JP4672211B2 - ボンディング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの組立工程において、被ボンディング部品となるICチップ上のパッド(電極)と、このICチップが貼着されている被ボンディング部品となるPCB(プリント基板)等に形成された外部リードとをボンディングワイヤ等で接続するボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ICチップ上のパッドと外部リードとを接続するボンディング装置としては、図6に示すようなワイヤボンディング装置が知られている。
【0003】
図6に示すように、ワイヤボンディング装置は、カメラヘッド1a、光学レンズ1b(以下レンズという)等からなるカメラ1と、キャピラリ2aが先端に装着されたボンディングアーム2と、ボンディングアーム2を上下に駆動するボンディングヘッド3と、カメラ1を搭載してX方向及びY方向に二次元的に移動させて位置決めするXYテーブル4と、キャピラリ2a及びボンディングアーム2等からなるボンディングヘッド3によるボンディング作業が行なわれるボンディングステージ7を有する搬送装置5とを備えており、ボンディングステージ7は、複数のICチップ6が長手方向に並べて貼着されたPCB(プリント基板)等からなる基板30を加熱するヒータ7aを有している。
【0004】
また、図6に示すように、ワイヤボンディング装置は、カメラ1からの撮像信号を受ける画像認識装置8と、画像認識装置8からの出力を受けるモニタ9と、ボンディング装置の制御等を行う制御装置10と、XYテーブル4を手動にて移動させるための信号を制御装置10に出力するマニュピュレータ17と、制御装置10からの指令信号に応じてボンディングヘッド3及びXYテーブル4への駆動信号を発する駆動装置11とが設けられている。
【0005】
図6及び図7に示すように、ワイヤボンディング装置は、作業開始に際して加熱されているボンディングステージ7上に搬送装置5により基板30が搬入され、且つ、最先のICチップ6がボンディング作業位置に位置決めされる。この状態で、上記ボンディングアーム2及びXYテーブル4を作動させて最先のICチップ6に関するボンディング作業が行われる。図7に示すように、ICチップ6は、例えば、正方形にしてその上面外周に沿って多数のパッド6aが並設され、基板30上のランド部14に貼着されている。そして、基板30には、これらパッド6a各々に対応するリード20が設けられている。
【0006】
次に、ボンディング作業に先立ち予め行われるセルフティーチに関して説明する。セルフティーチは、ボンディング対象たるパッド6a及びリード20上の各ボンディング位置等に関する各種条件の設定を行うものである。
【0007】
図6に示すように、オペレータは、カメラ1からの撮像信号による画像をモニタ9にて目視しながらマニピュレータ17を操作してXYテーブル4を移動させて、モニタ9の画面上に設けられているクロスライン9aの交点Oを図7に示すICチップ6上の2個所の定点a、bに合わせる。なお、図7に示すように、クロスライン9aの交点Oをセルフティーチにより設定するICチップ6上の2個所の定点a、bに合わせたときのXYテーブル4の位置を第1基準位置及び第2基準位置と称する。なお、オペレータがマニュピュレータ17を操作してXYテーブル4上のカメラ1を移動させて、モニタ9の画面上に設けられているクロスライン9aの交点OをICチップ6上の定点、ボンディング位置としてのパッド6aの中心点、リード20の中心点等に合わせる操作を、以後、目合わせと称する。
【0008】
そして、ICチップ6上の定点a,bにおけるXYテーブル4の第1基準位置及び第2基準位置の位置座標が制御装置10内のメモリ(記憶装置)に記憶され、また、XYテーブル4の第1基準位置及び第2基準位置でのモニタ9上のウインド9b内のICチップ6の定点を中心とする画像が基準パターン(図6で示すモニタ9上のウインド9b)として画像認識装置8のメモリ(記憶装置)に記憶される。
【0009】
次に、前述した定点a、bおける目合わせは、ICチップ6の目合わせであるが、それに加えて基板30上の1個所の定点に目合わせを行う必要がある。図7に示すように、セルフティーチにより基板30上で設定する定点cであるXYテーブル4の位置を基板30の第1基準位置とする。そして、XYテーブル4の基板30の第1基準位置の位置座標が制御装置10内のメモリに記憶され、また、XYテーブル4の基板30の第1基準位置でのモニタ9上のウインド9b内の基板30上の定点を中心とする画像が基準パターンとして画像認識装置8のメモリに記憶される。次に、全てのパッド6a及びリード20の目合わせを行い、ボンディング点の基準位置座標を制御装置10内のメモリに記憶する。
【0010】
次に、ボンディング装置によるワイヤボンディングの動作について説明する。
【0011】
