JP3538705B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents

電子部品の製造方法

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  • Wire Bonding (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基板上に素子を
取り付ける工程を含む電子部品の製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電子部品の製造工程における基
板の取扱方法には、複数個の電子部品用の基板を一体と
した集合基板を扱う方法と、各電子部品ごとに分割した
個別の基板を扱う方法とがある。後者の方法によって電
子部品を製造する場合、従来、個々の基板を一括して扱
うために、例えば図６に示すような、電子部品やその構
成部品を保持する保持治具が用いられていた。図６にお
いて１１は金属性トレーであり、複数の部品を配置する
ためのキャビテイ１２をプレス成形などによって予め形
成している。このような保持治具を用いて、半導体チッ
プ等をワイヤーボンドするような場合、トレー１１に基
板を配置し、各基板上に半導体チップをダイボンドし、
さらにワイヤボンドすることになるが、これらの工程で
基板３をトレー１１に固定しておく必要があるため、ト
レー１１の上面に、基板の配置位置に対応して設けた孔
１４および個々の基板を固定するための押さえ爪１５を
形成した押さえ治具１３を被せるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、トレーに形
成した凹形状のキャビテイ内に基板を配置する場合、基
板の出し入れの容易性や寸法交差を考慮すれば、キャビ
テイと基板との間にクリアランスが必要となる。そのた
め、キャビテイ内部における基板の位置にバラツキが生
じ、しかもトレーを工程間で移動させる際に基板が変位
するため、キャビテイ内部における基板の座標位置が工
程ごとに異なってしまう。その結果、各工程における自
動化に際して位置認識のエラーが生じやすく、エラー修
正などのための新たな工程が必要となる。
【０００４】また、図６に示したような押さえ爪１５に
よって基板を押さえる場合には、基板に押さえ代（し
ろ）が必要となる。そのため、押さえ代分の余分なスペ
ースが必要となって、電子部品の小型化が困難となる。
特に、押さえ爪を必要以上に小型化すると基板を確実に
押さえることができなくなるため、基板サイズが小型に
なるほど、基板サイズに対する押さえ代の占める面積比
が高くなって小型化が阻まれる。
【０００５】さらに、上記キャビテイは基板のサイズと
複数の基板の配置パターンなどによって定められるた
め、一品種の電子部品に対して専用のトレーが必要とな
り、汎用性に欠けている。そのためトレー作成のための
加工費・材料費および金型費などのコストが非常に嵩む
ことになる。
【０００６】この発明の目的は、上述した問題点を解消
して、生産性に優れ、電子部品の小型化を容易とし、製
造コストを削減できるようにした、電子部品の製造方法
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、少なくとも
表面部が粘着性を示す弾性材を硬質のプレート上に積層
してなる保持治具を用い、弾性材の表面に、該表面の粘
着力により基板を保持した状態で、基板上に素子を取り
付けて電気的に接続するようにしたものである。
【０００８】また、この発明は、前記取付工程におい
て、電気的接続を行う接合部に超音波を印加する。これ
により、小型の電子部品においても、所定の接合強度を
保つ。
【０００９】また、この発明は、前記弾性材の硬度をゴ
ム硬度３０度以上とする。これにより、粘着保持状態の
基板の振れを抑え、また、超音波エネルギーの吸収を抑
える。
【００１０】また、この発明は、前記保持治具を耐熱温
度２５０℃の耐熱性材料で構成する。これにより、たと
えば加熱を要するワイヤボンドまたはバンプ接続により
基板上に素子を取り付けることができ、その接合に要す
る時間を短縮化し、接合強度を増す。
【００１１】
【００１２】また、この発明は、前記弾性材の主材料を
シリコーン系樹脂とする。これにより、弾性材の経時劣
化を防止し、安定性を高める。
