(57)【要約】【課題】従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる電子部品の実装方法およびその実装装置を提供する。【解決手段】基板２１を保持する基板保持機構２２を、Ｘ−Ｙ位置決めステージを有する位置決め機構２３により平面方向へ移動可能に設ける。基板２１に対向させて電子部品２４を保持する電子部品保持機構２５を、荷重制御機構２６の下部に設置する。位置決め機構２３は、電子部品２４の電極部に形成した金属端子と基板２１に形成した金属端子とを、その金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めするものである。荷重制御機構２６は、基板２１に対し電子部品２４を相対的に鉛直方向にのみ移動して、電子部品２４の金属端子と基板２１の金属端子との間に鉛直方向のみの荷重を印加する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起状に形成された金属端子を有する電子部品を、基板上に形成された接合用の金属端子上に実装する際に、基板上の端子位置に対して電子部品の端子位置をその端子径の４０％以上オフセットさせて荷重を印加する
ことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
突起状に形成された金属端子を有する電子部品を、基板上に形成された接合用の金属端子上に実装する際に、電子部品および基板の各金属端子の少なくとも一方の表面を塑性変形させるように荷重を印加する
ことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項３】
電子部品および基板の各金属端子の少なくとも一方は、
軟質はんだ合金と、錫、鉛、インジウム、インジウム合金などの低剛性金属との中の少なくともいずれかから選択された
ことを特徴とする請求項１または２記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
基板に対する電子部品の位置決め後に荷重を印加する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
荷重は、鉛直方向のみに印加される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項６】
基板上への電子部品の実装は、非加熱状態でなされる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項７】
基板上への電子部品の実装は、非融材状態でなされる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項８】
基板上に電子部品を実装した後に、電子部品と基板との隙間に毛細管現象によりアンダーフィル材を充填する工程を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項９】
電子部品および基板の少なくとも一方は、有機材料、セラミックス材料、半導体材料、これらの複合体の中の少なくともいずれかから選択された
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項１０】
電子部品を保持する電子部品保持機構と、
電子部品を搭載する基板を保持する基板保持機構と、
電子部品の突起状に形成された金属端子と基板に形成された金属端子とを、基板上の端子位置に対して電子部品の端子位置をその金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めする位置決め機構と、
基板に対し電子部品を相対的に鉛直方向にのみ移動して電子部品の金属端子と基板の金属端子との間に荷重を印加するとともにその荷重を制御して電子部品の金属端子と基板の金属端子とを金属接合する荷重制御機構と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板上に接合する電子部品の実装方法およびその実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品を基板上に実装する方法として、はんだ粉末と融材（フラックス）などからなるソルダペーストを、スクリーン印刷機により基板の電極上に転写し、マウンタにて電子部品の端子を、ソルダペーストが塗布された基板の電極上に搭載した後、リフロー炉にて加熱し、ソルダペーストを溶融するとともに、電子部品の端子と基板の電極間を電気的かつ機械的に接合する実装方法が、現在も電気・電子機器製品の製造に用いられている。
【０００３】
この加熱による実装方法は、電子機器、半導体デバイスの小型化、高機能化に伴ない接合部が微細化しているため、融材による電気的な損傷や、熱歪による信頼性低下が問題となっている。
【０００４】
このような背景に基づき、新たな実装方法が検討されている。
