KR20060074825A - 본딩 장치 - Google Patents

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wire
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capacitance
bonding
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도시미치 미야하라
유 도
요 가와모토
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

본딩 장치에 있어서, 접합 머신부의 용량성분을 정밀도 좋게 보상하고, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 정밀도 좋게 측정하는 것이다.
와이어 본딩 장치(10)는, 대상 디바이스(4)에 와이어를 접합하기 위한 기구부분인 접합 머신부(20)와, 대상 디바이스(4)와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하는 측정부(50)와, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(40)를 포함하여 구성된다. 측정부(50)의 AC-C측정회로(60)는, AC전원(62), 본딩 전의 접합 머신부(20)의 용량성분과 대략 등가인 용량을 만들어 내는 등가용량회로(64)와, 본딩 후의 접합 머신부(20)의 용량과 등가용량회로(64)의 용량과의 차분을 취하는 차동회로(68), 증폭회로(70), 정류회로(72), A/D변환회로(74), 및 접속상태를 판정하는 판정부(80), 출력부(90)를 포함하여 구성된다.
와이어 본딩 장치, 대상 디바이스, 접합 머신부, 측정부, 제어부, 등가용량회로, 차동회로, 증폭회로, 정류회로

Description

본딩 장치{BONDING APPARATUS}
도 1은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 와이어 본딩 장치의 구성도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 토치 전환회로의 구체적 구성을 도시한 회로도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 DC-R측정회로의 구체적 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 등가용량회로 및 차동회로, 증폭회로 주변의 구체적 구성을 도시한 회로도이다.
도 5는, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 차동회로, 증폭회로, 정류회로의 각각에 있어서의 신호파형의 변화의 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 2개의 임계값의 설정과, 제2 임계값의 갱신의 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 동종의 복수의 대상 디바이스에 되풀이하여 본딩을 행할 때의 임계값설정의 예를 도시한 도면이다.
도 8은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 동종의 복수의 대상 디바이스에 되풀이하여 본딩을 행할 때의 임계값설정의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9는, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 착상태인가 불착상태인가에 의해 용량이 어떻게 다른지를 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 10은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서, 테일의 길이가 적당인가 부적당인가에 의해 용량이 어떻게 다른지를 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 11은, 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 접속상태의 판정을 행하는 모습을, 와이어 본딩의 작업수순에 따라서 설명하는 도면이다.
[부호의 설명]
4 대상 디바이스, 6 유리 에폭시 회로기판,
8 칩, 9 본딩 리드,
10 와이어 본딩 장치, 20 접합 머신부,
22 스테이지, 24 와이어,
25 테일, 26 스풀,
28 와이어 클램퍼, 30 캐필러리,
32, 33 커넥터, 40 제어부,
42 초음파장치, 44 토치 전원,
46 토치, 50 측정부,
52 머신I/F, 54 토치전환회로,
56 측정전환회로, 58 DC-R측정회로,
60 AC-C측정회로, 62 AC전원,
64 등가용량회로, 65 복수용량·복수 스위치 부분,
66 스위치 전환회로, 68 차동회로,
70 증폭회로, 72 정류회로,
74 A/D변환회로, 76 용량,
78 스위치, 80 판정부,
82 샘플링·평균화 처리, 84 임계값설정·갱신처리,
90 출력부, 100, 120 오프셋,
102, 108, 109, 122, 126 임계값,
104, 105, 106, 107, 110, 124 측정점.
본 발명은 본딩 장치에 관한 것으로, 특히, 대상 디바이스를 유지하고 접지에 접속되는 스테이지와, 대상 디바이스에 와이어를 접합하는 접합 머신부와, 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하는 측정부를 포함하는 본딩 장치에 관한 것이다.
전자부품의 조립공정에 이용되는 와이어 본딩 장치로는, 예를 들면 본딩 스테이지에 유지된 반도체칩의 본딩 패드에, 가는 금선 등의 와이어가 캐필러리에 의해 운반되어 본딩된다. 본딩된 와이어는 연장되어, 회로기판 등의 본딩 리드에 있어서 또 본딩이 행하여지고, 이것에 의해 반도체칩의 본딩 패드와 회로기판의 본딩 리드와의 사이의 접속이 행하여진다. 와이어와, 본딩 패드 혹은 본딩 리드와의 사 이의 본딩이 잘 되지 않으면, 소위 불착이라고 불리는 접속불량이 일어난다.
와이어 본딩에 있어서, 통상 본딩 스테이지는 금속이며, 그 위에 피 본딩 대상물이 유지된다. 예를 들면, 피 본딩 대상물이 트랜지스터나 다이오드를 포함하는 반도체칩인 경우에는, 와이어는 반도체칩의 전극에 접속되고, 그 전극과 반도체칩의 이면과의 사이는 반도체칩의 특성에 따른 저항성분을 갖는다. 따라서, 불착을 검출하기 위해서, 와이어로부터 반도체칩에 대하여 적당한 직류전류를 입력하고, 흐르는 전류값을 측정해서 전기적으로 접속불량을 판정하는 것이 행하여진다.
또, 특허문헌1에는, 캐필러리를 유지하는 본딩 암측으로부터 본딩 스테이지에 이르는 전기경로를, 교류신호 발생기로부터의 교류신호를 받는 교류 브릿지 회로의 1변에 포함하도록 구성하고, 교류 브릿지 회로의 평형 또는 불평형을 검출함으로써 와이어와 피 본딩 부품과의 사이의 불착을 검출하는 것이 개시된다. 이 방법에 의하면, 용량성분의 피 본딩 부품에 대해서도 불착을 검출할 수 있다. 여기에서 교류 브릿지 회로는, 고정용량과 가변저항과 고정저항을 3변의 요소로 하고, 남은 1변을 본딩 암측과 본딩 스테이지와의 사이의 임피던스로 하고 있다. 그리고, 와이어와 피 본딩 부품과의 사이를 접속하지 않은 상태에서 가변저항을 조정하고, 교류 브릿지의 초기평형을 잡는 것이 설명되어 있다.
[특허문헌1]일본국 특개평9-213752호 공보
와이어 본딩의 대상으로서, 본딩 스테이지와의 사이에 전기적 도통이 없는 것은 꽤 있다. 예를 들면, 칩을 다이 본딩에 의해 탑재한 유리 에폭시 회로기판 은, 기판 자체가 절연체이다. 따라서, 그 위의 칩은, 절연체를 끼고 본딩 스테이지에 의해 유지되어 있는 것이 된다. 또, BGA(Ball Grid Array)의 기판도 유리 에폭시나 세라믹을 재료로 한다. 이러한 경우, 예를 들어 칩의 이면과 본딩 패드와의 사이가 용량성분을 포함하지 않는다고 해도, 본딩 암측으로부터 본딩 스테이지에 이르는 전기경로는, 직류적으로 도통이 없다.
이러한 경우는, 특허문헌1에 설명된 바와 같이, 교류신호를 이용하여 측정을 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 방식에 있어서 교류신호로 측정하는 것은, 대상 디바이스에 와이어를 접합하는 기구, 이것을 접합 머신부라고 부르기로 하면, 접합 머신부의 용량성분과, 절연기판과 대상 디바이스를 포함한 디바이스측 용량을 맞춘 것이다. 따라서, 접합 머신부의 용량성분이 크면, 와이어의 착/불착에 의한 변화분이 파묻혀 버려, 검출이 곤란하게 된다.
특허문헌1에서는, 접합 머신부의 용량성분인, 본딩 장치의 본딩 암측으로부터 본딩 스테이지에 이르는 전기경로의 용량성분을, 가변저항의 조정으로 보상하려고 하고 있다. 물론, 이 방법으로도 원리적으로 교류 브릿지의 평형을 잡는 것은 가능하지만, 현실적으로는 본딩 장치의 본딩 암측으로부터 본딩 스테이지에 이르는 전기경로의 용량성분을 보상하고 있는 것은 아니므로, 용량성분의 미소변화에 의해 부착을 검출하는 것이 곤란한 점이 있다.
