(57)【要約】  【課題】  装置が複雑で高価になることがなく、インデックスが低下することがなく、ボンディング中に隣接するボール同士の接触が検出可能なワイヤボンディング装置及びそのワイヤボンディング方法を提供する。  【解決手段】  ワイヤ３を繰り出すスプール４と、前記スプール４から繰り出されたワイヤ３にテンションを与えるワイヤテンショナ１２と、開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通するキャピラリ７を有するワイヤボンディング装置において、ボンディング中に互いに隣り合うボール８のショート状態を検出する検出回路１を有する。【選択図】  図１
2006032884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを繰り出すスプールと、前記スプールから繰り出されたワイヤにテンションを与えるワイヤテンショナと、開閉可能な一対のワイヤクランパと、ワイヤを挿通するキャピラリを有するワイヤボンディング装置において、ボンディング中に互いに隣り合うボールのショート状態を検出する検出回路を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
請求項１記載のワイヤボンディング装置において、前記検出回路が定電流電源と２つ以上の基準電圧を発生する基準電圧発生回路と比較回路で構成されていることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項３】
請求項１記載のワイヤボンディング装置において、前記検出回路が交流電源とブリッジ回路と平衡不平衡検出器で構成されており、ブリッジの不平衡状態を２つ以上の状態に区分可能なことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項４】
ワイヤ先端を加熱溶融して形成したボールと半導体チップの表面電極を、加熱、加圧又はそれらに超音波を併用して接続した後、さらに前記ボールと連続したワイヤとリード表面を同様に接続するワイヤボンディング方法において、１ｓｔボンディング後に互いに隣り合うボールとのショート状態を検出回路によって検出することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項５】
請求項４記載のワイヤボンディング方法において、前記ワイヤからボールを経由して定電流を流し、定電流電源の出力電圧と基準電圧発生回路の２つ以上の基準電圧を比較することによって前記ショート状態と、ボールと表面電極の着不着を同時に検出することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項６】
請求項４記載のワイヤボンディング方法において、前記ワイヤからボールを経由して半導体チップ裏面に到る経路によってブリッジ回路の一部を構成し、前記ブリッジ回路に交流を印可した時の不平衡状態を２つ以上に区分して検出することによって前記ショート状態とボールと表面電極の着不着を同時に検出することを特徴とするワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の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し、特に、ボンディング中に互いに隣り合うボールのショート状態を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線方法として、導電性ワイヤの先端を溶融して形成したボールを利用して半導体チップの表面電極に配線を行う、所謂ボールボンディング法がその汎用性の高さから多用されている。そのボンディング装置及びボンディング方法を図４（ａ）及び（ｂ）、図５（ｃ）及び（ｄ）、図６（ｅ）及び（ｆ）を用いて説明する。
【０００３】
従来のワイヤボンディング装置は、図４（ａ）に示すように、ワイヤ３を繰り出すスプール４と、ワイヤ３をＡ方向にエアブローしワイヤ３の位置からワイヤ３の繰り出し量を検知する繰り出し量検知部１３と、ワイヤ３を挿通しワイヤ３の繰り出し方向と反対のＢ方向にエアブローしワイヤ３にテンションを与えるワイヤテンショナ１２と、ワイヤ３を挟持し移動することでワイヤ３をカットする開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通しボール８を圧着する際のツールとして機能するキャピラリ７を有する。図中、９は半導体チップを、１０はリードフレームを、１１はリードを、それぞれ示している。
【０００４】
