JP5008014B2 - ワイヤクランピング用のワイヤボンディング装置及び方法、ボールの自動的形成方法、並びにワイヤボンディング部 - Google Patents

ワイヤクランピング用のワイヤボンディング装置及び方法、ボールの自動的形成方法、並びにワイヤボンディング部 Download PDF

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Description

本発明は、ワイヤボンディング装置及びボンディング方法に関するもので、詳細には、ワイヤ断線が発生した場合、自己復旧が可能なワイヤボンディング装置及びそれを用いたボールの自動的形成方法に関するものである。
半導体パッケージの組み立ての際、半導体チップの機能を外部へと繋げる電気的接続方法としては、ワイヤボンディング方法、フリップチップ（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ）ボンディング方法、タブ（ＴＡＢ）方法などがよく用いられる。
その中でも、現在最も一般的に用いられている電気的接続方法が、ゴールド（Ａｕ）ワイヤを用いたボンディング方法で、半導体パッケージ製造技術によく用いられている。ゴールドワイヤは、アルミニウム（Ａｌ）ワイヤや銅（Ｃｕ）ワイヤに比べて結合力は弱いものの、酸化や汚染の発生が少なく細く加工できるため幾何学的に円に近いボールを形成できるなどのメリットがある。
図１は、従来の技術によるワイヤボンディング装置５０を概略的に示すブロック図である。図１が示すように、ワイヤスプール３９（ｗｉｒｅ ｐｏｏｌ）から引き出されたワイヤ４１がワイヤクランプ３３（ｗｉｒｅ ｃｌａｍｐ）を介してキャピラリ３２（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）に挿入される。キャピラリ３２（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）には、トランスデューサー３１（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が設置されており、トランスデューサー３１（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に超音波発生部（図示せず）から発生するエネルギーをキャピラリ３２（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）に伝達する。その際、ワイヤクランプ３３は、キャピラリ３２の上方に設置され、キャピラリ３２を通して引き出されるワイヤ４１をクランピングする。また、ワイヤボンディングが施される前にワイヤボンディング・モニタリングシステム３８（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＢＭＳ）を通して配線基板２０と半導体チップ２４の位置及び整列状態を正確に認識しワイヤボンディングを行なう。さらに、ＷＢＭＳ３８は、ワイヤボンディングのうち、電流をトランスデューサー３１に流して電流の流れをチェックする。ワイヤボンディングの途中でワイヤ４１が切れた場合は、トランスデューサー３１に流れる電流値の変化を感知し、ワイヤの断線情報をホストコンピューター３７（ＨＯＳＴ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に伝送する。
一方、ワイヤクランプ３３は、ホストコンピューター３７によって制御され、固定板セットを有する固定板タイプ（ｐｌａｔｅ ｔｙｐｅ）がよく用いられる。ホストコンピューター３７は、複数のワイヤボンディング装置５０を総括するが、デジタル・アナログ変換機（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ＤＡＣ）のような通信ボード３５を通して、ワイヤクランプ３３の開閉を制御するためのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）をドライバー３４（ｄｒｉｖｅｒ）に伝送する。その際、プロファイルは、複数の時間セグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）を有する制御信号で、時間セグメントごとにドライバー３４によってワイヤクランプ３３が開閉される。セグメントが小さければ小さいほどより精密なプロファイルを作ることができるが、ホストコンピューター３７の特徴から５００μｓ以下にするのは難しい。すなわち、ホストコンピューター３７を通して、５００μｓ以下で（開放モードから閉鎖モードへ、またはその反対）ワイヤクランプ３３の状態を転換させるのは容易ではない。
このようなワイヤボンディング装置５０を用いたボンディング工程を見てみると、ワイヤスプール３９を通して供給されたワイヤ４１は、エアテンション部４０（ａｉｒ ｔｅｎｓｉｏｎ ｐａｒｔ）で提供するエア４２によって一定の張力を保ったまま、トランスデューサー３１とキャピラリ３２を通して抜け出るようになる。エアテンション部４０（ａｉｒ ｔｅｎｓｉｏｎ ｐａｒｔ）は、ワイヤ４１にエア４２を吹き込み、一定の張力を保たせる。キャピラリ３２から外に出されたワイヤ４１のテールに高電圧放電ブレード（図示せず）によるＥＦＯ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｒａｍｅ Ｏｆｆ）放電によりボールを形成する。そして、半導体チップの電極パット２６にボールボンディング（ｂａｌｌ ｂｏｎｄｉｎｇ）を行ない、一定のトレースのループを形成し配線基板２０の基板パットにステッチボンディング（ｓｔｉｔｃｈ ｂｏｎｄｉｎｇ）を行なう。ボールボンディング及びステッチボンディングをスムーズに進行させるために、トランスデューサー３１を通してキャピラリ３２に超音波エネルギーを加えると同時に、ボンディングする部分に熱を加える。
しかし、ワイヤボンディングの途中でワイヤ４１が切れることがある。それは主に、ステッチボンディングの際、キャピラリ３２に加えられる過度な力や物理的な弾み（ｍａｔｅｒｉａｌ ｂｏｕｎｃｉｎｇ）などによってワイヤの断線不良が生じるためである。この場合、ワイヤボンディング装置は動作を中断し、作業者は手作業でワイヤ４１の端を再びキャピラリ３２に挿入しなければならない。作業者の熟練度によって再挿入にかかる時間に差はあっても相当の時間がかかるうえ、一連の作業が手作業になるため、設備の生産性が低下する要因となる。
