DE10020374A1

DE10020374A1 - Kopfbaugruppe einer Plattenvorrichtung mit einem Kopf-IC-Chip, der durch Ultraschallbonden an eine Aufhängung montiert ist

Info

Publication number: DE10020374A1
Application number: DE10020374A
Authority: DE
Inventors: Shunji Baba; Hidehiko Kira; Norio Kainuma; Toru Okada
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-01-25
Also published as: CN1138257C; US20020195476A1; CN1279464A; KR20010014832A

Abstract

Es wird verhindert, daß eine Aufhängung einer Kopfbaugruppe, die in einer Plattenvorrichtung vorgesehen ist, infolge der Montage eines Kopf-IC-Chips an die Aufhängung deformiert wird. Der Kopf-IC-Chip, der an die Aufhängung montiert wird, hat hervorstehende Elektrodenanschlußstellen, die aus Gold sind. Die Aufhängung hat Elektrodenanschlußstellen, die mit den jeweiligen hervorstehenden Elektroden des Kopf-IC-Chips verbunden sind. Jede der Elektrodenanschlußstellen hat eine Oberflächenschicht, die aus Gold ist. Die hervorstehenden Elektroden des Kopf-IC-Chips werden durch Ultraschallbonden an die Elektrodenanschlußstellen der Aufhängung gebondet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Kopfbaugruppe einer Plattenvorrichtung, und im besonderen eine Kopfbaugruppe mit einem Halbleiterchip, der durch Ultraschallbonden an eine Aufhängung gebondet ist.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Im allgemeinen hat eine Festplattenvorrichtung eine Magnetkopfbaugruppe, die an einen Schwenkarm montiert ist, der durch einen Betätiger betrieben wird. Die Magnetkopfbau gruppe umfaßt einen Kopfgleiter und einen Kopf-IC-Chip, die an eine Aufhängung montiert sind. Die Magnetkopfbaugruppe ist positioniert, um einer Festplatte zugewandt zu sein, um Informationen, die auf der Festplatte aufgezeichnet sind, zu lesen oder Informationen auf die Festplatte zu schreiben. Der Kopfgleiter hat einen Magnetkopf, der normalerweise gemäß einer Dünnfilmtechnik gebildet ist.

Der Magnetkopf umfaßt einen induktiven Kopf und einen magnetoresistiven Kopf. Der induktive Kopf schreibt Informa tionen auf die Festplatte. Der magnetoresistive Kopf liest Informationen, die auf der Festplatte aufgezeichnet sind. Der Kopf-IC-Chip steuert Operationen der Magnetkopfbaugruppe und verstärkt Signale mit kleinem Pegel, die von dem magne toresistiven Kopf ausgegeben werden.

Die Aufhängung ist normalerweise aus einer rostfreien Stahlplatte gebildet, die eine kleine Dicke von etwa 25 µm hat. Demzufolge wird die Aufhängung leicht verbogen oder verdreht. Falls die Aufhängung verbogen oder verdreht ist, wird der Magnetkopf, der durch die Aufhängung gestützt wird, von einer normalen Position bezüglich der Platte versetzt, wodurch ein Lesefehler oder Schreibfehler der Magnetkopfbau gruppe herbeigeführt werden kann. Somit muß der Kopf-IC-Chip so an die Aufhängung montiert werden, daß das Montieren des Kopf-IC-Chips keine Deformation des Aufhängungsarmes be wirkt.

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht einer herkömm lichen Magnetkopfbaugruppe 10. Die Magnetkopfbaugruppe 10 umfaßt: eine Aufhängung 11; eine Kardanplatte 12, die an ein äußeres Ende der Aufhängung 11 montiert ist; einen Kopfglei ter 20, der durch die Kardanplatte 12 gestützt wird; und einen Kopf-IC-Chip 30, der an einen Kopf-IC-Chip-Montage abschnitt 15 montiert ist, der in der Mitte der Aufhängung 11 vorgesehen ist. Der Kopf-IC-Chip 30 ist so an die Aufhän gung 11 montiert, daß die schaltungsbildende Oberfläche 30a des Kopf-IC-Chips 30 dem Kopf-IC-Chip-Montageabschnitt 15 zugewandt ist.

Die Aufhängung 11 ist, wie in Figur iß gezeigt, aus einer dünnen rostfreien Stahlplatte 13 gebildet, und auf ihr ist eine Vielzahl von Kupferverdrahtungsmustern 14 gebildet. Der Kopf-IC-Chip-Montageabschnitt 15 der Aufhängung 11 ist mit einer Vielzahl von Elektroden 16 versehen. Die Elektro den 16 sind auch aus Kupfer, und deshalb ist die Oberfläche von jeder der Elektroden 16 aus Kupfer.

Der Kopf-IC-Chip 30 hat eine Vielzahl von Elektroden 31, von denen jede mit einem Lötkontakthügel 32 versehen ist. Der Kopf-IC-Chip 30 wird gemäß einer Montageoperation, die in Fig. 2 gezeigt ist, an die Aufhängung 11 montiert. Das heißt, der Kopf-IC-Chip 30 wird durch Ausführen einer Montageoperation an die Aufhängung 11 montiert, die die folgenden Schritte umfaßt: Anwenden eines Flußmittels auf die Elektroden 16 der Aufhängung 11; Anordnen des Kopf-IC- Chips 30 mit der aktiven Seite nach unten, so daß die Löt kontakthügel 32 jeweilige Elektroden 16 kontaktieren; und Erhitzen der Lötkontakthügel 32 und der Elektroden 16 durch Hindurchführen durch einen Rückflußofen, um für einige zehn Sekunden auf 260°C erhitzt zu werden, um die Lötkontakt hügel 32 zu schmelzen. Nachdem der Kopf-IC-Chip 30 an die Aufhängung 11 montiert ist, werden der Kopf-IC-Chip 30 und die Aufhängung 11 gereinigt, und schließlich wird eine Unterfüllung 33 einem Raum zugeführt, der zwischen dem Kopf- IC-Chip 30 und der Aufhängung 11 gebildet ist.

Demzufolge ist der Kopf-IC-Chip 30, wie in Fig. 1B ge zeigt, mit den Elektroden 16 der Aufhängung 11 elektrisch verbunden und durch die Unterfüllung 33 an der Aufhängung 11 sicher befestigt. Die Unterfüllung 33 dient auch zum Schutz einer integrierten Schaltung, die auf der Oberfläche 30a des Kopf-IC-Chips 30 gebildet ist.

Nachdem die Aufhängung 11 zusammen mit dem Kopf-IC-Chip 30 den Rückflußofen verläßt, werden die geschmolzenen Löt kontakthügel 32 sofort verfestigt, und die Elektroden 31 des Kopf-IC-Chips 30 sind mit den jeweiligen Elektroden 16 der Aufhängung 11 über die Lötkontakthügel 32 elektrisch verbun den. In diesem Zustand werden die Aufhängung 11 und der Kopf-IC-Chip 30 von etwa 200°C auf Raumtemperatur abge kühlt. Demzufolge wird die Aufhängung 11 auf Grund der Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen der Aufhängung 11 und dem Kopf-IC-Chip 30 deformiert. Falls ein Betrag der Deformation der Aufhängung 11 eine zulässige Grenze über schreitet, wird eine konstruierte positionelle Beziehung zwischen dem Magnetkopf und der Festplatte in einem Maße verändert, das einen zulässigen Bereich überschreitet, durch welche Bedingung ein Lesefehler oder Schreibfehler des Magnetkopfes verursacht werden kann.

Das oben erwähnte Verfahren zum Bonden des Kopf-IC- Chips 30 an die Aufhängung 11 ist auf dem Gebiet der Halb leiterherstellung wohlbekannt. Das Verfahren wird als Flip- Chip-Bonden bezeichnet.

Beim Flip-Chip-Bonden wird eine Vielzahl von Bond hügeln, die auf einem Halbleiterchip (wie etwa dem Kopf-IC- Chip 30) vorgesehen sind, gleichzeitig an eine Vielzahl von Anschlußstellen gebondet, die auf einem Substrat gebildet sind (wie etwa bei dem Kopf-IC-Chip-Montageabschnitt 15 der Aufhängung 11). Im allgemeinen werden Lötkontakthügel gebon det, indem sie einem Rückflußprozeß unterzogen werden, wie oben erwähnt. Falls Bondhügel jedoch aus Gold sind (Au- Bondhügel), kann der Rückflußprozeß nicht angewendet werden. Die Bondhügel, die aus Gold sind, können durch ein Ultra schallbondverfahren gebondet werden, wie es in der japani schen offengelegten Patentanmeldung Nr. 59-208844 vorge schlagen wird.

