JPWO2017164386A1 - ワイヤボンディング装置、ワイヤボンディング装置用回路並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置、ワイヤボンディング装置用回路並びに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

スプール（１０）と、クランパ（２２）と、トーチ電極（３１）と、高圧電源回路（３０）と、不着検出回路（４０）と、スプール（１０）と高圧電源回路（３０）または不着検出回路（４０）との接続を切換える第１切換えスイッチ（５０）と、クランパ（２２）と第１切換えスイッチ（５０）のスプール側との接続をオン／オフするリレー（５３）と、を備え、第１切換えスイッチ（５０）を高圧電源回路側とするとともにリレー（５３）をオフとして放電を発生させ、第１切換えスイッチ（５０）を不着検出回路側とするとともにリレー（５３をオンとして不着検出をさせる制御部（６０）とを備える。これにより、簡便な構成で、ワイヤクランパの電蝕を抑制すると共に不着検出を行うことができる。

Description

本発明は、ワイヤボンディング装置、ワイヤボンディング装置用回路の構造およびに半導体装置の製造方法に関する。
回路基板上に配置された半導体チップ等のデバイスの電極と回路基板のリードとの間を金属のワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディングは、ワイヤの先端に電気トーチによってフリーエアボールを形成し、このフリーエアボールをキャピラリによってデバイスの電極に接合した後、キャピラリをルーピングし、キャピラリによってワイヤを回路基板のリードに押し付け、その後、ワイヤをクランパで把持した状態で引き上げてワイヤを切断するものである。フリーエアボールは、ワイヤをクランパで挟み、フリーエアボール形成用の高電圧をワイヤに印加し、電気トーチとの間に放電を発生させてワイヤを溶融させることによって形成される。この際、ワイヤを挟み込んでいるクランパとワイヤとの間に二次放電が発生し、クランパの表面に電蝕ができる場合がある。クランパの表面に傷ができると、クランパがワイヤを把持する力が低下したり、電触によるクランパの傷によってワイヤ表面を損傷してしまったりすることがある。このため、ワイヤカット用のクランパとは別に電気的接続用のクランパを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３０４１８１２号明細書
しかし、特許文献１に記載された従来技術のワイヤボンディング装置では、電気接続用のクランパとワイヤとの間の二次放電を抑制することができず、電気的接続用のクランパの表面に電蝕が発生し、これによりワイヤ表面が損傷してしまうという問題がある。また、電気的接続用のクランパにフリーエアボール形成用の高電圧を印加しないようにすると、ワイヤと不着検出回路との間の電気的接続を確保できず、不着検出を行うことができないという問題がある。
そこで、本発明は、簡便な構成で、ワイヤクランパの電蝕を抑制すると共に不着検出を行うことを目的とする。
本発明のワイヤボンディング装置は、スプールと、スプールから繰り出されたワイヤを把持するクランパと、放電によってワイヤの先端にフリーエアボールを形成するトーチ電極と、トーチ電極に電力を供給する高圧電源回路と、ワイヤとデバイスまたは基板との不着検出を行う不着検出回路と、スプールと高圧電源回路または不着検出回路との接続を切換える第１切換えスイッチと、クランパと第１切換えスイッチのスプール側との接続をオン／オフするリレーと、第１切換えスイッチを高圧電源回路側とするとともにリレーをオフとして放電を発生させ、第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともにリレーをオンとして不着検出をさせる制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明のワイヤボンディング装置において、第１切換えスイッチのスプール側とスプールとの間に配置され、第１切換えスイッチのスプール側と接地線との接続を切換える第２切換えスイッチと、を備え、制御部は、第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともにリレーをオンとし、且つ、第２切換えスイッチを接地線側としてスプールの導通確認を行うこととしても好適である。