본 발명의 목적은, 접합 머신부의 용량성분을 정밀도 좋게 보상하고, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 정밀도 좋게 측정하는 것이 가능한 본딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 본딩 장치는, 대상 디바이스를 유지하고 접지에 접속되는 스테이지와, 대상 디바이스에 와이어를 접합하는 접합 머신부와, 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하는 측정부를 포함하는 본딩 장치에 있어서, 측정부는, 스테이지와의 사이에 도통을 갖지 않는 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하기 위해서 접합 머신부의 용량성분을 보상하는 등가회로로서, 대상 디바이스에 와이어가 접촉하고 있지 않을 때의 접합 머신부와 스테이지와의 사이의 머신 용량성분과 대략 등가의 용량을 갖는 등가용량회로와, 등가용량회로와, 접합 머신부에 각각 교류신호를 공급하는 교류신호원과, 대상 디바이스에 와이어를 접합했을 때의 접합 머신부의 임피던스와, 등가용량회로의 임피던스를 비교하는 용량비교회로와, 용량비교회로의 출력에 의거하여, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 등가용량회로는, 복수의 용량소자와, 복수의 용량소자를 서로 접속하고, 접속의 방법에 따라 서로 다른 복수의 용량값을 생성하는 복수의 스위치 소자와, 각 스위치 소자의 온·오프를 제어하고, 머신 용량성분의 대략 등가의 용량값을 생성하는 스위치 전환회로를 구비하는 것이 바람직하다.
또, 스위치 전환회로는, 와이어가 대상 디바이스에 접촉하고 있지 않을 때의 용량비교회로의 출력이 최소가 되도록 각 스위치 소자를 전환하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치에 있어서, 각 용량소자는 각각, 머신 용량성 분의 값의 2%이상 50%이하의 용량값을 갖고, 각 스위치 소자는 각각, 최소의 용량소자에 있어서의 용량값의 2%이상 50%이하의 용량값을 갖는 것이 바람직하다.
또, 판정부는, 용량비교회로의 출력을 임의의 샘플링 기간에서 평균화해서 출력하는 평균화 처리수단을 갖는 것이 바람직하다.
또, 판정부는, 평균화 출력에 대하여 임의로 설정한 임계값을 기준으로 하여 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접촉상태를 판정하는 판정 처리수단을 갖는 것이 바람직하다.
또, 판정 처리수단은, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접합작업의 반복에 따라, 임계값을 갱신하는 것이 바람직하다. 또, 판정 처리수단은, 대상 디바이스의 종류에 따라 다른 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치에 있어서, 등가회로는, 복수의 용량소자와, 복수의 용량소자를 서로 접속하고, 접속의 방법에 따라 서로 다른 복수의 용량값을 생성하는 복수의 스위치 소자와, 각 스위치 소자의 온·오프를 제어하고, 머신 용량성분의 대략 등가의 용량값을 생성하는 회로로서, 와이어가 대상 디바이스에 접촉하고 있지 않을 때의 용량비교회로의 출력이 최소가 되도록 각 스위치 소자를 전환하는 스위치 전환회로를 갖고, 판정 처리수단은, 스위치 전환회로에 의해 최소로 한 용량비교회로의 출력에 대응하는 값을 임계값으로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 판정 처리수단은, 대상 디바이스의 착불착의 검출이 가능한지 아닌지를 판정하는 것이 바람직하다. 또, 판정 처리수단은, 와이어와, 대상 디바이스와의 사이의 착불착을 판정하는 것이 바람직하다. 또, 판정 처리수단은, 와이어의 테일 길이의 적당여부를 판정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치에 있어서, 측정부는, 또한, 스테이지와의 사이에 도통을 갖는 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하기 위해서 접합 머신부에 직류신호를 공급하는 직류신호원과, 대상 디바이스에 와이어를 접합했을 때의 접합 머신부의 저항성분을 측정하는 저항성분 측정회로를 구비하고, 전위 측정회로의 출력에 의거하여, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 판정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치에 있어서, 측정부는, 용량비교회로에 의한 접속상태 측정과, 저항성분 측정회로에 의한 접속상태 측정을 전환하는 측정 전환회로를 구비하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치에 있어서, 접합 머신부는, 와이어의 선단을 둥글게 하는 토치를 갖고, 머신 용량성분에는, 토치의 용량성분을 포함하고, 또한, 토치와의 접속처를, 측정부 또는 토치에 접속되는 고압전원으로 전환하는 토치전환회로를 구비하는 것이 바람직하다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하에 도면을 이용하여, 본 발명에 관한 실시형태에 대해, 상세하게 설명한다. 이하에서는, 본딩 장치로서, 본딩 리드가 배선된 유리 에폭시 회로기판에 칩이 탑재되고, 금와이어를 이용하여 칩의 본딩 패드에 퍼스트 본딩을 행하고, 본딩 리드에 세컨드 본딩을 행하여, 칩과 회로기판과의 사이를 상호 접속하는 와이어 본딩 장치를 설명한다. 이 밖에, 퍼스트 본드만 행하는, 소위 범프 형성 본딩 장치 라도 좋다.
또, 본딩 대상은, 칩이 탑재된 유리 에폭시 회로기판으로 한정되지 않고, 스테이지와 전기적 도통을 갖지 않는 대상 디바이스라면 된다. 예를 들면, 세라믹 기판의 위에 칩이 탑재되고, 세라믹 기판 상의 본딩 리드와 칩의 본딩 패드에 와이어가 본딩되는 것이라도 좋다. 또, 스테이지와 도통을 갖지 않는 대상 디바이스는, 절연기판과 칩의 조합 이외의 것이라도 좋고, 예를 들면, 절연기판과 전자부품의 조합, 절연기판과 그 위의 단순한 배선 패턴의 조합 등이라도 좋다. 또, 와이어는 금선 이외의 것이라도 좋고, 예를 들면 와이어 본딩용의 알루미늄선, 동선 등이라도 좋다. 이들의 경우, 퍼스트 본딩 시에 와이어의 선단을 둥글게 하는 것의 필요가 없으면, 토치의 설비부분을 생략해도 좋다.
도 1은, 와이어 본딩 장치(10)의 구성도이다. 여기에서는, 와이어 본딩 장치(10)의 구성요소는 아니지만, 본딩의 대상인 대상 디바이스(4)로서, 유리 에폭시 회로기판(6)과 그 위에 탑재된 칩(8)이 도시되어 있다. 유리 에폭시 회로기판(6)에는 본딩 리드가 설치되고, 칩(8)에는 본딩 패드가 설치된다. 칩(8)은, 예를 들면 반도체 LSI이다. 와이어 본딩 장치(10)는, 대상 디바이스(4)에 와이어를 접합하기 위한 기구부분인 접합 머신부(20)와, 대상 디바이스(4)와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하는 측정부(50)와, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(40)와, 그 이외의 요소인 초음파장치(42), 토치 전원(44), 토치(46)를 포함해서 구성된다.
초음파장치(42)는, 본딩을 위한 초음파 에너지의 발생 장치이며, 그 초음파 에너지는, 본딩 작업 시에, 도시되어 있지 않은 본딩 암을 통해, 캐필러리(30)에 전달된다.
토치 전원(44), 및 토치(46)는, 퍼스트 본딩의 직전에 와이어(24)의 선단을 용융해서 볼 형상으로 형성하는 기능을 갖고, 구체적으로는, 고압전원인 토치 전원(44)의 일방 극성측이 토치(46)에, 타방 극성측이 와이어(24)에 접속되고, 토치(46)와 와이어(24)의 선단을 적당한 공간거리만큼 떼어 놓고, 그 사이에 고압을 인가하여, 방전 등에 의해 와이어(24)의 선단을 용융시켜서 볼 형상의 형상을 형성한다. 이 볼 형상 형상의 와이어 선단이, 퍼스트 본딩 때, 대상 디바이스(4)에 꽉 눌러지고, 초음파 에너지가 공급되어 본딩이 행해지게 된다.