ワイヤボンディング作業では、最初に、ICチップ6、基板30のずれ量の検出が行われる。図8に示すように、基板30上に複数のICチップ6が長手方向に接合材で並べて貼着されたICチップ6の位置は、貼着されるべき所定の位置に対してずれた位置となっている場合がある(図8の破線で示す6’がICチップ6の所定の位置である)。このためワイヤボンディング作業を行う前に、セルフティーチで設定されたICチップ6上の2個所の定点a,bの位置を検出して、ICチップ6の所定a,bの基準位置に対するずれ量を算出する。
【0012】
ICチップ6のずれ量の算出は、XYテーブル4上に搭載されたカメラ1をICチップ6の第1基準位置及び第2基準位置に移動して、XYテーブル4の移動完了後カメラ1でICチップ6を撮像し、その撮像信号を画像認識装置8に入力して画像認識を行い、第1基準位置及び第2基準位置からのICチップ6上の定点(図8に示す、a’、b’)までの各ずれ量(図8のΔXa、ΔYa及びΔXb、ΔYb)を求める。前記ずれ量のデータに基づきICチップ6のオフセット量、回転量を算出して、予め記憶された各パッド6aのボンディングの基準位置座標と演算して、ICチップ6のボンディングすべきパッド6aのボンディング位置座標を算出する。
【0013】
また、搬送装置5で基板30をボンディングステージ7上に搬送したとき、ボンディングステージ7上での基板30の位置が、X方向にばらつくことがある。このため、図8に示すように、基板30上の第1基準位置からの定点(図8に示すc’)の位置を検出して、基板30上の所定の位置に対するずれ量を算出する。すなわち、基板30のずれ量は、XYテーブル4上に搭載されたカメラ1をセルフティーチで予め設定された基板30の第1基準位置に移動して、第1基準位置から基板30上の定点c’までのずれ量を求める。このずれ量に基づきリード20のボンディング位置座標を演算してリード20の位置を求める。
【0014】
また、基板30上は、搬送装置5のボンディングステージ7上でヒータ7aにより加熱されるため、基板30が熱により膨張することにより基板30上の各リード20の位置がずれてしまうことがある。このため、リードロケイタ(リードのボンディング位置を画像認識により検出する機能)により各リード20の位置を検出して前記リードボンディング位置座標の修正を行い、実際のリード20の位置を求めるようにしている。
【0015】
以上説明したICチップ6のパッド6a及びリード20の各位置を算出後、XYテーブル4を作動してボンディングアーム2の先端にボールが形成されたワイヤが挿通されたキャピラリ2aをボンディング位置座標に基づきパッド6aの直上に位置決めして、図6に示すボンディングヘッド3によりボンディングアーム2を駆動しキャピラリ2aを下降させ、パッド6a上のボールを押しつぶして熱圧着ボンディングを行う。このとき、図示しない超音波励振手段を用いてキャピラリ2aを励振することも行われる。
【0016】
この第1ボンディング点への接続が終わると、ボンディングアーム2の昇降動作及びXYテーブル4の動作が適時行われ、所定のループコントロールに従ってワイヤが引き出され、第1ボンディング点に対すると同様にしてリード20上の第2ボンディング点へのボンディングが行われ、ワイヤがリード20上に圧接される。その後、ボンディングアーム2を所定の高さまで上昇させる過程でワイヤのカットが行われ、一組のパッド6a及びリード20の接続が完了する。以後、ICチップ6に設けられた各パッド6aとこれらに対応して配設された各リード20について上記の一連の動作が繰り返される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来のボンディング装置では、セルフティーチにより、ICチップ6及び基板30の定点の基準位置、パッド6a及びリード20のボンディング位置を前もつて設定している。
【0018】
しかしながら、ICパッケージの多ピン化により、ボンディング点等の目合わせ作業は、時間を要し、また、小パッド及びリード幅の微細化により、目合わせ作業が困難となってきている。このため、ICチップ6及び基板30の各定点の基準位置及びボンディング基準位置をCAD(コンピューターによる設計)の設計データを用いて設定することが行われている。定点の基準位置及びボンディング基準位置の座標データは、フレキシブルディスク等に格納されており、フレキシブルディスクより座標データを読み出して、制御装置の記憶装置(メモリ)に格納する。また、CADの設計データを記憶したコンピュータとボンディング装置の制御装置10とを通信によりデータを転送するようにしている。
【0019】
しかしながら、CADのICチップ6の設計値のデータは、常温時のものであり、ボンディング時には搬送装置5のヒータ7aにより加熱されるため、ICチップ全体が熱により膨張する。特に、チップサイズの大きいICチップでは、熱によるICチップの膨張を考慮してパッドの位置を正確に求める必要がある。
