JP3540131B2 - ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来技術に従う、キャピラリ4の位置を補正する構成を示す模式図である。US(超音波)ホーン1は、図示を省略されているヒータ等から発せられる熱によって加熱され、膨張する。すると、USホーン1の先端部に固定されているキャピラリ4の位置は、2点鎖線にて示されている位置から実線にて示されている位置へと変わってしまう。これによって、キャピラリ4から伸びている圧着ボール5の位置は、チップのパッド10aに対してずれてしまう。
【0003】
以上のようなボンディングのズレを補正するために、圧着ボール5とパッド10aとの位置関係をカメラ106によって撮影し、モニタ7上に映し出していた。作業者はモニタ7上の画像を観察してズレを把握し、キャピラリ4の位置の補正を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリ4の位置の補正は上記の如く作業者によって為されるために、作業者個々人の判断の差によって、補正の精度にバラツキが生じてしまうという問題点があった。また、カメラ106による撮影、モニタ7を用いる観察及び作業者による補正作業を必要とするために、補正に時間がかかりすぎるという問題点があった。更に、キャピラリ4のパッド10aに対する位置を常に正しく保つためには、補正を頻繁に行わなければならない。このため、作業者に負担がかかるという問題点があった。
【0005】
補正の最中には、ワイヤボンディングを中止せねばならない。補正に時間がかかりすぎること及び補正が頻繁であるという上記問題点によってワイヤボンディング装置の稼動率が低下し、ひいてはワイヤボンディングの効率が低下するという問題点もあった。
【0006】
以上の問題点を解決する技術は、特開平6−97239号公報及び特開平1−161727号公報に開示されている。これらの技術に於いては、ホーンの温度を温度センサによって検知し、位置ズレの補正を行っている。しかし、これらの技術に於いては、ホーン自体にセンサが取り付けられている。従って、ホーンからの超音波の発生がセンサによって妨げられてエネルギが減少し、ワイヤボンディングの信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【0007】
本発明は、以上の問題点に鑑み、キャピラリの位置の補正を自動的に行いつつも、ホーンからの超音波の発生を妨げないワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。更に、ワイヤボンディングの効率を低下させないワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のワイヤボンディング装置は、チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、前記チップを加熱するヒータと、前記ホーンからの熱輻射を前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記熱輻射を用いて、前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を推定し、前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段とを備える。
【0009】
請求項2に記載のワイヤボンディング装置は、請求項1に記載のワイヤボンディング装置であって、前記ホーンは、表面に光沢防止加工を施されている。
【0010】
請求項3に記載のワイヤボンディング装置は、請求項2に記載のワイヤボンディング装置であって、前記検知手段は、前記ホーンの長手方向に於ける複数の箇所に於いて前記熱輻射を検知し、前記補正手段は、前記膨張量を、前記ホーンが前記複数の箇所毎に分割されているブロック毎に推定し、前記長手方向において積分する。
【0011】
請求項4に記載のワイヤボンディング装置は、チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、前記チップを加熱するヒータと、前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を、前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段とを備え、前記補正手段は、前記膨張量に対して逆相関的に、前記位置補正が行われるまでの時間を決定する。
【0012】
請求項5に記載のワイヤボンディング装置は、請求項4に記載のワイヤボンディング装置であって、前記検知手段は、前記膨張量が“0”と推定されたときに、該膨張量を検知することを停止する。
【0013】
