JPH03120737A - ボンデイング方法及び装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は軟質サブストレート上に載置されたパッドに対
するコンポーネント・リードのソルダレス（無はんだ）
番ボンディングに関し、より詳しくは、エポキシ・プリ
ント回路基板に載置されたパッドに対する細径リードＴ
ＡＢコンポーネントのソルダレス−ボンディングに関し
、さらに詳しくは、レーザ・エネルギーと超音波エネル
ギーとの組み合わせを利用したリードと裸銅パッドとの
ボンディングに関する。

Ｂ、従来の技術 現在、電子カード・アセンブリはメツキ・スルーホール
法から表面実装技術（ＳＭＴ）の時代へ移行している。

低入出力コンポーネント（５０ミル・リード・ピッチ）
の最近の技術においては、エポキシ（ＰＲ−４）プリン
ト回路基板への取り付けは、まずパッド上にはんだペー
ストをスクリーン印刷し、５− その上にコンポーネント（素子、デバイス）をプレース
メント（載置）シ、次いではんだをリフローすると言う
手順で行われる。フラット・パックのようなリード間隔
が２５ミルのコンポーネントも、予めはんだで被覆され
たパッドにリードをはんだ付けするピック・プレース・
アタッチ（Ｐｉｃｋ−Ｐｌａｃｅ−Ａｔｔａｃｈ）・ツ
ールを用いて選択的に組み立てられ、取り付けられる。

もう一つ、ギヤング・ボンディング法と呼ばれる技術に
おいては、サーモード（ｔｈｅｒｍｏｄｅ　）という装
置によって圧力と熱の所与の組合せを印加することによ
り多数のリードとパッドが同時に熱圧着ボンディングさ
れる。ギヤング舎ボンディング法によれば高いスループ
ットが得られるが、この技術は長い間、インナー・リー
ド・ボンディングの場合はチップの亀裂、アウター・リ
ード・ボンディングの場合ははんだ接合部の欠陥という
ような問題に悩まされて来た。最近では、インナー争リ
ード・ボンディング、アウターφリード番ボンディング
共、リードとパッドの同時ボンディングま１［ｉ− たはギヤング・ボンディングに代わる実用技術として、
シングル・ポイント・ボンディングが登場して来つつあ
る。

現在、高機能電子製品用に細径リードを用いたテープ・
オートメーテツド・ボンディング（ＴＡＢ）拳パッケー
ジが開発されている。ギヤング番ボンディングに付随す
る様々な問題を解消しようとして、代替技術、即ちファ
イン会ポイント・ティップを用い、サブストレートをボ
ンディングのスレシールド温度より高い温度に加熱する
ことにより逐次ボンディングを行うシングル・ポイント
ＴＡＢ（ＳＰＴ　）ボンディングと呼ばれる技術が開発
された。

アウター・リード・ボンディングにシングル拳ポイント
ＴＡＢボンディング法を用いる際に主な問題となるのは
、エポキシ・サブストレートの加熱上の制約である。そ
のため、ＳＰＴボンディングにおいては、サブストレー
トではなくボンディング会ティップを加熱する方がより
実用的なアプローチである。電熱式ティップはスループ
ットの低いボンディング作業にしか用いることができな
いが、レーザ加熱式ティップによれば高いスループット
でのボンディングが可能であるということが実証されて
いる。

サブストレート全体を加熱し、超音波パルスにより賦活
されたファイン・ボンディング・ティップを用いてリー
ドを１本ずつ逐次ボンディングする通常のサーモンニツ
ク（超音波併用熱圧着）法を用いて、微細ピッチのコン
ポーネントをエポキシ・サブストレートに取り付けるの
にリードとパッドをソルダレスでアウター・リード・ボ
ンディングすることも試みられている。しかしながら、
このような試みは、エポキシ・サブストレートに対する
超音波エネルギーの結合力が弱いために総じて不首尾に
終わっている。一般に、超音波エネルギーの良好な結合
のためにはパッドを硬質サブストレート上に設ける必要
がある。

このような固有の結合の弱さを補うために温度をより高
くする試みがなされたが、温度がサブストレートに熱損
傷を惹起するような高さに達することもあるため、否定
的な結果に終わっている。

ワイヤをパッドにボンディングするのにレーザ・エネル
ギーを利用することは当技術分野において周知である。

例えば、１８Ｍテクニカル・ディスクロージャ・ビュレ
ティン（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｌｓｃｌｏｓｕｒｅ　
Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）、　Ｍｏ１．２９．　Ｎｕ　１１（
１９８７年４月刊行）の「真性−熱電対プロセス・モニ
タ（Ｉｎｔｒｌｎｓｌｃ−Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ　
Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｍｏｎ１ｔｏｒ）　Ｊという名称の論
文には、光ファイバを介して持続時間の短い連続レーザ
・ビームをタングステン・ボンディング・ティップに供
給して加熱し、この加熱されたティップにより金メツキ
銅線を溶融させて、アルミ系セラミックまたはガラス・
セラミックの硬質サブストレート上に設けられたＥＣパ
ッドにボンディングする技術が記載されている。入力レ
ーザ・パワーは、ボンディング時の温度に応じた信号を
フィードバックすることにより制御される。セミコンダ
クタ・インターナシ日ナル（Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒＩｎｔｅｒｎａｔ　Ｉｏｎａ　ｌ　）誌１９８８年５
月号のピー・チャルコ（Ｐ　、Ｃｈａｌｃｏ）他による
「レーザ・エネルギーを利用した個別ワイヤ・ボンディ
ング（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ−１９＝ Ｗｉｒｅ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ｌａ５ｅｒ　
Ｅｎｅｒｇｙ）Ｊという名称の論文にもこれと同様の装
置が記載されている。

