JP2002158251A - 超音波ボンディング方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡便な方法により高い信頼性でボンディング
状態を検査することができる超音波ボンディング方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 キャピラリツール２ａによってワイヤの
下端部に形成されたボールＢを加重と超音波振動によっ
てボンディング面に接合するワイヤボンディングにおい
て、ボールＢがボンディング面に当接したタイミングｔ
１およびボンディング工程終了のタイミングｔ３後キャ
ピラリツール２ａの上昇開始までの間のいずれかのタイ
ミングにおいてキャピラリツール２ａの高さ位置ＬＡ，
ＬＢを計測するとともに、振動子の駆動電流をボンディ
ング工程の少なくとも前期および後期の２回計測して電
流値ＵＡ，ＵＢを求め、これらの計測データに基づいて
接合状態を判定する。これにより、超音波ボンディング
装置に備えられた機能のみを利用して、簡便な方法で高
い信頼性の接合状態判定を行うことができる。
状態を検査することができる超音波ボンディング方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 キャピラリツール２ａによってワイヤの
下端部に形成されたボールＢを加重と超音波振動によっ
てボンディング面に接合するワイヤボンディングにおい
て、ボールＢがボンディング面に当接したタイミングｔ
１およびボンディング工程終了のタイミングｔ３後キャ
ピラリツール２ａの上昇開始までの間のいずれかのタイ
ミングにおいてキャピラリツール２ａの高さ位置ＬＡ，
ＬＢを計測するとともに、振動子の駆動電流をボンディ
ング工程の少なくとも前期および後期の２回計測して電
流値ＵＡ，ＵＢを求め、これらの計測データに基づいて
接合状態を判定する。これにより、超音波ボンディング
装置に備えられた機能のみを利用して、簡便な方法で高
い信頼性の接合状態判定を行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤやバンプを
などの接合対象物を電子部品や基板などの被接合物に超
音波振動によって接合する超音波ボンディング方法に関
するものである。
などの接合対象物を電子部品や基板などの被接合物に超
音波振動によって接合する超音波ボンディング方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の電極を接続用端子などとワ
イヤによって導通させるワイヤボンディングや、電子部
品に形成されたバンプを回路電極と接合するバンプボン
ディングにおいては、超音波圧接が用いられる。この方
法は、ワイヤやバンプなどの接合対象物を当接ツールに
当接させて押圧しながら接合対象物に超音波振動を与
え、接合面を微小に振動させて摩擦を生じさせることに
より接合面を密着させるものである。
イヤによって導通させるワイヤボンディングや、電子部
品に形成されたバンプを回路電極と接合するバンプボン
ディングにおいては、超音波圧接が用いられる。この方
法は、ワイヤやバンプなどの接合対象物を当接ツールに
当接させて押圧しながら接合対象物に超音波振動を与
え、接合面を微小に振動させて摩擦を生じさせることに
より接合面を密着させるものである。
【０００３】超音波ボンディングの過程においては、接
合対象物と被接合物との接合が正常に行われたか否かを
検出するためのボンディング検査が行われる。従来の超
音波ボンディングにおいては、接合対象物と被接合物と
の間の電気的な導通を検査することで不着状態を検出す
る方法や、超音波振動子の駆動電流値の変化などを判定
指標値として用いる方法などによって、ボンディング結
果の良否を判定するようにしていた。
合対象物と被接合物との接合が正常に行われたか否かを
検出するためのボンディング検査が行われる。従来の超
音波ボンディングにおいては、接合対象物と被接合物と
の間の電気的な導通を検査することで不着状態を検出す
る方法や、超音波振動子の駆動電流値の変化などを判定
指標値として用いる方法などによって、ボンディング結
果の良否を判定するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
気的な導通を検査する方法では専用の検査装置をボンデ
ィング装置以外に別途必要とし、設備費用を要するとと
もにボンディング後に別途検査作業を行う必要があって
手間を要するという問題点があり、また振動子の駆動電
流値などを指標値として用いる方法では、接合状態を高
い信頼性で検出することができなかった。
気的な導通を検査する方法では専用の検査装置をボンデ
ィング装置以外に別途必要とし、設備費用を要するとと
もにボンディング後に別途検査作業を行う必要があって
手間を要するという問題点があり、また振動子の駆動電
流値などを指標値として用いる方法では、接合状態を高
い信頼性で検出することができなかった。
【０００５】そこで本発明は、簡便な方法により高い信
頼性でボンディング状態を検査することができる超音波
ボンディング方法を提供することを目的とする。
頼性でボンディング状態を検査することができる超音波
ボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の超音波ボ
ンディング方法は、当接ツールに保持された接合対象物
に荷重と超音波振動を作用させて被接合物に接合する超
音波ボンディング方法であって、前記接合対象物が被接
合物に当接したタイミングにおける前記当接ツールの高
さ位置を計測する第１の高さ位置計測工程と、接合対象
物に当接ツールによって荷重と超音波振動を作用させな
がら接合対象物と被接合物とを接合するボンディング工
程と、前記ボンディング工程の少なくとも前期および後
期において前記当接ツールを超音波振動させる振動子の
駆動電流およびまたは駆動電圧を計測する超音波計測工
程と、前記ボンディング工程終了後前記当接ツールの上
昇開始までの間のいずれかのタイミングにおいて当接ツ
ールの高さ位置を計測する第２の高さ位置計測工程と、
前記第１の高さ位置計測工程、超音波計測工程および第