請求項6に記載のワイヤボンディング方法は、配線を行うキャピラリを有する超音波ホーンの伸び量を求めるステップと、前記伸び量を打ち消す移動を前記ホーンが行うことによって、前記キャピラリの位置補正が行われるステップと、次回の位置補正までの時間を、前記伸び量に対して逆相関的に決定するステップとを備える。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本実施の形態においては、従来技術と同一の構成、構造には同一の参照符号を付して説明を行う。図1は、本実施の形態に従うワイヤボンディング装置の構造を例示する斜視図である。図2は、図1に例示される構造のうち、実際にワイヤボンディングを行う部分を詳細に且つ模式的に例示する拡大図である。
【0015】
図2に例示されるようにUSホーン1の先端部にはキャピラリ4が設けられており、キャピラリ4によってチップ10に対するワイヤボンディングが行われる。ワイヤボンディングの際にはUSホーン1から超音波が発せられ、ワイヤとパット10a及びリード11それぞれとの接続部分へと照射される。更に、チップ10の下側に設けられているヒータ3によってチップ10は加熱され、上記接続部分の温度が高温に保持される。接続部分に関する超音波の照射及び温度の保持によって、ワイヤボンディングは良好に為される。
【0016】
ヒータ3から伝わる熱によってUSホーン1は熱膨張し、キャピラリ4のチップ10に対する位置にはズレが生じてしまう。そこで、USホーン1の長手方向に複数箇所設けられている測定ポイントP1〜P3それぞれの温度T1〜T3を測定し、この情報に基づいてUSホーン1全体の伸びを推定してキャピラリ4の位置の補正を行う。
【0017】
図1に例示されるように、USホーン1の温度を測定する温度センサ2は、ワイヤボンディング装置において固定されている。USホーン1はワイヤボンディング装置に備わる駆動手段によって長手方向に駆動され、図2に例示される測定ポイントP1〜P3のそれぞれの温度を順に温度センサ2によって非接触に測定される。
【0018】
図2においては、測定ポイントP3の温度T3が測定されている場合が例示されている。測定ポイントP1,P2それぞれの温度T1,T2が測定される際には、USホーン1は図面に向かって下から上へと駆動手段21によって駆動される。温度が測定される間は、キャピラリ4によるワイヤボンディングは中断されている。
【0019】
温度センサ2が非接触に温度を検知することによって、USホーン1からの超音波の発生は、温度センサ2によっては何ら阻害されない。超音波が適切に印加されることによって、ワイヤボンディングの信頼性が向上される。
【0020】
従来技術のようにUSホーン1に直接的に温度センサを取り付けた場合には、USホーン1の高速移動によって、該温度センサと外部機器とを繋ぐ配線に断線等が生じてしまうことがある。このようなトラブルも、非接触的な温度センサ2を用いることによって未然に回避できる。故障が未然に回避されることによって、ワイヤボンディング装置の信頼性及び稼動率が高められる。
【0021】
固定されている温度センサ2に対してUSホーン1が移動して測定ポイントP1〜P3が各々センサ範囲に収められる構成が採用されているのは、非接触に温度を測定する場合には周囲の温度等の外乱の影響を受け易く、この影響を抑えるためである。
【0022】
詳細には、温度センサ2は、USホーン1の有する熱による輻射を検知することによってUSホーン1の温度を測定する。熱輻射の検知がUSホーン1の光沢によって誤らないように、USホーン1の表面には黒体又はテフロン等を原料とする塗料又はテープが塗布又は添貼されている。このようにして、USホーン1の表面には光沢を防止する加工が施されており、各測定ポイントP1〜P3のそれぞれの温度は信頼性の高い状態にて測定される。測定結果は、コンピュータ等によって実現される計算手段20へと与えられる。
【0023】
次に、温度測定の結果を用いてキャピラリ4の位置のズレ量、即ちUSホーン1の熱膨張による伸び量を求める方法について説明を行う。図3は、USホーン1の分割の様子を例示する模式図である。USホーン1は、根元からキャピラリ4の設けられている位置までの範囲において3分割されており、測定ポイントP1〜P3は、この分割され区別されている各々のブロックB1〜B3をそれぞれ代表する点となっている。ブロックB1〜B3のUSホーン1の長手方向における長さは、それぞれ長さL1〜L3である。
【0024】
USホーン1は、先端に向かうにしたがって次第に細くなっている筒状である。従って、各ブロックB1〜B3における熱膨張時における線膨張係数には、太さの相違によって互いに違いが生じている。そこで、実験によってUSホーン1に熱を与え、測定ポイントP1〜P3においてそれぞれ測定された温度と長さL1〜L3それぞれの伸び率との相関を予め求めておく。このようにして、ブロックB1〜B3それぞれに関して、線膨張係数α1〜α3が既知となる。
