JP2002228886A - セルフアライメント構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な実装装置を用いることなく、また高温
に加熱することなく、液体による高精度な部材の位置決
め機能を発現させる。 【解決手段】 無端状の端部がそれぞれ形成される第１
および第２部材１２，１３を備え、第１部材１２と第２
部材１３との間には液体１４が介在し、第１および第２
部材１２，１３の端部１５，１６まで液体１４によって
濡れている。第１および第２部材１２，１３に無端状の
端部１５，１６が形成されることによって、液体１４の
水平面に対するみかけの接触角が、端部の内方と外方と
において異なって形成され、端部１６の内方におけるみ
かけの接触角をθ１とし、端部１６の外方におけるみか
けの接触角をθ２とすると、θ１＜θ２である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】高密度微細実装および光デバ
イス・素子の実装等において高精度に位置決めをするこ
とのできるセルフアライメント構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化およびマルチメディア化の進
展に伴い、膨大な量の情報を高速に伝送し処理をするこ
とが必要とされ、これらの要求を実現するために情報、
通信機器およびコンピュータなどの処理能力を向上する
ことが望まれている。情報、通信機器およびコンピュー
タなどの電子機器における伝送および処理速度の高速
化、高機能化さらに信頼性向上を達成するために、電子
部品の高密度微細実装技術の向上が図られている。ま
た、情報通信の一層の高速化および大容量化の実現に向
けて光デバイス・素子の開発が進められており、これら
の光デバイス・素子の実装技術も重要な開発課題となっ
ている。

【０００３】高密度微細実装および光デバイス・素子の
実装には、高度な位置決め技術が必要とされ、これを実
現する一つの手段として、画像センシングと高精度な移
動ステージとを用いた実装装置が用いられているけれど
も、高精度な実装を実現するためには、位置決めに長時
間を要し、また装置の価格が高価になってしまうという
問題がある。

【０００４】この問題を解決する先行技術は、特開平５
−２７１４０公報および特開平６−８８９１７公報など
に開示されている。特開平５−２７１４０公報に開示さ
れている技術は、光導波路素子の接合端面及び光ファイ
バ端末の接続端面に少なくとも一対の金属パッドをそれ
ぞれに設け、この金属パッドに、たとえばＰｂＳｎはん
だまたはＡｕＳｎはんだからなるバンプを形成し、この
バンプを加熱・溶融し、溶融はんだの表面張力を利用し
て光導波路素子と光ファイバ端子との位置決めを行い、
その後はんだの凝固によって金属パッドを接着して前記
光導波路素子と、光ファイバ端末とを端面結合させると
いうものである。

【０００５】また、特開平６−８８９１７公報に開示さ
れている技術は、表面に金属パッドが形成された保持板
の金属パッド上にはんだバンプを形成し、基板に光導波
路及び金属パッドが形成された光導波路素子と表面に金
属パッドが形成された光ファイバ端末とを互いの端面を
対向させて前記保持板のはんだバンプ上に載置して仮接
続した後、前記はんだバンプを加熱・溶融し、溶融はん
だの表面張力を利用して光導波路素子と光ファイバ端子
との位置決めを行い、その後はんだの凝固によって光導
波路素子と光ファイバ端子との接続を行うというもので
ある。

【０００６】これらの先行技術に用いられている溶融は
んだの表面張力によるセルフアライメントについて、以
下に説明する。図２４は、溶融はんだ１の金属板２およ
び樹脂基板３に対する濡れ性を示す概略断面図である。
図２４（ａ）に示すように、溶融はんだ１は、金属板２
に対する濡れ性が良く、水平面に対するみかけの接触角
θ１１は、９０度未満になる。一方図２４（ｂ）に示す
ように、溶融はんだ１は、樹脂基板３に対する濡れ性が
悪く、水平面に対するみかけの接触角θ１２は、９０度
以上になる。このような溶融はんだ１の濡れ性を利用
し、図２４（ｃ）に示すように、樹脂基板３の内方に金
属板２を設け、金属板２上に溶融はんだ１の液滴を供給
すると、溶融はんだ１は、濡れ性の悪い樹脂基板３上に
は広がらず、金属板２と樹脂基板３との境界４におい
て、樹脂基板３に対するみかけの接触角θ１３を有し、
溶融はんだ１の表面張力と溶融はんだ１の液滴に作用す
る内外部の圧力差とが、静的に釣合う状態になる。

【０００７】図２５は、溶融はんだ１の表面張力を利用
したセルフアライメントを示す概略断面図である。たと
えばシリコン（Ｓｉ）チップ５と樹脂基板６とを位置決
めする場合、金属板７とＳｉチップ５との境界および金
属板７と樹脂基板６との境界同志が整合するとき、Ｓｉ
チップ５と樹脂基板６との位置決めができるように、Ｓ
ｉチップ５と樹脂基板６との対向する面に金属板７をそ
れぞれ設ける。図２５（ａ）では、樹脂基板６の内方に
設けられた金属板７上に溶融はんだ１を供給したとき、
溶融はんだ１は、濡れ性の悪い樹脂基板６上には広がら
ず、濡れ性の良い金属板７上において溶融はんだ１の表
面張力と液滴に作用する内外圧差とが釣合うように球状
化して安定な状態になる。このとき、樹脂基板６は、基
台８上に置かれる。

【０００８】溶融はんだ１を介してＳｉチップ５を樹脂
基板６上に載置する。図２５（ｂ）に示すようにＳｉチ
ップ５と樹脂基板６との位置がずれている場合、介在す
る溶融はんだ１は、当初金属板７の端部９において大き
な接触角θ１４を有するゆがんだ状態であるけれども、
その後溶融はんだ１の表面張力と液滴の内外部の圧力差
とによって、溶融はんだ１の液滴は静的な釣合う状態に
なろうとする。このとき、拘束されていないＳｉチップ
５は、溶融はんだ１の表面張力によって、水平面に平行
な方向に移動される。図２５（ｃ）に示すように、溶融
はんだ１の液滴は、濡れ性の悪いＳｉチップ５および樹
脂基板６には広がらず、濡れ性の良い金属板７に接する
領域でのみ広がる。また溶融はんだ１の液滴は、液滴高
さｈを有し金属板７と樹脂基板６との境界９において接
触角θ１５を有する円弧状の曲面を形成して静的な釣合
い状態になる。溶融はんだ１の表面張力によって、Ｓｉ
チップ５が水平面に平行な方向に移動された結果、Ｓｉ
チップ５と金属板７とによって形成される境界１０と、
樹脂基板６と金属板７とによって形成される境界９とが
整合し、溶融はんだ１によるセルフアライメントが行わ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの先行技術に
は、以下のような問題点がある。前述のように、先行技
術では、光導波路素子と光ファイバ端子とを接続する際
の位置決めに、溶融はんだの表面張力に基づくセルフア
ライメント機能を利用するので、実装される部品がはん
だの溶融温度にさらされるという問題がある。

【００１０】たとえば光素子として知られるガリウムヒ
素（ＧａＡｓ）の耐熱温度は、約１５０℃であり、また
スズビスマス（ＳｎＢｉ）の耐熱温度は、約１５０〜１
６０℃である。一方前述のＳｎＰｂはんだの融点は、約
１８０〜２５０℃であり、またＡｕＳｎはんだの融点
は、約２８０℃であり、前記ＧａＡｓおよびＳｎＢｉの
耐熱温度よりも高い。

【００１１】したがって、実装のために、はんだが溶融
する温度まで加熱することによって、耐熱温度のあまり
高くない光素子が高熱にさらされて、その性能を劣化さ
せる恐れがある。またはんだ付けには、腐食性のあるフ
ラックスが使用されるので、実装部品の腐食を防止する
ために、はんだによってセルフアライメントおよび実装
を行った後、実装部品を洗浄しなければならないという
問題がある。