２の高さ位置計測工程で得られた計測データに基づいて
接合状態を判定する接合判定工程とを含む。
ンディング方法は、当接ツールに保持された接合対象物
に荷重と超音波振動を作用させて被接合物に接合する超
音波ボンディング方法であって、前記接合対象物が被接
合物に当接したタイミングにおける前記当接ツールの高
さ位置を計測する第１の高さ位置計測工程と、接合対象
物に当接ツールによって荷重と超音波振動を作用させな
がら接合対象物と被接合物とを接合するボンディング工
程と、前記ボンディング工程の少なくとも前期および後
期において前記当接ツールを超音波振動させる振動子の
駆動電流およびまたは駆動電圧を計測する超音波計測工
程と、前記ボンディング工程終了後前記当接ツールの上
昇開始までの間のいずれかのタイミングにおいて当接ツ
ールの高さ位置を計測する第２の高さ位置計測工程と、
前記第１の高さ位置計測工程、超音波計測工程および第
２の高さ位置計測工程で得られた計測データに基づいて
接合状態を判定する接合判定工程とを含む。
【０００７】請求項２記載の超音波ボンディング方法
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波測定工程において得られた計測データよりイ
ンピーダンスを求め、前記接合判定工程において、前記
第１の高さ位置計測工程、第２の高さ位置計測工程で得
られた計測データおよび前記インピーダンスに基づいて
接合状態を判定する。
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波測定工程において得られた計測データよりイ
ンピーダンスを求め、前記接合判定工程において、前記
第１の高さ位置計測工程、第２の高さ位置計測工程で得
られた計測データおよび前記インピーダンスに基づいて
接合状態を判定する。
【０００８】請求項３記載の超音波ボンディング方法
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記第１の高さ位置計測工程で計測した当接ツールの高
さ位置と、第２の高さ位置計測工程で計測した当接ツー
ルの高さ位置との差よりボンディング工程における接合
対象物の沈み込み量を求め、前記超音波計測工程で得ら
れた２つの計測データより超音波振動の状態を表す超音
波振動指標値の変化量を求め、この沈み込み量と超音波
振動指標値の変化量とに基づいて、接合状態の判定を行
う。
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記第１の高さ位置計測工程で計測した当接ツールの高
さ位置と、第２の高さ位置計測工程で計測した当接ツー
ルの高さ位置との差よりボンディング工程における接合
対象物の沈み込み量を求め、前記超音波計測工程で得ら
れた２つの計測データより超音波振動の状態を表す超音
波振動指標値の変化量を求め、この沈み込み量と超音波
振動指標値の変化量とに基づいて、接合状態の判定を行
う。
【０００９】請求項４記載の超音波ボンディング方法
は、請求項３記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波振動指標値の変化量は、駆動電流または駆動
電圧の差である。
は、請求項３記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波振動指標値の変化量は、駆動電流または駆動
電圧の差である。
【００１０】請求項５記載の超音波ボンディング方法
は、請求項２および３記載の超音波ボンディング方法で
あって、前記超音波振動指標値の変化量は、インピーダ
ンスの差である。
は、請求項２および３記載の超音波ボンディング方法で
あって、前記超音波振動指標値の変化量は、インピーダ
ンスの差である。
【００１１】請求項６記載の超音波ボンディング方法
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、ワイヤと電極とを接合する
ワイヤボンディングである。
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、ワイヤと電極とを接合する
ワイヤボンディングである。
【００１２】請求項７記載の超音波ボンディング方法
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、電子部品の電極を基板の電
極にバンプを介して接合するバンプボンディングであ
る。
は、請求項１記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、電子部品の電極を基板の電
極にバンプを介して接合するバンプボンディングであ
る。
【００１３】請求項８記載の超音波ボンディング方法
は、当接ツールに保持された接合対象物に荷重と超音波
振動を作用させて被接合物に接合する超音波ボンディン
グ方法であって、前記接合対象物が被接合物に当接した
タイミングにおける前記当接ツールの高さ位置を計測す
る第１の高さ位置計測工程と、接合対象物に当接ツール
によって荷重と超音波振動を作用させながら接合対象物
と被接合物とを接合するボンディング工程と、前記ボン
ディング工程の少なくとも前期と後期において前記当接
ツールを超音波振動させる振動子の駆動電流およびまた
は駆動電圧を計測する超音波計測工程と、前記ボンディ
ング工程終了後、前記当接ツールの上昇開始までの間の
いずれかのタイミングにおいて当接ツールの高さ位置を
計測する第２の高さ位置計測工程と、前記第１の高さ位
置計測工程で計測した当接ツールの高さ位置と第２の高
さ位置計測工程で計測した当接ツールの高さ位置との差
よりボンディング工程における接合対象物の沈み込み量
を求める沈み込み量算出工程と、前記超音波計測工程で
得られた２つの計測データより超音波振動の状態を表す
超音波振動指標値の変化量を求める変化量算出工程と、
前記沈み込み量と超音波振動指標値の変化量を座標系に
持つグラフをモニタに表示しこのグラフ上に算出した沈
み込み量と超音波振動指標値の変化量とで定められるボ
ンディング結果点を表示する工程とを含む。
は、当接ツールに保持された接合対象物に荷重と超音波
振動を作用させて被接合物に接合する超音波ボンディン