本発明のワイヤボンディング装置において、スプールとクランパとの間に配置され、ワイヤの少なくとも一部が接触する貫通孔を有するワイヤガイドと、ワイヤガイドと第１切換えスイッチのスプール側とを接続する接続線と、を備えることとしても好適である。
本発明のワイヤボンディング装置用回路は、放電によってワイヤの先端にフリーエアボールを形成するトーチ電極に電力を供給する高圧電源回路と、ワイヤとデバイスまたは基板との不着検出を行う不着検出回路と、ワイヤを繰り出すスプールと高圧電源回路または不着検出回路との接続を切換える第１切換えスイッチと、スプールから繰り出されたワイヤを把持するクランパと第１切換えスイッチのスプール側との接続をオン／オフするリレーと、第１切換えスイッチを高圧電源回路側とするとともにリレーをオフとして放電を発生させるとともに、第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともにリレーをオンとして不着検出を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、スプールと、スプールから繰り出されたワイヤを把持するクランパと、放電によってワイヤの先端にフリーエアボールを形成するトーチ電極と、トーチ電極に電力を供給する高圧電源回路と、ワイヤとデバイスまたは基板との不着検出を行う不着検出回路と、スプールと高圧電源回路または不着検出回路との接続を切換える第１切換えスイッチと、クランパと第１切換えスイッチのスプール側との接続をオン／オフするリレーとを備えるワイヤボンディング装置を準備する工程と、第１切換えスイッチを高圧電源回路側とするとともにリレーをオフとして高圧電源回路がトーチ電極に電力を供給してフリーエアボールを形成する工程と、フリーエアボールが形成されたワイヤをデバイス又は基板にボンディングする工程と、第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともにリレーをオンとして、ワイヤとデバイス又は基板との不着検出をする工程とを含む、ことを特徴とする。
本発明は、簡便な構成で、ワイヤクランパの電蝕を抑制すると共に不着検出を行うことができる。
本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の系統図である。 図１に示すワイヤボンディング装置におけるフリーエアボール形成の際の電流の流れを示す説明図である。 図１に示すワイヤボンディング装置における不着検出の際の電流の流れを示す説明図である。 本発明の他の実施形態のワイヤボンディング装置の系統図である。 本発明の他の実施形態のワイヤボンディング装置の系統図である。
以下、図面を参照しながら本実施形態のワイヤボンディング装置１００について説明する。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１００は、スプール１０と、クランパ２２と、トーチ電極３１と、高圧電源回路３０と、不着検出回路４０と、第１切換えスイッチ５０と、リレー５３と、制御部６０とを備えている。なお、図１において、一点鎖線は信号線を示している。他の図においても同様である。
スプール１０は、円筒部の両端にフランジが設けられ、円筒部にワイヤ２１が巻回される本体１１と、本体１１に接続される回転軸１２と、回転軸１２に取り付けられたスリップリング１３と、本体１１のフランジに設けられ、円筒部に巻回されたワイヤ２１の端部１６が接続される端子１５とを含んでいる。回転軸１２には、本体１１を回転駆動するモータ１４が接続されている。
クランパ２２は、スプール１０とキャピラリ２３との間に取り付けられている。クランパ２２は、図示しない開閉駆動部によって開閉してワイヤ２１を把持したり開放したりする。
トーチ電極３１は、キャピラリ２３の先端から延出したワイヤ２１の近傍に配置され、高圧電源回路３０から供給された電力によって、ワイヤ２１の先端との間に放電を発生させてワイヤ２１の先端にフリーエアボール２４を形成する。トーチ電極３１はフリーエアボール２４を形成する際には、ワイヤ２１の先端近傍までせり出し、それ以外の場合にはワイヤ２１の先端から離れた位置に引き込まれている。
