JP2009302326A - 部品の接合装置及び接合方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は基板の金属端子とＴＣＰの金属端子を確実に、しかも効率よく接合することができるようにした接合装置を提供することにある。
【解決手段】基板３とＴＣＰ５の互いの金属端子３ａ，５ａを対向させて重ね合わされた部分を支持するバックアップツールと、バックアップツールの上方に上下方向に駆動可能に設けられ超音振動器によって超音波振動が付与されるとともに、下降方向に駆動されることで重ね合わされた基板とＴＣＰを加圧してこれらの互いの金属端子を超音波振動によって接合する加圧ツール７と、加圧ツールと重ね合わされた基板とＴＣＰの間に介装され加圧ツールが基板とＴＣＰの金属端子を接合するときに加圧ツールに付与された超音波振動を基板とＴＣＰに伝播する材料によって形成されたシート状部材２５を具備する。
【選択図】 図２

Description

この発明は超音波振動によって第１の部品の金属端子と第２の部品の金属端子を接合する部品の接合装置及び接合方法に関する。
たとえば、第１の部品である回路基板に、第２の部品であるＴＣＰ（Tape Carrier Package）を接続する場合、上記回路基板に異方性導電部材（ＡＣＦ）を介して上記ＴＣＰを重ね合わせ、これらを加圧ツールによって加圧加熱することで、上記異方性導電部材を溶融硬化させて上記回路基板の金属端子に上記ＴＣＰの金属端子を、上記異方性導電部材に含まれる金属粒子によって電気的に接続した状態で、上記基板に上記ＴＣＰを接着固定するということが行われている。
その際、加圧ツールによって溶融されてＴＣＰからはみ出した異方性導電部材が加圧ツールの加圧面に付着して硬化すると、加圧面の平坦度が損なわれて上記ＴＣＰの実装精度の低下を招くということがあるから、上記加圧ツールの加圧面と上記ＴＣＰの間にフッ素樹脂などの耐熱性樹脂によってテープ状に形成された保護シートを介在されるということが行われている。
基板とＴＣＰの接続に用いられる異方性導電部材は高価である。そこで、異方性導電部材に代わり、上記基板とＴＣＰとの金属端子を超音波振動によって接合するということが行われている。
特許文献１には第１の部品としての基板に、第２の部品としての半導体チップを超音波振動が付与される加圧ツールで加圧して接合することが示されている。すなわち、この特許文献１では加圧ツールの加圧面に半導体チップを吸着保持し、この半導体チップを上記基板に加圧することで、基板に形成された金属端子（リード）と半導体チップに設けられた金属端子（バンプ）を共晶結合するようにしている。
特開２００６−１５６８１３号公報
基板に形成された金属端子と、半導体チップに設けられた金属端子を超音波振動によって接合するとき、超音波振動が付与された加圧ツールに半導体チップを吸着保持し、その半導体チップを単に基板に加圧するだけでは、超音波振動する加圧ツールの加圧面が半導体チップに対してすべりが発生し易いため、加圧ツールに付与された超音波振動が半導体チップに効率よく伝播されないということがある。
そのため、半導体チップを基板に確実に接合することができないということがあったり、確実に接合させるためにはタクトタイムを長くしなければならなくなり、生産性が低下するなどのことがある。
また、互いの金属端子の共晶結合が終了した後も、超音波振動を半導体チップに付与し続けると、半導体チップの表面に傷が付いたり、半導体チップが損傷する虞がある。
この発明は、第１の部品と第２の部品に設けられた金属端子を超音波振動を利用して接合するとき、それらの金属端子の接合を確実に、しかも効率よく行なうことができるようにした部品の接合装置及び接合方法を提供することにある。
この発明は、第１の部品に設けられた金属端子と第２の部品に設けられた金属端子を接合する部品の接合装置であって、
