(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、
前記チップを加熱するヒータと、
前記ホーンからの熱輻射を前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記熱輻射を用いて、前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を推定し、前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段と
を備える、ワイヤボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記ホーンは、表面に光沢防止加工を施されている、ワイヤボンディング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記検知手段は、前記ホーンの長手方向に於ける複数の箇所に於いて前記熱輻射を検知し、
前記補正手段は、前記膨張量を、前記ホーンが前記複数の箇所毎に分割されているブロック毎に推定し、前記長手方向において積分する、ワイヤボンディング装置。
【請求項４】
チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、
前記チップを加熱するヒータと、
前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を、前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段と
を備え、
前記補正手段は、前記膨張量に対して逆相関的に、前記位置補正が行われるまでの時間を決定する、ワイヤボンディング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記検知手段は、前記膨張量が“０”と推定されたときに、該膨張量を検知することを停止する、ワイヤボンディング装置。
【請求項６】
配線を行うキャピラリを有する超音波ホーンの伸び量を求めるステップと、
前記伸び量を打ち消す移動を前記ホーンが行うことによって、前記キャピラリの位置補正が行われるステップと、
次回の位置補正までの時間を、前記伸び量に対して逆相関的に決定するステップとを備える、ワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来技術に従う、キャピラリ４の位置を補正する構成を示す模式図である。ＵＳ（超音波）ホーン１は、図示を省略されているヒータ等から発せられる熱によって加熱され、膨張する。すると、ＵＳホーン１の先端部に固定されているキャピラリ４の位置は、２点鎖線にて示されている位置から実線にて示されている位置へと変わってしまう。これによって、キャピラリ４から伸びている圧着ボール５の位置は、チップのパッド１０ａに対してずれてしまう。
【０００３】
以上のようなボンディングのズレを補正するために、圧着ボール５とパッド１０ａとの位置関係をカメラ１０６によって撮影し、モニタ７上に映し出していた。作業者はモニタ７上の画像を観察してズレを把握し、キャピラリ４の位置の補正を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリ４の位置の補正は上記の如く作業者によって為されるために、作業者個々人の判断の差によって、補正の精度にバラツキが生じてしまうという問題点があった。また、カメラ１０６による撮影、モニタ７を用いる観察及び作業者による補正作業を必要とするために、補正に時間がかかりすぎるという問題点があった。更に、キャピラリ４のパッド１０ａに対する位置を常に正しく保つためには、補正を頻繁に行わなければならない。このため、作業者に負担がかかるという問題点があった。
【０００５】
補正の最中には、ワイヤボンディングを中止せねばならない。補正に時間がかかりすぎること及び補正が頻繁であるという上記問題点によってワイヤボンディング装置の稼動率が低下し、ひいてはワイヤボンディングの効率が低下するという問題点もあった。
【０００６】
以上の問題点を解決する技術は、特開平６−９７２３９号公報及び特開平１−１６１７２７号公報に開示されている。これらの技術に於いては、ホーンの温度を温度センサによって検知し、位置ズレの補正を行っている。しかし、これらの技術に於いては、ホーン自体にセンサが取り付けられている。従って、ホーンからの超音波の発生がセンサによって妨げられてエネルギが減少し、ワイヤボンディングの信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、以上の問題点に鑑み、キャピラリの位置の補正を自動的に行いつつも、ホーンからの超音波の発生を妨げないワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。