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技術 金属細線の直進性評価装置及び方法

出願人 田中電子工業株式会社
発明者 安助忠雄浅野卓司
出願日 2000年10月13日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 2000-314228
公開日 2002年4月26日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2002-124534
状態 拒絶査定
技術分野 ボンディング 光学的手段による測長装置 画像処理 イメージ分析
主要キーワード モータ固定台 微小直径 アルマイト板 蛇行幅 本評価装置 被測定材料 連続形状 モータ発熱
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年4月26日)のものです。
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図面 (6)

課題

目視による金属細線直進性評価における評価のバラツキを小さくすること。

解決手段

金属細線を先端から所定長さを垂下させる対象材料保持手段と、対象材料に照明を施す照明装置(対象材料の正面の左右両方光源を配置することが好ましい)と、対象材料を撮影するための撮影装置と、撮影像データ処理する画像処理手段とを具備する金属細線の直進性評価装置

概要

背景

現在、半導体装置の小型化、薄肉化に伴い狭ピッチ長ループボンディング方法に対応する為に半導体装置の実装に用いられる金属細線に要求される性能も高まっており、これらの要求性能の中で金属細線の直進性が重要な性能であり、これの向上が求められている。

該金属細線の直進性向上の為にはその測定方法が必要である為、本出願人は先に、該直進性を評価する為の金属細線の直進性測定装置及び測定方法を特開平11−190604号公報に提案した。本提案の概要を図1を用いて説明する。1は風防容器、2は正面扉、3は金属細線を巻き回したスプール、4は繰り出しモータ、5はコントローラ、6は平面鏡、7は垂下した金属細線、8は透明性目盛りである。

コントローラ5を用いてモータ4を駆動し、スプール3を回転させるとスプール3から金属細線7が繰り出されて下方に垂下する。図2を参照すると平面鏡に写る金属細線の像9が金属細線7と一致する位置から目視観察し、目盛り部8を利用して金属細線の直進性を測定するものである。直進性を評価する情報として、ねじれ蛇行幅蛇行回数はね幅、ループ曲がり等多くの情報を得ることが出来るものである。

概要

目視による金属細線の直進性評価における評価のバラツキを小さくすること。

金属細線を先端から所定長さを垂下させる対象材料保持手段と、対象材料に照明を施す照明装置(対象材料の正面の左右両方光源を配置することが好ましい)と、対象材料を撮影するための撮影装置と、撮影像データ処理する画像処理手段とを具備する金属細線の直進性評価装置

目的

一方曲がり情報の中には例えば蛇行幅測定のように目盛りのセットから測定値を得るまで1〜2分の時間を要する為、材料の揺れ測定誤差を大きくしている。本発明は上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは金属細線の直進性測定に於いて、測定値のばらつきを小さく抑えることが出来る金属細線の直進性評価装置及び方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

金属細線を先端から所定長さを垂下させる対象材料保持手段と、対象材料に照明を施す照明装置と、対象材料を撮像する為の撮像装置を備え、該撮像装置から対象材料の画像を入力した後に該画像を処理する画像処理手段を備えて成ることを特徴とする金属細線の直進性評価装置

請求項2

照明装置が対象材料の前方左右光源を有する照明装置である請求項1記載の金属細線の直進性評価装置。

請求項3

画像処理手段が画像不明瞭箇所の補正手段を有する請求項1または請求項2記載の金属細線の直進性評価装置。

請求項4

金属細線を先端から所定長さに垂下させ、対象材料に照明を施して該垂下した金属細線を撮像装置によって撮像し、得られた金属細線の撮像にもとづいて金属細線の直進性を評価することを特徴とする金属細線の直進性評価方法

請求項5

前記撮影像もとづく金属細線の直進性の評価をデータ処理装置で行なう請求項4記載の金属細線の直進性評価方法。

請求項6

前記垂下した金属細線に対して先方左右両方に光源を配して照明を施す請求項4又は5記載の金属細線の直進性評価方法。

請求項7

前記撮影像に画像不明瞭箇所があるとき、その部分を補正する請求項4〜6のいずれかに記載の金属細線の直進性評価方法。

技術分野

0001

本発明は、金属細線直進性評価装置及び方法に関し、詳しくは半導体装置実装に際して、ICチップ電極外部リードを接続するボンディングワイヤとして用いられる金属細線の直進性評価装置及び方法に関する。

