器51から成る直流閉ループが形成される。この
結果、検出抵抗器51の両端には電圧が発生し、この電
圧は増幅器52により増幅され、この増幅出力を受ける
レベル弁別器53によってボンディングが成されたこと
を検知することができる。
正常にボンディングされなかった場合、すなわち不着状
態の場合には、前記した直流閉ループは形成されず、従
ってレベル弁別器53は不着状態であると判定する。
たワイヤボンディング装置においては、ワイヤボンディ
ング前に半導体チップを光学レンズを具備したCCDカ
メラ等で撮像し、その撮像信号を位置検出装置(図示せ
ず)で画像処理し、実際の半導体チップの電極位置を検
出する。
着剤19の厚みによりリードフレーム11上で高さ方向
に傾いて接着されたときには、同軸照明灯56による半
導体チップ13の電極12からの反射光57がCCDカ
メラ54に入らないため電極パターンの撮像信号が得ら
れず、電極の位置を検出することができない場合があ
る。
接着剤19の一部からの反射光によるCCDカメラ54
の撮像信号が、図3の55で示すように、電極パターン
に似てい場合には、似ているパターンの位置を電極位置
と判断し、誤検出のおそれがある。特に、LEDなどの
半導体チップ13の電極パターンは、図6(a)に示す
ような円、正方形などの単純なパターンのものが多く用
いられており、このような誤検出が多く発生するおそれ
がある。従って、半導体チップ13の電極位置を誤検出
したときボールは正規のボンディング点(図3に示す半
導体チップ13上の電極12)ではなくリードフレーム
11上の点55(接着剤19の一部)にボンディングし
てしまう。
を行うと、図5に示す、従来の不着検出回路では、直流
電源回路50よりスプールワイヤ端22、ワイヤ1、半
導体チップ13、ボンディングステージ17、検出抵抗
器51から成る直流閉ループが形成されるため、検出抵
抗器51の両端には電圧が発生してレベル弁別器53に
より半導体チップ13上の電極12に正常にボンディン
グされたと判断する。
装置は、リードフレーム11上にボンディングされると
不着を正常に判断できないという問題を有していた。
て成されたものであり、ダイオード特性を有する半導体
チップのワイヤボンディングで、正規のボンディング点
(半導体チップの電極)以外をボンディングしたときで
も、確実にボンディングの異常を検出することが可能な
信頼性の高いボンディング装置を提供することを目的と
する。
ディング装置は、キャピラリの先端から送り出されたワ
イヤの先端を溶融して前記キャピラリの先端にボールを
形成して前記ワイヤを用いて第1ボンディング点となる
半導体チップ上の電極と、第2ボンディング点となるリ
ードとを接続するワイヤボンディング装置において、前
記ワイヤと基準電位点であるフレームを載置するボンデ
ィングステージとの間で閉ループを形成する交流ブリッ
チ回路と、前記交流ブリッチ回路へ交流電圧を印加する
交流発生器と、前記交流ブリッチ回路の平衡又は不平衡
を検出する差動増幅器と、前記差動増幅器からの出力の
絶対値を検出する絶対値変換器と、前記差動増幅器から
の出力周波数の高周波成分を除去するローパスフィルタ
とを有する不着検出回路とを備え、前記不着検出回路
は、前記ワイヤが前記第1ボンディング点(又は第2ボ
ンディング点)にボンディング接続される時にボンディ
ング不着を検出するものである。
置の前記ローパスフィルタは、半導体チップ上の電極へ
のボール圧着時のワイヤと基準電位点であるボンディン
グステージ間の前記半導体チップのダイオード特性を判
別する信号を出力するものである。
るワイヤボンディング装置の実施例を説明する。従来の
装置と同一の構造及び機能を有する部分については要部
のみを説明し、詳細な説明は省略する。なお、従来の装
置と同一の構造及び機能を有する部分には同じ符号を使
用する。
装置の不着検出回路の具体的な構成を示す回路図であ
る。
り繰り出されたワイヤ1は、ワイヤ1の保持、解放が可
能なワイヤカットクランプ3の保持面の間を通り、ワイ
ヤカットクランプ3の直下に位置するキャピラリ2を挿
通している。ワイヤスプール21のワイヤ1の端である
スプールワイヤ端22と、フレームとしてのリードフレ
ーム11を載置する基準電位点であるボンディングステ
ージ17との間には交流ブリッチ回路5が接続されてい
る。
を備え、前記交流発生器5aは所定の周波数で発振する
正弦波発振回路を内蔵している。
ロヘルツの周波数で発振する正弦波発振回路を内蔵して
おり、交流ブリッチ回路5に10キロヘルツの正弦波の
