JP5913630B2 - ワイヤーボンディング検査システムおよび方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤーボンディング検査システムおよび方法に関し、より詳しくは、2次元映像でワイヤーがボンディングされた方向を用いてワイヤーの正常ボンディングの良否を判断するようにすることによって、ワイヤーボンディング検査の正確性を向上させ、工程を簡単化することができるワイヤーボンディング検査システムおよび方法に関する。
一般に電子部品には半導体チップが実装された基板が用いられ、半導体チップはウエハー上に入出力端子であるボンディングパッドが形成され、このように製造された半導体チップは基板に実装される。
半導体チップを実装する工程は、半導体チップを個別化する工程と、個別化した半導体チップを基板上に付着する工程と、半導体チップと基板を導電性ワイヤーで連結する工程と、半導体チップをモールディングする工程とを含む。
ここで半導体チップと基板を導電性ワイヤーで連結する工程は、数〜数十μmの直径を有する導電性ワイヤーを用いて半導体チップに形成されたボンディングパッドと、基板に形成された接続パッドとを電気的に連結する工程である。このようなワイヤーボンディング工程の途中または以降に基板を検査する工程が行われ、この時、ワイヤーが正常にボンディングパッドと接続パッドとを連結しているかを検査するようにしている。
このようにワイヤーの連結状態を検査するために、従来は2次元映像検査と3次元映像検査が行われていた。3次元映像検査の場合、ワイヤーを3次元的に検査することができるため、検査性能は良好であるが、時間が比較的に多くかかって実際の生産ラインで全数検査を実施するには困難があった。
一方、2次元映像検査のためには、カメラで基板の撮影時、検査対象がよく見えるように照明装置を使用し、照明の照度や照射位置を考慮しなければならなかった。それにもかかわらず、撮影された映像では半導体チップのボンディングパッドと基板上の接続パッドとの間に各種部品が存在するため、ワイヤーと明確に区分されない場合が多い。かかる場合、正確なワイヤーの連結状態を把握できないため、検査結果にエラーが発生することがある。また、照明装置の照度や照射位置による映像の歪曲、検査プログラムの実現者の熟練度や作業環境により検査結果にエラーが発生して、検査性能が低下するようになる。
そのために、簡単な方法で2次元映像検査を用いて検査時間を短縮させるだけでなく、検査性能を向上させることができる新たな方法に対する必要性が高まっている。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、2次元映像でワイヤーがボンディングされた方向を用いてワイヤーのボンディングが正常になされているか否かを判断するようにすることによって、ワイヤーボンディング検査の正確性を向上させ、工程を簡単化することができるワイヤーボンディング検査システムおよび方法を提供することにある。
上記の技術的課題を解決するための本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムは、半導体チップが実装された基板を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影された基板撮影映像で検査対象ワイヤー部分を検出する映像処理部と、前記検出された検査対象ワイヤー部分が正常に連結されているか否かの判断基準となる基準データを保存する保存部と、前記検査対象ワイヤー部分の角度と基準データを用いてワイヤーが正常に連結されているか否かを判断する正常判断部と、を含む。
前記検査対象ワイヤー部分は、ワイヤー別に少なくとも二つの部分以上であり、前記基準データは、前記検査対象ワイヤー部分が正常に連結された時に対応する正常連結角度を含み、前記正常判断部は、前記検査対象ワイヤー部分の角度と前記正常連結角度との差が誤差許容範囲以内である場合、正常に連結されていると判断することができる。
前記検査対象ワイヤー部分は、ワイヤーのボール部分とスティッチ部分であり、前記基準データは、前記ボール部分の方向と前記スティッチ部分の方向とがなす角度に対する誤差許容角度を含み、前記正常判断部は、前記ボール部分の方向と前記スティッチ部分の方向とがなす角度が前記誤差許容角度以内である場合、正常に連結されていると判断することもできる。
前記誤差許容角度は、ワイヤーの長さが短いほど大きくなることが好ましい。
前記システムは、前記カメラの高さを調整するカメラ駆動部と、前記カメラが高さを異にしながら複数の基板撮影映像を撮影するように前記カメラ駆動部を制御する制御部と、をさらに含むことができる。
前記カメラの高さは、前記カメラの深度と前記検査対象ワイヤー部分の高さに基づいて設定され得る。
上記の技術的課題を解決するための本発明の他の実施形態に係るワイヤーボンディング検査方法は、半導体チップが実装された基板を撮影する段階と、前記カメラにより撮影された基板撮影映像で検査対象ワイヤー部分を検出する段階と、検出された前記検査対象ワイヤー部分の角度と基準データを用いてワイヤーが正常に連結されているか否かを判断する段階と、を含む。
前記半導体チップが実装された基板を撮影する段階は、前記カメラが撮影高さを異にしながら複数の基板撮影映像を撮影する段階を含むことができる。