Das Ultraschallbondverfahren ist zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung verwendet worden, bei der Drähte wie etwa Gold-(Au)-Drähte verwendet werden, um Elektroden eines Halbleiterchips mit Elektrodenanschlußstellen elektrisch zu verbinden, die auf einer Verdrahtungsplatte oder einem Substrat gebildet sind. Das Drahtbonden wird normalerweise durch eine automatische Drahtbondvorrichtung ausgeführt. In der automatischen Drahtbondvorrichtung wird eine Verdrah tungsplatte, auf die ein Halbleiterchip montiert wird, erhitzt, und eine Au-Kugel wird an einem Ende eines Au- Drahtes, der sich aus einer Kapillare erstreckt, durch eine elektrische Entladung gebildet, die durch einen Elektrobren ner [= engl. electric torch] erzeugt wird. Die Au-Kugel wird mit einer Anschlußstelle des Halbleiterchips mit einem vorbestimmten Druck in Kontakt gebracht, während die Kapillare durch eine Ultraschallwelle in einer Richtung vibriert, die zu der Anschlußstelle parallel ist.

Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2-58844 offenbart einen Ultraschallgenerator, der für eine Ultra schalldrahtbondvorrichtung verwendet wird. Der Ultraschall generator überwacht eine Ausgangswellenform der Ultraschall welle während eines Bondprozesses, um eine Rückführungs steuerung bei der Ultraschallwellenerzeugungsoperation auszuführen. Die Rückführungssteuerung wird ausgeführt, um eine optimale Bondbedingung durch das Eliminieren von uner wünschten Einflüssen einer Oberflächenbedingung des Halblei terchips, der zu bonden ist, und anderer äußerer Störungen, die während des Bondprozesses auftreten können, zu errei chen.

Der Ultraschallgenerator, der in dem oben erwähnten Patentdokument offenbart ist, betreibt ein Ultraschallwel lenoszillationselement (einen piezoelektrischen Wandler) durch eine Ultraschallwellenoszillationsschaltung und eine Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung. Der Ultra schallgenerator enthält ferner: eine A/D-Konverterschaltung, die eine Ausgangswellenform der Ultraschallwelle abtastet, während ein Bondprozeß ausgeführt wird; eine Einstellschal tung einer optimalen Wellenform, die eine optimale Ausgangs wellenform zum Bonden einstellt; und eine Komparatorschal tung, die die abgetastete Ausgangswellenform mit der opti malen Wellenform vergleicht. Demzufolge wird eine Differenz signalwellenform von der Komparatorschaltung ausgegeben, und die Differenzsignalwellenform wird zu der Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung zurückgeführt.

In der oben erwähnten japanischen offengelegten Patent anmeldung Nr. 2-58844 wird vorgeschlagen, daß die Detektion einer tatsächlichen Ausgangswellenform während eines Bond prozesses durch ein piezoelektrisches Element erfolgen soll, das an einen Ultraschallwellenabtaster montiert ist. In dem Patentdokument wird jedoch nicht die spezifische Struktur der Detektion von solch einer Ausgangswellenform offenbart. Das heißt, das Patentdokument offenbart nicht die spezifi sche Struktur eines Mechanismus zum Detektieren der Aus gangswellenform des Ultraschallwellenoszillationselementes durch Pressen des Ultraschallwellenabtasters gegen den Bondabschnitt. Falls ein Keilbondverfahren verwendet wird, wird angenommen, daß ein Mechanismus zum Detektieren einer Ausgangswellenform des Ultraschallwellenoszillationselemen tes benötigt wird, da ein Ultraschallwellenabtaster an dem Keil befestigt wird, der eine Druckkraft auf einen Draht anwendet. Zusätzlich wird im Falle der oben erwähnten auto matischen Bondvorrichtung ein Mechanismus zum Detektieren der Ausgangswellenform des Ultraschallwellenoszillationsele mentes benötigt, da ein Ultraschallwellenabtaster an der Kapillare angebracht wird.

Andererseits gibt es ein drahtloses Bondverfahren wie etwa das oben erwähnte Flip-Chip-Bonden. Falls ein Halblei terchip Au-Bondhügel hat, kann ein Rückflußprozeß auf Grund von Beschränkungen hinsichtlich der thermischen Bedingung nicht angewendet werden. Daher kann ein Ultraschallbondver fahren verwendet werden, um solch einen Halbleiterchip zu bonden, der Au-Bondhügel hat. Jedoch hat sich bislang noch keine Technik zum Steuern der Bondbedingungen wie etwa jene bei dem oben erwähnten Ultraschalldrahtbondverfahren für das Flip-Chip-Bonden durchgesetzt.

Falls die Ultraschall-Flip-Chip-Bondoperation während einer langen Zeit unter derselben Bedingung kontinuierlich ausgeführt wird, ohne die Ultraschallwellenform zu überwa chen, kann ein unzulängliches Bonden auf Grund einer un zweckmäßigen Bedingung auftreten, die sich während der Bondoperation ergibt. Falls zum Beispiel zwischen dem Ultra schallwellenoszillationselement und dem Halbleiterchip ein Verrutschen auftritt, kann keine ausreichende Ultraschall welle zu dem Bondbereich übertragen werden. In solch einem Fall kann die Ultraschallbondoperation gestoppt werden, bevor ein vollständiges Bonden erreicht ist, was zu einer defekten Halbleitervorrichtung führt. Falls andererseits die Ultraschallbondoperation aus irgendwelchen Gründen während einer überschüssigen Zeit andauert, nachdem ein vollständi ges Bonden erreicht ist, wird eine Spannung auf Grund der unnötigen Ultraschallwelle in dem gebondeten Abschnitt erzeugt, die während der überschüssigen Zeit angewendet wird, woraus ein Defekt resultieren kann, der in dem gebon deten Abschnitt auftritt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, eine verbesserte und nützliche Kopfbaugruppe einer Plattenvorrichtung vorzusehen, bei der die oben erwähnten Probleme eliminiert sind.

Ein spezifischeres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kopfbaugruppe vorzusehen, die eine Aufhängung hat, bei der eine Deformierung auf Grund der Montage eines Kopf- IC-Chips an die Aufhängung verhindert wird.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ultraschallbondverfahren und eine Vorrichtung zum Bonden eines Halbleiterchips durch Überwachen einer tatsächlichen Bedingung des Ultraschallbondens vorzusehen, um eine Rück führungssteuerung beim Ultraschallbonden auszuführen, um eine optimale Bondbedingung einzurichten.

Um die oben erwähnten Ziele zu erreichen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kopfbaugruppe einer Plattenvorrichtung vorgesehen, die umfaßt: einen Kopf- IC-Chip, der eine Vielzahl von hervorstehenden Elektroden hat, die aus Gold gebildet sind; und eine Aufhängung, die den Kopf-IC-Chip stützt, welche Aufhängung eine Vielzahl von Elektroden hat, die mit den jeweiligen hervorstehenden Elektroden des Kopf-IC-Chips verbunden sind, wobei jede der Elektroden eine Oberflächenschicht hat, die aus Gold gebil det ist, bei der die hervorstehenden Elektroden des Kopf-IC- Chips durch Ultraschallbonden an die Elektroden der Aufhän gung gebondet sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können, da die hervor stehenden Elektroden aus Gold sind und die Oberflächen schicht der Elektrodenanschlußstellen auch aus Gold ist, die hervorstehenden Elektroden durch Ultraschallbonden an die Elektrodenanschlußstellen gebondet werden. Demzufolge ist es nicht erforderlich, die Temperatur der Aufhängung auf eine Temperatur eines Lötrückflußprozesses anzuheben. Somit wird verhindert, daß die Aufhängung auf Grund einer thermischen Spannung deformiert wird.