背景技術

0002

現在、半導体装置の小型化、薄肉化に伴い狭ピッチ長ループボンディング方法に対応する為に半導体装置の実装に用いられる金属細線に要求される性能も高まっており、これらの要求性能の中で金属細線の直進性が重要な性能であり、これの向上が求められている。

0003

該金属細線の直進性向上の為にはその測定方法が必要である為、本出願人は先に、該直進性を評価する為の金属細線の直進性測定装置及び測定方法を特開平11−190604号公報に提案した。本提案の概要図1を用いて説明する。1は風防容器、2は正面扉、3は金属細線を巻き回したスプール、4は繰り出しモータ、5はコントローラ、6は平面鏡、7は垂下した金属細線、8は透明性目盛りである。

0004

コントローラ5を用いてモータ4を駆動し、スプール3を回転させるとスプール3から金属細線7が繰り出されて下方に垂下する。図2を参照すると平面鏡に写る金属細線の像9が金属細線7と一致する位置から目視観察し、目盛り部8を利用して金属細線の直進性を測定するものである。直進性を評価する情報として、ねじれ蛇行幅蛇行回数はね幅、ループ曲がり等多くの情報を得ることが出来るものである。

発明が解決しようとする課題

0005

前述の目視による金属細線の直進性測定装置及び測定方法を用いると、線曲がりについての多くの情報を得ることが可能になり、製造工程の異常の発見及び品質保証を行う際所定の成果を得ることが出来るようになった。しかしながら前記測定方法を用いている中で測定値のばらつきが大きいという問題が生じてきた。

0006

ばらつきが生じる原因として第1に被測定材料測定中にゆれること、第2に目視測定であるため人による個人差が提起出来る。第1の材料の揺れは金属細線があまりに軽量である為に生じるものである。因みに半導体装置の実装に多用される金属細線である直径25μmの金線を30cm垂下させると、その重量は3mgであり、軽量であるが故に外部からの微量な風、モータ発熱から生じる対流による微小な風の影響を受けていると考えられる。

0007

一方曲がり情報の中には例えば蛇行幅測定のように目盛りのセットから測定値を得るまで1〜2分の時間を要する為、材料の揺れが測定誤差を大きくしている。本発明は上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは金属細線の直進性測定に於いて、測定値のばらつきを小さく抑えることが出来る金属細線の直進性評価装置及び方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

前述の事情に鑑み、本発明者等が鋭意検討の結果、金属細線が繰り出されて下方に垂下した状態を静止画像としてカメラ撮影し、更にコンピュータを用いて画像処理することにより、測定値のばらつきを小さく抑えることが出来ると考えた。

0009

しかしながら対象材料の必要長さ全体を明瞭に撮像することは必ずしも容易ではなかった。前記した金属細線の1例から直径25μmの金属細線の長さ約30cm全部を明瞭に撮影することが困難であった。そこで本発明者等が更に検討を進めた結果、照明装置を設置し、さらに照明を工夫することにより前記した微小直径であり、所定長さの金属細線全長の画像処理が可能となり本発明を完成するに到った。

0010

すなわち、本発明は下記を提供する。
(1)金属細線を先端から所定長さを垂下させる対象材料保持手段と、対象材料に照明を施す照明装置と、対象材料を撮像する為の撮像装置を備え、該撮像装置から対象材料の画像を入力した後に該画像を処理する画像処理手段を備えて成ることを特徴とする金属細線の直進性評価装置。

0011

(2)照明装置が対象材料の前方左右光源を有する照明装置である(1)記載の金属細線の直進性評価装置。
(3)画像処理手段が画像不明瞭箇所の補正手段を有する(1)(2)記載の金属細線の直進性評価装置。
(4)金属細線を先端から所定長さを垂下させ、対象材料に照明を施して該垂下した金属細線を撮像装置によって撮像し、得られた金属細線の撮影像にもとづいて金属細線の直進性を評価することを特徴とする金属細線の直進性評価方法

