(57)【要約】【課題】シェアテスト後のワイヤボンド接合部の接合痕を正確に特定し、ワイヤ残存率を高精度に求める。【解決手段】シェアテスタユニット３２でワイヤボンド接合部２２を一定のシェア高さＨでせん断しつつ、シェア強度を検出してシェアテストをするステップＳ１と、前記シェアテスト後の接合痕２３の撮像画像たる実体画像４３を取得するとともに、前記接合痕２３を含む面内の高低を測定し、前記接合痕２３を含む面内の高さ分布と前記シェア高さＨとに基づいて前記接合痕２３のアルミ残存部ｂを特定するとともに、前記実体画像４３に基づいて前記接合痕２３の外形ｃを特定するステップＳ２と、を備え、前記アルミ残存部ｂのアルミ残存面積及び前記外形ｃの外形面積からワイヤ残存率を算出する。【選択図】図３
2011210921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェアテスタでワイヤボンド接合部を一定のシェア高さでせん断しつつ、シェア強度を検出してシェアテストをするステップと、
前記シェアテスト後の接合痕の撮像画像を取得するとともに、前記接合痕を含む面内の高低を測定するステップと、
前記接合痕を含む面内の高さ分布と前記シェア高さに基づいて前記接合痕のワイヤ残存部を特定するとともに、前記撮像画像に基づいて前記接合痕の外形を特定するステップと、を備え、
前記ワイヤ残存部のワイヤ残存面積及び前記外形の外形面積からワイヤ残存率を算出する
ことを特徴とする接合部検査方法。
【請求項２】
前記接合痕を含む面内の高さが、前記シェア高さを基準にした所定の高さ範囲に入るエリアを前記ワイヤ残存部として特定することを特徴とする請求項１に記載の接合部検査方法。
【請求項３】
前記シェアテスト時には、シェアスピードを前記ワイヤボンド接合部に伸びを発生させない速度以上に設定し、かつ、
前記シェア強度のピーク値が検出されてから前記シェアテスタが備えるツールを、前記接合痕にワイヤ部材を残さない距離以上であって、前記ワイヤボンド接合部のせん断時の応力により前記ツールに生じた反りが解放したときの反動によって前記接合痕に変形を生じさせない範囲の距離だけ移動させたときに前記ツールの移動を停止させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合部検査方法。
【請求項４】
ワイヤボンド接合部を一定のシェア高さでせん断しつつ、シェア強度を検出してシェアテストをするシェアテスタと、
前記シェアテスト後の接合痕の撮像画像を取得する撮像手段と、
前記接合痕を含む面内の高低を測定する高さ測定手段と、
前記接合痕を含む面内の高さ分布と前記シェア高さに基づいて前記接合痕のワイヤ残存部を特定するとともに、前記撮像画像に基づいて前記接合痕の外形を特定し、前記ワイヤ残存部のワイヤ残存面積及び前記外形の外形面積からワイヤ残存率を算出する解析手段と、
を備えることを特徴とする接合部検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の電極とワイヤとのワイヤボンド接合部を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワー半導体装置においては、半導体チップの表面電極と周囲電極とを金線、銅線、アルミ線などの導電ワイヤを超音波接合等により接続している。スイッチング素子として使われるパワー半導体装置は、電力オン・オフに伴い室温から１５０度以上に及ぶ昇降温を繰り返し、熱応力を受ける厳しい環境下で使用される。このような熱応力を繰返し受けると、半導体チップとワイヤ(例えばアルミワイヤ)の線膨張係数差に起因する熱ひずみが半導体チップの表面電極やワイヤに加わり、ワイヤボンド接合部にきれつが生じ、進展する。亀裂が進展すると、チップ表面電極とワイヤの接合面積が減少し、電気抵抗が増大することで発熱量が増加するとともに、チップ表面電極、ワイヤを通した放熱経路の面積も低下し、放熱性も低下するため、半導体チップの温度が異常に上昇する。そして最終的にチップ表面電極とワイヤの溶融が発生し、半導体チップが耐熱限界に達し、整流機能が喪失し、故障状態になる。このよう表面電極とワイヤとの接合信頼性の評価には、半導体チップに断続的に大電流を通電することによって、非常に高速に温度変化させ、しかも非常に回数の多いヒートショックサイクル試験であるパワーサイクルテストが行われる。パワーサイクルテストにおける耐久信頼性、いわゆるパワーサイクル耐量には、ワイヤの接合状態が大きく影響する。