Zusätzlich ist gemäß einem anderen Aspekt der vorlie genden Erfindung eine Plattenvorrichtung vorgesehen, die enthält: eine Platte zum Speichern von Informationen; einen Arm, der bezüglich der Platte beweglich ist; einen Betäti ger, der den Arm antreibt; und eine Kopfbaugruppe, die an den Arm montiert ist, welche Kopfbaugruppe umfaßt: einen Kopf-IC-Chip, der eine Vielzahl von hervorstehenden Elektro den hat, die aus Gold sind; und eine Aufhängung, die den Kopf-IC-Chip stützt, welche Aufhängung eine Vielzahl von Elektroden hat, die mit den jeweiligen hervorstehenden Elektroden des Kopf-IC-Chips verbunden sind, wobei jede der Elektroden eine Oberflächenschicht hat, die aus Gold ist, bei der die hervorstehenden Elektroden des Kopf-IC-Chips durch Ultraschallbonden an die Elektroden der Aufhängung gebondet sind.

Da gemäß der oben erwähnten Erfindung verhindert wird, daß sich die Aufhängung auf Grund einer thermischen Spannung deformiert, wenn der Kopf-IC-Chip an die Aufhängung gebondet wird, verändert sich eine positionelle Beziehung zwischen der Kopfbaugruppe und der Platte nicht. Somit kann eine akkurate Lese- und Schreiboperation durch den Kopf in der Plattenvorrichtung beibehalten werden.

Des weiteren ist gemäß einem anderen Aspekt der vorlie genden Erfindung ein Ultraschallbondverfahren vorgesehen, zum Bonden eines Halbleiterchips, der eine Vielzahl von hervorstehenden Bondhügeln hat, an eine Verdrahtungsplatte, die eine Vielzahl von Elektrodenanschlußstellen hat, welches Ultraschallbondverfahren die folgenden Schritte umfaßt: Bonden der hervorstehenden Elektroden des Halbleiterchips an die Elektrodenanschlußstellen der Verdrahtungsplatte durch Anwenden einer Ultraschallvibration auf eines von dem Halb leiterchip und der Verdrahtungsplatte; Detektieren einer tatsächlichen Wellenform der Ultraschallvibration des einen von dem Halbleiterchip und der Verdrahtungsplatte; und Steuern des Bondprozesses auf der Basis der tatsächlichen Wellenform der Ultraschallvibration des einen vom dem Halb leiterchip und der Verdrahtungsplatte.

Ferner ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Ultraschallbondvorrichtung vorgesehen, zum Bonden eines Halbleiterchips, der eine Vielzahl von hervor stehenden Elektroden hat, an eine Verdrahtungsplatte, die eine Vielzahl von Elektrodenanschlußstellen hat, welche Ultraschallbondvorrichtung umfaßt: einen Ultraschallvibrati onserzeugungsmechanismus, der eine Ultraschallvibration durch ein Ultraschallwellenoszillationselement erzeugt, welche Ultraschallvibration zu einem von dem Halbleiterchip und der Verdrahtungsplatte übertragen wird, um die hervor stehenden Elektroden des Halbleiterchips an die Elektroden anschlußstellen der Verdrahtungsplatte zu bonden; und einen Sensor, der eine tatsächliche Wellenform der Ultraschall vibration des einen von dem Halbleiterchip und der Verdrah tungsplatte detektiert, um die Ultraschallvibration, die durch den Ultraschallvibrationserzeugungsmechanismus erzeugt wird, auf der Basis der tatsächlichen Wellenform zu steuern, die durch den Sensor detektiert wird.

Gemäß dem oben erwähnten Ultraschallbondverfahren und der Vorrichtung wird die Wellenform der Ultraschallvibration des Halbleiterchips oder der Verdrahtungsplatte durch den Sensor detektiert und überwacht. Das heißt, zum Beispiel wird eine Differenz der Wellenform der Ultraschallvibration zwischen den Halbleitervorrichtungen untersucht, die durch die Ultraschallbondvorrichtung erzeugt werden, oder die Wellenform der Ultraschallvibration von jedem Halbleiterchip wird mit einer vorbestimmten Referenzwellenform verglichen, um die Bedingung des Ultraschallbondens, das gerade ausge führt wird, zu erkennen und eine notwendige Operation vorzu nehmen, um die Bondbedingung zu optimieren. Somit kann durch das Flip-Chip-Bondverfahren und die Flip-Chip-Bondvorrich tung eine Halbleitervorrichtung mit hoher Qualität produ ziert werden.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht einer herkömm lichen Magnetkopfbaugruppe; Fig. 1B ist eine Querschnitts ansicht eines Teils der Magnetkopfbaugruppe, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines herkömmlichen Prozes ses zum Montieren eines Kopf-IC-Chips an eine Aufhängung;

Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Magnet kopfbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung; Fig. 3B ist eine vergrößerte Querschnitts ansicht eines Kopf-IC-Chip-Montageabschnittes einer Aufhän gung, die in Fig. 3A gezeigt ist; Fig. 3C ist eine Quer schnittsansicht der Aufhängung, die in Fig. 3A gezeigt ist; Fig. 3D ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Endabschnittes eines Gleiters, der in Fig. 3A gezeigt ist;

Fig. 4A ist eine Querschnittsansicht des Kopf-IC-Chip- Montageabschnittes, bevor der Kopf-IC-Chip montiert wird;

Fig. 4B ist eine Querschnittsansicht des Kopf-IC-Chip-Monta geabschnittes, an den der Kopf-IC-Chip montiert wird;

Fig. 5 ist eine Darstellung zum Erläutern der Bildung eines Au-Bondhügels;

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm einer Montageoperation des Kopf-IC-Chips an den Kopf-IC-Chip-Montageabschnitt der Aufhängung;

Fig. 7A ist eine perspektivische Ansicht einer Fest plattenvorrichtung, die mit den Magnetkopfbaugruppen von Fig. 3A versehen ist; Fig. 7B ist eine vergrößerte Seiten ansicht der Magnetkopfbaugruppen, die in der Festplattenvor richtung vorgesehen sind, die in Fig. 7A gezeigt ist;

Fig. 8 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dar vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ist ein Flußdiagramm eines Ultraschallbondpro zesses, der durch die Flip-Chip-Bondvorrichtung von Fig. 11 ausgeführt wird;

Fig. 13 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 14A, 14B und 14C sind Darstellungen zum Erläutern von Wellenformen einer Ultraschallvibration während eines Ultraschallbondprozesses.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun folgt eine Beschreibung einer Magnetkopfbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Magnet kopfbaugruppe 50 gemäß der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Die Magnetkopfbaugruppe 50 umfaßt: eine Aufhängung 51; eine Kardanplatte 52, die an ein Ende der Aufhängung 51 montiert ist; einen Kopfgleiter 70, der an die Kardanplatte 52 montiert ist; und einen Kopf-IC-Chip 80, der an die Aufhängung 51 montiert ist.

Die Aufhängung 51 ist, wie in Fig. 3B gezeigt, aus einer dünnen rostfreien Stahlplatte 54 gebildet, die eine Dicke von 25 µm hat. Die rostfreie Stahlplatte 54 ist mit einem Polyimidfilm 56 als Isolierschicht bedeckt. Eine Vielzahl von Kupferverdrahtungsmustern 55 ist auf dem Poly imidfilm 56 gebildet. Die Verdrahtungsmuster 55 sind mit einem anderen Polyimidfilm 57 als Isolierschicht bedeckt und werden durch ihn geschützt.

Ein Kopf-IC-Chip-Montageabschnitt 53 ist in der Mitte der Aufhängung 51 gebildet, so daß der Kopf-IC-Chip 80 an ihn gebondet wird. An dem Kopf-IC-Chip-Montageabschnitt 53 ist eine Elektrode 58 an einem Ende von jedem der Verdrah tungsmuster 55 vorgesehen. Die Elektrode 58 umfaßt, wie in Fig. 4A gezeigt, eine Nickel-(Ni)-Schicht 60 und eine Gold- (Au)-Schicht 61, die auf der Nickelschicht 60 vorgesehen ist. Demzufolge ist die Goldschicht 61 auf der Elektrode 58 exponiert. Die Nickelschicht 60 und die Goldschicht 61 können durch verschiedene Verfahren wie etwa ein Sputterver fahren oder ein Plattierungsverfahren gebildet werden.

