JP2007201108A - 電子部品接合装置および電子部品接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 別途治具などを設けることなく吸着ツールの寿命低下を防止し、電子部品の割れ等を防止することができる電子部品接合装置を提供する。
【解決手段】 電子部品接合装置２０では、吸着ツール２２に吸着保持される電子部品２１に設けられるバンプ２７と、ステージ２６に吸着保持される基板２４に形成される配線２５とを、押圧手段２８による押圧荷重と超音波振動印加手段２９による超音波振動とを印加しながら接合する。電子部品接合装置２０のステージ２６と基板２４との間の摩擦係数は、吸着ツール２２と電子部品２１との間の摩擦係数よりも小さくなるように構成され、バンプ２７と配線２５との接合が進行し、バンプ２７と配線２５との間に予め定める結合力が生じるとき、基板２４とステージ２６との間には相対滑りが発生する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品を基板に接合する電子部品接合装置および電子部品接合方法に関する。

従来、半導体チップなどの電子部品と基板との電気的接合すなわち実装には、たとえば金（Ａｕ）などからなる細線によってボンディングするワイヤボンディング接合方法が用いられていた。しかしながら、ワイヤボンディング接合方法では、電子部品の外形よりも外側に電極端子を配置しなければならないので、電子部品と基板とを接続すると電子部品そのものの大きさよりも、必ず大きくなるという問題がある。

このような問題を解決する１つの方法として、電子部品の面積と同等な実装面積で実装可能なフリップチップ接合方法がある。フリップチップ接合方法は、電子部品の電極と、基板の電極とを、導電性を有する接続部材であるバンプによって接合する実装方法である。バンプが形成されたバンプ付き電子部品を基板に実装するフリップチップ接合に用いられる装置として、電子部品に荷重と超音波振動とを作用させてバンプを基板の電極に接合する超音波接合装置が知られている。

超音波接合においては、電子部品の背面に当接した超音波ツールを介して電子部品に超音波振動を伝達する。超音波接合を効率よく行うためには、超音波ツールから電子部品への振動伝達を安定して効率よく行う必要がある。

図５は、従来の超音波振動を用いる電子部品接合装置１の構成を簡略化して示す図である。電子部品接合装置１は、基板２を吸着保持するステージ３と、電子部品４であるたとえば半導体チップを吸着保持する吸着ツール５とを含んで構成される。

ステージ３には、複数の吸引孔６が形成される。吸引孔６は配管を介して不図示の真空ポンプに接続され、真空ポンプの動作によって、基板２がステージ３に吸着保持される。基板２のステージ３に当接する面の反対側の面には、電極が形成された配線７が複数設けられる。

吸着ツール５にも、基板２を臨んで開口する吸着孔が形成され、該吸着孔は配管を介して真空ポンプに接続される。真空ポンプの動作によって、半導体基板４が、吸着ツール５に吸着保持される。なお、吸着ツール５には不図示の超音波振動子から超音波ホーンを介して超音波振動が印加されるので、超音波振動が吸着ツール５を介して吸着ツール５に吸着保持される半導体基板４に伝播し、半導体基板４が矢符９方向に振動する。半導体基板４の吸着ツール５に当接する面と反対側の面、すなわち基板２を臨む側の面には、基板２の配線７に対応するように複数のバンプ８が設けられる。

半導体基板４に超音波振動を付与することによって、バンプ８と配線７との当接面を摺動させて新生面を露出させ、バンプ８と配線７とに押圧力を付与することによって、半導体基板４と基板２とを接合する。

