JPH0347582B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ワイヤボンデイングされた半導体
部品のボンデイング強度試験装置に関する。

〔従来の技術〕 ボンデイング強度試験は、モノリシツク、マル
チチツプを含む全てのLSIを通じて行われるワイ
ヤボンデイング工程の重要な検査項目の一つであ
る。ボンデイング強度試験としては、金属細線の
引張強度を試験するプルテストと、ボンデイング
部材例えばボールのシエア強度を試験するシエア
テストとがある。

従来のボンデイング強度試験装置は、ダイヤル
ゲージ式のダイナモメータ、ストレインゲージプ
ローブ等を用い、手で引つ張つたり、押したりす
るものであつた。より定量性のある装置として、
同様の原理に基づく半自動操作のボンデイング強
度試験装置も使用されつつある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、人の手でゲージを操作するため
に、精度が低く、個人差により再現性が極めて低
い欠点があつた。半自動操作の装置は、多少の改
善が見られるものの、特に、シエアテストにおい
て、ボールとツールの尖端との衝突位置を高精度
に規定できないために、ツールがボールのみなら
ず、パツド面をひきづる所謂ひきづり現象を生
じ、測定精度が低い欠点があつた。

また、従来のボンデイング強度試験装置とし
て、プルテスト及びシエアテストの兼用機能を持
つものが提案されている。即ち、第８図Ａに示す
プルテストと第８図Ｂに示すシエアテストとの両
者を可能とするために、試料の方向を90゜変化さ
せる構成とされている。

プルテストの場合には、試料６２を水平方向に
フラツトな試料ステージ６１に載置し、金属細線
６３に試料フツク６４を引つ掛け、試料フツク６
４を上方向に変化させる。シエアテストの場合に
は、垂直方向にフラツトになるように、試料ステ
ージ６１を回転させ、この試料ステージ６１上の
試料６２のボール６５にツール６６を尖端を衝突
させ、ボール６６を剪断する時の荷重を測定する
ようになされる。

試料ステージ６１の向きを90゜回転させる構成
の場合、第８図において、矢印で示す観察方向に
対してツール６６が視野を妨げ、試料ステージ６
１も垂直であるため、シエアテストの時の位置合
わせが面倒となる欠点があつた。

従つて、この発明の目的は、高精度にボンデイ
ング強度を試験でき、特に、シエアテスト時に、
ツールの尖端を正しくボールに当てることができ
るボンデイング強度試験装置を提供することにあ
る。

この発明の他の目的は、同一試料ステージの水
平面に載置された試料に対し、荷重センサーを交
換するのみで、プルテスト及びシエアテストの両
者を行うことができるボンデイング強度試験装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、ワイヤボンデイングされた半導体
部品が載置され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位可
能な試料ステージ１と、 試料ステージ１と直交するＺ軸方向に変位可能
で、尖端を有するツール６と、 ツール６と連結され、ツール６に加わる荷重を
検出する荷重センサー５と、 試料ステージ１及びツール６の変位を夫々生じ
させる駆動源４１，４２，４３を制御し、試料ス
テージ１を移動させることにより、半導体部品の
所定のボンデイング部材３６に対してツール６の
尖端により、水平方向の力を加えるための制御手
段４５と、 を備え、 荷重センサー５の出力からボンデイング部材３
６のシエア強度を測定するようにしたことを特徴
とするボンデイング強度試験装置である。

また、この発明では、荷重センサー５がＸ方向
又はＹ方向の少なくとも一方の方向とＺ軸方向と
の２軸方向に感度方向を有し、シエアテスト時
に、パツド面の検出を荷重センサー５により行う
ことが可能とされている。

〔作用〕

試料ステージ１が移動することにより、ツール
６の尖端がボンデイング部材３６に水平方向の力
を加える。この時のツール６にかかる荷重が荷重
センサー５により測定される。試料としての半導
体部品は、試料ステージ１に水平に載置された状
態でシエアテストを行うことができる。

従つて、ボンデイングされた金属細線３８の引
張強度を試験するプルテストの時と試料ステージ
１の向きが同一となり、観察時に試料ステージ１
が邪魔とならない。

また、荷重センサー５がシエアテスト時の剪断
力の測定とパツド面の検出との両者に使用されて
いる。従つて、パツド面の検出のための手段を別
個に設ける必要がなく、然も、パツド面の検出を
正確に行うことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。この一実施例は、荷重センサー
を交換するのみで、プルテスト行うシエアテスト
の両者を行うことが可能なものである。

