JPH1074787A - ワイヤボンディング方法および装置 - Google Patents

ワイヤボンディング方法および装置

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JPH1074787A
JPH1074787A JP4504997A JP4504997A JPH1074787A JP H1074787 A JPH1074787 A JP H1074787A JP 4504997 A JP4504997 A JP 4504997A JP 4504997 A JP4504997 A JP 4504997A JP H1074787 A JPH1074787 A JP H1074787A
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wire
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adhesive
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Hiroshi Sasaoka
博 笹岡
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンディング装置において、基板と実
装された電子部品との接着状態を検出し、その結果を用
いて最適なワイヤボンディング条件を決定する。 【解決手段】 ワイヤボンディング装置に接着剤の接着
状態を検出する手段を設け、ここで基板１１に実装され
ている電子部品１３の基板１１との接着状態を検出す
る。そして、その検出結果をもとに最適なワイヤボンデ
ィング条件を決定し、ボンディングツール制御装置５に
フィードバック制御をかけてワイヤボンディングを行え
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や半導体
素子のボンディング端子、およびパッドにリードをボン
ディングするボンディング方法およびボンディング装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金線、銅線などを電子部品、半導
体素子などのボンディング用端子やパッド及びリードフ
レームに接続する場合、はんだ付け（リフロー法含
む）、超音波接合、熱圧着、抵抗接合等による接合手段
が用いられており、特に超音波接合の１つの手法である
超音波ボンディング法が多用されている。リード線とボ
ンディング用端子、パッド及びリードフレームとの接合
部においては、接合品質の確保が重要であり、その為の
ボンディング条件の制御、検査方法が色々と研究されて
いる。
【０００３】まず、ボンディング前にボンディングの接
合部の良否を検査する手法としては、例えば、特開平５
−１６０２２９号のように、ボンディング用端子、パッ
ド及びリードフレーム等のボンディングすべき表面の
傷、ピンホールなどの微少な欠陥、表面荒さ、酸化被
膜、材質変化などの接合表面の接着状態の良否を判断し
て、この結果をボンディング装置にフィードバックする
方法がある。
【０００４】また、ボンディング中にボンディングの良
否を判定するものとしても様々なものが提案されてい
る。例えば、特開昭６１−２３７４３８号、特開昭６１
−２３７４４０号、特開昭６２−７６７３１号のよう
に、超音波発振機からの高周波電流の波形及び電流強度
を検出し、ボンディング良否を判断する方法、特開昭６
２−２９３７３１号のようにボンディング中のツールの
振動を超音波モニタにより計測し、ボンディング接合状
態を検出する方法がある。
【０００５】さらに、ボンディング後には、接合された
ワイヤをテンションゲージによって引っ張ることによっ
て接合強度を調べるプルテスト、ボンディング部のワイ
ヤ変形量からボンディング接合強度を推定する方法等が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
作業中、または作業後にボンディング接合状態を検出す
るものは、ボンディングの良否判定には有効であるが、
完成品の歩留まりを直接的に向上させることはできな
い。また、特開平５−１６０２２９号のようにボンディ
ング作業前に検査するものでも、ボンディングすべき表
面とのワイヤの接合性の良否を判断することに留まって
いるため、接合表面の接合性以外の条件が考慮されるこ
とはない。
【０００７】実際のボンディングでは、接合表面の状態
だけによってボンディング接合強度が左右されるわけで
はなく、その他の様々な要因によって決定される。特に
