JPH0945737A - Ultrasonic bonding method and apparatus - Google Patents
Ultrasonic bonding method and apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本願発明は、超音波接合方法および装置に
関し、接合部材と被接合部材との間の好適な接合状態を
得ることができるように改良されたものに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic bonding method and apparatus, which are improved so that a suitable bonding state between a bonding member and a member to be bonded can be obtained.
【０００２】[0002]
【従来技術】図１０に基づき、金属板どうしを超音波接
合法によって接合する場合について説明する。適当な支
持台１上に被接合部材２としての金属板２ａが載置さ
れ、その上面に、接合部材３としての金属板３ａが重ね
られる。符号４は、超音波ホーン５を介して超音波発生
源６に連結された押圧ツールを示しており、その下端面
４ａが上位の金属板３ａの上面に所定の圧力をもって接
触することができるようになっている。押圧ツール４を
上位の金属板３ａの上面に押圧接触させた状態で超音波
発生源６を駆動すると、上記押圧ツール４を介して、超
音波振動の水平方向成分が上位の金属板３ａに伝達され
る。押圧ツール４による押圧力を受ける両金属板２ａ，
３ａの界面に局部的な摩擦熱が発生し、この摩擦熱と押
圧ツールによる圧力との協働作用によって、両金属板２
ａ，３ａがその押圧界面に形成された接合部７によって
相互に接合される。2. Description of the Related Art A case where metal plates are joined together by an ultrasonic joining method will be described with reference to FIG. A metal plate 2a serving as a member 2 to be joined is placed on a suitable supporting base 1, and a metal plate 3a serving as a joining member 3 is superposed on the upper surface thereof. Reference numeral 4 indicates a pressing tool connected to the ultrasonic wave generation source 6 via the ultrasonic horn 5, so that the lower end surface 4a thereof can come into contact with the upper surface of the upper metal plate 3a with a predetermined pressure. It has become. When the ultrasonic generator 6 is driven in a state where the pressing tool 4 is in pressure contact with the upper surface of the upper metal plate 3a, the horizontal component of ultrasonic vibration is transmitted to the upper metal plate 3a via the pressing tool 4. To be done. Both metal plates 2a which receive the pressing force by the pressing tool 4,
Local frictional heat is generated at the interface of 3a, and by the cooperative action of this frictional heat and the pressure of the pressing tool, both metal plates 2
a and 3a are joined to each other by the joining portion 7 formed on the pressing interface.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の両金
属板２ａ，３ａは、超音波接合が進行していく過程にお
いて次のような挙動を示す。すなわち、超音波振動の印
加初期段階においては、被接合部材としての下位の金属
板３ａに対して接合部材としての上位の金属板２ａが相
対的に振動するが、時間が経過するにつれて、すなわち
印加された超音波振動エネルギの累積が増大するにつれ
て、被接合部材である下位の金属板３ａもまた振動を始
め、その振動は次第に大きくなるとともに、やがて上位
の金属板２ａの振動と同期したものとなる。最終的に２
枚の金属板が一体となる接合が次第に完成されてゆくか
らである。By the way, the both metal plates 2a and 3a described above behave in the following manner in the process of ultrasonic bonding. That is, in the initial stage of application of ultrasonic vibration, the upper metal plate 2a as a joining member vibrates relative to the lower metal plate 3a as a joined member, but as time passes, As the accumulated ultrasonic vibration energy increases, the lower metal plate 3a, which is the member to be joined, also starts to vibrate, and the vibration gradually increases and eventually becomes synchronized with the vibration of the upper metal plate 2a. Become. Finally 2
This is because the joining that integrates the metal plates is gradually completed.
【０００４】このように接合が完成されてもなお超音波
振動の印加を続けると、被接合部材３の形態によっては
種々の不具合が生じるし、逆に、接合が完成する以前に
超音波振動の印加を断つと、両部材間の接合が不十分と
なってしまう。If the ultrasonic vibration is continuously applied even after the joining is completed in this way, various problems may occur depending on the form of the member 3 to be joined, and conversely, the ultrasonic vibration may be generated before the joining is completed. If the application is interrupted, the joining between both members will be insufficient.
【０００５】たとえば、図１１に示されるように、半導
体装置の製造において、半導体チップ８とリード９との
間のワイヤボンディング、特にセカンドボンディングに
超音波接合法を併用する場合があり、この場合、キャピ
ラリ１０が超音波ホーン５を介して超音波発生源６に連
結される。この場合において、キャピラリ１０がワイヤ
１１をリード９に圧しつけた状態で超音波振動を印加す
ると、ワイヤ１１とリード９との間の接合が完成に近づ
くにつれて、リード９がキャピラリ１０の振動と同期し
て振動を開始する。この状態を放置すると、リードに与
えられた超音波振動がリードフレーム全体におよび、た
とえば微細化されたリードが破断するといったことも起
こり得る。For example, as shown in FIG. 11, in the manufacture of a semiconductor device, an ultrasonic bonding method may be used together with wire bonding between the semiconductor chip 8 and the lead 9, especially second bonding. In this case, The capillary 10 is connected to the ultrasonic wave generation source 6 via the ultrasonic horn 5. In this case, when ultrasonic vibration is applied while the capillary 10 presses the wire 11 against the lead 9, the lead 9 synchronizes with the vibration of the capillary 10 as the bonding between the wire 11 and the lead 9 approaches completion. And start oscillating. If this state is left as it is, the ultrasonic vibration applied to the lead may spread over the entire lead frame, and the miniaturized lead may be broken.