この一実施例の測定機構は、第１図に示す構成
とされている。第１図において、１が試料ステー
ジを示し、この試料ステージ１上に試験の対象と
する半導体部品が載置される。試料ステージ１
は、連結部２を介して下方のＸ−Ｙステージ３に
取り付けられている。Ｘ−Ｙステージ３は、本体
内に設けられたＸ方向及びＹ方向の夫々に関する
パルスモータにより、水平面内で移動される。

試料ステージ１の上方に垂直方向（Ｚ軸方向）
に変位する上下動部４が配置されている。この上
下動部４は、本体側の上下動部との連結用のアー
ムと、このアームに固着されたセンサー回転用の
ACシンクロナスモータとがケース内に収納され、
センサー装着部が下方に設けられたものである。
上下動部４を昇降させるパルスモータは、本体内
に設けられている。

上下動部４のセンサー装着部にシエアテスト用
の荷重センサー（以下、単にセンサーと称する。）
５のケース１１の一端が嵌合され、止めねじで固
着される。このセンサー５の軸には、シエアテス
ト時には、プルテスト用のセンサー及び試料フツ
クが上下動部４に取り付けられる。

試料ステージ１の観察のために、双眼実体顕微
鏡９と、照明用のランプ１０とが設けられてい
る。第１図においては、省略されているが、本体
には、キーボード、各種のスイツチ、試料ステー
ジ１を動かすためのジョイステイクレバー等から
なる操作パネルと、測定値を表示する表示部とが
設けられている。

第２図及び第３図は、シエアテスト用のセンサ
ー５及びツール６の構成を示すものである。シエ
アテスト用のセンサー５は、円筒状のケース１１
内に収納された半導体荷重センサーにより構成さ
れている。このセンサー５の軸にツール６がねじ
止めにより固着されている。第３図に拡大して示
すように、ツール６は、例えば超鋼からなり、楔
形の尖端１３を有する。センサー５の基部には、
フランジ１４及びボス１５が設けられている。前
述の上下動部４のセンサー装着部１６にボス１５
が嵌合され、止めねじ１７によりセンサー５及び
ツール６が上下動部４に取り付けられる。

シエアテスト用のセンサー５として、ピエゾー
抵抗効果を利用した高感度、高精度、高レスポン
スの半導体荷重センサーが使用されている。この
センサー５は、Ｘ軸方向（及び又はＹ方向）及び
Ｚ軸方向の２軸方向に感度方向を有するものであ
る。センサー５の検出出力は、コード１８及びコ
ネクタ（図示せず）により本体に伝送される。

第４図は、プルテスト用のセンサー７及び試料
フツク８の構成を示すものである。上下動部４の
センサー装着部１６への取付のために、シエアテ
スト用のセンサー５と同様に、フランジ２１及び
ボス２２が設けられ、止めねじ２３で装着状態が
固定される。

プルテスト用のセンサー７は、Ｚ軸方向の感度
方向を有する半導体荷重センサーが円筒状のケー
スに収納された構成とされている。センサー７の
軸２４にスプリングガイド２５がねじ止めされ、
スプリングガイド２５内にナツト２６が一端に螺
着された軸２７が摺動自在に挿入され、スプリン
グガイド２５の他端がスプリング受け２８により
閉塞され、ナツト２６及びスプリング受け２８間
にスプリング２９が縮設されている。

軸２７の端部には、チヤツク３０が固着され、
チヤツク３０にピンバイス３１が取り付けられ、
このピンバイス３１にプルテスト用の試料フツク
８が取り付けられる。試料フツク８は、例えばタ
ングステン製のワイヤーの先端をフツク状に折り
曲げ成形したものである。

試料フツク８に荷重が加わると、この荷重は、
スプリング２９を介してセンサー７に伝わるの
で、荷重の不連続な変動は、スプリング２９によ
り、吸収される。従つて、非破壊試験時に、金属
細線が誤つて切断されたり、試料フツク８を引き
上げる過程で滑り等でワイヤーに間歇的な荷重が
加わることをスプリング２９により防止できる。

第５図は、シエアテスト及びプルテストの概略
を示すものである。第５図において、３５が試料
のボンデイングパツドを示し、３６が金、アルミ
ニウム等のボールを示し、このボール３６とリー
ドフレーム３７との間に金、アルミニウム等の金
属細線３８が設けられている。一般にボール３６
の水平方向の直径は、75μｍ〜110μｍであり、ボ
ール３６の高さは、25μｍ以下である。第５図で
は、省略してされているが、実際には、ボンデイ
ングパツド３５の周辺部には、多数のボールが設
けられている。

