JPH03150132A - 熱可塑性材料を用いた接合方法 - Google Patents

熱可塑性材料を用いた接合方法

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JPH03150132A
JPH03150132A JP1289669A JP28966989A JPH03150132A JP H03150132 A JPH03150132 A JP H03150132A JP 1289669 A JP1289669 A JP 1289669A JP 28966989 A JP28966989 A JP 28966989A JP H03150132 A JPH03150132 A JP H03150132A
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JP
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electrodes
bonding
ultrasonic vibration
supersonic vibration
semiconductor chip
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English (en)
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Katsumi Miyaki
宮木　克己
Teruo Igarashi
五十嵐　照夫
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Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、超音波振動を用いて接着剤や被接合部材を型
抜きする超音波型抜き接合方法に関する。
８、従来の技術 第７図および第８図は、半導体チップ（第１の部材）を
基板（第２の部材）に接合する方法の−従来例を示す、
第７図に示すように、基板３上に載置された半導体チッ
プｌの両端上部には、紙面と直交する方向に複数の電極
２が所定ピッチで設けられる一方、基板３上には同方向
に複数の電極４が形成されている。
これらの電極２と４とをワイヤ（通常は金）５によりそ
れぞれ接続するに当たり、まず第８図（ａ）に示すよう
に、キャピラリと呼ば九る工具６の孔６ａにワイヤ５を
通し、ワイヤ５の先端部５ａを火花等を用いてボール状
にする。その後、キーヤピラリ６で先端部５ａを電極２
のひとつに押し付け、例えば超音波振動を加えて溶融接
合する。
次に第８図（ｂ）に示すように、キャピラリ６を移動し
て電極４のひとつにワイヤ５を当接させ、上述と同様に
超音波振動を加えてワイヤ５を電極４に溶融接合した後
、キャピラリ６を上昇させてワイヤ５を切断する。以上
の工程を繰り返し行うことにより、半導体チップｌ上の
全ての電極２を基板３上の電極４に接続する。このよう
な接合方法をワイヤボンディング法と呼んでいる。
このワイヤボンディング法は、ワイヤ５により体づつ確
実番；接続するため信頼性が高く、またキャピラリ６の
位置を変更することにより、電極２の配置が異なる種々
の半導体チップの接合に対応できる（汎用性がある）た
め、ｌｔ在最も多用されている。
また第９図および第１０図は、上記半導体チツプｌと基
板３とを接合する方法の他の従来例を示す。
これは、フイルム１１仕に所定ピッチ（上記電極２間の
ピッチと同一ピッチ）で複数の導通線１１２が印刷され
たテープ１１３を用いて接続する方法であり＋　ＴＡＢ
　（丁ａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）
法と呼ばれる。具体的には第１０図（ａ）に示すように
、受は台１１５上に設置された半導体チップｌの複数の
電極２と、テープ１１３の複数の導通線１１２との位置
がそれぞれ一致するようにテープ１１３または半導体チ
ップｌを位置制御した後、ボンディングツール１１４で
テープ１１３を上部から基板１０２に押圧しつつ加熱し
、これにより各電極２と導通線１１２とを一度に接合す
る（インナリードボンディング工程）、その後、テープ
１１３を例えば図示右方向に送り、上述の工程を繰り返
