JP4234688B2 - ボンディング方法およびボンディング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被ボンディング部品としてのワーク、すなわち半導体部品（ＩＣチップ）等にボール、ワイヤ等の接合を行うボンディング方法およびボンディング装置に関し、特にボンディング時におけるボールまたはワイヤの潰し量の制御が可能なボンディング方法およびボンディング装置に関する。
従来、この種のボンディング装置は、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）などからなるワイヤを用いて第１ボンディング点となるＩＣチップ上の電極（パッド）と、第２ボンディング点となるリードとの接続や、半導体ウエハ上にワイヤによって突起電極の形成を行うワイヤボンディング装置が知られている。
ワイヤボンディング装置は、ボンディングアームの先端に取り付けられたキャピラリから送り出したワイヤの先端と放電電極（電気トーチ）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部を溶融してキャピラリ内に挿通されたワイヤの先端にボールを形成する。そしてキャピラリの先端に保持されたボールを前記第１ボンディング点に当接させつつ、超音波振動、荷重印加手段、並びにボンディングステージが有する加熱手段を併用して前記第１ボンディング点に対してワイヤを接続した後、所定のワイヤループコントロールに従ってワイヤを引き出しながら前記第２ボンディング点であるリードにワイヤを接続する。このとき、超音波振動、荷重印加手段、並びにボンディングステージが有する加熱手段を併用して接続を行う。
図７（ａ）乃至（ｄ）は、従来のワイヤボンディング装置によるＩＣチップ上の電極とリードとの接続を行うワイヤボンディング工程の説明図である。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、キャピラリ６の先端に送り出したワイヤ１２の先端と放電電極１３との間で放電を一定の時間起こさせてワイヤ１２の先端を溶融してボール１４を形成しキャピラリ６の先端で保持する。そしてキャピラリ６を第１ボンディング点となるＩＣチップ１７のパッド１７ａの直上に位置させる。
次に、キャピラリ６を下降させキャピラリ６の先端のボール１４がパッド１７ａに接地したことを検出後、所定のボンディング荷重を加えると同時にキャピラリ６の先端に対してボンディングアームの超音波ホーン（図示せず）を介して超音波振動を印加して、図７（ｃ）に示すように、所定の圧着径Ｄ及び所定の圧着厚Ｗｄとなるようにボール１４を押しつぶし、このボール１４をパッド１７ａに圧接してワイヤ１２をパッド１７ａに接続する。このとき前記ＩＣチップ１７が貼着されてなるリードフレームは、ボンディングステージに載置されているので下方から加熱手段により加熱されている。
続いて図７（ｄ）に示すように、キャピラリ６を所定のループコントロールに従って上昇または下降させ、第２ボンディング点となるリード１６の方向に移動させてキャピラリ６の先端のワイヤ１２がリード１６に接地したことを検出後、所定のボンディング荷重を加えると同時にキャピラリ６の先端に対して図示せぬ超音波ホーンを介して超音波振動を印加してリード１６に対しワイヤ１２を接続する。このとき前記リード１６を有するリードフレームは、ボンディングステージに載置されているので下方から加熱手段により加熱されている。
その後キャピラリ６を上昇させ、キャピラリ６の先端にワイヤ１２を所定の長さまで送り出してあらかじめ設定したキャピラリ６の上昇位置でカットクランプ７を閉じてリード１６上のワイヤ１２をカットしてキャピラリ６の先端にワイヤ１２を所定の長さ（ワイヤフィード量）伸長し、一回のボンディング作業が終了する。
そして図７（ａ）に示すように、キャピラリ６を再び放電電極１３に対向させて、キャピラリ６から送り出したワイヤ１２の先端と放電電極１３との間に高電圧を印加しワイヤ１２の先端にボール１４を形成して、次のボンディングを行う。
前述した図７（ａ）乃至（ｄ）に示す工程によりワイヤボンディング接続を行うが、前記リードフレームに貼着されてなるＩＣチップ１７は、樹脂、半田、金などの導電性の接合材で貼着されているため、ＩＣチップ１７の貼着時に接合材の厚さがばらつき、リードフレーム等に貼着されたＩＣチップ１７の表面の高さが各ＩＣチップ１７毎に異なっている。他方、リード１６についてもリード部材のばらつき、リードの反り等によりリード１６の表面の高さが各リード１６毎に異なっている。
従って、ボール１４がパッド１７ａ、またはワイヤ１２がリード１６に接地したことを各パッド１７ａまたは各リード１６毎に検出する。このパッド１７ａまたはリード１６への接地を検出する方法としては、特許文献１に開示されているものが知られている。
特開平７−２６３４７９
従来のボンディング装置は、図７（ｃ）に示すように、所定のボール圧着径Ｄ及び所定のボール圧着厚Ｗｄとなるボンディング形状を得るために、キャピラリ６の先端に加える超音波パワー、超音波印加時間、及びボンディング点に対するキャピラリ６によって加えられる荷重等の各要素を操作者がボンディングの条件設定を行う際に随時種々の設定を行っている。