電圧を出力信号として供給するものである。
と、交流発生器5aからの出力信号を受ける可変抵抗器
R1とコンデンサーC1からなる第1直列回路5c1、
交流発生器5aからの交流信号を受ける固定抵抗R2
と、スプールワイヤ端22から基準電位点であるボンデ
ィングステージ17に至る電気経路を含む第2直列回路
5c2とで閉ループを形成している。
ーC1との間の第1接続点Xは、差動増幅器6の一方の
入力端に接続され、前記固定抵抗R2と前記スプールワ
イヤ端22との間の第2接続点Yが、前記差動増幅器6
の他方の入力端に接続されている。
との間には、同軸ケーブル5bが外来ノイズの影響を避
けるために接続されている。従って同軸ケーブル5bの
芯線と外被との間で発生する同軸ケーブル5bの静電容
量C2が生じ、静電容量C2が等価的に前記固定抵抗R
2とボンディングステージ17間に接続されたことにな
る。
算増幅器A2、抵抗R3,抵抗R4,抵抗R5より構成
される。この差動増幅器6は、前記第1接続点X、第2
接続点Yから両入力端に供給される信号入力の差成分を
検出して出力するものであり、前記差動増幅器6の出力
端には、コンデンサC及びトランス7の一次側入力端子
が直列に接続されている。
から出力される直流電圧成分を遮断するためのものであ
る。即ち、コンデンサCによる交流結合方式により交流
成分のみトランス7へ電流を流すように回路を形成して
いる。
換器8に接続されており、前記絶対値変換器8は、前記
トランス7より出力さる正極性及び負極性の交流電圧を
正極性の絶対値電圧に変換するものである。そして絶対
値変換器8の出力端には第1レベル弁別器9が接続さ
れ、前記第1レベル弁別器9の出力はボンディング判定
器26に入力され不着状態を検出するようにしている。
ィング点12にボンディングされず、リードフレーム1
1上の点55にボンディングされた場合や、正規のボン
ディング点12にワイヤ1が接続されなかったりするこ
とをいう。また、この不着は、半導体チップ13の電極
12への不着のみでなく、リードフレーム11のリード
14の場合も含む。
に接続された差動増幅器6の演算増幅器A1の出力端子
には、ローパスフィルタ23が接続されている。
(例えば6キロヘルツ以下の周波数)のみの信号を通過
させ、それ以上の周波数の信号を減衰して出力しない回
路である。
タ、コンデンサなどの受動素子で回路を構成している。
ル弁別器24に入力される。前記第2レベル弁別器24
は、ローパスフィルタ23の出力信号を前もって設定さ
れた基準の信号レベルと比較し、ローパスフィルタ23
の出力信号が基準の信号レベル以上であれば論理値
“0”の信号を論理積器25に出力し、ローパスフィル
タ23の出力信号が基準の信号レベル以下であれば論理
値“1”の信号を論理積器25に出力する。
ィング(チップボンディング)時に論理値“1”の信号
を出力し、第2ボンディング(リードボンディング)時
に論理値“0”の信号を論理積器25に出力する。
27の出力信号と第2レベル弁別器24の出力との論理
積(AND演算)を行い、第1ボンディング(チップボ
ンディング)時には、論理値“1”又は“0”をボンデ
ィング判定器26に出力し、第2ボンディング(リード
ボンディング)時には、常に論理値“0”をボンディン
グ判定器26に出力する。
ング点としての半導体チップ13上の電極12又は第2
ボンディング点としてのリードフレーム11のリード1
4にボンディング接続したとき、不着検出タイミング、
すなわちボンディング装置からの指令により不着検出モ
ードでの検出を行う状態で論理積器25からの出力信号
を読みとり、異常ボンディングと判断する設定となって
いる。
着検出を行う場合の作用について説明する。
には、まずワイヤ1と半導体チップ13とを接続しない
状態において、可変抵抗器R1の抵抗値を調整して差動
増幅器6における出力が最小値となるように初期設定す
る。
ンデンサC1及び固定抵抗器R2と同軸ケーブルの静電
容量C2から成る交流ブリッジ回路5の平衡状態が設定
される。
グの検出 初期設定した状態でボンディングを実行すると、同軸ケ
ーブル5bの静電容量C2と並列に、半導体チップ13
のダイオード特性が接続されることになり、これらが接
続された場合には、前記交流ブリッジ回路5の平衡状態
がくずれ、不平衡状態となる。
った時には、差動増幅器6より出力が発生し、この出力
はトランス7の一次側入力端子に入力してトランス7の
二次側出力端子より絶対値変換器8に出力される。絶対
値変換器8は入力された正極性及び負極性の電圧を正極
性の絶対値電圧に変換する。