Der Kopf-IC-Chip 80 hat eine schaltungsbildende Ober fläche, auf der eine integrierte Schaltung 81 gebildet ist. Eine Vielzahl von Elektroden 82 ist auf der schaltungsbil denden Oberfläche des Kopf-IC-Chips 80 gebildet. Die Elek troden 82 sind aus Aluminium. Hervorstehende Elektroden wie etwa Bondhügel 83 sind auf den Elektroden 82 gebildet. Die Bondhügel 83 sind aus Gold (Au).

Fig. 5 ist eine Darstellung zum Erläutern eines Her stellungsprozesses der Au-Bondhügel 83. Die Au-Bondhügel 83 werden unter Verwendung eines Drahtbonders gebildet. Das heißt, ein Au-Draht 91 erstreckt sich aus einer Kapillare 90 des Drahtbonders, und eine Au-Kugel 92 wird an dem Ende des Au-Drahtes 91 gebildet. Dann wird die Kapillare 90 abwärts bewegt, um die Au-Kugel 92 mit der Elektrode 82 des Kopf-IC- Chips 80 zu kontaktieren. Die Au-Kugel wird durch eine Ultraschallwelle, die auf sie angewendet wird, geschmolzen, um die Au-Kugel 92 an die Elektrode 82 zu bonden. Dann wird ein Abschnitt des Au-Drahtes 91, der sich aus der Kapillare 90 erstreckt, durch eine Drahtklemme (in der Figur nicht gezeigt) abgeklemmt, und die Kapillare 90 wird nach oben bewegt, um den Au-Draht 91 abzuschneiden.

Der Kopf-IC-Chip 80 wird, wie in Fig. 3B gezeigt, in einer Position an die Aufhängung 51 montiert, in der die schaltungsbildende Oberfläche nach unten zeigt. Das heißt, die Au-Bondhügel 83 des Kopf-IC-Chips 80 werden durch ein Ultraschallbondverfahren an die Au-Schicht 61 der Elektrode 58 gebondet. Daher wird der Kopf-IC-Chip 80 durch Au-Au- Bonden an die Aufhängung 51 montiert.

Zusätzlich wird der Kopf-IC-Chip 80 durch eine Unter füllung 84 an der Aufhängung 51 befestigt, die einem Raum zwischen dem Kopf-IC-Chip 80 und der Aufhängung 51 zugeführt wird, um das Bonden der Au-Bondhügel 83 an die Elektroden 58 zu sichern. Die Unterfüllung 84 hat eine Funktion, die integrierte Schaltung zu schützen, die auf der schaltungs bildenden Oberfläche des Kopf-IC-Chips 80 gebildet ist.

Der Kopf-IC-Chip 80 wird unter Einsatz eines Ultra schallbondverfahrens an die Aufhängung 51 montiert, wie in Fig. 4B und Fig. 6 gezeigt. Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Montageoperation des Kopf-IC-Chips 80 an die Aufhängung 51. Zuerst wird die Aufhängung 51 auf einem Tisch 110 angeord net, und der Kopf-IC-Chip 80 wird über der Aufhängung 51 positioniert, so daß die Au-Bondhügel 83 des Kopf-IC-Chips 80 die jeweiligen Elektroden 58 der Aufhängung 51 kontaktie ren, wie in Fig. 4A gezeigt. Dann wird der Kopf-IC-Chip 80 durch eine Kopfeinheit 95 eines Ultraschallbonders auf die Aufhängung 51 gedrückt, und gleichzeitig wird eine Ultra schallwelle auf den Kopf-IC-Chip 80 durch die Kopfeinheit 95 für einige Sekunden angewendet. Daher vibriert jeder der Au- Bondhügel 83 infolge der Ultraschallwelle und wird an die Au-Schicht 61 der jeweiligen der Elektroden 58 gebondet. Danach wird die Unterfüllung 84 wie etwa Epoxidharz dem Raum zwischen dem Kopf-IC-Chip 80 und der Aufhängung 51 zugeführt und durch Erhitzen gehärtet.

Da der oben erwähnte Bondprozeß bei Raumtemperatur aus geführt wird, sei erwähnt, daß in der Aufhängung 51 keine thermische Spannung erzeugt wird. Somit wird die Aufhängung 51 während oder nach der Bondoperation nicht deformiert.

Der Kopfgleiter 70 hat, wie in Fig. 3D gezeigt, eine Seitenoberfläche 71, auf der ein Magnetkopf 72, ein Verdrah tungsmuster (in der Figur nicht gezeigt) und vier Elektroden 73 gebildet sind. Der Kopfgleiter 70 hat eine obere Fläche 75, auf der eine Schiene 74 gebildet ist. Der Magnetkopf 72 wird unter Einsatz einer Dünnfilmtechnik gebildet. Der Magnetkopf 72 enthält einen induktiven Kopf und einen magne toresistiven Kopf. Der Gleiter 70 wird an der Kardanplatte 52 durch ein Haftmittel befestigt. Jede der Elektroden 73 ist mit der jeweiligen Elektrode 76 durch eine Au-Kugel 77 verbunden, die durch ein thermisches Preßverfahren gebondet wird.

Die Kopfbaugruppe mit der oben erwähnten Struktur ist in einer Festplattenvorrichtung 100 inkorporiert, die in Fig. 7A gezeigt ist.

Die Festplattenvorrichtung 100 umfaßt ein Gehäuse 101, zwei Festplatten 102, die innerhalb des Gehäuses 101 rotier bar sind, einen Betätiger 103, der einen Arm 104 antreibt, und vier Kopfbaugruppen 50, die mit dem Arm 104 verbunden sind. Ein Basisende von jeder der Magnetkopfbaugruppen 50 ist, wie in Fig. 7B gezeigt, an dem Arm 104 befestigt. Wenn eine Lese- oder Schreiboperation ausgeführt wird, werden die Festplatten 102 rotiert, und die Magnetkopfbaugruppen 50 werden in einer radialen Richtung der Festplatten 102 be wegt, um auf eine gewünschte Spur auf den Festplatten 102 zuzugreifen. Die Bewegung der Magnetkopfbaugruppen 50 wird durch den Arm 104 erreicht, der durch den Betätiger 103 angetrieben wird.

Nun folgt eine Beschreibung eines Ultraschallbondver fahrens und einer Ultraschallbondvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Flip-Chip-Bondvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt: einen Tisch 114, auf dem eine Verdrahtungsplatte 112 angeordnet ist; eine Bondeinheit 120; eine Steuereinheit (in der Figur nicht gezeigt), die Operationen der Bondeinheit 120 steuert; und einen Sensor 122, der eine Vibration eines Halbleiter chips 116 detektiert, der an die Verdrahtungsplatte 122 zu montieren ist. Die Verdrahtungsplatte 112 hat eine Vielzahl von Elektrodenanschlußstellen 111, und die Verdrahtungs platte 112 ist so auf dem Tisch 114 angeordnet, daß die Oberfläche, auf der die Elektrodenanschlußstellen 111 gebil det sind, nach oben zeigt. Der Halbleiterchip 116 hat eine Vielzahl von Bondhügeln 118 auf seiner schaltungsbildenden Oberfläche. Der Halbleiterchip 116 wird durch die Bondein heit 20 so gestützt, daß die schaltungsbildende Oberfläche, auf der die Bondhügel gebildet sind, nach unten zeigt. Der Halbleiterchip 116, der durch die Bondeinheit 120 gestützt wird, wird mit der Verdrahtungsplatte 112 auf dem Tisch 114 zum Bonden in Kontakt gebracht.

Die Bondeinheit 120 umfaßt einen Bondkopf 124, ein Bondwerkzeug 126, das sich von dem Bondkopf 124 abwärts erstreckt, und ein Ultraschallwellenoszillationselement (piezoelektrischer Wandler) 128, das mit dem Bondwerkzeug 126 integral ist. Die Bondeinheit 120 umfaßt ferner einen Transportmechanismus (in der Figur nicht gezeigt), um den Halbleiterchip 116 anzusaugen und zu befördern. Die Bondein heit 120 umfaßt des weiteren einen Preßmechanismus (in der Figur nicht gezeigt), um das Bondwerkzeug 126 abwärts zu bewegen, um den Halbleiterchip 116 mit der Verdrahtungs platte 112 in Kontakt zu bringen, und preßt den Halbleiter chip 116 mit einer vorbestimmten Druckkraft gegen die Ver drahtungsplatte 112.