このような問題点を克服するために、ワイヤの断線が発生した際自動的にワイヤのテール及びボールを形成することによって、作業者の介入がなくても、ワイヤボンディングの作業がスムーズに進行できるボンディング装置が従来から提示されている。しかし、ワイヤ断線の際、ホストコンピューター３７がワイヤボンディング装置のワイヤクランプの開閉を制御するため、ワイヤクランプ３３がクランピングの動作を行なってもほとんど実効性がない。特に、ワイヤボンディングの途中でワイヤが切れた場合、トランスデューサー３１に流れる電流値の変化をＷＢＭＳが感知し、ホストコンピューター３７に伝送し、再びホストコンピューター３７μｓから伝送されてきた信号によりワイヤ４１をクランピングする。そこで、ワイヤの断線からクランピングの作業までの時間は、約１０００μｓ以上かかる。そのため、ワイヤ４１がキャピラリ３２の外へ離脱する問題がある。したがって、従来の自己復旧型ワイヤボンディング装置は、ワイヤ断線の際、外れたワイヤ４１を再びキャピラリ３２の中に挿入する手作業が必要となる。
また、ワイヤ断線不良が発生したワイヤテールは、正常なワイヤボンディング工程でのテールと比べて変形の可能性が高いため、ワイヤ断線不良が発生したワイヤテールをそのまま使用する場合、ボールが正常に形成できず、ワイヤボンディング不良につながるおそれがある。
本発明の目的は、ワイヤ断線の発生とほぼ同時にワイヤをクランピングし、ワイヤがキャピラリの外に外れる（離脱する）ことを防止することにある。
本発明の他の目的は、ワイヤ断線が発生したワイヤの端を除去し、正常なボールを形成するワイヤテール及びボールを自動的に形成できるようにすることにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、自己復旧型ワイヤボンディング装置であって、半導体チップが内蔵された配線基板を移送する移送レールと、上記移送レールに隣接して設置され上記半導体チップと配線基板をワイヤとで電気的に接続するワイヤボンディング部と、を有する
上記ワイヤボンディング部は、ワイヤを受容するキャピラリを有するトランスデューサーと、上記キャピラリと一緒に移動するワイヤクランプと、上記トランスデューサーでの電気の流れをチェックするワイヤボンディング・モニタリングシステムと、そして上記ワイヤクランプの開閉を制御し、上記ＷＢＭＳが提供するワイヤの断線信号にしたがって上記ワイヤクランプを閉じて、断線されたワイヤを固定する専用制御機とを有する。
さらに、上記自己復旧型ワイヤボンディング装置は、上記移送レールに設置され、上記断線されたワイヤの端を切断してボールを形成するためのワイヤテールが形成されるプリボンディングステージをさらに有する。
本発明は、前述した自己復旧型ワイヤボンディング装置を用いたボールの自動的形成方法を提示する。ボールの自動的形成方法は、ワイヤボンディング・モニタリングシステムが提供するワイヤ断線信号にしたがって専用の制御部がワイヤクランプを閉じて断線されたワイヤをクランピングする段階と、上記ワイヤをワイヤテールを形成する特定の位置に移動する段階と、上記ワイヤクランプを開けて上記キャピラリの下向きに所定の長さのワイヤを引き出す段階と、上記ワイヤテールに高電圧放電を加えてボールを形成する段階と、を有する。
また、本発明におけるボールの自動的形成方法は、上記特定の位置から上記配線基板に移動し、上記半導体チップと配線基板をつなぐ１回のワイヤボンディングの段階と、上記ワイヤボンディングされたオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）の有無を検査する段階をさらに有する。
また、本発明は、半導体チップと基板を電気的に接続するワイヤが内部のワイヤ引き出し方向に通過できるよう受容するキャピラリと上記ワイヤ引き出し方向に上記キャピラリの上方に位置するワイヤクランプと上記トランスデューサーでの電気の流れをモニタリングしてワイヤ断線を示す電気の流れの変化を感知し、ワイヤの断線信号を発生させるワイヤボンディング・モニタリングシステム及び上記ワイヤボンディング・モニタリングシステムが提供するワイヤ断線信号に応じて上記ワイヤクランプを閉じる専用制御機を有するワイヤボンディング部とを提供する。
さらに、本発明は、トランスデューサーを振動させてキャピラリの下向きにワイヤを引き出す段階と、上記トランスデューサーでの電気の流れをモニタリングする段階と、ワイヤ断線を示す電気の流れの変化を感知し、ワイヤ断線信号を発生させる段階と、を有するワイヤの固定方法を提供する。ここで、システムは、上記ワイヤ断線信号を発生させ、その信号を、ワイヤクランプを制御する専用制御機に伝送し、ワイヤクランプを閉じて、断線されたワイヤを固定する。
以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図２及び図３に示すように、ワイヤボンディング装置１５０は、移送レール１１０とワイヤボンディング部１３０を有する。移送レール１１０は、半導体チップ１２４が内蔵された配線基板１２０を移送する。ワイヤボンディング部１３０は、半導体チップ１２４と配線基板１２０をワイヤ１４１で電気的に接続する。ワイヤボンディング部１３０は、トランスデューサー１３１とワイヤクランプ１３３及びワイヤボンディング・モニタリングシステム（ＷＢＭＳ）１３８を有する。トランスデューサー１３１は、先端部にワイヤ１４１を受容するキャピラリ１３２を有する。ワイヤクランプ１３３は、キャピラリ１３２の上方に設置され、ワイヤ１４１を固定する。ワイヤクランプ１３３はキャピラリ１３２と一緒に移動する。ＷＢＭＳ１３８はトランスデューサー１３１での電気の流れをチェックする。ワイヤスプール１３９はワイヤボンディング部１３０にワイヤ１４１を供給する。エアテンション部１４０は、ワイヤ１４１が所定の張力を保てるよう、ワイヤ１４１にエア１４２を吹き込む。ホストコンピューター１３７はワイヤボンディング装置１５０と接続され、ワイヤボンディング装置１５０を制御する。通信ボード１３６は、ホストコンピューター１３７とワイヤボンディング装置１５０を接続する。
