JP4517860B2 - 超音波ボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を荷重と超音波振動によって基板にボンディングする超音波ボンディング装置に関するものである。

電子部品を基板に実装する方法として、超音波ボンディングによる方法が知られている。この方法によって電子部品を実装する場合には、電子部品を基板に設けられた電極に押圧しながら電子部品に超音波振動を印加し、電子部品と電極との接触面を相互に摩擦させることにより接触面が接合される。

ところで、基板に実装される電子部品の種類・形状には様々なバリエーションがあるが、従来より超音波ボンディングによって実装される電子部品の種類は、バンプが設けられたフリップチップなどに代表される矩形部品が主であった。しかしながら近年超音波接合の対象範囲を拡大し、矩形部品以外の長尺部品などを超音波接合の対象として安定したボンディング品質を実現することが求められるようになっている。

そこで本発明は、長尺の電子部品を対象とした超音波ボンディングを安定したボンディング品質で行える超音波ボンディング装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波ボンディング装置は、長尺形状の電子部品に荷重と超音波振動を作用させることによりこの電子部品を基板にボンディングする超音波ボンディング装置であって、棒状のボンディングツールと、このボンディングツールに設けられ前記電子部品の長辺方向に沿ってこの電子部品の上面に当接する接合作用部と、前記ボンディングツールの端部に装着され前記接合作用部に対して前記長辺方向と略直交する方向に超音波振動を付与する振動付与手段とを備え、前記接合作用部が前記ボンディングツールから前記長辺方向の両側に張り出している。

本発明によれば、電子部品の長辺方向に沿ってこの電子部品の上面に当接する接合作用部に、振動付与手段により長辺方向と略直交する方向に超音波振動を付与することにより、電子部品に伝達される超音波振動を均一にし、安定したボンディング品質を確保することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置の正面図、図２（ａ）は本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置の部分斜視図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置によってボンディングされる半導体チップの斜視図、図３（ａ）は本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置のボンディングツールの部分平面図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置のボンディングツールの部分側面図、図４は本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置のボンディングツールにおける振動伝達の説明図である。

まず図１，図２を参照して、超音波ボンディング装置の構造について説明する。図１に
おいて、位置決めテーブル１上には基板保持部２が装着されており、基板保持部２はガラス基板３を保持している。ガラス基板３は表示パネルであり、２枚のガラス板３ａ，３ｂより構成される。図２（ａ）に示すようにガラス板３ａの縁部には電極３ｃが列状に形成されており、電極３ｃにはドライバ用の半導体チップ４のバンプ４ａ（図１参照）が接合される。図２（ｂ）に示すように、半導体チップ４は長辺寸法Ａが短辺寸法Ｂに比べて大きい長尺形状の電子部品である。

位置決めテーブル１の上方には、ボンディング部５が配設されている。ボンディング部５は、昇降・押圧機構６によって昇降動作を行う昇降ブロック７の下面に、棒状のボンディングツール８を装着して構成されており、ボンディングツール８の一方側の端部には超音波振動子１０が装着されている。超音波振動子１０を駆動することにより、ボンディングツール８には超音波振動が伝達される。

ボンディングツール８の下面の中央部には、下方に突出した突部８ａが形成されており、突部８ａの下面には接合作用部９が固着されている。接合作用部９の下面には吸着孔９ａ（図３（ｂ）参照）が形成されており、接合作用部９を半導体チップ４の上面に沿ってこの半導体チップ４の上面に当接させた状態で吸着孔９ａから真空吸引することにより、図２に示すように、接合作用部９は半導体チップ４を真空吸着により保持する。

接合作用部９に半導体チップ４を保持させた状態のボンディングツール８に対してガラス基板３を位置合わせし、ボンディングツール８を下降させることにより、半導体チップ４のバンプ４ａはガラス板３ａの電極３ｃ上に着地する。そして昇降・押圧機構６によってボンディングツール８をガラス板３ａに対して押圧した状態で、超音波振動子１０を駆動することにより、半導体チップ４はガラス板３ａにボンディングされ、半導体チップ４のバンプ４ａは電極３ｃと導通する。