リサーチ・ディスクロージ＋　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｄ
ｌｓｃｌ。

５ｕｒｅ）誌、Ｎｏ、　２７３　（１９８７年１月刊）
の「拡散ボンディング（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄ
ｉｎｇ）Ｊという名称の論文には、レーザ・エネルギー
を利用して銅リードを銅パッドに接合するソルダレス・
ボンディングの技術が記載されている。本願と同一の譲
受人に譲渡された１９８５年８月１３日交付の「表面の
熱ボンディング装置（Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆｏｒ　Ｔ
ｈｅｒｍｏｂｏｎｄｌｎｇ　５ｕｒｒａｃｅｓ）Ｊとい
う名称の米国特許第４，５３４，８１１号には、レーザ
と超音波エネルギーを組み合わせて用いることにより表
面を互いにボンディングする技術が開示されている。ま
た、１９８２年５月１８日に交付された「レーザ／超音
波溶接技術（Ｌａｓｅｒ／Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｗｅ
ｌｄｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）Ｊという名称の米国
特許第４，３３０．［ｉ９９号には、超音波エネルギー
を用いて溶接継手（接合部）をクリーニングするように
した無接触レーザ／超音波溶接技術が記載されている。

２Ｏ− Ｃ１発明が解決しようとする課題 上記の各先行技術においては、エポキシ・プリント回路
基板のような弾力性を有する軟質サブストレート上に設
けられたパッドにリードをボンディングする技術は全く
開示されていない。従って、エポキシ・プリント回路基
板上に設けられた裸銅パッドにリードを直接ボンディン
グすることができるようにするということは極めて重要
な技術的課題であり、本発明はこの解題を解決せんとし
てなされたものである。

即ち、本発明の目的は、レーザ・エネルギーと超音波エ
ネルギーとを組み合わせて印加することにより軟質サブ
ストレート上に設けられたパッドにリードをボンディン
グする方法を提供することにある。

本発明の目的には、レーザ・エネルギーと超音波エネル
ギーとを組み合わせて印加することにより軟質サブスト
レート上に設けられた裸銅パッドにリードをボンディン
グする方法を提供することも含まれる。

本発明の目的には、レーザ・エネルギーと超音波エネル
ギーとを組み合わせて印加することによりエポキシ・プ
リント回路基板上に設けられた裸銅パッドにリードをボ
ンディングする方法を提供することも含まれる。

本発明の目的には、レーザ会エネルギーと超音波エネル
ギーとを組み合わせて印加することにより軟質サブスト
レート上に設けられた裸銅パッドにリードをボンディン
グする装置を提供することも含まれる。

本発明の目的には、リードをパッドにボンディングする
時形成されるボンド・フットプリント（ｂａｎｄ　ｆｏ
ｏｔｐｒｌｎｔ）の分析によりボンド品質（接合品質）
を判定する手段を提供することも含まれる。

０１課題を解決するための手段 本発明は、先ず、ＦＲ−４エポキシのような有機サブス
トレートに対するリードのソルダレス−アウター・リー
ド・ボンディングに付随する上記の問題を解決するため
、レーザ・エネルギーを用いてファイン・ポイント・キ
ャピラリ（毛細管）・ティップをパルス加熱するレーザ
併用熱圧着技術を用いることによって、金メッキリード
を裸銅パッドにボンディングするようにしたものである
。ティップは重ね合わせたリードとパッドに強制密着さ
れる。そして、加熱されたティップに超音波エネルギー
のパルスを印加してリードとパッドとの間の界面に拡散
ボンド（拡散接合）を生じさせる。

本発明によれば、はんだを用いないこと及び３つのパラ
メータだけでボンディング舎プロセスを制御するように
したことの結果として、ボンドの信頼性が大幅に改善さ
れる。３つのパラメータとは、ティップ圧力、レーザ出
力及びボンディング時間である。ギヤング・ボンディン
グの場合と同等のボンディング速度を確保するため、高
制御レーザ加熱パルスと現在ワイヤボンディングに用い
られている高速Ｘ−Ｙステッパを組み合わせることによ
り１ボンド当り５ｏ乃至１００　ミリ秒のオーダーのボ
ンディング速度を達成している。

本発明は、レーザ・エネルギーと超音波エネルギーとを
組み合わせて用いることによりリードを２３− パッドにボンディングすることによって、熱損傷を生じ
させることなく信頼性の高い裸銅パッドとのソルダレス
・ボンドを達成するという問題をも解決したものである
。