토치 전원(44)의 타방 극성측은, 직접 와이어(24)에 접속되지 않고, 일단 커넥터(33)를 통해, 측정부(50)에 접속되고, 후술의 토치 전환회로(54)의 제어 하에서, 측정이 행하여지지 않을 때에 한하여, 와이어(24)와 접속된다. 이렇게 함으로써, 고압신호가 측정부(50)의 측정회로에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
접합 머신부(20)는, 대상 디바이스(4)를 유지하는 스테이지(22)와, 와이어(24)가 둘러 감겨 있는 스풀(26)과, 와이어(24)를 끼우고 혹은 개방해서 그 이동을 제어하는 와이어 클램퍼(28)와, 와이어(24)를 삽입 통과하고, 초음파장치(42)로부터 와이어 본딩을 위한 초음파 에너지의 공급을 받는 캐필러리(30)를 포함해서 구성된다. 스테이지(22)는 금속으로 구성되고, 접지에 접속된다. 스테이지(22)는 또, 와이어 본딩을 위해 대상 디바이스(4)를 가열하는 히터를 내장해도 좋다. 스풀(26), 와이어 클램퍼(28), 토치(46)는, 측정부(50)와의 인터페이스인 커넥터(33)에 적당한 도체선으로 접속된다.
이러한 구성에 있어서, 커넥터(32)의 각 단자는, 스풀(26), 와이어 클램퍼(28) 등의, 대상 디바이스(4)에 와이어 본딩하기 위한 기구에 대해서, 접지 전위인 스테이지(22)를 기준으로 한 임피던스를 측정할 때의 단자가 된다. 따라서, 커넥터(32)에, 임피던스를 측정할 수 있는 측정기를 접속하고, 와이어(24)를 대상 디바이스(4)에 접속하기 전과 후에서 그 변화를 측정함으로써, 접속상태의 판정을 행할 수 있다. 상기의 요소 이외에, 대상 디바이스(4)와 와이어(24)의 접속에 관하여, 임피던스 성분이 되는 것이 있을 때는, 그들을 또한 커넥터(32)에 접속할 수 있다. 예를 들면, 캐필러리(30)를 커넥터(32)에 접속할 수도 있다.
측정부(50)는, 접합 머신부(20)의 임피던스를 측정하는 회로이며, 특히, 와이어 본딩 전후의 용량의 변화를 측정하여, 접속상태의 판정을 행하는 기능을 갖는다. 그 때문에, 접합 머신부(20)의 원래 고유로 갖고 있는 머신 용량을 보상하는 기능을 갖는다. 또, 부가기능으로서, 와이어 본딩 전후의 저항의 변화에 의한 접속상태의 판정을 행하는 것이 편리할 때에는 그것으로 전환하는 기능, 토치(46)에 공급되는 토치 전원(44)의 고압으로부터 측정회로를 보호하는 기능 등을 갖는다.
측정부(50)는, 접합 머신부(20) 및 토치 전원(44)과의 인터페이스 회로이며, 커넥터(32, 33)를 포함하고, 적당한 보호회로 등으로 구성할 수 있는 머신I/F(52)와, 머신I/F(52)의 접속처를, 토치 전원(44) 또는 측정전환회로(56)로 전환하는 토치 전환회로(54)와, 측정전환회로(56)측으로 전환했을 때에, 그 앞의 접속처를 DC-R측정회로(58) 또는 AC-C측정회로(60)로 전환하는 측정전환회로(56)와, DC-R측정회로(58), AC-C측정회로(60)를 포함해서 구성된다.
토치 전환회로(54)는, 토치 전원(44)으로부터의 고압신호가 측정회로에 돌아 들어가지 않도록, 토치 작업을 행할 때는, 커넥터(33)의 토치 전원(44)용 단자를 측정회로측으로부터 차단하는 기능을 갖는 스위치회로이다.
도 2는, 토치전환회로(54)의 구체적 구성을 도시한 회로도이다. 스위치 소자로서는, 고압의 돌아 들어가기를 막기 위해서, 빛에 의해 MOS트랜지스터를 온·오프시킬 수 있는 소자를 이용하고 있다. 물론, 다른 적당한 스위칭소자를 이용할 수 있다. 도 2의 구성에 있어서는, 측정을 행하고 있지 않을 때를 노멀리로 하여, 2개의 스위치 소자가, 노멀리·온과, 노멀리·오프로 설정되어 있다. 이 2개의 스위치 소자에, 토치 전원(44)용 단자, 스풀(26)용 단자 및 와이어 클램퍼용 단자, 측정전환회로(56)측 단자를 적절하게 접속함으로써, 노멀리의 비측정 시에, 토치 전원(44)용 단자와, 스풀(26)용 단자 및 와이어 클램퍼용 단자와의 사이를 접속하고, 측정 시에는 이들 사이의 접속을 차단하고, 스풀(26)용 단자 및 와이어 클램퍼(28)용 단자 즉 커넥터(32)의 각 단자를, 측정전환회로(56)측 단자에 접속할 수 있다.
측정전환회로(56)는, 상기한 바와 같이, 와이어 본딩 전후의 저항의 변화에 의한 접속상태의 판정을 행하는 것이 편리할 때에는 그것으로 전환하는 기능을 갖는 회로이다. 구체적으로는, 토치 전환회로(54)에 의해, 측정 시에 있어서는, 커넥터(32)의 각 단자가 측정전환회로(56)의 입력측에 접속되고, 이것을, 대상 디바이스(4)의 특성에 의해, 제어부(40)의 지시 혹은 유저의 지정을 경유한 제어부(40)의 지시에 따라서, DC-R측정회로(58) 또는 AC-C측정회로(60)에 출력한다. 출력 전 환에는, 도 2에서 설명한 것과 같은 스위치 소자를 이용할 수 있다.
측정전환회로(56)의 전환은, 대상 디바이스(4)가 스테이지(22)에 유지되었을 때에, 스테이지(22)와의 사이에 도통을 갖는지, 갖지 않는지로 결정할 수 있다. 후자의 경우에는 AC-C측정회로(60)에 출력하도록 전환한다. 전자의 경우는, AC-C측정회로(60)에 출력해도 좋지만, DC-R측정회로(58)에 출력하도록 전환하는 편이 간단한 측정이 되고, 바람직한 경우가 많다.
DC-R측정회로(58)는, 대상 디바이스(4)에 직류(DC)신호를 공급하고, 그 저항(R)성분의 변화를 측정하여, 와이어(24)와 대상 디바이스(4)와의 사이의 접속상태의 판정을 행하기 위한 회로이다. 저항성분의 변화는, 커넥터(32)에 직류신호를 가하고, 그 때의 커넥터(32)에 있어서의 전위 또는 거기에 흐르는 전류를 측정함으로써 검출할 수 있다. 와이어(24)가 대상 디바이스(4)에 접속되어 있지 않을 때는, 커넥터(32)는 접지 전위의 스테이지(22)에 대하여 개방단이 되고, 와이어(24)가 대상 디바이스(4)에 접속되어 있을 때는, 커넥터(32)로부터 와이어(24), 대상 디바이스(4)를 통해 접지 전위의 스테이지(22)의 전류가 흐른다. 따라서, 커넥터(32)의 전위 또는 거기에 흐르는 전류를 측정함으로써, 용이하게 와이어(24)와 대상 디바이스(4)와의 사이의 접속상태를 검출할 수 있다.
