JP3754538B2

JP3754538B2 - Bonding method and bump bonder

Info

Publication number: JP3754538B2
Application number: JP27914997A
Authority: JP
Inventors: 貴晴前; 潔馬屋原; 正力成田; 雅也渡辺; 雅彦池谷; 裕一高倉
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2017-10-13
Also published as: JPH11121510A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング技術によるボンディング方法及びそれによってＩＣチップの電極にバンプを形成するバンプボンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング技術によりＩＣチップの電極とパッケージ導体部との電気的接続を行うボンダーは、「半導体ハンドブック（第２版）」株式会社オーム社発行に種々紹介されている。また、この種の従来のワイヤボンディングを行うボンダーでも、その用い方によってＩＣチップの電極に電気接続用のバンプを形成することはでき、例えば特願平８−２４９７２４号等において既に提案されている。
【０００３】
この種のバンプボンダーにおいては、図８（ａ）に示すように、ＩＣチップ６１をステージ６２上の所定ボンディング位置に位置決め固定し、ボンディングヘッドに配設した超音波ホーン先端のキャピラリ６３にワイヤを挿通し、そのワイヤ先端にボール６４を形成し、その後キャピラリ６３を下降させてボール６４をＩＣチップ６１上面の電極に圧接させた状態でキャピラリ６３に超音波を印加することにより、ボール６４を電極にボンディングし、その後ワイヤをクランプした状態でキャピラリ６３を上昇させてワイヤを切断することによりバンプを形成するようにしている。
【０００４】
ところで、バンプ形成速度を高めて生産性を向上するには、上記キャピラリ６３の下降速度を高くする必要があるが、キャピラリ６３を高速で下降させるとＩＣチップ６１の電極に対してボール６４が強く衝突することになり、ボール６４に過大なオーバーシュート荷重が作用して適正なバンプを形成することができない。そこで、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ステージ６２上の高さｔのＩＣチップ６１の上面からボール６４までの高さＨが適当に設定された所定のサーチレベルＳ₁に達するまで、すなわちステージ６２上面からｔ＋Ｓ₁の高さ位置に到達するまでは、キャピラリ６３を比較的高速の下降動作速度Ｖ₁にて下降させ、サーチレベルＳ₁に達した後はそれよりも小さいサーチ動作速度Ｖ₃にて下降させることにより、ボール６４に過大な荷重を作用させることなく生産性を向上するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通例では上記サーチレベルＳ₁は１００μｍ程度に設定され、サーチ動作速度Ｖ₃は１２ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定されているが、その場合ボール６４が電極に衝突した時に発生するオーバーシュート荷重は１２ｇ程度に達することになる。
【０００６】
一方、近年はＩＣチップ６１が微小化するとともにバンプ数が増加する傾向にあり、それに伴ってバンプが微小化することになる。このように微小なバンプの場合には上記のようにオーバーシュート荷重が１２ｇもあると、ボール６４の変形が大きくなり過ぎて適正なバンプを形成できないという問題がある。
【０００７】
そこで、オーバーシュート荷重を１０ｇ以下、例えば３〜５ｇ程度まで低下させる必要があるが、そのためにはサーチ動作速度を５ｍｍ／ｓｅｃ程度まで下げる必要があり、そうするとバンプ形成速度が著しく低下して生産性低下を来すことになる。
【０００８】
その対策としてはサーチレベルＳ₁を７０μｍ程度まで小さくすることが考えられるが、ＩＣチップ６１の高さｔのばらつきは、大きい場合には５０μｍ程度に達することがあり、さらにステージ６２の高さにもばらつきがあるため、キャピラリ６３が下降動作速度Ｖ₁ないしサーチ動作速度Ｖ₃への移行速度でＩＣチップ６１の電極にボール６４が衝突する恐れがあり、ボール６４に作用する荷重のオーバーシュートが過大になり、適正なバンプを形成できないことがあるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、微小なバンプを形成する場合にも生産性を低下することなく適正にバンプを形成できるボンディング方法及びバンプボンダーを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のボンディング方法は、キャピラリ先端位置でワイヤ先端にボールを形成し、キャピラリをＩＣチップ上面に向けて下降させ、ボールをＩＣチップの上面に圧接して接合するボンディング方法において、第１バンプボンディング時の速度切替位置を第２バンプボンディング以後の速度切替位置より大きい高さに設定し、第２バンプボンディング以後は先行するボンディング時に検出したキャピラリの高さ位置によって第１バンプボンディング時の速度切替位置より小さい所定の高さに更新し、各ボンディング動作時に前記速度切換位置までキャピラリを所定の下降動作速度で下降させ、その後下降動作速度より小さいサーチ動作速度で下降させることを特徴とする。本発明によれば、ＩＣチップ上面の高さにばらつきがあってもその高さ位置に応じて速度切換位置が設定され、したがって速度切換位置を低く設定してもボールを常にサーチ動作速度でＩＣチップ上面に衝突させることができる。かくして、サーチ動作速度を小さくしても生産性が低下せず、微小なバンプを形成する場合にも高い生産性を維持しながら適正なバンプを形成することができる。なお、本発明方法はバンプ形成以外のボンディングにも適用することができる。
【００１１】
