KR101672510B1 - 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법 - Google Patents

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모토키 나카자와
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Abstract

와이어 본딩 장치(10)는 와이어(30)를 삽입통과하는 캐필러리(28)와, 불착 판정 회로(36)와, 제어부(80)를 구비한다. 불착 판정 회로(36)는 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 사이에 소정의 교류 전기 신호를 인가하여 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 사이의 용량값을 취득하고, 제 1 본딩 처리 후에 용량값이 저하되었을 때에 본딩 대상물로부터 와이어가 절단되었다고 판단하고, 그 후 제 2 본드점에 이르기까지 용량값이 회복될 때는, 절단된 상기 와이어가 본딩 대상물에 늘어져서 접촉되었다고 판단한다.

Description

와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법{WIRE BONDING DEVICE AND WIRE BONDING METHOD}
본 발명은 캐필러리를 사용하여 와이어 본딩을 행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
와이어 본딩 장치는, 예를 들면, 기판의 리드와 반도체칩의 패드 사이를 세선(細線) 와이어로 접속하기 위해 사용된다. 와이어 본딩은 다음과 같이 하여 행해진다. 즉, 와이어 본딩용의 툴과 함께 와이어를 리드를 향하여 하강시킨다. 처음에는 고속으로 하강시키고, 리드에 가까이 가면 저속으로 한다. 이 저속 하강은 제 1 서치(1st 서치)라고 불린다. 그리고, 툴 선단으로 와이어를 리드에 내리누르고, 초음파 진동을 가하면서 양자를 접합시켜 제 1 본드(1st 본드)로 한다. 제 1 본드 후는 툴을 끌어올려 와이어를 연장시키고, 적당한 루프를 형성하면서 패드의 상방으로 이동한다. 패드의 상방에 오면 툴을 하강시킨다. 처음에는 고속으로 하강시키고, 패드에 가까이 가면 저속으로 한다. 이 저속 하강이 제 2 서치(2nd 서치)이다. 그리고, 툴 선단으로 와이어를 패드에 내리누르고, 초음파 진동을 가하면서 양자를 접합시켜 제 2 본드(2nd 본드)를 행한다. 제 2 본드 후는 와이어 클램퍼로 와이어의 이동을 막으면서 툴을 끌어올려 와이어를 제 2 본드점 지점에서 절단한다. 이것을 반복하여, 기판의 복수의 리드와 반도체칩의 복수의 패드 간의 접속이 행해진다. 또한, 제 1 본드, 제 2 본드 시에, 적당한 가열을 행해도 된다. 또한, 패드에 대하여 제 1 본드를 행하고, 리드에 대하여 제 2 본드를 행하는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 와이어 본딩에서는 제 1 본드와 제 2 본드의 2개의 접합이 행해지는데, 이 제 1 본드나 제 2 본드가 정상으로 행해지지 않는 경우가 있다. 또한 제 1 본드가 불충분하여 제 2 본드로 옮겨가는 루프 형성의 단계 등에서 리드로부터 와이어가 벗겨지는 경우가 있고, 또한 제 1 본드가 정상이어도 루프 형성의 도중에 와이어가 절단되어 버리는 경우도 있다. 이들 현상을 정리하여 불착(不着)이라고 부르기로 하면, 불착 검출을 조기에 행할 필요가 있다. 불착 검출에는, 기판측과 툴의 와이어측 사이에 전압을 인가하거나, 혹은 전류를 흘려, 그 사이의 저항 성분, 다이오드 성분, 용량 성분이 정상인지 아닌지로 판단하는 것이 행해진다(예를 들면, 특허문헌 1, 2).
그런데, 와이어 본딩의 방식으로서는 볼 본딩 방식과 웨지 본딩 방식이 알려져 있다.
볼 본딩 방식은 고전압 스파크 등으로 FAB(Free Air Ball)를 형성할 수 있는 금선 등을 사용하고, 툴로서는 그 길이 방향 축의 주위에 대하여 회전대칭형의 챔퍼부를 선단에 갖는 캐필러리를 사용한다.
웨지 본딩 방식은 알루미늄선 등을 사용하여 FAB를 형성하지 않고, 본딩용의 툴로서 캐필러리가 아니라, 와이어 가이드와 누름면을 선단에 갖는 웨지 본딩용의 툴을 사용한다. 웨지 본딩에서는, 툴 선단에서, 와이어 가이드를 따라 와이어를 비스듬히 누름면측으로 내고, 누름면으로 와이어 측면을 본딩 대상물에 내리눌러 본딩한다. 따라서, 툴의 선단에서 누름면으로부터 와이어가 옆으로 나오는 형태가 되어, 툴의 선단은 그 길이 방향 축의 주위에 대하여 회전대칭형으로 되어 있지 않다(예를 들면, 특허문헌 3).
웨지 본딩용의 툴의 선단은 회전대칭형으로 되어 있지 않으므로, 패드, 리드의 배치에 따라서는, 그대로는 와이어 가이드의 방향이 와이어의 접속 방향과 맞지 않는 경우가 생긴다. 그 때문에, 툴을 유지하는 본딩 헤드를 회전식으로 하거나(예를 들면, 특허문헌 4), 또는 본딩 대상물을 유지하는 본딩 스테이지를 회전하는 일이 행해진다. 그래서, 선단이 회전대칭형인 캐필러리를 사용하여, 캐필러리 선단으로 와이어 측면을 눌러 접합하는 방법이 제안되었다(예를 들면, 특허문헌 5).
일본 특허 제3335043호 공보 일본 특개 2000-306940호 공보 일본 특개 소58-9332호 공보 일본 특개 소55-7415호 공보 미국 특허출원 공개 제2005/0167473호 명세서
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
웨지 본딩 방식에서는, 금선에 비해 연신성이 작은 알루미늄 와이어를 사용한다. 그래서, 제 1 본드점에서의 와이어 본딩이 정상으로 행해진 후에 제 2 본드점을 향하여 와이어를 연장시키는 도중에 와이어가 절단되는 경우가 발생할 수 있다. 와이어의 불착이나 절단은 본딩 대상물과 와이어 간에 전기 신호를 주어 그 응답으로 판단할 수 있다.
이 불착이나 절단은, 초음파 에너지를 주어 접합 형성 처리를 행한 후에, 접합이 정상적으로 형성되었는지 아닌지의 판단에 사용되므로, 통상은 제 1 본드점이나 제 2 본드점에서 행해진다. 상기한 바와 같이, 제 1 본드점과 제 2 본드점 사이에서 와이어가 절단되면 제 2 본드점에서의 접합 처리 전에 불착 판단을 행하면 검출할 수 있다. 그런데, 제 2 본드점에서의 접합 처리를 행하기 위하여 캐필러리를 하강시킬 때에, 도중 절단되어 캐필러리로부터 돌출해 있는 와이어도 하강하여, 본딩 대상물에 접촉하면, 와이어가 본딩 대상물과 접합되어 있다고 잘못 판단하는 경우가 생길 수 있다.
이 오판단 때문에, 와이어가 도중 절단되어 있는 것을 검출하지 못한 채, 제 2 본드점에서 와이어 본딩이 행해지면, 불량품 발생의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점 간의 와이어 절단의 유무를 적확하게 판단할 수 있는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는, 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리부와, 제 1 본딩 처리 후, 소정의 연속 감시 기간 동안, 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 간에 소정의 전기 신호를 연속적으로 인가하고, 그 연속적 응답에 기초하여 와이어와 본딩 대상물 간의 접속이 변화되는지 아닌지를 감시하고 판단하는 불착 감시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 소정의 연속적 감시 기간은 제 1 본딩 처리 후, 제 1 본드점으로부터 와이어 본딩의 제 2 본드점까지 와이어를 연장시키는 기간인 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 불착 감시부는 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 간에 소정의 전기 신호를 인가하여 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 사이의 용량값을 취득하고, 제 1 본딩 처리 후에 용량값이 저하되었을 때에 본딩 대상물로부터 와이어가 절단되었다고 판단하고, 그 후 제 2 본드점에 이르기까지 용량값이 회복되었을 때는, 절단된 와이어가 본딩 대상물에 늘어져서 접촉되었다고 판단하는 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에서, 소정의 전기 신호는 교류 전기 신호, 직류 펄스 신호 중 어느 하나인 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 불착 감시부는, 취득한 용량값을 시간에 대하여 미분한 미분값에 기초하여, 용량값에 대한 저하와 회복을 판단하는 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 제 1 본드점 및 제 2 본드점에서의 와이어 본딩은 웨지 본딩 방식으로 행해지는 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법은, 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리 공정과, 제 1 본딩 처리 후, 제 1 본드점으로부터 와이어 본딩의 제 2 본드점까지 와이어를 연장시키는 기간 동안, 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 간에 소정의 전기 신호를 연속적으로 인가하여 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와 본딩 대상물 사이의 용량값의 변화를 취득하는 연속 감시 공정과, 제 1 본딩 처리 후에 용량값이 저하되었 때에 와이어가 도중 절단되었다고 판단하고, 그 후 제 2 본드점에 이르기까지 용량값이 회복될 때는, 도중 절단된 와이어가 본딩 대상물에 늘어져서 접촉되었다고 판단하는 도중 절단 판단 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법에 있어서, 소정의 전기 신호는 교류 전기 신호, 직류 펄스 신호 중 어느 하나인 것으로 해도 바람직하다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는, 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 제 1 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리부와, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점으로 와이어를 연장시켜 소정의 루프를 형성하면서 이동하는 루프 형성 처리부와, 제 2 본드점에서, 제 2 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 2 본딩 처리부와, 제 1 본딩 처리 전부터 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐, 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와, 제 1 본딩 대상물과 제 2 본딩 대상물을 유지하는 본딩 스테이지 간에 소정의 전기 신호를 연속적으로 인가하고, 그 연속적 응답에 기초하여 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하여 판단하는 불착 감시부를 구비한다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 불착 감시부는 와이어와 본딩 스테이지 간의 용량값의 변화, 또는 전기적 단락의 유무의 변화에 기초하여, 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하여 판단하는 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 불착 감시부는 제 1 본딩 처리 전의 기간에 있어서의 연속적 응답의 안정값을 제 1 기준값으로 하여, 제 1 기준값에 기초하여 제 1 본딩점에서의 와이어와 제 1 본딩 대상물 간의 접속 상태의 변화의 유무를 판단하고, 제 1 본딩 처리 완료시에 있어서의 연속적 응답의 안정값을 제 2 기준값으로 하여, 제 2 기준값에 기초하여 루프 형성 처리의 기간에 있어서의 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 판단하고, 루프 형성 처리의 기간에 있어서의 연속적 응답의 안정값을 제 3 기준값으로 하여, 제 3 기준값에 기초하여 제 2 본딩점에서의 와이어와 제 2 본딩 대상물 간의 접속 상태의 변화의 유무를 판단하고, 제 2 본딩 처리 완료시에 있어서의 연속적 응답의 안정값을 제 4 기준값으로 하여, 제 4 기준값에 기초하여 제 2 본드점으로부터 와이어의 절단 처리 완료까지의 기간에 있어서의 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 판단하는 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 불착 감시부는 본딩 스테이지의 전위를 접지 전압값으로 하여 접지 전압값보다도 소정 전압값만큼 상이한 전압을 갖는 직류 전압 신호를 소정의 전기 신호로서 와이어에 인가하고, 제 1 기준값을 소정 전압값으로 하고, 제 2 기준값으로부터 제 4 기준값을 접지 전압값으로 하여, 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 판단하는 것으로 해도 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 제 1 본드점 및 제 2 본드점에서의 와이어 본딩은 웨지 본딩 방식 또는 볼 본딩 방식으로 행해지는 것으로 해도 바람직하다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 방법은 제 1 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리 공정과, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점으로 와이어를 연장시켜 소정의 루프를 형성하면서 이동하는 루프 형성 처리 공정과, 제 2 본드점에서, 제 2 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 2 본딩 처리 공정과, 제 1 본딩 처리 전부터 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐, 캐필러리에 유지되어 있는 와이어와, 제 1 본딩 대상물과 제 2 대상물을 유지하는 본딩 스테이지 간에 소정의 전기 신호를 연속적으로 인가하고, 그 연속적 응답에 기초하여 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하여 판단하는 불착 감시 공정을 갖는다.
