JPH11265907A - アルミワイヤボンディング装置及び方法 - Google Patents
アルミワイヤボンディング装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機器のばらつきによる荷重変化に対して、適
時自動補正を行い、ボンディング荷重の信頼性向上と安
定化を図る。 【解決手段】 超音波発振器２２と、超音波発振器２２
で加振される超音波ホーン３と、超音波ホーン３から出
力される超音波振動を、その長手方向と直交する方向の
振動に変えて伝達するウエッジ４と、ウエッジ４にその
長手方向の加圧力を与える加圧装置５を備え、ウエッジ
４の先端に送給されたアルミワイヤの先端を半導体のボ
ンディング個所に押し当てて接合するアルミワイヤボン
ディング装置において、ウエッジ先端荷重を測定するセ
ンサ１０と、センサ１０により測定されたボンディング
荷重の規定値を実荷重と比較し、その偏差に基づいてボ
ンディング荷重の規定値を補正する補正手段１８を備え
たアルミワイヤボンディング装置。
時自動補正を行い、ボンディング荷重の信頼性向上と安
定化を図る。 【解決手段】 超音波発振器２２と、超音波発振器２２
で加振される超音波ホーン３と、超音波ホーン３から出
力される超音波振動を、その長手方向と直交する方向の
振動に変えて伝達するウエッジ４と、ウエッジ４にその
長手方向の加圧力を与える加圧装置５を備え、ウエッジ
４の先端に送給されたアルミワイヤの先端を半導体のボ
ンディング個所に押し当てて接合するアルミワイヤボン
ディング装置において、ウエッジ先端荷重を測定するセ
ンサ１０と、センサ１０により測定されたボンディング
荷重の規定値を実荷重と比較し、その偏差に基づいてボ
ンディング荷重の規定値を補正する補正手段１８を備え
たアルミワイヤボンディング装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置の
一つであるアルミワイヤボンディング装置及び方法に関
する。
一つであるアルミワイヤボンディング装置及び方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンＩＣのアルミ電極に金のワイヤ
を接合したものを２００℃以上の高温で保管すると、ア
ルミと金の金属間化合物が生成することが知られてい
る。これはきわめてもろく、ＩＣが製品となってから衝
撃、振動、過電流によって断線しやすくなる。このよう
な障害を避けるためにアルミ蒸着膜の上にアルミワイヤ
を接合する方法が、超音波を使ってなされるようになっ
た。
を接合したものを２００℃以上の高温で保管すると、ア
ルミと金の金属間化合物が生成することが知られてい
る。これはきわめてもろく、ＩＣが製品となってから衝
撃、振動、過電流によって断線しやすくなる。このよう
な障害を避けるためにアルミ蒸着膜の上にアルミワイヤ
を接合する方法が、超音波を使ってなされるようになっ
た。
【０００３】超音波ボンディングの特徴は、 （１）加熱の必要がなく、金属を溶かさない常温接合で
あること。 （２）フラックスによる汚染やスパークによる酸化物の
発生がない。 （３）異種金属の溶接ができる。特に銅とアルミは適し
ている。 （４）接合部が合金状態でハンダと同等の強度がある。 （５）高温ヒートサイクルでも、接合部の熱膨張率の差
や応力破壊がない。 （６）超音波接合の大きな特徴で、接合部での抵抗値が
ほとんど零である。
あること。 （２）フラックスによる汚染やスパークによる酸化物の
発生がない。 （３）異種金属の溶接ができる。特に銅とアルミは適し
ている。 （４）接合部が合金状態でハンダと同等の強度がある。 （５）高温ヒートサイクルでも、接合部の熱膨張率の差
や応力破壊がない。 （６）超音波接合の大きな特徴で、接合部での抵抗値が
ほとんど零である。
【０００４】この超音波ワイヤボンディングの原理は、
図７に示すように、超音波ホーン２１と受け治具２３の
間に金属２４と金属２５、たとえばアルミ（ワイヤ２４
の先端）と銅（ＩＣ基板２５）を置き、超音波発振器２
２からの超音波を超音波ホーン２１に与え、金属２５に
対して水平方向の超音波振動を、圧力を加えることによ
り伝達すると、金属２４と金属２５の接触面の間で、金
属２４，２５の表面を覆っている酸化膜が破壊され活性
化した金属が現れる。活性化した金属に加圧しているの
で、活性分子間の距離が近づき金属接合する。
図７に示すように、超音波ホーン２１と受け治具２３の
間に金属２４と金属２５、たとえばアルミ（ワイヤ２４