また本発明は、各ボンディング動作毎に、キャピラリの高さ位置を検出して速度切換位置を更新しているので、同一のＩＣチップにおける高さのばらつきやステージ上面のばらつきのために、各電極の高さ位置にばらつきがある場合でも、常に適正に速度切換位置が設定され、適正なバンプを形成できる。
【００１２】
また、ボンディング時に検出したキャピラリの高さ位置の変化量が所定のしきい値を超えた時に、ボンディング動作をエラー停止させることにより、不適正なボール形成が検出されなかった場合でもボンディング時に確実にエラー検出して無駄なボンディング動作を無くすことができる。
【００１３】
また、本発明のバンプボンダーは、ＩＣチップを所定位置に位置決めして固定するステージと、キャピラリに挿通したワイヤ先端にボールを形成した後キャピラリを下降させてボールをＩＣチップ上面にボンディングしてバンプを形成するボンディングヘッドとを備えたバンプボンダーにおいて、設定された速度切換位置で下降動作速度からそれよりも小さいサーチ動作速度に切り換えてキャピラリを下降させる手段と、ボンディング時のキャピラリの高さ位置を検出する手段と、第１バンプボンディング時の速度切替位置を第２バンプボンディング以後の速度切替位置より大きい高さに設定し、第２バンプボンディング以後は先行するボンディング時のキャピラリの高さ位置によって第１バンプボンディング時の速度切替位置より小さい所定の高さ位置の速度切換位置に更新設定する手段とを備えたことを特徴とするものであり、上記ボンディング方法により適正なバンプを生産性良く形成することができる。
【００１４】
また、検出したキャピラリの高さ位置の変化量を所定のしきい値と比較してエラー信号を出力する手段を備えると、ボンディングエラーを確実に検出して無駄なボンディング動作を無くすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバンプボンダーの一実施形態について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、本実施形態のバンプボンダーの全体構成を図１を参照して説明する。図１において、バンプボンダーはＩＣチップ１を供給するＩＣチップ供給部２と、ＩＣチップ１の電極にバンプをボールボンディングにて形成するボンディング部３と、ＩＣチップ排出部（図示せず）と、これらの間でＩＣチップ１を順次移載する移載手段４を備えている。ＩＣチップ排出部は、ＩＣチップ供給部２と基本的に同様の構成であるため、図示を省略している。
【００１７】
ＩＣチップ１はトレイ５に整列収納されており、そのトレイ５を多数積層状態で収納したマガジン６がＩＣチップ供給部２に搬入される。ＩＣチップ供給部２には、マガジン６を搭載して上下に移動可能なリフタ７と、所定高さ位置でマガジン６内のトレイ５を移載手段４によるＩＣチップ１の取出位置に引き出し、再収納するトレイ押引手段８が設けられている。
【００１８】
ボンディング部３は、ＩＣチップ１を固定するとともに超音波熱圧着でボンディングするためにヒータを内蔵したボンディングステージ９と、ＩＣチップ１の位置決め手段１０と、ＩＣチップ１の電極にバンプを形成するボンディングヘッド１１（図２、図３参照）にて構成されている。ボンディングステージ９には左右に一対のボンディング位置９ａ、９ｂが設けられ、各々にＩＣチップ１を吸着固定する吸着口が設けられている。
【００１９】
位置決め手段１０は、各ボンディング位置９ａ、９ｂの後部にボンディングステージ９に固定して配設された固定規制ブロック１２ａ、１２ｂと、Ｘ、Ｙ方向に移動可能な規制駆動手段１５に取付けられた可動規制爪１４にて構成されている。可動規正爪１４にはその左右両側にＩＣチップ１の角部に係合して位置規制するコーナー部１４ａ、１４ｂが形成されており、それぞれ固定規制フロック１２ａ、１２ｂの間でＩＣチップ１を挟持してボンディング位置９ａ、９ｂに位置決めする。
【００２０】
規制駆動手段１５は、Ｘ方向移動機構１６とＹ方向移動機構１７にて移動台１８をＸ方向とＹ方向の２方向に移動可能に構成されており、この移動台１８上に規正爪取付脚１９が図示しないガイド機構及び付勢手段にてＸ方向及びＹ方向に所定範囲弾性的に後退変位可能に支持され、この規正爪取付脚１９上端に可動規正爪１４が固定されている。
【００２１】
ボンディングヘッド１１はＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブル（図示せず）上に搭載されており、図２に示すようにワイヤ供給機構２１とワイヤをボンディングステージ９上でＩＣチップ１にボンディングするボンディング作業機構２２を備えている。ワイヤ供給機構２１は、ワイヤリール２３と、このワイヤリール２３からのワイヤ２０を上方から供給されてボンディングを行うボンディング作業機構２２との間に、ワイヤ２０の途中をエアー２４で上向きの湾曲状態に吹き上げてワイヤ２０にテンションを与えるワイヤテンショナー２５と、ボンディング作業機構２２におけるクランパ２８のワイヤガイド２８ａの真上でワイヤ２０を上方への吹き上げエア２６にさらしてワイヤ２０に上向きのテンションを付与するワイヤテンショナー２７とが配設され、エア２４、２６にて所定の供給経路及びテンションを保つようにワイヤ２０をフローティング支持しながらボンディング作業機構２２に無理なく供給できるように構成されている。
【００２２】
ボンディング作業機構２２は、図２、図３に示すように、ワイヤ２０を把持するクランパ２８と、先端にワイヤが挿通されるキャピラリ３０を有するとともにワイヤ先端に形成されたボールに超音波振動を印加するホーン２９と、放電用のトーチ３１とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ３２が上部に配設され、認識画像を認識用モニタ（図示せず）に表示するとともにデータ処理装置（図示せず）に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。また、ボンディング作業機構２２を図示しない支点軸を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部３３と、クランパ２８を開閉する開閉電磁駆動部３４とが設けられている。
