特許 7432263 超音波加振式不良検出装置及びワイヤ不良検出システム

(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】2024-02-07

(45)【発行日】2024-02-16

(54)【発明の名称】超音波加振式不良検出装置及びワイヤ不良検出システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240208BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 321Y

H01L21/60 321Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022558668

(86)(22)【出願日】2020-10-28

(86)【国際出願番号】 JP2020040416

(87)【国際公開番号】W WO2022091247

(87)【国際公開日】2022-05-05

【審査請求日】2022-12-08

(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】カークビー マイケル

(72)【発明者】

【氏名】宗像 広志

(72)【発明者】

【氏名】足立 卓也

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１３４２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２４０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８３２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２４１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０３６７５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２０３１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８２４６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０ －２１／６０７

Ｈ０１Ｌ ２１／４４７－２１／４４９

Ｇ０１Ｎ ２９／００ －２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物の不良を検出する超音波加振式不良検出装置であって、
前記検査対象物を超音波加振する超音波加振器と、
前記超音波加振器に高周波電力を供給する電源と、
超音波加振された前記検査対象物を撮像する撮像装置と、
前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を調整すると共に、前記検査対象物の不良の検出を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させながら前記撮像装置で前記検査対象物の画像を撮像し、撮像した画像に基づいて前記検査対象物の不良の検出を行い、
前記検査対象物は、不良の検出の対象となる対象部と、不良の検出の対象とならない非対象部とを含み、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させる際に、前記撮像装置で撮像した画像から検出される前記非対象部の振幅に対する前記撮像装置で撮像した画像から検出される前記対象部の振幅の比率が所定値以上となるように前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧を調整すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電流を検出する電流センサを備え、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させる際に、前記電流センサで検出した電流が所定の範囲内となるように前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧を調整すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項3】

請求項１に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電流が所定の範囲内となるように、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数に対する前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧の変化を予め規定したマップを含み、
前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させる際に、前記マップに基づいて前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧を調整すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項4】

請求項１又は２又は３に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記検査対象物は、基板と、前記基板に取付けられた半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記基板の電極、又は、前記半導体素子の一の電極と前記半導体素子の他の電極とを接続するワイヤと、を備える半導体装置であって、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させる際に、前記撮像装置で撮像した画像から検出される前記基板と前記半導体素子の振幅に対する前記撮像装置で撮像した画像から検出される前記ワイヤの振幅の比率が所定値以上となるように前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧を調整すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項5】

請求項４に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記制御部は、検出した前記ワイヤの振幅が所定の上限振幅を越えないように前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧を調整すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させながら、前記撮像装置で前記半導体装置の動画を撮像し、
撮像した動画の１つのフレームとそれ以前の前フレームとのワイヤの画像の差分を算出し、
前記差分が所定の閾値を超えた場合に前記ワイヤの不良検出信号を出力すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項7】

請求項６に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記制御部は、
前記差分を算出する１つのフレームと前フレームとの間のフレーム数、或いは、動画のフレームレートを変化させて前記差分を算出すること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項8】

請求項１又は２又は３に記載の超音波加振式不良検出装置であって、
前記超音波加振器は、前記検査対象物に接続されて前記検査対象物を超音波振動させる超音波振動子、又は、前記検査対象物の周囲に配置された超音波スピーカーであること、
を特徴とする超音波加振式不良検出装置。

【請求項9】

基板と、前記基板に取付けられた半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記基板の電極、又は、前記半導体素子の一の電極と前記半導体素子の他の電極とを接続するワイヤと、を備える半導体装置の前記ワイヤの不良を検出するワイヤ不良検出システムであって、
前記半導体装置を超音波加振する超音波加振器と、
前記超音波加振器に高周波電力を供給する電源と、
超音波加振された前記半導体装置を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像した画像を表示するディスプレイと、
前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を調整すると共に、前記ワイヤの不良の検出を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させながら、前記撮像装置で前記半導体装置の動画を撮像し、
撮像した動画の１つのフレームとそれ以前の前フレームとの画像の差分を算出し、
前記差分が所定の閾値を超えた場合に前記ワイヤの表示画像を他の前記ワイヤの表示画像と異ならせて前記ディスプレイに表示し、
前記ワイヤは、不良の検出の対象となる対象部と、不良の検出の対象とならない非対象部とを含み、
前記制御部は、前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の周波数を変化させる際に、前記撮像装置で撮像した画像から検出される前記非対象部の振幅に対する前記撮像装置で撮像した画像から検出される前記対象部の振幅の比率が所定値以上となるように前記電源から前記超音波加振器に供給される前記高周波電力の電圧を調整すること、
を特徴とするワイヤ不良検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検査対象物を超音波加振して検査対象物の不良を検出する超音波加振式不良検出装置の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

