(57)【要約】【課題】信頼性が非常に高いバンプボンディング装置及びバンプ不着検出方法を提供する。【解決手段】ワイヤ４と放電電極３の間で放電を行ってワイヤ４の先端にボール６を形成し、このボール６を半導体チップ１の電極パッド２に接合させてバンプ８を形成するバンプボンディング方法である。次のボール形成工程後にキャピラリ５が下降してワイヤ先端の部位（ボール６又は剥がされたバンプ部）が電極パッド２に接地した時におけるキャピラリ５の位置が、正常に形成されたボール６が電極パッド２に接地した時におけるキャピラリ５のボール接地レベル（第１検出位置Ｈ１）の許容誤差範囲より下降した時にバンプ不着信号を出力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部にキャピラリを有し支持フレームに揺動自在に支持されたボンディングアームと、このボンディングアームを揺動駆動するリニアモータと、前記ボンディングアームの上下方向位置を検知する位置センサーと、この位置センサーからの信号を処理して前記キャピラリの高さ位置の信号を生成する高さ位置カウンタを有するコンピュータとを備え、ワイヤと放電電極の間で放電を行ってワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合させてバンプを形成するバンプボンディング装置において、前記コンピュータは、正常に形成されたボールが前記導体に接地した時におけるキャピラリのボール接地レベル及び正常なバンプ部を形成した時におけるキャピラリのバンプ部形成レベルを記憶するメモリと、次のボール形成工程後にキャピラリが下降してワイヤ先端の部位が前記導体に接地した時における前記高さ位置カウンタの出力値が前記メモリに記憶された前記ボール接地レベルの許容誤差範囲外の場合にバンプ不着信号を出力する比較回路とを備えていることを特徴とするバンプボンディング装置。
【請求項２】
ワイヤと放電電極の間で放電を行ってワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合させてバンプを形成するバンプボンディング方法において、次のボール形成工程後にキャピラリが下降してワイヤ先端の部位が前記導体に接地した時におけるキャピラリ位置が、正常に形成されたボールが前記導体に接地した時におけるキャピラリのボール接地レベルの許容誤差範囲より下降した時にバンプ不着信号を出力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、キャピラリに挿通されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールをバンプとして導体にボンディングするバンプボンディング装置及びバンプ不着検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バンプ形成は、一般に図５に示す工程により行われる。１は半導体チップ、２は半導体チップ１上に形成された電極パッド、３は放電電極を示す。まず、図５（ａ）に示すように図示しないクランパが閉じた状態で、キャピラリ５に挿通されたワイヤ４のテール４ａに放電電極３から放電を行い、図５（ｂ）に示すようにボール６を形成する。次に図示しないクランパが開くと、ワイヤ４は図示しないバックテンション機構によって適度の力で上方に引き戻される。続いてキャピラリ５が下降し、図５（ｃ）に示すようにボール６が電極パッド２に接地する。その後、図５（ｄ）に示すようにボール６を電極パッド２上に押し付け、超音波振動によって接合させてバンプ部７を形成する。その後は、図示しないクランパ及びキャピラリ５が共に上昇し、この上昇途中でクランパが閉じ、図５（ｅ）に示すように、ワイヤ４がバンプ部７の付け根から切断される。これにより、バンプ８が形成される。なお、この種のバンプ形成方法方法として、例えば特許文献１、２及び３が挙げられる。
【特許文献１】特開昭５４−２６６２号公報
【特許文献２】特公平４−４１５１９号公報
【特許文献３】特開平７−８６２８６号公報
【０００３】
バンプ形成時におけるバンプ不着として、バンプ部７の接合強度が十分でないため、図６（ａ）（ｂ）に示すように、電極パッド２から剥がれてしまう現象が生じる。図６（ａ）は図５（ｄ）からキャピラリ５が上昇する時にバンプ部７が剥がれてしまった状態、図６（ｂ）は図５（ｄ）からワイヤ４を切断する時にバンプ部７が剥がれてしまった状態を示す。このようなバンプ不着の検査方法として、特許文献４及び５が挙げられる。
【特許文献４】特開平１１−１９１５６４号公報
【特許文献５】特開２０００−３０６９４０号公報
【０００４】
