JP4598968B2

JP4598968B2 - Bonding tool, bonding apparatus, and method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number: JP4598968B2
Application number: JP2001053684A
Authority: JP
Inventors: 隆博相澤; 之宏池谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002261121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を、基板などの被接合面にボンディングする、電子部品のボンディングツールおよびボンディング装置とそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波フリップチップボンダは、ボンディングツールの一端を所定の荷重で電気部品に押し当てて、このボンディングツールの他端に設けられた超音波ホーンが有する電歪素子からの振動を電気部品に対して伝えることにより、電気部品同士を接合するための部材であるバンプに対して荷重と超音波振動を作用させ、バンプと電気部品の電極との間で固相拡散を生じさせることで、電気部品のフリップチップボンディングを行う装置である。
従来のボンディングツールは、超音波ホーンから伝達される振動によって効率よく曲げ振動を起こすよう、超音波ホーンに取り付けられた状態での曲げ振動の共振周波数と、ボンディングツールに加えられる振動の周波数とが、一致するよう設計されていた。特に片持ち形状の超音波ホーンに取り付けて用いるボンディングツールの場合は、低周波側から数えて二番目のツール曲げ共振周波数と、超音波発振系の発振周波数を一致させるよう、設計されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
超音波発振系の特性を示す要素の一つとして、振動子の電歪素子部に流れる電流が受けるインピーダンスがある。このインピーダンスは、ボンディング時に荷重が印加され、超音波発振系に対する機械的抵抗が増すことに伴って上昇することがあった。特に、従来のボンディング装置では、荷重印加を伴う発振時にインピーダンスの値が、振動子を駆動する発振装置の制限を超える値にまで急激に上昇し、発振させる周波数のフェイズロック制御が不能になり非常停止することがあった。発振器は、振動子を駆動する電力を一定に保つよう制御しているが、電源装置の電圧容量に制限があるため、インピーダンスが急激に増加すると出力電圧が上限に達して電力を一定に保てなくなり、振動子を駆動する電力が低下した。その結果、ボンディングツールの振幅が、電子部品の接合に必要な量以下にまで減少し、電子部品を正常に接合出来ない場合があった。
そこで、本発明は、ボンディング時に荷重が印加され、ボンディングツール先端の機械的抵抗が増加しかつ先端の振動が拘束された場合においても、発振器におけるインピーダンス増加量が少ない状態にできるボンディングツール、ならびにボンディング装置、半導体製造方法を提供すること目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために本発明は、一方の被接合部材に荷重と超音波振動を作用させることにより、他方の被接合部材上に固着させるボンディング装置に取り付けられるボンディングツールであって、前記ボンディングツールは、
ツール本体部と、前記ツール本体部から延設され前記ボンディング装置に対して前記本体部を組み付けるために設けられる取り付け部とからなり、前記ツール本体部の長さは、最も低周波側の曲げ共振周波数と入力される超音波振動の発振周波数との差、および低周波側から数えて二番目の曲げ共振周波数と前記入力される超音波振動の発振周波数との差の比が、３：２〜２：３に内分可能な範囲となるような長さに形成されているボンディングツールを提供する。また本発明は、一方の被接合部材に１０〜２０Ｎの荷重と発振周波数がほぼ６０ｋＨｚの超音波振動を作用させることにより、他方の被接合部材を固着させるボンディング装置に取り付けられるボンディングツールであって、前記ボンディングツールは、柱状あるいは筒状に形成されたツール本体部と、前記ツール本体部から延設され前記ボンディング装置に対して前記ツール本体部を組み付けるために設けられる取り付け部とからなり、前記ツール本体部の長さは８〜１０ｍｍであり、かつ前記ツール本体部の長さ方向に対する横断面の断面積が４〜５ｍｍ ^２であるよう形成されているボンディングツールを提供する。
