(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-26
(45)【発行日】2022-11-04
(54)【発明の名称】ワイヤ接合状態判定方法及びワイヤ接合状態判定装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20221027BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 321Y
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021578030
(86)(22)【出願日】2020-08-04
(86)【国際出願番号】 JP2020029772
(87)【国際公開番号】W WO2022029870
(87)【国際公開日】2022-02-10
【審査請求日】2021-12-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000146722
【氏名又は名称】ヤマハロボティクスホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宗像 広志
(72)【発明者】
【氏名】中野 晶太
(72)【発明者】
【氏名】足立 卓也
(72)【発明者】
【氏名】マヘディ シュワヤク
(72)【発明者】
【氏名】イスマルド ランダエズ
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－３３２８５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－５２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／１１３２５０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
Ｈ０１Ｌ ２１／６０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極にワイヤを接合した後に前記電極と前記ワイヤとの接合状態を判定するワイヤ接合状態判定方法であって、前記ワイヤに所定の電力波形を入射し、前記ワイヤの伝送波形と、前記電極と前記ワイヤとの接合面からの反射波形と、を検出する波形検出工程と、
前記波形検出工程で検出した前記伝送波形と前記反射波形とを比較することにより前記電極と前記ワイヤとの接合状態を判定する接合判定工程と、を含むこと、
を特徴とするワイヤ接合状態判定方法。
【請求項2】
請求項１に記載のワイヤ接合状態判定方法であって、 前記接合判定工程は、前記波形検出工程で検出した前記伝送波形と前記反射波形とを比較することにより前記接合面の接合面積の大きさを判定すること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定方法。
【請求項3】
請求項２に記載のワイヤ接合状態判定方法であって、前記接合判定工程は、前記波形検出工程で検出した前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも大きい場合に前記接合面の接合面積は所定の面積よりも小さいと判定し、前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも小さいか同一の場合に前記接合面の接合面積は前記所定の面積よりも大きいか同一と判定すること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定方法。
【請求項4】
請求項１に記載のワイヤ接合状態判定方法であって、前記接合判定工程は、前記波形検出工程で検出した前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも大きい場合に接合不良と判定し、前記波形検出工程で検出した前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも小さいか同一の場合に接合良好と判定すること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定方法。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤ接合状態判定方法であって、前記電極への前記ワイヤの接合は、前記ワイヤの先端に形成されたフリーエアボールを前記電極に圧着接合して圧着ボールを形成するボールボンディングによって行われ、
前記接合面は、前記圧着ボールと前記電極との第１接合面であること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定方法。
【請求項7】
電極にワイヤを接合した後に前記電極と前記ワイヤとの接合状態を判定するワイヤ接合状態判定装置であって、前記ワイヤに所定の電力波形を入射し、前記ワイヤの伝送波形と、前記電極と前記ワイヤとの接合面からの反射波形と、を検出する波形検出器と、
前記波形検出器で検出した前記伝送波形と前記反射波形とを比較することにより前記電極と前記ワイヤとの接合状態を判定する接合判定器と、を含むこと、
を特徴とするワイヤ接合状態判定装置。
【請求項8】
請求項７に記載のワイヤ接合状態判定装置であって、前記接合判定器は、前記波形検出器で検出した前記伝送波形と前記反射波形とを比較することにより前記接合面の接合面積の大きさを判定すること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定装置。
【請求項9】
請求項８に記載のワイヤ接合状態判定装置であって、前記接合判定器は、前記波形検出器で検出した前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも大きい場合に前記接合面の接合面積は所定の面積よりも小さいと判定し、前記反射波形の大きさが前記伝送波形よりも小さいか同一の場合に前記接合面の接合面積は前記所定の面積よりも大きいか同一と判定すること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定装置。
