JP2000228426A - 超音波振動接合方法 - Google Patents
超音波振動接合方法Info
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- JP2000228426A JP2000228426A JP11030789A JP3078999A JP2000228426A JP 2000228426 A JP2000228426 A JP 2000228426A JP 11030789 A JP11030789 A JP 11030789A JP 3078999 A JP3078999 A JP 3078999A JP 2000228426 A JP2000228426 A JP 2000228426A
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/831—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
- H01L2224/83101—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus as prepeg comprising a layer connector, e.g. provided in an insulating plate member
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01079—Gold [Au]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被接合部が接合後に剥離することを防止す
る。 【解決手段】 第１部材３の金属製の被接合部３ａと第
２部材４の金属製の被接合部４ａとがそれらの間に電気
絶縁性の接着剤５を介在させて重ね合わせられると共
に、第１部材３が共振器１の接合作用部１ａ側になり、
第２部材４が受台２側として、接着剤５を介在させた第
１・第２部材３，４が共振器１と受台２とで加圧挟持さ
れ、振動子より共振器１に伝達された超音波振動により
被接合部３ａ，４ａを相互に接合する。
る。 【解決手段】 第１部材３の金属製の被接合部３ａと第
２部材４の金属製の被接合部４ａとがそれらの間に電気
絶縁性の接着剤５を介在させて重ね合わせられると共
に、第１部材３が共振器１の接合作用部１ａ側になり、
第２部材４が受台２側として、接着剤５を介在させた第
１・第２部材３，４が共振器１と受台２とで加圧挟持さ
れ、振動子より共振器１に伝達された超音波振動により
被接合部３ａ，４ａを相互に接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、第１部材の金属製
の被接合部と第２部材の金属製の被接合部とを振動子よ
り共振器に伝達された超音波振動により接合する超音波
振動接合方法に関する。
の被接合部と第２部材の金属製の被接合部とを振動子よ
り共振器に伝達された超音波振動により接合する超音波
振動接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置のフリップチップやベ
アチップ等と呼ばれるＩＣチップやＢＧＡと呼ばれるＬ
ＳＩパッケージを回路基板に表面実装する場合、超音波
振動接合方法が用いられることは周知である。それは、
ＩＣチップやＬＳＩパッケージの表面に設けられた金又
は半田のようなバンプと回路基板の表面に設けられた金
又は半田のようなバンプとが重ね合わされ、ＩＣチップ
やＬＳＩパッケージが共振器の接合作用部側になり、回
路基板が超音波振動接合装置の受台側として、ＩＣチッ
プやＬＳＩパッケージと回路基板とが共振器と受台とで
加圧挟持される。その状態において、振動子より共振器
に伝達された超音波振動により第１部材の被接合部と第
２部材の被接合部とを接合する。
アチップ等と呼ばれるＩＣチップやＢＧＡと呼ばれるＬ
ＳＩパッケージを回路基板に表面実装する場合、超音波
振動接合方法が用いられることは周知である。それは、
ＩＣチップやＬＳＩパッケージの表面に設けられた金又
は半田のようなバンプと回路基板の表面に設けられた金
又は半田のようなバンプとが重ね合わされ、ＩＣチップ
やＬＳＩパッケージが共振器の接合作用部側になり、回
路基板が超音波振動接合装置の受台側として、ＩＣチッ
プやＬＳＩパッケージと回路基板とが共振器と受台とで
加圧挟持される。その状態において、振動子より共振器
に伝達された超音波振動により第１部材の被接合部と第
２部材の被接合部とを接合する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩＣチップや
ＬＳＩパッケージや回路基板などの第１・第２部材はそ
