(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ヘッドに支持された半導体素子の電極に対応する配線電極パターンが形成された基板を透明なステージ上に載支させ、
このステージの前記基板に対して反対側に設けられた接続状態確認用の光学系で確認しながら、前記基板の配線電極パターンおよび前記半導体素子の電極の位置関係を仮合わせし、
前記半導体素子と前記基板との間に位置合わせ用の光学系を挿入し、
前記半導体素子と前記基板との間に前記位置合わせ用の光学系を挿入した後、これら半導体素子の電極および前記基板の配線電極パターンの位置に基づき、前記位置合わせ用の光学系の光軸を調整し、
この位置合わせ用の光学系により前記半導体素子と前記ステージ上に載支された前記基板との画像を取り込み、
これら両画像に基づいて前記半導体素子と前記基板とを位置合わせし、
これら半導体素子および基板の相互を熱圧着接続する
ことを特徴とする電子部品の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子の電極と基板の配線電極パターンとの電気的および機械的な接続に用いられる電子部品の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子を基板に実装する電子部品において、電子部品の実装方法としては、半導体素子の電極上に形成されたバンプと基板上に形成された取り出し用の配線電極パターンとを直接接続するフェイスボンディング法が知られている。そして、接続材料として、異方性接着剤を用いて電気的、機械的に接続する方法は、低コストで高密度実装を実現する方法として新たに提案されている。
【０００３】
この異方性接着剤を用いるものとしては、たとえば特公昭６２−６６５２号公報に記載され、たとえば図５に示すように、半導体素子11を基板12上に実装する場合、半導体素子11を基板12に対して機械的に固着するとともに、半導体素子11に設けられた電極13を基板12上に形成された配線電極パターン14に対して電気的に接続する必要がある。このような場合、半導体素子11の電極13および基板12の配線電極パターン14間を異方性接着剤15により一体に結合している。
【０００４】
また、異方性接着剤15は、周知のように、絶縁性の接着剤16内に導電粒子17を混入分散させたもので、厚み方向には導電性を有し、面方向には絶縁性を有している。そして、半導体素子11と基板12との結合の際は、この異方性接着剤15を、図示のように半導体素子11の下面および周辺部全域にわたるように介在させ、電極13と配線電極パターン14との間は導電粒子17により電気的に導電接続している。
【０００５】
次に、電気部品の接続工程を図６および図７を参照して説明する。なお、半導体素子11の電極13には確実な接続を得るため、電極13の表面にバンプ19を一体に設けているが、基本的には図５に示す構成と同様である。
【０００６】
まず、図６に示すように、半導体素子11の下面には電極13が形成され、この電極13の表面にはバンプ19が一体に形成されている。なお、基板12はリジットまたはフレキシブルなもののいずれでもよく、基板12の表面には、エッチングなどにより配線電極パターン14が形成されている。
【０００７】
そして、半導体素子11を基板12上に所定の位置関係で実装する場合、まず、半導体素子11の上面を図示しないヘッドにより真空吸着し、基板12を図示しないステージ上に設置する。また、半導体素子11および基板12の間に導電異方性を有する異方性接着剤15を介在させる。なお、この異方性接着剤15は、半導体素子11の外形寸法より若干大きいサイズに切断したシート状のもので、このシート状の異方性接着剤15を基板12上の所定位置に貼り付ける。また、この異方性接着剤15は粘着性を持っており、基板12の表面や配線電極パターン14の表面に密着した状態で貼り付けられる。
【０００８】
次に、これら半導体素子11と基板12との対向面間に図示しない光学系を挿入し、これら対向面の画像をそれぞれ取り込む。そして、これら半導体素子11および基板12の画像により、半導体素子11の電極13と基板12上の配線電極パターン14との相互位置を検出し、これら半導体素子11の電極13および基板12の配線電極パターン14が所定の接続関係となるように、図示しないステージをＸ−Ｙ−θ方向に補正して位置合わせする。
【０００９】
そして、位置合わせの完了後には、光学系を対向面間から退去させ、図示しないヘッドに固着された半導体素子11を異方性接着剤15を介して基板12上に圧着させる。そして、ヘッドにより半導体素子11の図示上面側から加熱し、加圧する。この加熱・加圧により、異方性接着剤15の絶縁性の接着剤16が溶融し、図７で示すように半導体素子11と基板12との間を接着し、電極13と配線電極パターン14との間を導電粒子17により電気的に導電接続する。その後、加熱を解除することにより接着剤16が硬化して一体化される。
【００１０】