不着検出回路４０は、ワイヤ２１に電圧を印加し、印加した電圧が低下した場合には、ワイヤ２１とデバイス１９とが接続されていることを検出し、ワイヤ２１に電圧を印加しても電圧が低下しない場合には、ワイヤ２１とグランドに接続された基板１８上のデバイス１９との間の不着（接続不良）を検出するものである。
第１切換えスイッチ５０は、高圧電源回路側リレー５１と不着検出回路側リレー５２の２つのリレーによって構成されている。２つのリレーのいずれか一方をオン、他方をオフとすることによって、スプール１０と高圧電源回路３０または不着検出回路４０との接続を切換える。
高圧電源回路３０のプラス側端子は接続線３２によってトーチ電極３１に接続されている。また、内部配線３４によってグランドに接続されている高圧電源回路３０のグランド側端子は、接続線３３によって高圧電源回路側リレー５１の一端に接続されている。高圧電源回路側リレー５１の他端は、接続線１７によってスプール１０のスリップリング１３に接続されている。不着検出回路４０の端子は接続線４１によって不着検出回路側リレー５２の一端に接続されている。不着検出回路側リレー５２の他端は、接続線１７に接続されている。接続線１７とクランパ２２との間は接続線２５によって接続されており、リレー５３によって接続、開放される。
高圧電源回路３０と、不着検出回路４０と、クランパ２２と 、第１切換えスイッチ５０の高圧電源回路側リレー５１と不着検出回路側リレー５２と、リレー５３と、モータ１４とは制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって動作するよう構成されている。制御部６０は、内部に情報処理あるいは演算を行うＣＰＵ６１と、制御プログラムや制御データを格納するメモリ６２を有するコンピュータである。
なお、高圧電源回路３０と、不着検出回路４０と、第１切換えスイッチ５０と、リレー５３と、制御部６０とは、図示しないワイヤボンディング装置用回路を構成する。
次に、図２を参照しながらワイヤボンディング装置１００においてフリーエアボール２４を形成する動作について説明する。図２に示すように、制御部６０は、第１切換えスイッチ５０の高圧電源回路側リレー５１をオンとし、不着検出回路側リレー５２をオフとする。また、制御部６０は、リレー５３をオフとし、クランパ２２を閉とする。そして、制御部６０は、トーチ電極３１をキャピラリ２３の先端から延出しているワイヤ２１の先端近傍まで繰り出し、図２の矢印８１、８２に示すように高圧電源回路３０からトーチ電極３１に高電圧を印加する。
印加された高電圧によってトーチ電極３１とワイヤ２１の先端との間に放電が発生し、ワイヤ２１の先端にフリーエアボール２４が形成される。また、放電によってトーチ電極３１とワイヤ２１の間に流れた電流は、図２の矢印８３、８４に示すように、スプール１０の本体１１に巻回されたワイヤ２１の端部１６から端子１５に流れ、図２の矢印８５に示すように、本体１１のフランジ部から回転軸１２を通ってスリップリング１３に達する。そして、図２の矢印８５，８６に示すように、スリップリング１３から接続線１７、高圧電源回路側リレー５１を通り、図２の矢印８７〜８９に示すように接続線３３を通って高圧電源回路３０のグランド側端子に流れ、内部配線３４を通って矢印９０の様に、グランドに流れる。
従って、ワイヤボンディング装置１００ではフリーエアボール２４を形成する際にはクランパ２２とワイヤ２１との間に電流が流れず、クランパ２２とワイヤ２１との間の二次放電は発生しない。このため 、ワイヤボンディング装置１００は、クランパ２２の電触の発生を抑制することができる。
次に、図３を参照しながら、ワイヤボンディング装置１００において、ボンディング後のワイヤ２１とデバイス１９の電極との間の不着を検出する動作について説明する。キャピラリ２３を降下させてフリーエアボール２４をデバイス１９の電極にボンディングして圧着ボール２４ａを成形する際には、図３に破線で示すように開の状態となっている。制御部６０は、デバイス１９へのボンディング直後に第１切換えスイッチ５０の高圧電源回路側リレー５１をオフとし、不着検出回路側リレー５２をオンとする。また、制御部６０は、リレー５３をオンとする。そして、制御部６０は不着検出回路４０から接続線４１に検出電圧を印加する。検出電圧が印加されると、図３の矢印７１〜７３に示すように、電流が不着検出回路側リレー５２から接続線１７を通ってスリップリング１３に流れ、スリップリング１３から回転軸１２、端子１５を通り、図３の矢印７４に示すように、ワイヤ２１の端部１６からスプール１０の本体１１に巻回されているワイヤ２１に流れる。そして、矢印７５，７６に示すように、電流は、直線部分のワイヤ２１を通り、矢印７７に示すように、キャピラリ２３の先端から延出しているワイヤ２１を通ってデバイス１９の電極に接合されている圧着ボール２４ａに流れる。そして、デバイス１９の電極からグランドに流れる。
