JP4124883B2 - Wire bonding monitor device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤボンディングモニタ装置に関し、特に、ワイヤボンダの動作に関する信号のうち少なくとも１種類の判断要素によりワイヤボンディングの良否を確実に判定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディングの良否のモニタに関する技術の一例が特開平５−４１４１３号公報に開示されている。
この公報に開示された従来例では、超音波ワイヤボンダの超音波振動を発生するトランスジューサに加えられる電圧と電流とをサンプリングして、該トランスジューサの出力とインピーダンスを算出し、一方、該トランスジューサの出力及びインピーダンスとボンディングの良否の相関関係を予め求めておき、上記算出結果をこの相関関係に照らして、ボンディングの良否を判断している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来例では、トランスジューサの出力及びインピーダンスの関係からボンディングの良否を判断しているので、該トランスジューサに加えられる電圧と電流の両方を測定する必要がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その課題は、ワイヤボンダを駆動する電気信号の種々の要素のうち少なくとも１つの波形を判断することにより、ボンディングの良否の判断を確実に行うことができるワイヤボンディングモニタ装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ボンディングワイヤをボンディングツールの超音波振動によりワークにボンディングするワイヤボンダの動作をモニタするワイヤボンディングモニタ装置であって、前記超音波振動を発生する振動子電流、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、前記ボンディングツール変位又は振動子を駆動する電圧制御周波数可変発信回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧のうち少なくとも１つの測定された波形のうち該波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによってボンディングの良否を判定し、前記波形のうち前記各ウインドウ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置に入力され、Ａ／Ｄ変換回路によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路により予め設定してある基準値と比較処理され、前記ボンディングの良否を判定し、前記複数のウインドウは、４つのウインドウを有し、第１のウインドウは前記波形のピーク付近を示し、第２のウインドウは前記波形のたち下がり付近を示し、第３のウインドウは規定時間経過後の前記波形部分を示し、第４のウインドウはボンディング終了直前の前記波形部分を示していることを特徴とするワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項１記載の発明により、前記超音波振動を発生する振動子電流、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、前記ボンディングツール変位又は振動子を駆動する電圧制御周波数可変発信回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧のうち少なくとも１つの測定された波形のうち該波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによって、前記波形の特徴を検知し、ボンディングワイヤのボンディングが正常に行われた場合の前記波形と比較することによりボンディングの良否を判定することができる。さらに、測定された波形のうち各ウインドウ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置に入力されるから、前記波形を示すグラフ（例えば図３）における時間軸と測定電圧軸により示されるウインドウを基準としてボンディングの良否を判定することができる。さらに、前記波形のうち前記各ウインドウ内にある部分は、ワイヤボンディングモニタ装置に入力され、Ａ／Ｄ変換回路によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路により予め設定してある基準値と比較処理され、前記ボンディングの良否を判定することができる。
さらに、前記波形のピーク付近、前記波形のたち下がり付近、規定時間経過後の前記波形部分およびボンディング終了直前の前記波形によりボンディングの良否を判定できる。
さらに、請求項２記載の発明は、ワイヤボンディングの品質の良否の判定は、第１に予め設定してある複数のウインドウの範囲内に前記測定された波形が入ればボンディング良と判定し、第２に各ウインドウ内の前記測定された波形のピーク、平均、最大値および最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、第３に各ウインドウ内の前記測定された波形の差が、規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、前記各判定を総合して判定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モニタ装置である。
請求項２記載の発明により、第１に予め設定してある複数のウインドウの範囲内に前記測定された波形が入ればボンディング良と判定し、第２に各ウインドウ内の前記測定された波形のピーク、平均、最大値および最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、第３に各ウインドウ内の前記測定された波形の差が、規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、前記各判定を総合して判定することにより、ボンディング品質との相関を高くすることができる。
【０００５】
さらに、請求項３記載の発明は、前記測定された波形は、前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧からなり、前記ワイヤボンダは、電圧制御周波数可変発振回路と超音波振動子と位相比較回路とを有し、前記電圧制御周波数可変発振回路は超音波周波数の交流信号を発振し、前記位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）により制御されて発振周波数が変化する回路からなり、前記超音波振動子に流れる電流を表す電圧（Ｖ3）と前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧（Ｖ1）は前記位相比較回路に入力され、該位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）が前記制御電圧にな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モニタ装置である。
請求項３記載の発明により、前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差が一定になるので、前記電圧制御周波数可変発振回路から電力を超音波振動子に安定的に伝えやすくなっている。
さらに、請求項４記載の発明は、前記制御電圧（Ｖ4）の波形はボンディング終了時に規定の値（Ｖｐ）になり、前記制御電圧（Ｖ4）の波形が設定時間内に前記規定の値（Ｖｐ）になった場合、前記ワイヤボンダにボンディング終了信号を出すことを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項４記載の発明により、ボンディング時間を短縮し、ボンディングに時間をかけ過ぎることによる不良を防止することができる。
