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JP2004047944A - 接合装置および接合の良否判別方法を有する接合方法 - Google Patents

接合装置および接合の良否判別方法を有する接合方法 Download PDF

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JP2004047944A
JP2004047944A JP2003068914A JP2003068914A JP2004047944A JP 2004047944 A JP2004047944 A JP 2004047944A JP 2003068914 A JP2003068914 A JP 2003068914A JP 2003068914 A JP2003068914 A JP 2003068914A JP 2004047944 A JP2004047944 A JP 2004047944A
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ultrasonic
output signal
joining
detector
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JP2003068914A
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Chikanori Kanemoto
金元　慎典
Hiromi Sueda
末田　広実
Keiji Takamura
高村　啓司
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Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

【課題】超音波を用いた接合装置における接合ツールの超音波振動を常に監視し、接合不良の発生を低減させ、接合ツールの交換時期を明確にする。
【解決手段】超音波振動子５に結合するＵＳホーン３およびＵＳホーン３に結合する接合ツール４を有してワーク１１に超音波接合を行う接合装置において、超音波検出器７および超音波検出器７からの出力信号を表示する表示器８を備えることにより、超音波検出器の出力信号から接合の良否判別を容易する接合方法を得る。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は接合装置および接合の良否判別方法を有する接合方法に係り、特に半導体の組立工程において、超音波振動を利用して繋線（ワイヤボンディング）あるいは半導体チップのパッケージ等への接合（ダイボンディング）等を行なう接合装置および良否判定方法を有する接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の組立に使用されるワイヤの接合方法としては、金線を使用するネイルヘッドボンディング方式（熱併用超音波ボンディング方式）とアルミニウム線を使用するウエッジボンディング方式とが知られている。
【０００３】
このうち、樹脂封止パッケージ半導体用には、腐食しにくい展延性に優れた金線を用いる熱併用超音波ボンディング方式が多用されている。
【０００４】
この方式のボンディング装置では、半導体チップに印加する荷重、加熱温度および加熱と併用される超音波のパワーおよび印加時間をパラメータとして設定できるようになっており、装置の有する超音波発振器が設定されたパワーに相当する電圧を設定された時間出力することにより超音波ホーンを振動させる。
【０００５】
その結果、ホーンの先端に取り付けられたキャピラリが振動し、これにより金線が半導体チップのアルミニウムパッドまたは、インナーリードにこすられてそれらに接合される。
【０００６】
しかしながら、超音波の効き具合は、超音波のパワーと時間で設定しても、印加荷重、キャピラリの取付状態、または、ボンディング時の加熱による超音波ホーンの熱膨張などの条件により変化してしまうため、設定値を正確に反映したものとはならない。
【０００７】
そこで、ボンディング時のトランスデューサからの実際の出力電圧波形をモニタできるようにしてボンディング状態を監視できるようにしようとする提案が各種なされている。
