(57)【要約】  本願は、部品配列（２）におけるボンディング接続（１）を判定する方法であって、  ボンディングワイヤ（４）のボンディング部（３）と金属接触点（５）とのあいだにボンディング接続（１）を形成する工程と、上記ボンディング部（３）の領域における上記ボンディングワイヤ（４）の上部側表面を構造化する工程と、上記ボンディング接続（１）を判定する工程と、を含み、この場合、検査電圧を上記ボンディングワイヤ（４）と上記ボンディング接続（１）とに印加することで、上記ボンディング接続（１）を電流によって加熱し、上記加熱したボンディング接続（１）の熱画像を生成し、当該熱画像を評価することにより、上記ボンディング接続（１）が正確に形成されたかどうかを判定する方法に関する。また、本願は、部品配列（２）におけるボンディング接続（１）を判定する検査機器に関する。
2017511000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品配列（２）におけるボンディング接続（１）を判定する方法であって、
ボンディングワイヤ（４）のボンディング部（３）と金属接触点（５）とのあいだにボンディング接続（１）を形成する工程と、
上記ボンディング部（３）の領域における上記ボンディングワイヤ（４）の上部側表面を構造化する工程と、
上記ボンディング接続（１）を判定する工程と、を含み、
上記ボンディング接続を判定する上記工程では、
検査電圧を上記ボンディングワイヤ（４）と上記ボンディング接続（１）とに印加することで、上記ボンディング接続（１）を電流によって加熱し、
上記加熱したボンディング接続（１）の熱画像を生成し、
当該熱画像を評価することにより、上記ボンディング接続（１）が正確に形成されたかどうかを判定する、方法。
【請求項２】
上記検査電圧を印加する際には、上記ボンディング接続（１）に対して、上記部品配列の使用時の少なくとも一つの平均的な動作電圧にまで上記検査電圧を到達させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記判定の際、上記熱画像が一または複数の参照用熱画像と比較される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記判定の際、上記熱画像がデジタル画像評価によって評価される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記熱画像は上記ボンディング接続が加熱される際の時間応答を捉え、当該応答が上記判定で評価される、請求項１ないし４の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項６】
上記判定の際、上記ボンディング接続（１）の加熱には最終温度が定められている、請求項１ないし５の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項７】
上記検査電圧の印加および上記熱画像の生成を繰り返し行う、請求項１ないし６の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項８】
上記ボンディング接続（１）が上記検査電圧の印加により加熱される際、温度が約室温から少なくとも約１００℃へ上昇する、請求項１ないし７の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項９】
上記ボンディング部（３）の領域における上記ボンディングワイヤ（４）の上記上部側表面の上記構造化はレーザ処理により行われる、請求項１ないし８の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項１０】
上記ボンディング接続（１）のさらに一つのボンディング接続が同様に判定される、請求項１ないし９の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項１１】
上記ボンディング接続（１）が正確に形成されたかどうかについての上記判定は、オンライン診断として行われる、請求項１ないし１０の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項１２】
上記判定の前に、上記ボンディング接続（１）の少なくとも一部を黒塗りする、請求項１ないし１１の少なくとも一項に記載の方法。
【請求項１３】
部品配列（２）におけるボンディング接続（１）を、とりわけ、請求項１ないし１２の少なくとも一項に記載の方法によって検査する検査機器であって、
当該検査機器は、