本発明の他の実施形態に係るコンピュータで読み取り可能な媒体は、前記方法のいずれか一つをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
本発明によると、2次元映像でワイヤーがボンディングされた方向を用いて、ワイヤーのボンディングが正常になされているか否かを判断するようにすることによって、ワイヤーボンディング検査の正確性を向上させ、工程を簡単化することができる。特に、ワイヤーが直線で連結される場合には、簡単にワイヤーの両端部のみを検査して、比較的に簡単且つ迅速にワイヤーが正常に連結されているか否かを検査することができる。また、ワイヤーが曲線で連結される場合にも、2次元映像でワイヤーのボンディングが正常になされているか否かを判断することができる。同時に、複雑なオートフォーカシング技術を適用することもなく、簡単に基板に装着された多様な検査対象部分を正確に検査することができるという長所がある。
本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムにより検査される基板を例示した図面である。 本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムの構成を説明するためのブロック図である。 本発明の第1実施形態に係るワイヤーボンディング検査方法を説明するための図面である。 本発明の第2実施形態によるワイヤーボンディング検査方法を説明するための図面である。 本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムにより検査される基板を側面から例示した図面である。 本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムの動作を説明するためのフローチャートである。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について、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が容易に実施することができるように、詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムにより検査される基板を例示した図面である。
図1を参照すると、基板1には半導体チップ10を始めとする多様な部品が実装され、図1には半導体チップ10が実装された基板1の一部領域を撮影した映像が示されている。
基板1は、配線が形成された印刷回路基板(PCB)セラミック基板から形成されてもよく、基板1には、半導体チップ10が実装されており、基板1と半導体チップ10は、導電性のワイヤー20により連結され得る。
基板1には、配線に連結された複数の接続パッド5が形成されており、複数の接続パッド5は半導体チップ10の周り方向に沿って一定の間隔を置いて配置されている。半導体チップ10にもチップ10内の回路に連結された複数のボンディングパッド15が形成されており、複数のボンディングパッド15は半導体チップ10の上面または半導体チップ10の側面に沿って配置され得る。接続パッド5は、ボンディングパッド15よりも大きく形成され得る。接続パッド5とボンディングパッド15は、半導体チップ10と基板1を連結するワイヤー20により電気的に連結され得る。
このような接続パッド5とボンディングパッド15を連結するワイヤー20は、ループ部25と、ボール21と、スティッチ部23とを含むことができる。
ボール21は、ボール形状でワイヤー20の一端に形成され、半導体チップ10のボンディングパッド15に電気的に連結される。
スティッチ部23は、ワイヤー20の他端に形成され、基板1の接続パッド5に電気的に連結される。スティッチ部23は、平面で見ると入口が広い「U」字形状で形成され、側面で見るとループ部25に連結される部分が上向きに折り曲げられ得る。
ループ部25は、ボール21とスティッチ部23を連結するライン形状で形成され、直線または曲線で形成され得る。
ワイヤー20のボール21とスティッチ部23は、それぞれ、半導体チップ10と基板1に半田付けなどにより電気的に連結され、ループ部25は、ボール21とスティッチ部23を連結して半導体チップ10と基板1が電気的に連結されるようにする。
[発明の実施のための形態]
次に、図2を参照して、図1に例示されたような半導体チップが実装された基板の、ワイヤーボンディングが正常であるか否かを検査するシステムについて、詳しく説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムの構成を説明するためのブロック図である。
図1および図2を参照すると、本発明に係るワイヤーボンディング検査システム100は、チップ10がボンディングされた基板1を2次元映像で撮影して、ワイヤー20が正常に連結しているか否かを判断する。そのために、ワイヤーボンディング検査システム100は、照明装置110と、カメラ120と、カメラ駆動部130と、映像処理部140と、保存部150と、正常判断部160と、出力部170と、制御部180とを含むことができる。
照明装置110は、カメラ120で正確な映像を撮影できるように基板1上に光を照射し、この時、照明装置110は、撮影された映像に影ができないように照度や位置を考慮して設置することが好ましい。