すことによりテープ１１３上に半導体チップｌが連続し
て接合さ九る。
次に、第１Ｏ図（ｂ）の状態となるようにテープ１１３
を切断し、導通線１１２の先端が基板３の各電極４の上
部に位置するよう半導体チップｌあるいは基板３を位置
制御した後、第１０図（ｅ）に示すようにボンディング
ツール１１６で上部から加圧しつつ加熱し、各導通線１
１２と各電極４とを一度に接合する（アウタリードボン
ディング工程）。
さらに従来、熱可塑性樹脂からなる被接合体（第１の部
材）を同種の熱＝ｍ性樹脂から成る基材（第２の部材）
に接合する場合には、型により被接合体を所定の形状に
打抜き、この打ち抜かれた被接合体を別工程で基材に接
合している。
０、発明が解決しようとする課題 しかしながら、半導体チップ１を基板３に接合する上記
２つの方法には、それぞれ以下のような　′問題がある
。
すなわ勉、前者のワイヤボンディング法では。
電極２と電極４とをワイヤ５を用いて体づつ接合するの
で時間がかかり、ニムは今後多ピン化が進むとより大き
な問題となる。一方、後者のＴＡＢ法では、全ての電極
２と電極４とを一度に接合するため接合そのものは短時
間で行なえるが、インナリードボンディング工程および
アウタリードポンディング工程においてそ九ぞれ上述し
たような位置決めが必要であり、この位置決め作業に時
間を要する。さらにボンディングツール、特にアウタリ
ードボンディング工程におけるツール１１６は、半導体
チツプｌの形状に応して変更する必要があり、汎用性に
欠けるという問題がある。
さらに、熱可塑性樹脂から成る被接合体を同種の熱可塑
性樹脂から成る基材に接合する場合には。
被接合体の打抜きと接合とを全く別の関連のない工程で
行なっているため、作業効率が悪いという間層がある。
本発明の技術的課題は、短時間で接合が行えるようにす
るとともに、汎用性を持たせることにある。また本発明
の他の技術的課題は、被接合体の打抜きと接合とを一つ
の工程で行なうことにある。
０、課題を解決するための手段 請求項１の発明は、熱可塑性の接着剤を介して第１の部
材を第２の部材に接合する方法に適用さ九る。そして。
■超音波伝送体で熱可塑性材料を押圧しつつ超音波振動
を与えて熱可塑性材料の押圧された部分のみを発熱溶融
させる工程と。
■超音波振動伝送体により熱可塑性材料の溶融した部分
を第１の部材に押圧して貼着する工程と。
■第１の部材の前記熱可塑性材料が貼着された部分と第
２の部材とを接合する工程とを具備する。
また請求項２の発明は、少なくとも接合面が熱可塑性材
料から成る第１の部材を型抜きして第２の部材に接合す
る方法に適用される。そして、■所定形状の押圧面を有
する超音波伝送体で第１の部材を押圧しつつ超音波振動
を与えて第１の部材の押圧された部分のみを発熱させる
工程と。
■超音波振動伝送体を超音波振動させたままその押圧力
により上記発熱部分を型抜きして第２の部材に押圧して
超音波接合する工程とを具備する。
Ｅ、作用 請求項１の発明は、上記■■■の手順で熱可塑性材料を
第１の部材に貼着してから第１の部材を第２の部材に接
合するようにしたので、例えば上述した半導体チップと
基板との接合では接合時間を短縮できるとともに、汎用
性を持たせることができる。
請求項２の発明は、上記■Ｏの手順で第１の部材を型抜
きして第２の部材に接合するようにしたので、型抜きと
接合とを一連の工程で行なうことができ、作業効率が向
上する。
Ｆ、実施例 −第１の実施例− 第１図〜第３図により本発明の第１の実施例を説明する
。なお、第７図〜第１Ｏ図と同様な箇所には同一の符号
を付して説明する。
第１図は、本発明方法にて熱可塑性の導電性接着剤（熱
可塑性材料）を半導体チップ（第１の部材）ｌに貼着し
て基板３と接合する接合装置の構成例を示す。
空圧源２１からの圧縮空気はシリンダ２２に導かれるよ
うになっており、シリンダ２２のピストンロッド２２ａ
先端には、移動台２３の一端が接続されている。なお４
０は、シリンダ２２に導かれる圧力を調節する圧力制御
弁であり、２２ｂは。
伸長したピストンロッド２２ａを原位置に戻すための戻
りばねである。
図示上下方向に延在するガイド軸２３ａは、壁面４１に
固定されたカイト部材４２を摺動可能に貫通し、その両
端が移動台２３にそれぞれ固定されている。移動台２３