そして、前記設定を行うための仮のＩＣチップ及びリードフレームを用意してボンディングを行い、ボール圧着径Ｄとボール圧着厚Ｗｄが所望の範囲内になる超音波パワー、超音波印加時間及び荷重を選定する。
しかしながら、ＩＣチップ１７をリードフレームに貼着する際の接合材の塗布状態が不均一であったり、接合材の厚さがばらつくと、ＩＣチップ１７毎または同一ＩＣチップ１７内の辺におけるボール１４の圧接時の超音波の印加による超音波振動の負荷の変動が、発生することがある。
前記超音波振動の負荷の変動が発生すると、ボール圧接時のボールの変形の進行が変化し、ボール圧着径、圧着厚のばらつきを招く恐れがある。
特に最近のように、ＩＣの多ピン化による隣接パッド間の間隔の縮小化や、小パッド化が進む状況下ではボール圧着形状の均一化が望まれている。
また、リードにワイヤを接合する場合には、ワイヤの潰れすぎによるワイヤの切断等が発生したり、ワイヤが潰れずに不着が発生したりすることがある。
そこで、本発明は従来技術の欠点に鑑みてなされたものであつて、接合用パラメータとは別に潰し用のパラメータを設けるようにして、パッド上でのボールの潰し量またはリード上でのワイヤの潰し量のデータを入力し、キャピラリのワークタッチの位置からのキャピラリの沈み込み量と前もって設定した潰し量との比較演算を行い、ボンディング中のキャピラリの沈み込み量が、前もって設定した潰し量未満のときには、潰し用パラメータの超音波パワー及び荷重を印加して、キャピラリの沈み込み量が略一定になるようにすることにより、所定の圧着厚でボンディングを行うことが可能なボンディング方法およびボンディング装置を提供することを目的とする。
本発明によるボンディング方法は、ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記接合用パラメータの超音波印加時間経過後にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を検出するステップとを備え、検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量未満のときには、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記潰し用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が最小潰し量以上となるように制御することを特徴とする。
また、本発明によるボンディング方法は、ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記潰し用パラメータの超音波印加時間中にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を常時または一定時間間隔で検出するステップとを備え、検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量以上になったときに、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記接合用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最大潰し量以内となるように制御することを特徴とする。
本発明によるボンディング装置は、ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記接合用パラメータの超音波印加時間経過後にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を検出するステップとを備え、検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量未満のときには、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記潰し用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が最小潰し量以上となるように制御することを特徴とする。
また、本発明によるボンディング装置は、ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記潰し用パラメータの超音波印加時間中にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を常時または一定時間間隔で検出するステップとを備え、検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量以上になったときに、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記接合用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最大潰し量以内となるように制御することを特徴とする。
