JP2004241712A - Ultrasonic bonding method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤやバンプなどの接合対象物を電子部品や基板の電極などの被接合物に超音波振動によって接合する超音波ボンディング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の電極にバンプを形成する方法として、ワイヤボンド法を用いる技術が知られている(例えば特許文献1参照)。この方法は、端部が球状に整形されたワイヤを超音波ボンディングによって電極に圧接し、この後ワイヤを引きちぎることにより圧接された球状のワイヤを電極上に残置してバンプを形成するものである。
【0003】
この技術を用いて微小なバンプを安定して形成するためには、ボンディング過程における超音波出力を適正条件に制御する必要がある。このための技術として、超音波発生装置と変換器との間に可変インピーダンス回路網を挿入し、適正条件によるボンディング処理のために予め選定された所望の出力レベルに維持するように回路網インピーダンスを設定する方式が知られている(例えば特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−284386号公報
【特許文献2】
特開平7−68220号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年の電子機器の小型化・高機能化および低コスト化の要請に伴い、半導体素子などの電子部品の製造過程においても、微小サイズの電子部品を対象としてバンプ形成や部品実装などの各種作業を高品質且つ低コストで実行するための技術が求められている。しかしながら上述の従来技術による超音波ボンディングにおいては、このような高接合品質のボンディングを低コストで実現することが困難になっている。
【0006】
すなわち、特許文献1記載の技術においては、バンプ形成において初期段階から大きな超音波出力でボンディングが行われるため、ボンディング初期にバンプが部分的に接合面に拘束され、その後のボンディングにおける十分な金属接合面の確保がかえって阻害される傾向があり、最終的なバンプ接合強度を低下させる場合があった。
【0007】
また所望の超音波出力をバンプに印加するためには、特許文献2に示すように、インピーダンス制御回路網を用いた複雑な制御を必要とすることから、設備面でのコスト高が避けられなかった。したがって実用上には、特許文献1に示すような、ボンディング過程における超音波出力を適正条件に制御して良好な接合品質を確保する効果を享受できるのは限定された場合のみであり、高接合品質のボンディングを低コストで実現することが困難であった。そしてこの課題は、電子部品に形成されたバンプを基板の電極に超音波ボンディングによって接合する場合にも共通していた。
【0008】
そこで本発明は、簡便な設備により高い接合品質で接合対象物をボンディングすることができる超音波ボンディング方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の超音波ボンディング方法は、接合対象物に押圧手段によって押圧荷重を作用させるとともに振動子によって超音波振動を作用させて被接合物に接合する超音波ボンディング方法であって、前記接合対象物を第1の押圧荷重で押圧する第1押圧工程と、第1押圧工程の後第1の押圧荷重よりも低い第2の押圧荷重で接合対象物を押圧する第2押圧工程とを含み、前記第1押圧工程の途中からボンディング終了に至るまで前記振動子に一定の駆動電圧を印加する。
【0010】
請求項2記載の超音波ボンディング方法は、請求項1記載の超音波ボンディング方法であって、前記接合対象物がワイヤであり、前記振動子を有するホーンに設けられたキャピラリに挿通した前記ワイヤの端部を、電子部品の電極に超音波ボンディングにより接合する。
【0011】
請求項3記載の超音波ボンディング方法は、請求項1記載の超音波ボンディング方法であって、前記接合対象物が電子部品に形成された外部接続用のバンプであり、前記振動子を有するホーンに設けられた当接ツールによって前記電子部品を基板に押圧することにより、前記バンプを基板の電極に超音波ボンディングにより接合する。
【0012】
本発明によれば、超音波ボンディング工程を、接合対象物を第1の荷重で押圧する第1押圧工程と、第1押圧工程の後、第1の荷重よりも低い第2の荷重で接合対象物を押圧する第2押圧工程とで構成し、第1押圧工程の途中からボンディング終了に至るまで振動子に一定の駆動電圧を印加する定電圧制御を用いることにより、複雑な制御を行うことなくボンディング過程における超音波出力を適正条件に制御することができ、簡便な設備により高い接合品質で接合対象物をボンディングすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図、図2は本発明の実施の形態1のワイヤボンディングによるバンプ形成方法のフロー図、図3は本発明の実施の形態1のワイヤボンディングによるバンプ形成方法における超音波ボンディング条件を示すグラフ、図4は本発明の実施の形態1のワイヤボンディングによるバンプ形成方法における超音波ボンディング過程の説明図である。