従来のワイヤボンディング方法は、図４（ａ）に示すように、まず、ワイヤテンショナ１２にエアが供給されワイヤ３にバックテンションが与えられる。次に、キャピラリ７が半導体チップ９表面に形成された図示しない表面電極直上に移動し、キャピラリ７先端から突出したワイヤ３の先端を放電等で加熱溶融した後、ワイヤクランパ６が開く。これにより、ワイヤ先端にボール８が形成される。次に、キャピラリ７を下降させ、ボール８を加熱された表面電極に加圧又は加圧に超音波を併用し、図４（ｂ）のように接続する（１ｓｔボンディング）。その後、キャピラリ７が上昇して、キャピラリ先端からワイヤ３を繰り出し、図５（ｃ）に示すように、キャピラリ７がリード１１の直上へ移動する。次に、キャピラリ７を下降させ、ワイヤ３を加熱されたリード１１の表面に加圧又は加圧に超音波を併用し、図５（ｄ）のように接続する。この後、所定の位置でワイヤクランパ６を閉じながらキャピラリ７を上昇させることで、図６（ｅ）に示すように、キャピラリ先端から所定長さのワイヤ３が突出した状態で、リード１１上の接続部分でワイヤ３がカットされる（２ｎｄボンディング）。この後、キャピラリ先端から突出したワイヤ３の先端とトーチ１４の間の放電等によりワイヤ３の先端を加熱溶融し、図６（ｆ）に示すように、ボール８を形成する。その後、ワイヤクランパ６を開き、上記図４（ａ）〜図６（ｆ）の動作を繰り返して、複数組みの表面電極とリード１１を接続していく。
【０００５】
しかし、上記従来のワイヤボンディング装置及びそのワイヤボンディング方法には、次のような問題点があった。すなわち、半導体チップの表面電極上の異物、汚れ等により、前記ボールと前記表面電極の接着強度が低くなり、最悪の場合剥がれを生ずるオープン系の不良が発生する場合があった。また、ボールの大きさやボンディング位置のばらつきにより、隣り合うボールが互いに接触する場合等のショート系の不良が発生する場合もあった。
【０００６】
オープン系の不良に対しては、図７に示すように、定電流電源１５を用いワイヤ３からボール８を経由して定電流を流し、定電流電源１５の出力電圧と基準電圧発生回路１６の電圧を比較回路１７で比較することによって、オープン状態を検出する着不着検知方法が一般に行われている。この場合、図８に示すように、定電流電源１５から定電流Ｉ１を流した時の定電流電源１５の出力電圧が基準電圧発生回路１６の基準電圧Ｅ１よりも小さい直線Ｇの場合には、ボールと表面電極が「着」と判定され、定電流電源１５の出力電圧の方が大きい直線Ｏの場合には、ボールと表面電極が「不着」と判定される。また、特許第３３８５９４２号公報のように、ボールと半導体チップの不着だけでなく、測定タイミングを工夫することにより、ワイヤとリード（２ｎｄボンディング）の不着を検知する方法も開示されている。
【０００７】
これに対し、ショート系の不良に対しては、例えば、特開平５−３３５３９０号公報のように、画像認識によって隣接する表面電極とボールの接触を検出する方法が採られているが、装置が複雑で高価になり、インデックスが低下するという問題があった。
【０００８】
一方、ショート系不良の一つである２重ボンディング不良に関し、画像認識によらず前述の着不着検知方法とキャピラリ高さ検知を組み合わせ、キャピラリの高さが一定範囲にある場合に着不着検知が導通を検知すると、ボールが隣接するワイヤに接触したと判定し２重ボンディングを回避する技術が、開示されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開平１１−３３０１６８号公報（第２〜５頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述の着不着検知方法とキャピラリ高さ検知を組み合わせて検出する方法には、次のような残された問題があった。すなわち、キャピラリ高さが一定以下の時は２重ボンディングではなく、接地された表面電極との接触であると判断されるため、図９に示すような隣接するボール８同士の接触が検出できない。また、２重ボンディング以外のショート系不良検出のため、依然として画像認識による検出が必要であるため、装置が複雑で高価になり、インデックスが低下するという問題も残っていた。また、ボンディング中に隣接するボール同士の接触が検出できないため、連続して不良を作り込んでしまい、ボンディング完了後に外観チェックが必要となる場合もあった。
【００１０】
本発明の課題は、装置が複雑で高価になることがなく、インデックスが低下することがなく、ボンディング中に、ボールと表面電極の着不着検出と同時に隣接するボール同士の接触が検出可能なワイヤボンディング装置及びそのワイヤボンディング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１記載のワイヤボンディング装置は、ワイヤを繰り出すスプールと、前記スプールから繰り出されたワイヤにテンションを与えるワイヤテンショナと、開閉可能な一対のワイヤクランパと、ワイヤを挿通するキャピラリを有するワイヤボンディング装置において、ボンディング中に互いに隣り合うボールのショート状態を検出する検出回路を有する。
【００１２】
