(57)【要約】【課題】  超音波高温接合用のボンディングヘッド、ボンディング装置とボンディング方法を提供すること。【構成】  超音波振動子と、振動ホーンと、ハロゲンランプ光をレンズで集光して振動ホーンに照射する光加熱装置と、振動ホーンと光加熱装置を連結する取付部材とからなるボンディングヘッド。光加熱装置は、振動ホーンと一体となり移動し、光が照射する領域は、振動ホーンに移動に拘わらず一定で、その領域には、光の吸収を助ける表面処理が施され、１００〜３００℃に加熱される。【選択図】  図１
2005093857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品に荷重と超音波振動を加えて上記部品を基板に接合するボンディングヘッドにおいて、
超音波を発生する振動子と、
上記振動子に連結する領域と、加圧装置からの荷重を受ける領域と、光加熱装置からの光を受ける領域と、温度を測定する領域と、上記部品を保持する領域を有する振動ホーンと、
上記振動ホーンを光で加熱する上記光加熱装置と
上記光加熱装置と上記振動ホーンとを連結する取付部材と、
からなることを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項２】
上記光加熱装置は、ハロゲンランプの光を集光して上記振動ホーンを加熱することを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
【請求項３】
温度センサは、振動の節点の近傍に配設されていることを特徴とする請求項１または２記載のボンディングヘッド。
【請求項４】
上記光加熱装置からの上記光を受ける上記領域は、上記光の吸収率が５０％以上であることを特徴とする請求項１、２または３記載のボンディングヘッド。
【請求項５】
振動子と振動ホーンと光加熱装置からなるボンディングヘッドと、このボンディングヘッドをＺ軸方向に取付部材を介して移動させる駆動機構と、回路基板を搭載する基板搭載テーブルとからなり、上記振動ホーンに移載された部品を上記回路基板に超音波高温接合するボンディング装置において、
上記光加熱装置は上記取付部材を介して上記ボンディングヘッドの節点と連結していることを特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
ヘッドに保持された部品に振動を加えて、この部品を基板に接合するボンディング方法において、  
ランプの光を集光しで上記ヘッドを加熱する工程と、
上記ヘッドに上記部品を保持する工程と、
上記基板を所定位置に移動する工程と、
上記部品を上記基板に押圧する工程と、
押圧された上記部品に振動を加えて上記部品を上記基板に接合する工程と
からなることを特徴とするボンディング方法。
【請求項７】
上記ヘッドの温度が１００〜３００℃であることを特徴とする請求項６記載のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体チップなどの電子部品を回路基板などに超音波振動を利用して接合するボンディングヘッド、ボンディング装置およびボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波ボンディングは、常温で金属接合ができる特徴を生かして、電子部品を回路基板などに常温で接合する方法として広く実用されている。しかし、回路基板がフレキシブルな樹脂テープの場合、この方法では、接合強度が弱く実用に供することができない。このような弱い接合力を高めるために、電子部品や超音波ヘッドを加熱する方法が試みられている（特開２００３−９２３１４号公報参照）。
【０００３】
この公報には、超音波ヘッドを補助赤外線光源からの光で加熱する方法が開示されている。しかし、超音波ヘッドの温度は５０〜１００℃と低い範囲であることからか、光源に赤外線ヒータを用い、更に、赤外線をレンズで集光していない。また、開示されている構造は、補助赤外線光源が超音波ヘッドと一緒に移動しない構造となっているので、超音波ヘッドを上下に移動させると、加熱条件（超音波へッドと補助赤外線光源との位置関係）が変わるので、超音波ヘッドの温度を高い精度で制御することが難しいという問題もある。