従来の方法においては、持続時間の長い（＞　３００ｍ
５）レーザー音波パルスを用いてワイヤを硬質サブスト
レート（セラミックまたはアルミナ）上に設けられた金
メツキパッドにボンディングしていた。これに対して、
本発明のボンディング方法は、持続時間の短い（＜１０
０ｍ５）レーザー音波パルスを用いてリードを軟質サブ
ストレート（エポキシ・サブストレート）上に設けられ
た裸銅パッドに接合するようにしたものである。

本発明によれば、リードをパッドにボンディングするた
めに使用するティップの中には径の小さなキャビティが
形成されており、レーザ・エネルギーがその中で反射、
吸収されてティップを加熱する。ティップの前面（先端
面）には、上記のキャビティをなす穴が中心部に配置さ
れ、且つこのキャビティの近傍で互いにほぼ９０＠の角
をなして２４ 交わる２本の溝が配置されている。その結果形成される
４つの島状部分、即ちアイランドは、ティップに密着し
た状態のリードにフットプリントを刻印する。このよう
にして形成される刻印は溶接品質（ボンド品質）の指標
として用いられる。

本発明のもう一つの特徴は、パッドに接合されたリード
上に上記の如くボンダ書ティップによって刻印されるフ
ットプリントを分析することによりボンド品質を判定す
ることができるという点にある。フットプリントは高速
インテリジェント検査ツールによって分析され、次のボ
ンディングが開始される前にボンド品質の合否を示す信
号が出力される。

Ｅ、実施例 以下、本発明を図面を参照しつつ実施例により詳細に説
明するが、まず第１Ａ図には本発明の一実施例の概略構
成図が描かれている（寸法は実寸に対応したものではな
い）。この図において、軟質プリント回路基板（ＰＣＢ
）１０は、好ましくはエポキシ、特にＰＲ−４エポキシ
のような有機材料よりなり、ｘ−ｙ位置決めステージＩ
２上に載置されている。

軟質プリント回路基［１０上には、コンポーネントに結
合された金メツキ銅リード１６に接合される裸銅パッド
１４が設けられている。超音波（Ｕ／Ｓ）溶接装置また
はボンダＩ８は、ボンダＩ８からボンディング・ティッ
プ２２へ往復振動運動を伝達するためのホーンまたは共
振器２０に結合されている。また、ボンディング・ティ
ップ２２には、リード１６に接触するボンディング・テ
ィップ２２の先端部を加熱するためのレーザ２Ｂが光フ
ァイバ２４を介して結合されている。

第１Ｂ図に詳細に示すように、ボンディング・ティップ
２２は直径が０．７５ｍｍ乃至１關の円筒状空洞部を有
し、この円筒状空洞部の下端部はティップ２２の前面（
先端面）２３に向けて絞られ、円錐形状をなしている。

即ち、この下端部は、直径が約２５μｍ、長さが約２５
０μｍの円筒状開口部に向けてテーパ状に絞られている
。ティップ２２からこれと接合されるり・−ドｌＢへの
超音波振動の結合効率をできるだけ高くするため、先端
面２３には、第１ｃ図に示すように、キャビティ６０で
互いに直角に交わる直径が約２５μｍの２本の溝が切削
され、これによって４つのアイランド６６．６８．７０
及び７２が形成されている。

レーザ串エネルギーは光ファイバ２４を介してボンディ
ング嗜ティップ２２に供給される。光ファイバ２４の直
径は約０．２＋ｎｍ　　（約８ミル）である。レーザ・
エネルギーは光ファイバ２４よりキャビティ６０に結合
され、キャビティ６０の壁面によって反射、吸収される
ことにより、ティップ２２の先端部及び先端面２３を加
熱する。

このキャビティの直径を０．０２５４ｍｍよりかなり大
きくすると、キャビティ内に定在波が生じ、その結果加
熱効率及びレーザ・エネルギーによりティップを加熱す
る能力が減殺されるということが確認されている。

図示実施例においては、金属ワークを接合するための従
来の超音波ボンディング装置と同様に、矢印３０の向き
（即ち接合するワークの界面に直角な方向）に静的力を
印加してリード１６をパッド１４−２７＝ と強制密着させ（第１Ａ図）、これと同時に双頭矢印３
２で示す方向、即ち上記の静的力の方向と直交し、接合
するワークの界面に平行な方向の往復振動運動を超音波
エネルギーによってティップ２２に与える。所定時間後
に振動運動を停止し、静的力を取り除くと、　リード１
６はパッド１４に接合されている。

レーザ２６、超音波ボンダ１８及びｘ−Ｙ位置決めステ
ージ１２には、これらの装置の動作とそのシーケンス及
びタイミングを制御するために同期装置２８が接続され
ている。

動作について説明すると、まずリード１Ｂが軟質サブス
トレートＩＯ上に設けられた各パッド１４に重ねられる
。すると、ｘ−ｙ位置決めステージ１２が接合すべきリ
ードとパッドを逐次ボンディング嗜ティップ２２の直下
部に位置決めする。同期装置２８よリボンダ１８に供給
される信号に応答して、ボンディング嗜ティップ２２が
リード１６に接触し、　リード１６は矢印３０の向きに
加えられる静的力Ｆの作用下において界面１５沿いにパ
ッド１４と強制密着される。