ワイヤボンディングでは、ボンディングを行う電子部品
はボンディング前に基板などに接着剤などで実装されて
いるが、それらの接着状態は当然基板および電子部品毎
で異なっており、その接着状態はボンディング前に検知
して、それに合わせたボンディング条件でボンディング
するのが、確実なボンディング作業を行うためには望ま
しい。
【０００８】しかしながら実際は、例えば電子部品を接
着剤で固定した基板上で超音波ワイヤボンディング装置
により電子部品の端子と基板上の配線をワイヤボンディ
ングする場合、ワイヤボンディング条件、例えばボンデ
ィングツールの加圧力、超音波出力、振動時間等は、予
め経験的に求められた諸元値に設定してワイヤボンディ
ングを行い、作業終了後に接合状態を観察してから、接
合が不十分な時は、条件を変更して、次のワークをワイ
ヤボンディングしている。
【０００９】図１に、ワイヤボンディング前の基板と電
子部品の状態を示す。ここに示すように、基板１１は試
料台（図示せず）に設けられたクランプ手段（図示せ
ず）で固定されており、電子部品１３（例えばシリコン
等）は基板１１（例えば樹脂、セラミック、金属等）に
接着剤１２で固定されている。接着剤１２は、基板１１
と電子部品１３の熱膨張差を吸収するように弾性のある
シリコン接着剤等がよく使われる。超音波ワイヤボンデ
ィング法では、ボンディングツール６を超音波振動させ
ることにより、ボンディングワイヤ９と電子部品１３と
を相対移動させて、ボンディングワイヤ９と電子部品１
３上に設けられているボンディングパッド１５の接合表
面の酸化膜を除去し、双方を接合させる。その後、ボン
ディングツール６を基板１１上の配線パターン１４上方
に移動させ、同様の方法によりボンディングワイヤ９を
配線パターン１４に接合させる。
【００１０】しかし、接着剤１２の硬化不良、エア混
入、接着剤膜厚のばらつき等により、接着剤１２の剛性
が適正レベルに達していない場合、接着剤１２上の電子
部品１３が接着不良でぐらついたり、同様の不良により
電子部品１３と接着剤１２の振動の共振点が変化して電
子部品部（電子部品１３及び接着剤１２）の固有振動数
が超音波の振動周波数に近くなって、共振により電子部
品１３がボンディングツール６と共に動いてしまうと、
ボンディングワイヤ９とボンディングパッド１５間で十
分な相対運動ができず、接合不良が発生する。
【００１１】こういった接合不良発生原因となる接着剤
１２の剛性の違いは、ワーク１個１個に依存しており、
従来のワイヤボンディング後に接合状態を顕微鏡などで
観察し、必要なら次回のボンディング条件を変更する等
の方法では、個々の接着剤１２の剛性変化に応じて最適
なワイヤボンディング条件を取ることは不可能であっ
た。
【００１２】本発明の目的は、ボンディング毎に確実な
ボンディングが達成される為に、ボンディング前にボン
ディングを行う実装部品と基板との接着状態を検査し、
それぞれの接着状態に応じたボンディング条件を求め
て、ボンディングにフィードバックすることで、高品質
で信頼性が高く、歩留まりの良い製品を製造することを
可能にするボンディング方法および装置を提供すること
にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、請求項１および請求項５の発明に係わる
ワイヤボンディング方法および装置は、基板に実装され
ている電子部品にワイヤを前記電子部品と相対振動させ
て接合するワイヤボンディングにおいて、基板に実装さ
れた前記電子部品の接着状態を検出し、その検出結果を
基に電子部品とワイヤとの接合強度が所定強度以上に確
保される相対振動条件を求め、その相対振動条件に基づ
いて相対振動を制御することを特徴とする。
【００１４】本発明のワイヤボンディング方法および装
置では、実装されている電子部品と基板とのワイヤボン
ディングを行う前に実装電子部品の基板との接着状態を
検出し、その結果をワイヤボンディング条件にフィード
バックする。従って、それぞれの電子部品の接着状態に
合わせたワイヤボンディングが行えるため、信頼性の高
いボンディング結果を得ることが出来る。
【００１５】請求項２および請求項６の発明に係わるワ
イヤボンディング方法および装置は、請求項１または請
求項５のワイヤボンディング方法および装置において、
基板と電子部品の接着状態として、基板と電子部品とを
接着している接着剤の剛性を検出することを特徴として
いる。
【００１６】このワイヤボンディング方法および装置で
は、電子部品と基板との接着状態の一つとして、接着部
の接着剤剛性に着目し、それを検出してその結果をボン
