(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングワイヤをボンディングツールの超音波振動によりワークにボンディングするワイヤボンダの動作をモニタするワイヤボンディングモニタ装置であって、
前記超音波振動を発生する振動子電流、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、前記ボンディングツール変位又は振動子を駆動する電圧制御周波数可変発信回路の発振電圧の位相と前記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１つの測定された波形のうち該波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによってボンディングの良否を判定し、
前記波形のうち前記各ウインドウ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置に入力され、Ａ／Ｄ変換回路によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路により予め設定してある基準値と比較処理され、前記ボンディングの良否を判定し、
前記複数のウインドウは、４つのウインドウを有し、第１のウインドウは前記波形のピーク付近を示し、第２のウインドウは前記波形のたち下がり付近を示し、第３のウインドウは規定時間経過後の前記波形部分を示し、第４のウインドウはボンディング終了直前の前記波形部分を示していることを特徴とするワイヤボンディングモニタ装置。
【請求項２】
ワイヤボンディングの品質の良否の判定は、第１に予め設定してある複数のウインドウの範囲内に前記測定された波形が入ればボンディング良と判定し、第２に各ウインドウ内の前記測定された波形のピーク、平均、最大値および最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、第３に各ウインドウ内の前記測定された波形の差が、規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、前記各判定を総合して判定することを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディングモニタ装置。
【請求項３】
前記測定された波形は、前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧からなり、前記ワイヤボンダは、電圧制御周波数可変発振回路と超音波振動子と位相比較回路とを有し、前記電圧制御周波数可変発振回路は超音波周波数の交流信号を発振し、前記位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）により制御されて発振周波数が変化する回路からなり、前記超音波振動子に流れる電流を表す電圧（Ｖ3）と前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧（Ｖ1）は前記位相比較回路に入力され、該位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）が前記制御電圧になることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディングモニタ装置。
【請求項４】
前記制御電圧（Ｖ4）の波形はボンディング終了時に規定の値（Ｖｐ）になり、前記制御電圧（Ｖ4）の波形が設定時間内に前記規定の値（Ｖｐ）になった場合、前記ワイヤボンダにボンディング終了信号を出すことを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディングモニタ装置。
【請求項５】
前記測定された波形は、前記ボンディングツール変位の波形からなり、前記ワイヤボンダは、前記電圧制御周波数可変発振回路、増幅回路、トランス、超音波振動子、超音波ホーン、前記ボンディングツール、および可変抵抗（ＶＲ1）を有し、前記増幅回路は前記電圧制御周波数可変発振回路の出力電圧を増幅して前記トランスの１次側に供給し、該トランスは１次側に印加された電圧を変圧して、該変圧された電圧を前記超音波振動子に印加し、前記超音波ホーンは前記超音波振動子で発生する超音波振動を前記超音波ホーンの先端に固定された前記ボンディングツールに伝え、前記可変抵抗（ＶＲ1）の両端電圧は、前記ボンディングツールの変位量に応じた電圧となるように接続されていることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディングモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤボンディングモニタ装置に関し、特に、ワイヤボンダの動作に関する信号のうち少なくとも１種類の判断要素によりワイヤボンディングの良否を確実に判定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディングの良否のモニタに関する技術の一例が特開平５−４１４１３号公報に開示されている。