上記第１の部品と上記第２の部品の互いの金属端子を対向させて重ね合わされた部分を支持する支持体と、
上記載置台の上方に上下方向に駆動可能に設けられ超音波振動器によって超音波振動が付与されるとともに、下降方向に駆動されることで重ね合わされた上記第１の部品と第２の部品を加圧してこれら部品の互いの金属端子を上記超音波振動によって接合する加圧ツールと、
この加圧ツールと重ね合わされた上記第１の部品と第２の部品の間に介装され上記加圧ツールが上記第１の部品と第２の部品の金属端子を接合するときに上記加圧ツールに付与された超音波振動を上記第１、第２の部品に伝播する材料によって形成されたシート状部材と
を具備したことを特徴とする部品の接合装置にある。
上記シート状部材は硬質な繊維を編んで形成されていることが好ましい。
上記シート状部材はガラス繊維によって形成されていることが好ましい。
重ね合わされた上記第１の部品と上記第２の部品の間には接着剤が設けられ、上記加圧ツールには上記接着剤を加熱するヒータが設けられていて、
上記加圧ツールによって上記第１の部品と第２の部品を加圧してこれらの金属端子を接合するときに、上記接着剤を溶融硬化させて上記第１の部品と第２の部品を接着固定することが好ましい。
この発明は、第１の部品に設けられた金属端子と第２の部品に設けられた金属端子を接合する部品の接合方法であって、
互いの金属端子を対向させて上記第１の部品と上記第２の部品を重ね合わせる工程と、
重ね合わされた上記第１の部品と上記第２の部品を、上記第１、第２の部品に超音波振動を伝播する材料によって形成されたシート状部材を介して加圧ツールで加圧して上記第１、第２の部品の金属端子を上記超音波振動によって接合する工程と
を具備したことを特徴とする部品の接合方法にある。
重ね合わされる上記第１の部品と上記第２の部品との間に接着剤を介在させる工程を有し、
上記接着剤は上記加圧ツールによって上記第１の部品と上記第２の部品を加圧するときに加熱されて溶融硬化して上記第１の部品と第２の部品を接着固定することが好ましい。
この発明によれば、重ね合わされた第１の部品と第２の部品を、超音波振動が付与された加圧ツールで加圧するとき、第１、第２の部品と加圧ツールの間に加圧ツールに付与された超音波振動を第１、第２の部品に伝播する材料によって形成されたシート状部材を介在させるようにした。
そのため、加圧ツールに付与された超音波振動をシート状部材を介して第１、第２の部品に効率よく伝播することができるから、第１の部品と第２の部品の金属端子の接合を確実に、しかも短時間で行うことが可能となるばかりか、各部品の破損を防止することができる。
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は部品の接続装置としての実装装置の概略的構成を示し、この実装装置は装置本体１を備えている。この装置本体１には、水平方向である、Ｘ方向とＹ方向とに駆動されるステージとしてのＸＹテーブル２が設けられている。このＸＹテーブル２にはたとえば液晶セルなどの第１の電子部品としての基板３が供給され、一側部をＸＹテーブル２の上面から突出させた状態で上記ＸＹテーブル２の上面に真空吸着などの保持手段によって保持される。
上記基板３の一側部の上面には、図２（ａ）に示すように複数の第１の金属端子３ａが所定間隔で設けられている。この第１の金属端子３ａには、第２の電子部品としての複数のＴＣＰ５（１つだけ図示）が上記基板３の一側部に所定間隔で、各ＴＣＰ５に設けられた第２の金属端子５ａを対向させてたとえば熱硬化性又は熱可塑性の樹脂からなるシート状の接着剤４によって仮接続されている。
つまり、基板３に対してＴＣＰ５がこれらの金属端子３ａ，５ａが互いに対向するよう重ね合わされて接着剤４によって保持されている。なお、接着剤４は基板３のＴＣＰ５が接続される部分だけに設けるようにしているが、基板３の一側部の上面全長にわたって設けるようにしてもよい。