このような超音波接合を行うに際し、電子部品に対する超音波振動の伝達を効率よく行う従来技術として、吸着ツール（超音波振動を伝播する超音波ツールでもある）に対する電子部品の位置ずれを阻止するように、電子部品のバンプ形成面と反対側の面に面取り部を形成し、電子部品を吸着保持する吸着ツールの電子部品当接面に上記面取り部に対応する凹状の面取り部を形成することによって、超音波接合過程において、電子部品と吸着ツールとの位置ずれ（相対滑り）を防止することが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１のように、超音波接合過程における電子部品と吸着ツールとの相対滑りを拘束する方法では、バンプと基板の電極との接合部が損傷する不具合が生じる場合がある。超音波接合の過程においては、当初、バンプと電極とが相対的に滑りながら押圧される状態にあるけれども、バンプと電極との接合が進行すると、その接合界面が金属接合されて固着するので、相対滑りが許容されない状態になる。このように、電子部品と吸着ツールとの相対滑りが拘束された状態で超音波振動の付与が継続されると、一旦接合したバンプと電極との接合界面にせん断力が作用して剥離が生じ、接合不良を発生するという問題がある。

このような問題を解決する従来技術として、電子部品に超音波振動を付与しているときに、電子部品を吸着保持する吸着ツールを真空吸引からブローに切換えて電子部品の吸引を解除することによって、接合過程の終期において電子部品と吸着ツールとの相対滑りの拘束を解除し、一旦接合した接合界面が剥離する接合不良の発生を防止することが提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２の技術では、バンプと電極との間に金属接合が形成された後、吸着ツールと電子部品との間で相対滑りを生じさせる必要がある。一般的に、超音波接合で基板に接合される電子部品は、そのほとんどがシリコンなどクラックが発生しやすい材料からなるＩＣチップである。最近の電子機器の小型化への要求からＩＣチップは、薄型化される傾向にあり、厚さが数百ミクロンである場合も多い。このように薄型化された場合、ＩＣチップは割れやすいので、バンプと電極との接合が進行して、ＩＣチップと吸着ツールとの間で相対滑りを起こさせるとき、滑りの衝撃によってＩＣチップが割れることがある。

図６は、ＩＣチップと吸着ツールとの間に異物が存在する状態を示す図である。図６に示すようなＩＣチップ４と吸着ツール５との間の異物１０は、たとえばＩＣチップ４または吸着ツール５に付着する塵埃、ＩＣチップ４と吸着ツール５とが相対滑りを起こすことによって発生する摩擦熱で反応して生成される酸化物などである。ＩＣチップ４と吸着ツール５との間に異物１０が存在する場合、ＩＣチップ４と吸着ツール５との間で相対滑りを起こさせると、異物１０によってＩＣチップ４にクラックが、特に発生し易い。

また、ＩＣチップと吸着ツールと間の滑りを促進することによって、吸着ツールの表面が磨耗し、吸着ツールの寿命が短くなるという問題がある。

接合の終期において電子部品と吸着ツールとの間に相対滑りを起こさせるに際し電子部品の損傷を防止する従来技術として、吸着ツールと吸着ツールに吸着保持される電子部品との間に介在部材として接合ツールを設けることが提案される（特許文献３参照）。

特許文献３の技術では、バンプと基板の電極との間に所定の結合力が生じたとき、接合ツールと吸着ツールとの間で相対滑りを生じさせ、接合ツールと電子部品との間では吸着保持状態が維持されるので、電子部品の損傷が防止される。しかしながら、接合ツールを用いる場合、電子部品のサイズごとに、そのサイズに対応する接合ツールを準備しなければならない。電子部品は多品種に及ぶので、そのサイズも千差万別であり、これらのサイズにそれぞれ対応する接合ツールを準備するには、その作製に大きな手間と費用とを要する。また、電子部品のサイズが変わるごとに、接合ツールを交換することによる生産効率低下の問題もある。

また、吸着ツールと電子部品との間に異物である酸化物が介在することを防止する従来技術として、吸着ツールの電子部品が吸着される先端面に硬質耐酸化性部材を配することが提案されている（特許文献４参照）。特許文献４では、吸着ツールの先端面に硬質耐酸化性部材を配することによって、吸着ツールと電子部品との間で相対滑りが起こり、摩擦熱が発生した場合であっても、吸着ツールの電子部品を吸着する面が常に化学的に安定に保たれ、酸化物すなわち異物の発生が防止されるので、電子部品の割れ等の発生が防止されるとする。

