(57)【要約】【課題】基板上に複数の接合部材を狭隣接した状態で、各接合部材の加圧力を一定にしながら偏加重なく、安価に短時間で接合を行うことを可能にする。【解決手段】複数の接合部材２の表面に弾性率Ａの硬化性物質７を載置する。加圧治具５により硬化性物質７を変形または弾性変形して、各硬化性物質７と接触している面と反対の面（接合部材２側の面）を平面にする。硬化性物質７をＵＶあるいは熱などにより弾性率Ｂ（Ｂ＞Ａ）に硬化させた後、加圧治具５により各硬化性物質７と接触している面と反対の面を加圧加熱して基板１方向へ押し込み、基板１の接合部３と接合部材２とを接合させる。【選択図】図６
2010199190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の接合部が設けられている基板に対して、前記複数の接合部にそれぞれ接合される複数の接合部材を、１つの加圧部材により加圧しながら接合する接合方法であって、
前記接合部材における前記基板と対向する面とは反対の面に弾性率Ａの弾性部材を設け、前記弾性部材が前記加圧部材に接触した後、前記弾性部材を弾性率Ａよりも大きい弾性率Ｂに硬化させ、硬化後に前記加圧部材により前記弾性部材を介して前記接合部材を加圧し、前記接合部材を前記接合部に接合させることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合方法により、機械要素部品あるいは電子回路部品を接合部材とし、該接合部材を基板の接合部に対して接合することにより構成されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスのパッケージングを行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に設けられている複数の電極にそれぞれ接合される複数の接合部材を加圧手段により加圧しながら接合する接合方法、およびその接合方法を用いるデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加圧力を必要とする接合工法を採用する場合、複数の基板と複数の接合部材とを、あらかじめ分割し、トレイへ整列されたもの、あるいはウエハ状態からダイシングした後にエキスパンドを行って個片化されたものを、ダイシングシート下から突き上げてピックアップする工程、および各基板の姿勢や位置をカメラ撮像に基づき姿勢認識したり、あるいはレーザーや押し当てなどで各基板の姿勢を把握したりする工程を経る。
【０００３】
そして、それぞれの接合したい面を互いに対向させる状態で保持し、高精度が必要な場合には、対向させた姿勢でさらに画像認識などを用いて再度姿勢を制御し、所望のアライメント精度で接合し、接合後に、その接合した製品を収納するトレイなどに搬送したり、あるいは基板供給の工程に戻って繰り返し動作を行う。
【０００４】
接合時は、電気的／機械的に接合させるため、半田やメッキバンプ，スタッドバンプなどが使用されている。その接合方法には圧接，超音波接合，半田接合，拡散接合などがある。
【０００５】
圧接工法には、接合時に加熱しながら接合部の金属や合金を溶融させたり、塑性変形や弾性変形をさせながら、接合面における接触面積を増大させて接合する工法となっている。
【０００６】
ところで、近年、デバイスの進化によりさらなる高精度が求められているため、高精度に基板と接合部材とのずれを検知できる認識カメラを用いたアライメント補正機能が必要である。また、そのアライメント補正値を正確に動作させる手段、例えば、Ｘ方向とＹ方向の２軸以上の補正動作ユニットが必要である。しかしながら、高圧力が必要な圧接工法の場合、加圧機構には高剛性の機構が必要である。このため微細な動作が可能な補正動作ユニットでは、その加圧力に耐えられない。
【０００７】
また、加熱することでカメラ周りの気流が熱によって揺らぐために、高精度のアライメントが必要な場合には、認識精度が得られなくなる場合がある。
【０００８】
そこで、接合の工程を、高精度で配置する工程と、加熱加圧して接合を完結させる工程とに分離して生産する工法が実際には採用されている。
【０００９】
しかしながら、加熱加圧する工程は、高精度で配置する工程よりも時間がかかる工程になり、加熱加圧の工程に必要な時間のバランスが崩れてしまう。具体的には、高精度で配置する工程は１．４ｓ〜６ｓ程度であるのに対して、加熱加圧する工程は２０ｓ〜６０ｓ程度であって、高精度に配置する工程の３倍以上の能力が必要になってくる。
【００１０】
そこで、加圧加熱する工程には、複数個を同時に処理できる接合工法の必要性が高まってきている。
【００１１】
また、一部のデバイスにおいては、ウエハに対して、それぞれのチップ状のものを実装するウエハーオン チップ（以下、ＷｏｎＣと記す）が、現状における最適な量産方法となり得る。
