JP3557965B2 - ワイヤボンデイングにおけるファーストボンディング点の検査方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップと基板を接続するワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
チップと、チップが搭載されたリードフレームやプリント基板などの基板をワイヤで接続するワイヤボンディングは、次のようにして行われる。まず、キャピラリツールの下端部から下方へ導出されたワイヤの下端部とトーチとの間で電気的にスパークを発生させ、ワイヤの下端部にボールを形成した後、キャピラリツールを下降させてボールを基板に搭載されたチップの上面にボンディングする(以下、「ファーストボンディング」という)。次いで、キャピラリツールを一旦上方に移動させた後に、キャピラリツールの下端部を所定の軌跡を描かせながら基板のパッドに向かって下降させワイヤを基板にボンディングする(以下、「セカンドボンディング」という)。そしてワイヤボンディング後には、チップやワイヤを保護するため、樹脂封止が行われる。
【0003】
この樹脂封止に先立って、ワイヤボンディングの状態を確認するための検査が行われ、正常なワイヤボンディングが行われているか否かが検査される。この検査では、ファーストボンディング点については、ボンディングされたボールの大きさおよび位置が検出対象となる。これらを検出することにより、ボンディングが正常に行われたか否かを検査できるとともに、ボンディング圧力やボンディング位置など、ボンディング装置のボンディング条件の設定に何らかの異常があるか否かを推定することができる。
【0004】
ところで、ボールやキャピラリツールの圧痕の位置や大きさを検出する方法として、画像認識による方法が知られている。この方法は、ボンディング点をカメラで撮像し、得られた画像上でのボールとパッドとのコントラスト差に基づいてボールの形状を求め、これによりボールのサイズや位置を検出するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ファーストボンディング点における上記従来の検査方法には、以下に述べるような問題点があった。ファーストボンディングでは、ワイヤの下端部に形成されたボールをキャピラリツールによってパッドに押し付けるが、このとき押しつけ力によってはボールが押しつぶされて正常な円形状とならない場合がある。そしてこのような場合には、キャピラリツールによってつぶされた部分は画像上では光沢部分になり、パッドとのコントラスト差が生じないため精度のよいボールの近似円を求めることができない。
【0006】
また、つぶれたボールの縁部がパッドからはみ出したような場合には、不完全な部分円弧から近似円を求める処理を行うが、この近似の結果が実際の円弧形状と大きく異なる場合がある。このように従来のボンディング点の検査方法には、ボールのつぶれやはみ出しが大きい場合には、ボール形状を正確に検出できず、したがってボール位置やサイズを正しく検出できず正常な検査が困難であるという問題点があった。
【0007】
そこで本発明は、ボールの位置やサイズを安定して検出できるワイヤボンディングにおけるファーストボンディング点の検査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記載のワイヤボンデイングにおけるボンディング点の検査方法は、チップのパッドのボンディング点をカメラにより撮像し、撮像結果を画像処理することにより前記ボンディング点にボンディングされたボールのサイズとボール位置を検出するワイヤボンディングにおけるファーストボンディング点の検査方法であって、前記ボールに生じたキャピラリツールによる圧痕を検出する圧痕検出工程と、この圧痕よりも外側をサーチすることにより前記ボールの輪郭を検出する輪郭検出工程と、検出されたボールの輪郭よりボールの位置座標およびサイズを検出する位置・サイズ検出工程とを含む。
【0009】
請求項2記載のワイヤボンデイングにおけるボンディング点の検査方法は、請求項1記載のワイヤボンデイングにおけるボンディング点の検査方法であって、前記圧痕検出工程において圧痕検出結果に基づいてボールの仮の中心座標と仮のサイズを求め、前記輪郭検出工程において輪郭が検出されないならば、前記仮の中心座標と仮のサイズをボールの中心座標およびサイズとして出力するようにした。
【0010】