基板の電極と半導体チップの電極との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディング装置では、ワイヤと半導体チップとの間に電流を流すという電気的な手段により半導体チップの電極とワイヤとの間の接続不良の検出を行う方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、ワイヤボンディング装置では、キャピラリの着地からボンディング終了までのＺ方向の変位を検出するという機械的手段により半導体チップの電極とワイヤとの間の接続の不良の検出を行う方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－２１３７５２号公報

【文献】特開２０１０－５６１０６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、ワイヤ等の検査対象物の不良検出の高精度化が求められている。しかし、特許文献１、２に記載された電気的手段或いは機械的手段による不良検出は、誤検出が発生する場合があった。

【0006】

また、半導体チップの電極と基板の電極とを接続する全てのワイヤの不良検出を行うことが求められている。しかし、特許文献１，２に記載の不良検出方法では、ワイヤ毎に不良検出を行うことから、例えば、１つの半導体チップと基板とを接続するワイヤが百本以上になる半導体チップでは、検査に長い時間が掛かってしまうという問題があった。

【0007】

そこで、本発明は、高精度で短時間に検査対象物の不良検出を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の超音波加振式不良検出装置は、検査対象物の不良を検出する超音波加振式不良検出装置であって、検査対象物を超音波加振する超音波加振器と、超音波加振器に高周波電力を供給する電源と、超音波加振された検査対象物を撮像する撮像装置と、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を調整すると共に、検査対象物の不良の検出を行う制御部と、を備え、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させながら撮像装置で検査対象物の画像を撮像し、撮像した画像に基づいて検査対象物の不良の検出を行い、検査対象物は、不良の検出の対象となる対象部と、不良の検出の対象とならない非対象部とを含み、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させる際に、撮像装置で撮像した画像から検出される非対象部の振幅に対する撮像装置で撮像した画像から検出される対象部の振幅の比率が所定値以上となるように電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧を調整することを特徴とする。

【0009】

このように、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させるので、様々な周波数で検査対象物を超音波加振でき、高精度に検査対象物の不良を検出することができる。また、これにより、検査対象物を超音波加振した際に、対象部の振幅が非対象部の振幅対して大きくなり、高精度に検査対象物の対象部の不良を検出することができる。

【0012】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電流を検出する電流センサを備え、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させる際に、電流センサで検出した電流が所定の範囲内となるように電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧を調整してもよい。

【0013】

超音波加振器にはそれ自体が共振を起こす周波数がある。このため、超音波加振の際に共振周波数の高周波電力を超音波加振器に入力すると、共振により超音波加振器のインピーダンスが低下し、超音波加振器の振幅が大きくなってしまい、検査対象物全体が大きく振動する。これにより、対象部の振幅が非対象部の振幅に隠れて検出できなくなる場合がある。超音波加振器の振幅は、超音波加振器に入力される高周波電力の電流に比例するので、超音波加振器に入力される高周波電力の電流を電流センサで検出し、検出した電流が所定の範囲内となるように高周波電力の電圧を調整することにより、高周波電力の電流を所定の範囲内として超音波加振器の振幅を所定の範囲内とすることができる。これにより、検査対象物を超音波加振した際に検査対象物全体が大きく振動し、対象部の振幅が非対象部の振幅に隠れて検出できなくなることを抑制でき、高精度に検査対象物の対象部の不良を検出することができる。

【0014】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電流が所定の範囲内となるように、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数に対する電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧の変化を予め規定したマップを含み、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させる際に、マップに基づいて電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧を調整してもよい。

【0015】

これにより、電流センサで検出した電流のフィードバックにより高周波電力の電圧を調整する必要がなく、簡便な構成で検査対象物を超音波加振した際に検査対象物全体が大きく振動し、対象部の振幅が非対象部の振幅に隠れて検出できなくなることを抑制でき、高精度に検査対象物の対象部の不良を検出することができる。

【0016】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、検査対象物は、基板と、基板に取付けられた半導体素子と、半導体素子の電極と基板の電極、又は、半導体素子の一の電極と半導体素子の他の電極とを接続するワイヤと、を備える半導体装置であって、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させる際に、撮像装置で撮像した画像から検出される基板と半導体素子の振幅に対する撮像装置で撮像した画像から検出されるワイヤの振幅の比率が所定値以上となるように電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧を調整してもよい。

【0017】

これにより、基板と半導体素子を超音波加振した際に、ワイヤの振幅が基板や半導体素子の振幅に対して大きくなり、高精度に検査対象物の対象部の不良を検出することができる。

