TWI587416B - 導線鍵合機和校準導線鍵合機的方法 - Google Patents

導線鍵合機和校準導線鍵合機的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI587416B
TWI587416B TW103102384A TW103102384A TWI587416B TW I587416 B TWI587416 B TW I587416B TW 103102384 A TW103102384 A TW 103102384A TW 103102384 A TW103102384 A TW 103102384A TW I587416 B TWI587416 B TW I587416B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
bonding
wire
bond
wire bonder
semiconductor die
Prior art date
Application number
TW103102384A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201430978A (zh
Inventor
宋景耀
李衛華
王屹濱
Original Assignee
先進科技新加坡有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 先進科技新加坡有限公司 filed Critical 先進科技新加坡有限公司
Publication of TW201430978A publication Critical patent/TW201430978A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI587416B publication Critical patent/TWI587416B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/78268—Discharge electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78301—Capillary
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/788—Means for moving parts
    • H01L2224/78801—Lower part of the bonding apparatus, e.g. XY table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/8503—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector
    • H01L2224/85035—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector by heating means, e.g. "free-air-ball"
    • H01L2224/85045—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector by heating means, e.g. "free-air-ball" using a corona discharge, e.g. electronic flame off [EFO]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/852—Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201—Compression bonding
    • H01L2224/85205—Ultrasonic bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/859—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector involving monitoring, e.g. feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12042—LASER

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

導線鍵合機和校準導線鍵合機的方法
本發明涉及一種導線鍵合機和校準該導線鍵合機的方法。
