JP2006165244A - Method for jointing component - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for jointing components, ensuring the junction quality, while shortening the time required for bonding operation and being capable of realizing the prolonging of the lifetime of a bonding tool. <P>SOLUTION: In the method for jointing the part, a part electrode mounted on the part is joined with a substrate electrode fitted to a substrate by vibrations. In such a method, a vibration-applying pattern repeatedly applies a first vibration applying process US1 of continuously applying first vibrations by a first voltage value V1 for a first applying time T1; and a second vibration applying process US2 of continuously applying second vibrations by a second voltage value V2 for a second applying time T2, in a junction process for applying vibration to the part by a vibrator and joining the part electrode with the substrate electrode. Accordingly, the slipping of the abutting surfaces of the bonding tool and the part resulting from the continuous application of vibrations having the same intensity can be significantly reduced, the quality of the junction is ensured, while the time required for the junction is shortened, and the prolonging of the lifetime of the bonding tool is realized. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、フリップチップなどの部品を基板に接合する部品接合方法に関するものである。   The present invention relates to a component bonding method for bonding a component such as a flip chip to a substrate.

フリップチップなどの部品を基板に接合する方法として超音波接合が知られている。超音波接合においては、部品に設けられたバンプを基板の電極に押圧しながら超音波振動を付与することにより、接合面を相互に摩擦させてバンプを電極に金属接合する(例えば特許文献1参照)。この特許文献例においては、接合ツールに保持された部品を基板に対して下降させてバンプを電極に押圧する際に、押圧荷重が所定荷重に到達したタイミングにて、予め設定された強さの超音波振動を所定時間連続して部品に印加するようにしている。
特許第3539209号公報
Ultrasonic bonding is known as a method for bonding a component such as a flip chip to a substrate. In ultrasonic bonding, by applying ultrasonic vibration while pressing a bump provided on a component against an electrode of a substrate, the bonding surfaces are rubbed against each other to bond the bump to the electrode (see, for example, Patent Document 1). ). In this patent document example, when the parts held by the joining tool are lowered with respect to the substrate and the bumps are pressed against the electrodes, at the timing when the pressing load reaches a predetermined load, the strength set in advance is set. The ultrasonic vibration is applied to the component continuously for a predetermined time.
Japanese Patent No. 3539209

ところで、接合ツールから部品に振動を伝達する際には、振動は必ずしもそのまま部品には伝わらず、一般に接合ツールと部品の当接面に滑りを生じる。このため、バンプと電極との接合面に十分な強さの振動を伝達して良好な接合品質を確保するためには、滑りによる伝達ロスを見込んだ上で超音波振動源の出力を強めに設定したり、あるいは振動印加時間を長めに設定する必要があった。   By the way, when vibration is transmitted from the joining tool to the part, the vibration is not necessarily transmitted to the part as it is, and generally a slip occurs on the contact surface between the joining tool and the part. For this reason, in order to transmit a sufficiently strong vibration to the bonding surface between the bump and the electrode to ensure a good bonding quality, the output of the ultrasonic vibration source should be increased after allowing for a transmission loss due to slippage. It was necessary to set or set the vibration application time longer.

このため、接合対象の部品には適正な接合状態を得るために本来的に必要とされる振動強さを超えて、過大な強さの超音波振動が余分な時間連続して印加される事態が生じやすく、部品の損傷を招くとともに余分な接合作業時間を要する場合があった。また接合ツールと部品の間に滑りが生じている状態で振動印加を行うことから、接合ツールと部品との当接面に摩耗が発生しやすく、接合ツールの寿命が短くなって消耗品コストが増大するとともに、接合ツールの摩耗状態の経時変化に起因する接合品質の変動などの不具合を生じる場合があった。   For this reason, a situation in which excessively strong ultrasonic vibrations are continuously applied to the parts to be joined exceeding the vibration strength originally required to obtain an appropriate joined state for an extra time. In some cases, parts are damaged, and extra joining work time is required. In addition, since vibration is applied while there is slippage between the joining tool and the part, the contact surface between the joining tool and the part tends to wear, shortening the life of the joining tool and reducing the cost of consumables. In addition to the increase, there is a case where a defect such as a variation in bonding quality due to a change in wear state of the bonding tool with time is caused.

そこで本発明は、接合品質を確保するとともに接合作業に要する時間を短縮し、さらに接合ツールの長寿命化を実現することができる部品接合方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a component joining method capable of ensuring joining quality, shortening the time required for joining work, and further realizing extending the life of a joining tool.