シエアテストの場合、第５図Ａに示すように、
ボール３６の中心点にツール６の尖端を当てる位
置合わせを行い、試料ステージ１を矢印で示すよ
うに、水平方向に設定された距離、移動させるこ
とにより、ボール３６に水平方向の力を加え、こ
の時の剪断力が測定される。シエアテストは、多
くの場合、非破壊試験である。

プルテストの場合には、第５図Ｂに示すよう
に、試料フツク８により、金属細線３８を引つ張
り上げ、この時の荷重が測定される。プルテスト
として、破壊試験及び非破壊試験の両者が可能と
されている。

破壊試験の場合には、金属細線３８に試料フツ
ク８が引つ掛けられ、上方に試料フツク８が一定
速度で引き上げられ、何ｇの荷重で破断するかが
計測される。

非破壊試験としては、荷重設定による場合と伸
び量設定による場合とがある。荷重設定の場合、
金属細線３８が試料フツク８で引つ張られ、予め
設定した基準荷重に測定荷重が達したら、試料フ
ツク８の移動を停止する。基準荷重に達する以前
に破断した時は、その時の荷重を計測する。

伸び量設定による場合には、試料フツク８が金
属細線３８に接触した位置をセンサー７の出力信
号から検出する。この位置から所定距離（Ｚ軸方
向の変位を発生させるパルスモータの駆動パルス
の数を数えることで距離の制御を行う。）試料フ
ツク８を引張り上げた位置で、試料フツク８を停
止させる。この時の荷重が計測される。もし、所
定距離に達する以前に破断したならば、その時の
荷重を計測する。

上記のプルテストの非破壊試験の場合、基準荷
重及び基準伸び量の両者が予め設定される。試料
フツク８は、基準荷重に達したことの検出信号及
び基準伸び量に達したことの検出信号のORゲー
ト出力により停止する。従つて、金属細線３８の
切断を確実に防止できる。

第６図は、この発明の一実施例の全体の電気的
構成を示すブロツク図である。第６図において、
４１及び４２は、試料ステージ１を移動させるＸ
−Ｙステージ３の駆動源としてのパルスモータを
示す。４３は、上下動部４をＺ軸方向に昇降させ
るためのパルスモータを示す。４４は、上下動部
４に取り付けられたセンサー５及びツール６（又
はセンサー７及び試料フツク８）を回転させる
ACシンクロナスモータを示す。

４５は、システム全体をプログラム制御する
CPU（マイクロコンピユータ）を示し、このCPU
４５に関連して操作パネル４６及び表示部４７が
設けられている。操作パネル４６には、シエアテ
スト及びプルテストの切り換えスイツチ、試料ス
テージ１の移動距離、試料フツク８の移動距離、
荷重等の設定を行うためのスイツチ、試料ステー
ジ１を移動させるためのジヨイステイツクレバ
ー、ACシンクロナスモータ４４の回転を制御す
る操作スイツチ等が設けられている。この操作パ
ネル４６の出力信号がCPU４５に供給される。
表示部４７には、測定された荷重及び試験結果の
良否が表示される。

パルスモータ４１及び４２は、モータードライ
ブ回路４８により駆動される。モータードライブ
回路４８には、CPU４５から制御指令が供給さ
れる。パルスモータ４３は、CPU４５からの制
御指令が供給されるモータードライブ回路４９に
より駆動される。ACシンクロナスモータ４４は、
CPU４５によらず、操作パネル４６の操作スイ
ツチにより発生した信号がモータードライブ回路
５０に供給されることにより制御される。

センサー５（又はセンサー７）の出力信号がア
ンプ５１を介してＡ／Ｄ変換器５２に供給され、
デイジタルデータに変換される。これと共に、セ
ンサー５（又はセンサー７）の出力信号がアンプ
５１を介してタツチ信号発生回路５３に供給され
る。タツチ信号発生回路５３は、ツール６がボン
デイングパツド３５の面に接触した時のセンサー
５の出力信号の変化或いは試料フツク８が金属細
線３８に接触した時のセンサー７の出力信号の変
化を検出してタツチ信号を発生する。このタツチ
信号がコンデイシヨン信号として、CPU４５に
供給される。

CPU４５に対して測定データの演算処理を行
うためのCPU５４が設けられる。CPU５４によ
り、測定データの最大値、最少値、平均値、標準
偏差値等が演算され、これらの情報がプリンタ５
５により印加される。更に、必要に応じてインタ
ーフエース５６を介してCPU４５と結合する
CPU５７が設けられ、CPU５７によりCRT表示
部５８に測定結果を表示できる構成とされてい
る。