ディング条件の決定に用いる。電子部品部（電子部品及
び接着剤）のボンディングツールの振動に対する影響を
接着剤剛性検出結果より推定し、確実なボンディングを
行える最適なボンディング条件を決定、実行すること
で、より信頼性の高いワイヤボンディングを行う。
【００１７】請求項３および請求項７の発明に係わるワ
イヤボンディング方法および装置は、請求項２または請
求項６のワイヤボンディング方法および装置において、
接着状態として検出する接着剤剛性を、実装された電子
部品を接着面に対して側方から加圧した時のひずみ量か
ら判断することを特徴とする。
【００１８】このワイヤボンディング方法および装置で
は、電子部品を接着面に対して側方から加圧し、そのひ
ずみ量から接着剤の剛性を判断する。電子部品部の固有
振動数、接着部の剛性、ひずみ量、振動波出力の関係が
事前にわかっているため、電子部品の接着面に対して側
方からの強制加圧に対する接着剤のひずみ量から必要な
ボンディング条件（振動波出力、振動数等）を容易に求
めることが出来る。
【００１９】請求項４および請求項８の発明に係わるワ
イヤボンディング方法および装置は、請求項１または請
求項５のワイヤボンディング方法および装置において、
ワイヤボンディング時の電子部品の振動数と加速度を測
定し、その結果から基板と電子部品の接着状態を判断す
ることを特徴とする。
【００２０】このワイヤボンディング方法および装置で
は、ワイヤボンディング時の電子部品の振動数と加速度
を測定し、その測定結果より基板と電子部品の接着状態
を判断する。ワイヤボンディング時に発生する電子部品
の振動状態から接着状態を判断するため、電子部品を外
部から加圧・加振したりする必要がなく、またそれに必
要な特別な装置等を必要としない。
【００２１】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
用いて説明する。
【００２２】
【第１の実施の形態】先ず、電子部品１３を基板１１へ
搭載した状態を図１に示す。基板１１の上に電子部品１
３が例えばシリコン等弾性のある接着剤１２により接着
されている。本実施の形態では、ワイヤを電子部品と相
対振動させるワイヤボンディング方法として超音波ワイ
ヤボンディング法を用いるが、勿論他の相対移動手段を
備えたワイヤボンディング方法を用いることも可能であ
る。電子部品１３への超音波ワイヤボンディングは、ボ
ンディングツール６により、ボンディングワイヤ９を加
圧・加振することにより行う。電子部品１３上に設けら
れているボンディングパッド１５とボンディングワイヤ
９を接合すると、次にボンディングツール６を基板１１
上の配線パターン１４上方へ移動させて、同様に配線パ
ターン１４とボンディングワイヤ９とのボンディングを
行う。
【００２３】次に本発明の第１の実施の形態である超音
波ワイヤボンディング装置の構成図を図２に示す。図２
に示す通り、第１の実施の形態である超音波ワイヤボン
ディング装置は、ワイヤボンディングを施すワーク１０
（基板１１および実装された電子部品１３からなる）を
乗せる試料台４が、水平方向に移動させる機構を持った
Ｘ−Ｙステージ２、試料台を乗せて回転させる機構を持
った回転台３の上に乗って、架台１に固定されている構
成になっている。ボンディングツール駆動装置５には、
ボンディングツール６が取り付けられており、ボンディ
ングツール６の超音波出力、振動数、振動時間、加圧力
などをボンディングツール制御装置（図示せず）により
制御する。ボンディングワイヤ９は、ボンディングワイ
ヤ供給装置７でワイヤの供給、ワイヤのクランプ等が行
われる。また、ワイヤボンディングの位置の画像確認の
ために、パターン確認用撮像器８が設けられ、さらに実
装されてる電子部品１３と基板１１との接着状態を測定
するための接着剤剛性測定装置２０が備えられている。
【００２４】接着剤剛性測定装置２０の機構の実施例を
図３に示す。接着剤剛性測定装置２０は、加圧軸２１、
駆動部２２、保持部２３で構成されている。加圧軸２１
は軸方向に移動可能となっており、電子部品１３は、加
圧軸２１により所定押圧力Ｐで押圧される。それにより
接着剤１２の剛性に応じて、電子部品１３が押圧方向に
変位し、その変位量δを加圧軸２１の移動ストローク量
から測定する。
【００２５】ここで、接着剤剛性測定装置２０の駆動部
２２の詳細な構造を図４に示す。加圧軸２１は、軸受部
２２９によって支えられており、モータ２２１、ラック
２２２、ピニオン２２３により軸方向への動きが自由に
なっている。また、ラック２２２の動きはストッパ２２
４によって制限されている。加圧軸２１を動かす動力と
