JP2000228426A - 超音波振動接合方法 - Google Patents
超音波振動接合方法Info
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- JP2000228426A JP2000228426A JP11030789A JP3078999A JP2000228426A JP 2000228426 A JP2000228426 A JP 2000228426A JP 11030789 A JP11030789 A JP 11030789A JP 3078999 A JP3078999 A JP 3078999A JP 2000228426 A JP2000228426 A JP 2000228426A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/831—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
- H01L2224/83101—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus as prepeg comprising a layer connector, e.g. provided in an insulating plate member
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01079—Gold [Au]
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- Wire Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被接合部が接合後に剥離することを防止す
る。 【解決手段】 第1部材3の金属製の被接合部3aと第
2部材4の金属製の被接合部4aとがそれらの間に電気
絶縁性の接着剤5を介在させて重ね合わせられると共
に、第1部材3が共振器1の接合作用部1a側になり、
第2部材4が受台2側として、接着剤5を介在させた第
1・第2部材3,4が共振器1と受台2とで加圧挟持さ
れ、振動子より共振器1に伝達された超音波振動により
被接合部3a,4aを相互に接合する。
る。 【解決手段】 第1部材3の金属製の被接合部3aと第
2部材4の金属製の被接合部4aとがそれらの間に電気
絶縁性の接着剤5を介在させて重ね合わせられると共
に、第1部材3が共振器1の接合作用部1a側になり、
第2部材4が受台2側として、接着剤5を介在させた第
1・第2部材3,4が共振器1と受台2とで加圧挟持さ
れ、振動子より共振器1に伝達された超音波振動により
被接合部3a,4aを相互に接合する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1部材の金属製
の被接合部と第2部材の金属製の被接合部とを振動子よ
り共振器に伝達された超音波振動により接合する超音波
振動接合方法に関する。
の被接合部と第2部材の金属製の被接合部とを振動子よ
り共振器に伝達された超音波振動により接合する超音波
振動接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置のフリップチップやベ
アチップ等と呼ばれるICチップやBGAと呼ばれるL
SIパッケージを回路基板に表面実装する場合、超音波
振動接合方法が用いられることは周知である。それは、
ICチップやLSIパッケージの表面に設けられた金又
は半田のようなバンプと回路基板の表面に設けられた金
又は半田のようなバンプとが重ね合わされ、ICチップ
やLSIパッケージが共振器の接合作用部側になり、回
路基板が超音波振動接合装置の受台側として、ICチッ
プやLSIパッケージと回路基板とが共振器と受台とで
加圧挟持される。その状態において、振動子より共振器
に伝達された超音波振動により第1部材の被接合部と第
2部材の被接合部とを接合する。
アチップ等と呼ばれるICチップやBGAと呼ばれるL
SIパッケージを回路基板に表面実装する場合、超音波
振動接合方法が用いられることは周知である。それは、
ICチップやLSIパッケージの表面に設けられた金又
は半田のようなバンプと回路基板の表面に設けられた金
又は半田のようなバンプとが重ね合わされ、ICチップ
やLSIパッケージが共振器の接合作用部側になり、回
路基板が超音波振動接合装置の受台側として、ICチッ
プやLSIパッケージと回路基板とが共振器と受台とで
加圧挟持される。その状態において、振動子より共振器
に伝達された超音波振動により第1部材の被接合部と第