【特許文献１】特開２００３−９２３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するものであり、本発明の目的は、
（１）  ヘッドを高温に加熱する新たな機構と方法を提供すること。
（２）  ヘッドが移動しても光の照射状態が変わらないヘッド構造を提供すること。
（３）  光吸収率の高いヘッドを提供すること。
（４）  フレキシブル基板と半導体チップとの接合強度を大きくすること。
（５）  ヘッドの振動を低下させない加熱装置との連結構造を提供すること。
（６）  ヘッドの振動を低下させない温度センサの取付け構造を提供すること。
などである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するものであり、部品に荷重と超音波振動を加えて部品を基板に接合するボンディングヘッドにおいて、超音波を発生する振動子と、振動子に連結する領域と加圧装置からの荷重を受ける領域と光加熱装置からの光を受ける領域と温度を測定する領域と部品を保持する領域を有する振動ホーンと、振動ホーンを光で加熱する光加熱装置と、光加熱装置と上記振動ホーンとを連結する取付部材と、からなることを特徴とする。
【０００６】
このような加熱装置を用いることにより、ヘッドの温度を高温（例えば、２００℃）にすることができる他、加熱装置と振動ホーンを一体の構造としているのでヘッドが移動しても光が照射される領域は変わらないことにより、ヘッドの移動に関係なく安定した加熱ができる。
【０００７】
また、本発明は、加熱装置がランプヒータ（例えば、ハロゲンランプ）からの光を集光して振動ホーンを加熱することを特徴とする。このような構造を採用することにより、ボンディングヘッド以外の部品を低い温度に保つことができる。
【０００８】
また、本発明は、温度センサが上記振動ホーンの節点の近傍に配設されていることを特徴とする。このような温度センサの取付構造を採用することにより、振動ホーンの振動を殆んど低下させずに、温度センサを振動ホーンに取付けることができる。
【０００９】
また、本発明は、加熱装置からの光を受ける領域の光吸収率が５０％以上であることを特徴とする。このように、加熱装置からの光を受ける領域に光吸収率を高くする表面処理を施すことにより、熱の反射を防止しより小さい光量でボンディングヘッドを加熱することができる。加えて、光の反射に伴う、他部品の昇温や眩しさによる操作性の低下などを防止することができる。
【００１０】
更に、本発明は、振動子と振動ホーンと加熱装置からなるボンディングヘッドと、このボンディングヘッドをＸ，Ｙ，Θ、とＺ軸方向に移動させる駆動装置と、基板搭載テーブルと、この基板搭載テーブルをＺ軸方向に移動させる駆動装置とからなるボンディング装置において、加熱装置は、光による加熱装置であって、且つ取付部材を介して振動ホーンの節点と連結されていることを特徴とする。
【００１１】
このような加熱装置の取付構造を採用することにより、振動ホーンの振動に及ぼす加熱装置の質量の影響を極めて小さくしたボンディング装置を提供できる。即ち、加熱装置をボンディングヘッドに取付けても、振動を殆んど変化させない装置を提供できる。
【００１２】
更に、本発明は、ボンディングヘッドに保持された部品に振動を加えて、この部品を基板に接合されるボンディング方法であって、ランプの光を集光してヘッドを加熱する工程と、ヘッドに部品を保持する工程と、基板を所定位置に移動する工程と、部品を基板に押圧する工程と、押圧された部品に振動を加えて部品を基板に接合する工程とからなることを特徴とする。このうような方法を用いることにより、基板がフレキシブルであっても接合強度を大きくすることができる。
【００１３】