【0018】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、制御部は、検出したワイヤの振幅が所定の上限振幅を越えないように電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧を調整してもよい。

【0019】

これにより、半導体装置を超音波加振した際のワイヤの過度な振動を抑制することが出来る。

【0020】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させながら、撮像装置で半導体装置の動画を撮像し、撮像した動画の１つのフレームとそれ以前の前フレームとのワイヤの画像の差分を算出し、差分が所定の閾値を超えた場合にワイヤの不良検出信号を出力してもよい。

【0021】

これにより、ワイヤの振幅からワイヤの不良の検出を行うことができる。

【0022】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、制御部は、差分を算出する１つのフレームと前フレームとの間のフレーム数、或いは、動画のフレームレートを変化させて差分を算出してもよい。

【0023】

これにより、ワイヤの振動数が変化する場合でもワイヤの画像の差分を検出することができ、不良の検出精度を高めることができる。

【0024】

本発明の超音波加振式不良検出装置において、超音波加振器は、検査対象物に接続されて検査対象物を超音波振動させる超音波振動子、又は、検査対象物の周囲に配置された超音波スピーカーでもよい。

【0025】

これにより、簡便な構成で検査対象物の不良の検出を行うことができる。

【0026】

本発明のワイヤ不良検出システムは、基板と、基板に取付けられた半導体素子と、半導体素子の電極と基板の電極、又は、半導体素子の一の電極と半導体素子の他の電極とを接続するワイヤと、を備える半導体装置のワイヤの不良を検出するワイヤ不良検出システムであって、半導体装置を超音波加振する超音波加振器と、超音波加振器に高周波電力を供給する電源と、超音波加振された半導体装置を撮像する撮像装置と、撮像装置で撮像した画像を表示するディスプレイと、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を調整すると共に、ワイヤの不良の検出を行う制御部と、を備え、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させながら、撮像装置で半導体装置の動画を撮像し、撮像した動画の１つのフレームとそれ以前の前フレームとの画像の差分を算出し、差分が所定の閾値を超えた場合にワイヤの表示画像を他のワイヤの表示画像と異ならせてディスプレイに表示し、ワイヤは、不良の検出の対象となる対象部と、不良の検出の対象とならない非対象部とを含み、制御部は、電源から超音波加振器に供給される高周波電力の周波数を変化させる際に、撮像装置で撮像した画像から検出される非対象部の振幅に対する撮像装置で撮像した画像から検出される対象部の振幅の比率が所定値以上となるように電源から超音波加振器に供給される高周波電力の電圧を調整すること、を特徴とする。

【0027】

このように差分が所定の閾値を越えた際にワイヤの表示画像を他のワイヤの表示画像と異ならせるので、ディスプレイの表示によって容易にワイヤの不良を検出することができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明は、高精度で短時間に検査対象物の不良検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施形態の超音波加振式不良検出装置の構成を示す系統図である。

【図2】図１に示す超音波加振式不良検出装置のカメラが半導体装置を上から撮像した画像を示す図である。

【図3】従来技術における超音波振動子の供給する高周波電力の電圧を一定とした場合の高周波電力の周波数に対する超音波振動子のインピーダンスの変化と高周波電力の電流の変化を示す図である。

【図4】実施形態の超音波加振式不良検出装置において、電流センサで検出した電流が一定となるように超音波振動子に供給される高周波電力の電圧を変化させた場合の高周波電力の電圧の変化と電流の変化を示す図である。

【図5】図１に示す超音波加振式不良検出装置の動作を示すフローチャートである。

【図6】基板を超音波加振した際の図２のＡ部の拡大平面図と図６中に示すＢ部の拡大平面図である。

【図7】実施形態の超音波加振式不良検出装置において、超音波振動子に供給される高周波電力の電流が一定となるように、高周波電力の周波数に対する高周波電力の電圧の変化を予め規定したマップを示す図である。

【図8】実施形態の超音波加振式不良検出装置において、超音波振動子に供給される高周波電力の電流が所定の範囲内となるように、高周波電力の周波数に対する高周波電力の電圧の変化を予め規定した他のマップを示す図である。

【図9】実施形態のワイヤ不良検出システムの構成を示す系統図である。

【図10】図９に示すワイヤ不良検出システムの動作を示すフローチャートである。

【図11】基板を超音波加振した際の超過領域を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照しながら実施形態の超音波加振式不良検出装置１００について説明する。以下の説明では、超音波加振式不良検出装置１００は、検査対象物である半導体装置１０のワイヤ３０の不良の検出を行うとして説明するが、他の検査対象物の不良の検出にも用いることができる。

