JP2888335B2 - ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の組立工
程に用いるワイヤボンディング装置およびワイヤボンデ
ィング方法に関し、特に超音波振動を利用して繋線を行
うボンディング装置およびボンディング方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置の組立に使用される超
音波ワイヤボンディング方法としては、金線を使用する
ネイルヘッドボンディング方式（熱併用超音波ボンディ
ング方式）とアルミニウム線を使用するウェッジボンデ
ィング方式とが知られている。このうち、樹脂封止パッ
ケージ半導体装置用には、腐食しにくく展延性に優れた
金線を用いる熱併用超音波ボンディング方式が多用され
ている。この方式のボンディング装置では、加熱温度お
よび加熱と併用される超音波のパワーと印加時間をパラ
メータとして設定できるようになっており、装置の有す
る超音波発振器が前記設定されたパワーに相当する電圧
を設定された時間出力することにより超音波ホーンを振
動させる。その結果、前記ホーンの先端に取り付けられ
たキャピラリが振動し、これにより金線がアルミニウム
パッドまたはインナーリードにこすられてそれらに接合
される。しかしながら、超音波の効き具合は、発振器の
出力と時間で設定しても、キャピラリの取り付け状態、
またはボンディング時の加熱による超音波ホーンの熱膨
張などの条件により変化してしまうため、設定値を正確
に反映したものとはならない。
【０００３】そこで、ボンディング時の実際のキャピラ
リの振動をモニタできるようにしてボンディング状態を
監視できるようにしようとする提案が各種なされてい
る。図４は、特開昭５７−１６６０４２号公報にて提案
された超音波ボンディング装置の概略図である。ホーン
２１の根元は支持部２２に結合支持されている。この支
持部２２には超音波発振器２３が設けられ、該超音波発
振器２３は電磁コイル（図示なし）により内部の振動子
を振動させてホーン２１に超音波振動を与える。ホーン
２１の先端部にはキャピラリ２４が設けられており、ボ
ンディングワイヤはこのキャピラリ２４の内部を通して
供給される。そして、キャピラリ２４にはその振動状態
を検出する、ＰＺＴからなる検出センサ２５が設けられ
ており、その検出信号は図示されないモニタにより観察
できるようになっている。
【０００４】ボンディングに際しては、超音波発振器２
３を動作させ、ホーン２１およびキャピラリ２４を介し
てボンディングワイヤに振動を与え、ワイヤ先端に形成
されたボール部を第１ボンド点（例えばチップ上のボン
ディングパッド）に振動圧着し、次いでワイヤを引き延
ばして第２ボンド点（例えばリードフレームのインナー
リード）に振動圧着する。このボンディング時のキャピ
ラリ２４の振動状態は検出センサ２５により検出されモ
ニタ上に表示される。これを観察することにより、良好
なボンディングが行われたか否かを判断することができ
る、とされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のボンデ
ィング装置では、検出センサの出力をモニタすることに
より、ボンディング状態を検出しているが、その出力波
形は正弦波からはずれた波形になることが多く、その波
形からボンディング状態の良否を判定することは容易な
ことではなく、また判定結果に個人差が生じ易い。ま
た、振動そのものを検出する従来方式では、被ボンディ
ングワークを固定するワーク押さえで確実にワークが押
さえきれない場合には、ワーク自体が振動してしまい、
超音波のワークへの掛かり具合を正確に反映したものと
はならないので、信頼性の高いボンディング状態の検出
ができない。よって、本発明の解決すべき課題は、ボン
ディング状態をより正確に把握しうるようにしては、信
頼性の高い超音波ワイヤボンディングを安定して行いう
るようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、ホーンに
連結されたトランスデューサの出力信号を取り出し、そ
の出力電圧のピーク値Ｐと電圧印加時間Ｔと所定の波高
値以上の振動回数ｎとの積Ｐ・Ｔ・ｎをＵＳ効果指数と
して演算し、これによりボンディング点の超音波の掛か
