JP7122740B2 - 接続状態判定装置及び接続状態判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボンディング対象物にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置に接続されて、ワイヤとボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定装置の構造及び接続状態の判定方法に関する。

電子デバイスの組立工程に用いられるワイヤボンディング装置では、例えば、半導体ダイのボンディングパッドに細い金線等のワイヤがボンディングされる。ボンディングされたワイヤは延ばされて、回路基板等のボンディングリードにおいて、再度ボンディングが行われ、これによって半導体ダイの電極と回路基板の電極との間の接続が行われる。この際、電極とワイヤとの間のボンディングが正常に行われないと接続不良となる。この接続不良を検出するために、ワイヤから半導体ダイに対して直流電流を入力し、流れる電流値を測定して電気的に接続不良を判定するボンディング装置がある。しかし、直流電流を用いる場合、半導体ダイの電気的な特性によっては、接続不良を判定することが困難な場合がある。

そこで、接続不良を検出するために、交流電流を用いて電気的に接続不良を判定するボンディング装置がある。このボンディング装置として、例えば、特許文献１には、高周波信号を所定の変調信号で変調して変調高周波信号を生成し、この変調高周波信号をワイヤ供給部から入力信号として入力し、この入力信号に応答してボンディング対象物から出力される出力信号を受け取り、この出力信号から抽出された変調信号成分の信号強度を検出し、検出された信号強度を基準値と比較してワイヤとボンディング対象物との間の接続不良を判定するボンディング装置が記載されている。

また、特許文献２には、ワイヤと基準電位点であるボンディングステージとの間で閉ループを形成する交流ブリッジ回路と、交流ブリッジ回路へ交流電圧を印加する交流発生器と、交流ブリッジ回路の平衡又は不平衡を検出する差動増幅器と、差動増幅器からの出力の絶対値を検出する絶対値変換器と、差動増幅器からの出力周波数の高周波成分を除去してボンディングの接続不良を判定する不着検出回路とを備えるボンディング装置が記載されている。

また、特許文献３にも、ワイヤと半導体部品とを含む電気経路を交流ブリッジ回路に接続して、交流ブリッジ回路の平衡又は不平衡状態を検出することで、ワイヤと半導体部品との間の不着状態を検出するボンディング装置が記載されている。

特許第３９８１３４７号公報 特許第３５３７０８３号公報 特開平０９－２１３７５２号公報

近年、電子デバイスの小型化、高集積化に対応するために、例えば、半導体ダイ等のボンディング対象物も小型化されている。ボンディング対象物は小型化されるとインピーダンスが低下し、上述の特許文献に記載されたボンディング装置では、ボンディング対象物の接続不良の検出が困難になってきている。

また、近年、電子デバイスの高集積化のために半導体ダイを積層したデバイス（スタックデバイス）が用いられること多い。この場合、積層した半導体ダイの電極をワイヤで順次接続し、最後に基板の電極、或いは、リードフレームのリードにワイヤを接続するボンディング方法が用いられる。この際、各層間のインピーダンスの差が非常に小さく、各層におけるワイヤと電極の接続状態を判定することが困難であった。

そこで、本発明は、低インピーダンスデバイス或いはスタックデバイスとワイヤとの接続状態を判定可能な高精度、高感度の接続状態判定装置を提供することを目的とする。

本発明の接続状態判定装置は、ボンディング対象物にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置に接続されてワイヤとボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定装置であって、所定周波数の正弦波の交流電流が入力され、ワイヤとボンディング対象物との間のインピーダンスの変化に応じて交流応答信号を出力するブリッジ回路と、交流応答信号を直流電圧値に変換する交直変換回路と、交直変換回路から出力される直流電圧値を増幅する可変倍率回路と、可変倍率回路に接続される制御部と、を備え、制御部は、ボンディング前後に可変倍率回路から出力される直流電圧値の第１差分を算出し、第１差分が所定の第１閾値以上の場合には接続良好信号を出力し、第１差分が所定の第１閾値未満の場合に、可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行し、増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合に接続不良信号を出力すること、を特徴とする。

このように、交流応答信号を直流電圧値に変換して直流電圧値によって接続状態の判定を行うので、従来技術に比較して高精度に接続状態の判定を行うことができる。また、第１差分が所定の第１閾値未満の場合に、可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行することにより、第１差分を制御部が判定可能な大きさに調整して高精度に接続状態の判定を行うことができると共に、接続不良の誤検出を抑制することができる。

本発明の接続状態判定装置において、前記ワイヤボンディング装置は、前記ボンディング対象物に前記ワイヤを複数回ボンディングし、前記可変倍率回路は、前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数の増減による前記ボンディング対象物と前記ワイヤとの間のインピーダンスの変化に応じて前記直流電圧値を出力すること、としてもよい。また、本発明の接続状態判定装置において、前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数が増加する毎に前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値が段階的に大きくなり、前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数が減少する毎に前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値が段階的に小さくなること、としてもよい。

これにより、スタックデバイスとワイヤの接続状態を高精度で判定することができる。また、スタックデバイスの各層におけるワイヤと電極の接続状態を判定することができる。

本発明の接続状態判定装置において、可変倍率回路と制御部との間に接続され、可変倍率回路が出力する直流電圧値を負側にシフトし、シフト後の直流電圧値を制御部に出力するレベルシフト回路を含み、制御部は、第１差分が所定の第１閾値以上の場合に、１又は複数回のボンディング毎に、レベルシフト回路によって可変倍率回路が出力する直流電圧値を負側にシフトすること、としてもよい。

これにより、スタックデバイスの各層におけるワイヤと電極の接続状態を判定する際に、制御部に入力される直流電圧値を制御部のＣＰＵで判定可能な電圧範囲とすることができるので、接続状態の検出を高感度、高精度で行うことができる。