本発明の部品接合方法は、部品に設けられた部品電極を基板に設けられた基板電極に振動により接合する部品接合方法であって、前記部品電極を前記基板電極に当接させる工程と、複数の単位振動印加工程を反復することによって前記部品に振動を印加し前記部品電極を前記基板電極に接合する接合工程とを含み、前記複数の単位振動印加工程のうち、先行後続関係にある2つの単位振動印加工程において、相異なる強さの振動を印加する。   The component bonding method of the present invention is a component bonding method for bonding a component electrode provided on a component to a substrate electrode provided on a substrate by vibration, and a step of bringing the component electrode into contact with the substrate electrode; A step of applying a vibration to the component by repeating the unit vibration applying step, and joining the component electrode to the substrate electrode. Of the plurality of unit vibration applying steps, In the unit vibration application step, vibrations having different strengths are applied.

本発明によれば、部品電極を基板電極に接合する接合工程を構成する複数の単位振動印加工程のうち、先行後続関係にある2つの単位振動印加工程において、異なる強さの振動を印加することにより、接合ツールの当接面と部品との相対滑りを極力低減させることができ、接合品質を確保するとともに接合に要する時間を短縮し、さらに接合ツールの長寿命化が実現される。   According to the present invention, vibrations having different strengths are applied in two unit vibration application steps that are in a preceding / following relationship among a plurality of unit vibration application steps that constitute a joining step of joining a component electrode to a substrate electrode. As a result, the relative slip between the contact surface of the welding tool and the parts can be reduced as much as possible, ensuring the bonding quality, shortening the time required for bonding, and further extending the life of the bonding tool.

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の構成を示すブロック図、図2は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の動作説明図、図3、図4、図5、図6、図7は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図、図8は従来の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 6 and 7 are explanatory views of an ultrasonic vibration application pattern in the ultrasonic bonding apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an explanatory view of the ultrasonic vibration application pattern in the conventional ultrasonic bonding apparatus.

まず図1を参照して、超音波ボンディング装置の構造を説明する。図1において、位置決めテーブル1の上面に設けられた基板保持部2には、基板3が保持されている。位置決めテーブル1は、テーブル駆動部11によって駆動される。基板3には、部品としての半導体チップ4が超音波ボンディングにより実装される。基板3の上面には基板電極としての回路電極3aが設けられており、半導体チップ4の下面には、部品電極としてのバンプ4aが設けられている。半導体チップ4の基板3への実装は、バンプ4aを回路電極3aに超音波振動により接合することにより行われる。   First, the structure of the ultrasonic bonding apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a substrate 3 is held by a substrate holder 2 provided on the upper surface of the positioning table 1. The positioning table 1 is driven by a table driving unit 11. A semiconductor chip 4 as a component is mounted on the substrate 3 by ultrasonic bonding. Circuit electrodes 3 a as substrate electrodes are provided on the upper surface of the substrate 3, and bumps 4 a as component electrodes are provided on the lower surface of the semiconductor chip 4. The semiconductor chip 4 is mounted on the substrate 3 by bonding the bumps 4a to the circuit electrodes 3a by ultrasonic vibration.

位置決めテーブル1の上方にはボンディング機構が配設されている。ボンディング機構は、昇降押圧機構5によって昇降動作を行う昇降ブロック6の下面に、接合ツール7を装着して構成されている。昇降押圧機構5は、ヘッド昇降駆動部14によって駆動される。接合ツール7は棒状部材であるホーン8を主体としており、ホーン8の1方側の端部には振動子10が装着されている。振動子駆動部12によって振動子10を駆動することにより、ホーン8には超音波振動が付与される。   A bonding mechanism is disposed above the positioning table 1. The bonding mechanism is configured by mounting a joining tool 7 on the lower surface of a lifting block 6 that moves up and down by a lifting and lowering pressing mechanism 5. The raising / lowering pressing mechanism 5 is driven by the head raising / lowering driving unit 14. The joining tool 7 is mainly composed of a horn 8 that is a rod-shaped member, and a vibrator 10 is attached to one end of the horn 8. By driving the vibrator 10 by the vibrator driving unit 12, ultrasonic vibration is applied to the horn 8.

ホーン8の下面の中央部には接合作用部9が設けられており、接合作用部9の下面はボンディング対象の半導体チップ4に当接する当接面9aとなっている。なお当接面9aは、ホーン8の定在波振動の腹に相当する位置に設けられている。ホーン8の内部には吸引孔8aが設けられており、吸引孔8aは当接面9aに設けられた吸着孔9bに連通している。吸引孔8aは吸引駆動部13に接続されている。吸引駆動部13を駆動することにより吸着孔9bから真空吸引し、当接面9aに当接した半導体チップ4を真空吸着により保持する。   A bonding portion 9 is provided at the center of the lower surface of the horn 8, and the lower surface of the bonding portion 9 is a contact surface 9 a that contacts the semiconductor chip 4 to be bonded. The contact surface 9 a is provided at a position corresponding to the antinode of standing wave vibration of the horn 8. A suction hole 8a is provided inside the horn 8, and the suction hole 8a communicates with a suction hole 9b provided in the contact surface 9a. The suction hole 8 a is connected to the suction drive unit 13. By driving the suction drive unit 13, vacuum suction is performed from the suction hole 9b, and the semiconductor chip 4 in contact with the contact surface 9a is held by vacuum suction.

