TW201000238A - Bonding device - Google Patents

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201000238 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於接合裝置之構造。 【先前技術】 於半導體裝置之製程，大多使用打線（wire b〇nding)裝 置，以金屬細線之金屬線連接半導體晶片電極之焊墊與引 線架電極之引線間。打線裝置’具備：接合臂，藉由驅動 馬達旋轉驅動；超音波放大器，安裝於接合臂；毛細管， 安裝於超音波放大器前端；及超音波振動件，安裝於超音 波放大器；將接合臂旋轉驅動以使毛細管對焊墊或引線移 動於接近/離開方向，使形成於毛細管前端之初始球壓接於 焊墊’使金屬線壓接於引線’且藉由超音波振動件使超音 波放大器共振，於毛細管前端施加超音波振動以進行接合 者較多。 打線裝置之控制部，分別控制施加於驅動馬達之電流 值或施加於超音波振動件之電流值，以控制接合時能施加 預先設定之既定接合負載、超音波輸出。 要以如上述打線裝置進行良好之接合，需要於接合動 作中檢測從毛細管施加於焊墊、引線之接合負載、超音波 輸出以進行回饋（feedback)。 因此，於專利文獻丨，提出有將畸變計安裝於超音波放 大器，藉由該畸變計檢測接合負載與超音波振動，以控制 對驅動馬達與超音波振動件之施加電壓。 6 201000238 又’於專利文獻2,提出右 印有於毛細管與超音波振動件間 之同一面，設置使用壓電材料 竹科之負载檢測用感測器與超音 波振動檢測用感測器，從各齡山，、，k , I翰出以檢測接合負載與超音波 振動之輸出。 (專利文獻D日本特開平10- 256320號公報 (專利文獻2)日本專利第353〇139號說明書 【發明内容】 另一方面，接合時毛細管前端之超音波振動之狀態， 於從接合開始至初始球之接合途巾、初始球之接合結束之 各時點會變化，施加於毛細管前端之振動負載亦變化。然 而’專利文獻1及專利文獻？ J又馱2所述之習知技術，雖能檢測 超音波放大器本身之招立、、山 糾 豸之超s波輸出之變化，但無法檢測較超 音波放大器整體之振動非食與 勃非常微小之振動的毛細管前端之振 動變化。 又’專利文獻1及專利文獻2所述之習知技術，均將 負載感測器安裝於超音波放大器之超音波振動之振幅產生 4位’但安裝於超音波放大器之感測器會影響超音波振 動，故有藉由感測器之安裝對接合性能產生影響之問題。 =而’於，換超音波放大器時亦需要更換感測器，每於超 曰波放大②更換時需要校準等之調整，有維護費時之問題。 本發明係一種技人姑堪 榎接合裝置，其目的在於：以簡便之構成， 檢測施加於接合工具前端之振動負載。 本發明之接合裴置，具備：基體部；超音波放大器， 201000238 係與超=波振動件之振動共振且縱振動於長邊方向；接合 工具’安裝於超音波放大器之振動腹部；凸緣，設置於超 =波放大器之振動節部，·及接合臂，包含固定超音波放大 :之凸緣之凸緣安裝面’且以可旋轉之方式安裝於基體 …以使接合工具前端對接合對象動作於接近/離開方向； 其特徵在於，具有：負載感測器’安裝於接合臂之旋轉中 =與凸緣安裝面間；及振動負載檢測部，藉由使位於超音 j振動件之振動頻率附近之頻帶訊號通過之滤波器，從負 2感測&所取得之訊號取出在超音波振動件之振動頻率附 近之頻帶訊號，根據所取出之訊號檢測施加於接合 為之超音波放大器長邊方向之振動負載。 ， 於本發明之接合裝置’振動負載檢測部，較佳為具備 =狀態判定手段，根據施加於所檢測之接合工具前端之 曰：放大：長邊方向的振動負载之振幅變化判定形成 ;接合工具前端之初始球與接 山从人 安α對象間之接合狀態，並輸 :接&狀態訊號；振動負載檢測部之接合狀態判定手段， 大器長邊方向之振動負載之之超音波放 ^ a大的振幅增大期間盥振 :曰大期間後使振幅大致—定的振幅穩： :於接合工具前端之初始球被展潰而接合於接合對= 二Γ:接合途中狀態訊號，當從較振幅穩定 广振幅振幅增大而經過既定時間時則判定為接合結 束’並輸出接合結束訊號。 