【0014】
本実施の形態1は、超音波ボンディングの接合対象物がワイヤであり、このワイヤを被接合物である電子部品の電極に接合するワイヤボンディングの例を示している。このワイヤボンディングにおいては、振動子を有するホーンに設けられたキャピラリに挿通したワイヤの端部を、電子部品の電極に超音波ボンディングにより接合する。
【0015】
まず図1を参照してワイヤボンディング装置のボンディング機構について説明する。図1において、ホーン駆動機構1は水平方向に延出したホーン2を備えている。ホーン2の先端部にはキャピラリ2aが装着されており、ホーン2の後端部には超音波振動を発生する振動子4が結合されている。振動子4はUSドライバ9によって駆動され、これによりホーン2を介してキャピラリ2aには超音波振動が印加される。
【0016】
この振動子4の駆動において、制御部10が記憶部12に記憶された電圧指令値を読み取り、USドライバ9にこの電圧指令値を出力することにより、USドライバ9は常に電圧指令値に応じた一定の駆動電圧、すなわち一定電圧値の交番電圧を振動子4に印加するように構成されている。
【0017】
ホーン2は駆動ブロック3によって支持されており、Z軸ドライバ8に駆動されるVCMモータ5によって、駆動ブロック3は水平な回転軸3a廻りに所定角度の回動が可能となっている。この回動はエンコーダ6によってその回動量が検出され、検出信号はアンプ7を介してZ軸ドライバ8に伝達される。VCMモータ5を駆動してホーン2を回転軸3a廻りに回動させることにより、キャピラリ2aが昇降するとともに、キャピラリ2aを下方に対して押圧する。VCMモータ5は、接合対象物に押圧荷重を作用させる押圧手段となっている。このキャピラリ2aの動作において、制御部10が記憶部12に記憶された荷重指令値を読み取り、荷重制御部11を介してZ軸ドライバ8にこの荷重指令値を出力することにより、キャピラリ2aは荷重指令値に応じた押圧荷重を発生する。
【0018】
ボンディング動作は、キャピラリ2aにボンディングワイヤを挿通させ、ボンディングワイヤの下端にボール13(図4参照)を形成させた状態で行われる。すなわち制御部10によってキャピラリ2aの昇降押圧動作と超音波振動の印加を制御して、ボール13をキャピラリ2aによって被接合物である電子部品の電極14の接合面に押し付け、ボール13に押圧荷重と超音波振動を作用させることにより、電子部品へのワイヤボンディングによるバンプ形成が行われる。
【0019】
このワイヤボンディング装置のボンディング機構は上記の様に構成されており、次に図2のフローに沿って,図3、図4を参照して、ワイヤボンディングによるバンプ形成方法について説明する。図3はこのワイヤボンディング過程における超音波ボンディング条件を示しており、図3(a)、(b)、(c)は、キャピラリ2aによってボール13を押圧する押圧荷重、USドライバ9によって振動子4に印加される駆動電圧、および振動子4が発生する超音波出力の各項目の時間的変化をそれぞれ示している。
【0020】
まずキャピラリ2aを上方から挿通したボンディングワイヤの先端部をスパークによって溶融させて、キャピラリ2aの下端部に球状のボール13を形成する(ST1)。次いでキャピラリ2aをボール13とともに下降させて、ボール13を電極14に当接させる(ST2)。そしてこの後、キャピラリ2aによってボール13を電極14に対して押圧する押圧工程が開始される(図4(a)参照)。
【0021】
ここではまず図3(a)に示すように、押圧開始のタイミングt1から、ボール13を上下方向に塑性変形させるのに必要十分な第1の押圧荷重F1で押圧する(ST3)(第1押圧工程)。図4(a)は、第1の押圧工程において、ボール13を第1の押圧荷重F1で押圧した状態を示している。この第1の押圧工程では、ボール13の略球面状の下端部が電極14の接合面14aに接触した状態から第1の押圧荷重F1で押圧される。
【0022】
これにより、ボール13は上下方向に幾分押しつぶされるとともに、ボール13の下端部は接合面14aにならって水平方向に拡がるように塑性変形する。これにより、当初は下端部のみで接合面14aと接触していたボール13は、より広い範囲で接合面14aと接触するようになる。
【0023】
このとき、ボール13の下面と接合面14aとの接触面における面圧分布は全接触範囲にわたって必ずしも均一ではなく、ばらついている場合が多い。すなわち、ボール13下面の凹凸やキャピラリ2aの下端部がボール13を押圧する位置によって、ボール13が高面圧で集中的に接合面14aに押圧された高面圧部A(図4(a)において太線で示す)と、比較的面圧が低い低面圧部が存在する。
【0024】