グ方法であって、前記接合対象物が被接合物に当接した
タイミングにおける前記当接ツールの高さ位置を計測す
る第１の高さ位置計測工程と、接合対象物に当接ツール
によって荷重と超音波振動を作用させながら接合対象物
と被接合物とを接合するボンディング工程と、前記ボン
ディング工程の少なくとも前期と後期において前記当接
ツールを超音波振動させる振動子の駆動電流およびまた
は駆動電圧を計測する超音波計測工程と、前記ボンディ
ング工程終了後、前記当接ツールの上昇開始までの間の
いずれかのタイミングにおいて当接ツールの高さ位置を
計測する第２の高さ位置計測工程と、前記第１の高さ位
置計測工程で計測した当接ツールの高さ位置と第２の高
さ位置計測工程で計測した当接ツールの高さ位置との差
よりボンディング工程における接合対象物の沈み込み量
を求める沈み込み量算出工程と、前記超音波計測工程で
得られた２つの計測データより超音波振動の状態を表す
超音波振動指標値の変化量を求める変化量算出工程と、
前記沈み込み量と超音波振動指標値の変化量を座標系に
持つグラフをモニタに表示しこのグラフ上に算出した沈
み込み量と超音波振動指標値の変化量とで定められるボ
ンディング結果点を表示する工程とを含む。
【００１４】請求項９記載の超音波ボンディング方法
は、請求項８記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波振動指標値は、駆動電流値、駆動電圧値、イ
ンピーダンスのいずれかである。
は、請求項８記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波振動指標値は、駆動電流値、駆動電圧値、イ
ンピーダンスのいずれかである。
【００１５】請求項１０記載の超音波ボンディング方法
は、請求項８記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、ワイヤと電極とを接合する
ワイヤボンディングである。
は、請求項８記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、ワイヤと電極とを接合する
ワイヤボンディングである。
【００１６】請求項１１記載の超音波ボンディング方法
は、請求項８記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、電子部品の電極を基板の電
極にバンプを介して接合するバンプボンディングであ
る。
は、請求項８記載の超音波ボンディング方法であって、
前記超音波ボンディングは、電子部品の電極を基板の電
極にバンプを介して接合するバンプボンディングであ
る。
【００１７】本発明によれば、接合対象物が被接合物に
当接したタイミングおよびボンディング工程終了後当接
ツールの上昇開始までの間のいずれかのタイミングにお
いて当接ツールの高さ位置を計測するとともに、ボンデ
ィング工程の少なくとも前期と後期において当接ツール
を超音波振動させる振動子の駆動電流およびまたは駆動
電圧を計測し、これらの計測データに基づいて接合状態
を判定することにより、超音波ボンディング装置に備え
られた機能のみを利用して、簡便な方法で高い信頼性の
接合状態判定を行うことができる。
当接したタイミングおよびボンディング工程終了後当接
ツールの上昇開始までの間のいずれかのタイミングにお
いて当接ツールの高さ位置を計測するとともに、ボンデ
ィング工程の少なくとも前期と後期において当接ツール
を超音波振動させる振動子の駆動電流およびまたは駆動
電圧を計測し、これらの計測データに基づいて接合状態
を判定することにより、超音波ボンディング装置に備え
られた機能のみを利用して、簡便な方法で高い信頼性の
接合状態判定を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１のワイヤボンディング装置の構成を示すブ
ロック図、図２は本発明の実施の形態１のワイヤボンデ
ィング装置のボンディング時計測処理のフロー図、図３
は本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装置の接
合判定処理のフロー図、図４は本発明の実施の形態１の
ワイヤボンディング装置によるボンディング動作の工程
説明図、図５は本発明の実施の形態１のワイヤボンディ
ング装置による接合判定条件を示すグラフである。本実
施の形態１は、超音波ボンディングの接合対象物として
のワイヤを被接合物である電極に接合するワイヤボンデ
ィングの例を示している。
実施の形態１のワイヤボンディング装置の構成を示すブ
ロック図、図２は本発明の実施の形態１のワイヤボンデ
ィング装置のボンディング時計測処理のフロー図、図３
は本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装置の接
合判定処理のフロー図、図４は本発明の実施の形態１の
ワイヤボンディング装置によるボンディング動作の工程
説明図、図５は本発明の実施の形態１のワイヤボンディ
ング装置による接合判定条件を示すグラフである。本実
施の形態１は、超音波ボンディングの接合対象物として
のワイヤを被接合物である電極に接合するワイヤボンデ
ィングの例を示している。
【００１９】まず図１を参照してワイヤボンディング装
置のボンディング機構について説明する。図１におい
て、ホーン駆動機構１は水平方向に延出したホーン２を
備えている。ホーン２の先端部にはキャピラリツール２
ａが装着されており、ホーン２の後端部には超音波振動
を発生する振動子４が結合されている。振動子４はＵＳ
ドライバ９によって駆動される。ホーン２は駆動ブロッ
ク３によって支持されており、駆動ブロック３はＺ軸ド
ライバ８に駆動されるモータ５によって水平な回転軸３
ａ廻りに所定角度の回動が可能となっている。この回動
はエンコーダ６によってその回動量が検出され、検出信
号はアンプ７を介してＺ軸ドライバ８に伝達される。
置のボンディング機構について説明する。図１におい
て、ホーン駆動機構１は水平方向に延出したホーン２を
備えている。ホーン２の先端部にはキャピラリツール２
ａが装着されており、ホーン２の後端部には超音波振動
