JPH01143333A - ワイヤボンダ用超音波振動子 - Google Patents
ワイヤボンダ用超音波振動子Info
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- JPH01143333A JPH01143333A JP62302595A JP30259587A JPH01143333A JP H01143333 A JPH01143333 A JP H01143333A JP 62302595 A JP62302595 A JP 62302595A JP 30259587 A JP30259587 A JP 30259587A JP H01143333 A JPH01143333 A JP H01143333A
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- H01L2924/203—Ultrasonic frequency ranges, i.e. KHz
- H01L2924/20305—Ultrasonic frequency [f] 100 Khz=<f< 125 KHz
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体集積回路製造用の超音波ワイヤボンダ
に用いられる超音波振動子に関する。
に用いられる超音波振動子に関する。
超音波ワイヤボンダは、ボンディングの線、速度、加圧
力、時間および動摩擦係数等によって最適接合条件が与
えられる。
力、時間および動摩擦係数等によって最適接合条件が与
えられる。
一定条件下ではボンディングツールの速度を■、共振周
波数をω、先端振幅をξとし、ボンディング時間をtと
すると、実験的に tv =c (1)■
=ωξ (2)の
関係が得られる。
波数をω、先端振幅をξとし、ボンディング時間をtと
すると、実験的に tv =c (1)■
=ωξ (2)の
関係が得られる。
但しCは定数、1≦α≦6 とする。
従ってボンディング時間tを短時間にするには、周波数
ωを高周波にするか振動振幅ξを高振幅にすればよい。
ωを高周波にするか振動振幅ξを高振幅にすればよい。
ところが振動振幅を高振幅にすると、ボンディングワイ
ヤの変形量が過大となることに加えて、被溶着チップに
損傷を与える危険があるため一定振幅以下に抑制する必
要がある。
ヤの変形量が過大となることに加えて、被溶着チップに
損傷を与える危険があるため一定振幅以下に抑制する必
要がある。
従ってボンディング時間を短縮する最も有効な手段はボ
ンディング周波数ωを高周波にすればよいがωは60K
Hzが多用されていて、周波数100KHz以上の高速
(ボンディング時間が短時間)で信頼性の高い超音波ワ
イヤボンダは見当らない。
ンディング周波数ωを高周波にすればよいがωは60K
Hzが多用されていて、周波数100KHz以上の高速
(ボンディング時間が短時間)で信頼性の高い超音波ワ
イヤボンダは見当らない。
従来のワイヤボンダ用超音波振動子の一例を第4図に示
す。
す。
同図に示されるように、ワイヤボンダ用超音波振動子は
、それぞれの共振周波数が60KHzのボルト締めラン
ジュバン型超音波振動子(以下BLTと略称する)1、
コーン2およびホーン3が接続ねじ6,7.8によって
締め付けられて一体構造となっている。
、それぞれの共振周波数が60KHzのボルト締めラン
ジュバン型超音波振動子(以下BLTと略称する)1、
コーン2およびホーン3が接続ねじ6,7.8によって
締め付けられて一体構造となっている。
各構成要素の材質は、BLTの背面体1aおよび前面体
1cが高力アルミニウム合金、電歪素子1bがデルコン
・チタン酸鉛、コーン2がチタン、ホーン3がステンレ
ス鋼となっている。
1cが高力アルミニウム合金、電歪素子1bがデルコン
・チタン酸鉛、コーン2がチタン、ホーン3がステンレ
ス鋼となっている。
ホーン3にはワイヤ供給用の穴4を通してツール9の先
端にワイヤ10が設置されていて、振動子全体の振動モ
ード11は2波長共振型となっている。
端にワイヤ10が設置されていて、振動子全体の振動モ
ード11は2波長共振型となっている。
第4図に例示したように、従来の超音波振動子は、ホー
ン材質がステンレス鋼に起因する超音波弾性振動による
