(57)【要約】　　　（修正有）【課題】周囲温度が変化する場合にもより正確かつ再現性のある試験結果を得る。【解決手段】基板１上の２つのボンディングされたコンタクト間でボンディングされたワイヤのループ５を設け、ワイヤ・ループの下に制御可能に差し込まれ得る牽引フック７、フックに接続されてかつ基板表面に対して実質的に直角方向の牽引力を発生する駆動装置、各瞬間で牽引力を検出するためにフックに関連付けられた力測定装置２１、およびボンディングされたワイヤ接続を破断する力の値を記録するために力測定装置に接続された記録装置を備え、その中で力測定装置が牽引力のベクトルと実質的に同軸に配置され、ボンディングされたワイヤ・ループの最高点を検出するための検出手段４０，５０，９０，１００ならびに牽引フック、およびそれゆえに牽引ベクトルの原点をボンディングされたワイヤ・ループの最高点の下で自動的に位置決めするための位置制御手段が設けられる。【選択図】　　　図３
2004037444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング・ワイヤ接続の引張強度を測定するために引張試験を行う装置であって、基板（１、３；チップ、リード）上の２つのボンディング・コンタクト（５ａ、５ｂ）の間にボンディング・ワイヤのループ（５）を有し、ワイヤ・ループの下に制御可能に差し込まれ得る引張フック（７）と、
フックに接続され、かつ基板表面に対してほぼ垂直方向の張力を生成する駆動装置と、
各瞬間に張力を検出するためにフックに関連付けられた力測定装置（２１）と、
接着されたワイヤ接続について引きはがし強度を記録するために力測定装置に接続された記録装置とを備え、
力測定装置（２１）が張力ベクトル（Ｆ）とほぼ同軸に配置され、さらに、
ボンディング・ワイヤのループの最高点（５ｃ）を検出するための検出手段（４０、５０、９０、１００）、ならびに、
ボンディング・ワイヤのループの最高点の下で張力ベクトルの起点としての引張フックを自動的に位置決めするための位置制御手段（２０、３０）が設けられた装置。
【請求項２】
力測定装置（２１）が、引張フックの駆動ロッドと同軸に配置された少なくとも１つのロードセル（２３ａ、２３ｂ）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
力測定装置（２１）が、引張フックの駆動ロッドと同軸で、一方が他方の上になるように配置された一対のロードセル（２３ａ、２３ｂ）を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
引張フックの駆動ロッド（１３）が空気ベアリング（１５、１７）に支持される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
引張フック（７）を駆動装置（８０）の作用方向の周りで回転させ張力ベクトル（Ｆ）に対して引張フックを所定の角度位置に固定するためのモータ／ギヤボックスのユニット（６０）が設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
位置制御手段が引張フックに対して、基板、したがってボンディング・ワイヤのループの最高点を座標制御移動させるためのｘ−ｙテーブル（１０、２０、３０）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
検出手段（４０、５０）が、視野が側方からボンディング・ワイヤのループ（５）に向けられるカメラ（４０）を含み、かつカメラ映像からボンディング・ワイヤのループの最高点（５ｃ）の座標を算出するためにカメラに接続された映像評価装置（５０）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
検出手段（９０、１００）が、駆動装置（８０）、特に引張フック（７）の駆動ロッド（１３）に関連付けられ、制御および評価ユニット（１００）の入力側でそれに接続された移動および／または近接センサ（９０）を備え、引張フックがボンディング・ワイヤのループ（５）と係合する複数の位置のループ高さの値を検出し、かつ最大高さの値の係合位置（５ｃ）のｘ−ｙ座標を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
引張フック（７）と駆動装置（８０）に関連させて、引張フックを特定の初期位置に予め押しつけ、かつ引張フックとボンディング・ワイヤのループの間の係合を弱め、かつ／または牽引力を制限して力測定装置（２１）を保護するためのバネ手段（２５〜２９）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
バネ手段（２５〜２９）が、係合を弱めるため、かつ初期位置への予張力を加えるための、低いバネ定数を有する第１のバネ（２５、２７）と、張力を制限するために高いバネ定数を有する第２のバネ（２９）を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第１および第２のバネ（２５〜２９）が、引張フックの駆動ロッドと同軸になるように配置される、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部に従い、ボンディング・ワイヤ接続引張強度の引張強度を測定するためにいわゆる引張試験（プルテスト）を実施するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
