(57)【要約】【課題】ボンディング装置において、簡便な構成で、ボンディングツール先端に加わる振動荷重を検出する。【解決手段】超音波振動子１３の振動と共振して中心軸１５の方向に縦振動する超音波ホーン１２と、超音波ホーン１２の振動の腹に取り付けられるキャピラリ１７と、超音波ホーン１２の振動の節に設けられるフランジ１４と、ボンディングアーム２１と、を備え、ボンディングアーム２１の回転中心４３とフランジ取り付け面２２との間に取り付けられる荷重センサ３１と、バンドパスフィルタによって荷重センサ３１で取得した信号から超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を抽出してキャピラリ１７の先端１７ａに加わる超音波ホーン１２の中心軸１５方向の振動荷重を検出する振動荷重検出部５０と、を有する。【選択図】図１
2010010510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、を備えるボンディング装置であって、
ボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、
超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を通過させるフィルタによって荷重センサで取得した信号から超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重を検出する振動荷重検出部と、
を有することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
振動荷重検出部は、
検出したボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅の変化に基づいてボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールとボンディング対象との間の接合状態を判定して接合状態信号を出力する接合状態判定手段を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボンディング装置であって、
振動荷重検出部の接合状態判定手段は、
ボンディング開始後、ボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅が増大する振幅増大期間と振幅増大期間の後に振幅が略一定となる振幅安定期間とはボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールが潰されてボンディング対象に接合されていく接合途中状態と判定して接合途中状態信号を出力し、振幅安定期間の振幅よりも振幅が増大してから所定時間が経過した場合に接合終了と判定して接合終了信号を出力すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のボンディング装置であって、
振動荷重検出部が接続され、超音波振動子の出力を変化させる制御部を含み、
制御部は、
振動荷重検出部から接合終了信号が入力された場合に、超音波振動子の出力を停止させる超音波振動停止手段を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のボンディング装置であって、
制御部は、
振動荷重検出部によって検出される振幅安定期間の振幅が所定の値よりも小さい場合には、超音波振動子の出力を予め設定された出力よりも増大させ、振幅安定期間の振幅が所定の値よりも大きい場合には、超音波振動子の出力を予め設定された出力よりも減少させる超音波振動変化手段を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体チップの電極であるパッドとリードフレームの電極であるリードとの間を金属細線であるワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディング装置は、駆動モータにより回転駆動されるボンディングアームと、ボンディングアームに取り付けられた超音波ホーンと、超音波ホーンの先端に取り付けられたキャピラリと、超音波ホーンに取り付けられた超音波振動子とを備え、ボンディングアームを回転駆動してキャピラリをパッドまたはリードに対して接離方向に移動させ、キャピラリ先端に形成されたイニシャルボールをパッドに、ワイヤをリードに圧着すると共に、超音波振動子によって超音波ホーンを共振させ、キャピラリ先端に超音波振動を付与してボンディングを行うことが多い。
【０００３】
ワイヤボンディング装置の制御部は駆動モータに印加する電流値や超音波振動子に印加する電流値をそれぞれ制御してボンディング動作時に予め設定された所定のボンディング荷重、超音波出力が付与されるよう制御している。
【０００４】
このようなワイヤボンディング装置で良好なボンディングを行うためには、ボンディング動作中にキャピラリからパッド、リードに付与されるボンディング荷重、超音波出力などを検出してフィードバックすることが必要となる。
【０００５】
このため、特許文献１には、超音波ホーンに歪ゲージを取り付け、この歪ゲージでボンディング荷重と超音波振動を検出し、駆動モータと超音波振動子への印加電圧とを制御することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、キャピラリと超音波振動子との間の同一の面に圧電材料を用いた荷重検出用のセンサと超音波振動検出用のセンサを設け、それぞれの出力からボンディング荷重と超音波振動の出力とを検出することが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２５６３２０号公報