【００２３】
ボンディング作業を図４を参照して説明すると、ワイヤ２０はキャピラリ３０を通じて送り出され、キャピラリ３０がＩＣチップ１の所定の電極３５と対向する位置に移動する都度、トーチ３１からのスパーク電流によってキャピラリ３０の先端から突出しているワイヤ先端部が溶かされて図４（ａ）に示すようにボール２０ａが形成される。キャピラリ３０と各電極３５との対向位置は認識カメラ３２の視覚認識のもとに高精度に制御される。形成されたボール２０ａはキャピラリ３０にてＩＣチップ１の電極３５上に熱圧着と超音波振動とによって図４（ｂ）に示すように接合される。この際の圧着力は形成するバンプ径に応じて数ｇ〜数１０ｇに設定され、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨ_Z（具体例としては６３．５ＫＨ_Z）程度とするのが好適である。次いで、ワイヤ２０を挟持したクランパ２８およびキャピラリ３０の上動によって、図４（ｃ）に示すようにワイヤ２０を切断して、電極３５上にボール２０ａとボール２０ａから突出したワイヤ部分２０ｂからなるバンプ３６が形成される。
【００２４】
ＩＣチップ１の移載手段４は、図１に示すように、サーボモータとボールネジ機構などから成るＸ方向移動機構４１にて移動可能なＸ方向移動台４２と、その上端に設置されたＹ方向に移動可能なＹ方向スライダ４３と、Ｙ方向スライダ４３に装着された吸着ヘッド４４を備えている。吸着ヘッド４４には、Ｘ方向に並列して一対の吸着ノズル４５が配設され、ＩＣチップ１の各種移載を合理的に行うように構成されている。Ｙ方向スライダ４３はＹ方向ガイド４６に案内され、サーボモータ４７の正逆回転によって回動するタイミングベルト４８に連結されてＹ方向に往復移動される。
【００２５】
以上の構成のバンプボンダーを動作制御する制御部の概略構成を図５を参照して説明する。キャピラリ３０を上下移動させる上下動電磁駆動手段３３から成るＨ軸駆動手段、クランパ２８を開閉する開閉電磁駆動部３４から成るクランパ駆動手段、トーチ３１とワイヤ２０先端の間でスパークを発生させるスパーク電源駆動手段５４、ボンディングヘッド１１をＸ、Ｙ方向に位置決め移動させるテーブル駆動手段５５、その他の各駆動手段等を制御する制御手段５２にＣＰＵ５１からの指令信号及び各種検出手段による検出結果に基づいた制御信号が入力されている。検出手段は、ＩＣチップ１の電極３５の位置や形成したバンプ３６の画像認識を行う上記認識カメラ３２以外に、キャピラリ３０の高さ位置を検出するキャピラリ高さ検出手段５６、ボール２０ａが電極３５に当接したことをワイヤ２０の電位変化等によって検出する当り検出手段５７、トーチ３１とワイヤ２０間のスパーク時の電圧変化を検出して正常なボール２０ａが形成されたか否かを検出するトーチ−ワイヤ間電圧検出手段５８、その他の検出手段が設けられ、それらの検出信号が演算処理手段５３に入力され、ＣＰＵ５１からの指令により所定の演算処理を行い、その結果をＣＰＵ５１や制御手段５２に出力するように構成されている。
【００２６】
以上の構成のバンプボンダーにおいて、ＩＣチップ供給部２のリフタ７にマガジン６を搬入すると、リフタ７とトレイ押引手段８にてトレイ５が順次ＩＣチップ取り出し位置に供給される。ＩＣチップ取り出し位置のトレイ５内のＩＣチップ１は移載手段４にて順次ボンディング部３に向けて移送され、ボンディングステージ９上の所定位置に移載される。次に、位置決め手段１０の固定規制ブロック１２ａ、１２ｂと可動規制爪１４にてＩＣチップ１がボンディング位置９ａ、９ｂに正確に位置決めされる。
【００２７】
次に、ＩＣチップ１が位置決めされた状態で、上述の如くボンディングヘッド１１のキャピラリ３０にてＩＣチップ１の各電極３５にワイヤ２０先端のボール２０ａをボンディングしてバンプ３６が形成される。ＩＣチップ１に対するバンプ形成が終了すると、位置決め手段１０によるＩＣチップ１の挟持を開放し、移載手段４の吸着ノズル３５にてＩＣチップ１を吸着し、ＩＣチップ排出部におけるトレイのＩＣチップ収納空間に収納される。
【００２８】
本実施形態における上記バンプ３６の形成動作の詳細を、図６のフローチャートを参照して説明する。まず、ＩＣチップ１の最初のバンプ（第１バンプ）であるか否かを判定し（ステップ＃１）、第１バンプの場合はボンドレベルを予め入力されたＩＣチップ１の高さデータに基づいて設定された設定値とし、図７（ａ）に示すように、下降動作速度とサーチ動作速度の速度切換位置であるサーチレベルを従来と同様に十分に大きく設定したＳ₁（例えば、１００μｍ）に設定する（ステップ＃２）。
【００２９】
次に、その設定条件でボンディング動作を実行する（ステップ＃３）。まず、トーチ３１にてスパークを発生させてボール２０ａを形成し、その際にトーチ−ワイヤ間電圧検出手段５８による検出信号からスパークエラがあったか否かを判定し（ステップ＃４）、スパークエラーがあった場合は動作エラー終了とする。
【００３０】
次いでキャピラリ３０をサーチレベルＳ₁まで高速の下降動作速度Ｖ₁にて下降させ、サーチレベルＳ₁に到達すると下降速度をサーチ動作速度Ｖ₂に低下させて下降させ、ボール２０ａがＩＣチップ１の電極３５に当接すると、超音波を印加してボンディングする。
【００３１】
その際、本実施形態では直径が４５μｍ程度の微小なバンプ３６を形成するようにしているので、ボール２０ａが電極３５に衝突したときのオーバーシュート荷重は３ｇ程度に納める必要がある。そのために、本実施形態ではサーチ動作速度Ｖ₂を、従来１２ｍｍ／ｓｅｃであったものを５ｍｍ／ｓｅｃに設定している。そのため、図７（ａ）に示すように、サーチ動作速度Ｖ₂による下降動作時間が長くかかることになる。
【００３２】
また、このボンディング時に当り検出手段５７にて当たりを検出したときのキャピラリ３０の高さをキャピラリ高さ検出手段５６から取り込み（ステップ＃５）、次に第１バンプの場合はステップ＃６の判定によってステップ＃８に移行し、上記当り検出高さを前ボンドレベルとして設定する。そして、ステップ＃９の判定において生産が終了でなければ、ステップ＃１に戻る。