ボンディング部（３）の領域におけるボンディングワイヤ（４）の上部側表面を構造化する構造化装置（８）であって、当該ボンディング部（３）と金属接触点（５）とのボンディング接続（１）が、上記構造化の前またはあとに形成されている、構造化装置（８）と、
上記ボンディング接続（１）を判定する検査装置と、を備え、
当該検査装置は、
検査電圧を上記ボンディングワイヤ（４）と上記ボンディング接続（１）とに印加して上記ボンディング接続（１）が電流によって加熱されるようにする電圧源（１０）と、
上記加熱されたボンディング接続（１）の熱画像を生成する熱画像記録装置（１１）と、
上記熱画像を分析することで、上記ボンディング接続（１）が正確に形成されたかどうかを判定する評価装置（１２）と、を備えている、検査機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、部品配列におけるボンディング接続の判定方法および検査機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンディングは、電子回路における外側から見える端末――ピンとも称される――を、ボンディングワイヤを介してチップコネクタに接続し、接触点を作るのに特に用いられる。この場合、ボンディングワイヤは集積回路と基板間を電気的に接続する機能を特に果たす。
【０００３】
そのような種類の部品配列を製造する際に特に重要なのは、ボンディング接続を正確に形成するよう注意し、動作中に必要な電流が流れるようにすることである。この場合、一方では、特性が改善されたボンディング接続の形成が試みられている。厚みのあるワイヤボンディング配列に関して、ドイツ特許出願公開公報DE 10 2010 038 130 A1に、ボンディング接続が予定されたボンディング部の領域におけるボンディングワイヤの末端にテーパ部を設けることが示唆されている。
【０００４】
ボンディング接続において電気接触を適切なものにするために、部品配列がなされたあと、形成中のボンディング接続の一つ以上について、無作為抽出検査を行い、ボンディング接続が正確に形成されたことを検査する。このために「せん断検査」が用いられている。これは、検査サンプル上のボンディング接続にせん断力を加えてその機械的安定度を確認するものである。
【０００５】
中国特許出願公開公報CN 103 579 032 Aに、アルミニウムボンディング接続が形成されたあと、当該接続を感熱センサシステムを用いて熱的に検査することが示唆されている。温度分布を測定するために赤外線画像が用いられている。
【０００６】
国際公開公報WO 2011/156527 A1に、電子部品の非破壊的な検査方法が開示されている。その目的は、ロックインサーモグラフィ(LIT)を用いて三次元の「高温部分」を特定することである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、部品配列におけるボンディング接続、とりわけ太いワイヤによるボンディング接続の判定方法、および、部品配列を大量生産する際にも正確なボンディング接続が簡単に形成でき、信頼性のある検査が可能な、検査機器を提供することである。
【０００８】
独立請求項１に係る、部品配列におけるボンディング接続を判定する方法が提供される。独立請求項１３に係る、部品配列におけるボンディング接続を判定する検査機器も提供される。選択的な実施形態が、従属請求項の対象である。
【０００９】
一態様によれば、部品配列におけるボンディング接続を判定または検査する方法が与えられる。当該方法において、ボンディング接続がボンディングワイヤのボンディング部と金属製接触点とのあいだに形成される。ボンディング部の領域におけるボンディングワイヤの上部側表面を構造化する。これは、ワイヤがボンディングされる前およびボンディング接続が形成されたあとの両方で行ってもよいし、ワイヤがボンディングされる前およびボンディング接続が形成されたあとのどちらか一方で行ってもよい。ボンディング部の領域におけるボンディングワイヤに印を付けてもよい。この印は、ボンディングの前および／またはあとに行う表面構造化の場所を示す。構造化の際、ボンディングワイヤの上部側表面に、例えば複数の凹みを設けてもよい。ボンディングワイヤの上部側表面の構造化は、動作電流の導電性を維持するように行う。これは、構造化のあとも、ボンディングワイヤは依然として、部品配列の動作を目的とするボンディング接続の電気的または電子的機能を果たすことができることを意味する。ボンディング接続はそれから、非破壊的な検査方法で検査されてもよい。
【００１０】