更に、ワイヤボンディングの効率を低下させないワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のワイヤボンディング装置は、チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、前記チップを加熱するヒータと、前記ホーンからの熱輻射を前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記熱輻射を用いて、前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を推定し、前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段とを備える。
【０００９】
請求項２に記載のワイヤボンディング装置は、請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、前記ホーンは、表面に光沢防止加工を施されている。
【００１０】
請求項３に記載のワイヤボンディング装置は、請求項２に記載のワイヤボンディング装置であって、前記検知手段は、前記ホーンの長手方向に於ける複数の箇所に於いて前記熱輻射を検知し、前記補正手段は、前記膨張量を、前記ホーンが前記複数の箇所毎に分割されているブロック毎に推定し、前記長手方向において積分する。
【００１１】
請求項４に記載のワイヤボンディング装置は、チップに対する配線を、キャピラリ内のワイヤを用いて超音波を発生しつつ行うホーンと、前記チップを加熱するヒータと、前記ヒータからの熱によって生ずる前記ホーンの膨張量を、前記ホーンから隔離された位置にて検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記膨張量に応じて前記キャピラリの位置補正を行う補正手段とを備え、前記補正手段は、前記膨張量に対して逆相関的に、前記位置補正が行われるまでの時間を決定する。
【００１２】
請求項５に記載のワイヤボンディング装置は、請求項４に記載のワイヤボンディング装置であって、前記検知手段は、前記膨張量が“０”と推定されたときに、該膨張量を検知することを停止する。
【００１３】
請求項６に記載のワイヤボンディング方法は、配線を行うキャピラリを有する超音波ホーンの伸び量を求めるステップと、前記伸び量を打ち消す移動を前記ホーンが行うことによって、前記キャピラリの位置補正が行われるステップと、次回の位置補正までの時間を、前記伸び量に対して逆相関的に決定するステップとを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態においては、従来技術と同一の構成、構造には同一の参照符号を付して説明を行う。図１は、本実施の形態に従うワイヤボンディング装置の構造を例示する斜視図である。図２は、図１に例示される構造のうち、実際にワイヤボンディングを行う部分を詳細に且つ模式的に例示する拡大図である。
【００１５】
図２に例示されるようにＵＳホーン１の先端部にはキャピラリ４が設けられており、キャピラリ４によってチップ１０に対するワイヤボンディングが行われる。ワイヤボンディングの際にはＵＳホーン１から超音波が発せられ、ワイヤとパット１０ａ及びリード１１それぞれとの接続部分へと照射される。更に、チップ１０の下側に設けられているヒータ３によってチップ１０は加熱され、上記接続部分の温度が高温に保持される。接続部分に関する超音波の照射及び温度の保持によって、ワイヤボンディングは良好に為される。
【００１６】
ヒータ３から伝わる熱によってＵＳホーン１は熱膨張し、キャピラリ４のチップ１０に対する位置にはズレが生じてしまう。そこで、ＵＳホーン１の長手方向に複数箇所設けられている測定ポイントＰ１〜Ｐ３それぞれの温度Ｔ１〜Ｔ３を測定し、この情報に基づいてＵＳホーン１全体の伸びを推定してキャピラリ４の位置の補正を行う。
【００１７】
図１に例示されるように、ＵＳホーン１の温度を測定する温度センサ２は、ワイヤボンディング装置において固定されている。ＵＳホーン１はワイヤボンディング装置に備わる駆動手段によって長手方向に駆動され、図２に例示される測定ポイントＰ１〜Ｐ３のそれぞれの温度を順に温度センサ２によって非接触に測定される。
【００１８】
図２においては、測定ポイントＰ３の温度Ｔ３が測定されている場合が例示されている。測定ポイントＰ１，Ｐ２それぞれの温度Ｔ１，Ｔ２が測定される際には、ＵＳホーン１は図面に向かって下から上へと駆動手段２１によって駆動される。温度が測定される間は、キャピラリ４によるワイヤボンディングは中断されている。
【００１９】
温度センサ２が非接触に温度を検知することによって、ＵＳホーン１からの超音波の発生は、温度センサ２によっては何ら阻害されない。超音波が適切に印加されることによって、ワイヤボンディングの信頼性が向上される。
【００２０】