の厚さに公差範囲内でのばらつきを持っている。このば
らつきにより、接合中において、第１・第２部材の被接
合部相互に接合強度が弱い部分が発生することがあり、
接合強度の弱い部分は接合後に剥離することがあった。
ＬＳＩパッケージや回路基板などの第１・第２部材はそ
の厚さに公差範囲内でのばらつきを持っている。このば
らつきにより、接合中において、第１・第２部材の被接
合部相互に接合強度が弱い部分が発生することがあり、
接合強度の弱い部分は接合後に剥離することがあった。
【０００４】そこで、本発明は、第１・第２部材におけ
る被接合部が接合後に剥離することを防止できる超音波
振動接合方法を提供しようとするものである。
る被接合部が接合後に剥離することを防止できる超音波
振動接合方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、第１部材の金属製の被接合部と第２部材の金属製の
被接合部とがそれらの間に電気絶縁性の接着剤を介在さ
せて重ね合わせられると共に、第１部材の基部が共振器
の接合作用部側になり、第２部材が受台側として、接着
剤を介在させた第１・第２部材が共振器と受台とで加圧
挟持され、振動子より共振器に伝達された超音波振動に
より第１部材の被接合部と第２部材の被接合部とを接合
することを特徴としている。請求項２の発明にあって
は、請求項１に記載の接着剤が熱硬化性であることを特
徴としている。請求項３の発明にあっては、請求項１に
記載の接着剤が熱非硬化性であることを特徴としてい
る。
は、第１部材の金属製の被接合部と第２部材の金属製の
被接合部とがそれらの間に電気絶縁性の接着剤を介在さ
せて重ね合わせられると共に、第１部材の基部が共振器
の接合作用部側になり、第２部材が受台側として、接着
剤を介在させた第１・第２部材が共振器と受台とで加圧
挟持され、振動子より共振器に伝達された超音波振動に
より第１部材の被接合部と第２部材の被接合部とを接合
することを特徴としている。請求項２の発明にあって
は、請求項１に記載の接着剤が熱硬化性であることを特
徴としている。請求項３の発明にあっては、請求項１に
記載の接着剤が熱非硬化性であることを特徴としてい
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１〜図２は本発明の一実施形態
であって、図１は接合工程を示し、図２は超音波振動接
合装置を縦方向に切断した断面を示す。
であって、図１は接合工程を示し、図２は超音波振動接
合装置を縦方向に切断した断面を示す。
【０００７】図２を参照し、接合方法に使用する超音波
振動接合装置の構造を説明する。装置本体１１はその前
側下部において前方及び左右に開放された作業空間１２
を備える。作業空間１２の上部を区画した装置本体１１
の内部には加圧機構としてのエアシリンダ１３を有す
る。エアシリンダ１３の下方に突出するピストンロッド
１３ａの下端にはホルダ１４が連結部材１５を介して装
着される。エアシリンダ１３の両側において、装置本体
１１の内部には一対のスプリングシート１６を有し、ス
プリングシート１６とホルダ１４とにはコイルスプリン
グような弾性部材２０が係留される。弾性部材２０はホ
ルダ１４に上向きの弾性力を与えるものであって、特
に、エアシリンダ１３に図外の圧力空気供給回路から上
昇作動用の圧力空気が未供給状態である場合に、上記弾
性力により、ホルダ１４の自重落下を防止し、ホルダ１
４を上昇限度位置に保持する。
振動接合装置の構造を説明する。装置本体１１はその前
側下部において前方及び左右に開放された作業空間１２
を備える。作業空間１２の上部を区画した装置本体１１
の内部には加圧機構としてのエアシリンダ１３を有す
る。エアシリンダ１３の下方に突出するピストンロッド
１３ａの下端にはホルダ１４が連結部材１５を介して装
着される。エアシリンダ１３の両側において、装置本体
１１の内部には一対のスプリングシート１６を有し、ス
プリングシート１６とホルダ１４とにはコイルスプリン
グような弾性部材２０が係留される。弾性部材２０はホ
ルダ１４に上向きの弾性力を与えるものであって、特
に、エアシリンダ１３に図外の圧力空気供給回路から上
昇作動用の圧力空気が未供給状態である場合に、上記弾
性力により、ホルダ１４の自重落下を防止し、ホルダ１
４を上昇限度位置に保持する。
【０００８】ホルダ１４は作業空間１２の上側内部にチ
タン等のような良好な音響特性を有する材料からなる棒
状の共振器１を両端支持の横置き状態で保持する。共振
器１の一端には音響変換器又は磁歪変換器のような振動
子１７が同軸状に結合された状態において、振動子が超
音波発振器１８から電線１９を通して受けた電気的なエ