【0020】
また、ボンディング時に基板30は、ヒータによる加熱されることにより、基板全体が延びたり、歪みを発生して、基板30上に形成されたリードの位置が変化してしまう。また、セラミックよりなるパッケージは、セラミックの焼結時に、セラミックの歪み、伸縮によりリードの位置が一定していない。
【0021】
PCB、セラミック等の基板30は、基板30の伸縮、歪み等によりリードの位置が一定していないため、リードロケイタにより個々のリードの位置を検出して、リードの位置を補正する必要がある。リードロケイタは、カメラ1により総てのリードの画像を撮像してリードの位置を検出するため、検出に時間がかかってしまう。このため、半導体デバイスのボンディング工程での生産数を向上させることが課題となっている。
【0022】
そこで、本発明は、従来のボンディング装置が有する課題に鑑みてなされたものであり、熱によるICチップの膨張があっても、少なくとも3個所のICチップ上の定点の位置を求めることにより、正確なパッドの位置を算出することが可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
【0023】
また、被ボンディング部品のリードの位置の検出を、リードロケイタによる個々のリードの位置を検出することなしに、少なくとも3個所の基板上の定点の位置を求めることにより、リードの位置を算出することが可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明によるボンディング装置は、被ボンディング部品に対してボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディング手段を前記被ボンディング部品に対して二次元的に相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、
被ボンディング部品上の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を検出するずれ量検出手段と、前記ずれ量検出手段からのずれ量によりボンディング位置座標を演算する演算手段とからなるボンディング装置であって、前記ずれ量検出手段は、前記位置決め手段が定点の基準位置の位置座標に移動後、前記位置決め手段に搭載されたカメラからの信号を画像データに変換して、変換した画像データを画像認識して定点の基準位置の位置座標からのずれ量を算出し、前記演算手段は、前記ずれ量検出手段で検出した被ボンディング部品上のICチップ又は基板における3個所の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を基準位置の位置座標に加算して、XY直交軸上の定点の位置座標を算出し、算出した3個所の定点の位置座標(X1’,Y1’)、(X2’,Y2’)、(X3’,Y3’)及び定点の3個所の基準位置の位置座標(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)を3行3列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、数式1に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスと変換マトリックスMSとの積とからなり、前記数式1から前記変換マトリックスMSにおけるS00、S11のX軸及びY軸の被ボンディング部品の伸縮率であるスケール要素値、S10、S01のX軸及びY軸の被ボンディング部品の歪みの比率であるスキュー要素値、S20,S21のX軸及びY軸の被ボンディング部品の平行移動量であるオフセット要素値を算出し、
【数1】
被ボンディング部品上のICチップ又は基板のボンディング点の基準位置座標と前記数式1から算出された前記変換マトリックスMSの各要素値との演算により、ボンディング位置座標を算出するようにしたものである。
【0028】
また、本発明によるボンディング装置は、変換マトリックスの演算されたX軸及びY軸スケール要素値、X軸及びY軸スキュー要素値、X軸及びY軸オフセット要素値を前もって設定した基準値と比較して、前記各要素値が基準値以上の場合はエラー信号を出力するようにしたものである。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明によるボンディング装置の実施の形態について説明する。なお、図6に示す従来のワイヤボンディング装置と同一の構成及び機能を有する部分については、同じ符号を用いて説明する。図1は、本発明によるボンディング装置の構成を示すブロック図、図2は、ICチップ6及び基板30上に設定した定点及び定点の基準位置を示す図、図3は、ICチップ6及び基板30上の定点のずれ量を示した図、図4は、ICチップ6のパッド6aのボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図、図5は、基板30のボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図である。