本発明の請求項４記載のワイヤボンディング方法は、ワイヤ先端を加熱溶融して形成したボールと半導体チップの表面電極を、加熱、加圧又はそれらに超音波を併用して接続した後、さらに前記ボールと連続したワイヤとリード表面を同様に接続するワイヤボンディング方法において、１ｓｔボンディング後に互いに隣り合うボールとのショート状態を検出回路によって検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の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よれば、画像認識装置によらず従来オープン系不良検知に用いられている検出回路を利用して、ショート系不良である隣接するボール同士の接触を検出するため、装置が複雑で高価になることが無く、インデックスが低下することもないという優れた産業上の効果を奏し得る。
【００１４】
また、ボンディング中に隣接するボール同士の接触が検出できるため、連続して不良を作り込んでしまうことが無く、ボンディング完了後の外観チェックが不要となるという優れた産業上の効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照し、従来例と同一物には同一の符号を用いて説明する。
【００１６】
本発明の第１の実施形態であるワイヤボンディング装置は、図１に示すように、ワイヤ３を繰り出すスプール４と、ワイヤ３を挿通しワイヤ３の繰り出し方向と反対のＢ方向にエアブローしワイヤ３にテンションを与えるワイヤテンショナ１２と、開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通するキャピラリ７を有するワイヤボンディング装置において、ボンディング中に互いに隣り合うボールのショート状態を検出する検出回路１ａを有する。
【００１７】
検出回路１ａは、定電流電源１５と２つ以上の基準電圧を発生する基準電圧発生回路１６ａと比較回路１７で構成されている。基準電圧発生回路１６ａが２つ以上の基準電圧を発生できる点が、本発明の特徴である。
【００１８】
本発明の第１の実施形態であるワイヤボンディング方法は、従来技術で説明したボンディング工程のうち図５（ｃ）で示す工程において、定電流電源１５を用いワイヤ３からボール８を経由して定電流を流し、定電流電源１５の出力電圧と基準電圧発生回路１６ａの電圧を比較回路１７で比較する点は前述の従来技術と同様である。その際、図１及び図２に示すように、定電流電源１５から定電流Ｉ１を流した時の定電流電源１５の出力電圧と基準電圧発生回路１６ａの２つの基準電圧Ｅ１及びＥ２とを比較する。ここで、Ｅ１>Ｅ２である。Ｅ２よりも定電流電源１５の出力電圧が小さい直線Ｓの場合には、図９で説明した、ボンディング中のボール−隣接するボンディング済みのボール−リードの順に電流が流れ、ボールと隣接するボールがショートしたと判定される。なお、Ｅ１よりも定電流電源１５の出力電圧が大きい場合は、前述の従来技術と同様、ボールと表面電極が不着と判定される。その後、比較回路１７からの出力によって、ボンディング工程の停止、アラーム等の必要な処理を行う。２つ以上の基準電圧を用い、前記ショート状態と、ボールと表面電極の着不着を同時に検出する点が本発明の特徴である。
【００１９】
本実施形態では、電流を一定とした時の定電流電源１５の出力電圧を比較したが、電源電圧を一定として電流を比較することもできる。また、交流電源を用いることにより、半導体チップの表面電極下の回路成分が整流成分を持っている場合であっても、前述の検出が可能となる。
【００２０】
本発明の第２の実施形態であるワイヤボンディング装置は、図３に示すように、ワイヤ３を繰り出すスプール４と、ワイヤ３を挿通しワイヤ３の繰り出し方向と反対のＢ方向にエアブローしワイヤ３にテンションを与えるワイヤテンショナ１２と、開閉可能な一対のワイヤクランパ６と、ワイヤ３を挿通するキャピラリ７を有するワイヤボンディング装置において、ボンディング中に互いに隣り合うボールのショート状態を検出する検出回路１ａを有する。
【００２１】
検出回路１ａは、交流電源１９とブリッジ回路１８と不平衡状態を２つ以上の状態に区分できる平衡不平衡検出器２０で構成されている。ブリッジの不平衡状態を２つ以上の状態に区分できる点が、本発明の特徴である。
【００２２】
本発明の第２の実施形態であるワイヤボンディング方法は、図３において、あらかじめボールと半導体チップ９の表面電極をショートした状態で、交流電源１９を用いブリッジ回路１８に交流を印可し、ブリッジ回路１８中のいずれかの抵抗値を可変しブリッジ回路１８を平衡状態にしておく。次に、従来技術で説明したボンディング工程のうち図５（ｃ）で示す工程において、交流電源１９を用いブリッジ回路１８に交流を印可し、その時の平衡状態からのずれを平衡不平衡検出器２０で２つ以上の基準値と比較し、ボールと表面電極の着不着状態と、ボールと隣接するボールの接触状態を同時に検出する。ボールと表面電極が着状態の場合（第１の状態）と、ボールと表面電極が不着状態の場合（第２の状態）と、ボールと隣接するボールが接触した場合（第３の状態）とでは、不平衡電流の大きさが異なるため、判別が可能となる。