傳統意義上，導線鍵合機使用在半導體裝配和封裝過程中，以在半導體晶片上的電氣接觸盤和襯底之間，或者不同的半導體晶片上的電氣接觸盤之間形成導電線路連接。具體地，將鍵合導線從包含有鍵合導線的線圈處饋送通過鍵合工具，如毛細尖管(劈刀)(capillary)，以執行導線鍵合工序。通過組合使用熱量、壓力和超聲波能量，鍵合導線被鍵合或焊接至半導體晶片或襯底的連接盤上。導線鍵合工序是一種固相(solid phase)焊接方法，其中兩種金屬材料(如鍵合導線和連接盤表面)被形成緊密接觸。一旦這些表面處於緊密接觸中，那麼發生電子共用或原子相互擴散，導致形成導線鍵合。
校準導線鍵合機需要來確保不同的導線鍵合機之間性能的一致性。目前，校準導線鍵合機包括以下步驟：1)使用外部鐳射測振計(vibrometer)或光學測振計，以測量導線鍵合機的換能器端部或毛細尖管端部的超聲波振動；2)記錄鍵合結果，例如焊球尺寸，焊球剪切(ball shear)，焊球提升的數量(number of ball lift)，導線拉拽後的鍵合盤剝離等等；以及 3)使用外部的力感測器以根據測量的超聲波振動和記錄的鍵合結果校準鍵合力。
上述校準導線鍵合機的方法具有以下的缺點：
1)由於該方法花費很長時間測量鍵合結果，例如焊球尺寸和焊球剪切，所以正常情況下，使用者根據導線鍵合機的換能器端部的超聲波振動的有限變化範圍獲得這些測量結果，這影響了校準精度。
2)由於使用外部鐳射測振計或光學測振計包括用於測量導線鍵合機的換能器端部的超聲波振動的其他設備，所以長的配置時間可能被需要。
3)由於該方法沒有類比導線鍵合機的實際操作，所以它不可能是不精確的。
4)由於外部的力感測器需要額外的設備來校準導線鍵合機，所以導線鍵合機的校準可能花費很長時間
一方面，本發明提供一種導線鍵合機，該導線鍵合機包含有：i)處理器；ii)鍵合頭，其和處理器相耦接，該處理器被配置來控制鍵合頭的移動；iii)鍵合工具，其安裝在鍵合頭上，該鍵合工具被鍵合頭驅動，以使用鍵合導線在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連，該半導體晶粒被安裝在襯底上；以及iv)測量設備，其和鍵合頭相耦接，該測量設備***作來測量當鍵合工具被鍵合頭驅動以通過鍵合局部將鍵合導線連接至半導體晶粒時鍵合導線的鍵合局部的形變；其中，該處理器被配置來：i)獲得被測 量的鍵合局部的形變和導線鍵合機的指令引數之間的至少一個相互關係；ii)將所獲得的至少一個相互關係與導線鍵合機的指令引數和期望的鍵合局部的形變之間的預定的相互關係進行比較；以及iii)根據鍵合局部的形變相對於導線鍵合機的指令引數的所獲得的至少一個相互關係和預定的相互關係之間的比較結果，校準導線鍵合機的指令引數。
另一方面，本發明提供一種校準導線鍵合機的方法，該導線鍵合機包含有：處理器；鍵合頭；鍵合工具，其被鍵合頭驅動，以使用鍵合導線在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連，該半導體晶粒被安裝在襯底上；測量設備，其***作來測量當鍵合工具被鍵合頭驅動以通過鍵合局部將鍵合導線連接至半導體晶粒時形成在鍵合導線的鍵合局部的形變；該方法包含有以下步驟：獲得被測量的鍵合局部的形變和導線鍵合機的指令引數之間的至少一個相互關係；將所獲得的至少一個相互關係與導線鍵合機的指令引數和期望的鍵合局部的形變之間的預定的相互關係進行比較；以及根據鍵合局部的形變相對於導線鍵合機的指令引數的所獲得的至少一個相互關係和預定的相互關係之間的比較結果，校準導線鍵合機的指令引數。
10‧‧‧位置編碼器
12‧‧‧鍵合頭
13‧‧‧馬達驅動器
14‧‧‧鍵合頭控制器
15‧‧‧馬達
16‧‧‧中央電腦
18‧‧‧超聲波驅動器
20‧‧‧換能器
22‧‧‧毛細尖管
24‧‧‧無空氣球
100‧‧‧導線鍵合機
102‧‧‧上夾具
104‧‧‧下夾具
105‧‧‧鍵合導線
107‧‧‧空氣張緊器
110‧‧‧電子火焰熄滅(EFO：electronic flame-off)打火杆(torch)
112‧‧‧接觸感測器
114‧‧‧半導體晶粒
116‧‧‧引線框
120‧‧‧線性尺規
121‧‧‧XY平臺
現在將參考附圖，僅僅以示例的方式，描述本發明較佳實施例，其中：圖1a所示為具有鍵合工具進行鍵合的導線鍵合機的示意圖，而圖1b所示為圖1a的導線鍵合機的平面佈置示意圖。
圖2所示表明了超聲波電流的指令引數和無空氣球形變數 (the amount of a free air ball deformation)之間的各種相互關係。
圖3所示表明了鍵合力的指令引數和無空氣球形變數之間的各種相互關係。
圖4所示表明了形變設定的指令引數和無空氣球形變數之間的各種相互關係；以及圖5所示表明了XY平臺振動設定的指令引數和無空氣球形變數之間的各種相互關係。
圖1a所示為進行導線鍵合的導線鍵合機100。導線鍵合機100包括：i)上夾具102和下夾具104，其用於控制鍵合導線105的移動，使用氣動設備(所示為空氣張緊器107)將鍵合導線105從線圈處(圖中未示)沿著導線饋送路徑饋送；ii)換能器20，其用於在導線鍵合期間產生超聲波振動；iii)鍵合工具(所示為毛細尖管22)，在鍵合期間鍵合導線105通過該鍵合工具被饋送；iv)電子火焰熄滅(EFO：electronic flame-off)打火杆(torch)110，其用於產生放電而在鍵合導線105的線尾端部生成無空氣球；v)接觸感測器112，其用於回應物體之間的接觸；以及vi)測量設備(在圖1中所示為位置編碼器10)，其可相對於線性尺規120移動以相對於參考位置確定和測量毛細尖管22的位置。