【０００３】
ワイヤの接合状態の評価方法としては、ワイヤの引っ張り強度を測定する「ピールテスト」や、ワイヤボンド接合部のせん断強度を測定するシェアテストが一般に行われている。このシェアテストを行う装置としては、変位可能な試料ステージを備え、試料に水平方向のカを加えるツールによりワイヤボンド接合部をせん断しつつ、ツールに加わるせん断荷重(シェア強度)をセンサの出力から測定するシェアテスタ（せん断試験装置）が知られている。
【０００４】
一般的に、シェア強度は、せん断時にツールに加えられた最大荷重により評価されるが、この最大荷重による評価では、ワイヤボンド接合部の中央部が充分に接合されていない状態と、ワイヤボンド接合部の中央まで充分に接合されている状態とで値に差異が生じ難く、これらの状態を検出できない。ワイヤボンド接合部の中央部が十分に接合されていない状態は、中央まで十分に接合されている状態と比較してパワーサイクル耐量が劣ることを考慮すると、これら接合状態の差異を検出できないことは耐久信頼性を評価する上で問題であることから、かかる接合状態をより定量的に把握することが求められる。
【０００５】
そこで、接合状態評価の指標として、ワイヤ残存率を用いることが提案されている。ワイヤ残存率とは、ワイヤボンド接合部の外形面積中におけるワイヤ残存面積の割合である。このワイヤ残存面積は、例えば、画像処理用コンピュータによりシェアテスト後のワイヤボンド接合部の画像を２値化し、ワイヤ残存面積と接合面積(外形面積)との比に基づいて求められる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２４２０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ワイヤボンド接合部の外形、及びワイヤ残存面積の測定にあたり、２値化したシェアテスト後の画像から面積を求める手法は、２値化処理前の画像状態やワイヤ特有の形状の影響により、ワイヤ残存面積の測定値のばらつきが大きい。例えば、銀白色のアルミ電極表面を持つ半導体チップ上に、同色のアルミワイヤをボンディング加工した場合、画像上でチップ表面とワイヤボンド接合部のコントラストがつきにくいため、２値化の閾値レベルの選定が難しく、正確な数値化が困難である。
また、ワイヤボンディング加工の際にワイヤがチップ表面に接触し、当該チップ表面にアルミなどのワイヤ材が若干付着した箇所や、シェアテスト時にワイヤがせん断された後、ひきちぎられた箇所など、本来接合していないがワイヤボンド接合部分と類似した画像を示す部分については、画像を２値化することによっても接合・未接合の境界判定が難しく、正確な数値化が困難である。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、シェアテスト後のワイヤボンド接合部の接合痕を正確に特定し、ワイヤ残存率を高精度に求めることができる接合部検査方法、及び接合部検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、シェアテスタでワイヤボンド接合部を一定のシェア高さでせん断しつつ、シェア強度を検出してシェアテストをするステップと、前記シェアテスト後の接合痕の撮像画像を取得するとともに、前記接合痕を含む面内の高低を測定するステップと、前記接合痕を含む面内の高さ分布と前記シェア高さに基づいて前記接合痕のワイヤ残存部を特定するとともに、前記撮像画像に基づいて前記接合痕の外形を特定するステップと、を備え、前記ワイヤ残存部のワイヤ残存面積及び前記外形の外形面積からワイヤ残存率を算出することを特徴とする接合部検査方法を提供する。
【００１０】
本発明によれば、シェアテスト後の接合痕の撮像画像を取得するとともに、前記接合痕を含む面内の高低を測定し、前記接合痕を含む面内の高さ分布と前記シェア高さとに基づいて前記接合痕のワイヤ残存部を特定するため、撮像画像上でチップ表面とワイヤボンド接合部のコントラストがつきにくい場合でも、ワイヤ残存部を正確に特定することができる。
