JPH09113566A - 半導体基板の接続状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、半導体基板のボンディングワイヤ
の接続状態を検出できる半導体基板の接続状態検出装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 ボンディングワイヤ１３ａ〜１３ｄが正
常接続の場合には、内部回路１７から基準点９、配線抵
抗１９ａ〜１９ｄ、ボンディングパッド３ａ〜３ｄを経
由して、ボンディングワイヤ１３ａ〜１３ｄからリード
１５へ至る経路で電流が流れ、基準点９の電位＞ボンデ
ィングパッド３ａ〜３ｄの電位となり、コンパレータ１
１ａ〜１１ｄの出力は全て“Ｈｉｇｈ”状態になる。一
方、ボンディングワイヤ１３ａが断線の場合には、内部
回路１７から基準点９、配線抵抗１９ａ、ボンディング
パッド３ａを経由して、ボンディングワイヤ１３ａから
リード１５へ至る経路で電流が流れないため、基準点９
とボンディングパッド３ａとでは等電位になり、コンパ
レータ１１ａの出力は“Ｌｏｗ”状態になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板のボン
ディングワイヤの接続状態を検出できる半導体基板の接
続状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体基板の接続状態検出装置と
しては、例えば第９図に示すようなものが知られてい
る。同図においては、半導体基板１００上に内部回路１
１１の１つの端子と接続される複数のボンディングパッ
ド１０１を形成し、それら複数のボンディングパッド１
０１同志を第１の金属配線１０３で電気的に接続する。
そして、第１の金属配線１０３上の１点と内部回路１１
１の１つの端子とを第２の金属配線１０５で電気的に接
続する。配線としては、金属の他に例えば拡散層やポリ
シリコンなども利用できる。そして、複数のボンディン
グパッド１０１と半導体基板外部の電極、例えばパッケ
ージの１つのリード１０９とをボンディングワイヤ１０
７により電気的に接続してマルチワイヤボンディングを
施す。なお、半導体基板外部の電極としては、ベアチッ
プ外部の電極などもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ボンディング
ワイヤ１０７には流れることができる電流量に限界があ
るので、ボンディングワイヤ１本で電流量が不足すると
きには複数のボンディングワイヤを用いる必要がある。
しかし、マルチワイヤボンディングを施した場合、ボン
ディングワイヤ１０７が１本でも断線してしまうと接続
状態にある残りのボンディングワイヤ１０７に電流集中
が発生して断線し易すくなる。また、必要な電流量が流
れなくなるので、ボンディングワイヤ１０７を用いたリ
ードがグラウンドの場合ではグラウンドレベルが浮くと
いった問題が発生し、この結果、半導体基板上の内部回
路が正常に動作しなくなる恐れがあった。

【０００４】このため、ボンディングワイヤ１０７の結
線状態を確認する断線検査を行う必要があった。この断
線検査の工程は、従来、作業者による目視あるいは電気
的接続検査が行われていた。しかし、作業者による目視
検査では、図１０に示すように完全にボンディングワイ
ヤ１０７の片方が浮いてボンディングパッド１０１から
離れているような場合には断線部分の確認ができた反
面、図１１（ａ）に示すような断線状態の場合には、図
１１（ｂ）に示すように上面から目視しただけでは見過
ごされてしまう可能性もあった。しかし、半導体基板を
パッケージした後では目視検査ができないため、電気的
な検査に頼るしかなかった。

【０００５】また、電気的接続検査の場合にも、ボンデ
ィングパッド１０１からリード１０９に電流を流して電
流量の微妙な変化を検出することで、どのリード１０９
に電流量の微妙な変化が発生したかを判断する程度であ
ったため、どのボンディングワイヤ１０７が断線してい
るかを特定することは困難であった。