【０００８】
図１０は特開平１０−３２６８１１号公報に開示されたワイヤボンディング装置の概略図である。Ｘ−Ｙテーブル２１上に載置されたＺ可動機構２２にＵＳホーン２３が取り付けられており、ＵＳホーン２３の先端にキャピラリ２４がホールドされている。キャピラリ２４内には、リールより引き出された金線（いずれも図示省略）が挿通されている。ＵＳホーン２３の他端には、ＵＳ発振器２６に接続されたトランスデューサ２５が連結されており、これにより超音波が引き起こされる。
【０００９】
この振動は、キャピラリ２４を介してキャピラリ２４中を通る金線とワーク３１との間に摩擦を生じさせ両者間の接合を実現する。以上の動作はボンディング制御部２９により制御される。なお、図示されてはいないが、この外に金線の先端部にボールを形成するためのトーチと金線を保持しこれを引きちぎるクランパとが備えられている。
【００１０】
トランスデューサ２５の出力端子には電圧検出器２７が接続され、ボンダ制御部２９に設けた演算回路２８が電圧検出器２７によって検出された電圧波形を読み取る。演算回路２８には、出力電圧のピーク値Ｐを検出する機能と、電圧印加時間Ｔを計時する機能と、ボンダ制御部２９に設定されたトランスデューサ出力電圧しきい値Ｖｔ以上の波の数ｎを算出する機能と、これらの積Ｐ・Ｔ・ｎをＵＳ効果指数として算出する機能を有している。
【００１１】
ここで、電圧印可時間Ｔは電圧が予定された最大出力電圧のたとえば５％以上である時間とすることができる。このことにより、極端に低い出力電圧の期間を排除してＵＳ効果指数を超音波の掛かり具合をよく反映したものとすることができる。
【００１２】
演算回路２８で算出されたＵＳ効果指数Ｐ・Ｔ・ｎの値は、ボンダ制御部２９に設けられた表示回路を通してモニタである表示装置３０に表示される、とされている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−３２６８１１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術における第１の問題点は、上述した従来のボンディング装置では、トランスデューサの　出力電圧を電圧検出器によって読み取り、その電圧波形を演算回路にてＵＳ効果指数を算出しそれを表示器で表示することにより、ボンディング状態を検出しているが、その出力波形からは、ＵＳホーン周辺の機械振動特性の変化、つまり、キャピラリの劣化等を定量的に把握することができないことである。
【００１５】
その理由は、トランスデューサの出力波形を読み取っているので、ボンディング装置を構成しているＵＳホーン周辺の機械振動特性の変化を正確に把握できないからである。
【００１６】
第２の問題点は、上述した従来のボンディング装置では、トランスデューサの出力電圧を電圧検出器によって読み取り、その電圧波形を演算回路にて、ＵＳ効果指数を算出して表示器で表示することにより、ボンディング状態を検出しているが、ワークに印加する荷重によってトランスデューサの出力電圧も変化するので、再度ワイヤボンディングの条件出しの時、印加荷重が変わるとＵＳ効果も変化し、再度、基準ＵＳ効果指数を算出しなければならないことである。
【００１７】
その理由は、ＵＳ効果指数が出力電圧のピーク値Ｐ、電圧印可時間Ｔと所定の波の数ｎとの積Ｐ・Ｔ・ｎであり、印加荷重に依存していないからである。
【００１８】
第３の問題点は、キャピラリの交換時期が明確にならないことである。
【００１９】
その理由は、ＵＳ効果の演算結果が基準ＵＳ効果指数から外れたとき、ボンディング作業を停止させ、そのチップの不良品のみを排除しているのみであるからである。
【００２０】
第４の問題点は、キャピラリを交換後のＵＳ効果指数が算出できないことである。
【００２１】
その理由は、実際のボンディング時のみしか演算回路にてＵＳ効果指数を演算しないからである。
【００２２】
第５の問題点は、ＵＳ効果指数および不良箇所を把握できないことである。
【００２３】
その理由は、演算回路ではＵＳ効果指数を演算し、初期ＵＳ効果指数との比較のみ行っているからである。
【００２４】
第６の問題点は、機種切り替え時には再度、ＵＳ効果指数を計算しなければならないことである。
【００２５】