【０００５】
また本発明は上記いずれかのボンディングツールを具備するボンディング装置を提供する。また本発明は上記ボンディング装置によって、前記一方の被接合部材である半導体装置と前記他方の被接合部材とを接合する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施形態に係るボンディングツールを備えたボンディング装置の構成をあらわす模式図を示す。ボンディング装置は、フリップチップ接合に供される被接合部材である半導体装置Ｓを搬送する移送ステージＯと、図示しない移送装置によって搬送された配線基板ＷＢが載置されるボンディングステージＰと、移送ステージＸから半導体装置Ｓを吸着保持してボンディングステージＢ上に配置された配線基板ＷＢの表面に配設される配線パターンの電極パッドに対して、半導体装置Ｓが有する接合用のバンプＢが電気的に接続されるように位置決めするとともに、バンプＢに対して所定の荷重と超音波振動とを付与
することによって、バンプＢと電極パッドとの間に金属の固相拡散接合を生じさせ、フリップチップ接合を行うボンディングヘッド部Ｑを具備する。
【０００７】
片持ち方式の超音波振動系によって構成されるボンディングヘッド部Ｑは、発振周波数として60kHz近傍に設定された超音波振動を発生させるための電力を供給する発振装置１と、この発振装置１と電気的に接続され、電力が供給されることによって超音波振動を生じる円環状の電歪素子を有する振動子２と、この振動子２が振動子２の振動方向と長手方向とが同軸となる一端に設けられ、振動子２の振動を増幅して他端に伝達させる、切頭円錐形状でステンレス鋼製の超音波ホーン３と、この超音波ホーン３の他端に形成された取り付け用の切欠に嵌入されるように配置される角筒体であるボンディングツール４と、超音波ホーン３を保持するとともに、ボンディングツール４がボンディングステージＰに対して接離方向に駆動されるように設けられるＺステージ５と、ボンディングツール４が移送ステージＯとボンディングステージＰとを往復駆動可能なように、かつボンディング時の位置合わせが可能なようにＺステージ５を２軸方向に駆動するＸＹステージ６と、を備えている。
【０００８】
図１におけるボンディングヘッド部Ｑの超音波振動系は超音波ホーン３と振動子２とから構成されており、超音波ホーン３の取り付け用の切欠近傍の端部から、振動子２の開放端までの全長となり、ほぼ70mmほどになる。
【０００９】
図２には、(a)にボンディングツール４の側面を、(b)に被接合部材を保持する吸着面を、それぞれあらわす模式図を示す。図２(a)に示されるボンディングツール４は、長さ8mmほどの超硬合金製の角筒体からなるツール本体部４ａと、このツール本体部４ａの一端から延接される長さ10mmほどの取り付け部４ｂとから構成されている。取り付け部４ｂは、ツール本体部４ａに比して細径となるよう構成されており、超音波ホーン３の切欠に対してツール本体部４ａが突き当たるまで挿入され、この切欠がねじ締めされることにより、超音波ホーン３に対して静摩擦で拘束され、固定されることとなる。なお、従来のツール本体部４ａの全長は13.5mmであった。
【００１０】
図２(b)に示されるように、ツール本体部４ａの下端面は、被接合部材を吸着保持する吸着面４ｃとなっている。吸着面４ｃは、ボンディングプロセスにおける超音波振動の付与を効率よく行うため、主たる被接合部材の被吸着面の表面粗さに合わせて同程度に粗面化処理が施されている。吸着面４ｃは、一辺が2.2mmあまりの正方形で構成されており、その中心位置には直径0.6mmを有する円形の開口を臨ませる中空部４ｄが形成されている。このとき、ボンディングツール４の長手方向に関する横断面の断面積は、中空部４ｄにおける開口を差し引き、ほぼ４．６ｍｍ ^２となる。中空部４ｄは、取り付け部４ｂの端部に設けられる図示しない吸引機と連通接続されており、吸引動作時に被接合部材の吸着に寄与する。
【００１１】