さらに、請求項５記載の発明は、前記測定された波形は、前記ボンディングツール変位の波形からなり、前記ワイヤボンダは、前記電圧制御周波数可変発振回路、増幅回路、トランス、超音波振動子、超音波ホーン、前記ボンディングツール、および可変抵抗（ＶＲ1）を有し、前記増幅回路は前記電圧制御周波数可変発振回路の出力電圧を増幅して前記トランスの１次側に供給し、該トランスは１次側に印加された電圧を変圧して、該変圧された電圧を前記超音波振動子に印加し、前記超音波ホーンは前記超音波振動子で発生する超音波振動を前記超音波ホーンの先端に固定された前記ボンディングツールに伝え、前記可変抵抗（ＶＲ1）の両端電圧は、前記ボンディングツールの変位量に応じた電圧となるように接続されてい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モニタ装置である。
請求項５記載の発明により、前記ボンディングツール変位の波形を比較することにより、半導体チップをマウントするリードフレームにワイヤボンダによりボンディングワイヤをボンディングする場合に、リードフレームの剛性不足によるボンディング箇所のボンディング時の撓みによるボンディング不良を判定できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明を実施するワイヤボンダの概略を示し、図２は本願発明の実施の形態に係わるワイヤボンディングモニタ装置を示している。
【０００７】
図１及び図２において、ワイヤボンダ１の主要部は、周波数可変発振回路２、増幅回路３、トランス４、超音波振動子５、超音波ホーン６、ボンディングツール７、トランス８及び位相比較回路９である。
発振回路２は超音波周波数の交流信号を発振する回路であり、後述する比較回路９の出力電圧Ｖ4により制御されて発振周波数が変化する。増幅回路３は発振回路２の出力電圧を増幅し、トランス４の１次側に供給する。
トランス４は１次側に印加された電圧を変圧して超音波振動子５に印加する。なお、コンデンサＣ1は超音波振動子５の入力インピーダンスの位相を調節するためのものである。
超音波ホーン６は超音波振動子５で発生する超音波振動を超音波ホーン６の先端に固定されたボンディングツール７に伝える。ボンディングツール７はボンディングワイヤ２２を超音波ボンディングによりワークとしての半導体チップ２１の電極パッド（又は図示しないリードフレーム）にボンディングする。
【０００８】
トランス８は超音波振動子５に流れる電流（振動子電流）に比例した電流を抵抗Ｒ1に流すように接続されている。このため、抵抗Ｒ1の両端の電圧Ｖ3を測定することにより、前記振動子電流を算出することができる。
発振回路２の発振電圧Ｖ1及び前記電圧Ｖ3は位相比較回路９に入力される。位相比較回路９の出力電圧Ｖ4は発振回路２の発振周波数を制御する電圧になる。
この場合、前記電圧Ｖ1と前記電圧Ｖ3は所定の位相差になるように発振回路２が動作するので、前記電圧Ｖ1と前記振動子電流の位相差は一定となるため、発振回路２から電力を超音波振動子５に安定的に伝え易くなっている。
可変抵抗ＶＲ1の両端電圧は、ボンディングツール７の変位量（矢印７ａ方向の変位量）に応じた電圧となるように接続されている。
【０００９】
このようにして、▲１▼前記振動子電流、▲２▼振動子電力（前記振動子電流と振動子５に印加される電圧Ｖ2より算出する）▲３▼前記電圧Ｖ2と振動子電流との位相差、▲４▼ボンディングツール変位による電圧（可変抵抗ＶＲ1の両端電圧）、▲５▼前記電圧Ｖ4を測定する。
なお、前記振動子電力をＰとし、前記振動子電流をＩとし、前記位相差をθとすると、
Ｐ＝Ｖ2Ｉｃｏｓθ
となる。
【００１０】
図３は、前記各測定電圧等の波形３０を模式的に示している。図３において、横軸は時間を示し、縦軸は測定電圧を示している。図３中にウインドウＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設定されている。ウインドウＡは波形３０のピーク付近を示し、ウインドウＢは波形３０のたち下がり付近を示し、ウインドウＣは規定時間経過後の波形３０を示し、ウインドウＤはボンディング終了直前の波形３０を示している。
【００１１】
上記各測定波形３０のうち各ウインドウＡ〜Ｄ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置１０に入力され、Ａ／Ｄ変換回路１１によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路１２により予め設定してある基準値（ワイヤボンディングが正常に行われたことを示す値）と比較処理され、ワイヤボンディングの品質の良否を判定する。また、表示出力回路１４が判定回路１２の判定結果を図示しない表示装置に出力するとともに、ボンディングの良否の記録を残し、後で確認することができる。
この時、ボンディング品質不良と判断された場合には、良否判定信号出力回路１３がワイヤボンダ１にＮＧ信号をフィードバックし、ワイヤボンダ１を停止させる。
【００１２】
上記▲１▼〜▲５▼の５種類の測定結果（測定した電圧等の波形）は、それぞれ１種類単独でボンディングの良否の判定可能であるが、上記５種類の測定結果（測定した電圧等の信号波形）の複数を総合して判定すると判定精度が一層向上する。
【００１３】
測定した信号波形の判定方法は下記の通りである。
ａ）上述のように予め設定してある複数のウインドウＡ〜Ｄの範囲内に測定波形３０が入ればボンディング良と判定する方法である。
ｂ）各ウインドウＡ〜Ｄ内の測定波形３０のピーク、平均、最大値及び最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定する方法である。
ｃ）各ウインドウＡ〜Ｄ内の測定波形３０の差がある規定の範囲内にあればボンディング良と判定する方法である。
【００１４】
以上、ａ）〜ｃ）を総合して判定すると、ボンディング品質との相関を高くすることができる。
更に、前記５種類の測定波形３０と前記３種類の判定方法の組み合わせでボンディング品質の判定精度を著しく高くすることができる。
【００１５】
図４〜図１１は、前記測定波形３０の実際例を示している。
図４〜図７は、半導体チップ２１の電極パッドにワイヤボンダ１によりボンディングワイヤ２２をボンディングする場合を示している。
図４は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合の振動子電流波形３１と正常な場合の振動子電流波形３１ａ，３１ｂを示している。波形３１ａは平均値プラス３σ（σは標準偏差である。）を示し、波形３１ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３１ａと波形３１ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３１は波形３１ａと波形３１ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１６】
図５は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合の振動子電力波形３２と正常な場合の振動子電力波形３２ａ，３２ｂを示している。波形３２ａは平均値プラス３σを示し、波形３２ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３２ａと波形３２ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３２は波形３２ａと波形３２ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１７】
図６は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合の前記位相差波形３３と正常な場合の前記位相差波形３３ａ，３３ｂを示している。波形３３ａは平均値プラス３σを示し、波形３３ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３３ａ波形と３３ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３３は波形３３ａと波形３３ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１８】
図７は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合のボンディングツール変位波形３４と正常な場合のボンディングツール変位波形３４ａ，３４ｂを示している。波形３４ａは平均値プラス３σを示し、波形３４ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３４ａと波形３４ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３４は波形３４ａと波形３４ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１９】