本発明の接続状態判定装置において、交直変換回路は、ブリッジ回路に入力される交流電流の正弦波の所定の周波数と同一周波数を中心周波数とし、ブリッジ回路から出力される交流応答信号が入力されるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを通過した交流応答信号を全波整流する全波整流器と、全波整流後の交流応答信号の直流成分を抽出するローパスフィルタと、によって構成されること、としてもよい。

これにより、簡便な構成で高精度、高感度の接続状態判定装置を提供することができる。

本発明の接続状態判定方法は、ボンディング対象物にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置において、ワイヤとボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定方法であって、所定周波数の正弦波の交流電流が入力され、ワイヤとボンディング対象物との間のインピーダンスの変化に応じて交流応答信号を出力するブリッジ回路と、交流応答信号を直流電圧値に変換する交直変換回路と、交直変換回路から出力される直流電圧値を増幅して出力する可変倍率回路と、を備える接続状態判定装置を準備し、ボンディング前後に可変倍率回路から出力される直流電圧値の第１差分を算出し、第１差分が所定の第１閾値以上の場合に接続良好と判定し、第１差分が所定の第１閾値未満の場合に可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行し、増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合に接続不良と判定することを特徴とする。

このように、交流応答信号を直流電圧値に変換して直流電圧値によって接続状態の判定を行うので、従来技術に比較して高精度に接続状態の判定を行うことができる。また、第１差分が所定の第１閾値未満の場合に、可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行することにより、第１差分を制御部のＣＰＵが判定可能な大きさに調整して高精度に接続状態の判定を行うことができると共に、接続不良の誤検出を抑制することができる。

本発明の接続状態判定方法は、ボンディング対象物にワイヤを複数回ボンディングするワイヤボンディング装置において、前記ワイヤと前記ボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定方法であって、所定周波数の正弦波の交流電流が入力され、前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数の増減による前記ボンディング対象物と前記ワイヤとの間のインピーダンスの変化に応じて交流応答信号を出力するブリッジ回路と、前記交流応答信号を直流電圧値に変換する交直変換回路と、交直変換回路から出力される前記直流電圧値を増幅して出力する可変倍率回路と、を備える接続状態判定装置を準備し、（１）ボンディング前後に前記可変倍率回路から出力される前記直流電圧値の第１差分を算出し、（２）前記第１差分が所定の第１閾値以上の場合に接続良好と判定し、（３）前記第１差分が所定の第１閾値未満の場合に前記可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行し、前記増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合に接続不良と判定し、前記（１）から前記（３）の動作をボンディング毎に繰り返して行うこと、を特徴とする。また、本発明の接続状態判定方法において、１又は複数回のボンディング毎に、前記（２）で接続良好と判定した場合に前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値を負側にシフトすること、としてもよい。

これにより、スタックデバイスとワイヤの接続状態を高精度で判定することができる。また、スタックデバイスの各層におけるワイヤと電極の接続状態を判定する際に、直流電圧値を制御部のＣＰＵで判定可能な電圧範囲とすることができるので、スタックデバイスの各層におけるワイヤと電極の接続状態を高感度、高精度で判定することができる。

本発明は、低インピーダンスデバイス或いはスタックデバイスとワイヤとの接続状態を判定可能な高精度、高感度の接続状態判定装置を提供することができる。

実施形態の接続状態判定装置の構成を示す系統図である。 交流電源、バンドパスフィルタ前、バンドパスフィルタ後、全波整流器後、ローパスフィルタ後の交流応答信号の波形と周波数分布を示すグラフである。 実施形態の接続状態判定装置の初期設定工程を示すフローチャートである。 半導体デバイスにワイヤボンディングを行う際の実施形態の接続状態判定装置の動作を示すフローチャートである。 半導体デバイスにワイヤボンディングを行う際の実施形態の接続状態判定装置の動作を示すフローチャートである。 半導体デバイスにワイヤボンディングを行う際のボンド点に対する可変倍率回路の出力電圧の変化を示す説明図である。 可変倍率回路の出力電圧の変化を示すグラフである。 半導体デバイスへのワイヤボンディング中にワイヤが破断した場合のボンド点に対する可変倍率回路の出力電圧の変化を示す説明図である。 半導体デバイスへのワイヤボンディング中に先にボンディングしたボンド点が後のボンディングの際に剥がれた場合のボンド点に対する可変倍率回路の出力電圧の変化を示す説明図である。 半導体デバイスへのワイヤボンディングの最後にテールワイヤが延出されなかった場合のボンド点に対する可変倍率回路の出力電圧の変化を示す説明図である。 半導体デバイスへのワイヤボンディングの最後にワイヤが基板の電極に接続されなかった場合のボンド点に対する可変倍率回路の出力電圧の変化を示す説明図である。 他の実施形態の接続状態判定装置の構成を示す系統図である。 半導体デバイスにワイヤボンディングを行う際の他の実施形態の接続状態判定装置の動作を示すフローチャートである。 半導体デバイスにワイヤボンディングを行う際の他の実施形態の接続状態判定装置の動作を示すフローチャートである。 可変倍率回路とレベルシフト回路の出力電圧の変化を示すグラフである。 参考例の接続状態判定装置の構成を示す系統図である。

＜接続状態判定装置の構成＞
以下、図面を参照しながら実施形態の接続状態判定装置１００について説明する。図１に示すように、接続状態判定装置１００はワイヤボンディング装置１０に接続されて、ワイヤ１６とボンディング対象物である半導体デバイス１８或いは基板１７との接続状態の判定を行うものである。半導体デバイス１８は、例えば、半導体ダイでもよいし複数の半導体ダイを積層したスタックデバイスでもよい。