도 3은, DC-R측정회로의 구체적 구성을 도시한 회로도이다. 커넥터(32)에는 도시되어 있지 않은 직류전원으로부터 DC가 인가되고, 그 때의 커넥터(32)에 흐르는 전류가 저항소자, 증폭기 등에서 검출되어, 측정부(50)의 출력부(90)에, 예를 들면 표시된다. 직류전원으로부터 공급되는 DC신호로서는, +1V를 이용할 수 있고, 바람직하게는 극성을 변경해서 -1V도 공급가능하게 하는 것이 좋다.
AC-C측정회로(60)는, 대상 디바이스(4)에 교류(AC)신호를 공급하고, 그 용량(C)성분의 변화를 측정하여, 와이어(24)와 대상 디바이스(4)와의 사이의 접속상태의 판정을 행하기 위한 회로이다. AC-C측정회로(60)는, AC전원(62), 본딩 전의 접합 머신부(20)의 용량성분과 대략 등가인 용량을 만들어 내는 등가용량회로(64)와, 본딩 후의 접합 머신부(20)의 용량과 등가용량회로(64)의 용량과의 차분을 취하는 차동회로(68), 그 차동신호를 증폭하는 증폭회로(70), 증폭 후의 신호를 정류하는 정류회로(72), 정류회로(72)의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환회로(74), 및 디지털 신호를 처리해서 접속상태를 판정하는 판정부(80), 판정부(80)의 결과를 출력하는 출력부(90)를 포함해서 구성된다.
AC전원(62)은, 용량성분을 검출하기 위해서 등가용량회로(64), 및 접합 머신부(20)에 교류신호를 공급하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 4.1kHz의 듀티가 50%의 ±1V의 직사각형파 신호가 출력되고, 등가용량회로(64)의 출력단자, 및 측정전환회로(56), 토치 전환회로(54), 머신I/F(52)를 통해 접합 머신부(20)의 커넥터(32)에 각각 공급된다.
등가용량회로(64)는, 본딩 전의 머신 용량성분, 즉 대상 디바이스(4)에 와이어(24)가 접촉하고 있지 않을 때의 접합 머신부(20)의 용량성분인 머신 용량성분과 대략 등가의 용량을 만들어 내고, 유지하는 회로이다. 여기에서, 머신 용량성분이란, 접합 머신부(20)측에 공급되는 AC전원(62)의 출력과 차동회로(68)의 입력을 잇는 선과, 접지와의 사이의 용량이다. 구체적으로는, AC전원(62)의 출력과 차동회 로(68)의 입력을 잇는 선은, 측정전환회로(56), 토치 전환회로(54), 머신I/F(52), 커넥터(32)를 통해 스풀(26), 와이어 클램퍼(28)에 이르므로, 머신 용량성분이란, 이들의 경로를 포함한 접합 머신부(20)의, 접지에 대한 용량이다. 등가용량회로(64)는, 복수의 용량과 이들을 서로 접속 혹은 개방하기 위한 복수의 스위치로 구성되는 부분(65)과, 이 복수의 스위치의 온·오프를 제어하여, 원하는 용량값으로 하는 스위치 전환회로(66)로 구성된다.
도 4는, 등가용량회로(64) 및 차동회로(68), 증폭회로(70) 주변의 구체적 구성을 도시한 회로도이다. 등가용량회로(64)의 복수의 용량·복수의 스위치의 부분(65)은, 도 4에 도시한 바와 같이 서로 용량값이 다른 3개의 용량(76)과, 그 3개의 용량을 여러가지 조합으로 병렬 접속하기 위한 3개의 스위치(73)로 구성된다. 3개의 용량의 용량은, 2배씩 다른 값인 것이 바람직하다. 도 4의 예에서는, 10pF, 20pF, 40pF로 선택되어 있다. 또한, 소형전자부품인 콘덴서의 용량값은, 규격 등에서 표준화되어 있는 것이 많으므로, 실제로는, 이들의 값에 가장 가까운 용량값의 부품을 이용해도 좋다. 예를 들면, 10pF, 22pF, 39pF의 것을 이용해도 좋다. 용량의 3개의 스위치(78)는, 도 2에서 설명한 빛에 의해 MOS트랜지스터를 온·오프시킬 수 있는 소자를 이용하고 있지만, 특히, 기생 용량이 적은 스위칭소자를 이용하는 것이 바람직하다. 상기의 예에서, 3개의 용량의 최소값이 10pF일 때는, 그 2%이상 50%이하의 기생 용량의 스위칭소자를 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 기생 용량의 영향을 적게 하고, 보다 정확한 조합 용량을 생성할 수 있다. 이러한 소자로서, 예를 들면, 마쓰시타덴코샤의 형식 AQY221N2S(상품명 호토 모스리레) 등을 이용할 수 있다.
스위치 전환회로(66)는, 3개의 스위치(78)를 적절하게 온 또는 오프시켜서, 3개의 용량(76)의 접속관계를 변경함으로써, 전체의 용량의 값을 원하는 값으로 설정하는 기능을 갖는 회로이다. 도 4에서는 그 일부가 도시되고, 3개의 제어단자에 의해, 각각 10pF, 20pF, 40pF를 병렬접속으로 부가할 수 있도록 되어 있다. 즉, 10pF용 제어단자를 ON으로 함으로써, 전체용량은 10pF가 되고, 10pF용 제어단자와 20pF용 제어단자를 모두 ON으로 함으로써, 전체용량은 30pF가 되고, 10pF용 제어단자, 20pF용 제어단자, 40pF용 제어단자를 전부 ON으로 함으로써, 전체용량은 70pF가 된다. 이렇게, 3개의 제어단자의 상태의 조합의 선택에 의해, 0pF, 10pF, 20pF, 30pF, 40pF, 50pF, 60pF, 70pF의 8종류의 용량을 설정할 수 있다. 예를 들면, 머신 용량성분의 값이 60pF라고 하면, 20pF용 제어단자와 40pF용 제어단자를 모두 ON으로 하면 된다.
차동회로(68)는, 실제의 접합 머신부(20)의 용량과 등가용량회로(64)의 용량과의 차분을 취하여 출력하는 기능을 갖는 회로이며, 본딩 작업에 있어서는, 그 본딩 시의 실제의 접합 머신부(20)의 용량과 등가용량회로(64)의 용량과의 차분이 출력된다. 이러한 차동회로(68)로서, 일반적인 차동증폭회로에 적절하게 설정된 회로소자를 접속하는 것을 이용할 수 있다.
차동출력을 얻기 위해서, 접합 머신부(20)에 AC전원(62)에서 교류신호를 인가해서, 그 때의 응답을 차동회로(68)의 일방측의 입력단자에 공급하고, 마찬가지로 등가용량회로(64)에 AC전원(62)에서 교류신호를 인가해서, 그 때의 응답을 차동 회로(68)의 타방측의 입력단자에 공급한다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 커넥터(32)에 AC전원(62)을 접속하는 동시에, 커넥터(32)를 차동회로(68)의 일방측의 입력단자에 접속한다. 또, 등가용량회로(64)의 출력단자에 AC전원(62)을 접속하는 동시에, 그 출력단자를 차동회로(68)의 타방측의 입력단자에 접속한다. 또한, 등가용량회로(64)의 출력단자와 AC전원과의 사이에 적당한 보호회로를 설치하여, 과대신호가 등가용량회로(64)에 인가되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
증폭회로(70)는, 이렇게 하여 얻어진, 등가용량회로(64)의 용량성분에 의한 신호와, 실제의 접합 머신부(20)의 용량성분에 의한 신호와의 차분 신호를 적당히 증폭하기 위한 회로이다. 이러한 증폭회로(70)는, 일반적인 작동 증폭기를 이용하여 구성할 수 있다.
정류회로(72)는, 증폭 후의 교류신호가, 플러스 마이너스의 부호를 갖도록 나타나는 것을, 마이너스측의 성분을 정류하여 플러스측의 신호로 하는 기능을 갖는 회로이다.