上記した構成のボンディング装置により、以下のようにフリップチップボンディングによる半導体装置の製造が行われる。図示せぬストッカから取り出された被接合部材である半導体装置Ｓが、移送ステージＯによって、ボンディングステージＰ近傍まで移送される。一方、図示せぬ他のストッカから搬送されてきた被接合部材である配線基板ＷＢが、フリップチップ接合の加工点に設けられるボンディングステージＰに載置される。ボンディングヘッド部Ｑが、ＸＹテーブル６により前進駆動され、さらにＺテーブルが下降動作することにより、移送ステージＯ上の半導体装置Ｓの背面にボンディングツール４の吸着面４ｃが当接される。同時に図示せぬ吸引機により中空部４ｄに負圧が生じ、半導体装置Ｓは、ボンディングツール４によって吸着保持される。Ｚテーブル５を上昇駆動させ、移送ステージＯから半導体装置Ｓを離脱させると共に、ＸＹステージ６を後退駆動させることにより、吸着保持された半導体装置Ｓは、ボンディングステージＰ上の配線基板ＷＢと対向配置される。このとき、さらに、図示せぬカメラなどを用いて、相対位置の補正を行い、Ｚステージ５の下降動作を行う。
【００１２】
半導体装置Ｓに設けられたＡｕボール製のバンプＢが、配線基板ＷＢ上に配設された配線パターンの電極に当接したことを感知すると、Ｚテーブル５は荷重動作に入り、半導体装置Ｓに対して１０[N]の荷重を加えるよう動作する。また同時に、発振装置１により60kHZの電力が振動子２に対して印加され、超音波振動が始まる。振動子２において生じた超音波振動は、超音波ホーン３が有する錘形状の作用により見かけの出力が増幅されてボンディングツール４に伝達し、ボンディングツール４に対して曲げ振動を生じさせる。この曲げ振動の振幅は、接合面と平行な方向であるから、バンプＢと配線基板ＷＢとの間に摩擦が生じ、各々の材料の固相拡散が発生する。またこの曲げ振動は、理想的には超音波ホーン３に対する突き当て位置を相対的な固定点とする振動となるが、実際には取り付け部４ｂの構造などにより変動する。所定時間の振動の印加により固相拡散され接合状態となった半導体装置Ｓに対する吸引動作を、停止させる。Ｚステージ５を上昇駆動することにより、フリップチップ接合プロセスが完了する。フリップチップ接合がなされた配線基板ＷＢは図示せぬ搬送系により取り出され、これによりひとつのプロセスが終了する。
【００１３】
図３に、本実施形態のフリップチップ接合プロセスにおける振動子２のインピーダンス変化をあらわすグラフを示す。上記したフリップチップ接合プロセスにおいて、荷重印加時近傍の時間帯における振動子２のインピーダンス値の変化を測定し、プロットした。ツール本体部４ａの全長が8mmのボンディング装置においては、全長13.5mmのツール本体部４ａに比して、Ｚテーブル５による荷重印加の際のインピーダンス変化が極めて少なく、電力特性上、良好なプロファイルを有することがわかる。
【００１４】
図４(a)に、ボンディングツールの長さと、超音波ホーンに取り付けられた状態におけるボンディングツールの曲げの共振周波数との関係をあらわすグラフを示す。特性が良好であった長さ8mm〜10mmツールの場合、最も低い周波数の曲げの共振周波数と超音波発振系により入力される発振周波数との差と、低周波側から数えて二番目の曲げの共振周波数と超音波発振系により入力される発振周波数との差の比が、３：２〜２：３となっている。
図４(b)に示す表は、ボンディングツール本体部の長さを変えた場合のボンディング装置の稼動安定性について評価した結果を示すものである。6.0mm〜13.5mmのツールについて評価した結果、8mm〜10mmのツールの場合に、良好なインピーダンス特性を示した。これは、図４(a)における最適な共振周波数の範囲と一致する長さとなっている。なお、良否判定の基準は、ボンディングツールの０〜３０Ｎまでの無負荷および負荷状態において超音波振動をさせた場合の振動子のインピーダンス変化において、４０[Ω]を超える点の有無、とした。
【００１５】
以上説明したように、本発明のボンディング装置によれば、ボンディングツールを適切な長さに設定したので、荷重を印加した際の、インピーダンス上昇が抑制されており、これによって、装置の安定稼動を実現すると共に、接合に必要なボンディングツールの振幅が得られ、電子部品を正常に接合できる。ボンディング装置の安定稼動のためには、最適な範囲として、超音波ホーンに組みつけられた状態におけるボンディングツールの曲げ共振周波数と、超音波発振系における発振周波数との比が３：２〜２：３となるようなツールとすることが好ましい。これをボンディングツール本体部の長さに換算すると、ボンディングツール本体部の長さにおいて8mm以上10mm以下であればよい。この条件は、比較的軽度な荷重が適用されるフリップチップボンディングプロセス、特に図３から理解されるように１０〜２０[N]程度の荷重を加えた状態で超音波発振を与える場合に特に有効である。