【0031】

図１に示すように、超音波加振式不良検出装置１００は、超音波加振器である超音波振動子４２と、高周波電源４０と、撮像装置であるカメラ４５と、制御部５０とで構成されている。

【0032】

図１に示す様に、超音波加振式不良検出装置１００の検査対象となる半導体装置１０は、基板１１の上に４段に半導体チップ２１～２４が積層して取付けられ、各半導体チップ２１～２４の各電極２５～２８及び基板１１の電極１２の間を１本のワイヤ３０で連続的に接続したものである。ここで、半導体チップ２１～２４は半導体素子２０を構成する。１本のワイヤ３０は、一段目の半導体チップ２１の電極２５と基板１１の電極１２を接続する一段目ワイヤ３１と、二段目から四段目の各半導体チップ２２～２４の各電極２６～２８と一段目から三段目の各半導体チップ２１～２３の各電極２５～２７とをそれぞれ接続する二段目～四段目ワイヤ３２～３４で構成されている。半導体装置１０の基板１１と半導体チップ２１～２４は不良の検出の対象とならない非対象部を構成し、ワイヤ３０は不良の検出を行う対象部を構成する。

【0033】

高周波電源４０は超音波領域の周波数の交流電力を出力し、超音波振動子４２を超音波振動させるものである。超音波振動子４２は、高周波電源４０から入力される超音波の周波数領域の高周波電力によって駆動され、超音波振動する部材である。例えば、ピエゾ素子等で構成してもよい。超音波振動子４２は、半導体装置１０の基板１１に接続され、基板１１を超音波振動させる。

【0034】

高周波電源４０と超音波振動子４２との間には、高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の電圧を検出する電圧センサ５３と、高周波電力の電流を検出する電流センサ５４とが取付けられている。

【0035】

カメラ４５は、半導体装置１０の上側に配置され、図２に示すように、基板１１と基板１１に取付けられた半導体チップ２１～２４と、半導体チップ２１から２４の外周部に配置された各電極２５～２８と、一段目の半導体チップ２１の周囲に配置された基板１１の電極１２と、各電極１２、２５～２８を連続的に接続する各ワイヤ３０とを撮像する。

【0036】

制御部５０は、内部にＣＰＵ５１とメモリ５２とを含むコンピュータである。高周波電源４０は、制御部５０に接続されて制御部５０の指令によって動作する。カメラ４５は、制御部５０に接続されて制御部５０の指令によって動作する。カメラ４５で撮像した動画は制御部５０に入力される。電圧センサ５３、電流センサ５４は、制御部５０に接続されており、電圧センサ５３、電流センサ５４で検出された高周波電力の電圧と電流のデータは、制御部５０に入力される。制御部５０は、高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の周波数を変化させながらカメラ４５で撮像した半導体装置１０の画像を撮像し、撮像した画像に基づいて半導体装置１０の不良の検査を行う。

【0037】

次に、図３を参照しながら、従来技術の様に高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の電圧Ｖ０を一定とした場合の周波数ｆに対するインピーダンスと電流Ａ０の変化について説明する。

【0038】

図３に示す一点鎖線ｃ０の様に、高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の電圧Ｖ０を一定にして、高周波電力の周波数ｆを変化させると、超音波振動子４２自体が周波数ｆ１で共振する。これにより、超音波振動子４２のインピーダンスは、図３中の破線ａに示す様に周波数ｆ１では大きく低下する。一方、周波数ｆ１と最大周波数ｆ３の間の周波数ｆ２では、超音波振動子４２のインピーダンスが大きく上昇する。

【0039】

図３中の破線ａに示す様に周波数ｆ１の近傍で超音波振動子４２のインピーダンスが大きく低下すると、図３中の実線ｂ０に示す様に、超音波振動子４２に供給される高周波電力の電流Ａ０は大きく上昇する。逆に周波数ｆ２の近傍で超音波振動子４２のインピーダンスが大きく上昇すると、超音波振動子４２に供給される高周波電力の電流Ａ０は大きく低下する。超音波振動子４２に供給される電流Ａ０の大きさは、超音波振動子４２の振幅に比例する。従って、超音波振動子４２が共振する周波数ｆ１の近傍では、超音波振動子４２の振幅が大きく上昇して基板１１の振幅が大きく増加し、周波数ｆ２の近傍では、超音波振動子４２の振幅が大きく低下して基板１１の振幅が大きく減少する。

【0040】

このため、超音波振動子４２が共振する周波数ｆ１では、基板１１と半導体チップ２１～２４と、ワイヤ３０とがいずれも大きく振動してしまうため、ワイヤ３０の振幅が基板１１と半導体チップ２１～２４の振幅に隠れて検出することが困難になる場合がある。