の先端）と銅（ＩＣ基板２５）を置き、超音波発振器２
２からの超音波を超音波ホーン２１に与え、金属２５に
対して水平方向の超音波振動を、圧力を加えることによ
り伝達すると、金属２４と金属２５の接触面の間で、金
属２４，２５の表面を覆っている酸化膜が破壊され活性
化した金属が現れる。活性化した金属に加圧しているの
で、活性分子間の距離が近づき金属接合する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】公知の半導体ウエッジ
ボンディングにおいて、ワイヤループを作る際、ワイヤ
２４に加える荷重、パワー及びパワーの印加時間が３大
重要要素である。荷重をコントロールするのは、通常、
機械的バネと電気的にリニア性を有したコイルのいずれ
かまたは両方を使用している方法が一般的である。しか
しながら、バネあるいはコイル個々の性能による荷重に
対するばらつきがある。また、装置製造時に設定された
荷重値がその後も同じ値を維持するのは難しい。本発明
が解決しようとする課題は、機器のばらつきによる荷重
変化に対して、適時自動補正を行い、ボンディング荷重
の信頼性向上と安定化を図ることにある。
ボンディングにおいて、ワイヤループを作る際、ワイヤ
２４に加える荷重、パワー及びパワーの印加時間が３大
重要要素である。荷重をコントロールするのは、通常、
機械的バネと電気的にリニア性を有したコイルのいずれ
かまたは両方を使用している方法が一般的である。しか
しながら、バネあるいはコイル個々の性能による荷重に
対するばらつきがある。また、装置製造時に設定された
荷重値がその後も同じ値を維持するのは難しい。本発明
が解決しようとする課題は、機器のばらつきによる荷重
変化に対して、適時自動補正を行い、ボンディング荷重
の信頼性向上と安定化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のアルミワイヤボンディング装置は、超音波
発振器と、前記超音波発振器で加振される超音波ホーン
と、前記超音波ホーンから出力される超音波振動を、そ
の長手方向と直交する方向の振動に変えて伝達するウエ
ッジと、前記ウエッジにその長手方向の加圧力を与える
加圧装置を備え、前記ウエッジの先端に送給されたアル
ミワイヤの先端を半導体のボンディング個所に押し当て
て接合するアルミワイヤボンディング装置において、ウ
エッジ先端荷重を測定するセンサと、前記センサにより
測定されたボンディング荷重の規定値を実荷重と比較
し、その偏差に基づいて前記ボンディング荷重の規定値
を補正する補正手段を備えたことを特徴とする。また、
本発明のアルミワイヤボンディング方法は、半導体のボ
ンディング個所に端子リードとなるアルミワイヤの先端
をウエッジ先端で押し当てて超音波振動により前記アル
ミワイヤ先端を接合するアルミワイヤボンディング方法
において、前記ウエッジ先端を荷重測定センサに規定の
ボンディング荷重で押し当て、そのときのボンディング
荷重を測定し、その測定値に基づいて前記ボンディング
荷重の規定値を補正し、その補正値を規定値としてボン
ディングを行うことを特徴とする。
め、本発明のアルミワイヤボンディング装置は、超音波
発振器と、前記超音波発振器で加振される超音波ホーン
と、前記超音波ホーンから出力される超音波振動を、そ
の長手方向と直交する方向の振動に変えて伝達するウエ
ッジと、前記ウエッジにその長手方向の加圧力を与える
加圧装置を備え、前記ウエッジの先端に送給されたアル
ミワイヤの先端を半導体のボンディング個所に押し当て
て接合するアルミワイヤボンディング装置において、ウ
エッジ先端荷重を測定するセンサと、前記センサにより
測定されたボンディング荷重の規定値を実荷重と比較
し、その偏差に基づいて前記ボンディング荷重の規定値
を補正する補正手段を備えたことを特徴とする。また、
本発明のアルミワイヤボンディング方法は、半導体のボ
ンディング個所に端子リードとなるアルミワイヤの先端
をウエッジ先端で押し当てて超音波振動により前記アル
ミワイヤ先端を接合するアルミワイヤボンディング方法
において、前記ウエッジ先端を荷重測定センサに規定の
ボンディング荷重で押し当て、そのときのボンディング
荷重を測定し、その測定値に基づいて前記ボンディング
荷重の規定値を補正し、その補正値を規定値としてボン
ディングを行うことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体ウエッジボンデ
