JP2012204718A - Joining device and joining method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of improving connection reliability between connection terminals.SOLUTION: An upper clamp 16 and a lower clamp 17 clamp a work W having a connection pad 5 and a connection bump 6 positioned opposite and make the connection pad 5 and connection bump 6 abut against each other. An ultrasonic vibrator 32 vibrates the connection pad 5 and connection bump 6 abutting against each other. A heater 31 heats the connection pad 5 and connection bump 6 abutting against each other. A seal mechanism 14 is provided at a periphery of the upper clamp 16 and a plurality of lower clamps 17 to form a sealed space in which the clamped work W is included. The upper clamp 16 and lower clamp 17 further press the connection pad 5 and connection bump 6 which are heated to join the connection pad 5 and connection bump 6 together.

Description

本発明は、接合装置および接合方法に関し、特に、電子部品を基板に実装するにあたり、電子部品の接続端子と基板の接続端子とを接合する接合装置および接合方法に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method, and more particularly to a technique effectively applied to a bonding apparatus and a bonding method for bonding a connection terminal of an electronic component and a connection terminal of a substrate when mounting the electronic component on a substrate.

特開平4−171949号公報(特許文献1)には、基板上に複数の半導体素子を一括圧着用治具によって加圧するとともに加熱して圧着する半導体装置の製造方法に関する技術が開示されている。ここでは、半導体素子と基板の電気的接続を保ったまま、機械的にもこれらを保持させる絶縁樹脂が用いられている。   Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-171949 (Patent Document 1) discloses a technique relating to a method for manufacturing a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are pressed onto a substrate by a batch crimping jig and heated to be crimped. Here, an insulating resin is used that holds the semiconductor element and the substrate mechanically while maintaining electrical connection.

特開2006−120724号公報(特許文献2)には、半導体チップを基板に超音波接合(超音波溶接)する超音波実装方法に関する技術が開示されている。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-120724 (Patent Document 2) discloses a technique related to an ultrasonic mounting method in which a semiconductor chip is ultrasonically bonded (ultrasonic welding) to a substrate.

特開平4−171949号公報JP-A-4-171949 特開2006−120724号公報JP 2006-120724 A

例えば、電子部品(例えば半導体チップ)を配線基板に実装する場合、電子部品の接続端子(接続バンプ)と基板の接続端子(接続パッド)は、確実に電気的に接続されている必要がある。また、接続端子間を保護するために、電子部品と配線基板との間に絶縁樹脂を設けて接続信頼性を確保する必要がある。例えば、絶縁樹脂としてはNCF(Non Conductive Film)やNCP(Non Conductive Paste)の接着層が用いられる。なお、特許文献1では、熱エネルギーによって硬化する絶縁樹脂が用いられている。   For example, when an electronic component (for example, a semiconductor chip) is mounted on a wiring board, the connection terminals (connection bumps) of the electronic component and the connection terminals (connection pads) of the board need to be reliably electrically connected. In addition, in order to protect the connection terminals, it is necessary to provide connection reliability by providing an insulating resin between the electronic component and the wiring board. For example, an adhesive layer of NCF (Non Conductive Film) or NCP (Non Conductive Paste) is used as the insulating resin. In Patent Document 1, an insulating resin that is cured by thermal energy is used.

ところで、はんだバンプからなる電子部品の接続端子を一旦溶融して、電子部品の接続端子と配線基板の接続端子の接続を図る場合、電子部品の接続端子をはんだの融点まで加熱する必要がある。   By the way, when the connection terminal of the electronic component made of the solder bump is once melted to connect the connection terminal of the electronic component and the connection terminal of the wiring board, it is necessary to heat the connection terminal of the electronic component to the melting point of the solder.

しかしながら、配線基板が載置される側の熱容量が大きい場合、はんだの融点まで昇温するまでの加熱時間が長くなり、はんだによって配線基板の接続端子と電気的に接続される前に、接着層の硬化が進行してしまい、接続不良を起こす恐れもある。また、加熱時間が長くなると、接着層によっては予め混入した微細な空気が加熱により膨張したり発泡したりして、接続不良を引き起こすことも想定される。なお、特許文献1の技術は、接着層(絶縁樹脂)を硬化させるために熱エネルギーを加えるためのものであり、電子部品の接続端子を溶融するまで熱エネルギーを加えた場合には、このような接続不良が起きてしまうものと考えられる。   However, if the heat capacity on the side on which the wiring board is placed is large, the heating time until the temperature rises to the melting point of the solder becomes long, and the adhesive layer before being electrically connected to the connection terminal of the wiring board by the solder Curing of the resin progresses and there is a risk of poor connection. Moreover, when heating time becomes long, depending on the contact bonding layer, it is assumed that the fine air mixed beforehand expand | swells or foams by heating, and causes poor connection. The technique of Patent Document 1 is for applying thermal energy to cure the adhesive layer (insulating resin). When the thermal energy is applied until the connection terminal of the electronic component is melted, this is the case. It is thought that a bad connection will occur.

また、電子部品を配線基板に搭載するに際して、はんだを溶融して接続端子を接合すると共に、接着層を加熱硬化させる場合、電子部品の接続端子と配線基板の接続端子間に、接着層や酸化膜などの接続を妨げるもの(異物)が介在すると、接続不良が起こる。   Also, when mounting electronic components on a wiring board, the solder is melted to join the connection terminals and the adhesive layer is heated and cured. If anything (foreign matter) that interferes with the connection of a film or the like is present, a connection failure occurs.

本発明の目的は、複数の部材を含むワークをクランプして接合された各部材の接続信頼性を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The objective of this invention is providing the technique which can improve the connection reliability of each member joined by clamping the workpiece | work containing a some member. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一実施形態における接合装置は、第1部材と前記第1部材上で接着された複数の第2部材とを含むワークをクランプして各部材を一括で接合する接合装置であって、前記第1部材に対応して前記ワークをクランプする第1クランパと、前記第1クランパと対向し、前記複数の第2部材のそれぞれに対応して前記ワークをクランプする複数の第2クランパと、前記第1クランパ側から、クランプされた前記ワークを加熱するヒータと、前記第1または第2クランパの少なくともいずれか一方の側から、クランプされた前記ワークに超音波振動を加える超音波振動子と、前記第1クランパと前記複数の第2クランパの周囲に設けられ、クランプされた前記ワークが内包される密閉空間を形成するシール機構と、を備える。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows. A joining apparatus according to an embodiment of the present invention is a joining apparatus that clamps a workpiece including a first member and a plurality of second members bonded on the first member and collectively joins the members, A first clamper that clamps the workpiece corresponding to the first member; a plurality of second clampers that oppose the first clamper and clamp the workpiece corresponding to each of the plurality of second members; A heater that heats the clamped workpiece from the first clamper side, and an ultrasonic transducer that applies ultrasonic vibration to the clamped workpiece from at least one side of the first or second clamper And a sealing mechanism that is provided around the first clamper and the plurality of second clampers and forms a sealed space in which the clamped workpiece is contained.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。この一実施形態によれば、複数の部材を含むワークをクランプして接合された各部材の接続信頼性を向上することができる。   Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows. According to this embodiment, the connection reliability of each member joined by clamping a workpiece including a plurality of members can be improved.

本発明の一実施形態における動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joining apparatus in operation | movement in one Embodiment of this invention. 図1に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joining apparatus in operation | movement following FIG. 図2に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joining apparatus in operation | movement following FIG. 本発明の他の実施形態における動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joining apparatus in operation | movement in other embodiment of this invention. 図4に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joining apparatus in operation | movement following FIG. 図5に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joining apparatus in operation | movement following FIG. 本発明の他の実施形態における下クランパを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the lower clamper in other embodiment of this invention. 図7に続く動作中の下クランパを模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a lower clamper during operation following FIG. 7. 図8に続く動作中の下クランパを模式的に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the lower clamper during operation following FIG. 8. 本発明の一実施形態における製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in the manufacturing process in one Embodiment of this invention. 図10に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 10. 図11に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 11.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof may be omitted.