ワイヤボンディング装置１５０はさらに、専用制御機１３５とプリボンディングステージ１１２（ｐｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔａｇｅ）も有する。専用制御機１３５は、ワイヤクランプ１３３の開閉を制御する。特に、専用制御機１３５は、ＷＢＭＳ１３８が提供するワイヤ断線信号にしたがって迅速にワイヤクランプ１３３を閉じ、断線されたワイヤをクランピングする。プリボンディングステージ１１２は移送レール１１０に設置される。
ＷＢＭＳ１３８は配線基板１２０と半導体チップ１２４の位置及び整列状態を正確に認識し、ワイヤボンディングの進行をモニタリングする。ＷＢＭＳ１３８は、ワイヤボンディングが行なわれる間に、トランスデューサー１３１に電流を流し、電流の流れをチェックする。ワイヤが切れた場合は、ＷＢＭＳ１３８からトランスデューサー１３１に流れる電流値の変化を感知し、ワイヤ断線情報（つまり、ワイヤ断線信号）を専用制御機１３５に伝送する。さらに、複数のワイヤボンディング装置１５０を総括するホストコンピューター１３７にもワイヤ断線情報を伝送する。したがって、ホストコンピューター１３７は、どのワイヤボンディング装置でワイヤ断線が発生したかを把握し、断線が発生したワイヤボンディング装置で自動的にボール形成の工程が行なえるように制御する。
専用制御機１３５は、ワイヤクランプ１３３のドライバー１３４に接続されており、ワイヤクランプ１３３の開閉を制御するためのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を直接ドライバー１３４に伝送する。その際、プロファイルは複数のタイム・セグメント（ｔｉｍｅ ｓｅｇｍｅｎｔ）を有する制御信号で、タイム・セグメントごとにドライバー１３４によってワイヤクランプが開閉される。専用制御機１３５は、ＤＡＣのような通信ボード１３６を通してホストコンピューター１３７に接続されており、ワイヤ断線信号のようなワイヤクランプ１３３の開閉に関連する信号（つまり、ワイヤ断線信号）を直接提供してもらえるようにするため、ＷＢＭＳ１３８とも接続されている。
従来は、複数のワイヤボンディング装置を総括するホストコンピューターがワイヤクランプの開閉を制御していたが、本発明の実施形態では、制御機１３５がワイヤクランプ１３３の開閉を制御する。すなわち、ワイヤボンディング装置１５０ごとにワイヤクランプ１３３を制御する専用制御機１３５を使用する。
従来とは違って、本発明では、クランピングの作業を制御する信号に直接的な経路を提供できるようになった。これは、ワイヤ断線信号がＷＢＭＳ１３８から制御機１３５に直接伝送され、制御機１３５はプロファイルを生成し、ドライバー１３４に直接供給するということである。専用制御機１３５は、約１００μｓのセグメントを有するプロファイルを生成する。このようなプロファイルは、従来の構造では、クランピング作業を制御する信号の間接的な経路のゆえに生成できなかった。図１に示すように、ワイヤ断線信号は、ＷＢＭＳ１３８から通信ボード３５を通してホストコンピューター３７に伝送され、ホストコンピューター３７でプロファイルを生成し、再び通信ボードを通してドライバー３４に伝送される。このように、従来の構造では、ホストコンピューター３７の共用性のゆえにクランピング作業に関連した信号の処理に時間がかかっていた。
しかし、本発明では、プロファイルが約１００μｓのセグメントを有しており、ワイヤクランプ１３３の開閉の制御がスタートビット（ｓｔａｒｔ ｂｉｔ）一つで行なわれるため、ワイヤ断線信号の送信とほぼ同時に断線されたワイヤをクランピングすることができる。したがって、断線されたワイヤがキャピラリ１３２の上端を通して外に外れることを防止できる。
そして、プリボンディングステージ１１２では断線されたワイヤの端を除去する。そうすることによって、ワイヤテールやボールがワイヤボンディング（以下、「フリーワイヤボンディング」という）を通して自動的に形成できる。断線されたワイヤの端は、正常なワイヤボンディングで形成されたワイヤテールに比べて形状に変形が生じることがある。断線されたワイヤの端に高電圧放電を加えてボールを形成する場合は、正常な球の形体ではなく他の形体になり、ワイヤボンディングの不良が発生するおそれがあるため、プリボンディングステージ１１２でフリーワイヤボンディングで断線されたワイヤの端を除去することによって、正常なボール（即ち、不良のないボール）を形成するのに適切なワイヤテールを形成する。一方、フリーワイヤボンディングは、配線基板１２０の上でも具現可能である。この場合、配線基板１２０に形成された基板パット１２２の中のダミー基板パット１２２ａ（図３を参照）を用いてワイヤテールを形成することができる。
一方、プリボンディングステージ１１２は移送レール１１０に設置されるが、移送レール１１０の片側あるいは両側に設置することができる。プリボンディングステージ１１２は、移送レール１１０が設置された方向に所定の長さで設置されることが好ましい。しかし、フリーワイヤボンディング工程さえ可能であれば、当然様々な形が考えられる。プリボンディングステージ１１２の素材としては、フリーワイヤボンディングの際にキャピラリ１３２の損傷を最小化でき、ワイヤ１４１と接着しやすいものが好ましい。たとえば、プリボンディングステージ１１２の素材として、配線基板の基板パット１２２の素材として用いられる鉄系または銅系の合金を使用することができる。プリボンディングステージ１１２及び配線基板１２０の基板パット１２２、１２２ａの素材は、同じでも異なっても良い。
図４は、図２のワイヤボンディング装置を用いたボールの自動的形成方法の流れを示すものである。図５Ａ及び図１２は、図４に示したボールの自動的形成方法の各段階を示す図である。
一般に、ワイヤボンディング工程１７０は、移送レールで半導体チップが内蔵された配線基板が順番に供給されながら、ワイヤボンディング部で行なわれる。そしてワイヤボンディング工程１７０の途中でワイヤ断線が発生しなければ（１７１においてＮｏ）、続いてワイヤボンディング工程１７０が続けられ、ワイヤ断線が発生した場合は（１７１においてＹｅｓ）、断線されたワイヤをクランピングする段階１７３から始まって、ボールを形成する工程１８３を経て、ワイヤボンディング１７０が自動的に行なわれるようにする。本実施形態では、配線基板にステッチボンディングをする際、ワイヤ断線が発生した例を提示した。ワイヤ断線はワイヤボンディング工程の際、常に発生の可能性がある。本実施形態では、本発明の自己復旧の特徴を中心に説明する。
