(57)【要約】【課題】ボンディング品質の良否判定を精度良く行うことができ、良否判定結果の信頼性の向上を図ったワイヤボンディング技術を提供する。【解決手段】トランスデューサにより振動が与えられるボンディングツールにてワイヤボンディングを施す装置である。トランスデューサに流れる振動子電流値をボンディング処理中の任意の時間間隔で取得し、時間に対する振動子電流値の変化量Δのほか、所定時間における振動子電流値の変化量Δの合計値および最大値をそれぞれ算出する（ステップＳ１〜Ｓ４）。これらの振動子電流値の変化量Δと合計値および最大値のそれぞれについて閾値と比較し、比較結果のＮＧカウントの総数が「２」以上であれば接合不良品とみなして、異常処理を実行する（ステップＳ５〜１２）。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサにより振動が与えられるボンディングツールにてワイヤボンディングを施す装置において、
上記トランスデューサに流れる振動子電流値をボンディング処理中の任意の時間間隔で取得して、時間に対する振動子電流値の変化量に基づいてボンディング品質の良否判定を行う判定手段を備え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２】
上記判定手段では、任意の時間間隔の始期と終期のそれぞれの振動子電流値を取得して、双方の振動子電流値の差の絶対値を上記振動子電流値の変化量とすることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
上記判定手段では、振動子電流値の変化量と予め設定してある閾値との比較をもってボンディング品質の良否判定を行うものであることを特徴とする請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
上記判定手段では、振動子電流値の変化量をボンディング処理中の任意の時間範囲で合計し、この合計値に基づいてボンディング品質の良否判定を行うことを特徴とする請求項２または３に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項５】
上記判定手段では、振動子電流値の変化量の合計値と予め設定してある閾値との比較をもってボンディング品質の良否判定を行うものであることを特徴とする請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項６】
上記任意の時間範囲はボンディング処理中の中期または後期のものとすることを特徴とする請求項４または５に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項７】
上記判定手段では、ボンディング処理中における振動子電流値の変化量の最大値を取得して、この最大値に基づいてボンディング品質の良否判定を行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のワイヤボンディング装置。
【請求項８】
上記判定手段では、振動子電流値の変化量の最大値と予め設定してある閾値との比較をもってボンディング品質の良否判定を行うものであることを特徴とする請求項７に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項９】
トランスデューサにより振動が与えられるボンディングツールにてワイヤボンディングを施す方法において、
上記トランスデューサに流れる振動子電流値をボンディング処理中の任意の時間間隔で取得して、時間に対する振動子電流値の変化量に基づいてボンディング品質の良否判定を行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項１０】
上記振動子電流値の変化量をボンディング処理中の任意の時間範囲で合計し、この合計値に基づいてボンディング品質の良否判定を行うことを特徴とする請求項９に記載のワイヤボンディング方法。
【請求項１１】