を発生する振動子４が結合されている。振動子４はＵＳ
ドライバ９によって駆動される。ホーン２は駆動ブロッ
ク３によって支持されており、駆動ブロック３はＺ軸ド
ライバ８に駆動されるモータ５によって水平な回転軸３
ａ廻りに所定角度の回動が可能となっている。この回動
はエンコーダ６によってその回動量が検出され、検出信
号はアンプ７を介してＺ軸ドライバ８に伝達される。
【００２０】ＵＳドライバ９によって振動子４を駆動す
ることにより、ホーン２を介してキャピラリツール２ａ
には超音波振動が印加される。そしてモータ５を駆動し
てホーン２を回転軸３ａ廻りに回動させることによりキ
ャピラリツール２ａは昇降する。ボンディング動作は、
キャピラリツール２ａにボンディングワイヤを挿通さ
せ、ボンディングワイヤの下端にボールを形成させた状
態で行われる。すなわちキャピラリツール２ａの昇降動
作と超音波振動の印加を制御して、ボールを当接ツール
としてのキャピラリツール２ａによって基板の電極など
のボンディング面に押し付け、ボールに押圧荷重と超音
波振動を作用させることにより、ワイヤボンディングが
行われる。
ることにより、ホーン２を介してキャピラリツール２ａ
には超音波振動が印加される。そしてモータ５を駆動し
てホーン２を回転軸３ａ廻りに回動させることによりキ
ャピラリツール２ａは昇降する。ボンディング動作は、
キャピラリツール２ａにボンディングワイヤを挿通さ
せ、ボンディングワイヤの下端にボールを形成させた状
態で行われる。すなわちキャピラリツール２ａの昇降動
作と超音波振動の印加を制御して、ボールを当接ツール
としてのキャピラリツール２ａによって基板の電極など
のボンディング面に押し付け、ボールに押圧荷重と超音
波振動を作用させることにより、ワイヤボンディングが
行われる。
【００２１】制御系について説明する。図１において破
線枠１０は制御部を示しており、制御部１０は入出力部
１１、位置検出部１２、当接検出部１３、処理部１４お
よび記憶部１５を備えている。位置検出部１２はエンコ
ーダ６からＺ軸ドライバ８を介して出力されるパルス信
号をカウントすることにより、キャピラリツール２ａの
下端部の高さ位置を検出する。検出結果は入出力部１１
を介して処理部１４へ伝達される。当接検出部１３は、
キャピラリツール２ａによってワイヤ下端のボールをボ
ンディング面に押し付けるボンディング動作において、
ボールがボンディング面に当接したタイミングを検出す
る。検出結果は同様に処理部１４に伝達される。
線枠１０は制御部を示しており、制御部１０は入出力部
１１、位置検出部１２、当接検出部１３、処理部１４お
よび記憶部１５を備えている。位置検出部１２はエンコ
ーダ６からＺ軸ドライバ８を介して出力されるパルス信
号をカウントすることにより、キャピラリツール２ａの
下端部の高さ位置を検出する。検出結果は入出力部１１
を介して処理部１４へ伝達される。当接検出部１３は、
キャピラリツール２ａによってワイヤ下端のボールをボ
ンディング面に押し付けるボンディング動作において、
ボールがボンディング面に当接したタイミングを検出す
る。検出結果は同様に処理部１４に伝達される。
【００２２】ＵＳドライバ９は処理部１４から入出力部
１１を介して超音波振動の発振指令を受け、この発振指
令に従って振動子４を駆動する。またＵＳドライバ９は
振動子４を駆動する際の駆動電流のモニタ値を出力す
る。出力信号は入出力部１１を介して処理部１４へ伝達
される。処理部１４は次の各部を備えており、それぞれ
以下の処理を行う。ボンディング処理部１４ａは、ホー
ン駆動機構１によるボンディング動作の制御処理を行
う。計測処理部１４ｂは、ボンディング過程におけるキ
ャピラリツール２ａの高さ位置や電流モニタ値の計測処
理を行う。判定処理部１４ｃは、これらの計測結果に基
づいて、ボンディング時の接合状態の良否判定処理を行
う。表示処理部１４ｄは、前記判定結果や操作画面を表
示装置１６に表示させるためのデータ処理を行う。記憶
部１５は接合状態の判定を行うための判定条件データな
どの各種データを記憶する。表示装置１６はモニタであ
り、判定結果や計測データ、その他操作画面の表示を行
う。
１１を介して超音波振動の発振指令を受け、この発振指
令に従って振動子４を駆動する。またＵＳドライバ９は
振動子４を駆動する際の駆動電流のモニタ値を出力す
る。出力信号は入出力部１１を介して処理部１４へ伝達
される。処理部１４は次の各部を備えており、それぞれ
以下の処理を行う。ボンディング処理部１４ａは、ホー
ン駆動機構１によるボンディング動作の制御処理を行
う。計測処理部１４ｂは、ボンディング過程におけるキ
ャピラリツール２ａの高さ位置や電流モニタ値の計測処
理を行う。判定処理部１４ｃは、これらの計測結果に基
づいて、ボンディング時の接合状態の良否判定処理を行
う。表示処理部１４ｄは、前記判定結果や操作画面を表
示装置１６に表示させるためのデータ処理を行う。記憶
部１５は接合状態の判定を行うための判定条件データな
どの各種データを記憶する。表示装置１６はモニタであ
り、判定結果や計測データ、その他操作画面の表示を行
う。
【００２３】このワイヤボンディング装置のボンディン
グ機構は上記の様に構成されており、次にワイヤボンデ
ィング過程において行われるボンディング時計測処理お
よび接合判定処理について、図２、図３のフロー図に沿
って図４を参照しながら説明する。なお図４は、ボンデ
ィング動作時のキャピラリツール２ａの高さ位置を示す
Ｚ軸変位、キャピラリツール２ａによるボール押圧のタ
イミング、振動子４を駆動する電源の電圧および電流の
変化状態を経時的に示している。
グ機構は上記の様に構成されており、次にワイヤボンデ
ィング過程において行われるボンディング時計測処理お
よび接合判定処理について、図２、図３のフロー図に沿
って図４を参照しながら説明する。なお図４は、ボンデ
ィング動作時のキャピラリツール２ａの高さ位置を示す
Ｚ軸変位、キャピラリツール２ａによるボール押圧のタ
イミング、振動子４を駆動する電源の電圧および電流の
変化状態を経時的に示している。
【００２４】まずボンディング時計測処理について説明
する。ボンディング時計測は、図２において、キャピラ
リツール２ａ（図４参照）の下降が開始する（ＳＴ