そして押圧開始から、上述のボール13の塑性変形に要する所定時間T1(例えば5msec.程度)経過後に、図4(b)に示すように、USドライバ9によって振動子4に一定の駆動電圧を印加する(ST4)。これにより、振動子4には+V1〜−V1の高周波の交番電圧が印加され、振動子4はこの駆動電圧に応じた超音波振動を発生する。そしてこの超音波振動がホーン2,キャピラリ2aを介してボール13に伝達されることにより、ボール13の下面は接合面14aに対して面方向に相対振動し、超音波ボンディングによる接合界面の金属接合が開始される。
【0025】
上述の第1押圧工程での超音波ボンディング(ボンディング初期)は、ボール13に塑性変形を生じさせる程度の高い押圧荷重下で行われ、ボール13と接合面14aの接合界面には、高拘束状態で超音波振動が作用する。そして駆動電圧一定の条件下では、接合界面における超音波振動の振幅は拘束状態に応じたものとなることから、第1押圧工程のように高拘束状態における接合界面での超音波振動の振幅は小さい。この結果、図3(c)に示すように、この間の超音波出力は低出力W1に保たれる。
【0026】
換言すれば、このボンディング初期においては、上述の高面圧部Aに低出力の超音波振動を作用させる形態になっている。すなわち、まずボール13の表面および接合面14aの酸化膜を高面圧によって破壊し易い状態にして、両者の金属面が直接接触するようにした後に、小振幅の超音波振動を作用させる。これにより、まず高面圧部Aにおいてボール13は電極14の接合面14aと金属接合され、後続過程においては高面圧部Aを起点として金属接合範囲が徐々に拡大する。
【0027】
したがって、超音波ボンディング過程の初期において、未だ電極14に対して拘束されていない状態のボール13が振動方向に大きく移動する、いわゆる「ばたつき」を発生することなく、ボール13と接合面14aとの接触面を徐々になじませながら、安定したボンディング進行を実現するようになっている。
【0028】
この後、図3(b)に示すように、タイミングt2から初期ボンディング時間T2(例えば5〜10msec.)が経過したタイミングt3において、押圧荷重を第1の押圧荷重F1よりも低い第2の押圧荷重F2に切り換え、この状態で+V1〜−V1の高周波の交番電圧の印加を継続する(ST5)(第2押圧工程)。
【0029】
この第2押圧工程での超音波ボンディング(ボンディング後期)は、第1の押圧荷重F1よりも低い低押圧荷重下で行われ、ボール13と接合面14aの接合界面には、第1押圧工程での振幅と比べて大きな振幅の超音波振動が作用する。この結果、図3(c)に示すように、第2押圧工程における超音波出力はW1よりも大きい高出力W2に保たれる。
【0030】
すなわち、このボンディング後期においては、ボール13と接合面14aとの接触面の面圧が全体的に低下した状態で、ボンディング初期よりも高出力の超音波振動を作用させる形態となっている。したがって、ボール13と電極14の接合界面には、図4(c)に示すように、大きな振幅の超音波振動によって高応力が作用する。
【0031】
これにより、ボンディング初期においては高面圧部Aの周囲に限定されていた金属接合面が全体に拡大し、より均一な金属接合状態が実現される。そしてこの間、ボール13には塑性変形を発生させるような高押圧荷重が負荷されないことから、ボール13のつぶれ変形が進行せず、ボール13が過度に押しつぶされることによるバンプ形状不良が発生しない。
【0032】
そして図3に示す所定の全体ボンディング時間T(例えば35〜55msec.)が経過したタイミングt4において、駆動電圧の印加および押圧を停止する(ST6)。これにより、ボール13は電極14に荷重と超音波振動によって接合された状態となる。この後、キャピラリ2aを上昇させてボール13の上端に結合した状態のボンディングワイヤを切断することにより、ボール13が電極14上に接合された状態で残置されて、バンプが形成される。これにより、バンプ形成が比較的困難なSAWフィルターチップ等のチップにおける電極に対しても良好なバンプを形成することができる。
【0033】
(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2の電子部品ボンディング装置の構成を示すブロック図、図6は本発明の実施の形態2の電子部品ボンディング装置によるバンプボンディング動作の工程説明図である。
【0034】
本実施の形態2は、超音波ボンディングの接合対象物が電子部品に設けられた外部接続用のバンプであり、このバンプを被接合物としての基板の電極に接合するバンプボンディング(いわゆるフリップチップボンディング)の例を示している。このバンプボンディングにおいては、振動子を有するホーンに設けられた当接ツールによって電子部品を基板に押圧することにより、バンプを基板の電極に超音波ボンディングにより接合する。
【0035】
図6において基板保持部20上には、電極21aが形成された基板21が保持されている。基板保持部20の上方には、ボンディング部23が配設されている。ボンディング部23はモータおよびエンコーダを内蔵したツール昇降押圧駆動部24を備えており、ツール昇降押圧駆動部24はホルダ25に保持されたボンディングツール26を昇降駆動する。
【0036】
