JPS61168235A - ボンデイング強度試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

〔従来の技術〕

ボンディング強度試験は、モノリシック、マルチチップ
を含む全てのＬＳＩを通じて行われるワ　′イヤボンデ
ィング工程の重要な検査項目の一つである。ボンディン
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、ボンディング部材例えばボールのシェア強
度を試験するシェアテストとがある。

従来のボンディ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
、手で引っ張ったり、押したりするものであった。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
作のボンティ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（、個人差により再現性が極めて低い欠点があった
。半自動操作の装置は、多少の改善が見られるものの、
特に、シェアテストにおいて、ポ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、ツールがポ
ールのみならず、バンド面をひぎづる所謂ひきづり現象
を生じ、測定精度が低い欠点があった。

また、従来のボンディング強度試験装置として、プルテ
スト及び゛シェ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
に示すシェ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を水平方向にフラット
な試料ステージ６１に載置し、金属細線６３に試料フッ
ク６４を引っ掛げ、試料フック６４を上方向に変化させ
る。シェアテストの場合には、垂直方向にフラットにな
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」二の試料６２のポール６５にツール６６を尖
端を衝突させ、ポール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６１も垂直であるため
、シェアテストの時の位置合わせが面倒となる欠点があ
った。

従って、この発明の目的は、高精度にボンディング強度
を試験でき、特に、シェアテスト時に、ツールの尖端を
正しくポールに当てることができるボンディング強度試
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、
プルテスト及びシェアテストの両者を行うことができる
ボンディ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、ワイヤボンディ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Ｘ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ｉ４１，４２．４３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ィング部
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の出力からボンディング部材３６のシェ
ア強度を測定するようにしたことを特徴とするボンディ
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Ｘ軸方向との２軸方向に感
度方向を有し、シェアテスト時に、バンド面の検出を荷
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
がボンディング部材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ェアテストを行うことができ
る。

従って、ボンディ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ｌが邪魔とならない。

また、荷重センサー５がシェアテスト時の剪断力の測定
とバンド面の検出との両者に使用されている。従って、
パッ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、バン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、プルテスト行うシェ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う３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（Ｘ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ば、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ェ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、シェアテスト用のツー
ル６が取り付けられている。プルテスト時には、プルテ
スト用のセンサー及び試料フックが上下動部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、各種のスイッチ、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げられてい
る。

第２図及び第３図は、シェアテス！・用のセンサー５及
びツール６の構成を示すものである。シェアテスト用の
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。

シェアテスト用のセンサー５として、ピエゾ−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Ｘ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及び試料フック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、シェ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、Ｘ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２
８間にスプリング２９が縮設されている。

軸−２７の端部には、チャック３０が固着され、チャッ
ク３０にピンバイス３１が取り付けられ、このビンバイ
ス３１にプルテスト用の試料フック８が取り付けられる
。試料フック８は、例えばりングステン製のワイヤーの
先端をフック状に折り曲げ成形したものである。

試料フック８に荷重が加わると、この荷重は、スプリン
グ２９を介してセンサーフ６．二伝わるので、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
って、非破壊試験時に、金属細線が誤って切断されたり
、試料フック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１
Ｆできる。

第５図は、シェアテス１〜及びプルテスＩ・の概略を示
すものである。第５図において、３５が試料のポンディ
ングパッドを示し、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〜１１
０μｍ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、ポンデ
ィングパッド３５の周辺部には、多数のホールが設けら
れている。

シェアテストの場合、第５図Ａに示すように、ボール３
６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、ごの時の剪断力が測定される。シェア
テス１〜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に示ずＪンうに、試料
フック８により、金属細線３８を引っ張り上げ、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に試料フック８が引
っ掛けられ、−Ｌ方に試料フック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、金属線ｖＡ３８
が試料フック８で引っ張られ、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、試料フック８が金属細線３
８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。）試料フック８を引張り上げた位置で、試料
フック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。試料フック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。従っ
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
すブロック図である。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及び試料フック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
イクロコンピュータ）を示し、このＣＰＵ４５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、シェアテスト及びプルテストの切り
換えスイッチ、試料ステージ１の移動距離、試料フック
８の移動距離。

荷重等の設定を行うためのスイッチ、試料ステージ１を
移動させるためのジョイスティックレバー、ＡＣシンク
ロナスモータ４４の回転を制御する操作スイッチ等が設
けられている。この操作パネル４６の出力信号がＣＰＵ
４５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４
８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′４１■指令が供給される。パルスモ
ータ４３は、ＣＰ　Ｕ　４５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。ＡＣＣ
シンクロナスモーフ４は、ＣＰＵ４５によらず、操作パ
ネル４６の操作スイッ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５
１を介してＡ／Ｄ変換器５２に供給され、ディジタルデ
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を介してタッチ信号
発生回路５３に供給される。タッチ信号発生回路５３は
、ツール６がボンディングパソド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ック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
を検出してタッチ信号を発生する。このタッチ信号がコ
ンディション信号として、ＣＰＵ４５に供給される。

ＣＰ　Ｕ　４．５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、最小値、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５５により印刷される
。更に、必要に応してインターフェース５６を介してＣ
Ｐ　Ｕ　４−５と結合するＣＰＵ５７が設けられ、ＣＰ
Ｕ５７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ェアテストの動
作について、第７図を参照して説明する。

シェアテストの開始に先立って、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
ポール３６の近傍にツール６の尖端を位置させる（第７
国人）。

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の尖端がボンディング
パッド面に接触し、この時のセンサー５の出力信号の変
化からタッチ信号が形成さ　　　　　　　１れる。この
タッチ信号により、面検出かなされる。

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だげ、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図りに示すように、試料ステージ１が矢印
方向に設定された距離たり、水平方向に移動し、ツール
６の尖端によりポール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、シェ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
イッ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、手動でツールを動がして、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
ディ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
、シェアテスト及びプルテスＩ・の両者を行うことがで
きる。従って、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
ディング試験装置を実現することができる。

更に、シェアテスト時に、ボンディングパッド面の検出
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、シェアテス
ト時に高さ設定の精度も高（なり、従って、ツールの尖
端がボンディングバンド面をひきづったり、ポールの」
二を滑ったりすることがなくなり、高精度のシェアテス
（・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ェアテスト用の
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路線図、第６図はこの
発明の一実施例の電気的構成を示すブロック図、第７図
はこの発明の一実施例のシェアテストの動作説明に用い
る路線図、第８図は従来のポンディング強度試験装置の
説明のための路線図である。 図面におけろ主要な符号の説明 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：試料フック、２
９ニスプリング、３５：ボンデイン。 グパソド、３６：ボール、３８：金属細線、４１゜４２
．４３：パルスモータ、４５：ＣＰＵ０第２図 第４図 ７：センサー ２９ニスプリング　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１ｑ−″ニオ８ｉコゆ、り 第３図 旦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワイヤボンディ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ィング部材に対
   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出力から上記ボンディング部材のシ
   ェア強度を測定するようにしたことを特徴とするボンデ
   ィング強度試験装置。
2. （２）上記荷重センサーが上記Ｘ方向及びＹ方向の少な
   くとも一方の方向と上記Ｚ軸方向との２軸の感度方向を
   有し、 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ッド面の検出に用いるようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のボンディ
   ング強度試験装置。