る波形Va1及び絶対値変換器8にから出力される波形
Va2を示す図である。
からの出力レベルが弁別され、第1ボンディンタ点にワ
イヤボンディングされたことになる。
器25から出力される論理値の読みとりを行い、正常ボ
ンディングかどうかを判断する。
について述べる。
ード側は、基準電位点であるリードフレーム11を載置
するボンディングステージ17と同電位であり、ダイオ
ードのカソード側は半導体チップ13の電極12上のワ
イヤ1を通して交流ブリッチ回路5の第2接続点Yと接
続されている。交流ブリッチ回路5の第2接続点Yに
は、ダイオードの整流特性により正極性の電圧が発生す
る。この電圧は差動増幅器6の演算増幅器A1よりロー
パスフィルタ23に入力される。ローパスフィルタ23
に入力される電圧波形を図2(a)のVf1に示す。ロ
ーパスフィルタ23に入力された信号は高周波成分が除
かれ、図2(a)のVf2に示す波形が出力される。即
ち、ボールが半導体チップ13の電極12上に圧着され
ている状態では、ローパスフィルタ23より直流電圧に
変換された信号が出力される。
は第2レベル弁別器24の基準の信号レベル(図2
(a)に示すVs)と比較される。入力された信号は基
準の信号レベル(Vs)以上なので、第2レベル弁別器
24は論理値“0”の信号を論理積器25に出力する。
論理積器25は、ボンディング切替器27より出力され
た論理値“1”との論理積を行い、ボンディング判定器
26へ論理値“0”の信号を出力する。ボンディング判
定器26は、第1レベル弁別器9及び論理積器25の出
力値により正常ボンディングと判断する。
イヤ1が第1ボンディング点に接続されずボンディング
接続されなかったような場合には、第1レベル弁別器9
より出力が発生しないため、第1ボンディンタ点が不着
であることが判明する。
た場合、すなわち半導体チップ13の電極12にはボン
ディング接続されず、リードフレーム11に接続された
ような場合、リードフレーム11上にボールがボンディ
ングされるため前記交流ブリッジ回路5の平衡状態がく
ずれ、不平衡状態となり、差動増幅器6より出力が発生
し、この出力は絶対値変換器8に入力され、第1レベル
弁別器9により絶対値変換器8からの出力レベルが弁別
されるため、第1ボンディング点にワイヤボンディング
がされたことになる。
る波形Va3及び絶対値変換器8から出力される波形V
a4を示す図である。
明によるローパスフィルタ23の出力を判定することに
より正常にボンディングされたかどうかを判断する。
ルがリードフレーム11上にボンディングされたとき、
スプールワイヤ端22とボンディングステージ17との
間はワイヤ1の固有抵抗値と同軸ケーブルの静電容量C
2との並列接続となる。
幅器からの出力電圧は、図2(b)のVf3に示すよう
に基準電位(ゼロ(V))を中心に対象な交流信号であ
るため、ローパスフィルタ23の出力信号(図2(b)
のVf4)は、ほぼゼロ(V)となり、この信号が第2
レベル弁別器24に入力され、第2レベル弁別器24は
ローパスフィルタ23の出力が、第2レベル弁別器24
の基準の信号レベル(Vs)以下なので、論理値“1”
の信号を論理積器25に出力する。
27より出力される第1ボンディング論理値“1”の信
号と第2レベル弁別器24の出力との論理積を行い、ボ
ンディング判定器26に論理値“1”の信号を出力す
る。ボンディング判定器26は不着検出タイミングで論
理積器25からの出力信号を読みとり、論理積器25の
出力信号が論理値“1”であるため、異常ボンディング
と判断する。
グの検出 次に、第2ボンディング点での不着検出は、図7(d)
に示すように、第2ボンディング点となるリードフレー
ム11のリード14に対してワイヤ1が接続され、かつ
ワイヤカットクランプ3によりワイヤ1が引き上げら
れ、ワイヤの先端がリードフレーム11のリード14よ
り切断された状態を検出するものである。
が行われた場合には、ワイヤ1がリードフレーム11の
リード14より切り離されるために、交流ブリッジ回路
5は平衝状態を保ち、第1レベル弁別器9より出力は発
生しない。
切断されずに接続されたままの場合、前記した同軸ケー
ブル5bの静電容量Cと並列に半導体チップ13のダイ
オード成分が挿入されるために、交流ブリッジ回路5は
不平衝状態となり第1レベル弁別器9より出力が発生
し、ボンディング判定器9で第2ボンディング点の不着
を判定する。
イオード特性を有する半導体チップの位置の誤検出によ
り、リードフレーム上にボンディングした異常ボンディ
ングも確実に検出できるため、正確な不着検出を行なう