カメラ120は、チップ10がボンディングされた基板1を2次元で撮影して基板撮影映像を生成する。カメラ120は、CCDカメラまたはCMOSカメラなどを使用することができる。そして、カメラ120は、基板1からの高さを異にして複数の基板撮影映像を生成することもできる。カメラ120が複数の基板撮影映像を生成する理由については、以下で詳しく説明する。
カメラ駆動部130は、制御部180の制御によりカメラ120の基板上の高さを調整して、複数の基板撮影映像を生成するようにする。
映像処理部140は、カメラ120で撮影された映像を処理して、ワイヤー別に検査対象ワイヤー部分を検出して、正常判断部160に伝達する。映像で所望の部分を検出する方法は、従来に知られたアルゴリズムを用いることができ、今後開発される新たなアルゴリズムを適用できることはもちろんである。例えば、ハフ変換(Hough Transform)アルゴリズムなどを通じて映像でラインを認識することもできる。
保存部150には、ワイヤー20が正常に連結しているかを判断するための基準データが保存される。そして、保存部150には、実施形態により複数の基板撮影映像を撮影するためのカメラ高さデータが保存されてもよい。基準データとカメラ高さデータは、実施形態により多様な形態に提供され、検査現場で検査者により入力されるものとしてもよく、システム構築時に設計者により入力されるものとすることもできる。
正常判断部160は、ワイヤー20の方向から求められる情報を基準データと比較して、ワイヤー20の連結が正常であるか否かを判断する。正常判断部160でワイヤーの連結が正常であるか否かを判断する方法については以下で詳しく説明する。
出力部170は、LCDまたはLEDモニターなどで具現することができ、映像処理部140で処理された映像と、正常判断部160で判断されたワイヤー20の連結が正常であるか否かについての結果とを、表示することができる。正常でない連結部分がある場合、ワイヤーボンディングの連結が正常でない部分も、共に表示するように具現され得る。
制御部180は、ワイヤーボンディング検査システム100の全般的な動作を制御し、特に、保存部150に保存されたカメラ高さデータにより、カメラ駆動部130を制御してカメラ120の高さを調整しながら、複数の基板撮影映像を獲得するようにできる。また、検査者の命令により、照明装置110を制御して照明を調節したり、保存部150に保存された基準データとカメラ高さデータとを変更したりすることもできる。
次に、図3を参照して本発明の第1実施形態に係るワイヤーボンディング検査方法を説明する。
図3は、本発明の第1実施形態に係るワイヤーボンディング検査方法を説明するための図面である。
図3を参照すると、映像処理部140は、チップ10がボンディングされた基板1を撮影して獲得した基板撮影映像で、ワイヤー別に予め定められた検査対象ワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)を検出する。ワイヤー別に検出される検査対象ワイヤー部分は、少なくとも2部分以上であることが好ましい。
そして、正常判断部160は、検出された検査対象ワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)と、予め定められた基準(P)とのなす角度(以下、ワイヤー部分の角度とする)(θ20a、θ20b、…、θ20n−1、θ20n)を、保存部150に保存された基準データと比較して、正常であるか否かを判断する。ここで、基準データは、各ワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)に対する正常連結角度(θ、θ、…、θn−1、θ)を含む。ここで、正常連結角度とは、ワイヤーが予め定められた基準のとおりに正確にボンディングされた場合の角度を意味する。
正常判断部160は、ワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)の角度と正常連結角度との差が予め定められた基準の誤差許容範囲以内である場合、当該ワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)が正常に連結されたと判断することができる。
映像処理部140で検出される検査対象ワイヤー部分の個数(n)および位置は、検査者またはシステム設計者により予め定められ得る。検査対象ワイヤー部分の個数(n)が多くなるほど、検査正確度は高まるが、システム負荷が増加する点を勘案して適切に調整することができる。そして、検査対象ワイヤー20の曲がりが大きいほど、検査対象ワイヤー部分の個数(n)が多くなるように調整することができる。そして、検査対象ワイヤー20が比較的に直線に近い場合は、ワイヤー20の両端部に当該するボール部分(20a)とスティッチ部分(20n)のみが、検査領域となるようにすることができる。
図4は、本発明の第2実施形態によるワイヤーボンディング検査方法を説明するための図面である。
図4を参照すると、映像処理部140は、チップ10がボンディングされた基板1を撮影して獲得した基板撮影映像で、ワイヤー20の両端部に当該するボール部分(20a)と、スティッチ部分(20n)とを検出する。