【００１６】
なお、上記実施形態では、ツール長さを変更することにより、インピーダンス値の上昇が少ないツールを求めたが、ツールの材質を超硬合金からステンレス鋼や樹脂などに変更してもよい。
また、断面形状を正方形断面から、その他の多角形または円形などと適宜変更可能である。
【００１７】
また、振動子と超音波ホーンによって構成される超音波振動系によってボンディングツールに入力される超音波振動の振動数は、超音波振動系の形状や組み付け精度などにより、発振装置における発振周波数、あるいは振動子における振動数などと異なる場合があるが、これらとの差が数KHz程度の差しかないようであれば誤差範囲として見込むことが出来、ボンディングツールに入力される振動数は、振動子における振動数、あるいは発振装置における発振周波数などと同じ振動数として取り扱うことが出来る。これにともない、ボンディングツールの横断面積についても、誤差範囲が認められ、上記実施形態のボンディングツールの横断面については、４〜５ｍｍ ^２程度の幅を見込むことが出来る。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のフリップチップボンディング装置においては、発振器におけるインピーダンス増加量が少ないボンディングプロセスを提供できるようになるので、電気製品を生産性良く製造することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波フリップチップボンディング装置の模式図。
【図２】本発明の実施形態に係るボンディングツールと超音波ホーンの模式図。
【図３】本実施形態のフリップチップ接合プロセスにおける振動子のインピーダンス変化をあらわすグラフ。
【図４】 (a)は、ボンディングツールの長さと超音波ホーンに取り付けられた状態における曲げの共振周波数との関係をあらわすグラフ、(b)はボンディングツールの長さを変えたときの、インピーダンス特性の良否を示す表。
【符号の説明】
１…発振装置、２…振動子、３…超音波ホーン、４…ボンディングツール、
５…Ｚステージ、６…ＸＹステージ、
Ｓ…半導体装置、ＷＢ…基板、Ｂ…バンプ、
Ｏ…移送ステージ、Ｐ…ボンディングステージ、Ｑ…ボンディングヘッド部、
４ａ…ツール本体部、４ｂ…取り付け部、４ｃ…吸着面、４ｄ…開口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, electrostatic child component and board bindings on the surface to be bonded, such as a substrate, a method of manufacturing the electronic component of the bonding tool and a bonding device and a semiconductor device using the same.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic flip chip bonder presses one end of the bonding tool against an electrical component with a predetermined load, and the vibration from the electrostrictive element of the ultrasonic horn provided at the other end of the bonding tool is applied to the electrical component. By transmitting, a load and ultrasonic vibration are applied to the bump, which is a member for joining the electrical components, and solid phase diffusion occurs between the bump and the electrode of the electrical component, thereby This is an apparatus for performing flip chip bonding.