【００１３】また、この発明は、ワイヤーボンド工程に
より、前記基板上に前記素子を電気的に接続する。これ
により、上面にパッドを有する素子を基板上の電極に電
気的に接続する。
【００１４】また、この発明は、バンプ接続工程によ
り、前記基板上に前記素子を電気的に接続する。これに
より、下面に接続用電極を有する素子をバンプを介して
基板上の電極に電気的に接続する。
【００１５】
【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る電子部品の
製造方法を図１〜図４を参照して説明する。図１は基板
を保持する保持治具の構成を示す斜視図である。図１に
おいて１は金属製の硬質のプレート、２はプレート１の
上面に積層した弾性材である。この弾性材としては、Ｊ
ＩＳ Ｋ ６２５３「加硫ゴムの硬さ試験方法」に規定
されているタイプＡデュロメータ硬さ試験で、ゴム硬度
が３０度以上であることが望ましい。なお、後述するよ
うに、弾性材２の厚みによっては、下地であるプレート
１の影響を受けるが、実質上のゴム硬度を３０度以上と
する。
【００１６】具体的には、シリコーン系樹脂を主材料と
する耐熱温度２５０℃の耐熱性を有するゴムを用いる。
【００１７】図１において３は個々の電子部品の構成部
品である基板であり、弾性材２の表面に配置している。
弾性材２にシリコーンゴムのような弾性率の低いゴム材
料を用いた場合、反発弾性が低くなると同時に粘性を備
える。この粘性によって、弾性材表面に基板３を粘着さ
せる。例えば軟質シリコーンゴムの場合、１〜１０ｇ／
ｍｍ2 程度の粘着力を示す。弾性材２に対する基板３の
配置は手作業によって行ってもよいが、画像処理等によ
って基板の位置および向きを自動抽出する際の処理時間
を短縮するとともに、手作業の作業工数を減らすため
に、マウンタによって行うことが望ましい。
【００１８】基板３としては、例えばガラスエポキシ系
等の樹脂基板、アルミナ等のセラミック基板またはそれ
らを積層したものなど任意の基板を用いることができ
る。また、基板３の所定位置に予め受動素子などの任意
の電子部品を搭載しておいてもよい。
【００１９】このように、平板である硬質のプレート１
の上面に弾性材を積層したことにより、弾性材表面の平
面性が高まり、弾性材上へ配置する基板の位置精度およ
び基板上へ取り付ける素子の位置精度を低下させること
がない。
【００２０】図２は基板上に素子をダイボンドおよびワ
イヤボンドにより取り付ける電子部品の製造手順を示し
ている。
【００２１】まず、基板マウント工程では、（ａ）に示
すように、マウンタを用いて弾性材２の表面の所定位置
に複数の基板３を配置する。このマウンタは、基板など
のワークを所定位置で吸着し、移動させ、必要に応じて
回転させ、所定位置に載置する機能を備えた汎用のマシ
ンである。図中４はマウンタの真空吸着用のノズルを示
している。すなわちマウンタは、複数の基板を収納した
カートリッジから基板を１枚ずつ真空吸着し、その基板
を弾性材２の所定位置に載置する作業を繰り返し行う。
これにより図１に示したように、弾性材２の表面に複数
の基板３を配置する。弾性材２の表面は粘着性を有して
いるため、マウンタが弾性材２の表面に基板を順次載置
するだけで、複数の基板を固定配置することができる。
【００２２】なお、弾性材のゴム硬度は３０度以上であ
るため、弾性材上で基板が弾性材表面方向またはそれに
垂直な方向に殆ど振れることがなく、基板の位置精度を
高く保つことができる。
【００２３】続くダイボンド工程では、（ｂ）に示すよ
うに、基板３の上に半導体チップなどの素子４をダイボ
ンドする。図中の１７は、素子４を所定位置からピック
アップして基板上に載置するためのマウンタのノズルで
ある。このダイボンド工程には、素子４を基板３の所定
位置に接着する接着剤を硬化させるための加熱工程を含
む。このため、弾性材２の耐熱温度は、ダイボンド工程
における加熱温度１００〜２００℃より高くなるよう
に、耐熱温度２５０℃の耐熱性材料を用いる。
【００２４】続くワイヤボンド工程では、（ｃ）に示す
ように、素子４の上面に露出しているボンディングパッ
ドと基板３上に形成している電極との間をボンディング
ワイヤ５で接続する。図中の１８はワイヤボンダーのキ
ャピラリイを示している。このワイヤボンド工程におけ
る加熱温度も１００〜２００℃であり、弾性材２の耐熱
温度は、この温度より高い。