しては、上記モータ以外に空気圧とピストンを用いた機
構のものでも同様に可能である。加圧軸２１の軸力は荷
重センサ２２５で測定し、加圧軸２１のストロークはレ
バー２２６とストロークセンサ２２７で測定する。荷重
センサ２２５、ストロークセンサ２２７の出力はコント
ローラ２２８へ入力し、コントローラ２２８でモータ２
２１への電流・電圧出力等を制御している。
【００２６】次に、接着剤１２の剛性からボンディング
条件をコントロールする考えを示す。先ず、ボンディン
グワイヤ９の接合強度を表すものとして、せん断強度を
考える。通常、せん断強度Ｓは図５に示すように、ボン
ディングパッド３１上に接合したワイヤ接合部３３を測
定ツール３２で横から押圧し、前記ワイヤ接合部３３が
剥がれる時の加圧力Ｐで測定する。図６に通常の超音波
ワイヤボンディング装置の超音波出力Ｕとせん断強度Ｓ
の関係を示す。これより、一般的に超音波出力Ｕが増加
するに従い、せん断強度Ｓも増加し、ピークに達した後
少しずつ低下する。
【００２７】実装された電子部品１３および接着剤１２
（以下、電子部品部と記す）の固有振動数ｆ0 を、片持
ち梁の振動としての固有振動数として考えることで求め
る。図７に示すように、電子部品質量ｍ、接着剤縦弾性
係数Ｅ、接着剤１２のボンディングツール６の振動方向
の断面２次モーメントＩ、接着剤高さｈとして、電子部
品部の固有振動数ｆ0 、固有角振動数ω0 を求める。電
子部品１３の厚さが約４００〔μｍ〕、接着剤の厚さが
約１０〔μｍ〕とすると、接着剤１２の質量を無視でき
るので、第１式、第２式のような関係となる。
【００２８】
【数１】 ２πｆ0 ＝ω0 ＝√（３Ｅ・Ｉ／ｈ3 ・ｍ）） ・・・第１式 ｆ0 ＝ω0 ／（２π）＝１／（２π）×√（３Ｅ・Ｉ／（ｈ3 ・ｍ）） ・・・第２式
【００２９】ここで、電子部品１３にＰの力をかけた時
の電子部品１３の変位δは、第３式、第４式となる。
【００３０】
【数２】 δ＝Ｐ・ｈ3 ／（３Ｅ・Ｉ） ・・・第３式 Ｐ／δ＝３Ｅ・Ｉ／ｈ3 ・・・第４式
【００３１】よって、第２式、第４式より、第５式を得
る。
【００３２】
【数３】 ｆ0 ＝１／（２π）×√（Ｐ／（δ・ｍ）） ・・・第５式
【００３３】ここで、Ｐ／δは接着剤１２の剛性を示す
値と考えられ、ｆ0 はこの剛性Ｐ／δの１／２乗に比例
する。この関係を図８に示す。
【００３４】接合時に電子部品１３が動いてしまうと接
合不良になるが、その動きはボンディングツール振動数
が電子部品部の固有振動数ｆ0 に一致したときに最大に
なる。図９にボンディングツールへの加振の振動数ｆを
変化させたときの、電子部品１３の振動の振幅Ａ及びボ
ンディング部のせん断強度Ｓの関係を示す。ここで、ボ
ンディングツール６の振動数以外のボンディング条件は
同一とする。当然、ボンディングツール６を電子部品部
の固有振動数ｆ0 で振動させると電子部品は共振を起こ
し、振幅は最大になり、同時にボンディング部の接合強
度、即ちせん断強度Ｓも低下する。せん断強度Ｓの低下
を抑えるためには、他のボンディング条件を変化させる
必要があるが、その一例として、超音波出力Ｕを変化さ
せる方法を示す。
【００３５】図８と図９を組み合わせると、図１０にな
る。電子部品部の固有振動数ｆ0 は接着剤１２の硬化状
態、エアの混入具合、接着剤厚さ等で変動するので、例
えば剛性Ｐ／δの値がａとなる時の電子部品部の固有振
動数はＰ／δ−ｆ0 曲線よりｂとなり、図９よりｂが固
有振動数となるようにｆ−Ａ曲線を重ね合わせる（振幅
のピークをｂの位置に合わせる）。しかしながら、通
常、ボンディングは制御振動数ｆｂという固定された振
動数で行われているため、この時の実際の電子部品の振
幅は振動数；ｆ＝ｆｂでの振幅値Ａｂとなる。
【００３６】このように、Ｐ／δの値を変化させて、こ
の電子部品部の振幅値Ａｂの変化を調べると図１１のよ
うになる。ここで、図９に示したように、電子部品部が
振動する（振幅が大きくなる）程せん断強度Ｓは低下す
るので、図１１より、これと対応するせん断強度Ｓの変
化は図１２に示すようになる。図１２の接着剤剛性Ｐ／
δとせん断強度Ｓの関係、および図６のせん断強度Ｓと
超音波出力Ｕの関係より、各接着剤剛性Ｐ／δの変化に
応じて基準せん断強度Ｓ0 を確保するためには図１３の
関係を満たすように超音波出力Ｕ0 を制御すると良い。
故に、接着剤剛性Ｐ／δの値を接着部剛性測定装置２０
によって測定し、図１３に示すように超音波出力Ｕ0 を
せん断強度Ｓが基準せん断強度Ｓ0 以上になるように制
御することによって、接合強度を向上させることができ
る。