図１に示すように、上記装置本体１には、上記ＸＹテーブル２に保持された基板３の一側部の下面を上端面によって支持する支持体としてのバックアップツール６が設けられている。このバックアップツール６の上端面に支持された基板３の側部に仮接続された上記ＴＣＰ５は、加圧ツール７の下端の加圧面７ａによって後述するように加圧されて接合固定される。
上記加圧ツール７にはヒータ７ｂが内蔵されている。このヒータ７ｂは上記加圧ツール７が基板３に接着剤４によって仮接続されたＴＣＰ５を加圧したとき、この加圧ツール７を上記接着剤４が溶融硬化される温度、たとえば約５００℃程度に加熱するようになっている。
上記加圧ツール７は加圧ヘッド８の下面に後述する超音波振動器１１を介して設けられている。上記加圧ヘッド８は、リニアガイド９に沿って図中矢印で示すＺ方向、つまり上下方向にスライド可能となっていて、Ｚ駆動源１０によってＺ方向に駆動されるようになっている。
上記超音波振動器１１は金属製の角柱状のホーン１２を有し、このホーン１２の上面が上記加圧ヘッド８の下面に固定され、下面に上記加圧ツール７が一体的に設けられている。上記ホーン１２の一端には振動子１３が連結されていて、この振動子１３には図示しない発振器からたとえば４０ｋＨｚ程度の高周波電圧が印加されるようになっている。それによって、上記振動子１３が超音波振動し、その振動がホーン１２を介して上記加圧ツール７に伝播されるようになっている。この実施の形態では、加圧ツール７は水平方向、つまり横方向に振動するようになっている。
上記装置本体１の上記加圧ツール７の下方であって、上記バックアップツール６よりも上方にはレール部材２１が水平方向に沿って設けられている。装置本体１には、上記レール部材２１に沿ってカセット２２を着脱することができるようになっている。
上記カセット２２を装置本体１に図中矢印Ｘで示す方向に沿って装着すると、所定の位置で上記カセット２２に設けられたストッパ（図示せず）が上記装置本体１に設けられた当接部（図示せず）に当接する。それによって、上記カセット２２が位置決めされるようになっている。
上記カセット２２は、連結軸２３によって所定の間隔で連結された矩形状の一対の側板２４（一方のみ図示）を有する。連結軸２３は少なくとも上記側板２４の四隅部を連結している。
一対の側板２４の長手方向一端部には上記基板Ｗの一側部の長さ寸法と同等以上の幅寸法を有するシート状部材２５が巻装された、軸状の供給リール２６が上記側板２４に対して回転可能かつ着脱可能に設けられている。
上記側板２４の長手方向他端部には上記供給リール２６に巻装されたシート状部材２５を、複数の中継ローラ２７を介して巻き取る巻き取りリール２８が設けられている。この巻き取りリール２８は、カセット２２を装置本体１の所定の位置に装着したとき、この装置本体１に設けられた図示しない巻き取り駆動源に連結される。したがって、巻き取り駆動源を作動させれば、上記供給リール２６に巻装されたシート状部材２５を上記巻き取りリール２８に巻き取ることができるようになっている。
上記シート状部材２５は、上記超音波振動器１１を作動させながら、上記加圧ツール７の加圧面７ａによって基板Ｗに重ねられたＴＣＰ５を加圧したとき、振動子１３からホーン１２を介して上記加圧ツール７に伝播された超音波振動を、この加圧ツール７の加圧面７ａから上記ＴＣＰ５に効率よく伝播することができる材料によって形成されている。
上記シート状部材２５は、たとえば上面と下面が上記加圧ツール７の加圧面７ａと上記ＴＣＰ５の上面に対して比較的高い摩擦抵抗を有して接触する凹凸状の面であって、加圧ツール７からの超音波振動を受けたときにその振動方向（水平方向）に弾性変形し難い硬さを有し、さらに加圧ツール７に設けられたヒータ７ｂの熱に対して耐性を備えた材料、たとえばガラス繊維を編んだガラスクロスや炭素繊維を編んだカーボンクロスなどが好ましい。
