JPH10339613A - ワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画面上でボールや圧痕の位置や大きさを安定
して検出できるワイヤボンディングにおけるボンディン
グ点の検査方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 チップ４上の１ｓｔボンディング点２０
を撮像した画面上でボールのエッジをサーチする工程に
おいて、ボールからワイヤ６が延出する方向の所定角度
範囲をエッジをサーチする範囲から予め除外する。これ
によりノイズデータが除去され、ボールの位置と大きさ
を安定して検出することができる。また、基板２上の２
ｎｄボンディング３０点を撮像して求めたキャピラリツ
ールの圧痕の縁部のエッジ点からキャピラリツールの近
似円を求める工程において、検出された部分円弧に基づ
いて近似円を求める。これにより圧痕が明瞭に検出され
ない場合でも圧痕の位置や大きさを推定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップと基板を接
続するワイヤボンディングにおけるボンディング点の検
査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップと、チップが搭載されたリードフ
レームやプリント基板などの基板をワイヤで接続するワ
イヤボンディングは、次のようにして行われる。まず、
キャピラリツールの下端部から下方へ導出されたワイヤ
の下端部とトーチとの間で電気的にスパークを発生さ
せ、ワイヤの下端部にボールを形成した後、キャピラリ
ツールを下降させてボールを基板に搭載されたチップの
上面にボンディングする（以下、「１ｓｔボンディン
グ」という）。次いで、キャピラリツールを一旦上方に
移動させた後に、キャピラリツールの下端部を所定の軌
跡を描かせながら基板のパッドに向かって下降させワイ
ヤを基板にボンディングする（以下、「２ｎｄボンディ
ング」という）。そしてワイヤボンディング後には、チ
ップやワイヤを保護するため、樹脂封止が行われる。

【０００３】この樹脂封止に先立って、ワイヤボンディ
ングの状態を確認するための検査が行われ、正常なワイ
ヤボンディングが行われているか否かが検査される。こ
の検査では、１ｓｔボンディング点については、ボンデ
ィングされたボールの大きさおよび位置が、また２ｎｄ
ボンディング点では、パッド上に印されたキャピラリツ
ールの圧痕の位置および大きさが検査における検出対象
となる。これらを検出することにより、ボンディングが
正常に行われたか否かを検査できるとともに、ボンディ
ング圧力やボンディング位置など、ボンディング装置の
ボンディング条件の設定に何らかの異常があるか否かを
推定することができる。

【０００４】ところで、ボールやキャピラリツールの圧
痕の位置や大きさを検出する方法として、画像認識によ
る方法が知られている。この方法は、ボンディング点を
カメラで撮像し、得られた画面上でボールや圧痕のエッ
ジをサーチし、サーチの結果得られたエッジ点を円近似
することにより、ボールや圧痕の位置と大きさを求める
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１ｓｔ
ボンディング点においては、ボールよりワイヤが延出し
ており、ボールはワイヤで部分的に隠されているため、
この部分では上方から撮像した画面上でボールのエッジ
を検出することができない。また、２ｎｄボンディング
点においては、圧痕は画面上で明瞭に認識できない場合
が多く、エッジは部分的にしか検出できない。このよう
に、ボンディング点の画像認識による検査では、ボール
や圧痕の位置や大きさを安定して検出することが困難で
あるという問題点があった。

【０００６】そこで本発明は、上記問題点を解消し、画
面上でボールや圧痕の位置や大きさを安定して検出でき
るワイヤボンディングにおけるボンディング点の検査方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のワイヤボ
ンデイングにおけるボンディング点の検査方法は、チッ
プのパッドのボンディング点をカメラにより撮像し、撮
像結果を画像データとして画像記憶部に記憶させる第１
工程と、前記ボンディング点の画像を示す画面上で予め
設定された起点からボールのエッジをサーチしてエッジ
上のエッジ点を検出する第２工程と、このエッジ点から
ボールの近似円を求める第３工程と、求められた近似円
の中心位置および直径をボールの位置および大きさとし
て出力する第４工程とを含み、ボールのエッジをサーチ
する前記第２工程において、ボールからワイヤが延出す
る方向の所定角度範囲をエッジをサーチする範囲から予
め除外するようにした。