0012

(5)前記撮影像にもとづく金属細線の直進性の評価をデータ処理装置で行なう(4)記載の金属細線の直進性評価方法。
(6)前記垂下した金属細線に対して先方左右両方に光源を配して照明を施す(4)(5)記載の金属細線の直進性評価方法。
(7)前記撮影像に画像不明瞭箇所があるとき、その部分を補正する(4)〜(6)記載の金属細線の直進性評価方法。

発明を実施するための最良の形態

0013

(1)金属細線
本発明において評価の対象となる金属細線は、主として半導体装置実装に用いられる直径10〜100μmのものを500〜5000m単位にスプールに巻き回して使用されているものであるが、これは更に長尺になっていく傾向にある。直径600μm程度のものも半導体装置実装に用いられている。組成としてはAu,Al,Cu,Sn,Pbなど及びそれらを主成分とする合金が用いられている。

0014

本発明はスプールに巻かれた金属細線の直進性を客観的に精度よく評価することを目的としている。本発明で評価の対象とする金属細線は、基本的にスプールから巻き出されると、自重で垂下して直線になる性質を有するものである。そこで、金属細線をスプールから巻き出して、所定範囲の直進性を測定し、その測定値の平均及び総合評価によりスプールにまかれた金属細線の直進性を評価することを企図している。
(2)評価装置
図面を参照して、本発明に従う金属細線の直進性を評価する装置を説明する。

0015

図3に装置の1例を示す。1は風防用容器、2は正面扉、3は金属細線を巻き回したスプール、4は繰り出しモータ、5はコントローラ、15は黒色アルマイト板、7は垂下した金属細線、16はモータ固定台、17は固定台回転軸、11は環状照明、12は撮像装置、13はコントローラ、14は画像処理装置である。
対象材料保持手段
本発明の対象材料である金属細線7を巻き回したスプール3は、スプール装着部(図示省略)に回転可能に装着する。スプール装着部は回転可能で且つスプールを固定出来る媒体であればよいが、好適にはモータ駆動式とし、簡単にはモータの回転軸(図示省略)に直接にスプール3を装着するようにしてもよい。

0016

コントローラ5を用いてモータ4を駆動し、スプール3を回転させると、スプール3から金属細線7が繰り出されてくるので所定長さ垂下させる。本発明の対象材料である図3のように垂下した金属細線7を含む領域は、人の移動や空調等の風の影響を防止する為に、正面に開閉扉2を設けた風防用容器1で覆って用いることが好ましい。

0017

又正面からみた金属細線7の円周方向の位置を変えて測定すると金属細線7の直進性がより正確に把握出来て好ましい。この為、モータ4をモータ固定台16に固定し、回転軸17を用いて所定角度の回転が出来るようにする。図3に示す位置、更にここから45度、90度回転させた位置で測定することが好ましい。金属細線7の円周方向の位置を変えて測定すると直進性の悪い材料よりも直進性の良い材料の方がばらつきが生じ易い。この為、比較的直進性の良い金属細線の中でその差異を明確にして更なる直進性向上試験を行う場合には、金属細線の円周方向の位置を変える手段を評価装置の中に含めることが好ましい。
照明装置
11は対象材料に照明を施す照明装置である。図3では環状照明装置を示している。本発明に用いる対象材料は垂下させた金属細線の長さは約30cmであり、直径は通常10〜100μmであって極細線で用いられている。したがって極細線である上にアスペクト比は3×104〜3×105と大きいものである。