従来技術のようにＵＳホーン１に直接的に温度センサを取り付けた場合には、ＵＳホーン１の高速移動によって、該温度センサと外部機器とを繋ぐ配線に断線等が生じてしまうことがある。このようなトラブルも、非接触的な温度センサ２を用いることによって未然に回避できる。故障が未然に回避されることによって、ワイヤボンディング装置の信頼性及び稼動率が高められる。
【００２１】
固定されている温度センサ２に対してＵＳホーン１が移動して測定ポイントＰ１〜Ｐ３が各々センサ範囲に収められる構成が採用されているのは、非接触に温度を測定する場合には周囲の温度等の外乱の影響を受け易く、この影響を抑えるためである。
【００２２】
詳細には、温度センサ２は、ＵＳホーン１の有する熱による輻射を検知することによってＵＳホーン１の温度を測定する。熱輻射の検知がＵＳホーン１の光沢によって誤らないように、ＵＳホーン１の表面には黒体又はテフロン等を原料とする塗料又はテープが塗布又は添貼されている。このようにして、ＵＳホーン１の表面には光沢を防止する加工が施されており、各測定ポイントＰ１〜Ｐ３のそれぞれの温度は信頼性の高い状態にて測定される。測定結果は、コンピュータ等によって実現される計算手段２０へと与えられる。
【００２３】
次に、温度測定の結果を用いてキャピラリ４の位置のズレ量、即ちＵＳホーン１の熱膨張による伸び量を求める方法について説明を行う。図３は、ＵＳホーン１の分割の様子を例示する模式図である。ＵＳホーン１は、根元からキャピラリ４の設けられている位置までの範囲において３分割されており、測定ポイントＰ１〜Ｐ３は、この分割され区別されている各々のブロックＢ１〜Ｂ３をそれぞれ代表する点となっている。ブロックＢ１〜Ｂ３のＵＳホーン１の長手方向における長さは、それぞれ長さＬ１〜Ｌ３である。
【００２４】
ＵＳホーン１は、先端に向かうにしたがって次第に細くなっている筒状である。従って、各ブロックＢ１〜Ｂ３における熱膨張時における線膨張係数には、太さの相違によって互いに違いが生じている。そこで、実験によってＵＳホーン１に熱を与え、測定ポイントＰ１〜Ｐ３においてそれぞれ測定された温度と長さＬ１〜Ｌ３それぞれの伸び率との相関を予め求めておく。このようにして、ブロックＢ１〜Ｂ３それぞれに関して、線膨張係数α１〜α３が既知となる。
【００２５】
以上の如き予備的な実験によって、基準温度における長さＬｉを有するブロックＢｉにおける線膨張係数αｉと、測定ポイントＰｉにおける基準温度からの温度変位ΔＴｉとから、根元からキャピラリ４までのＵＳホーン１の長さの変位ΔＬは、以下のような校正式によって表される。
【００２６】
【数１】
0003540131.tif 000002
【００２７】
数１においては、一般的な校正式として、ＵＳホーン１がｋ個のブロックに分割される場合が示されている。校正式数１は、図２の計算手段２０に予め格納されている。尚、図３の例に於いては“ｋ＝３”である。また、基準温度とは、長さＬｉが計測された際の温度をいう。
【００２８】
校正式数１は、ＵＳホーン１の長手方向において、各ブロックＢｉの伸び量を積分することを表現している。根元とキャピラリ４との間に温度勾配が生じており熱膨張の度合いがＵＳホーン１全体にわたって均一ではない場合にも、ブロック毎の伸び量を積分することによって、ＵＳホーン１の全体的な伸び量を精度良く推定することができる。また、ブロックの個数ｋを多くとる場合には、ＵＳホーン１の全体的な伸び量の誤差を少なくすることができる。
【００２９】
図４は、校正式数１を用いる、キャピラリ４の位置ズレの量の推定方法を模式的に示すグラフである。横軸は、ＵＳホーン１の長手方向における座標を表している。ＵＳホーン１が根元からキャピラリ４の位置までを、それぞれ測定ポイントＰ１〜Ｐ３を有しており長さＬ１〜Ｌ３であるブロックＢ１〜Ｂ３として分割されていることが同図において示されている。一方、縦軸は、図２に例示される温度センサ２によって検知された温度を表している。
【００３０】
基準温度時に於いてはそれぞれ温度Ｔ１〜Ｔ３であった測定ポイントＰ１〜Ｐ３は、図２に例示されるヒータ３によってそれぞれΔＴ１〜ΔＴ３だけ温度が変化する。数１において示されている「Ｌｉ×ΔＴｉ」とは、横軸における長さＬｉと縦軸に関する温度変化ΔＴｉとがかけられたものであり、斜線にて示されている部分の面積に相当する。従って、校正式数１においては、各ブロックＢｉ毎の斜線部分の面積に各ブロックＢｉに固有な線膨張係数αｉを掛けたものが足し合わされる。
【００３１】
以上のようにして求められた伸びの量ΔＬを打ち消すように、図２の駆動手段２１がＵＳホーン１を長手方向に移動させる。ＵＳホーン１の移動によってキャピラリ４の位置は補正され、ワイヤボンディングが適正に行われる。キャピラリ４の位置の補正は、例えば一定時間毎に行われるようにセットしておけば良い。
【００３２】
以上のようにして温度測定、伸び量の計算及びＵＳホーン１の移動が行われ、キャピラリ４の位置の補正が機械的且つ自動的に行われる。人手による従来の場合に比べ、本実施の形態の構成を採用する場合の方が、キャピラリ４の位置の補正の精度は高くなる。更に、補正に要する時間、即ちワイヤボンディングが中断されている時間が短くなり、ワイヤボンディングの効率が上がる。