これに加え、前記撮像画像に基づいて前記接合痕の外形を特定するため、ワイヤが残存せずにベースが露出したベース露出部がベースに近接し、或いは繋がっている場合であっても、接合痕の境界を正確に判定して外形を特定できる。
これにより、ワイヤ残存率を正確に求めることができ、シェアテスト結果と併せて、ワイヤボンド接合部の接合状態をより正確に把握できるようになる。
【００１１】
また本発明は、上記接合部検査方法において、前記接合痕を含む面内の高さが、前記シェア高さを基準にした所定の高さ範囲に入るエリアを前記ワイヤ残存部として特定することを特徴とする。
本発明によれば、チップ表面に付着したアルミなどのワイヤ材や、ワイヤボンド接合部がせん断時に伸びた箇所等の、本来接合していないがワイヤボンド接合部分と類似した部分であって撮像画像の二値化処理では識別できない部分を正確に除いてワイヤ残存部を特定することができる。
【００１２】
また本発明は、上記接合部検査方法において、前記シェアテスト時には、シェアスピードを前記ワイヤボンド接合部に伸びを発生させない速度以上に設定し、かつ、前記シェア強度のピーク値が検出されてから前記シェアテスタが備えるツールを、前記接合痕にワイヤ部材を残さない距離以上であって、前記ワイヤボンド接合部のせん断時の応力により前記ツールに生じた反りが解放したときの反動によって前記接合痕に変形を生じさせない範囲の距離だけ移動させたときに前記ツールの移動を停止させることを特徴とする。
本発明によれば、シェアテスト後の接合痕に対する不要な変形が防止され、ワイヤ残存率を正確に求めることができるため、接合状態をより正確に判定できる。
【００１３】
また上記目的を達成するために、本発明は、ワイヤボンド接合部を一定のシェア高さでせん断しつつ、シェア強度を検出してシェアテストをするシェアテスタと、前記シェアテスト後の接合痕の撮像画像を取得する撮像手段と、前記接合痕を含む面内の高低を測定する高さ測定手段と、前記接合痕を含む面内の高さ分布と前記シェア高さに基づいて前記接合痕のワイヤ残存部を特定するとともに、前記撮像画像に基づいて前記接合痕の外形を特定し、前記ワイヤ残存部のワイヤ残存面積及び前記外形の外形面積からワイヤ残存率を算出する解析手段と、を備えることを特徴とする接合部検査装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シェアテスト後の接合痕の撮像画像を取得するとともに、前記接合痕を含む面内の高低を測定し、前記接合痕を含む面内の高さ分布と前記シェア高さとに基づいて前記接合痕のワイヤ残存部を特定するため、撮像画像上でチップ表面とワイヤボンド接合部のコントラストがつきにくい場合でも、ワイヤ残存部を正確に特定することができる。これに加え、前記撮像画像に基づいて前記接合痕の外形を特定するため、ワイヤが残存せずにベースが露出したベース露出部がベースに近接し、或いは繋がっている場合であっても、接合痕の境界を正確に判定して外形を特定できる。これにより、ワイヤ残存率を正確に求めることができ、シェアテスト結果と併せて、ワイヤボンド接合部の接合状態を正確に把握できるようになる。
また、本発明において、前記接合痕を含む面内の高さが、前記シェア高さを基準にした所定の高さ範囲に入るエリアを前記ワイヤ残存部として特定することで、ワイヤ残存部を正確に特定することができる。
また、本発明において、前記シェアテスト時には、シェアスピードを前記ワイヤボンド接合部に伸びを発生させない速度以上に設定し、かつ、前記シェア強度のピーク値が検出されてから前記シェアテスタが備えるツールを、前記接合痕にワイヤ部材を残さない距離以上であって、前記ワイヤボンド接合部のせん断時の応力により前記ツールに生じた反りが解放したときの反動によって前記接合痕に変形を生じさせない範囲の距離だけ移動させたときに前記ツールの移動を停止させることで、シェアテスト後の接合痕に対する不要な変形が防止され、ワイヤ残存率を正確に求めることができるため、接合状態をより正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る接合部検査装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】検査対象のパワー半導体装置の断面の模式図である。
【図３】ワイヤボンド接合部の接合状態の検査手順を示す図である。