本発明によれば、ボールに生じたキャピラリツールによる圧痕を検出する圧痕検出工程の後にこの圧痕の外側をサーチしてボールの輪郭を検出することにより、ボールがつぶされて画像上で2重円弧状になる場合においても、またボール位置がずれて画像からはみ出している場合においても、ボールの位置座標およびサイズを安定して検出することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査装置の構成を示すブロック図、図2は同ワイヤボンディングが行われる基板の平面図、図3は同ファーストボンディング点の拡大側面図、図4は同ファーストボンディング点の画像図、図5は同ファーストボンディング点のボール検出処理のフロー図、図6、図7、図8、図9は同ファーストボンディング点のボール検出処理の説明図である。
【0012】
まず、図1を参照してワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査装置の構成を説明する。図1において、ステージ1上には基板2が載置されている。基板2上にはチップ4が搭載されている。基板2のパッド3とチップ4のパッド5はワイヤ6によって接続されている。ステージ1の上方にはXテーブル9及びYテーブル10より成る可動テーブル11が配設されている。可動テーブル11にはカメラ8が装着されている。カメラ8は可動テーブル11によりX方向やY方向に水平移動し、チップ4と基板2を接続するワイヤ6を撮像する。カメラ8の下方には照明部7が装着されている。照明部7は撮像時に基板2やチップ4を上方より照明する。
【0013】
カメラ8にはAD変換部12が接続されている。AD変換部12はカメラ8に取り込まれた撮像データを画像データにAD変換する。画像記憶部13はAD変換された画像データを記憶する。検査処理部14はボンディング点の画像データに基づき、ボールやキャピラリツールの圧痕のエッジのサーチや、求められたエッジ点の近似円演算などの処理を行う。記憶部15は、ボンディング座標データ、ワイヤサイズなどワイヤボンディング時に使用したデータ及び検出されたデータや判定値などを記憶する。表示部16は検査画面を表示するモニタである。
【0014】
次に、図2を参照してワイヤボンディング点について説明する。図2において、基板2上には、チップ4が搭載されている。チップ4の上面には縁部に沿って多数のパッド5形成されている。また、基板2上にはチップ4のそれぞれのパッド5に対応した位置にパッド3が形成されている。チップ4のパッド5と基板2のパッド3を接続するようにワイヤ6が放射状にボンディングされている。チップ4のパッド5のボンディング点はファーストボンディング点20であり、基板2のパッド3のボンディング点は2ndボンディング点30である。
【0015】
ここでファーストボンディング点におけるボールの状態について説明する。ファーストボンディング点においては、スパークにより形成されたボールをキャピラリツールによってチップ4のパッド5に圧着することによりボンディングが行われる。ボンディングが正常に行われている場合には、図3(a)に示すようにボールBはパッド5のほぼ中央部に略球形状の外形を保ったままボンディングされる。
【0016】
ところが圧着荷重やボンディング位置などの条件が変動した場合には、必ずしも図3(a)に示すような正常なボール形状とはならず、ボールBがキャピラリツールにより押しつぶされ非正常なボール形状となる場合がある。この場合には、図3(b)に示すようにボールBが半ば押しつぶされキャピラリツールによる圧痕部分が平らな平坦部Baとなり、ボールB全体の形状は段差を有する変則的な形状となる。また、ボンディング位置がずれた場合には、図3(c)に示すようにボールBはパッド5の一方側の端部に偏って圧着される。
【0017】
次に、このボンディング点の検査装置によるファーストボンディング点の検査について各図を参照して説明する。まず、図1に示すようにチップ4が搭載された基板2がステージ1上に載置される。次に可動テーブル11を駆動してカメラ8を検査対象である各ボン
ディング点20,30の上方に移動させ、照明部を点灯してカメラ8により各ボンディング点20,30を撮像する。撮像されたデータはAD変換部12を経て画像記憶部13に送られ、画像データとして記憶される。この画像データは、検査処理部14に送られ、以下に説明する各ボンディング点の画像データの検査処理が行われる。
【0018】
ここで、撮像によって得られるファーストボンディング点の画像について図3、図4を参照して説明する。図3(a)、(b)に示す下向きの矢印aは照明光の入射方向を、上向きの矢印bは反射光の反射方向を示している。パッド5の表面や圧痕部分Baに入射する光は上方に反射し、ワイヤ6やボールBの側面に入射する光は斜め方向に反射するため、カメラ8によって上方から撮像された画像データ上では、パッド5や圧痕部分Baと、ワイヤ6およびボール6aの側面とでは輝度が異なる。