熱損失に加えて、各構成要素間の音響的特性の不均一に
起因する境界層および各接続ねじの熱損失が発生する。
ン材質がステンレス鋼に起因する超音波弾性振動による
熱損失に加えて、各構成要素間の音響的特性の不均一に
起因する境界層および各接続ねじの熱損失が発生する。
この熱損失は、共振周波数が60 K Hz程度までは
実用上問題にならないが、100 K Hz以上のワイ
ヤボンダ用超音波振動子には不適当である。
実用上問題にならないが、100 K Hz以上のワイ
ヤボンダ用超音波振動子には不適当である。
またBLTの電歪素子の位置は同BLTの呈する動アド
ミッタンスが極大点近傍に設置されていないためBLT
を構成する偶数個の電歪素子のそれぞれの動アドミッタ
ンスが不揃いとなり、同アドミッタンスに比例したそれ
ぞれの電歪素子の振動速度もまた不均一である。
ミッタンスが極大点近傍に設置されていないためBLT
を構成する偶数個の電歪素子のそれぞれの動アドミッタ
ンスが不揃いとなり、同アドミッタンスに比例したそれ
ぞれの電歪素子の振動速度もまた不均一である。
各電歪素子の持てる力が均等に結集されるとき最も効率
の高いBLTが実現されるのに反して、従来は最も動ア
ドミッタンスが大きい電歪素子が破損しない程度の駆動
力でBLTを振動させるため、実用上低効率での使用を
余儀なくされる欠点があった。
の高いBLTが実現されるのに反して、従来は最も動ア
ドミッタンスが大きい電歪素子が破損しない程度の駆動
力でBLTを振動させるため、実用上低効率での使用を
余儀なくされる欠点があった。
第4図に例示したように、従来のコーン2は振動の筒面
のフランジ5による支持構造となっている。
のフランジ5による支持構造となっている。
然しホーン3のワイヤ供給用の穴4がBLTの中心軸に
対して非対称となっているため、コーンの筒面もまた軸
対称にはならない。
対して非対称となっているため、コーンの筒面もまた軸
対称にはならない。
それにも拘らずフランジ5は実用上軸対称構造としてい
るため、超音波振動は同フランジに漏洩し、フランジを
支持体に締め付けると、その締めつけ具合によって漏洩
振動エネルギーが相異し、それと連動するツール9の振
動速度が変動する欠点があった。
るため、超音波振動は同フランジに漏洩し、フランジを
支持体に締め付けると、その締めつけ具合によって漏洩
振動エネルギーが相異し、それと連動するツール9の振
動速度が変動する欠点があった。
更にワイヤ供給用の穴4の位置と中心軸とのなす角度に
より、ツール9の設定長さQ3は一意的に決定されるた
め、同一のホーンで異なるツール設定長さへの対応は不
可能だった。
より、ツール9の設定長さQ3は一意的に決定されるた
め、同一のホーンで異なるツール設定長さへの対応は不
可能だった。
前記従来技術は、100KHz以上の高周波数を利用す
る超音波ボンダに適用した場合、電歪素子およびBLT
、コーン、ホーンのねじ結合境界面での発熱や、ホーン
の内部損失による発熱があり、実用上不可能となる。
る超音波ボンダに適用した場合、電歪素子およびBLT
、コーン、ホーンのねじ結合境界面での発熱や、ホーン
の内部損失による発熱があり、実用上不可能となる。
更に100KHz以上の高周波数の場合、振動の筒面の
軸非対称に起因するフランジ取付は具合によるツール振
動の変動が増大し、第4図5のフランジ構造は実用上不
適当となる。
軸非対称に起因するフランジ取付は具合によるツール振
動の変動が増大し、第4図5のフランジ構造は実用上不
適当となる。
従来技術では、単一ホーンで異なるツール設定長さに対
応できる超音波ボンダは実現できなかったが、高周波ボ
ンダになると、ツール設定長さの微細調整が必要とされ
るため、従来以上にこの問題は看過できない。
応できる超音波ボンダは実現できなかったが、高周波ボ
ンダになると、ツール設定長さの微細調整が必要とされ
るため、従来以上にこの問題は看過できない。
本発明は上述の問題点を解決し、共振周波数100 K
Hz以上で使用できる高周波ワイヤボンダ用超音波振
動子を提供することを目的とする。
Hz以上で使用できる高周波ワイヤボンダ用超音波振
動子を提供することを目的とする。
上述の問題点を解決するため、超音波振動子の背面体を
、BLTの動アドミッタンスが背面体熱負荷端からみて
6圃以上の距離で最初に極大値となる長さにし、前面体
