JPH11274248A - ボンディング強度試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加熱を行わずに、ボール等のボンディング部材
の１個毎についてボンディング強度試験を行うことを可
能とする。 【解決手段】 パルスモータ４３によってＺ軸方向に昇
降させられる上下動部４に、プルテスト用加重センサ５
および支持部６を装着し、さらに、支持部６に金属パイ
プ６ａが着脱自在に装着される。金属パイプ６ａは、例
えば市販の注射針の先端をその延長方向と略直交する方
向にカットすることによって作成する。金属パイプ６ａ
内に常温において短時間の内に接着力を生じる接着剤を
充填し、この接着剤によってボンディング部材としての
ボール３６を金属パイプ６ａに固着する。固着後、上下
動部４を介して上方への力を加え、その際にプルテスト
用加重センサ５が検出する電気信号に基づいてボール３
６に対する強度試験を１個毎に行うことができる。金属
パイプ６ａの代わりに、ボール３６を係合する構成等を
使用しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワイヤボンディ
ングされた半導体部品のボンディング強度試験装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ボンディング強度試験は、モノシリッ
ク、マルチシリックチップを含む全てのＬＳＩを通じて
行われるワイヤボンディング工程の重要な検査項目の一
つである。ボンディング強度試験としては、例えばボー
ル等のボンディング部材について引張り強度を試験する
プルテストと、シェア強度を試験するシェアテストとが
ある。

【０００３】ボンディング強度試験装置としては、ダイ
ヤルゲージ式のダイナモメータ、ストレインゲージプロ
ーブ等を用い、人の手で引っ張ったり押したりするもの
が従来から用いられてきた。また、より精度の高い装置
として、半自動操作のボンディング強度試験装置も使用
されている。ところで、従来から使用されているボンデ
ィング強度試験装置は、複数個のボンディング部材によ
って基板に接合された半導体チップの全体を引張するこ
とにより、それら複数個の接続部分の全体についてのボ
ンディング強度試験を行うものである。

【０００４】このような装置によっては、ボンディング
部材１個毎についてのボンディング強度試験を行うこと
ができないという問題があった。そこで、最近、個々の
ボンディング部材についてのボンディング強度試験を行
う装置が提案されている（例えば、特開平８−１１１４
１７号公報参照）。この提案では、プローブを加熱して
ボンディング部材を溶融する温度とし、そのプローブと
１個のボンディング部材とを接触させた状態で冷却して
固化することによって、プローブと１個のボンディング
部材とを接合する。そして、プローブを引張することに
よって引張力が測定されるようになされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の提案において
は、加熱による溶融後の固着によって強度試験を行うた
めに必要とされる強度を有するボンディング部材とプロ
ーブとの接合を行うようにしている。しかしながら、加
熱によってボンディング部材と半導体の接合面の状態が
変化してしまい、正確な試験結果が得られないおそれが
ある。また、プローブを加熱するための構成とその制御
を行う構成とが必要とされるので、装置全体が大型化
し、コストも高くなるという問題もあった。

【０００６】従って、この発明の目的は、ボンディング
部材を加熱する過程を含まずに、ボール等のボンディン
グ部材１個毎についてのボンディング強度試験を行うこ
とが可能な小型で低コストのボンディング強度試験装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ワイ
ヤボンディングされた半導体部品が載置され、Ｘ方向お
よびＹ方向に変位可能な試料ステージと、試料ステージ
と直交するＺ軸方向に変位可能な支持部と、支持部と連
結され、Ｚ軸方向に加わる荷重を検出する荷重センサ
と、支持部に着脱自在に装着され、常温において短時間
の内に、強度試験に係る試料の所定部分に固着または係
合するようになされた試験部分固定部と、試料ステージ
および支持部の変位を夫々生じさせる駆動源を制御する
手段とを有することを特徴とするボンディング強度試験
装置である。

【０００８】以上のような発明によれば、ボール等のボ
ンディング部材の１個毎について、強度試験を行う構成
に対する固定を行うために加熱する必要を無くすことが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態の全
体構成について、図１を参照して説明する。図１におい
て、１が試料ステージを示し、この試料ステージ１上に
強度試験の対象とされる半導体部品が載置される。試料
ステージ１は、連結部２を介して下方のＸ−Ｙステージ
３に取付けられている。Ｘ−Ｙステージ３は、本体内に
設けられたＸ方向およびＹ方向の夫々に関するパルスモ
ータ４１および４２によって水平方向に移動させること
ができる。