【請求項10】
請求項７に記載のワイヤ接合状態判定装置であって、 前記接合判定器は、
前記波形検出器で検出した前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも大きい場合に接合不良と判定し、前記波形検出器で検出した前記反射波形の大きさが前記伝送波形の大きさよりも小さいか同一の場合に接合良好と判定すること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定装置。
【請求項14】
請求項１２に記載のワイヤ接合状態判定装置であって、 各前記時間は、ワイヤへの電力波形の入射位置と各接合面との前記ワイヤに沿った距離の２倍を電力波形の伝播速度で除した値であること、
を特徴とするワイヤ接合状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電極にワイヤを接合した後に電極とワイヤとの接合状態を判定するワイヤ接合状態判定方法及びワイヤ接合状態判定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子部品の組立工程に用いられるワイヤボンディング装置では、例えば半導体チップの電極に細い金線等のワイヤがボンディングされる。ボンディングされたワイヤは延ばされて、回路基板等の電極においてボンディングされ、半導体チップの電極と回路基板の電極との間の接続が行われる。電極間のボンディングがうまくいかないと、いわゆる接続不良が起こる。目視では判別できない接続不良を検出するために、ワイヤから半導体チップに対し適当な電流を入射し、流れる電流値を測定して電気的に接続不良を判定することが提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、ワイヤを介して高周波信号を印加し、ワイヤを通して流れる電流に対応する出力レベルにより、ボンディングの不着検出を行うことが開示されている。また、特許文献２には、ワイヤに矩形波を印加し、ワイヤを通して流入する電流の微分出力を積分して得られる出力レベルにより、ワイヤの不着検出を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平９－６４１１６号公報
【文献】特開平８－２３６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、近年、より正確に不着検出を行うことが要求されている。しかし、特許文献１，２に記載された従来技術では信号に含まれるノイズにより検出精度が悪くなる場合があった。
【0006】
そこで、本発明は、電極とワイヤとの接合状態を精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のワイヤ接合状態判定方法は、電極にワイヤを接合した後に電極とワイヤとの接合状態を判定するワイヤ接合状態判定方法であって、ワイヤに所定の電力波形を入射し、ワイヤの伝送波形と電極と、ワイヤとの接合面からの反射波形と、を検出する波形検出工程と、波形検出工程で検出した伝送波形と反射波形とに基づいて電極とワイヤとの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。
【0008】
これにより、電極とワイヤとの接合状態を精度よく検出することができる。
【0009】
本発明のワイヤ接合状態判定方法において、接合判定工程は、波形検出工程で検出した伝送波形と反射波形とに基づいて接合面の接合面積の大きさを判定してもよい。
【0010】
これにより、接合不良のみでなく、接合面積の良否を判定することができる。
【0011】
本発明のワイヤ接合状態判定方法において、接合判定工程は、波形検出工程で検出した反射波形の大きさが伝送波形の大きさよりも大きい場合に接合面の接合面積は所定の面積よりも小さいと判定し、反射波形の大きさが伝送波形の大きさよりも小さいか同一の場合に接合面の接合面積は所定の面積よりも大きいか同一と判定してもよい。
【0012】
これにより、簡便な方法で接合面積がワイヤの断面積よりも大きいかどうかを判定することができる。
【0013】
本発明のワイヤ接続状態判定方法において、電極との接合状態が良好なワイヤに所定の電力波形を入射し、ワイヤの伝送波形と接合面からの反射波形とを基準波形として検出する基準波形検出工程を含み、接合判定工程は、波形検出工程で検出した反射波形の大きさが基準波形に含まれる反射波形の大きさよりも大きい場合に接合不良と判定し、波形検出工程で検出した反射波形の大きさが基準波形に含まれる反射波形の大きさよりも小さいか同一の場合に接合良好と判定してもよい。
【0014】
これにより、簡便な方法で電極とワイヤとの接合面積が基準面積よりも大きいかどうかを検出することができる。
【0015】
本発明のワイヤ接合状態判定方法において、電極へのワイヤの接合は、ワイヤの先端に形成されたフリーエアボールを電極に圧着接合して圧着ボールを形成するボールボンディングによって行われ、接合面は、圧着ボールと電極との第１接合面としてもよい。
【0016】
これにより、圧着ボールと電極との第１接合面の接合面積の大きさを検出するとともに接合状態を判定することができる。
【0017】
本発明のワイヤ接続状態判定方法において、電極へのワイヤの接合は、ワイヤの先端に形成されたフリーエアボールを電極に圧着接合するボールボンディングと、ボールボンディングの後にワイヤの側面を他の電極に圧着接合するステッチボンディングとを含み、接合面は、ステッチボンディングによるワイヤの側面と他の電極との第２接合面としてもよい。
【0018】
これにより、ボールボンディングの後にステッチボンディングを行う際のステッチボンディング箇所の接合状態の検出を行うことができる。
【0019】
本発明のワイヤ接続状態判定装置は、電極にワイヤを接合した後に電極とワイヤとの接合状態を判定するワイヤ接合状態判定装置であって、ワイヤに所定の電力波形を入射し、ワイヤの伝送波形と、電極とワイヤとの接合面からの反射波形と、を検出する波形検出器と、波形検出器で検出した伝送波形と反射波形とに基づいて電極とワイヤとの接合状態を判定する接合判定器と、を含むこと、を特徴とする。