２８ リード１６とパッド１４が密着状態にある間、ボンディ
ング・ティップ２２はボンダ１８より供給される超音波
エネルギーによって矢印３２の方向即ち界面１５と平行
な方向の往復振動運動を行う。上記信号とは別に同期装
置２８からレーザ２Ｂへ供給される信号に応答し且つ超
音波エネルギーの印加と同時に、光ファイバ２４を介し
てティップ２２ヘレーザ・パルスが導入され、ティップ
２２の先端面２３が加熱される。ボンディング・ティッ
プにレーザ拳パルスを供給して加熱する方法は、例えば
前述のチャルコ（ｃｈａｌｃｏ）他による論文に開示さ
れている。レーザ２Ｂは、好ましくはＹＡＧ−ＣＷの！
、ＯＥｉμｍレーザを使用する。但し、アルゴン−イオ
ン中レーザのような他のＩＲ（赤外）レーザを用いて本
発明を実施することも可能である。レーザ・ビームの伝
播経路には同期装置２８よりレーザ２Ｂへ供給される信
号によって起動されるシャッタ（図示省略）が設けられ
、これによってレーザ・エネルギーは光ファイバ２４１
−レーザ・パルスの形で伝送される。レーザ・エネルギ
ーはリードをパッドに接合するのに必要な時間、通常５
０ｍ５乃至１００ｍ５だけ印加される。このように印加
されるレーザ・エネルギーは、ティップ２２の先端面２
３を加熱してサブストレートを損傷することなくリード
をパッドに接合させるのに十分なエネルギー量である。

後述するように、レーザ・パルスの持続時間は通常１０
０ｍ５より短くし、レーザ出力は通常１３乃至２０ワツ
）　（Ｗ）　、好ましくは１３乃至２０ワツトの範囲内
とする。上記ティップ２２に印加する静的力は好ましく
は５０ｇｍ　（ダラム）重乃至１００ｇｍ重の範囲内と
する。

リードをパッドに接合するのに必要な十分な時間を経過
後、振動運動とレーザ・パルスの供給を停止し、ボンデ
ィング・ティップを接合されたリードから離して上記静
的力を取り除く。

この段階において、金メツキ銅リード１６は軟質サブス
トレートＩＯ上の裸銅パッド１４に直接接合されている
。・続いて上記と同じボンディング・サイクルがコンポ
ーネントとサブストレートとのボンディングが完了する
まで各リード−バッド対毎に繰り返され、コンポーネン
トとサブストレートとのボンディングが完了したならば
、次のコンポーネントを同じサブストレートまたは異な
るサブストレートに対してボンディングするサイクルが
介しされる。ここで説明した実施例の装置は、現在毎秒
的ＩＯボンドのボンディング速度が可能である。

第２図は、中心間隔０．２ｍｍの１．０ｍｍ幅の金メツ
キ銅リードを銅パッド面及び金パツド面にボンディング
するのに、レーザ・エネルギーの印加なしで超音波エネ
ルギーを印加しても全くボンディングが起こらないとい
うことをグラフで示したものである。その基になる測定
はレーザをオフにして行われ、ティップよりワークに印
加した静的力は６５グラム重乃至９０グラム重の範囲で
あり、超音波エネルギーの範囲は最大５ＨｍＷであった
。接合面上の酸化物被膜をなくすため、銅パッドに金層
を被覆して金−全界面を形成した実験においても全くボ
ンディングは起こらなかった。このようにボンディング
効果が生じない原因は、パッドをエポキシ基板のような
軟質サブストレート上に設けると、ボンディングのティ
ップからパッドへの超音波工１− ネルギーの結合が微弱になることにあると考えられる。

第３Ａ図及び第８Ｂ図は、ボンディング・プロセスへの
超音波エネルギーの結合効果を概念的に示したものであ
る。第８Ａ図においては、パッド４０はセラミックまた
はアルミナ材のような硬質サブストレート４２上に形成
されている。超音波ティップ４４は矢印４Ｂで示す向き
に加えられる力によってリード４８と接触するよう押し
下げられ、・リード４８をパッド４０に強制密着させる
。ティップ４４は、超音波ボンダ（図示省略）に結合さ
れたホーンの一部をなしており、起動されると、双頭矢
印５０で示す方向の往復振動運動を起こす。そして、硬
質サブストレート上に設けられたパッドの場合は、ティ
ップ４４に印加される静的力Ｆと往復振動運動の組合せ
によってリード４８をパッド４０にボンディングするこ
とができる。

上記の場合は、硬質サブストレートを用いるため、良好
な超音波エネルギー結合効果が得られる結果、パッド４
０とリード４８との間の界面に沿って３２ 十分な熱が発生し、ボンドが形成される。

第３Ｂ図においては、第３Ａ図の装置を改良して光ファ
イバ５２をティップ４４’に通し、これによってレーザ
光源からティップ４４′に光エネルギーを供給すること
により、ティップ４４゛を加熱するようになっている。

この場合は、軟質サブストレート５４を用いているため
、超音波エネルギーの結合効果が低くなっている。この
ような低い結合効果を補うために、ボンディング時に光
ファイバ５２を介してレーザ・エネルギーを供給し、テ
ィップ４４′の先端面４５′を加熱する。この実施例に
おいては、超音波エネルギーの役割は、主として、裸銅
パッド表面上の酸化物を除去することである。