ところで、このような半導体素子11やこの半導体素子11を支持する基板12からなる電子部品では、回路構成が高密度化して、電極13や配線電極パターン14は微細化されている。このように微細化された多くの電極同士を接続するためには、位置合わせ用の光学系の光軸を厳密に合わせる必要がある。また、光学系を必要とするのは、半導体素子11と基板12との位置合わせの際に、光学系を半導体素子11および基板12の背面に位置して観察することが困難なためである。すなわち、半導体素子11は光不透過であり、基板12には異方性接着剤15が設けられているためこの異方性接着剤15が光を乱反射するためである。
【００１１】
そして、この光学系を用いた位置合わせとしては、図示しない光学系を半導体素子11および基板12の間に挿入し、半導体素子11および基板12の電極の位置合わせを行ない、半導体素子11および基板12の位置から光学系を後退させて、電極間を接続させている。
【００１２】
ところで、この光学系はこの光学系の上側および下側のいずれの電極をも同時に観察しなければならないため、ミラーなどが必要になり、このミラーの角度がずれることにより正確な位置合わせが困難になる。すなわち、光軸がずれていると、この光学系により取り込まれた画像により位置合わせしても、実際の位置関係にずれが生じてしまうためである。
【００１３】
そして、光学系の光軸を合わせるためには、実際に接続試料を作成し、精度を評価しては光軸を微調整するという試行錯誤を繰り返し行なわざるを得なかった。また、接続時にずれが生じた場合には、評価することができなかった。さらに、光学系の光軸にずれが生じても、実際の接続部を観察しないと、光軸のずれの発生が分からない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の電子部品の接続装置では、位置合わせ用の光学系の光軸を厳密に合わせる必要があり、また、接続時にずれが生じた場合、その評価ができず、さらに、光軸にずれが生じてもその発生が分からないという問題を有している。
【００１５】
本発明の目的は、位置合わせ用の光学系の光軸を厳密に合わせることなく、高精度の接続状態を常に安定して得ることができる電子部品の接続方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、支持ヘッドに支持された半導体素子の電極に対応する配線電極パターンが形成された基板を透明なステージ上に載支させ、このステージの前記基板に対して反対側に設けられた接続状態確認用の光学系で確認しながら、前記基板の配線電極パターンおよび前記半導体素子の電極の位置関係を仮合わせし、前記半導体素子と前記基板との間に位置合わせ用の光学系を挿入し、前記半導体素子と前記基板との間に前記位置合わせ用の光学系を挿入した後、これら半導体素子の電極および前記基板の配線電極パターンの位置に基づき、前記位置合わせ用の光学系の光軸を調整し、この位置合わせ用の光学系により前記半導体素子と前記ステージ上に載支された前記基板との画像を取り込み、これら両画像に基づいて前記半導体素子と前記基板とを位置合わせし、これら半導体素子および基板の相互を熱圧着接続するものである。
【００１７】
【作用】
本発明は、支持ヘッドに支持された半導体素子の電極と基板上に形成された配線電極パターンとを互いに位置合わせし、これら半導体素子および基板の相互を熱圧着する際に、この基板を透明なステージ上に載支させて、このステージの反対側に設けられた接続状態確認用の光学系で確認しながら電極と配線電極パターンとの位置関係を仮合わせするから、実際の接続を行なうことなく接続位置の関係を見ることができ、半導体素子および基板間に挿入する位置合わせ用の光学系の光軸合わせを簡便にすることができる。また、状態を観察しながら接続できるので、ずれが発生した場合の評価が可能になり、位置合わせ用の光学系の光軸にずれが生じた場合でも、接続状態確認用の光学系で位置合わせ用の光学系の光軸を調整して接続できるので、高精度の接続を常に安定する。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の電子部品の接続装置の一実施例を図面に示す液晶表示装置の製造装置を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、半導体素子としての液晶駆動用ＩＣ21は出力数を１２０とし、大きさはおよそ２ｍｍ×１０ｍｍ程度とする。そして、液晶駆動用ＩＣ21の一面である下面には、アルミニウム（Ａｌ）による電極22と、液晶駆動用ＩＣ21の表面保護層であるパッシベーション膜23とが形成され、電極22の表面には図示していないが、たとえばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）を順次形成したバリアメタル層が形成されている。そして、このバリアメタル層の表面には金によるバンプ24がメッキ法などにより形成され、このバンプ24としては、高さ２２μｍ、面積５０μｍのものを用い、接続ピッチは８０μｍとする。また、このバンプ24が設けられた面の他の表面部分は、前述のようにパッシベーション膜23で覆われているが、このパッシベーション膜23は窒化シリコンなどからなる。