【０００６】このような被接合部材に生じうる不具合を
予測して超音波発生源の駆動時間を設定するといった制
御は非常に困難であり、むしろ、接合不良を回避するた
めに、本来必要な量を超える超音波振動エネルギを印加
しようとする傾向にある。[0006] It is very difficult to control such as setting the drive time of the ultrasonic wave generation source by predicting such a defect that may occur in the members to be joined. There is a tendency to try to apply the ultrasonic vibration energy exceeding the above.
【０００７】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、二部材を超音波接合法によって
接合する場合において、接合の完成時点以降にわたって
被接合部材が接合部材と同期して振動をすることによる
不都合を解消して、二部材の適正な接合状態を得ること
ができるようにすることをその課題としている。The present invention has been devised under such circumstances, and in the case of joining two members by an ultrasonic joining method, the members to be joined are joined members after the completion of joining. It is an object of the present invention to eliminate the inconvenience caused by vibrating in synchronization and to obtain an appropriate joined state of the two members.
【０００８】[0008]
【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を採用した。DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means.
【０００９】本願発明の第１の側面によれば、新たな超
音波接合方法が提供され、この方法は、超音波発生源に
連結されたツールによって接合部材を被接合部材に圧し
つけた状態で、上記ツールを介して上記接合部材に超音
波振動を与えることによる超音波接合方法であって、上
記被接合部材ないしその支持部材の振動状態にしたがっ
て、上記超音波発生源による超音波振動を停止しまたは
低減することに特徴づけられる。According to the first aspect of the present invention, a new ultrasonic bonding method is provided, which is a method in which a bonding member is pressed against a member to be bonded by a tool connected to an ultrasonic source. An ultrasonic bonding method by applying ultrasonic vibration to the bonding member via the tool, wherein ultrasonic vibration by the ultrasonic source is stopped according to a vibration state of the bonded member or its supporting member. Characterized or reduced.
【００１０】かかる方法は、リードフレームを用いた半
導体装置の製造において、半導体チップの上面のパッド
とリードとの間をワイヤによって結線するワイヤボンデ
ィングに適用することができる。この場合、上記ツール
は、ワイヤボンディング用のキャピラリであり、上記接
合部材は上記キャピラリに挿通されたワイヤであり、上
記被接合部材はリードフレームまたはこのリードフレー
ム上にボンディングされた半導体チップである。Such a method can be applied to wire bonding in which a pad and a lead on the upper surface of a semiconductor chip are connected by a wire in the manufacture of a semiconductor device using a lead frame. In this case, the tool is a capillary for wire bonding, the bonding member is a wire inserted in the capillary, and the bonded member is a lead frame or a semiconductor chip bonded on the lead frame.
【００１１】本願発明方法はまた、半導体装置の製造に
おいて、ダイパッドの下面に金属放熱板を接合する場合
に応用することができる。この場合、上記接合部材はリ
ードフレームにおけるダイパッドであり、上記被接合部
材をダイパッドの下面に配置した金属放熱板である。The method of the present invention can also be applied to the case of joining a metal radiator plate to the lower surface of a die pad in the manufacture of a semiconductor device. In this case, the bonding member is a die pad in the lead frame, and the member to be bonded is a metal heat dissipation plate arranged on the lower surface of the die pad.
【００１２】本願発明方法によれば、被接合部材の振動
状態を直接的に検出して超音波発生源の駆動制御にフィ
ードバックしている。より具体的には、超音波接合が進
行するにしたがって、被接合部材が接合部材に同期して
振動を始めるが、この状態を直接的に検出して、必要以
上の超音波振動エネルギが印加されることがないように
している。また、被接合部材の振動状態を検出すること
によって、適正な接合状態が得られたかどうかをも判断
することができる。したがって、接合部材、被接合部材
が種々変化しても、常に被接合部材に不具合を生じさせ
ることなく、適正な接合状態を得ることができる。According to the method of the present invention, the vibration state of the members to be joined is directly detected and fed back to the drive control of the ultrasonic wave generation source. More specifically, as the ultrasonic bonding progresses, the members to be bonded start to vibrate in synchronization with the bonding members, but this state is directly detected and more ultrasonic vibration energy than necessary is applied. I am trying not to Further, by detecting the vibration state of the members to be joined, it is possible to determine whether or not the proper joining state is obtained. Therefore, even if the joining member and the joined member are variously changed, it is possible to obtain a proper joining state without causing a defect in the joining member.