をコーン、ホーンを含む一体構造とし、両者の材質をチ
タン合金とし、合成りLTの高調波共振周波数を100
K、 Hz以上に設定し、前面体にワイヤ供給用のス
リットを設置し、前面体の隣り合った2節面をそれぞれ
複数個のセットねじで支持する構造とする。
、BLTの動アドミッタンスが背面体熱負荷端からみて
6圃以上の距離で最初に極大値となる長さにし、前面体
をコーン、ホーンを含む一体構造とし、両者の材質をチ
タン合金とし、合成りLTの高調波共振周波数を100
K、 Hz以上に設定し、前面体にワイヤ供給用のス
リットを設置し、前面体の隣り合った2節面をそれぞれ
複数個のセットねじで支持する構造とする。
本構成においては、接続ねじ一本でBLT、コーン、ホ
ーンが一体構造となっているため、振動損失の原因とな
る境界層が僅少で、振動による内部摩擦が低損失なチタ
ン合金と相俟って高周波ボンダ用振動子が実現される。
ーンが一体構造となっているため、振動損失の原因とな
る境界層が僅少で、振動による内部摩擦が低損失なチタ
ン合金と相俟って高周波ボンダ用振動子が実現される。
なお偶数個の電歪素子が等速駆動となるため、同電歪素
子の使用条件が高められ、従来のように単一の電歪素子
に駆動エネルギーが集中して、やがて破損する等の問題
が払拭される。
子の使用条件が高められ、従来のように単一の電歪素子
に駆動エネルギーが集中して、やがて破損する等の問題
が払拭される。
更に前面体にワイヤ供給用スリットを設置したことによ
り、可変長のツール設定長さが可能となることに加えて
、前面体の振動の筒面がほぼ軸直角となる。このため、
相隣る振動節面をセットねじで保持することによって、
ツール振動振幅が、振動子の保持条件による影響を受け
ない構造とすることができる。
り、可変長のツール設定長さが可能となることに加えて
、前面体の振動の筒面がほぼ軸直角となる。このため、
相隣る振動節面をセットねじで保持することによって、
ツール振動振幅が、振動子の保持条件による影響を受け
ない構造とすることができる。
以下図面により本発明の詳細な説明する。
第1図に本発明の高周波ワイヤボンダ用超音波振動子の
一実施例を示す。
一実施例を示す。
同図でツール9およびワイヤ1oは第4図と同一である
。12は背面体、13は偶数個の電歪素子、14は前面
体、15は接続ねじ、16はワイヤ供給用スリット、1
9は振動子ホルダ、20は前面体14の支持用セットね
じ、21は超音波振動子の振動モードである。第1図で
背面体12および前面体14はチタン合金製で、背面体
12は第4図のBLTlaに、前面体14は第3図1c
。
。12は背面体、13は偶数個の電歪素子、14は前面
体、15は接続ねじ、16はワイヤ供給用スリット、1
9は振動子ホルダ、20は前面体14の支持用セットね
じ、21は超音波振動子の振動モードである。第1図で
背面体12および前面体14はチタン合金製で、背面体
12は第4図のBLTlaに、前面体14は第3図1c
。
接続ねじ7、コーン5、接続ねじ8およびホーン3の一
体構造に対応する。
体構造に対応する。
第1図で背面体12の長さをQ1T電歪素子13の総合
長さを2Q2とすると、接続ねじ15の影響を無視して
、BLTの電極17および18の呈する動アドミッタン
スYmは となる。
長さを2Q2とすると、接続ねじ15の影響を無視して
、BLTの電極17および18の呈する動アドミッタン
スYmは となる。
=8−
但し K=定数
n=1.2.3
βi=ω/ Ci 素子iの波長定数ω=2πf
f=基本波周波数
Ci=素子iの音速
に=S2ρ、C,/S□ρ1C1
Si=素子iの断面積
ρi=素子iの密度
とする。
第2図に(3)式の関係を第1図の超音波振動子に適用
した動アドミッタンス特性図を示す。
した動アドミッタンス特性図を示す。
同図は本発明の詳細な説明用で高調波周波数120KH
z(f=20kHz、n=6)における電歪素子の設置
位置(背面体長さQ□)とYm/に2の関係で、22,
23,24は電歪素子の総合長さ2fl、がそれぞれ5
nyn、2.5+nmおよび1圃の場合である。
z(f=20kHz、n=6)における電歪素子の設置
位置(背面体長さQ□)とYm/に2の関係で、22,
23,24は電歪素子の総合長さ2fl、がそれぞれ5
nyn、2.5+nmおよび1圃の場合である。
