JP5076163B2 - 超音波振動接合方法および超音波振動接合装置 - Google Patents
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図1に示す超音波振動接合装置200では、共振器7が保持する一方の接合対象としての被接合物であって、半導体の接合面に鉛錫はんだからなる金属溶融電極20aを有するチップ20と、共振器7に対向して配置されたステージ10が保持する他方の接合対象としての被接合物であって鉛錫はんだからなる金属溶融電極22aを有する基板22とを、加圧制御可能な上下駆動機構25によって、金属溶融電極20aと金属溶融電極22aとが接触するように加圧しつつ、振動子8および共振器7により超音波振動を印加するとともにセラミックヒータ9で加熱することで、チップ20と基板22とを接合している。このように、本実施形態における超音波振動接合装置200は、チップ20と基板22とを接合することで、種々の半導体デバイス(光素子デバイス等)またはMEMSデバイスなどのデバイスを形成することができるように構成されている。
次に、図2ないし図5を参照して、共振器部26について詳細に説明する。共振器7は、制御装置31に制御された振動子8が発生する振動により超音波振動し、熱伝導率が約25.0W/m℃以下の材質、例えばチタン合金(6Al−4V、約7.5W/m℃)により構成されている。また、図2に示すように、共振器7は、ほぼ中央の位置f2と、両端位置f0,f4とが最大振幅部となるように、共振周波数の一波長の長さでほぼ左右対称に構成されている。また、図3に示すように、共振器7の中央の位置f2の中央部7Cは断面形状がほぼ四角形状で厚みを有する板状に形成されている。そして、中央部7Cを挟んだ右側部7Rおよび左側部7Lは断面形状がほぼ円形状である円柱状に形成され、中央部7Cと一体形成されている。
続いて、図1、図6ないし図12を参照して超音波振動接合装置200により被接合物を接合する接合動作例(1)〜(7)について説明する。
図6を参照して「接合動作例(1)」について説明する。図6は超音波振動接合処理の動作例(1)を示す図である。まず、チップ20はチップ供給装置18によりチップトレイ19から共振器7に供給され、吸着保持される。また、基板22は、基板搬送装置16により基板搬送コンベア17からステージ10に供給され、吸着保持される。そして、接合面を対向保持されたチップ20と基板22との間に上下マーク認識手段14が認識手段移動テーブル15により挿入され、対向保持されたチップ20と基板22各々の位置合わせ用アライメントマークの位置が上下マーク認識手段14により検出される。この後、チップ20の位置を基準として、ステージテーブル12を平行・回転移動することで基板22の位置を移動させてチップ20および基板22の位置のアライメントが行われる。
図7を参照して「接合動作例(2)」について説明する。図7は超音波振動接合処理の動作例(2)を示す図である。この「接合動作例(2)」が上記した「接合動作例(1)」と異なる点は、チップ20および基板22をパルスヒート加熱するタイミングが異なる点であり、その他の点は「接合動作例(1)」と同様である。したがって、以下では「接合動作例(1)」と異なる点についてのみ説明し、その他の構成および動作については同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。なお、続いて説明する「接合動作例(3)〜(7)」についても同様に、上記「接合動作例(1)」と同様の構成および動作については同一符号を付して、その構成および動作の説明を省略する。
図8を参照して「接合動作例(3)」について説明する。図8は超音波振動接合処理の動作例(3)を示す図である。この「接合動作例(3)」が上記した「接合動作例(1)」と異なる点は、チップ20および基板22に超音波振動を印加するタイミングが異なる点と、チップ20および基板22をパルスヒート加熱するタイミングおよび温度が異なる点である。
図9を参照して「接合動作例(4)」について説明する。図9は超音波振動接合処理の動作例(4)を示す図である。この「接合動作例(4)」が上記した「接合動作例(1)」と異なる点は、チップ20および基板22に超音波振動を印加するタイミングが異なる点と、チップ20および基板22をパルスヒート加熱するタイミングおよび温度が異なる点である。