【００１２】
その理由としては、接合部材をウエハにすることで、ハンドリングの簡素化とコンタミネーションの混入の減少化が期待できる。具体的には、接合部材が５０μｍ以下の薄型の場合、ダイシングによる個片化によってハンドリングが困難になるため、あらかじめウエハ上で接合を完了し、接合部材の剛性を上げた上でハンドリングする方が容易で、各工程の生産に必要な時間であるタクトも向上する。
【００１３】
また、接合部材上に微細なパターンやコンタミネーションを設けることを嫌うデバイスが形成されている場合、接合のためのハンドリング中に、接合部材の表面に触れないままにハンドリングすることは非常に困難であり、チップ化したエッジ部分からは吸着や受け渡し時の衝撃からコンタミネーションが発生することが考えられる。このため、基板を接合することにより、デバイス表面を保護した後、個片化してハンドリングする方が商品の歩留まりを向上させることができる。
【００１４】
これらの理由から、ＷｏｎＣにおいて一括して接合できる工法の開発が求められている。
【００１５】
複数の素子を実装する工法において多数の発明がなされており、例えば、特許文献１に記載されているようなダイアフラムに圧子を固定するようなもの、特許文献２に記載されているような下の支持部にばね成分をそれぞれ持たせるものなどがある。また、特許文献３に記載されているように、シート状の弾性体を挟んで加圧加熱する方法も知られている。
【特許文献１】特開平６−３０２９４５号公報
【特許文献２】特開２００５−２１９０６５号公報
【特許文献３】特許第４００１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、前記従来の技術において、特許文献１に記載の方法では、数千数万の接合部材を一括して加圧加熱する場合、圧子の個数が多くなり、コストが増加する。また、ダイアフラムの動きを自由にさせるためには接合部材間の幅を広げる必要があり、ウエハ状の基板において隣接するデバイス間の距離をとらねばならず、基板のコストが上昇するため、不向きである。
【００１７】
特許文献２に記載の方法では、支持部にばね成分を具備しているため、チップ上の基板と接合部材とを接合するときには有効だが、ＷｏｎＣのように基板がウエハ状の集合基板の場合には、目的の効果を期待できない。
【００１８】
特許文献３に記載の方法では、弾性体の変形量が接合部材上で不均一となり、接合部材の中で加圧力が変化し、接合部に加わる加圧力が均一にならない。また、特許文献１と同様に狭隣接する接合部材には、隣接する接合部材による変形量に影響を受け、加圧力が均一にならないという問題がある。
【００１９】
図７は特許文献３に記載の従来法における接合初期の状態を示した図であり、１は基板、２は各種部品である接合部材、３は基板１上の電極などの接合部、５は加圧治具、６は弾性体であって、基板１上の接合部３に接合部材２を、弾性体６を介して加圧治具５によって加圧して、接合部材３と接合部２とを接合する。
【００２０】
この従来法では、接合時には、図示するように接合部材２の姿勢がばらばらのため、弾性体６に部分的に当接し、その当接した部分において弾性体６が変形することにより、弾性体６が接合部材２と接触面積を増やしていき、加圧治具５による加圧、接合を安定化させるようにしている。
【００２１】
しかしながら、図８に示す接合終了時の状態を示す図のように、弾性体６の変形が進むにしたがい、その変形部分における反力が増加し、それ以上変形が進まない点が出てくる。変形が進まなくなると、接合部材２の一部だけを加圧することになり、接合部材２に均一な加重を加えることができなくなる。また、狭隣接された接合部材２の変形が、隣の接合部材２の弾性体６への接触に影響を与え、接触面積が少なくなってしまう。
【００２２】
このようにして、接触面積が未定のまま複数個の接合部材２を接合した場合、個々に加わる加圧力は接触面積に依存することから、接触面積のばらつきがそのまま一つ一つの接合部材２の加圧力のばらつきとなってしまい、接合力が不足する接合部材２が発生してしまう。例えば、図８のＡ部の接合部３には、弾性体６が変形して加圧力が加わっているが、Ｂ部の接合部３には、弾性体６が接合部材２と離れているため十分な加圧力が加わらない。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、基板上に複数の接合部材を狭隣接した状態で、各接合部材の加圧力を一定にしながら偏加重なく、安価に短時間で接合を行うことが可能な接合方法およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明は、表面に複数の接合部が設けられている基板に対して、前記複数の接合部にそれぞれ接合される複数の接合部材を１つの加圧部材により加圧しながら接合する工程において、前記接合部材における前記基板と対向する面とは反対の面に弾性率Ａの弾性部材を設け、前記弾性部材が前記加圧部材に接触した後、前記弾性部材を弾性率Ａよりも大きい弾性率Ｂに硬化させ、硬化後に前記加圧部材により前記弾性部材を介して前記接合部材を加圧し、前記接合部材を前記接合部に接合させるようにしている。