第４図には、ボンディング時間とレーザ出力とボンドの
９０°引張接合強さとの間の関係がグラフで示されてい
る。これらのデータは、超音波出力５ＨｍＷの超音波ボ
ンダを用い、静的力ＦＢ５グラム重により、中心間隔０
．２ｍｍの０　、１ｍｍ幅の金メツキ・リードを裸銅パ
ッドにボンディングする実験において得たものである。

強力なボンドを得るためのボンディング時間とレーザ出
力の最適動作条件を求める際には、エポキシ・サブスト
レートの熱損傷を回避するようにしなければならない。

このような最適条件に関しては、以下に第５図及び第６
図を参照しつつ詳細に説明する。

第５図は接合強さをボンディング時間及びレーザ出力の
関数として表したグラフである。これらのデータは、超
音波出力５［ｉｏｍＷの超音波ボンダを用い、静的力Ｆ
Ｌ）グラム重により、中心間隔０．２ｍｍの０．１ｍｍ
幅のリードを裸銅パッドにボンディングする実験におい
て得たものである。記号ＮＢで示す最下部のカーブはリ
ードとパッドのボンディングが起こらない動作条件の範
囲の境界を示す。記号ＷＢで示すグラフの領域は、リー
ドとパッドの間のボンディングが弱い、即ち３０″引張
接合強さが２０グラム重より低いという結果をもたらす
動作条件の範囲を示す。記号ＳＢで示すグラフの領域は
、リードとパッドの間のボンディングが強い、即ち９０
０引張接合強さが２０グラム重乃至４０グラム重という
結果をもたらす動作条件の範囲を示す。記号ｖＳＢで示
すグラフの領域は、リードとパッドの間のボンディング
が非常に強い、即ち９０°引張接合強さが４０グラム重
より高いという結果をもたらす動作条件の範囲を示す。

最上部のカーブより上野領域は、エポキシ０サブストレ
ートが熱損傷を被り、溶融する動作条件の範囲を示す。

好適な動作条件はＳＢ及びＶＳＢで示す領域内で得られ
、これらの領域では接合強さが約２０グラム重より大き
く、エポキシ・サブストレートは熱損傷を被らない。強
力なボンドを得るほか、他の代替プロセスと競合し得る
ボンディング速度を確保するためには、ボンディング時
間は約８０ｍ５以下に保ことか望ましい。ボンディング
時間は、レーザ出力に反比例する。例えば、第５図のプ
ロセス・マツプに示すように、レーザ出力が１５ワツト
のレベルで、超音波エネルギーが５ＢＯｍＷの場合、強
力なボンドまたは非常に強力なボンドを得るためのボン
ディング時間は約５５ｍ５から８５ｍ５までの間、即ち
３０ｍ５幅のウィンドウ内で変化する。

ボンディング・ティップに印加する静的力Ｆは、３５ ボンドを形成するのに必要な最小限の力を与える限り決
定的なパラメータではないということが実験により確か
められている。少なくとも約２０グラム重の力を加えれ
ば、リードとパッドとの間に許容レベルのボンディング
達成されるということが明らかになっており、好ましい
静的力の範囲は約５０グラム重乃至１００グラム重であ
る。

プロセスの信頼性はプロセス拳ウィンドウの幅（時間幅
）と密接に関連している。レーザ・エネルギーと共に超
音波エネルギーを印加することは、これによボンディン
グ時間のウィンドウが拡大されるので、非常に重要であ
る。第６図においては、ボンディング・ティップに超音
波エネルギーを印加しない以外、第５図の各カーブを得
るのに用いたすべてのパラメータを変えることなく、そ
のまま使用しているが、レーザ出力カ月５ワットのレベ
ルの場合、接合強さが約２０ｍ５以上の強力なボンドま
たは非常に強力なボンドを得るには、ボンディング時間
は約７０ｍ５乃至８５ｍ５の間、即ち１５ｍ５幅のウィ
ンドウ内でしか変化し得ない。

ＳＢ− 第５図及び第６図のプロセス・マツプは、エポキシ・サ
ブストレートを損傷することなく強力なボンドを得るた
めには、高度に制御された短いパルス幅のレーザΦエネ
ルギーを用いてボンディング拳ティップを加熱する必要
があるということを示している。これに対して、一般に
かさばる電源を具備した電熱式ティップは、所要制動に
合わせて制御するのが困難である。

本発明の実施例においては、パッドに金メツキ（被膜）
やケミカル−クリーニングを施すさずにリードと裸銅パ
ッドをボンディングすることができる。第７図及び第８
図は、本発明によればクリーニングした裸銅パッドとク
リーニングなしの裸銅パッドとでほぼ同等の接合強さが
確保され（第７図）、またクリーニングした裸銅パッド
と金メツキ鋼パッドとでほぼ同等の接合強さが確保され
るということを示している。第７図のデータは、レーザ
出力１３ワツト、超音波エネルギー３８０　ｍＷ１ボン
ディング・ティップにょる印加静的力８５グラム重で、
中心間隔０．２ｍｍの０．１ｍｍ幅金メツキ・リードを
ボンディングする実験において測定したものである。ま
た、第８図のデータは、ボンディング・ティップにより
印加する静的力を９０グラム重とした以外は、第７図の
場合と同じ動作条件の実験において得たものである。こ
れらの実験においては、どのパッド面についてもほぼの
同等の９０６弓張接合強さが得られている。従って、本
発明によれば、リードを軟質サブストレート上に設けら
れたパッドにボンディングする場合、より高価な金メツ
キ・パッドや化学処理した銅パッドに代えて裸銅パッド
を使用することが可能であると結論することができる。