ネルギーにより超音波振動を発生することにより、共振
器１が振動子１７から伝達された周波数によって決まる
共振周波数に整合する形状に形成される。共振器１は両
端に共振周波数の最小振動振幅点を有し、少なくとも中
央に共振周波数の最大振動振幅点を有し、その中央の外
周面より突出する接合作用部１ａを有する。
タン等のような良好な音響特性を有する材料からなる棒
状の共振器１を両端支持の横置き状態で保持する。共振
器１の一端には音響変換器又は磁歪変換器のような振動
子１７が同軸状に結合された状態において、振動子が超
音波発振器１８から電線１９を通して受けた電気的なエ
ネルギーにより超音波振動を発生することにより、共振
器１が振動子１７から伝達された周波数によって決まる
共振周波数に整合する形状に形成される。共振器１は両
端に共振周波数の最小振動振幅点を有し、少なくとも中
央に共振周波数の最大振動振幅点を有し、その中央の外
周面より突出する接合作用部１ａを有する。
【０００９】共振器１は、中央の最大振動振幅点と両端
の最小振動振幅点との間に存在する２つの最小振動振幅
点の外周面より突出する環状の支持部１ｂがホルダ１４
の相対峙する先端部に挿入装着された形態で、共振器１
がホルダ１４に取付けられる。なお、共振器１は単一体
に形成される場合もあるが、接合作用部１ａを有するホ
ーンの両端に支持部１ｂを有する２つのブースタが同軸
状に無頭ねじを介して連結された複合体に形成しても良
い。そして、ホルダ１４がエアシリンダ１３により受台
２に向けて下降動作することにより、共振器１の下面が
受台２の平坦な上面と平行を保ちつつ受台２の側に下降
する。受台２は、作業空間１２の背部を区画した装置本
体１１の下側部分は超音波装置を例えば半導体装置の表
面実装等のような製造ラインに組付けるためのベースを
構成する定盤に設置される。３は第１部材、４は第２部
材、５は熱硬化性合成樹脂又は両面テープより成る電気
絶縁性の接着剤である。
の最小振動振幅点との間に存在する２つの最小振動振幅
点の外周面より突出する環状の支持部１ｂがホルダ１４
の相対峙する先端部に挿入装着された形態で、共振器１
がホルダ１４に取付けられる。なお、共振器１は単一体
に形成される場合もあるが、接合作用部１ａを有するホ
ーンの両端に支持部１ｂを有する２つのブースタが同軸
状に無頭ねじを介して連結された複合体に形成しても良
い。そして、ホルダ１４がエアシリンダ１３により受台
２に向けて下降動作することにより、共振器１の下面が
受台２の平坦な上面と平行を保ちつつ受台２の側に下降
する。受台２は、作業空間１２の背部を区画した装置本
体１１の下側部分は超音波装置を例えば半導体装置の表
面実装等のような製造ラインに組付けるためのベースを
構成する定盤に設置される。３は第１部材、４は第２部
材、５は熱硬化性合成樹脂又は両面テープより成る電気
絶縁性の接着剤である。
【００１０】図１を参照し、実施形態の接合方法につい
て説明する。第１部材３は、例えば、ＩＣチップやＬＳ
Ｉパッケージ等のようにセラミック等の基部の表面に、
金又は半田よりなるパンプである金属製の被接合部３ａ
を有する。第２部材４は、第１部材３を表面実装するた
めの、例えば、プリント基板のような回路基板の表面に
金又は半田よりなるバンプである金属製の被第１部材４
ａを有する。第１部材３の被接合部３ａが金である場合
は第２部材４の被第１部材４ａも金であり、第１部材３
の被接合部３ａが半田である場合は第２部材４の被第１
部材４ａも半田であるというように、被接合部３ａ，４
ａが同一の材料により形成されるのが接合強度の点から
最良であるが、超音波振動により互いに接合可能な範囲
で異なる材料であっても良い。
て説明する。第１部材３は、例えば、ＩＣチップやＬＳ
Ｉパッケージ等のようにセラミック等の基部の表面に、
金又は半田よりなるパンプである金属製の被接合部３ａ
を有する。第２部材４は、第１部材３を表面実装するた
めの、例えば、プリント基板のような回路基板の表面に
金又は半田よりなるバンプである金属製の被第１部材４
ａを有する。第１部材３の被接合部３ａが金である場合
は第２部材４の被第１部材４ａも金であり、第１部材３
の被接合部３ａが半田である場合は第２部材４の被第１
部材４ａも半田であるというように、被接合部３ａ，４
ａが同一の材料により形成されるのが接合強度の点から
最良であるが、超音波振動により互いに接合可能な範囲
で異なる材料であっても良い。
【００１１】図１のａ図に示すように、接着剤５を挟ん
で重ね合された第１・第２部材３，４の入出用の所定空
間が接合作用部１ａの下面と受台２の上面との間に形成
された状態において、受台２には接着剤５を挟み込んだ
第１・第２部材３，４が搭載される。この場合、被接合
部３ａ，４ａが接着剤５を介して互いに対応していると