ワイヤ断線が発生すると（１７１においてＹｅｓ）、断線されたワイヤ１４１をクランピングする段階が行なわれる（図４の１７３）。ワイヤクランピングの段階は、図５Ａ及び図６を参照して説明する。ワイヤ断線が発生すると、トランスデューサー１３１に流れる電流値に変化が生じ、これをＷＢＭＳ１３８が感知し、ワイヤ断線情報を専用制御機１３５に伝送する。専用制御機１３５は、ワイヤクランプ１３３を閉じるよう命令のプロファイルをドライバー１３４に伝送し、ワイヤクランプ１３３を閉じて、断線されたワイヤ１４１をクランピングする。
その際、専用制御機１３５はプロファイルを約１００μｓ（ｔ２）のセグメントで生成できるため、ワイヤクランプ１３３の開閉の制御がスタートビット（ｓｔａｒｔ ｂｉｔ）一つで行なわれる。したがって、ＷＢＭＳ１３８が提供するワイヤ断線信号の送信とほぼ同時に断線されたワイヤ１４１をクランピングすることができるため、断線されたワイヤ１４１がキャピラリ１３２の上端を通して外に外れる不良を防止できる。図６の図面符号１４６ａは、ワイヤ断線の後、キャピラリ１３２の下端に露出されたワイヤの端部を示す。
図５Ａに示す通り、配線基板１２０にワイヤ１４１をキャピラリ１３２でステッチボンディングした後（Ｉ）、ワイヤテールを形成する位置にキャピラリが上昇し（ＩＩ）、ワイヤクランプ１４１を閉じてワイヤをクランピングした状態でキャピラリ１３２が上昇することによって、ワイヤ１４１のもっとも弱い部分であるステッチボンディングされた部分でワイヤ１４１が切れてワイヤテール１４６が形成される（ＩＩＩ）。
図５Ｂ及び図５Ｃは、ワイヤクランピングの時間を従来の場合と比較して示している。ここでクランピングの時間は、ワイヤクランピングの開放状態で、Ａ時点でワイヤ断線が発生した際に測定される。また、時点Ａは、キャピラリ１３２がワイヤテール１４６を形成するための位置に移動する前で、ステッチボンディング工程の後である。
図５Ｂ（１）は、ワイヤ断線が発生しないワイヤボンディング工程におけるクランピングの段階を示す。所定の時間でワイヤクランピング１３３が開放の状態から閉鎖の状態へと転換されてワイヤ１４１をクランピングする。ワイヤクランプ１３３を閉じた状態でキャピラリ１３２はワイヤ１４１を切断するための高さに上昇し、ワイヤテール１４６を形成する（図５Ａ（ＩＩＩ）参照）。
図５Ｂ（２）は、従来のワイヤクランピングの時間を示す。従来のホストコンピューターはワイヤの開閉を制御する。ワイヤ断線の発生時点（Ａ）からワイヤクランプが閉鎖動作を始めるまで、約８００μｓ（ｔ１）を要する。すなわち、ワイヤがキャピラリの上端の外に外れるような不良が発生するおそれがある。
図５Ｂ（３）は、本発明の実施形態に基づくワイヤクランピングの時間を示す。本発明の場合、専用制御機１３５がワイヤクランプ１３３の開閉を制御するため、ワイヤ断線が発生した時点からワイヤクランプ１３３が断線されたワイヤ１４１をクランピングするまで、約１００μｓ（ｔ２）を要する。したがって、ＷＢＭＳ１３８が提供するワイヤ断線信号の送信とほぼ同時に断線されたワイヤ１４１をクランピングすることができるため、断線されたワイヤ１４１がキャピラリ１３２の上端から外に外れてしまう不良を防止できる。
次に、図６及び図７に示すように、断線されたワイヤを特定の位置に移動する段階が行なわれる（図４の１７５）。まず、断線されたワイヤ１４１をクランピングしたワイヤボンディング部１３０は、ボールを形成するためのワイヤテールを形成する特定の位置に移動する。次に、特定の位置の上端面にトランスデューサー１３１が下降する。ワイヤテールを形成する位置は、配線基板１２０の基板パットの高さに対応する位置である。本実施形態において、特定の位置は、プリボンディングステージ１１２であるが、これに限らない。本実施形態では、プリボンディングステージ１１２が移送レール１１０の設置方向に設置され、移送レール１１０の設置方向にフリーワイヤボンディングが行なわれる例を示すが、これに限らない。当然ながら、プリボンディングステージ１１２は、移送レール１１０の設置方向と垂直の方向に設置することも可能で、フリーワイヤボンディングが、プリボンディングステージ１１２が設置された方向（たとえば、移送レール１１０の設置方向と垂直方向）に行なわれることもある。
次に、図８及び図９に示すように、ワイヤを引き出す段階が行なわれる（図４の１７７）。まず、図８に示すように、閉じられたワイヤクランプ１３３を開けた後、トランスデューサー１３１に超音波振動を加え、キャピラリ１３２の下端に所定の長さのワイヤ１４６ａを引き出す。そして、図９に示すように、開いたワイヤクランプ１３３を閉じることによって、ワイヤ引き出しの工程は完了する。ここで、キャピラリの下端に引き出されたワイヤ１４６ａはフリーワイヤボンディングでワイヤテールとして用いられる。
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す通り、キャピラリ１３２の下端に所定の長さのワイヤ１４６ａが引き出されたか否かを検出する段階が行なわれる（図４の１７９）。ワイヤを検出する段階は、図１０Ａに示す通り、トランスデューサー１３１がプリボンディングステージ１１２に下降し、キャピラリ１３２の先端の下に引き出されたワイヤ１４６ａとフリープリボンディングステージ１１２との接触有無に伴うトランスデューサー１３１での電気の変化をＷＢＭＳ（図２の１３８）がチェックしてワイヤを検出する。ワイヤが検出されない場合（すなわち、キャピラリの下端に所定の長さのワイヤが引き出されない場合）、前述したようなワイヤ引き出しの工程（図４の１７７）を再び行なう。
本発明は、前述したようなワイヤ検出段階に限らない。すなわち、図１０Ｂに示す通り、キャピラリの下に引き出されたワイヤに高電圧放電ブレード１４３を用いて高電圧放電を加えることによって、トランスデューサー１３１での電気の流れをＷＢＭＳ（図２の１３８）がチェックしてワイヤを検出することも可能である。一方、キャピラリ１３２の下にワイヤが引き出された場合、ワイヤの端にボール１４９ａが形成される。形成されたボールは球の形である。
その他、センサーのような検出手段を利用してワイヤ引き出しの有無を検出することもできる。
次に、図１１Ａ及び１１Ｂに示す通り、ワイヤテール１４６を形成する段階が行なわれる（図４の１８１）。すなわち、断線されたワイヤの端をフリーワイヤボンディングで切断し、正常なボールが形成できるワイヤテール１４６を形成する。このワイヤテールの形成の段階は、フリーワイヤボンディングステージ１１２（または図３のダミー基板パット）で行なわれる。