【0020】
本発明のワイヤ接合状態判定装置において、接合判定器は、波形検出器で検出した伝送波形と反射波形とに基づいて接合面の接合面積の大きさを判定してもよい。
【0021】
本発明のワイヤ接合状態判定装置において、接合判定器は、波形検出器で検出した反射波形の大きさが伝送波形の大きさよりも大きい場合に接合面の接合面積は所定の面積よりも小さいと判定し、反射波形の大きさが伝送波形よりも小さいか同一の場合に接合面の接合面積は所定の面積よりも大きいか同一と判定してもよい。
【0022】
本発明のワイヤ接合状態判定装置において、接合判定器は、電極との接合状態が良好なワイヤに波形検出器から所定の電力波形を入射した際のワイヤの伝送波形と接合面からの反射波形とを基準波形として格納した基準波形データベースを含み、基準波形データベースを参照して、波形検出器で検出した反射波形の大きさが基準波形に含まれる反射波形の大きさよりも大きい場合に接合不良と判定し、波形検出器で検出した反射波形の大きさが基準波形に含まれる反射波形の大きさよりも小さいか同一の場合に接合良好と判定してもよい。
【発明の効果】
【0023】
本発明は、電極とワイヤとの接合状態を精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施形態のワイヤ接合状態判定装置が取付けられたワイヤボンディング装置の構成図である。
【図4】実施形態のワイヤ接合状態判定装置における波形検出工程を示す説明図である。
【図5】圧着ボールと電極との接合面積に対する反射波の電圧の変化を示すグラフである。
【図6】圧着ボールと電極との接合面積がワイヤの断面積よりも大きい場合の波形検出器で検出した波形を示す図である。
【図7】圧着ボールと電極との接合面積がワイヤの断面積よりも小さい場合の波形検出器で検出した波形を示す図である。
【図8】圧着ボールと電極との接合状態が良好な場合に、所定の電力波形をワイヤに入射させて波形検出器で検出した基準波形を示す図である。
【図9】ステッチボンディングよってボンディングされた第２ボンディング部の接合状態が良好な場合に、所定の電力波形をワイヤに入射させて波形検出器で検出した基準波形を示す図である。
【図10】チェインボンディングによって形成したワイヤループを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照しながら実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０について説明する。最初に、実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０が取付けられるワイヤボンディング装置１００について説明する。図１に示す様に、ワイヤボンディング装置１００は、ベース１０と、ＸＹテーブル１１と、ボンディングヘッド１２と、Ｚ方向モータ１３と、ボンディングアーム１４と、超音波ホーン１５と、キャピラリ２０と、クランパ１７と、放電電極１８と、ボンディングステージ１９と、制御部５０とを備えている。尚、以下の説明では、ボンディングアーム１４又は超音波ホーン１５の延びる方向をＸ方向、水平面でＸ方向と直角方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として説明する。
【0026】
ＸＹテーブル１１は、ベース１０の上に取付けられて上側に搭載されるものをＸＹ方向に移動させる。
【0027】
ボンディングヘッド１２は、ＸＹテーブル１１の上に取付けられてＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。ボンディングヘッド１２の中には、Ｚ方向モータ１３とＺ方向モータ１３によって駆動されるボンディングアーム１４とが格納されている。Ｚ方向モータ１３は、固定子１３ｂを備えている。ボンディングアーム１４は、根元部１４ａがＺ方向モータ１３の固定子１３ｂに対向し、Ｚ方向モータ１３のシャフト１３ａの周りに回転自在に取付けられる回転子となっている。
【0028】
ボンディングアーム１４のＸ方向の先端には超音波ホーン１５が取付けられており、超音波ホーン１５の先端にはキャピラリ２０が取付けられている。超音波ホーン１５は、図示しない超音波振動子の振動により先端に取付けられたキャピラリ２０を超音波加振する。キャピラリ２０は後で説明するように内部に上下方向に貫通する貫通孔２１が設けられており、貫通孔２１にはワイヤ１６が挿通されている。
【0029】
また、超音波ホーン１５の先端の上側には、クランパ１７が設けられている。クランパ１７は開閉してワイヤ１６の把持、開放を行う。
【0030】
ボンディングステージ１９の上側には放電電極１８が設けられている。放電電極１８は、キャピラリ２０に挿通してキャピラリ２０の先端から延出したワイヤ１６との間で放電を行い、ワイヤ１６を溶融させてフリーエアボール２２を形成する。
【0031】
ボンディングステージ１９は、上面に半導体チップ３４が実装された基板３０を吸着固定するとともに、図示しないヒータによって基板３０と半導体チップ３４とを加熱する。
【0032】
ボンディングヘッド１２のＺ方向モータ１３の固定子１３ｂの電磁力によって回転子を構成するボンディングアーム１４の根元部１４ａが図１中の矢印９１に示す様に回転すると、超音波ホーン１５の先端に取付けられたキャピラリ２０は矢印９１ａに示す様にＺ方向に移動する。また、ボンディングステージ１９はＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。従って、キャピラリ２０は、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３によってＸＹＺ方向に移動する。
【0033】