【００１３】上記したように、半導体装置の製造におけ
るワイヤボンディング、特にセカンドボンディングにお
いて本願発明方法を適用すると、必要以上の超音波振動
エネルギが印加されることによって、ファインピッチ化
されたリードが破損するといった不具合を確実に回避し
ながら、適正なワイヤボンディング状態を得ることがで
きる。As described above, when the method of the present invention is applied to the wire bonding in the manufacture of the semiconductor device, particularly the second bonding, the fine-pitched leads are damaged by the application of ultrasonic vibration energy more than necessary. It is possible to obtain an appropriate wire bonding state while surely avoiding such problems.
【００１４】本願発明の第２の側面によれば、新たな超
音波接合装置が提供され、この装置は、制御手段によっ
て駆動制御される超音波発生源と、この超音波発生源に
連結されており、かつ接合部材を被接合部材に対して押
圧することが押圧ツールと、被接合部材またはその支持
部材の振動状態を検出する振動センサと、を備えてお
り、上記制御手段は、上記振動センサによって検出され
る被接合部材またはその支持部材の振動状態にしたがっ
て、超音波発生源を制御するように構成されている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a new ultrasonic bonding apparatus, the ultrasonic bonding apparatus being driven and controlled by the control means and being connected to the ultrasonic generation source. And a vibration sensor that detects the vibration state of the member to be joined or its supporting member, and the control means is the vibration sensor. The ultrasonic wave generation source is controlled in accordance with the vibration state of the joined member or its supporting member detected by.
【００１５】この制御は、具体的には、上記振動センサ
によって検出される被接合部材またはその支持部材の振
動が所定の状態に達したときに、上記超音波発生源によ
る超音波振動を停止しまたは低減するというものであ
る。Specifically, this control stops the ultrasonic vibration by the ultrasonic source when the vibration of the member to be joined or its supporting member detected by the vibration sensor reaches a predetermined state. Or to reduce.
【００１６】この超音波接合装置を用いた超音波接合に
おいても、前述したのと同様の利点が得られることは明
らかである。Obviously, the same advantages as described above can be obtained also in ultrasonic bonding using this ultrasonic bonding apparatus.
【００１７】なお、被接合部材の振動状態を検出するた
めの振動センサとしては、高周波振動を検出することが
できる接触型の圧力センサを用いることもできるし、振
動体に向けて発した電磁波または音波の反射に見られる
ドップラー現象を解析して振動状態を検出する非接触型
のものなどを採用することもできる。As the vibration sensor for detecting the vibration state of the members to be joined, a contact type pressure sensor capable of detecting high frequency vibration can be used, or an electromagnetic wave emitted toward the vibrating body or It is also possible to employ a non-contact type that detects the vibration state by analyzing the Doppler phenomenon seen in the reflection of sound waves.
【００１８】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明により、より明
らかとなろう。Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
【００１９】[0019]
【好ましい実施の形態】図１は、本願発明方法を実施す
るための装置の概略図である。適当な支持台１の上面に
は、被接合部材２である第１の金属板２ａが載置され、
これに重ねるようにして、接合部材３である第２の金属
板３ａが重ねられている。符号４は押圧ツールを示して
おり、図１に示すように下端が上記第２の金属板３ａの
表面に所定圧力をもって接触する状態と、上方に離間す
る状態が選択できるようになっている。この押圧ツール
４はまた、超音波ホーン５を介して超音波発生源６が接
続されている。この超音波発生源６は、制御手段１２に
よって駆動制御される。1 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the method of the present invention. A first metal plate 2a, which is a member 2 to be joined, is placed on the upper surface of a suitable support 1.
The second metal plate 3a, which is the joining member 3, is stacked so as to be overlapped with this. Reference numeral 4 denotes a pressing tool, and as shown in FIG. 1, it is possible to select a state in which the lower end comes into contact with the surface of the second metal plate 3a with a predetermined pressure and a state in which the lower end is separated from the upper side. The pressing tool 4 is also connected to an ultrasonic wave generation source 6 via an ultrasonic horn 5. The ultrasonic generator 6 is drive-controlled by the control means 12.
【００２０】一方、被接合部材２としての第１の金属板
２ａの振動状態を検出するための振動センサ１３が配置
される。この振動センサ１３は、図１に実線で示すよう
に第１の金属板２ａの適部に接触する状態と、仮想線で
示すように第１の金属板２ａから離間する状態とを選択
できるように、図示しない支持部材に取付けられてい
る。On the other hand, a vibration sensor 13 for detecting the vibration state of the first metal plate 2a as the member 2 to be joined is arranged. The vibration sensor 13 can select a state in which it contacts the appropriate portion of the first metal plate 2a as shown by the solid line in FIG. 1 and a state in which it is separated from the first metal plate 2a as shown by the phantom line. Is attached to a support member (not shown).