【０００８】また、請求項２記載のワイヤボンデイング
におけるボンディング点の検査方法は、基板のパッドの
ボンディング点をカメラにより撮像し、撮像結果を画像
データとして画像記憶部に記憶させる第１工程と、前記
ボンディング点の画像を示す画面上で予め設定された起
点からパッド面のキャピラリツールの圧痕の縁部をサー
チして縁部のエッジ点を検出する第２工程と、このエッ
ジ点から圧痕の近似円を求める第３工程と、求められた
近似円の中心位置および直径を圧痕の位置および大きさ
として出力する第４工程とを含み、圧痕の近似円を求め
る前記第３工程において、検出されたエッジ点から成る
部分円弧に基づいて近似円を求めるようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１記載のワイヤボンディン
グにおけるボンディング点の検査方法によれば、チップ
のパッドのボンディング点を撮像した画面上でボールの
エッジをサーチする第２工程において、ボールからワイ
ヤが延出する方向の所定角度範囲をエッジをサーチする
範囲から予め除外することにより、ボールの位置と大き
さを安定して検出することができる。

【００１０】また、請求項２記載のワイヤボンディング
におけるボンディング点の検査方法によれば、基板のパ
ッドのボンディング点を撮像して求めたキャピラリツー
ルの圧痕の縁部のエッジ点から圧痕の近似円を求める第
３工程において、検出されたエッジ点から成る部分円弧
に基づいて近似円を求めることにより、圧痕が明瞭に検
出されない場合でも圧痕の位置や大きさを推定すること
ができる。

【００１１】次に、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施の形態のワイヤボン
ディングにおけるボンディング点の検査装置の構成を示
すブロック図、図２は同ワイヤボンディングが行われる
基板の平面図、図３（ａ）は同１ｓｔボンディング点の
拡大側面図、図３（ｂ）は同１ｓｔボンディング点の部
分拡大画像図、図４（ａ）、（ｂ）は同１ｓｔボンディ
ング点の部分拡大画像図、図５は同２ｎｄボンディング
点の拡大側面図、図６、図７は同２ｎｄボンディング点
の部分拡大画像図である。

【００１２】まず、図１を参照してワイヤボンディング
におけるボンディング点の検査装置の構成を説明する。
図１において、ステージ１上には基板２が載置されてい
る。基板２上にはチップ４が搭載されている。基板２の
パッド３とチップ４のパッド５はワイヤ６によって接続
されている。ステージ１の上方にはＸテーブル９及びＹ
テーブル１０より成る可動テーブル１１が配設されてい
る。可動テーブル１１にはカメラ８が装着されている。
カメラ８は可動テーブル１１によりＸ方向やＹ方向に水
平移動し、チップ４と基板２を接続するワイヤ６を撮像
する。カメラ８の下方には照明部７が装着されている。
照明部７は撮像時に基板２やチップ４を上方より照明す
る。

【００１３】カメラ８にはＡＤ変換部１２が接続されて
いる。ＡＤ変換部１２はカメラ８に取り込まれた撮像デ
ータを画像データにＡＤ変換する。画像記憶部１３はＡ
Ｄ変換された画像データを記憶する。検査処理部１４は
ボンディング点の画像データに基づき、ボールやキャピ
ラリツールの圧痕のエッジのサーチや、求められたエッ
ジ点の近似円演算などの処理を行う。記憶部１５は、ボ
ンディング座標データ、ワイヤサイズなどワイヤボンデ
ィング時に使用したデータ及び検出されたデータや判定
値などを記憶する。表示部１６は検査画面を表示するモ
ニタである。

【００１４】次に、図２を参照してワイヤボンディング
点について説明する。図２において、基板２上には、チ
ップ４が搭載されている。チップ４の上面には縁部に沿
って多数のパッド５形成されている。また、基板２上に
はチップ４のそれぞれのパッド５に対応した位置にパッ
ド３が形成されている。チップ４のパッド５と基板２の
パッド３を接続するようにワイヤ６が放射状にボンディ
ングされている。チップ４のパッド５のボンディング点
は１ｓｔボンディング点２０であり、基板２のパッド３
のボンディング点は２ｎｄボンディング点３０である。

【００１５】このワイヤボンディングにおけるボンディ
ング点の検査装置は上記のような構成より成り、以下ボ
ンディング点の検査方法について各図を参照して説明す
る。まず、図１に示すようにチップ４が搭載された基板
２がステージ１上に載置される。次に可動テーブル１１
を駆動してカメラ８を検査対象である各ボンディング点
２０、３０の上方に移動させ、照明部を点灯してカメラ
８により各ボンディング点２０、３０を撮像する。撮像
されたデータはＡＤ変換部１２を経て画像記憶部１３に
送られ、画像データとして記憶される。この画像データ
は、検査処理部１４に送られ、以下に説明する各ボンデ
ィング点の画像データの検査処理が行われる。