於本發明之接合裝置，較佳為，包含連接振動負載檢 201000238 測部且使超音波振動件之輸出變化的㈣# 備超音波振動停止手段，從振動㈣檢測部輪人接二= 訊號時，使超音波振動件之輪出停止； σ、，，。東 具備超音波振動變化手段，备葬，接紅 ”、、’控制部， 出較預先所設定之輸出増大，當:幅=輸 小。 之輸出較預先所設定之輸出減 本發明，於接合裝i，以簡便之構成，而能獲得檢測 施加於接合工具前端之振動負載的效果。 【實施方式】 以下’參照圖式說明本發明之較佳實施形態。如圖ι 所示，本實施形態之打線裝£ 10，具備：接合頭"(基體 部）、超音波振動件13、超音波放器12、毛細管17(接合工 ^ °又置於超音波放大器12之凸緣14、接合臂21、負載 感測器3卜驅動馬達45、振動負載檢測部5〇、控制部6〇、 及接合台33,用以吸附固定接合對象之半導體晶片34或基 板35。 於接合頭11設置驅動馬達45，用以旋轉驅動接合臂 21。超音波振動件13係將複數片壓電元件疊合而成者，安 j於超音波放大器12之後端侧。又，於超音波放大器12 安裝毛細管！八於成為後述之超音波放大器12之振動 飞。卩之位置设置凸緣14，凸緣14以螺栓16固定於接合臂 9 201000238 21前端之凸緣安裝面22。 接α # 21 ’安裝成可繞設置於接合頭η之旋轉軸％ 旋轉。接合臂2i之旋轉中心、43 ’位於與基板35(吸附於接 合台33上）之表面、或半導體晶片34(安裝於基板35)之表 面同一面上。 接合臂21係朝超音波放大器12之中心軸15方向延伸 的大致方形體，具有具凸緣安裝面22之前端側部分2u與 包含旋轉中心43之後端側部分21b，前端側部分2U與後 端側4分21 b，係藉由設置於含有超音波放大器〗2之中心 軸15之咼度方向位置（z方向位置）的薄板狀連接部24連 接。於連接部24之接合面41側及與接合面41相反側，設 置細狹縫23、25於接合臂2 1之前端側部分2丨a與後端側部 分21 b之間。於與接合臂21之接合面4丨相反側之z方向 上側設置用以安裝負載感測器3 1之槽26。槽26對向設置 於接合臂21之前端側部分21a與後端側部分21b之間。安 裝於槽26之負載感測器3卜藉由從前端側部分21a向後端 側部分21b鎖入之螺栓27被夾於前端側部分21a與後端側 部分2 lb之間以承受壓力。負載感測器3 1之中心軸28，係 安裝成從超音波放大器12之中心軸15朝Z方向（接合面 41與毛細管17前端17a之接觸/分離方向）偏位距離L。 如圖2(a)所示’負載感測器31安裝於接合臂21之寬度 方向之中央部’螺栓27設置於負載感測器3 1之兩側。又， 如圖2(b)所示’於接合臂21之接合面41側，設置用以收 容超音波放大器12與超音波振動件13之凹部29。 201000238 如圖3戶斤- 13共振於長超音波放大11 12，係藉由超音波振動件 '長邊方向（沿中心軸15之方 所謂縱振動係扣)作縱振動。在此， 係才日振動傳達方向與振幅方向係同一方 動而吕。如圖m 机仏山 之不思圖所示，超音波放大器12藉由安裝 ^之Hit波振動件13的振動，於安裝有超音波振動件 振動腹部的===之前端間，以後端與前端成為 乍振動。又’於產生在後端與前端間 振動即。卜亦即於就算在共振狀態亦不振動之部 將超音波放大器12固定於接合臂21之凸緣14，凸 由螺栓16固定於接合臂21之凸緣安裝面22。由於凸緣“ 不因超音波放大器12之共振而振動，故超音波放大器η 之共振所產生之超音波振動不會傳達於接合臂21之凸緣安 裝面22。因此，設置於接合臂21之負載感測器31亦不會 被傳達超音波放大H 12之共振所產生之超音波振動。又， 圖3係用以說明接合臂21與超音波放大器12、凸緣μ、 螺栓16之關係的示意圖，將從超音波放大器12延伸於水 平方向之χγ方向的凸緣14記載為縱方向。又，圖係 超曰波放大器12之振幅的不意圖’將中心轴I，方θ之振' 幅記載為與中心軸15直角方向之振幅。 