この公報に開示された従来例では、超音波ワイヤボンダの超音波振動を発生するトランスジューサに加えられる電圧と電流とをサンプリングして、該トランスジューサの出力とインピーダンスを算出し、一方、該トランスジューサの出力及びインピーダンスとボンディングの良否の相関関係を予め求めておき、上記算出結果をこの相関関係に照らして、ボンディングの良否を判断している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来例では、トランスジューサの出力及びインピーダンスの関係からボンディングの良否を判断しているので、該トランスジューサに加えられる電圧と電流の両方を測定する必要がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その課題は、ワイヤボンダを駆動する電気信号の種々の要素のうち少なくとも１つの波形を判断することにより、ボンディングの良否の判断を確実に行うことができるワイヤボンディングモニタ装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ボンディングワイヤをボンディングツールの超音波振動によりワークにボンディングするワイヤボンダの動作をモニタするワイヤボンディングモニタ装置であって、前記超音波振動を発生する振動子電流、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、前記ボンディングツール変位又は振動子を駆動する電圧制御周波数可変発信回路の発振電圧の位相と前記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１つの測定された波形のうち該波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによってボンディングの良否を判定し、前記波形のうち前記各ウインドウ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置に入力され、Ａ／Ｄ変換回路によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路により予め設定してある基準値と比較処理され、前記ボンディングの良否を判定し、前記複数のウインドウは、４つのウインドウを有し、第１のウインドウは前記波形のピーク付近を示し、第２のウインドウは前記波形のたち下がり付近を示し、第３のウインドウは規定時間経過後の前記波形部分を示し、第４のウインドウはボンディング終了直前の前記波形部分を示していることを特徴とするワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項１記載の発明により、前記超音波振動を発生する振動子電流、該振動子電流と振動子電圧との位相差、振動子電力、前記ボンディングツール変位又は振動子を駆動する電圧制御周波数可変発信回路の発振電圧の位相と前記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１つの測定された波形のうち該波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによって、前記波形の特徴を検知し、ボンディングワイヤのボンディングが正常に行われた場合の前記波形と比較することによりボンディングの良否を判定することができる。さらに、測定された波形のうち各ウインドウ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置に入力されるから、前記波形を示すグラフ（例えば図３）における時間軸と測定電圧軸により示されるウインドウを基準としてボンディングの良否を判定することができる。さらに、前記波形のうち前記各ウインドウ内にある部分は、ワイヤボンディングモニタ装置に入力され、Ａ／Ｄ変換回路によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路により予め設定してある基準値と比較処理され、前記ボンディングの良否を判定することができる。
さらに、前記波形のピーク付近、前記波形のたち下がり付近、規定時間経過後の前記波形部分およびボンディング終了直前の前記波形によりボンディングの良否を判定できる。
さらに、請求項２記載の発明は、ワイヤボンディングの品質の良否の判定は、第１に予め設定してある複数のウインドウの範囲内に前記測定された波形が入ればボンディング良と判定し、第２に各ウインドウ内の前記測定された波形のピーク、平均、最大値および最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、第３に各ウインドウ内の前記測定された波形の差が、規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、前記各判定を総合して判定することを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項２記載の発明により、第１に予め設定してある複数のウインドウの範囲内に前記測定された波形が入ればボンディング良と判定し、第２に各ウインドウ内の前記測定された波形のピーク、平均、最大値および最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、第３に各ウインドウ内の前記測定された波形の差が、規定の範囲内にあればボンディング良と判定し、前記各判定を総合して判定することにより、ボンディング品質との相関を高くすることができる。