【0041】

逆に、周波数ｆ２では、基板１１と半導体チップ２１～２４とワイヤ３０の振幅が非常に小さくなってしまい、ワイヤ３０の振幅を検出することができない場合がある。

【0042】

以上、説明したように、従来技術の様に高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される電圧Ｖ０を一定として周波数を変化させた場合には、超音波振動子４２の共振する周波数ｆ１近傍でワイヤ３０の振幅の検出が困難になる場合があった。

【0043】

そこで、実施形態の超音波加振式不良検出装置１００では、超音波振動子４２の振幅が超音波加振器に入力される高周波電力の電流に比例することに着目し、超音波振動子４２に入力される高周波電力の電流Ａ１を電流センサ５４で検出し、検出した電流Ａ１が所定の範囲内となるように高周波電力の電圧Ｖ１を調整する。これにより、高周波電力の電流Ａ１を所定の範囲内として超音波振動子４２の振幅を所定の範囲内とすることができる。そして、高周波電力の周波数を変化させて半導体装置１０を超音波加振した際に、特定の周波数で検出の非対象部である基板１１や半導体素子２０の振幅が大きく振動し、検出の対象部であるワイヤ３０の振幅が基板１１や半導体素子２０の振幅に隠れて検出できなくなることを抑制できる。

【0044】

以下、図４を参照しながら実施形態の超音波加振式不良検出装置１００において、電流センサ５４で検出した電流Ａ１が一定となるように超音波振動子４２に供給される高周波電力の電圧Ｖ１を変化させた場合の高周波電力の電圧Ｖ１の変化と電流Ａ１の変化動作について説明する。

【0045】

実施形態の超音波加振式不良検出装置１００では、電流センサ５４で検出した電流Ａ１を制御部５０にフィードバックし、高周波電力の電流Ａ１が増加する周波数ｆ１の近傍では、図４の一点鎖線ｃ１で示す様に超音波振動子４２に供給する高周波電力の電圧Ｖ１を低下させる。一方、電流センサ５４で検出した電流Ａ１が減少する周波数ｆ２の近傍では、図４の一点鎖線ｃ１で示す様に超音波振動子４２に供給する高周波電力の電圧Ｖ１を上昇させる。これによって、図４中の実線ｄ１に示す様に、電流センサ５４で検出した電流Ａ１の大きさを周波数ｆにかかわらず略一定とすることができる。

【0046】

このように、高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の電流Ａ１が略一定になるようにフィードバック制御することにより、高周波電力の周波数ｆを変化させた場合でも、超音波振動子４２の振幅を略一定とし、基板１１と半導体素子２０の振幅を略一定とすることができる。

【0047】

そして、この際、カメラ４５で撮像した画像から検出される基板１１と半導体素子２０の振幅に対するカメラ４５で撮像した画像から検出されるワイヤ３０の振幅の比率が所定値以上となるように電圧を調整するとよい。これにより、各周波数ｆでワイヤ３０の振幅が基板１１或いは半導体素子２０の振幅に紛れて検出精度が低下することを抑制し、ワイヤ３０の振幅を確実に検出することができ、高精度にワイヤ３０の不良の検出を行うことができる。また、この際、カメラ４５で撮像したワイヤ３０の画像を確認しながらワイヤ３０の振幅が上限振幅を越えないように高周波電力の電圧を調整することにより、不良検出中にワイヤ３０が過振動により損傷することを抑制できる。

【0048】

次に図５、図６を参照しながら実施形態の超音波加振式不良検出装置１００におけるワイヤ３０の不良の検出動作について説明する。

【0049】

図５のステップＳ１０１に示す様に、制御部５０のＣＰＵ５１は、電流センサ５４で検出した電流Ａ１が略一定となるように高周波電力の電圧Ｖ１を調整しつつ、高周波電力の周波数ｆを変化させながら半導体装置１０を超音波加振する。

【0050】

制御部５０は、図５のステップＳ１０２に示す様に振動している半導体装置１０の動画を撮像し、図５のステップＳ１０３に示す様に撮像した画像データをメモリ５２に格納する。

【0051】

制御部５０のＣＰＵ５１は、高周波電力の周波数を所定の超音波の周波数の範囲で変化させて、半導体装置１０の動画を撮像してメモリ５２に格納したら、図５のステップＳ１０４に進んで１つのフレームと前フレームとのワイヤ３０の画像を比較し、位置の差分Δｄを算出する。