【００２５】
このため、加圧部材により弾性部材を介して接合部材を加圧して接合部に接合させる際、弾性部材が加圧部材に接触した後、弾性部材を硬化させることにより、加圧部材によって個々の接合部材に偏加重なく所望の加圧力で加圧することができるため、偏加重による接合不足や強度低下を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、１つの加圧部材により各接合部材を弾性部材を介してそれぞれ加圧し、複数の接合部に接合させる際、弾性部材が加圧部材に接触した後、弾性部材の弾性率を大きくすることにより、弾性部材において不要な変形をなくすことができ、よって、弾性部材を介して行う加圧部材による加圧接合が確実に行われるようになり、接合不足や強度低下を抑えることができ所望の接合強度を得ることができる。しかも、当該加圧接合は１つの加圧部材により行うため、安価に短時間で加圧接合工程を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、図７，図８にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して説明する。
【００２８】
図１〜図３は本発明に係る接合方法の実施形態に用いられる部材の要部を示す説明図である。
【００２９】
図１は本実施形態に用いた基板の平面図であり、基板１上に接合部２を形成した一例を示している。基板１はウエハ状の集合基板を示しており、接合部３の外に、薄膜で形成されたパターンや、ウエットエッチ，ドライエッチ，スパッタ，蒸着などで作られた構造物が設けられる。
【００３０】
前記接合部３としては、熱やＵＶ光などで硬化する接着剤や、半田，金属めっきによる突起物などが挙げられるが、本例では金メッキによる電極などの突起物とする。接合部３は接着剤により、また半田の場合には印刷工法を用いて形成される場合もある。
【００３１】
図２は図１の基板１上へ接合部材２が高精度にアライメントされマウントした状態を示す図である。
【００３２】
基板１の接合部３にはアライメント時に若干の加重が加わり、変形してタック力（粘着物の吸着力）または部分的な接合が生じており、接合部材２の姿勢は外力が加わらない限り維持される。また、接合部材２は、接合部３の高さのばらつきにより、各接合部材２の姿勢が隣接する接合部材２に関係なく、ばらばらの姿勢となっている。
【００３３】
図３は接合部材２の接合面の一例を示す図である。
【００３４】
接合部材２に形成された接合パターン４は、接合部３と接触接合するパターンであって、接着剤であれば接着しやすい素材で形成され、また、半田や金属などであって電気的導通が必要な場合には配線パターンで形成する。
【００３５】
接合パターン４と接合部３は同一の素材で形成されてもよい。また、本実施形態では接合部３は一括供給がしやすい基板１に形成しているが、接合部材２側に形成しても問題ない。本実施形態では密封パッケージを例として揚げているため、矩形状かつ環状に配置しており、接合後は接合パターン４内部にはコンタミネーションの流入ができないようになっている。
【００３６】
なお、図示していないが接合部材２の接合面には、接合パターン４以外に薄膜で形成されたパターンや、ウエットエッチ，ドライエッチ，スパッタ，蒸着などで作られた構造物が設けられる。
【００３７】
図４〜図６を参照して本実施形態における加圧接合工程の特徴について説明する。
【００３８】
図４は本実施形態における接合方法で使用する弾性部材である硬化性物質７を接合部材２の上部（基板１と対向する面とは反対の面）に載置した状態を示している。硬化性物質７の載置方法は、硬化性物質７の素材によって変わるが、粘度の高い接着剤であればディスペンス法や印刷工法が適当であり、粘度が低いものについてはインクジェット方式の塗布法で供給することが望ましい。該塗布法は微量で正確な量を塗布できるため、硬化性物質７を配置する方法としては現状最も適している方法であると考えられる。
【００３９】
硬化性物質７の高さ寸法は、接合部２の傾きの最大値より大きくなければならない。その理由は、硬化性物質７が加圧治具５に接触する前に、接合部材２に接触することを避けるためである。
【００４０】
硬化性物質７より先に接合部材２に接触した場合、その接合部材２に部分的に加圧力が加わり、接合部材２に偏加重が加わるからである。また、硬化性物質７は接合部材２の接合パターンに対して点対称の中心位置に形成するのが望ましい。硬化性物質７を用いる目的は、接合部材２に均等な加重を加えることであり、対称性が崩れると偏加重の割合が増加するからである。
