(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤボンド接合部の接合状態をシェアテスタで検査するようになっているワイヤボンド検査装置において、
前記シェアテスタが、ワイヤボンド接合部をせん断しつつ、経時的に複数のシェア強度を検出するようになっていて、
前記シェアテスタによって検出されるシェア強度の時間に対する積分値を算出し、該積分値に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握するデータ処理用コンピュータが設けられていることを特徴とするワイヤボンド検査装置。
【請求項２】
前記シェアテスタによってワイヤボンド接合部がせん断された後、せん断面の接合痕を撮影するカメラと、
前記カメラから出力される接合痕の画像データを取り込み、該画像データに二値化処理を施して、接合痕の面積と接合痕中のワイヤ残存部の面積とを算出し、接合痕の面積とワイヤ残存部の面積とに基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握する画像処理用コンピュータとが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンド検査装置。
【請求項３】
前記画像処理用コンピュータが、ワイヤ残存部の面積と接合痕の面積との比に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤボンド検査装置。
【請求項４】
シェアテスタを用いてワイヤボンド接合部の接合状態を検査するようにしたワイヤボンド検査方法において、
前記シェアテスタでワイヤボンド接合部をせん断しつつ、経時的に複数のシェア強度を検出するステップと、
前記シェアテスタによって検出されるシェア強度の時間に対する積分値を算出するステップと、
前記積分値に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握するステップとを含んでいることを特徴とするワイヤボンド検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンド検査装置及びワイヤボンド検査方法に関するものであって、とくにエネルギ効率に優れた長寿命な電力用半導体の製造に資するためのワイヤボンド検査装置及びワイヤボンド検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力用半導体装置においては、パワーチップと、アルミニウムや金などからなるボンディングワイヤとが接合（ワイヤボンド接合）されている。かかるワイヤボンド接合は、例えば、ボンディングワイヤがアルミワイヤである場合は、パワーチップ上にアルミワイヤを配置した上で、このアルミワイヤに荷重と超音波エネルギとを印加してパワーチップとアルミワイヤとを接合するなどといった手法で行われる。
【０００３】
そして、かかるワイヤボンド接合が施された電力用半導体装置は、その品質ないしは信頼性を確保するために、適宜、その接合状態を検査しあるいは接合強度を測定することが必要である。そして、電力用半導体装置におけるパワーチップとボンディングワイヤとの接合状態の検査ないしは接合強度の測定、すなわちワイヤボンド検査は、従来、主としてプル強度テストないしはピールテストにより実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、パワーチップの長寿命化を図るためにパワーチップとボンディングワイヤとの接合幅（ワイヤつぶれ幅）が増加させられた結果、パワーチップとボンディングワイヤとの接合強度がかなり高くなっている。このため、プル強度テストないしはピールテストといった従来のワイヤボンド検査手法（接合状態確認手法）では、パワーチップとボンディングワイヤとの接合状態を定量的に把握することが困難であるといった問題がある。
【０００５】
また、ボンディングワイヤのパワーチップとの接合部（以下、「ワイヤ接合部」という。）をカッター等でせん断し、せん断時にカッター等に加えられた荷重、例えば最大荷重でもって接合状態を検査し、あるいは接合強度を測定するといったシェアテストも、上記ワイヤボンド検査として用いられている（例えば、特開平２−３０７０３９号公報参照）。なお、特開平６−２５２２２０号公報には、パッドとはんだとのはんだ接続面の接合状態を検査するシェアテスタが開示されている。しかしながら、最大荷重でもって接合状態を検査した場合、ワイヤ接合部の中央部が充分に接合されていない状態と、該中央部が充分に接合されている状態とが、同一レベルの強度として測定されるので、これらの差異を検出することができないといった問題がある。
【０００６】
なお、図５（ａ）に示すように、ワイヤ接合面１０（ワイヤ接合痕）の接合領域１０ａ内に比較的大きい未接合領域１０ｂが存在する状態が、ワイヤ接合部の中央部が充分に接合されていない状態である。このような接合状態では、パワーサイクル寿命が比較的短くなる。