り具合を判断するようにすることにより、解決すること
ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による超音波ワイヤボンデ
ィング装置は、超音波発振器の出力信号が入力されるト
ランスデューサと、前記トランスデューサに付設された
ホーン部と、該ホーン部の先端部に設けられたワイヤ保
持部と、前記トランスデューサの出力電圧波形を監視す
る電圧検出器と、出力電圧のピーク値Ｐと電圧印加時間
Ｔと所定の波高値以上の振動回数ｎとの積Ｐ・Ｔ・ｎを
ＵＳ効果指数として演算する演算回路と、前記ＵＳ効果
指数を表示する表示装置と、を備えたことを特徴として
いる。
【０００８】また、本発明による超音波ワイヤボンディ
ング方法は、初期ボンディング位置設定作業中に、目合
わせされたボンド点毎に超音波ワイヤボンディングを行
い、そのワイヤボンディング時に超音波発振器の出力信
号が入力されホーン部が付設されたトランスデューサの
出力電圧波形を監視し、出力電圧のピーク値Ｐと電圧印
加時間Ｔと所定の波高値以上の振動回数ｎとの積Ｐ・Ｔ
・ｎをＵＳ効果指数として演算してこれを表示すること
をことを特徴としている。そして、好ましくは、上述の
ようにして求められたＵＳ効果指数に基づいて基準ＵＳ
効果指数を選定し、自動ワイヤボンディング時に超音波
発振器の出力信号が入力されホーン部が付設されたトラ
ンスデューサの出力電圧波形を監視し、出力電圧のピー
ク値Ｐと電圧印加時間Ｔと所定の波高値以上の振動回数
ｎとの積Ｐ・Ｔ・ｎをＵＳ効果指数として演算し該演算
結果と前記基準ＵＳ効果指数とを比較し、前記基準ＵＳ
効果指数から外れた場合には、警報を発する、ボン
ディング作業を中止する、当該半導体装置を不良品と
して排除、ボンディング作業は引き続き実行する、の中
のいずれか一つ若しくは幾つかが採用される。
【０００９】［作用］本発明においては、トランスデュ
ーサの出力電圧を監視しているが、トランスデューサの
出力はホーンの負荷状態を反映したものとなるため、そ
の出力電圧はワークへの実際の超音波の掛かり具合を反
映したものとなる。例えばワーク押さえの状態が悪くワ
ーク自体の固定状態が悪い場合、単にホーンやキャピラ
リ振動を検出する方式ではボンディング状態の正確な把
握は困難であったが、本発明の方法では、正常動作の場
合との差を検出することが可能になる。そして、本発明
においては、ボンディング状態をＵＳ効果指数によって
判断するようにしたため、定量的な把握が可能となり、
ボンディング状態の判断に個人差が生じることがなくな
る。なお、本発明においては、波高値が一定以上となる
回数と電圧印加時間の双方をピーク電圧値に掛けてＵＳ
効果指数を演算しているが、このようにするのは、所定
の波高値に達する回数が正常ボンディングの場合に比較
して不足する場合であっても、電圧印加時間がある程度
長ければボンディング不良には至らないという経験則に
基づくものである。
【００１０】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例の超音波ワイヤ
ボンディング装置の概略構成図である。Ｘ−Ｙテーブル
１上に載置されたＺ可動機構２にＵＳホーン３が取り付
けられており、該ＵＳホーン３の先端にキャピラリ４が
ホールドされている。キャピラリ４内には、リールより
引き出された金線（いずれも図示なし）が挿通されてい
る。ＵＳホーン３の他端には、ＵＳ発振器６に接続され
たトランスデューサ５が連結されており、これにより超
音波振動が引き起こされる。この振動は、キャピラリ４
を介してキャピラリ４中を通る金線とワーク１１間に摩
擦を生じさせ両者間の接合を実現する。以上の動作はボ
ンダ制御部９により制御される。なお、図示されてはい
ないが、この外に金線の先端部にボールを形成するため
のトーチと金線を保持しこれを引きちぎるクランパとが
備えられている。
【００１１】トランスデューサ５の出力端子には電圧検
出器７が接続され、ボンダ制御部９に設けた演算回路８
が電圧検出器７によって検出された電圧波形を読み取
る。読み取られた電圧波形例を図２に示す。演算回路８
は、出力電圧のピーク値Ｐを検出する機能と、電圧印加
時間Ｔを計時する機能と、ボンダ制御部９に設定された
トランスデューサ出力電圧しきい値Ｖｔ以上の波の数ｎ