【０００５】
例えば突起電極と実装用パッドとの接触面積が点から面に拡大するように変形させた後、封止樹脂を硬化させて接合する実装方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、融材を用いず、超音波振動または超音波振動と加熱とによる固相拡散による金−金接合、金−アルミニウム接合、はんだ接合する実装方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらには、接合面をエネルギ波照射により活性化した後に、常温にて接合する実装方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−９７８１６号公報（第３−４頁、図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開平１０−３３５３７３号公報（第３−４頁、図１）
【００１０】
【特許文献３】
特開２００１−３５１８９２号公報（第３−４頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来からの汎用技術であるリフロー炉を用いた実装方法に代わって開発された上記実装方法には、次のような問題点がある。
【００１２】
特許文献１に記載された突起電極の場合は、通常、金スタッドバンプと呼ばれる中央部に突起部を有するバンプを、金ワイヤのボンディング技術を応用した方法で、１個ずつ電子部品の電極端子部位に形成する必要がある。これは、端子形成に時間を要する方法であり、高速情報処理用半導体デバイスなどには高コストとなる。
【００１３】
また、特許文献１の実施例に記載されたように、金スタッドバンプを十分に変形させるために、１バンプ当り３０ｇの荷重を要するとともに、樹脂硬化のために２７０℃の加熱処理がなされ、熱歪の発生を避けられない。
【００１４】
基本的に、この特許文献１の実装方法は、封止樹脂の収縮応力をその機械的接続における信頼性の拠り所としているため、樹脂の応力緩和による信頼性低下の問題を抱えている。
【００１５】
さらには、軟質はんだ合金などの接合への適用は、その金属表面の酸化膜を除去できないために不可能である。
【００１６】
次に、特許文献２に記載の超音波振動を用いた電子部品の実装においては、融材を用いずにはんだ接合を実現させる方法であるが、接合材の融点近くまで加熱し、超音波振動により固相拡散させる方法である。
【００１７】
しかし、この方法は、接合部材の融点近傍もしくは融点以上に加熱する必要があり、熱歪の問題は解決されない。
【００１８】
さらには、接合端子部の微細化や半導体デバイスの低誘電率化は、端子部の機械的強度を脆弱なものとするため、超音波振動による端子部分の損傷が危倶される。
【００１９】
次に、特許文献３に記載の方法は、接合金属表面に対するエネルギ波照射による清浄化で酸化物や不純物を除去するとともに、接合金属表面を活性化させることで、加熱することなしに金属端子部分を拡散接合させる技術に基づくものである。
【００２０】
しかし、この方法は、基本的に電極部分を塑性変形させないため、電子部品に設けられた端子表面と基板側の端子表面とが平滑かつコプラナリティがない状態を必要とし、その制御は非常に困難を極める。
【００２１】
さらに、エネルギ波照射には真空処理技術を用いる点から、コストの高い装置が必要となり、汎用的ではない。
【００２２】
また、接合材料も非加熱では金に限られ、銅との接合には加熱を必要とする。さらに、軟質はんだ合金には適用できない。
【００２３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる電子部品の実装方法およびその実装装置を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、突起状に形成された金属端子を有する電子部品を、基板上に形成された接合用の金属端子上に実装する際に、基板上の端子位置に対して電子部品の端子位置をその端子径の４０％以上オフセットさせて荷重を印加する電子部品の実装方法であり、電子部品および基板の各金属端子をそれらの中心位置から端子径の４０％以上オフセットさせて荷重を印加することにより、金属端子の表面の酸化膜を破壊するのに十分な塑性変形をさせることが可能となり、このときの塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、また、電子部品および基板の各金属端子をオフセットさせて荷重を印加することにより、金属端子によって異なる高さのばらつきにも対応でき、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００２５】