現在參考附圖1a將描述導線鍵合機100的導線鍵合處理。首先，導線鍵合機100形成第一導線鍵合，具體為球形鍵合，其中無空氣球的形變得以形成-位於設置在襯底上，和更具體為引線框116上的半導體晶 粒114的上表面。其後，導線鍵合機100使用鍵合導線105形成第二導線鍵合，具體為楔形鍵合-位於引線框116的上表面，以致於在球形鍵合和楔形鍵合之間連接有導線圈。在導線鍵合機100在引線框116上執行楔形鍵合之後，毛細尖管22在遠離楔形鍵合的方向上被移動，以致于毛細尖管22的基座被設置在預定位置。值得注意的是，毛細尖管22在移動遠離楔形鍵合以前，上夾具102閉合，下夾具104開啟以避免可能將鍵合導線105從楔形鍵合處過早地斷開的任何的張緊。一旦毛細尖管22的基座定位在預定位置，那麼下夾具104得以閉合以在鍵合導線105上施加握緊力。其後，毛細尖管22沿著Z軸向上移動進一步遠離楔形鍵合一段線尾斷開高度，以便於將鍵合導線105拉拽離開楔形鍵合。這樣產生了將鍵合導線105從楔形鍵合處斷開和分離的張緊力，以形成一段大體等同於預定線尾長度的線尾。但是楔形鍵合仍然應該保持鍵合在引線框116上。所形成的線尾和鍵合導線105從毛細尖管22的基座凸伸的局部相匹配。
用於導線鍵合機的全新的可擕式加工調整方法(machine portability tuning methodology)被引入，其使用了測量設備以測量無空氣球的形變和尋求無空氣球的形變程度相對於導線鍵合機的一個或多個指令引數，如導線鍵合期間由導線鍵合機100所傳送的超聲波電流/能量、鍵合力設定、鍵合頭形變設定和/或XY平臺預設的振幅設定等的相互關係。在獲得相互關係的曲線之後，導線鍵合機的處理器將會相對於預定的通用曲線(master curve)與之相比較，並通過自動補償所獲得的相互關係曲線和通用曲線之間的差值而校準導線鍵合機。所以，不同的導線鍵合機能夠得以被校準，以具有和通用曲線所定義的性能相同的性能。
圖1b所示為圖1a所描述的導線鍵合機100的平面佈置示意圖。如圖1b所示，位置編碼器10被耦接至鍵合頭12，以當超聲波能量被超聲波驅動器18施加至換能器20時測量鍵合頭的位置和無空氣球形變的程度。在自動調整過程中，當其他因數不變的情形下只有超聲波電流是可變的。位置編碼器10較佳地具有至少0.1微米的測量解析度。具體地，在接著應用超聲波能量、鍵合壓力、鍵合頭12移動和/或耦接至鍵合頭12上的XY平臺121的振動之後，位置編碼器10被配置來測量無空氣球沿著垂直Z軸朝向半導體晶粒的形變。
參考圖1b所示，鍵合頭控制器14控制馬達驅動器13和馬達15以移動鍵合頭12和毛細尖管22，這樣藉此施加恒定的壓力於無空氣球24上。另一方面，超聲波驅動器18控制換能器20以將超聲波能量施加在無空氣球24上。在施加於無空氣球24上的超聲波能量和鍵合壓力的聯合作用下，無空氣球24將會相應地形變。位置編碼器10將測量無空氣球24的形變程度，並將結果返饋回復至中央電腦16。
現在詳細地描述使用位置編碼器10和線性尺規120測量無空氣球的形變。
首先，鍵合頭控制器14朝向半導體晶粒114上的導電盤移動鍵合頭12，直到無空氣球的基座接觸半導體晶粒114上的導電盤。由於接觸感測器112電性連接在無空氣球24和半導體晶粒114上的導電盤之間，所以通過這種配置電路相應地得以形成，即，當無空氣球24的基座接觸半導體晶粒114上的導電盤時，閉合電路得以形成。從而，接觸感測器112對無空氣球24的基座和半導體晶粒114上的導電盤之間的接觸作出回應。可選地， 鍵合頭上的信號變化也可以被使用來確定無空氣球24的基座接觸半導體晶粒114上的導電盤處的位置點。
在無空氣球接觸之後，毛細尖管22朝向半導體晶粒114上的導電盤繼續降低，線性尺規120測量毛細尖管22所移動的距離，直到無空氣球24被毛細尖管22完全變形。所以，位置編碼器10和線性尺規120能夠測量由超聲波能量----或導致毛細尖管22移動的導線鍵合機100的任何其他部件(如XY平臺121的振動或鍵合頭12提供鍵合力的相應的移動)所引起的無空氣球在Z水準上(或高度)的形變。
所以，通過導線鍵合機100在半導體晶粒114的導電盤上形成球形鍵合，其中導致了無空氣球24的形變。其後，在形成球形鍵合之後，毛細尖管22沿著Z軸方向的位置立即被位置編碼器10測量。通過比較在形成球形鍵合之後立即被測量的毛細尖管22的位置和無空氣球24的基座剛好接觸半導體晶粒114上的導電盤時的毛細尖管22的位置，無空氣球24的球形形變量能夠得以測量。如圖2所示，中央電腦16收集一系列關於傳遞自鍵合頭12的超聲波電流和無空氣球的形變量之間相互關係的資料。其他的參數/設定保持不變。具體地，中央電腦16指令超聲波驅動器18提供不同量的超聲波電流(如100mA、600mA和700mA)至換能器20，而位置編碼器10然後相應地測量無空氣球的形變程度。例如，圖2所示表明了施加至換能器20的700mA的超聲波電流(所示為B)導致了20微米的無空氣球形變(所示為C)。以這種方式，傳送自鍵合頭12的超聲波電流和無空氣球的形變程度之間相互關係能夠得以匯出。