上記ボンディング処理中における振動子電流値の変化量の最大値を取得して、この最大値に基づいてボンディング品質の良否判定を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の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、電子部品あるいは半導体素子等の組み立ての際に、金線やアルミニウム線等のボンディングワイヤの接続を行うワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のワイヤボンディング品質管理方法として、例えば特許文献１に記載されているように、ボンディングに要する超音波を発振する振動子回路の電流（以下、単に振動子電流と言う。）、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、上記ボンディングツール変位または振動子を駆動する電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と上記振動子振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧のうち少なくとも一つを検出し、これらの値のいずれかを縦軸に、ボンディング時間を横軸にとった波形を作成し、該波形の所定の複数箇所にウインドウを設定し、該ウインドウ内の値をモニタリングすることによってボンディング品質の良否を判定するようにしたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１２４８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、特定のボンディング不良を検出できないおそれがあり、ボンディング品質管理の信頼性向上の上でなおも課題を残している。例えば、被ボンディング面が不安定であったり、あるいは被ボンディング面が共振により振動しやすい状態である場合、ワイヤ接合が不十分なままボンディングが終了し、ボンディングツールが次のボンディング箇所に移動する際に、ワイヤが接合面から一部または完全に剥離することがある。このようなワイヤの浮きあるいは不付きを伴う接合不良においては、特許文献１に記載された技術ではモニタリングしている信号に差が見られず、接合不良を検出できないという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載された技術では、良否判定のための波形比較エリアを限定すると、エリア外での接合品質に関する情報が取得できず、この範囲内での信号を見逃したことによる不良品が後工程に流出してしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけボンディング品質の良否判定を精度良く行うことができて、その良否判定結果の信頼性の向上を図ったワイヤボンディング技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るワイヤボンディング技術では、トランスデューサにより振動が与えられるボンディングツールにてワイヤボンディングを施すにあたり、上記トランスデューサに流れる振動子電流値をボンディング処理中の任意の時間間隔で取得して、時間に対する振動子電流値の変化量に基づいてボンディング品質の良否判定を行うようにしたものである。
【０００８】
そして、上記判定手段では、例えば請求項２に記載のように、任意の時間間隔の始期と終期のそれぞれの振動子電流値を取得して、双方の振動子電流値の差の絶対値を上記振動子電流値の変化量とする。また、上記判定手段では、例えば請求項３に記載のように、振動子電流値の変化量と予め設定してある閾値との比較をもってボンディング品質の良否判定を行うものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の技術では検出困難であった接合不良、すなわちボンディング面とボンディングツールの共振やボンディング面の不安定さに起因する浮きや不付きを伴う接合不良を精度良く判定・検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るワイヤボンディング装置の実施の形態を示すブロック回路図。
【図２】振動子電流値Ａ１について接合が正常に完了した場合と共振による接合不良が発生した場合を比較した特性図。
【図３】図２の特性図の（Ａ）部の拡大図。
【図４】図３の（Ｃ）部を拡大した図で、振動子電流値Ａ１の変化量を算出する手法を示した説明図。
【図５】振動子電流値Ａ１の変化量を合計する時間範囲を示す特性図。
【図６】図５で示した時間範囲において、振動子電流値Ａ１の変化量の合計値を比較した説明図。
【図７】図６で示した変化量の合計値について接合不良品と良品の比を算出して図示した特性図。
【図８】振動子電流値Ａ１について接合が正常に完了した場合と共振による接合不良が発生した場合を比較した特性図。
【図９】図８の（Ｇ）部の拡大図。
【図１０】図８の（Ｈ）部の拡大図。
【図１１】図１の演算・判定部における良否判定のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明に係るワイヤボンディング装置を実施するためのより具体的な形態を示している。
【００１２】