にはまた、上下の２カ所にブラケット２４．２５がそれ
ぞれ固着され、ブラケット２４に振動子２６が、ブラケ
ット２５にこの振動子２６に連結された超音波振動伝送
体２７がそれぞれ保持されている。振動子２６は、超音
波発振器２９に接続されており、この超音波発振器２９
からの電気信号を機械的な超音波振動に変換する。ここ
で、超音波振動伝送体２７先端の押圧面２７ａは、半導
体チップ１と略同形とされている。
次に、第２Ｗ！ｉに基づいてこのような超音波接合装置
を用いて導電性接着剤を半導体チップｌの電極２に貼着
する手順を説明する。
まず、半導体チツプｌの上面と超音波振動伝送体２７の
押圧面２７ａとが対向するように半導体チップｌを受台
２８上に載置し、半導体チツプｌと押圧面２７ａとの間
に離型紙９．が上面に貼付された熱可塑性の導電性接着
剤８を配置する。この接着剤８にはローラフによりテン
ションが与えられている。
この状態で空圧源２１からシリンダ２２に圧縮空気を導
いてシリンダ２２のピストンロッド２２ａを伸長させる
。ピストンロッド２２ａの伸長によりガイド軸２３がガ
イド部材４２内を摺動して振動子２６および超音波振動
伝送体２７が一体に下降し、第２図（ａ）に示すように
超音波振動伝送体２７の押圧面２７ａが半導体チップｌ
上の電極２に導電性接着剤８を押圧する。この状態で超
音波発振器２９を作動させると、その電気信号が振動子
２６により機械的な超音波振動に変換され、この超音波
振動が超音波振動伝送体２７で拡大されて離型紙９およ
び導電性接着剤８に伝送される。これにより導電性接着
剤８のうち押圧された部分、すなわち各電極２の上面と
当接した部分に繰返し応力が生じ、この部分が発熱し溶
融する。
このように導電性接着剤８が溶融された後、超音波振動
伝送体２７で押圧したまま超音波発振器２９を停止させ
ると、溶融した接着剤２が凝固し、その粘着性により電
極２上部に仮付けされる。その後、第２図（ｂ）に示す
ように超音波振動伝送体２７を上昇させると、導電性接
着剤８はそのテンションにより仮付は部分を残して半導
体チップ１から離れる。つまり、溶断された接着剤８ａ
が離型紙９から分離し各電極２の上部に仮付けされた状
態で残る。
しかる後、超音波伝送体２７の下部に電極４が位置する
よう基板（第２の部材）３を配置するとともに、半導体
チツプｌを、電極２が形成された面が下方を向くように
回転し、各電極２が接着剤８ａを介して各電極４にそれ
ぞれ当接するように半導体チップｌを基板３上に載置す
る。この状態で再び超音波振動伝送体２７を下降させ、
半導体チツプｌを基板３に押圧しつつ超音波振動を与え
る。これにより接着剤８ａが再び溶融し、押圧したまま
超音波振動を解除すると、接着剤８ａが凝固して電極２
が電極４に接合される（第２図（ｃ））。
この電極２，４接合時における接着剤８ａおよび押圧面
２７ａと接している半導体チップｌ上部の温度変化を第
３図にＴｌ、Ｔ２でそれぞ九示す。
これによれば、加熱すべき接着剤８ａは温度が高く、こ
れに対して半導体チップｌ上部は低温に抑えられている
ことが分かる。
以上の手順によれば、超音波振動を与えることにより接
着剤８の押圧部分、すなわち各電極２の上部に位置する
部分が一度に型抜きされて電極２の上部に仮付けされる
とともに、この接着剤８ａが仮付けされた半導体チップ
１を基板３に接合する際にも、超音波振動伝送体２７に
よりすべての電極２と電極４とを同時に接合することが
でき、かつ精密な位置決め作業が１回で済む、したがっ
て従来のワイヤボンディング法やＴＡＢ方と比べて短時
間で接合作業を行うことができるとともに、多ビン化に
も対応できる。
さらに、従来のＴＡＢ法のように電極２のピッチに応じ
てボンディングツールを代える必要もなく、汎用性に富
んだ接合方法を提供できる。
さらにまた。以下のような効果もある。
すなわち従来のワイヤボンディング法では、ワイヤ５の
断線を防止するために第７図に示したように半導体チッ
プ１の上部にループを設けなけれ　ばならず、薄型、小
型化の妨げになるが、上述の方法によれば、このような
ループを設ける必要がないので、薄型、小型化が図れる
。また。従来のＴＡＢ法では、導通線１１２　（第９図
）を精度よく配置する必要性からテープ１１３が高価と
なる欠点があったが、本発明方法では、テープ１１３を