図１に示すようにワイヤボンディング装置１０は、半導体デバイス１８が取付けられた基板１７を吸着固定するボンディングステージ１１と、ワイヤ１６を繰り出すスプール１５と、ワイヤ１６に張力を与えるテンショナ１４と、ワイヤ１６を把持するクランパ１３と、ワイヤ１６を半導体デバイス１８の電極或いは基板１７の電極に押圧すると共に超音波振動を印加するキャピラリ１２とを含んでいる。

接続状態判定装置１００は、ブリッジ回路２０と、交流電源３０と、バッファ３１と、プリアンプ３２と、交直変換回路４０と、可変倍率回路５１と、制御部６０とを含んでいる。

ブリッジ回路２０は、３つの抵抗器２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、可変インピーダンス器２４が四角に接続されたものである。可変インピーダンス器２４は、並列に接続された可変抵抗器２２と可変容量コンデンサ２３とで構成されている。電源端子２５、２６には、所定周波数の正弦波の交流電流を出力する交流電源３０が接続されている。一方の電源端子２５はグランド２９に接続されている。また、出力端子２７，２８には、バッファ３１、プリアンプ３２、交直変換回路４０、可変倍率回路５１、制御部６０が接続されている。

またワイヤボンディング装置１０のボンディングステージ１１は、一方の電源端子２５に接続され、ワイヤ１６は、スプール１５、テンショナ１４、クランパ１３を介してブリッジ回路２０の一方の出力端子２７に接続されている。このため、ボンディングステージ１１は、電源端子２５を介して接地されている。

バッファ３１は、プリアンプ３２以下の各回路との干渉を防止する回路である。プリアンプ３２は、バッファ３１を通過したブリッジ回路２０の出力電圧を増幅する回路である。交直変換回路４０は、入力された交流電流を直流電流に変換して出力する回路であり、バンドパスフィルタ４１、全波整流器４２、ローパスフィルタ４３で構成されている。バンドパスフィルタ４１は、交流電源３０の出力する正弦波の周波数ｆ０と同一周波数を中心周波数とするフィルタ回路である。ローパスフィルタ４３は直流成分のみを通過させるフィルタ回路である。可変倍率回路５１は、信号の増幅倍率を上下させるアンプである。

制御部６０は、内部にＣＰＵとメモリとを備えるコンピュータである。制御部６０には、可変倍率回路５１、可変インピーダンス器２４の可変抵抗器２２、可変容量コンデンサ２３が接続されている。制御部６０は、可変倍率回路５１から入力された電圧値に基づいてワイヤ１６と半導体デバイス１８或いは基板１７との接続状態を判定すると共に、可変倍率回路５１、可変インピーダンス器２４の可変抵抗器２２、可変容量コンデンサ２３の動作を制御する。

＜接続状態判定装置の基本動作＞
次に、図２を参照しながら接続状態判定装置１００の基本動作について説明する。交流電源３０は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すような所定の周波数ｆ０の正弦波をブリッジ回路２０に印加する。ブリッジ回路２０からは図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すような高調波のノイズを含む交流応答信号が出力される。この交流応答信号はプリアンプ３２で増幅されて交直変換回路４０のバンドパスフィルタ４１に入力される。バンドパスフィルタ４１は、中心周波数が交流電源３０の周波数ｆ０でバンド幅がΔｆのフィルタであるから、バンドパスフィルタ４１により交流応答信号から図２（ｅ）、図２（ｆ）に示すような周波数ｆ０近傍の信号成分を抽出することができる。この抽出した信号成分を全波整流器４２で全波整流すると図２（ｇ）のような波形となる。全波整流後の信号は、図２（ｈ）に示すように直流成分と交流電源３０から出力される正弦波の周波数ｆ０の２倍の周波数成分とを含んでいる。直流成分のみを通過させるローパスフィルタ４３にこの信号を入力すると、図２（ｉ）、図２（ｊ）に示すような直流信号が出力される。この直流信号は、可変倍率回路５１で増幅されて制御部６０に入力される。

ワイヤ１６が半導体デバイス１８に接していない状態で、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値がゼロとなるように、可変インピーダンス器２４の可変抵抗器２２、可変容量コンデンサ２３を調整しておく。ワイヤ１６が半導体デバイス１８に接続されると電源端子２５と出力端子２７との間のインピーダンスの変化によりブリッジ回路２０の平衡状態が崩れ、出力端子２７，２８から図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すような交流応答信号が出力される。ブリッジ回路２０から出力された交流応答信号は、交直変換回路４０から図２（ｊ）に示すようなある直流電圧値を持つ直流信号として出力され、可変倍率回路５１で増幅されて制御部６０に入力される。一方、ワイヤ１６が半導体デバイス１８にうまく接続されなかった場合には、電源端子２５と出力端子２７との間のインピーダンスは変化せず、可変倍率回路５１からのからの出力電圧は変化せず、ゼロのままとなる。

そこで、制御部６０は、ボンディング前に可変倍率回路５１から出力される直流電圧値とボンディング後に可変倍率回路５１から出力される直流電圧値との第１差分が所定の第１閾値以上の場合にワイヤ１６と半導体デバイス１８との接続は良好であると判定し、第１差分が第１閾値未満の場合にワイヤ１６と半導体デバイス１８との接続が不良であると判定する。以上が接続状態判定装置１００の基本動作である。