また、本発明は、ヘッドの温度を１００〜３００℃に加熱することを特徴とする。このようにヘッドの温度を高くすることにより、基板がフレキシブル樹脂であっても接合強度を高めることができる。加えて、基板又は半導体チップの電極部（電極の周辺を含む）に塗布された接着剤又は保護膜を熱軟化させることができので、電極部が樹脂で覆われている場合又は樹脂の高さが電極の高さより高い場合でも、実用に耐える電極の接合強度を工業的に提供できる。更に、接着剤が熱硬化性樹脂の場合、熱硬化性樹脂は加熱されて軟化溶融した後に重合して硬化する。従って、基板又は半導体チップの電極部に配設された熱硬化性樹脂を用いて、熱硬化性樹脂の硬化時間（例えば、０．０４秒）以内の時間で超音波を半導体チップに印加することにより半導体チップを基板に高い強度で接合することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のような構成をとることにより、以下の効果を奏する。
（１）  接着強度を高くできる。
（２）  高温の超音波接合ができる。
（３）  ヘッドの振動を低下させないで加熱ができる。
（４）  フレキシブルな基板であっても、電極間の接触抵抗を小さくし且つ電極間の接合強度を高くできる。
（５）  ヘッドの振動を低下させないで温度センサを取付けることができる。
（６）  光の吸収率が高く、加熱のための光量を小さくできる。
（７）  ヘッド以外の機構部品を加熱しないで、ヘッドのみを加熱できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、電子部品と回路基板との接合強度を高くする等の目的を、加熱装置とその取付構造を改良することなどにより実現したものである。以下、本発明に係る電子部品のボンディングヘッド、ボンディング装置およびボンディング方法の実施の形態について図を参照しながら説明する。本発明は、超音波接合を１００〜３００℃の高温度で行うものであり、この接合を超音波高温接合と呼び、背景技術で引用した技術を含め慣用されている室温付近で行う接合を、超音波室温接合と呼び、区別する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、超音波高温接合用のボンディングヘッドの実施例を示す。ボンディングヘッド１は、振動子２、振動コーン３、振動ホーン４、ハロゲンランプ装置５、圧着部６、ヘッド取付部材７などからなっている（振動子２、振動コーン３、振動ホーン４は、ブランソン社製）。振動子２は、圧電振動子で電力が電気配線１２から供給される。振動子２が励振されて生成した超音波振動は、振動コーン３を介して振動ホーン４に伝達され、圧着部６に収斂するようになっている。振動周波数は、４０KHｚで、１０〜６０KHｚが適している。又、振動子の材料は、ＰＺＴであり、チタン酸バリウム、チタン酸鉛でも良い。
【００１７】
振動子２は、高温度になると発振特性が劣化する。更に、温度によって発振特性が異なる。このようなことから、振動子は、空気で冷却されるようになっている。冷却用空気は、冷却用空気取入口１１から送り込まれ、振動子を冷却した後、振動子２の側面に設けられた２箇所の排気口（図示略）から排出される。
【００１８】
振動ホーン４は、振動コーン３を介して振動子２に連結されていて、振動が伝播される。一方、半導体チップ２５へ加える荷重は、サーボモータ４５（図７参照）からヘッド加圧部８を経由して伝達される。ヘッド加圧部８は、ヘッド取付部材７の下部に配設されたネジ切された部材で、高さの調整ができる構造となっている。振動ホーン４とヘッド加圧部８は、圧接されているだけで、ネジ、蝋付けや溶接などによって物理的に接続はされていない。
【００１９】
振動ホーン４には、ヘッド加圧部受８ａと、温度測定用穴と、真空ホール１０と、部品（例えば、半導体チップ２５、コンデンサなどの電子部品）を真空吸着する圧着部６が設けられている。ヘッド加圧部受８ａと、温度センサ用穴２０と、真空ホール１０と、圧着部６は、振動の節点近傍（振動の振幅が小さい個所）に設けられている。更に、ヘッド加圧部受８ａと、温度センサ用穴２０と、圧着部６とは、断面の対称位置にダミーが設けられている。このように振動ホーンを対称形状とすることにより、振動を圧着部６に効率よく収斂させることができる。