【００３３】
実施の形態２．
以下、既に説明の行われたものと同一の構成、構造には同一の参照符号を付し、説明は省略する。実施の形態１において既述のように、キャピラリ４の位置の補正が行われる時にはワイヤボンディングは中止される。従って、ＵＳホーン１の伸びが熱的な平衡によって終了した後にもキャピラリ４の補正が一定時間毎に行われるように設定されている場合には、いたずらにワイヤボンディングが中止されてしまう。このことによって、ワイヤボンディングの効率が低下してしまう。
【００３４】
そこで、本実施の形態においては、キャピラリ４の位置の補正を、必要がある時には頻繁に、必要が無いときには行わない構成を示す。図５は、本実施の形態の位置補正方法をステップ順に例示するフローチャートである。まず、ステップＳ１において補正を開始する。
【００３５】
次に、図４において示される基準温度をステップＳ２において測定する。そして、ステップＳ３においては、所定時間（例えば１分）の間、ＵＳホーン１を用いてワイヤボンディングを行う。ワイヤボンディングの際に上昇したＵＳホーン１の温度を、ステップＳ４において測定する。ステップＳ４においては、各測定ポイントＰｉ（図４の例に於いてはＰ１〜Ｐ３）毎に温度測定が行われる。所要時間は３秒ほどである。
【００３６】
ステップＳ５においては、ステップＳ２及びステップＳ４の温度測定のそれぞれの結果から各測定ポイントＰｉ毎に温度変化ΔＴｉを求め、数１を用いてＵＳホーン１の伸びの量ΔＬを計算する。ステップＳ６においては、ステップＳ５において計算されて求められたＵＳホーン１の伸びの量ΔＬが、“０”であるか否かを判断する。
【００３７】
伸びの量は、図２のヒータ３によって与えられる熱量とＵＳホーン１から外部へと拡散する熱量とが平衡に達した場合には、“０”となる。この場合にはキャピラリ４の位置のズレは生じず、補正を行う必要はない。従って、ステップＳ６において伸びの量が“０”（“ＹＥＳ”）であるとと判断された場合には、既にＵＳホーン１の伸びは熱的な平衡によって終了したものとして、ステップＳ７において補正を終了する。補正が終了した後には、ワイヤボンディングが絶え間無く行われる。
【００３８】
ステップＳ６において“ＮＯ”と判断された場合には、ＵＳホーン１はまだ伸び続けており引き続き補正を行う必要があるとして、ステップＳ８へと移行する。ステップＳ８においては、ステップＳ５において求められた伸びの量から、次の温度測定までの時間を決定する。時間の決定の原理について、以下に説明する。
【００３９】
図２のヒータ３によって与えられる熱量が、自身から外部へと拡散する熱量よりも多いときには、ＵＳホーン１の伸びの量はプラスである。伸びの量が大きいときにはキャピラリ４の位置のズレが大きくなり、位置補正を頻繁に行わねばならない。伸びの量が小さいときには、位置補正はたまに行えば十分である。
【００４０】
第Ｎ−１回目及び第Ｎ回目（Ｎ：２以上の自然数）の温度測定の間におけるＵＳホーン１の伸びの量“ΔＬ（Ｎ−１，Ｎ）”から、キャピラリ４の位置補正のインターバル“Δｔ（Ｎ，Ｎ＋１）”（第Ｎ回目及び第Ｎ＋１回目の温度測定の間に行われるワイヤボンディングの時間）をどの程度とすれば良いかがわかる。位置補正のインターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）は、数２に基づいて決定される。
【００４１】
【数２】
0003540131.tif 000003
【００４２】
右辺の分子に用いられる“ｔ”，“ａ”は、予め設定された定数であり、それぞれ基準のインターバル及び伸び量を表している。例えば、ｔ＝６０ｓｅｃ，ａ＝１μｍに設定した場合に、測定の結果としてΔＬ（Ｎ−１，Ｎ）＝０．５μｍが得られたとする。数２にこれらの数字を代入すると、Δｔ（Ｎ，Ｎ＋１）＝１２０ｓｅｃが次の測定までの時間として得られる。“ｔ”，“ａ”は、必要に応じて所望の値に設定すれば良い。以上のようにして、インターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）は、伸びの量ΔＬ（Ｎ−１，Ｎ）に反比例するものとして決定される。
【００４３】
次に、ステップＳ９においては、ステップＳ５において求められた伸びの量ΔＬ（Ｎ−１，Ｎ）を打ち消すようにＵＳホーン１を移動させ、キャピラリ４の位置の補正を行う。引き続くステップＳ１０においては、ワイヤボンディングをインターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）行う。そして、ステップＳ４へと移行する。
【００４４】
