JPS644338B2 - - Google Patents

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JPS644338B2
JPS644338B2 JP56131676A JP13167681A JPS644338B2 JP S644338 B2 JPS644338 B2 JP S644338B2 JP 56131676 A JP56131676 A JP 56131676A JP 13167681 A JP13167681 A JP 13167681A JP S644338 B2 JPS644338 B2 JP S644338B2
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ultrasonic
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    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広くは材料の超音波ボンデイング装
置に関し、さらに詳しくは、例えば半導体集積回
路の製造における、ワイヤボンデイングを最適の
条件で行う為の方法および装置に関するものであ
る。
集積回路製造において、集積回路上の電気的接
点をICパツケージ上のより大きく丈夫なリード
部と接続する為、ワイヤボンデイングが使用され
る。典型的には、デバイス上の接点は、アルミニ
ウム製のボンドパツド領域である。所定の機械的
衝撃に耐えられるようなストレス―フリーループ
の形をした細い金またはアルミニウムのワイヤ
は、ボンドパツドとICパツケージのリード部と
の両方に対し冶金学的に結合されなければならな
い。
超音波ボンデイング工程においては、ボンドさ
れる界面に対する圧力の下での、超音波エネルギ
ーの適正な伝達によつて冶金学的ボンデイングが
行われる。安定で信頼性のあるボンデイングを行
うには、エネルギー、クランピングの圧接力また
は圧着力、時間及びボンデイングパツドとICパ
ツケージの状態を最適にすることが必要とされ
る。ここに使用される超音波ボンデイングという
表現は、ボンデイング工程中に熱を与える熱圧着
超音波ボンデイング（thermosonic bonding）を
も含むものである。これまでエネルギーの大き
さ、圧力、時間、ボンデイング用工具の構成のさ
まざまな組み合わせを使用して、安定した高品質
のボンデイングを達成する試みがなされている。
しかしながら、特定のボンデイング装置の為のパ
ラメータは、高い緊張力にも強い安定したボンデ
イングが得られるまでパラメータを調整したり、
できあがつたボンデイングを検査して試行錯誤に
より決定されたものである。
この方法におけるひとつの欠点はたとえ生産活
動の開始の時点でセツテイングを最適にしても、
ある数のボンデイングを行つた後のボンデイング
装置の劣化、振幅、および時間におけるセツテイ
ングの変化、および、ワイヤまたはボンデイング
パツド材料における変化が、不安定な、または不
完全なボンデイングをひきおこす。例えば、時間
を過剰にセツテイングをすれば、ボンデイングパ
ツドの下のシリコンがクレータ状になつたり、亀
裂が起きたりし、またボンデイング工具のアルミ
ニウム蓄積により、頻繁に部品交換することを要
するようになる。また逆に、時間を少なめにセツ
テイングすれば、IC全部を不良にする原因とな
る不完全なボンデイングをひきおこす可能性を持
つ。これは、高速かつ連続的に、多数のボンデイ
ングを行う自動ボンデイング装置の場合は、特に
問題となる。訂正作業がとられるまでに、検知で
きずに多数の不充分なボンデイングが行われてし
まうことになるからである。
従つて本発明によれば、ボンデイングを行う為
に使われる超音波変換器のインピーダンスを監視
することで超音波ボンデイングを最適にする方法
および装置を得ることができる。変換器のインピ
ーダンスの第２の導関数が負の方向に変化しゼロ
となる時、ボンデイングの完成が決定される。こ
こで値がゼロとなることは、他のボンデイングに
関するパラメータに影響されない。
本発明の第１の実施例では、超音波変換器の電
圧と電流に比例する信号がデバイダーに送りこま
れ、デバイダーのインピーダンスに比例する信号
が発生されるようにする。その信号は変換器の機
械的インピーダンスにも比例している。そのイン
ピーダンス信号は、順に２つの微分器へとつなが
れ、時間に関するインピーダンスの第２の導関数
が供給されるようにする。さらにカツトオフ論理
回路は、第２のインピーダンス導関数信号が負の
方向に変化しゼロの値に到達したのを検知した時
ボンデイング工程を終了させる。
本発明の第２の実施例では、インピーダンスの
値が予め定められた範囲からはずれ、ボンデイン
グ装置にワイヤがなくなるか又は、半導体装置の
ボンデイングパツドにボンデイング工具が接触し
なくなつたことのいずれかを示す時、超音波ボン
デイング装置をとめる為の追加の論理回路を有す
る。
本発明の第１の目的は、材料の超音波ボンデイ
ングを最適にする方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、最適の超音波ボンデイ
ングが完了した時点を決定し、ボンデイング工程
を終了させる監視装置を提供することである。