【0052】

図６のＡ部詳細に示すワイヤ３０ａは、各電極１２、２５～２８に正常に接続されている。ワイヤ３０ａは、超音波加振されると、一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａは、一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの下端がそれぞれ接続されている各電極１２，２５～２７と上端が接続されている各電極２５～２８とのそれぞれの間の固有振動数ｇ０で横方向に振動する。固有振動数ｇ０は、ワイヤ３０の直径と電極２５，２６及び電極２６，２７の間隔Ｌによって異なるが、一般的な半導体装置１０では、数十Ｈｚのオーダーとなることが多い。

【0053】

一方、不良ワイヤ３０ｂは二段目の半導体チップ２２の電極２６との間が不着状態となっている。このため、不良ワイヤ３０ｂが超音波加振されると、二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂとは、一段目の半導体チップ２１の電極２５と三段目の半導体チップ２３との電極２７と間の固有振動数ｇ１で横方向に振動する。本例では、図６のＢ部詳細に示すように、電極２５と電極２７との間隔Ｌは、電極２５，２６、電極２６，２７の間隔Ｌの２倍の２Ｌとなっているので、不良ワイヤ３０ｂの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの固有振動数ｇ１は、ｇ０の１／２程度で、一般的な半導体装置１０では、２０～３０Ｈｚのオーダーとなることが多い。

【0054】

正常に接続されているワイヤ３０ａの一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａは、数十Ｈｚの固有振動数ｇ０で横方向に振動する。動画のフレームレートは、一秒間に２４～６０フレームである。このため、例えば、１つのフレームの一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの画像は、図６のＡ部詳細でワイヤ３０ａの中心線３９ａの左側の一点鎖線のようになり、１つ前の前フレームの画像は、図６のＡ部詳細でワイヤ３０ａの中心線３９ａの右側の一点鎖線のようになる。

【0055】

制御部５０のＰＣＵ５１は、図５のステップＳ１０４で、図６のＡ部詳細に示す１つのフレームの一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの画像と、１つ前の前フレーム一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの画像とを対比してその間の差分Δｄａを算出する。図６のＡ部詳細に示すように、正常なワイヤ３０ａではこの差分Δｄａは小さい。なお、この差分Δｄａは一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの振幅に比例する量となる。

【0056】

一方、二段目の半導体チップ２２の電極２６との間が不着状態となっている不良ワイヤ３０ｂの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂとは、２０～３０Ｈｚで横方向に大きく振動する。先に述べたように、動画のフレームレートは、一秒間に２４～６０フレームであるから、例えば、１つのフレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像は、図６のＡ部詳細、Ｂ部詳細で不良ワイヤ３０ｂの中心線３９ｂの左側の一点鎖線のようになり、１つ前の前フレームの画像は、図６のＡ部詳細、Ｂ部詳細で不良ワイヤ３０ｂの中心線３９ｂの右側の一点鎖線のようになる。

【0057】

制御部５０のＣＰＵ５１は、ワイヤ３０ａの場合と同様、図６のＢ部詳細に示すように、１つのフレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像と１つ前の前フレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像との差分Δｄｂを算出する。図６のＢ部詳細に示すように、不良ワイヤ３０ｂの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂではこの差分Δｄｂは、非常に大きく、所定の閾値ΔＳを越えている。なお、この差分Δｄｂは二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの振幅に比例する量となる。

【0058】

制御部５０のＣＰＵ５１は、図６のＢ部詳細に示すように、１つのフレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像と１つ前の前フレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像との差分Δｄｂが所定の閾値ΔＳを越えた場合、図５のステップＳ１０５でＹＥＳと判断して図５のステップＳ１０６に進んで、半導体装置１０のワイヤ３０に不良があることを示すワイヤ不良検出信号を外部に出力する。

【0059】

一方、制御部５０のＣＰＵ５１は、いずれのワイヤ３０でも差分Δｄが所定の閾値ΔＳを越えてない場合には、図５のステップＳ１０５でＮＯと判断して図５のステップＳ１０７に進んで、半導体装置１０のワイヤ３０は良好であることを示すワイヤ良好信号を外部に出力する。

【0060】

以上説明したように、実施形態の超音波加振式不良検出装置１００は、高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の電流Ａ１を略一定にフィードバック制御することにより、高周波電力の周波数ｆを変化させた場合でも、超音波振動子４２の振幅を略一定とし、基板１１と半導体素子２０の振幅を略一定とすることができる。また、カメラ４５で撮像した画像から検出される基板１１と半導体素子２０の振幅に対するカメラ４５で撮像した画像から検出されるワイヤ３０の振幅の比率が所定値以上となるように電圧を調整することにより、基板１１と半導体素子２０の振幅にワイヤ３０の振幅が埋もれてしまうことを抑制できる。これにより、様々な周波数において、基板１１と半導体素子２０の振幅にワイヤ３０の振幅が埋もれてしまうことを抑制し、様々な周波数でワイヤ３０の振幅を確実に検出することができる。