【００１２】はんだのように高温に加熱する必要のない
材料として、樹脂材料による接着剤が注目されている。
樹脂材料による接着剤は、低温接続が可能であり、また
導電性などの機能を有するものも開発され、フリップチ
ップの接続等の実装に用いられるようになっているけれ
ども、液状の樹脂材料の表面張力は、たとえば溶融Ｐｂ
Ｓｎはんだのほぼ１／１０以下と小さいので、セルフア
ライメント機能を発現させることが困難とされている。

【００１３】本発明の目的は、電子部品および光デバイ
ス・素子などの実装において、高価な実装装置を用いる
ことなく、また高温に加熱することなく、液体による高
精度な位置決め機能を発現することのできるセルフアラ
イメント構造およびセルフアライメント方法を提供する
ことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）無端状
の端部がそれぞれ形成される第１および第２部材を備
え、（ｂ）第１部材と第２部材との間には液体が介在
し、（ｃ）液体は、水平面に対するみかけの接触角が、
前記端部の内方と外方とにおいて異なり、（ｄ）端部の
内方における液体のみかけの接触角θ１の大きさは、端
部の外方における液体のみかけの接触角θ２未満であ
り、（ｅ）第１および第２部材の端部まで液体によって
濡れていることを特徴とするセルフアライメント構造で
ある。

【００１５】本発明に従えば、第１および第２部材に
は、無端状の端部がそれぞれ形成されるので、第１部材
と第２部材との間に介在する液体の水平面に対するみか
けの接触角は、端部の内方と外方とにおいて変化する。
すなわち端部の内方における液体のみかけの接触角θ１
は、端部の外方における液体のみかけの接触角θ２未満
である。このことによって、第１および第２部材の端部
まで液体によって濡れている状態で、液体は第１および
第２部材の端部において、みかけの接触角θ２を有する
液滴を形成するので、液体の表面張力によるセルフアラ
イメント機能を発現させ、第１部材と第２部材との水平
面に平行な方向の位置決めをすることができる。

【００１６】ここで、無端状の端部とは、断絶部および
継ぎ目などを含まない連続して形成された端部のことを
いう。また、第１および第２部材の端部まで液体によっ
て濡れている状態とは、液体が液状のまま、第１および
第２部材の端部まで接触している状態をいう。

【００１７】また本発明は、前記端部の内方でのみかけ
の接触角θ１が、９０度未満である液体を用いることを
特徴とするセルフアライメント構造である。

【００１８】本発明に従えば、第１および第２部材の端
部内方におけるみかけの接触角θ１が、９０度未満であ
る濡れ性のよい液体であっても、端部外方におけるみか
けの接触角θ２が、前記みかけの接触角θ１を超える大
きさに変化することができるので、液体のセルフアライ
メント機能を発現させることができる。

【００１９】また本発明は、第１部材は、液体を介して
第２部材に吊上げられることを特徴とするセルフアライ
メント構造である。

【００２０】本発明に従えば、第１部材は、液体を介し
て第２部材によって吊上げられるので、第１部材は水平
面に平行な方向に移動可能となる。このことによって、
液体の表面張力によるセルフアライメント機能が発現さ
れ、第１部材と第２部材との水平面に平行な方向の位置
決めをすることができる。

【００２１】また本発明は、第１部材は、液体を介して
第２部材上に載置されることを特徴とするセルフアライ
メント構造である。

【００２２】本発明に従えば、第１部材は、液体を介し
て第２部材上に載置されるので、第１部材は水平面に平
行な方向に移動可能となる。このことによって、液体の
表面張力によるセルフアライメント機能が発現され、第
１部材と第２部材との水平面に平行な方向の位置決めを
することができる。

【００２３】また本発明は、第１部材と第２部材との間
には、球体がさらに介在することを特徴とするセルフア
ライメント構造である。

【００２４】本発明に従えば、第１部材と第２部材との
間には、球体がさらに介在するので、第１部材と第２部
材との間隔を、介在する球体の直径によって定めること
ができる。このことによって、液体のセルフアライメン
ト機能の発現による水平面に平行な方向のアライメント
に加え、水平面に垂直な方向の位置決めもすることがで
きるので、第１および第２部材の３次元の位置決めをす
ることができる。

【００２５】また本発明は、第１部材の外方には、第１
部材に接合して第３部材が設けられ、第２部材の外方に
は、第２部材に接合して第４部材が設けられ、第３部材
と第４部材との間には、球体が介在することを特徴とす
るセルフアライメント構造である。

【００２６】本発明に従えば、第１部材に接合して設け
られる第３部材と第２部材に接合して設けられる第４部
材との間には、球体がさらに介在するので、第１部材と
第２部材との間隔および第３部材と第４部材との間隔
を、介在する球体の直径によって定めることができる。
このことによって、液体のセルフアライメント機能の発
現による水平面に平行な方向のアライメントに加え、水
平面に垂直な方向の位置決めもすることができるので、
第１および第２部材、また第３および第４部材の３次元
の位置決めをすることができる。

【００２７】また本発明は、第１および第２部材は、水
平面に平行な断面の形状が円形であることを特徴とする
セルフアライメント構造である。

【００２８】また本発明は、第１および第２部材は、水
平面に平行な断面の形状がリング状であることを特徴と
するセルフアライメント構造である。

【００２９】また本発明は、第１および第２部材は、水
平面に平行な断面の形状が長円形であることを特徴とす
るセルフアライメント構造である。

【００３０】また本発明は、第１および第２部材は、水
平面に平行な断面の形状が楕円形であることを特徴とす
るセルフアライメント構造である。

【００３１】本発明に従えば、第１および第２部材の水
平面に平行な断面の形状は、円形、リング状、長円形お
よび楕円形のいずれかに形成することができるので、第
１部材に接合して設けられる第３部材および第２部材に
接合して設けられる第４部材の形状に応じて、第１およ
び第２部材の形状を適宜選択することができる。また、
第１および第２部材の水平面に平行な断面の形状が、円
形またはリング状に形成されるとき、部材の加工が容易
であり、アライメント機能の発現に使用される１組の部
材あたりの液体の量を節減することができる。

【００３２】また本発明は、前記液体は、エポキシ樹脂
であることを特徴とするセルフアライメント構造であ
る。

【００３３】また本発明は、前記液体は、ポリイミドで
あることを特徴とするセルフアライメント構造である。

【００３４】本発明に従えば、液体はエポキシ樹脂また
はポリイミドのいずれかであるので、エポキシ樹脂また
はポリイミドが液体の状態でセルフアライメント機能を
発現させて、第１および第２部材の位置決めをした後、
エポキシ樹脂またはポリイミドを硬化させることによっ
て第１部材と第２部材とを接着することができる。また
エポキシ樹脂およびポリイミドを熱硬化させるときの加
熱温度は、はんだの溶融温度未満の低温度であるので、
電子部品および光素子等を熱劣化させることがない。

【００３５】また本発明は、前記いずれかに記載のセル
フアライメント構造の液体が硬化する前の状態で、液体
の表面張力によって第１部材と第２部材との端部の位置
を整合させることを特徴とするセルフアライメント方法
である。

【００３６】本発明に従えば、前記いずれかに記載のセ
ルフアライメント構造において、液体の表面張力に基づ
くセルフアライメント機能を利用し、第１部材と第２部
材との端部の位置を整合させるので、高価な実装装置を
使用することなく、第１部材と第２部材とを高精度に位
置決めをすることができる。

【００３７】また本発明は、第２部材によって液体を介
して第１部材を吊上げ、第１部材を水平面に平行な方向
へ移動させることを特徴とするセルフアライメント方法
である。

【００３８】本発明に従えば、第１部材は、液体を介し
て第２部材に吊上げられるので、液体の表面張力によっ
て水平面に平行な方向に移動することができる。このこ
とによって、第１部材と第２部材とは水平面に平行な方
向に位置決めされる。