【図４】シェアテストの説明図である。
【図５】ワイヤボンド接合部とシェア方向との関係を示す図である。
【図６】接合痕の実体画像の一例を示す図である。
【図７】図６に示した実体画像と同じ接合痕を対象に高さ計測して得られた高低分布画像を示す図である。
【図８】シェアスピードによる母材の伸びの発生の説明図である。
【図９】シェアテスト時のシェア強度（せん断荷重）の検出値の時間変化を示す図である。
【図１０】シェア強度の検出値がピーク値から１０％、３０％及び９０％低下するまでにツールが移動する距離を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る接合部検査装置１の構成を模式的に示す図であり、また、図２は検査対象のパワー半導体装置３の断面の模式図である。
接合部検査装置１は、パワー半導体装置３のワイヤボンド接合部２２（図２）の接合状態を検査する装置であり、当該装置の説明に先立って、パワー半導体装置３について簡単に説明する。
【００１７】
図２に示すパワー半導体装置３は、電気自動車等の電力変換装置に用いられる三相インバータ回路の交流出力１相分の回路をパッケージ化したものである。すなわち、パワー半導体装置３は、１相分の回路を構成する半導体チップ５及びダイオード等の回路素子をはんだ６を介して絶縁回路基板７に実装し、当該絶縁回路基板７を、パッケージ底面を構成するベース板としての放熱板９の上に接合剤１１で接合固定し、その周囲を囲む側壁たる樹脂ケース１３をパッキン１４を挟んで放熱板９に設け、樹脂ケース１３内を樹脂剤たるシリコーンゲル１５で封止して構成されている。
半導体チップ５は、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、ダイオード等の大電流に対応した電源供給用のスイッチング素子であり、絶縁回路基板７は、金属板から成る上面基板７Ａ及び下面基板７Ｂの間に絶縁基板７Ｃを挟んでロウ材等により接合してなる３層構造の基板である。なお、上面基板７Ａ及び下面基板７Ｂを金属板ではなく導体層で形成しても良い。放熱板９は、例えば銅やアルミニウムなどの高熱伝導性を有する金属で構成された板材である。
【００１８】
また、パワー半導体装置３には、パッケージ内から外部に樹脂ケース１３を貫通して、半導体チップ５の周辺電極たる外部端子１７が設けられている。外部端子１７は半導体チップ５と導電ワイヤたるアルミニウム製のアルミワイヤ２０により電気的に接続される。すなわち、アルミワイヤ２０は、太さ数十μｍ〜数百μｍの線材であり、その一端が半導体チップ５のチップ表面５Ａに荷重と超音波によって接合され、他端は同様にして外部端子１７に接合されている。パワー半導体装置３の製造時には、かかる接合工程が行われた後、シリコーンゲル１５で封止される。
【００１９】
上記接合部検査装置１は、半導体チップ５のチップ表面５Ａとアルミワイヤ２０の接合箇所であるワイヤボンド接合部２２のシェア強度、及び接合面Ｑ（図５）でのワイヤ残存率を測定し、接合状態を検査する装置である。すなわち、接合部検査装置１は、シェア強度を測定するシェアテストのためのシェアテスタユニット３２と、ワイヤ残存率を測定するためのワイヤ残存率測定ユニット３４とを備え、これらシェアテスタユニット３２及びワイヤ残存率測定ユニット３４の制御、及び解析を行うコンピュータ３０とを備えている。
【００２０】
シェアテスタユニット３２は、検査対象の試料たる半導体チップ５を、シェアテスト時に少なくとも後述するツール３６の移動方向（シェア方向）Ｍに移動しないように固定する固定ステージ３８と、当該固定ステージ３８に対して昇降自在に設けられ、固定ステージ３８に固定された半導体チップ５のチップ表面５Ａを基準に所定のシェア高さＨに位置決めされ、当該シェア高さＨを維持したまま水平に所定のシェア方向Ｍに移動してチップ表面５Ａのワイヤボンド接合部２２をせん断するツール３６と、せん断時のせん断荷重を検出するロードセル４０とを備えている。
シェアテスト時には、ワイヤボンド接合部２２のせん断開始から終了までの間、コンピュータ３０が経時的に複数の測定点でせん断荷重をロードセル４０の検出信号に基づいて検出し、それらの中で最大のせん断荷重を、接合強度の指標たるシェア強度として測定する。
【００２１】