【００２５】素子４は、例えば半導体素子、圧電素子、
誘電体素子、またはガラス素子などであり、基板上に取
り付けて電気的に接続する素子であれば任意の素子に適
用できる。
【００２６】さらにワイヤボンディングの方法も、例え
ばボールボンディング法やウェッジボンディング法等の
各種ワイヤボンディング法が適用できる。これらのワイ
ヤボンディング工程には、ワイヤーの接合部に対して超
音波を印加する工程を含む。
【００２７】図３はゴム硬度とワイヤの接合強度との関
係を示している。測定条件としては６０ｋＨｚの超音波
を印加した通常のワイヤボンディング法によりボンディ
ングを行い、弾性材のゴム硬度が複数段階に異なる複数
のサンプルについてワイヤ・プル強度（ワイヤ引っ張り
試験により測定した強度）を測定した。また弾性材２お
よびプレート１を用いないで、従来の金属製のトレーを
用いてワイヤボンディングした場合のワイヤ・プル強度
をモニターの値として示している。
【００２８】この図３に示す結果から、弾性材のゴム硬
度が２８度以下ではワイヤーの接合強度が劣化するが、
ゴム硬度が３０度以上の範囲についてはモニタと同等の
強度が得られることがわかる。したがって弾性材のゴム
硬度を３０度以上とすることが望ましい。
【００２９】図４は、上記弾性材のゴム厚みとゴム硬度
との関係を示している。ＪＩＳ Ｋ６２５３の規定によ
るゴム硬度は、ゴム厚が６ｍｍ以上の範囲で一定の値を
示し、６ｍｍ未満では下地の影響を受けて、厚みが減少
するに伴って実質上のゴム硬度が増加傾向を示す。ここ
では、弾性材自体のゴム硬度は重要ではなく、実質上の
ゴム硬度が重要となる。したがって図４に示す例では、
ゴム厚が６ｍｍ以上の弾性材を用いる場合には、ゴム
Ａ，Ｂ，Ｃを用いるが、ゴム厚が約３ｍｍ未満の弾性材
を用いる場合にはゴムＤを用いることもできる。同様
に、ゴム厚が約１．８ｍｍ未満の場合にはゴムＥを用い
ることもできる。
【００３０】以上に示したように、基板３を弾性材２表
面の粘着力により保持するようにしたため、基板３の位
置バラツキや工程間における移動が防止され、特に基板
マウント工程においてマウンタを利用することにより、
その整列性（ピッチ間隔や回転位置等の安定性）が良好
となり、各工程の自動化における認識エラーが抑制され
る。
【００３１】また基板３を押さえ爪などによって押さえ
るための押さえ代を必要としないため、無駄なスペース
がなくなり、電子部品の小型化が容易となる。
【００３２】また基板３のサイズや配置パターンが異な
っても、共通の保持治具を用いることができるため、製
造コストが削減できる。
【００３３】さらに弾性材のゴム硬度を３０度以上とし
たことにより、ワイヤボンディングの際の超音波により
生じる接合エネルギが弾性材にほとんど吸収されずに、
従来の金属性トレーを用いた場合と同等の接合強度が得
られる。また、弾性材２の主材料をシリコーン系の樹脂
として、保持治具に耐熱性を持たせることにより、既存
のダイボンド工程やワイヤボンド工程における加熱工程
に適合できる。
【００３４】次に、第２の実施形態に係る電子部品の製
造方法を図５を参照して説明する。図５は、基板上に素
子をバンプ接続により取り付ける電子部品の製造方法の
手順を示している。
【００３５】まず、基板マウント工程では、（ａ）に示
すように、マウンタを用いて弾性材２の表面の所定位置
に複数の基板３を配置する。図中４はマウンタの真空吸
着用のノズルを示している。
【００３６】続いて（ｂ）に示すように、予めバンプ６
を設けた素子４を基板３上の所定位置にバンプ接合す
る。すなわちフリップチップボンディングする。図中の
１９は素子４を位置決めするとともに、超音波を印加す
るコレットである。このバンプ接合工程で、基板３を１
００〜２００℃に加熱する。このとき、弾性材２の耐熱
温度が２５０℃であるため、弾性材が劣化することはな
い。
【００３７】バンプ電極の種類としては、Ａｕバンプ、
半田バンプ、または樹脂バンプなど任意のものを用いる
ことができる。
【００３８】この超音波により生じる接合エネルギー
は、弾性材２のゴム硬度を３０度以上とすることにより
接合エネルギの吸収が抑えられ、図４に示したワイヤボ
ンディングの場合と同様に、従来の金属性トレーを用い
た場合と同等の接合強度が得られる。
【００３９】なお、実施形態では、弾性材２の下面に硬
質のプレート１を配置したが、このプレートは必ずしも