상기 구성의 적어도 하나에 의하면, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점 사이의 와이어 절단의 유무를 적확하게 판단할 수 있다.
상기 구성의 적어도 하나에 의하면, 제 1 본딩 처리부터 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐, 와이어의 접속 상태의 변화를 적확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치에서의 불착 판정 회로를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치의 각 요소의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 4는 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 방법의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치에 있어서, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점 사이에서의 와이어 절단의 연속 감시를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에서의 제 1 본딩 처리를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6 후의 루프 형성 처리에 있어서 와이어가 연장되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7 후에 와이어 절단이 발생한 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8 후에, 캐필러리가 하강하여, 절단된 와이어가 본딩 대상물에 접촉하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치에 있어서, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점 후의 전체 기간에 있어서 발생할 수 있는 와이어의 불착, 도중 절단을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치에 있어서, 소정의 전기 신호로서 교류 전기 신호를 사용하여, 와이어의 불착, 도중 절단이 발생했을 때의 캐필러리와 본딩 스테이지 간의 용량값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치에 있어서, 소정의 전기 신호로서 직류 전압 신호를 사용하여, 와이어의 불착, 도중 절단이 발생했을 때의 캐필러리와 본딩 스테이지 간의 전압값의 변화를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 도면을 사용하여 본 발명에 따른 실시형태를 상세하게 설명한다. 이하에서, 와이어 본딩의 대상물로서 제 1 본드점에서는 회로 기판의 리드, 제 2 본드점에서는 반도체칩의 패드로서 기술하지만, 이것은 설명을 위한 예시이며, 제 1 본드점을 반도체칩의 패드로 하고, 제 2 본드점을 회로 기판의 리드로 해도 된다. 제 1 본드점과 제 2 본드점을 모두 반도체칩의 패드로 해도 되고, 제 1 본드점과 제 2 본드점을 모두 회로 기판의 리드로 해도 된다. 패드, 리드는 와이어가 접합되는 대상물의 예시이며, 이것 이외의 것이어도 된다. 또한 본딩의 대상물로서는 반도체칩 외에, 저항칩, 컨덴서칩 등의 일반적인 전자 부품이어도 되고, 회로 기판으로서는 에폭시 수지 기판 등 외에, 리드프레임 등이어도 된다.
이하에서 기술하는 치수, 재질 등은 설명을 위한 예시이며, 와이어 본딩 장치의 사양에 따라, 적당히 변경이 가능하다.
이하에서는, 모든 도면에서 1 또는 대응하는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 와이어 본딩 장치(10)의 구성도이다. 이 와이어 본딩 장치(10)는 와이어 본딩용의 툴로서 캐필러리(28)를 사용하고, 와이어(30)로서 알루미늄 선을 사용하고, 웨지 본딩 방식으로, 2개의 본딩 대상물을 와이어(30)로 접속하는 장치이다. 도 1에서는, 와이어 본딩 장치(10)의 구성 요소는 아니지만, 본딩 대상물로서의 반도체칩(6)과 회로 기판(8)이 도시되어 있다. 또한, 본 발명의 실시형태에 있어서, 웨지 본딩 방식이란 와이어 선단에 FAB를 형성하지 않고, 초음파, 압력을 사용하여 행하는 본딩 방식을 말한다.
와이어 본딩 장치(10)는 가대(12)에 유지되는 본딩 스테이지(14)와, XY 스테이지(16)와, 컴퓨터(60)를 포함하여 구성된다.
본딩 스테이지(14)는 2개의 본딩 대상물인 반도체칩(6)과 회로 기판(8)을 탑재하는 본딩 대상물 유지대이다. 본딩 스테이지(14)는, 회로 기판(8) 등을 탑재 또는 배출할 때에, 가대(12)에 대하여 이동 가능하지만, 본딩 처리 동안은 가대(12)에 대하여 고정 상태로 된다. 이러한 본딩 스테이지(14)로서는 금속제의 이동 테이블을 사용할 수 있다. 본딩 스테이지(14)는 와이어 본딩 장치(10)의 접지 전위 등의 기준전위에 접속된다. 본딩 스테이지(14)는 후술하는 불착 판정 회로(36)의 접지측 단자에 접속된다. 반도체칩(6)이나 회로 기판(8) 간의 절연이 필요한 경우에는, 본딩 스테이지(14)의 필요한 부분에 절연 처리가 설치된다.
반도체칩(6)은 실리콘 기판에 트랜지스터 등을 집적화하여 전자 회로로 한 것으로, 전자 회로로서의 입력 단자와 출력 단자 등이 반도체칩(6)의 상면에 복수의 패드(도시 생략)로서 인출되어 있다. 반도체칩(6)의 하면은 실리콘 기판의 이면이며, 전자 회로의 접지 전극이 된다.
회로 기판(8)은 에폭시 수지 기판에 원하는 배선을 패터닝한 것으로, 반도체칩(6)의 하면을 전기적 및 기계적으로 접속하여 고정하는 칩 패드(도시 생략)와, 그 주위에 배치되는 복수의 리드(도시 생략)와, 칩 패드나 복수의 리드로부터 인출된 회로 기판으로서의 입력 단자와 출력 단자를 갖는다. 와이어 본딩은 반도체칩(6)의 패드와, 회로 기판(8)의 리드 사이를 와이어(30)로 접속함으로써 행해진다.
본딩 스테이지(14)에 설치되는 윈도우 클램퍼(50)는 중앙부에 개구를 갖는 평판상의 부재이며, 회로 기판(8)을 유지하는 부재이다. 윈도우 클램퍼(50)는 중앙부의 개구 속에 와이어 본딩이 행해지는 회로 기판(8)의 리드와 반도체칩(6)이 배치되도록 위치 결정하고, 개구의 주연부로 회로 기판(8)을 누름으로써 회로 기판(8)을 본딩 스테이지(14)에 고정한다.
XY 스테이지(16)는 본딩 헤드(18)를 탑재하고, 가대(12) 및 본딩 스테이지(14)에 대하여, 본딩 헤드(18)를 XY 평면 내의 원하는 위치로 이동시키는 이동대이다. XY 평면은 가대(12)의 상면과 평행한 평면이다. Y 방향은 후술하는 본딩 암(도시 생략)에 부착된 초음파 트랜스듀서(24)의 길이 방향에 평행한 방향이다. 도 1에 X 방향, Y 방향과, XY 평면에 수직한 방향인 Z 방향을 나타냈다.
본딩 헤드(18)는 XY 스테이지(16)에 고정되어 탑재되고, Z 모터(20)를 내장하고, 그 회전 제어에 의해 Z 구동암(22), 초음파 트랜스듀서(24)를 통하여, 캐필러리(28)를 Z 방향으로 이동시키는 이동 기구이다. Z 모터(20)로서는 리니어 모터를 사용할 수 있다.
Z 구동암(22)은 초음파 트랜스듀서(24)와 와이어 클램퍼(32)가 부착되고, Z 모터(20)의 회전 제어에 의해, 본딩 헤드(18)에 설치되는 회전 중심의 주위로 회전 가능한 부재이다. 본딩 헤드(18)에 설치되는 회전 중심은 반드시 Z 모터(20)의 출력축이 아니고, Z 구동암(22), 초음파 트랜스듀서(24), 와이어 클램퍼(32)를 포함한 전체의 무게중심 위치를 고려하여, 회전 부하가 경감되는 위치에 설정된다.
초음파 트랜스듀서(24)는 근원부가 Z 구동암(22)에 부착되고, 선단부에 와이어(30)를 삽입통과하는 캐필러리(28)가 부착되는 가늘고 긴 봉 부재이다. 초음파 트랜스듀서(24)에는 초음파 진동자(26)가 부착되고, 초음파 진동자(26)를 구동함으로써 발생하는 초음파 에너지를 캐필러리(28)에 전달한다. 따라서, 초음파 트랜스듀서(24)는 초음파 진동자(26)로부터의 초음파 에너지를 효율적으로 캐필러리(28)에 전달할 수 있도록, 선단측으로 갈수록 테이퍼진 혼 형상으로 형성된다. 초음파 진동자(26)로서는 압전 소자가 사용된다.
캐필러리(28)는 선단면이 평평한 원추체이며, 와이어(30)를 길이 방향을 따라 삽입통과시킬 수 있는 관통구멍을 중심부에 갖는 본딩 툴이다. 이러한 캐필러리(28)로서는, 볼 본딩에 사용되는 세라믹제의 캐필러리를 그대로 사용할 수 있다. 볼 본딩에 사용되는 캐필러리는 FAB를 유지하기 쉽도록, 관통구멍의 선단면측에 적당한 챔퍼라고 불리는 코너부 형상이 만들어져 있는데, 본 실시형태의 웨지 본딩 방식에서는, 볼 본딩용의 캐필러리를 사용하고, 이 캐필러리의 관통구멍의 선단면측의 하면에 페이스라고 불리는 평면을 구비한다. 이 페이스가 와이어 본딩 장치(10)에서 웨지 본딩을 행할 때의 누름면이 된다.
웨지 본딩용의 툴은 선단부에 길이 방향에 대하여 비스듬히 설치되는 와이어 가이드와, 와이어의 측면을 누르기 위한 누름면을 가지므로, 툴의 길이 방향축의 주위에 회전대칭이 아니고, 와이어는 와이어 가이드의 방향을 따른 방향성을 가지고 가로방향으로 돌출한다. 이러한 웨지 본딩용의 툴을 사용하면, 리드, 패드의 배치에 따라서는, 그대로는 와이어 가이드의 방향이 와이어의 접속 방향과 맞지 않는 경우가 생긴다.
