JP3573113B2 - Bonding damage measuring device and measuring method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップなどの電子部品を基板にボンディングする際に基板に生じるダメージを計測する目的で使用されるボンディングダメージの計測装置および計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップなどの電子部品の製造や電子部品の基板への実装においては、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングなどの超音波接合が多用されている。この超音波接合は、ワイヤやバンプなどの接合物を被接合対象である電極に対して押圧するとともに接合物に超音波振動を付与することにより、接合界面を形成するものである。
【０００３】
この超音波接合においては、接合対象となる半導体チップや基板に対して荷重と超音波振動という機械的負荷が作用するため、荷重や超音波出力などの接合条件が適正でない場合には、クラックなどのダメージを発生させるおそれがある。このため、ボンディングに際しては、個々の半導体チップや基板について適切な接合条件を設定する必要がある。従来よりこの接合条件の設定は、超音波接合を実際に行った後に剥離試験などによって接合部の評価を行い、試行錯誤的に適正条件を求める条件出し作業によって行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接合後の評価のみに依存する従来の条件出し作業では、接合条件と発生したダメージとの対応関係を知ることができるものの、接合部のクラックなどのダメージの発生メカニズムを具体的に特定するための定量的なデータを得ることができず、適切な接合条件の設定やダメージ防止対策の立案のための有効なデータ入手が困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、接合部に発生するダメージの要因についてのデータを定量的に計測することができるボンディングダメージの計測装置および計測方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のボンディングダメージの計測装置は、複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することにより、ボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測装置であって、前記基板を保持する保持手段と、前記歪みゲージの電気的変化を計測する計測手段と、この計測手段と前記歪みゲージを選択的に接続する選択手段と、前記選択手段によって計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング対象物をボンディングするボンディング手段とを備えた。
【０００７】
請求項２記載のボンディングダメージの計測装置は、請求項１記載のボンディングダメージの計測装置であって、前記選択手段が、前記歪みゲージに接続する信号線と前記計測手段に接続する計測線とを選択的に導通させるスイッチング回路と、前記スイッチング回路を駆動する駆動回路とを備えた。
【０００８】
請求項３記載のボンディングダメージの計測装置は、請求項２記載のボンディングダメージの計測装置であって、前記駆動回路に対してボンディング対象となるボンディングパッドに対応した歪みゲージを指示する指示手段を備えた。
【０００９】
請求項４記載のボンディングダメージの計測装置は、複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することにより、ボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測装置であって、前記歪みゲージに接続された信号線と計測線とを選択的に接続するスイッチング回路とこのスイッチング回路を駆動する駆動回路を有する前記基板を保持する保持手段と、ボンディング対象となるボンディングパッドに対応した歪みゲージを前記駆動回路に対して指示する指示手段と、前記計測線を介して前記歪みゲージの電気的変化を計測する計測手段と、前記指示手段によって前記計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング対象物をボンディングするボンディング手段とを備えた。
【００１０】
請求項５記載のボンディングダメージの計測方法は、複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することにより、ボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測方法であって、前記歪みゲージに接続する信号線と前記計測手段に接続する計測線とを選択的に導通させるスイッチング回路を駆動して、前記歪みゲージのうちのいずれか１つを計測手段に接続する第１の工程と、この計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング手段によりボンディング対象物をボンディングするとともに当該歪みゲージの電気的変化を計測手段により計測する第２の工程とを含み、前記第１の工程と第２の工程とを繰り返すことにより複数のボンディングパッドにおける歪みゲージの電気的変化を計測する。
【００１１】
本発明によれば、複数のボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することによりボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測装置において、計測手段と歪みゲージを選択的に接続する選択手段と、選択手段によって計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング対象物をボンディングするボンディング手段とを備えることにより、ボンディングダメージの要因についてのデータを定量的に効率よく計測することができる。
【００１２】
【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ボンディングダメージの計測装置の側面図、図２は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用基板の斜視図、図３は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用基板の平面図、図４は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用基板のボンディングパッドの拡大斜視図、図５は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の制御系の構成を示すブロック図、図６は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測方法の説明図、図７は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の側面図である。
【００１３】