ボンディング接続を判定するか検査する際には、ボンディングワイヤとボンディング接続に検査電圧を印加し、それによって生じる電流でボンディング接続が加熱されるようにする。この結果、熱放射が生じる。加熱されたボンディング接続は、熱画像として捉えられる。その熱画像を評価して、ボンディング接続が正確に形成されたかどうかを判定する、すなわち、とりわけ、そのボンディング接続が、その機能に求められる動作に必要な電流を流せるかどうかを判定する。
【００１１】
ボンディング部の領域におけるボンディングワイヤの上部側表面の領域に選択的になされた構造化は、表面偏差（輪郭削り）とは異なるものであり、表面偏差に加えられるものである。表面偏差は、不規則に生じるか、あるいは製造工程の結果生じるものであり、実際のボンディング作業において、例えばソノトロード（sonotrode）のようなボンディングツールで作られる。
【００１２】
ボンディング部の領域で上部側表面の構造化をすると、熱画像でボンディング接続を見た時に当該領域がよく見える。それにより、そのあと、必要な評価を行うことができる。熱像法（thermography）とは、検査中の対象の表面温度を表示する画像化工程である。不規則に生じるいかなる表面変化（とりわけ、ボンディングツールを使用した結果かもしれない表面変化）とも対照的に、意図的に作られた、この点で人工的になされた表面構造化は、それぞれの構造化の赤外線の放射特徴と結び付いている。このことは熱画像からわかる。記録するために、例えば複数台の熱画像カメラが用いられる。
【００１３】
熱画像は一または複数の熱画像図を含んでもよい。それに代えてあるいはそれに加えて、ビデオフィルム録画をしてもよい。
【００１４】
ボンディング接続を判定する検査方法が部品配列を製造する製造プロセスと一体化された場合、当該方法を、製造プロセスと同時に、無作為抽出で行ってもよい。それにより、検査中の部品配列のすべてのボンディング接続を検査することができる。検査中のボンディング接続が正確に形成されたと判明した場合、検査中の部品配列は製造プロセスに戻すか、あるいは検査中の部品配列のプロセスがすでに終了している場合は、今後使うための部品配列として戻してもよい。
【００１５】
さらなる一態様によれば、部品配列におけるボンディング接続を判定または検査する検査機器が与えられる。当該機器はとりわけ、上記した方法を実行することができる。上記検査機器は構造化装置を備え、当該構造化装置はボンディング部の領域におけるボンディングワイヤの上部側表面を構造化するようになっている。構造化の前またはあとに、ボンディング部と金属接触点とのボンディング接続が形成される。ボンディング接続は検査装置によって判定される。検査装置は、電圧源から検査電圧をボンディングワイヤとボンディング接続に印加し、それによってボンディング接続が電流によって加熱される。検査装置はさらに、熱画像記録装置、例えば赤外線画像カメラを備えており、それを用いて、加熱されたボンディング接続の熱画像を捉えることができる。熱画像を評価するために、評価装置を備え、それを用いて、熱画像を分析してボンディング接続が正確に形成されたかどうかを判定する。当該評価装置の一部は、とりわけ、データ処理装置、例えばコンピュータであり、それを用いて熱画像をデジタル形式で処理して、熱画像で示されるボンディング接続が正確に形成されたかどうか、適切に機能できるかどうかを判定する。評価装置は、熱画像を表示するディスプレイ構成を有してもよい。
【００１６】
検査電圧を印加すると、高温部分はボンディング接続内あるいはボンディング接続上にのみ生じるので、熱画像はより高い局所分解能を有し、温度判定の目的上、より正確である。
【００１７】
検査電圧を印加する際には、ボンディング接続に対して、部品配列の使用時の少なくとも平均的な動作電圧にまで上記検査電圧を到達させてもよい。印加された動作電圧は、部品配列にとって許容しうる最大の動作電圧値に達してもよく、さらに、状況に応じて、信頼できる（非破壊的な）許容範囲内で、最大の動作電圧値を超えてもよい。本実施形態、あるいは他の実施形態において、検査電圧のパルスを検査反復周波数（test repeating frequency）で印加し、ボンディング接続が何回も加熱されるようにしてもよい。検査パルスが印加される周波数がトリガとなって、複数の熱画像が作られ、ボンディング接続が正確に形成されたかどうかが判定される。
【００１８】