ワイヤ残存率測定ユニット３４は、シェアテスタユニット３２によるシェアテスト後の半導体チップ５を載置する台座４２と、ツール３６によりワイヤボンド接合部２２がせん断されて形成された接合痕２３の実体画像４３（図５）を対面から撮像しコンピュータ３０に出力する撮像装置たるマイクロスコープ４４と、３Ｄ測定レーザ顕微鏡のレーザ光源や光学系、反射光量の受光センサ等を内蔵し、検出信号をコンピュータ３０に出力する走査ヘッド４６とを備えている。
コンピュータ３０は、マイクロスコープ４４からグレースケール画像或いはカラー画像等の多値画像の実体画像４３を取得し、また、走査ヘッド４６の検出信号に基づいて、接合痕２３を含む範囲のチップ表面５Ａの高低を測定する。
なお、コンピュータ３０は、シェアテスタユニット３２及びワイヤ残存率測定ユニット３４ごとに分けて設けても良い。また、ワイヤ残存率測定ユニット３４においては、３Ｄ測定レーザ顕微鏡の走査ヘッド４６をマイクロスコープ４４として機能させ実体画像４３を得る構成としても良い。
【００２２】
図３は、ワイヤボンド接合部２２の接合状態の接合部検査装置１による検査手順を示す図である。
パワー半導体装置３のパワーサイクル耐量の評価にあたっては、アルミワイヤ２０の接合状態を評価することが重要であり、その評価は、上記接合部検査装置１を用いて次ぎのようにして行われる。
すなわち、図３に示すように、先ず、シェアテスタユニット３２を用いて、ワイヤボンド接合部２２のシェア強度を測定するシェアテストを行う（ステップＳ１）。このシェアテストにおいては、図４に示すように、シェアテスタユニット３２のツール３６を、半導体チップ５の接合面たるチップ表面５Ａから一定のシェア高さＨに保持し、このシェア高さＨを維持したままツール３６をシェア方向Ｍに水平に（接合面に平行に）移動させ、ワイヤボンド接合部２２をせん断（シェア）する。このせん断の過程において、ツール３６に加えられるせん断荷重がコンピュータ３０によって逐次検出され、その最大値がシェア強度として測定される。
上記シェア方向Ｍは、アルミワイヤ幅方向Ｊに対して平行(０度)または垂直(９０度)が望ましいが、本実施形態では、接合状態を全体的に観察するため、図５に示すように、アルミワイヤ２０の接合時の超音波振幅方向、すなわちアルミワイヤ２０の長さ方向Ｋに対して垂直となる、アルミワイヤ２０のワイヤ幅の方向Ｊと平行方向で行っている。
【００２３】
ここで、チップ表面５Ａとアルミワイヤ２０との間の接合面Ｑでは、前掲図５に示すように、接合面Ｑの中央部Ｏ等には、十分に接合されていない未接合部Ｒが生じている事があり、係る接合面Ｑの接合状態を次の手順で検査する。
すなわち、前掲図３に示すように、ステップＳ１のシェアテスト後に、シェアテストによってせん断されたワイヤボンド接合部２２の接合痕２３の形状を、ワイヤ残存率測定ユニット３４によって測定する（ステップＳ２）。この形状測定では、コンピュータ３０がチップ表面５Ａの接合痕２３の正面画像（チップ表面５Ａに対面して撮像した画像）を撮像した実体画像４３、及び、接合痕２３を含むチップ表面５Ａの面内の高低分布を取得し、これらに基づいて接合痕２３の外形面積及びワイヤ残存面積を特定する。
【００２４】
図６は、撮像装置たるマイクロスコープ４４により接合痕２３を撮像した実体画像４３の一例を示す図である。
同図において、実体画像４３におけるベースａは、チップ表面５Ａに該当し、このチップ表面５Ａは、例えば銀白色のアルミ電極表面であることから、アルミワイヤ２０と略同色となる。このため、シェアテスト後にアルミワイヤ２０が残存するアルミ残存部ｂと、アルミワイヤ２０が残存せずにチップ表面５Ａたるベースａが露出したベース露出部ｄとのコントラストがつき難く、アルミ残存部ｂがベースａやベース露出部ｄより若干明度が暗くなる程度である。したがって、２値化処理において、ベース露出部ｄを基準に当該ベース露出部ｄを白抜きしてアルミ残存部ｂと区別すべく閾値を小さくすると、当該アルミ残存部ｂの領域内でも白抜きされる箇所が増えてしまう。これとは逆に、アルミ残存部ｂを基準に当該アルミ残存部ｂを黒塗りしてベース露出部ｄと区別すべく閾値を高くすると、ベース露出部ｄの領域内でも黒塗りされる箇所が増えてしまう。このように、アルミ残存部ｂとベース露出部ｄとのいずれか一方を基準に閾値を設定すると、他方の領域が正確でなくなり、アルミ残存部ｂとベース露出部ｄとの面積比を正確に求めることができず、ワイヤボンド接合部２２の接合状態を正確に評価できない。