【００３９】また本発明は、第２部材上に液体を介して
第１部材を載置し、第１部材を水平面に平行な方向へ移
動させることを特徴とするセルフアライメント方法であ
る。

【００４０】本発明に従えば、第１部材は、液体を介し
て第２部材上に載置されるので、液体の表面張力によっ
て水平面に平行な方向に移動することができる。このこ
とによって、第１部材と第２部材とは水平面に平行な方
向に位置決めされる。

【００４１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
るセルフアライメント構造１１の構成を簡略化して示す
側面図であり、図２は図１に示すセルフアライメント構
造１１の要部拡大図である。セルフアライメント構造１
１は、無端状の端部１５，１６がそれぞれ形成される第
１部材１２と第２部材１３とを備え、第１部材１２と第
２部材１３との間には液体１４が介在し、液体１４は、
水平面に対するみかけの接触角が、前記端部１５，１６
の内方と外方とにおいて異なる。図１（ａ）および図１
（ｂ）は、第２部材１３に液体１４が供給された状態を
示し、端部１６の内方における液体１４の接触角θ１の
大きさは、端部１６の外方における液体１４のみかけの
接触角θ２未満である。また、図１（ｃ）に示すよう
に、セルフアライメント構造１１は、第１および第２部
材１２，１３の端部１５，１６まで液体１４によって濡
れている。ここで、水平面とは、重力の直交面に対して
平行な面である。また水平面に対するみかけの接触角
を、以後、接触角と略称することがある。

【００４２】第１および第２部材１２，１３は、水平面
に平行な断面形状が円形を有する短い円柱状の部材であ
り、たとえば銅合金製である。第１および第２部材１
２，１３は、パッドと通称されており、ここでは第１お
よび第２部材１２，１３を、それぞれ第１および第２パ
ッドと呼ぶことがある。本実施の形態では、第１および
第２部材１２，１３は、銅合金製であるけれども、これ
に限定されることなく、ステンレスなどの銅合金以外の
金属製であってもよく、またプラスチックなど金属以外
の素材であってもよい。第１部材１２は、第２部材１３
に対向する第１対向面３１と第１側面３２とを有し、第
１部材１２の外方である第１対向面３１の反対側には、
第１部材１２に接合して第３部材１７が設けられる。ま
た、第２部材１３は、第１部材１２に対向する第２対向
面３３と第２側面３４とを有し、第２部材１３の外方で
ある第２対向面３３の反対側には、第２部材１３に接合
して第４部材１８が設けられる。

【００４３】第３部材１７は、たとえばＳｉチップのよ
うな搭載される部材であり、水平面に平行な断面形状が
方形であり、その一辺の長さは第１部材１２である円柱
の直径の大きさを超えるように形成される。また、第４
部材１８は、電子部品を搭載するたとえば基板であり、
水平面に平行な断面形状が方形であり、その一辺の長さ
は第２部材１３である円柱の直径の大きさを超えるよう
に形成される。

【００４４】第１および第２部材１２，１３の端部１
５，１６同志が整合されるとき、搭載される部材である
第３部材１７と、基板である第４部材１８との位置決め
がなされるように、第１部材１２と第３部材１７との位
置関係を定めて第１部材１２に第３部材１７が設けら
れ、また第２部材１３と第４部材１８との位置関係を定
めて第２部材１３に第４部材１８が設けられる。したが
って、位置決めの精度は、第１および第２部材１２，１
３の無端状の端部１５，１６同志の整合する精度に依存
するので、第１および第２部材１２，１３の寸法は、高
い精度をもって形成される必要がある。

【００４５】液体１４は、熱硬化などによって接着性を
発現するたとえばエポキシ樹脂またはポリイミドなどが
適しており、本実施の形態ではエポキシ樹脂を用いた。
図３は、液体状のエポキシ樹脂２１の金属板および樹脂
基板２３に対する濡れ性を示す概略断面図である。図３
（ａ）および図３（ｂ）は、液体状のエポキシ樹脂２１
を第１金属板２２および樹脂基板２３上に供給した状態
を示す。このときのエポキシ樹脂２１の液滴の量は、第
１金属板２２および樹脂基板２３の端部まで濡れること
がない程度の量である。エポキシ樹脂２１は、表面張力
が小さく濡れ性がよいので、第１金属板２２および樹脂
基板２３のいずれに対しても、９０度未満の接触角θ１
６が形成される。したがって、図３（ｃ）に示すよう
に、樹脂基板２３の内方に第２金属板２４を設け、第２
金属板２４上にエポキシ樹脂２１を供給した場合であっ
ても、エポキシ樹脂２１は、第２金属板２４上にとどま
ることなく、第２金属板２４と樹脂基板２３との境界２
６を超えて樹脂基板２３上にまで広がる。

【００４６】図３（ｄ）は、樹脂基板２３上に短い円柱
状の第３金属板２５を突出して設け、第３金属板２５に
無端状の端部２７を形成させた状態を示す。この第３金
属板２５上にエポキシ樹脂２１の液滴を、第３金属板２
５の端部２７まで濡れるように供給するとき、第３金属
板２５の端部２７外方におけるエポキシ樹脂２１の接触
角θ１７が形成される。第３金属板２５に無端状の端部
２７を形成させることによって、図３（ａ）に示したよ
うなエポキシ樹脂２１の第１金属板２２に対する接触角
θ１６は、円柱状の形状を有する第３金属板２５の側面
２８に対する接触角θ１６となる。したがって、エポキ
シ樹脂２１の液滴が供給された第３金属板２５の上面２
９に対する端部２７外方における接触角θ１７は、（θ
１６＋π／２）で与えられる。

【００４７】無端状の端部が形成された部材を設けるこ
とによって、表面張力が小さく濡れ性のよい液体であっ
ても、部材の端部内方に形成される接触角の大きさを超
える接触角を端部外方に形成させ、部材上に液体を保持
させることができる。このことを利用し、表面張力が小
さく濡れ性のよい液体を用いて、従来の溶融はんだと同
様のセルフアライメント機能を発現させることができ
る。

【００４８】図１に戻り、再びセルフアライメント構造
１１について説明する。図１（ａ）は、第２部材１３の
第２対向面３３上に供給された液体１４の液滴量が少な
く、第２部材１３の端部１６まで濡れていない状態であ
る。したがって、第２部材１３の端部１６内方に液体１
４の接触角θ１が形成され、その接触角θ１は９０度未
満である。

【００４９】図１（ｂ）は、第２部材１３の第２対向面
３３上に供給する液体１４の量を増加し、第２部材１３
の端部１６まで液体１４によって濡れている状態であ
る。液体１４の接触角は、図１（ａ）に示した端部１６
内方の接触角θ１から、端部１６外方の接触角θ２に変
化する。この接触角θ２は、前述のように、（θ１＋π
／２）である。

【００５０】すなわち、液体１４の接触角θ２は、巨視
的には端部１６において形成されるけれども、微視的に
は図２に示すように第２部材１３の端部１６外方まで液
体１４によって濡れているので、端部１６外方すなわち
第２部材１３の第２側面３４において形成される接触角
θ１と、第２部材１３の第２側面３４と第２対向面３３
とのなす角度π／２との和（θ１＋π／２）である。

【００５１】図１（ｃ）は、第１部材１２を、液体１４
を介して第２部材１３上に載置した状態を示す。このこ
とによって、第１および第２部材１２，１３の端部１
５，１６まで、液体１４によって濡れている状態にな
り、セルフアライメント構造１１が構成される。セルフ
アライメント構造１１が構成されると、液体１４によっ
て形成される液滴は、液滴の内部および外部に作用する
圧力差と、液体１４の表面張力とが静的に釣合う状態
で、安定した形状に形成される。

【００５２】第１部材１２および第１部材１２に設けら
れる第３部材１７は、液体１４を介して第２部材１３上
に載置されるとき、拘束を受けていないので、水平面に
平行な方向に移動することができる。したがって、液体
１４によって形成される液滴は、静的な釣合い状態にな
る過程において、その表面張力によって第１部材１２お
よび第３部材１７を、水平面に平行な方向に駆動する。
液体１４の表面張力によって駆動された第１部材１２
が、第１および第２部材１２，１３それぞれの端部１
５，１６同志が整合する位置まで移動したとき、液体１
４によって形成される液滴は静的な釣合い状態となり、
第１および第２部材１２，１３の位置決めが達成され
る。すなわち、液体１４による第１および第２部材１
２，１３、また第３および第４部材１７，１８のセルフ
アライメントが行われる。