도 5는, 차동회로(68), 증폭회로(70), 정류회로(72)의 각각에 있어서의 신호파형의 변화의 모습을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 5(a)는, 차동회로(68)의 2개의 입력파형을 각각 실선 및 파선으로 나타낸 것이다. 상기와 같이 AC전원(62)으로부터 공급되는 교류신호가 4.1kHz일 때는, 이 2개의 신호도 거의 같은 주기, 즉 거의 4.1kHz로 되풀이한다. (b)는 차동회로(68)의 출력파형이며, (a)에 있어서의 2개의 신호의 차분이 표시되어 있다. (c)는 증폭회로(70)의 출력파형이며, 차동신호가 증폭되어 있다. (d)는 정류회로(72)의 출력파형이며, (c)의 기준전위에 대하여 플러스 마이너스로 흔들리는 신호를, 플러스측으로 정류하는 모습이 나타나있다.
A/D변환회로(74)는, 정류 후의 신호를, 디지털 신호로 변환하는 기능을 갖는 회로이며, 이 출력을 이용함으로써, 이후의 판정부(80)의 처리가 소프트웨어에 의한 디지털 연산으로 행할 수 있고, 고속이며, 또한 정밀도 좋게 판정을 행할 수 있다. 이러한 A/D변환회로(74)는, 공지의 A/D변환IC 등을 이용할 수 있다.
판정부(80)는, A/D변환회로(74)에 의해 디지탈화한 신호를 처리하여, 와이어(24)와 대상 디바이스(4)와의 사이의 접속상태를 판정하는 기능을 갖는다. 이 기능은, 샘플링·평균화 처리(82)와, 임계값설정·갱신처리(84)와, 접속불능·착부착·테일 적당여부 판정 처리를 포함한다. 이들의 처리는 컴퓨터 상에서 소프트웨어를 실행함으로써 실현된다. 컴퓨터는, 측정부(50)에 설치해도 좋고, 제어부(40)가 컴퓨터로 구성될 때는, 그 컴퓨터를 이용하는 것으로 해도 좋다. 소프트웨어의 실행은, 대응하는 접속상태 판정 프로그램을 이용하여 실현할 수 있다. 이들 기능의 일부를 하드웨어로 실현하는 것으로 해도 좋다.
샘플링·평균화 처리(82)는, A/D변환회로(74)의 출력을 평균화하고, 노이즈를 줄이는 기능을 갖는 처리이다. 평균화 처리는, 우선 A/D변환회로(74)의 출력을 적당한 샘플링 레이트로 샘플링하고, 다음에 각 샘플링 시에 있어서의 각 데이터를 임의로 정한 기간 동안에서 가산하고, 이것을 그 기간 동안의 샘플링 수로 제산해서 행할 수 있다. 평균화 시, 적당한 가중값을 부여해도 좋다. 샘플링의 1예를 들면, 상기의 예에서, A/D변환회로(74)의 출력의 주기를 1/(4.1kHz)=0.244ｍsec로 하고, 샘플링 레이트를 12μsec, 평균화를 위한 기간을 1ｍsec로 정할 수 있다. 물론 이 이외의 샘플링 조건을 정할 수 있다.
다음의 처리의 설명의 전에, 이 샘플링·평균화 처리(82)의 데이터를 이용한 등가용량회로(64)의 맞추기에 대해서 설명한다. 샘플링·평균화 처리(82)에 의해 얻어진 평균화 데이터는, 실제의 접합 머신부(20)의 용량과 등가용량회로(64)의 용량과의 차분을 반영한 데이터이며, 더군다나 증폭하고, 디지탈화하고, 평균화되어 있으므로, 상당히 감도가 좋아, 안정되게 신뢰할 수 있는 데이터로 생각된다. 이 데이터를 이용하여, 스위치 전환회로(66)를 제어함으로써, 등가용량회로(64)의 용량값을, 본딩 전의 접합 머신부(20)의 용량성분의 값으로 자동적으로 정확하게 맞출 수 있다.
즉, 접합 머신부(20)를, 본딩 전의 상태로 하고, 접합 머신부(20)의 커넥터(32)와, 등가용량회로(64)의 출력단자에 AC전원(62)으로부터 교류신호를 공급하고, 그 때의 샘플링·평균화 처리(82)의 출력을 본다. 만약, 본딩 전의 접합 머신부(20)의 용량성분의 값이, 등가용량회로(64)의 용량값과 같으면, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력은 제로가 된다. 같지 않으면, 그 차이에 따른 데이터값이 출력된다. 따라서, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력에 따라, 스위치 전환회로(66)의 제어를 행하면, 그 차이를 적게 하고, 이상적으로는 제로로 할 수 있다. 실제로 차이를 단시간에서 완전하게 제로로 하는 것은 곤란하므로, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력을 제로에 가깝게 하도록 스위치 전환회로(66)의 제어를 행하고, 그 출력이 최소가 되는 곳에서 스위치 전환회로(66)의 제어상태를 고정하면 된다. 이렇게, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력을 스위치 전환회로(66)에 피드백하여, 등가용량회로(64)의 용량값을, 본딩 전의 접합 머신부(20)의 용량성분의 값과 대략 같은 값으로, 자동적으로 맞출 수 있다. 또한, 스위치 전환회로(66)에 피드백하는 신호는, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력으로 한정되지 않고, 차동회로(68) 이후의 신호라면 다른 신호를 이용할 수도 있다.
다시 도 1의 판정부(80)에 돌아가, 임계값설정·갱신처리(84)는, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력을 판정하는데에 이용하는 임계값을 설정하고, 본딩 작업의 진전 에 따라 그 임계값을 갱신하는 처리이다. 접속상태의 판정에 이용하는 임계값은 2종류 설정된다. 제1 임계값은, 접속불능인가 아닌가를 판정하기 위한 것이며, 제2 임계값은, 접속이 가능할 때에, 와이어(24)와 대상 디바이스(4)와의 사이의 접속이 착상태인가 불착상태인가 판정하기 위한 것이다. 제2 임계값은, 와이어(24)가 대상 디바이스(4)에 접속된 후에 절단되었을 때에, 테일로서 남는 길이가 적당한지 부적당한지를 판정하기 위한 임계값으로서도 이용된다. 물론 테일 적·부적당 판정을 위한 임계값을 제3 임계값으로서 설정할 수도 있다. 임계값의 갱신은, 제2 임계값에 대해서 행하여진다.
도 6은, 2개의 임계값의 설정과, 제2 임계값의 갱신의 방법을 설명하는 도면이다. 여기에서 설명하는 방법은, 실제로는 컴퓨터 상에서 소프트웨어에 의해 데이터 처리를 실행함으로써 실현할 수 있다. 도 6의 각 도면은, 가로축은 시간이며, 세로축은 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값을 나타내고, 예를 들면 전압값으로 환산한 값을 이용할 수 있다. 도 6(a)는, 상기와 같이 등가용량회로(64)의 맞 추기를 행하여, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값을 최소로 한 상태이다. 이렇게, 실제로는 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값은 제로로는 안 되고, 오프셋(100)을 나타낸다. 이하의 설명을 위해, 예로서 오프셋(100)은, 1000mV라고 한다.
도 6(b)는 제1 임계값의 설정을 설명하는 도면이다. 제1 임계값(102)은, 오프셋(100)보다, 어느 정도의 여유(△)를 갖게 해서 설정된다. 여유(△)의 값은, 측정오차 등을 고려하여, 실험 혹은 경험에 의해 정할 수 있다. 여유(△)는, 와이어 본딩 장치(10)에 따라 다른 값이 되어도 좋다. 예를 들면 상기의 오프셋(100)의 예에서, 여유(△)를 150mV로 할 수 있다. 따라서, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값이 1150mV 이하일 때는, 접속불능으로 판정된다. 접속불능의 원인은, 예들 들면 이물이 와이어(24)와 대상 디바이스(4)와의 사이에 개재할 경우 등이다.