そこで、本実施形態では、シェアテスト時にシェア高さＨを一定にしてシェアすることで、接合痕２３のアルミ残存部ｂの高さをシェア高さＨと略同程度になるようにし、接合痕２３を含むチップ表面５Ａの面内の高低分布と、シェアテスト時のシェア高さＨとに基づいて、アルミ残存部ｂを特定することとしている。
【００２５】
図７は、図６に示した実体画像４３と同じ接合痕２３を対象に高さ計測して得られた高低分布画像５０を示す図である。
この高低分布画像５０は、図７（Ａ）に示すように、レーザ高さ計測によって得られたチップ表面５Ａの高さ分布を示す高さ分布データ５２に基づいて、高さがシェア高さＨ±マージンαの範囲（本実施形態ではシェア高さＨ＝１０μｍ、マージンα＝２μｍ）に収まるエリアをアルミ残存部ｂとして抽出し、それ以外をベースａ或いはベース露出部ｄとして二値化している。このように、シェア高さＨを基準にしてエリアを抽出することで、シェアテスト後のアルミ残存部ｂを正確に抽出することができる。このとき、シェア高さＨ＋マージンα以上の高さの範囲を除外することで、ワイヤボンディング加工の際にチップ表面に付着したワイヤ材や、シェアテスト時にアルミワイヤ２０がせん断された後、ひきちぎられて伸び出た箇所など、本来接合していない箇所を正確に除外することができる。なお、マージンαは、シェアテスト時のツール３６の移動方向とチップ表面５Ａとの間の平行度やせん断された面粗さ等を考慮して、アルミ残存部ｂを正確に抽出するために適宜に設定される値である。またシェア高さＨは、測定の精度の観点から、シェアテスタユニット３２の測定誤差を超える高さであることが望ましい。例えば、測定誤差±２μｍであれば、シェア高さＨは４μｍ以上が望ましい。
【００２６】
高低分布画像５０においては、アルミ残存部ｂを正確に抽出できるものの、例えば図７（Ａ）に示すように、ベース露出部ｄがベースａと近接し、或いは繋がっている場合には、その近接或いは繋がっている箇所Ｘで、ベース露出部ｄとベースａとの境界が不鮮明となる。このため、高低分布画像５０に対しアルミ残存部ｂ及びベース露出部ｄのそれぞれの輪郭を抽出し、それぞれの輪郭に基づいて接合痕２３の外形ｃを特定しようとすると、ベース露出部ｄとベースａが近接或いは繋がっている箇所Ｘでの外形ｃが不明となり、当該接合痕２３の外形ｃを正確には特定できない。
一方、前掲図６に示すように、実体画像４３においては、二値化処理を施すことで、ベース露出部ｄとベースａが近接或いは繋がっている箇所Ｘを含め外形ｃが全体的に抽出できる。そこで、本実施形態では、外形ｃについては、コンピュータ３０が実体画像４３を二値化処理し、その二値化処理後の画像に基づいて、接合痕２３の外形ｃを特定する。
【００２７】
以上のような処理により、図７（Ｂ）に示すように、接合痕２３におけるアルミ残存部ｂと外形ｃが正確に特定されることとなる。そして、コンピュータ３０は、これらアルミ残存部ｂと外形ｃに基づいて、外形ｃで囲まれた面積である外形面積と、アルミ残存部ｂとして抽出されたエリアの面積できるアルミ残存面積（ワイヤ残存面積）とを算出する。この算出には、例えば実体画像４３或いは高低分布画像５０において、外形ｃ及びアルミ残存部ｂが占める画素数に基づいて算出するなど任意の算出手法が用いられる。
なお、実体画像４３のみから外形ｃを特定するのはなく、実体画像４３及び高低分布画像５０の両方のデータに基づいて、より正確に求めても良い。例えば、実体画像４３から求めた外形ｃを、高低分布画像５０から抽出されるアルミ残存部ｂ及びベース露出部ｄのそれぞれの輪郭と整合性が図れるように、これら輪郭に基づいて補正することで、外形ｃの精度を高めることができる。
【００２８】
前掲図３に戻り、コンピュータ３０は、ステップＳ２で求めたアルミ残存面積を外形面積で除すことで、接合痕２３に占めるアルミ残存面積の割合であるワイヤ残存率を求める（ステップＳ３）。そして、コンピュータ３０は、このワイヤ残存率と、ステップＳ１で測定したシェア強度とを例えばモニタ装置に表示する。ワイヤボンド接合部２２の接合状態を統合的に評価可能とする（ステップＳ４）。なお、この評価は、コンピュータ３０が適宜に行い評価結果を出力するようにしても良い。