而且，基於基礎研究的通用曲線將會預設為存儲在中央電腦 16中的參考/通用曲線。同樣地，通用曲線相關於無空氣球的期望形變量和實現它的典型超聲波電流之間的基於經驗的相互關係。例如，圖2表明了20微米的焊球形變(所示為C)通常是由通用曲線中的600mA(所示為A)的超聲波電流實現，而不是由加工曲線(machine curve)中的更高的700mA(所示為B)的超聲波電流實現。所以，應用700mA的超聲波電流實現的20微米的無空氣球形變可能不是精確的或者可重複的。這能夠通過無空氣球形變數不僅僅依賴于施加於換能器20上的超聲波電流，而且依賴於其他因素如超聲波電流大小、工具類型、材料變化程度和調節精確程度的事實而得以解釋。
在導線鍵合機的中央電腦16中，通過將獲得的加工曲線和通用曲線進行比較，固定的轉換因數1-(B-A)/A(或1-(700-600)/600=0.833)能夠得以確定和自動設定，以致於由超聲波驅動器18所施加在換能器20上的超聲波電流乘以轉換因數(如0.833)而被校準。由於依靠了通用曲線，所以導線鍵合機的校準可跨越各種機器而擴展。
類似地，無空氣球形變相對於鍵合力的關係也能夠得以確定。如圖3所示，首先，中央電腦16收集一系列關於傳遞自鍵合頭12的各種鍵合力和無空氣球的形變量之間相互關係的資料，而其他的設定保持不變。具體地，中央電腦16指令馬達驅動器13移動鍵合頭12，藉此產生不同鍵合力大小(例如50g、100g、150g)，然後，位置編碼器10相應地測量無空氣球的形變程度。例如，圖3所示表明了由鍵合頭12施加的150g的鍵合力(所示為B)導致了25微米的焊球形變(所示為C)。以這種方式，傳送自鍵合頭12的不同鍵合力和無空氣球的形變程度之間的相互關係能夠得以匯 出。
相關於無空氣球的期望形變程度和實現它的典型鍵合力之間的基於經驗的相互關係的通用曲線能夠預設為存儲在中央電腦16中的參考/通用曲線。例如，圖3表明了25微米的無空氣球形變(所示為C)通常是由通用曲線中的120g(所示為A)的鍵合力實現，而不是由加工曲線中的更高的150g(所示為B)的鍵合力實現。所以，應用150g的鍵合力實現的25微米的無空氣球形變可能不是精確的或者可重複的。這能夠通過無空氣球形變數不僅僅依賴於由鍵合頭12所施加的鍵合力，而且依賴於這種其他因素如超聲波電流大小、工具類型、材料變化程度和調節精確程度的事實而得以解釋。
在導線鍵合機100的中央電腦16中，通過將獲得的加工曲線和通用曲線進行比較，固定的轉換因數1-(B-A)/A能夠再次得以確定和自動設定，以致於由鍵合頭12所施加的鍵合力乘以轉換因數而被校準。由於依靠了通用曲線，所以導線鍵合機100的校準可跨越各種機器而擴展。
如圖4所示，中央電腦16收集一系列關於不同形變設定和無空氣球的形變量之間相互關係的資料。其他的設定保持不變。每次形變設定包括施加於換能器20的超聲波電流和由鍵合頭12所施加的鍵合力的特定組合。圖4中所示的加工曲線是通過下述的形變設定而獲得的：i)超聲波電流：100mA；鍵合力：5g；ii)超聲波電流：150mA；鍵合力：10g；iii)超聲波電流：200mA；鍵合力：15g；iv)超聲波電流：300mA；鍵合力：20g。例如，圖4所示表明了形變設定iv)(所示為B)導致了20微米的無空氣球形變(所示為C)。以這種方式，導線鍵合機100的不同鍵合設定和無空氣球的 形變程度之間的相互關係能夠得以匯出。
再者，相關於無空氣球的期望形變和實現它的典型形變設定之間的基於經驗的相互關係的通用曲線能夠預設為存儲在中央電腦(16)中的參考/通用曲線。例如，圖4表明了20微米的無空氣球形變(所示為C)通常是由通用曲線中的鍵合設定iii)(所示為A)實現，而不是由加工曲線中的鍵合設定iv)(所示為B)實現。所以，應用鍵合設定iv)實現的25微米的無空氣球形變可能不是精確的或者可重複的。這能夠通過無空氣球形變數依賴於其他因素如工具類型、材料變化程度和調節精確程度的事實而得以解釋。
在導線鍵合機100的中央電腦16中，通過將獲得的加工曲線和通用曲線進行比較，轉換因數1-(B-A)/A能夠再次得以確定和自動設定，以致於由鍵合頭12所施加的鍵合力乘以轉換因數而被校準。由於依靠了通用曲線，所以導線鍵合機100的校準可跨越各種機器而擴展。
類似地，無空氣球形變相對於XY平臺振動設定的關係也能夠得以確定。如圖5所示，首先，中央電腦16收集一系列關於傳遞自XY平臺121的各種振幅設定和無空氣球的形變量之間相互關係的資料，而其他的設定保持不變。具體地，中央電腦16指令馬達驅動器13移動XY平臺121，藉此產生不同振幅大小(例如1微米、5微米和10微米)，然後，位置編碼器10相應地測量無空氣球的形變程度。例如，圖5所示表明了由鍵合頭12施加的10微米振幅(所示為B)導致了20微米的焊球形變(所示為C)。以這種方式，傳送自XY平臺121的不同振幅和無空氣球的形變程度之間的相互關係能夠得以匯出。