また、図５（ｂ）に示すように、ワイヤ接合面１０の接合領域１０ａ内に存在する未接合領域１０ｂが比較的小さい状態が、ワイヤ接合部の中央部が充分に接合されている状態である。このような接合状態では、パワーサイクル寿命が比較的長くなる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、パワーチップとボンディングワイヤとの接合幅が長く、これらの接合強度が高い場合でも、ワイヤ接合部の接合状態（ワイヤ接合部の中央部の接合状態を含む）ないしは接合強度を正確に把握することができるワイヤボンド検査装置ないしはワイヤボンド検査方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様にかかるワイヤボンド検査装置は、（ｉ）ワイヤボンド接合部の接合状態をシェアテスタで検査する（すなわち、シェアテストを行う）ようになっているワイヤボンド検査装置において、（ｉｉ）シェアテスタが、ワイヤボンド接合部をせん断しつつ、経時的に複数のシェア強度を検出するようになっていて、（ｉｉｉ）シェアテスタによって検出されるシェア強度の時間に対する積分値を算出し、該積分値に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握するデータ処理用コンピュータが設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第２の態様にかかるワイヤボンド検査装置は、本発明の第１の態様にかかるワイヤボンド検査装置において、（ｉｖ）シェアテスタによってワイヤボンド接合部がせん断された後（すなわち、シェアテスト後）、せん断面の接合痕を撮影するカメラと、（ｖ）カメラから出力される接合痕の画像データを取り込み、該画像データに二値化処理を施して、接合痕の面積と接合痕中のワイヤ残存部の面積とを算出し、接合痕の面積とワイヤ残存部の面積とに基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握する画像処理用コンピュータとが設けられていることを特徴とするものである。なお、データ処理用コンピュータが画像処理用コンピュータを兼ねていてもよい。
【００１０】
本発明の第３の態様にかかるワイヤボンド検査装置は、本発明の第２の態様にかかるワイヤボンド検査装置において、画像処理用コンピュータが、ワイヤ残存部の面積と接合痕の面積との比に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握するようになっていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第４の態様にかかるワイヤボンド検査方法は、（ｉ）シェアテスタを用いてワイヤボンド接合部の接合状態を検査するようにしたワイヤボンド検査方法において、（ii）シェアテスタでワイヤボンド接合部をせん断しつつ、経時的に複数のシェア強度を検出するステップと、（iii）シェアテスタによって検出されるシェア強度の時間に対する積分値を算出するステップと、（iv）前記積分値に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握するステップとを含んでいることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
なお、この実施の形態における電力用半導体装置は、詳しくは図示していないが、放熱を目的として配置された金属ベース板の表裏に、導電性のパターンが配置された絶縁基板等がハンダ付け等により搭載され、さらに絶縁基板のパターン上にパワーチップがハンダ付け等により搭載された積層構造のものである。
【００１３】
図１に示すように、ワイヤボンドテスタＴ（ワイヤボンド検査装置）にはシェアテスタ１が設けられ、このシェアテスタ１は、電力用半導体装置（図示せず）のワイヤ２（アルミワイヤ）とチップ３（パワーチップ）とに対してシェアテストを施すようになっている。すなわち、シェアテスタ１は、その基台１ｂの上にチップ３を固定した上で、シェアテスタ先端部１ａ（カッター）で、ワイヤ２とチップ３との接合部２ａ（以下、「ワイヤ接合部２ａ」という。）をせん断し、せん断時における時々刻々のシェア強度、すなわちシェアテスタ先端部１ａに加えられる荷重を測定することができるようになっている。
【００１４】
また、このワイヤボンドテスタＴにはデータ処理用コンピュータ４が設けられ、このデータ処理用コンピュータ４は、シェアテスタ１で測定されたシェア強度データ５に対して自動的に所定のデータ処理を施すようになっている。具体的には、シェアテスタ１から送られてくる時々刻々のシェア強度データ５（測定中のシェア強度推移データ）を積分処理し、シェア強度の時間についての積分値（以下、「シェア強度積分値」という。）を算出し、このシェア強度積分値に基づいてワイヤ２とチップ３との接合状態を検査し、あるいは接合強度を測定するようになっている。
【００１５】
