TW202349532A - 半導體裝置的製造裝置以及製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明的半導體裝置的製造裝置包括：焊針（30）；線夾（34）；移動機構（18），包括一台以上的驅動馬達（22）；位置感測器（28），檢測焊針（30）的位置；及控制器（50），對焊針（30）、線夾（34）、及移動機構（18）的驅動進行控制，且控制器（50）構成為執行如下的處理：尾部切割處理，於閉合線夾（34）的狀態下，使焊針（30）向與對象面分離的方向移動，藉此切斷尾部；及指標測定處理，測定剛切斷打線W後的焊針（30）的位置偏差的峰值、或測定切斷打線W時的驅動馬達（22）的電流值作為斷裂指標Sb。

Description

半導體裝置的製造裝置以及製造方法

本說明書揭示一種包括供打線插通的焊針、及夾持所述打線的線夾的半導體裝置的製造裝置以及製造方法。

自先前起，利用導電性的打線將半導體晶片的電極與基板的電極連接而製造半導體裝置的製造裝置廣為人知。例如，專利文獻1中揭示有一種包括供打線插通的焊針（專利文獻1中稱為「接合工具」）、及夾持打線的線夾的半導體裝置的製造裝置（專利文獻1中稱為「接合裝置」）。

於此種製造裝置中，利用打線將第一接合點與第二接合點連接。又，於製造裝置中，若將打線接合於第二接合點的第二（2nd）接合結束，則執行尾部切割，即於打開線夾的狀態下使焊針移動而形成尾部後，於閉合線夾的狀態下使焊針移動而切割打線。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2012-256861號公報

[發明所欲解決之課題]

此處，於執行第二（2nd）接合及尾部切割時的製造裝置的動作條件並不合適的情形時，會發生於第二接合點中打線未充分接合的焊點不黏（Non-Stick-On-Lead，NSOL）、或未形成充分長度的尾部的無尾（Notail）、插通於焊針中的打線撓曲成S字狀的S字彎曲等不良。然而，以往並無對動作條件合適與否進行定量評價的指標。其結果為，以往操作員只能一面觀察實際製造的半導體裝置的品質檢查的結果，一面基於經驗修正動作條件，動作條件的篩選耗費時間。又，以往為了確認有無不良，需要對實際製造的半導體裝置進行檢查，於製造過程中難以判斷有無不良。

因此，於本說明書中揭示一種提供用以對製造裝置的動作條件的合適與否進行定量評價的評價指標的半導體裝置的製造裝置。 [解決課題之手段]

本說明書所揭示的半導體裝置的製造裝置包括：焊針，供打線插通，將自前端延伸出的所述打線按壓至對象面而接合；線夾，與所述焊針連動移動，夾持所述打線；移動機構，包括一台以上的驅動馬達，藉由所述驅動馬達的動力使所述焊針移動；位置感測器，檢測所述焊針的位置作為檢測位置；及控制器，對所述焊針、所述線夾、及所述移動機構的驅動進行控制，所述控制器構成為執行如下的處理：尾部切割處理，進行所述打線對所述對象面的接合及尾部的形成後，於閉合所述線夾的狀態下，使所述焊針沿著分離的方向移動，藉此切斷所述尾部；及指標測定處理，測定剛切斷所述打線後的所述焊針的移動的指令位置與所述檢測位置的偏差的峰值、或測定切斷所述打線時的所述驅動馬達的電流值作為斷裂指標。

於該情形時，所述控制器亦可於所述指標測定處理中，進而測定斷裂距離，所述斷裂距離為自閉合所述線夾起至切斷所述打線為止的所述焊針的移動距離。

可為更包括：使用者介面（User Interface，UI）裝置，受理來自操作員的操作輸入，並且向所述操作員輸出資訊，所述控制器於自所述操作員指示所述斷裂指標的測定時，將所述尾部切割處理重覆執行2次以上，並經由所述UI裝置向所述操作員提示2次以上的所述尾部切割處理中分別獲得的所述斷裂指標的測定值。