【００２０】
一方、ガラス基板25は、液晶表示装置の主な構成要素で、ガラス基板25の一面となる上面には配線電極パターン26がエッチングなどによって形成されている。また、この配線電極パターン26は、液晶駆動用ＩＣ21の電極22と導電接続されるもので、ガラス基板25上の所定位置に形成される。
【００２１】
また、異方性接着剤27は、図２に示すようにシート状をなしており、液晶駆動用ＩＣ21の図示下面よりやや大きな面積に形成されている。また、この異方性接着剤27は粘着性を持っており、図３に示すように、ガラス基板25上の所定位置、すなわち、液晶駆動用ＩＣ21の実装位置に貼り付けられる。なお、異方性接着剤27はエポキシ系の熱硬化性樹脂の接着剤28をベースとしたもので、１７５℃を約３０秒間保持することにより硬化が進む特性を有する。また、この接着剤28中の導電粒子29には、金属膜をコートしたプラスチックボールを用いている。
【００２２】
また、35は自動ボンディング装置のステージで、このステージ35の上部の所定位置には、ガラス基板25が載支される。そして、このステージ35は、図示しない駆動機構によりＸ−Ｙ−θの各方向に補正可能に構成されており、ガラスなどにより作られた透明なものである。
【００２３】
さらに、36は支持ヘッドで、この支持ヘッド36は液晶駆動用ＩＣ21の上面部を真空吸着により保持し、この液晶駆動用ＩＣ21を、ガラス基板25上に加圧する機能を有する。また、この支持ヘッド36は、液晶駆動用ＩＣ21を所定温度に加熱する機能をも有する。
【００２４】
さらに、38は位置合わせ用の光学系で、この位置合わせ用の光学系38は支持ヘッド36に支持された液晶駆動用ＩＣ21とステージ35上に載支されたガラス基板25との間に挿入され、これら互いに対向する接続面の画像をそれぞれ取り込む。そして、これら画像は、接続面相互のずれ検出に用いられるもので、これらずれ量およびその方向は、駆動機構に対して、ステージ35をＸ−Ｙ−θの各方向に補正するための制御指令となる。
【００２５】
一方、39は接続状態確認用の光学系で、この接続状態確認用の光学系39はステージ35のガラス基板25の載支面に対する反対面側に設けられ、透明なステージ35を介して、ガラス基板25と液晶駆動用ＩＣ21との接続状態の画像をとらえる。
【００２６】
次に、上記実施例の電子部品の接続方法について説明する。
【００２７】
まず、ガラス基板25および液晶駆動用ＩＣ21の間に位置合わせ用の光学系38を挿入しない状態で、液晶駆動用ＩＣ21をガラス基板25方向に向けて下降させ、ガラス基板25および液晶駆動用ＩＣ21の電極を近付けた状態で、接続状態確認用の光学系39で確認しながら、ガラス基板25および液晶駆動用ＩＣ21の仮合わせを行なう。なお、液晶駆動用ＩＣ21は、図示しないＩＣ供給部に予めセットされており、このＩＣ供給部から支持ヘッド36に供給され、支持ヘッド36は液晶駆動用ＩＣ21を真空吸着して図示状態に保持する。また、ガラス基板25はステージ35上の所定位置に載支されている。なお、仮合わせに際しては、異方性接着剤27がガラス基板25に貼着されていない状態の方が光の散乱が小さいため、確認が容易にできる。
【００２８】
そして、仮合わせ終了後に液晶駆動用ＩＣ21を上昇させ、液晶駆動用ＩＣ21とガラス基板25との対向面間に、図示のように位置合わせ用の光学系38を挿入する。仮合わせされた液晶駆動用ＩＣ21の電極およびガラス基板25の電極の位置に基づき、挿入された位置合わせ用の光学系38の光軸を調整し、初期調整が終了する。
【００２９】
実際の実装に際しては、液晶駆動用ＩＣ21が実装される所定位置には、シート状の液晶駆動用ＩＣ21の実装面よりやや大きな面積の異方性接着剤27が貼り付けられたガラス基板25をステージ35上の所定位置に載支する。
【００３０】
そして、初期調整により光軸が調整された位置合わせ用の光学系38で、電極22が形成された液晶駆動用ＩＣ21の接合面の画像と、配線電極パターン26が形成されたガラス基板25の実装面の画像とをそれぞれとらえる。また、図示しない制御装置は、これら２つの画像から互いに導電接続される電極22と配線電極パターン26との位置ずれを検出する。この検出された位置ずれは、図示しない駆動機構によりステージ35をＸ−Ｙ−θ方向に駆動することにより補正され、位置合わせが完了する。
【００３１】
上述のようにして位置合わせが完了すると、位置合わせ用の光学系38は液晶駆動用ＩＣ21とガラス基板25との対向面間から退去する。
【００３２】
次に、液晶駆動用ＩＣ21を保持した支持ヘッド36が下降し、この液晶駆動用ＩＣ21を反接合面である上面側からガラス基板25上に約９ｋｇで加圧し、１７５℃で加熱しながら約３０秒間保持する。なお、このときステージ35は約６０℃に加熱されており、ガラス基板25も裏側から加熱されている。
【００３３】