【００３３】
次に、ステップ＃１の判定で上記のようにして第１バンプのバンプ形成が終了しているとステップ＃１０に移行し、ステップ＃８で設定した前ボンドレベルをボンドレベルに設定するとともに、図７（ｂ）に示すようにサーチレベルをＳ₂に設定する。このサーチレベルＳ₂は、例えば先のサーチレベルＳ₁が１００μｍであったものを、５０〜７０μｍ程度の小さい距離に設定する。
【００３４】
次に、その設定条件でステップ＃３に移行してボンディング動作を実行し、上記ステップ＃４、＃５の動作を行う。このとき、サーチレベルＳ₂を小さく設定しているので、サーチ動作速度Ｖ₂が小さくても、図７（ｂ）に示すようにキャピラリ２０の下降時間が短くて済み、第２バンプ以後は生産性良くハンプ３６を形成することができる。また、上記のようにボンドレベルを前ボンドレベルに設定しているので、サーチレベルＳ₂を小さく設定してもキャピラリ３０下端のボール２０ａは常に確実にサーチ動作速度Ｖ₂で電極３５に衝突し、オーバーシュート荷重を安定して低くでき、バンプ形状が不安定になる恐れがない。
【００３５】
次に、ステップ＃６の判定では第１バンプでないのでステップ＃７に移行し、前ボンドレベルと今回のステップ＃５での当り検出高さ（ボンドレベル）との差の絶対値Ａを演算して、その値が所定の許容値以下であるか否かを判定し、許容値以下であれば適正にボンディングが行われたものと判定できるので、ステップ＃８に移行するが、許容値より大きければ形成したバンプ３６が異常に大きいか、小さいかであるため、動作エラー終了する。かくして、スパークエラーでは検出できなかったボール２０ａの異常等によるバンプ３６の異常をボンディング動作中に確実に検出してエラー停止することができ、ＩＣチップ１の生産性及び品質管理に効果を発揮する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のボンディング方法によれば、以上の説明から明らかなように、第１バンプボンディング時の速度切替位置を第２バンプボンディング以後の速度切替位置より大きい高さに設定し、第２バンプボンディング以後は先行するボンディング時に検出したキャピラリの高さ位置によって第１バンプボンディング時の速度切替位置より小さい所定の高さに更新し、各ボンディング動作時に前記速度切換位置までキャピラリを所定の下降動作速度で下降させ、その後下降動作速度より小さいサーチ動作速度で下降させるようにしているので、先行するボンディング時のキャピラリの高さ位置に基づいて速度切換位置が設定され、ＩＣチップ上面の高さにばらつきがあってもその高さ位置に応じて速度切換位置が設定されるため、速度切換位置を低く設定してもボールを常にサーチ動作速度でＩＣチップ上面に衝突させることができ、従ってサーチ動作速度を小さくしても生産性が低下せず、微小なバンプを形成する場合にも高い生産性を維持しながら適正にボンディングすることができる。
【００３７】
また、各ボンディング動作毎に、キャピラリの高さ位置を検出して速度切換位置を更新すると、同一のＩＣチップにおける高さのばらつきやステージ上面のばらつきのために、各電極の高さ位置にばらつきがある場合でも、常に適正に速度切換位置が設定され、適正なバンプを形成できる。
【００３８】
また、ボンディング時に検出したキャピラリの高さ位置の変化量が所定のしきい値を超えた時に、ボンディング動作をエラー停止させることにより、不適正なボール形成が検出されなかった場合でもボンディング時に確実にエラー検出して無駄なボンディング動作を無くすことができる。
【００３９】
また、本発明のバンプボンダーバンプボンダーにおいては、設定された速度切換位置で下降動作速度からそれよりも小さいサーチ動作速度に切り換えてキャピラリを下降させる手段と、ボンディング時のキャピラリの高さ位置を検出する手段と、先行するボンディング時のキャピラリの高さ位置によって速度切換位置を更新設定する手段とを備えているので、上記ボンディング方法により適正なバンプを生産性良く形成することができる。
【００４０】
また、検出したキャピラリの高さ位置の変化量を所定のしきい値と比較してエラー信号を出力する手段を備えると、ボンディングエラーを確実に検出して無駄なボンディング動作を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボンダーの要部構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態におけるボンディングヘッドのワイヤ供給機構の斜視図である。
【図３】同実施形態におけるボンディングヘッドのボンディング作業機構及び認識カメラの斜視図である。
【図４】同実施形態におけるボンディング作業工程の断面図である。
【図５】同実施形態における制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】同実施形態におけるボンディング動作のフローチャートである。
【図７】同実施形態におけるキャピラリの下降動作を示し、（ａ）は第１バンプ形成時の下降動作における高さ位置と下降速度を示すグラフ、（ｂ）は第２バンプ以後のバンプ形成時の下降動作における高さ位置と下降速度を示すグラフである。
【図８】従来例におけるボンディング動作を示し、（ａ）は動作説明図、（ｂ）はバンプ形成時の下降動作における高さ位置と下降速度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ＩＣチップ
９ボンディングステージ
１１ボンディングヘッド
２０ワイヤ
２０ａボール
３０キャピラリ
３３上下動電磁駆動部
３５電極
３６バンプ
５６キャピラリ高さ位置検出手段
５７当り検出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bonding method using wire bonding technology and a bump bonder for forming bumps on electrodes of an IC chip.