於該情形時，所述控制器可以曲線圖形式提示2次以上的所述尾部切割處理中分別獲得的所述斷裂指標的測定值的一覽。

又，所述控制器可於所述斷裂指標為預先規定的基準範圍以外的情形下，輸出警報。

本說明書所揭示的半導體裝置的製造方法包括：尾部切割步驟，將自焊針的前端延伸出的打線按壓至對象面並接合後，於閉合線夾並夾持所述打線的狀態下，使所述焊針向與所述對象面分離的方向移動；及指標測定步驟，與所述尾部切割步驟並行執行，測定剛切斷所述打線後的所述焊針的移動的指令位置與所述檢測位置的偏差的峰值、或測定切斷所述打線時的所述驅動馬達的電流值作為斷裂指標。 [發明的效果]

根據本說明書所揭示的技術，由於定量提供斷裂強度，故而操作員能夠容易地評價動作條件合適與否。

以下，參照圖式對半導體裝置的製造裝置10進行說明。圖1是表示製造裝置10的結構的圖。該製造裝置10為利用打線W將第一接合點B1與第二接合點B2之間連接的打線接合裝置，通常將第一接合點B1設定於半導體晶片110的焊墊上，將第二接合點B2設定於作為裝配有半導體晶片110的導線架的基板100的導線上。

製造裝置10包括接合頭12、移動機構18、載台14、旋轉線軸42、噴燈電極43、控制器50、及UI裝置60。

接合頭12包括超音波焊頭24、及線夾34。超音波焊頭24為自基端至前端包括基端部、凸緣部、焊頭部、及前端部的各部的棒狀構件。於基端部配置有根據來自控制器50的驅動訊號振動的超音波振盪器26。凸緣部於成為超音波振動的波節的位置處以能夠共振的方式安裝於移動機構18。焊頭部為較基端部的直徑更長地延伸的臂，包括將由超音波振盪器26產生的振動的振幅放大並傳導至前端部的結構。於前端部以能夠更換的方式安裝有焊針30。焊針30為供打線W插通的筒狀構件。超音波焊頭24包括整體與超音波振盪器26的振動共振的共振結構，構成為如超音波振盪器26及凸緣位於共振時的振動的波節、焊針30位於振動的波腹的結構。藉由該些結構，超音波焊頭24作為將電性驅動訊號轉換為機械振動的轉換器而發揮功能。

線夾34包括基於控制器50的控制訊號進行開合動作的壓電元件，以能夠於規定的時間點夾持或釋放打線W的方式構成。該線夾34可與焊針30一起移動。

移動機構18使接合頭12、進而焊針30沿著水平方向及豎直方向移動，包括XY平台、及升降機構（未圖示）。移動機構18包括一台以上的驅動馬達22，藉由自該驅動馬達22輸出的動力使接合頭12移動。再者，焊針30的位置可藉由位置感測器28進行檢測。

旋轉線軸42以能夠更換的方式保持捲繞打線W的捲筒。旋轉線軸42以根據接合的進展捲出打線W的方式構成。再者，就加工的容易性與低電阻的方面出發選擇打線W的材料。作為打線W的材料，通常可使用金（Au）、銀（Ag）、鋁（Al）或銅（Cu）等。

噴燈電極43經由未圖示的放電穩定化電阻連接於未圖示的高電壓電源。噴燈電極43基於來自控制器50的控制訊號產生火花（放電），藉由火花的熱於自焊針30的前端捲出的打線W的前端形成焊球、即無空氣焊球（Free Air Ball，FAB）。

載台14支持基板100。於基板預先裝配有半導體晶片110。於該載台14的內部設置有加熱器46，可將基板100及半導體晶片110加熱至適於接合的溫度。

UI裝置60為受理來自操作員的操作輸入、並且向操作員輸出資訊的裝置。該UI裝置60包括輸入裝置62、及輸出裝置64。輸入裝置62受理來自操作員的操作輸入，例如包括鍵盤、滑鼠、軌跡球、觸控面板、操縱桿等。輸出裝置64向操作員輸出資訊，例如包括顯示器、擴音器、印表機等。