請求項２に記載された発明は、突起状に形成された金属端子を有する電子部品を、基板上に形成された接合用の金属端子上に実装する際に、電子部品および基板の各金属端子の少なくとも一方の表面を塑性変形させるように荷重を印加する電子部品の実装方法であり、電子部品および基板の各金属端子の少なくとも一方の表面を塑性変形させることで、金属端子の表面の酸化膜を破壊するとともに、塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００２６】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の電子部品の実装方法で接合される電子部品および基板の各金属端子の少なくとも一方が、軟質はんだ合金と、錫、鉛、インジウム、インジウム合金などの低剛性金属との中の少なくともいずれかから選択された実装方法であり、軟質はんだ合金や、錫、鉛、インジウム、インジウム合金などの低剛性金属製の金属端子は、表面の塑性変形が容易であり、表面の酸化膜を破壊するのに適している。
【００２７】
請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品の実装方法において、基板に対する電子部品の位置決め後に荷重を印加する実装方法であり、基板に対する電子部品の位置決め後の荷重印加により、金属端子を塑性変形させる力を確実に作用させることができる。
【００２８】
請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の電子部品の実装方法において、荷重が、鉛直方向のみに印加される実装方法であり、鉛直方向の一方向のみへの荷重印加であるため、金属端子間の機械的強度の劣化や非接触または接触不良を防止できる。
【００２９】
請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のいずれか記載の電子部品の実装方法における基板上への電子部品の実装が、非加熱状態でなされる実装方法であり、非加熱状態での実装により、熱歪による信頼性低下を防止できる。
【００３０】
請求項７に記載された発明は、請求項１乃至６のいずれか記載の電子部品の実装方法において、基板上への電子部品の実装が、非融材状態でなされる実装方法であり、基板上への電子部品の実装が非融材状態でなされるので、融材による電気的な損傷を防止できる。
【００３１】
請求項８に記載された発明は、請求項１乃至７のいずれか記載の電子部品の実装方法において、基板上に電子部品を実装した後に、電子部品と基板との隙間に毛細管現象によりアンダーフィル材を充填する工程を有する実装方法であり、電子部品実装後に電子部品と基板との隙間に毛細管現象によりアンダーフィル材を充填するので、電子部品実装前にアンダーフィル材を塗布する方法より、電子部品と基板の金属端子間へのアンダーフィル材の噛み込みを防止でき、高い接合信頼性を確保できる。
【００３２】
請求項９に記載された発明は、請求項１乃至８のいずれか記載の電子部品の実装方法で用いられた電子部品および基板の少なくとも一方が、有機材料、セラミックス材料、半導体材料、これらの複合体の中の少なくともいずれかから選択された実装方法であり、電子部品および基板の少なくとも一方が、有機材料、セラミックス材料、半導体材料、これらの複合体のいずれであっても、これらの電子部品および基板の各金属端子間の固相拡散による金属間結合が得られる。
【００３３】
請求項１０に記載された発明は、電子部品を保持する電子部品保持機構と、電子部品を搭載する基板を保持する基板保持機構と、電子部品の突起状に形成された金属端子と基板に形成された金属端子とを、基板上の端子位置に対して電子部品の端子位置をその金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めする位置決め機構と、基板に対し電子部品を相対的に鉛直方向にのみ移動して電子部品の金属端子と基板の金属端子との間に荷重を印加するとともにその荷重を制御して電子部品の金属端子と基板の金属端子とを金属接合する荷重制御機構とを具備した電子部品の実装装置であり、電子部品保持機構と、基板保持機構と、位置決め機構とにより、電子部品および基板の各金属端子をそれらの中心位置から金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めした状態で、荷重制御機構により基板に対し電子部品を相対的に鉛直方向にのみ移動して荷重を印加することにより、金属端子表面の酸化膜を破壊するのに十分な塑性変形をさせることが可能となり、このときの塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、また、電子部品および基板の各金属端子をオフセットさせて荷重を印加することにより、金属端子によって異なる高さのばらつきにも対応でき、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１は、電子部品の実装装置を示し、基板２１を保持する基板保持機構２２が、Ｘ−Ｙ位置決めステージを有する位置決め機構２３により、平面方向すなわちＸ−Ｙ方向へ移動可能に設けられている。