【００１６】次に、図３、図４を参照して１ｓｔボンデ
ィング点２０の検査について説明する。図３（ａ）は、
カメラ８にて１ｓｔボンディング点２０を撮像する際の
状態を示している。下向きの矢印ａは照明光の入射方向
を、上向きの矢印ｂは反射光の反射方向を示している。
パッド５の表面に入射する光は上方に反射し、ワイヤ６
やボール６ａに入射する光は斜め方向に反射するため、
カメラ８によって上方から撮像された画像データ上で
は、パッド５とワイヤ６およびボール６ａは輝度が異な
る。したがって、画像データを２値化処理することによ
り、図３（ｂ）に示すように、パッド３面を明像としワ
イヤ６とボール６ａの部分を暗像とする画像を得ること
ができる。

【００１７】このようにして得られた画像データよりボ
ール６ａの位置と大きさを求める方法について図４を参
照して説明する。図４（ａ）において、６ａ’はボンデ
ィング座標データ上でボール６ａがパッド５上に存在す
べき位置を示しており、Ｐ１はその中心を示す。また矢
印ｃはワイヤボンディング後にワイヤ６がボール６ａか
ら延出する方向を平面上に投射して示している。

【００１８】この画面上において、ボンディング座標デ
ータ上のボール６ａの中心として予め設定されたＰ１を
起点として放射状にボール６ａのエッジをサーチする。
矢印ｄ１，ｄ２・・ｄｎは、エッジのサーチを行う方向
を示している。サーチを行う方向の数は、通常は円周の
分割数にして８分割から３２分割の間で設定される。こ
のとき、ワイヤ６の延出方向（矢印ｃ）を中心とした所
定の中心角αの範囲はサーチ範囲から予め除外される。
この中心角αは、ワイヤ６とボール６ａの交点を完全に
範囲内に含むように設定される。

【００１９】ワイヤ６がボール６ａから延出する方向の
ワイヤ幅に相当する範囲では、ボール６ａのエッジはワ
イヤ６によって隠れているため上方から撮像した画面上
では検出できず、サーチ時にはワイヤ６のエッジなど、
ボール６ａ以外のものが検出される。したがって、この
範囲を予めエッジのサーチを行う範囲から除外すること
により、ボール６ａ以外のノイズデータを減少させるこ
とができる。

【００２０】次に、図４（ｂ）で示すように、各方向で
のサーチにより得られたエッジ点Ｅ１，Ｅ２、・・Ｅｎ
から、ボールのエッジを表す近似円を求める。まず、最
小２乗法により各エッジ点Ｅ１，Ｅ２、・・Ｅｎを近似
する円を求める。この結果に基づき、得られた近似円
と、各エッジ点との距たりを表す偏差を求め、偏差が大
きく近似円から大きくはずれるエッジ点（図４（ｂ）の
Ｅ３参照）はノイズデータと見なしてエッジ点から除外
し、残りのエッジ点のみを用いて再び近似円を求める。
ノイズデータとされるエッジ点の数が多く、近似円の再
演算に用いるエッジ点が少ない場合には、サーチ方向の
分割数を増やしてエッジの再サーチを行う。このように
エッジのサーチと近似円演算を繰り返し、得られた近似
円Ｃ１とエッジ点との距たりを表す偏差が所定の範囲内
に収まったならば、その近似円Ｃ１の直径Ｄ１および中
心点Ｐ２の位置を、ボール６ａの大きさおよび位置とし
て出力する。このように，１ｓｔボンディング点２０に
おいては、ボール６ａからワイヤ６が延出する範囲を予
めボール６ａのエッジのサーチ対象から除外することに
より、近似円演算を行う場合のノイズデータを減少さ
せ、検出精度を著しく向上させることができる。

【００２１】次に、２ｎｄボンディング点３０の検査に
ついて図５〜図７を参照して説明する。まず、図５を参
照して２ｎｄボンディングについて説明する。図５にお
いて、基板２のパッド３の上面にワイヤ６がボンディン
グされている。３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、ワイヤ６を
ボンディングするキャピラリツールの下端部の動きを動
作の順に従って示したものである。まず３１ａは、キャ
ピラリツールの下端部がワイヤ６をパッド３の上面に押
しつけ始めたタイミングでのキャピラリツールの下端部
の位置を示している。