しかしながら、特許文献４においては、接合過程の終期における吸着ツールと電子部品との相対滑りの発生を前提とするものであり、吸着ツールと電子部品とが相対滑りを起こすことによって、吸着ツールから電子部品に対する超音波振動の伝播効率が低下するという問題がある。

特開２００１−１２７１１４号公報 特開２００５−２３５８１７号公報 特開２００４−４７６９２号公報 特開２００２−５０６５６号公報

本発明の目的は、別途治具などを設けることなく吸着ツールの寿命低下を防止し、接合過程全般において吸着ツールから電子部品に対する超音波振動伝播効率を低下させることなく、かつ電子部品の割れ等を防止することができる電子部品接合装置および電子部品接合方法を提供することである。

本発明は、電子部品の第１の主面に設けられる突起電極と、電子部品の第１の主面に対向して配置される基板に形成される配線とを当接させ、押圧荷重と振動とを付与することによって接合する電子部品接合装置であって、
電子部品の第１の主面の反対側の面である第２の主面で電子部品を吸着保持する吸着ツールと、
基板が載置され、該基板を配線が形成される面の反対側の面で吸着保持するステージと、
ステージに載置される基板の配線に対して、吸着ツールに保持される電子部品の突起電極を押圧する押圧手段と、
吸着ツールを介して電子部品に振動を印加し、突起電極と配線とを摺動させる振動印加手段とを有し、
突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、電子部品と吸着ツールとの間の吸着保持状態が維持され、基板とステージとの間に滑りが生じることを特徴とする電子部品接合装置である。

また本発明は、ステージと基板との間の摩擦係数は、吸着ツールと電子部品との間の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする。

また本発明は、突起電極と配線との間の予め定める結合力は、吸着ツールに吸着される電子部品と吸着ツールとの間の摩擦力よりも小さく、ステージに吸着される基板とステージとの間の摩擦力よりも大きいことを特徴とする。

また本発明は、ステージは、少なくとも基板の載置される表面がダイヤモンド・ライク・カーボンで形成されることを特徴とする。

また本発明は、電子部品の第１の主面に設けられる突起電極と、電子部品の第１の主面に対向して配置される基板に形成される配線とを当接させ、押圧荷重と振動とを付与することによって接合する電子部品接合方法であって、
電子部品の第１の主面の反対側の面である第２の主面で電子部品を吸着ツールによって吸着保持するステップと、
基板が載置され、該基板を配線が形成される面の反対側の面でステージによって吸着保持するステップと、
吸着ツールに吸着保持される電子部品の突起電極と、ステージに吸着保持される基板の配線とが、対応するように位置決めするステップと、
ステージに載置される基板の配線に対して、吸着ツールに保持される電子部品の突起電極を押圧するステップと、
吸着ツールを介して電子部品に振動を印加し、突起電極と配線とを摺動させるステップと、
突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、電子部品と吸着ツールとの間の吸着保持状態を維持し、基板とステージとの間に滑りを生じさせるステップとを含むことを特徴とする電子部品接合方法である。

本発明によれば、電子部品に設けられる突起電極と、基板に形成される配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、電子部品と吸着ツールとの間の吸着保持状態が維持され、基板とステージとの間に滑りが生じる。このように、接合過程全般を通じて、吸着ツールと電子部品との間には相対滑りが起こらないので、吸着ツールから電子部品に対する超音波振動の伝播効率が高く維持され、吸着ツールの磨耗が抑制されて寿命を長くすることができるとともに、相対滑りによる衝撃が電子部品に加わることがないので、電子部品の損傷が防止される。また接合の進行に伴い基板とステージとの間で相対滑りが起こることによって、一旦接合した突起電極と配線とは、吸着ツールに吸着保持される電子部品の振動に従って振動するので、突起電極と配線との間の接合部にせん断力が加わることがなく、接合強度を高い状態で保持することができる。