テーブル駆動部11,振動子駆動部12,吸引駆動部13,ヘッド昇降駆動部14は、制御部15によって制御される。記憶部16には後述する部品接合動作の動作プログラムのほか、振動子10を駆動して半導体チップ4に振動を付与する際の振動印加パターンに関するデータが記憶されている。入力部17はキーボードやマウスなどの入力手段であり、操作コマンドや振動印加パターンなどのデータを入力する。表示部18は表示パネルであり、操作画面やデータ入力画面を表示する。   The table driving unit 11, the vibrator driving unit 12, the suction driving unit 13, and the head lifting / lowering driving unit 14 are controlled by the control unit 15. In addition to an operation program for component bonding operation described later, the storage unit 16 stores data related to a vibration application pattern when the vibrator 10 is driven to apply vibration to the semiconductor chip 4. The input unit 17 is an input unit such as a keyboard or a mouse, and inputs data such as operation commands and vibration application patterns. The display unit 18 is a display panel, and displays an operation screen and a data input screen.

図2は、超音波ボンディング装置による部品接合動作を示している。部品接合動作に際しては、まず接合ツール7の接合作用部9に半導体チップ4を保持させ、図2(a)に示すように、バンプ4aを基板3の回路電極3aに対して位置合わせする。次いで、接合ツール7を下降させて図2(b)に示すように、バンプ4aを回路電極3aに当接させる(当接工程)。次いで、振動子10を駆動して、図2(c)に示すように、接合作用部9を介して半導体チップ4に振動を印加し、バンプ4aを回路電極3aに荷重と振動により金属接合する(接合工程)。   FIG. 2 shows a component bonding operation by the ultrasonic bonding apparatus. In the component bonding operation, first, the semiconductor chip 4 is held by the bonding portion 9 of the bonding tool 7 and the bumps 4a are aligned with the circuit electrodes 3a of the substrate 3 as shown in FIG. Next, the bonding tool 7 is lowered to bring the bump 4a into contact with the circuit electrode 3a as shown in FIG. 2B (contact process). Next, the vibrator 10 is driven to apply vibration to the semiconductor chip 4 via the bonding action portion 9 as shown in FIG. 2C, and the bump 4a is metal-bonded to the circuit electrode 3a by load and vibration. (Joining process).

次に、図3を参照して、上述の接合工程における振動子10による振動印加パターンについて説明する。図3は、接合工程において振動子10を発振させるために、振動子駆動部12によって振動子10に対して出力される駆動電流の電圧値Vの時間変動を示している。ここでは、この電圧値Vが超音波振動の振幅、すなわち振動の強さを示す指標となっ
ている。
Next, with reference to FIG. 3, the vibration application pattern by the vibrator | oscillator 10 in the above-mentioned joining process is demonstrated. FIG. 3 shows the time variation of the voltage value V of the drive current output to the vibrator 10 by the vibrator driving unit 12 in order to oscillate the vibrator 10 in the joining process. Here, the voltage value V is an index indicating the amplitude of the ultrasonic vibration, that is, the strength of the vibration.

図3に示すように、本実施の形態に示す部品接合方法の接合工程においては、一様な強さの振動を連続して印加するのではなく、所定時間の間だけ一定強さの振動を印加する単位振動印加工程を、複数回反復するようにしている。すなわち、振動印加開始のタイミングt1から振動印加終了のタイミングtnまでの間に、第1電圧値V1による振動を第1印加時間T1の間だけ印加する第1振動印加工程US1と、第2電圧値V2による振動を第2印加時間T2の間だけ印加する第2振動印加工程US2とを、交互に反復する形態となっている。   As shown in FIG. 3, in the joining process of the component joining method shown in the present embodiment, a vibration having a constant strength is applied only for a predetermined time instead of continuously applying a vibration having a uniform strength. The unit vibration applying step to be applied is repeated a plurality of times. That is, the first vibration application step US1 for applying the vibration by the first voltage value V1 only during the first application time T1 between the vibration application start timing t1 and the vibration application end timing tn, and the second voltage value. The second vibration application process US2 in which the vibration by V2 is applied only for the second application time T2 is alternately repeated.