【0025】
以上の如き予備的な実験によって、基準温度における長さLiを有するブロックBiにおける線膨張係数αiと、測定ポイントPiにおける基準温度からの温度変位ΔTiとから、根元からキャピラリ4までのUSホーン1の長さの変位ΔLは、以下のような校正式によって表される。
【0026】
【数1】
【0027】
数1においては、一般的な校正式として、USホーン1がk個のブロックに分割される場合が示されている。校正式数1は、図2の計算手段20に予め格納されている。尚、図3の例に於いては“k=3”である。また、基準温度とは、長さLiが計測された際の温度をいう。
【0028】
校正式数1は、USホーン1の長手方向において、各ブロックBiの伸び量を積分することを表現している。根元とキャピラリ4との間に温度勾配が生じており熱膨張の度合いがUSホーン1全体にわたって均一ではない場合にも、ブロック毎の伸び量を積分することによって、USホーン1の全体的な伸び量を精度良く推定することができる。また、ブロックの個数kを多くとる場合には、USホーン1の全体的な伸び量の誤差を少なくすることができる。
【0029】
図4は、校正式数1を用いる、キャピラリ4の位置ズレの量の推定方法を模式的に示すグラフである。横軸は、USホーン1の長手方向における座標を表している。USホーン1が根元からキャピラリ4の位置までを、それぞれ測定ポイントP1〜P3を有しており長さL1〜L3であるブロックB1〜B3として分割されていることが同図において示されている。一方、縦軸は、図2に例示される温度センサ2によって検知された温度を表している。
【0030】
基準温度時に於いてはそれぞれ温度T1〜T3であった測定ポイントP1〜P3は、図2に例示されるヒータ3によってそれぞれΔT1〜ΔT3だけ温度が変化する。数1において示されている「Li×ΔTi」とは、横軸における長さLiと縦軸に関する温度変化ΔTiとがかけられたものであり、斜線にて示されている部分の面積に相当する。従って、校正式数1においては、各ブロックBi毎の斜線部分の面積に各ブロックBiに固有な線膨張係数αiを掛けたものが足し合わされる。
【0031】
以上のようにして求められた伸びの量ΔLを打ち消すように、図2の駆動手段21がUSホーン1を長手方向に移動させる。USホーン1の移動によってキャピラリ4の位置は補正され、ワイヤボンディングが適正に行われる。キャピラリ4の位置の補正は、例えば一定時間毎に行われるようにセットしておけば良い。
【0032】
以上のようにして温度測定、伸び量の計算及びUSホーン1の移動が行われ、キャピラリ4の位置の補正が機械的且つ自動的に行われる。人手による従来の場合に比べ、本実施の形態の構成を採用する場合の方が、キャピラリ4の位置の補正の精度は高くなる。更に、補正に要する時間、即ちワイヤボンディングが中断されている時間が短くなり、ワイヤボンディングの効率が上がる。
【0033】
実施の形態2.
以下、既に説明の行われたものと同一の構成、構造には同一の参照符号を付し、説明は省略する。実施の形態1において既述のように、キャピラリ4の位置の補正が行われる時にはワイヤボンディングは中止される。従って、USホーン1の伸びが熱的な平衡によって終了した後にもキャピラリ4の補正が一定時間毎に行われるように設定されている場合には、いたずらにワイヤボンディングが中止されてしまう。このことによって、ワイヤボンディングの効率が低下してしまう。
【0034】
そこで、本実施の形態においては、キャピラリ4の位置の補正を、必要がある時には頻繁に、必要が無いときには行わない構成を示す。図5は、本実施の形態の位置補正方法をステップ順に例示するフローチャートである。まず、ステップS1において補正を開始する。
【0035】
次に、図4において示される基準温度をステップS2において測定する。そして、ステップS3においては、所定時間(例えば1分)の間、USホーン1を用いてワイヤボンディングを行う。ワイヤボンディングの際に上昇したUSホーン1の温度を、ステップS4において測定する。ステップS4においては、各測定ポイントPi(図4の例に於いてはP1〜P3)毎に温度測定が行われる。所要時間は3秒ほどである。
【0036】
ステップS5においては、ステップS2及びステップS4の温度測定のそれぞれの結果から各測定ポイントPi毎に温度変化ΔTiを求め、数1を用いてUSホーン1の伸びの量ΔLを計算する。ステップS6においては、ステップS5において計算されて求められたUSホーン1の伸びの量ΔLが、“0”であるか否かを判断する。
【0037】