【００１０】また、上下動部４は、本体側の上下動部と
の連結用のアームと、このアームに固着されたセンサ回
転用のＡＣシンクロナスモータ４４とがケース（図示せ
ず）内に収納され、センサ装着部（図示せず）を下方に
備えてなるものである。この上下動部４は、パルスモー
タ４３によってＺ軸方向に昇降させられる。また、試料
ステージ１の観察を行うために双眼実体顕微鏡９および
照明用のランプ１０とが設けられている。

【００１１】図１においては、センサ装着部には、プル
テスト用加重センサ５および支持部６が装着されてお
り、プルテストを行うための設定が図示されている。こ
こで、支持部６には、後述するような金属パイプ６ａが
着脱自在に装着されている。プルテスト用加重センサ５
としては、Ｚ方向の荷重変化を電気信号に変換する機能
を有するものを使用することができる。例えばピエゾ抵
抗効果を利用した高感度、高精度、高レスポンスの半導
体荷重センサを使用することができる。

【００１２】なお、センサ装着部には、シェアテスト用
加重センサおよびシェアテスト用支持部を装着すること
によって、Ｘ−Ｙステージ３によって、ボンディングパ
ッド３５上に固定されたボール３６を水平方向に移動さ
せてシェアテストを行う設定とすることも可能である。
さらに、必要に応じて破壊試験、非破壊試験の何れをも
行うことができるようになされている。

【００１３】この発明の一実施形態においてプルテスト
を行う際には、後述するような方法で金属パイプ６ａを
ボール３６に固着した後、パルスモータ４３によって上
下動部４を上方に引張する。この時の加重をプルテスト
用加重センサ５が電気信号に変換し、この電気信号がア
ンプ５１を介して制御回路５２に供給される。制御回路
５２内には制御用マイコン４５が設けられており、この
制御用マイコン４５がプルテスト用加重センサ５が生成
する電気信号に基づいて所定の制御を行う。

【００１４】すなわち、プルテスト用加重センサ５が生
成する電気信号に基づいて測定結果を算出する演算用マ
イコン５４の制御、モータドライブ回路４８、４９の制
御等を行う。ここで、演算用マイコン５４は、測定デー
タの最大値、最小値、平均値、標準偏差値等を演算する
ものである。演算結果は、例えばプリンタ５５によって
印字出力するようにしても良いし、制御用マイコン４５
に送信して例えば画面表示、ＦＤ等への記録等の所定の
処理を施されるようにしても良い。

【００１５】さらに、制御用マイコン４５に関連して操
作パネル４６、表示パネル４７およびインターフェース
５６、表示用マイコン５７、ＣＲＴ５８が設けられてい
る。操作パネル４６には、プルテストおよびシェアテス
トの切替えスイッチ、試料ステージ１を移動させるため
のジョイスティックレバー、ＡＣシンクロナスモータ４
４の回転を制御する操作スイッチ等が設けられている。
表示部４７には、例えば測定された加重、試験結果の良
否についての判定結果等を表示するようになされる。一
方、インターフェース５６を介して制御用マイコン４５
と交信する表示用マイコン５７がＣＲＴ５８を制御し
て、測定結果等を表示する。

【００１６】パルスモータ４１および４２は、モーター
ドライブ回路４８によって駆動される。モータードライ
ブ回路４８には、またパルスモータ４３は、モータード
ライブ回路４９によって制御される。上述したように、
これらのモータードライブ回路４８、４９は、制御用マ
イコン４５によって制御される。一方、ＡＣシンクロナ
スモータ４４は、操作パネル４６を介してなされる指令
に従うモータードライブ回路５０によって制御される。

【００１７】以上の説明は、プルテストを行う設定を前
提としてのものであるが、シェアテストを行う設定にお
いても、プルテスト用加重センサ５の代わりにシェアテ
スト用加重センサによって生成される電気信号に基づい
て動作制御、測定値の演算および表示等について同様な
処理が行われる。

【００１８】次に、プルテストを行う場合の手順につい
て具体的に説明する。金属パイプ６ａとしては、例えば
図２Ａに示すように、市販の注射針１００の先端をその
延長方向と略直交する方向にカットしたものを使用する
ことができる。この場合、注射針１００としては、ボー
ル３６に適合する太さのものが用いられる。

【００１９】このようにして作成した金属パイプ６ａを
ボール３６に固着するための方法について説明する。か
かる固着を行うためには常温において短時間の内に接着
力を生じる接着剤を使用する。このような性質を有する
市販の接着剤としては、例えば東亜合成（株）製のアロ
ンアルファ（商品名）を用いることができる。また、金
属パイプ６ａの外径表面に市販のテフロン系のスプレイ
等を用いた噴霧処理を予め行っておくことにより、外径
表面に瞬間接着剤が付かないようにしておく。