如圖1所示，負載感測器31連接於振動負载檢測部 5〇 ’於其内部含有使位於超音波振動件之振動頻率附近L 頻帶訊號通過的帶通濾波器（band-pass filter)，從以負載感 測器3 1檢測之訊號能檢測施加於毛細管17之前端17 a之、、； 超音波放大器12之中心軸15方向的振動負載。又，超音 201000238 波振動件u、驅料達45與振㈣載 藉由控制…指令控制超音波振動件= 出及驅動馬達45之旋轉方向與輸出 - 部5〇檢測之振動負载輸人詩制部6Ge 負載檢測 振動負載檢測部50、控制部6〇 …或記憶體等之電腦，亦：：=為於内部含 系統。 路構成核測、控制之 說明使用上述構成之打線 毛細管17前端17a之 ^ 口作中，施加次 之振動負載的檢測動作曰波放大器12之中心轴15方, 圖1所不之控制部60，將從毛細 之金屬線前端，藉由未圖示之放電伸出 令。藉由該指令媒二v:5’輪出將凝動馬…動之指 下降於半導體晶片34上 開始疑轉，使毛細管1 7開始 動件13之振動開始之指八又控制部60，輸出使超音波振 而輸出預先設定之括7藉由s亥指令能將對應接合條件 13。 振動輪出的電壓施加於超音波振動件 在形成於毛細管丨7 ^山 34表面之前，如圖3所示别端之初始球18接觸半導體晶片 動件1 3之振動共振，^超音波放大器12係與超音波振 超音波振動件13之後\行以裝有毛細管17之前端與裝有 配置於振動節部，故不端為振動腹部的縱振動。因凸緣i 4 動，負載感測器31會因超音波放大器12之共振而振 亦未檢測負載。 12 201000238 接合臂21下降，當初始球18接觸半導體晶片科之焊 墊上時，毛細管17使初始球18開始向焊墊緊壓。於是藉 由施加於毛細管17之Z方向之緊壓力將彎曲力矩施加於超 音波放大器12。該彎曲力矩從凸緣14傳達至接合臂21之 前端側部分2la。然後，接合臂21之前端側部分以薄 板狀之連接部24為旋轉鉸鏈而旋轉於順時針方向。藉由此 方疋轉力矩使負載感測器3 "皮壓縮，負载感測器3 ^開始檢 測毛細管1 7之接地負載。 如圖5所示，因毛細管17藉由超音波放大器12之振 動而振動於超音波放大器12之中心軸15方向，當初始球 18接觸半導體晶片34之焊墊時，焊塾與初始们8之間會 產生摩擦力，藉由該摩擦力施加振動負載於毛細管Η之前 端心因該振動負載傳達毛細管17而使超音波放大器η 整體沿中心軸15方向振動，故使未傳達超音波放大器12 之共振之振動的凸緣14亦同樣地沿中心軸15之方向振 動：藉此接合臂21之凸緣安裝面22亦同樣地沿超音波放 大益12之中心軸15方向振動，藉由負載感測器31檢測該 振動負載。此時’沿超音波放大器12之中心轴Η方向的 共振頻率與毛細管1 7 $於 >山1 7 &立 之刖鈿i7a所產生之沿超音波放大器 之中心軸15方向的振動，其頻率係大致相同。 在毛細管17之前端m施加於超音波放大㈣之中心 轴15方向的振動負截 阴& m因較在毛細管Η之前端施加於與 超音波喇叭12之中心赵】ς τ #七& 非常小，故負載感交方向之2方向的接地負載 貝㈣測器所檢測之負载，如圖 13 201000238 幾乎全部成為接地負 芎12之Φ、Α 々田’因於超音波放大 器12之中心軸15方向施加於毛細 山 a i± a 之月丨J‘17a的振動 負載，係與超音波放大器12振 勒頻率大致相同頻率 率，如圖4(b)所示，使其通過狹 ’ 動負載檢測部5G之超音波放λ3|==51(以包含於振 頻率”僅取出在超音波放大器=振頻動: = ::，使從毛細管17之前端m施加於超音波放 广之中心軸15方向的振動負載訊號能從負載感測器 31之輸出取出。又，藉由所跑山 ._ 取出之訊號之振幅能檢測振動 負載之大小。 A其次，說明超音波振動停止手段與超音波振動變化手 段’藉由如上述所檢測之振動負載進行初始球^與半導體 晶片34之焊墊間之接合狀態變化的檢測及進行接合途中之 超音波振動件1 3之輸出調整。 如圖6之步驟S101所示，接合動作一開始，振動負載 檢測部50取得來自負載感測器31之訊號。