【００３７】また、上記実施の形態では超音波出力Ｕ0
を制御する方法を示したが、これ以外にも例えば次に示
すようなボンディング条件を制御する方法も考えられ
る。
【００３８】＜ボンディング振動数の制御＞接着剤部剛
性測定装置２０で測定された接着剤剛性Ｐ／δより固有
振動数ｆ0が求められると、ボンディング振動数ｆｂで
の振幅Ａｂを小さくする（共振の振動を抑える）よう
に、ボンディング周波数ｆｂを固有振動数ｆ0 から離れ
た値に設定することによって、共振による接合不良を抑
制することが出来る。（図１０参照）この場合、せん断
強度Ｓを必要値以上に確保するための許容振幅Ａｂは、
振幅Ａとせん断強度Ｓの関係（図９）から決めれば良
い。
【００３９】＜ボンディングツール加圧力の制御＞ボン
ディングツ−ル加圧力Ｑとは、ボンディングをする際
に、ボンディングツ−ル６でボンディングワイヤ９をボ
ンディングツ−ル軸方向に押圧する力のことで、超音波
出力Ｕと同様に、ボンディングツール加圧力Ｑが増加す
るとせん断強度Ｓは増加し、ある点でピークむかえて、
その後は徐々に減少する。せん断強度Ｓとボンディング
ツール加圧力Ｑの関係の一例を図１４に示す。接着剤剛
性測定装置２０で測定された接着剤剛性Ｐ／δ下におい
てボンディングを行い、せん断強度Ｓが低下する場合
に、図１４の関係に基づいてせん断強度Ｓが基準せん断
強度Ｓ0 以上になるようにボンディング加圧力Ｑを制御
することによって、接合強度を向上させることが可能に
なる。
【００４０】＜超音波発振時間の制御＞超音波発振時間
Ｔは、超音波出力Ｕと同様に、超音波発振時間Ｔが増加
するとせん断強度Ｓは増加し、ある点でピークむかえ
て、その後は徐々に減少する。せん断強度Ｓと超音波発
振時間Ｔの関係の一例を図１５に示す。従って、ボンデ
ィングツ−ル加圧力Ｑの制御の場合と同様に、接着剤剛
性測定装置２０で測定された接着剤剛性Ｐ／δ下におい
て、ボンディングを行い、せん断強度Ｓが低下する場合
に、図１５の関係に基づいてせん断強度Ｓが基準せん断
強度Ｓ0 以上になるように超音波発振時間Ｔを制御する
ことによって接合強度を向上させることが可能になる。
【００４１】なお、上述したボンディング条件の制御の
実施例は、それぞれ単独で用いても構わないし、場合に
応じて組み合わせて用いることも可能である。また、接
合強度を確保するためであれば、上述した実施例にとら
われることなく、他のボンディング条件を制御すること
も考えられる。
【００４２】上記、本発明の実施の形態について、ワー
クセットからワイヤボンディング作業の開始までの処理
手順のフローチャートを図１６に示す。フローチャート
図１６に示す如く、まずワーク１０は試料台４に位置決
めされてセットされる（ステップ３０１）。セットが完
了すると、加圧軸２１を加圧する制御モーター２２１に
入力する電流を増加させ（ステップ３０２）、同時に荷
重センサ２２５の出力をチェックし（ステップ３０
３）、その値が所定値ｐ1 になるまで電流を増加させる
（ステップ３０４）。所定値ｐ1 は基準となる値であ
り、ゼロでも構わないが、その場合は、加圧軸がワーク
に当接した時点で加圧、およびモーターの電流供給を停
止する。
【００４３】ステップ３０５では、荷重が所定値ｐ1 に
なったときのストロークセンサ２２７の出力をチェック
する。これが基準の荷重および位置となる。
【００４４】基準値を測定した後、再度制御モータ２２
１への供給電流を増加させ、ステップ３０２〜３０８と
同じ制御方法で今度は、所定荷重値ｐ2 になるまで荷重
を増加させる（ステップ３０６〜３０８）。
【００４５】ステップ３０９では、現在の荷重センサの
出力（所定値ｐ2 ）になったときのストロークセンサ２
２７の出力をチェックする。
【００４６】基準値荷重値ｐ1 ，および基準ストローク
ｓ1 、ｐ2 に荷重した後のストロークｓ2 との差より、
加圧力Ｐ（＝ｐ2 −ｐ1 ）に対する変位量δ（＝ｓ2 −
ｓ1）を求め、これより接着部の剛性を示す値Ｐ／δを
計算する（ステップ３１０）。
【００４７】Ｐ／δとボンディング条件との関係よりボ
ンディング部のせん断強度が所定値以上になるようなボ
ンディング条件を算出する（ステップ３１１）。図１
３、図１４、図１５の様な関係で算出する方法がその一
例である。
【００４８】ステップ３１１で算出されたボンディング
条件に装置を設定し（ステップ３１２）、それに基づい
てワイヤボンディング作業が開始される（ステップ３１
３）。
【００４９】
【第２の実施の形態】本第２の実施の形態で用いるワイ
ヤボンディング対象を図１７に示す。第１の実施の形態
で用いたものとの違いは、電子部品１３上に、実際に基