フットプリントがボンドのインプロセス（工程中）品質
管理に有用であるということは当業者にとって明白であ
ろう。ボンディング直後における即時欠陥認識は、イン
テリジェント検査ツールを用いることにより容易に実施
可能である。インテリジェント検査ツールは、次のボン
ディング・サイクルに移る前にフットプリントを分析し
て、接合品質に関する判断（合否判断）をおこなうこと
ができる。従って、このようなフットプリントは自動検
査あるいはインテリジェント検査にとって有用な品質「
サイン」であるということができる。

このフットプリント分析の有用性は、退屈で能率の悪い
ボンディング後のはんだ接合部目視検査を含む従来技術
と対比する時、特に顕著である。目視検査ツール及び記
憶イメージとの対比によりイメージを分析することが可
能なツール自体は当技術分野において周知である。

Ｆ９発明の効果 このように、本発明によって、軟質サブストレート上に
設けられたパッドにリードを直接ボンディングすること
ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の一実施例の概略構成図、第１Ｂ図は
第１Ａ図のボンディング拳ティップの部分断面図、 第１Ｃ図は第１Ａ図のボンディング・ティップの底面図
、 第２図はレーザ舎エネルギーを用いずに超音波９− エネルギーを印加して軟質サブストレート上のパッドに
ボンディングしたリードの引張接合強さを示すグラフ、 第３Ａ図及び第３Ｂ図は、それぞれ、硬質サブストレー
ト上に設けられたパッド及び軟質サブストレート上に設
けられたパッドにリードをボンディングする構成例の説
明図、 第４図はボンディング時間とレーザ出力と引張接合強さ
の関係を示すグラフ、 第５図はレーザ拳エネルギーと超音波エネルギーを併用
してリードをパッドにボンディングする場合における接
合強さをボンディング時間とレーザ出力の関数として表
したグラフ、 第６図はレーザエネルギーのみによってリードをパッド
にボンディングする場合における接合強さをボンディン
グ時間とレーザ出力の関数として表したグラフ、 第７図はクリーニングした裸銅パッドとクリーニングな
しの裸銅パッドにボンディングしたリードの引張接合強
さを示すグラフ、 ４０ 第８図は裸銅パッドと金メツキ銅パッドにボンディング
したリードの引張接合強さを示すグラフである。 ＩＯ・・・プリント回路基板、 １２・・・Ｘ−Ｙ位置決めステージ、 １４・・・裸銅パッド、１５・・・接合面（界面）１６
・・・金メツキ銅リード、 １８・・・超音波ボンダ、 ２２・・・　ボンディング・ティップ、２３・・・前面
（先端面）、２４・・・光ファイバ２Ｂ・・・レーザ、
２８・・・同期装置８２、８４・・・溝、６３・・・キ
ャビティＧ１１ｉ、　６８．７０．７２・・・アイラン
ド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属リードを軟質サブストレート上に設けられた
   金属パッドにボンディングする方法であって、リードを
   軟質サブストレート上に設けられたパッドに接合面に沿
   わせて接触させるステップと、上記リードをボンディン
   グ・ティップに接触させるステップと、 上記ボンディング・ティップにこれを加熱するに十分な
   レーザ・エネルギーを印加するステップと、 上記ボンディング・ティップに対し上記接合面とほぼ直
   交する方向に所定の静的力を印加して上記リードとパッ
   ドとを密着させるステップと、上記ボンディング・ティ
   ップに超音波エネルギーを印加してこれに上記リードと
   の接触状態のまま上記接合面とほぼ平行な軸線沿いの往
   復振動運動を惹起させるステップと、 所定時間を経過して上記リードが上記パッドに接合され
   た時、上記レーザ、エネルギーと超音波エネルギーの印
   加及び上記所定の静的力の印加を停止するステップと、 を含むボンディング方法。 （２）上記パッドが裸銅パッドであることを特徴とする
   請求項（１）記載の方法。 （３）上記軟質サブストレートが有機材料サブストレー
   トであることを特徴とする請求項（１）記載の方法。 （４）上記パッドが裸銅パッドであり、且つ上記軟質サ
   ブストレートが有機材料サブストレートであることを特
   徴とする請求項（１）記載の方法。 （５）上記リードが金メッキ・リードであることを特徴
   とする請求項（１）記載の方法。 （６）金属リードを軟質サブストレート上に設けられた
   金属パッドにボンディングする方法であって、リードを
   軟質サブストレート上に設けられたパッドに接合面に沿
   わせて接触させるステップと、上記リードをボンディン
   グ・ティップに接触させるステップと、 上記ボンディング・ティップにこれを加熱するに十分な
   レーザ・エネルギーを印加するステップと、 上記ボンディング・ティップに対し上記接合面とほぼ直
   交する方向に所定の静的力を印加して、上記リードとパ
   ッドとを密着させると共に上記リードにフットプリント
   を刻印するステップと、上記ボンディング・ティップに
   超音波エネルギーを印加してこれに上記リードとの接触
   状態のまま上記接合面とほぼ平行な軸線沿いの往復振動
   運動を惹起させるステップと、 所定時間経過後に、上記レーザ・エネルギーと超音波エ
   ネルギーの印加及び上記所定の静的力の印加を停止する
   ステップと、 上記リード中のフットプリントを分析して接合品質を判
   定するステップと、 を含むボンディング方法。 （７）上記リード中のフットプリントの上記分析に応じ
   てボンド品質の合否指示を出力するステップを有するこ
   とを特徴とする請求項（８）記載の方法。 （８）少なくとも１つの金属リードを有するコンポーネ