예를 들면, 회로 기판(8)의 중앙부에 반도체칩(6)이 탑재되고, 반도체칩(6)의 주변부를 따라 일주하도록 복수의 패드가 배치되고, 회로 기판(8)에도, 반도체칩(6)의 외측을 따라 일주하도록 복수의 리드가 설치되는 경우에는, 리드와 패드를 연결하는 와이어의 접속 방향이 복수의 와이어 본딩의 각각에 따라 상이하다. 와이어 가이드의 방향을 와이어의 접속 방향에 맞추기 위해서는, 웨지 본딩용의 툴을 길이 방향축의 주위로 회전시키거나, 회로 기판(8)을 회전시킬 필요가 있다.
이에 반해, 캐필러리(28)의 선단면측의 페이스는 캐필러리(28)의 길이 방향 축의 주위로 회전대칭의 형상이므로, 패드와 리드를 연결하는 와이어의 접속 방향이 각 와이어 본딩마다 상이해도, 캐필러리(28)의 선단으로부터 돌출하는 와이어(30)의 방향을 조금 변경하는 정형 처리를 행하기만 하면 된다. 이 때문에, 웨지 본딩에 캐필러리(28)를 사용한다.
캐필러리(28)에 삽입통과되는 와이어(30)는 알루미늄의 세선이다. 와이어(30)는 본딩 헤드(18)로부터 연장되는 와이어 홀더의 선단에 설치되는 와이어 스풀(33)에 권회되고, 와이어 스풀(33)로부터 와이어 클램퍼(32)를 통하여 캐필러리(28)의 중심부의 관통구멍에 삽입통과되어, 캐필러리(28)의 선단으로부터 돌출한다. 이러한 와이어(30)의 재질로서는 순알루미늄 세선 이외에, 실리콘, 마그네슘 등을 적당히 혼합시킨 세선 등을 사용할 수 있다. 와이어(30)의 직경은 본딩 대상물에 의해 선택할 수 있다. 와이어(30)의 직경의 일례를 들면 30㎛이다.
와이어 클램퍼(32)는 Z 구동암(22)에 부착되고, 와이어(30)의 양측에 배치되는 1세트의 끼움판이며, 마주 보는 끼움판의 사이를 벌림으로써 와이어(30)를 자유이동 상태로 하고, 마주 보는 끼움판 사이를 닫음으로써 와이어(30)의 이동을 정지시키는 와이어 끼움 장치이다. 와이어 클램퍼(32)는 Z 구동암(22)에 부착되므로, 캐필러리(28)가 XYZ 방향으로 이동해도, 와이어(30)를 적절하게 끼울 수 있다. 와이어 클램퍼(32)의 개폐는 압전 소자를 사용한 클램퍼 개폐부(34)의 작동에 의해 행해진다.
불착 판정 회로(36)는, 와이어 본딩의 각 단계에서, 본딩 대상물과 와이어(30) 사이의 접속이 적절한지 아닌지를 판정하는 회로이다. 불착 판정 회로(36)는 본딩 대상물과 와이어(30) 사이에 소정의 전기 신호를 인가하고, 그 응답에 기초하여, 본딩 대상물과 와이어(30) 사이의 접속이 적절한지 아닌지를 판정한다.
도 2는 불착 판정 회로(36)의 구성도이다. 여기에서는, 제 1 본드점(100)에서 적절하게 와이어 본딩이 행해진 것이 확인되고, 그 후에 루프 형성 처리 공정을 거쳐, 제 2 와이어 본딩 처리 공정으로 이행하고, 제 2 와이어 본딩 처리 공정도 제 2 본드점(102)에서 적절하게 와이어 본딩이 행해진 것이 확인되고, 다음에 와이어 절단 처리가 적절하게 행해지고, 제 2 본드점(102)에서, 와이어(30)가 절단 상태(104)로 되어 있는 것을 도시하는 도면이다. 이와 같이 와이어 본딩의 각 처리 공정이 정상으로 행해질 때가 도시되어 있다.
불착 판정 회로(36)는 인가 전원(106)과 측정부(108)로 구성되고, 일방 단자는 본딩 스테이지(14)에 접속되고, 타방 단자는 와이어 클램퍼(32) 또는 와이어 스풀(33)에 접속된다. 인가 전원(106)을 교류 전압 전원으로 하고, 측정부(108)의 내부에 도시하지 않은 임피던스 측정 회로에 의해 임피던스값을 측정함으로써, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 간의 용량 성분을 알 수 있다. 또한, 인가 전원(106)을 교류 전압 전원 대신 직류 펄스 전원을 사용해도 된다. 이하에서는, 인가 전원(106)을 교류 전압 전원으로 하여 설명을 계속한다.
와이어(30)가 회로 기판(8)의 리드 또는 반도체칩(6)의 패드와 접속 상태일 때는, 와이어 클램퍼(32)와 본딩 스테이지(14) 간의 용량 성분의 값은 와이어 본딩 장치(10)의 요소의 용량값인 장치 용량값과, 회로 기판(8)이나 반도체칩(6)의 용량값인 디바이스 용량값의 합계값이 된다. 이에 반해, 와이어(30)가 절단 상태(104)일 때는, 와이어(30)와 회로 기판(8) 또는 반도체칩(6) 사이가 전기적으로 개방 상태가 되므로, 와이어 클램퍼(32)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량 성분의 값은 장치 용량값뿐으로 된다. 측정부(108)에서의 용량 성분의 변화에 기초하여 불착 판정 회로(36)는 와이어(30)와 본딩 대상물인 회로 기판(8) 또는 반도체칩(6) 사이가 접속 상태인지 개방 상태인지를 판정할 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 와이어 본딩의 각 처리 공정이 정상으로 행해질 때에는, 불착 판정 회로(36)는 각 처리 공정에서 이하와 같이 판정한다. 제 1 본드점(100)에서의 제 1 와이어 본딩 처리 후에는, 와이어 클램퍼(32) 또는 와이어 스풀(33)과 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값이 장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값으로 됨으로써, 와이어(30)와 회로 기판(8) 사이가 접속 상태로 판정한다. 캐필러리(28)가 제 2 본드점(102)을 향하여 하강하여, 제 2 본드점(102)에 접촉했을 때에도, 와이어 클램퍼(32)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값이 장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값으로 됨으로써 와이어(30)와 회로 기판(8) 사이가 접속 상태로 판정한다.
제 2 본드점(102)에서의 제 2 와이어 본딩 처리 후에는, 와이어 클램퍼(32)와 본딩 스테이지(14) 사이가 장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값으로 됨으로써 와이어(30)와 반도체칩(6) 사이가 접속 상태로 판정한다. 와이어 절단 처리 후에는 와이어 클램퍼(32)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값이 장치 용량값의 값으로 됨으로써 와이어(30)와 반도체칩(6) 사이가 절단 상태로 판정한다.
다시 도 1로 되돌아와, 컴퓨터(60)는 와이어 본딩 장치(10)의 각 요소의 동작을 전체로 하여 제어한다. 컴퓨터(60)는 CPU인 제어부(80)와, 각종 인터페이스 회로와, 메모리(82)를 포함하여 구성된다. 이것들은 서로 내부 버스로 접속된다.
각종 인터페이스 회로는 CPU인 제어부(80)와 와이어 본딩 장치(10)의 각 요소 사이에 설치되는 구동 회로 또는 버퍼 회로이다. 도 1에서는, 인터페이스 회로를 단지 I/F로서 나타냈다. 각종 인터페이스 회로는 XY 스테이지(16)에 접속되는 XY 스테이지 I/F(62), Z 모터(20)에 접속되는 Z 모터 I/F(64), 초음파 진동자(26)에 접속되는 초음파 진동자 I/F(66), 클램퍼 개폐부(34)에 접속되는 클램퍼 개폐 I/F(68), 불착 판정 회로(36)에 접속되는 불착 판정 회로 I/F(70)이다.
메모리(82)는 각종 프로그램과 각종 제어 데이터를 저장하는 기억 장치이다. 각종 프로그램은 제 1 와이어 본딩 처리에 관한 제 1 본딩 프로그램(84), 루프 형성 처리에 관한 루프 형성 프로그램(86), 제 2 와이어 본딩 처리에 관한 제 2 본딩 프로그램(88), 불착 판정 회로(36)에 의한 연속 감시 처리에 관한 불착 연속 감시 프로그램(90), 와이어(30)의 도중 절단의 판정 처리에 관한 절단 판정 처리 프로그램(92), 와이어(30)의 도중 절단이 발생한 것을 나타내는 이상 신호 출력에 관한 이상 출력 처리 프로그램(94), 그 밖의 제어 처리에 관한 제어 프로그램(96)이다. 제어 데이터(98)는 각종 프로그램이나 제어 프로그램을 실행할 때에 필요한 데이터 등이다.
상기 구성의 작용, 특히 컴퓨터(60)의 각 기능에 대하여, 도 3 이하를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 3은 와이어 본딩 처리에서의 각 요소의 동작을 나타내는 타임 차트이다. 도 4는 와이어 본딩 방법의 수순을 나타내는 플로우차트이다. 도 5는 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점 사이의 불착 감시에 관한 각 신호를 캐필러리(28)의 움직임과 관련지어 나타내는 타임 차트이다. 도 6 내지 도 9는 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점 사이의 와이어의 상태를 각각 나타내는 도면이다.
도 3은, 제 1 본드점(100)에서의 제 1 와이어 본딩 처리로부터 루프 형성 처리를 거쳐 제 2 본드점(102)에서의 제 2 와이어 본딩 처리와 와이어 절단이 행해질 때까지의 각 요소의 동작 상태를 나타내는 타임 차트이다. 도 3의 가로축은 시간이다. 도 3의 세로축은 상단측에서 하단측을 향하여 차례로, 캐필러리(28)의 높이 상태, Z 모터(20)가 동작 상태인지 정지 상태인지, XY 스테이지(16)가 동작 상태인지 정지 상태인지, 초음파 진동자(26)가 동작 상태인지 정지 상태인지, 캐필러리(28)를 하방으로 내리누르는 누름력의 크기, 와이어 클램퍼(32)가 닫힌 상태인지 열린 상태인지를 나타낸다.
캐필러리(28)의 높이 상태는 Z 모터(20)가 동작 상태일 때에 변화되고, Z 모터(20)가 정지 상태일 때는 변화되지 않는다. Z 모터(20)의 동작과 정지의 제어는, 제어부(80)가 각종 프로그램을 실행할 때, Z 모터(20)의 동작 명령이 있으면 Z 모터 I/F(64)를 통하여 Z 모터(20)를 구동하고, 정지 명령이 있으면 그 동작을 정지함으로써 행해진다. 캐필러리(28)는 높이 상태의 변화 이외에, XY 평면 내의 이동에 의해, 그 XY 평면 내에서의 위치 상태가 변화된다. 캐필러리(28)의 XY 평면 내의 이동의 제어는, 제어부(80)가 각종 프로그램을 실행할 때에, XY 스테이지(16)의 이동 명령이 있으면 XY 스테이지 I/F(62)를 통하여 XY 스테이지(16)를 이동 구동하고, 정지 명령이 있으면 그 이동 구동을 정지함으로써 행해진다.
