超音波/熱超音波 ボンディング

超音波/熱超音波ボンディングは、主にフリップチップボンディングに於いて電気的、機械的に安定した接合の為のプロセスです。

熱圧着ボンディングと比較した場合、超音波/熱超音波ボンディングは、デバイスのバンプに対しての接合平面状態に対しての横方向の移動と、相対したパッドへの僅かな荷重による摩擦溶接プロセスになります。即ちバンプとパッド間の接合面に対してのみ正確な加熱を発生させる事になります。その結果としてデバイスと基板の間には最低レベルの熱ストレスが発生する事になり、超音波/熱超音波ボンディングは温度に繊細な材質へのボンディング方法として適しています。 さらに、熱圧着ボンディングに比べてボンディング荷重を小さくできるので、デバイスと基板に対しての機械的ストレスを抑える事が出来、歪みやクラックを引き起こしやすい材質に対して適してボンディング方法です。


  • 超音波 / 熱超音波 ボンディングには正確に制御すべき重要なパラメータが多数存在します:

    • 高度なボンディング技術の要求に応じる為に、基板やデバイスを適格に保持する必要性が生じます。基板はボンディングプロセスの最中には然るべき方法にて固定され、(保持機構に対して微小な変位が生じる為) デバイスはダイコレットの振動に可能な限り順応します。その為にはデバイスを保持する為のカスタムツールの設計と、基板を保持する最先端の技術が必要になります。
    • 基板への加熱と超音波振動については。加振時間と加振出力を完全に調整して調和を図る必要があります: 時間が短い場合は接合が不備になり、長い場合には基板の接合面に再剥離の現象を引き起こします。
    • ボンディング接合には適切な加振出力が求められています。超音波変換器とダイコレット、そしてデバイスについては、デバイスの質量、接合部の摩擦係数に依存せずに、常に固有振動値を保持しなくてはなりません。この為に超音波発生器は多くの減衰比に対して電気回路的に追従する必要があります。
    • 薄くて脆い材質のボンディングの場合には、多数のバンプを持つ大型デバイスのボンディングと同様に加振時間、加振出力、温度、ボンディング荷重について調節が必要で、環境の変化が生じたとしても最適な精度を保つ為に適切に調整される必要があります。

金-金プロセスを使った熱超音波ボンディング-
ファインテック社のダイボンディング装置

Ultrasonic bonding

超音波ボンディング

ファインテック社のソリューション

熱超音波ボンディングの原理

熱超音波ボンディングの図式


熱圧着ボンディングを形成する為には、デバイスと基板に対して最初の加熱で約 300℃ 必要で、その後に決められた値にて数秒のボンディング荷重を実施します。 拡散溶接により接合部が形成され、直後に接合負荷が発生します。


熱超音波ボンディングのパラメータ

  • プロセス時間: 0.1 s ~ 0.5 s
  • 基板加熱温度: 100°C ~ 150°C
  • ボンディング荷重: 0.03 N / バンプ ~ 0.7 N / バンプ
  • 超音波出力: 最大 20 W まで

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