まず図１を参照してボンディングダメージの計測装置の構成について説明する。ボンディングダメージの計測装置は、基板にワイヤボンディングを行う際に基板に生じるダメージを計測するものである。計測には後述するように、複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された専用の計測用基板が用いられる。ダメージの計測においては、この計測用基板にボンディング対象物であるワイヤをボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測する。これにより、ボンディング過程において基板に生じる歪みの経時的変化が求められる。
【００１４】
図１において、基板保持部１（保持手段）上には、ボンディングダメージ計測用の基板ユニット２が保持されている。基板ユニット２は、外部接続用のサブ基板３上にボンディングダメージの計測用基板４（以下、単に「基板４」と略記する。）を載置して構成されている。基板保持部１の側方には、移動テーブル５ａ上にホーン駆動機構５ｂを装着して構成されたワイヤボンディング装置５が配設されており、ホーン駆動機構５ｂからはホーン６が基板保持部１の上方に延出している。ホーン６の先端部にはキャピラリツール６ａが設けられており、キャピラリツール６ａには、ボンディング用のワイヤ７が挿通している。
【００１５】
ワイヤ７の下端部にボール７ａを形成させた状態で、キャピラリツール６ａによってボール７ａを基板４のボンディングパッド上に押しつけるとともに、ホーン駆動機構５ｂによって超音波振動をボール７ａに印加することにより、ボール７ａは超音波振動と荷重の作用によって基板４にボンディングされる。このワイヤボンディングにより、基板４のボンディングパッド上にはバンプが形成される。ホーン駆動機構５ｂ、ホーン６およびキャピラリツール６ａは、ボンディング機構（図５に示すボンディング機構２３）を構成する。
【００１６】
このワイヤボンディングの過程においては、ボンディングパッドの位置に形成された歪みゲージの電気的変化が、サブ基板３に接続された計測手段９によって計測される。このとき、基板４に形成された複数のボンディングパッドに対応する歪みゲージのうち、ワイヤボンディングが行われるボンディングパッドに対応する歪みゲージが、ワイヤボンディング装置５の制御部８からの指示によって、計測手段９に選択的に接続される。すなわち、ワイヤボンディング装置５は、計測手段９に接続されている歪みゲージ２０に対応したボンディングパッド１０にボンディング対象物をボンディングするボンディング手段となっている。
【００１７】
次に図２、図３、図４を参照して、基板ユニット２および基板４について説明する。図２に示すようにサブ基板３上には、基板４が載置されている。基板４は半導体であるシリコンより成り、基板４の上面には複数のボンディング用の電極であるボンディングパッド１０が格子状に形成されている。
【００１８】
図４は、基板４から１つのボンディングパッド１０を切り出した状態を示しており、基板４はシリコン基板４ａの上面に、２層の絶縁層４ｂ，４ｃを形成した構成となっている。ボンディングパッド１０の表面は、導電体より成る電極１０ａで覆われており、電極１０ａの下方には、２層の絶縁層４ｃ，４ｂを介して細長形状の歪みゲージ２０がシリコン基板４ａの上面に形成されている。歪みゲージ２０はピエゾ抵抗素子であり、２軸方向（水平方向、すなわち基板４の表面に平行な方向、およびこの方向と直交する垂直方向）の微小歪みを計測することができる。
【００１９】
図３、図４に示すように、歪みゲージ２０は、１本の抵抗素子に複数の結線電極２０ａを等ピッチで形成することにより複数の歪みゲージを直列に連結した構成となっている。このような構成により、歪み計測の空間分解能を向上させるとともに、結線電極の総数を減少させて所要計測チャンネル数の低減が可能となっている。
【００２０】
各結線電極２０ａには絶縁層４ｂ，４ｃ（図４参照）の界面に形成された信号線２１が接続されている。各歪みゲージ２０の信号線２１は、配線回路を介して基板４に作り込まれたスイッチング回路１８に接続されており、スイッチング回路１８には、同様に基板４に作り込まれた駆動回路１９が接続されている。すなわち、基板４には、ボンディング用の電極としてのボンディングパッド１０、歪みゲージ２０、スイッチング回路１８および駆動回路１９が、１枚の基板に形成されている。また基板４の中心位置には熱電対等の温度検出部２２が形成されており、歪み計測時に基板４の温度も同時に検出し、温度による計測値の変動を較正するための温度データを取得することができるようになっている。
【００２１】
基板４の上面の相対向する２辺には、外部接続用の電極１１，１２が列状に形成されている。片側の電極１１は計測信号出力用の電極であり、電極１１のうちの２つの電極１１ａは温度検出部２２に接続されており、４つの電極１１ｂはスイッチング回路１８を介して歪みゲージ２０の信号線と接続される。また他方側の列状の電極１２は、駆動回路１９と接続されている。
【００２２】
図２に示すように、基板４の電極１１，１２はサブ基板３に形成された電極１３ａ，１３ｂ，１４にワイヤボンディングによって接続されている。電極１３ａ，１３ｂ，１４はさらに図示しない内部回路によって、外部接続用の端子１５ａ，１５ｂ，１６にそれぞれ接続されている。端子１５ａ．１５ｂは、外部配線（計測線）により計測手段９と接続され、また端子１６は外部配線（制御配線）により制御部８にそれぞれ接続されている。
【００２３】
図５に示すように、基板４がサブ基板３を介して計測手段９、制御部８と接続された状態では、スイッチング回路１８及び温度検出部２２は計測手段９と接続され、駆動回路１９は、制御部８と接続される。計測手段９は、歪みゲージ２０の電気的変化、すなわち抵抗値の変化を計測するとともに、温度検出部２２によって検出された基板４の温度を計測する。
【００２４】
計測手段９による歪みゲージ２０の電気的変化の計測において、駆動回路１９がスイッチング回路１８を駆動することにより、複数の歪みゲージ２０のうちワイヤボンディングが行われるボンディングパッド１０に対応した歪みゲージ２０と計測手段９とを導通させる。すなわち、歪みゲージ２０に接続する信号線２１と計測手段９に接続する計測線とを選択的に導通させるスイッチング回路１８と、スイッチング回路１８を駆動する駆動回路１９は、計測手段９と歪みゲージ２０とを選択的に接続する選択手段となっている。
【００２５】
そして、この選択手段によって計測手段９に接続されている歪みゲージ２０に対応したボンディングパッド１０に、ボンディング機構２３によってワイヤボンディングが行われる。このワイヤボンディングの対象となるボンディングパッド１０の位置の指示は、ワイヤボンディング装置５の制御部８によって行われる。すなわち、制御部８は、駆動回路１９に対してボンディング対象となるボンディングパッド１０に対応した歪みゲージ２０を指示する指示手段となっている。
【００２６】
このボンディングダメージの計測装置は上記のように構成されており、以下ボンディングダメージの計測について説明する。この計測は、基板のボンディングパッド１０にワイヤボンディングによって金属バンプを形成する際の歪みゲージ２０の抵抗値の変化を計測手段９によって計測して、ボンディング位置に発生する歪みを求めるものである。
