固相凝着接合機構解析に基づく電子デバイス微細配線界面形成制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350384
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高橋 康夫 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (80144434)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 津村 卓也 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (00283812)
• Keywords: マイクロ接合 / 金細線 / 電極 / エレクトロニクス実装 / 集積回路 / 接合機構 / 摩擦 / 超音波振動

Research Abstract

凝着接合機構は,汚染皮膜等の阻害要因を打破し化学結合を達成する機構であると云う認識に立って,エレクトロニクスデバイスに使用されている微細精密サーモソニックボンディングや微細熱圧着における凝着接合過程を観察した.また,その過程を解析出来る数値モデル化を行った.実験に先立って,主要装置(微少物体接合用精密超音波ボンダー)の設計と発注を行った.このボンダーにより,微細インターコネクション形成のための基礎データの収集を行った.付着性・凝着性の基本機構を理解するため,金細線と金属基板やデバイス電極との凝着接合を実施し,表面エネルギーを考慮した弾塑性接触挙動の定量化と実験を行った.これから,常温近傍での密着過程には,弾性ひずみが残留し,これが初期接合強度を低下している事を示唆した.サーモソニックボンディングでは,150〜250℃に接合部位を昇温して凝着接合を実施し,超音波印加の接合過程の観察を行った.さらに,超音波振動と圧縮荷重を系統的に変化させて,局所的に凝着過程を観察し,時間的に凝着が,どの部分から(中央部もしくは端から)達成されていくかを調査したが,接合過程が1〜10msと短く,確証を得るデータは得られなかったが,接合条件,特に荷重と超音波振動によって,凝着接合の形成過程が異なる事が示唆された.また,金ボール(バンプ)と金(またはアルミ)電極との接合では,界面のバンプ側で,超音波印加方向に沿ってわずかに収縮し,その直角方向に沿って伸びることが示唆された.また,金バンプ(ボール)の側面がパッドに密着するフォールディング現象は超音波印加によって大きく促進されることが示唆された.この過程のモデル化を実施し,数値解析からも,超音波の変形促進効果,摩擦すべりによる界面伸縮挙動を検討した.

Research Products

• [Publications] 高橋康夫, 亀田貴理, 荒谷修三: "超音波併用熱圧着微細接合プロセスにおける界面変形挙動の数値的検討"第9回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム論文集. Vol.9. 67-72 (2003)
• [Publications] Yasuo Takahashi, Souta Matsusaka: "Adhesional bonding of fine gold wires to metal substrates"Journal of Adhesion Science and Technology. Vol.17, No.3. 435-451 (2003)