캐필러리(28)가 제 1 본드점(100)과 제 2 본드점(102)에 있을 때에, 초음파 진동자(26)로부터 캐필러리(28)에 초음파 에너지가 공급된다. 초음파 진동자(26)로부터의 초음파 에너지 공급의 제어는, 제어부(80)가 각종 프로그램을 실행할 때에, 초음파 진동자(26)의 작동 명령이 있으면 초음파 진동자 I/F(66)를 통하여 초음파 진동자(26)를 작동시키고, 정지 명령이 있으면 그 작동을 정지함으로써 행해진다.
캐필러리(28)가 제 1 본드점(100)과 제 2 본드점(102)에 있을 때에, 초음파 트랜스듀서(24)를 통하여 캐필러리(28)에 소정의 누름력이 주어진다. 누름력의 크기의 제어는 Z 모터(20)의 구동 제어의 일부로서 행할 수 있다. 즉, 제어부(80)가 각종 프로그램을 실행할 때에, 누름력 변경 명령이 있으면 Z 모터 I/F(64)를 통하여 Z 모터(20)의 구동 제어에 의해 누름력의 변경이 행해진다.
루프 형성 처리나 와이어 절단 처리에서는, 캐필러리(28)로부터 와이어(30)를 연장할 때에 와이어 클램퍼(32)가 열리고, 와이어(30)의 연장을 막고 클램핑할 때에 와이어 클램퍼(32)가 닫힌다. 와이어 클램퍼(32)의 개폐 제어는, 제어부(80)가 각종 프로그램을 실행할 때에, 와이어 클램퍼(32)의 열림 동작 명령이 있으면 클램퍼 개폐 I/F(68)를 통하여 클램퍼 개폐부(34)에 와이어 클램퍼(32)를 열리게 하고, 닫힘 동작 명령이 있으면 클램퍼 개폐부(34)에 와이어 클램퍼(32)를 닫히게 함으로써 행해진다.
도 3에서, 시간 t0으로부터 시간 t4까지가 제 1 와이어 본딩 처리 공정의 기간이며, 이 기간에서는, 제어부(80)가 제 1 본딩 프로그램(84)를 실행한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 시간 t0으로부터 시간 t1까지의 기간 동안, XY 스테이지(16)가 이동 구동되어 캐필러리(28)가 제 1 본드점의 바로 위로 이동된다. Z 모터(20)는 시간 t0으로부터 시간 t3까지 구동되고, 이것에 의해 캐필러리(28)는 하강을 계속한다. 하강은 시간 t0으로부터 캐필러리(28)가 제 1 본드점(100)의 바로 위로 이동하는 시간 t1까지가 고속 하강이고, 시간 t1로부터 캐필러리(28)가 회로 기판(8)의 리드에 접촉하는 시간 t3의 동안은 저속으로 된다. 이 저속 하강은 제 1 서치(1st 서치)라고 불린다.
시간 t3으로부터 시간 t4 동안은 XY 스테이지(16)도 Z 모터(20)도 정지 상태이며, 이 기간 동안에 초음파 진동자(26)가 작동하여 초음파 에너지를 캐필러리(28)에 부여한다. 누름력은 시간 t1로부터 초음파 진동자(26)의 작동 개시 전후의 시간까지의 사이에 단계적으로 변화된다. 이렇게 하여, 시간 t3으로부터 시간 t4 동안에, 제 1 본드점(100)에 있어서, 캐필러리(28)의 선단과 회로 기판(8)의 리드 사이에 캐필러리(28)의 선단으로부터 돌출한 와이어(30)를 사이에 끼고, 초음파 에너지와 누름력으로, 와이어(30)와 리드 사이의 접합을 행한다. 이 접합 처리 동안, 본딩 스테이지(14)는 적당한 처리 온도로 가열 유지되어 있는 것이 바람직하다.
도 3에 있어서, 시간 t4로부터 시간 t10까지가 루프 형성 처리 공정의 기간이다. 이 때에는, 누름력은 원래 상태로 되돌려진다. 이 기간에서는, 제어부(80)가 루프 형성 프로그램(86)을 실행한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 시간 t4로부터 시간 t5 동안 Z 모터(20)만이 구동되고, 이것에 의해 캐필러리(28)가 조금 상승한다. 시간 t5로부터 시간 t6 동안은 XY 스테이지(16)만이 이동 구동된다. 이 이동 구동은, XY 평면 내에서, 제 1 본드점(100)으로부터 제 2 본드점(102)의 반대측으로 캐필러리(28)가 일단 되돌려지는 리버스 이동으로서 행해진다. 시간 t6으로부터 시간 t7 동안은 Z 모터(20)만이 구동되고, 리버스 이동된 위치에서 캐필러리(28)가 상승한다. 그리고, 시간 t7로부터 시간 t8 그 상태가 유지된다. 이 상태에서 와이어(30)의 루프가 최고점이 된다. 시간 t8로부터 시간 t9 동안에 와이어 클램퍼(32)가 닫혀진 상태에서 XY 스테이지(16)가 조금 이동 구동된다. 이 이동 구동은, XY 평면 내에서, 리버스 이동된 위치로부터 제 2 본드점(102) 쪽으로 캐필러리(28)를 이동시키도록 행해진다. 이것에 의해, 루프가 제 2 본드점(102) 측으로 잡아 당겨져서, 루프의 최고점이 원하는 높이로 조정된다.
시간 t9에서 와이어 클램퍼(32)가 열리고, 와이어(30)를 캐필러리(28)의 선단으로부터 연장할 수 있는 상태로 된다. 그리고, 시간 t9로부터 시간 t10 동안, XY 스테이지(16)가 이동 구동되고, Z 모터(20)가 구동된다. 이것에 의해, 제 2 본드점(102)을 향하여 와이어(30)가 연장되면서 캐필러리(28)가 하강하여, 루프가 하향으로 내려온다.
시간 t10에서 캐필러리(28)는 제 2 본드점(102)의 바로 위에 온다. 시간 t10으로부터 시간 t13까지가 제 2 본드점(102)에서의 제 2 와이어 본딩 처리 공정의 기간이다. 이 기간에서는, 제어부(80)가 제 2 본딩 프로그램(88)을 실행한다. 캐필러리(28)의 하강은, 시간 t9로부터 캐필러리(28)가 제 2 본드점(102)의 바로 위로 이동하는 시간 t10까지가 고속 하강이고, 시간 t10으로부터 캐필러리(28)가 반도체칩(6)의 패드에 접촉하는 시간 t12 동안은 저속으로 된다. 이 저속 하강은 제 2 서치(2nd 서치)라고 불린다.
시간 t12로부터 시간 t13 동안은, XY 스테이지(16)도 Z 모터(20)도 정지 상태이며, 이 기간 동안에 초음파 진동자(26)가 작동하여 초음파 에너지를 캐필러리(28)에 부여한다. 누름력은 시간 t10으로부터 초음파 진동자(26)의 작동 개시 전후의 시간까지의 사이에 단계적으로 변화된다. 이렇게 하여, 시간 t12로부터 시간 t13 동안에, 제 2 본드점(102)에 있어서, 캐필러리(28)의 선단과 반도체칩(6)의 패드 사이에 캐필러리(28)의 선단으로부터 돌출한 와이어(30)를 사이에 끼고, 초음파 에너지와 누름력으로, 와이어(30)와 리드 사이의 접합을 행한다. 이 접합 처리 동안, 본딩 스테이지(14)는 적당한 처리 온도로 가열 유지되어 있는 것이 바람직하다.
도 3에 있어서, 시간 t13으로부터 시간 t15까지가 와이어 절단 처리 공정의 기간이다. 와이어 절단 처리 공정은 제 2 와이어 본딩 처리와 구별하고, 전용의 와이어 절단 처리 프로그램을 제어부(80)가 실행하는 것으로 할 수 있다. 또는, 이 기간을 제 2 와이어 본딩 처리 공정에 포함시키고, 제 2 본딩 프로그램(88) 속에 와이어 절단 처리의 프로그램을 포함해도 된다.
와이어 절단 처리 공정에서는 누름력은 원래 상태로 되돌려진다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 시간 t13으로부터 시간 t14 동안 Z 모터(20)만이 구동되고, 이것에 의해 캐필러리(28)가 조금 상승한다. 시간 t14로부터 시간 t15 동안은 와이어 클램퍼(32)가 닫히고, XY 스테이지(16)가 이동 구동되고, Z 모터(20)가 구동된다. 이 이동 구동은 캐필러리(28)가 상승하면서 XY 평면 내에서 이동하는 것으로서 행해진다. 이것에 의해 와이어(30)는 제 2 본드점(102)에서 절단된다.
이와 같이 하여, 제 1 본드점(100)에서의 제 1 와이어 본딩 처리로부터 루프 형성 처리를 거쳐 제 2 본드점(102)에서의 제 2 와이어 본딩 처리와 와이어 절단이 행해진다.
상기 구성의 작용, 특히 제어부(80)의 불착 연속 감시와 와이어(30)의 도중 절단 판정 등의 기능에 대하여, 도 4로부터 도 9를 사용하여, 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는, 와이어 본딩 방법의 수순 중, 제 1 와이어 본딩 처리로부터 제 2 와이어 본딩 처리까지의 수순을 뽑아서 나타내는 플로우차트이며, 각 수순은 컴퓨터(60)의 메모리(82)에 저장되는 각 프로그램의 처리 수순에 대응한다. 와이어 본딩 장치(10)에 전원 등이 투입되면, 컴퓨터(60)를 포함하는 와이어 본딩 장치(10)의 각 구성 요소의 초기화가 행해진다.
다음에 본딩 스테이지(14)가 일단 끌어 내지고, 본딩 대상물인 반도체칩(6)이 탑재된 회로 기판(8)이 본딩 스테이지(14) 위에 위치 맞추어져 세팅되고, 윈도우 클램퍼(50)에 의해 내리눌려져 고정된다. 본딩 스테이지(14)는 다시 초기 상태의 위치로 되돌려진다. 또한, 본딩 스테이지(14)는 본딩 조건에서 정해진 소정의 온도로 가열된다. 이 본딩 대상물 설정 공정은 회로 기판(8)의 자동 반송 장치를 사용하여 자동적으로 행해진다.
다음에 제 1 본딩 프로그램(84)이 제어부(80)에 의해 실행되고, 제 1 본드점(100)에서 제 1 와이어 본딩 처리가 행해진다(S10). 제 1 본드점(100)은 회로 기판(8)의 1개의 리드 위에 설정된다. 제 1 본드점(100)의 설정은 도 1에서는 도시되지 않은 위치 결정 카메라 등을 사용하여 행해진다. 제 1 와이어 본딩 처리에서의 각 요소의 동작에 대해서는 도 3에서 기술했으므로, 상세한 설명을 생략한다.