【００５３】次に、液体１４によって形成される液滴の
静的な釣合い状態について説明する。図４は、液体１４
を介して第２部材１３上に第１部材１２を載置した場合
の静的な釣合い状態を説明する図である。本実施の形態
では、チップを第３部材１７として用い、基板を第４部
材１８として用いている。以後、第３部材１７をチップ
１７と呼ぶことがあり、第４部材１８を基板１８と呼ぶ
ことがある。また、液滴の静的な釣合いに関して以下の
仮定を設ける。

【００５４】（ａ）第１および第２パッド１２，１３の
水平面に平行な断面形状は円形であり、その半径および
チップ１７および基板１８に設けられる位置は一致す
る。 （ｂ）液体１４によって形成される液滴は、軸対称形で
ある。 （ｃ）液滴の曲面は、円弧である。 （ｄ）重力の影響は、無視する。

【００５５】図４（ａ）は、前述の図１（ｃ）同様に液
体１４を介して第１パッド１２を、第２パッド１３上に
載置した状態であるので、同一の参照符号を付して説明
を省略する。液滴の内部および外部の圧力差Δｐと表面
張力γとの静的な力の釣合いは、式（１）によって与え
られる。 ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐａ＝γ｛（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２）｝ …（１） ここで、ΔＰ：液滴の内外部の圧力差 Ｐｏ：液滴の内部圧力 Ｐａ：液滴の外部圧力 γ ：液滴の表面張力 Ｒ１：液滴の第１主曲率半径 Ｒ２：液滴の第２主曲率半径

【００５６】液滴の第１および第２主曲率半径Ｒ１およ
びＲ２は、第１および第２パッド１２，１３の間隔、す
なわち液滴の釣合い高さｈｓにおける液滴表面の主曲率
半径であり、液滴の内側にある場合を正とし、外側にあ
る場合を負とする。

【００５７】図４（ｂ）に示す静的な釣合い状態の液滴
最上部における重力方向の力の釣合いは、式（２）によ
って与えられる。 γｃｏｓβｓ・２πｒ＋ｍｇ＝ΔＰ・πｒ² …（２） ここで、βｓ：パッド端部内方における液滴の臨界接触
角 （＝θｓ−π／２） θｓ：パッド端部における擬似臨界接触角 ｍｇ：チップ重量 ｒ ：パッドの半径

【００５８】チップ１７重量ｍｇは、厳密にはチップ１
７重量と第１パッド１２重量との和であるけれども、第
１パッド１２重量が、チップ１７重量に比べて小さいの
で、以後チップ１７重量ｍｇと呼び、Ｗ（＝ｍｇ）にて
表記することがある。

【００５９】第２主曲率半径Ｒ２は、液滴の幾何学的形
状から式（３）によって与えられ、また第１主曲率半径
Ｒ１は、式（３）および式（１）の関係から式（４）に
よって与えられる。 Ｒ２＝ｒ／ｃｏｓβｓ …（３） Ｒ１＝γ・Ｒ２／（ΔＰ・Ｒ２−γ） …（４）

【００６０】また、静的な釣合い状態での液滴体積Ｖｓ
は、重力方向をｙ軸、重力に直交する方向をｘ軸とする
と、式（５）によって与えられる。

【００６１】

【数１】

【００６２】ここで、液滴の釣合い高さｈｓは、式
（６）によって与えられる。 ｈｓ＝２・Ｒ１ｓｉｎβｓ …（６）

【００６３】したがって、前述のような仮定のもとにお
いて、静的な釣合い状態にある液滴の形状は、液滴体積
Ｖｓ、表面張力γおよび液滴の内外部の圧力差ΔＰによ
って求めることができる。さらに液滴の内外部の圧力差
ΔＰは、チップ１７重量Ｗ（＝ｍｇ）、パッド半径ｒお
よび表面張力γによって求めることができるので、静的
な釣合い状態にある液滴の形状を、数値解析によって求
めることが可能となる。

【００６４】液体１４を介して第１部材１２を第２部材
１３上に載置し、液体１４によって形成される液滴の静
的な釣合いを利用したセルフアライメント機能の発現に
よって、第１および第２部材１２，１３の位置決めをす
ることを、以後ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式と呼ぶ。

【００６５】静的な釣合い状態は、ｐｕｔ ｄｏｗｎ方
式だけでなく、第１部材１２を、液体１４を介して第２
部材１３によって吊上げることによっても実現すること
ができる。図５は、液体１４を介して第１部材１２を第
２部材１３によって吊上げた場合の静的な釣合い状態を
説明する図である。図５に示す液滴の静的な釣合い状態
は、前述のｐｕｔ ｄｏｗｎ方式に類似し、対応する部
分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目す
べきは、図５（ｂ）に示す静的な釣合い状態の液滴最上
部における重力方向の力の釣合いであり、前述のｐｕｔ
ｄｏｗｎ方式の式（２）に代えて、式（７）によって
与えられる。 γｃｏｓβｓ・２πｒ−ｍｇ＝ΔＰ・πｒ² …（７）

【００６６】式（２）に代わる式（７）以外の静的な釣
合い状態にある液滴の形状に関する関係式は、ｐｕｔ
ｄｏｗｎ方式の場合と同一である。このような、液体１
４を介して第１部材１２を第２部材１３によって吊上
げ、液体１４によって形成される液滴の静的な釣合いを
利用したセルフアライメント機能の発現によって、第１
および第２部材１２，１３の位置決めをすることを、以
後ｐｕｌｌ ｕｐ方式と呼ぶ。

【００６７】図６はｐｕｔ ｄｏｗｎ方式による液体１
４のセルフアライメントの動作を説明する図であり、図
７はｐｕｌｌ ｕｐ方式による液体１４のセルフアライ
メントの動作を説明する図である。図６（ａ）では、第
２部材１３の第２対向面３３に液体１４が供給される。
液体１４の供給量は、第２部材１３の端部１６まで濡ら
すことのできる量である。ここで、第２部材１３および
第２部材１３に接合して設けられる第４部材１８は、基
台３６上に置かれる。図６（ｂ）では、第１部材１２
が、液体１４を介して第２部材１３上に載置される。こ
のとき、液体１４は、第１部材１２の第１対向面３１と
第２部材１３の第２対向面３３との間に介在する。

【００６８】図６（ｃ）では、液体１４は、第１部材１
２の第１対向面３１と第２部材１３の第２対向面３３と
の間で濡れ広がるとともに、液体１４によって形成され
る液滴の形状が安定する静的な釣合い状態になるように
動作する。このとき、第１部材１２および第１部材１２
に接合して設けられる第３部材１７は、液滴の静的な釣
合い状態で安定しようとする駆動力によって、矢符３７
方向に移動する。また、第１部材１２および第１部材１
２に接合して設けられる第３部材１７は、その重量と液
滴の静的な釣合い形状とが平衡する位置まで矢符３８方
向にも移動する。

【００６９】図６（ｄ）では、第１部材１２が、液体１
４の前記駆動力によって移動した結果、第１および第２
部材１２，１３のそれぞれの端部１５，１６まで液体１
４によって濡れた状態となる。液体１４は、第１および
第２部材１２，１３それぞれの端部１５，１６におい
て、擬似臨界接触角θｓを形成して安定な釣合い状態の
液滴を形成する。このとき、第１および第２部材１２，
１３それぞれの端部１５，１６同志が整合し、第１およ
び第２部材１２，１３、また第３および第４部材１７，
１８の位置決めが実現される。