【００２７】
まず、歪みゲージ２０に接続する信号線２１と計測手段９に接続する計測線とを選択的に導通させるスイッチング回路を駆動して、歪みゲージ２０のうちのいずれか１つを計測手段９に接続する（第１の工程）。
【００２８】
次に、ワイヤボンディング装置５により、ワイヤボンディングを実行する。すなわち、計測手段９に接続されている歪みゲージ２０に対応したボンディングパッド１０に、ボンディング手段によりワイヤ７のボール７ａをボンディングする。このボンディングにおいては、図６に示すように、キャピラリツール６ａによってボール７ａをボンディングパッド１０に対して所定荷重で押しつけるとともに、ボール７ａに対して超音波振動を矢印ａ方向に印加する。
【００２９】
そしてこのボンディング過程において、当該歪みゲージ２０の抵抗値の変化を計測手段９により計測する（第２の工程）。これにより、ボンディング位置の直下における基板４の歪みの時間的変化が求められ、ボンディング過程での当該計測位置における水平方向および垂直方向の応力状態を知ることができ、ボンディングによる基板４のダメージの状態を示す定量データを計測によって求めることができる。
【００３０】
そして上記歪みゲージの選択（第１の工程）と、選択された歪みゲージに対応したボンディングパッドを対象としたワイヤボンディングおよび当該歪みゲージを対象とした上記計測（第２の工程）が繰り返し行われる。これにより、同一の基板４に形成された複数のボンディングパッド１０におけるボンディングダメージの計測を効率よく行うことができる。
【００３１】
なお、上記説明においては、ボンディングの形態がワイヤボンディングであり、ボンディング対象物としてのボール７ａを基板４のボンディングパッド１０にボンディングする例を示したが、フリップチップボンディングに対しても本発明を適用することができる。すなわち図７に示すように、この場合においては、下面にバンプ３１が形成されたフリップチップ３０がボンディング対象物であり、このフリップチップ３０を基板４にボンディングする際に基板４に生じるボンディングダメージが計測の対象となる。
【００３２】
図７において、基板保持部１は図１に示すものと同様に、基板４が載置された基板ユニット２を保持する。基板保持部１の上方には、ボンディングツール３２およびボンディングツール３２を駆動するツール駆動機構３３を備えたチップボンディング装置３４が配設されている。フリップチップ３０を保持したボンディングツール３２を基板４に対して下降させ、バンプ３１を基板４のボンディングパッド１０に対して押圧するとともに超音波振動を印加することにより、バンプ３１は基板４のボンディングパッド１０に超音波振動と荷重によりボンディングされる。
【００３３】
サブ基板３に形成された端子は、図１と同様に計測手段９及びチップボンディング装置３４の制御部３５に接続される。これにより、前述のワイヤボンディングの例と同様に、ボンディングとともに行われる計測において計測手段９と計測対象として特定された歪みゲージ２０とが選択的に接続される。そして、計測手段９に接続されている歪みゲージ２０に対応したボンディングパッド１０に、フリップチップ３０のバンプ３１がボンディングされる。このフリップチップボンディングの対象となるボンディングパッド１０の位置の指示は、制御部３５によって行われる。
【００３４】
フリップチップボンディングを対象としたボンディングダメージの計測において、図５に示すように追加の計測チャンネルを備えた計測手段９’を増設することにより、ボンディング過程において複数のボンディングパッドを対象として同時に計測を行うことができ、計測作業の効率を向上させることができる。
【００３５】
なお上記実施の形態では、計測用の基板４として、ボンディング用の電極としてのボンディングパッド１０、歪みゲージ２０、スイッチング回路１８および駆動回路１９が、同一の基板４に形成された構成のものを用いているが、スイッチング回路１８および駆動回路１９の機能を基板４と別個に設けるようにしてもよい。この場合には、基板４の各ボンディングパッド１０の位置に設けられた歪みゲージ２０を、信号線２１によって基板４と別個に設けられたスイッチング回路と接続させる。
【００３６】
更に上記実施の形態では、複数の歪みゲージ２０に対して１つの温度検出部２２を共用しているが、各歪みゲージ２０の近傍に、それぞれの歪みゲージ専用の温度検出部２２を設け、スイッチング回路１８により１つの歪みゲージ２０とその近傍の温度検出部２２とを計測手段９に選択的に接続するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することによりボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測装置において、計測手段と歪みゲージを選択的に接続する選択手段と、選択手段によって計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング対象物をボンディングするボンディング手段とを備えたので、ボンディングダメージの要因についてのデータを定量的に効率よく計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の側面図
【図２】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用基板の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用基板の平面図
【図４】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用基板のボンディングパッドの拡大斜視図
【図５】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の制御系の構成を示すブロック図
【図６】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測方法の説明図
【図７】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の側面図
【符号の説明】
１ 基板保持部
４ 基板
５ ワイヤボンディング装置
５ｂ ホーン駆動機構
６ ホーン
７ ワイヤ
７ａ ボール
８ 制御部
９ 計測手段
１０ ボンディングパッド
１０ａ 電極
１８ スイッチング回路
１９ 駆動回路
２０ 歪みゲージ
２１ 信号線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bonding damage measuring apparatus and measuring method used for measuring damage generated on a substrate when an electronic component such as a semiconductor chip is bonded to the substrate.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of electronic components such as semiconductor chips and the mounting of electronic components on a substrate, ultrasonic bonding such as wire bonding and flip chip bonding is frequently used. In this ultrasonic bonding, a bonded interface such as a wire or a bump is pressed against an electrode to be bonded and an ultrasonic vibration is applied to the bonded object to form a bonded interface.