【００３６】
この基板２１に対向させて電子部品２４を保持する電子部品保持機構２５が、荷重制御機構２６の下部に設置されている。
【００３７】
位置決め機構２３は、図２（ａ）に示されるように電子部品２４の電極部に形成された金属端子２４ａと、この電子部品２４を搭載する基板２１に形成された金属端子２１ａとを、基板２１上の端子位置に対して電子部品２４の端子位置をその金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めするものである。
【００３８】
荷重制御機構２６は、図２（ｂ）から（ｃ）に示されるように基板２１に対し電子部品２４を相対的に鉛直方向にのみ移動して、オフセット状態に位置決めされた電子部品２４の金属端子２４ａと基板２１の金属端子２１ａとの間に鉛直方向のみの荷重を印加するとともに、その荷重を制御して電子部品２４の金属端子２４ａと基板２１の金属端子２１ａとを金属接合するものである。
【００３９】
この実装装置で取扱われる基板２１および電子部品２４の少なくとも一方は、有機材料、セラミックス材料、半導体材料、これらの複合体の中の少なくともいずれかから選択されたものである。
【００４０】
電子部品２４には、半導体デバイスだけでなく、回路形成されたサブアッセンブリ基板も含まれる。
【００４１】
また、金属接合される電子部品２４の金属端子２４ａおよび基板２１の金属端子２１ａは、突起状に形成されたバンプであり、これらの金属接合される金属端子２４ａ，２１ａの少なくとも一方は、軟質はんだ合金と、錫、鉛、インジウム、インジウム合金などの低剛性金属との中の少なくともいずれかから選択されたものである。
【００４２】
次に、このような電子部品の実装装置を用いて行う電子部品の実装方法を説明する。
【００４３】
図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、突起状に形成された金属端子２４ａを有する電子部品２４を、基板２１上に形成された接合用の金属端子２１ａ上に実装する際に、実装装置の位置決め機構２３によって、基板２１上の端子位置に対して電子部品２４の端子位置を、その端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めする。
【００４４】
このような基板２１に対する電子部品２４の位置決め後に、図２（ｃ）に示されるように、荷重制御機構２６によって、電子部品２４を下方へ移動させるとともに、基板２１の金属端子２１ａとオフセット状態で当接された電子部品２４の金属端子２４ａに、鉛直方向の荷重を印加する。このとき、端子位置を、その端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めされた基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａは、それらの少なくとも一方の表面が塑性変形する。
【００４５】
すなわち、この実装方法は、突起状に形成された金属端子２４ａを有する電子部品２４を、基板２１上に形成された接合用の金属端子２１ａ上に実装する際に、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａの少なくとも一方の表面を塑性変形させるように荷重を印加する実装方法であるが、その荷重は、基板２１に対する電子部品２４の位置決め後に、鉛直方向のみに印加される。
【００４６】
このとき、基板２１上への電子部品２４の実装は、非加熱状態すなわち常温でなされる。また、基板２１上への電子部品２４の実装は、融材すなわちフラックスを用いない状態である非融材状態でなされる。
【００４７】
このように、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａをオフセットさせて荷重を印加することにより、各金属端子２１ａ，２４ａの塑性変形量が大きくなるため、各金属端子２１ａ，２４ａによって異なる高さのばらつきにも対応でき、各金属端子２１ａ，２４ａ間の確実な金属接合が可能となる。
【００４８】
図２（ｄ）に示されるように、基板２１上に電子部品２４を実装した後に、基板２１と電子部品２４との隙間に毛細管現象によりアンダーフィル材３１を充填する工程を有する。
【００４９】
このアンダーフィル材３１を充填は、熱膨張係数の著しく異なる基板２１と電子部品２４との実装方法において、その熱膨張係数のミスマッチに起因する熱歪に対する実装信頼性を確保するために、基板２１と電子部品２４との間にアンダーフィル材３１を注入硬化して、機械的強度の補強を行う。
【００５０】
このアンダーフィル材３１は、熱硬化性樹脂すなわち熱硬化性のエポキシ材料が望ましいが、紫外線硬化型の材料でも可能である。
【００５１】
電子部品（半導体デバイス）２４をフリップチップ接合により樹脂基板２１上に実装する場合、アンダーフィル材３１の主材料となるエポキシ樹脂の弾性率は小さく熱膨張係数も大きいことから、単独では機械的強度の補強が難しいため、シリカなどのフィラーを添加し、物性値を半導体側に合せるよう調整されたものが望ましい。