板上の配線パターン１４とボンディングワイヤ９で結線
する必要のあるボンディングパッド１５とは別に試験ボ
ンディング用のテストパッド１６を設けている点であ
る。本第２の実施の形態では、電子部品１３の接合状態
を、前記テストパッド１６とボンディングワイヤ９とを
ボンディングツール６でボンディングし、その際の電子
部品１３の振動状態の測定結果から求める。
【００５０】次に本発明の第２の実施の形態である超音
波ワイヤボンディング装置の構成図を図１８に示す。図
２に示す第１の実施の形態で用いた超音波ワイヤボンデ
ィング装置との違いは、接着剤剛性測定装置２０の代わ
りに、電子部品加速度測定装置４０が備えられている点
である。
【００５１】電子部品加速度測定装置４０の機構の実施
例を図１９に示す。電子部品加速度測定装置４０に設け
られた接触測定部４１は、電子部品１３の一部に所定荷
重で接触し、ボンディングツ−ル６の振動によって生じ
る電子部品１３の振動を加速度センサ４２で測定する。
接触測定部４１は、保持レバー部４３に保持されてお
り、該保持レバー部４３はレバー支点４４を支軸として
他方の端部に連結したバランスウエイトシャフト４５に
取り付けられたバランスウエイト４６とで釣り合いを取
り、また該バランスウエイト４６の位置を調節すること
で電子部品１３にかかる荷重を調節している。
【００５２】ワイヤボンディング時の電子部品１３の振
動状態は接触測定部４１に伝わり、加速度センサ４２で
測定され、その出力がコントローラ４８へ送られる。コ
ントローラ４８は、入力された測定値をさらに演算手段
（図示せず）に入力してボンディングツール６の超音波
出力、振動数、振動時間、加圧力等を演算させると共
に、作業終了時には、触測定部４１を移動する指令を制
御ソレノイド４７に出す役割も果たす。ここで、接触測
定部４１及び保持レバー部４３等を移動させる手段とし
てソレノイドを用いたが、これ以外にピストン等を使っ
た変形例も考えられる。
【００５３】次に、接着剤１３の振動（加速度）からボ
ンディング条件をコントロールする考えを示す。ボンデ
ィングワイヤ９の接合強度を表すものとして、第１の実
施の形態と同様にせん断強度を考える。同一ボンディン
グ条件でワイヤボンディングを行なうと、図２０に示す
ように、電子部品１３の振動振幅Ａが大きい程、せん断
強度Ｓ即ち接合強度が低下する。
【００５４】ここで、ボンディング時の電子部品１３の
振幅をＡ、振動数をｆ、角振動数をωとし、電子部品１
３の振動を正弦振動と考えると、変位ｘ、速度、ｖ、加
速度αは、それぞれ、
【００５５】
【数４】 ｘ＝Ａｓｉｎωｔ ・・・第６式 ｖ＝Ａωｃｏｓωｔ ・・・第７式 α＝−Ａω2 ｓｉｎωｔ ・・・第８式
【００５６】よって、最大加速度をαｍとすると、
【００５７】
【数５】 αｍ＝Ａω2 Ａ＝αｍ／ω2 ＝αｍ／（２πｆ）2 ・・・第９式
【００５８】よって、電子部品加速度測定装置４０にお
いてボンディング時の電子部品の振動数ｆと振動加速度
の最大値αｍを測定することによって、第９式の関係か
ら電子部品１３の振幅Ａを知ることができる。
【００５９】第１の実施の形態内図６で示すように、通
常の超音波ワイヤボンディング装置の超音波出力Ｕとせ
ん断強度Ｓの関係は、一般的に超音波出力Ｕが増加する
に従い、せん断強度Ｓも増加し、ピークに達した後少し
ずつ低下する。よって、図６、図２０より、各電子部品
１３の振幅Ａの変化に応じて基準せん断強度Ｓ0 を確保
するためには図２１の関係を満たすように超音波出力Ｕ
0 を制御すると良い。
【００６０】故に、ボンディング時の電子部品の振動数
ｆと振動加速度の最大値αｍを測定し、図２１に示すよ
うに超音波出力Ｕ0 をせん断強度Ｓが基準せん断強度Ｓ
0 以上になるように制御することによって、接合強度を
向上させることができる。
【００６１】上記、本発明の実施の形態について、テス
トワークセットからワイヤボンディング作業の開始まで
の処理手順のフローチャートを図２２に示す。フローチ
ャート図２１に示す如く、まずワーク１０は試料台４に
位置決めされてセットされる（ステップ４０１）。セッ
トが完了すると、コントローラ４８は制御ソレノイド４
７に指令を送り、接触測定部４１を電子部品１３に接触
させる（ステップ４０２、４０３）。
【００６２】接触測定部４２の電子部品１３への接触が
完了すると、テストパッド１６に対するボンディング作
業が開始される（ステップ４０４、４０５）。ボンディ
ング作業が始まると、加速度センサ４２が加速度と振動
数を測定する（ステップ４０６）。測定された加速度と
振動数より最大加速度αｍとその時の振動数ｆを求め、