【００７０】図７に示すｐｕｌｌ ｕｐ方式の場合、第
１部材１２が液体１４を介して第２部材１３に吊上げら
れることを除いて、ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式と類似の動作
によって、セルフアライメントが行われるので、説明を
省略する。

【００７１】図６および図７に示したようなセルフアラ
イメント機能を発現し静的な釣合い状態にある液滴の形
状は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を
搭載したコンピュータなどを用いて、数値解析によって
求めることができる。図８は、静的な釣合い状態にある
液滴の形状を数値解析によって求める動作を説明するた
めのフローチャートである。

【００７２】ステップｓ１では、データすなわち初期供
給する液体１４の液滴体積Ｖｏ、パッド半径ｒおよびチ
ップ１７重量Ｗを入力する。ステップｓ２では、擬似臨
界接触角θｓの値を仮定して入力する。ステップｓ３で
は、前記式（１）〜（６）または式（７）に従って第１
および第２主曲率半径Ｒ１，Ｒ２、液滴内外部の圧力差
ΔＰおよび釣合い状態にある液滴の体積Ｖｓを演算す
る。

【００７３】ステップｓ４では、演算結果である釣合い
状態にある液滴の体積Ｖｓと、初期供給する液滴の体積
Ｖｏとが一致しているかが判断される。この判断が否定
であれば、ステップｓ２に戻り、擬似臨界接触角θｓの
仮定値を変更して入力し、以降のステップに進む。この
判断が肯定であれば、ステップｓ５に進む。ステップｓ
５では、数値解析結果である液滴の内外部の圧力差Δ
Ｐ、第１および第２主曲率半径Ｒ１，Ｒ２、擬似臨界接
触角θｓおよび液滴の釣合い高さｈｓの確定した値が得
られる。

【００７４】式（１）〜（６）または式（７）に基づ
き、図８に示すフローチャートに従って得られた液滴形
状の数値解析結果を、ＢｒａｋｋｅのSurface Evolver
2.10プログラムによる表面エネルギに基づく液滴形状の
シミュレーション結果と比較し検証した。

【００７５】図９はｐｕｔ ｄｏｗｎ方式における液滴
の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図で
あり、図１０はｐｕｌｌ ｕｐ方式における液滴の体積
Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図である。
図９中の第１曲線４１は、ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式におい
て、数値解析した結果得られた液滴の体積Ｖｓと液滴の
釣合い高さｈｓとの関係を示す曲線であり、○印はSurf
ace Evolverのシミュレーションによって得られた結果
を表す。また、図１０中の第２曲線４２は、ｐｕｌｌ
ｕｐ方式において、数値解析した結果得られた液滴の体
積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す曲線であ
り、○印はSurface Evolverのシミュレーションによっ
て得られた結果を表す。ここで、第１および第２部材１
２，１３との間に介在する液体１４によって形成される
液滴を、以後バンプと呼ぶことがある。

【００７６】ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式およびｐｕｌｌ ｕ
ｐ方式のいずれにおいても、Surface Evolverのシミュ
レーションでの結果得られた液滴の体積Ｖｓと液滴の釣
合い高さｈｓとの関係は、第１および第２曲線４１，４
２上に位置し、数値解析結果と一致する。すなわち、液
滴の内外部の圧力差ΔＰと液滴の表面張力γとの釣合い
に基づき、数値解析した液滴の形状と、Surface Evolve
rのシミュレーションによって求めた液滴の形状とは、
ほぼ一致する。

【００７７】図１１は、本発明の第２の実施の形態であ
るセルフアライメント構造４３の構成を簡略化して示す
概略断面図である。本実施の形態のセルフアライメント
構造４３は、実施の第１形態のセルフアライメント構造
１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付し
て説明を省略する。注目すべきは、第１部材１２と第２
部材１３との間には、第１球体４４がさらに介在するこ
とである。

【００７８】第１球体４４は、金属製の硬球であり、１
組の第１および第２部材１２，１３の間に１個、すなわ
ち１バンプあたり１個が用いられる。本実施の形態で
は、第１球体４４は、金属製であるけれども、これに限
定されることなく、硬質プラスチックなどの高分子材料
であってもよく、第１部材１２および第３部材１７の重
量を支持し、球状の形状を維持してころがり移動するこ
とができるものであればよい。また、本実施の形態で
は、第１球体４４の数は、１バンプあたり１個であるけ
れども、これに限定されることなく、１バンプあたり複
数の第１球体４４が用いられてもよい。

【００７９】第１球体４４は、第１部材１２と第２部材
１３との間においてころがり移動することができるの
で、液体１４のセルフアライメント機能の発現によっ
て、第１部材１２が水平面に平行な方向に移動すること
を妨げることがない。また、第１球体４４の直径ｄ１の
大きさを予め定める値に作成することによって、第１お
よび第２部材１２，１３の水平面に平行な方向の位置決
めをするとともに、第１部材１２と第２部材１３との間
隔を第１球体４４の直径ｄ１の大きさに定めることがで
きる。すなわち、第１球体４４を第１および第２部材１
２，１３の間に介在させることによって、第１および第
２部材１２，１３の３次元の位置決めをすることができ
る。

【００８０】図１２は本発明の第３の実施の形態である
セルフアライメント構造４５の構成を簡略化して示す概
略断面図であり、図１３は図１２に示すセルフアライメ
ント構造４５のうち第２および第４部材１３，１８の構
成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態のセル
フアライメント構造４５は、実施の第１形態のセルフア
ライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の
参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、第３
部材１７と第４部材１８との間には、第２球体４６が介
在することである。

【００８１】第２球体４６は、金属製の硬球であり、１
組の第３および第４部材１７，１８の間に４個が用いら
れる。本実施の形態では、第２球体４６は、金属製であ
り、１組の第３および第４部材１７，１８の間に４個が
用いられるけれども、これに限定されることなく、実施
の第２の形態と同様に、第１部材１２および第３部材１
７の重量を支持し、球状の形状を維持してころがり移動
することができるものであればよく、また、１組の第３
および第４部材１７，１８あたり４個を超える数の第２
球体４６が用いられてもよい。

【００８２】第２球体４６は、第３部材１７と第４部材
１８との間においてころがり移動することができるの
で、液体１４のセルフアライメント機能の発現によっ
て、第１および第３部材１２，１７が水平面に平行な方
向に移動することを妨げることがない。また、第２球体
４６の直径ｄ２の大きさを予め定める値に作成すること
によって、第１および第２部材１２，１３、また第３お
よび第４部材１７，１８の水平面に平行な方向の位置決
めをするとともに、第３部材１７と第４部材１８との間
隔を第２球体４６の直径ｄ２の大きさに定めることがで
きる。すなわち、第２球体４６を第３および第４部材１
７，１８の間に介在させることによって、第１および第
２部材１２，１３、また第３および第４部材１７，１８
の３次元の位置決めをすることができる。

【００８３】図１４は本発明の第４の実施の形態である
セルフアライメント構造４７のうち第１および第３部材
４８，１７の構成を簡略化して示す平面図である。本実
施の形態のセルフアライメント構造４７は、実施の第１
形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する
部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目
すべきは、第１部材４８の水平面に平行な断面形状がリ
ング状を有することである。図示しない第２部材も第１
部材４８と同一の形状に形成される。

【００８４】図１５は本発明の第５の実施の形態である
セルフアライメント構造４９のうち第１および第３部材
５０，１７の構成を簡略化して示す平面図である。本実
施の形態のセルフアライメント構造４９は、実施の第１
形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する
部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目
すべきは、第１部材５０の水平面に平行な断面形状が長
円形を有することである。図示しない第２部材も第１部
材５０と同一の形状に形成される。

【００８５】図１６は本発明の第６の実施の形態である
セルフアライメント構造５１のうち第１および第３部材
５２，１７の構成を簡略化して示す平面図である。本実
施の形態のセルフアライメント構造５１は、実施の第１
形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する
部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目
すべきは、第１部材５２の水平面に平行な断面形状が楕
円形を有することである。図示しない第２部材も第１部
材５２と同一の形状に形成される。