１）。このときキャピラリツール２ａは、ワイヤをスパ
ークさせることにより形成されたボールＢを下端部に保
持している。この下降過程において、当接検出部１３は
ボールＢの下端部がボンディング面に当接したか否かを
監視し（ＳＴ２）、当接が検出されたならば、図４に示
すようにそのタイミングｔ１におけるキャピラリツール
２ａの高さ位置ＬＡを、位置検出部１２によって計測し
記憶部１５に記憶させる（ＳＴ３）（第１高さ位置計測
工程）。
する。ボンディング時計測は、図２において、キャピラ
リツール２ａ（図４参照）の下降が開始する（ＳＴ
１）。このときキャピラリツール２ａは、ワイヤをスパ
ークさせることにより形成されたボールＢを下端部に保
持している。この下降過程において、当接検出部１３は
ボールＢの下端部がボンディング面に当接したか否かを
監視し（ＳＴ２）、当接が検出されたならば、図４に示
すようにそのタイミングｔ１におけるキャピラリツール
２ａの高さ位置ＬＡを、位置検出部１２によって計測し
記憶部１５に記憶させる（ＳＴ３）（第１高さ位置計測
工程）。
【００２５】この後ボンディング工程に移行する。すな
わちボールＢにキャピラリツール２ａによって押圧荷重
を印加するとともに、タイミングｔ２において振動子４
を駆動して超音波振動の発振を開始する（ＳＴ４）。こ
のボンディング工程において、超音波振動の状態を示す
超音波振動指標値としての振動子４の駆動電流値のモニ
タが行われ、電流モニタ値が最大となったならば（ＳＴ
５）、この最大電流モニタ値ＵＡを記憶させる（ＳＴ
６）。次に超音波発振完了のタイミングか否かを判定し
（ＳＴ７）、完了のタイミングならば現在の電流モニタ
値ＵＢを記憶させ（ＳＴ８）。
わちボールＢにキャピラリツール２ａによって押圧荷重
を印加するとともに、タイミングｔ２において振動子４
を駆動して超音波振動の発振を開始する（ＳＴ４）。こ
のボンディング工程において、超音波振動の状態を示す
超音波振動指標値としての振動子４の駆動電流値のモニ
タが行われ、電流モニタ値が最大となったならば（ＳＴ
５）、この最大電流モニタ値ＵＡを記憶させる（ＳＴ
６）。次に超音波発振完了のタイミングか否かを判定し
（ＳＴ７）、完了のタイミングならば現在の電流モニタ
値ＵＢを記憶させ（ＳＴ８）。
【００２６】次いで現在のキャピラリツール２ａの高さ
検出値ＬＢを記憶させる（ＳＴ９）（第２高さ位置計測
工程）。高さ検出値ＬＢの計測は、ボンディング工程が
タイミングｔ３にて終了した後、キャピラリツール２ａ
が上昇を開始するタイミングｔ４までの間に行えばよ
い。すなわち図４に示すように、ボンディング工程にお
いては、少くとも前期（最大電流モニタ値計測時）およ
び後期（超音波発振完了時）の２回電流値の計測を行う
（超音波計測工程）。そしてこれによりボンディング時
計測を終了する。
検出値ＬＢを記憶させる（ＳＴ９）（第２高さ位置計測
工程）。高さ検出値ＬＢの計測は、ボンディング工程が
タイミングｔ３にて終了した後、キャピラリツール２ａ
が上昇を開始するタイミングｔ４までの間に行えばよ
い。すなわち図４に示すように、ボンディング工程にお
いては、少くとも前期（最大電流モニタ値計測時）およ
び後期（超音波発振完了時）の２回電流値の計測を行う
（超音波計測工程）。そしてこれによりボンディング時
計測を終了する。
【００２７】なおここでは振動子４の駆動電圧は、図４
に示すように一定に保たれることから駆動電流のみを計
測対象とした。電圧を変動させる駆動方式を採用する場
合には、電圧値が計測対象となる。また電圧値、電流値
の双方を計測しこれらの計測値からインピーダンスを求
めるようにしてもよい、すなわち超音波振動指標値とし
て、電流値、電圧値、インピーダンスのいずれを用いて
もよい。
に示すように一定に保たれることから駆動電流のみを計
測対象とした。電圧を変動させる駆動方式を採用する場
合には、電圧値が計測対象となる。また電圧値、電流値
の双方を計測しこれらの計測値からインピーダンスを求
めるようにしてもよい、すなわち超音波振動指標値とし
て、電流値、電圧値、インピーダンスのいずれを用いて
もよい。
【００２８】次に図３を参照して接合判定処理について
説明する。この接合判定処理は上記ボンディング時計測
の第１の高さ位置計測工程、超音波計測工程および第２
の高さ位置計測工程で得られた計測データに基づいて、
接合状態を判定するものである。まず先に計測された高
さ検出値ＬＡ，ＬＢより沈み込み量ΔＬを算出する（Ｓ
Ｔ１１）。次に、超音波振動指標値の変化量を算出する
（ＳＴ１２）。上記例では超音波振動指標値として電流
値を用いており、電流モニタ値ＵＡとＵＢの差ΔＵを求
める。
説明する。この接合判定処理は上記ボンディング時計測
の第１の高さ位置計測工程、超音波計測工程および第２
の高さ位置計測工程で得られた計測データに基づいて、
接合状態を判定するものである。まず先に計測された高
さ検出値ＬＡ，ＬＢより沈み込み量ΔＬを算出する（Ｓ
Ｔ１１）。次に、超音波振動指標値の変化量を算出する
（ＳＴ１２）。上記例では超音波振動指標値として電流
値を用いており、電流モニタ値ＵＡとＵＢの差ΔＵを求
める。
【００２９】次に沈み込み量ΔＬと超音波振動指標値の
変化量ΔＵに基づいて、接合状態の判定を行う（ＳＴ１
３）。そしてこの判定結果は、計測結果とともに表示装
置１６のモニタ画面に表示される（ＳＴ１４）。ここで
接合状態の判定に用いられる判定基準について図５を参
照して説明する。図５は上述のΔＵ，ΔＬをそれぞれ横
軸、縦軸とする２次元のデータ領域を示すものであり、
ＵＡ，ＬＡをそれぞれの座標軸上での上限とする範囲内
で、Ａ１〜Ａ５の５領域に区分されている。
変化量ΔＵに基づいて、接合状態の判定を行う（ＳＴ１
３）。そしてこの判定結果は、計測結果とともに表示装
置１６のモニタ画面に表示される（ＳＴ１４）。ここで
接合状態の判定に用いられる判定基準について図５を参
照して説明する。図５は上述のΔＵ，ΔＬをそれぞれ横
軸、縦軸とする２次元のデータ領域を示すものであり、
ＵＡ，ＬＡをそれぞれの座標軸上での上限とする範囲内
で、Ａ１〜Ａ５の５領域に区分されている。
【００３０】これらの領域の境界は、横軸上で設定され