それに基づいて振幅Ａを計算し（ステップ４０７）、振
幅Ａとボンディング条件との関係よりせん断強度が所定
値以上になるようなボンディング条件を算出する（ステ
ップ４０８）。図２１の様な関係で制御超音波出力を算
出する方法がその一例である。
【００６３】ステップ４０８で算出されたボンディング
条件に装置を設定する（ステップ４０９）と共に、コン
トローラ４８から出される測定作業終了による接触測定
部４１の移動指令に基づいて制御ソレノイド４７は接触
測定部をテストパッド１６から離す（ステップ４１０、
４１１）。その後に続いて実際のワイヤボンディング作
業が開始される（ステップ４１２）。
【００６４】その他、いちいち例示することはしない
が、特許請求の範囲を逸脱することなく当業者の知識に
基づいて種々の変形、改良を施した態様で本発明を実施
することができる。
【００６５】
【発明の効果】本発明に係わるワイヤボンディング装置
によれば、基板と実装された電子部品との接着状態を検
出する検出手段と、その結果を用いて最適なワイヤボン
ディング条件を決定し、各ワイヤボンディング制御装置
にフィードバック指令を出す制御手段を備えていること
より、個々の電子部品の接着状態に合わせたボンディン
グを行えるので、高品質で信頼性が高く、歩留まりの良
い製品を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ワイヤボンディング前の基板と実装電
子部品の関係を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態のワイヤボ
ンディング装置の構成図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態の接着剤剛
性測定装置の構成図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の接着剤剛
性測定制御部の詳細図である。
【図５】図５は、せん断強度の測定方法を示す図であ
る。
【図６】図６は、せん断強度とボンディング装置の超音
波出力の関係を示す図である。
【図７】図７は、接着剤部における加圧力と移動量の関
係を示す図である。
【図８】図８は、電子部品部の固有振動数と接着剤の剛
性の関係を示す図である。
【図９】図９は、ボンディング振動数と電子部品部の振
幅、及びボンディング部せん断強度の関係を示す図であ
る。
【図１０】図１０は、図８、図９を重ね合わせ、実際の
電子部品部の振幅から剛性を求める方法を説明する図で
ある。
【図１１】図１１は、電子部品部の振幅と接着剤の剛性
の関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ボンディング部のせん断強度と剛
性の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、ワイヤボンディング装置の必要超
音波出力と接着剤の剛性の関係を示す図である。
【図１４】図１４は、ボンディング部のせん断強度とボ
ンディングツール加圧力の関係を示す図である。
【図１５】図１５は、ボンディング部のせん断強度とボ
ンディングツールの超音波振動数の関係を示す図であ
る。
【図１６】図１６は、本発明の第１の実施の形態の一連
の流れを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施の形態に用い
る電子部品の概略図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の実施の形態のワイ
ヤボンディング装置の構成図である。
【図１９】図１９は、本発明の第２の実施の形態の電子
部品加速度測定装置の構成図である。
【図２０】図２０は、電子部品の振幅とボンディング部
のせん断強度の関係を示す図である。
【図２１】図２１は、電子部品の振幅とボンディングツ
ールの超音波出力の関係を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第２の実施の形態の一連
の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