＜接続状態判定装置の初期設定＞
次に、図３を参照しながら接続状態判定装置１００の初期設定工程について説明する。最初に、図３のステップＳ１０１に示すように、ブリッジ回路２０の初期調整を行う。まず、ワイヤ１６を半導体デバイス１８から離間させ、プリアンプ３２の増幅率、可変倍率回路５１の増幅倍率を最大として、接続状態判定装置１００の感度を最大に設定した状態とする。次に、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値がゼロとなるように、制御部６０によってブリッジ回路２０の可変インピーダンス器２４の可変抵抗器２２、可変容量コンデンサ２３の抵抗値と静電容量を変化させる。可変倍率回路５１から出力される直流電圧値がゼロとなったらブリッジ回路２０の初期設定を終了し、プリアンプ３２の増幅率、可変倍率回路５１の増幅倍率を１に戻す。

次に、図３のステップＳ１０２に示すように、交流電源３０の周波数ｆ０、出力電圧を設定する。周波数ｆ０、出力電圧は、例えば、１００ｋＨｚ、５Ｖのように設定してもよい。

次に、図３のステップＳ１０３に示すように、プリアンプ３２の増幅率を設定する。まず、ワイヤ１６を半導体デバイス１８に接触させ、可変倍率回路５１の増幅倍率を１として可変倍率回路５１から出力される直流電圧値が制御部６０のＣＰＵの検出可能電圧範囲に入るような値に調整する。例えば、制御部６０のＣＰＵの検出可能電圧範囲が０Ｖ～５Ｖの範囲の場合、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値を２．５Ｖ程度になるように調整してもよい。

最後に、可変倍率回路５１の増幅倍率を１に戻して初期設定工程を終了する。初期設定工程が終了したら、ボンディング動作に合わせてワイヤ１６と半導体デバイス１８との接続状態を判定する。

＜半導体デバイスにワイヤボンディングを行う際の接続状態判定装置の動作＞
次に、図４～図７を参照しながら、半導体デバイス１８にワイヤ１６をボンディングする際の接続状態判定装置１００の動作について説明する。半導体デバイス１８は、図７に示すように、４枚の半導体ダイ１８ａ～１８ｄを積層したスタックデバイスである。ワイヤボンディング装置１０は、一番上の半導体ダイ１８ａの電極（第１ボンド点）に図１に示すフリーエアボール１６ａを押し付けて圧着ボール１６ｂを形成するボールボンディングを行った後、二層目から四層目の半導体ダイ１８ｂ～１８ｄの各電極（第２～第４ボンド点）にワイヤ１６を順次押圧して接続し、最後にワイヤ１６を基板１７の電極（第５ボンド点）にボンディングするものである。このように、ワイヤボンディング装置１０は、半導体デバイス１８にワイヤ１６を複数回ボンディングする。図７において、Ｚｐ１、Ｚｐ２、Ｚｐ３、Ｚｐ４、ＺＬは、それぞれ半導体デバイス１８の各層の半導体ダイ１８ａ～１８ｄ、基板１７のインピーダンスを示す。また、ΔＶ１、Ｖ２、ΔＶ３、ΔＶ４は、それぞれ半導体ダイ１８ａ～１８ｄと導通又は非導通になることで変動する電圧差を示し、ΔＶ５は、基板１７と導通又は非導通になることで変動する電圧差を示す。

図４のステップＳ２０１に示すように、制御部６０は、半導体デバイス１８の各半導体ダイ１８ａ～１８ｄと基板１７とを接続するワイヤ１６の番号Ｍを初期値の１に設定する。また、制御部６０は、図４のステップＳ２０２でボンド点の番号Ｎを初期値の１に設定する。

図４のステップＳ２０３に示すように、制御部６０は、ボンディング前で、ワイヤ１６が半導体デバイス１８に接地していない場合の可変倍率回路５１から出力される直流電圧値を基準電位としてメモリに記録しておく。基準電位は０Ｖである。

図１に示すワイヤボンディング装置１０がボンディング動作を開始し、キャピラリ１２でフリーエアボール１６ａを半導体デバイス１８の最上層の半導体ダイ１８ａの電極にボンディングすると、図４のステップＳ２０４に示すように、ワイヤ１６は、第１ボンド点である半導体ダイ１８ａの電極に接地する。すると、ワイヤ１６と半導体デバイス１８との間のインピーダンスが変化し、図６（ａ）の実線に示すように、第１ボンド点へのボンディング後に交直変換回路４０から出力される直流電圧値Ｖ１は先に記録した基準電位よりも高くなる。可変倍率回路５１の倍率設定は１なので図６（ｂ）の実線に示すようにボンディング後に交直変換回路４０から出力された直流電圧値Ｖ１はそのまま制御部６０に入力される。

制御部６０は、先にメモリに記録した基準電位と、ボンディング後に可変倍率回路５１から出力された直流電圧値Ｖ１とからの第１差分である電圧差ΔＶ１を算出し、図４のステップＳ２０５において電圧差ΔＶ１が所定の第１閾値Ｖｓ以上となっているかどうか判断する。ここで、第１閾値Ｖｓは、制御部６０のＣＰＵの検出可能電圧範囲が０Ｖ～５Ｖの範囲の場合、例えば、０．５Ｖ～１Ｖ程度に設定してもよい。

制御部６０は、図４のステップＳ２０５でＹＥＳと判断した場合には、図４のステップＳ２１０で接続良好信号を外部に出力し、図５のステップＳ２１３で、第１ボンド点へのボンディング後に可変倍率回路５１から出力された直流電圧値Ｖ１を第１ボンド点の電位として記録しておく。