(実施形態1)
本実施形態における接合装置の構成について図1を参照して説明する。この接合装置1Aは、配線基板2(第1部材)とこの上で接着された複数の電子部品3(第2部材)とを含むワークW(図10参照)をクランプして、配線基板2と複数の電子部品3とを一括で接合(圧着)するものである。すなわち、接合装置1Aは、配線基板2に複数の電子部品3が実装(電気的に接続)された半導体装置7(図12参照)を製造する半導体製造装置である。なお、図11に示すように、接続バンプ6が接続パッド5に接触する程度の接着状態としたワークWの一括接合を行っても良い。
(Embodiment 1)
The structure of the joining apparatus in this embodiment is demonstrated with reference to FIG. 1 A of this joining apparatus clamps the workpiece | work W (refer FIG. 10) containing the wiring board 2 (1st member) and the some electronic component 3 (2nd member) adhere | attached on this, A plurality of electronic components 3 are joined (crimped) together. That is, the bonding apparatus 1 </ b> A is a semiconductor manufacturing apparatus that manufactures a semiconductor device 7 (see FIG. 12) in which a plurality of electronic components 3 are mounted (electrically connected) to the wiring board 2. Note that, as shown in FIG. 11, the workpieces W may be collectively bonded so that the connection bumps 6 are in contact with the connection pads 5.

接合装置1Aは、ワークWを挟み込んでクランプするクランプ機構10と、クランプされたワークWを加圧する加圧機構11(荷重機構)と、クランプされたワークWを加熱する加熱機構12と、クランプされたワークWに超音波振動を加える振動機構13とを備えている。さらに、接合装置1Aは、クランプされたワークWを内包する空間をシールするシール機構14と、シールされた空間を圧縮空間にする圧縮機構15とを備えている。   The joining apparatus 1A is clamped by a clamp mechanism 10 that sandwiches and clamps the workpiece W, a pressurizing mechanism 11 (load mechanism) that pressurizes the clamped workpiece W, and a heating mechanism 12 that heats the clamped workpiece W. And a vibration mechanism 13 for applying ultrasonic vibration to the workpiece W. Furthermore, the joining apparatus 1A includes a seal mechanism 14 that seals a space containing the clamped workpiece W, and a compression mechanism 15 that makes the sealed space a compression space.

まず、接合装置1Aのクランプ機構10について具体的に説明する。クランプ機構10は、上下で対向するように設けられ、ワークWを挟み込んでクランプし、加圧可能な加圧手段(加圧部)でもある、上クランパ16(第1クランパ)および複数の下クランパ17(第2クランパ)を有している。上クランパ16は、例えば合金工具鋼からなり、上クランプ面16aが形成されている。また、下クランパ17は、例えば合金工具鋼からなり、下クランパ面17aが形成されている。これら上クランプ面16a、下クランプ面17aでワークWがクランプされる。本実施形態では、配線基板2に対応する上クランパ16と、複数の電子部品3のそれぞれに対応する複数の下クランパ17とで、ワークWがクランプされることとなる。   First, the clamp mechanism 10 of the joining apparatus 1A will be specifically described. An upper clamper 16 (first clamper) and a plurality of lower clampers that are pressurizing means (pressurizing units) that are provided so as to be opposed to each other in the vertical direction, clamp the workpiece W by clamping the workpiece W, 17 (second clamper). The upper clamper 16 is made of, for example, alloy tool steel, and has an upper clamp surface 16a. The lower clamper 17 is made of, for example, alloy tool steel, and has a lower clamper surface 17a. The workpiece W is clamped by the upper clamp surface 16a and the lower clamp surface 17a. In the present embodiment, the workpiece W is clamped by the upper clamper 16 corresponding to the wiring board 2 and the plurality of lower clampers 17 corresponding to each of the plurality of electronic components 3.

上クランパ16は、上ベース21(例えば合金工具鋼からなる)下に固定して組み付けられている。また、複数の下クランパ17は、互いに所定間隔で支持プレート22(例えば合金工具鋼からなる)上に固定して設けられている。この複数の下クランパ17はそれぞれ、下向き凹状のフレーム27(例えば合金工具鋼からなる)の底部を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔27aに挿入されるように設けられている。貫通孔27aを所定間隔で形成されたフレーム27を用いて、支持プレート22で下クランパ17の位置合わせを精度良く行うことができる。   The upper clamper 16 is fixedly assembled below the upper base 21 (for example, made of alloy tool steel). The plurality of lower clampers 17 are fixedly provided on a support plate 22 (for example, made of alloy tool steel) at a predetermined interval. Each of the plurality of lower clampers 17 is provided so as to be inserted into a plurality of through holes 27a penetrating the bottom of a downwardly concave frame 27 (for example, made of alloy tool steel) in the thickness direction. The lower clamper 17 can be accurately aligned with the support plate 22 using the frame 27 in which the through holes 27a are formed at predetermined intervals.

本実施形態では、配線基板2の大きさに合わせて上クランパ16をブロック状とし、配線基板2よりも小さい電子部品3の大きさに合わせて下クランパ17をロッド状として、上クランプ面16aに対して直交するロッド状の複数の下クランパ17を所定間隔で設けている。また、本実施形態では、下クランパ17側からワークWに超音波振動を加えるので、ワークWに当接する面である下クランパ17のクランパ面17aを、ワークWの形状(大きさ)、すなわち電子部品3の大きさに合わせた大きさとしている。   In the present embodiment, the upper clamper 16 has a block shape according to the size of the wiring board 2, and the lower clamper 17 has a rod shape according to the size of the electronic component 3 smaller than the wiring board 2. A plurality of rod-like lower clampers 17 orthogonal to each other are provided at predetermined intervals. Further, in this embodiment, since ultrasonic vibration is applied to the workpiece W from the lower clamper 17 side, the clamper surface 17a of the lower clamper 17 that is a surface in contact with the workpiece W is set to the shape (size) of the workpiece W, that is, the The size is adapted to the size of the part 3.

また、上クランパ16に対して複数の下クランパ17が所定間隔で離間して設けられた構成とすることで、複数の下クランパ17の熱容量の総和が上クランパ16の熱容量より小さくなる。換言すれば、上クランパ16よりも複数の下クランパ17の全体の容積の方が小さくなっているため本実施形態のように同様の材質で構成されたときには、下クランパ17全体の熱容量のほうが上クランパ16よりも小さいこととなる。後述するが、本実施形態では、加熱機構12を上クランパ16側に設けている。このため、上クランパ16と下クランパ17とでワークWをクランプした場合、熱容量の小さい下クランパ17は予め加熱されている上クランパ16によって急速に加熱され、ワークWも急速に所定温度に加熱することができる。   Further, by adopting a configuration in which a plurality of lower clampers 17 are provided at a predetermined interval with respect to the upper clamper 16, the total heat capacity of the plurality of lower clampers 17 becomes smaller than the heat capacity of the upper clamper 16. In other words, since the overall volume of the plurality of lower clampers 17 is smaller than that of the upper clamper 16, when the same material is used as in the present embodiment, the overall heat capacity of the lower clamper 17 is higher. It is smaller than the clamper 16. As will be described later, in the present embodiment, the heating mechanism 12 is provided on the upper clamper 16 side. Therefore, when the workpiece W is clamped by the upper clamper 16 and the lower clamper 17, the lower clamper 17 having a small heat capacity is rapidly heated by the pre-heated upper clamper 16, and the workpiece W is also rapidly heated to a predetermined temperature. be able to.

ワークWが急速に加熱されることで、接着層4が硬化する前に、接続バンプ6のはんだも急速に溶融する。このため、接続パッド5と接続バンプ6との接合が図られる前に、接着層4が硬化することによって発生する接続不良を防止することができる。また、ワークWが急速に加熱されることで、接着層4に仮に微細な空気が混入していたとしても、その空気を膨張したり発泡したりすることを防止し、接続不良が発生するのを防止することができる。   By rapidly heating the workpiece W, the solder of the connection bump 6 is also rapidly melted before the adhesive layer 4 is cured. For this reason, before the connection pad 5 and the connection bump 6 are joined, it is possible to prevent a connection failure caused by the adhesive layer 4 being cured. Further, since the workpiece W is heated rapidly, even if fine air is mixed in the adhesive layer 4, the air is prevented from expanding or foaming, resulting in poor connection. Can be prevented.

凹状のフレーム27は、開口縁部が下ベース28(例えば合金工具鋼からなる)で固定して組み付けられている。本実施形態のクランプ機構10では、上ベース21を固定とし、この上ベース21に対して図示しない電動モータやトグルリングなどを用いて下ベース28を上動または下動可能としている。なお、下ベース28を固定とし、この下ベース28に対して上ベース21を上下動するようにしても良い。   The concave frame 27 is assembled with its opening edge fixed by a lower base 28 (for example, made of alloy tool steel). In the clamp mechanism 10 of the present embodiment, the upper base 21 is fixed, and the lower base 28 can be moved up or down using an electric motor or toggle ring (not shown) with respect to the upper base 21. The lower base 28 may be fixed, and the upper base 21 may be moved up and down with respect to the lower base 28.

