JPH0712051B2 - ボンデイング方法及び装置 - Google Patents
ボンデイング方法及び装置Info
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- JPH0712051B2 JPH0712051B2 JP22456390A JP22456390A JPH0712051B2 JP H0712051 B2 JPH0712051 B2 JP H0712051B2 JP 22456390 A JP22456390 A JP 22456390A JP 22456390 A JP22456390 A JP 22456390A JP H0712051 B2 JPH0712051 B2 JP H0712051B2
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- tip
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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）
・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TA
B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。
するコンポーネント・リードのソルダレス（無はんだ）
・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TA
B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・アセンブリはメッキ・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（FR-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、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）し、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。
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（FR-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、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）し、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、キャング・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。ギャ
ング・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・リード・ボン
ディング、アウター・リード・ボンディング共、リード
とパッドの同時ボンディングまたはギャング・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。
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。ギャ
ング・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・リード・ボン
ディング、アウター・リード・ボンディング共、リード
とパッドの同時ボンディングまたはギャング・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・
オートメーテッド・ボンディング（TAB）・パッケージ
が開発されている。ギャング・ボンディングに附随する
様々な問題を解消しようとして、代替技術、即ちファイ
ン・ポイント・ティップを用い、サブストレートをボン
ディングのスレショ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TA
B（SPT）ボンディングと呼ばれる技術が開発された。
オートメーテッド・ボンディング（TAB）・パッケージ
が開発されている。ギャング・ボンディングに附随する
様々な問題を解消しようとして、代替技術、即ちファイ
ン・ポイント・ティップを用い、サブストレートをボン
ディングのスレショ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TA
B（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・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・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。
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・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本ずる逐次ボンディングする通常のサーモソニッ
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。
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本ずる逐次ボンディングする通常のサーモソニッ
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。
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、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ビュレテ
ィン（Technical Disclosure Bulletin）,Vol.29,No.11
（1987年４月刊行）の「真性−熱電対プロセス・モニタ
（Intrinsic-Thermocouple Process Monitor）」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
金メッ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・インターナショナル（Semiconductor Inte
rnational）誌1988年５月号のピー・チャルコ（P.Chalc
o）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 Wire Bonding Using Lase
r Energy）」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。
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、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ビュレテ
ィン（Technical Disclosure Bulletin）,Vol.29,No.11
（1987年４月刊行）の「真性−熱電対プロセス・モニタ
（Intrinsic-Thermocouple Process Monitor）」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
金メッ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・インターナショナル（Semiconductor Inte
rnational）誌1988年５月号のピー・チャルコ（P.Chalc
o）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 Wire Bonding Using Lase
r Energy）」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・ディスクロージャ（Research Disclosure）
誌、No.273（1987年１月刊）の「拡散ボンディング（Di
ffusion Bonding）」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 Thermobondin
g Surfaces）」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 Welding Techniqu
e）」という名称の米国特許第4,330,699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。
誌、No.273（1987年１月刊）の「拡散ボンディング（Di
ffusion Bonding）」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 Thermobondin
g Surfaces）」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 Welding Techniqu
e）」という名称の米国特許第4,330,699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。
C.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。
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。
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。
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。
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・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。
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（bond footprin
t）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。
時形成されるボンド・フットプリント（bond footprin
t）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。
D.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・
ボンディングに附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。
ートに対するリードのソルダレス・アウター・リード・
ボンディングに附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・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。ギャング・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50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。
メータだけでボンディング・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。ギャング・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50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。
組み合わせて用いることによりリードをパッドにボンデ
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（＞300ms）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ッキ
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（＜100ms）レ
ーザー音波パルスを用いてリードを硬質サブストレート
（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。
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ッキ
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（＜100ms）レ
ーザー音波パルスを用いてリードを硬質サブストレート
（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。
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・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。
上に上記の如くボンダ・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）1
0は、好ましくはエポキシ、特にFR-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12上に載置さ
れている。
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）1
0は、好ましくはエポキシ、特にFR-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12上に載置さ
れている。
軟質プリント回路基板10上には、コンポーネントに結合
された金メッキ銅リード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1
8は、ボンダ18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26が光ファイバ24を介して結合され
ている。
された金メッキ銅リード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1
8は、ボンダ18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26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1mm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250μｍ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