図10を参照して「接合動作例(5)」について説明する。図10は超音波振動接合処理の動作例(5)を示す図である。この「接合動作例(5)」が上記した「接合動作例(1)」と異なる点は、チップ20および基板22に超音波振動を印加するタイミングが異なる点と、チップ20および基板22をパルスヒート加熱するタイミングが異なる点である。
図11を参照して「接合動作例(6)」について説明する。図11は超音波振動接合処理の動作例(6)を示す図である。この「接合動作例(6)」が上記した「接合動作例(1)」と異なる点は、チップ20および基板22に超音波振動を印加するタイミングが異なる点である。
図12を参照して「接合動作例(7)」について説明する。図12は超音波振動接合処理の動作例(7)を示す図である。この「接合動作例(7)」が上記した「接合動作例(1)」と異なる点は、チップ20および基板22に超音波振動を印加するタイミングが異なる点である。
8 振動子
9 セラミックヒータ(加熱保持手段)
92 電極
10 ステージ
20 チップ(被接合物)
22 基板(被接合物)
20a,22a 金属溶融電極
31 制御装置(振動制御手段、加熱制御手段)
720 電源供給手段
721 平板端子(端子)
93,94 静電チャック電極(静電チャック手段)
Hm 融点
Hj 接合温度
Hw 待機温度
T1 第1時間
T2 第2時間
Claims (6)
- 接合対象として重合された複数の被接合物に超音波振動を印加して該複数の被接合物どうしを接合する超音波振動接合方法において、
振動子が発生する振動により超音波振動し、熱伝導率が25.0W/m℃以下の材質からなる共振器の最大振幅部に固着して設けられ、前記複数の被接合物のうち少なくとも一の前記被接合物を加熱可能に保持する加熱保持手段を待機温度から該待機温度よりも高温の接合温度に昇温し、前記一の被接合物を、予め設定された第1時間、前記接合温度にて加熱した後に、前記加熱保持手段を冷却するパルスヒート加熱工程と、
前記加熱保持手段、および、前記共振器に対向配置されたステージとの間に重合状態で挟持された前記複数の被接合物に、少なくとも、予め設定された第2時間、前記超音波振動を印加する超音波振動印加工程と
を含むことを特徴とする超音波振動接合方法。 - 前記接合温度は、前記被接合物の融点よりも低い温度に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波振動接合方法。
- 接合対象としての少なくとも1つの前記被接合物の接合面には、融点が450℃以下の材質からなる金属溶融電極が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の超音波振動接合方法。
- 接合対象として重合された複数の被接合物に超音波振動を印加して該複数の被接合物どうしを接合する超音波振動接合装置において、
振動子が発生する振動により超音波振動し、熱伝導率が25.0W/m℃以下の材質からなる共振器と、
前記共振器に対向配置されたステージと、
前記共振器の最大振幅部に固着して設けられ、前記複数の被接合物のうち少なくとも一の前記被接合物を加熱可能に保持し、前記ステージとの間に重合状態で挟持された前記複数の被接合物に前記共振器の超音波振動を伝達する加熱保持手段と、
前記振動子を制御する振動制御手段と、
前記加熱保持手段をパルスヒート加熱制御する加熱制御手段とを備え、
前記加熱制御手段は、
前記加熱保持手段を待機温度から該待機温度よりも高温の接合温度に昇温し、前記一の被接合物を、予め設定された第1時間、前記接合温度にて加熱した後に、前記加熱保持手段を冷却し、
前記振動制御手段は、
前記加熱保持手段と前記ステージとの間に重合状態で挟持された前記複数の被接合物に、少なくとも、予め設定された第2時間、前記超音波振動を印加する
ことを特徴とする超音波振動接合装置。 - 前記加熱保持手段は、電源供給用の電極が形成されたセラミックヒータを備え、
前記電極に接触して前記セラミックヒータに電源供給する端子を有する電源供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の超音波振動接合装置。 - 前記加熱保持手段は、静電チャック手段を備え、該静電チャック手段により前記一の被接合物を保持することを特徴とする請求項4または5に記載の超音波振動接合装置。
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