控制器50基於規定的軟體程式對製造裝置10的驅動進行控制。具體而言，控制器50具體而言藉由驅動控制移動機構18而控制焊針30的位置。又，控制器50根據接合處理的進行情況，而亦進行線夾34的開合控制、放電電壓的施加控制、載台14的加熱器46的驅動控制。又，於打線接合的過程中，進行將打線W接合於第二接合點B2的第二（2nd）接合處理、及切斷打線W的尾部的尾部切割處理，控制器50亦測定表示該第二接合處理、及尾部切割處理中的動作條件的優劣的規定的評價指標。作為評價指標，斷裂指標Sb及斷裂距離Ds符合，下文對該些進行詳細說明。再者，控制器50為物理上包括執行各種運算的處理器52、以及記憶程式及資料的記憶體54的電腦。

繼而，對藉由製造裝置10進行的打線接合的流程進行說明。圖2A～圖2F為表示打線接合的流程的概念圖。於打線接合中，利用打線W將第一接合點B1與第二接合點B2之間連接。第一接合點B1為設置於半導體晶片110的上表面的焊墊，第二接合點B2為設置於基板100的表面的導線。

於打線接合時，如圖2A所示，控制器50於打線W的末端形成FAB。即，使被施加規定的高電壓的噴燈電極43接近自焊針30的前端延伸出的打線W的一部分，於打線W的前端與噴燈電極43之間產生放電。藉由該放電，打線W的前端熔融。然後，熔融的打線材料藉由表面張力形成球狀的FAB。

繼而，如圖2B所示，控制器50執行將FAB接合於第一接合點B1的第一（1st）接合。即，控制器50使焊針30移動至第一接合點B1的正上方。其後，控制器50使焊針30下降，使FAB與第一接合點B1接觸，並且利用焊針30的前端面按壓該FAB。又，此時，控制器50驅動超音波振盪器26，使超音波焊頭24發生超音波振動，而對FAB附加超音波振動。進而，控制器50打開載台14的加熱器46，將基板100及半導體晶片110加熱至規定的溫度。藉此，荷重、超音波振動、及加熱器46的熱作用於FAB，藉此將FAB接合於第一接合點B1。

繼而，如圖2C所示，控制器50使焊針30依照預先規定的軌跡移動，藉此形成將第一接合點B1與第二接合點B2連接的迴路。即，於打開線夾34的狀態下，使焊針30移動，藉此將打線W自旋轉線軸42捲出，而形成迴路。

繼而，如圖2D所示，控制器50執行將打線W接合於第二接合點B2的第二（2nd）接合。具體而言，控制器50使焊針30著落於第二接合點B2，利用焊針30的前端面將打線W按壓至第二接合點B2。又，同時，驅動超音波振盪器26，對焊針30的前端附加超音波振動。然後，藉由該超音波振動、荷重及來自加熱器46的熱，將打線W接合於第二接合點B2。

將打線W接合於第二接合點B2後，繼而如圖2E所示，控制器50形成尾部。具體而言，控制器50於打開線夾34的狀態下，使焊針30向與基板100分離的方向移動。藉由該移動，形成自焊針30的前端延伸出的打線部分即尾部。又，該移動量根據必要的尾部的距離而確定。

形成尾部後，如圖2F所示，控制器50進行尾部的切斷。具體而言，控制器50於閉合線夾34的狀態下，使焊針30向與基板100分離的方向移動。藉此，拉斷打線W。之後重覆進行同樣的處理。

此處，根據以上說明可知，打線W於第二（2nd）接合處理及尾部形成處理後，於尾部切割處理中，以機械方式被拉伸並拉斷。於該拉斷時，反作用力作用於插通於焊針30中的打線W。若該反作用力過大，則插通於焊針30中的打線W發生彎曲成S字狀的S字彎曲。又，根據打線W的接合強度、以及尾部形成處理及尾部切割處理的動作條件，亦會產生尾部不滿足所需的長度的無尾、或接合點剝離的導線不黏之類的問題。此種S字彎曲、無尾、導線不黏之類的問題（以下總稱為「切斷不良」）會導致半導體裝置的品質降低。

因此，自先前起，操作員對第二（2nd）接合處理、尾部形成處理、尾部切割處理中的動作條件進行調整，以避免產生切斷不良。此處，作為動作條件，例如包括對打線W附加的荷重值、或使焊針30移動的速度、焊針30的移動軌跡、加熱器46的加熱溫度等。

操作員根據有無切斷不良調整動作條件，但以往並無對該動作條件的優劣進行定量評價的指標。因此，以往操作員需要觀察實際所製造的製品來確認有無切斷不良，並根據該確認結果調整動作條件，非常費時費力。