引張試験は長きにわたり、ボンディング・ワイヤの接続を試験する最も一般的に使用されている方法である。この方法では２ヶ所のボンディング・コンタクト間でワイヤのループの下に小さな引張フックが差し込まれ、ループが破損するかまたは所定の力に達するまで基板表面に垂直方向（すなわち通常は上向き）に一定速度で離される。各瞬間に加えられる張力即ち引張力が力測定装置によって測定され、かつ、ワイヤが破損するときに加えられている張力の値が引きはがし強度（ｐｕｌｌ−ｏｆｆ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ）として記録され、これがボンディング接続の品質に関する情報を提供する。
【０００３】
この手法を用いて、たとえば、ヒール領域（ｈｅｅｌ　ｒｅｇｉｏｎ）のワイヤの弱体化が極めて良好に検出することができ、同様に溶接の品質を調べることができる。試験の結果は、関連する品質の出版物（たとえばＭＩＬ−ＳＴＤ８８３方法２０１１）に明記されたボンディング・ワイヤ接続の最小引張強度と比較される。
【０００４】
この手法を実行するための既知の試験装置、すなわち、フックが取り付けられるエクステンションアーム（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ａｒｍ）に生じる引張力、変形を検出することで力の測定が通例的に達成されるものは、ある点で欠点を有することが判明した。全体的に見ると測定の精度を改善することが必要であり、また、周囲温度が変化する条件下で再現性に関する問題が生じている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、この一般的な種類の改善型試験装置、特に、周囲温度が変化する場合にもより正確かつ再現性のある試験結果を提供するように設計された装置を使用可能にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は請求項１に記載した特徴を備える試験装置によって達成される。
本発明は以前の慣習的なエクステンションアームの原理から離れた本質的な発想を含み、駆動ユニットで生じる張力ベクトルと実質的に同軸になるようにされた力測定装置を配置する。それはさらに、基板表面に対して直角方向から外れた方向の力成分によりガイドされる測定結果の誤差を避けるために、ワイヤのループのその最高点での信頼性のある係合を確実にする考え方を有する。この目的のために、本発明によると、ボンディング・ワイヤのループの最高点を検出するための検出手段と、張力ベクトルの原点がワイヤ・ループの最高点の下方になるような態様で引張フックを自動的に位置決めするための位置制御器とが備えられている。
【０００７】
力測定装置は引張フックの駆動ロッドと同軸になるように配置された少なくとも１つのロードセル（荷重測定装置）を含むことが好ましい。広範囲の温度補償のために、力測定装置は一方が他方の上に配置されたロードセルの組み合わせ（対）で構成されることが好ましい。
【０００８】
また別の好適な実施形態では、従来のベアリングで生じ測定の精度を低下させる摩擦力を無くすという実際上の目的のために、フックの駆動ロッドの空気ベアリング（ａｉｒ　ｂｅａｒｉｎｇ）が設けられる。
【０００９】
本発明の背景にある考え方のさらに別の有利な進展では、引張フックを駆動装置の作用方向と整合した軸の周りで回転させるため、すなわち張力ベクトルに関して所定の角度でフックを固定するためにモータ／ギヤボックスのユニットが設けられる。この手段は、一方では複雑なボンディング結合構造（ｂｏｎｄｉｎｇ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を持つ基板のケースで試験装置の取り扱いを簡単にさせ、他方では、ワイヤ・ループに関するフックの誤差誘発の可能性のある位置を回避するのを可能にするため、測定精度を向上させる上述の目的に向けて貢献することに役立つ。
【００１０】
上述の両方の利点の達成は、フックに関して基板、それゆえにフックが係合することになるループの最高点の座標制御された位置決めのためにｘ−ｙテーブルを設けることによっても促進される。
【００１１】
この手段は、ワイヤ・ループの側部の方に向けられた視野を有するカメラ、およびカメラの映像内のワイヤ・ループの最高点の座標を計算するためにカメラに接続された映像評価装置（ｉｍａｇｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ）を設けることに密接に関連している。あるいは、それはまた、駆動ユニット、特に引張フックの駆動ロッドに関連付けられた移動センサもしくは近接センサと、そこに関連付けられた制御ユニット及び評価ユニットとの設備と組み合わされてもよい。後者はフックがボンディング・ワイヤのループに係合できる複数の位置のうちの最大値を検出すること、および高さが最大となる係合位置のｘ−ｙ座標を決定することに役立つ。ワイヤ・ループ内の最高点の位置の測定結果がそれに対応して算出された試料テーブルの位置の移動の開始点として得られ得ることは明白であろう。