【００２０】このような処理を施した金属パイプ６ａを
瞬間接着剤が入っている溜容器内に、針の内径に瞬間接
着剤が浸透するように浸して置いておくことにより、金
属パイプ６ａのパイプ内に充填することができる。な
お、一般に瞬間接着剤は薄膜上に塗布した場合には塗布
と同時に硬化反応を起こし、１０秒〜２０秒で硬化する
が、ある程度の容量を持たせて溜めておくと数日間は硬
化しない。

【００２１】このようにして針の内径に瞬間接着剤が充
填された金属パイプ６ａを以下のような操作によって支
持部６に装着する。すなわち、図３Ａ，図３Ｂに示すよ
うに、支持部６は操作部１０１と保持部１０２を有して
おり、また、保持部１０２は、スプリング１０３によっ
て締めつけられることによって閉鎖されるようになされ
ている。但し、操作部１０１に手または所定の治具等で
力を加えることによってスプリング１０３による締めつ
けを一時的に解除して保持部１０２を開放することがで
きる。この時に加える力と保持部１０２の動きを図３
Ａ，図３Ｂにおいて矢印で示した。

【００２２】金属パイプ６ａを装着する際には、操作部
１０１に手または所定の治具等で力を加えることによっ
てスプリング１０３による締めつけを一時的に解除して
保持部１０２を開放し、そこに金属パイプ６ａを挟み込
む。（図３Ａ参照）。その後、操作部１に加えていた力
を除くと、保持部１０２が閉鎖され、金属パイプ６ａが
保持部１０２に固定される（図３Ｂ参照）。なお、測定
完了後等において、同様な力を加えて保持部１０２を開
放することにより、金属パイプ６ａを支持部６から取外
すこともできる。

【００２３】強度試験の開始に先立って、Ｘ−Ｙステー
ジ３等が操作され、ボール３６の中心点に金属パイプ６
ａが正しく接触するようにＸ−Ｙ方向の位置および試料
ステージ１の高さが制御される。そして、強度試験の開
始ボタン（例えば操作パネル４６上に設けられている）
が押されると、図４Ａに示すように上下動部４が下降
し、図４Ｂに示すように金属パイプ６ａがボール３６に
接触する。この状態で上から所定の荷重、時間等の条件
の下で押さえ込むことにより、瞬間接着剤の作用によっ
て、金属パイプ６ａに、ボール３６が固着される。

【００２４】ボール３６の位置、上から押さえ込む際の
条件等を適切に設定すれば、この際の固着の強度がプル
テストを行うために充分なものとなる。固着後、上下動
部４を介して引上げる力（図４Ｃにおいて白抜きの矢印
で示した）が加えられる。これにより、図４Ｄに示すよ
うに破断が生じてボール３６がボンディングパッド３５
から剥離した時のセンサ５の出力がプルテストの測定値
とされる。

【００２５】ところで、プルテストが完了した後には、
金属パイプ６ａ内には、基板から剥離したボール３６が
保持されている。この状態で金属パイプ６ａの先端を例
えばガスコンロ等によって加熱し、剥離したボール３６
を溶融させて金属パイプ６ａ内から除去することができ
る。この加熱によって、勿論、接着剤を除去することが
でき、それによって、金属パイプ６ａを繰返し使用する
ことが可能である。

【００２６】また、金属パイプ６ａの代わりに、図２Ｂ
に示すような、ボール３６の表面のより大きい面積（例
えば上側の半球部分）に接する接合面２００ａを有する
接合部２００を用いることも可能である。この場合に
は、接合面２００ａがボール３６の形状に良く適合する
ように充分精密に形成されている必要がある。また、こ
の場合、接着剤は接合面２００ａに直接塗布すればよ
い。

【００２７】次に、プルテストを行うに際して、接着剤
を使用せずにボール３６を機械的に係合するようにした
この発明の他の実施形態について説明する。この発明の
他の実施形態は、上述したこの発明の一実施形態におけ
る金属パイプ６ａ等に代わって、例えば図５に示すよう
な係合部３００を使用するようにしたものである。図５
Ａは、係合部３００の不使用状態を示したものである。
また、使用状態を図５Ｂに示す。

【００２８】使用時には、レバー３００ａに例えば手等
で矢印Ｗで示した力を加えることにより、例えば３個の
フック３００ｂが矢印Ｖで示すように押し出される。フ
ック３００ｂは、適度な弾性を有するものとされてお
り、ボール３６等の物体を係合した状態でレバー３００
ａに力を加えるのを止めても、物体を係合し、挟み込む
力が加えられる。このような状態においてプルテストを
行うことが可能である。