その理由は、機種切り替え時には、再度、初期ボンディング作業設定時にＵＳ効果指数を演算しなければならないからである。
【００２６】
したがって本発明の目的は、上記問題点を解消した有効な接合装置を提供することである。
【００２７】
あるいは本発明の目的は、上記問題点を解消した有効な接合方法を提供することである。
【００２８】
具体的には本発明の目的は、印加荷重と超音波のパワーをパラメータとして予め、超音波検出器の基準値を演算回路ですべて記憶させておくので、初期接合位置設定作業において、従来のＵＳ効果指数を演算させる時間を削減することである。
【００２９】
あるいは本発明の目的は、接合状態を全数監視することで、接合品質の向上につなげることである。
【００３０】
または本発明の目的は、接合状態を全数監視することにより、その接合状態と不良箇所を管理するので、ボンディング以降の工程においては、その結果を利用して接合不良となったワークについては排除することができるので、良品の半導体装置のみを製造することになり、生産性を向上させることである。
【００３１】
または本発明の目的は、接合ツールの交換時期は定量的に把握できるようにすることである。すなわち、超音波検出器からの出力信号の変化を監視することにより接合ツールの交換時期を定量的に判断できるようにすることである。
【００３２】
または本発明の目的は、接合ツール交換時に振動検出器にて監視することにより、例えば、接合ツール固定用のネジ締結の簡素化を可能にし、これにより保守性を向上させることである。
【００３３】
または本発明の目的は、品種切り替え時に超音波検出器にて監視することにより、接合状態を確認しながら接合条件出しができるようにすることである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、超音波を用いる装置において、超音波検出器を備えることを特徴とする接合装置により解決することができる。
【００３５】
または、前記超音波検出器からの出力信号を表示する表示器を備えた接合装置により解決することができる。
【００３６】
さらに、超音波検出器を備えることを特徴とする接合装置あるいは、前記超音波検出器からの出力信号を表示する表示器を備えた接合装置において、前記超音波検出器からの出力信号から接合の良否判別をする接合方法により解決することができ、また、接合の良否判別の履歴を保存する接合方法により解決することができる。
【００３７】
すなわち具体的には、本発明はホーン先端からの超音波の振動を直接、超音波検出器で検出しているため、ホーンの機械振動特性を反映しているものとなるため、ホーンの振動の状態、つまり、実際の超音波の掛かり具合を反映したものとなる。
【００３８】
例えば、ワーク押さえの状態が悪くワーク自体の固定状態が悪い場合、接合ツールの劣化でホーンの振動が若干変化した場合、ホーンを構成している部品の異常が発生した場合、つまり、機械的に変化した場合、単に超音波振動子の出力電圧波形からＵＳ効果指数を演算する方式では、接合状態の機械振動特性の変化を正確に把握することは困難であったが、本発明では、正常動作の場合との機械振動特性の変化を検出することが可能となる。
【００３９】
そして、本発明においては、接合の機械振動特性を接合ツールからの振動を直接、検出して判断するようにしたため、機械振動特性の変化を定量的に把握することが可能となる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態の接合装置の概略構成図である。この実施の形態の接合装置は、特にワイヤーボンダーの例である。
【００４１】
Ｘ−Ｙテーブル１上に載置されたＺ可動機構２に超音波振動部材となるＵＳホーン（超音波ホーン）３が取り付けられており、ＵＳホーン３の先端にはやはり超音波振動部材となる接合ツール（キャピラリ）４が取り付けられている。
【００４２】
接合ツール４内には、リールより引き出された金線（いずれも図示省略）が挿通されている。
【００４３】
ＵＳホーン３の他端にはＵＳ発振器６に接続された超音波振動子（トランスデューサ）５が連結されており、この超音波振動子５により超音波振動が引き起こされる。この振動は、接合ツール４を介して接合ツール４中を通る金線とワーク１１間に摩擦を生じさせ両者間の接合を実現する。