[0003]
In this ultrasonic bonding, since a mechanical load such as a load and ultrasonic vibration acts on the semiconductor chip or substrate to be bonded, if the bonding conditions such as the load and ultrasonic output are not appropriate, cracks, etc. May cause damage. For this reason, in bonding, it is necessary to set appropriate bonding conditions for individual semiconductor chips and substrates. Conventionally, the setting of this joining condition has been performed by a condition finding operation in which a joining portion is evaluated by a peel test after actually performing ultrasonic joining, and an appropriate condition is obtained by trial and error.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional condition setting operation that depends only on the evaluation after bonding, the correspondence between the bonding conditions and the generated damage can be known, but the mechanism of occurrence of damage such as cracks in the bonded portion is specifically identified. For this reason, there is a problem that it is difficult to obtain quantitative data for this purpose, and it is difficult to obtain effective data for setting appropriate bonding conditions and planning damage prevention measures.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bonding damage measuring apparatus and measuring method capable of quantitatively measuring data on the cause of damage occurring in a joint.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The bonding damage measuring apparatus according to claim 1, wherein a bonding gauge is electrically connected to a substrate on which a plurality of bonding pads are formed and a strain gauge is formed corresponding to the position of each bonding pad. A bonding damage measuring device for measuring damage caused to a substrate by bonding by measuring a change by a measuring means, a holding means for holding the substrate, and a measuring means for measuring an electrical change of the strain gauge, And a selection means for selectively connecting the measurement means and the strain gauge, and a bonding means for bonding a bonding object to a bonding pad corresponding to the strain gauge connected to the measurement means by the selection means.
[0007]
The bonding damage measuring apparatus according to claim 2 is the bonding damage measuring apparatus according to claim 1, wherein the selection means includes a signal line connected to the strain gauge and a measurement line connected to the measuring means. A switching circuit for selectively conducting and a driving circuit for driving the switching circuit are provided.
[0008]
The bonding damage measuring device according to claim 3 is the bonding damage measuring device according to claim 2, further comprising an instruction means for instructing a strain gauge corresponding to a bonding pad to be bonded to the drive circuit. It was.