【００２１】超音波発生源６を駆動すると、その水平方
向成分によって押圧ツール４が水平方向に振動する。こ
の振動の振幅はたとえば２０μｍ程度とすることができ
る。超音波振動の印加開始状態においては、押圧ツール
４によって押さえられた第２の金属板３ａのみが第１の
金属板２ａに対して相対的に振動する。押圧ツール４に
よって所定の圧力が加えられているので、この圧力の影
響がおよぶ両金属板２ａ，３ａの界面において、上記相
対的な振動に起因する摩擦熱が局部的に発生する。こう
して発生させられる熱と、押圧ツール４による圧力とが
協働して、両金属板２ａ，３ａの接合を進行させる。接
合が進行すると、下位の第１の金属板２ａもまた、上位
の第２の金属板３ａと同期して振動を始める。両金属板
２ａ，３ａの接合が完成する時点においては、この第１
の金属板２ａの振動状態は、第２の金属板３ａの振動状
態と同期したものとなる。すなわち、被接合部材２とし
ての第１の金属板２ａに上位の第２の金属板３ａを介し
て与えられる超音波による単位時間当たりの運動エネル
ギは、図２に示すように、時間の経過とともに増大し、
一定値に近づく。このような第１の金属板２ａの運動エ
ネルギの変化は、振動センサ１３による検出信号を処理
することにより判明する。When the ultrasonic wave generating source 6 is driven, the pressing tool 4 vibrates in the horizontal direction due to its horizontal component. The amplitude of this vibration may be, for example, about 20 μm. In the application start state of ultrasonic vibration, only the second metal plate 3a pressed by the pressing tool 4 vibrates relatively to the first metal plate 2a. Since a predetermined pressure is applied by the pressing tool 4, frictional heat due to the relative vibration is locally generated at the interface between the metal plates 2a and 3a affected by this pressure. The heat thus generated and the pressure of the pressing tool 4 cooperate to advance the joining of the two metal plates 2a and 3a. As the joining progresses, the lower first metal plate 2a also starts vibrating in synchronization with the upper second metal plate 3a. When the joining of the two metal plates 2a and 3a is completed, this first
The vibration state of the metal plate 2a is synchronized with the vibration state of the second metal plate 3a. That is, the kinetic energy per unit time by the ultrasonic waves given to the first metal plate 2a as the member to be joined 2 through the upper second metal plate 3a is as shown in FIG. Increased,
It approaches a certain value. Such a change in the kinetic energy of the first metal plate 2a is found by processing the detection signal from the vibration sensor 13.
【００２２】たとえば、図２のグラフ中、符号Ａで示さ
れる範囲においては、両金属板間の接合が十分に行われ
ていると考えられる。したがって、図２に符号Ａで示さ
れる範囲、すなわち、第１の金属板２ａの運動エネルギ
が漸近値に近づいたある時点において、制御手段１２が
超音波発生源６の超音波振動を停止または低減させる。
図２に符号Ａで示される領域に至ってもなお、超音波振
動の印加を継続すると、被接合部材２の状態いかんで
は、これに悪影響をおよぼすことがあるが、本願発明方
法によれば、かかる被接合部材への悪影響を未然に回避
することができる。For example, in the range shown by reference character A in the graph of FIG. 2, it is considered that the two metal plates are sufficiently joined. Therefore, the control means 12 stops or reduces the ultrasonic vibration of the ultrasonic wave generation source 6 in the range indicated by the symbol A in FIG. 2, that is, at a certain point in time when the kinetic energy of the first metal plate 2a approaches the asymptotic value. Let
If the application of ultrasonic vibration is continued even after reaching the area indicated by the symbol A in FIG. 2, this may have an adverse effect on the state of the member 2 to be joined, but according to the method of the present invention, It is possible to avoid adverse effects on the members to be joined.
【００２３】なお、図１に符号１３で示した振動センサ
は、高周波振動を検知しうる接触型の圧力センサ、ある
いは振動体からの音または電磁波の反射にみられるドッ
プラー現象を解析して非接触的に振動体の振動状態を検
知できるものを採用することができる。The vibration sensor indicated by reference numeral 13 in FIG. 1 is a contact type pressure sensor capable of detecting high frequency vibrations, or a Doppler phenomenon observed in reflection of sound or electromagnetic waves from a vibrating body to analyze non-contact. What can detect the vibration state of the vibrating body can be adopted.
【００２４】本願の超音波接合方法あるいは超音波接合
装置は、以下に説明するように、リードフレーム３０を
用いた半導体装置の製造過程において、好適に応用する
ことができる。The ultrasonic bonding method or ultrasonic bonding apparatus of the present application can be suitably applied in the process of manufacturing a semiconductor device using the lead frame 30, as described below.
【００２５】図３は、放熱用金属板２１がパッケージ２
２内に組み込まれたクワット型半導体装置２０の構造を
示している。エポキシ樹脂等で形成された、平面視矩形
状を呈する樹脂パッケージ２２の内部には、ダイパッド
２３上にボンディングされた半導体チップ２４、上記ダ
イパッド２３の下面中央部において接合され、かつ所定
の平面形状を有する金属放熱板２１などが組み込まれて
いる。上記ダイパッド２３は、平面視矩形状をしてお
り、その四隅部から、樹脂パッケージ２２に残存する吊
りリード２５が延びている。In FIG. 3, the metal plate 21 for heat dissipation is package 2
2 shows the structure of the quat type semiconductor device 20 incorporated in the device 2. Inside the resin package 22 formed of epoxy resin or the like and having a rectangular shape in a plan view, the semiconductor chip 24 bonded on the die pad 23, bonded at the center of the lower surface of the die pad 23, and having a predetermined planar shape. The metal heat dissipation plate 21 and the like that it has are incorporated. The die pad 23 has a rectangular shape in plan view, and the suspension leads 25 remaining in the resin package 22 extend from the four corners thereof.