相關於無空氣球的期望形變程度和實現它的典型振幅之間的基於經驗的相互關係的通用曲線能夠預設為存儲在中央電腦16中的參考/通用曲線。例如，圖5表明了20微米的無空氣球形變(所示為C)通常是由通用曲線中的10微米(所示為A)的振幅實現，而不是由加工曲線中的更高的15微米(所示為B)的振幅實現。
在導線鍵合機100的中央電腦16中，通過將獲得的加工曲線和通用曲線進行比較，固定的轉換因數1-(B-A)/A能夠再次得以確定和自動設定，以致於由XY平臺121所施加的振幅乘以轉換因數而被校準。由於依靠了通用曲線，所以導線鍵合機100的校準可跨越各種機器而擴展。
本發明提出的方法具有下述的優點：
1)該測試模擬了實際的鍵合環境，並降低了由於其它因素而引起的結果變化。相對比而言，在傳統的校準方法中外部的鐳射測振計/光學測振計僅僅測量換能器的振幅。通過測量相對於實際操作中導線鍵合機的超聲波電流/能量和/或鍵合力/壓力的焊球形變程度，本發明方法直接從導線鍵合機的鍵合結果中測量，並且鍵合精度能夠有益地得以改善。
2)由於本發明方法依賴於位置編碼器和中央電腦，二者均內置於導線鍵合機中，所以沒有額外的設備被需要來完成自動測量和精細調節。這樣藉此改善了用戶友好性。而且，測試時間和成本也得以節省。
3)無空氣球形變的速率(形變速度)也能夠得以測量和校準。
值得注意的是，本發明的其他實施例也可能落在本發明所要求保護的範圍內。
10‧‧‧位置編碼器
12‧‧‧鍵合頭
13‧‧‧馬達驅動器
14‧‧‧鍵合頭控制器
15‧‧‧馬達
16‧‧‧中央電腦
18‧‧‧超聲波驅動器
20‧‧‧換能器
22‧‧‧毛細尖管
24‧‧‧無空氣球
114‧‧‧半導體晶粒
100‧‧‧導線鍵合機
120‧‧‧線性尺規
121‧‧‧XY平臺

Claims (18)

  1. 一種導線鍵合機，該導線鍵合機包含有：處理器；鍵合頭，其和處理器相耦接，該處理器被配置來控制鍵合頭的移動；鍵合工具，其安裝在鍵合頭上，該鍵合工具被鍵合頭驅動，以使用鍵合導線在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連，該半導體晶粒被安裝在襯底上；一尺規；以及測量設備，其和鍵合頭相耦接，該測量設備***作來測量當鍵合工具被鍵合頭驅動以通過鍵合局部將鍵合導線連接至半導體晶粒時鍵合導線的鍵合局部的形變，該測量設備可相對於該尺規移動以量測該鍵合頭之位置與該鍵合局部之形變；其中，該處理器進一步被配置來：獲得被測量的鍵合局部的形變和導線鍵合機的指令引數之間的至少一個相互關係；將所獲得的至少一個相互關係與導線鍵合機的指令引數和期望的鍵合局部的形變之間的預定的相互關係進行比較；以及根據鍵合局部的形變相對於導線鍵合機的指令引數的所獲得的至少一個相互關係和預定的相互關係之間的比較結果，校準導線鍵合機的指令引數；其中，當鍵合局部與半導體晶粒接觸，藉由比較鍵合工具的位置來測量該鍵合局部的測量形變，直到測量到鍵合局部的形變之鍵合工具的位置；該導線鍵合機包括一接觸感測器，該感測器電性連接於該鍵合局部與該半導體晶粒之間，該鍵合感測器感測當該鍵合局部藉由包含該鍵合局部、該半導體晶粒與該接觸感測器之一閉合電路的形成接觸該半導體晶粒。
  2. 如請求項1所述的導線鍵合機，其中，該處理器被配置來計算轉換因數以校準導線鍵合機的指令引數。
  3. 如請求項1所述的導線鍵合機，其中，該導線鍵合機的指令引數是傳遞自鍵合頭以在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連的超聲波電流。
  4. 如請求項1所述的導線鍵合機，其中，該導線鍵合機的指令引數是傳遞自鍵合頭以在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連的鍵合力。
  5. 如請求項1所述的導線鍵合機，其中，該導線鍵合機的指令引數是 鍵合局部的形變設定。
  6. 如請求項5所述的導線鍵合機，其中，該形變設定包含有超聲波電流和鍵合力的組合，超聲波電流和鍵合力二者可***作來傳遞自鍵合頭以在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連。
  7. 如請求項1所述的導線鍵合機，其中，該導線鍵合機的指令引數是導線鍵合機的XY平臺的振動設定。
  8. 如請求項1所述的導線鍵合機，其中，該測量設備為位置編碼器。
  9. 如請求項8所述的導線鍵合機，其中，該位置編碼器被配置來測量鍵合局部沿著垂直軸線上的形變。