ことができる。
よるワイヤボンディング装置によれば、ダイオード特性
を有する半導体チップのワイヤボンディングでの不着検
出を確実に行うことができるため装置の信頼性を高める
ことができる。
の入力及び出力波形、及びローパスフィルタの入力及び
出力波形を示す図。(b)は、誤検出による異常ボンデ
ィング時の絶対値変換器の入力及び出力波形、及びロー
パスフィルタの入力及び出力波形を示す図である。
着剤の電極に似たパターンを示す図である。
された状態を示す図である。
出回路の一例を示す図である。
いる図であり(a)はリードフレーム上面より、(b)
は側面からの図である。
を説明する一部断面を含む図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 キャピラリの先端から送り出されたワイ
ヤの先端を溶融して前記キャピラリの先端にボールを形
成して前記ワイヤを用いて第1ボンディング点となる半
導体チップ上の電極と、第2ボンディング点となるリー
ドとを接続するワイヤボンディング装置において、 前記ワイヤと基準電位点であるフレームを載置するボン
ディングステージとの間で閉ループを形成する交流ブリ
ッチ回路と、前記交流ブリッチ回路へ交流電圧を印加す
る交流発生器と、 前記交流ブリッチ回路の平衡又は不平衡を検出する差動
増幅器と、前記差動増幅器からの出力の絶対値を検出す
る絶対値変換器と、前記差動増幅器からの出力周波数の
高周波成分を除去するローパスフィルタとを有する不着
検出回路とを備え、 前記不着検出回路は、前記ワイヤが前記第1ボンディン
グ点(又は第2ボンディング点)にボンディング接続さ
れる時にボンディング不着を検出することを特徴とする
ワイヤボンディング装置。 - 【請求項2】 前記ローパスフィルタは、半導体チップ
上の電極へのボール圧着時のワイヤと基準電位点である
ボンディングステージ間の前記半導体チップのダイオー
ド特性を判別する信号を出力することを特徴とする請求
項1に記載のワイヤボンディング装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP06594299A JP3537083B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | ワイヤボンディング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06594299A JP3537083B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | ワイヤボンディング装置 |
Publications (2)
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---|---|
JP2000260808A JP2000260808A (ja) | 2000-09-22 |
JP3537083B2 true JP3537083B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=13301539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06594299A Expired - Lifetime JP3537083B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | ワイヤボンディング装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3537083B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
JP3786281B2 (ja) * | 2004-11-05 | 2006-06-14 | 株式会社カイジョー | ワイヤボンディング装置 |
JP7122740B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2022-08-22 | 株式会社新川 | 接続状態判定装置及び接続状態判定方法 |
-
1999
- 1999-03-12 JP JP06594299A patent/JP3537083B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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