【００２６】ダイパッド２３と金属放熱板２１との接合
は、後述するように、本願発明にかかる超音波接合法に
よって行うことができる。The die pad 23 and the metal heat dissipation plate 21 can be joined by the ultrasonic joining method according to the present invention, as will be described later.
【００２７】上記ダイパッド２３ないしこれに搭載され
る半導体チップ２４の四周に、一定の隙間を介して内端
部が配置されている複数本の内部リード２６は、水平方
向外方に延ばされ、それぞれ、樹脂パッケージ２２の四
周側面から突出する外部リード２７に連続させられてい
る。A plurality of inner leads 26, the inner ends of which are arranged at regular intervals on the four circumferences of the die pad 23 or the semiconductor chip 24 mounted thereon, are extended outward in the horizontal direction, Each of them is connected to the external leads 27 protruding from the four side surfaces of the resin package 22.
【００２８】半導体チップ２４の上面のボンディングパ
ッドと、各内部リード２６との先端部上面との間は、ワ
イヤボンディング１１によって結線されている。このワ
イヤボンディング、特に一端を半導体チップ２４の上面
パッドに接続したワイヤ１１の他端部を内部リード２６
の上面にボンディングする、いわゆるセカンドボンディ
ングにもまた、本願発明の超音波接合法を好適に応用す
ることができる。The bonding pads on the upper surface of the semiconductor chip 24 and the upper surfaces of the tips of the internal leads 26 are connected by wire bonding 11. This wire bonding, especially the other end of the wire 11 whose one end is connected to the upper surface pad of the semiconductor chip 24 is connected to the internal lead 26.
The ultrasonic bonding method of the present invention can also be preferably applied to so-called second bonding, in which the upper surface of the substrate is bonded.
【００２９】図３に示したクワッド型の半導体装置２０
は、図４に示すようなリードフレーム３０を使用して製
造される。幅方向両側のサイドフレーム部３１，３１お
よび長手方向に等間隔をあけてサイドフレーム部間を掛
け渡すように形成されるクロスフレーム３２，３２によ
って囲まれる矩形領域３３内に半導体装置２０の構成部
分となるべきリード２６，２７あるいはダイパッド２３
等が打ち抜き形成されている。四辺形枠状のタイバー３
４がその四隅部が支持リード３５によってサイドフレー
ム３１およびクロスフレーム３２に連結されるようにし
て形成されている。この四辺形枠状タイバー３４の四隅
部から内方に延びる４本の吊りリード２５によって、矩
形状のダイパッド２３が支持されている。隣合う吊りリ
ード２５，２５で区画される上記四辺形枠状タイバー３
４内の各台形領域には、タイバー３４に基端が連結さ
れ、かつダイパッド２３の一辺に向けて延びる複数本の
内部リード２６が形成されている。タイバー３４の外側
には、各内部リード２６に連続して延びる複数本の外部
リード２７が形成されている。各外部リード２７の外端
部は、支持リード３６を介して、サイドフレーム３１ま
たはクロスフレーム３２に連結されている。上記リード
フレーム３０のダイパッド２３の下面には、金属放熱板
２１が接合される。この接合方法には、本願発明の超音
波接合法が適用される。The quad type semiconductor device 20 shown in FIG.
Is manufactured using a lead frame 30 as shown in FIG. Components of the semiconductor device 20 in a rectangular region 33 surrounded by the side frame portions 31 on both sides in the width direction and the cross frames 32 formed so as to span the side frame portions at equal intervals in the longitudinal direction. Leads 26, 27 or die pad 23 to be
Etc. are punched out. Quadrilateral frame-shaped tie bar 3
4 is formed so that its four corners are connected to the side frame 31 and the cross frame 32 by the support leads 35. The rectangular die pad 23 is supported by four suspension leads 25 extending inward from the four corners of the quadrilateral frame-shaped tie bar 34. The above-mentioned quadrilateral frame-shaped tie bar 3 divided by the adjacent suspension leads 25, 25
In each trapezoidal region within 4, a plurality of internal leads 26 are formed, the base ends of which are connected to the tie bars 34 and which extend toward one side of the die pad 23. On the outer side of the tie bar 34, a plurality of outer leads 27 that continuously extend to the inner leads 26 are formed. The outer end portion of each outer lead 27 is connected to the side frame 31 or the cross frame 32 via the support lead 36. The metal heat dissipation plate 21 is bonded to the lower surface of the die pad 23 of the lead frame 30. The ultrasonic bonding method of the present invention is applied to this bonding method.