る基準値Ｕ１、縦軸上で設定される２つの基準値Ｌ１，
Ｌ２によって定められる。これらの基準値はボンディン
グ結果の適正条件を規定するものであり、ΔＵについて
は基準値Ｕ１以上であることが、またΔＬについては基
準値Ｌ１〜Ｌ２の範囲にあることが適正条件とされる。
る基準値Ｕ１、縦軸上で設定される２つの基準値Ｌ１，
Ｌ２によって定められる。これらの基準値はボンディン
グ結果の適正条件を規定するものであり、ΔＵについて
は基準値Ｕ１以上であることが、またΔＬについては基
準値Ｌ１〜Ｌ２の範囲にあることが適正条件とされる。
【００３１】以下、各領域について説明する。まず領域
Ａ１はΔＬが（−）側、すなわち全くボンディングによ
るボールＢの沈下がない領域と、ΔＬが基準値Ｌ１以下
でかつΔＵがＵ１以下の領域とを含んでおり、いずれの
場合もボールＢがボンディングされていない不着領域を
示している。領域Ａ２は、沈下量ΔＬは適正範囲にある
ものの、ΔＵが条件を満たしておらず、ボンディング強
度が十分でない強度不足領域を示している。領域Ａ３
は、ΔＬが適正範囲を超えており、ボールＢが過度に押
しつぶされた圧着過剰領域を、また領域Ａ５は、逆にボ
ールＢの押しつぶし量が不足の圧着不足領域を示してい
る。そしてΔＵがＵ１以上で、かつΔＬがＬ１〜Ｌ２の
範囲にある領域Ａ４が、適正領域を示している。
Ａ１はΔＬが（−）側、すなわち全くボンディングによ
るボールＢの沈下がない領域と、ΔＬが基準値Ｌ１以下
でかつΔＵがＵ１以下の領域とを含んでおり、いずれの
場合もボールＢがボンディングされていない不着領域を
示している。領域Ａ２は、沈下量ΔＬは適正範囲にある
ものの、ΔＵが条件を満たしておらず、ボンディング強
度が十分でない強度不足領域を示している。領域Ａ３
は、ΔＬが適正範囲を超えており、ボールＢが過度に押
しつぶされた圧着過剰領域を、また領域Ａ５は、逆にボ
ールＢの押しつぶし量が不足の圧着不足領域を示してい
る。そしてΔＵがＵ１以上で、かつΔＬがＬ１〜Ｌ２の
範囲にある領域Ａ４が、適正領域を示している。
【００３２】すなわち前述のボンディング時計測によっ
てΔＵ，ΔＬを求め、これらの２つの計測データで示す
データ点（ΔＵ，ΔＬ）が上記領域のいずれに属するか
を判断することにより、ボンディング時の接合状態の良
否を判定することができる。上述の基準値Ｕ１，Ｌ１，
Ｌ２は、経験データを統計的に整理することにより求め
られ、記憶部１５に数値データとして記憶される。
てΔＵ，ΔＬを求め、これらの２つの計測データで示す
データ点（ΔＵ，ΔＬ）が上記領域のいずれに属するか
を判断することにより、ボンディング時の接合状態の良
否を判定することができる。上述の基準値Ｕ１，Ｌ１，
Ｌ２は、経験データを統計的に整理することにより求め
られ、記憶部１５に数値データとして記憶される。
【００３３】なお図３のフロー図において、ＳＴ１３に
おける接合状態の判定を行わず、ＳＴ１４において計測
結果のみを表示させ、作業者が表示内容によって良否を
判断するようにしてもよい。本実施の形態に示すように
判定条件は２つのデータによって定められるデータ点
（ボンディング結果点）がいずれの領域に属するかを目
視判断するだけで、正しい判定が行えることから、作業
者への判定負荷が極めて軽減されたものとなっている。
おける接合状態の判定を行わず、ＳＴ１４において計測
結果のみを表示させ、作業者が表示内容によって良否を
判断するようにしてもよい。本実施の形態に示すように
判定条件は２つのデータによって定められるデータ点
（ボンディング結果点）がいずれの領域に属するかを目
視判断するだけで、正しい判定が行えることから、作業
者への判定負荷が極めて軽減されたものとなっている。
【００３４】このように、ボンディング時に、ボールの
沈下量および超音波振動状態の指標値としての電流値、
電圧値またはインピーダンスの変化量を求め、これらの
２つの計測データを基準値と比較することにより、ワイ
ヤボンディング装置に備えられている機能に特別な機能
を付加することなく、接合状態の判定を行うことができ
る。
沈下量および超音波振動状態の指標値としての電流値、
電圧値またはインピーダンスの変化量を求め、これらの
２つの計測データを基準値と比較することにより、ワイ
ヤボンディング装置に備えられている機能に特別な機能
を付加することなく、接合状態の判定を行うことができ
る。
【００３５】（実施の形態２）図６は本発明の実施の形
態２の電子部品のボンディング装置の構成を示すブロッ
ク図、図７は本発明の実施の形態２の電子部品のボンデ
ィング装置のボンディング動作の工程説明図である。本
実施の形態２は、超音波ボンディングの接合対象物とし
ての電子部品のバンプを、被接合物としての基板の電極
に接合するバンプボンディングの例を示している。
態２の電子部品のボンディング装置の構成を示すブロッ
ク図、図７は本発明の実施の形態２の電子部品のボンデ
ィング装置のボンディング動作の工程説明図である。本
実施の形態２は、超音波ボンディングの接合対象物とし
ての電子部品のバンプを、被接合物としての基板の電極
に接合するバンプボンディングの例を示している。
【００３６】図６において基板保持部２０上には、電極
２１ａが形成された基板２１が保持されている。基板保
持部２０の上方には、ボンディング部２３が配設されて
いる。ボンディング部２３はモータおよびエンコーダを
内蔵したツール昇降駆動部２４を備えており、ツール昇
降駆動部２４はホルダ２５に保持された当接ツールとし
てのボンディングツール２６を昇降駆動する。ボンディ
ングツール２６は、下方に突出した接合作用部２６ａを
備えており、接合作用部２６ａはバンプ付きの電子部品
２２を吸着して保持するとともに、電子部品２２を基板
２１に対して押圧する。このときボンディングツール２
６に装着された振動子２７を駆動することにより、電子
部品２２には超音波振動が印加される。
２１ａが形成された基板２１が保持されている。基板保
持部２０の上方には、ボンディング部２３が配設されて
いる。ボンディング部２３はモータおよびエンコーダを
内蔵したツール昇降駆動部２４を備えており、ツール昇
降駆動部２４はホルダ２５に保持された当接ツールとし
てのボンディングツール２６を昇降駆動する。ボンディ