一方、制御部６０は、電圧差ΔＶ１が所定の第１閾値Ｖｓ未満で図４のステップＳ２０５でＮＯと判断した場合、実際にワイヤ１６と半導体デバイス１８との接続が不良の場合の他、図６（ａ）、図６（ｂ）の一点鎖線に示すように、ワイヤ１６の半導体デバイス１８への接続によるインピーダンスの変化が小さく交直変換回路４０から出力された直流電圧値Ｖ１０が第１閾値Ｖｓ未満の場合がある。この場合、可変倍率回路５１の増幅倍率が１のままでは、基準電位と可変倍率回路５１から出力される直流電圧との電圧差ΔＶ１０が第１閾値Ｖｓ未満となる。

そこで、制御部６０は、電圧差ΔＶ１０が所定の第１閾値Ｖｓ未満の場合、図４のステップＳ２０６において、当初１に設定されていた可変倍率回路５１の増幅倍率を、所定値ずつ、例えば、２倍に上げる。ワイヤ１６と半導体デバイス１８とが接続されている場合、可変倍率回路５１の増幅倍率が上がると、図６（ｂ）の一点鎖線に示すように、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値は電圧値Ｖ１０から電圧値Ｖ１１に大きくなり、基準電位と可変倍率回路５１から出力される直流電圧値Ｖ１１との差は電圧差ΔＶ１１のように所定の第１閾値Ｖｓ以上となる。この場合、制御部６０は図４のステップＳ２０５でＹＥＳと判断して、図４のステップＳ２１０で接続良好信号出力する。

一方、実際にワイヤ１６と半導体デバイス１８とが接続されていない場合、可変倍率回路５１の増幅倍率を上げても、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値は大きくならず、電圧差は所定の第１閾値Ｖｓ未満のままとなる。この場合、制御部６０は、図４のステップＳ２０６で可変倍率回路５１の増幅倍率を最大増幅倍率に達するまで、所定値ずつ上げていく。そして、可変倍率回路５１の増幅倍率が最大増幅倍率に達すると、図４のステップＳ２０７でＹＥＳと判断して、図４のステップＳ２０８に進んで接続不良発生信号を出力し、図４のステップＳ２０９に進んで、ワイヤボンディング装置１０をエラー停止させる。

制御部６０は、図４のステップＳ２０５でＹＥＳと判断した場合、図５のステップＳ２１３で、第１ボンド点へのボンディング後に可変倍率回路５１から出力された直流電圧値Ｖ１１を第１ボンド点の電位として記録しておく。

ワイヤボンディング装置１０は、図７に示す最上層の半導体ダイ１８ａの電極へのボンディングが終了したら、キャピラリ１２をルーピングさせて、二層目の半導体ダイ１８ｂの電極へのボンディングを開始する。キャピラリ１２がワイヤ１６を二層目の半導体ダイ１８ｂの電極にボンディングすると、図５のステップＳ２１４に示すように、ワイヤ１６が、第２ボンド点である半導体ダイ１８ｂの電極に接地する。

ワイヤ１６が第２ボンド点に接地すると、ワイヤ１６とグランド２９との間には、ワイヤ１６から第１ボンド点を通ってグランド２９に電流が流れる第１電路に加え、ワイヤ１６から第２ボンド点を通ってグランド２９に電流が流れる第２電路が形成される。このため、ワイヤ１６が第２ボンド点に接地すると、ワイヤ１６と半導体デバイス１８との間のインピーダンスが変化し、ボンディング後に交直変換回路４０から出力される直流電圧値Ｖ２は先に記録した第１ボンド点の電位Ｖ１よりも高くなる。また、第１ボンド点の接続状態の判定を行う際に可変倍率回路５１の増幅倍率を上げた場合も同様に、ボンディング後に可変倍率回路５１から出力される直流電圧値Ｖ２１は先に記録した第１ボンド点の電位Ｖ１１よりも高くなる。

制御部６０は、先に説明したと同様、図５のステップＳ２１５で、先に記録した第１ボンド点の電位Ｖ１またはＶ１１と、第２ボンド点へのボンディング後に可変倍率回路５１から出力された直流電圧値Ｖ２またはＶ２１との電圧差ΔＶ２または電圧差ΔＶ２１を算出し、図５のステップＳ２１５において電圧差ΔＶ２またはΔＶ２１が第１閾値Ｖｓ以上となっている場合には接続良好と判断して接続良好信号を出力する。また、電圧差ΔＶ２またはΔＶ２１が第１閾値Ｖｓ未満の場合には、制御部６０は、図５のステップＳ２１６で可変倍率回路５１の増幅倍率を上げ、増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合、図５のステップＳ２１８で接続不良信号を出力し、図５のステップＳ２１９に進んで、ワイヤボンディング装置１０をエラー停止させる。

制御部６０は、図５のステップＳ２１５でＹＥＳと判断した場合、図５のステップＳ２２３に進み、第２ボンド点へのボンディング後に可変倍率回路５１から出力された直流電圧値Ｖ２またはＶ２１を第２ボンド点の電位として記録しておく。

制御部６０は、図５のステップＳ２２４でボンド点の番号Ｎが最終ボンド点番号Ｎｅｎｄになるまで、図５のステップＳ２２５でＮを１ずつインクレメントして図５のステップＳ２１４からステップＳ２２３を繰り返し実行する。

図７に示すように第１ボンド点から第５ボンド点まで、連続してワイヤ１６を半導体デバイス１８、基板１７にボンディングしていくと、ボンディング後に可変倍率回路５１から出力される直流電圧値は、図６、図７に示すようにボンディングの都度段階的に大きくなっていく。そして、基板１７の第５ボンド点へのボンディングが終了し、ワイヤ１６が切断されると、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値は、ワイヤ１６が半導体デバイス１８に接地していない場合の基準電位に戻る。