제 1 본드점(100)에서는, 캐필러리(28)의 선단부와 회로 기판(8)의 리드 사이에 와이어(30)가 끼워넣어져 내리눌려지고, 초음파 진동자(26)의 초음파 진동 에너지와 Z 모터(20)의 구동 제어에 의한 캐필러리(28)의 누름력과, 필요에 따라서는 본딩 스테이지(14)로부터의 가열 온도에 의해, 와이어(30)와 리드 사이가 접합된다. 이와 같이 하여, 제 1 본드점(100)에서의 제 1 와이어 본딩 처리가 행해진다.
제 1 와이어 본딩 처리가 종료되면, 루프 형성 처리가 행해진다(S12). 이 처리 수순은 제어부(80)가 루프 형성 프로그램(86)을 실행함으로써 행해진다. 즉, 제 1 와이어 본딩 처리가 종료한 후, 와이어 클램퍼(32)를 연 상태에서 캐필러리(28)를 상방으로 상승시키고, 다음에 제 2 본드점(102)의 바로 위로 이동시킨다. 제 2 본드점(102)은 반도체칩(6)의 1개의 패드 위에 설정된다. 캐필러리(28)의 이동 동안, 와이어(30)는 와이어 스풀(33)로부터 풀어내지고, 캐필러리(28)의 선단으로부터 필요한 와이어 길이만큼 연장된다. 루프 형성 처리에서의 각 요소의 동작에 대해서는 도 3에서 기술했으므로, 상세한 설명을 생략한다.
루프 형성 처리 동안, 불착 연속 감시가 행해진다(S14). 이 처리 수순은 제어부(80)가 불착 연속 감시 프로그램(90)을 실행함으로써 행해진다. 불착 연속 감시는 제어부(80)의 지령으로 불착 판정 회로 I/F(70)를 통하여 불착 판정 회로(36)를 연속적으로 작동시키고, 그 결과를 제어부(80)가 연속적으로 받아서 행해진다.
불착 판정 회로(36)의 연속적 작동은 도 2에서 설명한 인가 전원(106)인 교류 전압 전원을 미리 정한 연속 감시 기간 동안 연속적으로 작동시킨다. 이것에 의해, 캐필러리(28)에 유지되어 있는 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이에 교류 전압 신호가 연속적으로 인가된다. 도 2에서 설명한 측정부(108)는 캐필러리(28)에 유지되어 있는 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값을 취득하고, 그 값을 불착 판정 회로 I/F(70)를 통하여 차례차례 제어부(80)에 전송한다.
불착 연속 감시에 의해 와이어 도중 절단인지 아닌지가 판정된다(S16). 이 처리 수순은 제어부(80)가 절단 판정 처리 프로그램(92)을 실행함으로써 행해진다.
도 5에, 불착 연속 감시에서의 각 신호의 시간적 변화를 캐필러리(28)의 동작 상태에 관련지어 나타냈다. 도 5의 가로축은 시간이다. 세로축은 지면의 상단측으로부터 하단측을 향하여 차례로 캐필러리(28)의 동작 상태, 불착 판정 회로(36)의 측정부(108)의 출력인 불착 감시 출력, 불착 감시 출력을 미분한 미분 출력, 종래기술에서의 불착 감시의 타이밍이다.
가로축의 시간 t4, t7, t9, t12는 도 3에서 설명한 것과 동일한 내용이다. 즉, 시간 t4는 제 1 본드점(100)에서의 접합 처리가 종료되고, 루프 형성 처리가 개시되는 타이밍, 시간 t7로부터 시간 t9 동안은 최고 위치의 루프 형성이 되는 기간, t12는 캐필러리(28)가 하강하여 제 2 본드점(102)에 접촉한 타이밍이다. 시간 T1, T2, T3은, 도 5의 최하단에 도시되는 바와 같이, 종래기술에서의 불착 감시의 타이밍이다. 여기에서는, 시간 t4의 직전, 시간 t7의 직후, t12 후의 타이밍으로 각각 설정된다. 이것은 예시이며, 이것 이외의 적당한 샘플링 타이밍으로 불착 감시가 행해지는 경우가 있다.
도 5의 위로부터 2단째의 불착 감시 출력에 도시되는 바와 같이, 여기에서는, 종래기술의 샘플링 타이밍이 아니고, 미리 설정된 연속 감시 기간 동안, 불착 판정 회로(36)가 작동을 계속한다. 연속적 감시 기간은, 제 1 본딩 처리 후, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점까지의 사이에 와이어(30)가 절단된 것인지 아닌지를 감시하는데 적합한 기간으로 설정된다. 여기에서는, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점까지 동안의 전체 기간이 연속 감시 기간으로 설정되어 있다. 이것 대신에, 예를 들면, 종래기술에서 사용되는 T1로부터 T3 사이를 연속 감시 기간으로 해도 된다. 또는, 종래기술의 불착 감시 샘플링 타이밍의 T1과 T3은 그대로 남기고, 캐필러리(28)가 최고 위치가 되는 시간 t7로부터 캐필러리(28)가 최저 위치가 되는 시간 t12 사이를 연속 감시 기간으로 해도 된다.
불착 감시 출력은 불착 판정 회로(36)의 측정부(108)의 출력이며, 용량값의 시간적 변화가 표시되어 있다. 도 5에서는, 예를 들면, 캐필러리(28)가 상승중인 시간 C0으로부터 시간 C1까지 거의 일정값의 용량값을 유지하고, 시간 C1에서 급격하게 용량값이 저하된다. 와이어(30)가 절단되면, 측정부(108)가 검출하는 용량값이 「장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값」으로부터 「장치 용량값」으로 되므로, 시간 C1로부터 와이어(30)가 절단되었다고 판정할 수 있다. 시간 C1로부터 시간 C2 동안은 저하된 용량값이 유지되고 있지만, 시간 C2에서 급격하게 용량값이 원래의 높은 값으로 회복된다. 이것은 「장치 용량값」으로부터 「장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값」으로 회복된 것이라고 생각되며, 와이어(30)의 도중 절단에 의해 캐필러리(28)의 선단으로부터 연장되어 있는 와이어(30)가 회로 기판(8) 또는 반도체칩(6)에 접촉했다고 판정할 수 있다.
이와 같이, 캐필러리(28)에 유지되어 있는 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값을 취득하고, 제 1 본딩 처리의 후에 용량값이 저하되었을 때에 와이어(30)가 루프의 도중에 절단되었다고 판정할 수 있다. 또한 그 후 제 2 본드점에 이르기까지 용량값이 회복될 때는, 절단된 와이어(30)가 본딩 대상물인 회로 기판(8) 또는 반도체칩(6)에 늘어져 접촉했다고 판정할 수 있다.
종래기술의 불착 감시의 샘플링 타이밍에서는, 시간 T1, T2, T3의 어디에서도, 용량값은 동일한 값으로 변화되지 않고, 따라서, 와이어(30)의 도중 절단을 검출할 수 없다.
상기에서는, 와이어(30)의 도중 절단의 유무를 용량값의 변화로 판정하는 것으로 했다. 용량값의 변화의 유무의 검출은 임계값 용량값을 사용하여, 임계값 용량값의 비교로 행할 수 있다. 이것 대신에, 용량값을 나타내는 전기 신호를 시간에 대하여 미분한 미분값에 기초하여, 와이어(30)의 도중 절단의 유무를 판정하는 것으로 할 수 있다. 도 5의 미분 출력은, 불착 감시 출력을 시간에 대하여 미분한 것으로, 용량값이 급격하게 저하되면 마이너스 방향의 펄스가 출력되고, 용량값이 급격하게 상승 회복되면 플러스 방향의 펄스가 출력된다. 이 펄스 출력의 유무에 기초하여 와이어(30)의 도중 절단의 유무를 판정할 수 있다.
도 6으로부터 도 9는 시간 t4, 시간 C0, 시간 C1, 시간 C2의 각각에 있어서의 와이어(30)의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내는 시간 t4에서는, 제 1 본드점(100)에서, 캐필러리(28)의 선단과 회로 기판(8)의 리드 사이에 캐필러리(28)의 선단으로부터 돌출한 와이어(30)가 끼워져 있다. 따라서, 측정부(108)에서 검출되는 용량값은 「장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값」이 된다.
도 7에 나타내는 시간 C0에서는, 캐필러리(28)가 제 1 본드점(100)으로부터 XY 평면 내에서 X1 이동하고, Z 방향의 높이가 회로 기판(8)의 상면을 기준으로 하여 Z1까지 상승한 상태이다. 와이어(30)는 제 1 본드점(100)에서 회로 기판(8)에 접합된 상태에서, 캐필러리(28)로부터 와이어(30)가 연장된다. 이때도, 측정부(108)에서 검출되는 용량값은 「장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값」이다.
도 8에서 나타내는 시간 C1은 캐필러리(28)의 Z 방향의 높이가 최고값 Z2가 되고, 와이어 클램퍼(32)가 닫히고 XY 스테이지(16)가 제 1 본드점(100)으로부터 XY 평면 내에서 거리 X2 이동했을 때(도 3 참조)이다. 여기에서, 와이어(30)가 제 1 본드점(100)과 캐필러리(28)의 선단 사이에서 절단 상태(104)로 된 것이 도시된다. 캐필러리(28)로부터 와이어(30)는 제 1 본드점(100) 쪽으로 연장되어 있고, 절단된 부분은 선단부(105)로 되어 있다. 또한, 절단이 생기는 시간 C1의 상기의 상태는 예시이며, 제 1 본드점(100)으로부터 제 2 본드점(102)을 향하는 도중이면, 이것 이외의 상태에서 절단이 생기는 것으로 해도 된다.
이때, 측정부(108)에서 검출되는 용량값은 「장치 용량값」으로 되고, 용량값이 「장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값」으로부터 급격하게 저하된다. 불착 연속 감시에 의하면, 용량값의 급격한 저하를 검출함으로써 와이어(30)가 루프의 도중에 절단되었다고 판정할 수 있다.
도 9에서 나타내는 시간 C2는 캐필러리(28)가 Z 방향으로 Z3의 높이까지 하강하고 XY 평면에서 이동하면서, 제 1 본드점(100)으로부터 거리 X3 이동하고, 캐필러리(28)의 선단이 제 2 본드점(102)의 바로 위에 왔을 때이다. Z3은 도 8의 Z2보다도 작은 값이며, X3은 도 8의 X2보다 큰 값이다. 이때, 캐필러리(28)의 저하에 의해, 캐필러리(28)로부터 연장되어 있는 와이어(30)의 선단부(105)가 회로 기판(8)에 접촉한다. 이때, 측정부(108)에서 검출되는 용량값은 「장치 용량값과 디바이스 용량값의 합계값」으로 급격하게 상승하여 회복된다. 불착 연속 감시에 의하면, 용량값의 급격한 상승 회복을 검출할 때, 그 전의 시간 C1에서의 용량값의 급격한 저하 검출과 대조하여, 이것이 와이어(30)와 제 1 본드점(100) 간의 접속이 정상인 것을 나타내는 것이 아니고, 와이어(30)가 루프 도중에 절단되고, 그 선단부(105)가 늘어져서 본딩 대상물에 접촉한 것을 나타낸다고 판정할 수 있다.