この判定の際、熱画像を一または複数の参照用熱画像と比較してもよい。参照用熱画像または参照用記録は、比較のため、正確に形成されたボンディング接続および／または不正確に形成されたボンディング接続を示して、その比較に基づいて、検査されたボンディング接続の性質について結論を出すことができる。この比較は、デジタル画像処理によって行ってもよい。この場合、画像分析のために、まず一または複数のボンディング接続を表面構造化に基づいて選択し、次いで温度情報に基づいて、これらの画像領域だけをさらに画像分析してもよい。デジタル画像分析を用いる利点は、そうすれば、画像データをデータベースに格納し、検査を周期的に行って、劣化が生じていないか判定できることである。部品配列毎に複数のボンディング接続を検査し、少なくとも一つのボンディング接続が正確に形成されていないと判定されたら、その部品配列を廃棄してもよい。
【００１９】
この判定の際、上記少なくとも一つの熱画像を、デジタル画像分析で評価してもよい。デジタル画像分析の場合、これを、ボンディングワイヤの上部側表面の構造化に合う特徴的な画像パターンを熱画像の中から探すのに用い、それによって、特徴的な画像パターンを評価してボンディングワイヤの正確さを判定してもよい。この点において、とりわけ、特徴的な画像パターンの領域および／あるいはその隣接領域の時間分解加熱挙動（time resolved heating behavior）および／または加熱端温度（heating end temperature）を判定してもよい。画像分析から決定できるこれらおよび他のパラメータを、正確に形成されたボンディング接続および／または不正確に形成されたボンディング接続を特徴づける保存された参照用パラメータと比較し、点検中のボンディング接続の検査結果を最終的に判定してもよい。
【００２０】
熱画像を、ボンディング接続が加熱された際の時間応答を捉え、判定における評価を行うのに用いてもよい。同時に、検査電圧の印加により、ボンディング接続の加熱が時間とともに進行するさまを調べることもできる。この目的のため、例えば検査電圧パルスの反復周波数をトリガとし、規則的な時間間隔で複数の熱画像を捉えてもよい。それに代えてあるいはそれに加えて、熱画像化の一部として、ビデオフィルムを記録してもよい。加熱に対する時間応答は、正確に形成されたボンディング接続と不正確に形成されたボンディング接続とで異なり、そのため、時間応答を評価することで、ボンディング接続の品質について結論を出すことができる。
【００２１】
ボンディング接続の判定を行ったら、最終的な加熱温度を設定してもよい。熱画像についてすでに知られているように、検査中の表面に設定する最終温度は、画像分析によって決めてもよい。この場合でも、正確に形成されたボンディング接続と、要件を満たさないボンディング接続とは、最終温度の点で恒常的に違いを示す。
【００２２】
検査電圧の印加と熱画像の生成は繰り返し行ってもよい。検査電圧は、ボンディング部位の正確さが画像分析によって最終的に認められるまで何度も印加してもよい。複数の熱画像が作られる場合、その前に平均化プロセスを行って、例えば信号対雑音比を改善してもよい。例えば周波数が１Ｈｚから１０Ｈｚのあいだ、検査電圧を反復して印加してもよい。
【００２３】
ボンディング接続が加熱されると、検査電圧の印加により、約室温から少なくとも約１００℃へと温度が上昇する。一つの変形例では、温度を少なくとも約１５０℃まで上げてもよい。
【００２４】
表面の構造化はどのようにしてもよい。例えば、ボンディングワイヤの長手方向に対して一定角度をもって並んでいる、あるいは垂直に並んでいる、凹みのような複数の平行な構造で構造化してもよい。機械的作業のために、スタンプを用いて、ボンディング部で上部側表面の構造化を行ってもよい。
【００２５】
ボンディング接続が正確に形成されたかどうかの判定または検査は、オンライン診断手順として行ってもよい。オンライン診断では、参照用熱画像が評価装置に送られ、そこで熱画像がオンライン接続を介して遠隔のサーバ機器に評価される。それに代えてまたはそれに加えて、熱画像は画像が作られた場所から、オンラインを介してその場所と接続されている評価装置に送られてもよい。これにより、画像が捉えられた場所以外の場所で画像分析を行うことが可能になる。
【００２６】
判定の前に、ボンディング接続の少なくとも一部を黒塗りしてもよい。黒塗りすることで、ボンディング接続の領域およびボンディングワイヤを捉えることができる。部分的に黒塗りすることで、部品配列における、複数のまたはすべてのボンディング接続およびその隣接域の領域を捉えることができる。表面構造化を行う前に黒塗りを行う場合、構造化が行われたならば、レーザ処理によってふたたび一部領域の、なかんずく構造化された領域の、黒塗りを取り除いてもよい。
【００２７】
ボンディング接続のためだけでなくボンディングチップのためにも熱画像から温度情報を引き出してよい。つまり、このようにすることで、チップの温度を、検査中の部品配列の全表面を黒塗りすることなしに、判定することができる。
【００２８】