【００４４】
以上の動作は制御部１０により制御される。なお、図示されていないがこの外に金線の先端部にボールを形成するためのトーチと金線を保持しこれを引きちぎるクランパとが備えられている。
【００４５】
ＵＳホーン３または、接合ツール４から離れたところでＵＳホーン３または、接合ツール４からの超音波振動を検出できるところに超音波検出器７が設置され、超音波検出器７からの信号が演算回路２を介して表示器８および判定器９に送られる。
【００４６】
まず、超音波検出器７からの出力信号を表示する表示器８にて超音波の振動状態を確認することができる。
【００４７】
ここで、超音波検出器７とは、超音波の振動を検出できるものものすべてを指す。例えば、非接触でレーザビームを用いた検出器、圧電素子を用いた検出器など超音波振動を検知できる検出器などすべてを指す。
【００４８】
表示器８は、出力信号の値をそのまま表示する表示器、あるいは、出力信号をフーリエ変換処理をした波形あるいは、その値を表示する表示器８がある。
【００４９】
そこで、超音波検出器７から出力信号をフーリエ変換した波形の例を図２に示す。
【００５０】
図２は横軸に周波数、縦軸に振幅を表す電圧値にとったグラフである。図２（Ａ）は超音波振動子の周波数で適切に発振している状態での波形である。電圧値が際立って大きい値を示す周波数が超音波自体の発振周波数である。この状態では、超音波の周波数以外では電圧値が超音波の周波数の電圧値に比べて極端に低くなっている。
【００５１】
一方、図２（Ｂ）は接合不良時の波形の例である。比較的高い電圧値を示す周波数が複数箇所ある。この状態では、超音波振動子自体の周波数以外の周波数でも発振しているので接合不良となる。
【００５２】
図２（Ａ）の状態の時に、接合ツール４の締め付けトルクを横軸に出力電圧値を縦軸にとり、それをＵＳパワー毎に示した例を図３（Ａ）に示す。
【００５３】
また、印加荷重を横軸に、出力電圧を縦軸にとり、それをＵＳパワー毎に示した例を図３（Ｂ）に示す。
【００５４】
図３（Ａ）から接合ツール４の適正な締め付けトルクはＵＳパワーにより変化する。したがって、ＵＳパワーにより適正な締め付けトルクがあるということがわかる。
【００５５】
また、図３（Ｂ）からＵＳパワーまたは印加荷重により適正な超音波振動を実現するには、適正な印加荷重または、ＵＳパワーがあるということがわかる。
【００５６】
以上の２点を考慮すると、全ての接合条件、つまり、ＵＳパワー、印加荷重および接合ツールの締め付けトルクの条件で予め基準となる超音波検出器７からの出力信号または、それをフーリエ変換した信号を記憶することが必要である。
【００５７】
実際の接合では、それらの出力信号と接合時の超音波検出器７からの出力信号とを比較しなければ適正な良否判別ができない。しかし、図２の波形からだけでも、適切な超音波発振ができているか判断はできる。
【００５８】
次に、超音波検出器７からの出力信号で接合の良否判別を判定器９で行う。ここで接合の良否判別した良好か不良かの信号を制御部１０に送る。
【００５９】
ここで、判定器９に制御部１０が含んでいることもできる。さらに、演算回路１２の機能が表示器８および判定器９に含んでいることもできる。
【００６０】
もし、不良の信号が送られると、判別器９または、制御部１０は警報を発し、接合装置を停止させる。または、警報を発し、不良のチップを排除し、他のチップに対し、接合を継続する。
【００６１】
それらの良否判別結果の履歴を記憶し管理する。そうすることにより、この接合工程以降の工程において不良箇所を加工または処理をせずに製造できるので生産性が向上する。
【００６２】
また、その良否判別結果の履歴を用いることにより、接合不良となる傾向や原因などの究明にも役に立ち、これにより安定した接合が可能となるので生産性が向上する。
【００６３】
次ぎに図４を参照して動作の説明を行う。図４は、本発明の接合方法の一実施形態を示すフローチャートである。この接合方法は図１に示された接合装置が用いられる。
【００６４】
