JPH1092864A - ボンディング装置 - Google Patents

ボンディング装置

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JPH1092864A
JPH1092864A JP8261394A JP26139496A JPH1092864A JP H1092864 A JPH1092864 A JP H1092864A JP 8261394 A JP8261394 A JP 8261394A JP 26139496 A JP26139496 A JP 26139496A JP H1092864 A JPH1092864 A JP H1092864A
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bonding
lead
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measuring means
bonding apparatus
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Iwao Ishii
岩男 石井
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Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各ボンディング点の位置情報を正確かつ迅速
に取り込むことができ、又、ボンディング不良につなが
る恐れがある事態の検出をもなし得るボンディング装置
を提供すること。 【解決手段】 リード１５の上面に対して直行する方向
において該リードまでの距離情報を得る計測手段２０を
設け、該距離情報を元に各リード上のボンディング点を
求める。かかる構成により、従来のワイヤボンディング
装置のようにボンディング点の位置設定の元となる情報
が画像情報であるが故の問題がなく、各ボンディング点
の位置情報を正確にかつ連続的に迅速に取り込むことが
できる。加えて、従来のワイヤボンディング装置のよう
に画像情報を得るために装置を逐次停止させる必要がな
く、作業能率が高い。また、上記距離情報によってリー
ドの反り等を認識することができ、誤認識によるボンデ
ィング不良を回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程に用いられるボンディング装置に関する。特
に、ＩＣチップ上のパッド（電極）と、該ＩＣチップが
貼着されているリードフレームに形成された外部リード
とを導電性を有するワイヤを用いて接続するワイヤボン
ディング装置におけるボンディング点の位置決め機能等
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に従来のワイヤボンディング装置を
示す。
【０００３】図示のように、該ワイヤボンディング装置
は、撮像手段としてのカメラ１と、キャピラリ２ａが先
端に装着されたボンディングアーム２と、該ボンディン
グアーム２を上下に駆動する駆動手段３と、これらボン
ディングアーム２及び駆動手段３からなるボンディング
手段を搭載してＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動させ
て位置決めする位置決め手段としてのＸＹテーブル４
と、該キャピラリ２ａ及びボンディングアーム２等から
なるボンディングヘッドによるボンディング作業が行わ
れるボンディングステージ５とを備えている。該ボンデ
ィングステージ５はヒータ５ａを有している。
【０００４】また、前記カメラ１からの出力を受ける画
像認識ユニット８と、該画像認識ユニット８からの出力
を受けるモニタ９と、マイクロプロセッサを含むコント
ローラユニット１０と、このコントローラユニット１０
からの指令信号に応じて前記駆動手段３及びＸＹテーブ
ル４への駆動信号を発する駆動ユニット１１とが設けら
れている。
【０００５】当該ワイヤボンディング装置においては、
複数のＩＣチップ１２が長手方向に並べて貼着されたリ
ードフレームＬ＼Ｆ（図６参照）が扱われる。作業開始
に際して加熱されているボンディングステージ５上に該
リードフレームＬ＼Ｆが搬入され、且つ、最先のＩＣチ
ップ１２がボンディング作業位置に位置決めされる。こ