特許文献４は、バンプ部７が半導体チップ１の電極パッド２に接合されなかった状態である不着状態を検出するために、次のボール形成時におけるワイヤ４と放電電極３間の放電開始に要する電圧を測定し、この測定電圧が設定された閾値を越えた場合に不着と判定する。即ち、バンプ部７の不着の場合には、次のボール形成時に通常より放電開始電圧が大きくなるので、ボール形成時の電圧を測定することにより不着を判定する。
【０００５】
特許文献５は、ボール６を半導体チップ１の電極パッド２に接合してバンプ部７を形成した後、ワイヤ４をバンプ部７の付け根から切断するまでの期間にワイヤ４に電圧を印加し、バンプ不着の有無による前記期間中の電圧の変化を検出することによりバンプ部７の不着の有無を判定する。即ち、キャピラリ５が上昇してクランパが閉じるまでにバンプ部７の不着が発生した場合には、ワイヤ４からアースまでの間は電気的経路が確立されないので、過渡的な電圧変化を示す。この電圧変化を測定することにより不着を判定する。
【０００６】
バンプ８の形成を行うバンプボンディング装置は、図７に示す構造となっている。一端にキャピラリ５を有するボンディングアーム２０は、支持フレーム２１の一端に固定されている。支持フレーム２１は、図示しない支軸又は十字状に組み付けられた板ばね２２を介して移動テーブル２３に上下方向に揺動自在に取付けられ、移動テーブル２３はＸＹテーブル２４に搭載されている。支持フレーム２１の他端には、リニアモータ２５のコイル２６が固定され、またリニアモータ２５のマグネット２７は移動テーブル２３に固定されている。支持フレーム２１の後端にはリニアスケール２８が固定されており、リニアスケール２８に対向して移動テーブル２３には位置センサー２９が固定されている。またバンプボンディング装置は前記半導体チップ１を有するデバイス３０を加熱するヒートブロック３１を有し、ヒートブロック３１は上下動機構３２で上下動させられる。なお、この種のワイヤボンディング装置として、例えば特許文献６、７及び８公報が挙げられる。
【０００７】
従って、リニアモータ２５の駆動によって支持フレーム２１及びボンディングアーム２０が支軸又は板ばね２２を中心として揺動し、キャピラリ５が上下動する。またＸＹテーブル２４の駆動によって移動テーブル２３、支持フレーム２１、ボンディングアーム２０及びキャピラリ５がＸＹ方向に移動する。図示しない電気トーチによるワイヤ４の先端へのボール形成、キャピラリ５の上下移動及びワイヤ切断時における図示しないワイヤ切断用クランパの開閉移動等によってデバイス３０上に図５に示すバンプ８が形成される。
【０００８】
次にリニアモータ２５の制御及び各ブロックの動作について説明する。外部入出力手段４０は、コンピュータ４１との間で動作に必要な各種情報の入出力を行う。これは手動操作であっても、外部装置とのオンライン通信による操作であっても良い。コンピュータ４１は、制御回路４２、演算回路４３及び高さ位置カウンタ４４を有し、制御回路４２は、外部入出力手段４０、演算回路４３及び位置制御回路５０を制御する。
【０００９】
制御回路４２からキャピラリ５の高さ位置指令が位置制御回路５０に入力されると、位置制御回路５０はキャピラリ５の移動量をドライブ信号５０ａとしてモータドライバ５１に伝達する。モータドライバ５１は、ドライブ信号５０ａによりキャピラリ５を指定した高さ位置に移動させるための電力を生成する。なお、電力は、電圧及び電流の積であるから、実際のリニアモータ２５の制御は、電圧又は電流のいずれか一方又は両方を制御すればよい。ここでは、リニアモータ２５に流すドライブ電流５１ａとして説明する。モータドライバ５１で生成されたドライブ電流５１ａがリニアモータ２５のコイル２６に印加されると駆動力が発生する。この駆動力により、支持フレーム２１、ボンディングアーム２０及びキャピラリ５が板ばね２２を支点として揺動する。
【００１０】
高さ位置カウンタ４４は、位置センサー２９からの信号をコンピュータ４１に入力するのに適した信号形式に変換するエンコーダ５２からの信号を計数して、リニアスケール２８の実際の高さ位置を生成する。コンピュータ４１には、予めリニアスケール２８の上下方向の移動量に対する、キャピラリ５の上下方向の移動量との比率と量子化係数（１単位が何μｍか）が与えられているので、これを基にして、高さ位置カウンタ４４の示す値を演算回路４３で演算することにより、キャピラリ５の実際の高さ位置が求まる。
【特許文献６】特開昭５８−１８４７３４号公報
【特許文献７】特開平６−２９３４３号公報