さらに、もう１つの本発明の目的は、特定の機
械的故障を検知した時に、ボンデイング工具を中
断させる超音波ボンデイングシステムに使用する
監視装置を提供することである。
図を参照してみると、まず第１ａ図には、ボン
デイング工程中の典型的な超音波変換器のインピ
ーダンス対時間の曲線１０が示される。変換器の
慣性と超音波発生装置の共振の為の最初のチユー
ニングによつてインピーダンスは最初高い値を示
す。ボンデイング中はインピーダンスが下がり、
次に、曲線１０の点１２にほぼ一致するボンデイ
ングの完成時点までインピーダンスは増加する。
時間に対するインピーダンスの負の第１の導関数
１４および正の第２の導関数１６を示すものが、
第１ｂ図第１ｃ図にそれぞれ描かれている。これ
によると、曲線１０上のボンデイング完成を示す
点１２が第１の導関数曲線１４上の正の極大値点
１８に一致することは明らかである。同様に、曲
線１４上の点１８は、第２の導関数曲線１６上の
負の方向へ変化してゼロを通過する点２０と一致
する。さらに、ゼロを通過する点２０は、使用さ
れている出力レベル又は、インピーダンスを示す
曲線１０の特定の形状に影響を受けないボンデイ
ング完成時点と一致することがわかつた。
この結果に基づいて、本発明は、手動の超音波
変換器または、自動ボンデイング装置のインピー
ダンスを監視し、インピーダンスの第２の導関数
の値が負の方向に変化しゼロとなる条件下で、ボ
ンデイングが完成された時、ボンデイング装置を
止める為のカツトオフ信号を発生させる。第２図
には、ボンデイング装置２２、ボンデイング装置
用制御ユニツト２４および超音波発生装置２６を
有する、ボンデイングシステムを供給するという
本発明の第１の実施例のブロツク図が示されてい
る。典型的なシステムにおいてボンデイング装置
２２は、ボンデイング工具、ワイヤ供給装置およ
び製造される集積回路の各点にこの工具とワイヤ
を移動する装置を有する。例えば、ボンデイング
装置２２の中の工具に超音波エネルギーを供給す
る為発生装置２６は圧電変換器を有する。ボンデ
イング装置制御ユニツト２４は、ボンデイングさ
れるべき点として予め決められた座標を記憶し、
ボンデイング装置２２内のボンデイング工具を適
正な位置におくる為の信号を供給する。制御ユニ
ツト２４は、トリガー信号２８を供給し、ボンデ
イング工具が適正な位置におかれると超音波発生
装置２６を作動させ、同時にボンデイング装置２
２のワイヤ供給、出力、時間のセツテイングも制
御する。本監視装置内で、発生装置２６の中の変
換器の電圧と電流に対応する信号をデイバイダー
３０に接続し、デイバイダー３０は、その出力３
２にインピーダンス信号Ｚを発生する。デイバイ
ダー３０の出力３２は、微分器３４および３６な
らびに時間に関する変換器インピーダンスの第２
導関数に相当する微分器３６からの出力がゼロと
なる時、論理回路４０に論理レベル出力を発生す
るゼロクロツシング検出器３８へと接続された順
に次々と接続される。論理回路４０はボンデイン
グ装置用制御ユニツト２４に接続され、カツトオ
フ信号をそこに与え、ボンデイングの完了を検知
した時に発生装置２６の作動を停止させる。更に
論理回路４０は、インピーダンスの値を監視する
為のデイバイダー３０にも直接接続されている。
もしインピーダンスが予め定められた範囲外とな
つて、ボンデイング工具にワイヤがない場合又は
ワイヤーとボンデイングパツド領域との接触が不
良である場合のいずれかに対応する場合論理回路
４０は、制御ユニツト２４に、INHIBIT（禁止）
信号を与え、正しい動作が行われるようになるま
で発生装置２６を作動させなくする。論理回路４
０は、発生装置２６を作動させる制御ユニツト２
４からの同じトリガー信号によつて作動される。
第３図には、本発明の第２の実施例が示され、
増幅器４２，４４、絶対値検知器４６，４８、お
よびフイルター５０，５２、が、発生装置２６の
電流、電圧それぞれのチヤンネルと、デイバイダ
ー３０との間に、順々につながれている。これら
の装置は、インピーダンスのより正確なリアルタ
イムの値を与える為、デイバイダー３０に正規化
された、正の無歪み信号を送る。フイルタ５４
は、微分器３４の出力にも接続され、さらに歪み
のなくなつた信号が微分器３６の入力に送られ
る。３次のチエビシエフ フイルタ（Third―
order Chebyshev filter）をこの応用例に使うと
特に有効であることがわかつている。論理回路４
０は、ノーワイヤ／ノーコンタクト論理回路とし
て示され、INHIBIT（禁止）信号および
CUTOFF（カツトオフ）信号をそれぞれ、ボンデ
イング装置用制御ユニツト２４に供給するカツト
オフ論理回路５８として示されている。
第４ａ図および第４ｂ図は、第３図のブロツク
図に相当する監視装置の概略図であり、回路の機
能の各々の部分を点線で示している。論理回路５
６は、許容インピーダンス範囲の上限、下限を定
める比較器６０および６２を含んでいる。この範
囲外の値をインピーダンスが示す時は、ボンデイ
ング装置用制御ユニツト２４に、ノーワイヤまた
はノーコンタクト（INHIBIT）信号のいずれか
が接続され、超音波発生装置２６を作動させなく
する。
上記の実施例において、アナログ式超音波ボン
デイングエネルギー監視装置が開示されているが
発生器２６からのアナログの電圧電流信号をデジ