In the conventional bonding tool, the vibration frequency applied to the bonding tool and the resonance frequency of the bending vibration when attached to the ultrasonic horn are set so that the bending vibration is efficiently generated by the vibration transmitted from the ultrasonic horn. It was designed to match. In particular, in the case of a bonding tool used by being attached to a cantilever-shaped ultrasonic horn, the second tool bending resonance frequency counted from the low frequency side is designed to match the oscillation frequency of the ultrasonic oscillation system.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
One of the elements showing the characteristics of the ultrasonic oscillation system is the impedance received by the current flowing through the electrostrictive element portion of the vibrator. This impedance may increase as a load is applied during bonding and the mechanical resistance to the ultrasonic oscillation system increases. In particular, with conventional bonding devices, the impedance value suddenly rises to a value exceeding the limit of the oscillation device that drives the vibrator during oscillation with load application, making phase lock control of the oscillation frequency impossible. There was a stop. The oscillator is controlled to keep the power to drive the vibrator constant, but the voltage capacity of the power supply device is limited, so if the impedance increases rapidly, the output voltage reaches the upper limit and keeps the power constant. The power to drive the vibrator was reduced. As a result, the amplitude of the bonding tool is reduced to an amount necessary for bonding of electronic components, and the electronic components may not be bonded normally.
Accordingly, the present invention, the load is applied at the time of bonding, when increased mechanical resistance of the bonding tool tip and the tip vibration of the are bound, the bonding tool can be in a state impedance increase is small in the oscillator, and Bo It is an object to provide a bonding apparatus and a semiconductor manufacturing method .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention in order to achieve the above object, by acting one ultrasonic vibration and load to the bonded member, a bonding tool mounted on Rubo bindings device is fixed on the other member to be joined The bonding tool is
A tool main body part and an attachment part extending from the tool main body part and provided for assembling the main body part to the bonding apparatus. The length of the tool main body part is the bending resonance on the lowest frequency side. The difference between the frequency and the oscillation frequency of the input ultrasonic vibration, and the ratio of the difference between the second bending resonance frequency counted from the low frequency side and the oscillation frequency of the input ultrasonic vibration is 3: 2 Provided is a bonding tool formed to have a length that can be divided into 2: 3. The present invention, by the load and the oscillation frequency of 10~20N on one of the bonded members exerts a substantially ultrasonic vibration 60 kHz, a bonding tool mounted on Rubo bindings device is fixed to the other of the bonded members there are, the bonding tool comprises a tool body portion formed in a columnar or cylindrical shape, and the front extending from the tool body portion Kibo bindings mounting portion provided for assembling the tool main body to the apparatus made, the length of the tool main body 8 is ~ 10 mm, and provides a bonding tool the cross-sectional area of the cross section with respect to the length direction of the tool main body is formed to be a 4 ~ 5 mm ^2.
[0005]
The present invention provides a Rubo bindings device to comprise any of the above-mentioned bonding tool. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of bonding the semiconductor device which is the one member to be bonded and the other member to be bonded by the bonding apparatus.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a bonding apparatus including a bonding tool according to an embodiment of the present invention. Bonding apparatus, a bonding stage P to the transfer stage O for carrying the semiconductor device S, the wiring board WB which is conveyed by an unillustrated transporting apparatus is placed is the joined member which is subjected to flip chip bonding, transfer The semiconductor device S is sucked and held from the stage X, and the bonding bumps B of the semiconductor device S are electrically connected to the electrode pads of the wiring pattern disposed on the surface of the wiring substrate WB arranged on the bonding stage B. In addition to positioning so as to be connected to each other and applying a predetermined load and ultrasonic vibration to the bump B, a solid phase diffusion bonding of the metal is generated between the bump B and the electrode pad, and flipping is performed. A bonding head portion Q for performing chip bonding is provided.
[0007]
The bonding head portion Q constituted by a cantilever type ultrasonic vibration system includes an oscillation device 1 that supplies electric power for generating ultrasonic vibration set as an oscillation frequency in the vicinity of 60 kHz, and the oscillation device 1 and the electric power. Connected to each other and a vibrator 2 having an annular electrostrictive element that generates ultrasonic vibration when electric power is supplied, and one end of the vibrator 2 in which the vibration direction and the longitudinal direction of the vibrator 2 are coaxial. An ultrasonic horn 3 made of stainless steel having a truncated cone shape and amplifying the vibration of the vibrator 2 and transmitting it to the other end, and a mounting notch formed on the other end of the ultrasonic horn 3 The bonding tool 4, which is a rectangular tube body arranged so as to be fitted into the ultrasonic wave, and the ultrasonic horn 3 are held, and the bonding tool 4 is driven toward and away from the bonding stage P. Z stage 5 that can be moved, and XY stage that drives Z stage 5 in two axial directions so that bonding tool 4 can reciprocate transfer stage O and bonding stage P, and can perform alignment during bonding. 6 are provided.