の状態で、上記ボンディングアーム２及びＸＹテーブル
４が作動せしめられて該最先のＩＣチップ１２に関する
ボンディング作業が行われる。
【０００６】図７に示すように、ＩＣチップ１２は例え
ば正方形にしてその上面外周に沿って多数のパッド１２
ａが並設され、リードフレームＬ＼Ｆに形成されたラン
ド部１４に貼着されている。そして、リードフレームＬ
＼Ｆには、これらパッド１２ａ各々に対応するリード１
５が設けられている。
【０００７】続いてボンディング工程について説明する
が、その前に、ボンディング作業に先立ち予め行われる
セルフティーチに関して簡単に説明する。セルフティー
チは、ボンディング対象たる前記パッド１２ａ及びリー
ド１５上の各ボンディング位置等に関する各種条件設定
を行うものである。
【０００８】作業者は、前記カメラ１からの画像情報に
よる映像をモニタ９にて目視しながらマニピュレータ
（図示せず）等を用いて前記ＸＹテーブル４を手動操作
し、該モニタ９の画面に設けられているクロスライン９
ａの交点を上記リード１５又はパッド１２ａ上の所定位
置、すなわちボンディングを行うべき位置に可能な限り
正確に合わせる（目合わせ）。このクロスライン９ａの
交点の座標は、該ＸＹテーブル４上の座標としてみるこ
とができ、目合わせが完了した時点で各ボンディング点
の座標をメモリさせる。このようなティーチングによ
り、基準となるボンディング点の座標が予めメモリ内に
メモリされる。
【０００９】次に、ボンディング作業を開始すると、前
記カメラ１により得られるリード１５又はパッド１２ａ
の画像情報を２値化回路によって２値化し、この２値化
された画像情報に基づき該リード１５又はパッド１２ａ
のボンディング位置座標を求める。そして、予めメモリ
に記憶されている基準となるボンディング位置座標と、
得られた２値化情報による座標とを比較して両者のＸ方
向及びＹ方向のズレ量を算出し、このズレ量を補正した
値をボンディング点としてメモリ（ＲＡＭ）に記憶させ
る。
【００１０】次に、ボンディング工程についての説明を
行う。
【００１１】まず、ＩＣチップ１２上のパッド１２ａに
ボンディングしようとするとき、先端にボール１８ａ
（図７参照）が形成されたワイヤ１８が挿通されたキャ
ピラリ２ａを、前記カメラ４からの画像情報に基づく前
記ＸＹテーブル４の作動により該パッド１２ａの直上に
位置決めする。
【００１２】この位置決めが完了したら、図６に示す駆
動手段３によりボンディングアーム２を駆動してキャピ
ラリ２ａを下降させ、該パッド１２ａ上でボール１８ａ
を押しつぶして熱圧着ボンディングを行う。このとき、
図示しない超音波励振手段を以て該キャピラリ２ａを励
振することも行われる。
【００１３】この第１ボンディング点への接続が終わる
と、ボンディングアーム２の昇降動作及びＸＹテーブル
４の動作が適宜行われ、所定のループコントロールに従
ってワイヤ１８が引き出され、第１ボンディング点に対
すると同様にしてリード１５上の第２ボンディング点へ
のボンディングが行われる。
【００１４】その後、ボンディングアーム２を所定の高
さまで上昇させる過程でワイヤのカットが行われ、一組
のパッド１２ａ及びリード１５の接続が完了する。
【００１５】以降、ＩＣチップ１２に設けられた各パッ
ド１２ａとこれらに対応して配設された各リード１５に
ついて上記の一連の動作が繰り返される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のワイヤ
ボンディング装置においては、次のような問題がある。
【００１７】まず、従来の装置では、カメラ１による画
像情報は、画像認識ユニット８内の２値化回路により２
値化された情報となる。この２値化情報は、例えば、リ
ードを認識するときは「１」、それ以外の部分は「０」
というようにデジタル化されるため、モニタ９に表示さ
れる画像も明暗の差として表わされることとなる。つま
り、カメラ１により得られる画像情報は、ボンディング
ステージ上の平面における画像情報であるため、バリ等
によりエッジ検出が鮮明でなかったり、図７における高
さ方向（紙面に直角な方向）における成分の画像情報が
鮮明に得られないという問題がある。
【００１８】特に、リード１５が上向き又は下向きの曲
がり等を生じていた場合などは、このような高さ方向の
成分は判別が難しく、又、リードロケートではリードの