振動印加に際しては、まずタイミングt1において、ボンディング条件によって規定される第1電圧値V1によって振動子10を駆動することにより、ホーン8に第1電圧値V1に応じた強さの振動(第1の振動)を印加する。そして第1印加時間T1が経過したタイミングt2にて、第1電圧値V1よりも小さい第2電圧値V2に電圧値Vを切り換えて、第2電圧値V2に応じた強さの振動(第2の振動)を印加する。第2電圧値V2の意義については後述する。そして第2印加時間T2が経過したタイミングt3にて再度電圧値Vを第1電圧値V1に切り換えて第1の振動を印加し、以降同様のパルス状の電圧値切換による振動印加パターンを反復実行する。   When applying the vibration, first, at timing t1, the vibrator 10 is driven by the first voltage value V1 defined by the bonding condition, thereby causing the horn 8 to vibrate with a strength corresponding to the first voltage value V1 (first voltage value V1). (Vibration) is applied. Then, at the timing t2 when the first application time T1 has elapsed, the voltage value V is switched to the second voltage value V2 that is smaller than the first voltage value V1, and the vibration with the intensity corresponding to the second voltage value V2 (second Vibration). The significance of the second voltage value V2 will be described later. Then, at the timing t3 when the second application time T2 has elapsed, the voltage value V is switched to the first voltage value V1 again to apply the first vibration, and thereafter the vibration application pattern by the same pulse-shaped voltage value switching is repeatedly executed. To do.

すなわち、図3に示す振動印加パターンに基づく接合工程においては、複数の単位振動印加工程を反復することによって半導体チップ4に振動を印加するようにしている。そしてこれら反復される複数の単位振動印加工程のうち、時間的に直接の先行後続関係にある2つの単位振動印加工程において、相異なる強さの振動を印加するようにしている。図3に示す例では、強さが相異なる第1の振動および第2の振動をそれぞれ印加する第1振動印加工程および第2振動印加工程を、交互に反復して実行する振動印加形態となっている。   That is, in the bonding process based on the vibration application pattern shown in FIG. 3, vibration is applied to the semiconductor chip 4 by repeating a plurality of unit vibration application processes. Of the plurality of unit vibration application processes that are repeated, two unit vibration application processes that are directly related to each other in time are applied with vibrations having different strengths. In the example shown in FIG. 3, a vibration application mode is performed in which the first vibration application process and the second vibration application process in which the first vibration and the second vibration having different strengths are applied alternately are repeatedly executed. ing.

振動と荷重による部品接合において、このような振動印加形態を採用することの意義について説明する。図8は、図1と同様の超音波ボンディング装置を用いて、従来の振動印加形態によって半導体チップを接合する場合における、接合ツールから半導体チップへの振動伝達挙動を示すものである。図8(a)、(b)は、それぞれ部品接合過程における押圧荷重Pと超音波出力Wとの時間変化をグラフで示しており、図8(c)は、部品接合過程において接合ツール7と半導体チップ4にそれぞれ伝達される振動の振幅の時間変化をグラフで示している。   The significance of adopting such a vibration application mode in component joining by vibration and load will be described. FIG. 8 shows the vibration transmission behavior from the bonding tool to the semiconductor chip when the semiconductor chip is bonded by the conventional vibration application mode using the same ultrasonic bonding apparatus as in FIG. FIGS. 8A and 8B are graphs showing temporal changes in the pressing load P and the ultrasonic output W in the component joining process. FIG. 8C is a diagram showing the joining tool 7 in the component joining process. The time change of the amplitude of the vibration transmitted to the semiconductor chip 4 is shown in a graph.

部品接合動作が開始されると、図8(a)に示すように、押圧荷重Pは接合ツール7が半導体チップ4に当接するタイミングt0から上昇し、タイミングt1にて規定押圧荷重P0に到達する。そしてこのタイミングt1にて図7(b)に示すように、振動子10の駆動を開始して振動印加が開始される。このとき、従来は振動印加開始のタイミングt1から振動印加終了のタイミングtnまで、規定の超音波出力に対応した一様の電圧値V0にて、振動子10を連続して駆動するようにしていた。   When the component joining operation is started, as shown in FIG. 8A, the pressing load P increases from the timing t0 when the joining tool 7 contacts the semiconductor chip 4, and reaches the specified pressing load P0 at the timing t1. . Then, at this timing t1, as shown in FIG. 7B, driving of the vibrator 10 is started and application of vibration is started. At this time, conventionally, the vibrator 10 is continuously driven at a uniform voltage value V0 corresponding to a prescribed ultrasonic output from a vibration application start timing t1 to a vibration application end timing tn. .

このようにして振動子10を駆動することにより、接合ツール7には超音波振動がホーン8を介して伝達され、さらに接合作用部9から半導体チップ4には振動が当接面9aを介して伝達される。図8(c)はこのときの接合作用部9、半導体チップ4のそれぞれの振幅の変動を、グラフ線a、bにて示している。これらのグラフ線から分かるように、振動印加開始のタイミングt1から接合作用部9の当接面9aにおける振幅Aは時間経過とともに増加し、ある時間が経過した後には電圧値V0に対応した振幅A0に収束する。   By driving the vibrator 10 in this way, ultrasonic vibration is transmitted to the bonding tool 7 via the horn 8, and vibration is further transmitted from the bonding action portion 9 to the semiconductor chip 4 via the contact surface 9a. Communicated. FIG. 8C shows the fluctuations of the amplitudes of the bonding action portion 9 and the semiconductor chip 4 at this time by graph lines a and b. As can be seen from these graph lines, the amplitude A at the contact surface 9a of the bonding portion 9 increases with time from the timing t1 when vibration application starts, and after a certain time has elapsed, the amplitude A0 corresponding to the voltage value V0. Converge to.

