TWI361122B - - Google Patents

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1361122 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《電流Λ，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1’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。 1361122 又，於專利文獻2’提出有於毛細管與超音㈣動件間 之同-面，設置使用壓電材料之負載檢測用感測器與超土 波振動檢測用感測ϋ ’從各輸出以檢測接合負載 : 振動之輪出。 (專利文獻1)曰本特開平ίο— 256320號公報 (專利文獻2)日本專利第3530139號說明書 【發明内容】 • 3 -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中、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2所述之習知技術，雖能檢測 超音波放大器本身之超音波輪出之變化，但無法檢測較超 音波放大器整體之振動非常微小之振動的毛細管前端之振 動變化》 • X，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 部位’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袭對接合性能產生影響之問題。 '進而’於更換超音波放大器時亦需要更換感測器，每於超 音波放大器更換時需要校準等之調整，有維護費時之問題。 本發明係-種接合裝置，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。 本發明之接合裝置’具備：基體部；超音波放大器， 1361122 係與超音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 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 心與凸緣安裝面間；及振動負載檢測部，藉由使位於超音 波振動件之振動頻率附近之頻帶訊號通過之濾波器，從負 載感測器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工具前 端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 接合狀態判定手段，根據施加於所檢測之接合工具前端之 超音波放大器長邊方向的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，並輪 出接合狀態訊號；振動負載檢測部之接合狀態判定手段， 較佳為，接合開始後，於施加在接合工具前端之超音波放 大器長邊方向之振動負載之振幅增大的振幅增大期間與振 中田增大期間後使振幅大致一定的振幅穩定期間，判定為形 成於接合工具前端之初始球被壓潰而接合於接合對象之接 合途中狀態，並輸出接合途中狀態訊號，當從較振幅穩定 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。 於本發明之接合裝置，較佳為，包含連接振動負載檢 1361122 測部且使超音波振動件之終 之輸出變化的控制部，控制部，且 備超音波振動停止手段，外 從振動負載檢測部輸入接合結束 訊號時’使超音波振動侔夕^^ 午之輸出停止；較佳為，控制部， 具備超音波振動變化手段 $ 丁枚，當藉由振動負載檢測部檢測之 振幅穩定期間之振幅鮫, 士 视既定值小時，使超音波振動件之輸 出較預先所λ定之輸出增大，當振幅穩定期間之振幅較既 定值大時，使超音波振動件之輸出較預先所設定之輸出減 /J、 〇

本發明，於接合裝詈，，ν丄、 衣1 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i 所示，本實施形態之打線裝x 10，具備：接合頭u(基體 部）、超音波振動件13、超音波放器12、毛細管17(接合工 具）、設置於超音波放大器12之凸緣14、接合臂21、負載 感測器3 1、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 裝於超音波放大器12之後端側。又，於超音波放大器a 前端安裝毛細管17。於成為後述之超音波放大器I]之振動 節部之位置設置凸緣14 ’凸緣14以螺栓16固定於接合臂 1361122 21前端之凸緣安裝面22。 接合臂21，安裝成可繞設置於接合頭n之旋轉軸3〇 旋轉》接合臂21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之中心轴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 端側部分21b，係藉由設置於含有超音波放大器12之中心 輛15之高度方向位置（2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21之前端側部分2U與後端側部 分21b之間。於與接合臂21之接合面41相反側之z方向 上側設置用以安裝負載感測器31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2ib之間。安 裝於槽26之負載感測器3卜藉由從前端側部分2丨&向後端 側部分21b鎖入之螺栓27被夾於前端側部分2u與後端側 部分21b之間以承受壓力。負載感測器31之中心軸28，係 安裝成從超音波放大器丨2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£。 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31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。 1361122 田所示超音波放大器12，係藉由超音波振動件 13共振於長邊方向（沿中心轴15之方向）’作縱振動。在此’ 所。月縱振動係指振動傳達方向與振幅方向係同一方向之振 動而。如圖3之示意圖所示，超音波放大器12藉由安裝 於後端之超音波振動件13的振動，於安裝有超音波振動: 13之後端與安裝有毛細管17之前端間，以後端與前端成為 振動腹料共振型式作振動。又，於產生在後端與前端間 之振動節冑、亦即於就算在共振狀態亦不振動之部位設置 將超音波放大器12固定於接合臂21之凸緣14，凸緣“藉 由螺栓16固定於接合臂21之凸緣安裝面22。由於凸緣14 不因超^波放大器12之共振而振動，故超音波放大器u 之/、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g 12<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記载為縱方向。又圖3(b)係 超音波放大器12之振幅的示意圖，將中心軸15方向之振 幅s己載為與中心轴15直角方向之振幅。 如圖1所示，負載感測器31連接於振動負載檢測部 50，於其内部含有使位於超音波振動件之振動頻率附近之 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丨7之前端i以之> 超音波放大器12之中心軸15方向的振動負載。又，超音 1361122 波振動件13、驅動馬達45與振動負載檢測部5〇連接於控 制部60，藉由控制部60之指令控制超音波振動件13之輸 出及驅動馬達45之旋轉方向與輸出，使藉由振動負載檢測 部50檢測之振動負載輸入於控制部6〇。 振動負載檢測部50、控制部60,亦可構成為於内部含 有cpu或記憶體等之電腦，亦能以電路構成檢測、控2 系統。