また本発明によれば、ステージと基板との間の摩擦係数は、吸着ツールと電子部品との間の摩擦係数よりも小さくなるように設定される。このことによって、相対滑りを起こさせるために必要な力は、吸着ツールと電子部品との間の方が、ステージと基板との間よりも大きくなるので、突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、ステージと基板との間に優先的に相対滑りを生じさせることができる。

また本発明によれば、突起電極と配線との間の予め定める結合力は、吸着ツールに吸着される電子部品と吸着ツールとの間の摩擦力よりも小さく、ステージに吸着される基板とステージとの間の摩擦力よりも大きいように設定される。このことによって、突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、吸着ツールによる電子部品の吸着保持は維持されて超音波振動が効率的に電子部品へ伝播され、ステージと基板との間では相対滑りを起こさせることができる。

また本発明によれば、ステージは、少なくとも基板の載置される表面がダイヤモンド・ライク・カーボンで形成されるので、該表面の摩擦係数を小さくすることができる。このことによって、突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、基板とステージとの間で容易に相対滑りを起こさせることが可能になる。

また本発明の電子部品接合方法によれば、電子部品に設けられる突起電極と、基板に形成される配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、電子部品と吸着ツールとの間の吸着保持状態を維持し、基板とステージとの間に滑りを生じさせるので、吸着ツールの寿命を延命し、電子部品の損傷を防止し、突起電極と配線との接合強度を向上することができる。

図１は本発明の実施の一形態である電子部品接合装置２０の構成を簡略化して示す正面図であり、図２は図１に示す電子部品接合装置２０の要部拡大図である。電子部品接合装置２０（以後、単に接合装置２０と略称する）は、電子部品２１の第１の主面２１ａに設けられる突起電極２７と、電子部品２１の第１の主面２１ａに対向して配置される基板２４に形成される配線２５とを当接させ、押圧荷重と振動とを付与することによって接合する装置である。

接合装置２０は、電子部品２１の第１の主面２１ａの反対側の面である第２の主面２１ｂを吸着保持する吸着ツール２２と、吸着ツール２２が装着されるホルダ２３と、基板２４が載置され、該基板２４を配線２５が形成される面２４ａの反対側の面２４ｂで吸着保持するステージ２６と、ステージ２６に載置される基板２４の配線２５に対して、吸着ツール２２に保持される電子部品２１の突起電極２７を押圧する押圧手段２８と、吸着ツール２２を介して電子部品２１に振動を印加し、突起電極２７と配線２５とを摺動させる振動印加手段２９とを有するように構成される。

接合対象物である電子部品２１は、たとえばシリコン基板上に微細回路が形成された半導体チップであり、その第１の主面２１ａには、接続端子として複数のパッドが形成され、パッド上に突起電極２７であるたとえばＡｕめっきバンプ（以後、突起電極をバンプと呼ぶ）が設けられる。

同じく接合対象物である基板２４は、その表面２４ａの実装位置に、電子部品２１に設けられるバンプ２７に対応する接続端子として、電子部品２１に設けられるバンプ２７に設けられるのと同数の配線２５がバンプ２７に対応する配置で形成される。基板２４に形成される配線２５は、銅（Ｃｕ）基材からなり、その表面にニッケル（Ｎｉ）めっきとＡｕめっきとの復層めっきが施される。電子部品２１に設けられるバンプ２７と、基板２４に形成される配線２５上のＡｕめっきとが、押圧力と振動とを印加されて接合される。

電子部品２１を吸着保持する吸着ツール２２は、たとえば鋼製であり、略直方体形状を有する。吸着ツール２２は、直方体の長手方向が鉛直方向に延びるように配置される。吸着ツール２２には、電子部品２１を吸着する面に開口部３１ａを有する吸着孔３１がその内部に形成される。吸着孔３１の上記開口部３１ａの反対側の端は、たとえば吸着ツール２２の側面にもう一つの開口部３１ｂを形成し、この開口部３１ｂには不図示の配管を介して真空ポンプが接続される。この真空ポンプを動作させることによって、吸着孔３１の内部を低圧状態とし、大気圧との差によって発生する吸引力で電子部品２１を吸着保持する。