Die Steuereinheit zum Steuern der Bondeinheit 120 ent hält eine Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 und eine Ultraschallwellenoszillationsschaltung 132. Die Aus gangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 und die Ultra schallwellenoszillationsschaltung 132 erzeugen ein Ultra schallsignal und führen das Ultraschallsignal dem Ultra schallwellenoszillationselement 128 zu. Demzufolge wird ein Ultraschallwellenoszillationsmechanismus durch die Ausgangs energie- und Zeiteinstellschaltung 130, die Ultraschallwel lenoszillationsschaltung 132 und das Ultraschallwellenoszil lationselement 128 gebildet.

Der Sensor 22 in dieser Ausführungsform ist ein Laser- Doppler-Schwingungsmesser, der ein Schwingungsmesser des Nichtkontakttyps ist. So empfängt der Sensor 122 einen Lichtstrahl, der durch eine Seitenoberfläche 116a des Halb leiterchips 116 reflektiert wird, um eine Veränderung der Frequenz des reflektierten Lichtstrahls zu detektieren, die durch den Doppler-Effekt verursacht wird.

Nun folgt eine Beschreibung eines Bondverfahrens, das durch die oben erwähnte Flip-Chip-Bondvorrichtung 110 ausge führt wird, die in Fig. 8 gezeigt ist.

Zuerst werden eine vorbestimmte Ausgangsenergie einer Ultraschallwelle und eine Zeit zum Oszillieren der Ultra schallwelle der Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 unter Verwendung einer Eingabeanordnung (in der Figur nicht gezeigt) eingegeben. Dann wird die Verdrahtungsplatte 112 auf dem Tisch 114 angeordnet, und der Halbleiterchip 116 wird durch die Bondeinheit 120 zu einer vorbestimmten Posi tion befördert, so daß die Bondhügel 118 des Halbleiterchips 116 die jeweiligen Elektrodenanschlußstellen 111 der Ver drahtungsplatte 112 kontaktieren. Das Bondwerkzeug 126 wird weiter abwärts bewegt, um den Halbleiterchip 116 mit einer vorbestimmten Druckkraft gegen die Verdrahtungsplatte 112 zu pressen. Dann werden die Ausgangsenergie- und Zeiteinstell schaltung 130 und die Ultraschallwellenoszillationsschaltung 132 betrieben, um das Ultraschallwellenoszillationselement 128 zu vibrieren. Daher wird die Ultraschallwelle, die durch das Ultraschallwellenoszillationselement 128 erzeugt wird, zu dem Halbleiterchip 116 zu übertragen, und das Halbleiter element 116 vibriert in einer horizontalen Richtung (die in der Figur durch einen Pfeil A gekennzeichnet ist). Somit werden die Bondhügel 118 und die Elektrodenanschlußstellen 111 durch die Ultraschallvibration aneinander gebondet.

Bei dem Bondprozeß durch die Ultraschallwelle, die durch das Ultraschallwellenoszillationselement 128 erzeugt wird, wird die Wellenform der Vibration des Halbleiterchips 116 durch den Sensor 122 detektiert und überwacht. Das heißt, zum Beispiel wird eine Differenz der Wellenform der Vibration zwischen den durch die Flip-Chip-Bondvorrichtung 110 produzierten Halbleitervorrichtungen untersucht, oder die Wellenform der Vibration von jedem Halbleiterchip wird mit einer vorbestimmten Referenzwellenform verglichen, um die Bedingung des Ultraschallbondens, das gerade ausgeführt wird, zu erkennen und eine notwendige Operation vorzunehmen, um die Bondbedingung zu optimieren. Somit kann durch die Flip-Chip-Bondvorrichtung 110 eine Halbleitervorrichtung mit hoher Qualität produziert werden.

Nun folgt eine Beschreibung eines Ultraschallbondver fahrens und einer Ultraschallbondvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung 134 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 sind Teile, die die selben wie die Teile von Fig. 8 sind, mit denselben Bezugs zeichen versehen, und ihre Beschreibungen werden weggelas sen.

Die Flip-Chip-Bondvorrichtung 134 gemäß der vorliegen den Ausführungsform hat dieselbe Struktur wie die Flip-Chip- Bondvorrichtung 110 von Fig. 8, außer daß das Ultraschall wellenoszillationselement unter dem Tisch 114 vorgesehen ist. Das heißt, das Ultraschallwellenoszillationselement 128 ist in ein Stützglied 136 integriert, das auf einer Basis (in der Figur nicht gezeigt) gestützt wird. Das Ultraschall wellenoszillationselement 128 erzeugt eine Ultraschallvibra tion, und die Ultraschallvibration wird durch den Tisch 114 zu der Verdrahtungsplatte 112 übertragen. Die Verdrahtungs platte 112 vibriert in einer Richtung, die in der Figur durch einen Pfeil A gekennzeichnet ist.

Der Sensor 122 der Flip-Chip-Bondvorrichtung 110 wurde durch einen Sensor 138 ersetzt, der ein Schwingungsmesser des Kontakttyps ist. Das heißt, der Sensor 138 enthält ein piezoelektrisches Element 140, um eine Veränderung in einem Strom zu detektieren, der durch das piezoelektrische Element 140 erzeugt wird.

Gemäß dem Ultraschallbondverfahren, das durch die Flip- Chip-Bondvorrichtung 134 ausgeführt wird, die in Fig. 9 gezeigt ist, wird die Wellenform einer Vibration der Ver drahtungsplatte 112 durch den Sensor 138 detektiert und überwacht, und die Bondbedingung wird auf dieselbe Weise wie bei der obigen zweiten Ausführungsform gesteuert.

Es folgt nun eine Beschreibung eines Ultraschallbond verfahrens und einer Ultraschallbondvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung 142 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 sind Teile, die dieselben wie die Teile von Fig. 8 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibungen werden weggelassen.

Die Flip-Chip-Bondvorrichtung 142 gemäß der vorliegen den Ausführungsform hat dieselbe Struktur wie die Flip-Chip- Bondvorrichtung 110, die in Fig. 8 gezeigt ist, die folgen den Punkte ausgenommen.

Das heißt, in dieser Ausführungsform ist ein Halblei terchipkontaktierglied 144 unabhängig von der Bondeinheit 120 vorgesehen. Das Halbleiterchipkontaktierglied 144 hat eine Durchgangsöffnung 148, die einen quadratischen Quer schnitt hat, durch den sich das Bondwerkzeug 126 erstreckt. Das Ultraschallwellenoszillationselement 128 ist vorgesehen, um das Halbleiterchipkontaktierglied 144 zu vibrieren. Die Durchgangsöffnung 148 hat eine gestufte Struktur, so daß sich die Öffnung nach unten erweitert. Eine abgeschrägte Oberfläche 148a ist an dem Ende der Öffnung 148 gebildet, das der Verdrahtungsplatte 112 zugewandt ist, so daß der Halbleiterchip 116 die abgeschrägte Oberfläche 148a kontak tiert, wenn das Halbleiterchipkontaktierglied hin zu dem Halbleiterchip 116 gedrängt wird.

Bei der obigen Struktur wird der Halbleiterchip 116 durch das Bondwerkzeug 126 gepreßt, und das Halbleiterchip kontaktierglied 144 überträgt die Ultraschallvibration unabhängig von dem Bondwerkzeug 126 zu dem Halbleiterchip 116. Demzufolge wird der Halbleiterchip durch das Halblei terchipkontaktierglied 144 sicher gehalten, wodurch die Ultraschallvibration von dem Ultraschallwellenoszillations element 128 mit Sicherheit zu dem Halbleiterchip 116 über tragen wird. Zusätzlich kann eine gewünschte Druckkraft auf den Halbleiterchip 116 lediglich durch das Bondwerkzeug 126 ausgeübt werden, wodurch verhindert wird, daß der Halblei terchip 116 auf Grund der Druckkraft beschädigt wird.

Da der Halbleiterchip 116 mit der abgeschrägten Ober fläche 148a in Kontakt gebracht wird, kann der Halbleiter chip 116 des weiteren innerhalb der Durchgangsöffnung ohne weiteres positioniert werden, und dieselbe Bondeinheit kann gemeinsam für Halbleiterchips verwendet werden, die ver schiedene Größen haben.