【００５２】
また、アンダーフィル材３１の供給方法は先入れと後入れに分かれ、例えば、５ｍｍ角程度の小さな半導体デバイスの場合で、熱歪による機械的ストレスが小さく、また金バンプを用い端子数の少ないデバイスの実装にはフィラーを含まないアンダーフィル材を基板上に予め塗布しておく先入れ方法も取られるが、１０ｍｍ以上の半導体デバイスの場合、熱歪による機械的ストレスが大きいため、フィラーを含有したアンダーフィル材３１が使用される。
【００５３】
この場合、先入れ法では、アンダーフィル材３１中のフィラーが金属端子２１ａ，２４ａ間の金属接合部に噛み込み、接合信頼性が低下することから、電子部品２４を基板２１に実装した後に、その間隙にアンダーフィル材３１を注入する後入れ法が望ましい。アンダーフィル材３１は毛細管現象により電子部品２４と基板２１間に流入していく。
【００５４】
そして、電子部品２４と基板２１間にアンダーフィル材３１が供給された後、このアンダーフィル材３１を１５０℃程度に加熱して硬化すると、電子部品２４と基板２１とを強固に接着して機械的補強効果を発揮する。
【００５５】
このように、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａをそれらの中心位置から端子径の４０％以上オフセットさせて荷重を印加することにより、これらの金属端子２１ａ，２４ａの表面の酸化膜を破壊するのに十分な塑性変形をさせることが可能となり、このときの塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、また、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａをオフセットさせて荷重を印加することにより、各金属端子２１ａ，２４ａによって異なる高さのばらつきにも対応でき、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００５６】
例えば、強い活性を有する場合の問題点、地球環境保護の上でコスト高となる点、洗浄工程を必要とする点、生産効率が悪い点、制御が困難である点、コストの高い装置を必要とし汎用的でない点、接合材料が金に限られる点などを解決できる。
【００５７】
また、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａの少なくとも一方の表面を塑性変形させるように荷重を印加することで、これらの金属端子２１ａ，２４ａの表面の酸化膜を破壊するとともに、塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００５８】
また、軟質はんだ合金や、錫、鉛、インジウム、インジウム合金などの低剛性金属製の金属端子２１ａ，２４ａは、表面の塑性変形が容易であり、表面の酸化膜を破壊するのに適している。
【００５９】
また、基板２１に対する電子部品２４の位置決め後の荷重印加により、金属端子２１ａ，２４ａを塑性変形させる力を確実に作用させることができる。
【００６０】
また、鉛直方向の一方向のみへの荷重印加であるため、金属端子２１ａ，２４ａ間の機械的強度の劣化や非接触または接触不良を防止できる。
【００６１】
また、非加熱状態での実装により、熱歪による信頼性低下を防止できる。
【００６２】
また、基板２１上への電子部品２４の実装が、融材すなわちフラックスを用いない非融材状態でなされるので、融材による電気的な損傷を防止できる。
【００６３】
また、電子部品２４の実装後に基板２１と電子部品２４との隙間に毛細管現象によりアンダーフィル材３１を充填するので、電子部品２４の実装前にアンダーフィル材を塗布する方法より、基板２１および電子部品２４の金属端子２１ａ，２４ａ間へのアンダーフィル材３１の噛み込みを防止でき、高い接合信頼性を確保できる。
【００６４】
また、基板２１および電子部品２４の少なくとも一方が、有機材料、セラミックス材料、半導体材料、これらの複合体のいずれであっても、これらの基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａ間の固相拡散による金属間結合が得られる。
【００６５】
また、基板保持機構２２と、位置決め機構２３と、電子部品保持機構２５とにより、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａをそれらの中心位置から金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めした状態で、荷重制御機構２６により基板２１に対し電子部品２４を相対的に鉛直方向にのみ移動して荷重を印加することにより、金属端子表面の酸化膜を破壊するのに十分な塑性変形をさせることが可能となり、このときの塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、また、基板２１および電子部品２４の各金属端子２１ａ，２４ａをオフセットさせて荷重を印加することにより、各金属端子２１ａ，２４ａによって異なる高さのばらつきにも対応でき、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００６６】