【０００６】さらに、電気的接続検査と目視検査を組み
合わせた検査では、例えば図１０に示すように、ボンデ
ィングパッド１０１または第２の金属配線１０５と、リ
ード１０９との間で電気抵抗を測定した場合、断線部分
のようにボンディングワイヤ１０７が１本断線している
と、その分電気抵抗は大きくなるので、まず、電気抵抗
が大きくなったリードを特定でき、次に、目視検査を行
ってどのボンディングワイヤ１０７が断線しているかを
特定していた。このため、電気的接続検査と目視検査を
組み合わせた検査では、極めて検査時間を要していた。

【０００７】このように、従来の半導体基板の接続状態
検出装置にあっては、半導体基板上には金属配線で接続
されたボンディングパッドだけが形成された構成となっ
ていたため、マルチワイヤボンディングを行った後に、
断線検査の工程で作業者の目視あるいは電気的接続検査
を行っていたので、検査効率の向上を図ることができな
いといった問題点があった。特に、半導体基板をパッケ
ージした後では目視検査ができないため、電気的な検査
に依存するしかなく、大幅に時間がかかるとともに、コ
ストアップに繋がる反面、良品数比率を表す歩留りの向
上を図ることができないといった問題点があった。

【０００８】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、半導体基板のボンディングワイヤの
接続状態を検出できる半導体基板の接続状態検出装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、内部回路に接続された基準点
から複数の配線を介して複数のボンディングパッドに接
続し、該複数のボンディングパッドからそれぞれ複数の
ボンディングワイヤを用いてリードに接続してなる半導
体基板に対し、該複数のボンディングワイヤの接続・断
線状態を検査する半導体基板の接続状態検出装置であっ
て、前記複数のボンディングパッドと前記リードに接続
される前記複数のボンディングワイヤの接続状態を検出
する接続状態検出手段を有することを要旨とする。

【００１０】請求項１記載の発明では、内部回路に接続
された基準点から複数の配線を介して複数のボンディン
グパッドに接続し、該複数のボンディングパッドからそ
れぞれ複数のボンディングワイヤを用いてリードに接続
してなる半導体基板に対し、複数のボンディングパッド
とリードに接続される複数のボンディングワイヤの接続
状態を検出することで、複数のボンディングワイヤがそ
れぞれ接続・断線状態にあることを検出するという作用
を有する。

【００１１】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記接続状態検出手段は、前記複数のボンディ
ングパッドと前記基準点との電位差に基づいて前記複数
のボンディングワイヤの接続状態を検出することを要旨
とする。

【００１２】請求項２記載の発明では、内部回路に接続
された基準点から複数の配線を介して複数のボンディン
グパッドに接続し、該複数のボンディングパッドからそ
れぞれ複数のボンディングワイヤを用いてリードに接続
してなる半導体基板に対し、複数のボンディングパッド
と基準点との電位差に基づいて複数のボンディングワイ
ヤの接続状態を検出することで、複数のボンディングワ
イヤがそれぞれ接続・断線状態にあることを検出すると
いう作用を有する。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記接続状態検出手段は、前記複数のボンディ
ングパッドの電位のうち１つを選択する選択手段を有す
ることを要旨とする。

【００１４】請求項３記載の発明では、内部回路に接続
された基準点から複数の配線を介して複数のボンディン
グパッドに接続し、該複数のボンディングパッドからそ
れぞれ複数のボンディングワイヤを用いてリードに接続
してなる半導体基板に対し、複数のボンディングパッド
の電位のうち１つを選択した後に、当該ボンディングパ
ッドと基準点との電位差に基づいて当該ボンディングワ
イヤの接続状態を検出することで、当該ボンディングワ
イヤが接続・断線状態にあることを検出するという作用
を有する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態
に係る半導体基板の接続状態検出装置を示す図である。
同図において、半導体基板１は、半導体基板１上の内部
回路１７に金属配線７を介して接続された基準点９と、
基準点９と複数のボンディングパッド３ａ〜３ｄとを接
続する抵抗成分を有する複数の金属配線５ａ〜５ｄと、
基準点９から抵抗成分を有する複数の金属配線５ａ〜５
ｄを介して接続されるマルチワイヤボンディングを施す
ための複数のボンディングパッド３ａ〜３ｄとから構成
される。