吸着ツール２２の電子部品２１を吸着保持する面には、たとえばチタン、クロムなどで表面処理を施すことが好ましい。本実施形態では、吸着ツール２２の表面にチタンコーティング処理を施してある。チタンコーティングされた吸着ツール２２の面と電子部品２１との間の摩擦係数をμ２とすると、μ２＝０．４である。

ホルダ２３は、正面から見た形状が逆Ｕ字状を有し、たとえば鋼製である。このホルダ２３に、後述する超音波ホーンとブースタとを介して吸着ツール２２が装着される。押圧手段２８は、たとえばシリンダとピストンロッドとを含む油圧ユニットなどで実現され、ピストンロッドをホルダ２３に接続することによって、吸着ツール２２が装着されたホルダ２３を、ステージ２６上に載置される基板２４に対して当接させ押圧する位置まで矢符３２方向へ移動させるとともに、逆の基板２４から離反する方向へも移動させることができる。なお、押圧手段２８には制御部が備えられ、制御部によって、基板２４に対する電子部品２１の押圧力が所望の大きさになるように制御される。

振動印加手段２９は、超音波振動子３３と、第１および第２ブースタ３４，３５と、第１および第２超音波ホーン３６，３７とを含んで構成される。なお広義には、超音波振動伝播部材でもあるホルダ２３および吸着ツール２２も振動印加手段２９に含まれる。超音波振動子３３は、たとえばチタン酸バリウムなどの圧電素子に不図示の電源から高周波電圧を印加させて超音波振動を発振するものであり、逆Ｕ字状を呈するホルダ２３の一方の端部付近の外側に装着される。

第１および第２ブースタ３４，３５ならびに第１および第２超音波ホーン３６，３７は、一種の増幅器であり、超音波振動子３３で発振されてホルダ２３を介して伝播された超音波振動を、増幅して吸着ツール２２に伝播させる。吸着ツール２２の一方の側では、吸着ツール２２に近い側から順に第１超音波ホーン３６、第１ブースタ３４の順に配置され、吸着ツール２２の他方の側では、吸着ツール２２に近い側から順に第２超音波ホーン３７、第２ブースタ３５の順に配置され、吸着ツール２２は第１超音波ホーン３６と第２超音波ホーン３７とで挟まれるようにしてホルダ２３の内側に装着される。

このことによって、超音波振動子３３で発振される超音波振動が、ホルダ２３を介し、ブースタ３４，３５および超音波ホーン３６，３７で増幅されて吸着ツール２２に伝播され、さらに吸着ツール２２に吸着保持される電子部品２１に伝播されて、電子部品２１が矢符３８方向に振動する。

基板２４が載置されるステージ２６は、大略直方体形状を有し、その大部分が鋼製であるけれども、基板２４の載置される表面が摩擦係数の低くなる処理が施される。本実施形態では、ダイヤモンド・ライク・カーボン（略称ＤＬＣ）加工が施されて、ＤＬＣ層４１が形成される。

ステージ２６には、鉛直方向に貫通する複数の吸引孔４２が形成される。吸引孔４２は、その一方が基板２４の載置される面に開口し、他方が基板２４の載置される面の反対面で開口する。反対面における開口部には配管を介して真空ポンプが接続され、真空ポンプの動作によって、吸引孔４２の内部を低圧状態とし、大気圧との差によって発生する吸引力で基板２４をステージ２６のＤＬＣ層４１の形成される面に吸着させて保持する。このステージ２６は、駆動源を有し、基板２４を載置した状態で、水平面内で２次元方向に移動可能に構成される。

ＤＬＣは、若干の水素が固溶された非晶質の炭素からなる構造体であり、ダイヤモンドが炭素原子のｓｐ^３結合による結晶体であるのに対して、炭素原子のｓｐ^３結合によるアモルファスであることから、ダイヤモンド状（ダイヤモンド・ライク）炭素と呼ばれる。このようなＤＬＣ層４１は、イオンビームでポジッション、イオンプレーティング、スパッタリング、電子ビーム蒸着などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、炭化水素ガスによるプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの成膜法で形成することができる。