ＸＹテーブル１１と、Ｚ方向モータ１３と、クランパ１７と、放電電極１８と、ボンディングステージ１９とは制御部５０に接続されており、制御部５０の指令に基づいて駆動される。制御部５０は、ＸＹテーブル１１とＺ方向モータ１３とによりキャピラリ２０のＸＹＺ方向の位置を調整するとともに、クランパ１７の開閉、放電電極１８の駆動、ボンディングステージ１９の加熱制御を行う。
【0034】
制御部５０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ５１と、動作プログラムや動作データ等を格納するメモリ５２とを含むコンピュータである。
【0035】
図２に示す様に、ワイヤボンディング装置１００は、半導体チップ３４の電極であるパッド３６と基板３０の他の電極であるリード３２との間をループワイヤ２６で接続して半導体装置の製造を行う装置である。
【0036】
【0037】
図３Ａに示す様に、キャピラリ２０の貫通孔２１にはワイヤ１６が挿通されている。ワイヤボンディング装置１００の制御部５０は、図１に示す放電電極１８とキャピラリ２０の先端から延出したワイヤ１６との間に放電を発生させてワイヤ１６を球状のフリーエアボール２２に成形する。
【0038】
次に、制御部５０は、図３Ｂの矢印９２に示す様に、キャピラリ２０を下降させてキャピラリ２０の先端で半導体チップ３４のパッド３６の上にフリーエアボール２２を荷重Ｆ１で押圧するボールボンディングを行う。すると、フリーエアボール２２はパッド３６に圧着されて円板状の圧着ボール２３に成形される。圧着ボール２３の下面とパッド３６の上面との間には、圧着ボール２３を形成する金属とパッド３６の金属とが接合する第１接合面２３ａが形成される。第１接合面２３ａは、圧着ボール２３とパッド３６との圧着面であり、第１ボンド点Ｐ１を構成する。
【0039】
次に、制御部５０は、図３Ｃの矢印９３に示す様に、キャピラリ２０を上昇させてキャピラリ２０の先端からワイヤテール２４を延出させる。
【0040】
その後、制御部５０は、図３Ｄの矢印９４に示す様に、キャピラリ２０の先端を半導体チップ３４のパッド３６から基板３０のリード３２に向かってルーピングさせ、キャピラリ２０の先端で基板３０のリード３２の上にワイヤ１６の側面を荷重Ｆ２で押圧してステッチボンディングを行い、ワイヤ１６の側面をリード３２の上に圧着する。ワイヤ１６の側面は圧着されると第２ボンディング部２５となる。第２ボンディング部２５の下面はリード３２に接合しており、第２接合面２５ａが形成される。第２接合面２５ａは、ワイヤ１６の側面とリード３２との圧着面であり、第２ボンド点Ｐ２を構成する。
【0041】
この後、制御部５０は、クランパ１７を閉としてキャピラリ２０を上昇させて第２ボンディング部２５でワイヤ１６を切断する。これにより、図２に示す様に第１ボンド点Ｐ１と第２ボンド点Ｐ２とをループワイヤ２６で接続した半導体装置が構成される。
【0042】
【0043】
図１に示す様に、実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０は、波形検出器６１と、接合判定器６２とで構成されている。波形検出器６１は、第１端子６６と第２端子６７とを備えている。第１端子６６は、クランパ１７に接続されている。また、第２端子６７は、ボンディングステージ１９に接続されるとともに接地されている。
【0044】
図４に示す様に、波形検出器６１は、第１端子６６からワイヤ１６に所定の電力波形の入射波７１を入射させるとともに、ワイヤ１６の伝送波形７３ａとパッド３６とワイヤ１６との第１接合面２３ａからの反射波形７３ｂとを含む検出波形７３を検出し、接合判定器６２に出力する。尚、波形検出器６１は、市販のネットワークアナライザを用いて構成してもよい。
【0045】
接合判定器６２は、波形検出器６１から入力されたワイヤ１６の伝送波形７３ａと、第１接合面２３ａからの反射波形７３ｂと、を含む検出波形７３に基づいてワイヤ１６とパッド３６との接合状態を判定する。
【0046】
図１に示す様に、接合判定器６２は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ６３と、動作プログラムやデータが格納されているメモリ６４とを含むコンピュータである。メモリ６４の中には、後で説明する基準波形データベース６５が格納されている。
【0047】
図１に示す様に、ワイヤ接合状態判定装置６０は、ワイヤボンディング装置１００の制御部５０と接続されており、制御部５０との間で情報の授受を行う。
【0048】
次に、図４～図８を参照しながら、実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０の動作について説明する。以下の説明では、図４に示す様に時刻ｔ０に電圧がゼロからＥｉｎにステップ変化する電圧波形を所定の電力波形としてワイヤ１６に入射させる場合について説明する。所定の電力波形としてこれ以外の形状の電力波形を入射させてもよい。
【0049】
先に、図３Ａ～図３Ｂを参照して説明したように、制御部５０はキャピラリ２０を下降させてフリーエアボール２２をパッド３６の上に圧着して圧着ボール２３を形成し、圧着ボール２３とパッド３６とを接合する。これにより、圧着ボール２３とパッド３６との間には、圧着ボール２３を形成する金属とパッド３６の金属とが接合する第１接合面２３ａが形成される。
【0050】
制御部５０は、圧着ボール２３を成形する際に印加した荷重Ｆ１を開放し、キャピラリ２０の先端を圧着ボール２３の上面からわずかに上昇させる。また、制御部５０は、クランパ１７を閉とする指令を出力する。この指令によってクランパ１７が閉となり、クランパ１７とワイヤ１６とが電気的に接続され、ワイヤ１６と波形検出器６１の第１端子６６とが接続される。
【0051】