  10. 一種校準導線鍵合機的方法，該導線鍵合機包含有：處理器；鍵合頭；鍵合工具，其被鍵合頭驅動，以使用鍵合導線在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連，該半導體晶粒被安裝在襯底上；測量設備，其***作來測量當鍵合工具被鍵合頭驅動以通過鍵合局部將鍵合導線連接至半導體晶粒時形成在鍵合導線的鍵合局部的形變，該測量設備可相對於該尺規移動以量測該鍵合頭之位置與該鍵合局部之形變；該方法包含有以下步驟：獲得被測量的鍵合局部的形變和導線鍵合機的指令引數之間的至少一個相互關係；將所獲得的至少一個相互關係與導線鍵合機的指令引數和期望的鍵合局部的形變之間的預定的相互關係進行比較；以及根據鍵合局部的形變相對於導線鍵合機的指令引數的所獲得的至少一個相互關係和預定的相互關係之間的比較結果，校準導線鍵合機的指令引數；其中，當鍵合局部與半導體晶粒接觸，藉由比較鍵合工具的位置來測量該鍵合局部的測量形變，直到測量到鍵合局部的形變之鍵合工具的位置；該導線鍵合機包括一接觸感測器，該感測器電性連接於該鍵合局部與該半導體晶粒之間，該鍵合感測器感測當該鍵合局部藉由包含該鍵合局部、該半導體晶粒與該接觸感測器之一閉合電路的形成接觸該半導體晶粒。
  11. 如請求項10所述的方法，其中，校準導線鍵合機的指令引數的步驟包括計算轉換因數的步驟。
  12. 如請求項10所述的方法，其中，該導線鍵合機的指令引數是傳遞自鍵合頭以在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連的超聲波電流。
  13. 如請求項10所述的方法，其中，該導線鍵合機的指令引數是傳遞 自鍵合頭以在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連的鍵合力。
  14. 如請求項10所述的方法，其中，該導線鍵合機的指令引數是鍵合局部的形變設定。
  15. 如請求項14所述的方法，其中，該形變設定包含有超聲波電流和鍵合力的組合，超聲波電流和鍵合力二者可***作來傳遞自鍵合頭以在半導體晶粒和襯底之間形成電性互連。
  16. 如請求項10所述的方法，其中，該導線鍵合機的指令引數是導線鍵合機的XY平臺的振動設定。
  17. 如請求項10所述的方法，其中，該測量設備為位置編碼器。
  18. 如請求項17所述的方法，其中，獲得被測量的鍵合局部的形變和導線鍵合機的指令引數之間的至少一個相互關係的步驟包括：使用該位置編碼器來測量鍵合局部沿著垂直軸線上的形變。
TW103102384A 2013-01-25 2014-01-23 導線鍵合機和校準導線鍵合機的方法 TWI587416B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361756550P 2013-01-25 2013-01-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201430978A TW201430978A (zh) 2014-08-01
TWI587416B true TWI587416B (zh) 2017-06-11

Family

ID=51221834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103102384A TWI587416B (zh) 2013-01-25 2014-01-23 導線鍵合機和校準導線鍵合機的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9620477B2 (zh)
KR (1) KR101607884B1 (zh)
CN (1) CN103972116B (zh)
SG (1) SG2014006050A (zh)
TW (1) TWI587416B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9165904B1 (en) * 2014-06-17 2015-10-20 Freescale Semiconductor, Inc. Insulated wire bonding with EFO before second bond
CN105895543B (zh) * 2014-12-01 2019-09-13 恩智浦美国有限公司 接合引线进给***及其方法
JP5950994B2 (ja) * 2014-12-26 2016-07-13 株式会社新川 実装装置
TWI643276B (zh) * 2016-08-23 2018-12-01 日商新川股份有限公司 夾線裝置的校準方法以及打線裝置
TWI649816B (zh) * 2016-08-23 2019-02-01 日商新川股份有限公司 打線方法與打線裝置
KR102206867B1 (ko) * 2016-09-07 2021-01-25 가부시키가이샤 신가와 와이어 본딩 장치
EP3603826B1 (en) * 2018-07-31 2023-05-10 Infineon Technologies AG Method for calibrating an ultrasonic bonding machine