ＤＬＣ層４１と基板２４との間の摩擦係数をμ１とすると、μ１＝０．２である。このように、ステージ２６のＤＬＣ層４１と基板２４との間の摩擦係数μ１は、吸着ツール２２のチタンコーティング面と電子部品２１との間の摩擦係数μ２よりも小さい。

図３は、バンプ２７を配線２５に対して押圧している状態を示す図である。電子部品２１のバンプ２７と、基板２４の配線２５との接合に際しては、押圧手段２８によって、吸着ツール２２に保持される電子部品２１のバンプ２７を、ステージ２６に載置される基板２４の配線２５に対して押圧する。この押圧時の押圧荷重をＷとし、吸着ツール２２の吸着孔３１の開口部３１ａの水平方向断面における総面積をＳ２とし、ステージ２６の吸引孔４２の基板２４が載置される面の開口部の水平方向における総面積をＳ１とするとき、ステージ２６と基板２４との間に作用する摩擦力Ｆ１および吸着ツール２２と電子部品２１との間に作用する摩擦力Ｆ２は、それぞれ式（１）と式（２）とによって与えられる。
摩擦力Ｆ１＝μ１×（真空吸着圧力α×吸引孔の開口総面積Ｓ１＋押圧荷重Ｗ）
…（１）
摩擦力Ｆ２＝μ２×（真空吸引圧力β×吸着孔の開口総面積Ｓ２＋押圧荷重Ｗ）
…（２）

ここで、押圧荷重Ｗは、十数Ｎ〜数十Ｎ程度である。一方、通常開口総面積Ｓ１およびＳ２は１０^−６ｍ²程度であり、真空吸引および真空吸着圧力α，βは１０^５Ｐａ程度であるので、真空吸引および真空吸着圧力α，βと、開口総面積Ｓ１，Ｓ２との積は、極めて小さく、押圧荷重Ｗに比べてほとんど無視してよい程度の値になる。したがって、摩擦力Ｆ１およびＦ２は、近似的にそれぞれＦ１≒μ１・Ｗ、Ｆ２≒μ２・Ｗで与えられる。このように、摩擦係数μ１，μ２の差が、そのまま摩擦力Ｆ１，Ｆ２の差となって得られる。

したがって、前述のように、ステージ２６の表面にＤＬＣ層４１を形成し、吸着ツール２２の電子部品２１を吸着させる表面にチタンコーティングを施すことによって、ステージ２６と基板２４との間に作用する摩擦力Ｆ１を、吸着ツール２２と電子部品２１との間に作用する摩擦力Ｆ２よりも小さくすることができる。

以下、接合装置２０を用いた電子部品２１と基板２４との接合方法および接合装置２０の特徴的作用について説明する。なお、以下に説明する一連の動作は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどの処理回路を制御手段として設け、マイクロコンピュータに付設される記憶部に接合装置２０の接合に係る全体動作を制御するプログラムと制御条件とを予め格納しておき、制御手段が該記憶部からプログラムと制御条件とを読出して実行することによって実現される。

まず、バンプ２７が設けられた電子部品２１を、吸着ツール２２の真空ポンプを動作させて吸着孔３１から真空吸引して吸着保持する。これと並行してステージ２６に配線２５が形成された基板２４を載置し、ステージ２６の真空ポンプを動作させて吸引孔４２から真空吸引して基板２４を吸着保持する。

次に、吸着ツール２２に吸着保持される電子部品２１のバンプ２７と、ステージ２６に吸着保持される基板２４の配線２５とが対応するように位置決めされる。この位置決めには、公知の位置決め装置、たとえば撮像装置と、撮像装置による検出画像を予め取込まれる座標と対応させるように画像処理して上記制御手段へ出力する画像処理装置などを用いることができる。制御手段は、画像処理装置の出力に応じて、ステージ２６を駆動させ、バンプ２７と配線２５とを位置決めする。