【0061】

また、ワイヤ３０の不着によりワイヤ３０が大きく振動する周波数は、不着の位置、電極１２、２５～２８の間隔Ｌ、ワイヤ３０の直径等によって様々に変化する。実施形態の超音波加振式不良検出装置１００は、様々な周波数でワイヤ３０の振幅を確実に検出できるので、不着によりワイヤ３０の振幅が大きくなる各周波数においてワイヤ３０の振幅を検出でき、高精度で短時間にワイヤ３０の不良検出を行うことができる。

【0062】

以上の説明では、高周波電源４０から超音波振動子４２に供給される高周波電力の電流Ａ１が略一定になるようにフィードバック制御することにより、高周波電力の周波数ｆを変化させた場合に、超音波振動子４２の振幅を略一定とすることとして説明したがこれに限らない。

【0063】

例えば、図３を参照して説明したように、試験等により高周波電力の電圧Ｖ０を一定として周波数を変化させた際の高周波電力の電流Ａ０の変化を取得しておき、図７に一点鎖線ｃ２で示すように電流Ａ０の増加と減少とを逆にした電圧波形を生成し、この電圧波形を周波数ｆに対する電圧Ｖ２の変化を示すマップ５５としてメモリ５２に格納しておく。図７に一点鎖線ｃ２で示すように、マップ５５は、周波数ｆ１近傍では電圧が低くなり、周波数ｆ２では電圧が高くなる波形となる。そして、超音波加振を行う際には、メモリ５２に格納したマップ５５を参照して周波数ｆに対する電圧を調整してもよい。この場合も、図７の実線ｄ２に示す様に、超音波振動子４２に供給される電流Ａ２は周波数が変化しても略一定となる。

【0064】

これにより、簡便な構成で半導体装置１０を様々な周波数帯で超音波加振した際に半導体装置１０の全体が大きく振動し、対象部であるワイヤ３０の振幅が基板１１や半導体素子２０の振幅に隠れて検出できなくなることを抑制でき、高精度に検査対象物の対象部の不良を検出することができる。

【0065】

また、試験を簡便にして、例えば、図８に一点鎖線ｃ３に示す様に、周波数ｆに対して階段状に電圧Ｖ３を変化させるような電圧波形をマップ５６としてメモリ５２に格納するようにしてもよい。この場合には、図８の実線ｄ３に示すように、超音波振動子４２に供給される電流Ａ３は略一定にはならないが、所定の範囲ΔＡの中に入る。これにより、更に簡便な方法で高精度で短時間にワイヤ３０の不良検出を行うことができる。

【0066】

また、制御部５０のＣＰＵ５１は、半導体装置１０を超音波加振する際に、ワイヤ３０の画像の差分Δｄを算出する１つのフレームと前フレームとの間のフレーム数、或いは、動画のフレームレートを変化させてワイヤ３０の画像の差分Δｄを算出してもよい。これにより、ワイヤ３０の振動数が変化する場合でもワイヤ３０の画像の差分Δｄを検出することができ、不良の検出精度を高めることができる。

【0067】

次に、図９を参照して実施形態のワイヤ不良検出システム２００について説明する。図９に示すワイヤ不良検出システム２００は、基板１１と、基板１１に取付けられた半導体チップ２１～２４と、半導体チップ２１～２４の電極２５～２８と基板１１の電極１２、又は、半導体チップ２１～２４の一の電極２５～２８と半導体チップ２１～２４の他の電極２５～２８とを接続するワイヤ３１～３４と、を備える半導体装置１０のワイヤ３０の不良を検出する。ワイヤ不良検出システム２００は、先に説明した超音波加振式不良検出装置１００の超音波加振器である超音波振動子４２を超音波スピーカー４３とし、制御部５０にカメラ４５で撮像した画像を表示するディスプレイ４８を追加したものである。また、ワイヤ不良検出システム２００は、超音波加振式不良検出装置１００に取付けられていた電圧センサ５３、電流センサ５４を備えず、制御部５０のメモリ５２の中に図７、８を参照して説明したマップ５５又はマップ５６を格納している。そして、制御部５０のＣＰＵ５１は、高周波電源４０から超音波スピーカー４３に供給される高周波電力の周波数ｆを変化させる際に、マップ５５又はマップ５６に基づいて高周波電源４０から超音波スピーカー４３に供給される高周波電力の電圧を調整する。上記以外の構成は、先に説明した超音波加振式不良検出装置１００と同様である。

