(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング対象物にボンディングツールによって荷重と超音波振動を作用させながら被接合面に圧着するボンディング方法であって、
ボンディングツールが交換された後に、超音波振動子によって前記ボンディングツールに超音波振動を付与する際に超音波振動子によって消費される電力値を電力測定部によって測定する工程と、
前記測定された電力値と駆動指令値との相関関係のデータを求めて電力測定値記憶部に記憶する工程と、
ボンディング動作時に出力指令変換部が、前記電力測定値記憶部に記憶された相関関係のデータに基づいて、制御部から出力される出力指令値を所定の駆動電力が確保される駆動指令値に変換する工程と、
前記駆動指令値を振動子駆動手段に出力することにより前記超音波振動子を所定電力値で駆動して前記ボンディングツールに超音波振動を付与する工程とを有することを特徴とするボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップなどの電子部品や電極接合用ワイヤに超音波振動を作用させて被接合面にボンディングするボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板の電極などの被接合面にボンディングする方法として、超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面を密着させるものである。この方法に用いられるボンディングツールは、振動発生源である超音波振動子の振動を電子部品に伝達させる細長形状の棒体であるホーンを有しており、このホーンに備えられた圧着子によって電子部品に荷重と振動を作用させながら、電子部品を被接合面に圧着してボンディングするようになっている。超音波圧接において安定したボンディング品質を得るためには、電子部品に当接して振動を伝達する圧着子の振動を一定に保つことが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところがボンディングツールには、全く同一設計に基づく同一品種のボンディングツールであっても、組立て時の部品相互の締め付け具合などの相違によってインピーダンスが異なり、振動特性に個体差を生じるという性質がある。すなわち、同一の駆動電圧によって振動子を駆動した場合でも、ボンディングツールの固有のインピーダンスのばらつきによって電子部品に実際に伝達される超音波振動の振幅は異なったものとなる。このため、ツール交換時に同一品種のボンディングツールと交換した場合にあっても、ボンディングツールの個体差によって振動特性が異なることから振幅が一定せず、ボンディング品質の安定が図れないという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、一定の振幅を確保ボンディング品質を安定させることができるボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のボンディング方法は、ボンディング対象物にボンディングツールによって荷重と超音波振動を作用させながら被接合面に圧着するボンディング方法であって、ボンディングツールが交換された後に、超音波振動子によって前記ボンディングツールに超音波振動を付与する際に超音波振動子によって消費される電力値を電力測定部によって測定する工程と、前記測定された電力値と駆動指令値との相関関係のデータを求めて電力測定値記憶部に記憶する工程と、ボンディング動作時に出力指令変換部が、前記電力測定値記憶部に記憶された相関関係のデータに基づいて、制御部から出力される出力指令値を所定の駆動電力が確保される駆動指令値に変換する工程と、前記駆動指令値を振動子駆動手段に出力することにより前記超音波振動子を所定電力値で駆動して前記ボンディングツー
ルに超音波振動を付与する工程とを有するようにした。
【０００７】
本発明によれば、異なる個体のボンディングツールと交換した場合においても同一電力値によって超音波振動子を駆動して、ボンディングツールに付与される超音波振動の振幅を一定に保つことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の構成を示すブロック図、図２は同超音波ボンディング装置の電力測定処理を示すフロー図、図３は同電力値と駆動指令値との相関関係のデータを示すグラフ、図４は同超音波ボンディングにおける超音波振動の電力値およびボンディング荷電の変化を示すグラフである。
【０００９】