【特許文献８】特公平６−８０６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献４は、次にボール６を形成する時にワイヤ４の状態（ワイヤ４が正常に切断された状態かバンプ部７不着の状態か）により放電電圧は変化するので、この放電電圧の変化によってバンプ不着を判定するので、特許文献５よりバンプ不着検出の信頼性は高い。しかし、ワイヤ先端の状態は、テール４ａの長さ、テール４ａの曲がり、電極パッド２から剥がれたバンプ部７裏面の合金クズの状態等の不安定な要素が多く、現実的には正常な判定を行うことは困難であった。
特許文献５は、半導体チップ１に電流を流すので、半導体チップ１の電気特性に依存するか、または適用できない半導体チップ１がある。また、ワイヤ４を切断する時に正常にワイヤ４を切断した状態とバンプ部７が付着した状態とで電圧の立ち上がり時間に殆ど差が生じないので、ワイヤ切断時に剥がれた場合は検出不能である。
【００１２】
本発明の課題は、信頼性が非常に高いバンプボンディング装置及びバンプ不着検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の請求項１のバンプボンディング装置は、一端部にキャピラリを有し支持フレームに揺動自在に支持されたボンディングアームと、このボンディングアームを揺動駆動するリニアモータと、前記ボンディングアームの上下方向位置を検知する位置センサーと、この位置センサーからの信号を処理して前記キャピラリの高さ位置の信号を生成する高さ位置カウンタを有するコンピュータとを備え、ワイヤと放電電極の間で放電を行ってワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合させてバンプを形成するバンプボンディング装置において、前記コンピュータは、正常に形成されたボールが前記導体に接地した時におけるキャピラリのボール接地レベル及び正常なバンプ部を形成した時におけるキャピラリのバンプ部形成レベルを記憶するメモリと、次のボール形成工程後にキャピラリが下降してワイヤ先端の部位が前記導体に接地した時における前記高さ位置カウンタの出力値が前記メモリに記憶された前記ボール接地レベルの許容誤差範囲外の場合にバンプ不着信号を出力する比較回路とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の請求項２のバンプ不着検出方法は、ワイヤと放電電極の間で放電を行ってワイヤの先端にボールを形成し、このボールを導体に接合させてバンプを形成するバンプボンディング方法において、次のボール形成工程後にキャピラリが下降してワイヤ先端の部位が前記導体に接地した時におけるキャピラリ位置が、正常に形成されたボールが前記導体に接地した時におけるキャピラリのボール接地レベルの許容誤差範囲より下降した時にバンプ不着信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
ボールが導体に接合されなかった状態である不着状態を検出するために、次のボール形成工程後にキャピラリが下降してワイヤの先端の部位（ボール又は剥がされたバンプ部）が導体に接地した時における接地レベルによって判断する。即ち、ボールが形成された場合とボールが形成されなく剥がれたバンプ部である場合とでは、接地レベルに差が生じて明確に判定できるので、バンプ不着検出の信頼性が極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施の形態を図１乃至図４により説明する。なお、図５乃至図７と同じ又は相当部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
図１は図５と同じ状態を示す。まず、バンプ形成作業前に次の作業を行う。図１（ａ）（ｂ）に示すように、ワイヤ４のテール４ａに放電電極３から放電を行ってボール６を形成する。次に図１（ｃ）に示すように、キャピラリ５を下降させてボール６が電極パッド２に接地した時におけるキャピラリ５の下端のボール接地レベルである第１検出位置Ｈ１を図２のコンピュータ４１のメモリ６０に記憶させる。この第１検出位置Ｈ１は、図１（ｃ）の状態におけるキャピラリ５の位置を位置センサー２９で検知し、位置センサー２９で検知した信号をエンコーダ５２を介して高さ位置カウンタ４４により変換され、この変換された値をコンピュータ４１のメモリ６０に記憶させる。次に図１（ｄ）に示すように、ボール６を電極パッド２上に押し付け、超音波振動によって接合させてバンプ部７を形成させた時におけるキャピラリ５の下端のバンプ部形成レベルである第２検出位置Ｈ２を前記第１検出位置Ｈ１の場合と同様にコンピュータ４１のメモリ６０に記憶させる。
【００１８】