れと接合されるリード16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25μ
ｍ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。
は直径が0.75mm乃至1mm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250μｍ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
れと接合されるリード16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25μ
ｍ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・エネルギーは光ファイバ24を介してボンディン
グ・ティップ22に供給される。光ファイバ24の直径は約
0.2mm（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。
グ・ティップ22に供給される。光ファイバ24の直径は約
0.2mm（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。
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と強制密着させ（第1A
図）、これと同時に双頭矢印32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16はパッド14に接合されている。
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と強制密着させ（第1A
図）、これと同時に双頭矢印32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16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。
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16が軟質サブスト
レート10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・ティップ22の直下部に位置決め
する。同期装置28よりボンダ18に供給される信号に応答
して、ボンディング・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。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26
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へレーザ・
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・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26は、好ましくは
YAG-CWの1.06μｍレーザを使用する。但し、アルゴン−
イオン・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26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24上をレ
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50ms乃
至100ms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23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100msより短くし、レ
ーザ出力は通常13乃至20ワット（Ｗ）、好ましくは13乃
至20ワットの範囲内とする。上記ティップ22に印加する
静的力は好ましくは50gm（グラム）重乃至100gm重の範
囲内とする。
レート10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・ティップ22の直下部に位置決め
する。同期装置28よりボンダ18に供給される信号に応答
して、ボンディング・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。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26
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へレーザ・
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・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26は、好ましくは
YAG-CWの1.06μｍレーザを使用する。但し、アルゴン−
イオン・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26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24上をレ
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50ms乃
至100ms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23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100msより短くし、レ
ーザ出力は通常13乃至20ワット（Ｗ）、好ましくは13乃
至20ワットの範囲内とする。上記ティップ22に印加する
静的力は好ましくは50gm（グラム）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。
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、金メッキ銅リード16は軟質サブスト
レート10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−パ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、現在毎秒約10ボン
ドのボンディング速度が可能である。
レート10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−パ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、現在毎秒約10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幅の金メッキ銅リード
を銅パッド面及び金パッ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560mW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−金
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・ティップからパッドへ
の超音波エネルギーの結合が微弱になることにあると考
えられる。
を銅パッド面及び金パッ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560mW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−金
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・ティップからパッドへ
の超音波エ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3B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3A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46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。
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3A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46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40
とリード48との間の界面に沿って十分な熱が発生し、ボ
ンドが形成される。
な超音波エネルギー結合効果が得られる結果、パッド40
とリード48との間の界面に沿って十分な熱が発生し、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。
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560mWの超音波ボン
ダを用い、静的力F65グラム重により、中心間隔0.2mmの
0.1mm幅の金メッキ・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。
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560mWの超音波ボン
ダを用い、静的力F65グラム重により、中心間隔0.2mmの
0.1mm幅の金メッキ・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560mWの超音波ボンダを用い、静的力F65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90°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°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・サ
ブストレートが熱損傷を破り、溶融する動作条件の範囲
を示す。
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560mWの超音波ボンダを用い、静的力F65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90°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°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・サ
ブストレートが熱損傷を破り、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破らない。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
80ms以下に保ことが望ましい。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
ップに示すように、レーザ出力が15ワットのレベルで、
超音波エネルギーが560mW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
55msから85msまでの間、即ち30ms幅のウィンドウ内で変
化する。
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破らない。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
80ms以下に保ことが望ましい。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
ップに示すように、レーザ出力が15ワットのレベルで、
超音波エネルギーが560mW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
55msから85msまでの間、即ち30ms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、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60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。
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60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・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、レーザ出力が15ワットのレベ
ルの場合、接合強さが約20ms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
70ms乃至85msの間、即ち15ms幅のウィンドウ内でしか変
化し得ない。
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、レーザ出力が15ワットのレベ
ルの場合、接合強さが約20ms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
70ms乃至85msの間、即ち15ms幅のウィンドウ内でしか変
化し得ない。
第５図及び第６図のプロセス・マップは、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・エネ
ルギーを用いてボンディング・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。
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・エネ
ルギーを用いてボンディング・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、パッドに金メッキ（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
と金メッキ銅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ワット、超音波エネルギー360mW、ボンディング
・ティップによる印加静的力65グラム重で、中心間隔0.