同図から電歪素子の総合長さ2Q2が5nwnのときは
、背面体の長さQ工は6.6Iのとき動アドミッタンス
が極大値となる。
、背面体の長さQ工は6.6Iのとき動アドミッタンス
が極大値となる。
動アドミッタンスの極大値は(3)式からで与えられる
。
。
但し、mは0≦m (n で与えられる正の整数とする
。
。
(4)式において、m = Oで ala<6+nmの
ときは背面体12のねじ山が、接合ねじ15が螺合する
に充分な長さにならない。この場合は(4)式でm=1
としてΩ、aを求め、それでも Qla<6 のとき
はm = 2のときのQlaを求め以下同様にして、最
初に Q1a≧6 となるmのときのQlaをもって背
面体の長さとする。
ときは背面体12のねじ山が、接合ねじ15が螺合する
に充分な長さにならない。この場合は(4)式でm=1
としてΩ、aを求め、それでも Qla<6 のとき
はm = 2のときのQlaを求め以下同様にして、最
初に Q1a≧6 となるmのときのQlaをもって背
面体の長さとする。
中心軸を含む面内にワイヤ供給用スリット16を設置し
たことにより、前面体の振動節面ばほぼ軸直角となるた
めと、セットねじ20で相隣る振動節面を支持すること
による相乗効果により、ツール先端振幅は、ホルダ19
の支持条件に影響されない。
たことにより、前面体の振動節面ばほぼ軸直角となるた
めと、セットねじ20で相隣る振動節面を支持すること
による相乗効果により、ツール先端振幅は、ホルダ19
の支持条件に影響されない。
更にワイヤ供給スリットは、第1図でツールの設定長さ
Q3が実線と鎖線のように変化してもワイヤの供給が可
能となる。
Q3が実線と鎖線のように変化してもワイヤの供給が可
能となる。
第3図に本発明の効果を示す超音波振動子自由アドミッ
タンス線図と従来の超音波振動子自由アドミッタンス線
図を示す。
タンス線図と従来の超音波振動子自由アドミッタンス線
図を示す。
同図で25.26は第1図および第4図のそれぞれの超
音波振動子自由アドミッタンス線図である。
音波振動子自由アドミッタンス線図である。
第3図より本発明の超音波振動子のf。41−18.9
KHz、 0吋4663従来の II f
o弁60.4 n 、Q’=、2237となってい
る。
KHz、 0吋4663従来の II f
o弁60.4 n 、Q’=、2237となってい
る。
Qは超音波振動子の機械的尖鋭度を表わし、同振動子の
機械的損失に反比例する数値である。
機械的損失に反比例する数値である。
本発明の超音波振動子は、従来の振動子に比較して共振
周波数が2倍にもかかわらず、Qがほぼ2倍となってい
て低損失駆動が可能となり、実用上問題がない。若し従
来構造の振動子を120K Hzに適用すると、Qは本
発明の振動子の10%程度に低下してしまい、機械的損
失は10倍となり、実用にならない。
周波数が2倍にもかかわらず、Qがほぼ2倍となってい
て低損失駆動が可能となり、実用上問題がない。若し従
来構造の振動子を120K Hzに適用すると、Qは本
発明の振動子の10%程度に低下してしまい、機械的損
失は10倍となり、実用にならない。
本発明により、従来の超音波ボンダに比較して高い周波
数でボンディングが可能のため、ボンディング速度が速
く、ワイヤ変形量が少なく同時に被溶着チップへの損傷
が無く、信頼性の高い超音波ボンダを提供できる。また
、試料台上の試料が踊りにくいのでボンディング強度の
バラツキが少ない。
数でボンディングが可能のため、ボンディング速度が速
く、ワイヤ変形量が少なく同時に被溶着チップへの損傷
が無く、信頼性の高い超音波ボンダを提供できる。また
、試料台上の試料が踊りにくいのでボンディング強度の
バラツキが少ない。
更にツール設定長さを変更しても同一振動子で対応でき
るため、作業効率の高いボンダを実現できる。
るため、作業効率の高いボンダを実現できる。
第1図は本発明の高周波ワイヤボンダ用超音波振動子の
一実施例、 第2図は本発明の詳細な説明用の超音波振動子の背面体
長さと動アドミッタンス特性図、第3図は本発明の効果
を示す超音波振動子自由アドミッタンス線図、 第4図は従来のワイヤボンダ用超音波振動子の一断面図
である。 9・・・ツール、10・・・ワイヤ、12・・・背面体
、13・・・電歪素子、14・・・前面体、15・・・
接合ねじ、16・・・ワイヤ供給用スリット、19・・