【特許文献２】特許第３５３０１３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、ボンディングの際にはキャピラリ先端の超音波振動の状態は接合開始からイニシャルボールの接合の途中、イニシャルボールの接合終了の各時点で変化し、キャピラリ先端に加わる振動荷重も変化してくる。ところが、特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術では、超音波ホーン自体の超音波出力の変化は検出することができるものの、超音波ホーン全体の振動に比べて非常に微小な振動であるキャピラリ先端の振動の変化については検出することができなかった。
【０００９】
また、特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術はいずれも荷重センサを超音波ホーンの超音波振動の振幅が発生する部位に取り付けるものであるが、超音波ホーンに取り付けられたセンサが超音波振動に影響を与えてしまうため、センサの取り付けによってボンディング性能に影響が出るという問題があった。更に、超音波ホーンを交換する際にはセンサも交換することが必要で、超音波ホーン交換毎にキャリブレーション等の調整が必要になり、メンテナンスに時間がかかってしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、ボンディング装置において、簡便な構成で、ボンディングツール先端に加わる振動荷重を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、を備えるボンディング装置であって、ボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を通過させるフィルタによって荷重センサで取得した信号から超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重を検出する振動荷重検出部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のボンディング装置において、振動荷重検出部は、検出したボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅の変化に基づいてボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールとボンディング対象との間の接合状態を判定して接合状態信号を出力する接合状態判定手段を備えること、としても好適であるし、振動荷重検出部の接合状態判定手段は、ボンディング開始後、ボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅が増大する振幅増大期間と振幅増大期間の後に振幅が略一定となる振幅安定期間とはボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールが潰されてボンディング対象に接合されていく接合途中状態と判定して接合途中状態信号を出力し、振幅安定期間の振幅よりも振幅が増大してから所定時間が経過した場合に接合終了と判定して接合終了信号を出力すること、としても好適である。
【００１３】
本発明のボンディング装置において、振動荷重検出部が接続され、超音波振動子の出力を変化させる制御部を含み、制御部は、振動荷重検出部から接合終了信号が入力された場合に、超音波振動子の出力を停止させる超音波振動停止手段を備えること、としても好適であるし、制御部は、振動荷重検出部によって検出される振幅安定期間の振幅が所定の値よりも小さい場合には、超音波振動子の出力を予め設定された出力よりも増大させ、振幅安定期間の振幅が所定の値よりも大きい場合には、超音波振動子の出力を予め設定された出力よりも減少させる超音波振動変化手段を備えること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ボンディング装置において、簡便な構成で、ボンディングツール先端に加わる振動荷重を検出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、基体部であるボンディングヘッド１１と、超音波振動子１３と、超音波ホーン１２と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、超音波ホーン１２に設けられたフランジ１４と、ボンディングアーム２１と、荷重センサ３１と、駆動モータ４５と、振動荷重検出部５０と、制御部６０と、ボンディング対象である半導体チップ３４や基板３５を吸着固定するボンディングステージ３３と、を備えている。
【００１６】
ボンディングヘッド１１にはボンディングアーム２１を回転駆動する駆動モータ４５が設けられている。超音波振動子１３は複数枚の圧電素子を重ね合わせたもので、超音波ホーン１２の後端側に取り付けられている。また、超音波ホーン１２の先端にはキャピラリ１７が取り付けられている。後で説明する超音波ホーン１２の振動の節となる位置にはフランジ１４が設けられ、フランジ１４はボンディングアーム２１先端のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。
【００１７】
ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド１１に設けられた回転軸３０の周りに回転自在に取り付けられている。ボンディングアーム２１の回転中心４３はボンディングステージ３３の上に吸着された基板３５の表面、或いは基板３５に取り付けられている半導体チップ３４の表面と同一面上にある。
【００１８】