また、本発明によるボンディング装置は、半導体チップ上の接続電極と外部引出し用端子をＡｕまたはＣｕ若しくはＡｌのワイヤで接続するワイヤボンダ、若しくは、半導体チップ上の接続電極に突起電極を形成するバンプボンダであることを特徴とする。
本発明によるボンディング方法およびボンディング装置によれば、接合用パラメータとは別に潰し用のパラメータを設けるようにして、パッド上でのボールの潰し量またはリード上でのワイヤの潰し量のデータを入力し、キャピラリのワークタッチの位置からのキャピラリの沈み込み量と前もって設定した潰し量との比較演算を行い、ボンディング中のキャピラリの沈み込み量が、前もって設定した潰し量未満のときには、潰し用パラメータの超音波パワー及び荷重を印加して、キャピラリの沈み込み量が略一定になるようにすることにより、所定の圧着厚でボンディングを行うことができる。
また、ボンディング形状の圧着径は、潰し量を一定にすることにより、一定の圧着径を形成することができる。すなわち、ワイヤの先端と放電電極との間で放電を一定の時間起こさせて形成されるボールは、球形で体積はほぼ一定であり、ボール圧接時のキャピラリ内部のボールの入り込み量もキャピラリ内部の形状により決まるため、所定の潰し量で潰すことにより、一定の圧着径を得ることができる。
また、リードにワイヤを接合する場合には、ワイヤの潰れすぎによるワイヤの切断やワイヤが潰れずに発生する不着を防ぐことができる。
また、キャピラリが所定の沈み込み量まで沈み込まなかったときには、エラー等で告知することにより、ボンディングの信頼性が向上する。
また、本発明によれば、潰し制御の潰し用パラメータを設けて、潰し用パラメータの超音波パワー、荷重等を変更することによりボール又はワイヤを所定の圧着厚に制御することが可能となる。
以下図面を参照して、本発明によるボンディング方法およびボンディング装置の実施の形態について説明する。なお、本発明によるボンディング方法およびボンディング装置は、接合用パラメータとは別に潰し用のパラメータを設けるようにして、パッド上でのボールの潰し量またはリード上でのワイヤの潰し量のデータを入力し、キャピラリのワークタッチの位置からのキャピラリの沈み込み量と前もって設定した潰し量との比較演算を行い、ボンディング中のキャピラリの沈み込み量が、前もって設定した潰し量未満のときには、潰し用パラメータの超音波パワー及び荷重を印加して、キャピラリの沈み込み量が略潰し量となるようにしたものである。
以下に図１を用いて、ボンディング装置におけるボンディング中のキャピラリの沈み込み量の制御を行う制御部について説明する。図１は、本発明によるボンディング装置の制御手段としての制御部２０およびボンディングヘッド１の構成を示すブロック図である。
最初に図１に示すボンディングヘッド１の主要部の各部について説明する。図１に示すボンディングヘッド１は、図示せぬ二次元方向に移動可能なＸＹテーブル上に載置固定されている。ボンディングアーム３は、支持軸を中心として回転可能な構成となっており、ボンディングアーム３の一方の先端にはボンディング工具としてのキャピラリ６が取り付けられた超音波ホーン４と、他方に超音波振動を伝達する超音波ホーン４を介してキャピラリ６に印加する超音波印加手段としての超音波動子５とを有している。
また、ボンディングアーム３を支持軸を中心として揺動させる揺動手段及びボンディング時のボンディングアーム３の先端のキャピラリへの荷重を印加する加圧手段としてのリニアモータ９が設けられている。このリニアモータ９は、コイルと永久磁石とヨークとからなる磁気回路でなり、当該コイルはボンディングアーム３の後端部に取り付けられている。
図１に示すエンコーダ１０はボンディングアーム３の揺動位置を検出するためのものである。このエンコーダ１０は、ボンディングアーム３の支持軸に支持されたスリット板と、ボンディングヘッド１のベースに取り付けられた発光部及び受光部とからなっている。スリット板には、ガラス等で構成された基板上に等間隔にスリット状のパターンが蒸着されている。ボンディングアーム３の支持軸に支持されたスリット板は、ボンディングアーム３の揺動に伴って、ボンディングアーム３の支持軸を中心に揺動を行う。
エンコーダ１０は、光学的にスリット板の移動を検出するものであって、受光部は、発光部で発光した光が移動中のスリット板のスリット状のパターンを通過することによる光学的な変化を検出する。このエンコーダ１０の出力は、スリットの移動方向により９０°位相の異なる２つの信号を出力する。
次にボンディングヘッド１の各部の制御を行う制御部２０について述べる。図１に示すように、制御部２０は、マイクロコンピュータ２２を中心として入力手段としてのタッチパネル、キーボード等からなる入力装置２１と、ボンディングヘッド１の超音波動子５を制御する超音波制御回路２７と、ボンディングヘッド１のリニアモータ９を制御するリニアモータ駆動回路２９と、ボンディングヘッド１のエンコーダ１０からの信号を整形してパルスに変換する波形整形回路２５と、波形整形回路２５からのパルス数を計数するカウンタ回路２６とで構成されている。