【００２３】
すなわち、半導体チップを介して電流が流れる前記第１の状態の場合には、前述のあらかじめボールと半導体チップ９の表面電極をショートした状態で設定した平衡状態から、半導体チップ９の表面電極の違い（内部回路の違い）だけばらついた電流が流れるため、平衡不平衡検出器２０では、各ボンディング毎にわずかな不平衡電流が検出される。これに対し、ボールと表面電極が不着状態の前記第２の状態の場合には、ボール８を介して半導体チップ９の表面電極に電流が流れないため、平衡不平衡検出器２０では、不着のボンディングの時だけ抵抗２を通って流れる大きな不平衡電流が検出される。一方、ボンディング済みのワイヤからリードを介して電流が流れる第３の状態の場合には、ほとんどショート状態のため、抵抗２はほとんど電流が流れず、平衡不平衡検出器２０では、第２の状態よりもさらに大きな不平衡電流が検出される。従って、平衡不平衡検出器２０に２つ以上の基準値を設定しておくことにより、前述の３つの状態を区分することが可能となる。
【００２４】
その後、平衡不平衡検出器２０からの出力によって、ボンディング工程の停止、アラーム等の必要な処理を行う。不平衡状態を２つ以上に区分し、前記接触状態とボールと表面電極の着不着を同時に検出する点が本発明の特徴である。
【００２５】
本発明の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よれば、画像認識装置によらず従来オープン系不良検知に用いられている着不着検知方法を利用して、ショート系不良である隣接するボール同士の接触を検出するため、装置が複雑で高価になることが無く、インデックスが低下することもないという優れた産業上の効果を奏し得る。
【００２６】
また、ボンディング中に隣接するボール同士の接触が検出できるため、連続して不良を作り込んでしまうことが無く、ボンディング完了後の外観チェックが不要となる。
【００２７】
尚、本発明のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができ、例えば、３つ以上の基準電圧との比較又は３つ以上の不平衡状態の検出により、異なる不良モードの層別や異なる対応処置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態であるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施形態であるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法の不良判定方法を説明する電流−電圧特性図。
【図３】本発明の第２の実施形態であるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）従来のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図５】（ｃ）及び（ｄ）従来のワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図６】（ｅ）及び（ｆ）従来のワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図７】従来のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を示す側面図。
【図８】従来のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法の不良判定方法を説明する電流−電圧特性図。
【図９】従来のワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法の課題を説明する平面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  検出回路
１ａ  検出回路
２  抵抗
３  ワイヤ
４  スプール
５  表面電極
６  ワイヤクランパ
７  キャピラリ
８  ボール
９  半導体チップ
１０  リードフレーム
１１  リード
１２  ワイヤテンショナ
１３  繰り出し量検知部
１４  トーチ
１５  定電流電源
１６  基準電圧発生回路
１６ａ  基準電圧発生回路
１７  比較回路
１８  ブリッジ回路
１９  交流電源
２０  平衡不平衡検出器
２１  電流検出抵抗
Ａ  エアブロー
Ｂ  エアブロー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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