図８〜図１１は、半導体チップ２１をマウントするリードフレームにワイヤボンダ１によりボンディングワイヤ２２をボンディングする場合を示している。なお、図８〜図１１において、横軸は時間を示し、左側縦軸は前記電圧Ｖ3及び電圧Ｖ4の測定値を示し、右側縦軸はボンディングツール７の変位量を示す電圧（ＶＲ1の両端の電圧）を示している。
図８は、正常な場合のボンディングツール変位波形４１ａ，振動子電流波形４２ａ及び前記電圧Ｖ4波形４３ａを示している。
【００２０】
図９は、リードフレームの固定不良、即ち片持ち梁状に固定されたリードフレームの剛性不足によるボンディング個所のボンディング時の撓みが発生した場合のボンディングツール変位波形４１ｂ，振動子電流波形４２ｂ及び前記電圧Ｖ4波形４３ｂを示している。波形４２ｂ及び波形４３ｂは図８の波形４２ａ及び波形４３ａとそれぞれ明白に異なるので、ボンディング不良と判定される。
【００２１】
図１０は、図９と同様の場合でリードフレームのボンディング個所の撓みが図９の場合よりも著しいときにおけるボンディングツール変位波形４１ｃ，振動電流波形４２ｃ及び前記電圧Ｖ4波形４３ｃを示している。波形４１ｃ，波形４２ｃ及び波形４３ｃは図８の波形４１ａ，波形４２ａ及び波形４３ａとそれぞれ明白に異なるので、ボンディング不良と判定される。
【００２２】
図１１は、汚れとしての油がリードフレームのボンディング個所に付着した場合におけるボンディングツール変位波形４１ｄ，振動子電流波形４２ｄ及び前記電圧Ｖ4波形４３ｄを示している。波形４２ｄ及び波形４３ｄは図８の波形４２ａ及び波形４３ａとそれぞれ明白に異なるので、ボンディング不良と判定される。
【００２３】
更に、上記波形の特徴とボンディング不良の原因（ワークの汚れ、ワークの固定不良、ワークの剛性不足、ボンディング設備調整不良）には、明確な相関があり、モニタ装置１０にて不良と判断された時には、前記測定波形内容からボンディング不良の原因が導かれるため、判定回路１２のロジックの構成によりボンディング不良の解析装置として応用できる。
【００２４】
更に、ボンディングモニタ装置１０は下記事項が可能となる。
図１２に示すように、周波数制御電圧Ｖ4の波形５１はボンディング終了時規定の値Ｖpになる。しかし、周波数制御電圧Ｖ4の波形５２のように設定時間内にその値ＶPになった場合、モニタ装置１０からワイヤボンダ１にボンディング終了信号を出すことによりボンディング時間を短縮し、ボンディングに時間をかけ過ぎることによる不良を防止することができる。
また、モニタされる測定波形によりボンディング不良と判定された時、その波形がＯＫ範囲（ボンディング良の範囲）になるよう振動子５の超音波出力、発振回路２の発振時間、ボンディングツール７のボンディングワイヤ２２に対する荷重を変化させるようワイヤボンダ１へ信号を出しボンディングを正常化させボンディング不良をなくすことができる。
【００２５】
【発明の効果】
本願発明に係わるワイヤボンディングモニタ装置によれば、ボンディングワイヤをボンディングツールの超音波振動によりワークにボンディングするワイヤボンダの動作の良否をリアルタイムで精度良く判定することができる。
このため、ワイヤボンダによるワイヤボンディング作業の能率を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施に使用するワイヤボンダの概略図である。
【図２】本願発明の実施の形態の概略を示す図である。
【図３】該実施の形態に係わるモニタ画面の模式的な例を示す図である。
【図４】該実施の形態に係わるモニタ画面の第１実際例を示す図である。
【図５】該実施の形態に係わるモニタ画面の第２実際例を示す図である。
【図６】該実施の形態に係わるモニタ画面の第３実際例を示す図である。
【図７】該実施の形態に係わるモニタ画面の第４実際例を示す図である。
【図８】該実施の形態に係わるモニタ画面の第５実際例を示す図である。
【図９】該実施の形態に係わるモニタ画面の第６実際例を示す図である。
【図１０】該実施の形態に係わるモニタ画面の第７実際例を示す図である。
【図１１】該実施の形態に係わるモニタ画面の第８実際例を示す図である。
【図１２】該実施の形態の他の測定波形を示す図である。
【符号の説明】
１ ワイヤボンダ
２ 発振回路
５ 振動子
７ ボンディングツール
１０ ワイヤボンディングモニタ装置
２１ 半導体チップ
２２ ボンディングワイヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wire bonding monitor device, and more particularly to a technique for reliably determining the quality of wire bonding using at least one type of determination element among signals related to the operation of a wire bonder.
[0002]
[Prior art]
An example of a technique related to wire bonding quality monitoring is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-41413.
In the conventional example disclosed in this publication, the voltage and current applied to a transducer that generates ultrasonic vibrations of an ultrasonic wire bonder are sampled to calculate the output and impedance of the transducer, while the output and the transducer The correlation between the impedance and the bonding quality is obtained in advance, and the bonding result is judged based on the correlation between the above calculation results.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, since the quality of bonding is determined from the relationship between the output of the transducer and the impedance, it is necessary to measure both the voltage and current applied to the transducer.