ボンディングツール26は、下方に突出した接合作用部26a(当接ツール)を備えており、接合作用部26aはバンプ付きの電子部品22を吸着して保持するとともに、電子部品22を基板21に対して押圧する。ツール昇降押圧駆動部24は、接合対象物に押圧荷重を作用させる押圧手段となっている。このときボンディングツール26に装着された振動子27を駆動することにより、電子部品22には超音波振動が印加される。なお押圧手段として空圧シリンダを用いてもよい。
【0037】
図6において、制御部31、荷重制御部32,Z軸ドライバ30、アンプ29およびUSドライバ28は、実施の形態1における制御部10、荷重制御部11,Z軸ドライバ8、アンプ7およびUSドライバ9と同様の機能を有しており、記憶部33には、実施の形態1における記憶部12と同様のデータが記憶されている。
【0038】
すなわち、制御部31が記憶部33に記憶された電圧指令値を読み取り、USドライバ28にこの電圧指令値を出力することにより、USドライバ28は常に電圧指令値に応じた一定の駆動電圧、すなわち一定電圧値の交番電圧を振動子27に印加するように構成されている。またツール昇降押圧駆動部24によるボンディングツール26の昇降押圧動作において、制御部31が記憶部33に記憶された荷重指令値を読み取り、荷重制御部32を介してZ軸ドライバ30にこの荷重指令値を出力することにより、ツール昇降押圧駆動部24は荷重指令値に応じた押圧荷重で押圧する。
【0039】
ボンディングツール26による電子部品22の超音波ボンディング工程においては、まずボンディングツール26の接合作用部26aの下端部に、バンプ22aが設けられた電子部品22を保持させ、図6(a)に示すように、ボンディングツール26を移動させてバンプ22aを基板21の電極21aに位置合わせする。
【0040】
次いでボンディングツール26を電子部品22とともに下降させて、バンプ22aを電極21aに当接させる(ST2)。そしてこの後、ボンディングツール26によって電子部品22を押圧して、バンプ22aを電極21aに対して押圧する押圧工程が開始される。この押圧工程においては、実施の形態1の図3に示すボンディング条件と同様の条件、すなわち押圧荷重の高低切換制御と振動子27の駆動電圧の定電圧制御が適用される。
【0041】
まず押圧開始のタイミングt1から、図6(b)に示すように、バンプ22aを上下方向に塑性変形させるのに必要十分な第1の押圧荷重F1で押圧する(第1押圧工程)。そして押圧開始から、上述のバンプ22aの塑性変形に要する所定時間T1経過後のタイミングt2に、USドライバ28によって振動子27に一定の駆動電圧Vを印加する(ST4)。これにより、振動子27には+V1〜−V1の高周波の交番電圧が印加され、振動子27は超音波振動を発生する。そしてこの超音波振動がホーン26,接合作用部26aを介してバンプ22aに伝達されることにより、図6(c)に示すように、バンプ22aの下面は電極21aの接合面に対して面方向に相対振動し、超音波ボンディングが開始される。
【0042】
この後、駆動電圧印加開始から実施の形態1と同様の初期ボンディング時間T2が経過したタイミングt3において、図6(d)に示すように、押圧荷重を第1の押圧荷重F1よりも低い第2の押圧荷重F2に切り換え、+V1〜−V1の交番電圧の印加を継続する(第2押圧工程)。そして所定の全体ボンディング時間Tが経過したタイミングt4において、駆動電圧の印加および押圧を停止する。これにより、バンプ22aは電極21に荷重と超音波振動によって接合される。この後、ボンディングツール26を上昇させることにより、バンプ22aが電極21aに接合されて、電子部品22の超音波ボンディングによる実装が完了する。
【0043】
上述の実施の形態2においても、バンプ22aを電極21aに超音波ボンディングする過程において、実施の形態1と同様に押圧荷重の高低切換制御を行い、振動子の駆動電圧を定電圧制御することにより、良好なボンディング結果を得ることができる。
【0044】
上記説明したように、各実施の形態に示す超音波ボンディング方法においては、接合対象物を第1の押圧荷重で押圧する第1押圧工程と、第1押圧工程の後、第1の荷重よりも低い第2の押圧荷重で接合対象物を押圧する第2押圧工程とでボンディング工程を構成し、第1押圧工程の途中からボンディング終了に至るまで、振動子に一定の駆動電圧を印加するようにしている。
【0045】
これにより、ボンディング初期において接合対象物は適度に押しつぶされて接合面との接触状態が均一化されるとともに、接触面中の高面圧領域では金属面が相互に押し付けられて酸化膜などの異物層が破壊されやすくなる。そしてこの状態で駆動電圧を振動子に印加することにより、前述の高面圧領域では異物層が除去された金属面が相互に接触して金属接合される。
【0046】
このとき、前述のように超音波出力は低出力に保たれることから、接合界面における金属接合面の形成は小振幅の超音波振動によって行われる。これにより、接合界面では高面圧領域を起点として金属接合面が徐々に拡大し、接触面相互をなじませつつ安定した状態でボンディングを進行させることができる。