図４に示す様に、波形検出器６１は、時刻ｔ０に電圧がゼロからＥｉｎにステップ変化する入射波７１を第１端子６６から出力する。第１端子６６から出力された入射波７１は、図４中の矢印９７ａに示す様にクランパ１７に入り、クランパ１７からワイヤ１６に伝送していく。そして、図４中の矢印９７ｂに示す様に、入射波７１は、ワイヤ１６を圧着ボール２３に向かって伝播していく。そして、入射波７１は、図４中の矢印９７ｃに示す様に第１接合面２３ａに達すると、第１接合面２３ａで反射して反射波７２となって図４中の矢印９８ａに示す様に第１接合面２３ａからワイヤ１６に向かって伝播し、図４中の矢印９８ｂに示す様に、ワイヤ１６の中をクランパ１７に向かって伝播する。そして、反射波７２は、クランパ１７から波形検出器６１の第１端子６６に向かって伝播する。図４に示す様に、反射波７２は、電圧がゼロからＥｏｕｔにステップ変化する波形を有している。反射波７２は、入射波７１を出力した時刻ｔ０から時間Δｔだけ後の時刻ｔ１に波形検出器６１に戻ってくる。時刻ｔ１に波形検出器６１に戻って来る反射波７２は、電圧が時刻ｔ１にゼロからＥｏｕｔにステップ的に変化する電圧波形である。
【0052】
波形検出器６１は、図４に示す様に、入射波７１を出力した時刻ｔ０から反射波７２が戻ってくる時刻ｔ１までの間は、ワイヤによって伝送される入射波７１と同様、電圧がゼロからＥｉｎにステップ変化する伝送波形７３ａを検出する（波形検出工程）。そして、反射波７２が戻って来る時刻ｔ１以降は、電圧がＥｏｕｔの反射波形７３ｂを検出する。ここで、入射波７１を出力した時刻ｔ０から反射波７２が波形検出器６１に戻って来る時刻ｔ１までの時間Δｔは、クランパ１７と圧着ボール２３の第１接合面２３ａとの距離をＬとして、
Δｔ＝２＊Ｌ／（ワイヤ中での電力波形の伝播速度） －－－－ （式１）
となる。ワイヤ１６の中での電力波形の伝播速度は、光速に近い速度であるから、時間Δｔは、非常に短く、数ｐｓｅｃ程度となる。尚、式１では波形検出器６１の第１端子６６とクランパ１７との間の接続線の長さを無視しているが、この接続線の長さを考慮して時間Δｔを算出するようにしてもよい。後で説明する時間Δｔ２、Δｔ８３、Δｔ８２、Δｔ８１の場合も同様である。
Δｔ＝２＊Ｌ／（ワイヤ中での電力波形の伝播速度） －－－－ （式１）
となる。ワイヤ１６の中での電力波形の伝播速度は、光速に近い速度であるから、時間Δｔは、非常に短く、数ｐｓｅｃ程度となる。尚、式１では波形検出器６１の第１端子６６とクランパ１７との間の接続線の長さを無視しているが、この接続線の長さを考慮して時間Δｔを算出するようにしてもよい。後で説明する時間Δｔ２、Δｔ８３、Δｔ８２、Δｔ８１の場合も同様である。
【0053】
図４に示す反射波７２或いは反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔは、圧着ボール２３とパッド３６との第１接合面２３ａの接合面積Ａｂによって変化する。図５に示す様に、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが所定の面積であるワイヤ１６の断面積Ａｗと同一の場合、第１接合面２３ａのインピーダンスは、ワイヤ１６のインピーダンスと同一となるので、反射波７２、或いは反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔは、ワイヤ１６の中を伝送される入射波７１の電圧Ｅｉｎと同一となる。
【0054】
第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが所定の面積であるワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きくなると、第１接合面２３ａのインピーダンスが小さくなることから、反射波７２或いは反射波形７３ｂの電圧ＥｏｕｔはＥｉｎよりも小さくなる。逆に、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが所定の面積であるワイヤ１６の断面積Ａｗよりも小さくなると、第１接合面２３ａのインピーダンスがワイヤ１６のインピーダンスよりも大きくなることから、反射波７２或いは反射波形７３ｂの電圧ＥｏｕｔはＥｉｎよりも大きくなる。
【0055】
従って、図６に示す様に、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが所定の面積であるワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きい場合には、検出波形７３に含まれる反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔは、検出波形７３に含まれる伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎよりも小さくなる。
【0056】
逆に、図７に示す様に、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂがワイヤ１６の断面積Ａｗより小さい場合には、検出波形７３に含まれる反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔは、検出波形７３に含まれる伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎよりも大きくなる。
【0057】
そこで、接合判定器６２のＣＰＵ６３は、入射波７１の出力を開始する時刻ｔ０の直後における伝送波形７３ａの電圧値を伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎとして取得し、時刻ｔ１の直後の反射波形７３ｂの電圧値を反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔとして取得する。そして、接合判定器６２のＣＰＵ６３は、取得した伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎと、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔとを比較することにより、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂがワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きいか小さいかを判定する（接合判定工程）。
【0058】