【０００５】
さらに、請求項３記載の発明は、前記測定された波形は、前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差を一定にする制御電圧からなり、前記ワイヤボンダは、電圧制御周波数可変発振回路と超音波振動子と位相比較回路とを有し、前記電圧制御周波数可変発振回路は超音波周波数の交流信号を発振し、前記位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）により制御されて発振周波数が変化する回路からなり、前記超音波振動子に流れる電流を表す電圧（Ｖ3）と前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧（Ｖ1）は前記位相比較回路に入力され、該位相比較回路の出力電圧（Ｖ4）が前記制御電圧になることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項３記載の発明により、前記電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と前記振動子電流の位相との差が一定になるので、前記電圧制御周波数可変発振回路から電力を超音波振動子に安定的に伝えやすくなっている。
さらに、請求項４記載の発明は、前記制御電圧（Ｖ4）の波形はボンディング終了時に規定の値（Ｖｐ）になり、前記制御電圧（Ｖ4）の波形が設定時間内に前記規定の値（Ｖｐ）になった場合、前記ワイヤボンダにボンディング終了信号を出すことを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項４記載の発明により、ボンディング時間を短縮し、ボンディングに時間をかけ過ぎることによる不良を防止することができる。
さらに、請求項５記載の発明は、前記測定された波形は、前記ボンディングツール変位の波形からなり、前記ワイヤボンダは、前記電圧制御周波数可変発振回路、増幅回路、トランス、超音波振動子、超音波ホーン、前記ボンディングツール、および可変抵抗（ＶＲ1）を有し、前記増幅回路は前記電圧制御周波数可変発振回路の出力電圧を増幅して前記トランスの１次側に供給し、該トランスは１次側に印加された電圧を変圧して、該変圧された電圧を前記超音波振動子に印加し、前記超音波ホーンは前記超音波振動子で発生する超音波振動を前記超音波ホーンの先端に固定された前記ボンディングツールに伝え、前記可変抵抗（ＶＲ1）の両端電圧は、前記ボンディングツールの変位量に応じた電圧となるように接続されていることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンディングモニタ装置である。
請求項５記載の発明により、前記ボンディングツール変位の波形を比較することにより、半導体チップをマウントするリードフレームにワイヤボンダによりボンディングワイヤをボンディングする場合に、リードフレームの剛性不足によるボンディング箇所のボンディング時の撓みによるボンディング不良を判定できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明を実施するワイヤボンダの概略を示し、図２は本願発明の実施の形態に係わるワイヤボンディングモニタ装置を示している。
【０００７】
図１及び図２において、ワイヤボンダ１の主要部は、周波数可変発振回路２、増幅回路３、トランス４、超音波振動子５、超音波ホーン６、ボンディングツール７、トランス８及び位相比較回路９である。
発振回路２は超音波周波数の交流信号を発振する回路であり、後述する比較回路９の出力電圧Ｖ4により制御されて発振周波数が変化する。増幅回路３は発振回路２の出力電圧を増幅し、トランス４の１次側に供給する。
トランス４は１次側に印加された電圧を変圧して超音波振動子５に印加する。なお、コンデンサＣ1は超音波振動子５の入力インピーダンスの位相を調節するためのものである。
超音波ホーン６は超音波振動子５で発生する超音波振動を超音波ホーン６の先端に固定されたボンディングツール７に伝える。ボンディングツール７はボンディングワイヤ２２を超音波ボンディングによりワークとしての半導体チップ２１の電極パッド（又は図示しないリードフレーム）にボンディングする。
【０００８】
トランス８は超音波振動子５に流れる電流（振動子電流）に比例した電流を抵抗Ｒ1に流すように接続されている。このため、抵抗Ｒ1の両端の電圧Ｖ3を測定することにより、前記振動子電流を算出することができる。
発振回路２の発振電圧Ｖ1及び前記電圧Ｖ3は位相比較回路９に入力される。位相比較回路９の出力電圧Ｖ4は発振回路２の発振周波数を制御する電圧になる。
この場合、前記電圧Ｖ1と前記電圧Ｖ3は所定の位相差になるように発振回路２が動作するので、前記電圧Ｖ1と前記振動子電流の位相差は一定となるため、発振回路２から電力を超音波振動子５に安定的に伝え易くなっている。