Der Sensor 146 enthält ähnlich wie bei der dritten Aus führungsform das piezoelektrische Element 140, das an dem Halbleiterchipkontaktierglied 144 befestigt ist, um eine Veränderung eines Stromes zu messen, der durch das piezo elektrische Element 140 erzeugt wird. Da der Halbleiterchip 116 durch das Halbleiterchipkontaktierglied 144 sicher gehalten wird, wie oben erwähnt, kann der Halbleiterchip 116 zusammen mit dem Halbleiterchipkontaktierglied 144 vibrieren, ohne zu verrutschen. Daher kann der Sensor 146 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Wellenform einer tatsächlichen Vibration, die zu dem Halbleiterchip 116 übertragen wird, detektieren und überwachen.

Gemäß dem Ultraschallbondverfahren, das durch die Flip- Chip-Bondvorrichtung 142 ausgeführt wird, die in Fig. 10 gezeigt ist, wird die Wellenform einer tatsächlichen Vibra tion der Verdrahtungsplatte 112 durch den Sensor 146 detek tiert und überwacht, und die Bondbedingung wird auf dieselbe Weise wie bei den oben erwähnten Ausführungsformen gesteu ert.

Jetzt folgt eine Beschreibung eines Ultraschallbondver fahrens und einer Ultraschallbondvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung 150 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 11 sind Teile, die dieselben wie die Teile von Fig. 8 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibungen werden weggelassen.

Die Flip-Chip-Bondvorrichtung 150 gemäß der vorliegen den Ausführungsform hat dieselbe Struktur wie die Flip-Chip- Bondvorrichtung 110, die in Fig. 8 gezeigt ist, außer daß sich die Struktur des Ultraschallwellenoszillationsmechanis mus von der bei der zweiten Ausführungsform unterscheidet.

Genauer gesagt, der Ultraschalloszillationsmechanismus der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Einstellschal tung einer optimalen Wellenform 154, einen A/D-Konverter 156, eine Komparatorschaltung 158 und eine Anzeigeeinheit 60 zusätzlich zu dem Ultraschallwellenoszillationselement 128, der Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 und der Ultraschallwellenoszillationsschaltung 132, die in der Flip- Chip-Bondvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Die Einstell schaltung einer optimalen Wellenform 154 stellt eine opti male Wellenform bezüglich der Ultraschallvibration, die durch das Ultraschallwellenoszillationselement 128 zu erzeu gen ist, auf der Basis von gesammelten Daten von verschiede nen Wellenformen ein, die bei verschiedenen Bondbedingungen erzeugt wurden. Die Ausgabe der optimalen Wellenform von der Einstellschaltung der optimalen Wellenform wird der Kompara torschaltung 158 zugeführt. Die Operationen der Bondeinheit 120 und die Operation des Ultraschallwellenoszillations mechanismus werden durch eine Steuereinheit 162 gesteuert. Die Steuereinheit 162 steuert auch eine Behandlungsoperation der Verdrahtungsplatte 112 und eine Behandlungsoperation der Halbleitervorrichtung, die durch die Flip-Chip-Bondvorrich tung 150 erzeugt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 folgt nun eine Beschrei bung eines Ultraschallbondverfahrens, das durch die Flip- Chip-Bondvorrichtung 150 von Fig. 11 ausgeführt wird. Fig. 12 ist ein Flußdiagramm der Ultraschallbondoperation, die durch die Flip-Chip-Bondvorrichtung 150 ausgeführt wird, die in Fig. 11 gezeigt ist.

Wenn die Ultraschallbondoperation gestartet wird, wird bei Schritt S10 eine vorbestimmte Ausgangsenergie und Dauer einer zu erzeugenden Ultraschallwelle der Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 unter Verwendung einer Einga bevorrichtung (in der Figur nicht gezeigt) zugeführt, um die Ausgangsenergie und die Dauer der Ultraschallwelle einzu stellen, die durch das Ultraschallwellenoszillationselement 128 zu erzeugen ist. Zusätzlich wird bei Schritt S12 eine optimale Wellenform der Einstellschaltung der optimalen Wellenform 154 durch die Eingabevorrichtung zugeführt. Danach wird bei Schritt S14 die Steuereinheit 162 einge schaltet, um eine Bondoperation zu starten.

Bei Schritt S16 wird die Verdrahtungsplatte 112 auf dem Tisch 114 durch die automatische Transportvorrichtung (in der Figur nicht gezeigt) angeordnet. Dann wird bei Schritt S18 der Halbleiterchip 116 durch Ansaugen durch das Bond werkzeug 126 aufgenommen und auf der Verdrahtungsplatte 112 so angeordnet, daß die Bondhügel 118 des Halbleiterchips 116 die jeweiligen Elektrodenanschlußstellen 111 der Verdrah tungsplatte 112 kontaktieren. Das Bondwerkzeug 126 wird weiter abwärts bewegt, so daß eine vorbestimmte Druckkraft auf den Halbleiterchip 116 angewendet wird.

Danach wird bei Schritt S20 die Ultraschallwellenoszil lationsschaltung 132 auf der Basis der Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 betrieben, um die Ultraschallvi bration durch das Ultraschalloszillationselement 128 zu erzeugen. Die Ultraschallvibration, die durch das Ultra schalloszillationselement 128 erzeugt wird, wird zu dem Halbleiterchip 116 übertragen, und dadurch vibriert der Halbleiterchip 116 in der Richtung, die in der Figur durch den Pfeil A gekennzeichnet ist. So werden die Bondhügel 118 des Halbleiterchips 116 und die Elektrodenanschlußstellen 111 der Verdrahtungsplatte 112 durch die Ultraschallvibra tion aneinandergebondet.

Wenn eine vorbestimmte Zeitperiode abgelaufen ist, nachdem die Erzeugung der Ultraschallvibration gestartet wurde, wird bei Schritt S22 die Wellenform der Vibration des Halbleiterchips 116 detektiert und überwacht. Die Wellen form, die ein analoges Signal ist und durch den Sensor 152 detektiert wird, wird der A/D-Konverterschaltung 156 zuge führt, um in ein digitales Signal konvertiert zu werden, und ein digitales Wellenformsignal wird von dem A/D-Konverter 156 ausgegeben. Das digitale Wellenformsignal wird der Komparatorschaltung 158 zugeführt.

Die Komparatorschaltung 158 vergleicht bei Schritt S24 das digitale Wellenformsignal, das durch die A/D-Konverter schaltung 156 zugeführt wird, mit dem optimalen Wellenform signal, das durch die Einstellschaltung der optimalen Wel lenform 154 zugeführt wird, und gibt das Resultat des Ver gleichs aus. Die Ausgabe der Komparatorschaltung 158 wird der Anzeigeeinheit 160 zugeführt, um die tatsächliche Wel lenform der Vibration des Halbleiterchips 116 und die zu erreichende optimale Wellenform anzuzeigen. Falls die Diffe renz zwischen dem digitalen Wellenformsignal, das durch die A/D-Konverterschaltung 156 zugeführt wird, und dem digitalen optimalen Wellenformsignal, das durch die Einstellschaltung der optimalen Wellenform 154 zugeführt wird, innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereiches liegt, wird bestimmt, das die Bondoperation normal ist, und die Routine geht zu Schritt S26 über. Falls andererseits die Differenz zwischen dem digitalen Wellenformsignal, das durch die A/D-Konverter schaltung 156 zugeführt wird, und dem digitalen optimalen Wellenformsignal, das durch die Einstellschaltung der opti malen Wellenform 154 zugeführt wird, außerhalb des vorbe stimmten zulässigen Bereiches liegt, wird bestimmt, daß die Bondoperation abnorm ist, und die Routine geht zu Schritt S28 über.

Bei Schritt S26 wird die Bondoperation für die vorbe stimmte Zeitperiode, die durch die Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 festgelegt ist, fortgesetzt, und die Halbleitervorrichtung wird aus der Flip-Chip-Bondvor richtung 150 entfernt. Danach kehrt die Routine zu Schritt S16 zurück, um eine andere Bondoperation auszuführen.