フリーワイヤボンディングは、図１１Ａに示す通り、ウェッジボンディング（ｗｅｄｇｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）でありうる。すなわち、図１０Ａに示した方法でワイヤ検出を行なった後、プリボンディングステージ１１２にウェッジボンディングを行ない、キャピラリの下端にワイヤテール１４６を形成する。図面符号１４７ａは、プリボンディングステージ１１２にウェッジボンディングされたワイヤを示す。ウェッジボンディングは、ワイヤボンディング技術の一つであり、よく知られている技術であるため、ここでは詳しい説明は省略する。
また、フリーワイヤボンディングは、図１１Ｂに示す通り、ボールボンディングであってもよい。すなわち、図１０Ｂに提示された方法でワイヤを検出する際に形成されたボール１４９ａを用いて、プリボンディングステージ１１２にボールボンディングを行ない、キャピラリの下端にワイヤテール１４６を形成する。図面符号１４７ｂは、プリボンディングステージ１１２にボールボンディングされたワイヤを示す。ボールボンディングは、ワイヤボンディング技術の一つであり、よく知られている技術であるため、ここでは詳しい説明は省略する。
次に、図１２に示す通り、ワイヤテールに高電圧放電ブレード１４３を用いて高電圧放電を加えてボール１４９を形成する（図４の１８３）。本実施形態では、プリボンディングステージ１１２の上方でボールを形成する例を示したが、これに限らず、たとえば、配線基板１２０の上方でも形成されうる。
また、キャピラリ１３２をプリボンディングステージ１１２から配線基板１２０に移動させた後、半導体チップと配線基板を接続する１回のワイヤボンディングを行なった後（図４の１８５）、１回のワイヤボンディングされた部分をＷＢＭＳ１３８でオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）の有無を精密検査し、再びワイヤボンディングを始めるか、エラーを発生させるかを判別する（図４の１８７）。
精密検査を通して、１回のワイヤボンディングされた部分がオフセットの有無を判別する誤差の範囲内の場合（図４の１８７においてＯＫ）、再びワイヤボンディングを進行させる。しかし、１回のワイヤボンディングされた部分がオフセットの有無を判別する誤差の範囲を超える場合（図４の１８７においてＮＯＴ ＯＫ）は、ワイヤボンディング装置の動作を中断させ、エラーを発生させて作業者に知らせる（図４の１８９）。ワイヤボンディングの位置がずれる場合は、通常、キャピラリ１３２が磨耗されているかまたは曲がっているのが原因であるため、キャピラリ１３２を有するワイヤボンディング部１３０の定期的な点検が必要である。
前述したようなワイヤ引き出し方法の外にも、図１３に示したような引き出し段階を行なうことができる（図４の１７７）。図７に示す通り、断線されたワイヤ１４１をクランピングしたワイヤボンディング部１３０がボール形成のためのワイヤテールを形成するフリーボンディンステージ１１２に移動する段階から始まる。
次に、図１３（ａ）に示す通り、ワイヤクランプ１３３を開けてもワイヤ１４１の現在位置を維持できるように条件を整える。すなわち、ワイヤ１４１の平衡状態を保てるよう，ワイヤスプールで供給されたワイヤ１４１にエア１４２を吹き込む。エア１４２は、ワイヤクランプ１３３を中心に上の方向にワイヤに張力を作用させ、トランスデューサー１３１に超音波振動を加える。また、ワイヤクランプ１３３の上のワイヤ１４１に加わった張力に対応する引力をワイヤクランプ１３３の下のワイヤ１４１に作用させる。
次に、図１３（ｂ）に示した通り、ワイヤクランプ１３３を開けた後、図１３（ｃ）に示す通り、トランスデューサー１３１が所定の高さに上昇することによって、トランスデューサー１３１に対して相対的に止まっているワイヤ１４１はキャピラリ１３２の下端の外に引き出される。
次に、図１３（ｄ）に示す通り、ワイヤクランプ１３３を閉じてワイヤ１４１をクランピングした後、図１３（ｅ）に示す通り、ボールを形成する位置にトランスデューサー１３１が下降することによってワイヤ引き出しの工程は完了する。
本発明の実施形態においては、ワイヤクランプの制御を通してワイヤが引き出されたが、これに限定されず、たとえば、ワイヤ引き出しのために補助クランプを設置することもできる。
図１４は、本発明のさらに他の実施形態による、補助クランプ２４４を有するワイヤボンディング装置２５０を概略的に示すブロック図である。ここでのワイヤボンディング装置２５０は、補助クランプ２４４とセンサー２４５を有する。補助クランプ２４４は、ワイヤクランプ２３３とキャピラリ２３２の間に配置され、ワイヤ２４１を固定させる。センサー２４５は、キャピラリ２３２の下方に設置され、キャピラリ２３２の下端から引き出されるワイヤ２４１の長さを測定し、ワイヤテールに形成されるボールの位置を測定する。
センサー２４５は、キャピラリ２３２の下端に引き出されたワイヤ２４１の長さを測定し、キャピラリ２３２の移動距離を決定する役割を果たす。センサー２４５としては、光センサーか光カメラなどが用いられる。
補助クランプ２４４としては、ローラタイプ（ｒｏｌｌｅｒ ｔｙｐｅ）または固定板タイプが用いられる。補助クランプ２４４も専用制御機２３５によって開閉が制御される。一方、本実施形態では、補助クランプ２４４及びセンサー２４５を用いたワイヤ引き出しの段階を除けば、第１実施形態と構造的・機能的に同一である。
図１５は、ローラタイプの補助クランプ２４４ａを用いてワイヤを引き出す段階を示す図である。ワイヤ断線が発生した場合は、図１５（Ａ）に示す通り、（図２のワイヤクランプ１３３と類似した）ワイヤクランプ２３３を閉じて断線されたワイヤ２４１をクランピングする。
また、図１５（ｂ）に示す通り、センサー２４５がキャピラリ２３２の下端に引き出されたワイヤ２４６ａの長さを測定し、その情報を専用制御機（図１４の２３５）に伝送する。次に、補助クランプ２４４ａが閉じられ、ワイヤ２４１を固定した後、ワイヤクランプ２３３が開く。
一方、ローラタイプの補助クランプ２４４ａにはモータが付着されており、それによって回転が可能である。またモータで、引き出されたワイヤ２４６ａの位置が調節できる。