CN109560024B (zh) * 2018-11-06 2020-11-06 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种晶圆键合装置及其校正方法
JP2022510882A (ja) * 2018-11-28 2022-01-28 クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク． 超音波溶接システムおよび当該システムを使用する方法
KR20220160553A (ko) * 2020-03-29 2022-12-06 쿨리케 앤드 소파 인더스트리즈, 인코포레이티드 와이어 본딩 머신 상의 지지 구조에 대한 반도체 소자의 클램핑 최적화 방법, 및 관련된 방법
CN118266071A (zh) * 2021-11-16 2024-06-28 库利克和索夫工业公司 在焊线***上校准超声波特征的方法
US20230275060A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Texas Instruments Incorporated Leaded semiconductor package with lead mold flash reduction

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6070778A (en) * 1997-05-14 2000-06-06 Kabushiki Kaisha Shinkawa Wire bonding apparatus and control method thereof
TW200916244A (en) * 2007-06-15 2009-04-16 Oerlikon Assembly Equipment Ag Steinhausen Bond head for a wire bonder
US20110056267A1 (en) * 2007-12-21 2011-03-10 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Method of calibrating a constant voltage supply for an ultrasonic transducer of a wire bonding machine
US20110101073A1 (en) * 2009-10-29 2011-05-05 Yue Zhang Automatic wire feeding system for wire bonders
JP2012104828A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Asm Assembly Automation Ltd デュアルヘッドディスペンサを組み込んだダイボンダ

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5326015A (en) * 1993-03-29 1994-07-05 Kulicke And Soffa Investments, Inc. Wire bonder tail length monitor
JP2992427B2 (ja) * 1993-07-16 1999-12-20 株式会社カイジョー ワイヤボンディング装置及びその方法
JP2914850B2 (ja) * 1993-07-16 1999-07-05 株式会社カイジョー ワイヤボンディング装置及びその方法
US5446403A (en) * 1994-02-04 1995-08-29 Zenith Data Systems Corporation Power on reset signal circuit with clock inhibit and delayed reset
US6062462A (en) * 1997-08-12 2000-05-16 Kulicke And Soffa Investments, Inc. Apparatus and method for making predetermined fine wire ball sizes
EP0953398A1 (de) 1998-02-06 1999-11-03 Esec Sa Verfahren und Chip für die Kalibrierung eines Wire Bonders
US6572001B2 (en) * 2001-07-05 2003-06-03 Asm Technology Singapore Pte Ltd. Bonding system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6070778A (en) * 1997-05-14 2000-06-06 Kabushiki Kaisha Shinkawa Wire bonding apparatus and control method thereof