【００２０】
加熱面１４は、ハロゲンランプ５の光を受ける領域を指し、振動ホーン４に設けられ、ハロゲンランプ５と直交する。加熱面１４は、振動ホーンの右側に設けるような構造としているが、振動ホーンの他の面に設けても良く、いずれの場合でも圧着部６に近い個所に設けられる。ハロゲンランプからの光１７は、Φ５ｍｍに絞られる。
【００２１】
振動ホーン４は、材質が工具鋼で、磨耗を防ぐために焼入れ焼き戻しの熱処理が施されている。更に、振動ホーン４の表面は、光の吸収率を高めるために、酸化クロム膜（商品名：レーデント処理）が施されている。酸化クロム膜を表面処理する領域は、ハロゲンランプからの光が照射される加熱面１４のみに限定しでも良い。一方、圧着部６や超音波コーンとの接合面には、酸化クロム膜は施さないことが好ましい。更に、圧着部６には，窒化チタンやダイヤモンドなどの０．２〜５μの超硬膜を蒸着すると良い。
【００２２】
ハロゲンランプ装置５は、ハロゲンランプ１５とミラー１６（図２参照）からなる。ハロゲンランプ装置５は、ランプ装置取付部材９を介して振動子取付部材７ａに連結している。そして、振動子取付部材７ａは、ヘッド取付部材７と中間取付部材７bと連結している。このように、ハロゲンランプ装置５は、振動ホーン４と一緒に移動するように設計されている。従って、振動ホーンは、駆動装置により移動してもハロゲンランプ装置からの光が同一の領域（加熱面１４）に放射されるので、常時同一個所が加熱され続けるようになっている。ヘッド取付部材７は、ボンディングヘッドを図７に記載したＸ，Ｙ，Θテーブルに連結し、更にサーボモータ４５に連結している。
【００２３】
ボンディングヘッド１には、振動の節点（ノーダルポイント）が２ヶ所ある。１つは、振動コーン３の一部で振動ヘッド取付部７ｂが固定される個所で、他の１つは、ヘッド加圧部８が振動ホーン４に当接する個所（ヘッド加圧部受８ａ）である。振動の節点は、面であって、その面には真空ホール１０などが設けられている。この真空ホール１０の裏側に温度センサを取付けるようになっている。温度センサ穴は、振動の節点付近であれば。図３に示す位置でも良い。
【００２４】
使用される温度センサは、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ等である。これらは接触タイプであるが、非接触タイプでも良い。非接触タイプの場合は、温度センサ用穴の径を大きくして、穴の底面の温度を放射温度計で測定する。
【００２５】
図２は、ハロゲンランプ装置５（インフリッヂ社製）の断面図で、筐体の一部を省略して記載してある。ハロゲンランプ１５は、反射ミラー１６の焦点付近に設けられている。反射ミラー１６は、概略回転楕円面で金メッキが施され、ハロゲンランプ１５から発光された光１７を反射して集光するようになっている。光１７の照射径はφ３mm程度までに集光することができる。また、圧着部６近傍のみを加熱する光路にすることもできる。更に、反射ミラー１６に回転楕円面を用いず、単に、平面の反射ミラーとしても良い。この場合、ハロゲンランプ装置を振動ホーンの加熱面１６に近づけて、光が逸散しないにように工夫する必要がある。
【００２６】
ハロゲンランプ１５は、定格電圧は２４V、消費電力は７５Wで、色温度は２９００Kである。ランプ寿命を延ばすために、印加電圧を１０％前後下げる場合もある。電圧は、電極１８からハロゲンランプ１６に印加される。
【００２７】
図３は、超音波高温接合する機構部の一例である。回路基板２３は、基板搭載テーブル２８と基板押え板２７の間に固定されるようになっている。一方、半導体チップ２５は、バンプが形成されている面を下向きにしてボンディングヘッド１の圧着部６に保持されている。
【００２８】