【0047】
そしてこの状態で、押圧荷重を低荷重に切り換えることにより、接合界面における超音波振動の振幅が増大する。これにより、これ以降のボンディング後期においては大振幅によって接合界面に高応力を作用させて効率よくボンディングを進行させ、接合対象物と接合面との広い範囲により均一な金属接合面を形成することができる。
【0048】
そして上述の超音波ボンディング方法においては、押圧荷重の高低切換制御と、振動子の駆動電圧の定電圧制御のみによって、適正な超音波出力の制御を実現するようにしている。このため、従来において所望の超音波出力を印加するために必要とされたインピーダンス制御回路網などを用いた複雑な制御装置を用いることなく、簡便な設備によって高い接合品質のボンディングを実現することができる。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、接合対象物を第1の押圧荷重で押圧する第1押圧工程と、第1押圧工程の後、第1の押圧荷重よりも低い第2の押圧荷重で接合対象物を押圧する第2押圧工程とを含み、第1押圧工程の途中からボンディング終了に至るまで前記振動子に一定の駆動電圧を印加することにより、複雑な制御を行うことなくボンディング過程における超音波出力を低出力から高出力へ変化させることができ、簡便な設備により高い接合品質でボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の実施の形態1のワイヤボンディングによるバンプ形成方法のフロー図
【図3】本発明の実施の形態1のワイヤボンディングによるバンプ形成方法における超音波ボンディング条件を示すグラフ
【図4】本発明の実施の形態1のワイヤボンディングによるバンプ形成方法における超音波ボンディング過程の説明図
【図5】本発明の実施の形態2の電子部品ボンディング装置の構成を示すブロック図
【図6】本発明の実施の形態2の電子部品ボンディング装置によるバンプボンディング動作の工程説明図
【符号の説明】
1 ホーン駆動機構
2a キャピラリ
4、27 振動子
9、28 USドライバ
10、31 制御部
11、32 荷重制御部
13 ボール
14 電極
21 基板
21a 電極
22 電子部品
22a バンプ
24 ツール昇降押圧駆動部
26 ボンディングツール
26a 接合作用部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic bonding method for bonding an object such as a wire or a bump to an object such as an electronic component or an electrode of a substrate by ultrasonic vibration.
[0002]
[Prior art]
As a method of forming a bump on an electrode of a semiconductor element, a technique using a wire bonding method is known (for example, see Patent Document 1). According to this method, a wire whose end is shaped into a sphere is pressed against an electrode by ultrasonic bonding, and then the wire is torn off to leave a pressed spherical wire on the electrode to form a bump. .
[0003]
In order to stably form minute bumps using this technique, it is necessary to control the ultrasonic output in the bonding process to appropriate conditions. As a technique for this, a variable impedance network is inserted between the ultrasonic generator and the transducer, and the network impedance is adjusted so as to maintain a desired output level selected in advance for a bonding process under appropriate conditions. A setting method is known (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-284386 A [Patent Document 2]
JP-A-7-68220