【0019】
したがって、画像データを2値化処理することにより、図4(a)に示すように、パッド3面を明像としボールBやワイヤ6を暗像とする画像を得る。また、ボンディング点が図3(b)に示す状態の場合には、図4(b)に示すように、パッド3面や圧痕部分Baを明像としワイヤ6とボールBの側面部分Bbを暗像とする略2重円状の画像を得る。そして、図3(c)に示すようにボンディング位置がずれている場合には、図4(c)に示すようにボールBとパッド5の相対位置が偏った画像を得る。
【0020】
このようにして得られた画像データよりボールBの位置と大きさを求める方法について各図を参照して説明する。ここで、図4(a)に示すような正常状態でボンディングが行われた場合については、従来より行われている輪郭検出による検出方法で特に難点はないが、図4(b)、(c)のようなボールBが半ば押し潰されている場合や位置が大きくずれている場合には、従来の輪郭検出による方法では適切なボール位置やサイズの検出が困難である。
【0021】
以下、このような場合を対象としたボールの位置およびサイズ検出方法について図5のフローに沿って各図を参照して説明する。最初にキャピラリツールによって生じた圧痕(ツール圧痕)を検出する圧痕検出工程について説明する。図5において、まず四角パターンを用いてツール圧痕の一次検出を行う(ST1)。この一次検出においては、図6に示すように視野内にツール圧痕の内側の暗像部B1の大きさに相当するリファレンスパターンが設定される。すなわちツール圧痕の内側境界を示す円(内円)に内接する大きさの四角形状のリファレンスパターンRが設定される。
【0022】
そしてこのリファレンスパターンRを用いたパターンマッチングによって圧痕を検出する際には、視野内の対照エリアを移動させてサーチすることにより、リファレンスパターンRが内円に内接する位置を検出し、このときの対照エリアの位置を以て圧痕の位置とする。この対照エリア設定に際しては、ワイヤ6が延出していることによるノイズを除去するため、ワイヤ延出方向と反対側の所定位置に参照ウインドウWが設定される。すなわち、パターンマッチングにおいてこの参照ウインドウW内が明像部分であることを条件として圧痕検出が行われる。なおツール圧痕の一次検出の方法としては、パターンマッチングの外に対照エリア内の白黒画素比率を用いて検出する方法でも良い。
【0023】
次いで、輪郭検出によるツール圧痕の二次検出を行う(ST2)。図7に示すように、(ST1)にて検出された圧痕内部から外側方向にサーチして輪郭点Paを検出することにより、内円の輪郭を検出する。次に、検出された輪郭に基づきボールBの仮の中心座標とボールBの仮のサイズを算出する(ST3)。ここでボールBの仮の中心座標と仮のサイズとは、ボールBが押しつぶされたことによって画像に現れる2重円の内円の中心点Bcの座標と直径dを意味している。
【0024】
次に、ボールの輪郭を検出する輪郭検出工程について説明する。ここではボールBの真の形状を検出するための処理、すなわち、ツール圧痕よりも外側の円(外円)を検出するための処理を行う。まず、ボールBの輪郭検出のためのスタート点Psを検出する(ST4)。ここでは、既に検出された内円の中心点Bcから外側にサーチを行い、外円の輪郭点を輪郭追跡のスタート点Psとして求める。この場合、図8に示すように、サーチ方向を斜め45度の4方向に方向に設定し、パッド5の外周によるノイズを拾う確率をできるだけ減少させるようにしている。
【0025】
ここで、スタート点Psが検出されたか否かの判断を行う(ST5)。前述のように、正常にボンディングが行われた場合には画像には2重円は現れず、したがって一次検出によって検出される内円の外側に位置することを条件とするボールの輪郭は検出されない。この場合には後述するステップに進む。
【0026】
そしてここでスタート点Psが検出された場合には、検出されたスタート点Psより、輪郭追跡によりボールBの輪郭を検出する(ST6)。この輪郭追跡においては、最初のスタート点から所定ピッチで連続して輪郭点Pbが検出される場合、すなわち図9に示すように一筆書きで輪郭が検出可能な場合と、図4(c)に示すようにボンディング位置がずれていることにより輪郭点を連続して検出することができない場合とが存在する。
【0027】
