(57)【要約】【課題】  超音波接合時の微粉末の発生を防止してＩＣの機能低下を防ぎ、且つ発振器の性能低下を防止する。【解決手段】  パッケージ１１の２層目キャビティー１２にＩＣチップ１６の能動面１６ａに形成したバンプ１７を配線電極に位置決めする工程と、前記ＩＣチップ１６のバンプ１７に対応する部分を除いたＩＣチップの非能動面１６ｂに超音波ノズル１８を当接する工程と、該超音波ノズル１８にてＩＣチップ非能動面１６ｂ側から荷重を加える工程と、前記超音波ノズル１８に超音波振動を付与する工程と、前記パッケージ１１の１層目キャビティー１３に振動子を実装する工程と、前記パッケージ１１内を真空に封止する工程とより成る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の配線電極にＩＣチップを実装するＩＣの実装方法において、ＩＣチップの能動面に形成したバンプを前記配線電極に位置決めする工程と、前記ＩＣチップのバンプに対応する部分を除いた前記ＩＣチップの非能動面に超音波ノズルを当接する工程と、該超音波ノズルにて前記ＩＣチップを加圧する工程と、前記超音波ノズルに超音波振動を付与する工程とより成ることを特徴とするＩＣの実装方法。
【請求項２】
パッケージのキャビティー内に形成された配線電極にＩＣチップと振動子を実装する発振器の製造方法において、前記パッケージのキャビティー内においてＩＣチップの能動面に形成したバンプを前記配線電極に位置決めする工程と、前記ＩＣチップのバンプに対応する部分を除いた前記ＩＣチップの非能動面に超音波ノズルを当接する工程と、前記超音波ノズルにて前記ＩＣチップを加圧する工程と、前記超音波ノズルに超音波振動を付与する工程と、前記パッケージのキャビティー内に振動子を実装する工程と、前記パッケージのキャビティー内を封止する工程とより成ることを特徴とする発振器の製造方法。
【請求項３】
前記パッケージのキャビティーは２層により形成されていて、第１のキャビティーに振動子が、第２のキャビティーにＩＣチップが収納されていることを特徴とする請求項２に記載の発振器の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＣチップに形成したバンプの内側の部分と超音波ノズルの対応する辺との間隙を０．０８〜０．１２ｍｍとしたことを特徴とする請求項２または３に記載の発振器の製造方法。
【請求項５】
超音波振動を付与する条件は、超音波量と荷重と時間の条件を変えて４ステップにて行うことを特徴とする請求項２または３に記載の発振器の製造方法。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により形成された発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣの実装方法、この実装方法を使用した発振器の製造方法及びその製造方法により形成された発振器に係るものであり、特にシングルタイプの発振器等に用いて好適なＩＣの実装方法を使用した発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発振器は携帯電話などいろいろな電子機器に使用される部品として大きな注目を集めている。発振器は振動を発生する圧電振動子と振動を駆動するためのＩＣチップとを一体化して用いられる部品で、圧電振動子としては一般的には振動の安定性から水晶振動子が、特に高周波帯の厚み滑り振動を行うＡＴ板振動子が用いられる。本願では、ＡＴ板振動子を含む圧電振動子を一般的に振動子として説明することとする。この発振器には、ＩＣチップと振動子を同じキャビティー内に収めるシングルタイプの発振器やＩＣチップと振動子を別々のキャビティー内に収めるダブルタイプの発振器などに分けることができる。
【０００３】
発振器の製造方法を説明する。セラミックで形成されたパッケージのキャビティー内にはＩＣチップを実装するための配線電極と振動子を実装するための配線電極が形成されている。まずＩＣチップのバンプをパッケージのキャビティー内の配線電極に位置決めし、超音波接合によりＩＣチップを実装する。次に振動子をキャビティー内の配線電極に導電性の接着剤などを用いて実装する。その後キャビティー内を真空にするか窒素ガス雰囲気にして、平板状のリッドにより封止することで完成させる。
【０００４】
ところで、発振器へのＩＣの実装は品質面を良くするために最近では超音波接合の方法が多用されている。この方法を用いた従来の発振器の製造方法を、図７により説明する。図７は発振器の製造方法の主要工程の従来技術を示すもので、（ａ）工程はＩＣチップの実装工程で、（ａ−１）はその正面断面図、（ａ−２）はその側面断面図、（ａ−３）はその上面図を示し、（ｂ）工程は振動子の実装工程でその正面断面図、（ｃ）工程は封止工程でその正面断面図である。
【０００５】
（ａ）工程は、セラミックスなどでできたパッケージ３１の２層目のキャビティー３２の中にＩＣチップ３４を実装する工程である。まず（ａ−１）図に示すように、超音波ノズル３６に形成されている真空吸引用の吸引穴３７で能動面３４ａにバンプ３５を有するＩＣチップ３４の非能動面３４ｂ側を矢印３８方向に吸引し、ＩＣチップ３４のバンプ３５をパッケージ３１に形成された図示しない配線電極に位置決めする。その後、超音波ノズル３６でＩＣチップ３４の非能動面３４ｂに荷重を加えながら超音波振動を与えてバンプ３５と配線電極を固相拡散させて接合することで、ＩＣチップ３４をパッケージ３１内に実装する。
【０００６】
この際図７の（ａ−１）や（ａ−２）に示すように、超音波ノズル３６は、ＩＣチップ３４のバンプ３５が形成されている部分の反対側の面即ち非能動面３４ｂでしかも図７の（ａ−３）に示すようにバンプ３５を全て覆うように配設されている。これは超音波接合の性質上固相拡散させるべきバンプ３５に熱を集中させて与えることによって容易に拡散を起こさせるためである。超音波付与工程の条件は、加工時間は３００ｍｓ、荷重は５０００ｍＮ、超音波の仕事量は７００から８００ｍＷであった。