2部材の被接合部とを接合する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ICチップや
LSIパッケージや回路基板などの第1・第2部材はそ
の厚さに公差範囲内でのばらつきを持っている。このば
らつきにより、接合中において、第1・第2部材の被接
合部相互に接合強度が弱い部分が発生することがあり、
接合強度の弱い部分は接合後に剥離することがあった。
LSIパッケージや回路基板などの第1・第2部材はそ
の厚さに公差範囲内でのばらつきを持っている。このば
らつきにより、接合中において、第1・第2部材の被接
合部相互に接合強度が弱い部分が発生することがあり、
接合強度の弱い部分は接合後に剥離することがあった。
【0004】そこで、本発明は、第1・第2部材におけ
る被接合部が接合後に剥離することを防止できる超音波
振動接合方法を提供しようとするものである。
る被接合部が接合後に剥離することを防止できる超音波
振動接合方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明にあって
は、第1部材の金属製の被接合部と第2部材の金属製の
被接合部とがそれらの間に電気絶縁性の接着剤を介在さ
せて重ね合わせられると共に、第1部材の基部が共振器
の接合作用部側になり、第2部材が受台側として、接着
剤を介在させた第1・第2部材が共振器と受台とで加圧
挟持され、振動子より共振器に伝達された超音波振動に
より第1部材の被接合部と第2部材の被接合部とを接合
することを特徴としている。請求項2の発明にあって
は、請求項1に記載の接着剤が熱硬化性であることを特
徴としている。請求項3の発明にあっては、請求項1に
記載の接着剤が熱非硬化性であることを特徴としてい
る。
は、第1部材の金属製の被接合部と第2部材の金属製の
被接合部とがそれらの間に電気絶縁性の接着剤を介在さ
せて重ね合わせられると共に、第1部材の基部が共振器
の接合作用部側になり、第2部材が受台側として、接着
剤を介在させた第1・第2部材が共振器と受台とで加圧
挟持され、振動子より共振器に伝達された超音波振動に
より第1部材の被接合部と第2部材の被接合部とを接合
することを特徴としている。請求項2の発明にあって
は、請求項1に記載の接着剤が熱硬化性であることを特
徴としている。請求項3の発明にあっては、請求項1に
記載の接着剤が熱非硬化性であることを特徴としてい
る。
【0006】
【発明の実施の形態】図1〜図2は本発明の一実施形態
であって、図1は接合工程を示し、図2は超音波振動接
合装置を縦方向に切断した断面を示す。
であって、図1は接合工程を示し、図2は超音波振動接
合装置を縦方向に切断した断面を示す。
【0007】図2を参照し、接合方法に使用する超音波
振動接合装置の構造を説明する。装置本体11はその前
側下部において前方及び左右に開放された作業空間12
を備える。作業空間12の上部を区画した装置本体11
の内部には加圧機構としてのエアシリンダ13を有す
る。エアシリンダ13の下方に突出するピストンロッド
13aの下端にはホルダ14が連結部材15を介して装
着される。エアシリンダ13の両側において、装置本体
11の内部には一対のスプリングシート16を有し、ス
プリングシート16とホルダ14とにはコイルスプリン
グような弾性部材20が係留される。弾性部材20はホ
ルダ14に上向きの弾性力を与えるものであって、特
に、エアシリンダ13に図外の圧力空気供給回路から上
昇作動用の圧力空気が未供給状態である場合に、上記弾
性力により、ホルダ14の自重落下を防止し、ホルダ1
4を上昇限度位置に保持する。
振動接合装置の構造を説明する。装置本体11はその前
側下部において前方及び左右に開放された作業空間12
を備える。作業空間12の上部を区画した装置本体11
の内部には加圧機構としてのエアシリンダ13を有す
る。エアシリンダ13の下方に突出するピストンロッド
13aの下端にはホルダ14が連結部材15を介して装
着される。エアシリンダ13の両側において、装置本体
11の内部には一対のスプリングシート16を有し、ス
プリングシート16とホルダ14とにはコイルスプリン
グような弾性部材20が係留される。弾性部材20はホ
ルダ14に上向きの弾性力を与えるものであって、特
に、エアシリンダ13に図外の圧力空気供給回路から上
昇作動用の圧力空気が未供給状態である場合に、上記弾
性力により、ホルダ14の自重落下を防止し、ホルダ1
4を上昇限度位置に保持する。
【0008】ホルダ14は作業空間12の上側内部にチ
タン等のような良好な音響特性を有する材料からなる棒
状の共振器1を両端支持の横置き状態で保持する。共振
器1の一端には音響変換器又は磁歪変換器のような振動
子17が同軸状に結合された状態において、振動子が超
音波発振器18から電線19を通して受けた電気的なエ