The present invention has been made in view of the above points, and the problem is that it is possible to reliably determine whether or not bonding is good by determining at least one waveform among various elements of an electric signal that drives the wire bonder. It is providing the wire bonding monitor apparatus which can be performed.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is a wire bonding monitor device for monitoring the operation of a wire bonder for bonding a bonding wire to a workpiece by ultrasonic vibration of a bonding tool, and generates the ultrasonic vibration. transducer current, the phase difference between the oscillator current and the transducer voltage, the oscillator power, and the bonding tool displacement or phase between the oscillator current of the oscillation voltage of the voltage controlled variable frequency oscillation circuit that drives the vibrator phase Determining whether the bonding is good or not by monitoring the portion of the control voltage that makes the difference constant at least one of the measured waveforms within a plurality of windows at predetermined positions on the graph indicating the waveform, The portion of each waveform in the window is input to the wire bonding monitor during bonding. A / D conversion is performed in real time by an A / D conversion circuit, and comparison processing is performed with a reference value set in advance by an algorithm determination circuit to determine whether the bonding is good or not. The plurality of windows have four windows. The first window shows the vicinity of the peak of the waveform, the second window shows the vicinity of the falling edge of the waveform, the third window shows the waveform portion after the lapse of the specified time, and the fourth window is the bonding The wire bonding monitor device is characterized by showing the waveform portion immediately before the end.
According to the first aspect of the present invention, the transducer current that generates the ultrasonic vibration, the phase difference between the transducer current and the transducer voltage , the transducer power , the bonding tool displacement, or the voltage control frequency variable that drives the transducer. Within a plurality of windows at predetermined positions on a graph showing at least one of the measured waveforms of the control voltage that makes the difference between the phase of the oscillation voltage of the transmission circuit and the phase of the vibrator current constant. By monitoring a certain portion, the characteristics of the waveform can be detected, and the quality of the bonding can be determined by comparing with the waveform when the bonding wire is normally bonded. Furthermore, since the portion in each window of the measured waveform is input to the wire bonding monitor device during bonding, the window indicated by the time axis and the measurement voltage axis in the graph showing the waveform (for example, FIG. 3) is displayed. The quality of bonding can be determined as a reference. Further, the portion of the waveform within each window is input to the wire bonding monitor device, A / D converted in real time by the A / D conversion circuit, and compared with the reference value preset by the algorithm determination circuit. It is processed and the quality of the said bonding can be determined.
Furthermore, the quality of bonding can be determined based on the vicinity of the peak of the waveform, the vicinity of the falling of the waveform, the waveform portion after the lapse of a specified time, and the waveform immediately before the end of bonding.
Further, in the invention according to claim 2, the quality of the wire bonding is judged to be good if the measured waveform falls within the range of a plurality of windows set in advance. If the peak, average, maximum value and minimum value of the measured waveform in each window are within a prescribed range, it is determined that the bonding is good, and third, the difference between the measured waveforms in each window is 2. The wire bonding monitor device according to claim 1, wherein if it is within a prescribed range, it is determined that the bonding is good, and the respective determinations are collectively determined.