[0008]
The ultrasonic vibration system of the bonding head portion Q in FIG. 1 is composed of an ultrasonic horn 3 and a vibrator 2, from the end near the notch for attaching the ultrasonic horn 3 to the open end of the vibrator 2. The total length is about 70mm.
[0009]
In FIG. 2, the side surface of the bonding tool 4 (a), the a schematic view showing a suction surface, each for holding a joint material (b). The bonding tool 4 shown in FIG. 2 (a) has a tool main body 4a made of a cemented carbide square tube of about 8 mm in length, and a length of about 10 mm extending from one end of the tool main body 4a. Mounting part 4b. The attachment portion 4b is configured to have a smaller diameter than the tool main body portion 4a, and is inserted until the tool main body portion 4a comes into contact with the notch of the ultrasonic horn 3, and the notch is screwed. Thus, the ultrasonic horn 3 is restrained by static friction and fixed. The total length of the conventional tool body 4a was 13.5 mm.
[0010]
As shown in FIG. 2 (b), the lower end surface of the tool body portion 4a has a suction surface 4c for holding adsorb the joined member. Suction surface 4c, in order to perform efficiently the application of ultrasonic vibration in the bonding process, roughening treatment is applied to the same extent in accordance with the surface roughness of the suction surface of the main bonding portion material. The suction surface 4c is configured by a square having a side of about 2.2 mm, and a hollow portion 4d is formed at the center of the suction surface 4c so as to face a circular opening having a diameter of 0.6 mm. At this time, the cross-sectional area of the cross section in the longitudinal direction of the bonding tool 4 is approximately 4.6 mm ² by subtracting the opening in the hollow portion 4d . The hollow portion 4d is connected to the suction unit and the communication (not shown) provided at an end portion of the mounting portion 4b, which contributes to the adsorption of the joint member at the time of suction operation.
[0011]
With the bonding apparatus having the above-described configuration, a semiconductor device is manufactured by flip chip bonding as follows. A bonding portion material taken from the unshown stocker semiconductor device S is, by the transfer stage of O, transported to the bonding stage near P. On the other hand, the wiring board WB is the bonded part material conveyed from the other stocker, not shown, is placed on the bonding stage P provided in the processing point of the flip chip bonding. The bonding head portion Q is driven forward by the XY table 6 and the Z table is further lowered, whereby the suction surface 4c of the bonding tool 4 is brought into contact with the back surface of the semiconductor device S on the transfer stage O. At the same time, a negative pressure is generated in the hollow portion 4 d by a suction machine (not shown), and the semiconductor device S is sucked and held by the bonding tool 4. The Z table 5 is driven up to disengage the semiconductor device S from the transfer stage O and the XY stage 6 is driven backward so that the semiconductor device S held by suction is disposed opposite to the wiring substrate WB on the bonding stage P. Is done. At this time, the relative position is corrected using a camera (not shown) and the like, and the Z stage 5 is lowered.