接著，如圖6 之步驟S102所示，使所檢測之訊號通過狹帶域濾波器51， 僅取出在超音波放大器12之振動頻帶附近的訊號，如圖6 之步驟S103所示檢測振動負载。 如圖5(a)所不，當毛細管17之前端17a之初始球18 接觸半導體晶片34之烊墊時，於初始球丨8與焊墊間開始 奴加毛細官1 7之沿超音波放大器丨2之中心軸丨5方向的振 動負載。如圖4(c)所示之期間A，藉由狭帶域濾波器5丨取 出之振動負載之振幅（初始球丨8之接地前係零），跟隨初始 14 201000238 球18藉由毛細管 a 之别& 17a緊壓於焊墊因毛 接地負载變大故會增大。 因毛細官17之 初始球18沿毛 4(c)所不之期間B，當 振幅之增大則停止，二形㈣潰，振動負載之 圖冲)所示，初始球18接1振幅之狀態。然後，如 成壓接球19後，毛 °於半導體晶片34之谭墊而形 放大器之中心’㈣_沿超音波 炙〒。軸15方向之移動，故振動負載 。圖4⑷所示之期間A係振幅增 ^ 期間B係振幅穩定期間。 冑4⑷所不之 振動負載檢測部5〇,從振動負載檢測部50取得所檢測 負載，判斷其振動負載之振幅是否從零增 :大期間、或振幅穩定期間。是否為振幅增大期間，係； =幅之時間的增加比例，若其增加比例超越間值時； 判斷為振幅增大期間。又，是否為振幅穩定期間，對振幅 寺間的I化率即使超越閾值之情形，可判斷為振幅已進 入上限與下限之閾值。 一振動負載檢測部50 ’如圖6之步驟S丨〇4所示，若將接 合中毛細管17之沿超音波放大器12之中心車“5方向的振 動負载之振幅變化判斷為在於振幅增大期間、或振幅穩定 期間之情形’如圖6之步驟sl〇5所示，輸出表示接合狀態 係在接合途中之接合途中訊號。χ，振動負載檢測部5〇， 右毛細官17之沿超音波放大器12之中心軸15方向的振動 負載之振幅變化判斷為不是振幅增大期間、亦不是振幅穩 疋期間之情形’如圖6之步驟s 1〇9所示，判斷是否經過既 15 201000238 守門若係經過既定時間之前則如圖6之步驟S 1 0 5所示 輸出接口途中吼號。又，振動負載檢測部50 ’將毛細管！ 7 之:超a波喇叭丨2之中心軸丨5方向的振動負載之振幅變 "J斷為不疋振幅增大期間、亦不是振幅穩定期間之情 形’且判斷為已經過既定時間之情形，如圖6之步驟S1 1〇 所示，輸出接合結束訊號。 連接於振動負載檢測部50之控制部60,若從振動負栽 檢測一 5〇輸入接合途中訊號之情形，如圖6之步驟S106 所不，比較所檢測之振動負載之振幅與對應預先設定之超 音波振動件13之輸出的振動負載之振幅，若所檢測之振動 負載之振幅較對應預先設定之超音波振動件13之輸出的振 動負載之振幅小時，判斷為接合時之超音波振動件Η之輸 出不足，如圖6之步驟S1G7所示，使超音波振動件13: 輸出增大。另-方面，若所檢測之振動負載之振幅較對應 預先設定之超音波振動# 13之輸出的振動負载之振幅大 時，判斷為接合時之超音波振動件13之輸出過剩，如圖6 之步驟SH)8所示’使超音波振動件13之輸出減小（超 振動變化手段）。 又，控制部60’若從振動負載檢測部輸入接合結束訊 號之情形’判斷為初始球18之壓接已結束不需要超:波振 動件13之超音波加振，如圖6之步驟Slu所示，停止對 超音波振動件13之電壓供應而停止超音波振動件 波振動停止手段）。 a 如以上說明，本實施形態之打線襄i 1〇，因能以簡便 16 201000238 之構成檢測接合中施加於毛細管17之前^振動負 載，故能獲得持續確認接合途中之毛細管17《動作之效 果。又’本實施形態’因能判斷接合途中之初始球18與接 °對象之接口狀態’故能獲得對應接合狀態增減超音波振 動件13之輸出且適當地控制接合條件以提高接合品質之效 果進而，因能藉由施加於毛細管17之前端17a之振動負 載之變化判斷接合結束，接合結束後立即停止超音波振動 牛13之輸出而移至下-步驟’故能獲得更正確之接合並能 縮短接合時間之效果。 又，藉由持續比較施加於所檢測之毛細管17之前端i7a 之振動負載的變化與通常狀態之振動負載的變化，能迅速 把握異常振動之產生，能獲得進行接合異常檢測之效果。 