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発明の名称 ワイヤ・ボンディング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−31856
公開日 平成8年(1996)2月2日
出願番号 特願平6−158560
出願日 平成6年(1994)7月11日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
発明者 蔵藤 健二 / 亀田 寛 / 後藤 浩文
要約 目的
安定した品質と量産性の向上したワイヤ・ボンディング装置を提供することを目的とする。

構成
半導体チップ1にワイヤ3をボンディングするのに際し、ボール3bが半導体チップ1に接触するまでの振動子5の変位量を保持回路13に記憶し、その後、この保持回路13の出力と変換器11の出力を減算器14において減算してボールつぶれ量を計測し、その値が予め設定した値Vsと同じになったら、制御器16は、超音波発振器7の動作を停止し、モータ6によって振動子5を再び引き上げる。
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体チップ上のボンディング・パッドにボンディング・ワイヤを接続する接続手段と、この接続手段を上記半導体チップに対して実質的に上下に可動ならしむる可動手段と、この可動手段に駆動力を与える駆動手段と、上記接続手段の変位を計測して計測信号を出力する計測手段と、この計測信号に応じて上記駆動手段に上記可動手段を停止させる停止信号を出力する停止手段と、を備え、上記駆動手段は上記停止信号が出力された場合にその駆動力を停止することを特徴とするワイヤ・ボンディング装置。
【請求項2】 停止手段は、上記計測信号を処理して、上記ボンディング・ワイヤが上記ボンディング・パッドに接触するまでの変位に比例した初期信号として記憶する記憶手段と、この初期信号と上記計測信号の間の差が、予め定めた値よりも大きい場合に上記停止信号を出力する比較手段と、を備える請求項1に記載のワイヤ・ボンディング装置。
【請求項3】 比較手段は、上記初期信号と上記計測信号を減算する減算器と、この減算器の出力が、予め定めた値よりも大きいことを検出して上記停止信号を出力する比較器と、を備える請求項2に記載のワイヤ・ボンディング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップ上のボンディング・パッドにボンディング・ワイヤを接続するためのワイヤ・ボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、集積回路などの半導体は、大量生産化とそれによる低価格化が急速に進んでいる。これらを実現するためには、生産設備の拡充も重要であるが、歩留まり率の向上が、最小限の資源・設備で最大の生産量を上げるという企業原理からいって、最も有効な手だてである。このような観点からすると、ワイヤ・ボンディング装置は、従来何等そのような取り組みが行われないままに放置されてきた。このような従来のワイヤ・ボンディング装置は、以下のように構成されるのが普通であった。
【0003】図4は、従来のワイヤ・ボンディング装置のブロック略図である。同図において、1は半導体チップである。2は基板であり、半導体チップ1を取り付けるための部材である。3はワイヤであり、金、銅、アルミニウム等の材料からできており、半導体チップ1と基板2とを配線する。4はキャピラリであり、ワイヤ3を通して、図5に示す半導体チップ1上のパッド1aおよび基板2上のコネクタ・リード2aと呼ばれる領域にこれを溶接するための部材である。5は振動子であり、超音波振動してワイヤ3をパッド1aとコネクタ・リード2aに金属的な冷間溶接する。6はモータであり、この振動子5を上下動させる。7は超音波発振器であり、振動子5を超音波振動させる。8はコントローラである。
【0004】以上のように構成された従来のワイヤ・ボンディング装置について、その動作を説明するまえに、ワイヤ・ボンディング装置一般の機能について若干の説明を行う。図5に示すようにパッド1aとコネクタ・リード2aとをワイヤ3によって配線して結ぶ動作を「ボンディング」と呼ぶ。また、このようなボンディングされたパッド1aとコネクタ・リード2aの位置関係は、上からみた図が図6(a)、横からみた図が図6(b)のようになり、パッド1a上のワイヤ3が溶接された半球状の部分をその形状から「ボール」3a、3bと呼ぶ。
【0005】このようなボール3a、3bを形成するには、図7(a)示すようにワイヤ3をキャピラリ4に通し、図7(b)に示すように加熱あるいはスパーク等によって一旦真球状のボール3bを形成し、そののち図7(c)に示すように半導体チップ1上に押し当て、超音波振動を加えて溶接し、これによってキャピラリ4下部の凹部4aの形状に即して半球状のボール3aが形成する。このような一連の動作を行うのが、図4に示した装置である。
【0006】さて、図4に示した従来のワイヤ・ボンディング装置の動作を次に説明する。コントローラ8は、モータ6に駆動信号Sdを送り、振動子5を下降させて半導体チップ1にワイヤ3に形成されたボール3bを接触させる。こののち、コントローラ8は超音波発振器7に対して指令信号Scを送って振動子5を超音波振動させ、これと合わせて振動子5をモータ6によって一定距離だけ下降させる。これによって、図7(c)に示したように、半球状のボール3aを形成して溶接することでボンディングを完了し、キャピラリ4および振動子5を再び上昇させるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従来の構成では、半導体チップ1の位置や高さが変化してもボンディングの絶対位置そのものは固定であるため、ボールの厚さや形状あるいは溶接の強度などが上述の変化に応じて変化してしまう。このため、ボンディングの品質が安定しないという問題点を有している。この結果、歩留まり率の向上が果たせないという問題点がある。