ワイヤ２１とデバイス１９の電極とが電気的に接続されている場合には、先に説明したようなルートで不着検出回路４０からグランドに電流が流れ、不着検出回路４０から接続線４１に印加した電圧は低下する。そして、接続線４１の電圧が低下した場合に、制御部６０は、ワイヤ２１とデバイス１９とが良好に接続されていると判断し、逆に印加電圧が低下しない場合には、ワイヤ２１とデバイス１９との間の接続が不良で不着が発生していると判断し、不着検出の信号を出力する。
また、圧着ボール形成後にワイヤ２１を基板１８にボンディングした後は、基板１８とキャピラリ２３の間には、図３に一点鎖線で示すテールワイヤ２１ａが延出した状態となっている。制御部６０はクランパ２２を閉としてワイヤ２１を引き上げて、テールワイヤ２１ａを基板１８から切断する。この切断動作の直前に、制御部６０は、先に説明したと同様、不着検出回路４０から接続線４１に電圧を印加して基板１８とワイヤ２１との不着検出を行う。この状態では、クランパ２２が閉となっているので、先に説明したルートの他、図３の矢印７８、７９に示すように、接続線１７からリレー５３、接続線２５を通ってクランパ２２にも電流が流れ、クランパ２２からもワイヤ２１に電流が流れる。制御部６０は、先に説明したと同様、接続線４１の電圧が低下した場合に、ワイヤ２１と基板１８とが良好に接続されていると判断し、逆に印加電圧が低下しない場合には、ワイヤ２１と基板１８との間の接続が不良で不着が発生していると判断し、不着検出の信号を出力する。
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、第１切換えスイッチ５０を高圧電源回路側とし、リレー５３をオフとして、フリーエアボール２４を形成し、第１切換えスイッチ５０を不着検出回路側としてリレー５３をオンとして不着検出を行うので、フリーエアボール２４を形成する際にクランパ２２とワイヤ２１との間の二次放電の発生を防止してクランパ２２の電触を抑制すると共にワイヤ２１とデバイス１９あるいは基板１８との不着検出を行うことができる。また、先に説明したような工程によって、クランパ２２の電触を抑制すると共にワイヤ２１とデバイス１９あるいは基板１８との不着検出を行いながら、ワイヤ２１を基板１８上のデバイス１９、あるいは基板１８にボンディングして、デバイス１９と基板１８とをワイヤ２１で接続した半導体装置を製造することができる。
次に図４を参照しながら、本発明の他の実施形態のワイヤボンディング装置２００について説明する。先に図１から３を参照して説明したワイヤボンディング装置１００と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
先に説明したワイヤボンディング装置１００でデバイス１９とワイヤとの不着検出を行う場合には、不着検出回路４０から接続線４１に検出電圧を印加することにより、電流は、スプール１０を通ってワイヤ２１、圧着ボール２４ａからグランドに流れていく。この際、スプール１０のスリップリング１３の導通が不良であった場合には印加電圧が低下せず、ワイヤ２１とデバイス１９とが接続されているにも関わらず、不着を誤検出してしまう可能性がある。そこで、本実施形態のワイヤボンディング装置２００は、図４に示すように、ワイヤボンディング装置２００は、図１から３を参照して説明したワイヤボンディング装置１００の接続線１７に、第１切換えスイッチ５０のスプール側と接地線５５との接続を切換える第２切換えスイッチ５４を備え、スプール１０のスリップリング１３の導通確認を行うことができるようにしたものである。図４に示すように、第２切換えスイッチ５４は制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって動作する。これにより、ワイヤボンディング装置２００は、印加電圧が低下しない要因が不着によるものかスリップリング１３の導通不良によるものかを判別でき、不着を誤検出することを抑制し、より確実に不着検出を行うことができる。