を算出する機能と、これらの積Ｐ・Ｔ・ｎをＵＳ効果指
数として算出する機能を有している。ここで、電圧印加
時間Ｔは電圧が予定された最大出力電圧の例えば５％以
上である時間とすることができる。このことにより、極
端に低い出力電圧の期間を排除してＵＳ効果指数を超音
波の掛かり具合をよりよく反映したものとすることがで
きる。演算回路８で算出されたＵＳ効果指数Ｐ・Ｔ・ｎ
の値はボンダ制御部９に設けられた表示回路を通してモ
ニタ１０に表示される。
【００１２】図３は、本発明のワイヤボンディング方法
の一実施例を示すフローチャートである。このボンディ
ングには図１に示された超音波ワイヤボンディング装置
が用いられる。ワイヤボンディングを行なうに際し、ボ
ンディングの諸条件（チップ搭載台加熱温度、加圧圧
力、超音波発振器出力電圧、超音波発振継続時間等）に
ついて設定を行う。そして、ステップＳ１にて、ボンデ
ィング点の位置合わせのためにセルフティーチモードを
選択する。次に、ステップＳ２にて、作業者は、モニタ
を観察しつつマニピュレータにてＸ−Ｙテーブルを操作
してチップ上に存在する特徴ある形状の位置合わせ点に
カーソルを合わせ、位置設定スイッチを押す。チップ上
に位置合わせ点が複数個存在する場合には同様の操作を
全ての位置合わせ点について行う。
【００１３】次いで、マニピュレータにてＸ−Ｙテーブ
ルを操作して第１ワイヤの第１ボンド点にカーソルを合
わせ、位置設定スイッチを押す（ステップＳ３）。続い
て、マニピュレータにてＸ−Ｙテーブルを操作して第１
ワイヤの第２ボンド点にカーソルを合わせ、位置設定ス
イッチを押す（ステップＳ４）。そして、第１ワイヤの
第１ボンド点および第２ボンド点のボンディングを行う
（ステップＳ５）。続いて、ステップＳ６、Ｓ７にて各
ボンド点におけるＵＳ効果指数を演算し、その演算結果
を、図４に示すように、モニタ上に表示する（ステップ
Ｓ８）。同図に示されるように、表示はボンディングワ
イヤ毎になされ、ワイヤ番号とＵＳ効果指数が１対１で
確認できるようになっている。表示された第１ワイヤに
関するＵＳ効果指数が所定の範囲内である場合には、ス
テップＳ９を介してステップＳ３に戻り、同様の操作を
ｎ番目のワイヤに関する位置設定が終了するまで繰り返
す。
【００１４】第１ワイヤのボンディング後、表示された
ＵＳ効果指数が所定の範囲内から外れていた場合、若し
くは、それ以降のボンディングにおいて表示されたＵＳ
効果指数が所定の範囲内から外れた場合、ボンディング
条件の設定をやり直して再度ボンディングを行う。全て
のボンディングワイヤについて位置合わせとボンディン
グが終了し、かつ、全てのボンディング点でのＵＳ効果
指数が所定の範囲内に入っている場合には、ステップＳ
１０にてセルフティーチモードを解除する。
【００１５】次に、初期ボンディングの位置設定が終了
した後の、実際のワイヤボンディング作業の実施例につ
いて説明する。位置設定時の求めた各ボンディングワイ
ヤの第１ボンド点のＵＳ効果指数の平均値を求め、この
平均値の±５％を第１ボンド点の基準ＵＳ効果指数とし
て選定する。同様に、各ボンディングワイヤの第２ボン
ド点のＵＳ効果指数の平均値を求め、この平均値の±５
％を第２ボンド点の基準ＵＳ効果指数として選定する。
そして、実際のワイヤボンディングの作業を実行する。
そのワイヤボンディングにおいて、各ボンディングワイ
ヤの第１、第２ボンド点でのＵＳ効果指数を演算し、図
４に示されるようにモニタ上に表示するとともに各ボン
ド点毎に先に選定した基準ＵＳ効果指数と比較する。基
準ＵＳ効果指数から外れたときには、 警報を発する、 ボンディング装置を停止させる、 当該基準ＵＳ効果指数から外れたチップを不良品と
して排除し、他のチップについてボンディング作業を継
続する、 の中の何れかを実行する。あるいはおよびまたは
およびを実行する。
【００１６】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可
能である。また、本発明は、加熱併用の超音波ワイヤボ
ンディングばかりではなく加熱を伴わない超音波ワイヤ
ボンディングに対しても適用が可能なものである。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ワイヤ