According to the second aspect of the present invention, first, if the measured waveform falls within a range of a plurality of preset windows, it is determined that the bonding is good, and second, the measured waveform in each window is determined. If the peak, average, maximum value, and minimum value are within the specified range, it is determined that the bonding is good. Third, if the measured waveform difference in each window is within the specified range, it is determined that the bonding is good. In addition, by making a comprehensive determination of each of the above determinations, the correlation with the bonding quality can be increased.
[0005]
Further, the invention of claim 3, wherein, the measured waveform becomes a difference between the voltage controlled variable frequency oscillator of the phase and the vibrator current of the oscillating voltage of the phase from the control voltage to be constant, the wire bonder Includes a voltage-controlled frequency variable oscillation circuit, an ultrasonic transducer, and a phase comparison circuit. The voltage-controlled frequency variable oscillation circuit oscillates an alternating current signal having an ultrasonic frequency and outputs an output voltage (V 4) of the phase comparison circuit. ), The voltage (V 3 ) representing the current flowing through the ultrasonic transducer and the oscillation voltage (V 1 ) of the voltage controlled frequency variable oscillation circuit are supplied to the phase comparison circuit. is input, a wire bonding monitoring system according to claim 1, wherein the phase comparison circuit of the output voltage (V 4) is the control voltage.
According to the third aspect of the present invention, since the difference between the phase of the oscillation voltage of the voltage controlled frequency variable oscillation circuit and the phase of the transducer current is constant, power is transmitted from the voltage controlled frequency variable oscillation circuit to the ultrasonic transducer. It is easy to convey to the stable.
Further, the invention of claim 4 wherein the waveform of the control voltage (V 4) will be the value defined during bonding ends (Vp), the prescribed value waveform within the set time of the control voltage (V 4) 4. The wire bonding monitor device according to claim 3 , wherein when it becomes (Vp), a bonding end signal is output to the wire bonder.
According to the fourth aspect of the present invention, the bonding time can be shortened and defects caused by taking too much time for bonding can be prevented.
Further, in the invention described in claim 5 , the measured waveform is a waveform of the bonding tool displacement, and the wire bonder includes the voltage control frequency variable oscillation circuit, an amplification circuit, a transformer, an ultrasonic transducer, an ultrasonic wave The amplifier circuit includes a horn, the bonding tool, and a variable resistor (VR 1 ). The amplifier circuit amplifies the output voltage of the voltage controlled frequency variable oscillation circuit and supplies the amplified voltage to the primary side of the transformer. The voltage applied to the side is transformed, the transformed voltage is applied to the ultrasonic transducer, and the ultrasonic horn transmits ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer to the tip of the ultrasonic horn. transmitted to fixed the bonding tool, the voltage across the variable resistor (VR 1) is especially that they are connected in a voltage corresponding to a displacement amount of the bonding tool A wire bonding monitoring system of claim 1 wherein.
According to the fifth aspect of the present invention, when bonding wires are bonded to a lead frame on which a semiconductor chip is mounted by using a wire bonder by comparing waveforms of the bonding tool displacement, bonding at a bonding portion due to insufficient rigidity of the lead frame is performed. Bonding failure due to flexure can be determined.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a wire bonder for carrying out the present invention, and FIG. 2 shows a wire bonding monitor apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0007]
1 and 2, the main part of the wire bonder 1 is a variable frequency oscillation circuit 2, an amplification circuit 3, a transformer 4, an ultrasonic transducer 5, an ultrasonic horn 6, a bonding tool 7, a transformer 8, and a phase comparison circuit 9. is there.
The oscillation circuit 2 is a circuit that oscillates an alternating current signal having an ultrasonic frequency, and the oscillation frequency changes by being controlled by an output voltage V 4 of a comparison circuit 9 described later. The amplifier circuit 3 amplifies the output voltage of the oscillation circuit 2 and supplies it to the primary side of the transformer 4.
The transformer 4 transforms the voltage applied to the primary side and applies it to the ultrasonic transducer 5. The capacitor C 1 is for adjusting the phase of the input impedance of the ultrasonic transducer 5.
The ultrasonic horn 6 transmits the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 5 to the bonding tool 7 fixed to the tip of the ultrasonic horn 6. The bonding tool 7 bonds the bonding wire 22 to an electrode pad (or a lead frame (not shown)) of the semiconductor chip 21 as a workpiece by ultrasonic bonding.
[0008]
The transformer 8 is connected so that a current proportional to the current flowing through the ultrasonic transducer 5 (vibrator current) flows through the resistor R 1 . For this reason, the vibrator current can be calculated by measuring the voltage V 3 across the resistor R 1 .
The oscillation voltage V 1 of the oscillation circuit 2 and the voltage V 3 are input to the phase comparison circuit 9. The output voltage V 4 of the phase comparison circuit 9 is a voltage that controls the oscillation frequency of the oscillation circuit 2.
In this case, since the oscillation circuit 2 operates so that the voltage V 1 and the voltage V 3 have a predetermined phase difference, the phase difference between the voltage V 1 and the vibrator current is constant. Therefore, it is easy to stably transmit power to the ultrasonic transducer 5.