このワイヤボンディング装置（以下、「ワイヤボンダ」と略称するものとする。）では、電圧制御発振器１から出力された交流電圧が増幅器２を介して超音波振動の加振源であるトランスデューサ３に印加される。トランスデューサ３は、図示外の圧電素子のほか、その圧電素子の共振周波数を調整するエンドキャップ、および振幅を増大させるホーンとから構成され、棒状のボンディングツール（以下、単に「ツール」と言う。）４に振動を伝える。ツール４は、例えば電子制御機器の金属端子面等の所定のボンディング対象物６に対してアルミニウム線あるいは金線等のボンディングワイヤ（以下、単に「ワイヤ」と言う。）５の始端部を押し付け荷重Ｆのもとで押し当てる。この状態でツール４に超音波振動を加えることでボンディング対象物６のボンディング面６ａに対するワイヤ５のボンディング接合を行う。
【００１３】
なお、トランスデューサ３は、後述するようにトランスデューサ駆動電圧Ｖ１に応じた周波数でツール４を振動させる。また、ワイヤ５は図示外のワイヤ供給装置から適宜繰り出されるため、連続した接合が可能である。
【００１４】
ワイヤ５とボンディング面６ａとの接合が進行するのに伴い、トランスデューサ３の共振周波数は変化する。この変化に追従するため、ワイヤボンダには共振周波数の変化を電圧制御発振器１にフィードバックして、トランスデューサ駆動電圧Ｖ１の周波数を補正する機構がある。具体的には、電流検出器７を介して検出された振動子電流値Ａ１とトランスデューサ駆動電圧Ｖ１は、それぞれ位相比較器８に入力され、両者の周波数が比較される。これらの周波数の位相差が所定の値を超えると、位相比較器８はエラー補正信号を出力し、電圧制御発振器１の周波数が補正・制御される。これにより、トランスデューサ３は常にエネルギーロスの少ない共振周波数で駆動することが可能となる。
【００１５】
なお、図１において、９はＡ／Ｄ変換器、１０は判定手段としての演算・判定部、１１はワイヤボンダ動作制御部であり、これらの機能については後述する。
【００１６】
上記ワイヤボンダにおいては、ボンディングプロセスの進行に伴い、ボンディング対象物６のボンディング面６ａに対してワイヤ５が正しくボンディング接合された場合には、トランスデューサ駆動電圧Ｖ１の値が安定してほぼ一定したものとなり、ワイヤ５とボンディング対象物６とが固定される。このようなプロセスにおいて、押し付け荷重Ｆが加えられているツール４の振動速度ｖの変動に着目した場合、そのツール４の振動速度ｖの変動は、接合が未完了であって且つトランスデューサ駆動電圧Ｖ１が上昇中であるボンディング初期と比較して小さくなる。
【００１７】
一方、ボンディング対象物６に対してワイヤ５が正しく接合されていない場合には、ワイヤ５とボンディング対象物６が十分に固定されないために、ツール４の振動速度ｖは一定値に収束せず、結果として振動速度ｖに比例する値である振動子電流値Ａ１も振動を続けることになる。
【００１８】
このような現象の下で、ボンディング処理中における振動子電流値Ａ１の挙動を観察するべく、縦軸に該振動子電流値Ａ１を、横軸にボンディング時間をそれぞれとった波形を分析したところ、浮きや不付きを伴う接合不良が発生している場合には、振動子電流値Ａ１の値が良品の値と比較して大きな振幅で振動することを確認した。本実施の形態では、このような振動子電流値Ａ１の特徴を利用してワイヤボンディング中における接合の良否判定を行うものである。
【００１９】
図１において、振動子電流値Ａ１は電流検出器７を介して検出され、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル値に変換される。ディジタル化された振動子電流値Ａ１を縦軸に、ボンディング時間を横軸にそれぞれとったグラフを図２に示す。また、図２の一点鎖線（Ａ）で囲まれた領域を拡大したグラフを図３に示す。
【００２０】
図２では、ボンディングが正常に完了した際に検出された波形を実線で、ボンディング終了時に、例えば共振の影響でワイヤ５の浮きが発生した際に検出された波形を破線にてそれぞれ示す。図２から明らかなように、両者の波形は類似しており、先の特許文献１に記載されているような従来の手法では、上記浮きを伴う接合不良の検出は難しい。その一方、拡大図である図３では、破線の波形において、振動子電流Ａ１の値が実線に比べ上下に大きく振動していることがわかる。
【００２１】