制御部６０は、最終ボンド点へのボンディングが終了したら、図５のステップＳ２２４でＹＥＳと判断して図５のステップＳ２２６、Ｓ２２７に進み、ワイヤ１６の番号Ｍを１だけインクリメントし、半導体デバイス１８の各半導体ダイ１８ａ～１８ｄと基板１７とを接続する次のワイヤ１６のボンディングの際の接続状態の判定を行う。そして、全てのボンディングが終了したら、接続状態判定動作を終了する。

＜ワイヤを半導体デバイスにボンディングする際の各種のエラー検出＞
先に説明したように、本実施形態の接続状態判定装置１００は、半導体デバイス１８に対するワイヤ１６の接続箇所数が増加する毎に可変倍率回路５１が出力する直流電圧値が段階的に大きくなる。逆に、半導体デバイス１８に対するワイヤ１６の接続箇所数が減少する場合には、その都度可変倍率回路５１が出力する直流電圧値は段階的に小さくなる。つまり、接続状態判定装置１００は、半導体デバイス１８に対するワイヤ１６の接続箇所数の増減により、可変倍率回路５１が出力する直流電圧値が段階的に増減する。接続状態判定装置１００のこのような特性を利用することによって、以下に説明するように各種のエラーの検出を行うことができる。

以下、図８から図１１を参照しながら、本実施形態の接続状態判定装置１００を用いた各種のボンディングエラーの検出について説明する。なお、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）、図１１（ａ）はいずれも正常にボンディングが行われた場合の可変倍率回路５１から出力される直流電圧値の変化を示す。また、図７と同様、図８～図１１のＺｐ１、Ｚｐ２、Ｚｐ３、Ｚｐ４、ＺＬは、それぞれ半導体デバイス１８の各層の半導体ダイ１８ａ～１８ｄ、基板１７のインピーダンスを示し、ΔＶ１、Ｖ２、ΔＶ３、ΔＶ４は、それぞれ半導体ダイ１８ａ～１８ｄと導通又は非導通になることで変動する電圧差を示し、ΔＶ５は、基板１７と導通又は非導通になることで変動する電圧差を示す。

図８（ｂ）は、半導体デバイス１８の各層の半導体ダイ１８ａ～１８ｄの各電極にワイヤ１６を連続してボンディングしていく際に、途中でワイヤが破断した場合の可変倍率回路５１から出力される直流電圧値の変化を示す。

図８（ｂ）に示すように、あるボンド点のボンディングの際にワイヤ１６が破断すると、そのボンド点でのボンディングの後に可変倍率回路５１から出力される直流電圧値は、基準値のゼロとなる。従って、制御部６０は、ボンド点に対する可変倍率回路５１から出力される直流電圧値に基づいて、何番目のボンド点でワイヤ１６の切断が発生したかを検出することができる。

図９（ｂ）は、半導体デバイス１８の各層にワイヤ１６をボンディングする際に、先にボンディングしたボンド点が後のボンディングの際に剥がれた場合の可変倍率回路５１から出力される直流電圧値の変化を示す。図９（ｂ）に示すように、先のボンド点のボンディングが剥がれた場合には、ボンディング後の可変倍率回路５１から出力される直流電圧値が段階的に上昇した後で、ボンディング剥離によるインピーダンスの変化分だけ段階的に小さくなる。すなわち、図９（ｂ）では、ボンディング剥離によってワイヤ１６と半導体ダイ１８ｃとの導通がなくなり、この間のインピーダンスＺｐ３が無くなるため、電圧差ΔＶ３だけ電圧が低下する。従って、制御部６０は、ボンド点に対する可変倍率回路５１から出力される直流電圧値に基づいて、ボンディングの剥離が発生したことを検出することができる。

図１０（ｂ）は、テールワイヤの延出不良が発生した場合の可変倍率回路５１から出力される直流電圧値の変化を示す。図１０（ａ）に示すように、正常にテールワイヤが延出されている場合には、第５ボンド点をボンディング後でキャピラリ１２がテールワイヤ延出位置にある場合の直流電圧値は高い状態になっている。しかし、図１０（ｂ）に示すようにテールワイヤの延出不良が発生した場合、キャピラリ１２がテールワイヤ延出位置にある場合に、直流電圧値がゼロとなっている。従って、制御部６０は、キャピラリ１２がテールワイヤ延出位置に来た際に直流電圧値がゼロになった場合には、テールワイヤ延出不良が発生したと判定することができる。

図１１（ｂ）は、ワイヤ１６と基板１７の電極との接続不良が発生した場合に可変倍率回路５１から出力される直流電圧値の変化を示す。図１１（ａ）に示すように、正常にボンディングが行われた場合には、基板１７の第５ボンド点へのボンディング後のテールワイヤの切断の後に直流電圧値はゼロになる。一方、図１１（ｂ）に示すように、基板１７の第５ボンド点にボンディング後、第５ボンド点のボンディングが剥がれ、その後にワイヤ１６が切断された場合には、直流電圧値は、第５ボンド点へのボンディングの後、インピーダンスの変化分だけ段階的に小さくなり、その後、ワイヤ１６が切断された際にゼロとなる。このように、制御部６０は、ボンド点に対する可変倍率回路５１から出力される直流電圧値に基づいて、基板１７への接続不良を検出することができる。

＜他の実施形態の接続状態判定装置＞
次に図１２を参照しながら他の実施形態の接続状態判定装置２００について説明する。図１から図１１を参照して説明した接続状態判定装置１００と同様の部位には同様の符号を付して説明は省略する。

図１２に示す接続状態判定装置２００は、可変倍率回路５１と制御部６０との間にレベルシフト回路５２を接続したものである。レベルシフト回路５２は、可変倍率回路５１が出力する直流電圧値を負側にシフトし、シフト後の直流電圧値を制御部６０に出力する回路である。