これに対し、半導体チップ4に伝達される振動の振幅Aは、振動印加開始後、極短い時
間の間は接合作用部9の振幅に略追従して増加するが、ある初期時間T(数10msec.程度)が経過した時点で極値A1まで到達した後は、接合ツールの振幅に追従することなく低下し、接合作用部9の振幅A0よりも大幅に小さい振幅Amに収束する傾向を示す。
On the other hand, the amplitude A of vibration transmitted to the semiconductor chip 4 increases substantially following the amplitude of the bonding operation portion 9 for a very short time after the start of vibration application, but has a certain initial time T (several tens of milliseconds). After reaching the extreme value A1 when the degree of...) Has elapsed, it decreases without following the amplitude of the welding tool, and tends to converge to an amplitude Am that is significantly smaller than the amplitude A0 of the bonding action portion 9.

すなわち、振動子10が発生する振動は、接合作用部9まではホーン8の振動伝達特性にしたがって伝達されるものの、接合対象の半導体チップ4にはその振動はそのまま伝達されず、特に上述の初期時間Tが経過した後には、接合作用部9と半導体チップ4との間には滑りが発生することが判る。換言すれば、半導体チップ4に接合作用部9を当接させて基板に押圧する部品接合過程においては、接合作用部9に伝達された振動がさらに半導体チップ4へ伝達される際の振動伝達は、振動印加開始時点から初期時間Tの範囲内のみ効率的であるということができる。   That is, the vibration generated by the vibrator 10 is transmitted to the bonding action portion 9 according to the vibration transmission characteristics of the horn 8, but the vibration is not transmitted as it is to the semiconductor chip 4 to be bonded. After the time T has elapsed, it can be seen that slip occurs between the bonding operation portion 9 and the semiconductor chip 4. In other words, in the component bonding process in which the bonding action portion 9 is brought into contact with the semiconductor chip 4 and pressed against the substrate, vibration transmission when the vibration transmitted to the bonding action portion 9 is further transmitted to the semiconductor chip 4 is performed. It can be said that it is efficient only within the range of the initial time T from the start of applying the vibration.

そして初期時間T経過以降は半導体チップ4への振動伝達効率は低く、接合作用部9に伝達された振動エネルギーの相当部分は接合作用部9と半導体チップ4との滑りによって無駄になっていた。このような振動伝達の時間変動については従来明らかにされておらず、本発明者が超音波ボンディングにおける品質・効率の改善を目的として行った種々の試行実験において、新たな知見として得られたものである。そして図8(c)に示す現象は、広い荷重範囲、超音波出力範囲で生じることが確認されている。   After the initial time T has elapsed, the vibration transmission efficiency to the semiconductor chip 4 is low, and a substantial portion of the vibration energy transmitted to the bonding action portion 9 is wasted due to slippage between the bonding action portion 9 and the semiconductor chip 4. Such time fluctuation of vibration transmission has not been clarified in the past, and was obtained as new knowledge in various trial experiments conducted by the present inventors for the purpose of improving quality and efficiency in ultrasonic bonding. It is. It has been confirmed that the phenomenon shown in FIG. 8C occurs in a wide load range and an ultrasonic output range.

このような低い振動伝達効率のため、従来は接合対象の半導体チップには適正な接合状態を得るために本来的に必要とされる振動強さを超えて、過大な強さの超音波振動が余分な時間連続して印加される事態が生じやすく、半導体チップの損傷を招くとともに余分な接合作業時間を要してしまう場合があった。また接合ツールと半導体チップとの間に滑りが生じている状態で振動印加を行うことから、接合ツールと半導体チップとの当接面に摩耗が発生しやすく、接合ツールの寿命が短くなって消耗品コストが増大するとともに、接合ツールの摩耗状態の経時変化に起因する接合品質の変動などの不具合を生じる場合があった。   Due to such low vibration transmission efficiency, excessively strong ultrasonic vibrations have exceeded the vibration strength originally required to obtain an appropriate bonded state in the semiconductor chip to be bonded. There is a case in which a continuous application time is likely to occur for an extra time, which may cause damage to the semiconductor chip and may require an extra joining operation time. In addition, since vibration is applied while there is slippage between the bonding tool and the semiconductor chip, the contact surface between the bonding tool and the semiconductor chip is likely to wear, and the life of the bonding tool is shortened and consumed. In addition to an increase in product cost, there are cases in which problems such as variations in bonding quality due to changes in the wear state of the bonding tool over time have occurred.