【００３０】すなわち、図５に示すように、支持台１上
に載置した金属放熱板２１の上面にリードフレーム３０
のダイパッド２３を重ね、超音波ホーン５に接続された
押圧ツール４をダイパッド２３の上面中央部に圧しつ
け、押圧ツール４の超音波振動を供給する。押圧ツール
４からたとえば、２０μｍ程度の振幅の水平方向成分を
有する超音波振動がダイパッド２３に与えられ、金属放
熱板２１との間の接触界面に生じる摩擦熱および上記押
圧ツール４による押圧力により、上記ダイパッド２３と
金属放熱板２１とは限定された領域の接合部７をもって
相互に接合される。That is, as shown in FIG. 5, the lead frame 30 is provided on the upper surface of the metal heat dissipation plate 21 placed on the support 1.
The die pad 23 is overlapped, and the pressing tool 4 connected to the ultrasonic horn 5 is pressed against the central portion of the upper surface of the die pad 23 to supply ultrasonic vibration of the pressing tool 4. For example, ultrasonic vibration having a horizontal component with an amplitude of about 20 μm is applied from the pressing tool 4 to the die pad 23, and due to the frictional heat generated at the contact interface with the metal heat dissipation plate 21 and the pressing force by the pressing tool 4, The die pad 23 and the metal radiating plate 21 are bonded to each other with the bonding portion 7 in a limited area.
【００３１】この場合、金属放熱板２１の振動状態が振
動センサ１３によって検出され、この金属放熱板２１の
振動状態が所定の状態となったとき、すなわち、前述し
たように、金属放熱板２１の運動エネルギが図２に示し
たグラフの符号Ａで示す領域に達した時点で、制御手段
１２が超音波発生源６の駆動を停止または低減する。In this case, the vibration state of the metal heat sink 21 is detected by the vibration sensor 13, and when the vibration state of the metal heat sink 21 reaches a predetermined state, that is, as described above, At the time when the kinetic energy reaches the area indicated by the symbol A in the graph shown in FIG. 2, the control means 12 stops or reduces the drive of the ultrasonic wave generation source 6.
【００３２】次に、図６および図７に示すように、上記
ダイパッド２３の上面に、半導体チップ２４がボンディ
ングされ、次いで、半導体チップ２４の上面のボンディ
ングパッドと、これに対応する内部リード２６の先端部
上面間が、ワイヤボンディング１１によって結線され
る。この場合、特に一端が半導体チップ２４の上面に接
続されたワイヤ１１の他端部をキャピラリ１０によって
内部リード２６の上面に圧しつけて接続するセカンドボ
ンディングには、本願発明方法を好適に応用することが
できる。Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the semiconductor chip 24 is bonded to the upper surface of the die pad 23, and then the bonding pad on the upper surface of the semiconductor chip 24 and the internal lead 26 corresponding thereto are bonded. The upper surfaces of the tip portions are connected by wire bonding 11. In this case, the method of the present invention is preferably applied to the second bonding, in which the other end of the wire 11 whose one end is connected to the upper surface of the semiconductor chip 24 is pressed against the upper surface of the internal lead 26 by the capillary 10 for connection. You can
【００３３】すなわち、図８に示すように、キャピラリ
１０には超音波ホーン５を介して超音波発生源６が連結
され、一方、リードフレーム３０の適部の振動状態を検
出する振動センサ１３からの信号が制御手段１２に入力
され、リードフレーム３０の振動状態が所定の状態とな
った時点で制御手段１２が超音波発生源６の駆動を停止
するのである。That is, as shown in FIG. 8, an ultrasonic wave generation source 6 is connected to the capillary 10 via an ultrasonic horn 5, while a vibration sensor 13 for detecting the vibration state of an appropriate portion of the lead frame 30 is used. Is inputted to the control means 12, and the control means 12 stops driving the ultrasonic wave generation source 6 when the vibration state of the lead frame 30 reaches a predetermined state.