다시 도 4로 되돌아와, S14에서의 와이어 도중 절단인지 아닌지의 판정의 결과, 와이어 도중 절단이 발생하지 않았다고 판정되면, 다음에 제 2 본드점(102)에서 제 2 와이어 본딩 처리가 행해진다(S18). 이 처리 수순은 제어부(80)가 제 2 본딩 프로그램(88)을 실행함으로써 행해진다. 제 2 본드점(102)은 반도체칩(6)의 1개의 패드 위에 설정된다. 제 2 본드점(102)의 설정은 도 1에서는 도시되어 있지 않은 위치 결정 카메라 등을 사용하여 행해진다. 제 2 와이어 본딩 처리에서의 각 요소의 동작에 대해서는 도 3에서 기술했으므로, 상세한 설명을 생략한다.
S16에서의 와이어 도중 절단인지 아닌지의 판정의 결과, 와이어 도중 절단이 발생하고 있다고 판정되면, 이상 신호가 출력되고(S20), 와이어 본딩 장치(10)의 동작이 정지된다(S22). 이 처리 수순은 제어부(80)가 이상 출력 처리 프로그램(94)을 실행함으로써 행해진다.
이와 같이, 불착 판정 회로(36)를 연속 작동시켜 연속적으로 불착 감시를 행함으로써 캐필러리(28)에 의한 웨지 본딩에 금선보다 전신성(展伸性)이 작은 알루미늄선을 사용해도, 제 1 본드점(100)으로부터 제 2 본드점(102) 사이의 와이어 절단의 유무를 적확하게 판단할 수 있다.
상기에서는, 소정의 연속적 감시 기간은 제 1 본딩 처리 후, 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점까지 와이어를 연장시키는 기간으로 했지만, 제 1 본딩 처리 전부터 상기 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐 연속적 감시 기간을 설정할 수도 있다.
이 연속적 감시 기간에 있어서, 불착 감시부는 캐필러리(28)에 유지되어 있는 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이에 소정의 전기 신호를 연속적으로 인가한다. 그리고, 그 연속적 응답에 대하여, 적절한 판단 임계값을 사용하여, 와이어(30)의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하고 판단한다.
제 1 본드점에서의 와이어의 불착을 F1으로 하고, 루프 형성 기간에서의 와이어의 도중 절단을 F2로 하고, 제 2 본드점에서의 와이어의 불착을 F3으로 하고, 제 2 본딩 처리 후의 와이어 절단 처리 전에 있어서의 와이어의 도중 절단을 F4로 하면, F1부터 F4에 대하여, 각각 적절한 판단 임계값을 사용한다. 이와 같이 함으로써 F1부터 F4를 구별하여 감시할 수 있다.
이하에, 도 10으로부터 도 12를 사용하여, 제 1 본딩 처리 전부터 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐 연속적 감시를 행하고, F1부터 F4를 구별하는 것에 대하여, 상세하게 설명한다.
도 10은 도 6으로부터 도 9에 대응하는 도면인데, 이것들에 도시되는 상태를 더욱 확장하고, 제 1 본딩 처리 전부터 상기 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 대하여, 와이어(30)의 본딩의 모습을 나타내는 도면이다. 여기에서는, 회로 기판(8)의 제 1 본드점에 대하여 행해지는 제 1 본딩 처리, 제 1 본딩 처리 후의 루프 형성 처리, 루프 형성 처리 후에 반도체칩(6)의 제 2 본드점에 대하여 행해지는 제 2 본딩 처리, 제 2 본딩 처리 후에, 와이어(30)를 절단하는 절단 처리까지, 문제없이 행해진 와이어(31)가 도시된다.
도 10에서, 제 1 본드점에서의 와이어의 불착인 F1, 루프 형성 기간에서의 와이어의 도중 절단인 F2, 제 2 본드점에서의 와이어의 불착인 F3, 제 2 본딩 처리 후의 와이어 절단 처리 전에 있어서의 와이어의 도중 절단인 F4가 발생하는 개소를 각각 나타냈다.
도 10에 도시되는 불착 판정 회로(36)는 도 2에서 설명한 것과 동일한 내용이며, 소정의 전기 신호를 출력하는 인가 전원(106)과, 소정의 전기 신호에 대한 응답을 측정하는 측정부(108)로 구성된다. 여기에서, 소정의 전기 신호로서는 교류 전압 신호 또는 직류 전압 신호를 사용한다.
이 구별 사용은 반도체칩(6)과 회로 기판(8)이 모두 본딩 스테이지(14)와 전기적 저항 성분만으로 접속되어 있다고 간주할 수 있는지 아닌지로 정할 수 있다. 반도체칩(6)과 회로 기판(8)이 모두 본딩 스테이지(14)와 전기적 저항 성분만으로 접속되어 있다고 간주할 수 있는 경우에는, 직류 전압 신호를 소정의 전기 신호로서 사용할 수 있다. 반도체칩(6)과 회로 기판(8)이 모두 본딩 스테이지(14)와 전기적 저항 성분만으로 접속되어 있다고 간주할 수 없고, 용량 성분을 포함하는 경우에는, 교류 전압 신호를 소정의 전기 신호로서 사용한다.
소정의 전기 신호로서 교류 전압 신호를 사용할 때에는, 측정부(108)는 와이어 클램퍼(32)를 통한 와이어(30)와, 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값의 변화를 측정한다. 용량값은 적당한 변환 회로를 사용하여 전압값으로 변환하고, 변환된 전압값의 변화의 측정에 의해, 용량값의 변화를 측정하는 것으로 할 수 있다. 소정의 전기 신호로서 직류 전압 신호를 사용할 때에는, 측정부(108)는 와이어 클램퍼(32)를 통한 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 간의 전기적 단락의 유무의 변화를 측정한다.
전기적 단락의 유무는 다음과 같이 전압값을 측정하여 행해진다. 즉, 본딩 스테이지의 전위를 접지 전압값(V=0(V))으로 하여 접지 전압값보다도 소정 전압값(V0)만큼 높은 전압을 갖는 직류 전압 신호를 소정의 전기 신호로 한다. 그리고, 측정된 전압값이 V=0(V)일 때는, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 간에 전기적 단락이 있는 것으로 하고, 측정된 전압값이 소정 전압값(V0)일 때는, 전기적 단락이 없는 것으로 한다.
도 11은, 소정의 전기 신호로서 교류 전압 신호를 사용하고, 그 연속적 응답으로서 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값을 측정하는 경우에, F1부터 F4를 구별할 수 있는 것을 도시하는 도면이다. 도 11은 (a)부터 (f)의 6개의 타임 차트로 구성된다. 이것들 모두에 있어서 가로축은 시간이다. (a)의 세로축은 캐필러리의 높이 위치이며, (b)부터 (f)의 세로축은 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이의 용량값이다.
도 11(a)는 도 3의 최상단의 도면에 대응한다. 가로축의 시간 t3, t4, t12, t13, t14는 도 3에서 설명한 내용과 동일하다. 즉, 시간 t3부터 t4의 기간이 제 1 본딩 처리의 기간이고, t12부터 t13의 기간이 제 2 본딩 처리의 기간이며, t14는, 제 2 본딩 처리 후의 와이어 클램퍼(32)의 조작에 의해, 와이어(30)를 절단하는 타이밍이다.
도 11(b)는, 제 1 본딩 처리 전부터 상기 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 대하여, 모든 처리가 문제없이 행해진 양품에 대하여 측정된 용량값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 11(b)에서, 시간 t3까지는 와이어(30)는 회로 기판(8)에 접촉해 있지 않으므로, 용량값은 와이어 본딩 장치(10)를 통한 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이의 장치 용량값이 된다. 이 장치 용량값을 도 11에서는 CM으로서 나타냈다.
시간 t3에서 와이어(30)가 회로 기판(8)에 접촉하면, 회로 기판(8)이 갖는 용량값이 가산되어 측정된다. 회로 기판(8)이 갖는 용량값을 도 11에서는 CL로서 나타냈다. 따라서, 시간 t3 이후, 시간 t12까지의 기간의 용량값의 측정값은 (CM+CL)이 된다.
시간 t12에서 와이어(30)가 반도체칩(6)에 접촉하면, 반도체칩(6)이 갖는 용량값이 더욱 가산되어 측정된다. 반도체칩(6)이 갖는 용량값을 도 11에서는 CP로서 나타냈다. 따라서, 시간 t12 이후, 시간 t14까지의 기간의 용량값의 측정값은 (CM+CL+CP)가 된다.
시간 t14에서 와이어(30)가 절단 처리에 의해 절단되고, 도 10에서 도시되는 상태가 되면, 와이어(30)는 회로 기판(8) 상의 반도체칩(6)으로부터 이간하여 접촉해 있지 않으므로, 용량값의 측정값은 다시 장치 용량값 CM이 된다.
도 11(c)는 제 1 본드점에서 불착(F1)이 발생했을 때의 용량값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다. 불착(F1)은 제 1 본딩 처리 기간인 시간 t3과 시간 t4의 사이에서 발생한다. 불착(F1)이 발생하면, 와이어(30)는 회로 기판(8)에 확실하게 접속되어 있지 않으므로, 용량값은 양품일 때의 시간 t3에서의 용량값 (CM+CL)보다도 작은 값이 된다.
양품과 불착(F1)을 구별하기 위해서는, t3 이전에 안정하게 측정된 용량값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t3 이전의 용량값(CM)을 기준으로 하여, 이것에 미리 정한 측정 여유도를 더한 값을 제 1 기준값(J1)으로 하고, 이 제 1 기준값(J1)을 양품과 F1의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 11(c)에서는 J1=CM으로 했다. 측정된 용량값이 J1을 초과할 때는 양품, J1 이하일 때는 F1으로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 용량값이 (CM+CL)이고, F1의 일례는 측정된 용량값이 CM 그대로이다.
도 11(d)는 제 1 본드점에서의 처리가 정상이며, 시간 t3에서, 측정된 용량값이 (CM+CL)로 되었지만, 루프 형성 처리에서, 와이어(30)의 도중 절단(F2)이 발생했을 때의 용량값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다. 도중 절단(F2)은 시간 t4와 시간 t12 사이에서 발생한다. 도중 절단(F2)이 발생하면, 와이어(30)는 회로 기판(8)으로부터 이간되므로, 측정된 용량값은 양품일 때의 시간 t4에서의 용량값 (CM+CL)보다도 작은 값이 된다.