図3に示す振動印加パターンは、上述の知見に基づいて接合作用部9から半導体チップ4への振動伝達の効率化を実現するために設定されたものである。すなわち図3において、まず第1電圧値V1を、対象とする半導体チップのボンディング条件から決定し、第1電圧値V1による振動(第1の振動)を印加する第1振動印加工程US1の第1印加時間T1を、図8(c)に示す初期時間Tに相当する時間に設定する。   The vibration application pattern shown in FIG. 3 is set in order to realize the efficiency of vibration transmission from the bonding operation portion 9 to the semiconductor chip 4 based on the above knowledge. That is, in FIG. 3, the first voltage value V1 is first determined from the bonding conditions of the target semiconductor chip, and the first vibration application step US1 of the first vibration application step US1 for applying the vibration (first vibration) by the first voltage value V1 is applied. The application time T1 is set to a time corresponding to the initial time T shown in FIG.

そして第2電圧値V2を、接合作用部9と半導体チップ4との滑りが生じない振幅範囲内となるような低い出力値に設定し、第2電圧値V2による振動(第2の振動)を印加する第2振動印加工程US2の第2印加時間T2を、所定の時間に設定する。本実施の形態では、第2印加時間T2を第1印加時間T1とほぼ同程度の時間に設定した例を図示しているが、なるべく短い時間(例えば5msec.程度)にしたほうが、接合時間短縮のために望ましい。このような振動印加パターンを採用することにより、図8(c)に示すような初期時間T内における振動伝達状態が反復されることになり、接合作用部9と半導体チップ4との間に滑りが生じることによる振動伝達のロスを極小にすることができる。   Then, the second voltage value V2 is set to a low output value that falls within an amplitude range where no slippage occurs between the bonding operation portion 9 and the semiconductor chip 4, and vibration (second vibration) due to the second voltage value V2 is set. The second application time T2 of the second vibration application step US2 to be applied is set to a predetermined time. In the present embodiment, an example in which the second application time T2 is set to approximately the same time as the first application time T1 is illustrated, but the junction time is shortened by setting the time as short as possible (for example, about 5 msec.). Desirable for. By adopting such a vibration application pattern, the vibration transmission state within the initial time T as shown in FIG. 8C is repeated, and slipping occurs between the bonding action portion 9 and the semiconductor chip 4. It is possible to minimize vibration transmission loss due to the occurrence of.

このようにして振動伝達効率が改善されることにより、本来的に必要とされる振動強さを超えて過大な強さの超音波振動が余分な時間連続して印加される事態が発生しない。したがって、半導体チップ4が過大振動によって損傷する不具合を防止することができるとともに、余分な接合作業時間を排して作業時間を短縮することができる。また接合作用部9と半導体チップ4との間の相対滑りが抑制されることから、接合作用部9の当接面9aの摩耗が軽減され、接合ツール7の寿命を延長することができるとともに、接合作用部9
の摩耗状態の経時変化に起因する接合品質の変動などの不具合を防止することが可能となっている。
By improving the vibration transmission efficiency in this way, a situation in which ultrasonic vibration having an excessive strength exceeding an originally required vibration strength is continuously applied for an extra time does not occur. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor chip 4 from being damaged due to excessive vibration, and to reduce the work time by eliminating the extra joining work time. Moreover, since the relative slip between the joining action part 9 and the semiconductor chip 4 is suppressed, the wear of the contact surface 9a of the joining action part 9 can be reduced, and the life of the joining tool 7 can be extended. Bonding action part 9
It is possible to prevent problems such as variations in bonding quality caused by changes in the wear state over time.

なお上記実施の形態においては、第1振動印加工程US1における第1の振動の強さを常に一定にする例を示したが、図4に示すように、第1の振動の強さを変化させる振動印加パターンを採用してもよい。すなわち、図4(a)に示す例では、第1振動印加工程US2電子部品の第2電圧値V2を一定にした状態で、第1の振動を与える電圧値を、振動印加開始のタイミングt1における第1電圧値V1から振動印加終了のタイミングtnにおける第3電圧値V3まで段階的に弱くなるように設定する。すなわちこの例では、第1の振動を接合工程の開始から終了に至るまで段階的に弱くするようにしている。   In the above embodiment, the example in which the strength of the first vibration in the first vibration applying step US1 is always constant has been shown. However, as shown in FIG. 4, the strength of the first vibration is changed. A vibration application pattern may be employed. That is, in the example shown in FIG. 4A, the voltage value that gives the first vibration is set at the vibration application start timing t1 in the state where the second voltage value V2 of the first vibration application step US2 electronic component is constant. The first voltage value V1 is set so as to gradually decrease from the first voltage value V1 to the third voltage value V3 at the timing tn when the vibration application ends. That is, in this example, the first vibration is weakened in stages from the start to the end of the joining process.