【００１２】
本発明のまた別の有利な実施形態では、特定の初期位置に向けてフックに前もって応力を加え、また、フックとワイヤ・ループの間の係合を弱め、かつ／または張力の大きさを制限して力測定装置を保護するために、フックと駆動ユニットに関連してバネ手段が配置される。特に、バネ手段は、初期位置に向けて予め応力を加え、かつ係合を弱めるための低いバネ定数を有する少なくとも１つの第１のバネと、張力を制限するための高いバネ定数を有する第２のバネとを有し、両方のバネは、好適には駆動ロッドと同軸に配置される。この配置は、製造および保守が簡単であり、しかも測定結果に誤差を導入しかねない傾きの力と傾きのモーメントが根本的に排除される構造に結果的につながる。
さらなる特徴は、従属の請求項と図面を参照した例示的な実施形態の以下の説明とから明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は２つのボンディング面１、３の間でループ状に曲げられたボンディング・ワイヤ５を概略的に示すものである。引張フック７はいわゆる引張試験を実行するためにワイヤの下の位置に置かれる。接着されたワイヤ５は接点（ボンディング・コンタクト）５ａ、５ｂでボンディング面１、３に取り付けられる。参照番号５ｃはボンディング・ワイヤのループ内の最高点を表わす。図中では、フック７は試験のために最適の位置、言わばループ５内の最高点の下にあり、比較のために、側方にずれてそれゆえに試験のために好ましくない位置にあるフック（数字を付していない）を破線で示す。
【００１４】
図２は一般的ケースを例示する図であり、そこではボンド・コンタクトが異なるレベルにある。それは引張試験を実行して評価することに関して角度および力のベクトルを示しており、その表示がそれを本質的に一目瞭然にしている。図１と図２の間の幾何学的関係を明らかにするために、図２ではボンド・コンタクト５ａ、５ｂは識別されており、ボンディング・ワイヤ（図２では示さず）によって接続される部品はこのケースでは半導体回路チップとリードである。
図２に関してその他の点では、引張試験の上述の一般的考察がなされている。
【００１５】
図３は模式的に本発明の一実施形態による試験装置の基本的構造を示しており、ここではそれは基板１に接着されたワイヤ・ループ５の引張強度を試験するために使用される。基板１はｘ−ｙテーブルに固定されており、その移動は座標制御ステージ３０で制御されるテーブル駆動ユニットによって駆動される。
【００１６】
ＣＣＤカメラ４０（その出力が映像評価装置５０に送られる）は、基板１の側方に配置され、ループ５の映像を記録する。（図面を簡略化するため、図中では実際のカメラ位置が正しく示されていない。）映像評価装置５０の出力は座標制御ステージ３０の入力に接続され、それにより、カメラ映像に基づいて算出されたループ５内の最高点の位置を表わす座標を座標制御ステージ３０に信号送信することが可能となり、ｘ−ｙテーブル１０がこの評価の結果に従って移動させられるのを可能にする。
【００１７】
フック７は、実際に摩擦のない方式で空気ベアリング１７（駆動ロッドと同様にこれは下記にさらに詳細に説明される。）で支持される駆動もしくは測定ロッド１３の下端部に配置される。フックの角度位置を調整するためにモータ／ギヤボックスのユニットが供給される。駆動もしくは測定ロッド１３は力測定装置２１（これも同様に図４を参照して下記にさらに詳細に説明される。）に取り付けられ、その出力信号は記録ユニット７０へと送られる。全体として試験装置は測定駆動ユニット８０によって駆動される。
【００１８】
駆動ロッド１３の上端部には移動もしくは近接センサ９０が取り付けられ、それは制御および評価ユニット１００に接続される。制御および評価ユニット１００は、制御および測定信号をそこから測定駆動ユニット８０および座標制御ステージ３０へと送信できるように、さらに接続される。制御および評価ユニットは、座標制御ステージ（およびテーブル駆動ユニット２０）ならびに測定駆動ユニット８０と協働して、フック７とループ５の係合に追従する駆動ロッド（測定ロッド）１３の移動を検出する移動センサ９０からの信号に基づいて最高点の位置を判定するのに役立つ。さらに、基板１およびそれによるループ５の移動を引き起こしてフック７との係合に最適の位置を確立するために、最高点の座標をｘ−ｙテーブル１０の座標制御ステージ３０に伝える役割りを果たす。
【００１９】
図４は、現在好ましい本発明による試験装置の実施形態の基本的部分を例示するための縦方向断面を示すものである。これはいくつかの部分から成る機械的に安定した支持構造９上に組み立てられ、カバー１１によって保護される。この構造の外側に配置された評価装置および駆動もしくは電源部品類はこの図には示されない。しかしながら、以下の記載において、これらを説明する。
【００２０】
引張フック７は駆動ロッド１３に取り付けられ、それは同時に測定力を伝えるための測定ロッドの役割りを果たし、かつ空気ベアリング・シャフト１５の空気ベアリング１７を通じて摩擦の無い態様でガイドされる。この配置は特に低摩擦の支持を確実にし、それゆえに引きはがし強度の高精度測定を確実にする。