一番最初に、ステップＳ１にて、接合の諸条件のうち印加荷重および超音波パワーと超音波検出器の出力信号の相関関係を測定して、それを基準値または、基準信号とする。その時、比較的に大きい出力値が複数の周波数で確認された場合は、すなわち、超音波検出器の出力信号をフーリエ変換した信号で出力電圧値の変曲点つまりピークの数が複数個の場合には、印加荷重と超音波のパワーのバランスが崩れており、適切な接合が行われないということになるので、その条件では基準値は存在しないということになり、その条件では実際の接合は不可能ということになる。したがって、基準値は、すくなくとも、一番大きい出力値とその時の周波数の組で表現する必要がある。
【００６５】
また、基準値または、基準信号にできるのは、比較的に大きい出力値がひとつのみ発生する場合である。ここで、基準信号とは出力信号そのまま、あるいは、出力信号をフーリエ変換処理をした信号を指す。
【００６６】
この作業は、一番最初に行うだけで、基準値は当該接合装置について実質上永久的に有効である。
【００６７】
次に、接合を行うに際し、接合の諸条件（チップ搭載台加熱温度、印加荷重、超音波パワー、超音波発振継続時間）について設定を行う。
【００６８】
そして、ステップＳ２にて、接合点の位置合わせのためのセルフティーチモードを選択する。次に、ステップＳ３にて作業者は、モニタを観察しつつマニピュレータにてＸ−Ｙテーブルを操作してチップ上に位置合わせ点が複数個存在する場合には同様の操作を全ての位置合わせ点について行う。
【００６９】
次いで、マニピュレータにてＸ−Ｙテーブルを操作して第１ワイヤの第１ボンド点にカーソルを合わせ、位置設定スイッチを押す（ステップＳ４）。
【００７０】
続いて、マニピュレータにてＸ−Ｙテーブルを操作して第１ワイヤの第２ボンド点にカーソルを合わせ、位置設定スイッチを押す（ステップＳ５）。
【００７１】
そして、第１ワイヤの第１ボンド点および第２ボンド点の接合を行う（ステップＳ６）。
【００７２】
続いて、ステップＳ７、Ｓ８にて各ボンド点における超音波検出器７の出力信号を表示器８で表示するか、その出力信号あるいは、基準値または基準信号とその出力信号を用いた判別方法で接合の良否判定をするか作業者が良否判別をする。表示器８で表示する信号あるいは、作業者が目視にて表示器８の表示状態を見て判別する信号としては、超音波検出器７の出力信号の他に、該出力信号を加工した信号、例えば、フーリエ変換した信号等がある。
【００７３】
その良否判別方法としては、作業者が表示器８を見て判断する方法がある。または、基準値と比較して、接合不良と判断する方法、あるいは、出力信号の変化または、変化率で接合不良と判断する方法、また、基準値と出力信号の差、基準信号と出力信号の差、あるいはそれらの変化、変化率で接合不良と判断する方法等があるが、それらの方法は、超音波検出器７からの出力信号あるいは、基準値とその出力信号、基準信号と出力信号を用いたいかなる判別方法がある。
【００７４】
そこで、その判別方法についての実施例を図を用いて示す。
【００７５】
（１）：図５は超音波検出器７からの出力信号を示したものであり、図５（Ａ）は接合が良好な場合で、図５（Ｂ）は接合が不良の場合の一例を示している。
【００７６】
接合が良好な場合、ひとつの周波数の振幅が非常に大きいのでなめらかな正弦波となり、接合が不良の場合、複数の周波数成分を含むので多少くずれた正弦波となる。接合が良好な場合、なめらかな正弦波となる。この場合、作業者が両者の波形を見て良否判別する方法、接合が良好な波形、すなわち、図５（Ａ）の波形を記憶しておき、その波形と良好な場合の波形の類似性を確認して良否判別する方法、出力信号波形の変化率を計算して良否判別する方法などがある。
【００７７】
（２）：図６は超音波検出器７からの出力信号をフーリエ変換した波形を示し、図６（Ａ）は接合が良好な場合で、図６（Ｂ）は接合が不良の場合の一例を示している。
【００７８】
この波形から振幅のピーク（●印）の数を求め、そのピークの数が１個でない場合、すなわち、図６（Ｂ）のような場合、接合不良とすることができる判別方法である。すなわち、ピークが複数存在していると適正な超音波が印加されないことになるので接合不良とすることができる。
【００７９】
そのピークの数を求める方法の一例としてその波形を微分する方法で変曲点の数を求める方法がある。その他、そのピークの数を求めるいろいろな方法があるが、本発明ではその方法を限定するものではない。
【００８０】