また図4(b)に示す例では、第1の振動を与える電圧値を、振動印加開始のタイミングt1における第4電圧値V4から振動印加終了のタイミングtnにおける第5電圧値V5まで段階的に強くなるように設定する。すなわちこの例では、第1の振動を接合工程の開始から終了に至るまで段階的に強くするようにしている。さらに図4(c)に示す例では、上記2例を組み合わせた振動印加パターンとなっており、 第1の振動を与える電圧値を、振動印加開始のタイミングt1における第6電圧値V6から第7電圧値V7まで強くした後、振動印加終了のタイミングtnにおける第8電圧値V8まで段階的に弱くなるように設定する。すなわちこの例では、第1の振動を接合工程の開始から途中に至るまで段階的に強くし、途中から接合工程の終了に至るまで段階的に弱くするように設定するようにしている。   In the example shown in FIG. 4B, the voltage value for applying the first vibration is stepwise from the fourth voltage value V4 at the vibration application start timing t1 to the fifth voltage value V5 at the vibration application end timing tn. Set to be strong. That is, in this example, the first vibration is increased stepwise from the start to the end of the joining process. Furthermore, in the example shown in FIG. 4C, the vibration application pattern is a combination of the above two examples, and the voltage value giving the first vibration is changed from the sixth voltage value V6 at the vibration application start timing t1 to the seventh voltage value. After increasing to the voltage value V7, it is set so as to gradually decrease to the eighth voltage value V8 at the timing tn when the vibration application ends. That is, in this example, the first vibration is set so as to increase stepwise from the start to the middle of the joining process and to weaken stepwise from the middle to the end of the joining process.

また図5は、図3に示す振動印加パターンにおいて、第2振動印加工程US2における第2の振動の強さを、実質的に零に設定した例を示している。すなわち、第2振動印加工程US2における振動子駆動部12の出力状態を、第2電圧値V2を零に設定することによってOFF状態とし、第1振動印加工程US1においてのみ振動子10を作動させる完全な間欠駆動状態とする。そして図6に示す例は、図4(a)、(b)、(c)に示す3例において、同様に第2振動印加工程US2における第2の振動の強さを、実質的に零に設定した例を示している。   FIG. 5 shows an example in which the strength of the second vibration in the second vibration application step US2 is set to substantially zero in the vibration application pattern shown in FIG. That is, the output state of the vibrator drive unit 12 in the second vibration application process US2 is set to the OFF state by setting the second voltage value V2 to zero, and the vibrator 10 is operated only in the first vibration application process US1. In an intermittent drive state. In the example shown in FIG. 6, the strength of the second vibration in the second vibration applying step US2 is substantially reduced to zero in the three examples shown in FIGS. An example of setting is shown.

このように本発明における振動印加パターンにおいては、接合工程において複数の単位振動印加工程を反復することによって半導体チップ4に振動を印加し、複数の単位振動印加工程のうち、時間的に直接の先行後続関係にある2つの単位振動印加工程において、相異なる強さの振動を印加するようにしている。これにより、同じ強さで振動印加を継続して行うことに起因する接合作用部9と半導体チップ4との相対滑りを抑制して、振動伝達効率を向上させることができる。   As described above, in the vibration application pattern according to the present invention, vibration is applied to the semiconductor chip 4 by repeating a plurality of unit vibration application steps in the bonding step, and the temporal advance directly among the plurality of unit vibration application steps. In the two unit vibration application steps in the subsequent relationship, vibrations having different strengths are applied. Accordingly, it is possible to improve the vibration transmission efficiency by suppressing the relative slip between the bonding action portion 9 and the semiconductor chip 4 caused by continuously applying the vibration with the same strength.

なお、図3〜図6に示す振動印加パターンにおいては、第1振動印加工程US1と第2振動印加工程US2を交互に反復する際に、振動の強さが強い第1振動印加工程US1から振動印加を開始する例を示したが、振動の強さが弱い第2振動印加工程US2から振動印加を開始するようにしてもよい。   In the vibration application patterns shown in FIGS. 3 to 6, when the first vibration application process US1 and the second vibration application process US2 are alternately repeated, the vibrations from the first vibration application process US1 having a strong vibration strength are generated. Although the example of starting the application has been shown, the application of vibration may be started from the second vibration application process US2 in which the intensity of vibration is weak.