タル化して、必要とするインピーダンス、第２の
導関数ゼロクロツシング検出装置及びインピーダ
ンス限界検知装置を得る為に、マイクロプロセツ
サーを使用して演算処理できる事は、本発明に関
する当業者には既に明らかなことである。また他
の方法として、インピーダンスをまず開示したよ
うなアナログ装置によつて導きだしその後、公知
の装置を用いて、デジタル化し、演算処理するこ
ともできる。
このように、本発明により、ボンデイング工程
の間の超音波変換器のインピーダンスを監視分析
することによつて、ボンデイングを最適にする超
音波エネルギーボンデイング装置を使用して、リ
アルタイムの品質管理をはかるシステムを得るこ
とができた。さらに、ノーワイヤまたは、ノーコ
ンタクト条件を検知した場合監視装置は、ボンデ
イング装置の作動を禁止することができ当初の目
的を達成することができた。
本発明は、特殊な実施例に関し、説明、図示さ
れているが本発明の主旨およびその範囲から離れ
ずに、種々の変形も可能である。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図は、ボンデイング工程中の典型的な超
音波変換器の時間の関数であるインピーダンスを
示すグラフである。第１ｂ図と第１ｃ図は、第１
ａ図に描かれる時間の関数であるインピーダンス
曲線のそれぞれ、第１のおよび第２の導関数を示
すグラフである。第２図は、本発明の第１の実施
例に従つて構成される超音波ボンデイングエネル
ギー監視装置のブロツク図を示す。第３図は、本
発明の第２の実施例の超音波エネルギー監視装置
のブロツク図を示す。第４ａ図および第４ｂ図
は、第３図に示された監視装置の概略図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 変換器の中の超音波電圧及び電流を監視する
    工程と；上記電圧および電流の関数である上記変
    換器のインピーダンスに対応する信号を発生する
    工程と；それぞれの時間に関する上記インピーダ
    ンス信号の第２の導関数が予め決められた値に達
    した時、ボンデイング工程を停止させる工程とを
    有する変換器より発された超音波エネルギーによ
    つて材料をボンデイングするのを最適にする超音
    波ボンデイング方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において前記インピー
    ダンス信号の第２の導関数が負の方向に変化して
    実質上ゼロとなる時ボンデイング工程を停止させ
    ることにより、特徴づけられる超音波ボンデイン
    グ方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項において
    前記電圧を実質上一定の値に保つ超音波ボンデイ
    ング方法。 ４ ボンデイングに用いられるエネルギーを発生
    する超音波変換器と、最適のボンデイングがなさ
    れたことを示す監視装置とを有するボンデイング
    装置であつて、上記超音波変換器の中の電圧およ
    び電流に対応する信号を発生する装置と、上記電
    圧および電流信号の関数である上記変換器のイン
    ピーダンスに対応する信号を発生する上記電流電
    圧対応信号発生装置に接続されたインピーダンス
    決定装置と；上記インピーダンス決定装置に接続
    され、上記時間に関する上記インピーダンス信号
    の第２の導関数に対応する信号を発生する微分装
    置と、上記第２の導関数が負の方向に変化し、ゼ
    ロとなり、このゼロとなる時点が上記ボンデイン
    グ工程の完成に相当するときボンデイング装置に
    カツトオフ信号を供給する論理装置とを有するこ
    とを特徴とする超音波ボンデイング装置。 ５ 特許請求の範囲第４項において上記微分装置
    は、上記インピーダンス決定装置に接続され、出
    力が時間に関する上記インピーダンスの第１の導
    関数に対応する第１の微分装置と；上記第１の微
    分装置に接続された出力が時間に関する上記イン
    ピーダンスの第２の導関数と対応する第２の微分
    装置とを有する超音波ボンデイング装置。 ６ 特許請求の範囲第４項において、上記論理装
    置は、更に、前記インピーダンス信号が予め決め
    られた範囲外を示す時はいつでも上記超音波変換
    器の作動を禁止する装置を有する超音波ボンデイ
    ング装置。
JP56131676A 1980-08-25 1981-08-24 Method and apparatus for ultrasonic bonding Granted JPS5772786A (en)

Applications Claiming Priority (1)

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JPS644338B2 true JPS644338B2 (ja) 1989-01-25

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EP (1) EP0046636B1 (ja)
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