도 6(c)는, 제2 임계값의 설정을 설명하는 도면이다. 제1 임계값(102)이 설정되면, 와이어(24)를 대상 디바이스(4)에 접촉시키고, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값을 측정점으로 하여 도 6(c)에 플롯한다. 또한, 와이어(24)를 대상 디바이스(4)에 강하게 누르고, 혹은 초음파 에너지를 주어서 실제로 접합을 형성했을 경우와, 단순히 접촉시켰을 경우는, 거의 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값이 변화하지 않는 경우가 많다. 이하의 설명에서는, 실제의 본딩 작업 대신에 접촉을 이용하여 설명한다. 도 6(c)에 있어서의 측정점(104)은, 제1 임계값(102) 이하의 출력이므로, 상기와 같이 접속불능이다. 접속불능의 데이터를 제외해 가고, 측정점(106)은 제1 임계값(102) 이상에서 접속가능하다. 이 때의 출력값과 오프셋(100)과의 차를 X라고 하면, 제2 임계값(108)은, (오프셋(100))+αX의 곳에 설정된다. α는, 임의로 정하는 비율(%)이다. 도 6의 예에서는 α=0.5로 되어 있다. 1예로서 측정점(106)의 출력값을 2000mV라고 하면, X=1000mV가 되고, 제2 임계값(108)은, 1500mV가 된다. 이후, 1500mV이하의 측정점은, 불착으로 판정된다.
도 6(d)는, 제2 임계값(108)의 갱신의 모습을 설명하는 도면이다. 상기한 바와 같이 제1 임계값(102)이 1150mV, 제2 임계값(108)이 1500mV라고 설정되면, 이후의 본딩 작업에 있어서의 접속상태의 판정은, 이 임계값(102, 108)을 기준으로 진행되지만, 측정점이 늘어나 가고, 제2 임계값(108) 이하의 측정점(110)이 나타나면, 거기에서, 이 새로운 측정점(110)을 이용해서 제2 임계값이 갱신된다. 즉, 도 6(d)에 있어서, 측정점(105)은 접속불능, 복수의 측정점(107)은, 도 6(c)에서 설정한 제2 임계값(108) 이상인 접속이 「착」상태이지만, 측정점(110)은, 도 6(c)에서 설정한 제2 임계값(108)을 밑돌았다고 한다. 이 때의 출력값과 오프셋(100)과의 차를 Y라고 하면, 갱신되는 제2 임계값(110)은, (오프셋(100))+αY의 곳에 설정된다. 지금, 측정점(110)의 출력값을 1400mV라고 하면, Y=200mV가 되고, 갱신 후의 제2 임계값(110)은, 1200mV가 된다. 이후, 1200mV가 제2 임계값(109)으로서 이용된다. 이하 마찬가지로, 제2 임계값을 밑도는 측정점이 나타날 때마다 제2 임계값이 갱신된다.
이렇게 임계값을 본딩 작업의 진전을 따라서 갱신해 감으로써, 경시변화 등의 영향을 적게 하여, 접속상태의 판정을 확실하게 행할 수 있다. 또, 일단 임계값을 상기와 같이 해서 갱신을 포함해서 설정이 이루어지면, 이후에 있어서, 같은 와이어 본딩 장치(10)를 이용해서 동종류의 대상 디바이스(4)에 대해서 본딩을 행 할 때에, 같은 임계값을 이용해도 좋다. 한편, 대상 디바이스(4)가 다를 때는, 임계값의 설정을 다른 것으로 하는 것이 바람직하다. 또, 1개의 대상 디바이스(4) 중에 복수의 다른 접속개소가 있을 때는, 그 조건에 의해, 접속개소마다 임계값을 다른 것으로 해도 좋다.
도 7은, 1개의 대상 디바이스(4)에 대해서 복수의 접속개소가 있고, 그들이 동종인 조건일 때에, 동종이지만 별도의 개체인 대상 디바이스(4)에 같은 임계값을 설정하는 모습을 도시한 도면이다. 이 경우의 임계값의 설정은, 최초에 측정된 대상 디바이스(4)에 대한 복수의 측정점의 데이터로부터 행하여지고, 그 설정값이 고정되어 이후의 동종이지만 별도의 개체인 대상 디바이스(4)의 임계값으로서 이용된다. 즉, 상기한 바와 같이 오프셋(120)에 의해 제1 임계값(122)이 설정되지만, 제2 임계값(126)은 갱신이 행하여지므로, 결국, 도 7에 도시한 바와 같이, 최초에 측정된 대상 디바이스(4)에 있어서의 복수의 측정점 중, 가장 오프셋(120)에 가까운 값을 나타내는 측정점(124)에 의해 설정된다. 이 측정점(124)의 출력값과 오프셋(120)과의 차를 A라고 하면, 제2 임계값(126)은, 상기의 예에서 α=0.5을 이용하면, (오프셋(120))+A/2이다. 다음에 동종이지만 별도의 개체인 대상 디바이스(4)의 본딩을 행할 때는, 다시 임계값설정·갱신처리(84)를 행하지 않고, 이 제1 임계값(122), 제2 임계값(126)을 고정값으로서 이용할 수 있다.
도 8은, 1개의 대상 디바이스(4)에 대해서 복수의 접속개소가 있고, 그들이 동종인 조건일 때에, 동종이지만 별도의 개체인 대상 디바이스(4)에, 제2 임계값으로서, 출력값에 고정의 계수(α)를 곱한 것을 다음 측정점의 제2 임계값으로서 이 용하는 예를 나타낸 것이다. 도 8은, 도 7과 달리, 최초에 측정된 대상 디바이스(4)에 대한 복수의 측정점의 데이터로부터 계수(α)를 설정하고, 그 후의 동종이지만 별도의 개체인 대상 디바이스(4)에 대한 측정점의 모습을 도시한 도면이며, 각 측정점에, 각각 계수(α)에 의해 정해지는 제2 임계값의 레벨이 나타나 있다.
이렇게, 동종의 복수의 대상 디바이스(4)에 되풀이하여 본딩을 행할 때는, 이전에 다수의 측정점에 의거하여 설정된 임계값의 값을 그대로 이용하는 것으로 할 수 있다.
다시 도 1로 돌아가, 판정부(80)의 접속불능·착불착·테일 적당여부 판정 처리는, 임계값을 이용하여, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값을 판정하고, 접속상태를 다음 3개에 대해서 판정을 행하는 것이다. 즉, 제1 임계값을 이용하여, 접속불능인가 가능인가, 제2 임계값을 이용하여 착상태인가 불착상태인가, 또, 테일의 길이가 적당인가 부적당인가에 대해서 판정한다. 판정 결과는 출력부(90)에 의해 외부에 표시된다. 접속불능인가 가능인가의 판정은, 상기와 같이, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값이 제1 임계값보다 작은지 큰지로 행하여진다. 착상태인가 불착상태인가의 판정과, 테일의 길이가 적당인가 부적당인가의 판정은, 제2 임계값의 취급이 다르기 때문에, 그 모습을 다음에 설명한다.
도 9는, 착상태인가 불착상태인가에 의해 용량이 어떻게 다른지를, 도 10은, 테일의 길이가 적당인가 부적당인가에 의해 용량이 어떻게 다른지를, 각각 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 1과 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.
도 9에 있어서, (a)는, 와이어(24)가 칩(8)에 정상적으로 접속된 「착」상태이며, (b)는, 와이어(24)가 칩(8)으로부터 어긋나 있어 정상적으로 접속이 행하여지고 있지 않은 「불착」상태이다. 이 때, 접합 머신부(20)의 용량성분인 스테이지(22)와 커넥터(32)와의 사이의 용량의 크기를 비교하면, 와이어(24)는 도체이므로, 와이어(24)의 하단과 스테이지(22)와의 사이의 거리가 작을수록 용량이 크다. 즉, 「착」상태쪽이 「불착」상태보다 용량값이 커진다. 바꾸어 말하면, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값은, 「착」상태쪽이 「불착」상태보다 큰 값이 된다. 또한, 도 9는 퍼스트 본딩에 대해서 나타냈지만, 세컨드 본딩에 있어서도 동일한 결과가 된다.