Falls andererseits bestimmt wird, das die Bondoperation abnorm ist, wird die abnorme Bedingung aufgezeichnet und ein Alarm erzeugt, und die Zeitperiode zur Anwendung der Ultra schallvibration, die durch die Ausgangsenergie- und Zeitein stellschaltung 130 festgelegt worden ist, wird bei Schritt S29 auf eine zweite vorbestimmte Zeitperiode verändert, die z. B. doppelt so lang wie die ursprünglich festgelegte Zeitperiode ist. Wenn danach die zweite vorbestimmte Zeit periode abgelaufen ist, wird bei Schritt S30 bestimmt, daß die Bondoperation vollendet ist, und die Halbleitervorrich tung wird aus der Flip-Chip-Bondvorrichtung 150 entfernt und zur Bewertung zu einem Prüffeld befördert.

Danach wird die Bondeinheit 120 bei Schritt S32 ausge schaltet. Dann wird bei Schritt S34 die abnorme Bedingung analysiert, die bei Schritt S28 aufgezeichnet wurde, und die Ausgangsenergie und die Zeit, die durch die Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 festgelegt wurden, werden auf zweckmäßige Werte verändert. Dann kehrt die Routine zu Schritt S14 zurück, um eine andere Bondoperation auszufüh ren.

Es sei erwähnt, daß nicht immer alle der obengenannten Schritte, die in Fig. 12 gezeigt sind, auszuführen sind. Das heißt, nachdem zum Beispiel bei Schritt S28 der Alarm er zeugt ist, kann die abnorme Halbleitervorrichtung aus der Flip-Chip-Bondvorrichtung 150 entfernt werden, ohne die Zeitperiode für die Bondoperation zu verändern. Zusätzlich kann Schritt S34 eliminiert werden, nachdem die Bondeinheit 120 ausgeschaltet ist. Das heißt, eine Ursache der Abnormi tät kann durch Untersuchen der Vorrichtung eliminiert wer den, und eine andere Bondoperation kann nach dem Eliminieren der Ursache der Abnormität gestartet werden.

Gemäß dem Ultraschallbondverfahren, das in der Flip- Chip-Bondvorrichtung 150 gemäß der vorliegenden Ausführungs form ausgeführt wird, wird die Wellenform der Vibration der Halbleitervorrichtung 116 durch den Sensor 152 detektiert und überwacht, und die detektierte Wellenform wird mit der optimalen Wellenform verglichen, um zu bestimmen, ob die Bondoperation normal oder abnorm ist. Durch das Anzeigen sowohl der Wellenform der tatsächlichen Vibration als auch der optimalen Vibration an der Anzeigeeinheit 160 kann zusätzlich eine akkurate Bestimmung dessen erfolgen, ob die Bondoperation normal oder abnorm ist. Falls eine Abnormität bei der Bondoperation auftritt, wird ferner ein Alarm er zeugt, und die Vorrichtung wird temporär gestoppt, um eine kontinuierliche Erzeugung der Abnormität zu verhindern. Zusätzlich wird die abnorme Bedingung vor der nachfolgenden Bondoperation analysiert, um die Ausgangsenergie und die Zeitperiode der Ultraschallvibration zu verändern, so daß eine Steuerung mit hoher Qualität erreicht werden kann.

Nun folgt eine Beschreibung eines Ultraschallbondver fahrens und einer Ultraschallbondvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 13 ist eine Darstellung einer Struktur einer Flip- Chip-Bondvorrichtung 164 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 13 sind Teile, die dieselben wie die Teile von Fig. 8 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibungen werden weggelassen.

Die Flip-Chip-Bondvorrichtung 164 gemäß der vorliegen den Ausführungsform hat dieselbe Struktur wie die Flip-Chip- Bondvorrichtung 150 von Fig. 11, die folgenden Punkte ausge nommen.

Das heißt, die Überwachung der Wellenform der Vibration des Halbleiterchips 116 erfolgt in einem vorbestimmten Zeitintervall (Abtastintervall), nachdem die Bondoperation gestartet wird. Dann wird das Differenzsignal, das von der Komparatorschaltung 158 ausgegeben wird, auf einmal der Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung 130 zugeführt. Dadurch wird die Ausgangsenergie und die Zeitperiode zur Erzeugung der Ultraschallvibration um einen vorbestimmten Betrag verändert, der zuvor gemäß dem Differenzsignal fest gelegt wurde, und bei der Bondoperation wird eine Rückfüh rungssteuerung erreicht. Es sei erwähnt, daß ähnlich wie bei der fünften Ausführungsform die optimale Wellenform, mit der bei der vorliegenden Ausführungsform der Vergleich erfolgen soll, die Wellenform der Ultraschallvibration bei Ausführung der Bondoperation unter einer guten Bedingung und unmittel bar vor Vollendung der Bondoperation ist.

Zusätzlich kann die Anzeigevorrichtung 160, die in Fig. 11 gezeigt ist, für die Flip-Chip-Bondvorrichtung 164 vorge sehen sein. Ferner kann ähnlich wie bei der fünften Ausfüh rungsform eine Signalleitung vorgesehen sein, um ein Signal von der Komparatorschaltung 158 der Steuereinheit 162 zuzu führen.

Gemäß dem Ultraschallbondverfahren, das in der Flip- Chip-Bondvorrichtung 164 gemäß der vorliegenden Ausführungs form ausgeführt wird, wird verhindert, da die Rückführungs steuerung bei der Bondoperation ausgeführt wird, daß die Halbleitervorrichtung infolge einer unzweckmäßigen oder unvollständigen Bondoperation einen Defekt erleidet. Falls sich die Wellenform der tatsächlichen Vibration von der optimalen Wellenform unterscheidet, wenn die Zeitperiode zur Erzeugung der Ultraschallvibration auf das Mehrfache der ursprünglich festgelegten Zeitperiode verändert wird, wird ferner angenommen, daß eine andere Abnormität als jene, die die Ultraschallbondoperation betrifft, in der Flip-Chip- Bondvorrichtung vorliegt. In solch einem Fall ist es nicht vorzuziehen, die Bondoperation durch Erhöhen der Bondzeit fortzusetzen, und deshalb kann die Bondoperation gestoppt werden, wenn zum Beispiel eine Zeitperiode abgelaufen ist, die sich auf das Dreifache der ursprünglich festgelegten Zeitperiode beläuft. Falls die Ursache der Abnormität nicht die Halbleitervorrichtung sondern die Bondvorrichtung be trifft, kann die Abnormität bei den nachfolgenden Bondopera tionen kontinuierlich auftreten. In solch einem Fall ist es daher vorzuziehen, die Operation der gesamten Bondvorrich tung zu stoppen, ohne zu der nächsten Bondoperation überzu gehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 14A bis 14C folgt nun eine Erläuterung einer Wellenform der Ultraschallvibration.

Im Anfangsstadium der Bondoperation wird kein Bonden ausgeführt, und der Halbleiterchip vibriert integral mit dem Ultraschallwellenoszillationselement. Dadurch ist die Wel lenform des Halbleiterchips mit der Wellenform des Ultra schallwellenoszillationselementes identisch. So wird im Anfangsstadium der Bondoperation von dem Halbleiterchip eine Sinuswellenform erhalten, die in Fig. 14A gezeigt ist.

Mit fortschreitender Bondoperation werden die Bondhügel des Halbleiterchips teilweise an die Elektrodenanschlußstel len der Verdrahtungsplatte gebondet. In solch einem Zustand wird ein gebondeter Abschnitt teilweise durchbrochen zu einer Zeit, wenn die Amplitude der Ultraschallvibration maximal ist, das heißt, wenn die Bewegung des Halbleiter chips in der horizontalen Richtung gefaltet [= engl. folded] wird. Dadurch wird eine Verzögerung der Vibration des Halb leiterchips erzeugt, woraus die Wellenform der Vibration des Halbleiterchips resultiert, die einer dreieckigen Wellenform angenähert ist, wie in Fig. 14B gezeigt. Im Endstadium der Bondoperation, das heißt, unmittelbar vor Vollendung der Bondoperation, erreicht dann die Wellenform der Vibration des Halbleiterchips ungefähr eine dreieckige Wellenform, wie sie in Fig. 14C gezeigt ist.

Die in Fig. 14C gezeigte dreieckige Wellenform ent spricht der optimalen Wellenform, die durch die Einstell schaltung der optimalen Wellenform festgelegt wird, die bei den oben erwähnten Ausführungsformen vorgesehen ist.

Nun folgt eine Betrachtung der Wellenform, wenn eine Abnormität bei der Bondoperation auftritt.