前記Ｈ１とＨ２との差はボール６の潰れ量Ｄであり、Ｄ＝Ｈ１−Ｈ２は演算回路４３により演算され、この潰れ量Ｄより小さい値がメモリ６０に記憶された第１検出位置Ｈ１の許容誤差範囲に設定される。コンピュータ４１は、高さ位置カウンタ４４の値とメモリ６０に記憶された値を比較する比較回路６１を有する。比較回路６１は、ボール形成工程後にキャピラリ５が下降してワイヤ４の先端の部位が電極パッド２に接地した時に、高さ位置カウンタ４４の値がメモリ６０に記憶された第１検出位置Ｈ１の許容誤差範囲外である時は、バンプ不着信号を出力するようになっている。
【００１９】
次に作用について説明する。図５（ｅ）に示すように、バンプ８が形成されると、キャピラリ５の下端には所定長さのテール４ａが形成される。このように正常にバンプ８が形成されると、次のボール形成時には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、放電電極３から放電を行うと、正常のボール６が形成される。続いてキャピラリ５が下降して図３（ｃ）に示すようにボール６が電極パッド２に接地し、この時の高さ位置カウンタ４４の出力値がメモリ６０に記憶された第１検出位置Ｈ１と比較される。この場合はボール６が正常に形成されているので、高さ位置カウンタ４４の出力値はメモリ６０に記憶された第１検出位置Ｈ１と一致又はその許容誤差範囲内であるので、比較回路６１からの出力はなく、前のバンプ形成は正常と判断される。
【００２０】
図６に示すように電極パッド２にバンプ８が形成されなく、バンプ部７が電極パッド２より剥がれた場合には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、放電電極３から放電を行ってもボール６は形成されない。続いてキャピラリ５が下降して図４（ｃ）に示すようにバンプ部７が電極パッド２に接地し、この時の高さ位置カウンタ４４の出力値がメモリ６０に記憶された第１検出位置Ｈ１と比較される。この場合の高さ位置カウンタ４４の出力値はメモリ６０に記憶された第２検出位置Ｈ２の値、即ち第１検出位置Ｈ１の許容誤差範囲以下の値であるので、比較回路６１からバンプ不着信号が出力される。制御回路４２はこのバンプ不着信号を受信すると、前のバンプ形成はバンプ不着として異常信号を出力すると共に、ワイヤボンディング装置を停止させる。
【００２１】
このように、ボール６が電極パッド２に接合されなかった状態である不着状態を検出するために、次のボール形成工程後にキャピラリ５が下降してワイヤ４の先端の部位（ボール６又は剥がされたバンプ部７）が電極パッド２に接地した時における接地レベルによって判断する。即ち、ボール６が形成された場合とボール６が形成されなく剥がれたバンプ部７である場合とでは、接地レベルに差が生じて明確に判定できるので、バンプ不着検出の信頼性が極めて高い。
【００２２】
なお、上記実施の形態は、バンプを半導体チップの電極パッドである導体に形成する場合について説明したが、リード等の導体に形成する場合にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のバンプ不着検出方法の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明のバンプボンディング装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図３】前のバンプ形成工程でバンプが正常に形成された時におけるバンプ不着検出方法を示す説明図である。
【図４】前のバンプ形成工程でバンプ不着が生じた時におけるバンプ不着検出方法を示す説明図である。
【図５】バンプ形成工程を示す説明図である。
【図６】バンプ不着状態の説明図である。
【図７】従来のバンプボンディング装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    半導体チップ
２    電極パッド
３    放電電極
４    ワイヤ
５    キャピラリ
６    ボール
７    バンプ部
８    バンプ
２０    ボンディングアーム
２１    支持フレーム
２２    板ばね
２３    移動テーブル
２４    ＸＹテーブル
２５    リニアモータ
２８    リニアスケール
２９    位置センサー
３０    デバイス
４１    コンピュータ
４２    制御回路
４３    演算回路
４４    高さ位置カウンタ
５２    エンコーダ
６０    メモリ
６１    比較回路
Ｈ１    第１検出位置
Ｈ２    第２検出位置
【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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