また、下ベース28の中央部には、厚さ方向に貫通する貫通孔28aが形成されている。この下ベース28の貫通孔28aに加圧機構11が設けられる。複数の下クランパ17は、この加圧機構11によって、下ベース28に対して支持プレート22を介してフローティング支持されている。フローティング支持されたロッド状の下クランパ17は、振動機構13により振動され易くなっている。   Further, a through hole 28a penetrating in the thickness direction is formed in the central portion of the lower base 28. The pressurizing mechanism 11 is provided in the through hole 28 a of the lower base 28. The plurality of lower clampers 17 are floatingly supported by the pressure mechanism 11 with respect to the lower base 28 via the support plate 22. The rod-like lower clamper 17 that is floatingly supported is easily vibrated by the vibration mechanism 13.

次に、接合装置1Aの加圧機構11について具体的に説明する。加圧機構11は、上下方向に昇降可能な昇降機構24を備えている。この昇降機構24上には、熱加熱機構12からの熱が昇降機構24への伝導を防止する断熱ブロック23(例えば合金工具鋼からなる)が設けられている。この断熱ブロック23上には、支持プレート22が設けられている。   Next, the pressure mechanism 11 of the bonding apparatus 1A will be specifically described. The pressurizing mechanism 11 includes an elevating mechanism 24 that can be moved up and down. On the elevating mechanism 24, a heat insulating block 23 (for example, made of alloy tool steel) for preventing the heat from the heat heating mechanism 12 from being transmitted to the elevating mechanism 24 is provided. A support plate 22 is provided on the heat insulation block 23.

昇降機構24は、支持プレート22を所定の位置で振動機構13によるワークWの加振が有効に作用するように支持している。また、昇降機構24は、クランプ機構10の動作に伴って支持プレート22の下ベース28に当接するまで押し下げられるようになっている(図3参照)。   The elevating mechanism 24 supports the support plate 22 at a predetermined position so that the vibration of the workpiece W by the vibration mechanism 13 acts effectively. Further, the elevating mechanism 24 is pushed down until it comes into contact with the lower base 28 of the support plate 22 in accordance with the operation of the clamp mechanism 10 (see FIG. 3).

断熱ブロック23には、中央部で貫通する断面凸状の貫通孔23aが形成されており、その両端にはシール部材25、26(例えばOリング)が設けられている。貫通孔23aでは、昇降機構24側の開口面積を支持プレート22側の開口面積を大きくすることで、昇降機構24側へ熱を伝わりにくくしている。また、シール部材25、26により内部空間がシールされた貫通孔23aにより、断熱ブロック23の熱容量を小さくしている。   The heat insulation block 23 is formed with a through hole 23a having a convex cross section penetrating at the center, and seal members 25 and 26 (for example, O-rings) are provided at both ends thereof. In the through hole 23a, the opening area on the lifting mechanism 24 side is made larger than the opening area on the support plate 22 side, so that heat is hardly transmitted to the lifting mechanism 24 side. Further, the heat capacity of the heat insulating block 23 is reduced by the through holes 23a whose inner spaces are sealed by the sealing members 25 and 26.

本実施形態では、上クランパ16側からクランプされたワークWを加熱するものである。ワークWを急速に加熱するために、下クランパ17側では、熱容量が小さいことが望まれる。その一方で、下クランパ17などが急速に加熱されるので、支持プレート22およびその下のブロックを介して、昇降機構24にも熱が急速に伝導されてしまうことが考えられる。そこで、本実施形態では、昇降機構24側の開口面積を支持プレート22側の開口面積を大きくした凸状の貫通孔23aを有する断熱ブロック23を用いて、昇降機構24側へ熱を伝わりにくくしている。   In the present embodiment, the workpiece W clamped from the upper clamper 16 side is heated. In order to heat the workpiece W rapidly, it is desired that the heat capacity is small on the lower clamper 17 side. On the other hand, since the lower clamper 17 and the like are rapidly heated, it is conceivable that heat is rapidly conducted to the elevating mechanism 24 via the support plate 22 and the block below the support plate 22. Therefore, in the present embodiment, the heat-insulating block 23 having the convex through holes 23a in which the opening area on the lifting mechanism 24 side is made larger than the opening area on the support plate 22 side is used to make it difficult to transfer heat to the lifting mechanism 24 side. ing.

次に、接合装置1Aの加熱機構12について具体的に説明する。加熱機構12は、上クランプ16側からクランプされたワークWを加熱するヒータ31を備えている。ヒータ31は、図1の紙面垂直方向に延在するように、上クランパ16に内蔵されている。すなわち、加熱能力を向上させるために、上クランプ面16aと並行となるように、ヒータ31が設けられている。   Next, the heating mechanism 12 of the bonding apparatus 1A will be specifically described. The heating mechanism 12 includes a heater 31 that heats the workpiece W clamped from the upper clamp 16 side. The heater 31 is built in the upper clamper 16 so as to extend in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. That is, in order to improve the heating capability, the heater 31 is provided in parallel with the upper clamp surface 16a.

また、ヒータ31の加熱能力は、上クランパ16、下クランパ17などの熱容量を有する部材を考慮し、配線基板2と電子部品3との間の接着層4を硬化させる温度であって、かつ、電子部品3の接続バンプ6を溶融する温度を、クランプされたワークWに加えられることが必要となる。なお、接続バンプ6は、はんだバンプで有る場合には融点は例えば250〜260℃程度である。また、接着層4は、NCFやNCPである場合には例えば200℃〜260℃で所定時間が加わることで硬化する。   The heating capacity of the heater 31 is a temperature at which the adhesive layer 4 between the wiring board 2 and the electronic component 3 is cured in consideration of members having a heat capacity such as the upper clamper 16 and the lower clamper 17, and It is necessary to apply a temperature for melting the connection bumps 6 of the electronic component 3 to the clamped workpiece W. In addition, when the connection bump 6 is a solder bump, the melting point is, for example, about 250 to 260 ° C. Further, when the adhesive layer 4 is NCF or NCP, the adhesive layer 4 is cured by adding a predetermined time at, for example, 200 ° C. to 260 ° C.

次に、接合装置1Aの振動機構13について具体的に説明する。振動機構13は、下クランパ17側から、クランプされたワークWに超音波振動を加える超音波振動子32を備えている。超音波振動子32は、ロッド33および支持プレート22を介して下クランパ17と接続されている。これにより、振動機構13は、超音波振動子32を振動源とし、ロッド33、支持プレート22および下クランパ17をホーン部としてクランプされたワークWを加振する。超音波振動子32の周波数としては例えば20〜100kHz程度である。なお、図1では、ロッド33は、フレーム27および下シールブロック35を貫通するように設けられているが、その貫通孔はシールされている。   Next, the vibration mechanism 13 of the joining apparatus 1A will be specifically described. The vibration mechanism 13 includes an ultrasonic vibrator 32 that applies ultrasonic vibration to the clamped workpiece W from the lower clamper 17 side. The ultrasonic transducer 32 is connected to the lower clamper 17 via the rod 33 and the support plate 22. Accordingly, the vibration mechanism 13 vibrates the clamped workpiece W with the ultrasonic vibrator 32 as a vibration source and the rod 33, the support plate 22 and the lower clamper 17 as a horn portion. The frequency of the ultrasonic transducer 32 is, for example, about 20 to 100 kHz. In FIG. 1, the rod 33 is provided so as to penetrate the frame 27 and the lower seal block 35, but the through hole is sealed.

この支持プレート22上にロッド状の下クランパ17が、フレーム27の貫通孔27aを貫通して複数設けられている。この貫通穴27aの大きさは、下クランパ17の振動時に干渉しない大きさであり、貫通孔27aの内壁と下クランパ17の側面との間には空隙が形成されている。   A plurality of rod-like lower clampers 17 are provided on the support plate 22 so as to pass through the through holes 27 a of the frame 27. The size of the through hole 27 a is a size that does not interfere when the lower clamper 17 vibrates, and a gap is formed between the inner wall of the through hole 27 a and the side surface of the lower clamper 17.

前述した加熱機構12においては、ブロック状の上クランパ16に対して、下クランパ17をロッド状として、熱容量を低減している。これにより、加熱機構12の加熱能力を向上させている。振動機構13においては、対象物が小さいほど効率を低減させずに加振できるため、配線基板2より小さい電子部品3に加振できるように、電子部品3の大きさに合わせたクランプ面17aのロッド状の下クランパ17を設けている。すなわち、本実施形態では、加熱機構12および振動機構13を機能させるために、下クランパ17を兼用している。これにより、接合装置1Aの部品点数を少なくすることができる。   In the heating mechanism 12 described above, the heat capacity is reduced by making the lower clamper 17 a rod shape with respect to the block-like upper clamper 16. Thereby, the heating capability of the heating mechanism 12 is improved. Since the vibration mechanism 13 can vibrate without reducing the efficiency as the object is smaller, the clamp surface 17a matched to the size of the electronic component 3 can be vibrated to the electronic component 3 smaller than the wiring board 2. A rod-shaped lower clamper 17 is provided. That is, in the present embodiment, the lower clamper 17 is also used in order to make the heating mechanism 12 and the vibration mechanism 13 function. Thereby, the number of parts of 1 A of joining apparatuses can be decreased.