共に、第１部材３が共振器１の接合作用部１ａ側にな
り、第２部材４が受台２側である。また、被接合部３
ａ，４ａの周りには空間６，７が存在する。つまり、図
外の圧力空気供給回路の空気供給経路を切替えることに
より、図１に示すように、エアシリンダ１３のピストン
ロッド１３ａが縮小駆動し、接合作用部１ａが振動子１
７から共振器１への超音波振動の伝達方向と直交する方
向で受台２より上方に離れる方向に所定距離移動した後
に、ピストンロッド１３ａが停止し、接合作用部１ａが
上昇限度に停止することにより、上記所定空間が形成さ
れる。
で重ね合された第１・第２部材３，４の入出用の所定空
間が接合作用部１ａの下面と受台２の上面との間に形成
された状態において、受台２には接着剤５を挟み込んだ
第１・第２部材３，４が搭載される。この場合、被接合
部３ａ，４ａが接着剤５を介して互いに対応していると
共に、第１部材３が共振器１の接合作用部１ａ側にな
り、第２部材４が受台２側である。また、被接合部３
ａ，４ａの周りには空間６，７が存在する。つまり、図
外の圧力空気供給回路の空気供給経路を切替えることに
より、図１に示すように、エアシリンダ１３のピストン
ロッド１３ａが縮小駆動し、接合作用部１ａが振動子１
７から共振器１への超音波振動の伝達方向と直交する方
向で受台２より上方に離れる方向に所定距離移動した後
に、ピストンロッド１３ａが停止し、接合作用部１ａが
上昇限度に停止することにより、上記所定空間が形成さ
れる。
【００１２】次に、図１のｂ図に示すように、接合作用
部１ａが下降し、接合作用部１ａと受台２とが接着剤５
を介在させた第１・第２部材３，４を加圧する。つま
り、圧力空気供給回路の空気供給経路の切替えにより、
ピストンロッド１３ａが弾性部材２０の弾性力に抗し伸
長駆動して下降限度位置に停止することにより、接合作
用部１ａが下降して受台２との協動により接着剤５の介
在された第１・第２部材３，４を加圧する。この加圧
後、又は、加圧以前のうちの何れかにおいて、高周波エ
ネルギーが超音波発振器１８から振動子１７に供給さ
れ、振動子１７が超音波振動を発生し、共振器１が振動
子１７より達された超音波振動に共振する。これによ
り、接合作用部１ａがエアシリンダ１３による矢印Ｙの
加圧方向と直交する矢印Ｘの方向に最大振動振幅を以っ
て振動する。係る振動により、接着剤５が被接合部３
ａ，４ａより押圧力と横振動を受けつつ横に押しやら
れ、被接合部３ａ，４ａが互いに接触した後、被接合部
３ａ，４ａが接合作用部１ａより伝達された横振動であ
る超音波振動により互いに非溶解接合する。これと並行
し、横に押しやられた接着剤５が上記被接合部３ａ，４
ａ周りの空間５，６を埋めて硬化し第１・第２部材３，
４を結合する。
部１ａが下降し、接合作用部１ａと受台２とが接着剤５
を介在させた第１・第２部材３，４を加圧する。つま
り、圧力空気供給回路の空気供給経路の切替えにより、
ピストンロッド１３ａが弾性部材２０の弾性力に抗し伸
長駆動して下降限度位置に停止することにより、接合作
用部１ａが下降して受台２との協動により接着剤５の介
在された第１・第２部材３，４を加圧する。この加圧
後、又は、加圧以前のうちの何れかにおいて、高周波エ
ネルギーが超音波発振器１８から振動子１７に供給さ
れ、振動子１７が超音波振動を発生し、共振器１が振動
子１７より達された超音波振動に共振する。これによ
り、接合作用部１ａがエアシリンダ１３による矢印Ｙの
加圧方向と直交する矢印Ｘの方向に最大振動振幅を以っ
て振動する。係る振動により、接着剤５が被接合部３
ａ，４ａより押圧力と横振動を受けつつ横に押しやら
れ、被接合部３ａ，４ａが互いに接触した後、被接合部
３ａ，４ａが接合作用部１ａより伝達された横振動であ
る超音波振動により互いに非溶解接合する。これと並行
し、横に押しやられた接着剤５が上記被接合部３ａ，４
ａ周りの空間５，６を埋めて硬化し第１・第２部材３，
４を結合する。
【００１３】接着剤５としては熱硬化性合成樹脂又は両
面テープ以外に、被接合部３ａ，４ａが超音波振動で接
合する際に発生する熱よりも高い温度でなければ硬化し
ない、熱非硬化性合成樹脂又は両面テープであっても同
様に適用できる。実施形態のように、接着剤５として熱
硬化性合成樹脂又は両面テープを用いた場合、熱硬化性
合成樹脂又は両面テープが例えば１３０℃で硬化する物
であれば、共振器１又は受台２の何れか又は両方を１０
０℃程度に電熱ヒータ又は熱風等で加熱すれば良い。接
着剤５として熱非硬化性合成樹脂又は両面テープを用い
た場合、共振器１又は受台２を加熱する必要は無い。
面テープ以外に、被接合部３ａ，４ａが超音波振動で接
合する際に発生する熱よりも高い温度でなければ硬化し
ない、熱非硬化性合成樹脂又は両面テープであっても同