Es wird angenommen, daß eine der Ursachen eines unvoll ständigen Bondens das Auftreten eines Verrutschens zwischen dem Bondwerkzeug und dem Halbleiterchip ist. Falls ein Fremdkörper zwischen dem Bondwerkzeug und dem Halbleiterchip vorhanden ist, wird der Betrag des Verrutschens vergrößert, mit dem Resultat, daß die Ultraschallvibration unzureichend zu den Bondhügeln übertragen wird. Solch eine Erscheinung kann auftreten, wenn die Verbindung zwischen dem Halbleiter chip und dem Ultraschallwellenoszillationselement locker ist.

Falls die obige Erscheinung auftritt, wird die Ampli tude der Wellenform der Vibration des Halbleiterchips klei ner als jene der optimalen Wellenform. Im äußersten Fall kann die Amplitude der Vibration des Halbleiterchips fast null sein.

Bei den obigen Ausführungsformen wird die Wellenform der Vibration des Halbleiterchips oder der Verdrahtungs platte jedoch überwacht, um die Wellenform einer tatsächli chen Vibration mit der optimalen Wellenform zu vergleichen, so daß der Zustand des Bondens, d. h., ob das Bonden normal oder abnorm verläuft, auf der Basis des Resultats des Ver gleichs bestimmt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziell offenbarten Ausführungsformen begrenzt, und Veränderungen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die vorliegende Anmeldung basiert auf den japanischen Prioritätsanmeldungen Nr. 11-189282, eingereicht am 2. Juli 1999, und Nr. 11-303062, eingereicht am 25. Oktober 1999.

Claims

1. Kopfbaugruppe einer Plattenvorrichtung, gekenn zeichnet durch:
einen Kopf-IC-Chip (30), der eine Vielzahl von hervor stehenden Elektroden (32) hat, die aus Gold gebildet sind; und
eine Aufhängung (11), die den Kopf-IC-Chip (30) stützt, welche Aufhängung (11) eine Vielzahl von Elektrodenanschluß stellen (16) hat, die mit den jeweiligen hervorstehenden Elektroden (32) des Kopf-IC-Chips (30) verbunden sind, wobei jede der Elektrodenanschlußstellen (16) eine Oberflächen schicht (61) hat, die aus Gold gebildet ist,
bei der die hervorstehenden Elektroden (32) des Kopf- IC-Chips (30) durch Ultraschallbonden an die Elektroden anschlußstellen (16) der Aufhängung (11) gebondet sind.

2. Kopfbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungsglied (33) in einen Raum zwischen dem Kopf-IC-Chip (30) und der Aufhängung (11) gefüllt ist.

3. Plattenvorrichtung mit:
einer Platte (102) zum Speichern von Informationen;
einem Arm (104), der bezüglich der Platte (102) beweg lich ist;
einem Betätiger (103), der den Arm antreibt; und
einer Kopfbaugruppe (50), die an den Arm (104) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfbaugruppe (50) umfaßt:
einen Kopf-IC-Chip (30), der eine Vielzahl von hervor stehenden Elektroden (32) hat, die aus Gold sind; und
eine Aufhängung (11), die den Kopf-IC-Chip (30) stützt, welche Aufhängung (11) eine Vielzahl von Elektrodenanschluß stellen (16) hat, die mit den jeweiligen hervorstehenden Elektroden (32) des Kopf-IC-Chips (30) verbunden sind, wobei jede der Elektroden (16) eine Oberflächenschicht (61) hat, die aus Gold ist,
bei der die hervorstehenden Elektroden (32) des Kopf- IC-Chips (30) durch Ultraschallbonden an die Elektroden anschlußstellen (16) der Aufhängung (11) gebondet sind.

4. Ultraschallbondverfahren zum Bonden eines Halblei terchips (116), der eine Vielzahl von hervorstehenden Elek troden hat, an eine Verdrahtungsplatte (112), die eine Vielzahl von Elektrodenanschlußstellen hat, welches Ultra schallbondverfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bonden der hervorstehenden Elektroden des Halbleiter chips (116) an die Elektrodenanschlußstellen der Verdrah tungsplatte (112) durch Anwenden einer Ultraschallvibration auf eines von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungs platte (112);
Detektieren einer tatsächlichen Wellenform der Ultra schallvibration des einen von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungsplatte (112); und
Steuern des Bondprozesses auf der Basis der tatsächli chen Wellenform der Ultraschallvibration des einen von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungsplatte (112).

5. Ultraschallbondverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Steuern die folgenden Schritte enthält:
Einstellen einer optimalen Wellenform bezüglich der Ultraschallvibration des einen von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungsplatte (112); und
Vergleichen der tatsächlichen Wellenform mit der opti malen Wellenform, um eine Differenz zwischen der tatsächli chen Wellenform und der optimalen Wellenform zu erhalten, so daß der Bondprozeß auf der Basis der Differenz gesteuert wird.

6. Ultraschallbondverfahren nach Anspruch 5, gekenn zeichnet durch den Schritt zum Anzeigen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform an einer Anzeige einheit (160).

7. Ultraschallbondverfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt zum Alarmieren, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform einen vorbestimmten zulässigen Bereich überschreitet.

8. Ultraschallbondverfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt zum Stoppen des Bond prozesses, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform einen vorbestimmten zulässigen Bereich überschreitet.

9. Ultraschallbondverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bondprozeß gemäß einer Rückführungs steuerung auf der Basis eines Vergleichsresultats zwischen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform gesteuert wird.

10. Ultraschallbondvorrichtung zum Bonden eines Halb leiterchips, der eine Vielzahl von hervorstehenden Elektro den hat, an eine Verdrahtungsplatte, die eine Vielzahl von Elektrodenanschlußstellen hat, welche Ultraschallbondvor richtung gekennzeichnet ist durch:
einen Ultraschallvibrationserzeugungsmechanismus, der eine Ultraschallvibration durch ein Ultraschallwellenoszil lationselement erzeugt, welche Ultraschallvibration zu einem von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungsplatte (112) übertragen wird, um die hervorstehenden Elektroden des Halbleiterchips (116) an die Elektrodenanschlußstellen der Verdrahtungsplatte (112) zu bonden; und
einen Sensor (122), der eine tatsächliche Wellenform der Ultraschallvibration des einen von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungsplatte (112) detektiert, um die Ultraschallvibration, die durch den Ultraschallvibrationser zeugungsmechanismus erzeugt wird, auf der Basis der tatsäch lichen Wellenform zu steuern, die durch den Sensor (122) detektiert wird.

11. Ultraschallbondvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallvibrations erzeugungsmechanismus umfaßt:
eine Ultraschallwellenoszillationsschaltung (132), die das Ultraschallwellenoszillationselement antreibt; und
eine Ausgangsenergie- und Zeiteinstellschaltung (130) zum Einstellen einer Ausgangsenergie des Ultraschallwellen oszillationselementes und zum Einstellen einer Zeitperiode zum Erzeugen der Ultraschallvibration.

12. Ultraschallbondvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallvibrationserzeu gungsmechanismus ferner umfaßt:
eine Einstellschaltung einer optimalen Wellenform (154), die eine optimale Wellenform der Ultraschallvibration des einen von dem Halbleiterchip (116) und der Verdrahtungs platte (112) einstellt; und
einen Komparator (158), der die tatsächliche Wellen form, die durch den Sensor detektiert wird, mit der optima len Wellenform vergleicht, um eine Differenz zwischen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform zu erhalten.

13. Ultraschallbondvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit (160), die ein Vergleichsresultat des Komparators (158) anzeigt.

14. Ultraschallbondvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Alarmieren, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform einen vorbestimmten zulässigen Bereich überschreitet.

15. Ultraschallbondvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (162), die das Starten und Stoppen einer Operation der Ultraschallbond vorrichtung steuert, bei der die Steuereinheit die Operation der Ultraschallbondvorrichtung stoppt, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Wellenform und der optimalen Wellenform einen vorbestimmten zulässigen Bereich über schreitet.

16. Ultraschallbondvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichsresultat des Komparators (158) der Ausgangsenergie- und Zeiteinstell schaltung (130) zugeführt wird, um die tatsächliche Wellen form gemäß einer Rückführungssteuerung zu steuern.