2mmの0.1mm幅金メッキ・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90°引張接合
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、より高価な金メッキ・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。
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
と金メッキ銅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ワット、超音波エネルギー360mW、ボンディング
・ティップによる印加静的力65グラム重で、中心間隔0.
2mmの0.1mm幅金メッキ・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90°引張接合
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、より高価な金メッキ・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。
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。
F.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。
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。
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・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・エネルギーを用いずに超音波エネルギ
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、硬質サブストリート上
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・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、 第８図は裸銅パッドと金メッ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。 10……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……
金メッキ銅リード、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、26……レーザ、28……同期装置、62,64……
溝、63……キャビティ、66,68,70,72……アイランド。
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・エネルギーを用いずに超音波エネルギ
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、硬質サブストリート上
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・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、 第８図は裸銅パッドと金メッ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。 10……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……
金メッキ銅リード、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、26……レーザ、28……同期装置、62,64……
溝、63……キャビティ、66,68,70,72……アイランド。
Claims (50)
- 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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（６）記載の方法。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項２３】請求項（16）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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項３６】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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US41393089A | 1989-09-28 | 1989-09-28 | |
| US413930 | 1989-09-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03120737A JPH03120737A (ja) | 1991-05-22 |
| JPH0712051B2 true JPH0712051B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=23639246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22456390A Expired - Lifetime JPH0712051B2 (ja) | 1989-09-28 | 1990-08-28 | ボンデイング方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0423433A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0712051B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4320055A1 (de) * | 1993-06-17 | 1994-12-22 | Ghassem Dipl Ing Azdasht | Belötungsvorrichtung |
| WO1995000283A1 (de) * | 1993-06-17 | 1995-01-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und vorrichtung zur kontaktierung eines kontaktelements |
| US5847356A (en) * | 1996-08-30 | 1998-12-08 | Hewlett-Packard Company | Laser welded inkjet printhead assembly utilizing a combination laser and fiber optic push connect system |
| ES2175326T3 (es) | 1997-12-19 | 2002-11-16 | Esab Ab | Aparato de soldadura. |
| DE102008002910A1 (de) * | 2008-06-26 | 2010-01-07 | Reis Lasertec Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen mittels Laserstrahlung |
| EP2444999A4 (en) * | 2009-06-18 | 2012-11-14 | Rohm Co Ltd | SEMICONDUCTOR DEVICE |
| JP5441813B2 (ja) * | 2010-05-14 | 2014-03-12 | パナソニック株式会社 | 接合方法および接合装置 |
| CN114502315A (zh) * | 2019-09-06 | 2022-05-13 | 崇德超声波有限公司 | 用于焊接至少两个部件的焊接设备及方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4330699A (en) * | 1979-07-27 | 1982-05-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser/ultrasonic welding technique |
| US4499524A (en) * | 1983-11-07 | 1985-02-12 | North American Philips Corporation | High value surface mounted capacitor |
| US4534811A (en) * | 1983-12-30 | 1985-08-13 | International Business Machines Corporation | Apparatus for thermo bonding surfaces |
| US4779340A (en) * | 1984-03-26 | 1988-10-25 | Axonix Corporation | Programmable electronic interconnect system and method of making |
| FR2605176B1 (fr) * | 1986-10-09 | 1994-04-01 | Peugeot Automobiles | Procede de cablage filaire et outil pour la mise en oeuvre de ce procede |
| GB8823770D0 (en) * | 1988-10-11 | 1988-11-16 | Bicc Plc | Improved circuit board |
-
1990
- 1990-07-17 EP EP90113636A patent/EP0423433A1/en not_active Withdrawn
- 1990-08-28 JP JP22456390A patent/JPH0712051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03120737A (ja) | 1991-05-22 |
| EP0423433A1 (en) | 1991-04-24 |
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