図１３、図１４は、接続状態判定装置２００の動作を示すフローチャートである。先に説明した接続状態判定装置１００と同一の動作には、同一のステップ番号を付して説明は省略する。接続状態判定装置２００は、図１３のステップＳ２０５、図１４のステップＳ２１５でＹＥＳと判断した場合には、図１３のステップＳ２１１、図１４のステップＳ２２１でレベルシフトの要否を判定し、ＹＥＳの場合、図１３のステップＳ２１２、図１４のステップＳ２２２でレベルシフトを実行する。

図１５を参照しながら、レベルシフト回路５２の動作について説明する。図１３（ａ）の実線ａに示すように、ワイヤ１６の半導体デバイス１８への接続によるインピーダンスの変化が小さく交直変換回路４０から出力された直流電圧値Ｖ１０が第１閾値Ｖｓ未満の場合、可変倍率回路５１の増幅倍率が１のままでは、基準電位と可変倍率回路５１から出力される直流電圧との電圧差ΔＶ１０が第１閾値Ｖｓ未満となる。

このため、制御部６０は、電圧差ΔＶ１０が所定の第１閾値Ｖｓ未満で図１３のステップＳ２０５でＮＯと判断した場合、図１３のステップＳ２０６において、当初１に設定されていた可変倍率回路５１の増幅倍率を、所定値ずつ上げる。これにより、図１３（ｂ）の破線ｂに示すように、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値は電圧値Ｖ１０から電圧値Ｖ１１に大きくなり、基準電位と可変倍率回路５１から出力される直流電圧値Ｖ１１との差は第１閾値Ｖｓ以上となる。この場合、制御部６０は図１３のステップＳ２０５でＹＥＳと判断して、図１３のステップＳ２１０で接続良好信号出力する。

しかし、先に説明したように、半導体デバイス１８に連続してボンディングしていくと、交直変換回路４０、可変倍率回路５１の出力電圧は図１５（ａ）の実線ａ、図１５（ｂ）の破線ｂのように、ボンディング毎に段階的に大きくなっていく。そして、可変倍率回路５１の増幅倍率が大きい場合、図１５（ｂ）の破線ｂに示すように、可変倍率回路５１の出力電圧が制御部６０のＣＰＵの電圧検出範囲の上限Ｖｍを超える場合がある。この場合、制御部６０は、可変倍率回路５１からの直流電圧値を検出できなくなってしまう。

そこで、制御部６０は、レベルシフト回路５２を動作させて、図１５（ｂ）の実線ｃに示すように、可変倍率回路５１から出力される直流電圧値を負側にシフトする。例えば、図１５（ｂ）に示すように、第１ボンド点へのボンディング後に可変倍率回路５１から出力された直流電圧値Ｖ１１だけ電圧をシフトしてゼロの電圧値を制御部６０に出力する。制御部６０は、図１４のステップＳ２１３でシフト後の電圧、すなわち電圧ゼロを第１ボンド点の電位として記録する。

図１４のステップＳ２１４でワイヤ１６が第２ボンド点に接地すると、可変倍率回路５１は、図１５（ｂ）の破線ｂに示すように、制御部６０の検出範囲の上限Ｖｍを超える直流電圧値Ｖ２１が出力されるが、この電圧はレベルシフト回路５２によって負側にＶ１１だけシフトされ、図１５（ｂ）に示すように、Ｖ２２の電圧値が制御部６０に出力される。この電圧が第２ボンド点の電位になる。制御部６０は、第２ボンド点の電位Ｖ２２と先にメモリに記録したレベルシフト後の第１ボンド点の電位（ゼロ）とから第１差分を算出し、図１４のステップＳ２１５で接続の良否の判定を行う。

このように、レベルシフト回路５２は、検出感度を上げても制御部６０に入力される直流電圧値が制御部６０のＣＰＵの電圧検出範囲内となるようにするので、接続状態判定装置２００によって高精度、高感度でワイヤ１６と半導体デバイス１８との接続状態の判定を行うことができる。

なお、以上の説明では、ボンディング毎にレベルシフトを行うこととして説明したが、これに限らず、可変倍率回路５１の増幅倍率の設定によっては、１回のボンディングでは可変倍率回路５１から制御部６０に入力される直流電圧値が制御部６０のＣＰＵの電圧検出範囲を超えず、例えば、数回のボンディングを連続して行うと直流電圧値がＣＰＵの電圧検出範囲を超える場合がある。この場合には、数回のボンディング毎のその際の直流電圧値をゼロにシフトするようにしてもよい。

＜参考例の接続状態判定装置＞
次に、図１６を参照しながら本発明の参考例の接続状態判定装置３００について説明する。先に図１から図１１を参照して説明した接続状態判定装置１００と同様の部分については、同様の符号を付して説明は省略する。

図１６に示す接続状態判定装置３００は、図１に示す接続状態判定装置１００から可変倍率回路５１を外し、制御部６０がボンディング前後に交直変換回路４０から出力される直流電圧値の第２差分を算出し、第２差分が所定の第２閾値以上の場合には接続良好信号を出力し、第２差分が所定の第２閾値未満の場合には接続不良信号を出力するようにしたものである。また、動作は図４、図５を参照して説明した接続状態判定装置１００の動作の内、ステップＳ２０６からステップＳ２０７、ステップＳ２１６からステップＳ２１７を実行せず、ステップＳ２０５、ステップＳ２１５でＮＯと判断したら接続不良発生としてワイヤボンディング装置１０を停止させるものである。