ボンディングアーム２１は超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に延びる略直方体で、フランジ取り付け面２２のある先端側部分２１ａと回転中心４３を含む後端側部分２１ｂとを有しており、先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとは超音波ホーン１２の中心軸１５を含む高さ方向位置（Ｚ方向位置）に設けられた薄板状の接続部２４によって接続されている。接続部２４のボンディング面４１側とボンディング面４１と反対側にはボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に細いスリット２３，２５が設けられている。ボンディングアーム２１のボンディング面４１と反対側であるＺ方向上側には荷重センサ３１を取り付けるための溝２６が設けられている。溝２６はボンディングアーム２１の先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間に対向して設けられている。溝２６に取り付けられた荷重センサ３１はボンディングアーム先端側部分２１ａから後端側部分２１ｂに向かってねじ込まれているねじ２７によって先端側部分２１ａと後端側部分２１ｂとの間で挟みこまれて与圧されるよう構成されている。荷重センサ３１はその中心軸２８が超音波ホーン１２の中心軸１５からボンディング面４１とキャピラリ１７の先端１７ａとの接離方向であるＺ方向に距離Ｌだけオフセットして取り付けられている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、荷重センサ３１はボンディングアーム２１の幅方向の中央部に取り付けられ、ねじ２７は荷重センサ３１の両側に設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、ボンディングアーム２１のボンディング面４１側には、超音波ホーン１２と超音波振動子１３とが収容される窪み２９が設けられている。
【００２０】
図３に示すように、超音波ホーン１２は、超音波振動子１３によって中心軸１５に沿った方向である長手方向に共振し、縦振動をするものである。ここで縦振動とは振動の伝わる方向と振幅の方向が同一方向の振動をいう。図３に模式的に示すように、超音波ホーン１２は後端に取り付けられた超音波振動子１３の振動によって超音波振動子１３の取り付けられている後端とキャピラリ１７の取り付けられている先端との間で、後端と先端とが振動の腹となる共振モードで振動する。そして、後端と先端との間にできる振動の節、つまり共振状態にあっても振動しない部位に超音波ホーン１２をボンディングアーム２１に固定するフランジ１４が設けられている。フランジ１４はボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２にボルト１６によって固定されている。フランジ１４は超音波ホーン１２の共振によって振動しないことから、ボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２には超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝わらないよう構成されている。このためボンディングアーム２１に設けられている荷重センサ３１にも超音波ホーン１２の共振による超音波振動は伝達されないように構成されている。なお、図３はボンディングアーム２１と超音波ホーン１２、フランジ１４、ボルト１６との関係を説明するための模式図で、超音波ホーン１２から水平方向であるＸＹ方向に延びているフランジ１４を縦方向に記載してある。また、図３（ｂ）は超音波ホーン１２の振幅を模式的に示したもので、中心軸１５方向の振幅を中心軸１５と直角方向の振幅として記載してある。
【００２１】
図１に示すように、荷重センサ３１は振動荷重検出部５０に接続され、その内部に超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を通過させるバンドパスフィルタを含んでおり、荷重センサ３１によって検出した信号からキャピラリ１７の先端１７ａに加わる超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動荷重の検出ができるよう構成されている。また、超音波振動子１３と駆動モータ４５と振動荷重検出部５０とは制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって超音波振動子１３の出力と駆動モータ４５の回転方向と出力が制御され、振動荷重検出部５０によって検出した振動荷重は制御部６０に入力されるよう構成されている。
【００２２】
振動荷重検出部５０、制御部６０は内部にＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータとして構成されていてもよいし、検出、制御のシステムを電気回路によって構成したものであってもよい。
【００２３】
以上のように構成されたワイヤボンディング装置１０によるボンディング動作中におけるキャピラリ１７の先端１７ａに加わる超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動荷重の検出動作について説明する。
【００２４】
図１に示す制御部６０は、キャピラリ１７の先端１７ａから伸出したワイヤの先端を図示しない放電トーチ等によって球状のイニシャルボール１８に形成する。そして、制御部６０は、駆動モータ４５を駆動する指令を出力する。この指令によって駆動モータ４５は回転を開始し、キャピラリ１７を半導体チップ３４の上に向かって降下させ始める。又、制御部６０は、超音波振動子１３の振動を開始する指令を出力する。この指令によって超音波振動子１３にはボンディングの条件に対応して予め設定された振動出力を出力することのできる電圧が印加される。
【００２５】