【００１６】同図において、ボンディングワイヤ１３ａ
〜１３ｄは、リード１５とボンディングパッド３ａ〜３
ｄとを電気的に接続するボンディングワイヤであり、リ
ード１５は、半導体基板の外部のパッケージに配置さ
れ、複数のボンディングパッド３ａ〜３ｄからそれぞれ
複数のボンディングワイヤ１３ａ〜１３ｄを用いて接続
される電極である。

【００１７】同図において、コンパレータ１１ａ〜１１
ｄは、２つの入力端子を基準点９とそれぞれのボンディ
ングパッド３ａ〜３ｄとに接続して各入力端子の電位差
を検出する。このコンパレータ１１ａ〜１１ｄは、例え
ば、入力電圧が 非反転入力端子＞反転入力端子 の場合には、“Ｈｉｇｈ”状態を出力する一方、 非反転入力端子＝反転入力端子 の場合には、“Ｌｏｗ”状態を出力する。なお、コンパ
レータ１１ａ〜１１ｄは半導体基板１上に配置されてい
るものとする。

【００１８】次に、本実施の形態の作用を図２を用いて
説明する。図２は、図１に示す第１の実施の形態の等価
回路である。なお、ここではリード１５をグラウンドピ
ンとして説明する。また、配線抵抗１９ａ〜１９ｄは、
金属配線５ａ〜５ｄの配線抵抗を表したものである。ま
ず、全てのボンディングワイヤ１３ａ〜１３ｄが正常に
接続されている場合には、内部回路１７から基準点９、
配線抵抗１９ａ〜１９ｄ、ボンディングパッド３ａ〜３
ｄを経由して、ボンディングワイヤ１３ａ〜１３ｄから
リード１５へ至る経路で電流が流れる。この場合、配線
抵抗１９ａ〜１９ｄにより基準点９とボンディングパッ
ド３ａ〜３ｄの間には電位差が発生するので、 基準点９の電位＞ボンディングパッド３ａ〜３ｄの電位 となり、コンパレータ１１ａ〜１１ｄの出力は全て“Ｈ
ｉｇｈ”状態になり、ボンディングワイヤ１３ａ〜１３
ｄが接続していることが検出できる。

【００１９】一方、例えばボンディングワイヤ１３ａが
断線している場合には、内部回路１７から基準点９、配
線抵抗１９ａ、ボンディングパッド３ａを経由して、ボ
ンディングワイヤ１３ａからリード１５へ至る経路で電
流が流れないため、 基準点９の電位＝ボンディングパッド３ａ〜３ｄの電位 基準点９とボンディングパッド３ａとでは等電位になる
ので、コンパレータ１１ａの出力は“Ｌｏｗ”状態にな
り、ボンディングワイヤ１３ａが断線していることが検
出できる。

【００２０】ここで、金属配線５ａ〜５ｄの両端に電位
差が生じる場合の電位差がコンパレータ１１ａ〜１１ｄ
のオフセット電圧のバラツキより大きくなるように、基
準点９とボンディングパッド３ａ〜３ｄの間に位置する
金属配線５ａ〜５ｄの抵抗値を設定する。

【００２１】例えば、ボンディングワイヤ１３ａ〜１３
ｄが１本当り直径３５μｍの金線の場合には、一本当り
約１．６Ａ程度の電流を流すことができるので、金属配
線５ａ〜５ｄのシート抵抗を１９ｍΩ、線幅７０μｍと
した場合に、金属配線５ａ〜５ｄはそれぞれ長さ１３８
μｍ程度の配線長では約６０ｍＶの電位差が金属配線５
ａ〜５ｄの両端に発生する。