【0068】

超音波スピーカー４３は、半導体装置１０の周囲に配置され、半導体装置１０を超音波加振する。

【0069】

図１０、１１を参照しながらワイヤ不良検出システム２００の動作について説明する。先に、図５、６を参照しながら説明した超音波加振式不良検出装置１００の動作と同様の動作については、同様のステップ番号を付して説明は省略する。

【0070】

図１０のステップＳ２０１，Ｓ１０２～Ｓ１０４に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、電流センサ５４で検出した電流Ａ１が略一定となるように高周波電力の電圧Ｖ１を調整しつつ、高周波電力の周波数ｆを変化させながら半導体装置１０を超音波加振する。そして、制御部５０のＣＰＵ５１は、振動している半導体装置１０のワイヤ３０の動画を撮像し、撮像した画像データをメモリ５２に格納する。そして、制御部５０は、高周波電力の周波数を所定の超音波の周波数の範囲で変化させて、半導体装置１０の動画を撮像してメモリ５２に格納したら、先に説明したと同様に、１つのフレームと前フレームとの画像を比較し、ワイヤ３０の画像の差分Δｄを算出する。

【0071】

制御部５０のＣＰＵ５１は、図６のＢ部詳細に示すように、１つのフレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像と１つ前の前フレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像との差分Δｄｂが所定の閾値ΔＳを越えた場合、図１０のステップＳ１０５でＹＥＳと判断して図１０のステップＳ２０２に進み、二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像のディスプレイ４８上の表示画像を正常に接続されているワイヤ３０ａの一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの表示画像と異ならせる。

【0072】

異なる表示は、様々な表示があるが、例えば、不良ワイヤ３０ｂの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像を赤く表示してもよい。また、輝度の高い白色で表示し、基板１１と各半導体チップ２１～２４の画像、或いは、正常に接続されているワイヤ３０ａの一段目～四段目ワイヤ３１ａ～３４ａの画像と区別できるように表示してもよい。

【0073】

検査員は、ディスプレイ４８の画像を見ると、例えば、不良ワイヤ３０ｂが赤色に表示されるので、一目で不良ワイヤ３０ｂの有無、及び、その位置を検出することができる。

【0074】

制御部５０のＣＰＵ５１は、図１０のステップＳ１０５でＮＯと判断した場合には、画像を異ならせることなく処理を終了する。

【0075】

また、制御部５０のＣＰＵ５１は、図１１に示すように、１つのフレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像と１つ前の前フレームの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像との差分Δｄｂが所定の閾値ΔＳを越えた場合、図１１中にハッチングで示す二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの振動領域の内の差分Δｄｂが所定の閾値ΔＳを超えた超過領域３５，３６の画像表示を他の領域の画像表示と異ならせてディスプレイ４８に表示することとしてもよい。例えば、超過領域３５，３６を赤色表示にする場合、不良ワイヤ３０ｂの二段目ワイヤ３２ｂと三段目ワイヤ３３ｂの画像よりも広い領域を赤色表示にするので、検査員はより、容易に不良ワイヤ３０ｂを検出することができる。

【0076】

以上説明したように、実施形態のワイヤ不良検出システム２００は、先に説明した超音波加振式不良検出装置１００と同様の効果に加え、ディスプレイ４８の上に不良ワイヤ３０ｂの表示画像を他の表示画像と区別して表示することができる。これにより、検査員がディスプレイ４８の画像により不良ワイヤ３０ｂの検出を行うことができる。不良ワイヤ３０ｂの振幅と正常に接続されているワイヤ３０ａの振幅との差は顕著なので、高精度で不良ワイヤ３０ｂの不良検出を行うことができる。また、カメラ４５で半導体装置１０に含まれる全てのワイヤ３０の画像を取得し、同時に分析してディスプレイ４８に表示するができるので、ワイヤ３０の本数が多くなっても短時間に全てのワイヤ３０の不良検査を行うことができる。

【符号の説明】

【0077】

１０ 半導体装置、１１ 基板、１２，２５～２８ 電極、２０ 半導体素子、２１～２４ 半導体チップ、３０，３１～３４ ワイヤ、３５，３６ 超過領域、３９ａ，３９ｂ 中心線、４０ 高周波電源、４２ 超音波振動子、４３ 超音波スピーカー、４５ カメラ、４８ ディスプレイ、５０ 制御部、５１ ＣＰＵ、５２ メモリ、５３ 電圧センサ、５４ 電流センサ、５５，５６ マップ、１００ 超音波加振式不良検出装置、２００ ワイヤ不良検出システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】