表示パネル用のガラス基板３への半導体チップの実装に、超音波ボンディングを適用することにより、従来の熱硬化性の接着材を用いる実装方法と比較して、接着材を加熱・冷却する過程で生じる残留変形が生じることがなく、実装後の品質を良好に確保することができる。

図３を参照して、この半導体チップ４のボンディングにおける超音波振動の付与方向について説明する。図３に示すように、ボンディングツール８は細長形状の棒状体であり、その一端部に装着された超音波振動子１０を駆動することにより、ボンディングツール８には矢印ａ方向に超音波振動（縦振動）が付与される。そしてこの超音波振動は、図３（ｂ）に示すようにボンディングツール８の下面に設けられた突部８ａを介して接合作用部９に伝達され、接合作用部９の下面に当接した半導体チップ４に印加される。図３（ａ）に示すように、接合作用部９はボンディングツール８から半導体チップ４の長辺方向の両側に張り出している。

ここで接合作用部９は、ボンディングツール８の軸方向に対して略９０度の角度αで固定されており、超音波振動子１０を駆動することにより、ボンディングツール８を介して、接合作用部９に対して半導体チップ４の長辺方向（図３（ａ）において直線ｂ方向）と略直交する方向に超音波振動が付与される。したがって、ボンディングツール８及び超音波振動子１０は、接合作用部９に対して長辺方向と略直交する方向に超音波振動を付与する振動付与手段となっている。

表示パネルのドライバとして用いられる半導体チップ４のような長尺の電子部品を対象とした専用の接合作用部９の配設方向と超音波振動の付与方向とを上記のように設定することにより、以下に説明するような効果を得る。図４は、ボンディングツール８に矢印ａ
方向の超音波振動を付与した場合の、ボンディングツール８から下方に突出した部分（突部８ａ及び接合作用部９）の挙動を示している。図４（ａ）に示すように矢印ａ方向に縦振動が印加されると、ボンディングツール８の本体から片持ち形状で突出した突部８ａ、接合作用部９には、片持ち部分の中心軸線Ｎを中性軸とする矢印ｃ方向の曲げ振動が誘起される。

そしてこの曲げ振動により、接合作用部９の下面には図４（ｂ）に示すように垂直方向の変位を生じる。このとき、下面に生じる最大変位ｄは、中心軸線Ｎからの距離が最大の位置に生じる。したがって、振動付与方向（矢印ａ方向）の断面における接合作用部９の幅寸法Ｂが最も小さくなるような方向、すなわち、接合作用部９の長辺方向と略直交する方向に超音波振動が付与されるように接合作用部９を配列することにより、接合作用部９の下面に生じる垂直変位を最小にして電子部品に伝達される超音波振動を均一にし、超音波ボンディングの品質を安定させることができる。

本発明によれば、電子部品の長辺方向に沿ってこの電子部品の上面に当接する接合作用部に、振動付与手段により長辺方向と略直交する方向に超音波振動を付与することにより、電子部品に伝達される超音波振動を均一にし、安定したボンディング品質を確保することができ、基板に対する電子部品のボンディング装置として有用である。

本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置の正面図 （ａ）本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置の部分斜視図（ｂ）本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置によってボンディングされる半導体チップの斜視図 （ａ）本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置のボンディングツールの部分平面図（ｂ）本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置のボンディングツールの部分側面図 本発明の一実施の形態における超音波ボンディング装置のボンディングツールにおける振動伝達の説明図

符号の説明

２ 基板保持部
３ ガラス基板
４ 半導体チップ
５ ボンディング部
６ 昇降・押圧機構
８ ボンディングツール
９ 接合作用部
１０ 超音波振動子

Claims (1)

1. 長尺形状の電子部品に荷重と超音波振動を作用させることによりこの電子部品を基板にボンディングする超音波ボンディング装置であって、棒状のボンディングツールと、このボンディングツールに設けられ前記電子部品の長辺方向に沿ってこの電子部品の上面に当接する接合作用部と、前記ボンディングツールの端部に装着され前記接合作用部に対して前記長辺方向と略直交する方向に超音波振動を付与する振動付与手段とを備え、前記接合作用部が前記ボンディングツールから前記長辺方向の両側に張り出していることを特徴とする超音波ボンディング装置。
   

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