【００３４】かかるワイヤボンディングは、リードフレ
ーム３０全体をヒートブロック３７上に載置し、リード
フレームを加熱した状態で行われる。図に示す例におい
て、キャピラリ１０がワイヤ１１を内部リード２６の先
端部上面に圧しつけると、内部リード２６は弾性変形し
て金属放熱板２１の上面周縁部に圧しつけられる。金属
放熱板２１はヒートブロックに接触しているから、ヒー
トブロック３７からの熱が内部リード２６に伝達され、
この熱と、超音波発生源６からキャピラリ１０を介して
与えられる超音波振動エネルギによってワイヤ１１の他
端部が内部リード２６の上面に接続される。この場合に
おいても、超音波振動に起因するワイヤ１１と内部リー
ド２６との接合が進行するにしたがって、内部リード２
６もまたワイヤ１１ないしキャピラリ１０の超音波振動
と同期した振動を始める。内部リード２６のこうした振
動は、リードフレーム３０全体に影響を与える。したが
って、リードフレーム３０の適部の振動状態を検出する
ことにより、内部リード２６の振動状態を実質的に知る
ことができるのであり、この場合にも、前述したのと同
様、リードフレーム３０の振動状態から推測される内部
リード２６の振動エネルギが図２に示したグラフの符号
Ａで示される範囲に到達した時点で、制御手段１２が超
音波発生源６の駆動を停止または低減するようにするの
である。Such wire bonding is performed with the entire lead frame 30 placed on the heat block 37 and the lead frame being heated. In the example shown in the figure, when the capillary 10 presses the wire 11 against the upper surface of the tip of the inner lead 26, the inner lead 26 is elastically deformed and pressed against the peripheral edge of the upper surface of the metal heat dissipation plate 21. Since the metal radiator plate 21 is in contact with the heat block, the heat from the heat block 37 is transferred to the internal lead 26,
The other end of the wire 11 is connected to the upper surface of the inner lead 26 by this heat and the ultrasonic vibration energy applied from the ultrasonic generator 6 through the capillary 10. Even in this case, as the joining of the wire 11 and the inner lead 26 due to ultrasonic vibration progresses, the inner lead 2
6 also starts vibrating in synchronization with the ultrasonic vibration of the wire 11 or the capillary 10. Such vibration of the inner lead 26 affects the entire lead frame 30. Therefore, it is possible to substantially know the vibration state of the inner lead 26 by detecting the vibration state of the appropriate portion of the lead frame 30, and in this case also, in the same manner as described above, the vibration state of the lead frame 30. When the vibration energy of the inner lead 26 estimated from the state reaches the range indicated by the symbol A in the graph shown in FIG. 2, the control means 12 stops or reduces the drive of the ultrasonic wave generation source 6. Of.
【００３５】このようにすることにより、セカンドボン
ディングが適正確実に行われるのみならず、過剰に与え
る過剰な振動エネルギによって内部リード２６ないしリ
ードフレーム３０が破損するといった事態を効果的に回
避することができる。このようなセカンドボンディング
が終わってキャピラリ１０が上方に退動すると、各内部
リード２６はその弾性復元力により金属放熱板２１の上
面から離間した自然状態に復帰する。By doing so, not only the second bonding is properly and surely performed, but also the situation where the internal lead 26 or the lead frame 30 is damaged by the excessive vibration energy applied can be effectively avoided. it can. When such a second bonding is completed and the capillary 10 is retracted upward, each internal lead 26 returns to a natural state in which it is separated from the upper surface of the metal heat dissipation plate 21 by its elastic restoring force.
【００３６】次に、図９に示すように、半導体チップ２
４、ワイヤボンディング部１１を包み込むようにして、
エポキシ等の熱硬化性樹脂を用いたトランファモールド
法によって樹脂パッケージ２２が形成される。Next, as shown in FIG. 9, the semiconductor chip 2
4. Wrap the wire bonding part 11
The resin package 22 is formed by a transfer molding method using a thermosetting resin such as epoxy.
【００３７】その後、リードフレーム３０に対するハン
ダメッキ、樹脂パッケージ２２に対する標印、タイバー
カット、リードカット、リードフォーミング等の工程を
経て、図３に示した単位半導体装置が得られる。Then, the unit semiconductor device shown in FIG. 3 is obtained through steps such as solder plating on the lead frame 30, marking on the resin package 22, tie bar cutting, lead cutting, and lead forming.
【００３８】本願発明は、図に示し、かつ上述した形態
に限定されるものではない。本願発明の超音波接合方法
は、要するに、被接続部材の運動エネルギの変化をリア
ルタイムで直接検出しつつ、これを超音波発生源の停止
条件としてフィードバックしようとするものである。超
音波接合の対象は、前述したような、半導体装置の製造
におけるリードフレームに対する各種部材のボンディン
グに限定されない。特許請求の範囲に記載された発明概
念内でのあらゆる変更は、全て本願発明の範囲に包摂さ
れるのである。The present invention is not limited to the embodiment shown in the drawings and described above. In short, the ultrasonic bonding method of the present invention is intended to directly detect a change in the kinetic energy of a member to be connected in real time and feed back this as a stop condition for the ultrasonic wave generation source. The target of ultrasonic bonding is not limited to the bonding of various members to the lead frame in the manufacture of semiconductor devices as described above. All modifications within the inventive concept described in the claims are included in the scope of the present invention.
【図１】本願発明方法を実施するための装置の概略図で
ある。FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the method of the present invention.
【図２】超音波接合時、被接合部材に伝達される振動エ
ネルギの変化を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a change in vibration energy transmitted to a member to be joined during ultrasonic joining.
【図３】本願発明方法で接合された樹脂半導体装置の一
例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a resin semiconductor device bonded by the method of the present invention.
【図４】図３に示される樹脂パッケージ型半導体装置を
製造するのに用いられるリードフレームの一例の部分断
面図であり、ダイパッドの下面に金属放熱板を接合した
状態を示している。4 is a partial cross-sectional view of an example of a lead frame used for manufacturing the resin package type semiconductor device shown in FIG. 3, showing a state in which a metal heat dissipation plate is joined to the lower surface of the die pad.