【0008】本発明は上記の問題点を解決するもので、安定した品質と量産性の向上したワイヤ・ボンディング装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のワイヤ・ボンディング装置は、半導体チップ上のボンディング・パッドにボンディング・ワイヤを接続する接続手段と、この接続手段を上記半導体チップに対して実質的に上下に可動ならしむる可動手段と、この可動手段に駆動力を与える駆動手段と、上記接続手段の変位を計測して計測信号を出力する計測手段と、この計測信号に応じて上記駆動手段に上記可動手段を停止させる停止信号を出力する停止手段とを備え、上記駆動手段は上記停止信号が出力された場合にその駆動力を停止することを特徴とするものである。
【0010】
【作用】このような構成によると、計測手段によってボールの厚さを数値計測し、規定の厚さになった時点で停止手段によって停止信号を出力して駆動手段を停止させることとなる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施例におけるワイヤ・ボンディング装置のブロック略図を示すものである。図1において、半導体チップ1、基板2、ワイヤ3、キャピラリ4、振動子5、モータ6及び超音波発振器7は、図4に示した従来例におけるそれらと同一であるので、詳しい説明は省略する。10は変位センサであり、振動子5の変位量xを測定する。11は変換器であり、変位センサ10の出力を電圧に変換する。13は保持回路、14は減算器、12及び15は比較器、16は制御器である。
【0012】さて、以上のように構成された本実施例のワイヤ・ボンディング装置の特徴は、振動子5に機械的に装着した変位センサ10によって振動子5の変位量を計測し、その値をフィードバックして振動子5の変位を制御器16によって制御する点にある。その制御器16の一連の処理動作を図2に示した流れ図に対応して説明する。また、このときの動作の模式図を図3に示す。
【0013】まず、ステップ101において制御器16に内蔵するディジタル・アナログ変換器(図示せず)によって、ボール3aの所望のつぶれ量Aに比例した電圧Vsを比較器15の−端子に送り出す。この動作については後に詳解する。次にステップ102においてモータ6に対して駆動制御信号Vdを送り、振動子5およびキャピラリ4を半導体チップ1に対して下降させる。
【0014】この間、変位センサ10は振動子5の変位量xを常時計測しており、変換器11によって変位量xに一次比例した電圧レベルを有する変位信号Sxに変換されている。この信号Sxは、比較器12に送られ、所定の電圧V0と比較される。ここに、電圧V0は、キャピラリ4の先端にできる真球状のボール3bがパッド1aに触れるまでの振動子5の変位量x0に相当した電圧である。一方、信号Sxは、保持回路13にも送られる。
【0015】保持回路13ではスイッチ13cは閉じており、コンデンサ13bの端子Cの電圧Vcは、信号Sxの電圧レベルと同一である。この電圧Vcはバッファ回路13aによってインピーダンス変換されて減算器14に送られる。
【0016】さて、信号Sxの電圧レベルがこの電圧V0を越えたとき、比較器12は第1の検出信号S1を出力する。ステップ103において、この第1の検出信号S1が送られたか否か、即ち信号S1の論理が”1”となったか否かを判別する。このステップ103までの処理が完結した時点でのキャピラリ4およびボール3bとパッド1aの位置関係は、図3■に示すようになる。
【0017】キャピラリ4の先端にできる真球状のボール3bがパッド1aに触れて信号S1が”1”となったとき、この信号S1は保持回路13に含まれるスイッチ13cに送られ、スイッチ13cは開かれる。これによってコンデンサ13bの端子Cの電圧Vcは、これ以降一定の電圧Vc0のままとなる。一方、制御器16の処理は、ステップ104に移ってモータ6を停止させ、ステップ105において超音波発振器7に対して指令信号Scを論理”1”として振動子5を超音波振動させる。この動作は、ステップ106において第2の検出信号S2が制御器16に入力されるまで続く。この第2の検出信号S2は、以下に詳解する。
【0018】以上のようにステップ106までの処理が行われている間のキャピラリ4およびボール3bとパッド1aの位置関係は、図3■に示すように超音波によってボール3aは変形し、変位量xは値x0に対して漸次低下する。この動作を継続していると、図3■に示すごとくボール3aはつぶれて、振動子5の変位量xは、やがて値Aとなる。
【0019】このとき、減算器14の出力は、保持回路13によって予めコンデンサ13bにx0に一次比例した電圧Vc0を記憶しているから、上述の変位量Aに一次比例することになる。したがって、この減算器14の出力がステップ101において設定した電圧Vsとなった時点で、比較器15の出力は論理”1”となる。この比較器15の出力する第2の検出信号S2は、制御器16に入力される。
【0020】この第2の検出信号S2が、論理”1”となるとステップ106は処理をステップ107に移し、ステップ107において指令信号Scを論理”0”として超音波発振器7の動作を停止し、ステップ108においてモータ6を逆転させて振動子5およびキャピラリ4を上昇させる。これによって、一連のボンディングを終了する。
【0021】なお、以上の実施例では、保持回路13はコンデンサ13bを用いたアナログ式としたが、電圧をアナログ・ディジタル変換して数値としてレジスタやメモリなどに記憶しても良い。また、このように数値化した場合には、電圧Vsを用いず、内部数値同士で比較しても良い。
【0022】また、以上の説明では、ボンディングの方法は超音波振動としたが、すでに公知である熱圧着ボンディングやサーモニック・ボンディングなどを用いても良い。また、以上の説明ではパッドへのボンディングのみを説明したが、コネクタ・リードへのボンディングの場合においても全く同様に使用できる。その他、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々変形実施可能である。
【0023】
【発明の効果】以上の実施例のように本発明のワイヤ・ボンディング装置は、ボンディング動作をする接続手段の変位を計る計測手段によって監視してボールつぶれ量を一定の値となるように数値管理することによって、安定した品質の確保と量産性の向上の両立が図れることとなる。




 

 


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