キャピラリ１７の先端の形成されたイニシャルボール１８が半導体チップ３４の表面に接する前は、図３に示すように超音波ホーン１２は超音波振動子１３の振動と共振して、キャピラリ１７の取りつけられた先端と超音波振動子１３の取り付けられた後端とを振動の腹とする縦振動をしている。フランジ１４は振動の節に配置されているので超音波ホーン１２の共振では振動せず、荷重センサ３１も荷重を検出していない。
【００２６】
ボンディングアーム２１が降下して、イニシャルボール１８が半導体チップ３４のパッドの上に接触すると、キャピラリ１７はイニシャルボール１８をパッドに向けて押し付け始める。するとキャピラリ１７に加わるＺ方向の押し付け力によって超音波ホーン１２に曲げモーメントが加わる。この曲げモーメントはフランジ１４からボンディングアーム２１の先端側部分２１ａに伝達される。そして、ボンディングアーム２１の先端側部分２１ａは薄板状の接続部２４を回転ヒンジとして時計方向に回転しようとする。この回転モーメントによって荷重センサ３１が圧縮され、荷重センサ３１はキャピラリ１７の接地荷重を検出し始める。
【００２７】
図５に示すように、キャピラリ１７が超音波ホーン１２の振動によって超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に振動しているので、イニシャルボール１８が半導体チップ３４のパッドに接すると、パッドとイニシャルボール１８との間に摩擦力が発生し、この摩擦力によってキャピラリ１７の先端１７ａには、振動荷重が加わってくる。この振動荷重はキャピラリ１７を伝わって超音波ホーン１２全体を中心軸１５に沿った方向に振動させるので、超音波ホーン１２の共振による振動が伝達されないフランジ１４も同様に中心軸１５に沿った方向に振動させる。これによってボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２も同様に超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿って振動し、その振動荷重は荷重センサ３１によって検出される。この際、超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った共振の周波数とキャピラリ１７の先端１７ａに発生する超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動とはその周波数が略同一となっている。
【００２８】
キャピラリ１７の先端１７ａに超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に加わる振動荷重は、キャピラリ１７の先端に超音波ホーン１２の中心軸１５と直交方向であるＺ方向に係る接地荷重に比較して非常に小さいものなので、荷重センサ３１によって検出される荷重は、図４（ａ）に示すように、ほとんどが接地荷重信号となっている。一方、キャピラリ１７の先端１７ａに超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に加わる振動荷重は、超音波ホーン１２振動周波数と略同一周波数の周波数であることから、図４（ｂ）に示すように、振動荷重検出部５０に含まれている超音波ホーン１２の振動周波数ｆ0を中心周波数とする狭帯域フィルタ５１を通過させて、超音波ホーン１２の振動周波数帯近傍にある信号のみを抽出すると、図４（ｃ）に示すように、キャピラリ１７の先端１７ａから超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に加わる振動荷重の信号を荷重センサ３１の出力より抽出することができる。そして、抽出した信号の振幅によって振動荷重の大きさを検出することができる。
【００２９】
次に、上記のように検出した振動荷重によってイニシャルボール１８と半導体チップ３４のパッドとの間の接合状態の変化の検出とボンディング途中の超音波振動子１３の出力の調整を行う超音波振動停止手段と超音波振動変化手段について説明する。
【００３０】
図６のステップＳ１０１に示すように、ボンディング動作が開始されると、振動荷重検出部５０は荷重センサ３１からの信号を取得する。そして、図６のステップＳ１０２に示すように、検出した信号を狭帯域フィルタ５１に通して超音波ホーン１２の振動周波数帯近傍にある信号のみを抽出し、図６のステップＳ１０３に示すように振動荷重を検出する。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、キャピラリ１７の先端１７ａのイニシャルボール１８が半導体チップ３４のパッドに接すると、イニシャルボール１８とパッドとの間にキャピラリ１７の超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動荷重が加わりだす。図４（ｃ）に示す期間Ａに示すように、イニシャルボール１８の接地前はゼロであった狭帯域フィルタ５１によって抽出した振動荷重の振幅は、イニシャルボール１８がキャピラリ１７の先端１７ａによってパッドに押し付けられるにしたがってキャピラリ１７の接地荷重が大きくなるため増大していく。そして、図４（ｃ）に示す期間Ｂのようにイニシャルボール１８がキャピラリ１７の先端１７ａの形状に沿って潰れると、振動荷重の振幅の増大は停止し、しばらくその振幅の状態が続く。そして、図５（ｂ）に示すように、イニシャルボール１８が半導体チップ３４のパッドに接合されて圧着ボール１９となると、キャピラリ１７の先端１７ａは、超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った移動が制限されるため、振動荷重が再び増大していく。図４（ｃ）に示す期間Ａは振幅増大期間であり、図４（ｃ）に示す期間Ｂが振幅安定期間である。
【００３２】