接合プロセスは、まず、半導体チップ２５を圧着部６に移載する。圧着部６は、２００℃に加熱されているので、半導体チップ２５は、圧着部６からの熱により急速に２００℃に近づく。次に２００℃近くに加熱された半導体チップ２５を回路基板２４に押圧する。その後、振動を加えて半導体チップ２５を回路基板２３の回路電極２４に超音波接合する。なお、圧着部６の温度は、温度センサの温度より低いので、その差をテーブルにして補正するが、定常状態では、圧着部６と温度センサの温度は、１対１の関係にあるのでいずれの温度を用いても問題は生じない。本発明においては、圧着部６の温度をもって接合温度とする。
【００２９】
超音波高温接合する機構部は、ボンディングヘッド１または基板搭載台２６のいずれかに少なくとも加熱装置を有する。ボンディングヘッド１は、温度センサ穴２０が異なる他は、図１と同一である。
【００３０】
基板搭載台２６は、基板押え板２７と、基板搭載テーブル２８と、ヒータ３０と、断熱層３３と、振動子３４などからなる。基板搭載テーブル２８には、回路基板２４を真空吸着して基板搭載テーブル２８に固定するためのスリットが２個設けられている。このスリットはロ字形で、その断面が真空吸着口２９である。真空吸着口２９は、真空ポート３１につながり、更に真空ポート３１は、真空ポンプ（図示略）につながっている。
【００３１】
回路基板２３は、ポリイミド樹脂テープで、その表面には、回路電極２４が所定間隔に設けられ、更に回路配線が延在している。回路配線は、１層だけでなく、２層または３層以上の多層でも良い。半導体チップ２５は、この回路配線上の回路電極２４に接合される。回路電極２４の周囲に熱硬化性樹脂を配設した場合、半導体チップ２５と回路電極２４との接合は、熱硬化性樹脂で行い、超音波接合は、電極表面の酸化膜の除去程度で、完全な金属接合としなくても実用上問題が生じないケースもある、
【００３２】
回路基板２３は、超音波接合するために高温においても、剛性は高い方が好ましい。回路基板２３の剛性は、ポリイミド樹脂の剛性以外に、回路基板２３に設けられている銅薄膜に大きく左右される。通常、配線は、信号の遅れや電気信号で高温にならない程度の寸法に設計されているが、この基準を超えて配線の幅を広くすることや配線の厚みを厚くすることにより、回路基板の剛性を高めることができる。超音波接合する回路基板の配線は、短絡等の支障が生じない範囲で、広くすることが好ましい。即ち、剛性を高めるために銅薄膜をエッチングしないで残す巾を広げたり、更に新たにい１層を加えられたりすることは、接合強度を高めるために好ましい。樹脂テープの剛性を高めるために、銅薄膜が占める割合を大きくすることは、超音波高温接合以外に超音波常温接合にも有効に適用できる。
【００３３】
基板搭載台２６には、基板搭載テーブル２８を振動させる振動子３４が取付けられている。振動子３４は、圧電タイプの他に磁歪タイプでも良い。振動の周波数は、ボンディングヘッドの振動子２より低くしてあり、３０ＫＨｚである。振動方向は、水平方向で、圧着部６の振動方向と直交するようになっている。このことにより、半導体チップのバンプと、回路基板の回路電極との接合部分は、一方向に伸びた形状にならないで、全体に丸い形状になる。なお、振動子３４からの振動を付加しなくても十分な接合強度が得られる場合は、振動子３４を励振する必要はないし、更に、振動子３４を設ける必要もないことは自明である。
【００３４】
回路基板２３は、３０ｍｍのピッチで回路電極２４が設けられており、基板搭載テーブル２８上に１ピッチづつ送られ、基板抑え板２７と真空吸着口２９により固定される構造となっている。
【００３５】
ヒータ３０は、ニクロムシースヒータや負性抵抗ヒータ等で、２個使用されている。その中間に温度センサ用穴３１が設けられている。ヒータ３０からの熱で振動子３４が高温度になると振動特性が変化するので、断熱層３３を設けて、振動子３４が高温度にならないようにしてある。樹脂テープは高温にすると剛性が低下するので、高い剛性が樹脂テープに求められる場合は、ヒータ３０は、冷媒を流すパイプに替えて基板搭載テーブル２８を冷却しても良い。