ネルギーにより超音波振動を発生することにより、共振
器1が振動子17から伝達された周波数によって決まる
共振周波数に整合する形状に形成される。共振器1は両
端に共振周波数の最小振動振幅点を有し、少なくとも中
央に共振周波数の最大振動振幅点を有し、その中央の外
周面より突出する接合作用部1aを有する。
タン等のような良好な音響特性を有する材料からなる棒
状の共振器1を両端支持の横置き状態で保持する。共振
器1の一端には音響変換器又は磁歪変換器のような振動
子17が同軸状に結合された状態において、振動子が超
音波発振器18から電線19を通して受けた電気的なエ
ネルギーにより超音波振動を発生することにより、共振
器1が振動子17から伝達された周波数によって決まる
共振周波数に整合する形状に形成される。共振器1は両
端に共振周波数の最小振動振幅点を有し、少なくとも中
央に共振周波数の最大振動振幅点を有し、その中央の外
周面より突出する接合作用部1aを有する。
【0009】共振器1は、中央の最大振動振幅点と両端
の最小振動振幅点との間に存在する2つの最小振動振幅
点の外周面より突出する環状の支持部1bがホルダ14
の相対峙する先端部に挿入装着された形態で、共振器1
がホルダ14に取付けられる。なお、共振器1は単一体
に形成される場合もあるが、接合作用部1aを有するホ
ーンの両端に支持部1bを有する2つのブースタが同軸
状に無頭ねじを介して連結された複合体に形成しても良
い。そして、ホルダ14がエアシリンダ13により受台
2に向けて下降動作することにより、共振器1の下面が
受台2の平坦な上面と平行を保ちつつ受台2の側に下降
する。受台2は、作業空間12の背部を区画した装置本
体11の下側部分は超音波装置を例えば半導体装置の表
面実装等のような製造ラインに組付けるためのベースを
構成する定盤に設置される。3は第1部材、4は第2部
材、5は熱硬化性合成樹脂又は両面テープより成る電気
絶縁性の接着剤である。
の最小振動振幅点との間に存在する2つの最小振動振幅
点の外周面より突出する環状の支持部1bがホルダ14
の相対峙する先端部に挿入装着された形態で、共振器1
がホルダ14に取付けられる。なお、共振器1は単一体
に形成される場合もあるが、接合作用部1aを有するホ
ーンの両端に支持部1bを有する2つのブースタが同軸
状に無頭ねじを介して連結された複合体に形成しても良
い。そして、ホルダ14がエアシリンダ13により受台
2に向けて下降動作することにより、共振器1の下面が
受台2の平坦な上面と平行を保ちつつ受台2の側に下降
する。受台2は、作業空間12の背部を区画した装置本
体11の下側部分は超音波装置を例えば半導体装置の表
面実装等のような製造ラインに組付けるためのベースを
構成する定盤に設置される。3は第1部材、4は第2部
材、5は熱硬化性合成樹脂又は両面テープより成る電気
絶縁性の接着剤である。
【0010】図1を参照し、実施形態の接合方法につい
て説明する。第1部材3は、例えば、ICチップやLS
Iパッケージ等のようにセラミック等の基部の表面に、
金又は半田よりなるパンプである金属製の被接合部3a
を有する。第2部材4は、第1部材3を表面実装するた
めの、例えば、プリント基板のような回路基板の表面に
金又は半田よりなるバンプである金属製の被第1部材4
aを有する。第1部材3の被接合部3aが金である場合
は第2部材4の被第1部材4aも金であり、第1部材3
の被接合部3aが半田である場合は第2部材4の被第1
部材4aも半田であるというように、被接合部3a,4
aが同一の材料により形成されるのが接合強度の点から
最良であるが、超音波振動により互いに接合可能な範囲
で異なる材料であっても良い。
て説明する。第1部材3は、例えば、ICチップやLS
Iパッケージ等のようにセラミック等の基部の表面に、
金又は半田よりなるパンプである金属製の被接合部3a
を有する。第2部材4は、第1部材3を表面実装するた
めの、例えば、プリント基板のような回路基板の表面に
金又は半田よりなるバンプである金属製の被第1部材4
aを有する。第1部材3の被接合部3aが金である場合
は第2部材4の被第1部材4aも金であり、第1部材3
の被接合部3aが半田である場合は第2部材4の被第1
部材4aも半田であるというように、被接合部3a,4
aが同一の材料により形成されるのが接合強度の点から
最良であるが、超音波振動により互いに接合可能な範囲
で異なる材料であっても良い。
【0011】図1のa図に示すように、接着剤5を挟ん
で重ね合された第1・第2部材3,4の入出用の所定空
間が接合作用部1aの下面と受台2の上面との間に形成
された状態において、受台2には接着剤5を挟み込んだ
第1・第2部材3,4が搭載される。この場合、被接合