幅方向中点を検出するように予め設定されているため、
中点検出が正確になされていない場合や前記不良がある
場合などにそのままボンディングしてしまうとボンディ
ング不良が発生する可能性がある。しかも、上記のよう
なボンディング不良の判定は、別の検査工程で行うた
め、ボンディング時点では判定することができず、検査
時間も多く要するため、ボンディングの高速化を進める
上で解決されるべき問題である。
【００１９】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、各ボンデ
ィング点の位置情報を正確かつ迅速に取り込むことがで
き、又、ボンディング不良につながる恐れがある事態の
検出をもなし得るボンディング装置を提供することであ
る。
【００２０】また、本発明は、更に他の効果をも奏し得
るボンディング装置を提供する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
本発明に係るボンディング装置は、ボンディング手段
と、該ボンディング手段及びボンディング対象を二次元
的に相対移動させて位置決めする位置決め手段と、前記
ボンディング対象を撮像する撮像手段と、前記相対移動
が行われる平面に対して直行する方向において所定基準
位置から前記ボンディング対象等までの距離情報を得る
計測手段と、該距離情報を記憶し制御する制御手段とを
備えている。
【００２２】加えて、更に他の種々の効果を得るため
に、下記の各構成が採用されている。
【００２３】すなわち、本発明のボンディング装置で
は、前記計測手段は、発光手段と、反射光を受けて距離
に応じた受光信号を発する受光手段とを有する。
【００２４】また、前記ボンディング装置においては、
前記撮像手段よりの画像情報に基づき前記ボンディング
対象のボンディング部位の位置座標を前記制御手段内の
メモリ内に記憶させ、メモリ内から予め定められたプロ
グラムに従って順次読み出して該ボンディング部位に順
次前記計測手段を走査させることによって得られた前記
距離情報等に基づいてボンディング位置を求めるように
している。
【００２５】また、前記ボンディング装置では、前記計
測手段を走査させて得られた情報と予め求められた情報
とを比較することによって、ボンディング対象の位置ズ
レや不良等の良否を判定するようにしている。
【００２６】更に、前記ボンディング装置においては、
前記ボンディング対象はリードであり、前記計測手段に
よって該リードの曲がりや製品不良、リード間のピッチ
等を計測することによって、ボンディング不良等の判定
を行うようにしている。
【００２７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例としてのワ
イヤボンディング装置を、添付図面を参照しつつ説明す
る。但し、本発明に係るこのワイヤボンディング装置
は、以下に説明する部分以外は図６に示した従来のワイ
ヤボンディング装置と同様に構成されており、装置全体
としての構成及び動作の説明は重複する故に省略し、要
部のみの説明に止める。
【００２８】また、以下の説明及び図において、上記従
来例の構成部分と同一又は対応する構成部分については
同じ参照符号を付して示している。
【００２９】図１に示すように、当該ワイヤボンディン
グ装置は、計測手段２０を有している。該計測手段２０
は、ＸＹテーブル４上に設けられたブラケット２１にカ
メラ１と共に取り付けられている。
【００３０】この計測手段２０は、鉛直方向（矢印Ｖに
て示す）、すなわち、ボンディング対象たるＩＣチップ
１２及びリードフレームＬ＼Ｆに対してボンディング手
段（ボンディングアーム２及び駆動手段３からなる）が
二次元的移動を行う平面に対して直行する方向におい
て、所定の基準位置（後述）から該ボンディング対象ま
での距離情報を得るものである。該計測手段２０は次の
ように構成されている。
【００３１】図２に示すように、該計測手段２０はケー
ス２５を有し、該ケース２５内に、発光手段としての半
導体レーザ２７と、該半導体レーザ２７を駆動する駆動
回路２９と、該半導体レーザ２７から発せられるレーザ
光の集束等をなす投光レンズ３１と、受光手段としての
光位置検知素子３３と、該光位置検知素子３３への入射
光の集束等をなす受光レンズ３５とを有している。該光