【００３６】
図４は、回路基板２３を基板搭載テーブルに抑え付ける基板抑え板２７と回路基板２３との配置を示す。基板押え板２７は方形の板で、中央に開口３５が設けられ、更に、開口３５に隣接して逃げ面３６がその２辺に設けられている。逃げ面３６は、振動ホーン４やハロゲンランプ装置５との接触を避けるために設けられたものである。開口３５は、回路電極２４の大きさよりあまり大きくしない。開口３５の形状を小さくしていくと、開口３５の４面に逃げ面２９を設ける必要となる。また、基板押え板２７と回路基板２３との接触面積を大きくして固定力を高めるために、基板押え板２７に逃げ開口３５ａが２箇所設けられている。
【００３７】
なお、回路基板２３の両端に、開口が１．５×１．５ｍｍのパーフォレーション３７がピッチ４．７５ｍｍで設けられている。なお、回路基板２３は、パーフォレーションのないフィルムであっても良い。
【００３８】
図５は、回路基板２３と半導体チップ２５の位置を決める機構と方法を説明するための図である。半導体チップ２５は、半導体チップトレイからピッカー（図示略）でピックアップされ、裏表を反転した状態でボンディングヘッド１の圧着部６に保持されている。回路基板２３は所定位置にローラ４０（図７参照）で送られ、基板押え板２７と基盤搭載テーブル２８の間に押圧され固定されている。
【００３９】
回路基板２３は、テープ状の場合、テープ巾方向と回転方向の移動が構造上困難である。このようなことから、回路基板と半導体チップとの位置合わせは、半導体チップの位置基準点を回路基板の位置基準点に合わせるようにしている。
【００４０】
位置測定は、ＣＣＤ（Charge
Coupled Device）カメラ３８をボンディングヘッド１と回路基板２３の間に移動させて、圧着部６に保持された半導体チップ２５の位置と、基板搭載テーブル２８に基板押え板で押えられた回路電極２４の位置を同時に測定する。ＣＣＤカメラ３８は、２個のＣＣＤからなり、上下の画像を同時に撮像する。模式的に上下の光を符号３９で表示している。
【００４１】
位置合わせは、半導体チップ２５をＸ方向とＹ方向に移動させて行う。半導体チップ２５が、回路電極２３に対して傾いている場合、θ軸を回転させて合わせる。ボンディングヘッド１を降下させて接合を行うため、ＣＣＤカメラ２３は、位置測定後、速やかに退避することになっている。
【００４２】
図６は、半導体チップ２５を回路基板２３に接合する工程の代表的なフローチャートで、輻輳した記述を避けるために、ヒータ３０による加熱と振動子３４の励振は行わない場合で説明する。
【００４３】
まず、回路基板と半導体チップ（ＩＣ）を所定位置に準備しておく（Ｓ３、Ｓ５）。ＩＣを移載する位置にヘッド（ボンディングヘッドの略）を移動させる（Ｓ１）。ヘッドをハロゲンランプで２００℃に加熱する（Ｓ２）。なお、ヘッドの加熱は、ヘッドを所定位置に移動する以前から行っても問題は生じない。ヘッドの温度が所定温度に到達し、１０分間安定化期間を経過した後、ＩＣ（半導体チップの略語）をピッカー（移載装置）でピックアップして、圧着部６に移載して、真空吸着する（Ｓ４）。一方、回路基板は、パーフォレーション３７などを利用して所定位置に送られ固定される（Ｓ６）。次に、ＣＣＤカメラを移動させて、回路基板とＩＣの基準マークの位置を測定する（Ｓ７）。回路基板とＩＣの位置が合っているかどうかを判断する（Ｓ８）。位置が合っていない場合は、ＩＣを移動させて位置合わせを行う（Ｓ９）。位置が合っている場合は、ＣＣＤカメラを退避させながら、ＩＣを降下させる（Ｓ１０）。 
【００４４】
次に、ＩＣは、回路基板の回路電極に１５０Ｎ（１ピン当たり約０．２Ｎ）で押圧される（Ｓ１１）。ＩＣの押圧が終了した後、超音波振動子（４０ＫＨz）の励振を開始する（Ｓ１２）。０．０１〜０．５秒間振動を与える（Ｓ１３）。振動を加える時間が長すぎると、金属接合部などが破壊され、接合不良となる。接合が終了すると、ヘッドの真空吸着をブレイクしてＩＣをヘッドから離脱させる（Ｓ１４）。ＩＣが接合された回路基板は、１ピッチ送られる、ヘッドは、ＩＣを移載する位置に戻る（Ｓ１）。