図１５（ｃ）に示す通り、専用制御機（図１４の２３５）がモータを動作させ、補助クランプ２４４ａのローラを回転させることによって、ワイヤをキャピラリ２３２の下端に引き出す。センサー２４５から提供されるワイヤの長さに関する情報に応じて、ワイヤをキャピラリ２３２の下端に引き出す。
最後に、図１５（ｄ）に示す通り、開いたワイヤクランプ２３３を閉じてワイヤ２４１を固定した後、補助ワイヤクランプ２４４ａを開く。
このとき、ローラタイプの補助クランプ２４４ａを用いてワイヤを引き出す場合は、トランスデューサー２３１の上下移動なしでワイヤの引き出しが行なわれる。
図１６は、ワイヤクランプ２３３と同じ固定板セットを有する固定板タイプの補助クランプ２４４ｂを用いてワイヤを引き出す各段階を示す図である。
まず、ワイヤ断線が発生すると、図１６（ａ）に示す通り、（図２のワイヤクランプ１３３と類似した）ワイヤクランプ２３３を閉じて断線されたワイヤ２４１をクランピングする。センサー２４５がキャピラリ２３２の下端に引き出されたワイヤ２４６ａの長さを測定し、ワイヤの長さに関する情報を専用制御機（図１４の２３５）とホストコンピューター（図１４の２３７）に伝送する。その際、センサー２４５が示すワイヤの長さに関する情報に応じて、専用制御機（図１４の２３５）はワイヤクランプ２３３及び補助クランプ２４４ｂの開閉を制御し、ホストコンピューター（図１４の２３７）はトランスデューサー２３１の上下移動を制御する。
次に、図１６（ｂ）に示す通り、補助クランプ２４４ｂを閉じてワイヤ２４１を固定した後、ワイヤクランプ２３３を開く。
次に、図１６（ｃ）に示す通り、トランスデューサー２３１が所定の高さに上昇する。その際、トランスデューサー２３１の上下移動は、トランスデューサー２３１の上端が補助クランプ２４４ｂの下端に近接するよう上昇し、ワイヤクランプ２３３の下端が補助クランプ２４４ｂの上端に近接するよう下降する。
次に、図１６（ｄ）に示す通り、ワイヤクランプ２３３を閉じてワイヤ２４１を固定した後、補助クランプ２４４ｂを開く。ここまでは、ワイヤ２４１の位置に変化がない。
最後に、図１６（ｅ）に示す通り、トランスデューサー２３１は補助クランプ２４４ｂからボールを形成する位置に下降する。その際、ワイヤ２４１はトランスデューサー２３１とワイヤクランプ２３３と一緒に移動する。
一方、補助クランプ２４４ｂによってトランスデューサー２３１の上下移動の幅が制限されるため、一回のトランスデューサー２３１の上下移動では、ワイヤ２４６ａが所定の長さでキャピラリ２３２の下端に引き出しされない場合がある。したがって、センサー２４５が示すワイヤの長さで、キャピラリ２３２の下端にワイヤ２４６ａが引き出されるまで、（ｂ）ないし（ｅ）段階を反復的に行なう。たとえば、センサー２４５からホストコンピューター（図１４の２３７）に伝送された長さの情報がトランスデューサー２３１の上昇の幅より小さい場合、トランスデューサー２３１の１回の上昇の工程でワイヤ引き出しが可能である。しかし、センサー２４５からホストコンピューター（図１４の２３７）に伝送された長さの情報がトランスデューサー２３１の上昇の幅より大きい場合は、トランスデューサー２３１の上下移動を反復させ、センサー２４５が示す情報に相当する長さのワイヤ２４６ａを引き出す。当然、トランスデューサー２３１の上下移動に合わせて、ワイヤクランプ２３３及び補助クランプ２４４ｂの動作も同時に行なわれる。
したがって、固定板タイプの補助クランプ２４４ｂを用いた場合、ワイヤクランプ２３３と補助クランプ２４４ｂが、交代でワイヤ２４１を固定させる役割をしながら、トランスデューサー２３１の上下移動を反復すると、センサー２４５が示す情報に相当する長さで、キャピラリ２３２の下端にワイヤ２４６ａを引き出すことができる。
また、センサーを利用して（フリーワイヤボンディングで形成された）ボールの位置を補正するのが好ましい。
本発明の構成によれば、ワイヤクランプの開閉を制御する専用制御機を設置することにより、ワイヤ断線とほぼ同時に断線されたワイヤをクランピングすることができるともに断線されたワイヤがキャピラリの上端の外に外れてしまう不良を防ぐことができる。
また、移送レールの部分にプリボンディングステージを形成し、断線されたワイヤの端部を切断する工程を行なうことにより、断線されたワイヤの使用によるワイヤボンディングの不良を抑制できる。
さらに、断線されたワイヤのクランピングからボール形成までの一連の動作を自動にできることから、ワイヤボンディング装置の効率を最大化できる。
一方、本明細書と図面に示した本発明の実施形態は、理解を深めるための特定の例に過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものではない。ここに提示した実施形態の他にも本発明の技術的思想に基づいて他の変形例が実施可能であることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者には自明である。
従来の技術に基づくワイヤボンディング装置を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるワイヤボンディング装置を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、移送レール部分にプリボンディングステージが設置された状態を示す平面図である。 図２のワイヤボンディング装置を用いたボールの自動的形成方法を示す流れ図である。 断線されたワイヤをクランピングする段階を従来のものと比較して示す図である。 断線されたワイヤをクランピングする段階を従来のものと比較して示す図である。 断線されたワイヤをクランピングする段階を従来のものと比較して示す図である。 本発明の一実施形態による特定の位置に移動する段階を示す図である。 本発明の一実施形態による特定の位置に移動する段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるワイヤを引き出す段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるワイヤを引き出す段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるワイヤを検出する段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるワイヤを検出する段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるワイヤテールを形成する段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるワイヤテールを形成する段階を示す図である。 本発明の一実施形態によるボールを形成する段階を示す図である。 図２のワイヤボンディング装置を用いてワイヤを引き出す他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態による補助クランプを有するワイヤボンディング装置を概略的に示すブロック図である。 本発明の他の実施形態による、ローラタイプの補助クランプを用いて、ワイヤを引き出す段階を示す図である。 本発明の他の実施形態による、固定板タイプの補助クランプを用いて、ワイヤを引き出す段階を示す図である。