数２においては、インターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）は伸びの量ΔＬ（Ｎ−１，Ｎ）に反比例しているが、これ以外の関係をもってインターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）を決定しても良い。例えば、
【００４５】
【数３】
0003540131.tif 000004
【００４６】
である。伸びの量ΔＬ（Ｎ−１，Ｎ）が小さくなるにつれてインターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）が大きくなるという逆相関的な関係が得られる数式ならば、インターバルΔｔ（Ｎ，Ｎ＋１）の決定に用いることができる。
【００４７】
本実施の形態のようにインターバルΔｔを伸びの量ΔＬに逆相関させることによって、頻繁に必要であるときにのみ補正は頻繁に行われる。たまに補正が行われる程度で十分な時には補正はたまにしか行われず、補正によってワイヤボンディングが中断されるという不都合が好適に回避される。これによって、ワイヤボンディングの効率が向上される。
【００４８】
図５のステップＳ７において補正が終了された後に行われていたワイヤボンディングがラインの停止等によって比較的長時間中断された場合には、ＵＳホーン１の温度が変化してしまう。このような場合には、再び補正を行わなければならなくなる。これに対処するために、設定時間以上ワイヤボンディングが中断されていることを検知するとステップＳ１の処理の開始を指示するステップを、ステップＳ７の後に付加しても良い。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１に記載の構成によれば、ホーンは膨張量を非接触に検知される。これによって、ホーンからの超音波の発生がホーンに接触する検知手段によって阻害されてしまうことが回避される。従って、ホーンに接触する検知手段によって超音波の発生が阻害される特開平６−９７２３９号公報及び特開平１−１６１７２７号公報に開示の技術を用いる場合に比べ、超音波が適切に印加される。これによって、配線の信頼性が向上される。
【００５０】
請求項２に記載の構成によれば、ホーンの表面における光沢によって熱輻射の検知に狂いが生じてしまうことが未然に回避される。これによって、熱輻射の検知が精度良く行われ、キャピラリが適切な位置補正によって適切な場所に位置する。これによって、配線が適切に行われる。
【００５１】
請求項３に記載の構成によれば、詳細に膨張量が推定されることによって誤差が少なくなり、キャピラリの位置補正が更に適切に為される。
【００５２】
請求項４に記載の構成によれば、位置補正がされるまでの時間は膨張量が大きいときには短く、小さいときには長くなる。これによって、ホーンの膨張量が大きく位置補正が頻繁に必要であるときには位置補正は頻繁に為され、キャピラリは常に配線を適切に行う。一方、膨張量が小さく位置補正の必要が少ないときには位置補正はたまに為され、位置補正の為に配線が一時的に中断されてしまう時間が最小限に抑えられる。従って、中断されない時間の分だけ余計に配線を行うことができ、配線の効率が上がる。
【００５３】
請求項５に記載の構成によれば、熱的に平衡となってホーンの膨張が終了した後には位置補正は行われず、請求項４に記載の構成による効果と同様にして配線の効率が上がる。
【００５４】
請求項６に記載の構成によれば、請求項４に記載の構成と同様にして、位置補正の為に配線が一時的に中断されてしまうという不具合が最小限に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に従うワイヤボンディング装置の構造の一例を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に従うワイヤボンディング装置の構造の一例を示す模式的な拡大図である。
【図３】実施の形態１に従う、ワイヤボンディング時のズレの補正方法の構成の一例を示す模式図である。
【図４】実施の形態１に従う、ワイヤボンディング時のズレの補正方法の構成の一例を示すグラフである。
【図５】実施の形態２に従うワイヤボンディング方法の構成の一例を示すフローチャートである。
【図６】従来のワイヤボンディング時のズレの補正方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ＵＳホーン、２  温度センサ、３  ヒータ、４  キャピラリ、１０  チップ、１０ａ  パッド、１１  リード、Ｐ１〜Ｐ３  測定ポイント、２０  計算手段、２１  駆動手段、Ｂ１〜Ｂ３  ブロック、Ｌ１〜Ｌ３  長さ、α１〜α３  線膨張係数、Ｔ１〜Ｔ３  温度。
【図１】
0003540131.tif 000005
【図２】
0003540131.tif 000006
【図３】
0003540131.tif 000007
【図４】
0003540131.tif 000008
【図５】
0003540131.tif 000009
【図６】
0003540131.tif 000010