【００２１】
空気ベアリング・シャフト１５の上端部には駆動ロッド１３に回転不能に固定されたシリンダ・ギヤ１９があり、シリンダ・ギヤ１９は電気モータの出力歯車（いずれも図示せず）と噛み合い、それによってフック７を駆動ロッド１３の長軸の周りを回転させてフックの方向を変えることが可能となる。結果として、困難な幾何学的配置であっても、試験されるべきボンディング接続に関するフックの位置の微調整が可能となる。したがってこれもまた、多様な構造のボンディング接続であっても、高い測定精度と評価の明らかに再現性のある結果を達成するために寄与する。
【００２２】
駆動もしくは測定ロッド１３は、通常の構造の２つの対向して配置されたロードセル２３ａ、２３ｂを有する力測定装置２１によって同軸に囲まれる。下側のロードセル２３ｂに関連付けられているのは、駆動ロッド１３及び引張フック７に予め応力を加えるいわゆる接地バネ（ｔｏｕｃｈ−ｄｏｗｎ　ｓｐｒｉｎｇ）２５であり、引張フック７を初期位置に固定する。上側のロードセル２３ａに関連付けられているのは、交換可能な主測定バネ２７であって、そのバネ定数は各々のケースに当てはまる測定範囲に応じて適切になるように選択される。主測定バネ２７をガイドし、かつ同時に駆動ロッド上の保護用バネ（ソフトウェグ（ｓｏｆｔｗｅｇ）スプリング）２９のために第１の支持面を使用可能にするように、第１のバネ・スリーブ３１が設けられる。保護用バネ２９の上側部分は第２のバネ・スリーブ３３内にガイドされ、次に上述のバネのねじれ保護のためにボール・ベアリング３５に支持される。
【００２３】
駆動もしくは測定ロッド１３の上端の上には試験装置のための安全遮断装置として（図示されていない評価用電子回路と協働する）叉状光電バリヤ（ｆｏｒｋ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｒｒｉｅｒ）３７が配置される。
【００２４】
上述の試験装置は、ワイヤ・ループ内の最高点の位置を検出および評価するための手段（図示せず）、例えば適切な解像度を有するＣＣＤカメラの如くでありその出力を評価する装置に接続されている、および、引張フック７がワイヤ・ループの最高点の下に差し込まれることができるように試験すべきワイヤ・ループを担持する基板を、引張フック７に関して移動させることができ、その結果として最適な精度の試験結果と、再現性のある試験結果とが達成されるのを可能にするｘ−ｙテーブル（図３参照）によって成就される。
【００２５】
本発明の実施形態は上記に強調したこの範例および態様に制限されるものではなく、当業者の能力範囲内の多数の変更もやはり可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本試験の原理を明らかにするためのワイヤ・ループの概略図である。
【図２】引張試験時に作用する力を例示するための別の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による試験装置の概略図である。
【図４】本発明による試験装置の実施形態の主要部分の縦方向断面を示す図である。
【符号の説明】
１、３　ボンディング面
５　ボンディング・ワイヤ（ループ）
５ａ、５ｂ　ボンディング・コンタクト
５ｃ　ループの最高点
７　引張フック
９　支持構造
１０　ｘ−ｙテーブル
１１　カバー
１３　駆動ロッド（測定ロッド）
１５　空気ベアリング・シャフト
１７　空気ベアリング
１９　シリンダ・ギヤ
２０　テーブル駆動ユニット
２１　力測定装置
２３ａ、２３ｂ　ロードセル
２５　接地バネ
２７　主測定バネ
２９　保護用バネ（ソフトウェグバネ）
３０　座標制御ステージ
３１、３３　バネ・スリーブ
３５　ボール・ベアリング
３７　フォーク光電バリヤ
４０　ＣＣＤカメラ
５０　映像評価装置
６０　モータ／ギヤボックス・ユニット
７０　記録ユニット
８０　測定駆動ユニット
９０　移動センサ（近接センサ）
１００　制御および評価ユニット
ＣＨＩＰ　チップ
Ｌｅａｄ　リード
【図１】
2004037444.tif 000003
【図２】
2004037444.tif 000004
【図３】
2004037444.tif 000005
【図４】
2004037444.tif 000006
【外国語明細書】
2004037444.tif 000007
2004037444.tif 000008
2004037444.tif 000009
2004037444.tif 000010
2004037444.tif 000011
2004037444.tif 000012
2004037444.tif 000013
2004037444.tif 000014
2004037444.tif 000015
2004037444.tif 000016
2004037444.tif 000017
2004037444.tif 000018
2004037444.tif 000019
2004037444.tif 000020
2004037444.tif 000021
2004037444.tif 000022
2004037444.tif 000023