図４を参照しながら、ワイヤボンディング装置２００によってスリップリング１３の導通確認を行う動作について説明する。制御部６０は、第２切換えスイッチ５４を接地線５５の側に切換え、接続線１７と接地線５５とを導通させ、接続線１７と高圧電源回路側リレー５１のスプール側との導通を遮断する。また、制御部６０はリレー５３をオンとすると共に、クランパ２２を閉とする。
制御部６０は、先の不着検出の動作と同様、不着検出回路４０から接続線４１に検出電圧を印加する。検出電圧が印加されると、図４の矢印７１，９１，７８，７９に示すように、電流が不着検出回路側リレー５２から接続線１７、リレー５３を通ってクランパ２２に流れる。そして図４の矢印８３，８４に示すように、電流は、クランパ２２からワイヤ２１、スプール１０の本体１１に巻回されたワイヤ２１の端部１６から端子１５に流れ、図４の矢印８５に示すように、本体１１のフランジ部から回転軸１２を通ってスリップリング１３から接続線１７に流れ、矢印９２に示すように、第２切換えスイッチ５４を通って接地線５５に流れ、矢印９３，９４に示すように接地線５５に流れる。先に説明した不着検出と同様、スリップリング１３が導通していれば、先に説明したようなルートで不着検出回路４０からグランドに電流が流れ、不着検出回路４０から接続線４１に印加した電圧は低下する。そして、接続線４１の電圧が低下した場合に、制御部６０は、スリップリング１３の導通が正常と判断する。また、逆に印加電圧が低下しない場合には、スリップリング１３の導通が不良であると判断し、スリップリング１３の導通不良の信号を出力する。
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置２００は、先に説明したワイヤボンディング装置１００と同様の効果に加えて、印加電圧が低下しない要因が不着によるものかスリップリング１３の導通不良によるものかを判別でき、不着誤検出することを抑制し、より確実に不着検出を行うことができる。
次に図５を参照しながら他の実施形態のワイヤボンディング装置３００について説明する。先に図１〜図４を参照して説明したワイヤボンディング装置１００、ワイヤボンディング装置２００と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。ワイヤボンディング装置３００は、先に図４を参照して説明したワイヤボンディング装置２００にワイヤガイド５６と、接続線５７とを追加したものである。
ワイヤガイド５６は、スプール１０とクランパ２２との間に配置され、ワイヤ２１の少なくとも一部が接触する貫通孔を有するものである。ワイヤガイド５６は金属製である。ワイヤガイド５６は、下側から貫通孔に空気を吹き付けてワイヤ２１に上方向への張力を印加する吹上部であってもよい。ワイヤガイド５６は第１切換えスイッチ５０のスプール側と接続線５７で接続されている。
ワイヤボンディング装置３００でのスリップリング１３の導通確認について説明する。不着検出回路４０からの電流は、図５の矢印９５，９６に示すように、第１切換えスイッチ５０のスプール側から接続線１７を通ってワイヤガイド５６に流れる。ワイヤガイド５６はワイヤ２１と接触しているので、電流はワイヤガイド５６からワイヤ２１に流れ、先に図４を参照して説明したと同様、スプール１０から接地線５５を通ってグランドに流れる。このため、ワイヤボンディング装置３００は、クランパ２２が開の状態であってもスリップリング１３の導通確認を行うことができる。
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置３００は、先に説明したワイヤボンディング装置２００よりも、より確実にスリップリング１３の導通確認を行うことができ、より確実に不着を誤検出することを抑制しできるので、より確実に不着検出を行うことができる。
１０ スプール、１１ 本体、１２ 回転軸、１３ スリップリング、１４ モータ、１５ 端子、１６ 端部、１７，２５，３２，３３，４１，５７ 接続線、１８ 基板、１９ デバイス、２１ ワイヤ、２１ａ テールワイヤ、２２ クランパ、２３ キャピラリ、２４ フリーエアボール、２４ａ 圧着ボール、３０ 高圧電源回路、３１ トーチ電極、３４ 内部配線、４０ 不着検出回路、５０ 第１切換えスイッチ、５１ 圧電源回路側リレー、５２ 不着検出回路側リレー、５３ リレー、５４ 第２切換えスイッチ、５５ 接地線、５６ ワイヤガイド、６０ 制御部、６１ ＣＰＵ、６２ メモリ、１００，２００，３００ ワイヤボンディング装置。