ィングにおいて、重要な要素であるボンディング荷重の
装置ごとに存在する製造上、あるいは人的調整による個
人差発生を、電気的また、ソフト的手段を使って、装置
自体が装置ごとの真の荷重均一条件を自動的に自己調整
可能とするものである。
ィングにおいて、重要な要素であるボンディング荷重の
装置ごとに存在する製造上、あるいは人的調整による個
人差発生を、電気的また、ソフト的手段を使って、装置
自体が装置ごとの真の荷重均一条件を自動的に自己調整
可能とするものである。
【０００８】アルミウエッジワイヤボンダーのへッド部
の一般的構造例を図１と図６に示す。ここで、荷重バネ
１はボディー２に片方を固定されているため、ホーン３
と超音波振動を伝達する部分であるウエッジ４に対し下
方向に荷重を発生させる。この荷重力を変更するには、
バネのタワミ量を変更することで可能である。また、電
気的にリニアな力を発生可能なリニアコイルのコイル部
の外周にあるマグネット部６は同じくボディー２に固定
され、その内側にある電気コイル５は、コイルに電流を
流すことにより、フレミングの法則による力を発生す
る。現状のアルミボンダーでは、この電流値を１／２５
５より２５５／２５５迄といった具合に電気分解能値を
コンピュータから入力し、その力を可変可能とする。
の一般的構造例を図１と図６に示す。ここで、荷重バネ
１はボディー２に片方を固定されているため、ホーン３
と超音波振動を伝達する部分であるウエッジ４に対し下
方向に荷重を発生させる。この荷重力を変更するには、
バネのタワミ量を変更することで可能である。また、電
気的にリニアな力を発生可能なリニアコイルのコイル部
の外周にあるマグネット部６は同じくボディー２に固定
され、その内側にある電気コイル５は、コイルに電流を
流すことにより、フレミングの法則による力を発生す
る。現状のアルミボンダーでは、この電流値を１／２５
５より２５５／２５５迄といった具合に電気分解能値を
コンピュータから入力し、その力を可変可能とする。
【０００９】このようにして、ウエッジ先端７とボンデ
ィングを施す相手試料８との間に導かれたアルミワイヤ
９に対しボンディング荷重コントロールが可能である
が、リニアコイル自体の、個々の同じ電流値に対する推
力は違い、軸受け摩擦やその他の機械的バネによりウエ
ッジ先端の実際の荷重は理論通りにはいかない。
ィングを施す相手試料８との間に導かれたアルミワイヤ
９に対しボンディング荷重コントロールが可能である
が、リニアコイル自体の、個々の同じ電流値に対する推
力は違い、軸受け摩擦やその他の機械的バネによりウエ
ッジ先端の実際の荷重は理論通りにはいかない。
【００１０】図２は実際に別々のへッドでウエッジ先端
荷重を測定した結果を示す。図２よりわかるように１／
２５５より２５５／２５５迄の電気分解能だけでは、ば
らつきがあることがわかる。
荷重を測定した結果を示す。図２よりわかるように１／
２５５より２５５／２５５迄の電気分解能だけでは、ば
らつきがあることがわかる。
【００１１】本発明では、このようなウエッジ先端荷重
を測定する測定センサであるロードセル１０をへッドの
近くに設置し、そのロードセル１０にウエッジ先端７を
Ｚ軸制御モータ駆動によりタッチさせ、数百ミクロン押
え込んでいく。ホーン３とそれを押さえつけている機械
的バネ１及びリニアコイルのコイルは、押し戻されてい
く構造になっている。なお、タッチの瞬間はタッチによ
りホーンが押し戻される瞬間を検知し、押し戻されの開
始点を検出する。ロードセル１０により検出された、荷
重に比例した電圧は変換アンプ１７により増幅され、コ
ントローラ１８により電流に変換され、電気コイル５に
供給される。
を測定する測定センサであるロードセル１０をへッドの
近くに設置し、そのロードセル１０にウエッジ先端７を
Ｚ軸制御モータ駆動によりタッチさせ、数百ミクロン押
え込んでいく。ホーン３とそれを押さえつけている機械
的バネ１及びリニアコイルのコイルは、押し戻されてい
く構造になっている。なお、タッチの瞬間はタッチによ
りホーンが押し戻される瞬間を検知し、押し戻されの開
始点を検出する。ロードセル１０により検出された、荷
重に比例した電圧は変換アンプ１７により増幅され、コ
ントローラ１８により電流に変換され、電気コイル５に
供給される。
【００１２】図３は本発明のボンディング方法の手順を
示すフローチャートである。図において、ステップ１０
０ではウエッジをボンディング位置へ移動する。次いで
ステップ１１０で現在のボンディング荷重をセットす