【００８６】実施の第１形態および第４〜第６形態にお
いては、第１および第２部材の水平面に平行な断面の形
状は、円形、リング状、長円形および楕円形のいずれか
に形成されるので、第１部材に接合して設けられる第３
部材１７および第２部材に接合して設けられる第４部材
１８の形状に応じて、第１および第２部材の形状を適宜
選択することができる。また、第１および第２部材の水
平面に平行な断面の形状が、円形またはリング状に形成
されるとき、部材の加工が容易であり、アライメント機
能の発現に使用される１バンプあたりの液滴量を節減で
きる。

【００８７】図１７は、本発明の第７の実施の形態であ
るセルフアライメント構造５３のうち第１および第３部
材５４，１７の構成を簡略化して示す概略断面図であ
る。本実施の形態のセルフアライメント構造５３は、実
施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、
対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略す
る。注目すべきは、図示しない第２部材に臨む第１部材
５４の第１対向面５５が、円錐状を呈することである。

【００８８】第１部材５４の第１対向面５５は、平面に
限定されることなく、円錐状であってもよく、また凹凸
を有する面であってもよい。第１対向面５５の形状にか
かわらず、第１部材５４は、端部１５内方における水平
面に対するみかけの接触角θ１と、端部１５外方におけ
る水平面に対するみかけの接触角θ２とが異なり、接触
角θ２＞接触角θ１となる無端状の端部１５が形成され
ることによって、表面張力が小さく濡れ性のよい液体１
４を、第１部材５４の第１対向面５５上に、端部１５に
おいて接触角θ２を有する液滴として保持することがで
きる。

【００８９】このとき、第１対向面５５は、水平面に対
して角度θ４傾斜しているので、端部１５内方における
水平面に対するみかけの接触角θ１は、第１対向面５５
に対する液体１４の接触角θ３と、前記第１対抗面５５
の水平面に対する傾斜角θ４との和（θ３＋θ４）とな
る。また、端部１５外方における接触角θ２は、第１部
材５４の第１側面５６に対する液体１４の接触角θ３
と、第１側面５６が水平面とのなす角度θ５との和（θ
３＋θ５）である。 （実施例）以下に本発明の実施例を説明する。液体１４
としてエポキシ樹脂を使用し、図１に示すセルフアライ
メント構造１１による第１および第２部材１２，１３の
セルフアライメント精度を測定した。図１８は、セルフ
アライメント精度の測定に使用したセルフアライメント
構造１１の各部材寸法を示す。第１部材１２である第１
パッドは、銅合金からなり円柱状の形状を有する。第１
パッド１２の寸法は、パッド径ｄ３（＝２ｒ）：6ｍ
ｍ、パッド高さｔ１：１ｍｍである。第３部材１７に
は、シリコン（Ｓｉ）チップを用い、チップ１７の形状
は、平面形状が正方形の平板である。チップ１７の寸法
は、チップ辺の長さＬ：１６ｍｍ、チップ厚みｔ２：
０．２３±０．０１ｍｍである。

【００９０】第１パッド１２は、チップ１７の一方の平
面６１上に４個設けられた。第１パッド１２は、チップ
１７の一方の平面６１上において、第１パッド１２同志
の側面間距離Ｃ１：２ｍｍ、チップ辺と第１パッド側面
との距離Ｃ２：１ｍｍに配置して設けられた。このよう
に構成されるチップ１７の重量Ｗは、３７×１０^-5Ｎで
あった。

【００９１】第２部材１３である第２パッドの素材、形
状および寸法は、第１パッド１２と同一である。第４部
材１８は、樹脂基板であり、その形状および寸法は、チ
ップ１７と同一である。また、第２パッド１３は、第４
部材１８である樹脂基板の一方の平面上に、図１８
（ａ）に示すチップ１７の一方の平面６１上における第
１パッド１２と同様に配置して設けられた。液体１４に
使用したエポキシ樹脂の物理特性を表１に示す。

【００９２】

【表１】

【００９３】第２パッド１３の第２対抗面３３上に液体
１４であるエポキシ樹脂を供給し、エポキシ樹脂１４を
介して第２パッド１３上に第１パッド１２を載置するｐ
ｕｔｄｏｗｎ方式のセルフアライメント構造１１によっ
て、セルフアライメント精度を測定した。

【００９４】図１９は、セルフアライメント測定装置６
２の構成を簡略化して示す系統図である。セルフアライ
メント測定装置６２は、試験片アライナ６３と、ＸＹＺ
θステージ６４と、試験片ホルダ６５と、試験片プッシ
ャ６６と、レーザセンサ６７と、デコーダ６８と、高速
度カメラ６９と、イメージプロセッサ７０とを含む。セ
ルフアライメント精度の測定は、次のように行った。但
し、絶対位置決め精度の測定は困難であるので、セルフ
アライメント構造１１において、エポキシ樹脂１４のセ
ルフアライメント機能による位置決めが一旦行われた
後、試験片プッシャ６６によって、第１パッド１２およ
びチップ１７を強制的に初期位置誤差ｂｏ変位させた。
再度エポキシ樹脂１４によるセルフアライメント機能を
発現させ、初期位置誤差ｂｏを与える前後のアライメン
ト位置の変化を測定した。

【００９５】まず、試験片アライナ６３により、図１８
に示した第１パッド１２とチップ１７との配置、および
第２パッド１３と樹脂基板１８との配置を定めてそれぞ
れを接合し準備する。第２パッド１３および樹脂基板１
８をＸＹＺθステージ６４上に載置し、第２パッド１３
の第２対向面３３上にエポキシ樹脂１４を供給する。次
いで、第１パッド１２およびチップ１７を試験片ホルダ
６５によって保持し、ＸＹＺθステージ６４上の第２パ
ッド１３が置かれた位置まで搬送した後、試験片ホルダ
６５による第１パッド１２およびチップ１７の保持を解
放し、第２パッド１３上にエポキシ樹脂１４を介して第
１パッド１２およびチップ１７を載置する。この状態
で、セルフアライメント構造１１が構成され、エポキシ
樹脂１４のセルフアライメント機能が発現し、第１およ
び第２パッド１２，１３のセルフアライメントが行われ
る。エポキシ樹脂１４によってセルフアライメントされ
た第１および第２パッド１２，１３の位置を、レーザセ
ンサ６７によって測定する。レーザセンサ６７の測定結
果の出力は、デコーダ６８に入力されて数値データに変
換される。

【００９６】その後、試験片プッシャ６６によって、第
１パッド１２およびチップ１７を強制的に初期位置誤差
ｂｏ変位させる。変位させられた第１パッド１２および
チップ１７は、エポキシ樹脂１４のセルフアライメント
機能によって再びセルフアライメントされる。再度セル
フアライメントされた第１および第２パッド１２，１３
の位置を、レーザセンサ６７よって測定し、強制的に初
期位置誤差ｂｏを与える前後のアライメント位置を求め
た。この強制的に初期位置誤差ｂｏを与える前後のアラ
イメント位置の差を、セルフアライメント精度と呼び、
評価の指標とした。エポキシ樹脂１４によるセルフアラ
イメントの過程は、高速度カメラ６９によって撮影し、
撮影画像は、イメージプロセッサ７０に含まれるモニタ
７１によって観察し、Video Tape Recorder（ＶＴＲ）
７２に記録し、コンピュータ７３によって画像の解析を
する構成とした。以上に述べたセルフアライメント精度
の測定方法は、ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式におけるものであ
る。ｐｕｌｌ ｕｐ方式では、エポキシ樹脂を介して第
１パッド１２およびチップ１７を、第２パッド１３によ
って吊上げる点が、ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式と異なる点を
除いて類似であるので、測定方法の説明を省略する。な
お、ｐｕｌｌ ｕｐ方式において使用したチップ１７重
量Ｗは、６４．２６×１０^-5Ｎであった。