すなわち、接合判定器６２のＣＰＵ６３は、取得した反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが取得した伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎよりも大きい場合に第１接合面２３ａの接合面積Ａｂはワイヤ１６の断面積Ａｗよりも小さいと判定し、取得した反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎよりも小さいか同一の場合に第１接合面２３ａの接合面積Ａｂはワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きいか同一と判定する。
【0059】
以上、説明したように、ワイヤ接合状態判定装置６０は、入射波７１をワイヤ１６に入射させ、ワイヤ１６中の伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎと圧着ボール２３とパッド３６との第１接合面２３ａからの反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔとを検出し、電圧Ｅｉｎと電圧Ｅｏｕｔとを比較するという簡便な方法により、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂがワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きいかどうかを判定することができる。
【0060】
また、接合判定器６２のＣＰＵ６３は、取得した反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎよりも小さいか同一の場合に第１接合面２３ａの接合状態は良好と判定し、取得した反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが取得した伝送波形７３ａの電圧Ｅｉｎよりも大きい場合に第１接合面２３ａの接合状態は不良であると判定してもよい。なお、接合判定工程では、ワイヤの断面積を基準に接合状態を判定すると説明したが、これに限らず例えば圧着ボール２３の下面に対する接合面積の比率、第２ボンディング部２５または後述するステッチボンディング部のワイヤ側面に対する接合面積の比率等により接合状態を判断してもよい。
【0061】
次に、図８を参照しながら、実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０の他の動作について説明する。図８に示す様に、パッド３６とワイヤ１６との接合状態が良好で、パッド３６との第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが基準接合面積Ａｓとなっている基準第１ボンド部Ｐ１ｓを含む半導体装置を準備する。そして、波形検出器６１から入射波７１をワイヤ１６に入射させた際のワイヤ１６の伝送波形７４ａと第１接合面２３ａからの反射波形７４ｂとを含む電圧波形を基準波形７４として取得する。そして、取得した基準波形７４を接合判定器６２のメモリ６４の中の基準波形データベース６５に格納しておく（基準波形検出工程）。
【0062】
図８に示す様に、第１接合面２３ａの基準接合面積Ａｓの大きさがワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きい場合、基準波形７４に含まれる反射波形７４ｂの電圧Ｅｏｕｔは、基準波形７４に含まれる伝送波形７４ａの電圧Ｅｉｎよりも小さいＥｓとなっている。
【0063】
先に図５を参照して説明したと同様、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが所定の面積である基準接合面積Ａｓよりも大きいか同一の場合は、電圧Ｅｏｕｔは電圧Ｅｓよりも低くなる。逆に、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが所定の面積である基準接合面積Ａｓよりも小さい場合は、電圧Ｅｏｕｔは電圧Ｅｓよりも高くなる。
【0064】
第１接合面２３ａの接合面積の判定を行う場合、ワイヤ接合状態判定装置６０は、図４を参照して説明したと同様、時刻ｔ０に電圧が０からＥｉｎまでステップ変化する入射波７１を波形検出器６１からクランパ１７に入射させ、波形検出器６１で伝送波形７３ａと反射波形７３ｂとを含む検出波形７３を検出する。接合判定器６２のＣＰＵ６３は、時刻ｔ１の直後の反射波形７３ｂの電圧値を電圧Ｅｏｕｔとして取得する。そして、接合判定器６２のＣＰＵ６３は、基準波形データベース６５に格納している基準波形７４に含まれる反射波形７４ｂの電圧Ｅｓと、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔとを比較し、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂが基準接合面積Ａｓよりも大きいか小さいかを判定する（接合判定工程）。
【0065】
すなわち、接合判定器６２のＣＰＵ６３は、取得した反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが基準波形７４に含まれる反射波形７４ｂの電圧Ｅｓよりも大きい場合には、第１接合面２３ａの接合面積Ａｂは基準接合面積Ａｓよりも小さいと判定し、取得した反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが基準波形７４に含まれる反射波形７４ｂの電圧Ｅｓよりも小さいか同一の場合に第１接合面２３ａの接合面積Ａｂは基準接合面積Ａｓよりも大きいか同一と判定する。
【0066】
これにより、簡便な方法でパッド３６とワイヤ１６との接合面積Ａｂが基準接合面積Ａｓよりも大きいかどうかを検出することができる。また、接合判定器６２は、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが基準波形７４に含まれる反射波形７４ｂの電圧Ｅｓよりも大きい場合には、第１接合面２３ａの接合状態は不良と判断し、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが基準波形７４に含まれる反射波形７４ｂの電圧Ｅｓよりも小さいか同一の場合に第１接合面２３ａの接合状態は良好と判断してもよい。