振動荷重検出部５０は、検出された振動荷重を振動荷重検出部５０から取得し、その振動荷重の振幅がゼロから増大している振幅増大期間または、振幅安定期間であるかどうかを判断する。振幅増大期間であるかどうかについては、振幅の時間に対する増加割合を計算し、その増加割合が閾値を越える場合に振幅増大期間であると判断することとしても良い。また、振幅安定期間であるかどうかについては、振幅の時間に対する変化率が閾値を越える場合であって、振幅が上限と下限の閾値に入っていることとして判断してもよい。
【００３３】
振動荷重検出部５０は、図６のステップＳ１０４に示すように、ボンディング中のキャピラリ１７の超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動荷重の振幅の変化が振幅増大期間にあるか、振幅安定期間にあると判断した場合には、図６のステップＳ１０５に示すように、ボンディングの状態は接合途中であることを示す接合途中信号を出力する。また、振動荷重検出部５０は、キャピラリ１７の超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動荷重の振幅の変化が振幅増大期間でも振幅安定期間でもないと判断した場合には、図６のステップＳ１０９に示すように、所定の時間が経過したかどうかを判断し、所定の時間が経過する前は図６のステップＳ１０５に示すように接合途中信号を出力する。そして、振動荷重検出部５０は、キャピラリ１７の超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に沿った振動荷重の振幅の変化が振幅増大期間でも振幅安定期間でもないと判断した場合であって、所定時間が経過したと判断した場合には図６のステップＳ１１０に示すように、接合終了信号を出力する。
【００３４】
振動荷重検出部５０と接続されている制御部６０は、振動荷重検出部５０から接合途中信号が入力された場合には、図６のステップＳ１０６に示すように、検出された振動荷重の振幅と予め設定された超音波振動子１３の出力に対応する振動荷重の振幅とを比較し、検出された振動荷重の振幅が予め設定された超音波振動子１３の出力に対応する振動荷重の振幅よりも小さい場合には、接合の際の超音波振動子１３の出力が不足していると判断して、図６のステップＳ１０７に示すように、超音波振動子１３の出力を増大させる。一方、検出された振動荷重の振幅が予め設定された超音波振動子１３の出力に対応する振動荷重の振幅よりも大きい場合には、接合の際の超音波振動子１３の出力が過剰であると判断して、図６のステップＳ１０８に示すように、超音波振動子１３の出力を低減させる（超音波振動変化手段）。
【００３５】
また、制御部６０は、振動荷重検出部から接合終了信号が入力された場合には、イニシャルボール１８の圧着は終了して超音波振動子１３による超音波加振の必要がなくなったと判断して図６のステップＳ１１１に示すように、超音波振動子１３への電圧の供給を停止して超音波振動子１３を停止する（超音波振動停止手段）。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、簡便な構成によってボンディング中にキャピラリ１７の先端１７ａに加わっている振動荷重を検出することができるので、ボンディングの途中でのキャピラリ１７の挙動を常時確認することができるという効果を奏する。また、本実施形態は、ボンディングの途中におけるイニシャルボール１８とボンディング対象との接合状態を判断することができるので、接合状態に応じて超音波振動子１３の出力を増減してボンディングの条件を適切に制御してボンディング品質を向上させることができるという効果を奏する。更に、キャピラリ１７の先端１７ａに加わる振動荷重の変化によって接合の終了を判断し、接合終了後直ちに超音波振動子１３の出力を停止して次の工程に移ることができるので、より正確な接合を行うことができると共にボンディング時間を短縮することができるという効果を奏する。
【００３７】
また、検出したキャピラリ１７の先端１７ａに加わる振動荷重の変化と通常状態の振動荷重の変化とを常時比較することによって異常振動の発生をいち早く捉えることができ、ボンディング異常の検出を行うことができるという効果を奏する。
【００３８】
本実施形態では、荷重センサ３１の信号から超音波ホーン１２の振動周波数帯近傍にある信号のみを抽出するフィルタとして超音波振動の周波数を中心周波数とする狭帯域のバンドバスフィルタを用いることとして説明したが、超音波振動の周波数近傍にカットオフ周波数のあるローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせて超音波ホーン１２の振動周波数帯近傍にある信号のみを抽出するように構成してもよい。
【００３９】
また、実施形態の説明においては、ワイヤボンディング装置について説明したが、本発明はワイヤボンディング装置に限らず、バンプボンディング装置など他のボンディング装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの上面と下面とを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置における超音波振動を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置における振動荷重検出部の信号処理を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置におけるボンディングの際のイニシャルボールの状態の変化を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置における超音波振動子の出力調整を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ワイヤボンディング装置、１１  ボンディングヘッド、１２  超音波ホーン、１３  超音波振動子、１４  フランジ、１５，２８  中心軸、１６  ボルト、１７  キャピラリ、１７ａ  先端、１８  イニシャルボール、１９  圧着ボール、２１  ボンディングアーム、２１ａ  先端側部分、２１ｂ  後端側部分、２２  フランジ取り付け面、２３，２５  スリット、２４  接続部、２６  溝、２７  ねじ、２９  窪み，３０  回転軸、３１  荷重センサ、３３  ボンディングステージ、３４  半導体チップ、３５  基板、４１  ボンディング面、４３  回転中心、４５  駆動モータ、５０  振動荷重検出部、５１  狭帯域フィルタ、６０  制御部。