TW200916244A (en) * 2007-06-15 2009-04-16 Oerlikon Assembly Equipment Ag Steinhausen Bond head for a wire bonder
US20110056267A1 (en) * 2007-12-21 2011-03-10 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Method of calibrating a constant voltage supply for an ultrasonic transducer of a wire bonding machine
US20110101073A1 (en) * 2009-10-29 2011-05-05 Yue Zhang Automatic wire feeding system for wire bonders
JP2012104828A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Asm Assembly Automation Ltd デュアルヘッドディスペンサを組み込んだダイボンダ

Also Published As

Publication number Publication date
SG2014006050A (en) 2014-08-28
CN103972116A (zh) 2014-08-06
US9620477B2 (en) 2017-04-11
CN103972116B (zh) 2017-04-12
KR101607884B1 (ko) 2016-03-31
KR20140095993A (ko) 2014-08-04
TW201430978A (zh) 2014-08-01
US20140209663A1 (en) 2014-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI587416B (zh) 導線鍵合機和校準導線鍵合機的方法
TWI649816B (zh) 打線方法與打線裝置
US9425163B2 (en) Systems and methods for determining and adjusting a level of parallelism related to bonding of semiconductor elements
US9457421B2 (en) Wire-bonding apparatus and method of wire bonding
US20090151149A1 (en) Method of controlling contact load in electronic component mounting apparatus
TWI518816B (zh) 用於在導線鍵合過程中測量無空氣球尺寸的方法和裝置
US20230039460A1 (en) Methods of optimizing clamping of a semiconductor element against a support structure on a wire bonding machine, and related methods
US6376265B1 (en) Non-contact automatic height sensing using air pressure for die bonding
TWI534918B (zh) 用以補償打線機上線徑變化之方法和系統
US7080771B2 (en) Method for checking the quality of a wedge bond
TW202044438A (zh) 針狀線成形方法以及打線接合裝置
JP4223159B2 (ja) 電子部品実装装置
TW202238858A (zh) 確定導線接合機上的接合的無空氣球的剪切強度的方法
TWI824274B (zh) 導線接合狀態判斷方法及導線接合狀態判斷裝置
JP4924480B2 (ja) 半導体装置の製造方法および装置
JP3300472B2 (ja) ボンディング装置ならびにボンディング部を有する装置の製造方法
JP2003332363A (ja) ボンディング装置および半導体装置の製造方法
JP2002076049A (ja) ワイヤボンディング装置及び電気部品の製造方法
QIN Wire Bonding Process
TW202333253A (zh) 在引線接合系統上校準超音波特性的方法
Lum et al. 8-Microelectronics wire bonding
JPH02135745A (ja) ワイヤボンディング装置