（３）：図７は超音波検出器７からの出力信号をフーリエ変換した波形を示し、図７（Ａ）は接合が良好な場合で、図７（Ｂ）は接合が不良の場合の一例を示している。
【００８１】
この波形から積算振幅量、すなわち振幅を周波数での積分量（図７（Ａ）、図７（Ｂ）の斜線部分の面積）を計算し、接合が良好な場合と比較して接合の良否判別する方法である。すなわち、接合が良好な場合とこの積分量を比較すると接合が不良の場合、その積分量が比較的に大きい、または小さくなっている。この積分量の計算においてはある周波数の範囲内または、全周波数のどちらで計算してもよい。
【００８２】
また、振幅の最小値を全周波数の振幅値（図７（Ａ）、図７（Ｂ））の点線の振幅値）から引いた値で前記の積分量を計算するとよい場合もある。例えば、図７（Ｂ）のような波形の場合、すなわち振幅の大きい周波数が複数個ある場合、全周波数で全体的に振幅が大きい場合があるのでその場合、オフセットを引くと、大きくなった分の振幅を排除することができる。図７（Ｂ）のときには図７（Ａ）の接合が良好な場合と比較してその積分量は小さくなっているので、この場合接合は不良と判定できる。
【００８３】
（４）：図８は超音波検出器７からの出力信号をフーリエ変換した波形を示し、図８（Ａ）は接合が良好な場合で、図８（Ｂ）は接合が不良の場合の一例を示している。
【００８４】
この波形から前記の振幅のピークを示す周波数の値（点線で示した値）で判別する方法である。すなわち、振幅のピーク周波数が接合の良好な場合の周波数と比較して、接合が良好なときの周波数の範囲にあれば、接合を良好とし、それ以外であれば接合を不良とする方法である。ピーク周波数が接合が良好な場合と比べて接合が良好なときの周波数の範囲外で超音波が印可されていると接合が良好なものから接合状態が変化しているので良好な接合が得られないことになる。
【００８５】
（５）：図９は超音波検出器７からの出力信号をフーリエ変換した波形を示し、図９（Ａ）は接合が良好な場合で、図９（Ｂ）は接合が不良の場合の一例を示している。
【００８６】
この波形から前記の振幅のピークの振幅の値（水平の点線で示した値）で判別する方法である。すなわち、振幅値が接合の良好な場合の振幅値と比較して、接合が良好なときの振幅の範囲にあれば、接合を良好と判定し、振幅の範囲外であれば接合を不良と判定する方法である。振幅値が接合が良好なときの振幅の範囲外で超音波が印可されていると良好な接合と比べて接合不足または過接合となるので良好な接合ができていないことになる。
【００８７】
以上に記載の（１）から（５）の判別方法があるが最終的な接合を良否判別する時には、（１）から（５）の一つの判別方法もしくは、いくつかの判別方法を用いるすべての組み合わせで（１）から（５）の各々の判別方法の間で論理和、論理積などすべての論理的な計算で判別する判別方法を用いることができる。
【００８８】
なお、これらの判別に用いる信号または波形のノイズ対策として平滑化などの処理が考えられるが、本発明ではノイズ除去の方法を限定するものではない。
【００８９】
図４に示されるように、判定はボンディングワイヤ毎になされ、ワイヤ番号と上記判定が１対１で確認できるようになっている。接合良好となった場合には、ステップＳ９を介してステップＳ４に戻り、同様の操作をｎ番目のワイヤに関する位置設定が終了するまで繰り返す。
【００９０】
第１ワイヤのボンディング後、接合不良と判定された場合、若しくは、それ以降のボンディングにおいて接合不良と判定された場合、接合条件の設定を再度行い、再度接合を行う。全てのボンディングワイヤについて位置合わせと接合が終了し、かつ、全てのボンディング点での判定が接合良好となっている場合には、ステップＳ１０にてセルフティーチモードを解除する。セルフティーチモードでの超音波検出器からの出力信号を実際の接合作業において良否判別をする際の基準値あるいは、基準信号とすることもできる。
【００９１】
そして、実際の接合作業を実行する。実際のワイヤボンディングにおいては、各ボンディングワイヤの第１、第２ボンド点において上記と同様の良否判別をする。
【００９２】
そこで、接合不良と判別された場合には、
Ａ：接合不良に関する警報を発する、
Ｂ：接合装置を停止させる、
Ｃ：当該チップを不良品として排除し、他のチップについて接合作業を継続する、