【実施例】
次に、図２に示された本発明の電子部品実装形態に対し、図３は従来の電子部品実装形態を示し、基板１１上に形成された接合用の金属端子１１ａ上に電子部品１２の金属端子１２ａを実装する際に、これらの金属端子１１ａ，１２ａが全くオフセットされていない場合であり、この場合、以下の実測データに示されるように、大きな荷重をかけても、金属端子１１ａ，１２ａの表面における塑性変形量は小さい。
【００６７】
一方、本発明の電子部品実装形態は、以下の実測データに示されるように、オフセット量のない従来方法と比較して、同じ荷重でも大きな塑性変形を得ることができる。
【００６８】
なお、実測に用いられた基板２１側の金属端子２１ａは、図４（ａ）に示されるように、ガラス板によりフラッタニング（平坦化）処理が施された接合用電極側のはんだバンプであり、基板２１側の平坦度が確保された状態で、端子表面はある程度の面積を持った平面２１ｂとなっているが、図４（ｂ）に示されるように、平坦化処理を施さずに接合することも可能である。
【００６９】
図５は、４５ｋｇ（１バンプ当り１１．２５ｇ）の鉛直荷重を作用させた本発明の実装方法により基板２１上に電子部品２４を実装した場合の、オフセット量とバンプ塑性変形量との相関を示す実測データである。
【００７０】
このときの基板２１側の金属端子２１ａは、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕの金属組成で表される軟質はんだ合金であり、電子部品２４側の金属端子２４ａは、Ｓｎ−３．５Ａｇで表される軟質はんだ合金であり、その端子寸法が各々概ね１００μｍ径で、電子部品２４としては端子数４００個のシリコンチップを用いている。
【００７１】
この図５に示されたオフセット量に対するバンプ塑性変形量の関係から、５０μｍ以上のオフセット量で塑性変形量が飽和することが分かる。
【００７２】
また、図６は、オフセット量と、ダイシア強度および電気的接合性との相関を示す実測データである。荷重条件は、４５×９．８Ｎの鉛直荷重を５分作用させ、ダイシア速度は、３００μｍ／秒で作用させる。
【００７３】
この図６に示されたオフセット量に対するダイシア強度の関係から、５０μｍ以上のオフセット量で接合強度すなわちダイシア強度も飽和することが分かる。
【００７４】
さらに、図６に示されたオフセット量に対する電気的接合性の関係から、４０μｍ以上のオフセット量で電気的な導通は得られることが分かる。
【００７５】
次に、図７乃至図１４は、オフセット量を変化させた場合の、平坦化処理されたソルダバンプすなわち金属端子２１ａの表面の変形状態を比較する顕微鏡写真であり、図７は、オフセット量が０μｍの場合であり、図８は、オフセット量が１０μｍの場合であり、図９は、オフセット量が２０μｍの場合であり、図１０は、オフセット量が３０μｍの場合であり、図１１は、オフセット量が４０μｍの場合であり、図１２は、オフセット量が５０μｍの場合であり、図１３は、オフセット量が６０μｍの場合であり、図１４は、オフセット量が７０μｍの場合である。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、電子部品および基板の各金属端子をそれらの中心位置から端子径の４０％以上オフセットさせて荷重を印加することにより、金属端子の表面の酸化膜を破壊するのに十分な塑性変形をさせることが可能となり、このときの塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、また、電子部品および基板の各金属端子をオフセットさせて荷重を印加することにより、金属端子によって異なる高さのばらつきにも対応でき、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００７７】
請求項２記載の発明によれば、電子部品および基板の各金属端子の少なくとも一方の表面を塑性変形させることで、金属端子の表面の酸化膜を破壊するとともに、塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【００７８】
請求項３記載の発明によれば、軟質はんだ合金や、錫、鉛、インジウム、インジウム合金などの低剛性金属製の金属端子は、表面の塑性変形が容易であり、表面の酸化膜を破壊するのに適している。
【００７９】
請求項４記載の発明によれば、基板に対する電子部品の位置決め後の荷重印加により、金属端子を塑性変形させる力を確実に作用させることができる。
【００８０】
