レーザドップラ振動計による
ボールボンディング用

ワイヤボンダ超音波振動測定

ワイヤボンダとは、ICやLSIの核となるシリコンチップとリードフレーム間に導通させるためのワイヤを接続する装置です。現在、ワイヤボンディングにおいは超音波を利用する方式が一般的であり、超音波振動の印加状態がボンディングの品質を左右する重要なパラメータ の一つとしてクローズアップされてきています。

安定したボンディングを行うためには、キャピラリ先端での振動振幅を安定させる必要があり、このため、ツール先端の振動をダイレクトに測定するニーズが年々増大してきています。

ここでは、レーザドップラ振動計を用いて、キャピラリの振動状態(微小変位)を高精度に測定する方法をご紹介します。

 

写真(ワイヤボンダのキャピラリ取付部)

ワイヤボンダに使用される超音波機構部は、次図のように、振動源となるボルト締めランジュバン型振動子と振動振幅を増大させる金属ホーン、圧着子であるツール(あるいはキャピラリ)から構成され、印加する振動周波数としては、一般的に 60 kHz 前後から最近では 100 kHz 以上のものもあります。

イラスト(キャピラリ、金属ホーン、ランジュバン振動子から成る超音波機構部)

レーザドップラ振動計を用いて、キャピラリの振動状態(微小変位)を測定する際、レーザ光をボンディングに追従して当てることが難しいため、ワイヤボンダが連続してボンディング動作をしている状況下(オートボンディング)での測定はできません。
1回だけ単発的にボンディングできる機能(マニュアルボンディング ・ステップモード)を使用することで、ボンディングの瞬間でのツールの挙動を測定します。

イラスト(レーザドップラ振動計による ボールボンディング用ワイヤボンダ超音波振動測定システム構成)


機器構成

  型名 品名 備考

1

LV-1800 レーザドップラ振動計  
 2 LV-0030 大型マグネットスタンド  
 3 LV-0015 XY 軸微動ステージ  
 4 LV-0016 Z 軸微動ステージ  

5

LV-0017A 大型三脚 ※ 付属品 ・スチールプレート (LV-0018A)  ・カメラネジアダプタ (LV-0019)

6

LV-0018A スチールプレート 着磁性の鉄板
 7 LV-0301 90°反射ミラー リードフレームの測定時に使用
 8   ディジタルオシロスコープ もしくは、同等の高速ストレージオシロ

測定データ例

長時間使用したワイヤボンダでは、振動子やホーンに疲労が蓄積され、初期状態と違った振動をはじめることがあります。このため、新しい振動子やホーンに取り替えた際、その使用初期においてホーン先端での振動値を記録しておくと、その後のホーン先端の振動値の変化で振動子やホーンのメンテナンスを定量的に行うことができます。

とくに、駆動信号側の強度の増減に対して実際のホーン先端や キャピラリの振動振幅が比例して増減するかどうか測定しておくことは、その後のメンテナンスに有用なデータを提供するものといえます。

レーザドップラ振動計は、分解能が測定距離に依存しないため高分解能で数値化がしやすく、ボンディン グ作用点の近傍での測定となるため測定データの変化率も大きく、差異が出 やすいという優位点があります。とくに振動子や金属ホーンに問題があった場合のトラブルでは、初期 データがあれば比較的簡単に判別可能となります。

画面データ(キャピラリの振動速度波形とUS元信号波形1)

 

上:キャピラリーの振動速度波形
下:US(超音波)の元信号
下の各波形:10μs/divのズーム波形

 

画面データ(キャピラリの振動速度波形とUS元信号波形のFFT解析データ1)

 

FFTによる周波数解析データ

画面データ(キャピラリの振動速度波形とUS元信号波形2)

 

上:キャピラリーの振動速度波形
下:US(超音波)の元信号
下の各波形:10μs/divのズーム波形

 

画面データ(キャピラリの振動速度波形とUS元信号波形のFFT解析データ2)

 

FFTによる周波数解析データ

ポイント

 

  • 製造する IC の種類や使用するボンダおよびワイヤによって特性が異なるため、 業界標準となるような基準を作成することはできず、個別対応となる。 このため基準作成のための時間を要し、即効性はあまりない。 また。常時監視を行うことは不可能であり、測定に多少の慣れを必要とする。
  • キャピラリは、交換部品であるため交換作業があり、ホーンに対するキャピラリの取付位置や固定ネジの締め付けトルク次第では、ボンディング時にツールの振幅が変化することがあり、さらにツールの材料や形状によっても振動振幅が変化します。
  • ボンダー本体とレーザドップラ振動計センサーの相対振動が計測結果に与える影響は、その振動速度の周波数成分からしてキャピラリの振動データからは観測出来ないほど軽微ですが、ボンダー、 もしくはレーザドップラ振動計センサ固定三脚を据えている床に強度が無いなど、相対的に大きく揺らぐ場合、 キャピラリ円筒頭頂部にレーザ光を安定して照射する事は難しく、S/N 比の良いデータを取得する事は出来ません。 この様な場合、光学除振台を三脚の下に引く事で振動の影響を軽減させる等の対策が必要です。

最終更新日:2017/12/13



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