次に、接合装置1Aのシール機構14について具体的に説明する。シール機構14は、上クランパ16と複数の下クランパ17の周囲に設けられ、クランプされたワークWが内包される密閉空間(シールされた空間37)を形成するものである。このシール機構14は、上クランパ16および下クランパ17の周囲に設けられた上シールブロック34および下シールブロック35を有している。   Next, the sealing mechanism 14 of the joining apparatus 1A will be specifically described. The sealing mechanism 14 is provided around the upper clamper 16 and the plurality of lower clampers 17 and forms a sealed space (sealed space 37) in which the clamped workpiece W is contained. The seal mechanism 14 includes an upper seal block 34 and a lower seal block 35 provided around the upper clamper 16 and the lower clamper 17.

上シールブロック34は、例えば合金工具鋼からなる筒状であり、上ベース21下の外周部で固定して組み付けられている。この筒状の上シールブロック34の内部に、上クランパ16が設けられている。この上シールブロック34の下シールブロック35側の縁部には、シール部材42(例えばOリング)が設けられている。また、下シールブロック35は、例えば合金工具鋼からなる筒状であり、下ベース28上の外周部で固定して組み付けられている。この筒状の下シールブロック35の内部に、下クランパ17が設けられている。また、下シールブロック35の上シールブロック34側の縁部は、シール部材42と対向するように設けられている。   The upper seal block 34 has a cylindrical shape made of alloy tool steel, for example, and is fixedly assembled at the outer peripheral portion below the upper base 21. An upper clamper 16 is provided inside the cylindrical upper seal block 34. A seal member 42 (for example, an O-ring) is provided at an edge of the upper seal block 34 on the lower seal block 35 side. The lower seal block 35 has a cylindrical shape made of, for example, alloy tool steel, and is fixedly assembled at the outer peripheral portion on the lower base 28. A lower clamper 17 is provided inside the cylindrical lower seal block 35. Further, the edge of the lower seal block 35 on the upper seal block 34 side is provided to face the seal member 42.

接合装置1Aでは、下ベース28の貫通孔28aの内壁と断熱ブロック23の側面との間には空隙が形成されている。この空隙は、振動機構13の動作により支持プレート22下の断熱ブロック23が下ベース28と接触して振動の妨げとならないようにするためや、加圧機構11を上下動させる際の摩擦を低減させるために形成されている。このような空隙が形成されるために、シール機構14は、下ベース28の貫通孔28aと断熱ブロック23との間をシールするシール部材43(例えばOリング)を有している。   In the joining apparatus 1 </ b> A, a gap is formed between the inner wall of the through hole 28 a of the lower base 28 and the side surface of the heat insulating block 23. The air gap prevents the heat insulating block 23 below the support plate 22 from contacting the lower base 28 by the operation of the vibration mechanism 13 to hinder vibration, and reduces friction when the pressure mechanism 11 is moved up and down. It is formed to make it. In order to form such a gap, the seal mechanism 14 includes a seal member 43 (for example, an O-ring) that seals between the through hole 28 a of the lower base 28 and the heat insulating block 23.

このような構成のシール機構14によって、上ベース21および下ベース28が近接することで、シール部材42が下シールブロック35の縁部に当接して、シールされた空間37(図2参照)が形成され、この密閉空間において加熱機構12によりワークWを急速に加熱可能となっている。   With the seal mechanism 14 having such a configuration, the upper base 21 and the lower base 28 come close to each other, so that the seal member 42 comes into contact with the edge of the lower seal block 35, and the sealed space 37 (see FIG. 2) In this sealed space, the workpiece W can be rapidly heated by the heating mechanism 12.

次に、接合装置1Aの圧縮機構15について具体的に説明する。圧縮機構15は、下シールブロック35に形成された流路36を通じて、シールされた空間37内に圧縮空気を導入するコンプレッサ41を備えている。クランプされたワークWに超音波を加振する場合、超音波振動により接着層4(図11参照)からボイドが発生することも考えられる。そこで、本実施形態では、圧縮された空間37(以下、圧縮空間37という)で超音波を加振することで、ボイドの発生を抑制することができる。このようにボイドの発生を抑制することで、ワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6間の接続信頼性を向上することができる。   Next, the compression mechanism 15 of the joining apparatus 1A will be specifically described. The compression mechanism 15 includes a compressor 41 that introduces compressed air into a sealed space 37 through a flow path 36 formed in the lower seal block 35. When an ultrasonic wave is vibrated to the clamped workpiece W, a void may be generated from the adhesive layer 4 (see FIG. 11) due to the ultrasonic vibration. Therefore, in the present embodiment, the generation of voids can be suppressed by exciting ultrasonic waves in the compressed space 37 (hereinafter referred to as the compression space 37). By suppressing the generation of voids in this way, the connection reliability between the connection pads 5 and the connection bumps 6 provided on the workpiece W can be improved.

また、クランプ前に加熱機構12からの輻射熱によって接着層4が加熱される際には、接着層4がボイドの発生によって膨張し電子部品3を配線基板2から引き離す力が加わるおそれがあるが、ワークWが圧縮空間37で加熱されるので電子部品3が浮き上がったり傾いたりする不具合を効果的に防止することができる。また、超音波加振する際に圧縮空間37としておくことにより、接着層4においてボイドの発生や膨張によって接着層4自体が膨張することで接続端子同士をずらすような力が加わることも効率的に防止することができる。また、圧縮空間37において配線基板2に複数の電子部品3を接合する構成であるため、複数の接着層4に対して一様の圧力を加えながら超音波加振及び加圧加熱を行うことができ、成形品質の均一化を図ることもできる。   In addition, when the adhesive layer 4 is heated by radiant heat from the heating mechanism 12 before clamping, there is a possibility that the adhesive layer 4 expands due to the generation of voids and a force is applied to pull the electronic component 3 away from the wiring board 2. Since the workpiece | work W is heated in the compression space 37, the malfunction that the electronic component 3 floats up or inclines can be prevented effectively. In addition, by setting the compression space 37 when ultrasonically vibrating, it is also efficient to apply a force that shifts the connection terminals due to expansion of the adhesive layer 4 due to the generation or expansion of voids in the adhesive layer 4. Can be prevented. In addition, since the plurality of electronic components 3 are bonded to the wiring board 2 in the compression space 37, ultrasonic vibration and pressure heating can be performed while applying uniform pressure to the plurality of adhesive layers 4. It is also possible to make the molding quality uniform.

次に、本実施形態における接合装置1Aを用いて、積層された配線基板2および複数の電子部品3を含むワークWをクランプして各部材を一括で接合する接合方法と共に、配線基板2に電子部品3を実装する電子部品3の実装方法(半導体装置7の製造方法)について、図1〜図3および図10〜図12を参照して具体的に説明する。図10〜図12は、図1〜図3の動作中の接合装置1AにおけるワークWに対応しており、その要部を拡大して示している。   Next, the bonding apparatus 1A according to the present embodiment is used to clamp the workpiece W including the laminated wiring board 2 and the plurality of electronic components 3 to bond the members together, and to the wiring board 2 with electrons. A method for mounting the electronic component 3 for mounting the component 3 (a method for manufacturing the semiconductor device 7) will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIGS. FIGS. 10-12 respond | corresponds to the workpiece | work W in the joining apparatus 1A in operation | movement of FIGS. 1-3, The principal part is expanded and shown.

まず、図10に示すように、配線基板2の複数の接続パッド5と対応する各電子部品3の複数の接続バンプ6とを対向して位置合わせして、配線基板2上に接着層4(例えば、NCFやNCP)を介して複数の電子部品3を接着したワークWを準備する。この配線基板2には、例えば、公知のフリップチップボンダを用いて、複数の電子部品3がマトリクス状に位置合わせと仮圧着される。   First, as shown in FIG. 10, a plurality of connection pads 5 of the wiring board 2 and a plurality of connection bumps 6 of each electronic component 3 corresponding to each other are aligned to face each other, and an adhesive layer 4 ( For example, a workpiece W in which a plurality of electronic components 3 are bonded via NCF or NCP) is prepared. A plurality of electronic components 3 are aligned and temporarily press-bonded to the wiring board 2 in a matrix using, for example, a known flip chip bonder.