請求項５記載の発明によれば、鉛直方向の一方向のみへの荷重印加であるため、金属端子間の機械的強度の劣化や非接触または接触不良を防止できる。
【００８１】
請求項６記載の発明によれば、非加熱状態での実装により、熱歪による信頼性低下を防止できる。
【００８２】
請求項７記載の発明によれば、基板上への電子部品の実装が非融材状態でなされるので、融材による電気的な損傷を防止できる。
【００８３】
請求項８記載の発明によれば、電子部品実装後に電子部品と基板との隙間に毛細管現象によりアンダーフィル材を充填するので、電子部品実装前にアンダーフィル材を塗布する方法より、電子部品と基板の金属端子間へのアンダーフィル材の噛み込みを防止でき、高い接合信頼性を確保できる。
【００８４】
請求項９記載の発明によれば、電子部品および基板の少なくとも一方が、有機材料、セラミックス材料、半導体材料、これらの複合体のいずれであっても、これらの電子部品および基板の各金属端子間の固相拡散による金属間結合が得られる。
【００８５】
請求項１０記載の発明によれば、電子部品保持機構と、基板保持機構と、位置決め機構とにより、電子部品および基板の各金属端子をそれらの中心位置から金属端子径の４０％以上オフセットさせて位置決めした状態で、荷重制御機構により基板に対し電子部品を相対的に鉛直方向にのみ移動して荷重を印加することにより、金属端子表面の酸化膜を破壊するのに十分な塑性変形をさせることが可能となり、このときの塑性変形に伴う端子表面の応力が固相拡散のドライビングフォースとなり、金属間結合が得られるので、また、電子部品および基板の各金属端子をオフセットさせて荷重を印加することにより、金属端子によって異なる高さのばらつきにも対応でき、従来の突起電極の変形による実装方法、超音波振動による固相拡散方法、エネルギ波照射による表面活性化処理方法が抱えていた種々の問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子部品の実装装置の一実施の形態を示す正面図である。
【図２】本発明に係る電子部品の実装方法の一実施の形態を示すものであり、（ａ）は基板および電子部品の各金属端子をオフセットさせて位置決めした状態の平断面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は各金属端子を金属接合した状態の側面図、（ｄ）は基板と電子部品との隙間にアンダーフィル材を充填した状態の断面図である。
【図３】従来の電子部品の実装方法を示すものであり、（ａ）は基板および電子部品の各金属端子を位置決めした状態の平断面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は各金属端子を金属接合した状態の側面図である。
【図４】本発明に係る電子部品の実装方法における金属端子間のオフセット量を示す側面図であり、（ａ）は平坦化処理された金属端子の場合、（ｂ）は平坦化処理されない金属端子の場合である。
【図５】同上オフセット量とバンプ塑性変形量との相関を示す実測データのグラフである。
【図６】同上オフセット量と、ダイシア強度および電気的接合性との相関を示す実測データのグラフである。
【図７】同上オフセット量が０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図８】同上オフセット量が１０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図９】同上オフセット量が２０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図１０】同上オフセット量が３０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図１１】同上オフセット量が４０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図１２】同上オフセット量が５０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図１３】同上オフセット量が６０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【図１４】同上オフセット量が７０μｍの場合の、ソルダバンプの変形状態を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
２１    基板
２１ａ    金属端子
２２    基板保持機構
２３    位置決め機構
２４    電子部品
２４ａ    金属端子
２５    電子部品保持機構
２６    荷重制御機構
３１    アンダーフィル材
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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