図２に示すように、ワイヤボンドテスタＴには、さらにカメラ６(例えば、ＣＣＤカメラ、ビデオカメラ等）が設けられ、このカメラ６は、シェアテスタ１によってワイヤ接合部２ａがせん断された後（すなわち、シェアテスト後）のチップ３上の接合痕７を撮影する。なお、接合痕７は、ワイヤ２の痕跡が残存しているワイヤ残存部７ａと、ワイヤ２の痕跡が残存していないワイヤ非残存部７ｂとからなる。そして、カメラ６によって撮影された接合痕７の画像（画像データ）は、画像処理用コンピュータ８に送られる。画像処理用コンピュータ８は、カメラ６から送られてきた画像データに対して、自動的に二値化処理を施して接合痕７の面積とワイヤ残存部７ａの面積とを算出することができるようになっている。なお、ワイヤ非残存部７ｂの面積は、接合痕７の面積からワイヤ残存部７ａの面積を減算することにより求めることができる。
【００１６】
以下、このワイヤボンドテスタＴを用いたワイヤボンド検査方法を、具体的に説明する。
図３に示すように、アルミニウムからなるワイヤ２は、超音波ワイヤボンディングによりチップ３に接合されているが、該チップ３（パワーチップ）の長寿命化を図るために、チップ３とワイヤ２との接合幅（ワイヤつぶれ幅）、すなわち図３中における位置関係においてワイヤ接合部２ａの左右の長さが比較的長くなっている。このため、ワイヤ２とチップ３との接合強度が高くなっている。したがって、従来のプル強度テストあるいはピールテストでは、接合状態ないしは接合強度を定量的に把握することは困難である。
【００１７】
そして、ワイヤボンド検査（ワイヤボンド接合状態検査）を行う際には、まず、テストワイヤ２がボンディング（接合）されたチップ３（被接合部）を、シェアテスタ１の基台１ｂ上の所定位置に固定して配置する。次に、シェアテスタ先端部１ａを、ワイヤ２とチップ３との接合面に近接した位置においてワイヤ接合部２ａに対して矢印Ｘで示す方向、すなわちせん断方向に一定速度で移動させ、ワイヤ接合部２ａをせん断する。そして、せん断時における時々刻々のシェア強度、すなわちシェアテスタ先端部１ａに加えられる荷重が検出（測定）される。このようにしてシェアテスタ１によって検出されたシェア強度データは、データ処理用コンピュータ４に送られる。
【００１８】
データ処理用コンピュータ４では、シェアテスタ１から送られてくる時々刻々のシェア強度データ５を、自動的に、所定のソフトウエアを用いて積分処理し、シェア強度の時間についての積分値（以下、「シェア強度積分値」という。）を算出する。さらに、データ処理用コンピュータ４は、このシェア強度積分値に基づいて、自動的にワイヤ２とチップ３との接合状態を検査し、あるいは接合強度を測定する。
なお、シェアテスタ先端部１ａは一定速度で移動するので、せん断長は時間に比例する。したがって、時間に代えてせん断長を用いてもよい。
【００１９】
他方、シェアテスタ１によってワイヤ接合部２ａがせん断されたチップ３上の接合痕７が、カメラ６によって撮影される。そして、カメラ６から出力される接合痕７の画像データは、画像処理用コンピュータ８に送られる。画像処理用コンピュータ８は、カメラ６から送られてきた画像データに対して、自動的に二値化処理を施して、接合痕７の面積とワイヤ残存部７ａの面積とを算出する。そして、自動的にワイヤ残存部７ａの面積と接合痕７の面積との比に基づいてワイヤ２とチップ３との接合状態ないしは接合強度を把握する。
なお、データ処理用コンピュータ４が画像処理用コンピュータ８を兼ねるようにしてもよい。
【００２０】
図４（ａ）に、ワイヤ接合部２ａの中央部の接合状態が悪いチップ３に対して前記のワイヤボンド検査が行われた場合における、接合痕７の状態と、シェア強度データ５、すなわちシェア強度の時間に対する変化特性とを示す。
また、図４（ｂ）に、ワイヤ接合部２ａの中央部の接合状態が良好なチップ３に対して前記のワイヤボンド検査が行われた場合における、接合痕７の状態と、シェア強度データ５とを示す。
【００２１】
図４（ａ）から明らかなとおり、ワイヤ接合部２ａの中央部の接合状態が悪い場合、すなわち接合面１０の接合領域１０ａ内に存在する未接合領域１０ｂが比較的大きい場合は、ワイヤ残存部７ａの面積と接合痕７の面積との比、すなわち、ワイヤ残存部７ａの面積を接合痕７の面積で除算した値（以下、「残存面積比」という。）が比較的小さくなる。かつ、シェア強度積分値Ｓ１が比較的小さくなる。なお、接合領域１０ａと未接合領域１０ｂとを含む接合面１０は、ピンセット等を用いてワイヤ接合部２ａをチップ３から引き剥がしたときにあらわれる接合痕である。
【００２２】
他方、図４（ｂ）から明らかなとおり、ワイヤ接合部２ａの中央部の接合状態が良好な場合、すなわち接合面１０の接合領域１０ａ内に存在する未接合領域１０ｂが比較的小さい場合（すなわち、ほぼ全面接合している場合）は、残存面積比が比較的大きくなる。かつ、シェア強度積分値Ｓ２が比較的大きくなる。
【００２３】