設ける必要はない。
【００４０】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、生産性
が向上し、電子部品の小型化が容易となり、製造コスト
も削減できる。また、弾性材表面の平面性を高めること
ができ、弾性材上へ配置する基板の位置精度および基板
上へ取り付ける素子の位置精度を低下させることがな
い。
【００４１】請求項２に記載の発明によれば、小型の電
子部品においても、所定の接合強度を保つことができ
る。
【００４２】請求項３に記載の発明によれば、粘着保持
状態の基板の振れを抑え、また、超音波エネルギーの吸
収を抑えることができる。
【００４３】請求項４に記載の発明によれば、基板上に
素子を取り付ける際に加熱することにより、その接合に
要する時間を短縮化するとともに接合強度を増すことが
できる。
【００４４】
【００４５】請求項５に記載の発明によれば、弾性材の
経時劣化が極めて小さく、長期に亘って安定した製造が
可能となる。
【００４６】請求項６に記載の発明によれば、上面にパ
ッドを有する素子を基板上の電極に電気的に接続するこ
とができる。
【００４７】請求項７に記載の発明によれば、下面に接
続用電極を有する素子をバンプを介して基板上の電極に
電気的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る電子部品の製造方法で用
いる保持治具の構成を示す斜視図
【図２】同電子部品の製造方法における各工程の状態を
示す図
【図３】弾性材のゴム硬度とワイヤボンディングの接合
強度との関係を示す図
【図４】弾性材の厚みとゴム硬度との関係を示す図
【図５】第２の実施形態に係る電子部品の製造方法にお
ける各工程の状態を示す図
【図６】従来の電子部品の製造方法で用いる保持治具の
構成を示す斜視図
【符号の説明】
１−プレート ２−弾性材 ３−基板 ４−素子 ５−ワイヤー ６−バンプ １１−トレー １２−キャビテイ １３−押さえ治具 １４−孔 １５−押さえ爪 １６，１７−ノズル １８−キャピラリー １９−コレット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−283599（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−186145（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 311 H01L 21/68

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に素子を取り付けて電気的接続す
    る取付工程を含む電子部品の製造方法であって、 少なくとも表面部が粘着性を示す弾性材を硬質のプレー
    ト上に積層してなる保持治具を用い、前記弾性材の表面
    に、該表面の粘着力により前記基板を保持した状態で、
    前記取付工程を実行する電子部品の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記取付工程において、前記電気的接続
    を行う接合部に超音波を印加するようにした請求項１に
    記載の電子部品の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記弾性材の硬度をゴム硬度３０度以上
    とした請求項１または２に記載の電子部品の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記保持治具を耐熱温度２５０℃の耐熱
    性材料で構成した請求項１、２または３に記載の電子部
    品の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記弾性材の主材料をシリコーン系樹脂
    とした請求項１〜４のうちいずれかに記載の電子部品の
    製造方法。
  6. 【請求項６】 前記取付工程がワイヤーボンド工程であ
    る請求項１〜５のうちいずれかに記載の電子部品の製造
    方法。
  7. 【請求項７】 前記取付工程がバンプ接続工程である請
    求項１〜５のうちいずれかに記載の電子部品の製造方
    法。
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