【００２２】次に、図３は、ＭＯＳトランジスタで構成
されたＭＯＳコンパレータの内部回路の一例を示す図で
ある。同図に示すように、ＭＯＳコンパレータは、カレ
ントミラー負荷のＰｃｈ差動増幅段とカレントミラー負
荷のソース接地電圧増幅段を備え、最終段にインバータ
を付加して構成したものである。なお、非反転入力端子
Ｖ＋がＭ５側、反転入力端子Ｖ−がＭ６側になる。ここ
で、ＭＯＳコンパレータのオフセット電圧は、Ｍ５，Ｍ
６に用いられるトランジスタのサイズによって決定する
ので、同サイズのトランジスタをＭ５，Ｍ６に用いた場
合には、ＭＯＳコンパレータのオフセット電圧は０Ｖと
なる。また、同図に示すように、ＭＯＳコンパレータを
半導体基板１上に配置ているので、正確に早く断線検査
ができるため、大幅な時間短縮ができ、コスト低減が実
現できる。

【００２３】次に、図４は、図３に示すＭＯＳコンパレ
ータのＭ６側の反転入力端子Ｖ- を０Ｖ一定に設定する
一方、非反転入力端子Ｖ+ を０Ｖ〜５Ｖまで変化させた
ときの動作解析例を示すグラフである。また、図５は、
図４に示す入力波形（イ）と出力波形（ロ）との交差部
（ハ）を拡大して表したグラフである。図４および図５
は、図３に示すトランジスタＭ５の幅長をオフセット電
圧０Ｖの場合に対して１０％程度増したもので、非反転
入力端子Ｖ+ の入力電位が約３２．５ｍＶのときに出力
が“Ｌｏｗ”状態から“Ｈｉｇｈ”状態に変化してい
る。すなわち、ＭＯＳコンパレータ１１のオフセット電
圧が３２．５ｍＶである。

【００２４】ここで、ＭＯＳ構造を用いたコンパレータ
のオフセット電圧のバラツキは、一般的に、±２０ｍＶ
であることを考慮して、非反転入力端子Ｖ+ の入力電圧
が少なくとも１２ｍＶより低ければ“Ｌｏｗ”状態にな
る一方、非反転入力端子Ｖ+の入力電圧が５３ｍＶより
高ければ“Ｈｉｇｈ”状態になる。従って、前述のよう
にボンディングワイヤ１３ａが接続されているときの金
属配線５ａの両端に生じる電位差が約６０ｍＶ、断線し
ているときの電位差が０ｍＶならば、コンパレータ１１
によって断線状態を検出することができる。さらに、ボ
ンディングワイヤ１３ａが接続されているときはコンパ
レータ１１の出力は“Ｈｉｇｈ”状態になる一方、断線
しているときはコンパレータ１１の出力は“Ｌｏｗ”状
態になる。

【００２５】なお、バイポーラ構造を用いてコンパレー
タ１１を構成した場合には、通常、オフセット電圧のバ
ラツキがさらに小さいものが実現できるので、金属配線
５ａ〜５ｄの幅が太く配線抵抗がさらに低い場合でも断
線検出を行うことができる。

【００２６】従って、マルチワイヤボンディングの断線
検出が電気的に容易に行うことができ、従来のような目
視検査あるいは電気的接続検査に比べ、正確で早い断線
検出を行うことができる。また、コンパレータ１１によ
って断線状態を検出した結果信号はそのまま外部に取り
出すことで、検出結果の確認ができる。さらに、内部回
路１７に結果信号を戻すことで、ボンディングワイヤが
断線している場合には半導体基板の回路機能を停止する
ようなフェールセーフとしても利用することができる。