前者の場合には、求められた輪郭点Pbに基づいて近似円を求める演算を行い、また後者の場合には、図10に示すように(ST4)にて検出された複数のスタート点Psを起点としてそれぞれ検出された輪郭点Pbによって構成される輪郭線の断片をつなぎ合わせることにより近似円を求める処理を行う。いずれの場合においても、この輪郭検出によりボールBの輪郭をしめす近似円が求められる。
【0028】
次に、位置・サイズ検出工程について説明する。ここでは検出されたボールの輪郭よりボールの中心座標と直径とを算出する(ST7)。図11に示すように輪郭点Pbより求められた近似円CRの中心点Cの座標と、近似円CRの直径Dを求める。また、(ST5)においてスタート点Psが検出されなかったならば、すなわちボールBが押しつぶされた圧痕が検出されないならば、図3(b)に示すような正常なボンディングが行われていると判断し、(ST3)において求められた仮のボールの中心座標と仮のサイズをボールBの中心座標とボールの直径に置き換える(ST8)。そして、ボールの中心座標とボールの直径を出力して(ST9)、ボール位置・サイズの検出処理を終了する。
【0029】
この後、出力されたボール位置およびボールサイズを基準データと比較することにより、ファーストボンディング点の検査が行われる。このようにして得られた検査結果は、個々の検査対象についての合否判定に用いられるとともに、連続して得られる多数の検査結果のデータ傾向を解析することにより、ボンディング装置における異常の有無判断のためのデータとして用いられる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、ボールに生じたキャピラリツールによる圧痕を検出する圧痕検出工程の後にこの圧痕の外側をサーチしてボールの輪郭を検出するようにしたので、ボールがつぶされて画像上で2重円状になる場合においても、またボール位置がずれて画像からはみ出している場合においても、ボールの位置座標およびサイズを安定して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の一実施の形態のワイヤボンディングが行われる基板の平面図
【図3】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点の拡大側面図
【図4】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点の画像図
【図5】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点のボール検出処理のフロー図
【図6】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点のボール検出処理の説明図
【図7】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点のボール検出処理の説明図
【図8】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点のボール検出処理の説明図
【図9】本発明の一実施の形態のファーストボンディング点のボール検出処理の説明図
【符号の説明】
2 基板
4 チップ
5 パッド
6 ワイヤ
8 カメラ
20 ファーストボンディング点
B ボール
Ba 平坦部
Bc 中心点
Pa,Pb 輪郭点
Claims (2)
- チップのパッドのボンディング点をカメラにより撮像し、撮像結果を画像処理することにより前記ボンディング点にボンディングされたボールのサイズとボール位置を検出するワイヤボンディングにおけるファーストボンディング点の検査方法であって、前記ボールに生じたキャピラリツールによる圧痕を検出する圧痕検出工程と、この圧痕よりも外側をサーチすることにより前記ボールの輪郭を検出する輪郭検出工程と、検出されたボールの輪郭よりボールの中心座標およびサイズを検出する位置・サイズ検出工程とを含むことを特徴とするワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査方法。
- 前記圧痕検出工程において圧痕検出結果に基づいてボールの仮の中心座標と仮のサイズを求め、前記輪郭検出工程において輪郭が検出されないならば、前記仮の中心座標と仮のサイズをボールの中心座標およびサイズとして出力することを特徴とする請求項1記載のワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査方法。
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-
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