さらに、図３の一点鎖線（Ｃ）で囲まれた領域を拡大したグラフを図４に示している。図４は、振動子電流値Ａ１を縦軸に、ボンディング時間を横軸にそれぞれにとり、ある一定の取得間隔（時間間隔）ｔごとにＡ／Ｄ変換器９から出力された振動子電流値Ａ１の値をプロットしたものである。この図４のグラフにおいて、取得間隔ｔのうち変化した振動子電流値Ａ１を絶対値化したものを変化量Δとする。そして、図１で示される演算・判定部１０で変化量Δを算出し、さらには予め設定された設定基準値である所定の閾値との比較を行い、変化量Δが設定基準値（閾値）を上回った際には、当該ワークの不良カウント数を計数しているカウンタのカウント数を一つカウントアップ（加算）する。なお、上記取得間隔（時間間隔）ｔは任意に設定可能である。
【００２２】
この後、本手法で得られた判定結果と、後述する他の手法で得られる判定結果を総合的に勘案し、不良カウント数が規定の数量に達した場合には、演算・判定部１０はボンダ動作制御部１１に対してワイヤボンディング動作の中止指令を出力する。これを受けて、ボンダ動作制御部１１はワイヤボンディング動作を中止する。なお、これらの詳細については後述する。
【００２３】
ここで、上記振動子電流値Ａ１の変化量Δを一定の時間範囲内で合計することでより精度良く良否判定を行うことができる。図５は、図２と同様に、あるサンプルへのワイヤボンディング時の良品と接合不良品の波形を示している。図５において、初期の時間範囲（Ｄ）はトランスデューサ駆動電圧Ｖ１を急激に上昇させて、ボンディング面６ａの汚れや酸化膜を除去する時間帯である。また、中期の時間範囲（Ｅ）はトランスデューサ駆動電圧Ｖ１を緩やかに上昇させ、ワイヤ５とボンディング面６ａの接合を開始する時間帯であり、後期または末期の時間範囲（Ｆ）はトランスデューサ駆動電圧Ｖ１の値を一定に保ち、ワイヤ５とボンディング面６ａの接合を強固にする時間帯である。なお、時間範囲（Ｄ）〜（Ｆ）は任意に設定可能である。
【００２４】
このようなボンディング条件下で、図５の時間範囲（Ｄ）で取得した変化量Δの合計値をΔ１、同図の時間範囲（Ｅ）で取得した変化量Δの合計値をΔ２、同図の時間範囲（Ｆ）で取得した変化量Δの合計値をΔ３とした場合について、合計値Δ１〜Δ３の値に基づいて良品と接合不良品の値を比較した結果を図６に示す。
【００２５】
同図から明らかなように、変化量Δの合計値Δ１の値は良品と接合不良品のどちらの場合も比較的大きな値を示す一方、変化量Δの合計値Δ２，Δ３については値そのものは小さいものの、接合不良品の値は良品のそれと比較して明らかに大きい値となっている。この相違は、図７に示すように両者の比で図示するとわかりやすい。ボンディングが正常に進行している場合、図５の時間範囲（Ｅ）および（Ｆ）ではワイヤ５とボンディング面６ａの接合はある程度進行しており、またトランスデューサ駆動電圧Ｖ１の値の変動も小さいかもしくは変動しないため、ボンディングツール４の振動速度ｖの変化も小さく、結果として振動子電流値Ａ１も変化しにくい時間帯であると考えられる。このため、浮きや不付きを伴う接合不良が発生した場合に良品との差が顕著に表れやすい。
【００２６】
一方、時間範囲（Ｄ）は、ボンディングの進行が正常であってもトランスデューサ駆動電圧Ｖ１の値が上昇、つまり急激に上昇・変化する時間帯であるため、良品と接合不良品との振動子電流値Ａ１の変化量Δの差が表れにくいと考えられる。そこで、良品の変化量Δの合計値Δ２もしくは合計値Δ３についてその平均値を設定基準値である所定の閾値として予め取得しておき、合計値Δ２，Δ３が設定基準値である閾値を超えるようであれば「不良品」と判定することで、この場合にもまた精度良く良否判定を行うことができる。
【００２７】
図８は、図２と同様に振動子電流値Ａ１を縦軸に、ボンディング時間を横軸にそれぞれにとったボンディング特性図の一例を示す。また、図８の一点鎖線（Ｇ）で囲まれた領域を拡大したグラフを図９に、同じく図８の一点鎖線（Ｈ）で囲まれた領域を拡大したグラフを図１０にそれぞれ示す。
【００２８】
前述したように、浮きや不付きを伴う接合不良が発生した場合、振動子電流値Ａ１についてはボンディングの後期または末期まで振動し続ける特徴がある。しかしながら、希にボンディングの後期または末期において振動子電流値Ａ１の振動が収束し、この時間範囲内の変化量Δを合計しても、ボンディング接合の良否の区別がつかないことがある。一方、浮きや不付きを伴う接合不良が発生した場合、図９に示すようにトランスデューサ駆動電圧Ｖ１を上昇させる時間範囲が終わった直後に、振動子電流値Ａ１が急減する傾向がある。このため、ボンディング中のある時間範囲内、すなわち図８のＧの時間内で検出された最大の変化量Δ、すなわち変化量Δの最大値に基づいて良否判定する手法を、前述した二つのの良否判定手法と併用することで、一段と精度良く良否判定を行うことができる。
【００２９】
なお、上記のように、トランスデューサ駆動電圧Ｖ１を上昇させる時間範囲が終わった直後に振動子電流値Ａ１が急減する傾向があるので、例えば図８の（Ｇ）の時間範囲はトライアル等を行った上で予め指定するものとする。