[0002]
[Prior art]
Various bonders that electrically connect the electrodes of the IC chip and the package conductors by wire bonding technology are introduced in “Semiconductor Handbook (Second Edition)” issued by Ohm Co., Ltd. Further, even with this type of conventional bonder for wire bonding, it is possible to form bumps for electrical connection on the electrodes of the IC chip depending on the use thereof. For example, Japanese Patent Application No. 8-249724 has already proposed. .
[0003]
In this type of bump bonder, as shown in FIG. 8A, the IC chip 61 is positioned and fixed at a predetermined bonding position on the stage 62, and a wire is connected to the capillary 63 at the tip of the ultrasonic horn disposed in the bonding head. The ball 64 is formed at the tip of the wire, and then the capillary 63 is lowered to apply the ultrasonic wave to the capillary 63 in a state where the ball 64 is pressed against the electrode on the upper surface of the IC chip 61, thereby Then, the capillary 63 is raised in a state where the wire is clamped, and the wire is cut to form a bump.
[0004]
Incidentally, in order to improve the productivity by increasing the bump formation speed, it is necessary to increase the descending speed of the capillary 63. However, when the capillary 63 is descended at a high speed, the ball 64 becomes stronger against the electrode of the IC chip 61. As a result of the collision, an excessive overshoot load acts on the ball 64 and an appropriate bump cannot be formed. Therefore, as shown in FIGS. 8A and 8B, the height H from the upper surface of the IC chip 61 having a height t on the stage 62 to the ball 64 is set to a predetermined search level S ₁ appropriately set. Until reaching the position of t + S ₁ from the upper surface of the stage 62, the capillary 63 is lowered at a relatively high lowering operation speed V ₁ , and is smaller after reaching the search level S _1. By lowering at the search operation speed V _3, productivity is improved without applying an excessive load to the ball 64.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the search level S ₁ is usually set to about 100 μm and the search operation speed V ₃ is set to about 12 mm / sec. In this case, the overshoot load generated when the ball 64 collides with the electrode is 12 g. Will reach the degree.
[0006]
On the other hand, in recent years, the IC chip 61 tends to be miniaturized and the number of bumps tends to increase, and accordingly, the bumps are miniaturized. In the case of such a small bump, if the overshoot load is as large as 12 g as described above, there is a problem that the deformation of the ball 64 becomes too large to form an appropriate bump.
[0007]
Therefore, it is necessary to reduce the overshoot load to 10 g or less, for example, about 3 to 5 g. For this purpose, it is necessary to reduce the search operation speed to about 5 mm / sec. Will come down.
[0008]
As a countermeasure, it is conceivable to reduce the search level S ₁ to about 70 μm. However, if the variation in the height t of the IC chip 61 is large, it may reach about 50 μm. Therefore, the ball 64 may collide with the electrode of the IC chip 61 at the transition speed from the descending operation speed V _{1 to the} search operation speed V _3, and an overshoot of the load acting on the ball 64 may occur. There is a problem that it becomes excessively large and proper bumps may not be formed.
[0009]
In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a bonding method and a bump bonder that can appropriately form bumps without reducing productivity even when forming minute bumps.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Bonding method of the present invention forms a ball wire tip capillary tip position, the capillary is lowered toward the IC chip top surface, the bonding method of bonding by pressing the ball to the upper surface of the IC chip, the first bump bonding The speed switching position at the time is set to a height higher than the speed switching position after the second bump bonding, and after the second bump bonding, the speed switching position at the time of the first bump bonding is determined by the height position of the capillary detected at the preceding bonding. The capillaries are updated to a smaller predetermined height, and the capillary is lowered at a predetermined lowering operation speed to the speed switching position at each bonding operation , and then lowered at a search operation speed smaller than the lowering operation speed . According to the present invention, even if the height of the upper surface of the IC chip varies, the speed switching position is set according to the height position. Therefore, even if the speed switching position is set low, the ball is always searched at the search operation speed. It can collide with the upper surface of the chip. Thus, even if the search operation speed is reduced, productivity does not decrease, and appropriate bumps can be formed while maintaining high productivity even when minute bumps are formed. The method of the present invention can also be applied to bonding other than bump formation.
[0011]
Further, according to the present invention, the height position of the capillary is detected and the speed switching position is updated for each bonding operation . Therefore, due to the variation in the height of the same IC chip and the variation in the stage upper surface, each electrode Even when there is a variation in the height position, the speed switching position is always set appropriately and appropriate bumps can be formed.
[0012]
In addition, when the amount of change in the height position of the capillary detected during bonding exceeds a predetermined threshold value, the bonding operation is stopped by an error, so that even when improper ball formation is not detected, it is ensured during bonding. It is possible to eliminate an unnecessary bonding operation by detecting an error.