[0012]
When it is detected that the bump B made of Au ball provided on the semiconductor device S is in contact with the electrode of the wiring pattern provided on the wiring substrate WB, the Z table 5 enters a load operation, and the semiconductor device S On the other hand, it operates to apply a load of 10 [N]. At the same time, 60 kHz power is applied to the vibrator 2 by the oscillating device 1 to start ultrasonic vibration. As for the ultrasonic vibration generated in the vibrator 2, the apparent output is amplified by the action of the spindle shape of the ultrasonic horn 3 and transmitted to the bonding tool 4, and bending vibration is generated in the bonding tool 4. Since the amplitude of the bending vibration is in a direction parallel to the bonding surface, friction occurs between the bump B and the wiring board WB, and solid phase diffusion of each material occurs. Also, this bending vibration is ideally a vibration with the abutting position with respect to the ultrasonic horn 3 as a relative fixed point, but actually varies depending on the structure of the mounting portion 4b . The suction operation with respect to the semiconductor device S that is solid-phase diffused and brought into a bonded state by application of vibration for a predetermined time is stopped. The flip-chip bonding process is completed by driving the Z stage 5 upward. The wiring board WB to which the flip chip bonding has been performed is taken out by a transport system (not shown), thereby completing one process.
[0013]
FIG. 3 is a graph showing the impedance change of the vibrator 2 in the flip chip bonding process of the present embodiment. In the flip-chip bonding process described above, the change in impedance value of the vibrator 2 was measured and plotted in the time zone near the time of applying the load. In the bonding device with the overall length of the tool body 4a of 8mm, the impedance change at the time of applying the load by the Z table 5 is extremely small compared to the tool body 4a with the overall length of 13.5mm, and the power profile is good. You can see that
[0014]
FIG. 4A is a graph showing the relationship between the length of the bonding tool and the resonance frequency of the bending of the bonding tool when attached to the ultrasonic horn. In the case of a tool with a length of 8 to 10 mm that had good characteristics, the difference between the resonance frequency of the lowest frequency bending and the oscillation frequency input by the ultrasonic oscillation system and the second bending counted from the low frequency side The ratio of the difference between the resonance frequency and the oscillation frequency input by the ultrasonic oscillation system is 3: 2 to 2: 3.
The table shown in FIG. 4B shows the results of evaluating the operational stability of the bonding apparatus when the length of the bonding tool main body is changed. As a result of evaluating a tool of 6.0 mm to 13.5 mm, a good impedance characteristic was shown in the case of a tool of 8 mm to 10 mm. This is a length that matches the optimum resonance frequency range in FIG. The criterion for pass / fail judgment was the presence / absence of a point exceeding 40 [Ω] in the impedance change of the vibrator when ultrasonic vibration was applied with no load and a load state of 0 to 30 N of the bonding tool.
[0015]
As described above, according to the board bindings apparatus of the present invention, since setting the bonding tool to the appropriate length, at the time of applying a load impedance rise is suppressed, thereby, stable operation of the device In addition, the amplitude of the bonding tool necessary for bonding can be obtained, and electronic components can be bonded normally. For the stable operation of the bonding apparatus, as an optimum range, the ratio of the bending resonance frequency of the bonding tool in the state assembled to the ultrasonic horn and the oscillation frequency in the ultrasonic oscillation system is 3: 2-2: It is preferable that the tool is 3. When this is converted into the length of the bonding tool body, the length of the bonding tool body may be 8 mm or more and 10 mm or less. This condition is particularly effective in a flip chip bonding process in which a relatively light load is applied, particularly when ultrasonic oscillation is applied with a load of about 10 to 20 [N] as understood from FIG. It is.
[0016]
In the above-described embodiment, a tool with a small increase in impedance value is obtained by changing the tool length. However, the material of the tool may be changed from cemented carbide to stainless steel or resin.
Further, the cross-sectional shape can be appropriately changed from a square cross-section to another polygon or a circle.
[0017]
In addition, the frequency of ultrasonic vibration input to the bonding tool by the ultrasonic vibration system composed of the vibrator and the ultrasonic horn depends on the oscillation frequency of the oscillation device, depending on the shape and assembly accuracy of the ultrasonic vibration system, or It may be different from the vibration frequency of the vibrator, but if the difference between them is about several KHz, it can be considered as an error range, and the frequency input to the bonding tool is the vibration frequency of the vibrator. Or the same frequency as the oscillation frequency of the oscillation device. Accordingly, an error range is recognized for the cross-sectional area of the bonding tool, and a width of about 4 to 5 mm ² can be expected for the cross section of the bonding tool of the above embodiment.