【００２２】この後、キャピラリツールはワイヤ６をパ
ッドに押しつけながら更に下降するとともにボンディン
グ点へ向かって横移動し、３１ｂの位置を経て最終的に
３１ｃの位置に至り、パッド３の上面に下端部を押しつ
けて凹型形状の圧痕３２を形成する。このとき、圧痕３
２の周囲にはキャピラリツールの下端部の形状にならっ
て斜面状の縁部３３が形成される。また、ワイヤ６をパ
ッド３の上面に押しつける過程、すなわちキャピラリツ
ールが３１ａの位置から３１ｂの位置に移動する過程に
おいて、ワイヤ６はキャピラリツールの下端部によって
押しつぶされ、斜面状部６ｂが形成される。

【００２３】また、図５において下向きの矢印ｅは照明
光の入射方向を、上向きの矢印ｆは反射光の反射方向を
示している。パッド３の上面に入射する光は上方に反射
し、ワイヤ６やワイヤ６の斜面状部６ｂおよび圧痕３２
の縁部３３に入射する光は斜め方向に反射するため、カ
メラ８によって上方から撮像された画面上ではパッド３
とワイヤ６および斜面状部６ｂおよび縁部３３は輝度が
異なる。したがって、画像データを２値化処理すること
により、図６に示すように、パッド３の表面を明像と
し、ワイヤ６、図５に示す斜面状部６ｂを平面視して三
日月形状となる部分（以下、「クレセント」という）、
および縁部３３を暗像とする画像を得ることができる。

【００２４】このようにして得られた画像データに基づ
き圧痕３２の位置と大きさを求める方法について図６、
図７を参照して説明する。図６において、Ｐ３はボンデ
ィング座標データ上での圧痕３２の中心点、すなわちキ
ャピラリツールの下端部がパッド３に着地するときのキ
ャピラリツールの中心位置である。したがって、Ｐ３は
この画像において既知の点であり、画像データに基づき
縁部３３をサーチする際の起点として予め設定すること
ができる。本実施の形態では、図６に示すように、Ｐ３
を起点として放射状に縁部３３のエッジをサーチする。
矢印ｇ１，ｇ２・・ｇｎは、縁部３３のサーチを行う方
向を示しており、サーチを行う方向の数は、通常は円周
の分割数にして８分割から３２分割の間で設定される。
矢印ｇ１，ｇ２・・ｇｎの延長線上の点Ｆ１、Ｆ２、Ｆ
３、・・Ｆｎは、サーチにより検出されたエッジ点を示
している。

【００２５】２ｎｄボンディング点３０においては、縁
部３３は画像上では明瞭な円弧として検出されない場合
が多く、図６に示すように不明瞭部分が途切れた部分円
弧となる。この結果、得られるエッジ点の数が少なく、
また多くのノイズデータを含んだものとなる。例えば図
６の矢印ｇ５方向やｇ７方向では縁部３３は明瞭な円弧
として存在しないためエッジが検出されず、得られるエ
ッジ点のデータ数がその分だけ少なくなる。また矢印ｇ
５方向では、縁部３３のエッジが検出されず矢印ｇ５の
延長線上にあるクレセント６ｃの境界線上にＦ５が誤っ
てエッジ点として検出されている。このように、２ｎｄ
ボンディング点３０においては、エッジ点として得られ
るデータが少ないとともに、ノイズデータを含む可能性
が大きい。したがって、検出された少ないエッジ点を有
効に利用し、かつノイズデータを極力排除してより適切
な位置検出処理を行う必要がある。

【００２６】そこで、縁部３３から検出されたエッジ点
より成る部分円弧に基づいて近似円を演算する方法につ
いて説明する。この方法は、図７で示すように、各方向
でのサーチにより得られたエッジ点Ｆ１，Ｆ２、・・Ｆ
ｎから、圧痕３２のエッジを表す近似円Ｃ２を求めるも
のである。このとき、Ｆ５のように誤って検出されたノ
イズデータも含まれている。まず、最小２乗法により各
エッジ点Ｆ１，Ｆ２、・・Ｆｎを近似する円を求める。
この結果に基づき、得られた近似円Ｃ２と、各エッジ点
との距たりを表す偏差を求め、偏差が大きく近似円Ｃ２
から大きくはずれるエッジ点（Ｆ５参照）はノイズデー
タと見なしてエッジ点から除外する。

【００２７】次いで残りのエッジ点から再び最小２乗法
により近似円Ｃ２を求める。ノイズデータとされるエッ
ジ点の数が多く、最小２乗法による近似の対象となるエ
ッジ点が少ない場合には、サーチ方向の分割数を増やし
た上で、エッジの再サーチを行う。このようにエッジの
サーチと近似円演算を繰り返し、得られた近似円Ｃ２と
エッジ点との偏差が所定の範囲内に収まったならば、そ
の近似円Ｃ２の直径Ｄ２および中心点Ｐ４の位置を、圧
痕３２の大きさおよび位置として出力する。