部3a,4aが接着剤5を介して互いに対応していると
共に、第1部材3が共振器1の接合作用部1a側にな
り、第2部材4が受台2側である。また、被接合部3
a,4aの周りには空間6,7が存在する。つまり、図
外の圧力空気供給回路の空気供給経路を切替えることに
より、図1に示すように、エアシリンダ13のピストン
ロッド13aが縮小駆動し、接合作用部1aが振動子1
7から共振器1への超音波振動の伝達方向と直交する方
向で受台2より上方に離れる方向に所定距離移動した後
に、ピストンロッド13aが停止し、接合作用部1aが
上昇限度に停止することにより、上記所定空間が形成さ
れる。
で重ね合された第1・第2部材3,4の入出用の所定空
間が接合作用部1aの下面と受台2の上面との間に形成
された状態において、受台2には接着剤5を挟み込んだ
第1・第2部材3,4が搭載される。この場合、被接合
部3a,4aが接着剤5を介して互いに対応していると
共に、第1部材3が共振器1の接合作用部1a側にな
り、第2部材4が受台2側である。また、被接合部3
a,4aの周りには空間6,7が存在する。つまり、図
外の圧力空気供給回路の空気供給経路を切替えることに
より、図1に示すように、エアシリンダ13のピストン
ロッド13aが縮小駆動し、接合作用部1aが振動子1
7から共振器1への超音波振動の伝達方向と直交する方
向で受台2より上方に離れる方向に所定距離移動した後
に、ピストンロッド13aが停止し、接合作用部1aが
上昇限度に停止することにより、上記所定空間が形成さ
れる。
【0012】次に、図1のb図に示すように、接合作用
部1aが下降し、接合作用部1aと受台2とが接着剤5
を介在させた第1・第2部材3,4を加圧する。つま
り、圧力空気供給回路の空気供給経路の切替えにより、
ピストンロッド13aが弾性部材20の弾性力に抗し伸
長駆動して下降限度位置に停止することにより、接合作
用部1aが下降して受台2との協動により接着剤5の介
在された第1・第2部材3,4を加圧する。この加圧
後、又は、加圧以前のうちの何れかにおいて、高周波エ
ネルギーが超音波発振器18から振動子17に供給さ
れ、振動子17が超音波振動を発生し、共振器1が振動
子17より達された超音波振動に共振する。これによ
り、接合作用部1aがエアシリンダ13による矢印Yの
加圧方向と直交する矢印Xの方向に最大振動振幅を以っ
て振動する。係る振動により、接着剤5が被接合部3
a,4aより押圧力と横振動を受けつつ横に押しやら
れ、被接合部3a,4aが互いに接触した後、被接合部
3a,4aが接合作用部1aより伝達された横振動であ
る超音波振動により互いに非溶解接合する。これと並行
し、横に押しやられた接着剤5が上記被接合部3a,4
a周りの空間5,6を埋めて硬化し第1・第2部材3,
4を結合する。
部1aが下降し、接合作用部1aと受台2とが接着剤5
を介在させた第1・第2部材3,4を加圧する。つま
り、圧力空気供給回路の空気供給経路の切替えにより、
ピストンロッド13aが弾性部材20の弾性力に抗し伸
長駆動して下降限度位置に停止することにより、接合作
用部1aが下降して受台2との協動により接着剤5の介
在された第1・第2部材3,4を加圧する。この加圧
後、又は、加圧以前のうちの何れかにおいて、高周波エ
ネルギーが超音波発振器18から振動子17に供給さ
れ、振動子17が超音波振動を発生し、共振器1が振動
子17より達された超音波振動に共振する。これによ
り、接合作用部1aがエアシリンダ13による矢印Yの
加圧方向と直交する矢印Xの方向に最大振動振幅を以っ
て振動する。係る振動により、接着剤5が被接合部3
a,4aより押圧力と横振動を受けつつ横に押しやら
れ、被接合部3a,4aが互いに接触した後、被接合部
3a,4aが接合作用部1aより伝達された横振動であ
る超音波振動により互いに非溶解接合する。これと並行
し、横に押しやられた接着剤5が上記被接合部3a,4
a周りの空間5,6を埋めて硬化し第1・第2部材3,
4を結合する。
【0013】接着剤5としては熱硬化性合成樹脂又は両
面テープ以外に、被接合部3a,4aが超音波振動で接
合する際に発生する熱よりも高い温度でなければ硬化し
ない、熱非硬化性合成樹脂又は両面テープであっても同
様に適用できる。実施形態のように、接着剤5として熱
硬化性合成樹脂又は両面テープを用いた場合、熱硬化性
合成樹脂又は両面テープが例えば130℃で硬化する物
であれば、共振器1又は受台2の何れか又は両方を10
0℃程度に電熱ヒータ又は熱風等で加熱すれば良い。接
着剤5として熱非硬化性合成樹脂又は両面テープを用い
た場合、共振器1又は受台2を加熱する必要は無い。
面テープ以外に、被接合部3a,4aが超音波振動で接
合する際に発生する熱よりも高い温度でなければ硬化し