符号の説明
１１０ 移送レール
１１２ プリボンディングステージ
１２０ 配線基板
１２２ 基板パット
１２２ａ ダミー基板パット
１２４ 半導体チップ
１２６ 電極パット
１３０ ワイヤボンディング部
１３１ トランスデューサー
１３２ キャピラリ
１３３ ワイヤクランプ
１３４ ドライバー
１３５ 専用制御機
１３６ 通信ボード
１３７ ホストコンピューター
１３８ ＷＢＭＳ
１３９ ワイヤスプール
１４０ エアテンション部
１４１ ワイヤ
１４６ ワイヤテール
１４９ ボール
１５０ ワイヤボンディング装置
２４４ 補助クランプ
２４５ センサー

Claims (27)

  1. 少なくとも一つ以上の半導体チップを有する少なくとも一つ以上の配線基板を移送する移送レールと
    前記半導体チップと配線基板をワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング部と、を有し、
    前記ワイヤボンディング部は、ワイヤを受容するキャピラリを有するトランスデューサーと、
    前記キャピラリと一緒に移動するワイヤクランプと、
    前記トランスデューサーでの電気の流れをチェックするワイヤボンディング・モニタリングシステムと、
    前記ワイヤボンディング・モニタリングシステムにて、ワイヤボンディングが行なわれる間に、前記トランスデューサーに電流を流して該電流の流れをチェックするとともに、前記ワイヤが切断された場合は、前記トランスデューサーに流れる電流値の変化を感知し、その電流値の変化により検出されるワイヤ断線信号に基づき、前記断線されたワイヤを固定する専用制御機と、を有し、
    さらに、前記移送レールに設置され、前記断線されたワイヤの端を切断するプリボンディングステージ、を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 前記プリボンディングステージは、前記移送レールが設置された方向に所定の長さで設置されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
  3. 前記ワイヤボンディング部は、ワイヤスプールと前記移送レールの間に配置され、前記ワイヤを固定する補助クランプも有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
  4. 前記補助クランプは、前記キャピラリの下向きにワイヤを引き出し一対のローラであることを特徴とする請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  5. 前記補助クランプは、前記ワイヤクランプと交代でワイヤを固定し、前記トランスデューサーの上下移動でワイヤを前記キャピラリの下向きに引き出し固定板のセットであることを特徴とする請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  6. 前記トランスデューサーは、上端が前記補助クランプの下端に接近するように第１方向に移動し、前記ワイヤクランプの下端が前記補助クランプの上端に接近するように第１方向の逆方向である第２方向に移動することを特徴とする請求項５に記載のワイヤボンディング装置。
  7. 前記キャピラリの下端から引き出されるワイヤのワイヤテールに形成されるボールの位置を測定するために、前記キャピラリの下方に設置されたセンサーをさらに有することを特徴とする請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  8. ワイヤボンディング・モニタリングシステムにて、ワイヤボンディングが行なわれる間に、トランスデューサーに電流を流して該電流の流れをチェックするとともに、ワイヤが切断された場合は、前記トランスデューサーに流れる電流値の変化を感知し、その電流値の変化により検出されるワイヤ断線信号に基づき、ワイヤクランプを閉じて断線されたワイヤを、該ワイヤがキャピラリの外に離脱する前にクランピングする段階と、
    ワイヤテールを形成する特定の位置にワイヤを移動させる段階と、
    前記ワイヤクランプを開けて前記キャピラリの下端に所定の長さのワイヤを引き出す段階と、
    前記引き出されたワイヤを、ワイヤテールを形成する特定の位置にフリーワイヤボンディングする段階と
    前記ワイヤテールに高電圧放電を加えてボールを形成する段階と、を有することを特徴とするボールの自動的形成方法。
  9. 前記ワイヤクランプによって固定された前記ワイヤの端は、前記キャピラリの中に位置することを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  10. 前記ワイヤテールを形成する特定の位置は、プリボンディングステージであることを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  11. 前記ワイヤテールを形成する特定の位置は、配線基板のダミー基板パットであることを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  12. 前記ワイヤを特定の位置に移動させる段階は、
    前記トランスデューサーを前記配線基板上から前記特定の位置に移動させる段階と、
    前記トランスデューサーを前記特定の位置の上端面に移動させる段階と、を有することを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  13. 前記ワイヤ引き出しの段階は、