[0009]
5. The bonding damage measuring apparatus according to claim 4, wherein a bonding gauge is electrically connected to a substrate on which a plurality of bonding pads are formed and a strain gauge is formed corresponding to the position of each bonding pad. A bonding damage measuring device for measuring damage caused to a substrate by bonding by measuring a change by a measuring means, a switching circuit for selectively connecting a signal line and a measuring line connected to the strain gauge; Holding means for holding the substrate having a drive circuit for driving the switching circuit, instruction means for instructing the drive circuit to a strain gauge corresponding to a bonding pad to be bonded, and the measurement line through the measurement line A measuring means for measuring an electrical change of the strain gauge; And a bonding means for bonding the bonding object to the bonding pads corresponding to the strain gauge is connected to the measuring means by Display unit.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a bonding gauge measuring method according to claim 5, wherein a bonding object is bonded to a substrate on which a plurality of bonding pads are formed and a strain gauge is formed corresponding to each bonding pad position. A bonding damage measuring method for measuring damage caused to a substrate by bonding by measuring a change by a measuring means, wherein a signal line connected to the strain gauge and a measuring line connected to the measuring means are selectively selected. A first step of driving a switching circuit to be conducted to connect any one of the strain gauges to the measuring means, and a bonding pad corresponding to the strain gauge connected to the measuring means by the bonding means Bonding the object to be bonded and the strain gauge And a second step of measuring by the measuring means an electrical change, and measures the electrical change of the strain gauge in a plurality of bonding pads by repeating said first and second steps.
[0011]
According to the present invention, the electrical change of the strain gauge when the bonding object is bonded to the substrate on which the strain gauge is formed corresponding to the positions of the plurality of bonding pads is measured by the measuring means, thereby being bonded to the substrate. Bonding object is bonded to the bonding pad corresponding to the strain gauge connected to the measuring means by the selecting means, and the selecting means for selectively connecting the measuring means and the strain gauge in the bonding damage measuring device for measuring the generated damage. By providing the bonding means, the data about the cause of the bonding damage can be measured quantitatively and efficiently.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a side view of a bonding damage measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a bonding damage measuring substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged perspective view of the bonding pad of the bonding damage measuring substrate according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is the bonding damage according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a bonding damage measuring method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram of a bonding damage measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a side view.
[0013]
First, the configuration of the bonding damage measuring apparatus will be described with reference to FIG. The bonding damage measuring device measures damage generated on a substrate when wire bonding is performed on the substrate. As described later, the measurement uses a dedicated measurement substrate on which a plurality of bonding pads are formed and a strain gauge is formed corresponding to the position of each bonding pad. In the measurement of damage, an electrical change of a strain gauge when a wire as a bonding object is bonded to the measurement substrate is measured by a measuring means. As a result, a change over time in strain generated in the substrate during the bonding process is required.
[0014]
In FIG. 1, a substrate unit 2 for measuring bonding damage is held on a substrate holding part 1 (holding means). The substrate unit 2 is configured by mounting a measurement substrate 4 for bonding damage (hereinafter simply referred to as “substrate 4”) on a sub-substrate 3 for external connection. At the side of the substrate holding unit 1, a wire bonding apparatus 5 is provided which is configured by mounting a horn driving mechanism 5b on a moving table 5a. The horn 6 is connected to the substrate holding unit 1 from the horn driving mechanism 5b. It extends above. A capillary tool 6a is provided at the tip of the horn 6, and a bonding wire 7 is inserted through the capillary tool 6a.
[0015]
With the ball 7a formed on the lower end of the wire 7, the ball 7a is pressed against the bonding pad of the substrate 4 by the capillary tool 6a, and ultrasonic vibration is applied to the ball 7a by the horn drive mechanism 5b, thereby 7a is bonded to the substrate 4 by the action of ultrasonic vibration and load. By this wire bonding, bumps are formed on the bonding pads of the substrate 4. The horn drive mechanism 5b, the horn 6 and the capillary tool 6a constitute a bonding mechanism (bonding mechanism 23 shown in FIG. 5).
[0016]
In the wire bonding process, the electrical change of the strain gauge formed at the position of the bonding pad is measured by the measuring means 9 connected to the sub-board 3. At this time, among the strain gauges corresponding to the plurality of bonding pads formed on the substrate 4, the strain gauge corresponding to the bonding pad to be wire-bonded is measured by an instruction from the control unit 8 of the wire bonding apparatus 5. 9 is selectively connected. That is, the wire bonding apparatus 5 is a bonding means for bonding a bonding object to the bonding pad 10 corresponding to the strain gauge 20 connected to the measuring means 9.
[0017]
Next, the substrate unit 2 and the substrate 4 will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 4. As shown in FIG. 2, the substrate 4 is placed on the sub-substrate 3. The substrate 4 is made of silicon which is a semiconductor, and a plurality of bonding pads 10 which are electrodes for bonding are formed in a lattice shape on the upper surface of the substrate 4.