４ 試料台 ５ ボンディングツール駆動装置 ６ ボンディングツール ８ パターン認識用撮像器 ９ ボンディングワイヤ １０ ワーク １１ 基板 １２ 接着剤 １３ 電子部品 １４ 配線パターン １５ ボンディングパッド １６ テストパッド ２０ 接着剤剛性測定装置 ２１ 接着剤剛性測定加圧軸 ２２ 接着剤剛性測定駆動部 ２３ 接着剤剛性測定装置保持部 ２２１ モータ ２２５ 荷重センサ ２２６ レバー ２２７ ストロークセンサ ２２８ コントローラ ２２９ 軸受け ３１ ボンディングパッド ３２ 測定ツ−ル ３３ ワイヤ接合部 ４０ 電子部品加速度測定装置 ４１ 接触測定部 ４２ 加速度センサ ４３ 保持レバー部 ４４ レバー支点 ４５ バランスウエイトシャフト ４６ バランスウエイト ４７ 制御ソレノイド ４８ コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｒ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板に実装されている電子部品にワイヤを
    前記電子部品と相対振動させて接合するワイヤボンディ
    ング法において、基板に実装された前記電子部品の接着
    状態を検出し、その検出結果を基に電子部品とワイヤと
    の接合強度が所定強度以上に確保される相対振動条件を
    求め、その相対振動条件に基づいて相対振動を制御する
    ことを特徴とするワイヤボンディング方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、基板と電子部品の接着
    状態として基板と電子部品とを接着している接着剤の剛
    性を検出することを特徴とするワイヤボンディング方
    法。
  3. 【請求項３】請求項２において、接着状態として検出す
    る接着剤剛性を、実装された電子部品を接着面に対して
    側方から加圧した時のひずみ量から判断することを特徴
    とするワイヤボンディング方法。
  4. 【請求項４】請求項１において、ワイヤボンディング時
    の電子部品の振動数と加速度を測定し、その結果から基
    板と電子部品の接着状態を判断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】基板に実装されている電子部品にワイヤを
    前記電子部品と相対振動させて接合するワイヤボンディ
    ング装置において、基板に実装された前記電子部品の接
    着状態を検出する接着状態検出手段と、その検出結果を
    基に電子部品とワイヤとの接合強度が所定強度以上に確
    保される相対振動条件を求める相対振動条件決定部と、
    その相対振動条件に基づいて相対振動を制御する制御部
    を備えたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
  6. 【請求項６】請求項５において前記接着状態検出手段
    は、基板と電子部品とを接着しいている接着剤の剛性を
    検出することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  7. 【請求項７】請求項６において、前記接着状態検出手段
    が検出する接着剤剛性を、実装された電子部品を接着面
    に対して側方から加圧した時のひずみ量から判断するこ
    とを特徴とするワイヤボンディング装置。
  8. 【請求項８】請求項５において、ワイヤボンディング時
    の電子部品の振動数と加速度を測定し、その結果から基
    板と電子部品の接着状態を判断することを特徴とするワ
    イヤボンディング装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109137A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Sony Corp 半導体装置
JP2020066042A (ja) * 2018-10-26 2020-04-30 株式会社ダイヘン 接合装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109137A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Sony Corp 半導体装置
JP4655137B2 (ja) * 2008-10-30 2011-03-23 ソニー株式会社 半導体装置
US8456014B2 (en) 2008-10-30 2013-06-04 Sony Corporation Semiconductor device
JP2020066042A (ja) * 2018-10-26 2020-04-30 株式会社ダイヘン 接合装置

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