    前記トランスデューサーに超音波振動を加えて前記キャピラリの下向きに前記ワイヤを引き出す段階と、
    開いた前記ワイヤクランプを閉じる段階と、を有することを特徴とする請求項１２に記載のボールの自動的形成方法。
  14. 前記ワイヤ引き出し段階は、
    所定の高さで前記トランスデューサーが上昇し、前記キャピラリの下向きに前記ワイヤを引き出す段階と、
    前記ワイヤクランプを閉じる段階と、
    ボールを形成する位置に前記トランスデューサーが下降する段階と、を有することを特徴とする請求項１２に記載のボールの自動的形成方法。
  15. 前記ワイヤクランプ及び前記キャピラリの間に配置される補助クランプにより前記ワイヤを固定することをさらに有する請求項１２に記載のボールの自動的形成方法。
  16. 前記補助クランプは、一対のローラで、
    前記ワイヤ引き出しの段階は、
    前記一対のローラが前記ワイヤを固定した後、前記ワイヤクランプを開く段階と、
    前記ローラの回転により前記ワイヤを前記キャピラリの下向きに引き出す段階と、
    前記ワイヤクランプを閉じてワイヤを固定した後、前記ローラを開く段階と、を有することを特徴とする請求項１５に記載のボールの自動的形成方法。
  17. 前記補助クランプは一対の固定板で、
    前記ワイヤ引き出しの段階は、
    前記補助クランプによりワイヤをクランピングした後、前記ワイヤクランプを開く段階と、
    所定の高さに前記トランスデューサーが上昇し、前記キャピラリの下向きに所定の長さのワイヤを引き出す段階と、
    前記ワイヤクランプを閉じてワイヤを固定した後、閉じた前記補助クランプを開く段階と、
    ボールを形成する位置に前記トランスデューサーが下降する段階と、を有することを特徴とする請求項１５に記載のボールの自動的形成方法。
  18. 前記ワイヤ引き出し段階の後、前記キャピラリの下向きに所定の長さのワイヤが引き出されたか否かを検出する段階をさらに有することを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  19. 前記検出の段階は、
    前記トランスデューサーが前記特定の位置に下降する段階と、
    前記引き出されたワイヤと前記特定の位置との接触有無による前記トランスデューサーでの電気の流れをモニタリングしてワイヤを検出する段階と、を有することを特徴とする請求項１８に記載のボールの自動的形成方法。
  20. 前記検出の段階は、
    前記ワイヤで高電圧放電を加える段階と、
    前記トランスデューサーでの電気の流れをモニタリングしてワイヤを検出する段階と、を有することを特徴とする請求項１８に記載のボールの自動的形成方法。
  21. 前記フリーワイヤボンディングは、ウェッジ・ボンディングであることを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  22. 前記フリーワイヤボンディングは、ボールボンディングであることを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  23. 前記ワイヤを前記特定の位置から配線基板に移動する段階と、
    半導体チップ及び前記配線基板をつなぐ１回のワイヤボンディングをする段階と、
    ワイヤボンディングされた部分のオフセットの有無を検査する段階と、をさらに有することを特徴とする請求項８に記載のボールの自動的形成方法。
  24. 半導体チップと基板を電気的に接続するワイヤが内部のワイヤ引き出しの方向に通過するように受容するキャピラリを有するトランスデューサーと、
    前記ワイヤ引き出し方向に前記キャピラリの上方に位置するワイヤクランプと、
    前記トランスデューサーでの電気の流れをモニタリングしてワイヤ断線を示す電気の流れの変化を感知し、ワイヤ断線信号を発生するワイヤボンディング・モニタリングシステムと、
    前記ワイヤボンディング・モニタリングシステムにて、ワイヤボンディングが行なわれる間に、前記トランスデューサーに電流を流して該電流の流れをチェックするとともに、前記ワイヤが切断された場合は、前記トランスデューサーに流れる電流値の変化を感知し、その電流値の変化により検出されるワイヤ断線信号に基づき、前記断線されたワイヤを固定する専用制御機と、を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  25. トランスデューサーを振動させてキャピラリの下端にワイヤを引き出す段階と、
    前記トランスデューサーでの電気の流れをモニタリングする段階と、
    ワイヤ断線を示す電気の流れの変化を感知し、ワイヤの断線信号を発生させる段階と、を有するワイヤ固定方法において、
    システムは前記ワイヤの断線信号を発生させ、その信号を、ワイヤクランプを制御する専用制御機に伝送し、
    前記専用制御機では、ワイヤボンディングが行なわれる間に、前記トランスデューサーに電流を流して該電流の流れをチェックするとともに、前記ワイヤが切断された場合は、前記トランスデューサーに流れる電流値の変化を感知し、その電流値の変化により検出されるワイヤ断線信号に基づき、前記断線されたワイヤを、該ワイヤが前記キャピラリの外に離脱する前に固定することを特徴とするワイヤボンディング工程のワイヤを固定する方法。
  26. 請求項８の方法により、ワイヤ断線信号に基づき、断線されたワイヤをキャピラリの外に離脱する前にクランピングし、ワイヤテールを形成する特定の位置に該ワイヤを移動させ、前記ワイヤクランプを開けて前記キャピラリの下端に所定の長さの該ワイヤを引き出し、該引き出されたワイヤを、ワイヤテールを形成する特定の位置にフリーワイヤボンディングするとともに、該ワイヤテールに高電圧放電を加えてボールを自動形成することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  27. 請求項２５の方法により、ワイヤボンディング工程で断線されたワイヤを、該ワイヤがキャピラリの外に離脱する前にワイヤクランプで固定することを特徴とするワイヤボンディング装置。
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