バンプ２７と配線２５とが対応するように位置決めされた後、押圧手段２８によってホルダ２３を鉛直方向下方へ移動させ、ホルダ２３に装着される吸着ツール２２に吸着保持される電子部品２１を、ステージ２６に吸着保持される基板２４に対して押圧する。この押圧荷重は、接合するべき電子部品２１および基板２４の品種、寸法等によって適宜選択されるけれども、１例を示すと、１００Ｎである。なお、ステージ２６には加熱手段を設けておき、この押圧時点において、加熱手段により基板２４を所望の温度に加熱することが好ましい。

電子部品２１のバンプ２７が基板２４の配線２５に押圧されている状態で、超音波振動子３３から超音波振動を発振させる。この超音波振動条件は、押圧荷重と同様に接合するべき電子部品２１および基板２４の品種、寸法等によって適宜選択されるけれども、１例を示すと、周波数が５０ｋＨｚである。

超音波振動子３３から発振された超音波振動は、ホルダ２３、第１および第２ブースタ３４，３５、ならびに第１および第２超音波ホーン３６，３７を介して吸着ツール２２に伝播され、吸着ツール２２から電子部品２１さらにバンプ２７に印加される。このことによって、電子部品２１およびバンプ２７が矢符３８方向に超音波振動し、ステージ２６に吸着保持される基板２４の配線２５との間で摺動が生じる。バンプ２７と配線２５とが摺動することによって、両者の擦合わせ面に新生面が発生し、該新生面同士が、付加される押圧荷重の作用によって接合する。

バンプ２７と配線２５との間で新生面同士の接合が開始されると接合強度が発生し、新生面同士の接合面積が増加すると、接合強度が増加する。接合装置２０では、バンプ２７と配線２５との接合が進行してバンプ２７と配線２５との間に予め定める結合力Ｆｂが生じるとき、電子部品２１と吸着ツール２２との間の吸着保持状態が維持され、基板２４とステージ２６との間に滑りが生じることを特徴とする。すなわち、バンプ２７と配線２５との間の予め定める結合力Ｆｂは、吸着ツール２２に吸着される電子部品２１と吸着ツール２２との間の摩擦力Ｆ２と、ステージ２６に吸着される基板２４とステージ２６との間の摩擦力Ｆ２との間で、次の不等式（３）を満足する値である。
Ｆ１＜Ｆｂ＜Ｆ２ …（３）

図４は、ステージ２６と基板２４との間で滑りが生じた状態を示す図である。バンプ２７と配線２５との接合が進行し、その結合力Ｆｂが、式（３）を満足する値に達すると、結合力Ｆｂはステージ２６と基板２４との間に作用する摩擦力Ｆ１よりも大きいので、バンプ２７と配線２５との結合が維持された状態で、配線２５と基板２４とがバンプ２７とともに超音波振動方向３８に振動し、ステージ２６と基板２４との間では、矢符４３方向に相対滑りが発生する。なお、ステージ２６と基板２４とが相対滑りを生じているとき、吸着ツール２２と電子部品２１との間に作用する摩擦力Ｆ２は、バンプ２７と配線２５との結合力Ｆｂよりもさらに大きいので、吸着ツール２２による電子部品２１の吸着保持状態が維持され、電子部品２１は吸着ツール２２とともに超音波振動方向３８に振動する。

このように、接合されたバンプ２７と配線２５、すなわち接合された電子部品２１と基板２４とは、バンプ２７と配線２５との結合力Ｆｂが、式（３）を満足する値に達した後一体的に振動し、超音波振動によるせん断力が、バンプ２７と配線２５との接合部に対して付加されることがないので、優れた接合強度を有する実装が可能になる。

また、吸着ツール２２と電子部品２１との間で滑りが起こらないので、滑りの衝撃による電子部品２１の損傷が防止されるとともに、吸着ツール２２と電子部品２１との間の滑りによる吸着ツール２２の磨耗が防止されるので、吸着ツール２２の寿命を延命することができる。