つぎに、上記構成の実装装置によって基板３に接着剤４で仮接続されたＴＣＰ５を接合固定するときの作用について図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
図２（ａ）はＴＣＰ５が接着剤４によって基板３に仮接続された状態を示し、ＸＹテーブル２に供給載置された上記基板３の一側部の下面をバックアップツール６の上端面に支持させ、その一側部の上面に仮接続された上記ＴＣＰ５が加圧ツール７の加圧面７ａに対向するよう上記ＸＹテーブル２を位置決めする。
ついで、超音波振動器１１を作動させて加圧ツール７に超音波振動を付与したならば、Ｚ駆動源１０を作動させて加圧ヘッド８を図２（ｂ）に示すように下降させ、この加圧ヘッド８に設けられた加圧ツール７の加圧面７ａによってシート状部材２５を介して基板３の一側部に所定間隔で設けられた複数のＴＣＰ５を同時に加圧する。このとき、加圧ツール７に設けられたヒータ７ｂの熱によって基板３にＴＣＰ５を仮接着した接着剤４が加熱される。
接着剤４は熱硬化性の樹脂によって形成されている。そのため、加圧ツール７によって加熱されると溶融して流動性が増加した後、所定温度に到達することで硬化する。それによって、接着剤４は基板３にＴＣＰ５を接着固定することになる。
接着剤４が溶融すると、ＴＣＰ５からはみ出して加圧ツール７の加圧面７ａに付着して硬化し、加圧面７ａの平坦度が低下して加圧精度が低下する虞がある。しかしながら、ＴＣＰ５からはみ出した接着剤４はシート状部材２５によって加圧面７ａに付着するのが阻止されるから、上記加圧面７ａの平坦度が接着剤４によって損なわれるのが防止される。
ＴＣＰ５が接着剤４によって基板Ｗに接着固定される前に、ＴＣＰ５が加圧ツール７によって加圧されることで、図２（ｃ）に示すようにＴＣＰ５の第２の金属端子５ａが基板３の第１の金属端子３ａに接触する。
その状態で、振動子１３の超音波振動が加圧ツール７によってＴＣＰ５を介して第１の金属端子３ａと第２の金属端子５ａに伝播されると、その超音波振動によって上記第１の金属端子３ａと第２の金属端子５ａが共晶結合されることになる。このとき、加圧ツール７がヒータ７ｂによって加熱されていることによって、上記第１の金属端子３ａと第２の金属端子５ａの共晶結合が促進されることになる。
上記加圧ツール７の超音波振動はシート状部材２５を介してＴＣＰ５に伝播される。このシート状部材２５は、超音波振動を加圧ツール７からＴＣＰ５に効率よく伝播することができる材料と素地によって形成されている。
すなわち、超音波振動を伝播できる硬度、及び加圧ツール７の加圧面７ａとシート状部材２５の上面とが滑ることなく、シート状部材２５の編目により摩擦力が増大するよう形成されている。そのため、基板３の第１の金属端子３ａに、ＴＣＰ５の第２の金属端子５ａを効率よく、しかも確実に共晶結合することが可能となる。
上記シート状部材２５は耐熱性を備えている。そのため、ヒータ７ｂによって加熱された加圧ツール７によってＴＣＰ５を加圧するときに加熱されても、その熱影響によって損傷することがない。
基板３の第１の金属端子３ａに、ＴＣＰ５の第２の金属端子５ａが共晶結合されたのち、上述したように上記接着剤４が硬化して基板３にＴＣＰ５が接着固定される。基板３にＴＣＰ５が接着剤４によって接着固定されれば、共晶結合された第１の金属端子３ａと第２の金属端子５ａの接続部分に応力が加わり難いから、ＴＣＰ５に外力が加わるなどしても、これら端子３ａ，５ａの電気的接続状態が損なわれるのを防止することができる。つまり、ＴＣＰ５が基板３から剥離し難い。
上記一実施の形態では第１の電子部品としての基板の一側に、第２の電子部品としてのＴＣＰを接続する場合を例に挙げて説明したが、第１の電子部品や第２の電子部品の種類は限定されるものでなく、要は互いに金属端子を有し、これら金属端子を電気的に接続することが要求される２つの電子部品であれば、この発明の接合装置及び接合方法を適用することができる。