說明使用上述構成之打線裝置之接合動作中施加於 毛細管17前端17a之沿超音波放大器12之中心軸15方向 之振動負載的檢測動作。 ° 圖1所示之控制部60,將從毛細管17之前端17以申这 之金屬線前端，藉由未圖示之放電火炬等形成為球狀之右 始球18»接著，控制部6G，輸出將驅動馬達45驅動之# 令。藉由該指令驅_45開始旋轉，使毛細 ： 下降於半導體晶片34上。又，控制部60,輸出使超音^ 動：13之振動：始之指令。藉由該指令能將對應接合條件 1 而3出預先设定之振動輸出的電壓施加於超音波振動件 在形成於毛細營丨7 34表面之前，如圖3所/^初始球18接觸半導體晶片 動件U之振動共振，進3:波放Μ 12係、與超音波振 進仃以裝有毛細管17之俞戚盘驻士 超音波振料13之後端為振動腹部的 缘、 配置於振動節部’故不會因超音波放大器 動，負載感測器31亦未檢測負載。 之-振而振

12 4乎全。P成為接地負載訊號。另一方面因於超音波放大 12 I f ° 心轴15方向施加於毛細管17之前端17a的振動 ' 系/、超^波放大器12振動頻率大致相同頻率之頻 率如圖4(b)所示，使其通過狹帶域濾波器51(以包含於振 動負載檢測部5G之超音波放大器12之振動頻率f。為中心' '員率）僅取出在超音波放大器12之振動頻帶附近的訊號， 圖4(c)所示，使從毛細管17之前端17&施加於超音波放 ° 中心轴15方向的振動負載訊號能從負載感測器 之輸出取出。又，藉由所取出之訊號之振幅能檢測振動 負載之大小。 ^其-人’說明超音波振動停止手段與超音波振動變化手 ^藉由如上述所檢測之振動負載進行初始球1 8與半導體 曰曰片34之焊塾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13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'則部50取得來自負載感測器31之訊號。接著，如圖6 之步驟S1 02所示，使所檢測之訊號通過狹帶域濾波器5 1， φ 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S 103所示檢測振動負載。 如圖5(a)所示’當毛細管17之前端17a之初始球18 接觸半導體晶片34之焊塾時，於初始球1 8與焊墊間開始 施加毛細官17之沿超音波放大器12之中心轴15方向的振 動負載。如圖4(e)所示之期間A，藉由狹帶域丨纽器5 1取 出之振動負載之振幅（初始球1 8之接地前係零），跟隨初始 14 1361122 球18藉由毛細管17之前端17a緊壓於焊墊因毛細管η之 接地負載變大故會増大。接著’如圖4⑷所示之期間Β，當 初始球1 8沿毛細瞢1 7夕由· 1 S 17之則端17a之形狀壓潰，振動負載之 振幅之增大則停止’且暫時持續其振幅之狀態。缺後，如 圖5〇5)所示，初始球18接合於半導體晶片34之焊塾而形 成壓接球1 9後，毛知答Ί 7 y ^ ^ 乇，.·田S 17之刖端17a，因被限制沿超音波 放大器12之中心軸15方向之移動，故振動負載再進行增 大。圖4⑷所示之期間A係振幅增大期間，圖4(c)所示之 期間B係振幅穩定期間。 振動負載檢測部5〇 ,從振動負载檢測部取得所檢測 辦大二1 ’判斷其振動負載之振幅是否從零增大之振幅 曾 疋否為振幅增大期間，係計 對振幅之時間的增加比 #，丨齡 右八增加比例超越閾值時可 ==增大期間…是否為振幅穩定期間，對振幅 入上:變化率即使超越間值之情形，可判斷為振幅已進 入上限與下限之閾值。 逆 振動負載檢測部50,如圖6之步 合中毛細管S1〇4所不，若將接 s 17之>〇超音波放大器u 動負載之軸1 5方向的振 戟之振幅變化判斷為在於振幅 期間之愔报i @ 曰八期間、或振幅穂定 係在接合途6之步驟S1〇5所示，輸出表示接合狀態 若毛細管17之接口途中㈣。又’振動負載檢測部50， 7之沿超音波放大器12之中 負載之垢A5H 甲^軸15方向的振動 、田變化判斷為不是振幅增大 定期間之悴β , 八刈間、亦不疋振幅穩 …如圖6之步驟S109所示，判斷是否經過既 15 1361122 之構成檢測接合中施加於毛細管 ^、田s 〇之前端17a之振動負 載’故能獲得持續確認接合途中 σ迷节之毛細管17之動作之效 果°又’本實施形態’因能判斷接合途中之初始球18與接 合對象之接合狀態’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 件13之輸出而移至下一步驟，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丨7之前端i 7a 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31之訊號僅 取出在超音波放大器12之振動頻帶附近之訊號的濾波器， 但’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❶ 【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 1361122 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。 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。 鲁 圖6係表示本發明實施形態之打線裝置之超音波振動 件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 12:超音波放大器 13:超音波振動件 鲁 14:凸緣 u ' 28 :中心線 Μ :螺栓 1 7 :毛細管 l7a :前端 18 :初始球 19 :壓接球 (S) 1361122 2 1 :接合臂 2 1 a :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 3 1 :負載感測器 3 3 :接合台 34、：半導體晶片 35 :基板 41 :接合面 43 :旋轉中心