配線基板2は、例えばガラスエポキシ基板であり、その内部に配線パターンが形成されており、また絶縁層8から露出する接続パッド5が形成されている。また、電子部品3は、例えば半導体チップやチップコンデンサであり、接続バンプ6としてはんだバンプが用いられている。なお、本実施形態では、接続バンプ6(はんだバンプ)を溶融して、接続パッド5と接合する。   The wiring board 2 is, for example, a glass epoxy board, in which a wiring pattern is formed, and connection pads 5 exposed from the insulating layer 8 are formed. The electronic component 3 is, for example, a semiconductor chip or a chip capacitor, and solder bumps are used as the connection bumps 6. In this embodiment, the connection bump 6 (solder bump) is melted and joined to the connection pad 5.

続いて、図1に示すように、上クランパ16と下クランパ17とが離間した状態で、図示しない搬送装置によって下クランパ17にワークWを載置する。具体的には、複数の下クランパ17のクランプ面17aのそれぞれに複数の電子部品3を配置する。また、ワークWの配線基板2は、上クランパ16のクランプ面16aと対向して配置する。   Subsequently, as shown in FIG. 1, the workpiece W is placed on the lower clamper 17 by a transport device (not shown) in a state where the upper clamper 16 and the lower clamper 17 are separated. Specifically, a plurality of electronic components 3 are arranged on each of the clamp surfaces 17 a of the plurality of lower clampers 17. Further, the wiring board 2 of the workpiece W is disposed so as to face the clamp surface 16 a of the upper clamper 16.

続いて、クランパ機構10により上ベース21および下ベース28を近接させることで、シール機構14によりクランプされたワークWが内包される空間37をシールする。その後、圧縮機構15によりシールされた空間37に圧縮空気を導入して圧縮空間37を形成する。この場合、圧縮空気を導入することで圧縮空間37の圧力を大気圧より高くボイドの膨脹を抑制する程度に高い圧力に設定する必要があり、好ましくは、ボイドを潰す程度に高い圧力に設定するのが好ましい。圧縮空間37は、例えば空間37のシールが解除されるまでの間、形成しておくことができる。ただし、空気の発泡防止や積極的な空気の排出のため、少なくとも接着層4が硬化されるまで、圧縮空間37が形成されるのが好ましい。   Subsequently, the upper base 21 and the lower base 28 are brought close to each other by the clamper mechanism 10 to seal the space 37 in which the workpiece W clamped by the seal mechanism 14 is contained. Thereafter, compressed air 37 is formed by introducing compressed air into the space 37 sealed by the compression mechanism 15. In this case, it is necessary to set the pressure of the compressed space 37 higher than atmospheric pressure and high enough to suppress the expansion of the void by introducing compressed air, and preferably set to a high pressure enough to crush the void. Is preferred. The compression space 37 can be formed until the seal of the space 37 is released, for example. However, it is preferable that the compression space 37 is formed until at least the adhesive layer 4 is cured in order to prevent air from being foamed or to actively discharge air.

次いで、図2に示すように、上ベース21および下ベース28を更に近接させることで、配線基板2に対する上クランパ16および複数の電子部品3にそれぞれ対する複数の下クランパ17でワークWを挟み込んで加圧する。これにより、配線基板2上の複数の電子部品3が一括してクランプされたこととなる。   Next, as shown in FIG. 2, the upper base 21 and the lower base 28 are brought closer to each other, so that the workpiece W is sandwiched between the upper clamper 16 and the plurality of lower clampers 17 respectively corresponding to the plurality of electronic components 3. Pressurize. As a result, the plurality of electronic components 3 on the wiring board 2 are collectively clamped.

また、各電子部品3では、図11に示すように、接着層4を接続バンプ6で押し出して、配線基板2の複数の接続パッド5に対して、対応する複数の接続バンプ6を一括して当接させる。上クランパ16は、加熱機構12により予め加熱されているため、上クランパ16がワークWに当接したときから、接続パッド5および接続バンプ6は加熱され始める。本実施形態では、上クランパ16の熱容量より複数の下クランパ17の熱容量の総和が小さいため、接続パッド5および接続バンプ6は急速に加熱され始める。   In each electronic component 3, as shown in FIG. 11, the adhesive layer 4 is pushed out by the connection bumps 6, and the corresponding connection bumps 6 are collectively applied to the connection pads 5 of the wiring board 2. Make contact. Since the upper clamper 16 is preheated by the heating mechanism 12, the connection pad 5 and the connection bump 6 start to be heated when the upper clamper 16 comes into contact with the workpiece W. In this embodiment, since the sum of the heat capacities of the plurality of lower clampers 17 is smaller than the heat capacity of the upper clamper 16, the connection pads 5 and the connection bumps 6 start to be heated rapidly.

次いで、振動機構13(超音波振動子32)により、ワークWに超音波振動(例えば、20〜100kHz程度)を加えて互いに当接された接続パッド5および接続バンプ6を振動させる。前述したように、接続バンプ6は接着層4を押し出して接続パッド5と当接する。このため、接続パッド5と接続バンプ6との間には押し出しきれなかった接着層4が介在することも考えられる。また、配線基板2と電子部品3が接着層4で接着される前では、接続パッド5および接続バンプ6の表面が露出しているので、表面に酸化膜が形成されていることも考えられる。   Next, the vibration mechanism 13 (ultrasonic vibrator 32) applies ultrasonic vibration (for example, about 20 to 100 kHz) to the workpiece W to vibrate the connection pad 5 and the connection bump 6 that are in contact with each other. As described above, the connection bump 6 pushes the adhesive layer 4 and contacts the connection pad 5. For this reason, it is also conceivable that the adhesive layer 4 that cannot be pushed out is interposed between the connection pad 5 and the connection bump 6. Further, since the surfaces of the connection pads 5 and the connection bumps 6 are exposed before the wiring board 2 and the electronic component 3 are bonded to each other with the adhesive layer 4, it is considered that an oxide film is formed on the surfaces.

そこで、超音波振動子32は、当接された接続パッド5および接続バンプ6を振動させて、接着層4や酸化膜を除去する。また、加熱された接続バンプ6が溶融するまで、ワークWに超音波振動を加えることで、より多くの接着層4や酸化膜を除去することができる。したがって、これらが除去された状態の接続パッド5および接続バンプ6が接合されることで、ワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6間の接続信頼性を向上することができる。   Therefore, the ultrasonic vibrator 32 vibrates the contact pad 5 and the connection bump 6 that are in contact with each other, and removes the adhesive layer 4 and the oxide film. Further, more adhesive layers 4 and oxide films can be removed by applying ultrasonic vibration to the workpiece W until the heated connection bumps 6 are melted. Therefore, the connection reliability between the connection pads 5 and the connection bumps 6 provided on the work W can be improved by bonding the connection pads 5 and the connection bumps 6 in a state where they are removed.

また、接続パッド5と接続バンプ6と同じ材質(金、銀、銅、はんだ等)を用いる場合には、超音波加振して酸化膜を除去することで確実に拡散接合させることができるためより確実な接合が可能となる。このような場合にもワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6間の接続信頼性を向上することができる。なお、本実施形態では、加熱により電子部品3の接続端子(接続バンプ6)が溶融する場合について説明するが、これに限らず、配線基板2の接続端子を溶融させても、また、配線基板2の接続端子と電子部品3の接続端子とも溶融させても、配線基板2の接続端子と電子部品3の接続端子とを接合することができる。   Further, when the same material (gold, silver, copper, solder, etc.) as the connection pad 5 and the connection bump 6 is used, it is possible to surely perform diffusion bonding by removing the oxide film by ultrasonic vibration. More reliable joining is possible. Even in such a case, the connection reliability between the connection pads 5 and the connection bumps 6 provided on the workpiece W can be improved. In the present embodiment, the case where the connection terminals (connection bumps 6) of the electronic component 3 are melted by heating will be described. However, the present invention is not limited thereto, and the connection terminals of the wiring board 2 may be melted. Even if both the connection terminal 2 and the connection terminal of the electronic component 3 are melted, the connection terminal of the wiring board 2 and the connection terminal of the electronic component 3 can be joined.