位置検知素子３３の出力を増幅するアンプ３７、３８が
設けられている。
【００３２】前記位置検知素子３３は、測定対象（ボン
ディング対象等）の表面４０が計測の基準位置４１から
離間している方向及び距離に応じた信号を発する。詳し
くは、前記半導体レーザ２７から発せられるレーザ光は
この表面４０で反射し、その反射光が該位置検知素子３
３に入射してスポットを形成するが、該表面４０が基準
位置４１に対してＡ方向、Ｂ方向のどちら側に位置する
かによって該スポットが該位置検知素子３３上でＡ′、
Ｂ′方向に移動し、又、該スポットの移動量は該基準位
置４１に対する表面４０の距離に対応する。位置検知素
子３３は、このスポットの移動方向及び移動量に応じた
電気信号を発する。
【００３３】上記位置検知素子３３が発する電気信号は
前記アンプ３７、３８によって増幅され、図示しないＡ
／Ｄ変換回路を経てデジタル信号に変換されてコントロ
ーラユニット１０に距離情報として供給される（図１参
照）。該コントローラユニット１０は具備したメモリ
（ＲＡＭ）内にこの距離情報を記憶し、その記憶情報に
基づいて後述の制御をなす。
【００３４】なお、ボンディング対象たる各リード１５
（図７参照）及びパッド１２ａ（同）上のボンディング
部位の位置座標をマニピュレータ又は撮像手段であるカ
メラ１よりの画像情報等に基づいて得てコントローラユ
ニット１０のメモリ（ＲＡＭ）に入力する作業、つまり
セルフティーチは、従来と同様に前記の如く行われる。
【００３５】コントローラユニット１０は、上記セルフ
ティーチによってメモリ（ＲＡＭ）に入力された各リー
ド１５及びパッド１２ａのボンディング部位の位置座標
に基づいて、下記のように制御する。
【００３６】まず、図３に示すように、各リード１５に
ついて説明すると、予め定められたプログラムに従って
ＸＹテーブル４の作動により、計測手段２０をリード１
５X1上の基準となる位置座標ＣＰ1 に移動させる。この
とき、リードの中点に位置するように移動する。そし
て、計測手段２０は、図３に示すように、リード１５X1
乃至１５Xnまでをリードの幅方向、すなわち横切る方向
に走査する。この走査によって得られた距離情報、すな
わち図４（ｂ）に示す情報は、コントローラユニット１
０内のメモリに順次メモリされる。
【００３７】前記計測手段２０の走査は、例えば図７に
おいて二点鎖線で示す経路４５を経るようにすることも
できるが、他の経路により走査させてもよく、図示せぬ
走査手段により任意に設定することができる。
【００３８】この計測手段２０によって、図４（ｂ）に
示すようにリード１５X1の中点ＣＰ1 からリード１５X2
の中点ＣＰ2 までのピッチＰ1 移動して走査すると、リ
ード１５X1の中点ＣＰ1 から端部（エッジ）までの距離
ｂ／２が略同一高さであることがわかる。同様にリード
１５X2もリードの端部から中点ＣＰ2 までの情報が得ら
れる。
【００３９】従って、計測手段２０により高さ方向の距
離情報が得られると、リードの幅、すなわち、エッジ検
出が確実になされるので、その中点の検出も正確に行う
ことができる。
【００４０】そして、この計測手段２０によれば、各リ
ード間のピッチが異なる場合であっても容易に行うこと
ができる。つまり、画像処理によって、リードの位置座
標の補正を行わなくても、この計測手段２０を用いるこ
とによって正確にかつ高速に処理を行うことができる。
すなわち、画像処理では、各リードを認識し、かつ、デ
ジタル画像に変換する処理に時間を要し、高速化が難し
いが、この計測手段２０を用いれば、ティーチングによ
って定められた基準座標に移動して走査することによっ
てデジタル画像に変換することなく直ちに高さの距離情
報が得られ、かつ、座標はＸＹテーブル４上の座標とし
て得られるので、リードのエッジ検出並びに幅も容易に
演算することができる。従って、高速処理ができる。
【００４１】次に、上記計測手段２０によって走査した
とき、例えば図３に示すリード１５X1が一部破損１５Y
しているような場合には、所定の高さ情報が得られな
い。従って、この場合、再度図３に示す経路４６のよう
に走査することによってリード１５X1の良否を判定する
ことができる。したがって、従来のようにこの位置でボ
ンディングしてしまうとボンディング不良を起こしてい
たものもボンディング時に検出を行うことができる。こ
の検出は、図３に示す破損のみではなく、曲がり等にも