る。ステップ１２０でロードセルより出力されたアナロ
グ信号（電圧）をグラム値にデジタル変換する。ステッ
プ１３０で変換された値を現在の設定値と比較する。許
容範囲内であれば、ステップ１４０で正常と判定する。
許容範囲外であればステップ１６０に進む。大きく許容
範囲を越えておればステップ１５０で警報を発生する。
ステップ１６０では、許容範囲外の場合の自動補正を行
い、ステップ１７０で荷重変化させてリニア性を確認す
る。正常であればステップ１８０で正常と判定し、以上
であればステップ１５０で警報を発生する。このように
して、図４に示す任意の２点間の押さえ付け量に対して
ロードセル１０の荷重変化値ａ，ｂをサンプル取りす
る。
示すフローチャートである。図において、ステップ１０
０ではウエッジをボンディング位置へ移動する。次いで
ステップ１１０で現在のボンディング荷重をセットす
る。ステップ１２０でロードセルより出力されたアナロ
グ信号（電圧）をグラム値にデジタル変換する。ステッ
プ１３０で変換された値を現在の設定値と比較する。許
容範囲内であれば、ステップ１４０で正常と判定する。
許容範囲外であればステップ１６０に進む。大きく許容
範囲を越えておればステップ１５０で警報を発生する。
ステップ１６０では、許容範囲外の場合の自動補正を行
い、ステップ１７０で荷重変化させてリニア性を確認す
る。正常であればステップ１８０で正常と判定し、以上
であればステップ１５０で警報を発生する。このように
して、図４に示す任意の２点間の押さえ付け量に対して
ロードセル１０の荷重変化値ａ，ｂをサンプル取りす
る。
【００１３】図５は理論値に対してサンプル取りした２
つのウエツジ先端の荷重変化ｃ，ｄのグラフである。
ｃ，ｄが理論値に対しばらつきがあることがわかる。本
発明は、このばらつきｃ，ｄの荷重をあらかじめ、また
は定期的に測定し、ソフト的手法により見かけ上理論値
と一致するように先の１／２５５より２５５／２５５迄
の各分解能に対し、リニアコイルに流す電流の値をコン
トロールするようにしたものである。
つのウエツジ先端の荷重変化ｃ，ｄのグラフである。
ｃ，ｄが理論値に対しばらつきがあることがわかる。本
発明は、このばらつきｃ，ｄの荷重をあらかじめ、また
は定期的に測定し、ソフト的手法により見かけ上理論値
と一致するように先の１／２５５より２５５／２５５迄
の各分解能に対し、リニアコイルに流す電流の値をコン
トロールするようにしたものである。
【００１４】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、装置
１台１台に対する荷重の均一性が得られ、ボンディング
条件の安定を図り、装置ごとのボンディングの結果が均
一となる。
１台１台に対する荷重の均一性が得られ、ボンディング
条件の安定を図り、装置ごとのボンディングの結果が均
一となる。
【図１】 アルミウエッジワイヤボンダーのへッド部の
一般的構造を示す側面図である。
一般的構造を示す側面図である。
【図２】 ウエッジ先端荷重とコイル電流の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図３】 本発明のボンディング方法における自動補正
の手順を示すフローチャートである。
の手順を示すフローチャートである。
【図４】 押さえつけ量と荷重の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】 ロードセルの荷重変化値に関する理論値とサ
ンプル値の関係を示すグラフである。
ンプル値の関係を示すグラフである。
【図６】 ワイヤクランプ部の構造を示す拡大図であ
る。
る。
【図７】 ワイヤボンディング方法の原理を示す説明図
である。
である。
１ 荷重バネ、２ ボディー、３ ホーン、４ ウエッ
ジ、５ 電気コイル部、６ マグネット部、７ ウエッ
ジ先端、８ 試料、９ アルミワイヤ、１０ ロードセ
ル、１１ ワイヤ受け、１２ ワイヤ押え、１３ 電気
コイル、１４ 支点、１５ 機械的バネ、１６ 可動
片、１７ 変換アンプ、１８ コントローラ、２１ 超
音波ホーン、２２ 超音波発振器、２３ 受け治具、２
４，２５ 金属
ジ、５ 電気コイル部、６ マグネット部、７ ウエッ
ジ先端、８ 試料、９ アルミワイヤ、１０ ロードセ
ル、１１ ワイヤ受け、１２ ワイヤ押え、１３ 電気
コイル、１４ 支点、１５ 機械的バネ、１６ 可動
片、１７ 変換アンプ、１８ コントローラ、２１ 超
音波ホーン、２２ 超音波発振器、２３ 受け治具、２
４，２５ 金属