[0013]
Further, the bump bonder of the present invention includes a stage for positioning and fixing the IC chip at a predetermined position, and forming a ball at the tip of the wire inserted into the capillary and then lowering the capillary to bond the ball to the upper surface of the IC chip. In a bump bonder having a bonding head for forming a bonding head, a means for lowering the capillary by switching from a lowering operation speed to a lower search operation speed at a set speed switching position, and a height position of the capillary at the time of bonding The detecting means and the speed switching position at the time of the first bump bonding are set to a height higher than the speed switching position after the second bump bonding, and after the second bump bonding, the first position is determined by the height position of the capillary at the preceding bonding . Place smaller than the speed switching position for 1 bump bonding Of which is characterized by comprising means for updating set speed switching position of the height position, it is possible to form a proper bump with good productivity by the above bonding method.
[0014]
In addition, if a means for outputting an error signal by comparing the detected change in the height position of the capillary with a predetermined threshold value is provided, it is possible to reliably detect a bonding error and eliminate a useless bonding operation.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the bump bonder of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
First, the overall configuration of the bump bonder of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the bump bonder includes an IC chip supply unit 2 for supplying an IC chip 1, a bonding unit 3 for forming bumps on the electrodes of the IC chip 1 by ball bonding, an IC chip discharge unit (not shown), Between these, a transfer means 4 for transferring the IC chips 1 sequentially is provided. Since the IC chip discharge unit has basically the same configuration as the IC chip supply unit 2, the illustration thereof is omitted.
[0017]
The IC chips 1 are arranged and stored in a tray 5, and a magazine 6 storing a large number of the trays 5 in a stacked state is carried into the IC chip supply unit 2. The IC chip supply unit 2 has a magazine 6 mounted thereon and a lifter 7 that can move up and down, and a tray 5 in the magazine 6 at a predetermined height position is pulled out to a position where the IC chip 1 is taken out by the transfer means 4, A tray pushing / pulling means 8 for storing is provided.
[0018]
The bonding unit 3 fixes the IC chip 1 and bonds it by ultrasonic thermocompression bonding. The bonding stage 9 includes a heater, positioning means 10 for the IC chip 1, and bonding for forming bumps on the electrodes of the IC chip 1. The head 11 is configured (see FIGS. 2 and 3). The bonding stage 9 is provided with a pair of bonding positions 9a and 9b on the left and right sides, and each is provided with a suction port for sucking and fixing the IC chip 1.
[0019]
The positioning means 10 is movable attached to a fixed restricting block 12a, 12b arranged fixed to the bonding stage 9 at the rear of each bonding position 9a, 9b, and a restricting drive means 15 movable in the X and Y directions. The restriction claw 14 is configured. The movable setting claw 14 is formed with corner portions 14a and 14b for engaging and restricting the positions of the corners of the IC chip 1 on both the left and right sides thereof, and the IC chip 1 is sandwiched between the fixing restriction flocks 12a and 12b, respectively. Then, the bonding positions 9a and 9b are positioned.
[0020]
The restriction driving means 15 is configured to be able to move the moving table 18 in two directions of the X direction and the Y direction by the X direction moving mechanism 16 and the Y direction moving mechanism 17. Reference numeral 19 is supported by a guide mechanism and biasing means (not shown) so as to be elastically reversible in a predetermined range in the X and Y directions, and the movable setting pawl 14 is fixed to the upper end of the setting pawl mounting leg 19.
[0021]
The bonding head 11 is mounted on an XY table (not shown) movable in the X direction and the Y direction, and the wire supply mechanism 21 and the wire are bonded to the IC chip 1 on the bonding stage 9 as shown in FIG. A bonding work mechanism 22 is provided. The wire supply mechanism 21 is bent upward with air 24 in the middle of the wire 20 between the wire reel 23 and the bonding work mechanism 22 that performs bonding by supplying the wire 20 from the wire reel 23 from above. A wire tensioner 25 that blows up and applies tension to the wire 20, and a wire that applies upward tension to the wire 20 by exposing the wire 20 to the blow-up air 26 directly above the wire guide 28 a of the clamper 28 in the bonding work mechanism 22. A tensioner 27 is provided so that the wire 20 can be supplied to the bonding work mechanism 22 without difficulty while floatingly supporting the wire 20 so as to maintain a predetermined supply path and tension with the air 24 and 26.
[0022]
As shown in FIGS. 2 and 3, the bonding work mechanism 22 has a clamper 28 for holding the wire 20 and a capillary 30 through which the wire is inserted, and applies ultrasonic vibration to a ball formed at the tip of the wire. A horn 29 for discharging, and a torch 31 for discharging. In addition, a recognition camera 32 for visually recognizing the state of the bonding work is arranged on the upper part, displays a recognition image on a recognition monitor (not shown), and inputs a recognition signal to a data processing device (not shown). It is configured to process data. In addition, an up-and-down electromagnetic drive unit 33 that moves the tip portion up and down by reciprocatingly rotating the bonding work mechanism 22 around a fulcrum shaft (not shown) and an open-close electromagnetic drive unit 34 that opens and closes the clamper 28 are provided.
[0023]
The bonding operation will be described with reference to FIG. 4. The wire 20 is fed out through the capillary 30, and the capillary 30 is moved by the spark current from the torch 31 each time the capillary 30 moves to a position facing a predetermined electrode 35 of the IC chip 1. The tip of the wire protruding from the tip of the wire is melted to form a ball 20a as shown in FIG. The facing position between the capillary 30 and each electrode 35 is controlled with high accuracy based on the visual recognition of the recognition camera 32. The formed ball 20a is joined to the electrode 35 of the IC chip 1 by the capillary 30 by thermocompression bonding and ultrasonic vibration as shown in FIG. Pressing force at this time is set to several g~ number 10g in response to a bump diameter to form, ultrasonic vibration is applied horizontally, amplitude 0.5 [mu] m, 63.5KH as frequency 60~70KH _Z (example _Z ) is preferable. Next, as shown in FIG. 4C, the wire 20 is cut by the upward movement of the clamper 28 and the capillary 30 holding the wire 20, and the ball 20a and the wire portion 20b protruding from the ball 20a are formed on the electrode 35. Bumps 36 are formed.