本参考例は、簡便な構成で、低インピーダンスデバイス或いはスタックデバイスとワイヤとの接続状態を判定できる。

１０ ワイヤボンディング装置、１１ ボンディングステージ、１２ キャピラリ、１３ クランパ、１４ テンショナ、１５ スプール、１６ ワイヤ、１６ａ フリーエアボール、１６ｂ 圧着ボール、１７ 基板、１８ 半導体デバイス、１８ａ～１８ｄ 半導体ダイ、２０ ブリッジ回路、２１ａ～２１ｃ 抵抗器、２２ 可変抵抗器、２３ 可変容量コンデンサ、２４ 可変インピーダンス器、２５，２６ 電源端子、２７，２８ 出力端子、２９ グランド、３０ 交流電源、３１ バッファ、３２ プリアンプ、４０ 交直変換回路、４１ バンドパスフィルタ、４２ 全波整流器、４３ ローパスフィルタ、５１ 可変倍率回路、５２ レベルシフト回路、６０ 制御部、１００，２００，３００ 接続状態判定装置。

Claims (8)

1. ボンディング対象物にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置に接続されて前記ワイヤと前記ボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定装置であって、
   所定周波数の正弦波の交流電流が入力され、前記ワイヤと前記ボンディング対象物との間のインピーダンスの変化に応じて交流応答信号を出力するブリッジ回路と、
   前記交流応答信号を直流電圧値に変換する交直変換回路と、
   前記交直変換回路から出力される前記直流電圧値を増幅する可変倍率回路と、
   前記可変倍率回路に接続される制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   ボンディング前後に前記可変倍率回路から出力される前記直流電圧値の第１差分を算出し、前記第１差分が所定の第１閾値以上の場合には接続良好信号を出力し、
   前記第１差分が所定の第１閾値未満の場合に、前記可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行し、前記増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合に接続不良信号を出力すること、
   を特徴とする接続状態判定装置。
2. 請求項１に記載の接続状態判定装置であって、
   前記ワイヤボンディング装置は、前記ボンディング対象物に前記ワイヤを複数回ボンディングし、
   前記可変倍率回路は、前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数の増減による前記ボンディング対象物と前記ワイヤとの間のインピーダンスの変化に応じて前記直流電圧値を出力すること、
   を特徴とする接続状態判定装置。
3. 請求項２に記載の接続状態判定装置であって、
   前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数が増加する毎に前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値が段階的に大きくなり、
   前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数が減少する毎に前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値が段階的に小さくなること、
   を特徴とする接続状態判定装置。
4. 請求項２または３に記載の接続状態判定装置であって、
   前記可変倍率回路と前記制御部との間に接続され、前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値を負側にシフトし、シフト後の前記直流電圧値を前記制御部に出力するレベルシフト回路を含み、
   前記制御部は、
   前記第１差分が所定の第１閾値以上の場合に、１又は複数回のボンディング毎に、前記レベルシフト回路によって前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値を負側にシフトすること、
   を特徴とする接続状態判定装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の接続状態判定装置であって、
   前記交直変換回路は、
   前記ブリッジ回路に入力される前記交流電流の前記正弦波の所定の周波数と同一周波数を中心周波数とし、前記ブリッジ回路から出力される前記交流応答信号が入力されるバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタを通過した前記交流応答信号を全波整流する全波整流器と、
   全波整流後の前記交流応答信号の直流成分を抽出するローパスフィルタと、
   によって構成されること、
   を特徴とする接続状態判定装置。
6. ボンディング対象物にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置において、前記ワイヤと前記ボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定方法であって、
   所定周波数の正弦波の交流電流が入力され、前記ワイヤと前記ボンディング対象物との間のインピーダンスの変化に応じて交流応答信号を出力するブリッジ回路と、前記交流応答信号を直流電圧値に変換する交直変換回路と、前記交直変換回路から出力される前記直流電圧値を増幅して出力する可変倍率回路と、を備える接続状態判定装置を準備し、
   ボンディング前後に前記可変倍率回路から出力される前記直流電圧値の第１差分を算出し、
   前記第１差分が所定の第１閾値以上の場合に接続良好と判定し、
   前記第１差分が所定の第１閾値未満の場合に前記可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行し、前記増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合に接続不良と判定すること、
   を特徴とする接続状態判定方法。
7. ボンディング対象物にワイヤを複数回ボンディングするワイヤボンディング装置において、前記ワイヤと前記ボンディング対象物との接続状態の判定を行う接続状態判定方法であって、
   所定周波数の正弦波の交流電流が入力され、前記ボンディング対象物に対する前記ワイヤの接続箇所数の増減による前記ボンディング対象物と前記ワイヤとの間のインピーダンスの変化に応じて交流応答信号を出力するブリッジ回路と、前記交流応答信号を直流電圧値に変換する交直変換回路と、前記交直変換回路から出力される前記直流電圧値を増幅して出力する可変倍率回路と、を備える接続状態判定装置を準備し、
   （１）ボンディング前後に前記可変倍率回路から出力される前記直流電圧値の第１差分を算出し、
   （２）前記第１差分が所定の第１閾値以上の場合に接続良好と判定し、
   （３）前記第１差分が所定の第１閾値未満の場合に前記可変倍率回路の増幅倍率を所定値だけ上げる動作を繰り返し実行し、前記増幅倍率が最大増幅倍率に達した場合に接続不良と判定し、
   前記（１）から前記（３）の動作をボンディング毎に繰り返して行うこと、
   を特徴とする接続状態判定方法。
8. 請求項７に記載の接続状態判定方法であって、
   １又は複数回のボンディング毎に、前記（２）で接続良好と判定した場合に前記可変倍率回路が出力する前記直流電圧値を負側にシフトすること、
   を特徴とする接続状態判定方法。

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