因此，於本說明書中，作為對動作條件的優劣、尤其是第二（2nd）接合處理、尾部形成處理、尾部切割處理中的動作條件的優劣進行定量評價的評價指標，而測定斷裂指標Sb及斷裂距離Ds，並對操作員提示該測定結果。以下，對此進行詳細說明。

首先，對斷裂指標Sb及斷裂距離Ds進行說明。如上所述，於本例中，第二（2nd）接合處理及尾部形成處理結束後，繼而進行尾部切割處理。於該尾部切割處理中，控制器50閉合線夾34後，使焊針30向與第二接合點B2分離的方向移動，藉此切斷尾部。於本例中，獲得表示該尾部的切斷所需的力的參數作為斷裂指標Sb。又，獲得自閉合線夾34起至切斷尾部為止的焊針30的移動距離作為斷裂距離Ds。

進一步具體說明，控制器50於尾部切割處理時，生成如焊針30逐漸向分離方向移動的指令位置P*，並輸入至移動機構18。設置於移動機構18的驅動馬達22的驅動器算出該指令位置P*與藉由位置感測器28所檢測到的檢測位置Pd的差量即位置偏差ΔP，並對驅動馬達22施加與位置偏差ΔP相應的值的電流。驅動馬達22輸出與施加電流成比例的轉矩。藉由轉矩的輸出將尾部切斷後，其反作用導致焊針30暫時向分離方向大幅超程。

圖3為表示進行尾部切割處理時所獲得的位置偏差ΔP的經時變化的一例的圖。於圖3的例子中，尾部於時刻t1被切斷，於該時刻t1後位置偏差ΔP立即取得峰值。切斷時的反作用越大，進而切斷所需的力越大，該峰值越大。因此，於本例中，測定該位置偏差ΔP的峰值作為斷裂指標Sb。又，測定獲得該峰值為止的焊針30的移動距離作為斷裂距離Ds。該斷裂指標Sb或斷裂距離Ds可用作表示打線W的斷裂所需的力的大小、即斷裂強度的指標。

此處，該斷裂指標Sb及斷裂距離Ds大幅影響接合不良的有無。例如，於發生S字彎曲的情形時，與未發生S字彎曲的情形相比，斷裂指標Sb及斷裂距離Ds增大。尤其是於打線W的種類相同的情形時，若斷裂指標Sb成為一定以上，則發生S字彎曲。因此，藉由監控斷裂指標Sb，可判斷S字彎曲的有無。再者，未發生S字彎曲的斷裂指標Sb的最大值（以下稱為「容許最大強度Smax」）根據打線W的種類而異。於打線W的組成相同的情形時，打線W的直徑越大，該容許最大強度Smax越大。又，於發生打線W未適當地接合於第二接合點B2的導線不黏的情形時，與未發生導線不黏的情形相比，斷裂指標Sb未產生大的差異，但斷裂距離Ds增大。因此，藉由監控斷裂距離Ds，可判斷導線不黏的有無。

控制器50測定此種斷裂指標Sb及斷裂距離Ds，並經由輸出裝置64對操作員提示測定結果。操作員基於所提示的斷裂指標Sb及斷裂距離Ds，可判斷接合不良的有無、進而動作條件的優劣。再者，不發生接合不良的斷裂指標Sb及斷裂距離Ds的值的範圍、即容許範圍根據打線W的種類（即組成或直徑、製法等）而異，因此預先藉由實驗等求出。

繼而，對本例的製造裝置10中的使用者介面進行說明。於本例的製造裝置10中，準備用以測定上述動作條件的評價指標、即斷裂指標Sb及斷裂距離Ds的測定模式。於操作員選擇測定模式的情形時，顯示器顯示如圖4所示的測定模式畫面70。於測定模式畫面70中，操作員可指定開始評價指標的測定的打線編號即開始編號71、及進行測定的打線的根數即測定個數72。又，操作員可預先根據各打線編號設定不同的動作條件。

選擇開始按鈕後，控制器50自所指定的打線編號起，與測定個數相應地依序執行打線接合處理。於圖4的例子的情形時，由於開始編號為81，測定個數為15，故而控制器50對打線編號81～打線編號95為止的15根打線W執行接合處理。