一方、バンプ２７と配線２５との結合力Ｆｂが、式（３）を満足する値に達するとき、ステージ２６と基板２４との間で相対滑りが発生するけれども、ステージ２６の基板２４を載置する面には、摩擦係数が小さく、かつ高硬度で耐磨耗性に優れるＤＬＣ層４１が形成されているので、基板２４はステージ２６上で円滑に滑りを生じ、またステージ２６の磨耗が抑制されて、ステージ２６の寿命低下が防止される。

以上に述べたように、本実施の形態では、ステージと基板との間の摩擦係数を小さくするために、ＤＬＣ加工を施すけれども、これに限定されることなく、ステージの基板載置面にフッ素系撥水材をコーティングする処理が施されてもよい。

本発明の実施の一形態である電子部品接合装置２０の構成を簡略化して示す正面図である。 図１に示す電子部品接合装置２０の要部拡大図である。 バンプ２７を配線２５に対して押圧している状態を示す図である。 ステージ２６と基板２４との間で滑りが生じた状態を示す図である。 従来の超音波振動を用いる電子部品接合装置１の構成を簡略化して示す図である。 ＩＣチップと吸着ツールとの間に異物が存在する状態を示す図である。

符号の説明

２０ 電子部品接合装置
２１ 電子部品
２２ 吸着ツール
２３ ホルダ
２４ 基板
２５ 配線
２６ ステージ
２７ バンプ
２８ 押圧手段
２９ 振動印加手段
３３ 超音波振動子
３４，３５ ブースタ
３６，３７ 超音波ホーン
４１ ＤＬＣ層

Claims (5)

1. 電子部品の第１の主面に設けられる突起電極と、電子部品の第１の主面に対向して配置される基板に形成される配線とを当接させ、押圧荷重と振動とを付与することによって接合する電子部品接合装置であって、
   電子部品の第１の主面の反対側の面である第２の主面で電子部品を吸着保持する吸着ツールと、
   基板が載置され、該基板を配線が形成される面の反対側の面で吸着保持するステージと、
   ステージに載置される基板の配線に対して、吸着ツールに保持される電子部品の突起電極を押圧する押圧手段と、
   吸着ツールを介して電子部品に振動を印加し、突起電極と配線とを摺動させる振動印加手段とを有し、
   突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、電子部品と吸着ツールとの間の吸着保持状態が維持され、基板とステージとの間に滑りが生じることを特徴とする電子部品接合装置。
2. ステージと基板との間の摩擦係数は、
   吸着ツールと電子部品との間の摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の電子部品接合装置。
3. 突起電極と配線との間の予め定める結合力は、
   吸着ツールに吸着される電子部品と吸着ツールとの間の摩擦力よりも小さく、
   ステージに吸着される基板とステージとの間の摩擦力よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の電子部品接合装置。
4. ステージは、
   少なくとも基板の載置される表面がダイヤモンド・ライク・カーボンで形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子部品接合装置。
5. 電子部品の第１の主面に設けられる突起電極と、電子部品の第１の主面に対向して配置される基板に形成される配線とを当接させ、押圧荷重と振動とを付与することによって接合する電子部品接合方法であって、
   電子部品の第１の主面の反対側の面である第２の主面で電子部品を吸着ツールによって吸着保持するステップと、
   基板が載置され、該基板を配線が形成される面の反対側の面でステージによって吸着保持するステップと、
   吸着ツールに吸着保持される電子部品の突起電極と、ステージに吸着保持される基板の配線とが、対応するように位置決めするステップと、
   ステージに載置される基板の配線に対して、吸着ツールに保持される電子部品の突起電極を押圧するステップと、
   吸着ツールを介して電子部品に振動を印加し、突起電極と配線とを摺動させるステップと、
   突起電極と配線との接合が進行して突起電極と配線との間に予め定める結合力が生じるとき、電子部品と吸着ツールとの間の吸着保持状態を維持し、基板とステージとの間に滑りを生じさせるステップとを含むことを特徴とする電子部品接合方法。
   

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