[0018]
FIG. 4 shows a state in which one bonding pad 10 is cut out from the substrate 4, and the substrate 4 has a structure in which two insulating layers 4b and 4c are formed on the upper surface of the silicon substrate 4a. The surface of the bonding pad 10 is covered with an electrode 10a made of a conductor, and an elongated strain gauge 20 is formed on the upper surface of the silicon substrate 4a via two insulating layers 4c and 4b below the electrode 10a. Is formed. The strain gauge 20 is a piezoresistive element and can measure minute strains in two axial directions (horizontal direction, that is, a direction parallel to the surface of the substrate 4 and a perpendicular direction perpendicular to this direction).
[0019]
As shown in FIGS. 3 and 4, the strain gauge 20 has a configuration in which a plurality of strain gauges are connected in series by forming a plurality of connection electrodes 20 a at an equal pitch on one resistor element. With such a configuration, it is possible to improve the spatial resolution of strain measurement and reduce the total number of connection electrodes to reduce the number of required measurement channels.
[0020]
A signal line 21 formed at the interface between the insulating layers 4b and 4c (see FIG. 4) is connected to each connection electrode 20a. A signal line 21 of each strain gauge 20 is connected to a switching circuit 18 built in the substrate 4 via a wiring circuit, and a driving circuit 19 similarly built in the substrate 4 is connected to the switching circuit 18. It is connected. That is, on the substrate 4, the bonding pad 10 as a bonding electrode, the strain gauge 20, the switching circuit 18 and the drive circuit 19 are formed on one substrate. Further, a temperature detection unit 22 such as a thermocouple is formed at the center position of the substrate 4, and the temperature of the substrate 4 is also detected at the time of strain measurement, and temperature data for calibrating the variation of the measured value due to the temperature is acquired. Can be done.
[0021]
On two opposite sides of the upper surface of the substrate 4, electrodes 11 and 12 for external connection are formed in a row. The electrode 11 on one side is an electrode for outputting a measurement signal, two electrodes 11 a of the electrodes 11 are connected to the temperature detection unit 22, and the four electrodes 11 b are signals of the strain gauge 20 via the switching circuit 18. Connected with the line. The other row of electrodes 12 is connected to the drive circuit 19.
[0022]
As shown in FIG. 2, the electrodes 11 and 12 of the substrate 4 are connected to the electrodes 13a, 13b and 14 formed on the sub-substrate 3 by wire bonding. The electrodes 13a, 13b, and 14 are further connected to external connection terminals 15a, 15b, and 16 by an internal circuit (not shown). Terminal 15a. Reference numeral 15b is connected to the measuring means 9 by an external wiring (measurement line), and the terminal 16 is connected to the control unit 8 by an external wiring (control wiring).
[0023]
As shown in FIG. 5, in a state where the substrate 4 is connected to the measuring unit 9 and the control unit 8 via the sub-substrate 3, the switching circuit 18 and the temperature detection unit 22 are connected to the measuring unit 9, and the drive circuit 19 is Are connected to the control unit 8. The measuring unit 9 measures an electrical change of the strain gauge 20, that is, a change in resistance value, and measures the temperature of the substrate 4 detected by the temperature detection unit 22.
[0024]
In the measurement of the electrical change of the strain gauge 20 by the measuring means 9, when the drive circuit 19 drives the switching circuit 18, the strain gauge 20 corresponding to the bonding pad 10 on which wire bonding is performed among the plurality of strain gauges 20 and The measuring means 9 is brought into conduction. That is, the switching circuit 18 that selectively connects the signal line 21 connected to the strain gauge 20 and the measurement line connected to the measuring means 9 and the drive circuit 19 that drives the switching circuit 18 include the measuring means 9 and the strain gauge 20. Is a selection means for selectively connecting the two.
[0025]
Then, wire bonding is performed by the bonding mechanism 23 on the bonding pad 10 corresponding to the strain gauge 20 connected to the measuring means 9 by this selecting means. The instruction of the position of the bonding pad 10 to be wire bonded is given by the control unit 8 of the wire bonding apparatus 5. That is, the control unit 8 serves as an instruction unit that instructs the strain gauge 20 corresponding to the bonding pad 10 to be bonded to the drive circuit 19.
[0026]
This bonding damage measuring apparatus is configured as described above, and bonding damage measurement will be described below. In this measurement, a change in the resistance value of the strain gauge 20 when a metal bump is formed on the bonding pad 10 of the substrate by wire bonding is measured by the measuring means 9 to obtain the strain generated at the bonding position.
[0027]
First, a switching circuit that selectively conducts the signal line 21 connected to the strain gauge 20 and the measurement line connected to the measuring means 9 is driven to connect any one of the strain gauges 20 to the measuring means 9. (First step).