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図であり、本願発明方法に
よりダイパッド下面に金属放熱板を接合している様子を
示す断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4, showing a state in which a metal heat dissipation plate is bonded to the lower surface of the die pad by the method of the present invention.
【図６】図３に示される樹脂パッケージ型半導体装置を
製造するのに用いられるリードフレームの一例の部分断
面図であり、半導体チップの上面のボンディング用パッ
ドと各内部リードの先端部上面との間をワイヤボンディ
ングにより結線した状態を示している。6 is a partial cross-sectional view of an example of a lead frame used for manufacturing the resin package type semiconductor device shown in FIG. 3, showing a bonding pad on the upper surface of a semiconductor chip and an upper surface of a tip portion of each internal lead. It shows a state in which the spaces are connected by wire bonding.
【図７】図６のVII −VII 線に沿う断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6;
【図８】本願発明方法により半導体チップの上面と内部
リードとの間をワイヤボンディングしている様子を示す
側面断面図である。FIG. 8 is a side sectional view showing a state in which wire bonding is performed between the upper surface of the semiconductor chip and the internal lead by the method of the present invention.
【図９】図７に示すリードフレームに樹脂パッケージを
形成している様子を示す側面断面図である。9 is a side sectional view showing a state in which a resin package is formed on the lead frame shown in FIG.
【図１０】従来の接合方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional joining method.
【図１１】従来の接合方法を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional joining method.
１ 支持台 ２ 被接合部材 ３ 接合部材 ４ 押圧ツール ５ 超音波ホーン ６ 超音波発生源 ７ 接合部 ８ 半導体チップ ９ リード １０ キャピラリ １１ ワイヤ １２ 制御手段 １３ 振動センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support base 2 Joined member 3 Joining member 4 Pressing tool 5 Ultrasonic horn 6 Ultrasonic wave generation source 7 Joining part 8 Semiconductor chip 9 Lead 10 Capillary 11 Wire 12 Control means 13 Vibration sensor
Claims (5)
て接合部材を被接合部材に圧しつけた状態で、上記ツー
ルを介して上記接合部材に超音波振動を与えることによ
る超音波接合方法であって、 上記被接合部材ないしその支持部材の振動状態にしたが
って、上記超音波発生源による超音波振動を停止しまた
は低減することを特徴とする、超音波接合方法。1. An ultrasonic joining method comprising applying ultrasonic vibration to the joining member through the tool in a state where the joining member is pressed against the members to be joined by a tool connected to an ultrasonic wave generation source. An ultrasonic bonding method is characterized in that the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic source is stopped or reduced according to the vibration state of the member to be bonded or its supporting member.
キャピラリであり、上記接合部材は上記キャピラリに挿
通されたワイヤであり、上記被接合部材はリードフレー
ムまたはこのリードフレーム上にボンディングされた半
導体チップである、請求項１に記載の超音波接合方法。2. The tool is a capillary for wire bonding, the bonding member is a wire inserted through the capillary, and the bonded member is a lead frame or a semiconductor chip bonded on the lead frame. The ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein:
ダイパッドであり、上記被接合部材は上記ダイパッドの
下面に配置された金属放熱板である、請求項１に記載の
超音波接合方法。3. The ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the bonding member is a die pad in a lead frame, and the member to be bonded is a metal heat dissipation plate disposed on a lower surface of the die pad.
発生源と、 この超音波発生源に連結されており、かつ接合部材を被
接合部材に対して押圧することができる押圧ツールと、 被接合部材またはその支持部材の振動状態を検出する振
動センサと、 を備えており、 上記制御手段は、上記振動センサによって検出される被
接合部材またはその支持部材の振動状態にしたがって、
上記超音波振動源を制御するように構成されていること
を特徴とする、超音波接合装置。4. An ultrasonic wave generation source which is controlled and driven by a control means, a pressing tool which is connected to the ultrasonic wave generation source, and can press the bonding member against the member to be bonded, A vibration sensor for detecting a vibration state of the member or its supporting member; and the control means according to the vibration state of the joined member or its supporting member detected by the vibration sensor,
An ultrasonic bonding apparatus, which is configured to control the ultrasonic vibration source.
て検出される被接合部材またはその支持部材の振動が所
定の状態に達したときに上記超音波発生源による超音波
振動を停止しまたは低減するようになっている、請求項
４に記載の超音波接合装置。5. The control means stops or reduces the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic source when the vibration of the member to be joined or its supporting member detected by the vibration sensor reaches a predetermined state. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 4, wherein:
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19466495A JP3522906B2 (en) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | Ultrasonic bonding method and apparatus |
| US08/551,925 US5666003A (en) | 1994-10-24 | 1995-10-23 | Packaged semiconductor device incorporating heat sink plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH0945737A true JPH0945737A (en) | 1997-02-14 |
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1995
- 1995-07-31 JP JP19466495A patent/JP3522906B2/en not_active Expired - Fee Related
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