【図１】
2010010510.tif 000003
【図２】
2010010510.tif 000004
【図３】
2010010510.tif 000005
【図４】
2010010510.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月1日(2009.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、
超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、を備えるボンディング装置であって、
ボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、
超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を通過させるフィルタによって荷重センサで取得した信号から超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重を検出する振動荷重検出部と、を含み、
振動荷重検出部は、ボンディング開始後、ボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅が増大する振幅増大期間と振幅増大期間の後に振幅が略一定となる振幅安定期間とはボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールが潰されてボンディング対象に接合されていく接合途中状態と判定して接合途中状態信号を出力し、振幅安定期間の振幅よりも振幅が増大してから所定時間が経過した場合に接合終了と判定して接合終了信号を出力し、検出したボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅の変化に基づいてボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールとボンディング対象との間の接合状態を判定して各接合状態に応じた信号を出力する接合状態判定手段を有すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
振動荷重検出部が接続され、超音波振動子の出力を変化させる制御部を含み、
制御部は、
振動荷重検出部から接合終了信号が入力された場合に、超音波振動子の出力を停止させる超音波振動停止手段を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボンディング装置であって、
制御部は、
振動荷重検出部によって検出される振幅安定期間の振幅が所定の値よりも小さい場合には、超音波振動子の出力を予め設定された出力よりも増大させ、振幅安定期間の振幅が所定の値よりも大きい場合には、超音波振動子の出力を予め設定された出力よりも減少させる超音波振動変化手段を備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられるボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節に設けられるフランジと、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含み、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられたボンディングアームと、を備えるボンディング装置であって、ボンディングアームの回転中心とフランジ取り付け面との間に取り付けられる荷重センサと、超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を通過させるフィルタによって荷重センサで取得した信号から超音波振動子の振動周波数近傍の周波数帯にある信号を抽出し、抽出した信号に基づいてボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重を検出する振動荷重検出部と、を含み、振動荷重検出部は、ボンディング開始後、ボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅が増大する振幅増大期間と振幅増大期間の後に振幅が略一定となる振幅安定期間とはボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールが潰されてボンディング対象に接合されていく接合途中状態と判定して接合途中状態信号を出力し、振幅安定期間の振幅よりも振幅が増大してから所定時間が経過した場合に接合終了と判定して接合終了信号を出力し、検出したボンディングツール先端に加わる超音波ホーン長手方向の振動荷重の振幅の変化に基づいてボンディングツール先端に形成されたイニシャルボールとボンディング対象との間の接合状態を判定して各接合状態に応じた信号を出力する接合状態判定手段を有すること、を特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】