도 10은, 본딩 리드(9)에 정상적인 세컨드 본딩이 된 후, 와이어(24)가 테일(25)을 남기고 절단되기 전의 모습을 도시한 것이며, (a)는, 와이어(24)가 정상적인 길이로 유지되어, 테일(25)의 길이가 「적당」상태이다. 이 후, 와이어 클램퍼(28)가 닫히고, 원하는 테일(25)의 길이를 남기고 와이어가 절단된다. 이렇게, 테일(25)의 길이가 「적당」일 때는, 테일(25)은 본딩 리드(9)에 접속되어 있고, 용량은 크다. (b)는, 와이어(24)가 정상적인 길이로 유지되기 전에 절단되었을 경우이며, 테일의 길이가 「부적당」상태이다. 이 경우에는 테일(25)은 본딩 리드(9)에 접속되어 있지 않으므로, 용량은 작다. 이렇게, 접합 머신부(20)의 용량성분인 스테이지(22)와 커넥터(32)와의 사이의 용량의 크기를 비교하면, 「적당」상태쪽이 「부적당」상태보다 용량값이 커진다. 바꾸어 말하면, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값은, 「적당」상태쪽이 「부적당」상태보다 큰 값이 된다. 「착」, 「불착」 일 때의 용량의 임계값과, 「적당」, 「부적당」의 용량의 임계값은, 반드시 동일하게 되지 않아도 좋다.
이렇게 하여, 샘플링·평균화 처리(82)의 출력값과, 제1 임계값, 제2 임계값과의 대소를 비교함으로써, 접속상태의 판정이, 접속불능인가 가능인가, 착상태인가 불착상태인가, 테일이 적당상태인가 부적당상태인가에 대해서 각각 판정을 행할 수 있다. 이들 3종의 판정을 모두 행하는 것으로 해도 좋고, 이들 중에서 생략할 수 있는 것은 생략하는 것으로 해도 좋다.
다음에, 상기 구성의 작용을, 와이어 본딩의 작업수순을 따라서 설명한다. 도 11은, 스테이지(22) 위에 유리 에폭시 회로기판(6)이 유지되고, 유리 에폭시 회로기판(6) 위에는, 칩(8)과 본딩 리드(9)가 설치되고, 이 칩(8)의 도시되어 있지 않은 본딩 패드와 본딩 리드(9)와의 사이를 와이어(24)로 접속하는 공정을 순서대로 도시한 도면이다. 도 1과 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.
도 11(a)은, 칩(8)에 대하여 퍼스트 본딩을 행하기 직전의 상태를 도시한 도면이다. 와이어(24)의 선단은 토치 전원(44), 토치(46)를 이용해서 볼 형상으로 둥글게 되어 있는 것은 상기한 바와 같다. 이 볼 형상의 선단을 갖는 와이어(24)를 캐필러리(30)의 하강에 의해 칩(8)을 향해서 끌어내린다. 이 때 와이어 클램퍼(28)는 개방인 채이며, 와이어(24)는 캐필러리(30)의 하강에 따라서, 도시되지 않고 있는 스풀(26)에서 감아 연장된다. 이 때까지, 즉 와이어(24)가 칩(8)에 접촉할 때까지, 측정부(50)의 등가용량회로(64)의 용량값은, 접합 머신부(20)의 용량성 분의 값에 맞춰진다. 그리고, 또한, 제1 임계값이 설정된다. 또, 제2 임계값도, 이미 동종의 본딩 결과로부터 설정되어 있는 것으로 한다.
도 11(b)는, 와이어(24)가 칩(8)의 본딩 패드에 접촉했을 때를 도시한 도면이다. 이 때에 접합 머신부(20)의 용량값은, 본딩 전과 비교하여 변화하므로, 측정부(50)는 이것을 맞춰진 등가용량회로(64)의 용량값과 비교하여, 차분을 출력하고, 증폭, 정류, A/D변환 후, 샘플링·평균화 처리를 행하고, 그 출력을 제1 임계값과 비교하여, 도 6에서 설명한 방법으로, 접속불능인가 가능인가 판정한다.
접속가능으로 판정되면, 다음에 제2 임계값을 이용하여, 도 9에서 설명한 방법으로, 착불착이 판정된다. 접속이 「착」상태로 판정되면, 다음 공정으로 진행된다. 접속상태가 「불착」상태라고 판정되었을 경우, 혹은 그 이전에 접속불능으로 판정되면, 그 결과는, 적당한 디스플레이 또는 알림 램프 등으로 출력된다. 와이어 본딩 장치(10)의 가동을 정지시키는 것으로 해도 좋다. 작업원은, 그 출력을 보고, 적절한 처치를 취할 수 있다.
도 11(c)는, 퍼스트 본딩의 접속상태가 「착」상태로 판정되었을 경우에 계속해서 행하여지는 상태를 도시한 도면이다. 도 11(b)에 있어서 「착」상태로 판정되면, 혹은 그것에 앞서, 캐필러리(30)에 초음파 에너지가 공급되어, 본딩이 행하여진다. 그리고, 캐필러리(30)는, 미리 정해진 이동궤적을 따라서 본딩 리드(9)의 방향으로 이동한다. 이 때도, 측정부(50)는, 착·불착을 계속해서 감시하고 있다. 캐필러리(30)의 이동에 따라 불착상태가 될 때는, 그 결과가 출력되고, 작업원이 적절한 처치를 행할 수 있다.
도 11(d)는, 세컨드 본딩을 행하기 위해서, 와이어(24)가 본딩 리드(9)에 접촉한 상태를 도시한 도면이다. 이 때에도, 도 9에서 설명한 방법에 따라서, 착·불착이 판정된다. 판정의 결과가 출력되는 것도 동일하다.
도 11(e)는, 세컨드 본딩의 접속상태가 「착」상태로 판정되었을 경우에 계속되어 행하여지는 상태를 도시한 도면이다. 도 11(d)에 있어서 「착」상태로 판정되면, 혹은 그것에 앞서, 캐필러리(30)에 초음파 에너지가 공급되어, 본딩이 행하여진다. 그리고, 캐필러리(30)는, 상방을 향해서 상승한다. 이 때도, 측정부(50)는, 착·불착을 계속해서 감시하고 있는 것은 상기와 동일하다.
도 11(f)는, 캐필러리(30)가 테일 절단을 위해 임의로 정해진 높이까지 상승했을 때에, 와이어 클램퍼(28)가 닫히고, 캐필러리(30)의 움직임에 따라 와이어(24)가 절단되기 직전의 상태를 도시한 도면이다. 테일 절단을 위한 높이는, 예를 들면 300μｍ정도로 정할 수 있다. 이 후, 도 10에서 설명한 방법에 따라서, 테일 길이의 적당·부적당이 판정된다. 그 결과가 출력되는 것은 상기와 동일하다.
이렇게 하여, 대상 디바이스(4)와 와이어(24)와의 사이의 접속상태는, 와이어 본딩의 일련의 공정을 통해서 리얼타임으로 측정되고, 그 결과도 리얼타임으로 출력된다.
상기 구성에 의해, 측정부는, 접합 머신부의 용량성분을 보상하는 등가회로로서, 대상 디바이스에 와이어가 접촉하고 있지 않을 때의 접합 머신부와 스테이지와의 사이의 머신 용량성분과 대략 등가의 용량을 갖는 등가용량회로를 갖고, 교류 신호를 이용하여, 대상 디바이스에 와이어를 접합했을 때의 접합 머신부의 임피던스와, 등가용량회로의 임피던스를 비교하고, 그 용량비교회로의 출력에 의거하여, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 판정한다. 따라서, 접합 머신부의 용량성분을 정밀도 좋게 보상하고, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또, 등가용량회로는, 복수의 용량소자를 복수의 스위치 소자의 온·오프의 제어에 의해, 각 용량소자의 접속방법을 변경하고, 머신 용량성분의 대략 등가의 용량값을 생성하므로, 전자적으로 접합 머신부의 용량성분을 정밀도 좋게 보상할 수 있다.