ボンディングにおける実際の超音波の掛かり具合を定量
的に算出し、これを各ボンド点に対応させて表示するも
のであるので、以下の効果を享受することができる。 ボンディング状態が定量的に表されるため、ボンデ
ィングの良否の判断が容易になり、また判定に個人差が
なくなる。 各ボンド点について１対１でＵＳ効果指数が表示さ
れるため、マルチ取りのリードフレームの場合であって
もワイヤボンディング装置の調整すべき点が容易にわか
るようになる。 基準ＵＳ効果指数と比較しながらボンディングを行
うことができるので、不良対策を早期に立てる可能にな
り、また不良品の大量発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のワイヤボンディング装置の
概略構成図。
【図２】図１のボンディング装置の動作を説明するため
の電圧波形図。
【図３】本発明の一実施例のワイヤボンディング方法を
示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例を説明するための、モニタ上で
のＵＳ効果指数の表示。
【図５】従来の超音波ワイヤボンディング装置の概略構
成図。
【符号の説明】
１ Ｘ−Ｙテーブル ２ Ｚ可動機構 ３ ＵＳホーン ４ キャピラリ ５ トランスデューサ ６ ＵＳ発振器 ７ 電圧検出器 ８ 演算回路 ９ ボンダ制御部 １０ モニタ １１ ワーク ２１ ホーン ２２ 支持部 ２３ 超音波発振器 ２４ キャピラリ ２５ 検出センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/607 H01L 21/60 301

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波発振器の出力信号が入力されるト
    ランスデューサと、前記トランスデューサに付設された
    ホーン部と、該ホーン部の先端部に設けられたワイヤ保
    持部と、前記トランスデューサの出力電圧波形を監視す
    る電圧検出器と、出力電圧のピーク値Ｐと電圧印加時間
    Ｔと所定の波高値以上の振動回数ｎとの積Ｐ・Ｔ・ｎを
    ＵＳ効果指数として演算する演算回路と、前記ＵＳ効果
    指数を表示する表示装置と、を備えたことを特徴とする
    ワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】 前記電圧印加時間Ｔは、予め設定された
    電圧値以上の電圧が印加されている時間であることを特
    徴とする請求項１記載のワイヤボンディング装置。
  3. 【請求項３】 初期ボンディング位置設定作業中に、目
    合わせされたボンド点毎に超音波ワイヤボンディングを
    行い、そのワイヤボンディング時に超音波発振器の出力
    信号が入力されホーン部が付設されたトランスデューサ
    の出力電圧波形を監視し、該出力電圧のピーク値Ｐと電
    圧印加時間Ｔと所定の波高値以上の振動回数ｎとの積Ｐ
    ・Ｔ・ｎをＵＳ効果指数として演算してこれを表示する
    ことをことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】 請求項３により求められたＵＳ効果指数
    に基づいて基準ＵＳ効果指数を選定し、自動ワイヤボン
    ディング時に超音波発振器の出力信号が入力されホーン
    部が付設されたトランスデューサの出力電圧波形を監視
    し、出力電圧のピーク値Ｐと電圧印加時間Ｔと所定の波
    高値以上の振動回数ｎとの積Ｐ・Ｔ・ｎをＵＳ効果指数
    として演算し該演算結果と前記基準ＵＳ効果指数とを比
    較することを特徴とするワイヤボンディング方法。
  5. 【請求項５】 前記演算結果が前記基準ＵＳ効果指数か
    ら外れたとき、 警報を発する、 ボンディング装置を停止させる、 当該基準ＵＳ効果指数から外れたチップを不良品と
    して排除し、他のチップについてボンディング作業を継
    続する、 の中の何れかまたはおよび若しくはおよびを実
    行することを特徴とする請求項４記載のワイヤボンディ
    ング方法。
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