【0030】
図1に示すように、本発明によるボンディング装置は、先端に取り付けられたレンズ1b及び撮像素子が内蔵された1つのカメラヘッド1aを有して、被ボンディング部品の撮像を行う撮像手段としての1つのカメラ1と、ボンディングアーム2の先端に取り付けられたキャピラリ2a等を含むボンディング手段としてのボンディングヘッド3と、カメラ1及びボンディングヘッド3をX方向及びY方向の二次元方向に移動可能な位置決め手段としてのXYテーブル4と、カメラ1によって撮像される被ボンディング部品としてのICチップ6を搭載した基板30をボンディングステージ7へ搬送する搬送装置5と、カメラ1からの出力を受けてずれ量の検出を行うずれ量検出手段としての画像認識装置8と、この画像認識装置8からの出力を受ける表示手段としてのモニタ9と、駆動手段としての駆動装置11への制御信号を生成するマイクロプロセッサ10a及びデータを記憶するメモリ(記憶装置)10bを含む演算手段としての制御装置10と、XYテーブル4を手動にて移動させるための信号を制御装置10に出力するマニュピュレータ17と、制御装置10からの指令信号に応じてボンディングヘッド3及びXYテーブル4への駆動信号を発する駆動手段としての駆動装置11とが設けられている。また、図1に示す制御装置10のメモリ10bは、以下に説明するずれ量の検出、ボンディング位置の演算等の各動作をつかさどる制御及び演算プログラムを内蔵している。
【0031】
以下に、本発明によるボンディング装置におけるICチップ6等の定点のずれ量の検出、ボンディング位置の算出について述べる。なお、ICチップ6上及び基板30上の定点の基準位置座標及びICチップ6のパッド6a及び基板30のリード20の基準ボンディングの位置座標は、前もってセルフティーチ又はCADデータにより設定されている。すなわち、図2に示すように、ICチップ6上の定点eの第1基準位置の位置座標を(Xa1,Ya1)、定点fの第2基準位置の位置座標を(Xa2,Ya2)、定点gの第3基準位置の位置座標を(Xa3,Ya3)とする。また、基板30上の定点hの第1基準位置の位置座標を(Xb1,Yb1)、定点iの第2基準位置の位置座標を(Xb2,Yb2)、定点jの第3基準位置の位置座標を(Xb3,Yb3)とする。また、ICチップ6のボンディングの基準位置座標を(XPn,YPn)、リード20のボンディングの基準位置座標を(XLn,YLn)とする。但し、nは、n=1,2・・・、Nを示す。
【0032】
次に、ICチップ6、基板30の伸縮、歪み及びオフセットを表す変換マトリックス(スケーリングマトリックス、以後スケーリングマトリックスと記す)について述べる。ICチップ6、基板30の伸縮、歪み及びオフセット値は式(1)に示すスケーリングマトリックス[MS]で表現される。
【0033】
【数1】
【0034】
但し、スケーリングマトリックス[MS]のS00はX方向のスケール(伸縮)要素、S10はX軸のスキュー(歪み)要素、S20はX方向のオフセット(平行移動)要素、S01はY軸のスキュー要素、S11はY方向のスケール要素、S21はY方向のオフセット要素をそれぞれ示す。なお、スケーリングマトリックス[MS]は、ICチップ6、基板30でそれぞれに割り当てられており、ICチップ6のスケーリングマトリックスを[MSP]、基板30のスケーリングマトリックスを[MSL]とする。
【0035】
また、以下の説明で、スケーリングマトリックス[MS]のX方向のスケール要素S00は[MSP]ではSa00、[MSL]ではSb00とし、X軸のスキュー要素S10は、[MSP]ではSa10、[MSL]ではSb10とし、X方向のオフセット要素S20は[MSP]ではSa20、[MSL]ではSb20とし、Y方向のスキュー要素S01は[MSP]ではSa01、[MSL]ではSb10とし、Y軸のスケール要素S11は、[MSP]ではSa11、[MSL]ではSb11とし、Y方向のオフセット要素S21は[MSP]ではSa21、[MSL]ではSb21とそれぞれ表記する。
【0036】
次に、ICチップ6のスケーリングマトリックス[MSP]及び基板30のスケーリングマトリックス[MSL]の各要素の演算について図3を用いて説明する。
【0037】
図3に示すように、最初に、XYテーブル4は、ICチップ6上の第1基準位置の位置座標(Xa1,Ya1)に移動する(図3に基準位置を点線の十字マークで示す)。XYテーブル4上に搭載されたカメラ1でICチップ6を撮像して、その撮像信号を画像認識装置8に入力する。画像認識装置8は、カメラ1からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第1基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、第1基準位置からの定点(図3に示すe’)のずれ量を算出する。図3に示すように、第1基準位置からのX軸上のずれ量を△Xa1、Y軸上のずれ量を△Ya1とする。この時の定点e’の位置座標(Xa1’,Ya1’)は