양품과 도중 절단(F2)을 구별하기 위해서는, t4 이후에 안정하게 측정된 용량값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t4에서의 용량값 (CM+CL)을 기준으로 하고, 이 (CM+CL)에 미리 정한 측정 여유도를 더한 값을 제 2 기준값(J2)으로 하고, 이 제 2 기준값(J2)을 양품과 F2의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 11(d)에서는 J2=(CM+CL)로 했다. 측정된 용량값이 J2 그대로일 때는 양품, J2 미만일 때는 F2로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 용량값이 (CM+CL)이고, F2의 일례는 측정된 용량값이 CM이다.
도 11(e)는 루프 형성 처리가 정상이었지만, 제 2 본드점에서 불착(F3)이 발생했을 때의 용량값의 시간변화를 나타내는 타임 차트이다. 불착(F3)은 시간 t12와 시간 t13 사이에서 발생한다. 불착(F3)이 발생하면, 와이어(30)는 반도체칩(6)에 확실히 접속되어 있지 않으므로, 용량값은 양품일 때의 시간 t12에서의 용량값 (CM+CL+CP)보다도 작은 값이 된다.
양품과 불착(F3)을 구별하기 위해서는, t4 이후에 안정하게 측정된 용량값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t4에서의 용량값 (CM+CL)을 기준으로 하고, 이 (CM+CL)에 미리 정한 측정 여유도를 더한 값을 제 3 기준값(J3)으로 하고, 이 제 3 기준값(J3)을 양품과 F3과의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 11(e)에서는, J3=J2=(CM+CL)로 했다. 측정된 용량값이 J3을 초과하면 양품, J3 그대로일 때는 F3으로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 용량값이 (CM+CL+CP)이고, F3의 일례는 측정된 용량값이 (CM+CL)이다.
도 11(f)는 제 2 본드점에서의 처리가 정상이고, 시간 t12에서, 측정된 용량값이 (CM+CL+CP)로 되었지만, 그 후의 와이어 절단 처리 전에, 와이어(30)의 도중 절단(F4)이 발생했을 때의 용량값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다. 도중 절단(F4)은 시간 t13과 시간 t14 사이에서 발생한다. 도중 절단(F4)이 발생하면, 와이어(30)는 반도체칩(6)으로부터 이간되므로, 측정된 용량값은 양품일 때의 시간 t13에서의 용량값 (CM+CL+CP)보다도 작은 값이 된다.
양품과 도중 절단(F4)을 구별하기 위해서는, t13 이전에 안정하게 측정된 용량값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t13에서의 용량값 (CM+CL+CP)를 기준으로 하고, 이 (CM+CL+CP)에 미리 규정한 측정 여유도를 감산한 값을 제 4 기준값(J4)으로 하고, 이 제 4 기준값(J4)을 양품과 F4의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 11(f)에서는, J4=(CM+CL+CP)로 했다. 측정된 용량값이 J4 그대로일 때는 양품, J4 미만일 때는 F4로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 용량값이 (CM+CL+CP)이고, F4의 일례는 측정된 용량값이 (CM+CL)이다.
이와 같이, 소정의 전기 신호에 교류 전압 신호를 사용하고, F1으로부터 F4의 각각에 대응하여 제 1 기준값(J1)으로부터 제 4 기준값(J4)을 판단 기준으로 함으로써, 제 1 본드점에서의 불착(F1), 루프 형성 처리에서의 도중 절단(F2), 제 2 본드점에서의 불착(F3), 와이어 절단 처리 전의 도중 절단(F4)을 구별할 수 있다.
도 12는 소정의 전기 신호로서 직류 전압 신호를 사용하고, 그 연속적 응답으로서 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 간의 전압값을 측정하는 경우에, F1으로부터 F4를 구별할 수 있는 것을 나타내는 도면이다. 도 12는, 도 11에 대응하는 도면이며, (a)부터 (f)의 6개의 타임 차트로 구성된다. 도 11과 마찬가지로, 이들 모두에서, 가로축은 시간이다. 또한 (a)의 세로축은 캐필러리의 높이 위치이며, (b)로부터 (f)의 세로축은 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이의 전압값이다.
도 12(a)는 도 11(a)와 마찬가지로, 도 3의 최상단의 도면에 대응한다. 가로축의 시간 t3, t4, t12, t13, t14도, 도 11과 마찬가지로, 도 3에서 설명한 내용과 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 12(b)는 제 1 본딩 처리 전부터 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 대하여, 모든 처리가 문제없이 행해진 양품에 대한 측정된 전압값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 12(b)에서, 시간 t3까지는 와이어(30)는 회로 기판(8)에 접촉하고 있지 않으므로, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이에 전기적 단락이 없어, 측정되는 전압값은 소정 전압값(V0)이 된다.
시간 t3에서 와이어(30)가 회로 기판(8)에 접촉하면, 회로 기판(8)을 통하여 본딩 스테이지(14)와 와이어(30) 사이에 전기적 단락이 발생한다. 이것에 의해, 측정되는 전압값은 V=0(V)이 된다.
시간 t12에서 와이어(30)가 반도체칩(6)에 접촉하면, 반도체칩(6)과 회로 기판(8)을 통하여 본딩 스테이지(14)와 와이어(30) 사이는 전기적 단락 상태인 채이며, 측정되는 전압값은 V=0(V) 그대로이다. 시간 t14에서 와이어(30)가 절단 처리에 의해 절단되어, 도 10에서 도시되는 상태가 되면, 와이어(30)는 회로 기판(8) 상의 반도체칩(6)으로부터 이간되어 접촉해 있지 않으므로, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 간에 전기적 단락이 없는 상태가 되어, 측정된 전압값은 다시 소정 전압값(V0)이 된다.
이와 같이, 소정의 전기 신호로서 직류 전압 신호를 사용할 때는, 양품의 경우, 시간 t3부터 t14 동안의 전압값은 V=0(V)이 된다.
도 12(c)는 제 1 본드점에서 불착(F1)이 발생했을 때의 전압값의 시간변화를 나타내는 타임 차트이다. 불착(F1)은 제 1 본딩 처리의 기간인 시간 t3과 시간 t4 사이에서 발생한다. 불착(F1)이 발생하면, 와이어(30)는 회로 기판(8)에 확실하게 접속되어 있지 않으므로, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이에 전기적 단락이 없다. 따라서, 전압값은 양품일 때의 시간 t3에서의 전압값인 소정 전압값(V0) 그대로가 된다.
양품과 불착(F1)을 구별하기 위해서는, t3 이전에 안정하게 측정된 전압값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t3 이전의 전압값인 소정 전압값(V0)을 기준으로 하여, 이것에 미리 정한 측정 여유도를 더한 값을 제 1 기준값(J1)으로 하고, 이 제 1 기준값(J1)을 양품과 F1의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 12(c)에서는 J1=V0으로 했다. 측정된 전압값이 J1 미만일 때는 양품, J1 그대로일 때는 F1으로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 전압값이 V=0(V)이고, F1의 일례는 측정된 전압값이 V0 그대로이다.
도 12(d)는 제 1 본드점에서의 처리가 정상이며, 시간 t3에서, 측정된 전압값이 V=0(V)로 되었지만, 루프 형성 처리에서, 와이어(30)의 도중 절단(F2)이 발생했을 때의 전압값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다. 도중 절단(F2)은 시간 t4와 시간 t12 사이에서 발생한다. 도중 절단(F2)이 발생하면, 와이어(30)는 회로 기판(8)으로부터 이간되므로, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 간의 전기적 단락이 없는 상태가 되어, 측정된 전압값은 양품일 때의 시간 t4에서의 전압값인 V=0(V)보다도 큰 값이 된다.
양품과 도중 절단(F2)을 구별하기 위해서는, t4 이후에 안정하게 측정된 전압값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t4에서의 전압값 V=0(V)을 기준으로 하고, 이 V=0(V)에 미리 정한 측정 여유도를 더한 값을 제 2 기준값(J2)으로 하고, 이 제 2 기준값(J2)을 양품과 F2의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 12(d)에서는 J2=0(V)으로 했다. 측정된 전압값이 J2 그대로일 때는 양품, J2를 초과하는 것일 때는 F2로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 전압값이 V=0(V)이고, F2의 일례는 측정된 전압값이 V0이다.
도 12(e)는 루프 형성 처리가 정상이었지만, 제 2 본드점에서 불착(F3)이 발생했을 때의 전압값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다. 불착(F3)은 시간 t12와 시간 t13 사이에서 발생한다. 불착(F3)이 발생하면, 와이어(30)는 반도체칩(6)에 확실하게 접속되어 있지 않으므로, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이에 전기적 단락이 없다. 따라서, 전압값은 소정 전압값(V0)이 된다.
양품과 불착(F3)을 구별하기 위해서는, t4 이후에 안정하게 측정된 전압값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t4에서의 전압값 V=V(V)를 기준으로 하고, 이 V=0(V)에 미리 정한 측정 여유도를 더한 값을 제 3 기준값(J3)으로 하고, 이 제 3 기준값(J3)을 양품과 F3의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 12(e)에서는 J3=J2=0(V)으로 했다. 측정된 전압값이 J3 그대로이면 양품, J3을 초과할 때는 F3으로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 전압값이 V=0(V)이고, F3의 일례는 측정된 전압값이 V0이다.
도 12(f)는, 제 2 본드점에서의 처리가 정상이며, 시간 t12에서, 측정된 전압값은 V=0(V) 그대로이지만, 그 후의 와이어 절단 처리 전에, 와이어(30)의 도중 절단(F4)이 발생했을 때의 전압값의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다. 도중 절단(F4)은 시간 t13과 시간 t14의 사이에서 발생한다. 도중 절단(F4)이 발생하면, 와이어(30)는 반도체칩(6)으로부터 이간되므로, 와이어(30)와 본딩 스테이지(14) 사이에 전기적 단락이 없는 상태가 된다. 측정된 전압값은 양품일 때의 시간 t13에서의 전압값 V=0(V)보다도 큰 값이 된다.
양품과 도중 절단(F4)을 구별하기 위해서는, t13 이전에 안정하게 측정된 전압값을 기준으로 할 수 있다. 예를 들면, t13에서의 전압값 V=0(V)을 기준으로 하고, 이 V=0(V)에 미리 정한 측정 여유도를 감산한 값을 제 4 기준값(J4)으로 하고, 이 제 4 기준값(J4)을 양품과 F4의 구별의 판단 임계값으로서 사용한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도 12(f)에서는 J4=J3=J2=0(V)로 했다. 측정된 전압값이 J4 그대로일 때는 양품, J4를 초과할 때는 F4로 판단한다. 양품의 일례는 측정된 전압값이 V=0(V)이고, F4의 일례는 측정된 전압값이 V0이다.