まず図１を参照して超音波ボンディング装置の構成を説明する。図１において、ボンディングヘッド１の下端部にはボンディングツール２が装着されている。ボンディングツール２は水平方向に細長形状の棒体であり、中央部から下方に向って突設された圧着子２ａによって、ボンディング対象物である半導体チップ３の上面に当接し、被接合面である基板４の上面に押圧する。ボンディングツール２の端部には超音波振動子５が装着されており、超音波振動子５を駆動することにより、圧着子２ａを介して半導体チップ３には超音波振動が伝達される。
【００１０】
ボンディングヘッド１は、シリンダなどのボンディングヘッド駆動手段６を備えており、ボンディングヘッド駆動手段６を駆動することにより、半導体チップ３はボンディングツール２によって基板４に対して押圧される。そして半導体チップ３を基板４に対して押圧した状態で超音波振動子５を駆動することにより、半導体チップ３は荷重と振動によって基板４に超音波圧接される。
【００１１】
ここで超音波振動子５をボンディングツール２に装着して用いた場合の駆動特性について説明する。超音波振動子５は圧電素子を積層して構成されており、各圧電素子に交流電圧を印加することにより、振動を発生する。このとき、印加される電圧値が大きいほど、また流れる電流値が大きいほど、振幅が大きくなる。このような超音波振動子５をボンディングツール２に装着して用いた場合、同一品種、同一サイズのボンディングツールであれば、ボンディングツール２から圧着子２ａを介してチップ３に伝達される超音波振動の振幅は、超音波振動子５によって消費される電力値によって決定される。したがって、半導体チップ３に伝達される超音波振動の振幅を一定に保つためには、超音波振動子５の消費電力を一定に保つことが必要である。
【００１２】
図１において、超音波振動子５は出力トランス１４を介して出力部１３と接続されている。出力部１３は発振部１２および出力指令変換部１８と接続されており、出力部１３は発振部１２から送られる発振波形を、出力指令変換部１８から送られる駆動指令値（電圧値と対応したデジタル値）に基づいた大きさに増幅して出力トランス１４へ出力する。発振部１２は制御部２０からのＯＮ／ＯＦＦ指令に従い、周波数補正部１０から入力される電圧に応じた周波数の発振波形を出力部１３へ出力する。
【００１３】
発振周波数設定部１１は、制御部２０によって予め設定された発振周波数に応じた電圧を周波数補正部１０に出力する。周波数補正部１０は位相比較部１０ａと加減演算部１０ｂより構成される。位相比較部１０ａは出力トランス１４の出力側の電圧と電流の位相差に応じた電圧を出力する。この電圧は、発振周波数設定部１１から出力された電圧と加減演算され、演算結果は発振部１２に対して出力される。これにより、ボンディングツール２の共振周波数との偏差が補正され、出力トランス１４からの出力は、電圧・電流の位相差がない状態で超音波振動子５を駆動する。出力部１３および出力トランス１４は、駆動指令値に基づいて超音波振動子５を駆動する振動子駆動手段となっている。
【００１４】
出力トランス１４の出力側には電力測定部１５が接続されており、電力測定部１５は出力側の電流および電圧を検出することにより超音波振動子５の駆動によって消費される電力値を測定する。測定された電力値は、当該電力値と対応する駆動指令値と関連づけられた形で、すなわち電力値と駆動指令値との相関関係を示すデータとして電力測定値記憶部１７に記憶される。電力測定値記憶部１７は出力指令変換部１８と接続されている。出力指令変換部１８は制御部２０から出力される出力指令値、すなわち超音波振動子５の駆動電力の大きさを指令する電力値を受け取り、前述の電力値と駆動指令値との相関関係のデータに基づいてこの電力値を対応する駆動指令値に変換する。変換された駆動指令値は出力部１３に対して出力される。
【００１５】
ここで、制御部２０は出力部１３に対して任意の駆動指令値を出力できるようになっており、所定の駆動指令値を出力したときの電力値を電力測定部１５によって測定し、この測定結果から前述の電力値と駆動指令値との相関関係のデータを求めることができるようになっている。
【００１６】
ボンディングヘッド駆動部２２はボンディングヘッド駆動手段を駆動する。制御部２０によってボンディングヘッド駆動部２２を制御することにより、ボンディングヘッド駆動手段６の動作が制御される。また記憶部２１には、ボンディング条件、すなわちボンディング荷重、ボンディング時間、振動子駆動電力などのデータが各ボンディングツール、および半導体チップの種類毎に記憶されている。そしてボンディング動作時にはこれらのデータが制御部２０に読み出され、これらのデータに基づいてボンディング条件が設定される。
【００１７】