Xa1’= Xa1+△Xa1
Ya1’= Ya1+△Ya1
となる。
【0038】
次に、XYテーブル4は、ICチップ6上の第2基準位置の位置座標(Xa2,Ya2)に移動する(図3に基準位置を点線の十字マークで示す)。XYテーブル4上に搭載されたカメラ1でICチップ6を撮像してその撮像信号を画像認識装置8に入力する。画像認識装置8は、カメラ1からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第2基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、第2基準位置からの定点(図3に示すf’)のずれ量を算出する。図3に示すように、第2基準位置からのX軸上のずれ量を△Xa2、Y軸上のずれ量を△Ya2とする。この時の定点f’の位置座標(Xa2’,Ya2’)は
Xa2’= Xa2+△Xa2
Ya2’= Ya2+△Ya2
となる。
【0039】
次に、XYテーブル4は、ICチップ6上の第3基準位置の位置座標(Xa3,Ya3)に移動する(図3に基準位置を点線の十字マークで示す)。XYテーブル4上に搭載されたカメラ1でICチップ6を撮像してその撮像信号を画像認識装置8に入力する。画像認識装置8は、カメラ1からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第3基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、第3基準位置からの定点(図3に示すg’)のずれ量を算出する。図3に示すように、第3基準位置からのX軸上のずれ量を△Xa3、Y軸上のずれ量を△Ya3とする。この時の定点g’の位置座標(Xa3’,Ya3’)は
Xa3’= Xa3+△Xa3
Ya3’= Ya3+△Ya3
となる。
【0040】
以上により、ICチップ6上の3個所の定点の位置座標が算出される。
【0041】
ICチップ6上の3個所の定点の算出された位置座標(Xa1’,Ya1’)、(Xa2’,Ya2’)、(Xa3’,Ya3’)及びICチップ6上の3個所の定点の基準位置座標(Xa1,Ya1)、(Xa2,Ya2)、(Xa3,Ya3)を3行3列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、式(2)に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスとスケーリングマトリックス[MSP]との積で示される。
【0042】
【数2】
【0043】
式(2)上よりSa00、Sa10、Sa20、Sa01、Sa11、Sa21を算出することによりICチップ6のスケーリングマトリックス[MSP]の各要素の値が決定される。尚、スケーリングマトリックス[MSP]の算出される各要素値は、Sa00は、ICチップ6のX軸方向の伸縮率であるスケール要素値であり、Sa11は、ICチップ6のY軸方向の伸縮率であるスケール要素値である。Sa10はICチップ6のX軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値であり、Sa01はICチップ6のY軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値である。また、Sa20はICチップ6のX軸方向の平行移動量であるオフセット要素値であり、Sa21はICチップ6のY軸方向の平行移動量であるオフセット要素値をそれぞれ示す。また、基板30のスケーリングマトリックス[MSL]も同様に算出することができる。以下に、基板30のスケーリングマトリックス[MSL]の算出について述べる。
【0044】
XYテーブル4は、基板30上の第1基準位置の位置座標(Xb1,Yb1)に移動する(図3に基準位置を点線の十字マークで示す)。XYテーブル4上に搭載されたカメラ1で基板30を撮像してその撮像信号を画像認識装置8に入力する。画像認識装置8は、カメラ1からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、基板30上の第1基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、基板30の第1基準位置からの定点(図3に示すh’)のずれ量を算出する。図3に示すように、基板30上の第1基準位置からのX軸上のずれ量を△Xb1、Y軸上のずれ量を△Yb1とする。この時の基板30上の定点h’の位置座標(Xb1’,Yb1’)は
Xb1’= Xb1+△Xb1
Yb1’= Yb1+△Yb1
となる。
【0045】