【００２７】次に、図６は、本発明の第２の実施の形態
に係る半導体基板の接続状態検出装置を示す図である。
その特徴は、図６に示すように、複数のボンディングパ
ッド３ａ〜３ｄとコンパレータ１１との間に複数のボン
ディングパッド３ａ〜３ｄからの配線を切り替えるマル
チプレクサ２１を設けたものである。これによって、複
数のボンディングパッド３ａ〜３ｄに接続するコンパレ
ータ１１を１個にすることができ、装置の面積を縮小す
ることができる。

【００２８】次に、図７は、半導体基板の第３の実施の
形態を示す図である。同図において、半導体基板１は、
半導体基板１上の内部回路１７に接続される幅広の金属
配線７と、金属配線７内に存在してコンパレータ１１の
非反転入力端子に接続される基準点９と、金属配線７と
複数のボンディングパッド３ａ〜３ｃとをそれぞれ接続
する抵抗成分を有している複数の金属配線５ａ〜５ｃ
と、金属配線７から抵抗成分を有する複数の金属配線５
ａ〜５ｃを介して接続されるマルチワイヤボンディング
を施すための複数のボンディングパッド３ａ〜３ｃとか
ら構成される。

【００２９】このように、半導体基板１に幅広の金属配
線７をレイアウトすることによって基準点９をどこに設
けても、基準点９の位置の違いによる電位差の発生がな
くなり、半導体基板１に設けられたコンパレータ１１の
設計が容易になり、金属配線７上に基準点９を設けた場
合のコンパレータ１１の設計は、金属配線５ａ〜５ｃの
配線抵抗によって発生する電位差のみを考慮すればよ
く、コンパレータ１１の精度が良いままでレイアウトの
自由度を広げることができる。

【００３０】次に、図８は、半導体基板の第４の実施の
形態を示す図である。同図において、半導体基板１は、
半導体基板１上の内部回路１７に接続される幅広の金属
配線７と、金属配線７内に存在してコンパレータ１１の
非反転入力端子に接続される基準点９と、金属配線７と
複数のボンディングパッド３ａ〜３ｃとをそれぞれ接続
する抵抗成分を有する複数の金属配線５ａ〜５ｃと、金
属配線７から抵抗成分を有する複数の金属配線５ａ〜５
ｃを介して接続されるマルチワイヤボンディングを施す
ための複数のボンディングパッド３ａ〜３ｃとから構成
される。

【００３１】このように、半導体基板１に幅広の金属配
線７を複数のボンディングパッド３ａ〜３ｃを包囲する
ようにレイアウトすることで、基準点９をどこに設けて
も基準点９の位置の違いに起因した電位差の発生がなく
なり、半導体基板１に設けられたコンパレータ１１の設
計が容易になり、金属配線７上に基準点９を設けた場合
のコンパレータ１１の設計は、金属配線５ａ〜５ｃの配
線抵抗によって発生する電位差のみを考慮すればよく、
コンパレータ１１の精度が良いままでレイアウトの自由
度を広げることができる。

【００３２】なお、図１，図６，図７，図８において説
明したように、金属配線５、金属配線７の構成を以下２
項目の条件下で成立することを本発明の特徴としてい
る。◎第１に、ボンディングワイヤ１３が断線している
ときと接続しているときとで基準点９とボンディングパ
ッド３の間に発生する電位差の差がコンパレータ１１の
オフセット電圧のバラツキより大きくなるよう設定する
ことである。

【００３３】第２に、それぞれの金属配線５とも共通配
線抵抗部分を除いて断線しているときの基準点９とボン
ディングパッド３の間に発生する電位差が負のバラツキ
より小さくなるように設定する一方、接続しているとき
の基準点９とボンディングパッド３の間に発生する電位
差が正のバラツキより大きくなるように設定することで
ある。