【0067】
以上の説明では、第１接合面２３ａは、ボールボンディングによって行われ、圧着ボール２３とパッド３６との第１接合面２３ａの接合面積Ａｂの大きさを判定することとして説明したが、これに限らず、ステッチボンディングよってボンディングされた第２ボンディング部２５のワイヤ１６の側面とリード３２との第２接合面２５ａにも適用することができる。
【0068】
先に、図８を参照して説明したと同様、図９に示す様に、リード３２とワイヤ１６の側面との接合状態が良好で、リード３２との第２接合面２５ａの接合面積Ａｂが基準接合面積Ａｓとなっている基準第２ボンド部Ｐ２ｓを準備する。そして、時刻ｔ０に波形検出器６１から入射波７１をワイヤ１６に入射させる。時刻ｔ０に波形検出器６１からワイヤ１６に入射波７１を入射させると、第２接合面２５ａからの反射波７２は、ｔ０から時Δｔ２後の時刻ｔ２に波形検出器６１に戻ってくる。
【0069】
ここで、Δｔ２は、クランパ１７とリード３２の第２接合面２５ａとの距離をＬ２として、
Δｔ２＝２＊Ｌ２／（ワイヤ中での電力波形の伝播速度） －－－ （式２）
である。
Δｔ２＝２＊Ｌ２／（ワイヤ中での電力波形の伝播速度） －－－ （式２）
である。
【0070】
従って、波形検出器６１は、時刻ｔ０から反射波７２が戻ってくる時刻ｔ２までの間は、電圧がゼロからＥｉｎにステップ変化する伝送波形７５ａを検出し、反射波７２が戻って来る時刻ｔ２以降は、電圧がＥｏｕｔの反射波形７５ｂを検出する。波形検出器６１は、ワイヤ１６の伝送波形７５ａと第２接合面２５ａからの反射波形７５ｂとを含む電圧波形を基準波形７５として取得する。そして、取得した基準波形７５を接合判定器６２のメモリ６４の中の基準波形データベース６５に格納しておく（基準波形検出工程）。
【0071】
図９に示す様に、第２接合面２５ａの基準接合面積Ａｓの大きさがワイヤ１６の断面積Ａｗよりも大きい場合、基準波形７５に含まれる反射波形７５ｂの電圧Ｅｏｕｔは、基準波形７５に含まれる伝送波形７５ａの電圧Ｅｉｎよりも小さいＥｓ２となっている。
【0072】
先に図８を参照して説明したと同様、第２接合面２５ａの接合面積Ａｂが所定の面積である基準接合面積Ａｓよりも大きいか同一の場合は、電圧Ｅｏｕｔは電圧Ｅｓ２よりも低くなる。逆に、第２接合面２５ａの接合面積Ａｂが所定の面積である基準接合面積Ａｓよりも小さい場合は、電圧Ｅｏｕｔは電圧Ｅｓ２よりも高くなる。
【0073】
先に図８を参照して説明したと同様、第２接合面２５ａの接合面積の判定を行う場合、ワイヤ接合状態判定装置６０は入射波７１を波形検出器６１からクランパ１７に入射させる。接合判定器６２のＣＰＵ６３は、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが電圧Ｅｓ２よりも大きい場合には、第２接合面２５ａの接合面積Ａｂは基準接合面積Ａｓよりも小さいと判定し、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさが電圧Ｅｓ２よりも小さいか同一の場合に第２接合面２５ａの接合面積Ａｂは基準接合面積Ａｓよりも大きいか同一と判定する。
【0074】
尚、図８を参照して説明したと同様、反射波形７３ｂの電圧Ｅｏｕｔの大きさに基づいて第２接合面２５ａの接合の良否を判定してもよい。
【0075】
次に、図１０、図１１を参照してワイヤ接合状態判定装置６０の他の動作について説明する。ワイヤ接合状態判定装置６０は、ボールボンディングの後、ステッチボンディングを複数回実行して基板３０の上に複数層に積層実装された複数層の半導体チップ３４の各層のパッド３６と基板３０のリード３２とを連続してワイヤ１６で接続するチェインボンディングにおける中間のステッチボンディング部の接合面の接合状態の判定にも適用することができる。
【0076】
図１０を参照しながら、チェインボンディングの例について説明する。図１０に示す例は、基板３０のリード３２から積層した半導体チップ１３４，２３４の各パッド１３６，２３６に向かって連続的にボンディングを行う逆ボンディングである。
【0077】
図１０に示すチェインボンディングでは、ワイヤボンディング装置１００の制御部５０は、最初に基板３０のリード３２の上にボールボンディングを行って圧着ボール８０を形成する。圧着ボール８０とリード３２との圧着面は第１接合面８１ａであり、第１ボンド部８１を構成する。次に、制御部５０は、キャピラリ２０を一層目の半導体チップ１３４のパッド１３６に向かってルーピングし、ワイヤ１６の側面をパッド１３６の上に押圧してステッチボンディングを行う。パッド１３６とワイヤ１６の側面との圧着面は第２接合面８２ａであり、第２ボンド部８２を構成する。同様に、制御部５０は、キャピラリ２０を二層目の半導体チップ２３４のパッド２３６に向かってルーピングし、ワイヤ１６の側面をパッド２３６の上に押圧してステッチボンディングを行う。パッド２３６とワイヤ１６の側面との圧着面は第３接合面８３ａであり、第３ボンド部８３を構成する。第１ボンド部８１と第２ボンド部８２との間は、ループワイヤ８５で接続され、第２ボンド部８２と第３ボンド部８３との間は、ループワイヤ８６で接続されている。
【0078】
次に、チェインボンディングにおける中間のステッチボンディング部である第２ボンド部８２の第２接合面８２ａの接合の良否の判断について説明する。
【0079】
第２接合面８２ａの良否の判断を行う前に、ワイヤ接合状態判定装置６０は、先に、図８，９を参照して説明したと同様、第１接合面８１ａ、第２接合面８２ａ、第３接合面８３ａの各接合面の接合状態が良好な基準ループに入射波７１を入射させた際の電圧波形を基準波形７６として基準波形データベース６５に格納する基準波検出工程を行う。
【0080】