控制器50對於各接合處理，作為評價指標而測定斷裂指標Sb及斷裂距離Ds，並將結果暫時保存於記憶體54中。然後，與所指定的測定個數的量相對應的接合處理結束後，控制器50對操作員提示該測定結果。斷裂指標Sb及斷裂距離Ds均獲得多個（即與測定個數相應的量），因此控制器50對操作員提示該多個斷裂指標Sb及斷裂距離Ds的統計值作為測定結果。於圖4的例子中，作為測定結果，而於測定結果欄73顯示多個斷裂指標Sb及斷裂距離Ds的最終值、最大值、最小值、平均值、標準偏差。

又，於測定模式畫面70設置有曲線圖按鈕74。選擇該曲線圖按鈕74後，以曲線圖形式對操作員提示多個斷裂指標Sb及斷裂距離Ds的測定值。圖5A及圖5B分別為表示對操作員提示的斷裂指標Sb及斷裂距離Ds的曲線圖畫面的一例的圖。如圖5A及圖5B所示，曲線圖畫面中存在所顯示的評價指標的種類選擇欄75，顯示所選擇的種類的評價指標的曲線圖。又，曲線圖的橫軸為打線編號，縱軸為評價指標（即斷裂指標Sb或斷裂距離Ds）的測定值。

藉由參照該曲線圖，操作員能夠容易地特定出發生接合不良的打線編號。於圖5A、圖5B的例子中，打線編號88的斷裂指標Sb及斷裂距離Ds均高，因此可推測發生了S字彎曲。又，打線編號91的斷裂指標Sb不高，但斷裂距離Ds高，因此可推測發生了導線不黏。然後，如上所述，基於評價指標，可對接合不良的有無進行判斷，藉此操作員能夠更簡單地判斷動作條件的合適與否，而能夠更簡單地調整動作條件。再者，於知曉不發生接合不良的評價指標的範圍、即容許範圍的情形時，亦可將該容許範圍的上限值及下限值顯示於曲線圖。藉由設為該結構，操作員能夠更直觀地判斷接合條件的合適與否。

以此種曲線圖為參考而調整動作條件後，操作員於調整後的動作條件下開始製品的量產。此時，動作條件調整為不發生接合不良的條件。然而，重覆製造製品後，存在因溫度變化或各批次的個體差異、干擾等導致發生接合不良的情形。為了偵測此種接合不良的發生，控制器50可連續或間歇地進行評價指標的測定。並且，於評價指標脫離規定的容許範圍的情形時，控制器50可輸出警報，並中斷製品的製造。

圖6為表示製品量產時的控制器50的處理流程的流程圖。如圖6所示，控制器50依照由操作員所設定的動作條件，執行第n號打線W的接合（S12）。於該接合處理的過程中，控制器50測定斷裂指標Sb。然後，將所獲得的斷裂指標Sb與預先規定的容許最大強度Smax加以比較（S14）。於比較的結果為Sb≦Smax的情形時，判斷為無問題，執行下一打線W的接合處理（S16、S18、S12）。另一方面，於Sb＞Smax的情形時，發生S字彎曲的可能性高。於該情形時，控制器50輸出警報（S20），並暫時中斷製品的製造。

如上所述，藉由在製品的量產過程中監控斷裂指標Sb，能夠儘早發現接合不良，而能夠進一步提高最終所獲得的製品的品質。再者，於圖6中，僅對斷裂指標Sb進行監控，但當然，除了斷裂指標Sb以外，亦可對斷裂距離Ds亦進行管理。又，於目前的說明中，列舉進行打線接合的製造裝置10為例進行說明，但只要為執行尾部切割處理的製造裝置，則本說明書所揭示的技術亦可應用於其他種類的製造裝置。因此，本說明書所揭示的技術亦可應用於在半導體晶片110形成凸塊的凸塊接合裝置。

又，於目前的說明中，獲得剛切斷尾部後的位置偏差ΔP的峰值作為斷裂指標Sb。然而，斷裂指標Sb只要為表示切斷尾部所需的力的參數，則亦可為其他參數，例如亦可為切斷時的驅動馬達22的施加電流值。