【００３４】第１および第２の条件のようにコンパレー
タ１１を構成とすることで、少なくとも１個のコンパレ
ータで容易に半導体基板のボンディングワイヤの接続状
態を検出できる。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように請求項１記載の発
明によれば、内部回路に接続された基準点から複数の配
線を介して複数のボンディングパッドに接続し、該複数
のボンディングパッドからそれぞれ複数のボンディング
ワイヤを用いてリードに接続してなる半導体基板に対
し、複数のボンディングパッドとリードに接続される複
数のボンディングワイヤの接続状態を検出することで、
複数のボンディングワイヤがそれぞれ接続・断線状態に
あることを検出するようにしているので、従来では困難
であったマルチワイヤボンディングの断線検知を電気的
に容易に実施することができる。

【００３６】請求項２記載の発明によれば、内部回路に
接続された基準点から複数の配線を介して複数のボンデ
ィングパッドに接続し、該複数のボンディングパッドか
らそれぞれ複数のボンディングワイヤを用いてリードに
接続してなる半導体基板に対し、複数のボンディングパ
ッドと基準点との電位差に基づいて複数のボンディング
ワイヤの接続状態を検出することで、複数のボンディン
グワイヤがそれぞれ接続・断線状態にあることを検出す
るようにしているので、従来では困難であったマルチワ
イヤボンディングの断線検知を電気的に容易に実施する
ことができる。

【００３７】請求項３記載の発明によれば、内部回路に
接続された基準点から複数の配線を介して複数のボンデ
ィングパッドに接続し、該複数のボンディングパッドか
らそれぞれ複数のボンディングワイヤを用いてリードに
接続してなる半導体基板に対し、複数のボンディングパ
ッドの電位のうち１つを選択した後に、当該ボンディン
グパッドと基準点との電位差に基づいて当該ボンディン
グワイヤの接続状態を検出することで、当該ボンディン
グワイヤが接続・断線状態にあることを検出するように
しているので、コンパレータを１個に削減することがで
き、装置の面積を縮小することができ、従来では困難で
あったマルチワイヤボンディングの断線検知を電気的に
容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体基板の
接続状態検出装置を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の等価回路を示す図
である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に用いられるＭＯＳ
コンパレータの内部回路を示す図である。

【図４】図３に示すＭＯＳコンパレータの動作を示す図
である。

【図５】図４に示す入力波形（イ）と出力波形（ロ）と
の交差部（ハ）を拡大して表したグラフである。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体基板の
接続状態検出装置を示す図である。

【図７】本発明に用いられる半導体基板の第３の実施の
形態を示す図である。

【図８】本発明に用いられる半導体基板の第４の実施の
形態を示す図である。

【図９】従来の半導体基板の一例を示す平面図である。

【図１０】従来の半導体基板上でボンディングワイヤが
断線している一例を示す平面図である。

【図１１】断線したボンディングワイヤ部分の断面図お
よびその平面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ３ ボンディングパッド ５ 第１の金属配線 ７ 第２の金属配線 ９ 基準点 １１ コンパレータ １３ ボンディングワイヤ １５ リード １７ 内部回路 １９ 金属配線３の抵抗成分 ２１ マルチプレクサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部回路に接続された基準点から複数の
   配線を介して複数のボンディングパッドに接続し、該複
   数のボンディングパッドからそれぞれ複数のボンディン
   グワイヤを用いてリードに接続してなる半導体基板に対
   し、該複数のボンディングワイヤの接続・断線状態を検
   査する半導体基板の接続状態検出装置であって、 前記複数のボンディングパッドと前記リードに接続され
   る前記複数のボンディングワイヤの接続状態を検出する
   接続状態検出手段を有することを特徴とする半導体基板
   の接続状態検出装置。
2. 【請求項２】 前記接続状態検出手段は、 前記複数のボンディングパッドと前記基準点との電位差
   に基づいて前記複数のボンディングワイヤの接続状態を
   検出することを特徴とする請求項１記載の半導体基板の
   接続状態検出装置。
3. 【請求項３】 前記接続状態検出手段は、 前記複数のボンディングパッドの電位のうち１つを選択
   する選択手段を有することを特徴とする請求項２記載の
   半導体基板の接続状態検出装置。