[0024]
As shown in FIG. 1, the transfer means 4 of the IC chip 1 includes an X-direction moving table 42 that can be moved by an X-direction moving mechanism 41 including a servo motor and a ball screw mechanism, and a Y direction installed at the upper end thereof. And a suction head 44 mounted on the Y-direction slider 43. The suction head 44 is provided with a pair of suction nozzles 45 arranged in parallel in the X direction, and is configured to rationally perform various transfers of the IC chip 1. The Y-direction slider 43 is guided by a Y-direction guide 46, is connected to a timing belt 48 that is rotated by forward and reverse rotation of a servo motor 47, and is reciprocated in the Y direction.
[0025]
A schematic configuration of a control unit that controls the operation of the bump bonder having the above configuration will be described with reference to FIG. An H-axis drive means comprising a vertically moving electromagnetic drive means 33 for moving the capillary 30 up and down, a clamper drive means comprising an open / close electromagnetic drive section 34 for opening and closing the clamper 28, and a spark power source for generating a spark between the torch 31 and the tip of the wire 20 Control based on command signals from the CPU 51 and detection results by various detection means to the drive means 54, the table drive means 55 for positioning and moving the bonding head 11 in the X and Y directions, and other control means 52, etc. A signal is being input. In addition to the recognition camera 32 that recognizes the position of the electrode 35 of the IC chip 1 and the image of the formed bump 36, the detection means includes a capillary height detection means 56 that detects the height position of the capillary 30 and a ball 20a. A hit detection means 57 for detecting contact with the wire 20 by a potential change of the wire 20, a torch for detecting whether or not a normal ball 20 a has been formed by detecting a voltage change during sparking between the torch 31 and the wire 20. -A wire voltage detecting means 58 and other detecting means are provided, and their detection signals are input to the arithmetic processing means 53, and predetermined arithmetic processing is performed according to a command from the CPU 51, and the result is sent to the CPU 51 and the control means 52. It is configured to output.
[0026]
In the bump bonder having the above configuration, when the magazine 6 is loaded into the lifter 7 of the IC chip supply unit 2, the tray 5 is sequentially supplied to the IC chip takeout position by the lifter 7 and the tray push / pull means 8. The IC chips 1 in the tray 5 at the IC chip takeout position are sequentially transferred toward the bonding unit 3 by the transfer means 4 and transferred to a predetermined position on the bonding stage 9. Next, the IC chip 1 is accurately positioned at the bonding positions 9 a and 9 b by the fixed restricting blocks 12 a and 12 b and the movable restricting claw 14 of the positioning means 10.
[0027]
Next, with the IC chip 1 positioned, the bumps 36 are formed by bonding the balls 20a at the tips of the wires 20 to the respective electrodes 35 of the IC chip 1 with the capillaries 30 of the bonding head 11 as described above. When the bump formation on the IC chip 1 is completed, the IC chip 1 is held by the positioning means 10 and the IC chip 1 is sucked by the suction nozzle 35 of the transfer means 4, and the IC chip is stored in the tray at the IC chip discharge portion. Stored in space.
[0028]
Details of the operation of forming the bumps 36 in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, it is determined whether or not it is the first bump (first bump) of the IC chip 1 (step # 1). In the case of the first bump, the bond level is based on the height data of the IC chip 1 inputted in advance. As shown in FIG. 7A, S ₁ (for example, 100 μm) in which the search level, which is the speed switching position between the descending operation speed and the search operation speed, is set to be sufficiently large as in the conventional case. (Step # 2).
[0029]
Next, a bonding operation is executed under the set conditions (step # 3). First, a spark is generated by the torch 31 to form the ball 20a, and at that time, it is determined whether or not a spark error has occurred from a detection signal from the torch-wire voltage detecting means 58 (step # 4), and a spark error is detected. If there is, the operation error ends.
[0030]
Next, the capillary 30 is lowered to the search level S ₁ at a high descent operation speed V _1, and when the search level S ₁ is reached, the descent speed is lowered to the search operation speed V ₂ and the ball 20 a is moved to the IC chip 1. When contacting the electrode 35, ultrasonic waves are applied to perform bonding.
[0031]
At this time, since the minute bumps 36 having a diameter of about 45 μm are formed in this embodiment, the overshoot load when the ball 20a collides with the electrode 35 needs to be set to about 3 g. Therefore, in this embodiment, the search operation speed V ₂ is set to 5 mm / sec, which was 12 mm / sec in the past. For this reason, as shown in FIG. 7A, the lowering operation time at the search operation speed V ₂ becomes longer.
[0032]
Further, the height of the capillary 30 when the hit detection means 57 detects the hit at the time of bonding is fetched from the capillary height detection means 56 (step # 5), and then, in the case of the first bump, the determination at step # 6. To step # 8, and the hit detection height is set as the previous bond level. If the production is not completed in the determination in step # 9, the process returns to step # 1.
[0033]
Next, when the bump formation of the first bump is completed as described above in the determination of Step # 1, the process proceeds to Step # 10, the previous bond level set in Step # 8 is set to the bond level, and the search level, as shown in FIG. 7 (b) is set to S _2. The search level S ₂ is set to a small distance of about 50 to 70 μm, for example, from the previous search level S ₁ of 100 μm.