また、シート状部材にガラスクロスやカーボンクラスなどの繊維を用いれば、そのシート状部材に通気性を持たせることができる。そのため、加圧ツールの加圧面に吸着孔を開口形成し、この吸着孔に上記シート状部材を介して第２の部品を吸着保持し、その状態で第２の部品を第１の部品に加圧するようにしてもよい。その場合、第２の部品としては半導体チップなどであってもよく、第１の部品としてはリードフレームやテープキヤリアなどであってもよく、部品の種類は制限されるものでない。
また、超音波振動器によって加圧ツールに超音波振動を付与してから、加圧ヘッドを下降させたが、加圧ツールに超音波振動を付与するタイミングは加圧ツールが電子部品を加圧下直後であっても差し支えない。
この発明の一実施の形態を示す接合装置としての実装装置の概略的構成を示す側面図。 （ａ）〜（ｃ）は基板にＴＣＰを接合する手順を順次示した説明図。
符号の説明
３…基板（第１の電子部品）、４…接着剤、５…ＴＣＰ（第２の電子部品）、７…加圧ツール、７ａ…加圧面、７ｂ…ヒータ、１１…超音波振動器、２５…シート状部材。

Claims (6)

  1. 第１の部品に設けられた金属端子と第２の部品に設けられた金属端子を接合する部品の接合装置であって、
    上記第１の部品と上記第２の部品の互いの金属端子を対向させて重ね合わされた部分を支持する支持体と、
    この支持体の上方に上下方向に駆動可能に設けられ超音波振動器によって超音波振動が付与されるとともに、下降方向に駆動されることで重ね合わされた上記第１の部品と第２の部品を加圧してこれら部品の互いの金属端子を上記超音波振動によって接合する加圧ツールと、
    この加圧ツールと重ね合わされた上記第１の部品と第２の部品の間に介装され上記加圧ツールが上記第１の部品と第２の部品の金属端子を接合するときに上記加圧ツールに付与された超音波振動を上記第１、第２の部品に伝播する材料によって形成されたシート状部材と
    を具備したことを特徴とする部品の接合装置。
  2. 上記シート状部材は硬質な繊維を編んで形成されていることを特徴とする請求項１記載の部品の接合装置。
  3. 上記シート状部材はガラス繊維によって形成されていることを特徴とする請求項２記載の部品の接合装置。
  4. 重ね合わされた上記第１の部品と上記第２の部品の間には接着剤が設けられ、上記加圧ツールには上記接着剤を加熱するヒータが設けられていて、
    上記加圧ツールによって上記第１の部品と第２の部品を加圧してこれらの金属端子を接合するときに、上記接着剤を溶融硬化させて上記第１の部品と第２の部品を接着固定することを特徴とする請求項１記載の部品の接合装置。
  5. 第１の部品に設けられた金属端子と第２の部品に設けられた金属端子を接合する部品の接合方法であって、
    互いの金属端子を対向させて上記第１の部品と上記第２の部品を重ね合わせる工程と、
    重ね合わされた上記第１の部品と上記第２の部品を、上記第１、第２の部品に超音波振動を伝播する材料によって形成されたシート状部材を介して加圧ツールで加圧して上記第１、第２の部品の金属端子を上記超音波振動によって接合する工程と
    を具備したことを特徴とする部品の接合方法。
  6. 重ね合わされる上記第１の部品と上記第２の部品との間に接着剤を介在させる工程を有し、
    上記接着剤は上記加圧ツールによって上記第１の部品と上記第２の部品を加圧するときに加熱されて溶融硬化して上記第１の部品と第２の部品を接着固定することを特徴とする請求項５記載の部品の接合方法。
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