10:製造裝置 12:接合頭 14:載台 18:移動機構 22:驅動馬達 24:超音波焊頭 26:超音波振盪器 28:位置感測器 30:焊針 34:線夾 42:旋轉線軸 43:噴燈電極 46:加熱器 50:控制器 52:處理器 54:記憶體 60:UI裝置 62:輸入裝置 64:輸出裝置 70:測定模式畫面 71:開始編號 72:測定個數 73:測定結果欄 74:曲線圖按鈕 75:種類選擇欄 100:基板 110:半導體晶片 B1:第一接合點 B2:第二接合點 W:打線

圖1是表示製造裝置的結構的圖。 圖2A是表示打線接合的流程的概念圖。 圖2B是表示打線接合的流程的概念圖。 圖2C是表示打線接合的流程的概念圖。 圖2D是表示打線接合的流程的概念圖。 圖2E是表示打線接合的流程的概念圖。 圖2F是表示打線接合的流程的概念圖。 圖3是表示進行尾部切割處理時所獲得的位置偏差的經時變化的一例的圖。 圖4是表示測定模式畫面的一例的圖。 圖5A是表示對操作員提示的斷裂指標的曲線圖畫面的一例的圖。 圖5B是表示對操作員提示的斷裂距離的曲線圖畫面的一例的圖。 圖6是表示製品量產時的控制器的處理流程的流程圖。

10:製造裝置

12:接合頭

14:載台

18:移動機構

22:驅動馬達

24:超音波焊頭

26:超音波振盪器

28:位置感測器

30:焊針

34:線夾

42:旋轉線軸

43:噴燈電極

46:加熱器

50:控制器

52:處理器

54:記憶體

60:UI裝置

62:輸入裝置

64:輸出裝置

100:基板

110:半導體晶片

W:打線

Claims (6)

1. 一種半導體裝置的製造裝置，包括： 焊針，供打線插通，將自前端延伸出的所述打線按壓至對象面而接合； 線夾，與所述焊針連動移動，夾持所述打線； 移動機構，包括一台以上的驅動馬達，藉由所述驅動馬達的動力使所述焊針移動； 位置感測器，檢測所述焊針的位置作為檢測位置；以及 控制器，對所述焊針、所述線夾、及所述移動機構的驅動進行控制，且 所述控制器構成為執行如下的處理： 尾部切割處理，進行所述打線對所述對象面的接合及尾部的形成後，於閉合所述線夾的狀態下，使所述焊針沿著分離的方向移動，藉此切斷所述尾部；以及 指標測定處理，測定剛切斷所述打線後的所述焊針的移動的指令位置與所述檢測位置的偏差的峰值、或測定切斷所述打線時的所述驅動馬達的電流值作為斷裂指標。
2. 如請求項1所述的半導體裝置的製造裝置，其中 所述控制器於所述指標測定處理中，進而測定斷裂距離，所述斷裂距離為自閉合所述線夾起至切斷所述打線為止的所述焊針的移動距離。
3. 如請求項1或請求項2所述的半導體裝置的製造裝置，更包括： 使用者介面裝置，受理來自操作員的操作輸入，並且向所述操作員輸出資訊， 所述控制器於自所述操作員指示所述斷裂指標的測定時，將所述尾部切割處理重覆執行2次以上，並經由所述使用者介面裝置向所述操作員提示2次以上的所述尾部切割處理中分別獲得的所述斷裂指標的測定值。
4. 如請求項3所述的半導體裝置的製造裝置，其中 所述控制器以曲線圖形式提示2次以上的所述尾部切割處理中分別獲得的所述斷裂指標的測定值的一覽。
5. 如請求項1或請求項2所述的半導體裝置的製造裝置，其中 所述控制器於所述斷裂指標為預先規定的基準範圍以外的情形下，輸出警報。
6. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 尾部切割步驟，將自焊針的前端延伸出的打線按壓至對象面並接合後，於閉合線夾並夾持所述打線的狀態下，使所述焊針向與所述對象面分離的方向移動；以及 指標測定步驟，與所述尾部切割步驟並行執行，測定剛切斷所述打線後的所述焊針的移動的指令位置與所述檢測位置的偏差的峰值、或測定切斷所述打線時的所述驅動馬達的電流值作為斷裂指標。