対処することができる。しかも、経路４６のような走査
を予めプログラムで設定することによって任意のリード
や、全リードに対して長手方向の距離測定を行うことが
できると共に、検査も併せて行うことができる。
【００４２】なお、上記各経路４５及び４６に沿う走査
は、互いに２回に分けて別々に行ってもよいし、複合的
に１回の走査としてもよく、任意に設定することができ
る。
【００４３】上述したように、コントローラユニット１
０は、図４の（ｂ）信号と、走査によるＸＹテーブル４
の二次元座標上の変位とから、図５で参照符号１５ａ及
び１５ｂで示す部位、すなわちリード１５の両側縁及び
先端縁の位置を知ることができる。但し、各リードでこ
れらの位置は異なるが、ここではある１つのリードに着
目して説明する。
【００４４】コントローラユニット１０は、上記両端縁
１５ａ，１５ａの位置情報から、リード１５の幅ｂ（図
５参照）をＸＹテーブル４の位置座標をもとに演算す
る。そして、この幅ｂの方向では例えばその中心にボン
ディング点４７（図３及び図４ではＣＰ2 ）を設定する
のであれば、ｂ／２を演算して両側縁１５ａからｂ／２
ずつの位置を求め、メモリ（ＲＡＭ）に記憶させる。
【００４５】また、リード１５の長手方向でのボンディ
ング点の位置を上記先端縁１５ｂから例えばａ（図５参
照）の位置に設定するのであれば、該先端縁１５ｂから
ａの位置を演算して求め、メモリ（ＲＡＭ）に記憶させ
る。
【００４６】かくして１本のリード１５に関してボンデ
ィング点４７の位置がメモリに記憶され、同様にして他
のリードについても行われる。
【００４７】上述した構成の故、当該ワイヤボンディン
グ装置では、従来のワイヤボンディング装置のようにボ
ンディング点の位置設定の元となる情報が画像情報であ
るが故の問題がなく、各ボンディング点の位置情報を正
確にかつ連続的に迅速に取り込むことができる。加え
て、従来のワイヤボンディング装置のように画像情報を
得るために装置を逐次停止する必要がなく、作業能率が
高い。
【００４８】また、計測手段２０を用いて得られる上記
距離情報は、リードに関してはその厚み方向の情報であ
るから、或るリードが該厚み方向の変形、例えば反り等
を生じている場合に該距離情報から認識することがで
き、誤認識によるボンディング不良を回避することが可
能である。
【００４９】また、当該ワイヤボンディング装置では、
上記距離情報を利用して次のことも行っている。
【００５０】例えば図４に示すように、隣り合うリード
１５間のピッチＰ1 、Ｐ2 を演算して求める。そして、
予めメモリ（ＲＯＭ）内に定められた情報とこのピッチ
とを比較することによって、リードの位置ズレ、つまり
ピッチズレや不良等の良否を判定する。
【００５１】当該ワイヤボンディング装置が備える計測
手段２０は、特に、上述したリードの曲がりや製品不
良、リード間のピッチ等の計測にも好適であり、これを
用いることによってボンディング不良等の判定を有効に
なすことができる。
【００５２】以上のように、リード１５についてのボン
ディング作業は計測手段２０を使用して行われる。ま
た、その他のボンディング部位についても同様に計測す
ることができる。
【００５３】なお、当該ワイヤボンディング装置におい
ては、上記計測手段２０として半導体レーザ２７等を含
むものが採用されているが、この他、公知の種々の光学
的な計測手段を採用し得るし、光学的な計測手段に限る
ものでもない。但し、本実施例におけるような光学的計
測手段２０は、その計測精度が極めて高く、しかも極く
僅かな距離の測定も行え、有用である。
【００５４】また、本実施例ではワイヤボンディング装
置を例にとって説明したが、本発明はテープボンディン
グ装置にも適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るボン
ディング装置においては、ボンディング手段及びボンデ
ィング対象の二次元的相対移動が行われる平面に対して
直行する方向において、ボンディング対象等までの距離
情報を計測手段によって得、この距離情報を元に各ボン
ディング点の位置情報を収集するようになされている。
【００５６】すなわち、ボンディング対象が例えばリー
ドである場合、連続して走査しながら全てのリードの表
面までの距離情報を得、この距離情報と走査による二次