[Problems to be solved by the invention]
With the recent demand for miniaturization, higher functionality, and lower cost of electronic equipment, in the manufacturing process of electronic components such as semiconductor devices, various operations such as bump formation and component mounting for micro-sized electronic components are performed. There is a need for a technique for performing high quality and low cost. However, in the above-described ultrasonic bonding according to the related art, it is difficult to realize such high bonding quality bonding at low cost.
[0006]
That is, in the technique described in
[0007]
In addition, in order to apply a desired ultrasonic output to the bump, as shown in
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic bonding method that can bond an object to be bonded with high bonding quality using simple equipment.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
2. The ultrasonic bonding method according to
[0010]
The ultrasonic bonding method according to
[0011]
The ultrasonic bonding method according to
[0012]
According to the present invention, the ultrasonic bonding step includes: a first pressing step of pressing the object to be bonded with the first load; and, after the first pressing step, the bonding object with the second load lower than the first load. A second pressing step of pressing an object, and using a constant voltage control for applying a constant driving voltage to the vibrator from the middle of the first pressing step to the end of bonding, without performing complicated control. The ultrasonic output in the bonding process can be controlled to an appropriate condition, and the object to be bonded can be bonded with high bonding quality using simple equipment.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wire bonding apparatus according to
[0014]
The first embodiment shows an example of wire bonding in which an object to be bonded by ultrasonic bonding is a wire, and the wire is bonded to an electrode of an electronic component to be bonded. In this wire bonding, an end of a wire inserted into a capillary provided on a horn having a vibrator is bonded to an electrode of an electronic component by ultrasonic bonding.