[0028]
Next, wire bonding is executed by the wire bonding apparatus 5. That is, the ball 7 a of the wire 7 is bonded to the bonding pad 10 corresponding to the strain gauge 20 connected to the measuring unit 9 by the bonding unit. In this bonding, as shown in FIG. 6, the capillary 7a presses the ball 7a against the bonding pad 10 with a predetermined load, and applies ultrasonic vibration to the ball 7a in the direction of arrow a.
[0029]
In this bonding process, a change in the resistance value of the strain gauge 20 is measured by the measuring means 9 (second process). As a result, a temporal change in the distortion of the substrate 4 immediately below the bonding position is obtained, and the stress state in the horizontal direction and the vertical direction at the measurement position in the bonding process can be known. Can be obtained by measurement.
[0030]
Then, selection of the strain gauge (first step), wire bonding for the bonding pad corresponding to the selected strain gauge, and measurement (second step) for the strain gauge are repeatedly performed. . Thereby, the measurement of the bonding damage in the several bonding pad 10 formed in the same board | substrate 4 can be performed efficiently.
[0031]
In the above description, the bonding mode is wire bonding, and the example in which the ball 7a as a bonding target is bonded to the bonding pad 10 of the substrate 4 has been shown. However, the present invention is also applied to flip chip bonding. can do. That is, as shown in FIG. 7, in this case, the flip chip 30 having the bump 31 formed on the lower surface is an object to be bonded, and bonding damage that occurs on the substrate 4 when the flip chip 30 is bonded to the substrate 4 is caused. It becomes the object of measurement.
[0032]
In FIG. 7, the substrate holding unit 1 holds the substrate unit 2 on which the substrate 4 is placed in the same manner as shown in FIG. A chip bonding apparatus 34 including a bonding tool 32 and a tool driving mechanism 33 that drives the bonding tool 32 is disposed above the substrate holding unit 1. The bonding tool 32 holding the flip chip 30 is lowered with respect to the substrate 4, the bump 31 is pressed against the bonding pad 10 of the substrate 4, and ultrasonic vibration is applied, whereby the bump 31 is bonded to the bonding pad of the substrate 4. 10 is bonded by ultrasonic vibration and load.
[0033]
The terminals formed on the sub-substrate 3 are connected to the measuring means 9 and the control unit 35 of the chip bonding apparatus 34 as in FIG. Thereby, like the above-described example of wire bonding, the measurement means 9 and the strain gauge 20 specified as the measurement target are selectively connected in the measurement performed together with the bonding. Then, the bumps 31 of the flip chip 30 are bonded to the bonding pads 10 corresponding to the strain gauges 20 connected to the measuring means 9. The controller 35 instructs the position of the bonding pad 10 to be flip-chip bonded.
[0034]
In the measurement of bonding damage for flip chip bonding, as shown in FIG. 5, by adding a measuring means 9 ′ having an additional measurement channel, measurement is performed simultaneously on a plurality of bonding pads in the bonding process. And the efficiency of measurement work can be improved.
[0035]
In the above-described embodiment, the measurement substrate 4 has a configuration in which the bonding pad 10 as a bonding electrode, the strain gauge 20, the switching circuit 18 and the drive circuit 19 are formed on the same substrate 4. However, the functions of the switching circuit 18 and the drive circuit 19 may be provided separately from the substrate 4. In this case, the strain gauge 20 provided at the position of each bonding pad 10 on the substrate 4 is connected to a switching circuit provided separately from the substrate 4 by the signal line 21.