The voltage across the variable resistor VR 1 is connected so as to be a voltage corresponding to the amount of displacement of the bonding tool 7 (the amount of displacement in the direction of the arrow 7a).
[0009]
Thus, (1) the transducer current, (2) transducer power (calculated from the transducer current and the voltage V 2 applied to the transducer 5), (3) the voltage V 2 and the transducer current. the phase difference between, ▲ 4 ▼ voltage by the bonding tool displacement (the voltage across the variable resistor VR 1), ▲ 5 ▼ measuring the voltage V 4.
When the vibrator power is P, the vibrator current is I, and the phase difference is θ,
P = V 2 I cos θ
It becomes.
[0010]
FIG. 3 schematically shows a waveform 30 of each of the measurement voltages. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the measured voltage. In FIG. 3, windows A, B, C, and D are set. Window A shows the vicinity of the peak of the waveform 30, window B shows the vicinity of the falling of the waveform 30, window C shows the waveform 30 after the lapse of the specified time, and window D shows the waveform 30 immediately before the end of bonding.
[0011]
Of the measured waveforms 30, the portions in the windows A to D are input to the wire bonding monitor device 10 during bonding, A / D converted in real time by the A / D conversion circuit 11, and preliminarily processed by the algorithm determination circuit 12. It is compared with a set reference value (a value indicating that the wire bonding has been performed normally), and the quality of the wire bonding is determined. In addition, the display output circuit 14 outputs the determination result of the determination circuit 12 to a display device (not shown), and the bonding quality can be recorded and confirmed later.
At this time, if it is determined that the bonding quality is poor, the pass / fail determination signal output circuit 13 feeds back an NG signal to the wire bonder 1 to stop the wire bonder 1.
[0012]
The above five types of measurement results (1) to (5) (waveforms of measured voltage, etc.) can be determined by each type alone, but the quality of bonding can be determined. The determination accuracy is further improved by determining a plurality of signal waveforms.
[0013]
The method for determining the measured signal waveform is as follows.
a) This is a method for determining that the bonding is good if the measurement waveform 30 falls within the range of the plurality of windows A to D set in advance as described above.
b) A method of determining that bonding is good if the peak, average, maximum value, and minimum value of the measurement waveform 30 in each of the windows A to D are within a specified range.
c) This is a method of determining that bonding is good if the difference between the measured waveforms 30 in the windows A to D is within a specified range.
[0014]
As described above, when a) to c) are comprehensively determined, the correlation with the bonding quality can be increased.
Furthermore, the determination accuracy of bonding quality can be remarkably increased by the combination of the five types of measurement waveforms 30 and the three types of determination methods.
[0015]
4 to 11 show actual examples of the measurement waveform 30. FIG.
4 to 7 show the case where the bonding wire 22 is bonded to the electrode pad of the semiconductor chip 21 by the wire bonder 1.
FIG. 4 shows a transducer current waveform 31 when the bonding strength is weak because the electrode pad of the semiconductor chip 22 is dirty and the transducer current waveforms 31a and 31b are normal. A waveform 31a represents an average value plus 3σ (σ is a standard deviation), and a waveform 31b represents an average value minus 3σ. For this reason, the range between the waveform 31a and the waveform 31b is a range in which bonding is good.
Since the waveform 31 is not between the waveform 31a and the waveform 31b, it indicates a bonding failure.
[0016]
FIG. 5 shows the transducer power waveform 32 when the bonding strength is weak because the electrode pad of the semiconductor chip 22 is dirty and the transducer power waveforms 32a and 32b are normal. The waveform 32a shows the average value plus 3σ, and the waveform 32b shows the average value minus 3σ. For this reason, the range between the waveform 32a and the waveform 32b is a range in which bonding is good.
Since the waveform 32 is not between the waveform 32a and the waveform 32b, it indicates a bonding failure.
[0017]
FIG. 6 shows the phase difference waveform 33 when the electrode pad of the semiconductor chip 22 is dirty and the bonding strength is weak, resulting in bonding failure, and the phase difference waveforms 33a and 33b when normal. A waveform 33a shows an average value plus 3σ, and a waveform 33b shows an average value minus 3σ. For this reason, the range between the waveform 33a and the waveform 33b is a range in which bonding is good.
Since the waveform 33 is not between the waveform 33a and the waveform 33b, it indicates a bonding failure.
[0018]
FIG. 7 shows a bonding tool displacement waveform 34 when the electrode pad of the semiconductor chip 22 is dirty and bonding strength is weak and bonding failure occurs, and bonding tool displacement waveforms 34a and 34b when normal. A waveform 34a indicates an average value plus 3σ, and a waveform 34b indicates an average value minus 3σ. For this reason, the range between the waveform 34a and the waveform 34b is a range in which bonding is good.
Since the waveform 34 is not between the waveform 34a and the waveform 34b, it indicates a bonding failure.