[0034]
Next, the process proceeds to step # 3 under the set conditions to execute the bonding operation, and the operations of steps # 4 and # 5 are performed. At this time, since the search level S ₂ is set small, even when the search operation speed V ₂ is small, the descent time of the capillary 20 is short as shown in FIG. The hump 36 can be formed with good performance. Further, since the set before the bond level bond level as described above, the ball 20a of the capillary 30 bottom be set smaller search level S ₂ is always reliably collide with the electrodes 35 in the search operation speed V ₂ The overshoot load can be stably reduced, and the bump shape does not become unstable.
[0035]
Next, since it is not the first bump in the determination of step # 6, the process proceeds to step # 7, and the absolute value A of the difference between the previous bond level and the hit detection height (bond level) at this step # 5 is calculated. Then, it is determined whether or not the value is equal to or less than a predetermined allowable value. If it is equal to or less than the allowable value, it can be determined that bonding has been properly performed. Therefore, the process proceeds to step # 8. If the formed bump 36 is abnormally large or small, the operation error ends. Thus, the abnormality of the bump 36 due to the abnormality of the ball 20a that could not be detected by the spark error can be reliably detected during the bonding operation and the error can be stopped, which is effective for the productivity and quality control of the IC chip 1. .
[0036]
【The invention's effect】
According to the bonding method of the present invention, as apparent from the above description, the speed switching position at the time of the first bump bonding is set higher than the speed switching position after the second bump bonding, and after the second bump bonding. Is updated to a predetermined height smaller than the speed switching position at the time of the first bump bonding according to the height position of the capillary detected at the preceding bonding, and the capillary is lowered to the speed switching position at a predetermined lowering operation speed at each bonding operation. After that, the speed is lowered at a search operation speed smaller than the lowering operation speed, so that the speed switching position is set based on the height position of the capillary at the time of preceding bonding, and the height of the upper surface of the IC chip varies. However, the speed switching position is set according to the height position. Even if it is set, the ball can always collide with the upper surface of the IC chip at the search operation speed. Therefore, even if the search operation speed is reduced, the productivity does not decrease, and even when a minute bump is formed, high productivity is achieved. It is possible to bond properly while maintaining.
[0037]
In addition, if the height position of the capillary is detected and the speed switching position is updated for each bonding operation, the height position of each electrode varies due to the height variation in the same IC chip and the stage top surface variation. Even when there is, there is always a proper speed switching position, and an appropriate bump can be formed.
[0038]
In addition, when the amount of change in the height position of the capillary detected during bonding exceeds a predetermined threshold value, the bonding operation is stopped by an error, so that even when improper ball formation is not detected, it is ensured during bonding. It is possible to eliminate an unnecessary bonding operation by detecting an error.
[0039]
In the bump bonder of the present invention, the bump bonder detects the height position of the capillary at the time of bonding, and means for lowering the capillary by switching from the lowering operation speed to the lower search operation speed at the set speed switching position. And means for updating and setting the speed switching position according to the height position of the capillary at the time of preceding bonding, so that an appropriate bump can be formed with high productivity by the bonding method.
[0040]
In addition, if a means for outputting an error signal by comparing the detected change in the height position of the capillary with a predetermined threshold value is provided, it is possible to reliably detect a bonding error and eliminate a useless bonding operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a bump bonder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a wire supply mechanism of the bonding head in the same embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a bonding work mechanism and a recognition camera of the bonding head in the embodiment.
FIG. 4 is a sectional view of a bonding operation process in the same embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a control unit in the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart of a bonding operation in the same embodiment.
7A and 7B show a descending operation of a capillary in the embodiment, wherein FIG. 7A is a graph showing a height position and a descending speed in a descending operation when forming a first bump, and FIG. 7B is a diagram when forming a bump after the second bump. It is a graph which shows the height position and descent speed in descent operation.
8A and 8B show a bonding operation in a conventional example, wherein FIG. 8A is an operation explanatory diagram, and FIG. 8B is a graph showing a height position and a lowering speed in a lowering operation at the time of bump formation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 IC chip 9 Bonding stage 11 Bonding head 20 Wire 20a Ball 30 Capillary 33 Vertical movement electromagnetic drive part 35 Electrode 36 Bump 56 Capillary height position detection means 57 Contact detection means

Claims

In a bonding method in which a ball is formed at the tip of the capillary at the tip of the capillary, the capillary is lowered toward the upper surface of the IC chip, and the ball is pressed against and joined to the upper surface of the IC chip . The height is set higher than the speed switching position after the second bump bonding, and after the second bump bonding, the height is set to a predetermined height smaller than the speed switching position during the first bump bonding depending on the height position of the capillary detected during the preceding bonding. A bonding method comprising: updating and lowering the capillary at a predetermined lowering operation speed to the speed switching position at each bonding operation , and thereafter lowering at a search operation speed smaller than the lowering operation speed.

2. The bonding method according to claim 1 , wherein when the amount of change in the height position of the capillary detected during bonding exceeds a predetermined threshold value, the bonding operation is stopped by an error.

A stage for positioning and fixing the IC chip at a predetermined position, and a bonding head for forming a ball at the tip of the wire inserted into the capillary and then lowering the capillary to bond the ball to the upper surface of the IC chip to form a bump. In the bump bonder, means for lowering the capillary by switching from the lowering operation speed to a lower search operation speed at the set speed switching position, means for detecting the height position of the capillary at the time of bonding, and first bump bonding The speed switching position at the time is set to a height higher than the speed switching position after the second bump bonding, and after the second bump bonding, the speed switching position at the first bump bonding is higher than the speed switching position at the first bump bonding. update speed switching position of the small predetermined height position Bump bonder, characterized in that a means for the constant.