様に適用できる。実施形態のように、接着剤５として熱
硬化性合成樹脂又は両面テープを用いた場合、熱硬化性
合成樹脂又は両面テープが例えば１３０℃で硬化する物
であれば、共振器１又は受台２の何れか又は両方を１０
０℃程度に電熱ヒータ又は熱風等で加熱すれば良い。接
着剤５として熱非硬化性合成樹脂又は両面テープを用い
た場合、共振器１又は受台２を加熱する必要は無い。
【００１４】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、超音波振動に
より第１部材の被接合部と第２部材の被接合部とを接合
する際に、横に押しやられた接着剤が被接合部周りを埋
めて第１・第２部材を結合するので、第１・第２部材の
被接合部相互に接合強度が弱い部分が発生しても、接着
剤が第１・第２部材を保持し、超音波振動による接合強
度の弱い部分が接合後に剥離するような不都合を回避す
ることができる。請求項２の発明によれば、接着剤が超
音波振動による金属接合時に被接合部より発生する熱で
硬化するので、第１・第２部材相互が不動な結合状態と
なる。請求項３の発明によれば、接着剤が超音波振動に
よる金属接合時に被接合部より発生する熱で硬化しない
ので、接着剤が第１・第２部材相互間の緩衝材として働
くことができる。
より第１部材の被接合部と第２部材の被接合部とを接合
する際に、横に押しやられた接着剤が被接合部周りを埋
めて第１・第２部材を結合するので、第１・第２部材の
被接合部相互に接合強度が弱い部分が発生しても、接着
剤が第１・第２部材を保持し、超音波振動による接合強
度の弱い部分が接合後に剥離するような不都合を回避す
ることができる。請求項２の発明によれば、接着剤が超
音波振動による金属接合時に被接合部より発生する熱で
硬化するので、第１・第２部材相互が不動な結合状態と
なる。請求項３の発明によれば、接着剤が超音波振動に
よる金属接合時に被接合部より発生する熱で硬化しない
ので、接着剤が第１・第２部材相互間の緩衝材として働
くことができる。
【図１】 本発明の実施形態に係る接合方法を示す工程
図
図
【図２】 同実施形態に使用する超音波振動接合装置の
縦断面図。
縦断面図。
１ 共振器 １ａ 接合作用部 ３ 第１部材 ３ａ 被接合部 ４ 第２部材 ４ａ 被接合部
Claims (3)
- 【請求項１】 第１部材の金属製の被接合部と第２部材
の金属製の被接合部とがそれらの間に電気絶縁性の接着
剤を介在させて重ね合わせられると共に、第１部材が共
振器の接合作用部側になり、第２部材が受台側として、
接着剤を介在させた第１部材と第２部材とが共振器と受
台とで加圧挟持され、振動子より共振器に伝達された超
音波振動により第１部材の被接合部と第２部材の被接合
部とを接合する超音波振動接合方法。 - 【請求項２】 接着剤が熱硬化性であることを特徴とす
る請求項１記載の超音波振動接合方法。 - 【請求項３】 接着剤が熱非硬化性であることを特徴と
する請求項１記載の超音波振動接合方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11030789A JP2000228426A (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 超音波振動接合方法 |
| EP99123607A EP1010492B1 (en) | 1998-12-10 | 1999-11-26 | Ultrasonic vibration bonding method |
| DE69919822T DE69919822T2 (de) | 1998-12-10 | 1999-11-26 | Ultraschallschwingungsschweissverfahren |
| TW088120764A TW426570B (en) | 1998-12-10 | 1999-11-29 | Ultrasonic vibration bonding method |
| CA002291296A CA2291296A1 (en) | 1998-12-10 | 1999-11-30 | Ultrasonic vibration bonding method |
| US09/456,982 US6202915B1 (en) | 1998-12-10 | 1999-12-07 | Ultrasonic vibration bonding method |
| CNB991261356A CN1197681C (zh) | 1998-12-10 | 1999-12-09 | 超声波振动接合方法 |
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