0018

本発明の対象材料は極細線である上にアスペクト比が大きい為、照明装置を用いることが必要である。大きさが数cm程度のものが撮像可能な状況においても前述の極細線の場合、照明を直接極細線に照射し、その反射光を撮像装置で撮像した場合、画像が得られる。本発明で言う照明装置とは、通常の部屋の照明とは別に、金属細線の撮影を目的とした特別の照明をいう。この特別の照明装置を用いることによってカメラによる金属細線の撮影が欠落が全くないかあるいは殆んどないようにすることが可能になる。この照明装置は本評価装置に内蔵されいることが望ましいが、別体として用意してもよい。また、本発明の照明装置が普通の部屋の照明と異なることは、金属細線に対して多方向から照明されることにあり、金属細線の各部分からむらなく反射光線が撮像装置に入ることを可能にする点にあり、従って金属細線及び撮像装置に関して面状、環状光源が好ましい。

0019

本発明の対象材料の極細線は任意の方向に曲がっている為、多方向から照射し、何れかの反射光が撮像装置の方向となるようにすることが理想的である。照明装置としては、光源が1箇所であると対象材料である極細線の全長を静止画像として撮像されない部分が複数箇所に生じてしまう。該不明瞭箇所は後述する補正によって推定像として像を完成させて測定に供する。

0020

しかし不明瞭箇所が少ない程補正をする必要がないこと及び後述する補正の基準となる曲線式が正確になる為、像の精度が上がって好ましい。最も好ましくは不明瞭箇所が全くないものである。このような不明瞭箇所を少なくする為には対象材料の前方左右に光源を有する照明装置であることが好ましい。本発明の対象材料の極細線は任意の方向に曲がっている為、多方向から照射し、何れかの反射光が撮像装置の方向となる状況が対象材料の全長にわたって生じることが好ましい。

0021

前述した前方左右の光源は各々1個の点状でもよいが、左右それぞれが1個より複数個である方が良い。複数個の光源を配列して対象材料の全長を照射出来るようにすることが好ましい。左右に複数の点からなる光源を配置する具体的方法としては、直線状、曲線状などの光源を用いることが、簡便で好ましい。あるいは、面上、環状、ランダム配列を行なうと、対象材料に対して多方向から照射出来る為、不明瞭箇所が低減して好ましい。内部に空洞を有する面状又は環状の光源を対象材料の正面においてカメラアングルの外側の位置に配設すると、簡単な照明装置でありながら、対象材料の左右を含む多方向から照射出来る為、不明瞭箇所が低減して好ましい。

0022

線状照明装置としては、直線状蛍光管点状光源を直線状に並べた照明装置が例示出来る。面状照明装置としては、直線状蛍光管や点状光源を直線状に並べ更にそれを平行に並べて面状にした照明装置が例示出来る。又環状照明装置としては環状蛍光管や点状光源を環状に並べた照明装置が例示出来る。又環状としては丸、楕円四角三角等任意の形状とすることが出来る。さらに直線、曲線状の光源を用いる時、蛍光管のような連続形状のものでも良いし、目的形状点光源を連続して並べても良い。点光源を用いて線状、面状、環状照明装置とする場合、多少の隙間はあってよい。

0023

光源の位置は対象材料の前方即ち撮像装置側であればよいが、撮像装置の後方即ち対象材料の反対側であることが好ましい。対象材料の裏面を黒色にするとコントラストが明確になり撮像の程度は良くなって好ましい。
(3)撮像装置
12は撮像装置である。撮像装置としては市販のカメラを使用することが出来る。いわゆる写真フィルム用カメラでもよい。必要であればスキャナで読んで画像処理できる。しかし、電子式カメラの方が画像データを直接処理できるので好ましい。いわゆるCCD方式のカメラでよく、例えばオムロン(株)製「3DデジタルファインスコープVC4500」、キーエンス(株)製「デジタルHDマイクロスコープVH−7000」等が好ましく用いられる。
(4)画像処理手段
14は撮像装置で撮像した静止画像を画像処理する画像処理手段である。画像処理手段としては市販の画像処理ソフトを利用することが出来る。