可変抵抗ＶＲ1の両端電圧は、ボンディングツール７の変位量（矢印７ａ方向の変位量）に応じた電圧となるように接続されている。
【０００９】
このようにして、▲１▼前記振動子電流、▲２▼振動子電力（前記振動子電流と振動子５に印加される電圧Ｖ2より算出する）▲３▼前記電圧Ｖ2と振動子電流との位相差、▲４▼ボンディングツール変位による電圧（可変抵抗ＶＲ1の両端電圧）、▲５▼前記電圧Ｖ4を測定する。
なお、前記振動子電力をＰとし、前記振動子電流をＩとし、前記位相差をθとすると、
Ｐ＝Ｖ2Ｉｃｏｓθ
となる。
【００１０】
図３は、前記各測定電圧等の波形３０を模式的に示している。図３において、横軸は時間を示し、縦軸は測定電圧を示している。図３中にウインドウＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設定されている。ウインドウＡは波形３０のピーク付近を示し、ウインドウＢは波形３０のたち下がり付近を示し、ウインドウＣは規定時間経過後の波形３０を示し、ウインドウＤはボンディング終了直前の波形３０を示している。
【００１１】
上記各測定波形３０のうち各ウインドウＡ〜Ｄ内の部分は、ボンディング中にワイヤボンディングモニタ装置１０に入力され、Ａ／Ｄ変換回路１１によりリアルタイムにＡ／Ｄ変換され、アルゴリズム判定回路１２により予め設定してある基準値（ワイヤボンディングが正常に行われたことを示す値）と比較処理され、ワイヤボンディングの品質の良否を判定する。また、表示出力回路１４が判定回路１２の判定結果を図示しない表示装置に出力するとともに、ボンディングの良否の記録を残し、後で確認することができる。
この時、ボンディング品質不良と判断された場合には、良否判定信号出力回路１３がワイヤボンダ１にＮＧ信号をフィードバックし、ワイヤボンダ１を停止させる。
【００１２】
上記▲１▼〜▲５▼の５種類の測定結果（測定した電圧等の波形）は、それぞれ１種類単独でボンディングの良否の判定可能であるが、上記５種類の測定結果（測定した電圧等の信号波形）の複数を総合して判定すると判定精度が一層向上する。
【００１３】
測定した信号波形の判定方法は下記の通りである。
ａ）上述のように予め設定してある複数のウインドウＡ〜Ｄの範囲内に測定波形３０が入ればボンディング良と判定する方法である。
ｂ）各ウインドウＡ〜Ｄ内の測定波形３０のピーク、平均、最大値及び最小値が規定の範囲内にあればボンディング良と判定する方法である。
ｃ）各ウインドウＡ〜Ｄ内の測定波形３０の差がある規定の範囲内にあればボンディング良と判定する方法である。
【００１４】
以上、ａ）〜ｃ）を総合して判定すると、ボンディング品質との相関を高くすることができる。
更に、前記５種類の測定波形３０と前記３種類の判定方法の組み合わせでボンディング品質の判定精度を著しく高くすることができる。
【００１５】
図４〜図１１は、前記測定波形３０の実際例を示している。
図４〜図７は、半導体チップ２１の電極パッドにワイヤボンダ１によりボンディングワイヤ２２をボンディングする場合を示している。
図４は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合の振動子電流波形３１と正常な場合の振動子電流波形３１ａ，３１ｂを示している。波形３１ａは平均値プラス３σ（σは標準偏差である。）を示し、波形３１ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３１ａと波形３１ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３１は波形３１ａと波形３１ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１６】
図５は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合の振動子電力波形３２と正常な場合の振動子電力波形３２ａ，３２ｂを示している。波形３２ａは平均値プラス３σを示し、波形３２ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３２ａと波形３２ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３２は波形３２ａと波形３２ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１７】
図６は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合の前記位相差波形３３と正常な場合の前記位相差波形３３ａ，３３ｂを示している。波形３３ａは平均値プラス３σを示し、波形３３ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３３ａ波形と３３ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３３は波形３３ａと波形３３ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１８】