本實施形態，雖說明使用以超音波振動之頻率為中心 頻率之狹帶域帶通濾波器，作為從負載感測器3丨之訊號僅 取出在超g波放大器12之振動頻帶附近之訊號的濾波器， 仁，亦可構成為組合具有截止頻率之低通濾波器與高通濾 波器’於超音波振動之頻率附近，僅取出在超音波放大器 12之振動頻帶附近的訊號。 又’於實施形態之說明，雖說明打線裝置，但本發明 不限於打線裝置’亦能適用於凸塊接合裝置等其他之接合 裝置。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明實施形態之打線裝置之構成的說明 17 201000238 圖。 圖2(a)、（b)係表示本發明實施形態之打線裝置之接合 臂之上面與下面的俯視圖。 圖3(a)、（b)係表示本發明實施形態之打線裝置之超音 波振動的示意圖β 圖4(a)〜(c)係表示本發明實施形態之打線裝置之振動 負載檢測部之訊號處理的說明圖。 圖5(a) (b)係表示本發明實施形態之打線裝置接合時 之初始球狀態之變化的說明圖。 Z 6係表示本發明實施形態之打線裝置之超音波振動 牛之輪出調整的流程圖。 【主要元件符號說明】 10 :打線裝置 11 :接合頭 1 2 :超音波放大器 1 3 ·超音波振動件 14 :凸緣 15、2 8 :中心線 16 :螺检 1 7 .毛細管 l7a :前端 1 8 :初始球 1 9 :壓接球 18 201000238 21 : 接合臂 21a :前端側部分 21b :後端側部分 22 : 凸緣安裝面 23、 25 :狹縫 24 : 連接部 26 : 槽 27 : 螺栓 29 : 凹部 30 : 旋轉軸 31 : 負載感測器 33 : 接合台 34 : 半導體晶片 35 : 基板 41 : 接合面 43 : 旋轉中心 45 : 驅動馬達 50 : 振動負載檢測部 51 : 狹帶域濾波器 60 : 控制部 19

Claims (1)

1. 201000238 十、申請專利範圍： 種接合裝置，具備： 基體部； 超音波放大器’係與超音波振動件 動於長邊方向； 裉勖^、振且縱相 八’安裝於超音波放大器之振動腹部； 凸緣，設置於超音波放大器之振動節部；及 接合臂，包含固定超音波放大器之凸緣之 〜 面’且以可旋轉的方式安裝於基體部，以使接合工具 對接合對象動作於接近/離開方向；其特徵在於，具=轉 負栽感測器’安裝於接合臂之旋轉中心與凸緣炎 之間；及 文裝运 振動負載檢測部，藉由使位於超音波振動件之振 率附近之頻帶訊號通過之渡波器，從以負載感測器取得： 訊唬取出在超音波振動件之振動頻率附近之頻帶訊號，根 據所取出之訊號檢測施加於接合工具前端之超音波放大器 長邊方向之振動負載。 2. 如申請專利範圍第1項之接合裝置，其中，振動負載 檢測部，具備： 接合狀態判定手段，根據施加於所檢測之接合工具前 端之超曰波放大器長邊方向之振動負載之振幅變化，判定 形成於接合工具前端之初始球與接合對象間之接合狀態， 並輸出接合狀態訊號。 3. 如申請專利範圍第2項之接合裝置，其中，振動負載 20 201000238 檢測部之接合狀態判定 接合工具前端之超音波放大器:接合開始後，在使施加於 增大的振幅增大如„ _ 15長邊方向之振動負載之振幅 振幅穩定期間，振幅增大期間後使振幅大致一定的 潰而接合於接合接合工具前端之初始球被壓 態訊號，告 _ — 13途中狀態，並輸出接合途中狀 時門時則:丨51振幅穂定期間之振幅振幅增大而經過既定 時間時則判定為接合結束，並輸出接合結束訊號。 負載4檢^請專利範圍第3項之接合裝置，其包含連接振動 邱載檢物使超音波振動件之輪出變化的控制部；控制 2具備超音波振動停止手段，當從振動㈣㈣部輪入 接口結束訊號時，使超音波振動件之輸出停止。 5.如申請專利範圍第3或4項之接合裝置，A中， f藉由振動負載檢測:檢 測之振幅穩定期間之振幅小於既定值時， 立 1文雙g波振動件 之輸出較預先所設定之輸出增大，當振幅穩定期間之振枰 大於既定值時，使超音波振動件之輸出較 減小。 預^又疋之輪出 十一、囷式： 如次頁 21