図１１に示す様に、波形検出器６１は、時刻ｔ０に電圧がゼロからＥｉｎにステップ変化する入射波７１をクランパ１７に入力する。クランパ１７に入射した入射波７１は、クランパ１７からワイヤ１６に伝送される。そして、図１０に示す第３接合面８３ａで反射すると電圧Ｅｏｕｔ３の反射波７２が波形検出器６１に戻ってくる。また、第３接合面８３ａからループワイヤ８６に伝搬した入射波７１は、第２接合面８２ａで反射して電圧Ｅｏｕｔ２の反射波７２が波形検出器６１に戻ってくる。更に、第２接合面８２ａからループワイヤ８５に入射した入射波７１は、第１接合面８１ａで反射して電圧Ｅｏｕｔ１の反射波７２が波形検出器６１に戻ってくる。
【0081】
第１接合面８１ａ、第２接合面８２ａ、第３接合面８３ａからの反射波７２がもどってくる時間は、それぞれ時刻ｔ０の時間Δｔ８３，Δｔ８２，Δｔ８１後である。ここで、時間Δｔ８３，Δｔ８２，Δｔ８１は、次のように計算される。
Δｔ８３＝２＊Ｌ８３／（電力波形の伝播速度） －－－－ （式３）
Δｔ８２＝２＊Ｌ８２／（電力波形の伝播速度） －－－－ （式３）
Δｔ８１＝２＊Ｌ８１／（電力波形の伝播速度） －－－－ （式３）
ここで、Ｌ８３は、クランパ１７から第３接合面８３ａまで距離であり、Ｌ８２は、Ｌ８３にループワイヤ８６に沿った第３接合面８３ａから第２接合面８２ａまでの距離を加えた距離であり、Ｌ８１は、Ｌ８２にループワイヤ８５に沿った第２接合面８２ａから第１接合面８１ａまでの距離を加えた距離である。
Δｔ８３＝２＊Ｌ８３／（電力波形の伝播速度） －－－－ （式３）
Δｔ８２＝２＊Ｌ８２／（電力波形の伝播速度） －－－－ （式３）
Δｔ８１＝２＊Ｌ８１／（電力波形の伝播速度） －－－－ （式３）
ここで、Ｌ８３は、クランパ１７から第３接合面８３ａまで距離であり、Ｌ８２は、Ｌ８３にループワイヤ８６に沿った第３接合面８３ａから第２接合面８２ａまでの距離を加えた距離であり、Ｌ８１は、Ｌ８２にループワイヤ８５に沿った第２接合面８２ａから第１接合面８１ａまでの距離を加えた距離である。
【0082】
図１１に示す様に、波形検出器６１は、時刻ｔ０から時刻ｔ８３までの間は、電圧Ｅｉｎの伝送波形７６ａを検出し、時刻ｔ８３から時刻ｔ８２までの間は、第３接合面８３ａからの電圧Ｅｏｕｔ３の反射波形７６ｂを検出し、時刻ｔ８２から時刻ｔ８１までの間は、第２接合面８２ａからの電圧Ｅｏｕｔ２の反射波形７６ｃを検出し、時刻ｔ８１以降は、第１接合面８１ａからの電圧Ｅｏｕｔ１の反射波形７６ｄを検出する。
【0083】
接合判定器６２は、第１接合面８１ａ、第２接合面８２ａ、第３接合面８３ａの各接合面の接合状態が良好な基準ループに入射波７１を入射させた際に波形検出器６１が検出した伝送波形７６ａと反射波形７６ｂ，７６ｃ，７６ｄとを含む電圧波形を基準波形７６として基準波形データベース６５に格納する。また、検出した各反射波形７６ｂ，７６ｃ，７６ｄの各電圧Ｅｏｕｔ３、電圧Ｅｏｕｔ２、電圧Ｅｏｕｔ１をそれぞれ基準電圧Ｅｓ８３，Ｅｓ８２，Ｅｓ８１として基準波形データベース６５に格納する。
【0084】
ワイヤ接合状態判定装置６０は、第２接合面８２ａの接合状態が良好かどうかを判定する場合には、第３ボンド部８３へのステッチボンディングが終了した後、図１０に示す様に波形検出器６１からクランパ１７に入射波７１を入射させる。そして、波形検出器６１で図１１に破線で示すように、伝送波形７７ａと反射波形７７ｂ，７７ｃ，７７ｄを含む検出波形７７を検出する。
【0085】
そして、接合判定器６２は、検出波形７７に含まれる第２接合面８２ａからの反射波形７７ｃと基準波形７６に含まれる第２接合面８２ａからの反射波形７６ｃとを比較する。第２接合面８２ａの接合が不良の場合、反射波形７７ｃの電圧は、基準電圧Ｅｓ８２よりも高くなる。このため、接合判定器６２は、反射波形７７ｃの電圧が基準電圧Ｅｓ８２よりも高い場合に、第２接合面８２ａの接合は不良であると判定する。一方、反射波形７７ｃの電圧が基準電圧Ｅｓ８２と同一或いは低い場合には、第２接合面８２ａの接合は良好であると判定する。
【0086】
以上、説明したように、実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０は、チェインボンディングにおける中間のステッチボンディング部の接合の良否を判定することができる。
【0087】
尚、以上の説明では、基板３０のリード３２から積層した半導体チップ１３４，２３４の各パッド１３６，２３６に向かって連続的にボンディングを行う逆ボンディングを例として説明したが、上記の方法は、二層目の半導体チップ２３４のパッド２３６にボールボンディングを行い、一層目の半導体チップ１３４のパッド１３６と基板３０のリード３２とにステッチボンディングを行うチェインボンディングの第２ボンド部８２の接合の良否の判断にも適用することができる。
【0088】
以上、説明したように、実施形態のワイヤ接合状態判定装置６０は、パッド３６とワイヤ１６との接合状態、或いは、リード３２とワイヤ１６との接合状態を精度よく検出することができる。
【符号の説明】
【0089】
１０ ベース、１１ ＸＹテーブル、１２ ボンディングヘッド、１３ Ｚ方向モータ、１３ａ シャフト、１３ｂ 固定子、１４ ボンディングアーム、１４ａ 根元部、１５ 超音波ホーン、１６ ワイヤ、１７ クランパ、１８ 放電電極、１９ ボンディングステージ、２０ キャピラリ、２１ 貫通孔、２２ フリーエアボール、２３，８０ 圧着ボール、２３ａ，８１ａ 第１接合面、２４ ワイヤテール、２５ 第２ボンディング部、２５ａ，８２ａ 第２接合面、２６，８５，８６ ループワイヤ、３０ 基板、３２ リード、３４，１３４，２３４ 半導体チップ、３６，１３６，２３６ パッド、５０ 制御部、５１，６３ ＣＰＵ、５２，６４ メモリ、６０ ワイヤ接合状態判定装置、６１ 波形検出器、６２ 接合判定器、６５ 基準波形データベース、７１ 入射波、７２ 反射波、７３，７７ 検出波形、７３ａ、７４ａ，７５ａ，７６ａ，７７ａ 伝送波形、７３ｂ、７４ｂ，７５ｂ，７６ｂ，７７ｂ 反射波形、７４，７５，７６ 基準波形、８１ 第１ボンド部、８２ 第２ボンド部、８３ 第３ボンド部、８３ａ 第３接合面、１００ ワイヤボンディング装置。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】