・振動子ホルダ、20・・・セットねじ。 特許出願人 超音波工業株式会社G (
ms) G (ms)第 3
図 之t(mm) 第2図
一実施例、 第2図は本発明の詳細な説明用の超音波振動子の背面体
長さと動アドミッタンス特性図、第3図は本発明の効果
を示す超音波振動子自由アドミッタンス線図、 第4図は従来のワイヤボンダ用超音波振動子の一断面図
である。 9・・・ツール、10・・・ワイヤ、12・・・背面体
、13・・・電歪素子、14・・・前面体、15・・・
接合ねじ、16・・・ワイヤ供給用スリット、19・・
・振動子ホルダ、20・・・セットねじ。 特許出願人 超音波工業株式会社G (
ms) G (ms)第 3
図 之t(mm) 第2図
Claims (4)
- (1)中空電歪素子と、中空電極板を挟持する前面体お
よび背面体と、前記電歪素子と電極板の中空部を貫通し
て前面体および背面体の中央ねじ穴にねじ結合する中心
ボルトからなるボルト締めランジュバン型超音波振動子
において、前面体および背面体の材質をチタン合金とし
、前面体をワイヤボンダ用超音波振動子のコーンとホー
ンを含めて一体構造とし、上記超音波振動子の高調波共
振周波数が 100KHz以上になるように構成したことを特長とし
たワイヤボンダ用超音波振動子。 - (2)電歪素子の位置を超音波振動子の呈する動アドミ
ッタンスが、背面体無負荷端からみて6mm以上の距離
で最初に極大値となる位置近傍に設置することを特長と
した特許請求の範囲第1項に記載のワイヤボンダ用超音
波振動子。 - (3)前面体の隣り合った振動の二節面を、それぞれ複
数個のセットねじで支持する構造とした特許請求の範囲
第1項に記載のワイヤボンダ用超音波振動子。 - (4)前面体負荷側にワイヤ供給用のスリットを設置し
た特許請求の範囲第1項に記載のワイヤボンダ用超音波
振動子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62302595A JP2559602B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | ワイヤボンダ用超音波振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62302595A JP2559602B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | ワイヤボンダ用超音波振動子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01143333A true JPH01143333A (ja) | 1989-06-05 |
JP2559602B2 JP2559602B2 (ja) | 1996-12-04 |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0587442A3 (ja) * | 1992-09-10 | 1994-08-03 | Texas Instruments Inc | |
EP1149655A3 (de) * | 2000-03-02 | 2002-11-20 | Hesse & Knipps GmbH | Ultraschall-Transducer |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62302595A patent/JP2559602B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0587442A3 (ja) * | 1992-09-10 | 1994-08-03 | Texas Instruments Inc | |
EP1149655A3 (de) * | 2000-03-02 | 2002-11-20 | Hesse & Knipps GmbH | Ultraschall-Transducer |
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JP2559602B2 (ja) | 1996-12-04 |
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