のうちの何かを実行する。
【００９３】
あるいは、
Ａ：接合不良に関する警報を発する、
Ｂ：接合装置を停止させる、
の両者を実行する。
【００９４】
もしくは、
Ａ：接合不良に関する警報を発する、
Ｃ：当該チップを不良品として排除し、他のチップについて接合作業を継続する、
の両者を実行する。
【００９５】
さらに、接合不良が所定の連続回数、例えば、３回連続、実行され、キャピラリの交換時期になったと判定器が判定したとき、
Ｄ：キャピラリ交換に関する警報を発する、
Ｅ：接合装置を停止させる、
Ｆ：当該チップを不良品として排除する、ことを実行し、作業者が接合ツールを交換する。
【００９６】
なお、接合ツールの交換の時には、超音波検出器の出力信号とその基準信号から判断して接合ツール固定用ネジの締結をする。
【００９７】
また、品種切り替え時の接合パラメータの条件だしにおいて上記のセルフティーチモードと同様に行うことで、適切な接合状態を判断することができ、簡単に条件だしができる。
【００９８】
以上、好ましい実施の形態としてワイヤーボンダーの形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態にに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可能である。また、本発明は、超音波を用いたいかなる接合装置、たとえば、フリップチップボンダー、ダイボンダー
にも適用が可能なものである。
【００９９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、超音波接合における実際の超音波の振動を定量的に算出し、これを全ボンド点において、接合の良否判定ができ、以下の効果を享受することができる。
【０１００】
第１の効果は、ホーン周りの機械的な変化、つまり、キャピラリの劣化、機械特性の変化を定量的に把握することができる。
その理由は、直接、キャピラリの機械振動を超音波検出器にて測定しているからである。
【０１０１】
第２の効果は、ワークに印可する荷重、超音波のパワーによって超音波振動子の出力信号も変化するので、印可荷重、超音波のパワーが変化しても、接合の良否判定が可能となる。
その理由は、予め印加荷重と超音波のパワーを変化させて超音波検出器からの出力信号を測定して、それを基準値としているからである。
【０１０２】
第３の効果は、接合ツールの交換時期を明確にすることができる。
その理由は、接合不良が所定の連続回数だけ実行されることにより、接合ツールの交換時期になったと判断をすることができ、接合ツールの交換時期が明確になるからである。
【０１０３】
第４の効果は、初期接合位置設定作業の時間短縮が図れる。
その理由は、予め印加荷重と超音波のパワーを変化させて超音波検出器の出力信号を測定し、それを基準値として容易に接合の良否判定ができるからである。
【０１０４】
第５の効果は、接合品質の向上につながることである。
その理由は、接合状態を全数監視することになるからである。
【０１０５】
第６の効果は、接合工程以降の工程では、良品の半導体装置のみを製造することができるので、生産性が向上することである。
その理由は、接合状態を全数監視、つまり接合状態と接合不良箇所を管理しているのでボンディング以降の工程においては、接合不良となったワークについては、排除することができるからである。
【０１０６】
第７の効果は、接合ツールの交換時期は定量的に把握できることである。
その理由は、接合状態を全数監視することになるからである。
【０１０７】
第８の効果は、接合ツール交換時に超音波検出器にて監視することにより、機械的特性の再現性が簡略化でき、時間短縮になることである。
その理由は、予め印加荷重と超音波のパワーを変化させて超音波検出器からの出力信号を測定し、それを基準値としているからである。
【０１０８】
第９の効果は、品種切り替え時の接合パラメータの条件だしにおいて適切な接合状態にすることが容易にできることである。
その理由は、予め印加荷重と超音波のパワーを変化させて超音波検出器からの出力信号を測定し、それを基準値としているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の接合装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の接合装置の動作を説明するための周波数―超音波の振幅を示すグラフである。