0024

ここで画像処理を図5を用いて具体的に説明する。直進性評価内容としてここでは「はね幅」、「山かず」、「蛇行幅」について説明する。
はね幅
スプール3から垂下させた金属細線7の下端P1をクリックする。P1から所定長さ(図5の場合は50mm)上方の金属細線7との交点P2を検出する。P1とP2の外接四角形の横方向長さを測定し、はね幅とする。
山かず
P2を中心とする所定長さの半径図5の場合は220mm)の円弧と金属細線7との交点P3を検出する。P2とP3を結ぶ直線を画像に書き込み左右の山かずをカウントする。カウント方法の一例として金属細線の曲線式を作り、微分値が0になる回数のカウントやP2とP3を結ぶ直線との交点の数をカウントする方法等が挙げられる。
「蛇行幅」
金属細線の曲線状の点からP2とP3を結ぶ線への垂線最大長さを左側蛇行幅又は右側蛇行幅とし、隣接する合計を蛇行幅とする。

0025

ここで本画像処理手段は静止画像の撮像が不充分で曲線の一部に不明瞭箇所が生じた場合(図4参照)、隣接曲線の曲線式から補正して静止画像を完成させる機能を有している。この場合も照明を充分に行い不明瞭箇所が生じないようにすることが好ましい。

0026

純度99.99重量%Au線について、直径25μmに伸線加工して、4%伸び率になるようにアニールし、その表面に潤滑剤を塗布した後アルミ製スプールに1000m巻き取った試料を作成した。この中で金属細線の直進性に影響を及ぼす工程を調整して飼料A、試料Bの2種類の試料を作成し、供試材料とした。

0027

まず図3に示す3の位置にスプールをセットして、モータ4を駆動してスプールを回転させ金線7を図示のように垂下させ、バックは黒色アルマイト板15とした。次いで、照明装置11をAu線7とカメラ12の間でありカメラアングルの外側になるように配置した。図3に於いては照明装置して環状光源を用いた例を示している。

0028

次に撮像装置としてのカメラ12をセットし、金線7を撮像した。次にその静止画像をコントローラ13で操作して画像処理手段としてのパソコン14に取り込みその画像を表示させた。不撮像箇所が生じた場合、前後の曲線の式を用いて補正し金線の連続した画像を完成させた。ここで不撮像箇所の一例を図4に示す。図4(1)は試料Aを用いた後述の実施例3、図4(2)は試料Bを用いた後述の実施例9で生じた不撮像箇所の状況である。

0029

Au線の連続した画像を用いて直進性評価としての「はね幅」「山かず」「蛇行幅」を測定した。「はね幅」測定はまず、図5に於ける金線先端P1とP1から垂直方向長さ50mmに於けるAu線の位置P2を検出する。P1とP2の外接四角形の横方向長さを測定しはね幅とした。「山かず」は図5に於けるP2を中心とする半径220mm円弧と金線7との交点P3を検出する。P2とP3を結ぶ直線を画像に書き込み左右の金属細線の曲線式を作り、微分値が0になる回数をカウントした。「蛇行幅」は図5に於ける金線7の曲線上の点からP2とP3を結ぶ線への垂線の最大長さを左側蛇行幅又は右側蛇行幅とし、隣接する合計の最大値を蛇行幅とした。

0030

照明装置として実施例1,7は点状光源を対象材料長さ方向の中央部、向かって左側に1個設置し、実施例2,8は点状光源を対象材料長さ方向の中央部、左右各々1個合計2個設置し、実施例3,9は点状光源を対象材料長さ方向の上下1/4の高さに、左右各々2個合計4個設置し、実施例4,10は対象材料を超える長さの線状光源を左右各々1本合計2本設置し、5,11は図3に示すような環状光源を対象材の正面即ち、撮像装置と対象材料の間に1本設置し、実施例6,12は点状光源を対象材料長さ方向のランダム位置に、左右各々5個合計10個設置した。試料は直進性の異なる試料A、試料Bを用いた。

0031

まず試料Aを繰り出して30cm程度垂下するように先端を切断し、そのワイヤ位置で照明装置を実施例1〜6のように変更して、「はね幅」「山かず」「蛇行幅」及び不撮像部分の数を測定した。同一条件で10回の測定を行いその平均値とばらつきの測定結果を実施例1〜6として表1に示した。次いで、試料Aに変えて試料Bを用いたこと以外は実施例1〜6に対応して実施例7〜12の測定を行いその測定結果を同様に表1に示した。