伸びの量は、図2のヒータ3によって与えられる熱量とUSホーン1から外部へと拡散する熱量とが平衡に達した場合には、“0”となる。この場合にはキャピラリ4の位置のズレは生じず、補正を行う必要はない。従って、ステップS6において伸びの量が“0”(“YES”)であるとと判断された場合には、既にUSホーン1の伸びは熱的な平衡によって終了したものとして、ステップS7において補正を終了する。補正が終了した後には、ワイヤボンディングが絶え間無く行われる。
【0038】
ステップS6において“NO”と判断された場合には、USホーン1はまだ伸び続けており引き続き補正を行う必要があるとして、ステップS8へと移行する。ステップS8においては、ステップS5において求められた伸びの量から、次の温度測定までの時間を決定する。時間の決定の原理について、以下に説明する。
【0039】
図2のヒータ3によって与えられる熱量が、自身から外部へと拡散する熱量よりも多いときには、USホーン1の伸びの量はプラスである。伸びの量が大きいときにはキャピラリ4の位置のズレが大きくなり、位置補正を頻繁に行わねばならない。伸びの量が小さいときには、位置補正はたまに行えば十分である。
【0040】
第N−1回目及び第N回目(N:2以上の自然数)の温度測定の間におけるUSホーン1の伸びの量“ΔL(N−1,N)”から、キャピラリ4の位置補正のインターバル“Δt(N,N+1)”(第N回目及び第N+1回目の温度測定の間に行われるワイヤボンディングの時間)をどの程度とすれば良いかがわかる。位置補正のインターバルΔt(N,N+1)は、数2に基づいて決定される。
【0041】
【数2】
【0042】
右辺の分子に用いられる“t”,“a”は、予め設定された定数であり、それぞれ基準のインターバル及び伸び量を表している。例えば、t=60sec,a=1μmに設定した場合に、測定の結果としてΔL(N−1,N)=0.5μmが得られたとする。数2にこれらの数字を代入すると、Δt(N,N+1)=120secが次の測定までの時間として得られる。“t”,“a”は、必要に応じて所望の値に設定すれば良い。以上のようにして、インターバルΔt(N,N+1)は、伸びの量ΔL(N−1,N)に反比例するものとして決定される。
【0043】
次に、ステップS9においては、ステップS5において求められた伸びの量ΔL(N−1,N)を打ち消すようにUSホーン1を移動させ、キャピラリ4の位置の補正を行う。引き続くステップS10においては、ワイヤボンディングをインターバルΔt(N,N+1)行う。そして、ステップS4へと移行する。
【0044】
数2においては、インターバルΔt(N,N+1)は伸びの量ΔL(N−1,N)に反比例しているが、これ以外の関係をもってインターバルΔt(N,N+1)を決定しても良い。例えば、
【0045】
【数3】
【0046】
である。伸びの量ΔL(N−1,N)が小さくなるにつれてインターバルΔt(N,N+1)が大きくなるという逆相関的な関係が得られる数式ならば、インターバルΔt(N,N+1)の決定に用いることができる。
【0047】
本実施の形態のようにインターバルΔtを伸びの量ΔLに逆相関させることによって、頻繁に必要であるときにのみ補正は頻繁に行われる。たまに補正が行われる程度で十分な時には補正はたまにしか行われず、補正によってワイヤボンディングが中断されるという不都合が好適に回避される。これによって、ワイヤボンディングの効率が向上される。
【0048】
図5のステップS7において補正が終了された後に行われていたワイヤボンディングがラインの停止等によって比較的長時間中断された場合には、USホーン1の温度が変化してしまう。このような場合には、再び補正を行わなければならなくなる。これに対処するために、設定時間以上ワイヤボンディングが中断されていることを検知するとステップS1の処理の開始を指示するステップを、ステップS7の後に付加しても良い。
【0049】
【発明の効果】
請求項1に記載の構成によれば、ホーンは膨張量を非接触に検知される。これによって、ホーンからの超音波の発生がホーンに接触する検知手段によって阻害されてしまうことが回避される。従って、ホーンに接触する検知手段によって超音波の発生が阻害される特開平6−97239号公報及び特開平1−161727号公報に開示の技術を用いる場合に比べ、超音波が適切に印加される。これによって、配線の信頼性が向上される。
【0050】
請求項2に記載の構成によれば、ホーンの表面における光沢によって熱輻射の検知に狂いが生じてしまうことが未然に回避される。これによって、熱輻射の検知が精度良く行われ、キャピラリが適切な位置補正によって適切な場所に位置する。これによって、配線が適切に行われる。
【0051】
請求項3に記載の構成によれば、詳細に膨張量が推定されることによって誤差が少なくなり、キャピラリの位置補正が更に適切に為される。
【0052】