使用しないのでコストの低減も図れる。さらに第３図に
示すように、接合の際に半導体チップｌの上面が低温に
保持されるので、半導体チツプｌに熱影響を与えること
がない。
なお以上では、半導体チツプｌの電極２に導電性接着剤
８を仮付けする例を示したが、基板３の電極４にこの接
着剤８を仮付けするようにしてもよい、この場合には、
基板３が第１の部材を、半導体チップ１が第２の部材を
構成することになる。また、接着剤８のみでは電極２と
４との接合に不安がある場合には、上記接合完了後に例
えばエポキシ接着剤で補強するようにしてもよい、さら
にまた。接着剤仮付は後における電極２と４との接合は
、超音波振動を用いなくてもよい。
さらにまた以上では、半導体チップと基板との接合につ
いて説明したが、ニムに限定されず、例えば超音波探触
子に用いられるレンズと、これに超音波振動を与えるた
めの圧電体との接合にも本発明方法を適用できる。この
場合にも接合が短時間で行えるとともに、汎用性が高い
という効果が得られる。
−第２の実施例一 次に、第４図に基づいて熱可塑性樹脂から成る被接合体
（第１の部材）５１を型抜きして同種の熱可塑性樹脂か
ら成る基材（第２の部材）５２に接合する場合の第２の
実施例について説明する。
第４図において、超音波振動伝送体５３は、所定形状の
押圧面５３ａを有し、上述と同様な駆動機構により駆動
される。
まず、基材５２の被接合体５１を接合する部分と超音波
振動伝送体５３の押圧面５３ａとが対向するように基材
５２を配置する。基材５２上に押圧面５．３ａと同形状
の型孔５４ａがあけら九たスペーサ５４を置き、この上
面に被接合体５１を配置する。この状態で上述と同様に
して超音波振動伝送体５３を下降させ、その、押圧面５
３ａで被接合体５１を押圧するとともに、超音波振動を
発生させる。この超音波振動は、被接合体５１に伝送さ
れ、これにより被接合体５１のうち押圧面５３ａの押圧
によりせん断応力が発生する部分５１ａが発熱溶融し、
超音波振動伝送体５３の押圧力により周辺部分から分離
して基材５２上に型抜きされる。
さらに超音波振動を加えつつ型抜きされた被接合体５１
Ａを基材５２に押圧すると、被接合部５１Ａと基材５２
の接合面が発熱溶融する。次いで超音波振動伝送体５３
で押圧したまま超音波振動を解除すると、溶融した部分
が冷却され凝固し。
被接合体５１Ａが基材５２に接合される。
以上によれば、被接合体５１の型抜きと基材５２への接
合が一つの工程で行なえ、作業性が向上する。
−第３の実施例一 次に、第５図により第３の実施例を説明する。
第５図は、熱可塑性樹脂６１ａの表面に金属板６１ｂが
貼着されて成る被接合体６１を同種の熱可塑性樹脂から
成る基材６２に接合する例を示している。本実施例の超
音波振動伝送体６３は、所定形状の押圧面６３ａを有す
るとともに、この押圧面６３ａの周辺部には打抜形状に
即した形状の刃部６３ｂが形成されている。
まず、基材６２の被接合体６１が接合される部分と超音
波振動伝送体６３の押圧面６３ａとが対向するように基
材６２を配置する。基材６１上に押圧面６３ａと同形状
の型孔６４ａがあけられたスペーサ６４を置き、この上
面に被接合体６１を配置する。この状態で超音波振動伝
送体６３を下降させ、その刃部６３ｂで被接合体６１の
金属板６１ａを押圧するとともに、超音波振動を発生さ
せる。この超音波振動により、刃部６３ｂが振動して金
属板６１ａが所定形状に切断される。
超音波振動伝送体６３を更に下降させると、押圧面６３
ａが金属部６１ｂと当接し、超音波振動がこの金属部６
１ｂを介して熱可塑性樹脂６１ａに伝送される。これに
より被接合体６１のうち押圧面６３ａの押圧によりせん
断応力が発生する部・分６１ｃが発熱溶融して超音波振
動伝送体６３の押圧力により周辺部分から分離して基材
６１上に型抜きされる。さらに超音波振動を与えつつ型
抜きされた被接合体６１Ａを基材６２に押圧すると。
接合部６１ｃと基材６２の接合面が発熱溶融する。
超音波振動伝送体６３で押圧したまま超音波振動を解除
すると、溶融した部分が冷却され凝固し。
両者が接合する。
なお、以上の第２．第３の実施例では、基材５２　（６
２）上にスペーサ５４　（６４）を介して被接合体５１
（６１）を載置するようにしたが、第６図（ａ）に示す