タッチパネル、キーボード、マウス等からなる入力装置２１は、キャピラリ６をボンディング点に圧接させた場合のボールまたはワイヤの潰し量、超音波パワー等からなる潰し用パラメータに関するデータを入力するためのものである。
マイクロコンピュータ２２は演算回路を有しており、所望のボンディングの潰し量に関するデータを受けてキャピラリ６の所定の沈み込み量の算出を行い、この算出されたキャピラリ６の所定の沈み込み量と後述するカウンタ回路２６からのキャピラリ６の位置データとの比較演算を行う。
また、マイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａには、制御プログラムが格納されており、演算回路の演算結果に基づきキャピラリ６の沈み込み量、超音波制御回路２７、ボンディング荷重を印加するリニアモータ駆動回路２９の制御を行う。また、メモリ２２ａには、第１ボンディング点または第２ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータ（ボンディングパラメータともいう）および、第１ボンディング点または第２ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータを記憶している。
超音波制御回路２７は、マイクロコンピュータ２２から出力される接合用パラメータまたは潰し用パラメータの超音波パワーのデータ、超音波印加時間を受けて、超音波振動子５に所定のパワーでの発振の開始及び停止の動作を行う。なお、超音波振動子５の発振時間は、超音波印加時間によって決定される。リニアモータ駆動回路２９はマイクロコンピュータ２２から出力されるボンディングアーム３の上下駆動信号及びボンディング時の荷重のデータを受けてリニアモータ９に電流を供給する。
リニアモータ９は、リニアモータ駆動回路２９からの電流によりリニアモータ９のコイルに力が発生してコイルに発生した力によりボンディングアーム３を支持軸を中心として揺動させ、また、キャピラリ６にボンディング時の荷重を印加する。
ボンディングアーム３の揺動位置の検出は、エンコーダ１０と、波形整形回路２５と、カウンタ回路２６によって行われる。波形整形回路２５は、ボンディングアーム３の揺動によりエンコーダ１０から出力された９０度位相の異なる信号よりＵＰまたはＤＯＷＮのパルス信号に変換し、カウンタ回路２６へ出力する。カウンタ回路２６は、波形整形回路２５から出力されたパルス信号の数を計数してマイクロコンピュータ２２へ出力する。
カウンタ回路２６で計数される１パルス当たりのキャピラリ６の移動量は、エンコーダ１０の分解能及びボンディングアーム３の支点からキャピラリ６までの距離とボンディングアーム３の支点からエンコーダ１０の受光部の距離の比等で決まる。本実施例ではカウンタ回路２６で計数される１パルス当たりのキャピラリ６の移動量は１μｍ（マイクロンメータ）となっている。
次に、ワイヤボンディングを実施する前に、前もつて行うデータの設定について説明する。
まず、サーチスピードとボール１４またはワイヤ１２の初期変形量の関係を求めておく。例えばボール１４の場合には、ボンディング時における、サーチ高さ（キャピラリ６の下降速度が高速域より低速域に変わるときのキャピラリ６の高さ）より低速でキャピラリが下降（このときの下降速度をサーチスピードと呼ぶ）し、キャピラリ６の先端のボール１４がパッド１７ａに接触して、該パッド１７ａへの接触を検出、すなわちワークタッチ検出したときのボール１４の厚さ（ボール１４の初期変形量）を求める。
図２（ａ）は、ボール１４の初期変形量Ｗ及びパッド１７ａの表面からキャピラリ６の先端までの高さｈを示す図である。図２（ａ）に示すように、ボール１４の初期変形量Ｗは、ワークタッチ検出したときのパッド１７ａの表面からキャピラリ６の先端までの高さｈと略同じ量である。ボール１４の初期変形量Ｗは、サーチスピードの早さにより決まるため、サーチスピードに対するボール１４の初期変形量Ｗを求め、サーチスピードに対するボール１４の初期変形量Ｗをマイクロコンピュータ２２内のメモリ２２ａに記憶させる。
次に、潰し用パラメータの設定について図３を用いて述べる。図３は、潰し用パラメータの一例を表に示したものである。図３に示すように、潰し用パラメータの項目は、潰し制御、最小潰し量、最大潰し量、超音波パワー、超音波印加時間および潰し荷重からなり、第１ボンディング点および第２ボンディング点でそれぞれ設定可能となっている。潰し制御は、潰しの制御の実行または不実行を指定するパラメータである。潰し制御は、“ＯＮ”で潰しの制御を実行し、“ＯＦＦ”で潰しの制御を実行しないようになっている。最小潰し量は、目標とする圧着厚でボンディングするための、ワークタッチの検出位置からキャピラリが沈み込む量の最小値を規定するデータである。また、最大潰し量は、目標とする圧着厚でボンディングするための、ワークタッチの検出位置からキャピラリが沈み込む量の最大値を規定するデータである。超音波パワーおよび超音波印加時間は、潰し制御に於ける超音波のパワーおよび超音波の印加時間を規定するパラメータである。潰し荷重は、潰し制御に於ける潰し用の荷重を規定するパラメータである。