[0019]
8 to 11 show a case where the bonding wire 22 is bonded to the lead frame on which the semiconductor chip 21 is mounted by the wire bonder 1. 8 to 11, the horizontal axis indicates time, the left vertical axis indicates measured values of the voltage V 3 and the voltage V 4 , and the right vertical axis indicates a voltage (VR 1) indicating the displacement amount of the bonding tool 7. The voltage at both ends is shown.
Figure 8 shows a bonding tool displacement waveform 41a, the vibrator current waveforms 42a and the voltage V 4 waveform 43a of the normal case.
[0020]
FIG. 9 shows a bonding tool displacement waveform 41b, a transducer current waveform 42b, and the above-mentioned when the bending at the bonding portion occurs due to poor fixing of the lead frame, that is, due to insufficient rigidity of the lead frame fixed in a cantilever shape. A voltage V 4 waveform 43b is shown. Since the waveform 42b and the waveform 43b are clearly different from the waveform 42a and the waveform 43a in FIG. 8, respectively, it is determined that the bonding is defective.
[0021]
Figure 10 shows a bonding tool displacement waveforms 41c, oscillating current waveform 42c and the voltage V 4 waveform 43c in case significant than the deflection of the bonding points of the lead frame of FIG. 9 in the case similar to FIG. Since the waveform 41c, the waveform 42c, and the waveform 43c are clearly different from the waveform 41a, the waveform 42a, and the waveform 43a of FIG. 8, it is determined that the bonding is defective.
[0022]
Figure 11 is the oil of the stain indicates the bonding tool displacement waveform 41d, vibrator current waveform 42d and the voltage V 4 waveform 43d when adhered to the bonding point of the lead frame. The waveform 42d and the waveform 43d are clearly different from the waveform 42a and the waveform 43a in FIG.
[0023]
Furthermore, there is a clear correlation between the characteristics of the above waveform and the cause of bonding failure (work dirt, work fixing failure, work rigidity inadequate, bonding equipment adjustment failure), and the monitor device 10 determined that it was defective. In some cases, the cause of bonding failure is derived from the content of the measurement waveform, so that it can be applied as a bonding failure analysis device depending on the logic configuration of the determination circuit 12.
[0024]
Furthermore, the bonding monitor device 10 can perform the following items.
As shown in FIG. 12, the waveform 51 of the frequency control voltage V 4 has a prescribed value V p at the end of bonding. However, when it becomes the value V P within the set time, as the waveform 52 of the frequency control voltage V 4, to shorten the bonding time by issuing a bonding end signal from the monitoring device 10 in a wire bonder 1, the time bonding Defects due to excessive application can be prevented.
Further, when it is determined that the bonding is defective based on the measured waveform to be monitored, the ultrasonic output of the vibrator 5, the oscillation time of the oscillation circuit 2, and the bonding of the bonding tool 7 so that the waveform falls within the OK range (bonding good range). A signal can be sent to the wire bonder 1 to change the load on the wire 22 to normalize the bonding and eliminate the bonding failure.
[0025]
【The invention's effect】
According to the wire bonding monitor device according to the present invention, it is possible to accurately determine in real time whether the wire bonder that bonds the bonding wire to the workpiece by the ultrasonic vibration of the bonding tool is good or bad.
For this reason, the efficiency of the wire bonding operation by the wire bonder can be remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a wire bonder used in the practice of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic example of a monitor screen according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a first actual example of a monitor screen according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a second actual example of the monitor screen according to the embodiment;
FIG. 6 is a diagram showing a third actual example of the monitor screen according to the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a fourth actual example of the monitor screen according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a fifth actual example of the monitor screen according to the embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a sixth actual example of the monitor screen according to the embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a seventh actual example of a monitor screen according to the embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing an eighth actual example of a monitor screen according to the embodiment;
FIG. 12 is a diagram showing another measurement waveform of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wire bonder 2 Oscillation circuit 5 Vibrator 7 Bonding tool 10 Wire bonding monitor apparatus 21 Semiconductor chip 22 Bonding wire

Claims (5)

ボンディングワイヤをボンディングツールの超音波振動によりワークにボンディングするワイヤボンダの動作をモニタするワイヤボンディングモニタ装置であって、
前記超音波振動を発生する振動子電流、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、前記ボンディングツール変位又は振動子を駆動する電圧制御周波数可変発信回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧のうち少なくとも１つの測定された波形のうち該波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによってボンディングの良否を判定し、
前記波形のうち前記各ウインドウ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置に入力され、Ａ／Ｄ変換回路によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路により予め設定してある基準値と比較処理され、前記ボンディングの良否を判定し、