【００２９】
ここで、上述の通り、シェア強度が同等な場合でも、ワイヤボンド接合部２２の接合状態が異なることがある。例えば、ワイヤ残存率と、接合面Ｑにおける未接合部Ｒの位置や有無の関係によっては、ワイヤボンド接合部２２の接合状態が異なるにもかかわらず同等のシェア強度となる場合がある。したがって、シェア強度だけでは、接合状態を十分には判断できない。発明者らは、接合状態とパワーサイクル耐量との関係を調査したところ、パワーサイクル耐量はアルミワイヤ２０の残存面積と相関があることが判明した。そして発明者らは、そのＱ相関値をもとに、パワーサイクル耐量を満足するワイヤ残存率の判定値を設定することで、高いパワーサイクル耐量を確保できるとの知見を得た。
【００３０】
そこで、コンピュータ３０は、ステップＳ４において、このワイヤ残存率と、シェア強度とを例えばモニタ装置に表示するに際し、ワイヤ残存率に基づくパワーサイクル耐量の良否判定を出力する。これにより、シェア強度、ワイヤ残存率、及びパワーサイクル耐量に基づいて、パワー半導体装置３として用いることを前提に、ワイヤボンド接合部２２の接合状態を総合的に評価することができる。
【００３１】
ところで、本実施形態の接合部検査装置１においては、シェアテスト後の接合痕２３の外形ｃとアルミ残存部ｂとに基づいて接合状態が評価されるため、シェアテストのせん断時に接合痕２３が変形すると、接合状態の評価精度が低下してしまう。
具体的には、シェアスピードが遅いと、図８に示すように、アルミワイヤ２０の母材に伸びが発生し、当該伸びにより未接合部Ｒ（ベース露出部ｄ）の状態が観察し難くなる。すなわち、シェアテスト時のシェアスピードは速いほど好ましく、本実施形態では、シェアスピードを７００μｍ／秒としている。
【００３２】
また、シェアテストにおいては、ツール３６がワイヤボンド接合部２２をせん断し始めると、図９に示すように、シェア強度（せん断荷重）の検出値は、せん断開始に伴い順次増加し、ピークに達し後に、速やかに低下する。このとき、シェア強度のピーク値検出時点をワイヤボンド接合部２２が破壊された点と認識して、シェアテストを終了すると、ワイヤボンド接合部２２からアルミワイヤ２０がはがれ切れずに残ってしまっている事があり、接合痕２３からワイヤ残存率を正確に求めることができなくなる。
【００３３】
シェア強度の検出値がピーク値から１０％、３０％及び９０％低下するまでにツール３６が移動する距離の測計結果を図１０に示す。この図に示すように、シェア強度の検出値がピーク値から１０％、３０％及び９０％と順次低下するごとに、ツール３６の移動距離は大きくなる。したがって、ワイヤボンド接合部２２からアルミワイヤ２０が確実にはがれ切った時点で測定を終了させる場合には、シェア強度の検出値がピーク値から例えば９０％まで下がった時点を、ワイヤボンド接合部２２が破壊された認識タイミング（破壊認識点）としてコンピュータ３０に設定し、この破壊認識点でツール３６によるシェアを停止して測定を終了すれば良いことになる。
しかしながら、破壊認識点をピーク値から９０％低下時に設定するなどしてツール３６の移動距離を大きくすると、ワイヤボンド接合部２２のせん断時の応力によってツール３６に生じていた反りが開放されたときの反動によってシェアされた箇所が測定範囲内に生じてしまい、接合痕２３の外形ｃが変形することから、接合痕２３の外形面積が正確に求められなくなる。すなわち、シェアテスト時の測定終了点（ツール３６によるシェアを停止するタイミング）は、シェア強度のピーク値が検出された後であって、アルミワイヤ２０がワイヤボンド接合部２２から確実にはがれ、なおかつ、ツール３６の反りの反動によるシェアが生じない範囲でツール３６が移動したタイミングにする必要がある。本実施形態では、破壊認識点をピーク値から１０％低下時に設定するとアルミワイヤ２０が残存し、９０％低下時に設定すると反りの反動によるシェアが生じるとの知見が実験等により得られているため、その間である３０％低下時を破壊認識点に設定し、接合痕２３の外形ｃが正確に求められるようにしている。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、シェアテスト後の接合痕２３の実体画像４３を取得するとともに、接合痕２３を含む面内の高低を測定し、接合痕２３を含む面内の高さ分布とシェア高Ｈさとに基づいて接合痕２３のアルミ残存部（ワイヤ残存部）ｂを特定する構成とした。これにより、実体画像４３上でチップ表面５Ａたるベースａとワイヤボンド接合部２２のコントラストがつきにくい場合でも、アルミ残存部ｂを正確に特定することができる。