이와 같이, 소정의 전기 신호에 직류 전압 신호를 사용하고, F1로부터 F4의 각각에 대응하여 제 1 기준값(J1)으로부터 제 4 기준값(J4)을 판단 기준으로 함으로써, 제 1 본드점에서의 불착(F1), 루프 형성 처리에서의 도중 절단(F2), 제 2 본드점에서의 불착(F3), 와이어 절단 처리 전의 도중 절단(F4)을 구별할 수 있다. 특히, J2=J3=J4=0(V)로 할 수 있어, 측정 판단이 용이하게 된다.
상기에서는, 제 1 본드점 및 제 2 본드점에서의 와이어 본딩은 캐필러리를 사용한 웨지 본딩 방식으로서 설명했지만, 이것을 볼 본딩 방식으로 행하는 것으로 해도 된다.
본 발명은 이상에서 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 내지 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명은 캐필러리를 사용하여 와이어 본딩을 행하는 장치 및 방법에 이용할 수 있다.
6 반도체칩 8 회로 기판
10 와이어 본딩 장치 12 가대
14 본딩 스테이지 16 XY 스테이지
18 본딩 헤드 20 Z 모터
22 Z 구동암 24 초음파 트랜스듀서
26 초음파 진동자 28 캐필러리
30, 31 와이어 32 와이어 클램퍼
33 와이어 스풀 34 클램퍼 개폐부
36 불착 판정 회로 50 윈도우 클램퍼
60 컴퓨터 62 XY 스테이지 I/F
64 Z 모터 I/F 66 초음파 진동자 I/F
68 클램퍼 개폐 I/F 70 불착 판정 회로 I/F
80 제어부 82 메모리
84 제 1 본딩 프로그램 86 루프 형성 프로그램
88 제 2 본딩 프로그램 90 불착 연속 감시 프로그램
92 절단 판정 처리 프로그램 94 이상 출력 처리 프로그램
96 제어 프로그램 98 제어 데이터
100 제 1 본드점 102 제 2 본드점
104 절단 상태 105 선단부
106 인가 전원 108 측정부

Claims (14)

  1. 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리부와,
    상기 제 1 본딩 처리 후, 미리 정해진 연속 감시 기간 동안, 캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와 상기 본딩 대상물 사이에 미리 정해진 전기 신호를 연속적으로 인가하고, 그 연속적 응답에 기초하여 상기 와이어와 상기 본딩 대상물 간의 접속이 변화되는지 아닌지를 감시하여 판단하는 불착 감시부를 구비하고,
    상기 미리 정해진 연속적 감시 기간은,
    상기 제 1 본딩 처리 후, 상기 제 1 본드점으로부터 상기 와이어 본딩의 제 2 본드점까지 상기 와이어를 연장시키는 기간이며,
    상기 불착 감시부는,
    상기 캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와 상기 본딩 대상물 사이에 미리 정해진 전기 신호를 인가하여 상기 캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와 상기 본딩 대상물 사이의 용량값을 취득하고, 상기 제 1 본딩 처리 후에 상기 용량값이 저하되었을 때에 상기 본딩 대상물로부터 상기 와이어가 절단되었다고 판단하고, 그 후 상기 제 2 본드점에 이르기까지 상기 용량값이 회복될 때는, 상기 절단된 상기 와이어가 상기 본딩 대상물에 늘어져서 접촉되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 전기 신호는 교류 전기 신호, 직류 펄스 신호 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 불착 감시부는
    상기 취득한 상기 용량값을 시간에 대하여 미분한 미분값에 기초하여, 상기 용량값에 대한 저하와 회복을 판단하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 본드점 및 상기 제 2 본드점에서의 상기 와이어 본딩은 웨지 본딩 방식으로 행해지는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  7. 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리 공정과,
    상기 제 1 본딩 처리 후, 상기 제 1 본드점으로부터 상기 와이어 본딩의 제 2 본드점까지 상기 와이어를 연장시키는 기간 동안, 캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와 본딩 대상물 사이에 미리 정해진 전기 신호를 연속적으로 인가하여 상기 캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와 상기 본딩 대상물 사이의 용량값의 변화를 취득하는 연속 감시 공정과,
    상기 제 1 본딩 처리 후에 상기 용량값이 저하되었을 때에 상기 와이어가 도중 절단되었다고 판단하고, 그 후 상기 제 2 본드점에 이르기까지 상기 용량값이 회복될 때는, 상기 도중 절단된 상기 와이어가 상기 본딩 대상물에 늘어져서 접촉되었다고 판단하는 도중 절단 판단 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 전기 신호는 교류 전기 신호, 직류 펄스 신호 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  9. 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 제 1 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리부와,
    상기 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점으로 상기 와이어를 연장시켜 미리 정해진 루프를 형성하면서 이동하는 루프 형성 처리부와,
    상기 제 2 본드점에서, 제 2 본딩 대상물과 상기 와이어 사이를 접합하는 제 2 본딩 처리부와,
    캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와, 상기 제 1 본딩 대상물과 상기 제 2 본딩 대상물을 유지하는 본딩 스테이지와의 사이에, 상기 제 1 본딩 처리 전부터 상기 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐 동일한 미리 정해진 전기 신호를 연속적으로 인가하고, 그 연속적 응답에 기초하여 상기 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하여 판단하는 불착 감시부
    를 구비하고,
    상기 불착 감시부는,
    상기 와이어와 상기 본딩 스테이지 사이의 용량값의 변화, 또는 전기적 단락의 유무의 변화에 기초하여, 상기 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하고 판단하는 것이며,
    상기 제 1 본딩 처리 전의 기간에 있어서의 상기 연속적 응답의 안정값을 제 1 기준값으로 하고, 상기 제 1 본드점에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 1 기준값인 채일 때는 상기 와이어와 상기 제 1 본딩 대상물 사이의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 제 1 본드점에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 1 기준값과 상이할 때는 상기 와이어와 상기 제 1 본딩 대상물 사이의 접속 상태를 양호로 간주하고,
    상기 제 1 본딩 처리 완료시에 있어서의 상기 연속적 응답의 안정값을 제 2 기준값으로 하고, 상기 루프 형성 처리 기간에 있어서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 2 기준값과 상이할 때는 상기 와이어의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 루프 형성 처리 기간에 있어서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 2 기준값과 동일할 때는 와이어의 접속 상태를 양호로 간주하고,
    상기 루프 형성 처리 기간에 있어서의 연속적 응답의 안정값을 제 3 기준값으로 하고, 상기 제 2 본드점에서의 연속적 응답의 값이 상기 제 3 기준값과 동일할 때는 상기 와이어와 상기 제 2 본딩 대상 사이의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 제 2 본드점에서의 연속적 응답의 값이 상기 제 3 기준값과 상이할 때는 상기 와이어와 상기 제 2 본딩 대상 사이의 접속 상태를 양호로 간주하고,
    상기 제 2 본딩 처리 완료시에 있어서의 상기 연속적 응답의 안정값을 제 4 기준값으로 하고, 상기 제 2 본드점으로부터 와이어의 절단 처리 완료까지의 기간에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 4 기준값과 상이할 때는 상기 와이어의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 제 2 본드점으로부터 와이어의 절단 처리 완료까지의 기간에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 4 기준값과 동일할 때는 상기 와이어의 접속 상태를 양호한 것으로 간주하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 불착 감시부는
    상기 본딩 스테이지의 전위를 접지 전압값으로 하여 상기 접지 전압값보다도 미리 정해진 전압값만큼 상이한 전압을 갖는 직류 전압 신호를 상기 미리 정해진 전기 신호로서 상기 와이어에 인가하고, 상기 제 1 기준값을 상기 미리 정해진 전압값으로 하고, 상기 제 2 기준값으로부터 상기 제 4 기준값을 상기 접지 전압값으로 하여, 상기 와이어의 상기 접속 상태의 변화의 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 본드점 및 상기 제 2 본드점에서의 와이어 본딩은 웨지 본딩 방식 또는 볼 본딩 방식으로 행해지는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  14. 와이어 본딩의 제 1 본드점에서, 제 1 본딩 대상물과 와이어 사이를 접합하는 제 1 본딩 처리 공정과,
    상기 제 1 본드점으로부터 제 2 본드점으로 상기 와이어를 연장하여 미리 정해진 루프를 형성하면서 이동하는 루프 형성 처리 공정과,
    상기 제 2 본드점에서, 제 2 본딩 대상물과 상기 와이어 사이를 접합하는 제 2 본딩 처리 공정과,
    캐필러리에 유지되어 있는 상기 와이어와, 상기 제 1 본딩 대상물과 상기 제 2 본딩 대상물을 유지하는 본딩 스테이지 사이에, 상기 제 1 본딩 처리의 전부터 상기 제 2 본딩 후까지의 전체 기간에 걸쳐 동일한 미리 정해진 전기 신호를 연속적으로 인가하고, 그 연속적 응답에 기초하여 상기 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하여 판단하는 불착 감시 공정
    을 갖고,
    불착 감시 공정은
    상기 와이어와 상기 본딩 스테이지 사이의 용량값의 변화, 또는 전기적 단락의 유무의 변화에 기초하여, 와이어의 접속 상태의 변화의 유무를 감시하여 판단하는 공정으로,
    상기 제 1 본딩 처리 전의 기간에 있어서의 상기 연속적 응답의 안정값을 제 1 기준값으로 하고, 상기 제 1 본드점에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 1 기준값인 채일 때는 상기 와이어와 상기 제 1 본딩 대상물 사이의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 제 1 본드점에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 1 기준값과 상이할 때는 상기 와이어와 상기 제 1 본딩 대상물 사이의 접속 상태를 양호로 간주하고,
    상기 제 1 본딩 처리 완료시에 있어서의 상기 연속적 응답의 안정값을 제 2 기준값으로 하고, 상기 루프 형성 처리 기간에 있어서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 2 기준값과 상이할 때는 상기 와이어의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 루프 형성 처리 기간에 있어서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 2 기준값과 동일할 때는 와이어의 접속 상태를 양호로 간주하고,
    상기 루프 형성 처리 기간에 있어서의 연속적 응답의 안정값을 제 3 기준값으로 하고, 상기 제 2 본드점에서의 연속적 응답의 값이 상기 제 3 기준값과 동일할 때는 상기 와이어와 상기 제 2 본딩 대상 사이의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 제 2 본드점에서의 연속적 응답의 값이 상기 제 3 기준값과 상이할 때는 상기 와이어와 상기 제 2 본딩 대상 사이의 접속 상태를 양호로 간주하고,
    상기 제 2 본딩 처리 완료시에 있어서의 상기 연속적 응답의 안정값을 제 4 기준값으로 하고, 상기 제 2 본드점으로부터 와이어의 절단 처리 완료까지의 기간에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 4 기준값과 상이할 때는 상기 와이어의 접속 상태를 불량으로 간주하고, 상기 제 2 본드점으로부터 와이어의 절단 처리 완료까지의 기간에서의 상기 연속적 응답의 값이 상기 제 4 기준값과 동일할 때는 상기 와이어의 접속 상태를 양호한 것으로 간주하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
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