【００９７】セルフアライメント精度の測定結果を図２
０および図２１に示す。図２０はｐｕｔ ｄｏｗｎ方式
におけるセルフアライメント精度測定結果を示す図であ
り、図２１はｐｕｌｌ ｕｐ方式におけるセルフアライ
メント精度測定結果を示す図である。図２０および図２
１中の縦線印は、一つの初期位置誤差ｂｏについて４回
アライメント精度を測定し、得られた測定結果のばらつ
きの範囲を表す。また図２０および図２１中の縦線上に
ある○印は、一つの初期位置誤差ｂｏについて４回測定
したアライメント精度測定値の平均値を表す。

【００９８】図２０に示したｐｕｔ ｄｏｗｎ方式およ
び図２１に示したｐｕｌｌ ｕｐ方式のいずれの場合に
おいても、ほぼ０．４μｍ以下の高い精度で、第１およ
び第２パッド１２，１３のセルフアライメント、すなわ
ちチップ１７と樹脂基板１８とのセルフアライメントを
することができた。

【００９９】さらに、図１８に示したセルフアライメン
ト構造の部材において、チップ１７重量Ｗを変化させ
て、ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式およびｐｕｌｌ ｕｐ方式の
両方によるセルフアライメントを行った。このとき、エ
ポキシ樹脂１４によって形成される液滴が、チップ１７
を支持して静的な釣合い状態を維持し、セルフアライメ
ントをすることができるか否かを求めた。ｐｕｔ ｄｏ
ｗｎ方式において第２部材１３に供給したエポキシ樹脂
１４の量は、第２部材１３の端部１６におけるエポキシ
樹脂１４の初期接触角が、４５度になる量である。ここ
で、初期接触角とは、第２部材１３上にエポキシ樹脂１
４を供給し、第１部材１２を第２部材１３上に載置する
前の状態で、第２部材１３の端部１６に形成されるエポ
キシ樹脂１４の接触角である。ｐｕｌｌ ｕｐ方式にお
ける第１部材１２へのエポキシ樹脂１４の供給量も、ｐ
ｕｔ ｄｏｗｎ方式の場合と同一である。セルフアライ
メントをすることができなくなる限界のチップ１７重量
を、臨界チップ重量と呼ぶ。この実験において求めた臨
界チップ重量を、前述の静的な釣合い状態に基づいて液
滴形状を求める数値解析によって求めたパッド半径ｒお
よび臨界チップ重量の関係と比較し、数値解析の部材実
装への適用可能性を検証した。

【０１００】図２２はｐｕｔ ｄｏｗｎ方式におけるパ
ッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を示す図であり、
図２３はｐｕｌｌ ｕｐ方式におけるパッド半径ｒと臨
界チップ重量との関係を示す図である。図２２中の第１
〜第４直線７４，７５，７６，７７は、臨界接触角βｓ
を１０度，１５度、２０度および３０度にそれぞれ仮定
した場合に、数値解析によって得られたパッド半径ｒと
臨界チップ重量との関係を表す。また、図２２中の○印
は、エポキシ樹脂１４による液滴が、チップ１７および
第１パッド１２を支持し、セルフアライメントが可能で
あったことを表し、×印は支持不可能でセルフアライメ
ントができなかったことを表す。図２３中の第５直線７
８は、ｐｕｌｌ ｕｐ方式において臨界接触角βｓを１
５度に仮定した場合に、数値解析によって得られたパッ
ド半径ｒと臨界チップ重量との関係を表す。図２３中の
○印および×印の表す意味は、図２２の場合と同一であ
る。

【０１０１】本実施例において使用されたエポキシ樹脂
１４の、銅合金からなる第１および第２パッド１２，１
３に対する臨界接触角βｓは、別途実験により１５度で
あることを確認した。本実施例であるパッド半径ｒが３
ｍｍの場合における実験結果、すなわち図２２および図
２３中の○印と×印との境界にあたるチップ重量と、臨
界接触角βｓが１５度の場合の数値解析結果である図２
２中の第２直線７５および図２３中の第５直線７８のパ
ッド半径ｒが３ｍｍにおける臨界チップ重量とは、よく
一致した。したがって、液滴の静的な釣合い状態に基づ
く数値解析を、セルフアライメントを利用して部材実装
する場合の液滴形状の設計に適用することができる。

【０１０２】以上に述べたように、本発明の第１〜第７
の実施の形態では、液体１４は、エポキシ樹脂であるけ
れども、これに限定されることなく、ポリイミドであっ
てもよく、またその他の液体であってもよい。また、第
１部材１２と第２部材１３とは、同一の形状からなる構
成であるけれども、これに限定されることなく、第１部
材１２と第２部材１３とは形状が異なる構成であっても
よい。また、第１部材１２と第２部材１３とは、同一の
材質からなる構成であるけれども、これに限定されるこ
となく、第１部材１２と第２部材１３とは材質が異なる
構成であってもよい。また、第１および第２部材の水平
面に平行な断面形状は、円形、リング状、長円形および
楕円形であるけれども、これに限定されることなく、多
角形などその他の断面形状であってもよい。また、第３
部材１７はチップであり、第４部材１８は樹脂基板であ
るけれども、これに限定されることなく、第３部材１７
を樹脂基板とし、第４部材１８をチップとする逆の組合
せであってもよい。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、第１および第２部材に
は、無端状の端部がそれぞれ形成されるので、第１部材
と第２部材との間に介在する液体の水平面に対するみか
けの接触角は、端部の内方と外方とにおいて変化する。
すなわち端部の内方における液体のみかけの接触角θ１
は、端部の外方における液体のみかけの接触角θ２未満
である。このことによって、第１および第２部材の端部
まで液体によって濡れている状態で、液体は第１および
第２部材の端部においてみかけの接触角θ２を有する液
滴を形成するので、液体の表面張力によるセルフアライ
メント機能を発現させ、第１部材と第２部材との水平面
に平行な方向の位置決めをすることができる。

【０１０４】また本発明によれば、第１および第２部材
の端部内方におけるみかけの接触角θ１が、９０度未満
である濡れ性のよい液体であっても、端部外方における
みかけの接触角θ２が、前記みかけの接触角θ１を超え
る大きさに変化することができるので、液体のセルフア
ライメント機能を発現させることができる。

【０１０５】また本発明によれば、第１部材は、液体を
介して第２部材によって吊上げられるので、第１部材は
水平面に平行な方向に移動可能となる。このことによっ
て、液体の表面張力によるセルフアライメント機能が発
現され、第１部材と第２部材との水平面に平行な方向の
位置決めをすることができる。

【０１０６】また本発明によれば、第１部材は、液体を
介して第２部材上に載置されるので、第１部材は水平面
に平行な方向に移動可能となる。このことによって、液
体の表面張力によるセルフアライメント機能が発現さ
れ、第１部材と第２部材との水平面に平行な方向の位置
決めをすることができる。

【０１０７】また本発明によれば、第１部材と第２部材
との間には、球体がさらに介在するので、第１部材と第
２部材との間隔を、介在する球体の直径によって定める
ことができる。このことによって、液体のセルフアライ
メント機能の発現による水平面に平行な方向のアライメ
ントに加え、水平面に垂直な方向の位置決めもすること
ができるので、第１および第２部材の３次元の位置決め
をすることができる。

【０１０８】また本発明によれば、第１部材に接合して
設けられる第３部材と第２部材に接合して設けられる第
４部材との間には、球体がさらに介在するので、第１部
材と第２部材との間隔および第３部材と第４部材との間
隔を、介在する球体の直径によって定めることができ
る。このことによって、液体のセルフアライメント機能
の発現による水平面に平行な方向のアライメントに加
え、水平面に垂直な方向の位置決めもすることができる
ので、第１および第２部材、また第３および第４部材の
３次元の位置決めをすることができる。