また図3〜図6に示す振動印加パターンにおいては、第1の振動、第2の振動の強さを一定値または規則的に変化する規則変動値に設定する例を示したが、図7に示すように、複数の単位振動印加工程において、電圧値を単位振動印加工程毎にランダムに設定して、同じ強さの振動が連続して印加されないようにしてもよい。この例においても、時間的に直接の先行後続関係にある2つの単位振動印加工程において、相異なる強さの振動を印加するパターンとなっており、同じ強さで振動印加を継続して行うことに起因する接合作用部9と半導体チップ4との相対滑りを抑制して、同様の効果を得る。   In the vibration application patterns shown in FIGS. 3 to 6, an example in which the intensity of the first vibration and the second vibration is set to a constant value or a regularly varying value that regularly changes is shown in FIG. 7. As shown, in a plurality of unit vibration application processes, voltage values may be set randomly for each unit vibration application process so that vibrations of the same strength are not continuously applied. Also in this example, in the two unit vibration application steps that are in direct preceding / following relationship in time, the pattern is such that vibrations of different strengths are applied, and vibration application is continuously performed with the same strength. The similar effect is obtained by suppressing the relative slip between the bonding operation part 9 and the semiconductor chip 4 due to the above.

本発明の部品接合方法は、接合ツールの当接面と部品との相対滑りを極力低減させ、接合品質を確保するとともに接合に要する時間を短縮し、さらに接合ツールの長寿命化を実現することができるという効果を有し、フリップチップなど荷重と振動によって電子部品を実装する部品実装分野に有用である。   The component joining method of the present invention reduces the relative slip between the contact surface of the joining tool and the part as much as possible, ensures joining quality, shortens the time required for joining, and realizes a longer life of the joining tool. It is useful in the field of component mounting in which electronic components are mounted by load and vibration, such as flip chip.

本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の動作説明図Operation | movement explanatory drawing of the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図Explanatory drawing of the ultrasonic vibration application pattern in the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図Explanatory drawing of the ultrasonic vibration application pattern in the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図Explanatory drawing of the ultrasonic vibration application pattern in the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図Explanatory drawing of the ultrasonic vibration application pattern in the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図Explanatory drawing of the ultrasonic vibration application pattern in the ultrasonic bonding apparatus of one embodiment of this invention 従来の超音波ボンディング装置における超音波振動印加パターンの説明図Illustration of ultrasonic vibration application pattern in conventional ultrasonic bonding equipment

符号の説明Explanation of symbols

3 基板
3a 回路電極
4 半導体チップ
4a バンプ
7 接合ツール
9 接合作用部
10 振動子
US1 第1振動印加工程
US2 第2振動印加工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Substrate 3a Circuit electrode 4 Semiconductor chip 4a Bump 7 Joining tool 9 Joining action part 10 Vibrator US1 1st vibration application process US2 2nd vibration application process

Claims (6)

部品に設けられた部品電極を基板に設けられた基板電極に振動により接合する部品接合方法であって、
前記部品電極を前記基板電極に当接させる当接工程と、複数の単位振動印加工程を反復することによって前記部品に振動を印加し前記部品電極を前記基板電極に接合する接合工程とを含み、
前記複数の単位振動印加工程のうち、時間的に直接の先行後続関係にある2つの単位振動印加工程において、相異なる強さの振動を印加することを特徴とする部品接合方法。
A component joining method for joining a component electrode provided on a component to a substrate electrode provided on a substrate by vibration,
A contact step of bringing the component electrode into contact with the substrate electrode, and a bonding step of applying vibration to the component by repeating a plurality of unit vibration application steps to bond the component electrode to the substrate electrode,
A component joining method, wherein vibrations having different strengths are applied in two unit vibration application steps having a direct preceding / following relationship in time among the plurality of unit vibration application steps.
前記接合工程において、強さが相異なる第1の振動および第2の振動をそれぞれ印加する第1振動印加工程および第2振動印加工程を、交互に反復して実行することを特徴とする請求項1記載の部品接合方法。   The first and second vibration applying steps of applying the first vibration and the second vibration having different strengths in the joining step are alternately and repeatedly executed. The component joining method according to 1. 前記接合工程において、前記第1の振動を接合工程の開始から終了に至るまで段階的に強くすることを特徴とする請求項2記載の部品接合方法。   The component joining method according to claim 2, wherein, in the joining step, the first vibration is increased stepwise from the start to the end of the joining step. 前記接合工程において、前記第1の振動を接合工程の開始から終了に至るまで段階的に弱くすることを特徴とする請求項2記載の部品接合方法。   The component joining method according to claim 2, wherein in the joining step, the first vibration is weakened in a stepwise manner from the start to the end of the joining step. 前記接合工程において、前記第1の振動を接合工程の開始から途中に至るまで段階的に強くし、前記途中から接合工程の終了に至るまで段階的に弱くすることを特徴とする請求項2記載の部品接合方法。   3. The joining process, wherein the first vibration is increased stepwise from the start to the middle of the joining process and weakened stepwise from the middle to the end of the joining process. Parts joining method. 前記第2の振動は、実質的に零の強さであることを特徴とする請求項2乃至5記載の部品接合方法。
6. The component joining method according to claim 2, wherein the second vibration has substantially zero intensity.
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