請求項4に記載の構成によれば、位置補正がされるまでの時間は膨張量が大きいときには短く、小さいときには長くなる。これによって、ホーンの膨張量が大きく位置補正が頻繁に必要であるときには位置補正は頻繁に為され、キャピラリは常に配線を適切に行う。一方、膨張量が小さく位置補正の必要が少ないときには位置補正はたまに為され、位置補正の為に配線が一時的に中断されてしまう時間が最小限に抑えられる。従って、中断されない時間の分だけ余計に配線を行うことができ、配線の効率が上がる。
【0053】
請求項5に記載の構成によれば、熱的に平衡となってホーンの膨張が終了した後には位置補正は行われず、請求項4に記載の構成による効果と同様にして配線の効率が上がる。
【0054】
請求項6に記載の構成によれば、請求項4に記載の構成と同様にして、位置補正の為に配線が一時的に中断されてしまうという不具合が最小限に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に従うワイヤボンディング装置の構造の一例を示す斜視図である。
【図2】実施の形態1に従うワイヤボンディング装置の構造の一例を示す模式的な拡大図である。
【図3】実施の形態1に従う、ワイヤボンディング時のズレの補正方法の構成の一例を示す模式図である。
【図4】実施の形態1に従う、ワイヤボンディング時のズレの補正方法の構成の一例を示すグラフである。
【図5】実施の形態2に従うワイヤボンディング方法の構成の一例を示すフローチャートである。
【図6】従来のワイヤボンディング時のズレの補正方法を示す模式図である。
【符号の説明】
1 USホーン、2 温度センサ、3 ヒータ、4 キャピラリ、10 チップ、10a パッド、11 リード、P1〜P3 測定ポイント、20 計算手段、21 駆動手段、B1〜B3 ブロック、L1〜L3 長さ、α1〜α3 線膨張係数、T1〜T3 温度。
Claims (6)
- チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、
前記チップを加熱するヒータと、
前記ホーンからの熱輻射を前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記熱輻射を用いて、前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を推定し、前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段と
を備える、ワイヤボンディング装置。 - 請求項1に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記ホーンは、表面に光沢防止加工を施されている、ワイヤボンディング装置。 - 請求項2に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記検知手段は、前記ホーンの長手方向に於ける複数の箇所に於いて前記熱輻射を検知し、
前記補正手段は、前記膨張量を、前記ホーンが前記複数の箇所毎に分割されているブロック毎に推定し、前記長手方向において積分する、ワイヤボンディング装置。 - チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、
前記チップを加熱するヒータと、
前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を、前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段と
を備え、
前記補正手段は、前記膨張量に対して逆相関的に、前記位置補正が行われるまでの時間を決定する、ワイヤボンディング装置。 - 請求項4に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記検知手段は、前記膨張量が“0”と推定されたときに、該膨張量を検知することを停止する、ワイヤボンディング装置。 - 配線を行うキャピラリを有する超音波ホーンの伸び量を求めるステップと、
前記伸び量を打ち消す移動を前記ホーンが行うことによって、前記キャピラリの位置補正が行われるステップと、
次回の位置補正までの時間を、前記伸び量に対して逆相関的に決定するステップとを備える、ワイヤボンディング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21743097A JP3540131B2 (ja) | 1997-08-12 | 1997-08-12 | ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 |
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