【００２９】プルテスト用加重センサ５に係合部３００
を装着した状況を図６Ａに図示する。矢印Ｗで示した力
を加えてフック３００ｂを押し出しながら、矢印Ｕで示
すように下向きに動かしてボール３６に近づける。そし
て、フック３００ｂがボール３６に対して適切な位置に
達した時にレバー３００ａに力を加えるのを止めること
により、フック３００ｂとボール３６とが係合される。

【００３０】フック３００ｂの操作に係る機構として
は、工作機械等において汎用されているものを使用する
ことができる。従って、レバー３００ａとは異なる形状
の部品を介して操作に必要な力を加えるようにしても良
い。フック３００ｂの材質としては、ボール３６の形状
等を考慮して係合に好適な弾性等の力学的物性を有する
ものを使用すれば良い。なお、金属以外に限らず例えば
プラスチック等であっても、係合に好適な力学的物性を
有するものであれば、フック３００ｂの材質として使用
することができる。

【００３１】また、フック３００ｂの形状は、ボール３
６の形状等を考慮して係合に好適なものとすれば良い。
この場合、フック３００ｂの形状については、一般的に
は、上述したこの発明の一実施形態における金属パイプ
６ａや接合部２００程の精度は必要とされない。

【００３２】また、フック３００ｂの操作は、手動には
限定されず、例えばモータ等によって操作するようにし
ても良い。さらに、ボール３６の位置を把握する光セン
サ等からの情報に基づいて係合、プルテスト等を一貫し
て自動制御する構成等も可能である。

【００３３】この発明は、上述した実施の形態に限定さ
れることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の応用および変形が考えられる。

【００３４】

【発明の効果】上述したように、この発明は、ワイヤボ
ンディングされた半導体部品のボール等を、予め瞬間接
着剤が充填された金属パイプや、瞬間接着剤が塗布され
た、ボール等の形状に良く適合するように形成された接
合面に対して固着させるようにすることにより、プルテ
ストを行うのに充分な固着強度を有するようにしたもの
である。また、この発明は、ワイヤボンディングされた
半導体部品のボール等を係合する構成を用いて、プルテ
ストを行うのに充分な係合強度を有するようにしたもの
である。

【００３５】このため、ボール等のボンディング部材
を、引張および引張力の検出を行う構成に固着するため
に加熱をする必要を無くすことができる。従って、ボン
ディング部材と半導体の接合面の状態が加熱によって変
化し、正しい試験結果が得られなくなるおそれを無くす
ことができる。

【００３６】さらに、加熱およびその制御に係る構成が
不要となるので、装置全体を小型化し、また、低コスト
化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態の全体構成について説
明するためのブロック図である。

【図２】市販の注射針をカットして金属パイプを作成す
る方法について説明するための略線図である。

【図３】金属パイプの支持部への装着方法について説明
するための略線図である。

【図４】プルテスト時になされる操作について説明する
ための略線図である。

【図５】この発明の他の実施形態において使用される係
合部について説明するための略線図である。

【図６】この発明の他の実施形態において係合を行う操
作について説明するための略線図である。

【符号の説明】

１・・・試料テーブル、５・・・プルテスト用加重セン
サ、６・・・支持部、６ａ・・・金属パイプ、３５・・
・ボンディングパッド、３６・・・ボール、４５・・・
制御用マイコン、２００・・・接合部、３００・・・係
合部、３００ｂ・・・フック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤボンディングされた半導体部品が
   載置され、Ｘ方向およびＹ方向に変位可能な試料ステー
   ジと、 上記試料ステージと直交するＺ軸方向に変位可能な支持
   部と、 上記支持部と連結され、上記Ｚ軸方向に加わる荷重を検
   出する荷重センサと、 上記支持部に着脱自在に装着され、常温において短時間
   の内に、強度試験に係る試料の所定部分に固着または係
   合するようになされた試験部分固定部と、 上記試料ステージおよび上記支持部の変位を夫々生じさ
   せる駆動源を制御する手段とを有することを特徴とする
   ボンディング強度試験装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記試験部分固定部は、 常温において短時間の内に接着力を生じる接着剤が充填
   された金属パイプであることを特徴とするボンディング
   強度試験装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 上記金属パイプは、 注射針の先端をその延長方向と略直交する方向にカット
   したものであることを特徴とするボンディング強度試験
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 上記試験部分固定部は、 上記強度試験に係る試料の所定部分の形状に適合するよ
   うに形成された接合面を有し、 上記接合面に、常温において短時間の内に接着力を生じ
   る接着剤が塗布されてなることを特徴とするボンディン
   グ強度試験装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 上記試験部分固定部は、 上記強度試験に係る試料の所定部分に係合するように形
   成された係合用部材を有することを特徴とするボンディ
   ング強度試験装置。