これに加え、本実施形態によれば、実体画像４３に基づいて接合痕２３の外形ｃを特定するため、ベース露出部ｄがベースａに近接し、或いは繋がっている場合であっても、接合痕２３の境界を正確に判定して外形ｃを特定できる。
これにより、ワイヤ残存率を正確に数値化することができ、シェアテスト結果と併せて、ワイヤボンド接合部の接合状態をより正確に把握できるようになる。
【００３５】
また本実施形態によれば、高低分布画像５０において、接合痕２３を含む面内の高さが、シェア高さＨ±所定のマージンαの範囲に入るエリアをアルミ残存部ｂとして特定する構成とした。これにより、チップ表面５Ａに付着したアルミなどのワイヤ材や、ワイヤボンド接合部２２がせん断時に伸びた箇所等の、本来接合していないがワイヤボンド接合部２２と類似した部分であって実体画像４３の二値化処理では識別できない部分を正確に除いてアルミ残存部ｂを特定することができる。
【００３６】
また本実施形態によれば、シェアテスト時には、シェアスピードをワイヤボンド接合部２２に伸びを発生させない速度以上に設定し、かつ、シェア強度のピーク値が検出されてからシェアテスタユニット３２が備えるツール３６を、接合痕２３にワイヤ部材を残さない距離以上であって、ワイヤボンド接合部２２のせん断時の応力によりツール３６に生じた反りが解放したときの反動によって接合痕２３に変形を生じさせない範囲の距離だけ移動させたときに、当該ツール３６の移動を停止させる構成とした。
これにより、シェアテスト後の接合痕２３に対する不要な変形が防止され、ワイヤ残存率を正確に数値化できるため、接合状態をより正確に判定できる。
【００３７】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、接合痕２３を含む面内の高低分布の測定に、３Ｄ計測レーザ顕微鏡を用いたが、これに限らず、例えばレーザ変位計等の高さ方向の測長ができる任意の測長装置を用いることができる。また、レーザによる非接触式の測長に限らず、測定時にチップ表面５Ａにキズ等がつくことがなければ接触式であっても良い。
【００３９】
また、上述した実施形態では、導電ワイヤとしてアルミワイヤ２０を例示したが、導電ワイヤの材質はアルミニウムに限らず、金、銅などでも良い。
また上述した実施形態では、接合部検査装置１が半導体チップ５のチップ表面５Ａとアルミワイヤ２０のワイヤボンド接合部２２を検査対象としたが、これに限らず、周辺電極（外部端子１７）とアルミワイヤ２０とのワイヤボンド接合部を検査対象としても良い。さらに、半導体チップ５や電極たる外部端子１７に限らず、また、パワー半導体装置３以外の任意の装置が備える電子部品のワイヤボンド接合部の接合状態評価に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  接合部検査装置
５Ａ  チップ表面
２０  アルミワイヤ
２２  ワイヤボンド接合部
２３  接合痕
３０  コンピュータ（解析手段）
３２  シェアテスタユニット（シェアテスタ）
３４  ワイヤ残存率測定ユニット
３６  ツール
４３  実体画像（撮像画像）
４４  マイクロスコープ（撮像手段）
４６  走査ヘッド
５０  高低分布画像
５２  分布データ
Ｈ  シェア高
Ｍ  シェア方向
Ｑ  接合面
Ｒ  未接合部
ｂ  アルミ残存部（ワイヤ残存部）
ｃ  外形
ｄ  ベース露出部
【図１】
2011210921.tif 000003
【図２】
2011210921.tif 000004
【図３】
2011210921.tif 000005
【図４】
2011210921.tif 000006
【図５】
2011210921.tif 000007
【図９】
2011210921.tif 000008
【図１０】
2011210921.tif 000009
【図６】
2011210921.tif 000010
【図７】
2011210921.tif 000011
【図８】
2011210921.tif 000012