次に、XYテーブル4は、基板30上の第2基準位置の位置座標(Xb2,Yb2)に移動する(図3に基準位置を点線の十字マークで示す)。XYテーブル4上に搭載されたカメラ1で基板30を撮像してその撮像信号を画像認識装置8に入力する。画像認識装置8は、カメラ1からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、基板30上の第2基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、基板30上の第2基準位置からの定点(図3に示すi’)のずれ量を算出する。図3に示すように、基板30上の第2基準位置からのX軸上のずれ量を△Xb2、Y軸上のずれ量を△Yb2とする。この時の基板30上の定点i’の位置座標(Xb2’,Yb2’)は
Xb2’= Xb2+△Xb2
Yb2’= Yb2+△Yb2
となる。
【0046】
次に、XYテーブル4は、基板30上の第3基準位置の位置座標(Xb3,Yb3)に移動する(図3に基準位置を点線の十字マークで示す)。XYテーブル4上に搭載されたカメラ1は、1で基板30を撮像してその撮像信号を画像認識装置8に入力する。画像認識装置8は、カメラ1からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第6基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、基板30上の第3基準位置からの定点(図3に示すj’)のずれ量を算出する。図3に示すように、基板30上の第3基準位置からのX軸上のずれ量を△Xb3、Y軸上のずれ量を△Yb3とする。この時の基板30上の定点j’の位置座標(Xb3’,Yb3’)は
Xb3’= Xb3+△Xb3
Yb3’= Yb3+△Yb3
となる。
【0047】
以上により、基板30上の3個所の定点の位置座標が検出される。
【0048】
基板30上の3個所の定点の検出された位置座標(Xb1’,Yb1’)、(Xb2’,Yb2’)、(Xb3’,Yb3’)及び基板30上の3個所の基準位置座標(Xb1,Yb1)、(Xb2,Yb2)、(Xb3,Yb3)を3行3列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、式(3)に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスとスケーリングマトリックス[MSL]との積で示される。
【0049】
【数3】
【0050】
式(3)よりSb00、Sb10、Sb20、Sb01、Sb11、Sb21を算出することにより基板30のスケーリングマトリックス[MSL]の各要素の値が決定される。尚、スケーリングマトリックス[MSL]の算出される各要素値は、Sb00は、基板30のX軸方向の伸縮率であるスケール要素値であり、Sb11は、基板30のY軸方向の伸縮率であるスケール要素値である。Sb10は基板30のX軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値であり、Sb01は基板30のY軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値である。また、Sb20は基板30のX軸方向の平行移動量であるオフセット要素値であり、Sb21は基板30のY軸方向の平行移動量であるオフセット要素値をそれぞれ示す。
【0051】
また、本発明のボンディング装置は、演算されたICチップ6及び基板30のスケーリングマトリックス[MSP]、[MSL]のX軸及びY軸スケール要素値、X軸及びY軸スキュー要素値及びX軸及びY軸オフセット要素値を前もって設定した基準値と比較して、前記各要素値が基準値以上の場合はエラー信号を出力して、動作を停止して、オペレータに警報を出力するようにしたものである。
【0052】
算出したスケーリングマトリックスの各要素値を基準値と比較することにより、例えば、スケーリングマトリックス[MSP]のY方向のオフセット要素値が基準値よりも大きな値の時には、ICチップ6の基板30上の貼着位置が大きくずれている場合であり、このような異常な状態を検知することできる。
【0053】
次に、算出したICチップ6及び基板30のスケーリングマトリックス[MSP]、[MSP]を使用して、ボンディングの位置座標の算出について述べる。
【0054】
ICチップ6のパッド6aのボンディングの基準位置座標(XPn,YPn)は、ICチップ6のスケーリングマトリックス[MSP]により、実際のボンディングの位置座標の変換される。すなわち、ICチップ6のパッド6aの実際のボンディングの位置座標を (XPn’,YPn’)とすると、
[XPn’ YPn’ 1]=[XPn YPn 1][MSP]
より、パッド6aのボンディングの位置座標を算出する。
【0055】