[0018]
【The invention's effect】
As described above in detail, the flip chip bonding apparatus according to the present invention can provide a bonding process in which the amount of increase in impedance in the oscillator is small, so that an electrical product can be manufactured with high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an ultrasonic flip chip bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a bonding tool and an ultrasonic horn according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a change in impedance of a vibrator in the flip chip bonding process of the embodiment.
FIG. 4A is a graph showing the relationship between the length of the bonding tool and the resonance frequency of the bending when attached to the ultrasonic horn, and FIG. 4B is the impedance when the length of the bonding tool is changed. The table | surface which shows the quality of a characteristic.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oscillator, 2 ... Vibrator, 3 ... Ultrasonic horn, 4 ... Bonding tool,
5 ... Z stage, 6 ... XY stage,
S ... Semiconductor device, WB ... Substrate, B ... Bump,
O: Transfer stage, P: Bonding stage, Q: Bonding head,
4a ... Tool body part, 4b ... Mounting part, 4c ... Suction surface, 4d ... Opening

Claims

By the action of one of the ultrasonic vibration and load to the bonded member, a bonding tool mounted on Rubo bindings device is fixed on the other member to be joined,
The bonding tool includes a tool main body portion and an attachment portion that extends from the tool main body portion and is provided to assemble the main body portion with respect to the bonding apparatus.
The length of the tool main body portion is the difference between the bending resonance frequency on the lowest frequency side and the oscillation frequency of the inputted ultrasonic vibration, and the second bending resonance frequency counted from the low frequency side and the inputted supersonic frequency. the ratio of the difference between the oscillation frequency of the ultrasonic vibration is 3: 2 to 2: bonding tool, characterized in that it is formed in the internally dividing the possible range become such length 3.

A bonding tool attached to an ultrasonic flip-chip bonding apparatus that is fixed on the other member to be bonded by applying a load and ultrasonic vibration to one member to be bonded,
The bonding tool includes a tool main body portion and an attachment portion that extends from the tool main body portion and is provided to assemble the main body portion to the ultrasonic flip chip bonding apparatus.
The length of the tool main body portion is the difference between the bending resonance frequency on the lowest frequency side and the oscillation frequency of the inputted ultrasonic vibration, and the second bending resonance frequency counted from the low frequency side and the inputted supersonic frequency. the ratio of the difference between the oscillation frequency of the ultrasonic vibration is 3: 2 to 2: bonding tool, characterized in that it is formed in the internally dividing the possible range become such length 3.

By the one member to be joined is load and oscillation frequency of 10~20N exert substantially ultrasonic vibration 60 kHz, a bonding tool mounted on Rubo bindings device is fixed on the other member to be joined,
The bonding tool is composed of a tool body portion formed in a columnar or cylindrical shape, and the front extending from the tool main body Kibo bindings mounting portion provided for assembling the tool main body to the apparatus,
Wherein a is 8 ~ 10 mm length of the tool main body, and the bonding tool, characterized in that the cross-sectional area of the cross section is formed to be a 4 ~ 5 mm ² to the length direction of the tool main body.

A bonding tool attached to an ultrasonic flip-chip bonding apparatus that is fixed on the other member by applying a load of 10 to 20 N and an ultrasonic vibration having an oscillation frequency of approximately 60 kHz to one member to be bonded. ,
From the bonding tool includes a columnar or cylindrical shape formed tool main body, and said extended from the tool body portion and the mounting portion provided for assembling the tool main body relative to the ultrasonic flip-chip bonding apparatus Become
Wherein a is 8 ~ 10 mm length of the tool main body, and the bonding tool, characterized in that the cross-sectional area of the cross section is formed to be a 4 ~ 5 mm ² to the length direction of the tool main body.

Features and to Rubo bindings apparatus that comprises a bonding tool according to claim 1 to 4, wherein.

6. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of bonding the semiconductor device which is the one member to be bonded and the other member to be bonded by the bonding apparatus according to claim 5.