また、図２（ｂ）に示すように、入力手段としての入力装置２１から入力される潰し用パラメータの最小潰し量をＷｎとして、前もってマイクロコンピュータ２２内のメモリ２２ａに記憶されているサーチスピードに対するボールまたはワイヤの初期変形量をＷとするとボンディングにより得られるボールまたはワイヤの圧着厚Ｗｄは、Ｗｄ＝Ｗ−Ｗｎとなる。
以下に、図４に示すフローチャートを参照してボンディング時のボールまたはワイヤの潰し制御について説明する。なお、以下の説明では、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の沈み込み量を、キャピラリ６の潰し量と記す。
図４に示すように、最初にキャピラリ６が所定のサーチスピードで下降してキャピラリ６の先端のボール１４またはワイヤがワークのパッド１７ａまたはリード１６にタッチしたことを検出する（図４に示すステップＳ１）。
ワークタッチ検出後、マイクロコンピュータ２２は図１に示すカウンタ回路２６からカウント値Ｃｔを読み出して内部のメモリ２２ａに記憶する（ステップＳ２）。そして、マイクロコンピュータ２２は、メモリ２２ａから接合用パラメータを読み出して（ステップＳ３）、図１に示す超音波制御回路２７に所定の超音波パワーおよび超音波印加時間を出力して超音波発振を開始する信号を出力する。また、所定のボンディング荷重を図１に示すリニアモータ駆動回路２９に出力する。同時に、ボールまたはワイヤの圧接時の超音波の印加時間を計測するためにマイクロコンピュータ２２に内蔵されているタイマー（図示せず）を起動して時間の計測を行う（ステップＳ４）。
次に、超音波制御回路２７の超音波印加時間が終了したかをチェックして（ステップＳ５）、超音波印加時間の終了後に、マイクロコンピュータ２２は、カウンタ回路２６からカウント値Ｃｒ１を読み出して、マイクロコンピュータ２２の演算回路で（２）式に示すワークタッチ検出時のカウント値Ｃｔとの減算を行い、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の潰し量（沈み込み量）ｅ１を求める（ステップＳ６）。
ｅ１＝Ｃｒ１−Ｃｔ・・・（２）
次に、前もつてマイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａに記憶されている最小潰し量Ｗｎを読み出して、キャピラリ６の潰し量ｅ１との比較演算を行う（ステップＳ７）。
比較演算の結果が、キャピラリ６の潰し量ｅ１が潰し用パラメータの最小潰し量Ｗｎ以上のときには、ボンディング点の接合動作を終了する。また、キャピラリ６の潰し量ｅ１が最小潰し量Ｗｎ未満のときには、メモリ２２ａから潰し用のパラメータを読み出して（ステップＳ８）、超音波制御回路２７に潰し用パラメータの超音波パワーおよび超音波印加時間を出力して超音波発振を開始する信号を出力する。また、所定の潰し用の荷重をリニアモータ駆動回路２９に出力する（ステップＳ９）。同時に、ボールまたはワイヤの圧接時の超音波の印加時間を計測するためにマイクロコンピュータ２２に内蔵されているタイマー（図示せず）を起動して時間の計測を行う。なお、ステップＳ９における潰し用の超音波パワー及び荷重は、最小潰し量Ｗｎとキャピラリ６の潰し量ｅ１との差に応じてデータを可変できるように、前もって設定した演算式に基づいて演算を行い、演算した結果のデータを使用するようにしてもよい。
次に、マイクロコンピュータ２２は、カウンタ回路２６からカウント値（Ｃｒ２）を読み出して、マイクロコンピュータ２２の演算回路で（３）式に示す、ワークタッチ検出時のカウント値Ｃｔとの減算を行い、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の潰し量ｅ２を求める（ステップＳ１０）。
ｅ２＝Ｃｒ２−Ｃｔ・・・（３）
次に、前もつてマイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａに記憶されている潰し用パラメータの最小潰し量を読み出して、キャピラリ６の潰し量ｅ２との比較演算を行う（ステップＳ１１）。
比較演算の結果が、キャピラリ６の潰し量ｅ２が潰し用パラメータの最小潰し量Ｗｎ以上のときには、ボールまたはワイヤは所定の潰し量に達したと判断して、潰しの処理を終了する。また、キャピラリ６の潰し量ｅ２が最小潰し量Ｗｎ未満のときには、超音波印加時間が、終了したかをチェックする（ステップ１２）。超音波印加時間が、終了していないときには、ステップＳ１０からの動作に移行する。超音波印加時間が終了したときには、最小潰し量Ｗｎに達していないため、エラーを出力するようにする（ステップＳ１３）。
以上述べたように、ボンディング時のボール等の潰し量を最小潰し量Ｗｎになるように制御するため、圧着厚を一定にすることができる。また、ボンディング形状の圧着径は、潰し量を一定にすることにより、一定の圧着径を形成することができる。
以下に、図５に示すフローチャートを参照してボンディング時のボールまたはワイヤの他の潰し制御の実施例について説明する。
図５に示すように、キャピラリ６が所定のサーチスピードで下降してキャピラリ６の先端のボール１４またはワイヤがパッド１７ａまたはリードに接地したことを検出する（ワークタッチの検出、ステップＳ２０）。