また、基板30のリード20のボンディングの基準位置座標(XLn,YLn)は、基板30のスケーリングマトリックス[MSL]により、実際のボンディングの位置座標の変換される。リード20の実際のボンディングの位置座標を (XLn’,YLn’)とすると、
[XLn’ YLn’ 1]=[XLn YLn 1][MSL]
より、リード20のボンディングの位置座標を算出する。
【0056】
算出されたパッド6a及びリード20の位置座標より、ICチップ6に設けられた各パッド6aとこれらに対応して配設された各リード20についてのワイヤボンディングの動作を行う。
【0057】
以上述べたICチップ6のパッド6aのボンディング位置座標の算出のフローチャートを図4に、基板30のボンディング位置座標の算出のフローチャートを図5にそれぞれ示す。
【0058】
図4に示すように、最初に、XYテーブル4をICチップ6の第1基準位置に移動する(図4に示すステップS1)。次に、ICチップ6上の定点eの第1基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する(ステップS2)。定点eの第1基準位置からのずれ量を検出後、XYテーブル4をICチップ6の第2基準位置に移動する(ステップS3)。次に、定点fの第2基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する(ステップS4)。定点fの第2基準位置からのずれ量を検出後、XYテーブル4をICチップ6の第3基準位置に移動する(ステップS5)。次に、定点gの第3基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する(ステップS6)。
【0059】
各定点のすれ量データにより、ICチップ6の各定点の位置座標を算出する(ステップS7)。次に、各定点の位置座標及び基準位置の位置座標によりスケーリングマトリックス[MSP]の各要素の値を算出する(ステップS8)。算出したスケーリングマトリックス[MSP]の各要素の値が基準値以内であるかをチェックする(ステップS9)。スケーリングマトリックス[MSP]の各要素の値が基準値以上のものがある場合には、エラー信号を出力して動作を停止する(ステップS10)。
【0060】
次に、基板30のボンディング位置座標の算出のフローチャートを図5を用いて説明する。図4に示すステップS6での[MSP]の各要素の値が基準値以内の場合には、最初に、XYテーブル4を基板30の第1基準位置に移動する(図5に示すステップS20)。次に、基板30上の定点hの第1基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する(ステップS21)。定点hの第1基準位置からのずれ量を検出後、XYテーブル4を基板30の第2基準位置に移動する(ステップS22)。次に、基板30上の定点iの第2基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する(ステップS23)。定点iの第2基準位置からのずれ量を検出後、XYテーブル4を基板30の第3基準位置に移動する(ステップS24)。次に、基板30上の定点jの第3基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する(ステップS25)。各定点のすれ量データにより、基板30の各定点の位置座標を算出する(ステップS26)。
【0061】
次に、各定点の位置座標及び基準位置の位置座標によりスケーリングマトリックス[MSL]の各要素の値を算出する(ステップS27)。算出したスケーリングマトリックス[MSL]の各要素の値が基準値以内であるかをチェックする(ステップS28)。スケーリングマトリックス[MSL]の各要素の値が基準値以上のものがある場合には、エラー信号を出力して動作を停止する(ステップS30)。
【0062】
スケーリングマトリックス[MSL]の各要素の値が基準値以内の場合は、パッド6a、リード20のボンディング位置座標の算出を行って(ステップS29)、ボンディング動作を開始する。
【0063】
以上の説明では、ICチップ6及び基板30での3個所の定点の基準位置からのずれ量を検出してボンディングの位置を算出したが、例えば、ICチップ6のみ、又は基板30のみを3個所の定点で検出してボンディングの位置を算出し、基板30又はICチップ6を従来通りに、2個所の定点で検出してボンディングの位置を算出するようにしてもよい。
【0064】
また、ICチップ6、基板30で4個所の定点の基準位置からのずれ量を検出して、定点を3個所ずつの組み合わせにより、各組み合わせのスケーリングマトリックスの各要素値を算出して、同一の要素値の最大値と最小値の差が所定の範囲内であることを確認して、同一の要素値の平均値を要素値とするようにしてもよい。 また、定点のずれ量は、画像認識装置8により検出しているが、基準位置からマニュピュレータ17で定点を目合わせしてずれ量を検出するようにしてもよい。