【００４１】
また、硬化性物質７は狭隣接する接合部材２上の他の硬化性物質７に接触してはならない。接触した場合、お互いに反力の影響を受け、偏加重が加わるからである。
【００４２】
硬化後の硬化性物質７の弾性変形に必要な力が接合部３の変形に必要な加圧力より十分小さいときは、硬化性物質７が加圧治具５に接触する前に硬化させてもよい。この場合、硬化性物質７の登頂部分の変形による接触面積を揃える必要がある。硬化性物質７の硬化方法は、硬化性物質７の材料によって異なるが、熱あるいはＵＶ光で硬化させる方法が一般的である。
【００４３】
本実施形態では、硬化性物質７が加圧治具５に接触した後に、硬化性物質７を熱により硬化させる方法を採用している。また、熱硬化の代わりにＵＶ光にて硬化する硬化性物質７を用いる場合には、加圧治具５を透明材にて形成するなどして、硬化性物質７にＵＶ光を照射して硬化する。
【００４４】
図５は硬化性物質７が加圧治具５に接触した後に硬化した状態を示している。図５に示す位置まで加圧治具５を下降させるとき、加圧治具５に加わる反力をモニターしながら加圧治具５を降下させ、全ての硬化性物質７が接触し、かつ接合部材２が変形しない範囲で止め、硬化性物質７を硬化させる。
【００４５】
硬化性物質７が硬化した後、接合に必要な加圧力を印加して接合部分の接合力を上げる。
【００４６】
このようにして、図６に示すように接合部材２の姿勢を変えることなく接合を完了させることができる。
【００４７】
本実施形態における接合工程のステップをまとめると下記（１）〜（４）のようになる。
（１）複数の接合部材２の表面に弾性率（硬度）Ａの硬化性物質７を載置する。
（２）加圧治具５により硬化性物質７を変形または弾性変形して、各硬化性物質７と接触している面と反対の面（接合部材２側の面）を平面にする。
（３）硬化性物質７をＵＶあるいは熱などにより弾性率Ｂに硬化する。このときＢ＞Ａである。
（４）加圧治具５により各硬化性物質７と接触している面と反対の面を加圧加熱して基板１方向へ押し込み、基板１の接合部３と接合部材２とを接合する。
【００４８】
なお、硬化性物質７として、硬化後に再び軟化可能な物質（例えば、低温で硬化し、高温で軟化する樹脂など）を加圧治具５と接合部材２との接触位置に設け、前記（１）〜（４）の方法で接合するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態の接合方法は、機械要素部品あるいは電子回路部品を接合部材として基板の接合部に対して接合して構成されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスのパッケージングを行う際の接合工程に実施して有効である。
【００５０】
ＭＥＭＳデバイスは、機械要素部品，センサー，アクチュエータ，電子回路を一つのシリコン基板，ガラス基板，有機材料などの上に集積化したものであって、例えば、マイクロスイッチ，加速度センサー，角速度センサー，流量センサー，小型マイクなどがある。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、安価に短時間で所望の接合が良好に行われ、例えば、デバイスおよび半導体素子の実装、ＭＥＭＳの実装やパッケージ、常温接合分野などにおいて、メッキによって形成された突起物を介して接合する接合工程に適用され、特に、ウエハー状態の基板に対して、チップ状の蓋状部材を所定の加重を印加して接合する接合工程に実施すれば、大量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る接合方法の実施形態に用いられる基板の平面図
【図２】本実施形態において基板上へ接合部材が高精度にアライメントされマウントした状態を示す図
【図３】本実施形態における接合部材の接合面の一例を示す図
【図４】本実施形態において接合部材に硬化性物質を設けたときの状態を示す図
【図５】本実施形態において硬化性物質を硬化させたときの状態を示す図
【図６】本実施形態における接合終了時の状態を示す図
【図７】従来法における接合初期の状態を示す図
【図８】従来法における接合終了時の状態を示す図
【符号の説明】
【００５３】
１  基板
２  接合部材
３  接合部
４  接合パターン
５  加圧治具
７  硬化性物質
【図１】
2010199190.tif 000003
【図２】
2010199190.tif 000004
【図３】
2010199190.tif 000005
【図４】
2010199190.tif 000006
【図５】
2010199190.tif 000007
【図６】
2010199190.tif 000008
【図７】
2010199190.tif 000009
【図８】
2010199190.tif 000010