Claims (2)
- 【請求項１】 超音波発振器と、前記超音波発振器で加
振される超音波ホーンと、前記超音波ホーンから出力さ
れる超音波振動を、その長手方向と直交する方向の振動
に変えて伝達するウエッジと、前記ウエッジにその長手
方向の加圧力を与える加圧装置を備え、前記ウエッジの
先端に送給されたアルミワイヤの先端を半導体のボンデ
ィング個所に押し当てて接合するアルミワイヤボンディ
ング装置において、 ウエッジ先端荷重を測定するセンサと、前記センサによ
り測定されたボンディング荷重の規定値を実荷重と比較
し、その偏差に基づいて前記ボンディング荷重の規定値
を補正する補正手段を備えたことを特徴とするアルミワ
イヤボンディング装置。 - 【請求項２】 半導体のボンディング個所に端子リード
となるアルミワイヤの先端をウエッジ先端で押し当てて
超音波振動により前記アルミワイヤ先端を接合するアル
ミワイヤボンディング方法において、前記ウエッジ先端
を荷重測定センサに規定のボンディング荷重で押し当
て、そのときのボンディング荷重を測定し、その測定値
に基づいて前記ボンディング荷重の規定値を補正し、そ
の補正値を規定値としてボンディングを行うことを特徴
とするアルミワイヤボンディング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066974A JPH11265907A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | アルミワイヤボンディング装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066974A JPH11265907A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | アルミワイヤボンディング装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11265907A true JPH11265907A (ja) | 1999-09-28 |
Family
ID=13331515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10066974A Pending JPH11265907A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | アルミワイヤボンディング装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11265907A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109900634A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-18 | 四川立泰电子有限公司 | 一种引线键合工艺可靠性监测方法 |
| JPWO2018047896A1 (ja) * | 2016-09-07 | 2019-06-24 | 株式会社新川 | ワイヤボンディング装置 |
| JP2023548578A (ja) * | 2020-11-05 | 2023-11-17 | クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク． | ワイヤボンディング装置におけるボンディング力の精度を監視する方法を含む、ワイヤボンディング装置を動作させる方法、および関連する方法 |
-
1998
- 1998-03-17 JP JP10066974A patent/JPH11265907A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2018047896A1 (ja) * | 2016-09-07 | 2019-06-24 | 株式会社新川 | ワイヤボンディング装置 |
| CN109900634A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-18 | 四川立泰电子有限公司 | 一种引线键合工艺可靠性监测方法 |
| CN109900634B (zh) * | 2019-02-26 | 2021-07-30 | 四川立泰电子有限公司 | 一种引线键合工艺可靠性监测方法 |
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