【００３０】
図１１は、先に述べた複数の判定手法を併用した場合の一連の処理手順を示すフローチャートである。
【００３１】
図１１のステップＳ１では、図１の電流検出器７で振動子電流値Ａ１がリアルタイムで取得され、Ａ／Ｄ変換器９で上記振動子電流値Ａ１の波形が取得される。続くステップＳ２では、図１の演算・判定部１０での処理として、上記振動子電流値Ａ１の波形について、図４の任意の取得間隔（時間間隔）ｔごとの変化量Δが算出される。次いで、ステップＳ３では、ユーザーの設定する任意の時間範囲における変化量Δの合計値Δ２またはΔ３が算出される。さらに、ステップＳ４において、ユーザーの設定する任意の時間範囲（図８のＧ）における変化量Δの最大値が算出される。
【００３２】
ステップＳ５以降では、ボンディング接合品質の良否判定を行うべく、上記ステップＳ２〜Ｓ４で求められた三種類の振動子電流値Ａ１に基づく値とそれぞれの設定基準値である閾値との比較をもっって良否判定のプロセスが進行する。
【００３３】
最初に、ステップＳ５では、先に求めた振動子電流値Ａ１の変化量Δが閾値以下かどうかの判断がなされ、「ＹＥＳ」であれば良品とみなされて次のステップＳ７に進み、「ＮＯ」であれば不良とみなされてステップＳ６に進み、ＮＧカウンタのカウント数をカウントアップして「＋１」とする。
【００３４】
次のステップＳ７では、先に求めた振動子電流値Ａ１の変化量Δの合計値（先に変化量Δの合計値Δ２またはΔ３）について、閾値以下かどうかの判断がなされ、「ＹＥＳ」であれば良品とみなされて次のステップＳ９に進み、「ＮＯ」であれば不良とみなされてステップＳ８進み、ＮＧカウンタのカウント数をカウントアップして「＋１」とする。
【００３５】
ステップＳ９では、先に求めた振動子電流値Ａ１の変化量Δの最大値について、閾値以下かどうかの判断がなされ、「ＹＥＳ」であれば良品とみなされて次のステップＳ１１に進み、「ＮＯ」であれば不良とみなされてステップＳ１０に進み、ＮＧカウンタのカウント数をカウントアップして「＋１」とする。
【００３６】
ステップＳ１１では、先のそれぞれのステップＳ６，Ｓ８およびＳ１０で加算されたＮＧカウント数のチェックが行われ、ここでは例えばＮＧカウント数の総数が「２」以上であるかどうかが判断される。そして、ＮＧカウント数の総数が「２」未満であれば、総合的に見てボンディング接合品質が「良品」と判定されて、次のステップＳ１３に進んで処理を終了する。その一方、ＮＧカウント数の総数が「２」以上であれば、総合的に見てボンディング接合品質が「不良」と判定されて、次のステップＳ１２に移行して、例えば「異常表示」とともにワイヤボンダそのものの運転が停止されることになる。
【００３７】
このように本実施の形態によれば、従来の手法では困難であった共振またはボンディング対象物６の不安定さより生じる浮きや不付きを伴う接合不良の判定を精度良く行うことができる。また、Ａ／Ｄ変換器９で生成される振動子電流値Ａ１の波形のうち良否判定のための対象エリアを任意に設定できるため、上記のような判定精度の向上に伴って、接合不良品の後工程への流出リスクを低減することができる。
【００３８】
ここで、図１１のステップＳ５〜Ｓ１１の処理における判定条件は、任意にその変更が可能である。例えば、必要とされる良否判定結果の度合いによっては、ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ９の三つの判定処理を全て用いることなく、ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ９の判定処理のうちいずれか一つの処理のみを単独で用いたり、あるいはいずれか二つの処理のみを用いることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１…電圧制御発振器
３…トランスデューサ
４…ボンディングツール
５…ボンディングワイヤ
６…ボンディング対象物
７…電流検出器
１０…演算・判定部（判定手段）
１１…ワイヤボンダ動作制御部
Ａ１…振動子電流値
Ｖ１…トランスデューサ駆動電圧
【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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【図１０】
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【図１１】
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