【０１０９】また本発明によれば、第１および第２部材
の水平面に平行な断面の形状は、円形、リング状、長円
形および楕円形のいずれかに形成することができるの
で、第１部材に接合して設けられる第３部材および第２
部材に接合して設けられる第４部材の形状に応じて、第
１および第２部材の形状を適宜選択することができる。
また、第１および第２部材の水平面に平行な断面の形状
が、円形またはリング状に形成されるとき、部材の加工
が容易であり、アライメント機能の発現に使用される１
組の部材あたりの液体の量を節減することができる。

【０１１０】また本発明によれば、液体はエポキシ樹脂
またはポリイミドのいずれかであるので、エポキシ樹脂
またはポリイミドが液体の状態でセルフアライメント機
能を発現させて、第１および第２部材の位置決めをした
後、エポキシ樹脂またはポリイミドを硬化させることに
よって第１部材と第２部材とを接着することができる。
またエポキシ樹脂およびポリイミドを熱硬化させるとき
の加熱温度は、はんだの溶融温度未満の低温度であるの
で、電子部品および光素子等を熱劣化させることがな
い。

【０１１１】また本発明によれば、前記いずれかに記載
のセルフアライメント構造において、液体の表面張力に
基づくセルフアライメント機能を利用し、第１部材また
は第２部材のいずれか１つを水平面に平行な方向に移動
させて第１部材と第２部材との端部の位置を整合させる
ので、高価な実装装置を使用することなく、第１部材と
第２部材とを高精度に位置決めをすることができる。

【０１１２】また本発明によれば、第１部材は、液体を
介して第２部材に吊上げられるので、液体の表面張力に
よって水平面に平行な方向に移動することができる。こ
のことによって、第１部材と第２部材とは水平面に平行
な方向に位置決めされる。

【０１１３】また本発明によれば、第１部材は、液体を
介して第２部材上に載置されるので、液体の表面張力に
よって水平面に平行な方向に移動することができる。こ
のことによって、第１部材と第２部材とは水平面に平行
な方向に位置決めされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態であるセルフアライメン
ト構造１１の構成を簡略化して示す側面図である。

【図２】図１に示すセルフアライメント構造１１の要部
拡大図である。

【図３】液体状のエポキシ樹脂２１の金属板および樹脂
基板２３に対する濡れ性を示す概略断面図である。

【図４】第１部材１２を液体１４を介して第２部材１３
上に載置した場合の静的な釣合い状態を説明する図であ
る。

【図５】液体１４を介して第１部材１２を第２部材１３
によって吊上げた場合の静的な釣合い状態を説明する図
である。

【図６】ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式による液体１４のセルフ
アライメントを説明する図である。

【図７】ｐｕｌｌ ｕｐ方式による液体１４のセルフア
ライメントを説明する図である。

【図８】静的な釣合い状態にある液滴の形状を数値解析
によって求める動作を説明するためのフローチャートで
ある。

【図９】ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式における液滴の体積Ｖｓ
と液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図である。

【図１０】ｐｕｌｌ ｕｐ方式における液滴の体積Ｖｓ
と液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態であるセルフアラ
イメント構造４３の構成を簡略化して示す概略断面図で
ある。

【図１２】本発明の第３の実施の形態であるセルフアラ
イメント構造４５の構成を簡略化して示す概略断面図で
ある。

【図１３】図１２に示すセルフアライメント構造４５の
うち第２および第４部材１３，１８の構成を簡略化して
示す平面図である。

【図１４】本発明の第４の実施の形態であるセルフアラ
イメント構造４７のうち第１および第３部材４８，１７
の構成を簡略化して示す平面図である。

【図１５】本発明の第５の実施の形態であるセルフアラ
イメント構造４９のうち第１および第３部材５０，１７
の構成を簡略化して示す平面図である。

【図１６】本発明の第６の実施の形態であるセルフアラ
イメント構造５１のうち第１および第３部材５２，１７
の構成を簡略化して示す平面図である。

【図１７】本発明の第７の実施の形態であるセルフアラ
イメント構造５３のうち第１および第３部材５４，１７
の構成を簡略化して示す概略断面図である。

【図１８】セルフアライメント精度の測定に使用したセ
ルフアライメント構造１１の各部材寸法を示す。

【図１９】セルフアライメント測定装置６２の構成を簡
略化して示す系統図である。

【図２０】ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式におけるセルフアライ
メント精度測定結果を示す図である。

【図２１】ｐｕｌｌ ｕｐ方式におけるセルフアライメ
ント精度測定結果を示す図である。

【図２２】ｐｕｔ ｄｏｗｎ方式におけるパッド半径ｒ
と臨界チップ重量との関係を示す図である。

【図２３】ｐｕｌｌ ｕｐ方式におけるパッド半径ｒと
臨界チップ重量との関係を示す図である。

【図２４】溶融はんだ１の金属板２および樹脂基板３に
対する濡れ性を示す概略断面図である。

【図２５】溶融はんだ１の表面張力を利用したセルフア
ライメントを示す概略断面図である。

【符号の説明】

１１ セルフアライメント構造 １２ 第１部材 １３ 第２部材 １４ 液体 １７ 第３部材 １８ 第４部材

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）無端状の端部がそれぞれ形成され
   る第１および第２部材を備え、 （ｂ）第１部材と第２部材との間には液体が介在し、 （ｃ）液体は、水平面に対するみかけの接触角が、前記
   端部の内方と外方とにおいて異なり、 （ｄ）端部の内方における液体のみかけの接触角θ１の
   大きさは、端部の外方における液体のみかけの接触角θ
   ２未満であり、 （ｅ）第１および第２部材の端部まで液体によって濡れ
   ていることを特徴とするセルフアライメント構造。
2. 【請求項２】 前記端部の内方でのみかけの接触角θ１
   が、９０度未満である液体を用いることを特徴とする請
   求項１記載のセルフアライメント構造。
3. 【請求項３】 第１部材は、 液体を介して第２部材に吊上げられることを特徴とする
   請求項１または２記載のセルフアライメント構造。
4. 【請求項４】 第１部材は、 液体を介して第２部材上に載置されることを特徴とする
   請求項１または２記載のセルフアライメント構造。
5. 【請求項５】 第１部材と第２部材との間には、 球体がさらに介在することを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載のセルフアライメント構造。
6. 【請求項６】 第１部材の外方には、第１部材に接合し
   て第３部材が設けられ、 第２部材の外方には、第２部材に接合して第４部材が設
   けられ、 第３部材と第４部材との間には、球体が介在することを
   特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセルフアラ
   イメント構造。
7. 【請求項７】 第１および第２部材は、 水平面に平行な断面の形状が円形であることを特徴とす
   る請求項１〜６のいずれかに記載のセルフアライメント
   構造。
8. 【請求項８】 第１および第２部材は、 水平面に平行な断面の形状がリング状であることを特徴
   とする請求項１〜６のいずれかに記載のセルフアライメ
   ント構造。
9. 【請求項９】 第１および第２部材は、 水平面に平行な断面の形状が長円形であることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれかに記載のセルフアライメン
   ト構造。
10. 【請求項１０】 第１および第２部材は、 水平面に平行な断面の形状が楕円形であることを特徴と
    する請求項１〜６のいずれかに記載のセルフアライメン
    ト構造。
11. 【請求項１１】 前記液体は、 エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜１０の
    いずれかに記載のセルフアライメント構造。
12. 【請求項１２】 前記液体は、 ポリイミドであることを特徴とする請求項１〜１０のい
    ずれかに記載のセルフアライメント構造。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のうちの１つに記載の
    セルフアライメント構造の液体が硬化する前の状態で、
    液体の表面張力によって第１部材と第２部材との端部の
    位置を整合させることを特徴とするセルフアライメント
    方法。
14. 【請求項１４】 第２部材によって液体を介して第１部
    材を吊上げ、第１部材を水平面に平行な方向へ移動させ
    ることを特徴とする請求項１３記載のセルフアライメン
    ト方法。
15. 【請求項１５】 第２部材上に液体を介して第１部材を
    載置し、第１部材を水平面に平行な方向へ移動させるこ
    とを特徴とする請求項１３記載のセルフアライメント方
    法。