【0065】
なお、本発明によるボンディング装置は、ワイヤボンディング装置について述べたが、テープボンディング装置におけるICチップ、テープキャリア上のリードの位置検出等にも適用することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるボンディング装置によれば、被ボンディング部品のリードの位置の検出を、リードロケイタによる個々のリードの位置を検出することなしに、少なくとも3個所の基板上の定点の位置を求めることにより、リードの位置を算出することが可能であるため、半導体デバイスのボンディング工程での生産数を向上させることができる。また、本発明によるボンディング装置によれば、チップサイズの大きいICチップで、熱によるICチップの膨張があっても、少なくとも3個所のICチップ上の定点の位置を求めることにより、正確なパッドの位置を算出することが可能となり、高精度なボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図2】ICチップ及び基板上に設定した定点及び定点の基準位置を示す図である。
【図3】ICチップ及び基板上の定点のずれ量を示した図である。
【図4】ICチップのパッドのボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図である。
【図5】基板のボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図である。
【図6】従来のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図7】基板に貼着されたICチップの位置を示し、ICチップ上に設定した定点の位置を示す図である。
【図8】基準位置からのICチップの定点のずれ量を示す図である。
【符号の説明】
1 カメラ
1a カメラヘッド
1b 光学レンズ(レンズ)
2 ボンディングアーム
2a キャピラリ
3 ボンディングヘッド
4 XYテーブル
5 搬送装置
6 ICチップ
6a パッド
7 ボンディングステージ
7a ヒータ
8 画像認識装置
9 モニタ
9a クロスライン
9b ウインド
10 制御装置
10a マイクロプロセッサ
10b メモリ
11 駆動装置
14 ランド部
17 マニュピュレータ
20 リード
30 基板(PCB)
Claims (2)
- 被ボンディング部品に対してボンディングを行うボンディング手段と、
前記ボンディング手段を前記被ボンディング部品に対して二次元的に相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、
被ボンディング部品上の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記ずれ量検出手段からのずれ量によりボンディング位置座標を演算する演算手段とからなるボンディング装置であって、
前記ずれ量検出手段は、前記位置決め手段が定点の基準位置の位置座標に移動後、前記位置決め手段に搭載されたカメラからの信号を画像データに変換して、変換した画像データを画像認識して定点の基準位置の位置座標からのずれ量を算出し、
前記演算手段は、前記ずれ量検出手段で検出した被ボンディング部品上のICチップ又は基板における3個所の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を基準位置の位置座標に加算して、XY直交軸上の定点の位置座標を算出し、算出した3個所の定点の位置座標(X1’,Y1’)、(X2’,Y2’)、(X3’,Y3’)及び定点の3個所の基準位置の位置座標(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)を3行3列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、数式1に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスと変換マトリックスMSとの積とからなり、前記数式1から前記変換マトリックスMSにおけるS00、S11のX軸及びY軸の被ボンディング部品の伸縮率であるスケール要素値、S10、S01のX軸及びY軸の被ボンディング部品の歪みの比率であるスキュー要素値、S20,S21のX軸及びY軸の被ボンディング部品の平行移動量であるオフセット要素値を算出し、
- 前記変換マトリックスの演算されたX軸及びY軸スケール要素値、X軸及びY軸スキュー要素値、X軸及びY軸オフセット要素値を前もって設定した基準値と比較して、前記各要素値が基準値以上の場合はエラー信号を出力することを特徴とする請求項1記載のボンディング装置。
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