또, 스위치 전환회로는, 와이어가 대상 디바이스에 접촉하고 있지 않을 때의 용량비교회로의 출력이 최소가 되도록 각 스위치 소자를 전환하므로, 자동적으로 접합 머신부의 용량성분을 정밀도 좋게 보상할 수 있다.
또, 각 용량소자는 각각, 머신 용량성분의 값의 2%이상 50%이하의 용량값을 갖고, 각 스위치 소자는 각각, 최소의 용량소자에 있어서의 용량값의 2%이상 50%이하의 용량값을 갖는 것으로 하였으므로, 접합 머신부의 용량성분과 비교하여 충분히 작은 맞추기 정밀도로 보상할 수 있다.
또, 용량비교회로의 출력을 임의의 샘플링 기간에서 평균화 처리하므로, 교류신호인 용량비교회로의 출력의 변동을 적게 하고, 접속상태의 판정을 안정되게 행할 수 있다.
또, 접속상태의 판정은, 평균화 출력에 대하여 임의로 설정한 임계값을 기준 으로 하므로, 안정된 기준에 의한 판정을 행할 수 있다.
또, 임계값은 갱신되므로, 접속작업의 경시변화에 추종한 접속상태 판정을 행할 수 있다. 또, 대상 디바이스의 종류에 따라 임계값을 바꿔 설정하므로, 대상 디바이스의 특성에 맞춘 접속상태 판정을 행할 수 있다.
또, 스위치 전환회로에 의해 최소로 한 용량비교회로의 출력에 대응하는 값을 임계값으로 설정하므로, 머신 용량을 보상한 후에 남겨진, 접속에 관한 용량변화에 의거하여 접속상태 판정이 행해져, 머신 용량에 좌우되지 않고 정밀도 좋은 접속상태 판정을 행할 수 있다.
또, 접속상태의 판정 처리는, 대상 디바이스의 착불착의 검출이 가능한지 아닌지를 판정하므로, 예를 들면, 이물 등의 존재로 접속이 애당초 불가능한 것을 판정할 수 있다. 또, 와이어와, 대상 디바이스와의 사이의 착불착을 판정하므로, 접속이 정상인지 아닌지 판정할 수 있다. 또, 와이어의 테일 길이의 적당여부를 판정하므로, 접속 후, 와이어가 정상적으로 절단되었는지 아닌지를 판정할 수 있다. 여기에서, 테일 길이란, 와이어 본딩의 세컨드 본딩이 끝난 후, 캐필러리를 약간 올려서 와이어를 절단하는데, 그 때에 캐필러리의 끝에 테일 형상으로 남는 길이를 말한다. 이 테일 길이가 부적당하면, 다음의 퍼스트 본딩에 있어서의 와이어의 선단의 볼 형상 부분이 부적당해진다.
또한, 직류신호에 의해 접합 머신부의 저항성분을 측정하므로, 대상 디바이스가 스테이지와 도통하는 대상 디바이스의 저항성분을 이용해서 접속상태를 측정할 수 있을 때에는, 보다 간단한 방법으로 접속상태를 판정할 수 있다.
또, 용량비교회로에 의한 접속상태 측정과, 저항성분 측정회로에 의한 접속상태 측정을 전환할 수 있으므로, 대상 디바이스의 상태에 따라, 적절한 측정방법을 선택할 수 있다.
또, 토치와의 접속처를, 측정부 또는 토치에 접속되는 고압전원으로 전환하는 토치전환회로를 구비하므로, 토치에 고압전원이 접속될 때에 측정부는 토치로부터 분리되어, 고압전원에 의해 측정부의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 대상 디바이스를 유지하고 접지에 접속되는 스테이지와, 대상 디바이스에 와이어를 접합하는 접합 머신부와, 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하는 측정부를 포함하는 본딩 장치에 있어서,
    측정부는,
    스테이지와의 사이에 도통을 갖지 않는 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하기 위해서 접합 머신부의 용량성분을 보상하는 등가회로로서, 대상 디바이스에 와이어가 접촉하고 있지 않을 때의 접합 머신부와 스테이지와의 사이의 머신 용량성분과 대략 등가의 용량을 갖는 등가용량회로와,
    등가용량회로와, 접합 머신부에 각각 교류신호를 공급하는 교류신호원과,
    대상 디바이스에 와이어를 접합했을 때의 접합 머신부의 임피던스와, 등가용량회로의 임피던스를 비교하는 용량비교회로와,
    용량비교회로의 출력에 의거하여, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 판정하는 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    등가용량회로는,
    복수의 용량소자와,
    복수의 용량소자를 서로 접속하고, 접속의 방법에 따라 서로 다른 복수의 용 량값을 생성하는 복수의 스위치 소자와,
    각 스위치 소자의 온·오프를 제어하고, 머신 용량성분의 대략 등가의 용량값을 생성하는 스위치 전환회로를 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    스위치 전환회로는,
    와이어가 대상 디바이스에 접촉하고 있지 않을 때의 용량비교회로의 출력이 최소가 되도록 각 스위치 소자를 전환하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    각 용량소자는 각각, 머신 용량성분의 값의 2%이상 50%이하의 용량값을 갖고, 각 스위치 소자는 각각, 최소의 용량소자에 있어서의 용량값의 2%이상 50%이하의 용량값을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    판정부는,
    용량비교회로의 출력을 임의의 샘플링 기간에서 평균화해서 출력하는 평균화 처리수단을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    판정부는,
    평균화 출력에 대하여 임의로 설정한 임계값을 기준으로 하여 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접촉상태를 판정하는 판정 처리수단을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    판정 처리수단은,
    와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접합작업의 반복에 따라, 임계값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    판정 처리수단은,
    대상 디바이스의 종류에 따라 다른 임계값을 설정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    등가회로는,
    복수의 용량소자와,
    복수의 용량소자를 서로 접속하고, 접속의 방법에 따라 서로 다른 복수의 용량값을 생성하는 복수의 스위치 소자와,
    각 스위치 소자의 온·오프를 제어하고, 머신 용량성분의 대략 등가의 용량값을 생성하는 회로로서, 와이어가 대상 디바이스에 접촉하고 있지 않을 때의 용량비교회로의 출력이 최소가 되도록 각 스위치 소자를 전환하는 스위치 전환회로를 갖고,
    판정 처리수단은,
    스위치 전환회로에 의해 최소로 한 용량비교회로의 출력에 대응하는 값을 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    판정 처리수단은,
    대상 디바이스의 착불착의 검출이 가능한지 아닌지를 판정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    판정 처리수단은,
    와이어와, 대상 디바이스와의 사이의 착불착을 판정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    판정 처리수단은,
    와이어의 테일 길이의 적당여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    측정부는, 또한,
    스테이지와의 사이에 도통을 갖는 대상 디바이스와 와이어와의 사이의 접속상태를 측정하기 위해서 접합 머신부에 직류신호를 공급하는 직류신호원과,
    대상 디바이스에 와이어를 접합했을 때의 접합 머신부의 저항성분을 측정하는 저항성분 측정회로를 구비하고, 전위측정회로의 출력에 의거하여, 와이어와 대상 디바이스와의 사이의 접속상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    측정부는,
    용량비교회로에 의한 접속상태 측정과, 저항성분 측정회로에 의한 접속상태 측정을 전환하는 측정전환회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    접합 머신부는, 와이어의 선단을 둥글게 하는 토치를 갖고,
    머신 용량성분에는, 토치의 용량성분을 포함하고, 또한,
    토치와의 접속처를, 측정부 또는 토치에 접속되는 고압전원으로 전환하는 토치전환회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
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