【００４５】
振動ヘッドの適正温度は、２００℃前後で、１５０〜２３０℃が好ましい。電極材料は、半田―半田、金―金、金―シリコンなどの組み合わせがある。半田には、高温用、中温用、低温用や、鉛フリー半田などがあり、適正な温度は、接合素材や接合条件によって異なる。また、振動ヘッドの適正温度は、熱硬化性樹脂を接着材として用いる場合は、熱硬化性樹脂の適正な熱硬化温度に合わせる。
【００４６】
なお、基板搭載台２６に設けられたヒータ３０による加熱と振動子３４の励振を行う場合、ヒータ３０は、ハロゲンランプとリンクして昇温させ、振動子３４の励振は、振動子２とリンクさせて行う。超音波を印加する時間は、電極表面の酸化膜などの除去と金属接合に要する時間によって決まる。
超音波高温接合においては、超音波の印加時間は、超音波常温接合と比較して短くなる。接合が完了した後も超音波を印加し続けると、接合が破壊する他に、他の領域の破壊や劣化が発生する。半田の接合の場合、通常０．２秒程度で最高でも１秒である。熱硬化性樹脂で接着する場合、その樹脂硬化時間が加熱温度到達後、０．０１秒である種類もあり、超音波を印加する時間は、０．０１秒を最短時間とし、超音波の印加時間は、樹脂の特性により、０．１、０．２、０．５秒などで、最長時間は１秒である。
【００４７】
図７は、本発明になるボンディング装置の概要である。ボンディング装置１９は、基板搭載台２６、ボンディングヘッド１、ＸＹθテーブル、サーボモータ４５からなる。
【００４８】
基板搭載台２６は、その上部で回路基板２３を搭載するようななっている。回路基板２３は、回路基板送りローラ４０で左右に送られる。また、基板搭載台２６には、回路基板２３が搭載された基板搭載テーブル２８を上下させるＺ軸モータ４６がその下部に連結している。回路基板２３の固定は、基板押え板２７が移動しない構造となっているので、基板搭載テーブル２８の上昇により行う。同様に、回路基板の固定解除は、基板搭載テーブル２８の降下によって行う。更に、真空吸着が付加される。
【００４９】
ボンディングヘッド１は、図１で説明したヘッドであり、ヘッド取付部材７によってＸＹθテーブルに連結している。ＸＹθテーブルは、Ｘ軸モータ４１、Ｙ軸モータ（裏側で表示略）、θ軸モータ４３等からなる。ＸＹθテーブル上にサーボモータ４５が連結されている。このサーボモータ４５は、ボンディングヘッド１を上下に移動させると共に、ボンディングヘッド１に荷重を与える装置である。なお、４２は、Ｙテーブルが移動するＹ軸レールで、４４ｂは、Ｙ軸用プラスチックケーブルであり、Ｘテーブルも同様の構成である。
【００５０】
。         
本発明において、超音波コーンは、振動ホーンと結合する構造となっているので、その結合面で超音波の反射を小さくするために、振動ホーンと同一の材料および熱処理とすると良い。加熱面１４は、黒体に近づけば、光の吸収はほぼ１００％となる。一方、工具鋼の光沢面の光吸収率は、波長に依存するが、大略３０％で、サンドブラストなどの艶消し処理を施すと、５０〜７０％になる。酸化クロム膜の光吸収率は、８０〜９０％である。本発明では、加熱面１４の光吸収率は、高いほど好ましいが、５０％以上にすることが、実用上有効である。換言すると、加熱面１４は、金属光沢面でないように処理されたものが、実用価値が高い。なお、光吸収率は、理想黒体で１００％であるので、本発明における光吸収率は、１００％未満である。
【００５１】