部品配列におけるボンディング接続を判定する検査機器に合わせて、上記記載のボンディング接続判定方法を変形してもよい。
【００２９】
以下に、実施の形態について図面を参照しながらより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】部品配列におけるボンディング接続を判定する検査機器の概略図である。
【図２】上部側表面の構造化を行ったボンディング部の概略図である。
【図３】部品配列におけるボンディング接続を判定する方法シーケンスの概略図である。
【図４】ボンディングワイヤのボンディング部が、ボンディングワイヤの長手軸に沿って横に延びる凹部を備えている、ボンディング接続の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、部品配列２におけるボンディング接続１を視覚的に判定する検査機器の概略図である。ボンディング接続１の領域において、ボンディングワイヤ４のボンディング部３が金属接触点５に結合している。金属接触点５は、ワイヤリング構造を持つ部品キャリア６の上に形成されている。これにより、チップ７と部品キャリア６とが接触する。
【００３２】
検査機器は構造化装置８を備えている。構造化装置８は、ボンディング部３の領域におけるボンディングワイヤ４の上部側表面を構造化するよう設計されている。このために、構造化装置８は例えばレーザを備えており、これによってボンディング部３の表面を処理してその上に構造化を行う。その一例を図２に示す。
【００３３】
検査機器はまた、検査装置９を備えている。この検査装置９を用いて、ボンディング接続１を検査し、正確に形成されたかどうかを検証する。検査装置９は電圧源１０を備えている。電圧源１０は検査目的でボンディングワイヤ４とボンディング接続１に検査電圧を印加するために検査電圧を送り、ボンディング接続１がそこで発生した電流によって加熱されるようにする。加熱によって生じた赤外線放射は、熱画像記録装置（thermographic recording device）１１を用いて捉えてもよい。このように捉えた熱画像を、次に、検査装置９の評価装置１２を用いて分析し、ボンディング接続１が正確に形成されたかどうかを検査する。
【００３４】
図２に例示目的で示したボンディング部３の領域におけるボンディングワイヤ４の表面構造化２０および２１により、検査中のボンディング接続を、熱画像の中で、検査目的で確実に特定することができる。図４に熱画像の一例を示す。図４において、検査中のボンディング接続のボンディング部３は表面構造化２０を与えられる。
【００３５】
図３は、部品配列においてボンディング接続１を判定する方法の一実施形態の方法シーケンスを示す概略図である。ステップ３０において、ボンディングワイヤ４のボンディング部３と金属接触点５とのあいだにボンディング接続１が形成される。示された実施形態では、ステップ３１において、ボンディング部３の領域におけるボンディングワイヤ４の上部側表面の構造化が、例えばレーザ処理によって行われる。それに代わる実施形態では、表面構造化を行ってからボンディング接続１を形成してもよい。それから、ボンディング接続１を判定する。この場合、ステップ３２において検査電圧をボンディングワイヤ４とボンディング接続１とに印加し、ボンディング接続１を加熱する。ステップ３３では、加熱されたボンディング接続の熱画像が、例えば赤外線画像カメラによって生成される。熱画像は、一または複数の熱画像図および／または熱画像ビデオフィルム録画を含んでいてもよい。最後に、ステップ３４において、熱画像が評価され、評価装置１２によって、ボンディング接続１が正確に形成されたかどうかが判定される。この評価は、一または複数のボンディング接続について行ってもよい。最後に、部品配列が正確に製造されたかどうかが、そのボンディング接続から判定される。
【００３６】
上記の記載、請求項、および図面で開示された諸特徴は、単体でも組み合わせても、本発明のさまざまな変形例を実現するのに有効である。
【図１】
2017511000.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017511000.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2017511000.tif 000007
2017511000.tif 000008
2017511000.tif 000009
2017511000.tif 000010
2017511000.tif 000011
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