なお、シール後、圧縮空間37が形成される前に、流路36を通じて真空ポンプ(図示しない)でシールされた空間37を減圧しても良い。減圧することで、接着層4内の微細な空気や、ワークWが内包される空間37内の異物(浮遊物)を除去することができる。これにより、配線基板2および電子部品3を含む半導体装置7に異物などの混入を防止することができる。   After sealing, before the compression space 37 is formed, the space 37 sealed with a vacuum pump (not shown) may be decompressed through the flow path 36. By reducing the pressure, the fine air in the adhesive layer 4 and the foreign matter (floating matter) in the space 37 in which the work W is contained can be removed. Thereby, it is possible to prevent foreign matters from entering the semiconductor device 7 including the wiring board 2 and the electronic component 3.

本実施形態では、圧縮空間37内でワークWに超音波振動を加えている。これにより、仮に接着層4に予め微細な空気が混入していた場合であっても、ボイドの発生を抑制することができる。このようにボイドの発生を抑制することで、ワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6間の接続信頼性を向上することができる。   In the present embodiment, ultrasonic vibration is applied to the workpiece W in the compression space 37. Thereby, even if fine air is mixed in the adhesive layer 4 in advance, generation of voids can be suppressed. By suppressing the generation of voids in this way, the connection reliability between the connection pads 5 and the connection bumps 6 provided on the workpiece W can be improved.

続いて、図3および図12に示すように、クランパ機構10により上ベース21および下ベース28を図2の状態から更に近接させることで、下クランパ17、支持プレート22および断熱ブロック23は、加圧機構11(昇降機構24)の押圧力(第1押圧力)に抗して押し下げられて支持プレート22が下ベース28に当接する位置まで押し下げられる。次いで、加熱機構12により加熱された接続パッド5および接続バンプ6に対して、第1押圧力より高い第2押圧力で加圧機構11を駆動させて上クランパ16および下クランパ17でさらに加圧して接合させると共に、接着層4を加熱硬化させる。   Subsequently, as shown in FIGS. 3 and 12, the lower clamper 17, the support plate 22, and the heat insulation block 23 are added by bringing the upper base 21 and the lower base 28 closer from the state of FIG. It is pushed down against the pressing force (first pressing force) of the pressure mechanism 11 (elevating mechanism 24) and is pushed down to a position where the support plate 22 contacts the lower base 28. Next, the pressurization mechanism 11 is driven by the second pressing force higher than the first pressing force, and the upper clamper 16 and the lower clamper 17 further pressurize the connection pads 5 and the connection bumps 6 heated by the heating mechanism 12. And the adhesive layer 4 is cured by heating.

このように接合装置1Aを用いて、配線基板2上で接着された複数の電子部品3を含むワークWに対してクランプして、各部材を一括で接合する。これにより、配線基板2に電子部品3が実装され、半導体装置7が製造される。   Thus, using the joining apparatus 1A, it clamps with respect to the workpiece | work W containing the some electronic component 3 adhere | attached on the wiring board 2, and each member is joined collectively. Thereby, the electronic component 3 is mounted on the wiring board 2 and the semiconductor device 7 is manufactured.

本実施形態のように、加熱と同時に加圧を行うことで、接続パッド5および接続バンプ6の接合時には接続バンプ6は溶融しているので、接続パッド5および接続バンプ6を容易に接合(圧着)することができる。また、配線基板2に電子部品3を実装するまで圧縮空間37を維持しておくことで、接着層4に微細な空気が含まれていたとしても、微細な空気を圧縮して微小化させることで、配線基板2と電子部品3との間を高品質にアンダーフィルすることができる。これにより、ワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6との接続不良を低減させると共に、接続信頼性を向上することができる。   By applying pressure simultaneously with heating as in the present embodiment, the connection bump 6 is melted when the connection pad 5 and the connection bump 6 are joined, so that the connection pad 5 and the connection bump 6 are easily joined (crimped). )can do. Further, by maintaining the compressed space 37 until the electronic component 3 is mounted on the wiring board 2, even if fine air is contained in the adhesive layer 4, the fine air can be compressed and miniaturized. Thus, it is possible to underfill between the wiring board 2 and the electronic component 3 with high quality. Thereby, it is possible to reduce the connection failure between the connection pads 5 and the connection bumps 6 provided on the workpiece W and to improve the connection reliability.

(実施形態2)
本実施形態における接合装置の構成について図4を参照して説明する。前記実施形態1における接合装置1Aは、下クランパ17側からクランプされたワークWに超音波振動を加えたが、本実施形態における接合装置1Bは、上クランパ16側から加振するものである。
(Embodiment 2)
The structure of the joining apparatus in this embodiment is demonstrated with reference to FIG. The joining apparatus 1A according to the first embodiment applies ultrasonic vibration to the workpiece W clamped from the lower clamper 17 side. However, the joining apparatus 1B according to the present embodiment vibrates from the upper clamper 16 side.

超音波振動子32と接続され、複数の下クランパ17と対向する位置にそれぞれワークWに当接する複数の突起部44aが形成されたホーン44が、上クランパ16下に設けられている。下クランパ17と対向する位置に突起部44aを設けることで、ホーン44と下クランパ17でワークWを挟み込んでクランプすることができる。   A horn 44, which is connected to the ultrasonic transducer 32 and has a plurality of protrusions 44 a that are in contact with the workpiece W at positions facing the plurality of lower clampers 17, is provided below the upper clamper 16. By providing the projection 44 a at a position facing the lower clamper 17, the workpiece W can be sandwiched and clamped by the horn 44 and the lower clamper 17.

本実施形態では、ホーン44を介して上クランパ16と下クランパ17でワークWをクランプするので、ホーン44がクランパとしてみなすことができる。すわなち、ホーン44は、電子部品3の大きさに合わせたクランプ面44bを有する突起部44aが形成されたクランパである。また、本実施形態では、上クランパ17側からワークWに超音波振動を加えるので、ワークWに当接する面であるホーン44(クランパ)のクランパ面44bを、ワークWの形状(大きさ)、すなわち電子部品3の大きさに合わせた大きさとしている。   In the present embodiment, since the work W is clamped by the upper clamper 16 and the lower clamper 17 via the horn 44, the horn 44 can be regarded as a clamper. That is, the horn 44 is a clamper in which a protrusion 44 a having a clamp surface 44 b that matches the size of the electronic component 3 is formed. Further, in the present embodiment, since ultrasonic vibration is applied to the workpiece W from the upper clamper 17 side, the clamper surface 44b of the horn 44 (clamper) which is a surface in contact with the workpiece W is changed to the shape (size) of the workpiece W, That is, the size is adapted to the size of the electronic component 3.

接合装置1Aでは、複数の下クランパ17のクランプ面17aのそれぞれに複数の電子部品3を配置する構成であるが、電子部品3の厚さが薄いと配置することが難しい場合もある。そこで、本実施形態では、基板保持プレート45を用いて、その上でワークWを保持して、配線基板2に電子部品3を実装している。なお、セラミックス基板のように剛性が高く撓みが少ない配線基板2を用いた場合には、基板保持プレート4を省略して配線基板2が下クランパ17に支持されるようにしても良い。   In the joining apparatus 1A, the plurality of electronic components 3 are arranged on each of the clamp surfaces 17a of the plurality of lower clampers 17, but it may be difficult to arrange the electronic components 3 if the thickness is small. Therefore, in the present embodiment, the electronic component 3 is mounted on the wiring substrate 2 by using the substrate holding plate 45 and holding the workpiece W thereon. Note that when the wiring board 2 having high rigidity and little bending like a ceramic substrate is used, the board holding plate 4 may be omitted and the wiring board 2 may be supported by the lower clamper 17.

次に、本実施形態における接合装置1Bを用いて、積層された配線基板2および複数の電子部品3を含むワークWをクランプして各部材を一括で接合する接合方法と共に、配線基板2に電子部品3を実装する電子部品3の実装方法(半導体装置7の製造方法)について図4〜図6および図10〜図12を参照して具体的に説明する。図10〜図12は、図4〜図6の動作中の接合装置1BにおけるワークWに対応しており、配線基板2と電子部品3を上下逆にして、その要部を拡大して示している。   Next, the bonding apparatus 1B according to the present embodiment is used to clamp the workpiece W including the stacked wiring board 2 and the plurality of electronic components 3 to bond the members together, and to the wiring board 2 with electrons. A method for mounting the electronic component 3 for mounting the component 3 (a method for manufacturing the semiconductor device 7) will be specifically described with reference to FIGS. 4 to 6 and FIGS. 10 to 12 correspond to the workpiece W in the joining apparatus 1B in operation of FIGS. 4 to 6, and the wiring board 2 and the electronic component 3 are turned upside down and the main part is shown enlarged. Yes.