ワークタッチ検出後、図１に示すマイクロコンピュータ２２はカウンタ回路２６からカウント値Ｃｔを読み出して内部のメモリ２２ａに記憶する（ステップＳ２１）。そして、マイクロコンピュータ２２は、メモリ２２ａから接合用パラメータを読み出して（ステップＳ２２）、超音波制御回路２７に所定の超音波パワーおよび超音波印加時間を出力して超音波発振を開始する信号を出力する。また、所定のボンディング荷重をリニアモータ駆動回路２９に出力する。同時に、ボールまたはワイヤの圧接時の超音波の印加時間を計測するためにマイクロコンピュータ２２に内蔵されているタイマー（図示せず）を起動して時間の計測を行う（ステップＳ２３）。
次に、マイクロコンピュータ２２は、カウンタ回路２６からカウント値Ｃｒ３を読み出して、マイクロコンピュータ２２の演算回路で（４）式に示す、ワークタッチ検出時のカウント値Ｃｔとの減算を行い、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の潰し量ｅ３を求める（ステップＳ２４）。
ｅ３＝Ｃｒ３−Ｃｔ・・・（４）
次に、前もつてマイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａに記憶されている潰し用パラメータの最小潰し量Ｗｎを読み出して、キャピラリ６の潰し量ｅ３との比較演算を行う（ステップＳ２５）。
比較演算の結果が、キャピラリ６の潰し量ｅ３が最小潰し量Ｗｎ以上のときには、最小潰し量Ｗｎに達したため、接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重の印加を停止して終了する。また、キャピラリ６の潰し量ｅ３が最小潰し量Ｗｎ未満のときには、超音波印加時間が、終了したかをチェックする（ステップＳ２６）。超音波印加時間が、終了していないときには、ステップＳ２４からの動作に移行する。
また、超音波印加時間が終了したときには、メモリ２２ａから潰し用のパラメータを読み出して（ステップＳ２７）、超音波制御回路２７に所定の潰し用の超音波パワーおよび超音波印加時間を出力して超音波発振を開始する信号を出力する。また、所定の潰し用の荷重をリニアモータ駆動回路２９に出力する（ステップＳ２８）。同時に、ボールまたはワイヤの圧接時の超音波の印加時間を計測するためにマイクロコンピュータ２２に内蔵されているタイマー（図示せず）を起動して時間の計測を行う。
次に、マイクロコンピュータ２２は、カウンタ回路２６からカウント値Ｃｒ４を読み出して、マイクロコンピュータ２２の演算回路で（５）式に示す、ワークタッチ検出時のカウント値Ｃｔとの減算を行い、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の潰し量ｅ４を求める（ステップＳ２９）。
ｅ４＝Ｃｒ４−Ｃｔ・・・（５）
次に、前もつてマイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａに記憶されている潰し用パラメータの最小潰し量Ｗｎを読み出して、キャピラリ６の潰し量ｅ４との比較演算を行う（ステップＳ３０）。
比較演算の結果が、キャピラリ６の潰し量ｅ４が最小潰し量Ｗｎ以上のときには、ボールまたはワイヤは所定の潰し量に成った判断して、潰しの処理を終了する。また、キャピラリ６の潰し量ｅ４が最小潰し量Ｗｎ未満のときには、超音波印加時間が、終了したかをチェックする（ステップ３１）。超音波印加時間が、終了していないときには、ステップＳ２９からの動作に移行する。超音波印加時間が、終了したときには、最小潰し量Ｗｎ未満であり、最小潰し量に達していないため、エラーと判断して、エラーを出力する（ステップ３２）。
以上述べたボンディングは、最初に接合用パラメータで接合を行い、そのときの潰し量が最小潰し量に達していないときに、潰し用パラメータで潰し動作を行って、キャピラリの潰し量が最小潰し量以上となるようにしたものである。
次に、最初に潰し用パラメータでボールまたはワイヤの潰しを行い、その後、接合用パラメータで接合動作を行うボンディング制御について図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、潰し用パラメータで設定されている最大潰し量をＷｋとする。
図６に示すように、キャピラリ６が所定のサーチスピードで下降してキャピラリ６の先端のボール１４またはワイヤがパッド１７ａまたはリードに接地したことを検出する（ステップＳ４０）。
ワークタッチ検出後、マイクロコンピュータ２２はカウンタ回路２６からカウント値Ｃｔを読み出して内部のメモリ２２ａに記憶する（ステップＳ４１）。そして、マイクロコンピュータ２２は、メモリ２２ａから潰し用パラメータを読み出して（ステップＳ４２）、超音波制御回路２７に所定の超音波パワーおよび超音波印加時間を出力して超音波発振を開始する信号を出力する。また、所定の潰し荷重をリニアモータ駆動回路２９に出力する。同時に、ボールまたはワイヤの圧接時の超音波の印加時間を計測するためにマイクロコンピュータ２２に内蔵されているタイマー（図示せず）を起動して時間の計測を行う（ステップＳ４３）。