ングツール２６は、下方に突出した接合作用部２６ａを
備えており、接合作用部２６ａはバンプ付きの電子部品
２２を吸着して保持するとともに、電子部品２２を基板
２１に対して押圧する。このときボンディングツール２
６に装着された振動子２７を駆動することにより、電子
部品２２には超音波振動が印加される。
【００３７】図６において、制御部３１、Ｚ軸ドライバ
３０、アンプ２９およびＵＳドライバ２８は、実施の形
態１における制御部１０、Ｚ軸ドライバ８、アンプ７お
よびＵＳドライバ９と同様の機能を有しており、ボンデ
ィングツール２６による電子部品２２の超音波ボンディ
ング工程において、実施の形態１に示す例と同様のボン
ディング時計測処理、接合状態の判定処理および表示装
置３２への表示処理を行う。
３０、アンプ２９およびＵＳドライバ２８は、実施の形
態１における制御部１０、Ｚ軸ドライバ８、アンプ７お
よびＵＳドライバ９と同様の機能を有しており、ボンデ
ィングツール２６による電子部品２２の超音波ボンディ
ング工程において、実施の形態１に示す例と同様のボン
ディング時計測処理、接合状態の判定処理および表示装
置３２への表示処理を行う。
【００３８】すなわち図７に示すように、ボンディング
ツール２６の接合作用部２６ａに保持された電子部品２
２を基板２１の電極２１ａに対して下降させ、バンプ２
２ａが電極２１ａに当接したタイミングｔ１において、
ボンディングツール２６の接合作用部２６ａの下端部の
高さ位置Ｌ’Ａを計測し記憶させる（第１の高さ位置計
測工程）。そして電子部品２２を押圧してバンプ２２ａ
に押圧荷重を印加するとともに超音波振動を印加し、実
施の形態１と同様の超音波振動指標値の変化量を求める
（超音波計測工程）。すなわち、超音波ボンディング工
程の前期と後期において、電流モニタ値Ｕ’Ａ、Ｕ’Ｂ
を計測し記憶させる。
ツール２６の接合作用部２６ａに保持された電子部品２
２を基板２１の電極２１ａに対して下降させ、バンプ２
２ａが電極２１ａに当接したタイミングｔ１において、
ボンディングツール２６の接合作用部２６ａの下端部の
高さ位置Ｌ’Ａを計測し記憶させる（第１の高さ位置計
測工程）。そして電子部品２２を押圧してバンプ２２ａ
に押圧荷重を印加するとともに超音波振動を印加し、実
施の形態１と同様の超音波振動指標値の変化量を求める
（超音波計測工程）。すなわち、超音波ボンディング工
程の前期と後期において、電流モニタ値Ｕ’Ａ、Ｕ’Ｂ
を計測し記憶させる。
【００３９】次いで超音波ボンディング後、ボンディン
グツール２６を上昇させるまでの間に、再度ボンディン
グツール２６の下端部の高さ位置Ｌ’Ｂを計測して記憶
させる（第２の高さ位置計測工程）。そして、実施の形
態１と同様に、第１の高さ位置計測工程、超音波計測工
程および第２の高さ位置計測工程の計測データに基づい
て、バンプ２２ａの電極２１ａへの接合状態の判定を行
う。この実施の形態２においても、実施の形態１と同様
に超音波ボンディングによる接合状態の判定を簡便に行
うことができる。
グツール２６を上昇させるまでの間に、再度ボンディン
グツール２６の下端部の高さ位置Ｌ’Ｂを計測して記憶
させる（第２の高さ位置計測工程）。そして、実施の形
態１と同様に、第１の高さ位置計測工程、超音波計測工
程および第２の高さ位置計測工程の計測データに基づい
て、バンプ２２ａの電極２１ａへの接合状態の判定を行
う。この実施の形態２においても、実施の形態１と同様
に超音波ボンディングによる接合状態の判定を簡便に行
うことができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、接合対象物が被接合物
に当接したタイミングおよびボンディング工程終了後当
接ツールの上昇開始までの間のいずれかのタイミングに
おいて当接ツールの高さ位置を計測するとともに、当接
ツールを超音波振動させる振動子の駆動電流およびまた
は駆動電圧をボンディング工程の少なくとも前期および
後期の２回計測し、これらの計測データに基づいて接合
状態を判定するようにしたので、超音波ボンディング装
置に備えられた機能のみを利用して、簡便な方法で高い
信頼性の接合状態判定を行うことができる。
に当接したタイミングおよびボンディング工程終了後当
接ツールの上昇開始までの間のいずれかのタイミングに
おいて当接ツールの高さ位置を計測するとともに、当接
ツールを超音波振動させる振動子の駆動電流およびまた
は駆動電圧をボンディング工程の少なくとも前期および
後期の２回計測し、これらの計測データに基づいて接合
状態を判定するようにしたので、超音波ボンディング装
置に備えられた機能のみを利用して、簡便な方法で高い
信頼性の接合状態判定を行うことができる。
【図１】本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装
置の構成を示すブロック図
置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装
置のボンディング時計測処理のフロー図
置のボンディング時計測処理のフロー図
【図３】本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装
置の接合測定処理のフロー図
置の接合測定処理のフロー図
【図４】本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装
置によるボンディング動作の工程説明図
置によるボンディング動作の工程説明図
【図５】本発明の実施の形態１のワイヤボンディング装
置による接合判定条件を示すグラフ
置による接合判定条件を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態２の電子部品のボンディン
グ装置の構成を示すブロック図
グ装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２の電子部品のボンディン
グ装置のボンディング動作の工程説明図
グ装置のボンディング動作の工程説明図
１ ホーン駆動機構 ２ａ キャピラリツール ４、２７ 振動子 １０、３１ 制御部 １２ 位置検出部 １３ 当接検出部 １４ 処理部 １６ 表示装置 ２４ ツール昇降駆動部 ２６ ボンディングツール ２７ 振動子