まず、図10に示すように、配線基板2の複数の接続パッド5と対応する各電子部品3の複数の接続バンプ6とを対向して位置合わせして、配線基板2上に接着層4(例えば、NCFやNCP)を介して接着されたワークWを準備する。続いて、図4に示すように、上クランパ16と下クランパ17とが離間した状態で、図示しない搬送装置によって下クランパ17にワークWを載置する。この際、複数の電子部品3がそれぞれホーン44の複数の突起部44aと対向して配置される。   First, as shown in FIG. 10, a plurality of connection pads 5 of the wiring board 2 and a plurality of connection bumps 6 of each electronic component 3 corresponding to each other are aligned to face each other, and an adhesive layer 4 ( For example, a workpiece W bonded via NCF or NCP) is prepared. Subsequently, as shown in FIG. 4, the workpiece W is placed on the lower clamper 17 by a transport device (not shown) in a state where the upper clamper 16 and the lower clamper 17 are separated from each other. At this time, the plurality of electronic components 3 are arranged to face the plurality of protrusions 44 a of the horn 44, respectively.

続いて、クランパ機構10により上ベース21および下ベース28を近接させることで、シール機構14によりクランプされたワークWを内包する空間37をシールする。また、図5に示すように、上クランパ16(ホーン44)および下クランパ17でワークWを挟み込んでクランプし、図11に示すように、接着層4を接続バンプ6で押し出して接続パッド5と接続バンプ6とを当接させる。   Subsequently, the space 37 containing the workpiece W clamped by the seal mechanism 14 is sealed by bringing the upper base 21 and the lower base 28 close to each other by the clamper mechanism 10. Further, as shown in FIG. 5, the workpiece W is sandwiched and clamped by the upper clamper 16 (horn 44) and the lower clamper 17, and the adhesive layer 4 is pushed out by the connection bumps 6 as shown in FIG. The connection bumps 6 are brought into contact with each other.

その後、圧縮機構15によりシールされた空間37に圧縮空気を導入して圧縮空間37を形成する。次いで、振動機構13(超音波振動子32)により、ワークWに超音波振動(例えば、20〜100kHz程度)を加えて接続パッド5および接続バンプ6を振動させる。   Thereafter, compressed air 37 is formed by introducing compressed air into the space 37 sealed by the compression mechanism 15. Next, the vibration mechanism 13 (ultrasonic vibrator 32) applies ultrasonic vibration (for example, about 20 to 100 kHz) to the workpiece W to vibrate the connection pads 5 and the connection bumps 6.

続いて、図6および図12に示すように、クランパ機構10により上ベース21および下ベース28を図5の状態から更に近接させることで、下クランパ17、支持プレート22および断熱ブロック23は、加圧機構11(昇降機構24)の押圧力(第1押圧力)に抗して押し下げられて支持プレート22が下ベース28に当接する位置まで押し下げられる。次いで、加熱機構12により加熱された接続パッド5および接続バンプ6に対して、第1押圧力より高い第2押圧力で加圧機構11を駆動させて上クランパ16および下クランパ17でさらに加圧して接合させると共に、接着層4を加熱硬化させる。   Subsequently, as shown in FIGS. 6 and 12, the lower clamper 17, the support plate 22, and the heat insulating block 23 are added by bringing the upper base 21 and the lower base 28 closer to each other from the state of FIG. It is pushed down against the pressing force (first pressing force) of the pressure mechanism 11 (elevating mechanism 24) and is pushed down to a position where the support plate 22 contacts the lower base 28. Next, the pressurization mechanism 11 is driven by the second pressing force higher than the first pressing force, and the upper clamper 16 and the lower clamper 17 further pressurize the connection pads 5 and the connection bumps 6 heated by the heating mechanism 12. And the adhesive layer 4 is cured by heating.

このように接合装置1Bを用いて、配線基板2上で接着された複数の電子部品3を含むワークWに対してクランプして、各部材を一括で接合する。これにより、配線基板2に電子部品3が実装され、半導体装置7が製造される。   Thus, using the joining apparatus 1B, it clamps with respect to the workpiece | work W containing the some electronic component 3 adhere | attached on the wiring board 2, and each member is joined collectively. Thereby, the electronic component 3 is mounted on the wiring board 2 and the semiconductor device 7 is manufactured.

このように、接合装置1Bを用いて、配線基板2の接続パッド5と電子部品3の接続バンプ6とを接合して、配線基板2に電子部品3を実装することで、前記実施形態1における接合装置1Aと同様に、ワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6間の接続信頼性を向上することができる。   In this way, by using the bonding apparatus 1B, the connection pads 5 of the wiring board 2 and the connection bumps 6 of the electronic component 3 are bonded, and the electronic component 3 is mounted on the wiring board 2, so that in the first embodiment. Similar to the bonding apparatus 1A, the connection reliability between the connection pads 5 and the connection bumps 6 provided on the workpiece W can be improved.

(実施形態3)
本実施形態における下クランパについて図7〜図9を参照して説明する。前記実施形態1における下クランパ17は単体で構成されていたが、本実施形態における下クランパ17Aは、ワークWに超音波振動を加えるピン状の加振用部材51と、加振用部材51が挿入され、ワークWに当接する筒状の加圧用部材52とを含んで構成されている。なお、加振用部材51は超音波振動子31と接続されており、加圧用部材52は昇降機構24と接続されている。
(Embodiment 3)
The lower clamper in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Although the lower clamper 17 in the first embodiment is configured as a single unit, the lower clamper 17A in the present embodiment includes a pin-like vibration member 51 that applies ultrasonic vibration to the workpiece W, and a vibration member 51. A cylindrical pressurizing member 52 that is inserted and abuts against the workpiece W is configured. The vibrating member 51 is connected to the ultrasonic transducer 31, and the pressing member 52 is connected to the lifting mechanism 24.

図2を参照して説明した、ワークWに超音波振動を加えて接続パッド5および接続バンプ6を振動させる工程では、加圧用部材52に対して相対的に加振用部材51を突き出し、加振用部材51が当接した状態でワークWに超音波振動を加える(図7参照)。また、図3を参照して説明した、加熱された接続パッド5および接続バンプ6に対して、上クランパ16および下クランパ17で加圧して接合させると共に、接着層4を加熱硬化させる工程では、加振用部材51からに対して相対的に加圧用部材52を突き出し(図8参照)、さらに突き出した加圧用部材52が電子部品3に当接した状態で接続パッド5および接続バンプ6を加圧する(図9参照)。   In the step of applying ultrasonic vibration to the workpiece W to vibrate the connection pads 5 and the connection bumps 6 as described with reference to FIG. Ultrasonic vibration is applied to the workpiece W in a state where the vibration member 51 is in contact (see FIG. 7). Further, in the step of pressurizing and joining the heated connection pads 5 and the connection bumps 6 with the upper clamper 16 and the lower clamper 17 as described with reference to FIG. The pressurizing member 52 is protruded relative to the vibration member 51 (see FIG. 8), and the connecting pad 5 and the connecting bump 6 are added while the protruding pressurizing member 52 is in contact with the electronic component 3. Pressure (see FIG. 9).

前記実施形態1では、加熱された接続パッド5および接続バンプ6に対して、上クランパ16および下クランパ17で加圧する際、下クランパ17はロッド33を介して超音波振動子32に接続されているので、超音波振動子32が熱膨張して、精度良く加圧できない場合がある。そこで、本実施形態における下クランパ17Aでは、加振用と加圧用に分けて、加振用部材51と加圧用部材52を設けることで、精度良く加圧して接合することができ、ワークWに設けられた接続パッド5と接続バンプ6間の接続信頼性を向上することができる。また、超音波振動子32への加熱を抑制することもできる。   In the first embodiment, when the heated connection pad 5 and the connection bump 6 are pressed by the upper clamper 16 and the lower clamper 17, the lower clamper 17 is connected to the ultrasonic transducer 32 via the rod 33. Therefore, there are cases where the ultrasonic transducer 32 is thermally expanded and cannot be pressurized accurately. Therefore, in the lower clamper 17A in the present embodiment, the vibration member 51 and the pressure member 52 are provided separately for vibration and pressure, so that the pressure can be accurately applied and bonded to the workpiece W. The connection reliability between the provided connection pad 5 and the connection bump 6 can be improved. In addition, heating of the ultrasonic transducer 32 can be suppressed.