[0015]
First, the bonding mechanism of the wire bonding apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a
[0016]
In driving the
[0017]
The
[0018]
The bonding operation is performed with a bonding wire inserted through the capillary 2a and a ball 13 (see FIG. 4) formed at the lower end of the bonding wire. That is, the
[0019]
The bonding mechanism of this wire bonding apparatus is configured as described above. Next, a bump forming method by wire bonding will be described with reference to FIGS. 3 and 4 along the flow of FIG. FIG. 3 shows the ultrasonic bonding conditions in the wire bonding process. FIGS. 3A, 3B, and 3C show a pressing load for pressing the
[0020]
First, the tip of the bonding wire, through which the capillary 2a is inserted from above, is melted by a spark to form a
[0021]
Here, first, as shown in FIG. 3A, the
[0022]
As a result, the
[0023]
At this time, the surface pressure distribution on the contact surface between the lower surface of the
[0024]
After a lapse of a predetermined time T1 (for example, about 5 msec.) Required for the plastic deformation of the
[0025]
The ultrasonic bonding (initial bonding) in the above-described first pressing step is performed under a pressing load high enough to cause plastic deformation of the
[0026]
In other words, in the initial stage of the bonding, a low-output ultrasonic vibration is applied to the high surface pressure portion A. That is, first, the surface of the
[0027]
Therefore, at the beginning of the ultrasonic bonding process, the
[0028]
Thereafter, as shown in FIG. 3B, at a timing t3 when an initial bonding time T2 (for example, 5 to 10 msec.) Has elapsed from the timing t2, the pressing load is changed to the second pressing lower than the first pressing load F1. The load is switched to the load F2, and in this state, the application of the high-frequency alternating voltage of + V1 to -V1 is continued (ST5) (second pressing step).
[0029]
The ultrasonic bonding (late bonding) in the second pressing step is performed under a low pressing load lower than the first pressing load F1, and the bonding interface between the
[0030]
That is, in the latter stage of the bonding, the ultrasonic vibration having a higher output than the initial stage of the bonding is applied while the surface pressure of the contact surface between the
[0031]
As a result, the metal bonding surface limited to the periphery of the high surface pressure portion A in the initial stage of bonding is enlarged as a whole, and a more uniform metal bonding state is realized. During this time, since a high pressing load that causes plastic deformation is not applied to the
[0032]
Then, at a timing t4 when a predetermined overall bonding time T (for example, 35 to 55 msec.) Shown in FIG. 3 has elapsed, the application of the driving voltage and the pressing are stopped (ST6). Thereby, the
[0033]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an electronic component bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a process explanatory view of a bump bonding operation by the electronic component bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0034]
In the second embodiment, an object to be joined by ultrasonic bonding is a bump for external connection provided on an electronic component, and the bump is joined to an electrode of a substrate as an object to be joined (so-called flip-chip bonding). ) Is shown. In this bump bonding, an electronic component is pressed against a substrate by a contact tool provided on a horn having a vibrator, so that a bump is bonded to an electrode of the substrate by ultrasonic bonding.