そして、正常判断部160は、ボール部分(20a)の角度とスティッチ部分(20n)の角度との差を基準データと比較して、ワイヤー20の連結が正常であるか否かを判断する。例えば、ワイヤー20のループ部25がボール21とスティッチ部23とを直線で連結する場合は、映像処理部140で検出されたボール部分(20a)の方向とスティッチ部分(20n)の方向とがなす角度は、図4(a)に例示したように180゜(または0゜)になる。しかしながら、製造工程または検査のための映像処理過程でワイヤー20が正常に連結されても、ボール部分(20a)の方向とスティッチ部分(20n)の方向とがなす角度が正確に180゜(または0゜)にならず、図4(b)に例示したように一部誤差(θ)を有することがあり得る。
したがって、正常判断部160は、ボール部分(20a)の方向とスティッチ部分(20n)の方向とがなす角度が誤差許容角度以内である場合、当該ワイヤー20が正常に連結されたと判断することができる。
一方、誤差許容角度は、検査対象ワイヤー20の長さが長くなるほど小さくなるように設定し、検査対象ワイヤー20の長さが短くなるほど大きくなるように設定することができる。これはワイヤー20の長さが長い場合には、ボール部分(20a)の方向とスティッチ部分(20n)の方向が少しでも外れると、中間で連結されていない可能性が高まるためである。
なお、上記で説明した図3の実施形態と図4の実施形態の差異点は次のとおりである。図3の実施形態では、基準データはワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)別に存在しなければならない。しかしながら、図4の実施形態では、基準データは一つの誤差許容角度のみであればよく、多い場合でも、ワイヤー20の長さを基準に適当な個数の誤差許容角度を有していればよい点に、差がある。
図3の実施形態では、基準データが比較的に複雑になるが、ワイヤーが曲がった場合でも検査可能な利点があり、図4の実施形態は、基準データは単純であるが、ワイヤーが曲がった場合には検査が難しいという点がある。
上記では、2次元で基板を撮影した映像を用いて、ワイヤーボンディングが正常であるか否かを判断する方法について説明した。
一方、基板に実装されるチップの種類が多くなる場合、カメラの深度のため、一つの基板撮影映像のみでは、基板に実装されたすべてのチップのワイヤーボンディングの良否を、正確に判断し難くなり得る。カメラ深度は、焦点が鮮明に捕捉される領域、つまり、焦点が合う空間の範囲の深さであり、深度を逸脱した領域は画像が鮮やかに結ばれない。したがって、基板に実装されるチップの種類が多くなって検査領域の高さが多様化する場合、カメラの撮影高さを多段階に調整して複数の基板撮影映像を獲得し、当該映像で焦点が合う検査領域に対して検査をしなければならない。
図5は、本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディングシステムにより検査される基板を、側面で例示した図面である。
図5に例示したように、基板1上に実装された3個のチップ(A、B、C)に対して、ワイヤー検査領域がそれぞれ3つずつあり、検査領域(A1、B1、C1)は基板1上面(h0)に位置し、検査領域(A2)は基板1上の高さ(h1)に位置し、検査領域(A3、B2)は基板1上の高さ(h2)に位置し、検査領域(B3、C2)は基板1上の高さ(h3)に位置し、検査領域(C3)は基板1上の高さ(h4)に位置することができる。カメラ120の深度が高さ(h3)よりも大きい場合は、基板を1回のみ撮影すればよいが、カメラ120の深度(D)が図5に例示したとおりである場合、カメラ120の高さを調整して基板1を3回撮影しなければならない。つまり、カメラ120の深度(D)が高さ(h3)よりも小さい場合は、検査領域に焦点が合うように、カメラ120の高さを異にして基板1を少なくとも2回撮影しなければならず、多い場合は基板1を5回撮影しなければならない。
カメラ高さデータは、ワイヤーボンディングティーチングデータや製品設計時のデータから、検査対象ワイヤー部分別の高さを求め、カメラ深度を用いて、可能な限り少ない撮影回数ですべての検査対象に対して焦点が合う基板撮影映像を獲得できるように設定されて、保存部150に事前に保存され得る。
図6は、本発明の一実施形態に係るワイヤーボンディング検査システムの動作を説明するためのフローチャートである。
まず、カメラ120を用いてワイヤーボンディング検査対象基板1を撮影して、基板撮影映像を獲得する(S610)。段階S610で複数の基板撮影映像が必要な場合(S615−Y)、カメラ高さデータを用いてカメラ120の撮影高さを調整しながら、複数の基板撮影映像を獲得することができる(S620)。
次に、映像処理部140は、段階S610で獲得した基板撮影映像から検査対象ワイヤー部分を検出する(S630)。検査対象ワイヤー部分の位置に対する情報は予め保存部150に保存されていてもよい。
以降、正常判断部160は、検査対象ワイヤー部分の連結が正常であるか否かを基準データと比較して判断する(S640)。
段階S640は、図3に例示した実施形態では、検査領域別に検出されたワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)の角度を、当該ワイヤー部分(20a、20b、…、20n−1、20n)の正常連結角度と比較して、二つの角度の差が誤差許容範囲以内である場合、正常に連結されていると判断することができる。