次に、マイクロコンピュータ２２は、カウンタ回路２６からカウント値Ｃｒ５を読み出して、マイクロコンピュータ２２の演算回路で（６）式に示す、ワークタッチ検出時のカウント値Ｃｔとの減算を行い、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の潰し量ｅ５を求める（ステップＳ４４）。
ｅ５＝Ｃｒ５−Ｃｔ・・・（６）
次に、前もつてマイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａに記憶されている潰し用パラメータの最小潰し量Ｗｎを読み出して、キャピラリ６の潰し量ｅ５との比較演算を行う（ステップＳ４５）。
比較演算の結果が、キャピラリ６の潰し量ｅ５が最小潰し量Ｗｎ以上のときには、ステップＳ４７へ移行する。また、キャピラリ６の潰し量ｅ５が最小潰し量Ｗｎ未満のときには、超音波印加時間が、終了したかをチェックする（ステップＳ４６）。超音波印加時間が、終了していないときには、ステップＳ４４からの動作に移行する。
また、超音波印加時間が、終了したときには、メモリ２２ａから接合用のパラメータを読み出して（ステップＳ４７）、超音波制御回路２７に接合用の超音波パワーおよび超音波印加時間を出力して超音波発振を開始する信号を出力する。また、接合用の荷重をリニアモータ駆動回路２９に出力する（ステップＳ４８）。同時に、ボールまたはワイヤの圧接時の超音波の印加時間を計測するためにマイクロコンピュータ２２に内蔵されているタイマー（図示せず）を起動して時間の計測を行う。
次に、マイクロコンピュータ２２は、カウンタ回路２６からカウント値Ｃｒ６を読み出して、マイクロコンピュータ２２の演算回路で（７）式に示す、ワークタッチ検出時のカウント値Ｃｔとの減算を行い、ワークタッチ検出位置からのキャピラリ６の潰し量ｅ６を求める（ステップＳ４９）。
ｅ６＝Ｃｒ６−Ｃｔ・・・（７）
次に、前もつてマイクロコンピュータ２２のメモリ２２ａに記憶されている潰し用パラメータの最大潰し量Ｗｋを読み出して、キャピラリ６の潰し量ｅ６との比較演算を行う（ステップＳ５０）。
比較演算の結果が、キャピラリ６の潰し量ｅ６が最大潰し量Ｗｋのときには、ボールまたはワイヤは所定の潰し量に達したと判断して、潰しの処理を終了する。また、キャピラリ６の潰し量ｅ６が最大潰し量Ｗｋ未満のときには、超音波印加時間が、終了したかをチェックする（ステップ５１）。超音波印加時間が、終了していないときには、ステップＳ４９からの動作に移行する。超音波印加時間が終了したときには、キャピラリ６の潰し量ｅ６が最小潰し量Ｗｎに達しているかをチェックする（ステップ５２）。最小潰し量Ｗｎに達していな場合には、エラーと判断して、エラーを出力する（ステップ５３）。これにより、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰し量が、最小潰し量Ｗｎ以上でかつ最大潰し量Ｗｋ以下となるように制御することができる。
以上述べたように、本発明によるボンディング方法およびボンディング装置によれば、接合用パラメータとは別に潰し用のパラメータを設けるようにして、パッド上でのボールの潰し量またはリード上でのワイヤの潰し量のデータを入力し、キャピラリのワークタッチの位置からのキャピラリの沈み込み量と前もって設定した潰し量との比較演算を行い、ボンディング中のキャピラリの沈み込み量が、前もって設定した潰し量未満のときには、潰し用パラメータの超音波パワー及び荷重を印加して、キャピラリの沈み込み量が略一定になるようにすることにより、所定の圧着厚でボンディングを行うことができる。
また、リードにワイヤを接合する場合には、ワイヤの潰れすぎによるワイヤの切断やワイヤが潰れずに発生する不着を防ぐことができる。
また、キャピラリが所定の沈み込み量まで沈み込まなかったときには、エラー等で告知することにより、ボンディングの信頼性が向上する。

また、本発明によれば、潰し制御の潰し用パラメータを設けて、潰し用パラメータの超音波パワー、荷重等を変更することによりボール又はワイヤを所定の圧着厚に制御することが可能となる。
また、本発明によるボンディング装置は、パッドとリードとをワイヤで接続するワイヤボンダのみならず、チップのパッドに突起電極を形成するバンプボンダにも適用することができる
本発明によるボンディング装置の制御手段としての制御部の構成を含むブロック図である。 （ａ）は、ボールの初期変形量Ｗ及びパッドの表面からキャピラリの先端までの高さｈを示す図であり、（ｂ）は、初期変形量Ｗと最小潰し量Ｗｎおよび圧着厚Ｗｄの関係を示す図である。 潰し用パラメータの一例を示したものである。 ボンディング時のボールまたはワイヤの潰し制御のフローチャートを示す図である。 ボンディング時のボールまたはワイヤの潰し制御の実施例をフローチャートを示す図である。 最初に潰し用パラメータでボールまたはワイヤの潰しを行い、その後、接合用パラメータで接合動作を行うボンディング制御のフローチャートを示す図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、ワイヤボンディングの工程を説明する、一部断面を含む図である。