   ントを少なくとも１つの金属パッドを有する軟質サブス
   トレートにボンディングする方法であつて、 （ａ）リードを軟質サブストレート上に設けられた各パ
   ッドに接合面に沿わせて接触させるステップと、 （ｂ）上記リードをボンディング・ティップに接触させ
   るステップと、 （ｃ）上記ボンディング・ティップにこれを加熱するに
   十分なレーザ、エネルギーを印加するステップと、 （ｄ）上記ボンディング・ティップに対し上記接合面と
   ほぼ直交する方向に所定の静的力を印加して上記リード
   とパッドとを密着させるステップと、 （ｅ）上記ボンディング・ティップに超音波エネルギー
   を印加してこれに上記リードとの接触状態のまま上記接
   合面とほぼ平行な軸線沿いの往復振動運動を惹起させる
   ステップと、 （ｆ）所定時間を経過して上記リードが上記パッドに接
   合された時、上記レーザ・エネルギーと超音波エネルギ
   ーの印加及び上記所定の静的力の印加を停止するステッ
   プと、 を含むボンディング方法。 （９）上記コンポーネントの各リード及び軟質サブスト
   レート上に設けられた各パッド毎に上記ステップ（ａ）
   乃至（ｆ）を繰り返すことを特徴とする請求項（８）記
   載の方法。 （１０）上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートであることを特徴とする請求項（８）記載の方法。 （１１）上記パッドが裸銅パッドであることを特徴とす
   る請求項（８）記載の方法。 （１２）上記軟質サブストレートがエポキシ・サブスト
   レートであり、且つ上記パッドが裸銅パッドであること
   を特徴とする請求項（８）記載の方法。 （１３）上記リードが金メッキリードであることを特徴
   とする請求項（８）記載の方法。 （１４）上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートであることを特徴とする請求項（９）記載の方法。 （１５）上記パッドが裸銅パッドであることを特徴とす
   る請求項（９）記載の方法。 （１６）上記軟質サブストレートがエポキシ・サブスト
   レートであり、且つ上記パッドが裸銅パッドであること
   を特徴とする請求項（９）記載の方法。 （１７）上記リードが金メッキリードであることを特徴
   とする請求項（９）記載の方法。 （１８）請求項（８）記載の方法に従って組み立てられ
   、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （１９）請求項（９）記載の方法に従って組み立てられ
   、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （２０）請求項（１０）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （２１）請求項（１２）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （２２）請求項（１４）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （２３）請求項（１８）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （２４）少なくとも１つの金属リードを有するコンポー
   ネントを少なくとも１つの金属パッドを有する軟質サブ
   ストレートにボンディングする方法であって、 （ａ）リードを軟質サブストレート上に設けられた各パ
   ッドに接合面に沿わせて接触させるステップと、 （ｂ）上記リードをボンディング・ティップに接触させ
   るステップと、 （ｃ）上記ボンディング・ティップにこれを加熱するに
   十分なレーザ・エネルギーを印加するステップと、 （ｄ）上記ボンディング・ティップに対し上記接合面と
   ほぼ直交する方向に所定の静的力を印加して上記リード
   とパッドとを密着させると共に上記リードにフットプリ
   ントを刻印するステップと、 （ｅ）上記ボンディング・ティップに超音波エネルギー
   を印加してこれに上記リードとの接触状態のまま上記接
   合面とほぼ平行な軸線沿いの往復振動運動を惹起させる
   ステップと、 （ｆ）所定時間経過後に、上記レーザ・エネルギーと超
   音波エネルギーの印加及び上記所定の静的力の印加を停
   止するステップと、 （ｇ）上記リード中のフットプリントを分析して接合品
   質を判定するステップと、 を含むボンディング方法。 （２５）上記リード中のフットプリントの上記分析に応
   じてボンド品質の合否指示を出力するステップを有する
   ことを特徴とする請求項（２４）記載の方法。 （２６）上記コンポーネントの各リード及び軟質サブス
   トレート上に設けられた各パッド毎に上記ステップ（ａ
   ）乃至（ｇ）を繰り返すことを特徴とする請求項（２４
   ）記載の方法。 （２７）上記合否指示の合格の指示出力に応答して、上
   記コンポーネントの後続の各リードと軟質サブストレー
   ト上に設けられた後続の各パッドに対して上記ステップ
   （ａ）乃至（ｇ）を繰り返すことを特徴とする請求項（
   ２５）記載の方法。 （２８）請求項（２６）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （２９）請求項（２７）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネント。 （３０）請求項（２６）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネントで
   あって、上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートであり、且つ上記パッドが裸銅パッドであることを
   特徴とするコンポーネント。 （３１）請求項（２７）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネントで
   あって、上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートであり、且つ上記パッドが裸銅パッドであることを
   特徴とするコンポーネント。 （３２）請求項（２６）記載の方法に従って組み立てら
   れ、軟質サブストレートに接合されたコンポーネントで
   あって、上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートであることを特徴とするコンポーネント。 （３３）金属リードを軟質サブストレート上に設けられ
   た金属パッドにボンディングするための装置であって、
   リードを軟質サブストレート上に設けられたパッドに重
   ねた状態に支持する支持手段と、パッドに接合されるリ
   ードと係合する先端面を有するティップを具備した超音
   波ボンダであって、上記ティップが上記先端面の中心部
   に開口されたキャビティを有し、上記先端面に上記キャ
   ビティの部分で互いにほぼ９０°の角をなして十字状に
   交わる２本の溝が形成されている超音波ボンダと、上記
   ティップに結合されていて、上記キャビティにレーザ・
   エネルギー・パルスを供給して上記先端面を加熱するレ
   ーザ・エネルギー供給源手段と、 上記支持手段、上記超音波ボンダ及び上記レーザ・エネ
   ルギー供給源手段に結合されていて、これらの支持手段
   、超音波ボンダ及びレーザ・エネルギー供給源手段の動
   作を制御する同期装置手段と、 を含むボンディング装置。 （３４）上記支持手段がＸ−Ｙステッパよりなることを
   特徴とする請求項（３３）記載の装置。 （３５）上記レーザ・エネルギー供給源手段が光ファイ
   バ手段によって上記ティップに結合されていることを特
   徴とする請求項（３３）記載の装置。 （３８）上記キャビティの直径が上記光ファイバの直径
   より小さいことを特徴とする請求項（３５）記載の装置
   。 （３７）上記キャビティの直径がほぼ１ミルに等しいこ
   とを特徴とする請求項（３３）記載の装置。 （３８）ボンディング時に上記先端面によってリードに
   印象されたフットプリントを分析するための手段を具備
   することを特徴とする請求項（３３）記載の装置。 （３９）上記フットプリントを分析するための手段がボ
   ンドの品質を示す出力信号を発生することを特徴とする
   請求項（３８）記載の装置。 （４０）上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートよりなることを特徴とする請求項（３３）記載の装
   置。 （４１）上記レーザ・エネルギー供給源手段がシャッタ
   を具備することを特徴とする請求項（３３）記載の装置
   。 （４２）少なくとも１本の金属リードを有するコンポー
   ネントを少なくとも１つのパッドが設けられた軟質サブ
   ストレートにボンディングするための装置であって、 リードを軟質サブストレート上の各パッドに重ねた状態
   に支持する支持手段と、 各パッドに接合されるリードと係合する先端面を有する
   ティップを具備した超音波ボンダ手段であって、上記テ
   ィップが上記先端面の中心部に開口されたキャビティを
   有し、上記先端面に上記キャビティの部分で互いにほぼ
   ９０゜の角をなして十字状に交わる２本の溝が形成され
   ている超音波ボンダ手段と、 上記ティップに結合されていて、上記キャビティにレー
   ザ・エネルギー・パルスを供給して上記先端面を加熱す
   るレーザ・エネルギー供給源手段と、 上記支持手段、上記超音波ボンダ手段及び上記レーザ・
   エネルギー供給源手段に結合されていて、コンポーネン
   トを軟質サブストレートにボンディングする際に、これ
   らの支持手段、超音波ボンダ及びレーザ・エネルギー供
   給源手段の動作を制御することにより、そのコンポーネ
   ントの各リードを軟質サブストレート上の各パッドにボ
   ンディングさせる同期装置手段と、 を含むボンディング装置。 （４３）上記支持手段がＸ−Ｙステッパよりなることを
   特徴とする請求項（４２）記載の装置。 （４４）上記レーザ・エネルギー供給源手段が光ファイ
   バ手段によって上記ティップに結合されていることを特
   徴とする請求項（４２）記載の装置。 （４５）上記キャビティの直径が上記光ファイバの直径
   より小さいことを特徴とする請求項（４４）記載の装置
   。 （４６）上記キャビティの直径がほぼ０．０２５４ｍｍ
   に等しいことを特徴とする請求項（４２）記載の装置。 （４７）ボンディング時に上記先端面によってリードに
   印象されたフットプリントを分析するための手段を具備
   することを特徴とする請求項（４２）記載の装置。 （４８）上記フットプリントを分析するための手段がボ
   ンドの品質を示す出力信号を発生することを特徴とする
   請求項（４７）記載の装置。 （４９）上記軟質サブストレートが有機材料サブストレ
   ートよりなることを特徴とする請求項（４２）記載の装
   置。 （５０）上記レーザ・エネルギー供給源手段がシャッタ
   を具備することを特徴とする請求項（４２）記載の装置
   。