また、加熱装置の光源は、通称ランプヒータと呼ばれるもので、ハロゲンランプ以外に、キセノンランプ、水銀灯、レーザなどでも良い。更に、ランプを離して設置し光路を組んで光を誘導しても良い。また、基板と半導体チップの超音波接合は、電気的接合と機械的接合に分けることができる。フレキシブル基板（例えば、ＴＡＢテープ、ＣＯＦフィルム）の場合、超音波常温接合および超音波高温接合の何れの方法においても、電極表面の酸化膜などの除去はできるが、完全な金属接合状態（高い接合強度）にすることは難しい。即ち、機械的接合力が弱いでの基板と半導体チップとの電気的接続を長時間に亘り保持することが難しい。しかし、熱硬化時間の短い熱硬化性樹脂を接着剤として用いると、熱硬化性樹脂が短時間（例えば、０．０２秒）で硬化するので、基板と半導体チップを高い接合強度で接合することができる。この場合、超音波振動を印加する時間は、熱硬化時間より短く例えば０．０１秒が好ましい。一方、熱硬化時間が長い（例えば５秒）と、超音波接合終了後に基板と半導体チップが離れることにより電極間の電気接続が低下するので好ましくない。熱硬化樹脂の熱硬化時間は、温度により変化するが、２秒以下が工業的には好ましく、０．５秒以下がより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、加熱用のランプを取付けた超音波高温接合用のボンディングヘッドであれば、ランプの種類に限定されない。更に、超音波高温接合は、超音波常温接合と異なり、接合すべき回路電極の周囲の樹脂を軟化、溶融または熱硬化させることができる特徴をもっており、金属―金属接合と樹脂―樹脂接合を同時に行うことも可能である。金属―金属接合と樹脂―樹脂接合を併用する場合、基板と半導体チップ間の機械的接合強度は、熱硬化性樹脂の接着力により、電極間の電気的接合は、電極表面の酸化膜などを除去しただけの金属―金蔵接合でも良い。
【００５３】
更に、電極が樹脂で覆われている場合や接合すべき金属より高い樹脂が周囲にある場合でも、金属―金属接合を達成することができる。金属の代わりにセラミックスでも良い。このように、本発明の産業上の利用可能性は、電子部品に限らず、機械部品、生体接合などにも拓けている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ボンディングヘッドの実施例を示す図である。
【図２】ハロゲンランプ装置の断面図である。
【図３】超音波高温接合機構を示す図である。
【図４】回路基板の押え機構を示す図である。
【図５】半導体チップと回路基板の位置をＣＣＤカメラで計測する方法を説明する図である。
【図６】ボンディング方法のフローチャートの１例である。
【図７】ボンディング装置の主要部を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・ボンディングヘッド、２・・・振動子、３・・・超音波コーン、４・・・振動ホーン、５・・・ハロゲンランプ装置、６・・・圧着部、７・・・ヘッド取付部材、７ａ・・・振動子取付部材、７ｂ・・・中間取付部材、８・・・ヘッド加圧部、８ａ・・・ヘッド加圧部受、９・・・ランプ装置取付部材、１０・・・真空ホール、１１・・・冷却用空気取入口、１２・・・電気配線、１３・・・加圧方向、１４・・・加熱面、１５・・・ハロゲンランプ、１６・・・反射ミラー、１７・・・光、１８・・・ランプ電極、１９・・・ボンディング装置、２０・・・温度センサ用穴、２１・・・ダミー穴、２２・・・ダミー圧着部、２３・・・回路基板（テープ）、２４・・・回路電極、２５・・・半導体チップ、２６・・・基板搭載台、２７・・・基板抑え板、２８・・・基板搭載テーブル、２９・・・真空吸着口、３０・・・ヒータ、３１・・・温度センサ用穴、３２・・・真空ポート、３３・・・断熱層、３４・・・振動子、３５・・・開口、３５ａ・・・逃げ開口，３６・・・逃げ面、３７・・・パーフォレーション、３８・・・ＣＣＤカメラ、３９・・・光、４０・・・回路基板送りローラ、４１・・・Ｘ軸モータ、４２・・・Ｙ軸レール、４３・・・Θ軸モータ、４４ａ・・・Ｘ軸用プラスチックチェーン、４４ｂ・・・Y軸用プラスチックチェーン、４５・・・サーボモータ、４６・・・Ｚ軸モータ、
【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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