ない、熱非硬化性合成樹脂又は両面テープであっても同
様に適用できる。実施形態のように、接着剤5として熱
硬化性合成樹脂又は両面テープを用いた場合、熱硬化性
合成樹脂又は両面テープが例えば130℃で硬化する物
であれば、共振器1又は受台2の何れか又は両方を10
0℃程度に電熱ヒータ又は熱風等で加熱すれば良い。接
着剤5として熱非硬化性合成樹脂又は両面テープを用い
た場合、共振器1又は受台2を加熱する必要は無い。
【0014】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、超音波振動に
より第1部材の被接合部と第2部材の被接合部とを接合
する際に、横に押しやられた接着剤が被接合部周りを埋
めて第1・第2部材を結合するので、第1・第2部材の
被接合部相互に接合強度が弱い部分が発生しても、接着
剤が第1・第2部材を保持し、超音波振動による接合強
度の弱い部分が接合後に剥離するような不都合を回避す
ることができる。請求項2の発明によれば、接着剤が超
音波振動による金属接合時に被接合部より発生する熱で
硬化するので、第1・第2部材相互が不動な結合状態と
なる。請求項3の発明によれば、接着剤が超音波振動に
よる金属接合時に被接合部より発生する熱で硬化しない
ので、接着剤が第1・第2部材相互間の緩衝材として働
くことができる。
より第1部材の被接合部と第2部材の被接合部とを接合
する際に、横に押しやられた接着剤が被接合部周りを埋
めて第1・第2部材を結合するので、第1・第2部材の
被接合部相互に接合強度が弱い部分が発生しても、接着
剤が第1・第2部材を保持し、超音波振動による接合強
度の弱い部分が接合後に剥離するような不都合を回避す
ることができる。請求項2の発明によれば、接着剤が超
音波振動による金属接合時に被接合部より発生する熱で
硬化するので、第1・第2部材相互が不動な結合状態と
なる。請求項3の発明によれば、接着剤が超音波振動に
よる金属接合時に被接合部より発生する熱で硬化しない
ので、接着剤が第1・第2部材相互間の緩衝材として働
くことができる。
【図1】 本発明の実施形態に係る接合方法を示す工程
図
図
【図2】 同実施形態に使用する超音波振動接合装置の
縦断面図。
縦断面図。
1 共振器 1a 接合作用部 3 第1部材 3a 被接合部 4 第2部材 4a 被接合部
Claims (3)
- 【請求項1】 第1部材の金属製の被接合部と第2部材
の金属製の被接合部とがそれらの間に電気絶縁性の接着
剤を介在させて重ね合わせられると共に、第1部材が共
振器の接合作用部側になり、第2部材が受台側として、
接着剤を介在させた第1部材と第2部材とが共振器と受
台とで加圧挟持され、振動子より共振器に伝達された超
音波振動により第1部材の被接合部と第2部材の被接合
部とを接合する超音波振動接合方法。 - 【請求項2】 接着剤が熱硬化性であることを特徴とす
る請求項1記載の超音波振動接合方法。 - 【請求項3】 接着剤が熱非硬化性であることを特徴と
する請求項1記載の超音波振動接合方法。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11030789A JP2000228426A (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 超音波振動接合方法 |
DE69919822T DE69919822T2 (de) | 1998-12-10 | 1999-11-26 | Ultraschallschwingungsschweissverfahren |
EP99123607A EP1010492B1 (en) | 1998-12-10 | 1999-11-26 | Ultrasonic vibration bonding method |
TW088120764A TW426570B (en) | 1998-12-10 | 1999-11-29 | Ultrasonic vibration bonding method |
CA002291296A CA2291296A1 (en) | 1998-12-10 | 1999-11-30 | Ultrasonic vibration bonding method |
US09/456,982 US6202915B1 (en) | 1998-12-10 | 1999-12-07 | Ultrasonic vibration bonding method |
CNB991261356A CN1197681C (zh) | 1998-12-10 | 1999-12-09 | 超声波振动接合方法 |
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