Claims (5)

  1. ワイヤボンディング装置であって、
    スプールと、
    前記スプールから繰り出されたワイヤを把持するクランパと、
    放電によって前記ワイヤの先端にフリーエアボールを形成するトーチ電極と、
    前記トーチ電極に電力を供給する高圧電源回路と、
    前記ワイヤとデバイスまたは基板との不着検出を行う不着検出回路と、
    前記スプールと前記高圧電源回路または前記不着検出回路との接続を切換える第１切換えスイッチと、
    前記クランパと前記第１切換えスイッチのスプール側との接続をオン／オフするリレーと、
    前記第１切換えスイッチを高圧電源回路側とするとともに前記リレーをオフとして前記放電を発生させ、前記第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともに前記リレーをオンとして前記不着検出をさせる制御部と、を備えるワイヤボンディング装置。
  2. 請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記第１切換えスイッチの前記スプール側と前記スプールとの間に配置され、前記第１切換えスイッチの前記スプール側と接地線との接続を切換える第２切換えスイッチと、を備え、
    前記制御部は、前記第１切換えスイッチを前記不着検出回路側とするとともに前記リレーをオンとし、且つ、前記第２切換えスイッチを接地線側として前記スプールの導通確認を行うワイヤボンディング装置。
  3. 請求項２に記載のワイヤボンディング装置であって、
    前記スプールと前記クランパとの間に配置され、前記ワイヤの少なくとも一部が接触する貫通孔を有するワイヤガイドと、
    前記ワイヤガイドと前記第１切換えスイッチの前記スプール側とを接続する接続線と、を備えるワイヤボンディング装置。
  4. ワイヤボンディング装置用回路であって、
    放電によってワイヤの先端にフリーエアボールを形成するトーチ電極に電力を供給する高圧電源回路と、
    前記ワイヤとデバイスまたは基板との不着検出を行う不着検出回路と、
    前記ワイヤを繰り出すスプールと前記高圧電源回路または前記不着検出回路との接続を切換える第１切換えスイッチと、
    前記スプールから繰り出された前記ワイヤを把持するクランパと前記第１切換えスイッチのスプール側との接続をオン／オフするリレーと、
    前記第１切換えスイッチを高圧電源回路側とするとともに前記リレーをオフとして前記放電を発生させるとともに、前記第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともに前記リレーをオンとして前記不着検出を行う制御部と、を備えるワイヤボンディング装置用回路。
  5. 半導体装置の製造方法であって、
    スプールと、前記スプールから繰り出されたワイヤを把持するクランパと、放電によって前記ワイヤの先端にフリーエアボールを形成するトーチ電極と、前記トーチ電極に電力を供給する高圧電源回路と、前記ワイヤとデバイスまたは基板との不着検出を行う不着検出回路と、前記スプールと前記高圧電源回路または前記不着検出回路との接続を切換える第１切換えスイッチと、前記クランパと前記第１切換えスイッチのスプール側との接続をオン／オフするリレーとを備えるワイヤボンディング装置を準備する工程と、
    前記第１切換えスイッチを高圧電源回路側とするとともに前記リレーをオフとして前記高圧電源回路が前記トーチ電極に電力を供給してフリーエアボールを形成する工程と、
    前記フリーエアボールが形成された前記ワイヤをデバイス又は基板にボンディングする工程と、
    前記第１切換えスイッチを不着検出回路側とするとともに前記リレーをオンとして、前記ワイヤと前記デバイス又は基板との前記不着検出をする工程とを含む、
    半導体装置の製造方法。
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