上述せるこの発明の一実施例におけるシエアテ
ストの動作について、第７図を参照して説明す
る。シエアテストの開始に先立つて、試料ステー
ジ１の移動距離及びツール６の高さの設定がなさ
れる。そして、試料ステージ１を移動させ、試験
の対象とするボール３６の近傍にツール６の尖端
を位置させる（第７図Ａ）。

次に、試験開始ボタンを押すと、上下動部４が
下降し、第７図Ｂに示すように、ツール６の尖端
がボンデイングパツド面に接触し、この時のセン
サー５の出力信号の変化からタツチ信号が形成さ
れる。このタツチ信号により、面検出がなされ
る。次に、第７図Ｃに示すように、ツール６が設
定された高さｈだけ、上昇する。ツール６のＺ軸
方向の所定距離の変位は、パルスモータ４３によ
り行われる。

そして、第７図Ｄに示すように、試料ステージ
１が矢印方向に設定された距離だけ、水平方向に
移動し、ツール６の尖端によりボール３６が剥離
される。この時の剪断力がセンサー５により測定
され、剪断力のピーク値が表示部４７に表示され
る。ツール６の尖端の向きは、ACシンクロナス
モータ４４により或いは試料ステージ１を手動で
回転させることにより、適切なものとされる。

所定距離を移動した試料ステージ１は、第７図
Ｅに示すように、再び初期位置に復帰すると共
に、ツール６が上方の初期位置に復帰し、シエア
テストが完了する。試料ステージ１の移動及びツ
ール６の昇降の動作を手動のスイツチにより制御
することも可能である。

〔発明の効果〕

この発明に依れば、手動でツールを動かして、
荷重を測定するのと比較して、極めて高精度で再
現性のあるボンデイング強度の試験を行うことが
できる。

また、この発明は、試料ステージ１を水平とし
た状態で、シエアテスト及びプルテストの両者を
行うことができる。従つて、試料ステージ上の半
導体部品を観察する時に試料ステージが邪魔とな
らず、操作性の良好なボンデイング試験装置を実
現することができる。

更に、シエアテスト時に、ボンデイングパツド
面の検出は、２軸方向の感度方向を持つ、センサ
ー５により行うので、面検出のために、別個のセ
ンサーを使用するのと異なり、構成の簡略化、検
出精度の向上を達成することができる。面検出の
精度が高くなるために、シエアテスト時に高さ設
定の精度も高くなり、従つて、ツールの尖端がボ
ンデイングパツド面をひきづつたり、ボールの上
を滑つたりすることがなくなり、高精度のシエア
テストを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の測定機構の斜視
図、第２図及び第３図はこの発明の一実施例のシ
エアテスト用のセンサー及びツールの説明に用い
る一部断面図、第４図はこの発明の一実施例のプ
ルテスト用のセンサー及びツールの説明に用いる
一部断面図、第５図はこの発明の一実施例の試験
動作の説明のための略線図、第６図はこの発明の
一実施例の電気的構成を示すブロツク図、第７図
はこの発明の一実施例のシエアテストの動作説明
に用いる略線図、第８図は従来のボンデイング強
度試験装置の説明のための略線図である。 図面における主要な符号の説明、１：試料ステ
ージ、３：Ｘ−Ｙステージ、４：上下動部、５，
７：センサー、６：ツール、８：試料フツク、２
９：スプリング、３５：ボンデイングパツド、３
６：ボール、３８：金属細線、４１，４２，４
３：パルスモータ、４５：CPU。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワイヤボンデイングされた半導体部品が載置
   され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位可能な試料ス
   テージと、 上記試料ステージと直交するＺ軸方向に変位可
   能で、尖端を有するツールと、 上記ツールと連結され、上記Ｘ軸方向及びＹ軸
   方向の少なくとも一方の方向と上記Ｚ軸方向との
   ２軸の方向の上記ツールに加わる荷重を検出する
   荷重センサーと、 上記試料ステージ及び上記ツールの変位を夫々
   生じさせる駆動源を制御し、上記試料ステージを
   移動させることにより、上記半導体部品の所定の
   ボンデイング部材に対して上記ツールの尖端によ
   り、水平方向の力を加えるための制御手段と、 を備え、 上記荷重センサーの上記Ｘ軸方向又はＹ軸方向
   に関する部材のシエア強度を測定し、上記荷重セ
   ンサーの上記Ｚ軸方向の感度方向の検出出力を上
   記半導体部品のパツド面の検出に用いるようにし
   たことを特徴とするボンデイング強度試験装置。