そして、図4に例示した実施形態では、ワイヤーのボール部分(20a)の方向とスティッチ部分(20n)の方向とがなす角度が、誤差許容角度以内である場合、正常に連結されていると判断することができる。
最後に、出力部170は、段階S640で判定されたワイヤーボンディングが正常に連結されているかに関する検査結果を、出力する(S650)。段階S650で基板撮影映像も共に出力されることができ、正常でない連結部分がある場合、ワイヤーボンディングの連結が正常でない部分も共に表示することができる。
本発明の実施形態は、多様なコンピュータで具現される動作を行うためのプログラム命令を含むコンピュータで読み取り可能な媒体を含む。この媒体は、上記で説明したワイヤーボンディング検査方法を実行させるためのプログラムを記録する。この媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独でまたは組み合わせて含むことができる。このような媒体の例には、ハードディスク、フロッピディスクおよび磁気テープのような磁気媒体、CDおよびDVDのような光記録媒体、フロプティカルディスク(Floptical Disk)のような磁気−光媒体、ROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存し遂行するように構成されたハードウェア装置などがある。あるいは、このような媒体は、プログラム命令、データ構造などを指定する信号を伝送する搬送波を含む光または金属線、導波管などの伝送媒体であり得る。プログラム命令の例には、コンパイラーにより作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを使用してコンピュータにより実行され得る高級言語コードを含む。
以上で、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
100…ワイヤーボンディング検査システム
110…照明装置
120…カメラ
130…カメラ駆動部
140…映像処理部
150…保存部
160…正常判断部
170…出力部
180…制御部

Claims (8)

  1. 半導体チップが実装された基板を撮影するカメラと、
    前記カメラにより撮影された基板撮影映像で検査対象ワイヤー部分を検出する映像処理部と、
    前記検出された検査対象ワイヤー部分が正常に連結されているか否かの判断基準となる基準データを保存する保存部と、
    前記検査対象ワイヤー部分の角度と基準データを用いてワイヤーが正常に連結されているか否かを判断する正常判断部と、を含み、
    前記検査対象ワイヤー部分は、ワイヤーのボール部分とスティッチ部分であり、前記基準データは、前記ボール部分の方向と前記スティッチ部分の方向とがなす角度に対する誤差許容角度を含み、
    前記正常判断部は、前記ボール部分の方向と前記スティッチ部分の方向とがなす角度が前記誤差許容角度以内である場合、正常に連結されていると判断することを特徴とするワイヤーボンディング検査システム。
  2. 前記誤差許容角度は、ワイヤーの長さが短いほど大きくなることを特徴とする、請求項1に記載のワイヤーボンディング検査システム。
  3. 前記カメラの高さを調整するカメラ駆動部と、
    前記カメラが高さを異にしながら複数の基板撮影映像を撮影するように前記カメラ駆動部を制御する制御部と、をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のワイヤーボンディング検査システム。
  4. 前記カメラの高さは、前記カメラの被写界深度と前記検査対象ワイヤー部分の高さに基づいて設定されることを特徴とする、請求項3に記載のワイヤーボンディング検査システム。
  5. 半導体チップが実装された基板をカメラを用いて撮影する段階と、
    前記カメラにより撮影された基板撮影映像で検査対象ワイヤー部分を検出する段階と、
    検出された前記検査対象ワイヤー部分の角度と基準データを用いてワイヤーが正常に連結されているか否かを判断する段階と、を含み、
    前記検査対象ワイヤー部分は、ワイヤーのボール部分とスティッチ部分であり、前記基準データは、前記ボール部分の方向と前記スティッチ部分の方向とがなす角度に対する誤差許容角度を含み、前記ボール部分の方向と前記スティッチ部分の方向とがなす角度が前記誤差許容角度以内である場合、正常に連結されていると判断することを特徴とするワイヤーボンディング検査方法。
  6. 前記誤差許容角度は、ワイヤーの長さが短いほど大きくなることを特徴とする、請求項5に記載のワイヤーボンディング検査方法。
  7. 前記半導体チップが実装された基板を撮影する段階は、
    前記カメラが撮影高さを異にしながら複数の基板撮影映像を撮影する段階を含むことを特徴とする、請求項5に記載のワイヤーボンディング検査方法。
  8. 前記カメラの撮影高さは、前記カメラの被写界深度と前記検査対象ワイヤー部分の高さに基づいて設定されることを特徴とする、請求項7に記載のワイヤーボンディング検査方法。
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