Claims (11)
- 【請求項１】当接ツールに保持された接合対象物に荷重
と超音波振動を作用させて被接合物に接合する超音波ボ
ンディング方法であって、前記接合対象物が被接合物に
当接したタイミングにおける前記当接ツールの高さ位置
を計測する第１の高さ位置計測工程と、接合対象物に当
接ツールによって荷重と超音波振動を作用させながら接
合対象物と被接合物とを接合するボンディング工程と、
前記ボンディング工程の少なくとも前期と後期において
前記当接ツールを超音波振動させる振動子の駆動電流お
よびまたは駆動電圧を計測する超音波計測工程と、前記
ボンディング工程終了後前記当接ツールの上昇開始まで
の間のいずれかのタイミングにおいて当接ツールの高さ
位置を計測する第２の高さ位置計測工程と、前記第１の
高さ位置計測工程、超音波計測工程および第２の高さ位
置計測工程で得られた計測データに基づいて接合状態を
判定する接合判定工程とを含むことを特徴とする超音波
ボンディング方法。 - 【請求項２】前記超音波測定工程において得られた計測
データよりインピーダンスを求め、前記接合判定工程に
おいて、前記第１の高さ位置計測工程、第２の高さ位置
計測工程で得られた計測データおよび前記インピーダン
スに基づいて接合状態を判定することを特徴とする請求
項１記載の超音波ボンディング方法。 - 【請求項３】前記第１の高さ位置計測工程で計測した当
接ツールの高さ位置と、第２の高さ位置計測工程で計測
した当接ツールの高さ位置との差よりボンディング工程
における接合対象物の沈み込み量を求め、前記超音波計
測工程で得られた２つの計測データより超音波振動の状
態を表す超音波振動指標値の変化量を求め、この沈み込
み量と超音波振動指標値の変化量とに基づいて、接合状
態の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波
ボンディング方法。 - 【請求項４】前記超音波振動指標値の変化量は、駆動電
流または駆動電圧の差であることを特徴とする請求項３
記載の超音波ボンディング方法。 - 【請求項５】前記超音波振動指標値の変化量は、インピ
ーダンスの差であることを特徴とする請求項２および３
記載の超音波ボンディング方法。 - 【請求項６】前記超音波ボンディングは、ワイヤと電極
とを接合するワイヤボンディングであることを特徴とす
る請求項１記載の超音波ボンディング方法。 - 【請求項７】前記超音波ボンディングは、電子部品の電
極を基板の電極にバンプを介して接合するバンプボンデ
ィングであることを特徴とする請求項１記載の超音波ボ
ンディング方法。 - 【請求項８】当接ツールに保持された接合対象物に荷重
と超音波振動を作用させて被接合物に接合する超音波ボ
ンディング方法であって、前記接合対象物が被接合物に
当接したタイミングにおける前記当接ツールの高さ位置
を計測する第１の高さ位置計測工程と、接合対象物に当
接ツールによって荷重と超音波振動を作用させながら接
合対象物と被接合物とを接合するボンディング工程と、
前記ボンディング工程の少なくとも前期と後期において
前記当接ツールを超音波振動させる振動子の駆動電流お
よびまたは駆動電圧を計測する超音波計測工程と、前記
ボンディング工程終了後、前記当接ツールの上昇開始ま
での間のいずれかのタイミングにおいて当接ツールの高
さ位置を計測する第２の高さ位置計測工程と、前記第１
の高さ位置計測工程で計測した当接ツールの高さ位置と
第２の高さ位置計測工程で計測した当接ツールの高さ位
置との差よりボンディング工程における接合対象物の沈
み込み量を求める沈み込み量算出工程と、前記超音波計
測工程で得られた２つの計測データより超音波振動の状
態を表す超音波振動指標値の変化量を求める変化量算出
工程と、前記沈み込み量と超音波振動指標値の変化量を
座標系に持つグラフをモニタに表示しこのグラフ上に算
出した沈み込み量と超音波振動指標値の変化量とで定め
られるボンディング結果点を表示する工程とを含むこと
を特徴とする超音波ボンディング方法。 - 【請求項９】前記超音波振動指標値は、駆動電流値、駆
動電圧値、インピーダンスのいずれかであることを特徴
とする請求項８記載の超音波ボンディング方法。 - 【請求項１０】前記超音波ボンディングは、ワイヤと電
極とを接合するワイヤボンディングであることを特徴と
する請求項８記載の超音波ボンディング方法。 - 【請求項１１】前記超音波ボンディングは、電子部品の
電極を基板の電極にバンプを介して接合するバンプボン
ディングであることを特徴とする請求項８記載の超音波
ボンディング方法。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009246185A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Toray Eng Co Ltd | 超音波接合装置および超音波接合方法 |
| JP2010153672A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Nec Corp | 半導体装置の製造装置およびその製造方法 |
| WO2018110417A1 (ja) * | 2016-12-14 | 2018-06-21 | 株式会社新川 | ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 |
| WO2024122441A1 (ja) * | 2022-12-07 | 2024-06-13 | ダイキンファインテック株式会社 | 超音波発生装置および基板処理装置 |
| JP2024161600A (ja) * | 2019-06-04 | 2024-11-19 | クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク． | ボンディングワイヤーとワイヤーボンディング装置上のボンディング位置との間のボンディングを検出する方法 |
-
2000
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