符号の説明
１ ボンディングヘッド
３ ボンディングアーム
４ 超音波ホーン
５ 超音波振動子
６ キャピラリ
７ カットクランプ
９ リニアモータ
１０ エンコーダ
１２ ワイヤ
１３ 放電電極
１４ ボール
１６ リード
１７ 半導体チップ（ＩＣチップ）
１７ａ電極（パッド）
２０ 制御部
２１ 入力装置
２２ マイクロコンピュータ
２２ａメモリ
２５ 波形整形回路
２６ カウンタ回路
２７ 超音波制御回路
２９ リニアモータ駆動回路



Claims (5)

  1. ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、
    ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記接合用パラメータの超音波印加時間経過後にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を検出するステップとを備え、
    検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量未満のときには、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記潰し用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が最小潰し量以上となるように制御することを特徴とするボンディング方法。
  2. ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、
    ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記潰し用パラメータの超音波印加時間中にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を常時または一定時間間隔で検出するステップとを備え、
    検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量以上になったときに、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記接合用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最大潰し量以内となるように制御することを特徴とするボンディング方法。
  3. ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、
    ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記接合用パラメータの超音波印加時間経過後にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を検出するステップとを備え、
    検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量未満のときには、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記潰し用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が最小潰し量以上となるように制御することを特徴とするボンディング装置。
  4. ボンディング点でのボールまたはワイヤの接合を行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる接合用パラメータおよび、ボンディング点でのボールまたはワイヤの潰しを行うための超音波パワー、超音波印加時間、荷重からなる潰し用パラメータとを有し、
    ボールまたはワイヤが被ボンディング部品であるワークにタッチした位置を検出するステップと、前記潰し用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加するステップと、前記潰し用パラメータの超音波印加時間中にワークにタッチした位置からのキャピラリの沈み込み量を常時または一定時間間隔で検出するステップとを備え、
    検出した前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最小潰し量以上になったときに、前記接合用パラメータの超音波パワーおよび荷重を印加して、前記接合用パラメータの超音波印加時間内に前記キャピラリの沈み込み量が前もって設定した最大潰し量以内となるように制御することを特徴とするボンディング装置。
  5. 前記ボンディング装置は、半導体チップ上の接続電極と外部引出し用端子をＡｕまたはＣｕ若しくはＡｌのワイヤで接続するワイヤボンダ、若しくは、半導体チップ上の接続電極に突起電極を形成するバンプボンダであることを特徴とする請求項３又は請求項４記載のボンディング装置。
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