【００２８】このようにして画像認識により、１ｓｔボ
ンディング点２０におけるボール６ａの大きさや位置、
２ｎｄボンディング点３０におけるキャピラリツールの
圧痕３２の大きさや位置を検出することにより、ワイヤ
ボンディングが正常に行われたか否かを作業性よく高速
度でしかも高い信頼性を以て検査することができる。

【００２９】また、これらの検出対象を連続して検出
し、検出結果を標準データと比較して検出データの傾向
を判断することにより、ボンディング圧力やボンディン
グ位置など、ワイヤボンディング装置のボンディング条
件の設定に何らかの異常があるか否かを推定することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、チップのパッドのボン
ディング点を撮像した画面上でボールのエッジをサーチ
する第２工程において、ボールからワイヤが延出する方
向の所定角度範囲をエッジをサーチする範囲から予め除
外するようにしたので、ノイズデータが除去され、ボー
ルの大きさや位置を安定して検出することができ、した
がって、従来目視で行っていたワイヤボンディング後の
検査を、作業性よく高速度でしかも高い信頼性を以て行
うことができる。また、基板のパッドのボンディング点
を撮像して求めたキャピラリツールの圧痕の縁部のエッ
ジ点からキャピラリツールの近似円を求める第３工程に
おいて、検出されたエッジ点から成る部分円弧に基づい
て近似円を求めるようにしたので、圧痕が明瞭に検出さ
れない場合でも圧痕の位置や大きさを推定することがで
き、これらの検出結果をボンディング装置のボンディン
グ条件の異常を推定するデータとして用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のワイヤボンディングに
おけるボンディング点の検査装置の構成を示すブロック
図

【図２】本発明の一実施の形態のワイヤボンディングが
行われる基板の平面図

【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の１ｓｔボンディ
ング点の拡大側面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の１ｓｔボンディング点の
部分拡大画像図

【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の１ｓｔボンディ
ング点の部分拡大画像図 （ｂ）本発明の一実施の形態の１ｓｔボンディング点の
部分拡大画像図

【図５】本発明の一実施の形態の２ｎｄボンディング点
の拡大側面図

【図６】本発明の一実施の形態の２ｎｄボンディング点
の部分拡大画像図

【図７】本発明の一実施の形態の２ｎｄボンディング点
の部分拡大画像図

【符号の説明】

２ 基板 ３ パッド ４ チップ ５ パッド ６ ワイヤ ６ａ ボール ７ 照明部 ８ カメラ １１ 可動テーブル １３ 画像記憶部 １４ 検査処理部 １５ 記憶部 １６ 表示部 ２０ １ｓｔボンディング点 ３０ ２ｎｄボンディング点 ３１ａ，３１ｂ、３１ｃ キャピラリツール ３２ 圧痕 ３３ 縁部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チップのパッドのボンディング点をカメラ
   により撮像し、撮像結果を画像データとして画像記憶部
   に記憶させる第１工程と、前記ボンディング点の画像を
   示す画面上で予め設定された起点からボールのエッジを
   サーチしてエッジ上のエッジ点を検出する第２工程と、
   このエッジ点からボールの近似円を求める第３工程と、
   求められた近似円の中心位置および直径をボールの位置
   および大きさとして出力する第４工程とを含み、ボール
   のエッジをサーチする前記第２工程において、ボールか
   らワイヤが延出する方向の所定角度範囲をエッジをサー
   チする範囲から予め除外することを特徴とするワイヤボ
   ンディングにおけるボンディング点の検査方法。
2. 【請求項２】基板のパッドのボンディング点をカメラに
   より撮像し、撮像結果を画像データとして画像記憶部に
   記憶させる第１工程と、前記ボンディング点の画像を示
   す画面上で予め設定された起点からパッド面のキャピラ
   リツールの圧痕の縁部をサーチして縁部のエッジ点を検
   出する第２工程と、このエッジ点から圧痕の近似円を求
   める第３工程と、求められた近似円の中心位置および直
   径を圧痕の位置および大きさとして出力する第４工程と
   を含み、圧痕の近似円を求める前記第３工程において、
   検出されたエッジ点から成る部分円弧に基づいて近似円
   を求めることを特徴とするワイヤボンディングにおける
   ボンディング点の検査方法。