4 5 :驅動馬達 50 :振動負載檢測部 5 1 :狹帶域濾波器 60 :控制部 19

Claims (1)

1361122 100年9月;i丨日修正替換頁 十、申請專利範圍： I—種接合裝置，具備： 基體部； α日波放大器，係與超音波振動件之振動共振且 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，設置於超音波放大器之振動節部；及 ^包3固定超音波放大器之凸緣之凸緣安裝 面，且以可旋轉的方式安裝於基體部，以使接合工具前端 對接°對象動作於接近/離開方向；其特徵在於，包含： 負載感測器，安裝於接合臂之旋轉中心與凸緣安襞面 之間；及 …振動負載檢測部，藉由使位於超音波振動件之振動頻 率附近之頻帶訊號通過之濾波器，從以負載感測器取得之 S號取出在超0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； 振動負载檢測部，具備接合狀態判定手段，其係接合 開始後，在使施加於接合工具前端之超音波放大器長邊方 向之振動負載之振幅增大的振幅增大期間與振幅增大期間 後使振幅大致一定的振幅穩定期間，判定為形成於接合工 具前端之初始球被壓潰而接合於接合對象之接合途中狀 態，並輸出接合途中狀態訊號，當從較振幅穩定期間之振 幅振幅增大而經過既定時間時則判定為接合結束，並輸出 20 1361122 接合結束訊號，根據施加於所檢測之接合工且恭A山 /、别端之超音 波放大器長邊方向之振動負載之振幅變化，刻中Λ，丄 巧疋形成於接 合工具前端之初始球與接合對象間之接合狀態 合狀態訊號。 ’並輸出接 2·如申請專利範圍第1項之接合裝置，其包含連接振動 負載檢測部且使超音波振動件之輸出變化的控制部押制 部，具備超音波振動停止手段，當從振動負錢^部^ 接合結束訊號時，使超音波振動件之輸出停止。 3·如申請專利範圍第…項之接合裝置，盆中 超：波振動變化手段’當藉由振動負載檢測：檢 之幹：广疋期間之振幅小於既定值時’使超音波振動件 大先所設定之輸出增大’當振幅穩定期間之振幅 減小，使超音波振動件之W㈣先設定之輸出

十一、圖式： 如次頁 21 1361122 圖

1361122 圖2

(S). 1361122 1361122

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1361122 圖6 C