元座標上の変位とから各リードの幅等を演算し、更に該
幅等を元に演算して各リード上のボンディング点を求
め、メモリに記憶させる。
【００５７】かかる構成の故、従来のワイヤボンディン
グ装置のようにボンディング点の位置設定の元となる情
報が画像情報であるが故の問題がなく、各ボンディング
点の位置情報を正確にかつ連続的に迅速に取り込むこと
ができる。加えて、従来のワイヤボンディング装置のよ
うに画像情報を得るために装置を逐次停止する必要がな
く、作業能率が高い。
【００５８】また、上記距離情報は例えばリードに関し
てはその厚み方向の情報であるから、或るリードが反り
等を生じている場合に該情報から認識することができ、
誤認識によるボンディング不良を回避することが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例としてのワイヤボンデ
ィング装置を示す図である。
【図２】図２は、図１に示したワイヤボンディング装置
が具備する計測手段を示す図である。
【図３】図３は、図２に示した計測手段によってリード
の走査が行われる状況を示す平面図である。
【図４】図４は、図２に示した計測手段によって走査さ
れるリードと、その走査で得られる信号とを示す図であ
る。
【図５】図５は、ある１本のリード上にボンディング点
を設定する状況を説明するための図である。
【図６】図６は、従来のワイヤボンディング装置を示す
図である。
【図７】図７は、ワイヤボンディング装置が施されるべ
きＩＣチップ及びリードを示す平面図である。
【符号の説明】
Ｌ＼Ｆ リードフレーム １ カメラ（撮像手段） ２ ボンディングアーム ４ ＸＹテーブル（位置決め手段） ８ 画像認識ユニット ９ モニタ １０ コントローラユニット（制御手
段） １１ 駆動ユニット １２ ＩＣチップ １２ａ （ＩＣチップ１２の）パッド １５ リード １８ ワイヤ ２０ 計測手段 ２７ 半導体レーザ（発光手段） ２９ 駆動回路 ３３ 光位置検知素子（受光手段） ４７ ボンディング点

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディング手段と、該ボンディング手
    段及びボンディング対象を二次元的に相対移動させて位
    置決めする位置決め手段と、 前記ボンディング対象を撮像する撮像手段と、 前記相対移動が行われる平面に対して直交する方向にお
    いて所定基準位置から前記ボンディング対象等までの距
    離情報を得る計測手段と、 該距離情報を記憶し制御する制御手段とを備えたことを
    特徴とするボンディング装置。
  2. 【請求項２】 前記計測手段は、発光手段と、反射光を
    受けて距離に応じた受光信号を発する受光手段とを有す
    ることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
  3. 【請求項３】 前記撮像手段よりの画像情報に基づき前
    記ボンディング対象のボンディング部位の位置座標を前
    記制御手段内のメモリ内に記憶させ、メモリ内から予め
    定められたプログラムに従って順次読み出して該ボンデ
    ィング部位に順次前記計測手段を走査させることによっ
    て得られた前記距離情報等に基づいてボンディング位置
    を求めるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求
    項２記載のボンディング装置。
  4. 【請求項４】 前記計測手段を走査させて得られた情報
    と予め定められた情報とを比較することによって、ボン
    ディング対象の位置ズレや不良等の良否を判定するよう
    にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちい
    ずれか１記載のボンディング装置。
  5. 【請求項５】 前記ボンディング対象はリードであり、
    前記計測手段によって該リードの曲がりや製品不良、リ
    ード間のピッチ等を計測することによって、ボンディン
    グ不良等の判定を行うようにしたことを特徴とする請求
    項１乃至請求項４のうちいずれか１記載のボンディング
    装置。
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