【図３】図１の接合装置の動作を説明するためのＵＳパワー毎の接合ツールの締め付けトルク―超音波の振幅および、印加荷重―超音波の振幅を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の実施の形態の接合方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の判別方法の第１の例を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の判別方法の第２の例を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の判別方法の第３の例を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の判別方法の第４の例を説明するためのグラフである。
【図９】本発明の判別方法の第５の例を説明するためのグラフである。
【図１０】従来の超音波接合装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　　Ｘ−Ｙテーブル
２　　Ｚ可動機構
３　　ＵＳホーン
４　　接合ツール
５　　超音波振動子
６　　ＵＳ発振器
７　　超音波検出器
８　　表示器
９　　判定器
１０　　制御部
１１　　ワーク
１２　　演算回路
２１　　Ｘ−Ｙテーブル
２２　　Ｚ可動機構
２３　　ＵＳホーン
２４　　キャピラリ
２５　　トランスデューサ
２６　　ＵＳ発振器
２７　　電圧検出器
２８　　演算回路
２９　　ボンダ制御部
３０　　表示装置
３１　　ワーク

Claims (14)

  1. 超音波振動部材を具備して超音波接合を行う接合装置において、前記超音波振動部材の超音波振動状態を検出する超音波検出器を備えたことを特徴とする接合装置。
  2. 前記超音波検出器の出力信号または前記超音波検出器の出力信号を加工した信号を表示する表示器を備えたことを特徴とする請求項１記載の接合装置。
  3. 前記超音波検出器からの出力信号または前記超音波検出器の出力信号を加工した信号から接合の良否を判別する手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合装置。
  4. 前記超音波検出器は前記超音波振動部材に非接触で載置されていることを特徴とする請求項１記載の接合装置。
  5. 前記超音波検出器はレーザビームを用いた検出器であることを特徴とする請求項４記載の接合装置。
  6. 前記超音波検出器は前記超音波振動部材に接触して載置されていることを特徴とする請求項１記載の接合装置。
  7. 前記超音波検出器は圧電素子を用いた検出器であることを特徴とする請求項６記載の接合装置。
  8. 超音波振動部材を具備して超音波接合を行う接合方法において、前記超音波振動部材の超音波振動状態を検出する超音波検出器からの信号を表示装置に表示して接合の良否判別を行うことを特徴とする接合方法。
  9. 前記超音波検出器からの出力信号をそのまま前記表示装置に表示することを特徴とする請求項８記載の接合方法。
  10. 予め基準波形もしくは基準値を求めておいて、この基準波形もしくは基準値と前記超音波検出器からの出力信号とを比較することを特徴とする請求項９記載の接合方法。
  11. 前記超音波検出器からの出力信号を加工した波形を前記表示装置に表示することを特徴とする請求項８記載の接合方法。
  12. 予め加工した波形の基準波形もしくは基準値を求めておいて、この基準波形もしくは基準値と前記超音波検出器からの出力信号を加工した波形とを比較することを特徴とする請求項１１記載の接合方法。
  13. 前記加工した波形はフーリエ変換した波形であることを特徴とする請求項１１記載の接合方法。
  14. 予め基準となるフーリエ変換波形を求めておいて、この基準波形と前記超音波検出器からの出力信号をフーリエ変換した波形とを比較することを特徴とする請求項１３記載の接合方法。
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