次に図２、図３を参照して電力測定処理および電力と駆動指令値との相関関係のデータについて説明する。図２は電力測定部１５によって行われる電力測定のフローを示すものである。ここでは、電圧の大きさに相当する駆動指令値を０〜２５５ｂｉｔの間で変化させ、各駆動指令値に対応する電力値を求める測定処理が行われる。まず［駆動指令値］を０に設定する（ＳＴ１）。次に、［駆動指令値］に所定の測定ピッチを示す数値Ｈを加算した［駆動指令値］を出力する（ＳＴ２，ＳＴ３）。この後発振部１２の発振をＯＮにし（ＳＴ４）、この状態で電力測定部１５により電力値を測定する（ＳＴ５）。
【００１８】
この後発振部１２の発振をＯＦＦにし（ＳＴ６）、次いで［駆動指令値］＋Ｈが所定測定範囲の上限である２５５より大きいか否かを判断する（ＳＴ７）。ここでＮＯならば、ＳＴ２に戻って同様の測定ステップを反復し、ＹＥＳであれば所定の測定が完了したと判断して電力測定処理を終了する。
【００１９】
この電力測定処理により、図３に示すように駆動指令値と実際に超音波振動子５の駆動に消費された電力との相関関係を示すグラフが求められる。図３中に示すグラフａ，ｂ，ｃは同一品種のボンディングツールについて、異なる３つの個体を対象として求められたものである。図３から判るように、同一品種のボンディングツールであっても、測定結果を示すグラフは必ずしも一致しない。すなわち各ボンディングツールによって振動伝達のインピーダンスが異なり、したがって振動特性が異なったものとなっている。
【００２０】
このため同一振幅を得るために、同一電力値Ｗ１で超音波振動子５を駆動しようとすれば、ボンディングツールの個体によって駆動指令値をＶａ，Ｖｂ，Ｖｃのように異なる値に設定しなければならない。このようなボンディングツールの個体差は、組み立て時の部品相互の締め付け具合の相違などによって発生するものである。
【００２１】
この超音波ボンディング装置は上記のように構成されており、以下動作について説明する。図１において、ボンディングツール２の圧着子２ａに半導体チップ３を保持させた状態で、半導体チップ３を基板４に対して押圧するとともに、超音波振動子５を駆動する。このとき、制御部２０は記憶部２１からボンディング条件のデータを読み出して所定のボンディング条件でボンディングが行われるよう制御する。
【００２２】
例えば図４に示すようにボンディング工程の前半においては、より小さい電力値Ｗ１で超音波振動子５を駆動し、より大きな荷重Ｆ１で押圧する。そしてボンディング工程の後半では、より大きな電力値Ｗ２で超音波振動子５を駆動するとともに、小さい荷重Ｆ１で半導体チップ３を押圧する。
【００２３】
このボンディング条件の切り換えにおいて、超音波振動子５の駆動条件については、前述の電力値と駆動指令値の相関関係のデータに基づいて駆動条件が切り換えられ、使用されるボンディングツール２の個体が異なる場合においても常に一定の駆動電力が確保されるように駆動指令値が設定される。これにより、ボンディングツールの個体差に起因する振動特性のばらつきを排除して、常に一定の振幅によって超音波ボンディングを行うことができ、ボンディング品質を安定させることが可能となる。
【００２４】
なお本実施の形態では、半導体チップを基板に超音波振動によってボンディングする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばワイヤを基板や半導体チップの電極にボンディングするワイヤボンディングを対象としたものであってもよい。この場合には、ワイヤを導くキャピラリツールに振動を伝達するホーン部材に装着された超音波振動子の駆動について本発明が適用される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、異なる個体のボンディングツールと交換した場合においても同一電力値によって超音波振動子を駆動して、ボンディングツールに付与される超音波振動の振幅を一定に保ってボンディング品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の電力測定処理を示すフロー図
【図３】本発明の一実施の形態の電力値と駆動指令値との相関関係のデータを示すグラフ
【図４】本発明の一実施の形態の超音波ボンディングにおける超音波振動の電力値およびボンディング荷電の変化を示すグラフ
【符号の説明】
２  ボンディングツール
３  半導体チップ
４  基板
５  超音波振動子
１３  出力部
１４  出力トランス
１５  電力測定部
１７  電力測定値記憶部
１８  出力指令変換部
２０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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