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、前記実施形態では、積層された第1および第2部材を含むワークをクランプして各部材を一括で接合する接合方法において、第1部材を配線基板2とした場合について説明した。これに限らず、第1部材として、例えば、有機基板やセラミック基板のような無機基板などの他の種類の基板(配線基板)、リードフレーム、または半導体ウエハであっても良い。また、第1、第2部材にさらに第3部材を積層する場合であっても良い。例えば、第1部材を配線基板とし、第2、第3部材を半導体チップとしても良い。   For example, in the above-described embodiment, a case has been described in which the first member is the wiring board 2 in the joining method in which the workpieces including the stacked first and second members are clamped and the members are joined together. For example, the first member may be another type of substrate (wiring substrate) such as an inorganic substrate such as an organic substrate or a ceramic substrate, a lead frame, or a semiconductor wafer. Moreover, the case where a 3rd member is further laminated | stacked on a 1st, 2nd member may be sufficient. For example, the first member may be a wiring board, and the second and third members may be semiconductor chips.

また、例えば、前記実施形態1では下クランパ17側からワークWに加振し、前記実施形態2では上クランパ16側からワークWを加振した場合について説明したが、それらを組み合わせて上クランパ16および下クランパ17の両側からワークWを加振しても良い。両側から加振することでより異物を除去することができる。   For example, in the first embodiment, the case where the workpiece W is vibrated from the lower clamper 17 side and the workpiece W is vibrated from the upper clamper 16 side has been described in the second embodiment. The workpiece W may be vibrated from both sides of the lower clamper 17. Foreign matter can be removed more by applying vibration from both sides.

1A、1B 接合装置
2 配線基板(第1部材)
3 電子部品(第2部材)
4 接着層
5 接続パッド(第1接続端子)
6 接続バンプ(第2接続端子)
16 上クランパ(第1クランパ)
17、17A 下クランパ(第2クランパ)
31 ヒータ
32 超音波振動子
W ワーク
1A, 1B Bonding device 2 Wiring board (first member)
3 Electronic parts (second member)
4 Adhesive layer 5 Connection pad (first connection terminal)
6 Connection bump (second connection terminal)
16 Upper clamper (first clamper)
17, 17A Lower clamper (second clamper)
31 Heater 32 Ultrasonic vibrator W Work

Claims (9)

第1部材と前記第1部材上で接着された複数の第2部材とを含むワークをクランプして各部材を一括で接合する接合装置であって、
前記第1部材に対応して前記ワークをクランプする第1クランパと、
前記第1クランパと対向し、前記複数の第2部材のそれぞれに対応して前記ワークをクランプする複数の第2クランパと、
前記第1クランパ側から、クランプされた前記ワークを加熱するヒータと、
前記第1または第2クランパの少なくともいずれか一方の側から、クランプされた前記ワークに超音波振動を加える超音波振動子と、
前記第1クランパと前記複数の第2クランパの周囲に設けられ、クランプされた前記ワークが内包される密閉空間を形成するシール機構と、
を備えることを特徴とする接合装置。
A joining apparatus that clamps a workpiece including a first member and a plurality of second members bonded on the first member and collectively joins the members,
A first clamper for clamping the workpiece corresponding to the first member;
A plurality of second clampers facing the first clamper and clamping the workpiece corresponding to each of the plurality of second members;
A heater for heating the clamped workpiece from the first clamper side;
An ultrasonic transducer for applying ultrasonic vibration to the clamped workpiece from at least one side of the first or second clamper;
A seal mechanism that is provided around the first clamper and the plurality of second clampers and forms a sealed space in which the clamped workpiece is contained;
A joining apparatus comprising:
請求項1記載の接合装置において、
前記シール機構に形成された流路を通じて、シールされた空間内に圧縮空気を導入するコンプレッサと、を更に備えていることを特徴とする接合装置。
The joining apparatus according to claim 1,
And a compressor for introducing compressed air into the sealed space through a flow path formed in the sealing mechanism.
請求項1または2記載の接合装置において、
前記超音波振動子と接続され、前記複数の第2クランパと対向するそれぞれの位置に前記ワークに当接する突起部が形成されたホーンが、前記第1クランパに設けられていることを特徴とする接合装置。
The joining apparatus according to claim 1 or 2,
The first clamper is provided with a horn that is connected to the ultrasonic transducer and has protrusions that are in contact with the workpiece at respective positions facing the plurality of second clampers. Joining device.
請求項1、2または3記載の接合装置において、
前記複数の第2クランパはそれぞれ、前記ワークに超音波振動を加えるピン状の加振用部材と、前記加振用部材が挿入され、前記ワークに当接する筒状の加圧用部材とを含んで構成されていることを特徴とする接合装置。
The joining device according to claim 1, 2, or 3,
Each of the plurality of second clampers includes a pin-like vibration member for applying ultrasonic vibration to the workpiece, and a cylindrical pressure member into which the vibration member is inserted and abutted against the workpiece. It is comprised, The joining apparatus characterized by the above-mentioned.
積層された第1および第2部材を含むワークをクランプして各部材を一括で接合する接合方法であって、
(a)前記第1部材の複数の第1接続端子と対応する各前記第2部材の複数の第2接続端子とを対向して位置合わせして、前記第1部材上に接着層を介して前記複数の第2部材を接着したワークを準備する工程と、
(b)前記ワークを内包する空間をシールすると共に、前記第1部材に対する第1クランパと前記複数の第2部材にそれぞれ対する複数の第2クランパとで前記ワークを挟み込んで加圧する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記ワークに超音波振動を加えて、互いに当接された前記第1接続端子および前記第2接続端子を振動させる工程と、
(d)前記(c)工程後、前記第1クランパと前記複数の第2クランパとで前記ワークをさらに加圧して、加熱された前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接合させると共に、前記接着層を加熱硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。
A joining method for clamping a workpiece including stacked first and second members and joining the members together,
(A) A plurality of first connection terminals of the first member and a plurality of second connection terminals of the second members corresponding to each other are aligned to face each other, and an adhesive layer is interposed on the first member. Preparing a work to which the plurality of second members are bonded;
(B) sealing the space containing the workpiece, and sandwiching and pressing the workpiece with a first clamper for the first member and a plurality of second clampers for the plurality of second members,
(C) after the step (b), applying ultrasonic vibration to the workpiece to vibrate the first connection terminal and the second connection terminal that are in contact with each other;
(D) After the step (c), the workpiece is further pressurized by the first clamper and the plurality of second clampers to join the heated first connection terminal and the second connection terminal. A step of heat-curing the adhesive layer;
A bonding method comprising:
請求項5記載の接合方法において、
前記(c)工程では、加熱された前記第1接続端子または前記第2接続端子の少なくともいずれか一方が溶融するまで、前記ワークに超音波振動を加えることを特徴とする接合方法。
The joining method according to claim 5, wherein
In the step (c), an ultrasonic vibration is applied to the workpiece until at least one of the heated first connection terminal and the second connection terminal is melted.
請求項5または6記載の接合方法において、
前記(b)工程では、シールされた前記空間に圧縮空気を導入して圧縮空間を形成し
前記(c)工程では、前記圧縮空間内で前記ワークに超音波振動を加えることを特徴とする接合方法。
In the joining method according to claim 5 or 6,
In the step (b), compressed air is introduced into the sealed space to form a compressed space, and in the step (c), ultrasonic vibration is applied to the workpiece in the compressed space. Method.
請求項5または6記載の接合方法において、
前記(b)工程では、シールされた前記空間を減圧して圧縮空気を導入して圧縮空間を形成し、
前記(c)工程では、前記圧縮空間内で前記ワークに超音波振動を加えることを特徴とする接合方法。
In the joining method according to claim 5 or 6,
In the step (b), the sealed space is decompressed and compressed air is introduced to form a compressed space,
In the step (c), an ultrasonic vibration is applied to the workpiece in the compression space.
請求項5〜8のいずれか一項に記載の接合方法において、
前記第2クランパは、前記ワークに超音波振動を加えるピン状の加振用部材と、前記加振用部材が挿入され、前記ワークに当接する筒状の加圧用部材とを含んで構成されており、
前記(c)工程では、前記加圧用部材に対して相対的に前記加振用部材を突き出し、前記加振用部材が当接した状態で前記ワークに超音波振動を加え、
前記(d)工程では、前記加振用部材からに対して相対的に前記加圧用部材を突き出し、前記加圧用部材が当接した状態で前記第1接続端子および前記第2接続端子を加圧することを特徴とする接合方法。
In the joining method according to any one of claims 5 to 8,
The second clamper includes a pin-shaped vibration member that applies ultrasonic vibration to the workpiece, and a cylindrical pressure member that is inserted into the vibration member and contacts the workpiece. And
In the step (c), the vibration member is protruded relative to the pressurizing member, and ultrasonic vibration is applied to the workpiece while the vibration member is in contact with the pressure member.
In the step (d), the pressure member is protruded relatively to the vibration member, and the first connection terminal and the second connection terminal are pressurized in a state where the pressure member is in contact with the vibration member. The joining method characterized by the above-mentioned.
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