つまり、このワイヤボンドテスタＴないしはワイヤボンド検査方法によれば、ワイヤ接合部２ａの中央部の接合状態が良好なときほど、残存面積比が大きくなり、かつシェア強度積分値が大きくなる。したがって、残存面積比及びシェア強度積分値の両方、あるいはそのいずれか一方に基づいて、自動的にワイヤ接合部２ａの中央部の接合状態を定量的に把握することができる。なお、残存面積比及びシェア強度積分値の両方を用いれば、いずれか一方のみを用いる場合に比べて、接合状態をより正確に把握することができるのはもちろんである。
【００２４】
以上、このワイヤボンドテスタＴないしはワイヤボンド検査方法によれば、単純にシェア強度に基づいて、例えば最大シェア強度に基づいて接合状態を検査する場合に比べて、接合状態をより正確に定量的に把握することができる。したがって、このようにしてワイヤボンド検査が行われた製品と同等の製品についてチップ試験（パワーチップ試験）を実施してチップ寿命を測定し、そのチップの接合状態のデータとチップ寿命のデータとの相関性を求めることにより、このようなチップを組み込んだ製品、すなわち電力半導体装置の品質管理をより容易に、かつより精密に行うことができる。このため、チップの長寿命化を図ることができ、ひいては電力用半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の第１の態様にかかる、シェアテスタを備えたワイヤボンド検査装置によれば、データ処理用コンピュータによって、自動的に、シェア強度積分値に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態が定量的に把握される。このため、チップとボンディングワイヤとの接合幅が長く、これらの接合強度が高い場合でも、ワイヤボンド接合部の接合状態ないしは接合強度を正確に、かつ容易に把握することができる。
【００２６】
本発明の第２の態様にかかる、シェアテスタを備えたワイヤボンド検査装置によれば、データ処理用コンピュータによって、第１の態様にかかるワイヤボンド検査装置の場合と同様にワイヤボンド接合部の接合状態が定量的に把握される。さらに、画像処理用コンピュータによって、自動的に、接合痕の面積とワイヤ残存部の面積とに基づいてワイヤボンド接合部の接合状態が定量的に把握される。このため、チップとボンディングワイヤとの接合幅が長く、これらの接合強度が高い場合でも、ワイヤボンド接合部の接合状態ないしは接合強度を正確に、かつ容易に把握することができる。
【００２７】
本発明の第３の態様にかかる、シェアテスタを備えたワイヤボンド検査装置によれば、まずもって、本発明の第２の態様にかかるワイヤボンド検査装置の場合と同様の作用・効果が得られる。さらに、残存面積比（ワイヤ残存部の面積と接合痕の面積との単純な比）に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態が把握されるので、画像処理用コンピュータの演算ロジックが簡素なものとなる。
【００２８】
本発明の第４の態様にかかる、シェアテスタを用いたワイヤボンド検査方法によれば、シェア強度積分値に基づいてワイヤボンド接合部の接合状態を定量的に把握することができる。このため、チップとボンディングワイヤとの接合幅が長く、これらの接合強度が高い場合でも、ワイヤボンド接合部の接合状態ないしは接合強度を正確に、かつ容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態にかかるワイヤボンドテスタのシステム構成を示す模式図である。
【図２】  図１に示すワイヤボンドテスタを構成するカメラ及び画像処理用コンピュータの模式図である。
【図３】  図１に示すワイヤボンドテスタを構成するシェアテスタにおけるシェアテスタ先端部の動作態様を示す立面図である。
【図４】  （ａ）はワイヤ接合部の中央部の接合状態が悪いチップに対してワイヤボンド検査が行われた場合における、接合痕の状態とシェア強度データとを示す図であり、（ｂ）はワイヤ接合部の中央部の接合状態が良好なチップに対してワイヤボンド検査が行われた場合における、接合痕の状態とシェア強度データとを示す図である。
【図５】  （ａ）は接合領域に取り囲まれた未接合領域が大きい場合の接合面の模式図であり、（ｂ）は接合領域に取り囲まれた未接合領域が小さい場合の接合面の模式図である。
【符号の説明】
Ｔ  ワイヤボンドテスタ、  １  シェアテスタ、  １ａ  シェアテスタ先端部、  １ｂ  基台、  ２  ワイヤ（アルミワイヤ）、  ２ａ  ワイヤ接合部、  ３  チップ（パワーチップ）、  ４  データ処理用コンピュータ、  ５  シェア強度データ、  ６  カメラ、  ７  接合痕、  ７ａ  ワイヤ残存部、  ７ｂ  ワイヤ非残存部、  ８  画像処理用コンピュータ、  １０  接合面、  １０ａ  接合領域、  １０ｂ  未接合領域。
【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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