ように、この被接合体７１を基材７２上に直接載置する
ように′してもよい、この場合には、超音波振動伝送体
７３によって押圧される被接合体７１の被押圧領域７１
Ａ全体に繰返し圧縮応力が発生して発熱溶融する。この
とき。
領域７１Ａと接触する基材７２の領域も発熱溶融する。
したがって第６図（ｂ）に示すように、被押圧領域ＶＩ
Ａが溶融した後に被接合体７１を上昇させれば被押圧領
域７１Ａが型抜きされ、その後、超音波発振を止めて被
押圧領域７１Ａを基材７２に押圧したまま冷却凝固させ
ると、被押圧領域７１Ａが基材７２に接合される。
６、発明の効果 請求項１の発明によれば、超音波振動伝送体で熱可塑性
材料を押圧しつつ超音波振動を与えて押圧部分を発熱溶
融させ、次いで超音波振動伝送体の押圧力によりこの溶
融部分を第１の部材に仮付けし、その後、接着剤が仮付
けされた部分と第２の部材とを接合するようにしたので
、接合時間が短時間で済み、かつ汎用性が高いという効
果が得られる。
また請求項２の発明によれば、超音波振動伝送体で熱可
塑性樹脂から成る第１の部材を押圧しつつ超音波振動を
与えてこの押圧部分のみを発熱溶融させ、次いで上記超
音波振動伝送体に超音波振動を与えたまま押圧し、発熱
部分を型抜きして第２の部材に超音波接合するようにし
たので、型抜きと接合とを一つの工程で行なうことがで
き、作業効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第３図は本発明方法の第１の実施例を示し、第
１！！ｌは超音波接合装置の側面図、第２図（ａ）〜（
ｃ）は半導体チップを基板に接合する際の手順を説明す
る図、第３図は接合時における接着剤および半導体チッ
プの温度変化をそれぞれ示す図である。 第４図および第５図は本発明方法の第２および第３の実
施例をそれぞれ説明する断面図、第６図は変形例を示す
断面図である。 第７図〜第１０図は従来例を示し、第７図および第８図
はワイヤボンディング法による半導体チップと基板との
接合手順を説明する図、第９図および第１０図はＴＡＲ
法による接合手順を説明する図である。 １：半導体チップ　　　　　２：電極 ３：基板　　　　　　　　　４：電極 ８．８ａ：導電性接着剤 ２アニ超音波振動伝送体　２７ａ：押圧面２９：超音波
発振器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）熱可塑性材料を介して第１の部材と第２の部材とを
    接合する方法において、 超音波伝送体で前記熱可塑性材料を押圧しつつ超音波振
    動を与えて熱可塑性材料の押圧された部分のみを発熱溶
    融させる工程と、前記超音波振動伝送体により熱可塑性
    材料の溶融した部分を前記第１の部材に押圧して貼着す
    る工程と、前記第１の部材の前記熱可塑性材料が貼着さ
    れた部分と前記第２の部材とを接合する工程とを具備す
    ることを特徴とする熱可塑性材料を用いた接合方法。 ２）少なくとも接合面が熱可塑性材料から成る第１の部
    材を型抜きして第２の部材に接合する方法において、 所定形状の押圧面を有する超音波伝送体で前記第１の部
    材を押圧しつつ超音波振動を与えて第１の部材の押圧さ
    れた部分のみを発熱させる工程と、前記超音波振動伝送
    体を超音波振動させたままその押圧力により前記発熱部
    分を型抜きして前記第２の部材に押圧して超音波接合す
    る工程とを具備することを特徴とする熱可塑性材料を用
    いた接合方法。
JP1289669A 1989-11-07 1989-11-07 熱可塑性材料を用いた接合方法 Pending JPH03150132A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5502631A (en) * 1990-08-22 1996-03-26 Aue Institute, Ltd. Circuit elements that are ultrasonically welded together

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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