0032

従来方法として図1に示す装置を用いて正面扉2に設置した透明目盛板8を利用して「はね幅]「山かず」「蛇行幅]について目視による測定を行った。この時図2に示す平面鏡に写る金線の像9と金線7が一致する位置から観察した。試料A、試料Bを用いてP1,P2,P3の設定は実施例と同様にして同一条件で10回の測定を行い、その平均値とばらつきの測定結果を比較例1,2として表1に示した。

0033

0034

(試験結果)
(1)測定値の信頼度は統計的に、平均値±1.96σ/(n1/2)(但しσは標準偏差、nは測定回数)として取り扱われる。実務上n=2〜3が用いられる事を考慮すると測定値の標準偏差は小さいことが信頼度向上の点で必要であることが判る。
(2)試料Aを用いた目視解析画像解析によるはね幅の標準偏差を比較してみると比較例1と実施例1〜6の対比から次のことが判る。

0035

標準偏差は、目視測定である比較例1が0.95mmであることに対して画像解析である実施例1〜6のものでは0.11〜0.47mmとばらつきが小さくなっていることが判る。
画像解析の中でも照明装置を試料の両側に設置した実施例2〜6のものは、標準偏差が0.11〜0.43mmとばらつきが更に小さくなっていることが判る。
(3)試料Aを用いた目視解析と画像解析による蛇行幅の標準偏差を比較してみると比較例1と実施例1〜6の対比から次のことが判る。

0036

標準偏差は、目視測定である比較例1が0.88mmであることに対して画像解析である実施例1〜6のものでは0.07〜0.42mmとばらつきが小さくなっていることが判る。
画像解析の中でも照明装置を試料の両側に設置した実施例2〜6のものは、標準偏差が0.07〜0.39mmとばらつきが更に小さくなっていることが判る。
(4)試料Bを用いた目視解析と画像解析によるはね幅の標準偏差を比較してみると比較例2と実施例7〜12の対比から次のことが判る。

0037

標準偏差は、目視測定である比較例2が0.64mmであることに対して画像解析である実施例1〜6のものでは0.09〜0.13mmとばらつきが小さくなっていることが判る。
画像解析の中でも照明装置を試料の両側に各々複数箇所に光源を設けるように設置した実施例3〜6のものは、標準偏差が0.09mmとばらつきが更に小さくなってることが判る。
(5)試料Bを用いた目視解析と画像解析による蛇行幅の標準偏差を比較してみると比較例2と実施例7〜12の対比から次のことが判る。

0038

標準偏差は、目視測定である比較例2が0.53mmであることに対して画像解析である実施例7〜12のものでは0.06〜0.13mmとばらつきが小さくなっていることが判る。
画像解析の中でも照明装置を試料の両側に各々複数箇所に光源を設けるように設置した実施例9〜12のものは、標準偏差が0.06〜0.09mmとばらつきが更に小さくなっていることが判る。
(6)以上の測定結果から次のことがいえる
目視観察より画像解析による方がはね幅、蛇行幅等の直進性測定値のばらつきを大幅に抑制することができる。

0039

画像解析方法の中でも、不撮像箇所を補正して測定したものと対比して照明を確実にして不撮像箇所を減少させる程直進性測定値のばらつきを更に抑制することができる。

図面の簡単な説明

0040

図1従来例の金属細線の直進性評価装置。
図2図1の装置による金属細線の目視像を示す。
図3本発明の金属細線の直進性の評価装置の例。
図4金属細線の撮影像における欠落部の説明図。
図5金属細線の直進性の評価を説明する図。

--

0041

1…風防用容器
2…正面扉
3…スプール
4…繰り出しモータ
5…コントローラ
7…垂下した金属細線
11…照明装置
12…撮像装置
13…コントローラ
14…画像処理装置
15…黒色アルマイト板
16…モータ固定台
17…固定台回転軸

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