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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- Wire Bonding (AREA)
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 |
|---|---|
| JPH01143333A true JPH01143333A (ja) | 1989-06-05 |
| JP2559602B2 JP2559602B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17910870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62302595A Expired - Fee Related JP2559602B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | ワイヤボンダ用超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559602B2 (ja) |
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
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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2559602B2 (ja) | 1996-12-04 |
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