前記複数のウインドウは、４つのウインドウを有し、第１のウインドウは前記波形のピーク付近を示し、第２のウインドウは前記波形のたち下がり付近を示し、第３のウインドウは規定時間経過後の前記波形部分を示し、第４のウインドウはボンディング終了直前の前記波形部分を示していることを特徴とするワイヤボンディングモニタ装置。A wire bonding monitor device for monitoring the operation of a wire bonder for bonding a bonding wire to a workpiece by ultrasonic vibration of a bonding tool,
The transducer current that generates the ultrasonic vibration, the phase difference between the transducer current and the transducer voltage , transducer power , the displacement of the bonding tool or the oscillation voltage phase of the voltage control frequency variable transmission circuit that drives the transducer Bonding is performed by monitoring a portion in a plurality of windows at predetermined positions on a graph showing the waveform of at least one measured waveform of the control voltage that makes the difference from the phase of the transducer current constant. The quality of the
The portion in each window of the waveform is input to the wire bonding monitor device during bonding, A / D converted in real time by the A / D conversion circuit, and compared with the reference value preset by the algorithm determination circuit Processed to determine the quality of the bonding,
The plurality of windows have four windows, the first window shows the vicinity of the peak of the waveform, the second window shows the vicinity of the falling edge of the waveform, and the third window after a specified time has elapsed. The wire bonding monitor device, wherein the waveform portion is shown, and the fourth window shows the waveform portion immediately before the end of bonding. ワイヤボンディングの品質の良否の判定は、第１に予め設定してある複数のウインドウの範囲内に前記測定された波形が入ればボンディング良と判定し、第２に各ウインドウ内の前記測定された波形のピーク、平均、最大値および最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、第３に各ウインドウ内の前記測定された波形の差が、規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、前記各判定を総合して判定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モニタ装置。  The quality of the wire bonding is judged to be good if the measured waveform falls within the range of a plurality of windows set in advance, and secondly the measured in each window. If the peak, average, maximum value, and minimum value of the waveform are within the specified range, it is determined that the bonding is good. Third, if the measured waveform difference in each window is within the specified range, the bonding is good. The wire bonding monitor device according to claim 1, wherein the determination is made by comprehensively determining each of the determinations. 前記測定された波形は、前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧からなり、前記ワイヤボンダは、電圧制御周波数可変発振回路と超音波振動子と位相比較回路とを有し、前記電圧制御周波数可変発振回路は超音波周波数の交流信号を発振し、前記位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）により制御されて発振周波数が変化する回路からなり、前記超音波振動子に流れる電流を表す電圧（Ｖ3）と前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧（Ｖ1）は前記位相比較回路に入力され、該位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）が前記制御電圧にな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モニタ装置。The measured waveform is composed of a control voltage that makes the difference between the phase of the oscillation voltage of the voltage controlled frequency variable oscillation circuit and the phase of the vibrator current constant, and the wire bonder is connected to the voltage controlled frequency variable oscillation circuit. The voltage control frequency variable oscillation circuit oscillates an ultrasonic signal having an ultrasonic frequency and is controlled by the output voltage (V 4 ) of the phase comparison circuit to change the oscillation frequency. A voltage (V 3 ) representing a current flowing through the ultrasonic transducer and an oscillation voltage (V 1 ) of the voltage control frequency variable oscillation circuit are input to the phase comparison circuit, and an output voltage of the phase comparison circuit The wire bonding monitor apparatus according to claim 1, wherein (V 4 ) is the control voltage. 前記制御電圧（Ｖ4）の波形はボンディング終了時に規定の値（Ｖｐ）になり、前記制御電圧（Ｖ4）の波形が設定時間内に前記規定の値（Ｖｐ）になった場合、前記ワイヤボンダにボンディング終了信号を出すことを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディングモニタ装置。The waveform of the control voltage (V 4 ) becomes a specified value (Vp) at the end of bonding, and when the waveform of the control voltage (V 4 ) reaches the specified value (Vp) within a set time, the wire bonder 4. The wire bonding monitor apparatus according to claim 3, wherein a bonding end signal is output to the wire bonding monitor. 前記測定された波形は、前記ボンディングツール変位の波形からなり、前記ワイヤボンダは、前記電圧制御周波数可変発振回路、増幅回路、トランス、超音波振動子、超音波ホーン、前記ボンディングツール、および可変抵抗（ＶＲ1）を有し、前記増幅回路は前記電圧制御周波数可変発振回路の出力電圧を増幅して前記トランスの１次側に供給し、該トランスは１次側に印加された電圧を変圧して、該変圧された電圧を前記超音波振動子に印加し、前記超音波ホーンは前記超音波振動子で発生する超音波振動を前記超音波ホーンの先端に固定された前記ボンディングツールに伝え、前記可変抵抗（ＶＲ1）の両端電圧は、前記ボンディングツールの変位量に応じた電圧となるように接続されてい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モニタ装置。The measured waveform is a waveform of the bonding tool displacement, and the wire bonder includes the voltage control frequency variable oscillation circuit, an amplification circuit, a transformer, an ultrasonic transducer, an ultrasonic horn, the bonding tool, and a variable resistor ( VR 1 ), and the amplifier circuit amplifies the output voltage of the voltage controlled frequency variable oscillation circuit and supplies the amplified voltage to the primary side of the transformer. The transformer transforms the voltage applied to the primary side. Applying the transformed voltage to the ultrasonic transducer, and transmitting the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer to the bonding tool fixed to the tip of the ultrasonic horn, variable voltage across the resistor (VR 1) is Waiyabo according to claim 1, characterized in that it is connected in a voltage corresponding to a displacement amount of the bonding tool Funding monitoring device.
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