[0035]
In FIG. 6, a
[0036]
The
[0037]
In FIG. 6, the control unit 31, the
[0038]
That is, the control unit 31 reads the voltage command value stored in the
[0039]
In the ultrasonic bonding process of the
[0040]
Next, the
[0041]
First, from the pressing start timing t1, as shown in FIG. 6B, the bump 22a is pressed with a first pressing load F1 necessary and sufficient to cause the bump 22a to be plastically deformed in the vertical direction (first pressing step). Then, at the timing t2 after the elapse of the predetermined time T1 required for the plastic deformation of the bump 22a from the start of pressing, the
[0042]
Thereafter, at timing t3 when the same initial bonding time T2 as in the first embodiment has elapsed from the start of the application of the driving voltage, as shown in FIG. 6D, the pressing load is set to the second pressing lower than the first pressing load F1. And the application of the alternating voltage of + V1 to -V1 is continued (second pressing step). Then, at a timing t4 when a predetermined overall bonding time T has elapsed, the application and the pressing of the driving voltage are stopped. Thereby, the bump 22a is joined to the
[0043]
Also in the second embodiment described above, in the process of ultrasonic bonding the bump 22a to the
[0044]
As described above, in the ultrasonic bonding method described in each of the embodiments, the first pressing step of pressing the object to be bonded with the first pressing load, and the first pressing step, after the first pressing step, the first pressing step. A bonding step is constituted by a second pressing step of pressing the object to be bonded with a low second pressing load, and a constant drive voltage is applied to the vibrator from the middle of the first pressing step to the end of bonding. ing.
[0045]
As a result, in the initial stage of bonding, the object to be bonded is appropriately crushed and the contact state with the bonding surface is made uniform, and in the high surface pressure region in the contact surface, the metal surfaces are pressed against each other and foreign matter such as an oxide film is formed. The layer is easily broken. Then, by applying a drive voltage to the vibrator in this state, the metal surfaces from which the foreign material layer has been removed are brought into contact with each other in the high surface pressure region to form a metal joint.
[0046]
At this time, since the ultrasonic output is maintained at a low level as described above, the formation of the metal bonding surface at the bonding interface is performed by ultrasonic vibration of small amplitude. Thus, at the bonding interface, the metal bonding surface gradually expands from the high surface pressure region as a starting point, and bonding can proceed in a stable state while making the contact surfaces conform to each other.
[0047]
By switching the pressing load to a low load in this state, the amplitude of the ultrasonic vibration at the bonding interface increases. As a result, in the subsequent later stages of bonding, a high amplitude is applied to the bonding interface with a large amplitude to promote efficient bonding, and to form a more uniform metal bonding surface over a wide range between the bonding target and the bonding surface. it can.
[0048]
In the above-described ultrasonic bonding method, proper control of ultrasonic output is realized only by the control of switching the pressing load between high and low and the constant voltage control of the driving voltage of the vibrator. For this reason, it is possible to realize bonding of high bonding quality with simple equipment without using a complicated control device using an impedance control network or the like that was conventionally required to apply a desired ultrasonic output. it can.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first pressing step of pressing the object to be joined with the first pressing load, and after the first pressing step, the object to be bonded is pressed with the second pressing load lower than the first pressing load. And applying a constant drive voltage to the vibrator from the middle of the first pressing step to the end of bonding, thereby reducing the ultrasonic output in the bonding step without performing complicated control. The output can be changed from high to high, and bonding can be performed with high bonding quality using simple equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wire bonding apparatus according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a flowchart of a bump forming method by wire bonding according to a first embodiment of the present invention; FIG. FIG. 4 is a graph showing ultrasonic bonding conditions in the method of forming a bump by wire bonding according to the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram of an ultrasonic bonding process in the method of forming a bump by wire bonding in the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an electronic component bonding apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a process of a bump bonding operation by the electronic component bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention.
1 Horn driving
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003031227A JP2004241712A (en) | 2003-02-07 | 2003-02-07 | Ultrasonic bonding method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8308049B2 (en) | 2008-10-22 | 2012-11-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wire bonding method |
-
2003
- 2003-02-07 JP JP2003031227A patent/JP2004241712A/en active Pending
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US8308049B2 (en) | 2008-10-22 | 2012-11-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wire bonding method |
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