そして、この加圧、加熱操作により、異方性接着剤27は溶融硬化し、液晶駆動用ＩＣ21側の電極22に形成されたバンプ24とガラス基板25側の配線電極パターン26とは、図４で示すように、異方性接着剤27の導電粒子29により導電接続される。また、熱硬化性樹脂をベースとした接着剤28は１７５℃の加熱により硬化し始め、この状態を３０秒間保持することにより硬化が進み、液晶駆動用ＩＣ21のパッシベーション膜23やガラス基板25の表面に強固に密着し、液晶駆動用ＩＣ21の全体をガラス基板25上に強固に実装する。この後、支持ヘッド36を液晶駆動用ＩＣ21から取り外すことにより実装工程が終了する。
【００３４】
このように、実装工程を繰り返し、工程中に位置合わせ用の光学系38の光軸がずれた場合には、初期設定をやり直した後に、再度実装工程に移る。
【００３５】
また、上述した接続時の状態は、ステージ35の反対側に設けられた接続状態確認用の光学系39により、ステージ35を通して観察できる。また、接続後におけるガラス基板25と液晶駆動用ＩＣ21の電極22との位置関係を確認することもできる。
【００３６】
このように、ステージ35の反対側に接続状態確認用の光学系39を設けたので、透明なステージ35を通してガラス基板25とこのガラス基板25に実装される液晶駆動用ＩＣ21との相互関係をとらえることができる。このため、実際の接続を行なうことなくガラス基板25と液晶駆動用ＩＣ21の両者の接続位置関係を見極めることができ、位置合わせ用の光学系38の光軸合わせを簡便にすることができる。また、接続状態を監視しながら接続作業を行なうこともできるので、ずれが発生した場合の評価を行なえるとともに、このずれを解消するべく操作できるので、高精度の接続状態を常に安定して得ることが可能となる。
【００３７】
なお、上記実施例に限定されるものではなく、たとえば支持ヘッド36による加圧中に加熱を取り止め、支持ヘッド36および液晶駆動用ＩＣ21を冷却して加圧工程を終了させてもよい。
【００３８】
また、液晶駆動用ＩＣ21とガラス基板25との位置合わせは、ガラス基板25を載支するステージ35をＸ−Ｙ−θ方向に駆動することによって行なっているが、相対的なものであり、反対に液晶駆動用ＩＣ21を保持した支持ヘッド36を同方向に駆動したり、あるいは、それぞれを互いに駆動したりして補正を行なってもよい。
【００３９】
さらに、図１で示すように、支持ヘッド36に保持された液晶駆動用ＩＣ21とステージ35上のガラス基板25との対向面間に挿入される位置合わせ用の光学系38としては、たとえばＣＣＤカメラのようなものでもよく、あるいは、ハーフミラーやプリズムなどのような光路を構成するものを挿入し、外部に設けた撮像カメラまで画像を導出するものでもよい。
【００４０】
なお、上記実施例は、液晶表示装置での実装について説明したが、もちろん液晶表示装置に限定されるものではなく、ＩＣなどの半導体素子を基板上に実装する電子部品の全てに適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、支持ヘッドに支持された半導体素子の電極と基板上に形成された配線電極パターンとを互いに位置合わせし、これら半導体素子および基板の相互を熱圧着する際に、この基板を透明なステージ上に載支させて、このステージの反対側に設けられた接続状態確認用の光学系で確認しながら電極と配線電極パターンとの位置関係を仮合わせするから、実際の接続を行なうことなく接続位置の関係を見ることができ、位置合わせ用の光学系の光軸合わせを簡便化できる。また、状態を観察しながらの接続もできるので、ずれが発生した場合の評価が可能になり、位置合わせ用の光学系の光軸にずれが生じた場合でも、接続部を観察しつつ接続できるので、高精度の接続を常に安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による電子部品の接続方法の一実施例の全体を示す側面図である。
【図２】  同上図１で示した基板と異方性接着剤との関係の貼り付け前の状態を示す側面図である。
【図３】  同上図１で示した基板と異方性接着剤との関係の貼り付け後の状態を示す側面図である。
【図４】  同上電子部品の接続状態を示す側面図である。
【図５】  同上異方性接着剤を用いた一般的な接続状態を示す側面図である。
【図６】  同上異方性接着剤により半導体素子と基板とを接続する場合の接着前の状態を示す側面図である。
【図７】  同上異方性接着剤により半導体素子と基板とを接続する場合の接着後の状態を示す側面図である。
【符号の説明】
21    半導体素子としての液晶駆動用ＩＣ
22    電極
25    ガラス基板
26    配線電極パターン
35    ステージ
36    支持ヘッド
38    位置合わせ用の光学系
39    接続状態確認用の光学系
【図１】
0003664752.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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