図７は、半導体チップ２２の電極パッドが汚れているためボンディング強度が弱くてボンディング不良となる場合のボンディングツール変位波形３４と正常な場合のボンディングツール変位波形３４ａ，３４ｂを示している。波形３４ａは平均値プラス３σを示し、波形３４ｂは平均値マイナス３σを示している。このため、波形３４ａと波形３４ｂの間がボンディング良となる範囲である。
波形３４は波形３４ａと波形３４ｂとの間にないので、ボンディング不良であることを示している。
【００１９】
図８〜図１１は、半導体チップ２１をマウントするリードフレームにワイヤボンダ１によりボンディングワイヤ２２をボンディングする場合を示している。なお、図８〜図１１において、横軸は時間を示し、左側縦軸は前記電圧Ｖ3及び電圧Ｖ4の測定値を示し、右側縦軸はボンディングツール７の変位量を示す電圧（ＶＲ1の両端の電圧）を示している。
図８は、正常な場合のボンディングツール変位波形４１ａ，振動子電流波形４２ａ及び前記電圧Ｖ4波形４３ａを示している。
【００２０】
図９は、リードフレームの固定不良、即ち片持ち梁状に固定されたリードフレームの剛性不足によるボンディング個所のボンディング時の撓みが発生した場合のボンディングツール変位波形４１ｂ，振動子電流波形４２ｂ及び前記電圧Ｖ4波形４３ｂを示している。波形４２ｂ及び波形４３ｂは図８の波形４２ａ及び波形４３ａとそれぞれ明白に異なるので、ボンディング不良と判定される。
【００２１】
図１０は、図９と同様の場合でリードフレームのボンディング個所の撓みが図９の場合よりも著しいときにおけるボンディングツール変位波形４１ｃ，振動電流波形４２ｃ及び前記電圧Ｖ4波形４３ｃを示している。波形４１ｃ，波形４２ｃ及び波形４３ｃは図８の波形４１ａ，波形４２ａ及び波形４３ａとそれぞれ明白に異なるので、ボンディング不良と判定される。
【００２２】
図１１は、汚れとしての油がリードフレームのボンディング個所に付着した場合におけるボンディングツール変位波形４１ｄ，振動子電流波形４２ｄ及び前記電圧Ｖ4波形４３ｄを示している。波形４２ｄ及び波形４３ｄは図８の波形４２ａ及び波形４３ａとそれぞれ明白に異なるので、ボンディング不良と判定される。
【００２３】
更に、上記波形の特徴とボンディング不良の原因（ワークの汚れ、ワークの固定不良、ワークの剛性不足、ボンディング設備調整不良）には、明確な相関があり、モニタ装置１０にて不良と判断された時には、前記測定波形内容からボンディング不良の原因が導かれるため、判定回路１２のロジックの構成によりボンディング不良の解析装置として応用できる。
【００２４】
更に、ボンディングモニタ装置１０は下記事項が可能となる。
図１２に示すように、周波数制御電圧Ｖ4の波形５１はボンディング終了時規定の値Ｖpになる。しかし、周波数制御電圧Ｖ4の波形５２のように設定時間内にその値ＶPになった場合、モニタ装置１０からワイヤボンダ１にボンディング終了信号を出すことによりボンディング時間を短縮し、ボンディングに時間をかけ過ぎることによる不良を防止することができる。
また、モニタされる測定波形によりボンディング不良と判定された時、その波形がＯＫ範囲（ボンディング良の範囲）になるよう振動子５の超音波出力、発振回路２の発振時間、ボンディングツール７のボンディングワイヤ２２に対する荷重を変化させるようワイヤボンダ１へ信号を出しボンディングを正常化させボンディング不良をなくすことができる。
【００２５】
【発明の効果】
本願発明に係わるワイヤボンディングモニタ装置によれば、ボンディングワイヤをボンディングツールの超音波振動によりワークにボンディングするワイヤボンダの動作の良否をリアルタイムで精度良く判定することができる。
このため、ワイヤボンダによるワイヤボンディング作業の能率を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施に使用するワイヤボンダの概略図である。
【図２】本願発明の実施の形態の概略を示す図である。
【図３】該実施の形態に係わるモニタ画面の模式的な例を示す図である。
【図４】該実施の形態に係わるモニタ画面の第１実際例を示す図である。
【図５】該実施の形態に係わるモニタ画面の第２実際例を示す図である。
【図６】該実施の形態に係わるモニタ画面の第３実際例を示す図である。
【図７】該実施の形態に係わるモニタ画面の第４実際例を示す図である。
【図８】該実施の形態に係わるモニタ画面の第５実際例を示す図である。
【図９】該実施の形態に係わるモニタ画面の第６実際例を示す図である。
【図１０】該実施の形態に係わるモニタ画面の第７実際例を示す図である。
【図１１】該実施の形態に係わるモニタ画面の第８実際例を示す図である。
【図１２】該実施の形態の他の測定波形を示す図である。
【符号の説明】
１  ワイヤボンダ
２  発振回路
５  振動子
７  ボンディングツール
１０  ワイヤボンディングモニタ装置
２１  半導体チップ
２２  ボンディングワイヤ
【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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【図１２】
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