[0036]
Furthermore, in the above-described embodiment, one temperature detection unit 22 is shared for a plurality of strain gauges 20, but a temperature detection unit 22 dedicated to each strain gauge is provided in the vicinity of each strain gauge 20 to perform switching. The circuit 18 may selectively connect one strain gauge 20 and the temperature detecting unit 22 in the vicinity thereof to the measuring means 9.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, the electrical change of the strain gauge when the bonding object is bonded to the substrate on which the strain gauge is formed corresponding to the positions of the plurality of bonding pads is measured by the measuring means, thereby being bonded to the substrate. Bonding object is bonded to the bonding pad corresponding to the strain gauge connected to the measuring means by the selecting means, and the selecting means for selectively connecting the measuring means and the strain gauge in the bonding damage measuring device for measuring the generated damage. Therefore, it is possible to quantitatively and efficiently measure data on the cause of bonding damage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a bonding damage measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a bonding damage measuring substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged perspective view of a bonding pad of a bonding damage measurement substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a bonding view according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a control system of a damage measuring apparatus. FIG. 6 is an explanatory diagram of a bonding damage measuring method according to an embodiment of the invention. FIG. 7 is a bonding damage measuring apparatus according to an embodiment of the invention. Side view of [No.]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate holding | maintenance part 4 Board | substrate 5 Wire bonding apparatus 5b Horn drive mechanism 6 Horn 7 Wire 7a Ball 8 Control part 9 Measuring means 10 Bonding pad 10a Electrode 18 Switching circuit 19 Drive circuit 20 Strain gauge 21 Signal line

Claims (5)

複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することにより、ボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測装置であって、前記基板を保持する保持手段と、前記歪みゲージの電気的変化を計測する計測手段と、この計測手段と前記歪みゲージを選択的に接続する選択手段と、前記選択手段によって計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング対象物をボンディングするボンディング手段とを備えたことを特徴とするボンディングダメージの計測装置。By measuring the electrical change of the strain gauge when the bonding object is bonded to the substrate on which a plurality of bonding pads are formed and the strain gauge is formed corresponding to the position of each bonding pad, A bonding damage measuring device for measuring damage generated on a substrate, comprising: a holding means for holding the substrate; a measuring means for measuring an electrical change of the strain gauge; and the measuring means and the strain gauge are selectively used. An apparatus for measuring bonding damage, comprising: selection means for connection; and bonding means for bonding a bonding object to a bonding pad corresponding to a strain gauge connected to the measurement means by the selection means. 前記選択手段が、前記歪みゲージに接続する信号線と前記計測手段に接続する計測線とを選択的に導通させるスイッチング回路と、前記スイッチング回路を駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載のボンディングダメージの計測装置。The selection unit includes a switching circuit that selectively conducts a signal line connected to the strain gauge and a measurement line connected to the measurement unit, and a drive circuit that drives the switching circuit. The bonding damage measuring apparatus according to claim 1. 前記駆動回路に対してボンディング対象となるボンディングパッドに対応した歪みゲージを指示する指示手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のボンディングダメージの計測装置。3. The bonding damage measuring apparatus according to claim 2, further comprising instruction means for instructing a strain gauge corresponding to a bonding pad to be bonded to the drive circuit. 複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することにより、ボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測装置であって、前記歪みゲージに接続された信号線と計測線とを選択的に接続するスイッチング回路とこのスイッチング回路を駆動する駆動回路を有する前記基板を保持する保持手段と、ボンディング対象となるボンディングパッドに対応した歪みゲージを前記駆動回路に対して指示する指示手段と、前記計測線を介して前記歪みゲージの電気的変化を計測する計測手段と、前記指示手段によって前記計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング対象物をボンディングするボンディング手段とを備えたことを特徴とするボンディングダメージの計測装置。By measuring the electrical change of the strain gauge when the bonding object is bonded to the substrate on which a plurality of bonding pads are formed and the strain gauge is formed corresponding to the position of each bonding pad, A bonding damage measuring device for measuring damage generated on a substrate, comprising: a switching circuit that selectively connects a signal line connected to the strain gauge and a measuring line; and a drive circuit that drives the switching circuit. Holding means for holding, an instruction means for instructing the drive circuit of a strain gauge corresponding to a bonding pad to be bonded, a measuring means for measuring an electrical change of the strain gauge via the measurement line, , Distortion connected to the measuring means by the indicating means Bonding damage measuring apparatus characterized by comprising a bonding means for bonding the bonding object to the bonding pads corresponding to the over-di. 複数のボンディングパッドが形成されそれぞれのボンディングパッドの位置に対応して歪みゲージが形成された基板にボンディング対象物をボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測することにより、ボンディングによって基板に生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測方法であって、前記歪みゲージに接続する信号線と前記計測手段に接続する計測線とを選択的に導通させるスイッチング回路を駆動して、前記歪みゲージのうちのいずれか１つを計測手段に接続する第１の工程と、この計測手段に接続されている歪みゲージに対応したボンディングパッドにボンディング手段によりボンディング対象物をボンディングするとともに当該歪みゲージの電気的変化を計測手段により計測する第２の工程とを含み、前記第１の工程と第２の工程とを繰り返すことにより複数のボンディングパッドにおける歪みゲージの電気的変化を計測することを特徴とするボンディングダメージの計測方法。By measuring the electrical change of the strain gauge when the bonding object is bonded to the substrate on which a plurality of bonding pads are formed and the strain gauge is formed corresponding to the position of each bonding pad, A bonding damage measuring method for measuring damage generated on a substrate, wherein the strain gauge is driven by driving a switching circuit for selectively conducting a signal line connected to the strain gauge and a measurement line connected to the measuring means. A bonding step of bonding a bonding object to a bonding pad corresponding to a strain gauge connected to the measurement means by a bonding means, and connecting the electric current of the strain gauge to the measurement means. A second step of measuring the mechanical change by the measuring means; Wherein the first step and the measurement method of bonding damage, characterized by measuring the electrical change of the strain gauge in a plurality of bonding pads by repeating the second step.
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