【０００７】
次に (ｂ) 工程は振動子の実装工程である。（ａ）工程でＩＣチップ３４を実装後、パッケージ３１の１層目のキャビティー３３の中に振動子３９を実装するのであるが、パッケージ３１に形成された図示しない振動子用配線電極に振動子の電極を例えば導電性接着剤４０などを用いて実装する。振動子３９としては一般にはＡＴ板水晶振動子を用いることは前述の通りである。
【０００８】
最後に（ｃ）工程は発振器の封止工程である。発振器としての周波数調整などを行った後、パッケージ３１のキャビティー３２、３３内を真空にし、時には窒素ガスなどを充填して、金―錫半田などを用いて平板状のリッド４１をパッケージ３１に固着したり、あるいは平板状のリッド４１をパッケージ３１にシーム溶接することで封止を行い、発振器を完成させる。
【０００９】
上記のＩＣチップの超音波による実装方法に関する技術は、特許文献１や特許文献２に例示されている。特に特許文献１には、ＩＣチップのバンプと回路基板の電極を位置合わせし、ＩＣチップを回路基板に押圧すると共に熱と超音波振動を与え、超音波接合させる技術が開示されている。この際、吸着ノズルがＩＣチップと接する面はＩＣチップの電気接合部は勿論、ＩＣチップの全ての面を覆うように形成されている。特許文献２には高い信頼性を持つ接合を実現するために、実装ヘッドに、電子部品の作用面にその表面と平行な振動として伝播する振動を与え、作用面の真上位置から垂直方向に加重を負荷する技術が記載されている。この場合も実装ノズルは部品の全面を覆うよう構成されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４２５２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら上記構成には次のような解決しようとする問題点を有している。即ち、ＩＣチップを超音波接合する時は、超音波ノズルがＩＣチップの非能動面を非常に大きなサイクル数で擦ることとなる。従って、バンプ形成部分以外に相当する非能動面は超音波ノズルが接触してもわずかではあるが弾性変形するので超音波ノズルとＩＣチップの非能動面との接触抵抗は小さくなるが、バンプ形成部分と反対側の非能動面は超音波ノズルがＩＣチップの非能動面に接触する時弾性変形が少なく超音波ノズルとＩＣチップの非能動面との間の接触抵抗が大きくなる。
【００１２】
このためバンプ形成部分相当の非能動面には、擦れることによる微粉末が発生する。この微粉末は簡単に剥離し落下するものなので、ＩＣチップの能動面側に廻るとＩＣの機能に障害を起こす危険性がある。特に発振器の場合は同じ空間の中に振動子が存在していると、この振動子に貼りつき振動数が変化してしまう等、発振器としての性能を損なうという、問題点を有していた。
【００１３】
本発明は、上記のような問題点を除去し、超音波接合時の微粉末の発生を防止してＩＣの機能低下を防ぐことや、発振器の性能低下を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のＩＣ実装の製造方法は、基板の配線電極にＩＣチップを実装するＩＣの実装方法において、ＩＣチップの能動面に形成したバンプを前記配線電極に位置決めする工程と、前記ＩＣチップのバンプに対応する部分を除いた前記ＩＣチップの非能動面に超音波ノズルを当接する工程と、該超音波ノズルにて前記ＩＣチップを加圧する工程と、前記超音波ノズルに超音波振動を付与する工程とより成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発振器の製造方法は、パッケージのキャビティー内に形成された配線電極にＩＣチップと振動子を実装する発振器の製造方法において、前記パッケージのキャビティー内にＩＣチップの能動面に形成したバンプを前記配線電極に位置決めする工程と、前記ＩＣチップのバンプに対応する部分を除いた前記ＩＣチップの非能動面に超音波ノズルを当接する工程と、前記超音波ノズルにて前記ＩＣチップを加圧する工程と、前記超音波ノズルに超音波振動を付与する工程と、前記パッケージのキャビティーに振動子を実装する工程と、前記パッケージのキャビティー内を封止する工程とより成ることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の請求項３に記載の発振器の製造方法は、請求項２記載の製造方法において、前記パッケージのキャビティーは２層により形成されていて、第１のキャビティーに振動子が、第２のキャビティーにＩＣチップが収納されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発振器の製造方法は、請求項２または３に記載の製造方法において、前記ＩＣチップに形成したバンプの内側の部分と超音波ノズルの対応する辺との間隙を０．０８〜０．１２ｍｍとしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の発振器の製造方法は、請求項２または３に記載の製造方法において、超音波振動を付与する条件は、超音波量と荷重と時間の条件を変えて４ステップにて行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項６に記載の発振器は、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により形成された発振器。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に記載のＩＣの実装方法によれば、超音波接合時に微粉末の発生を完全に防止でき、微粉末がＩＣチップの能動面に張り付くことが無いので、ＩＣの機能低下をもたらすことが無くなり、品質向上を図ることが出来る。
【００２１】
本発明の請求項２や請求項３に記載の発振器の製造方法によれば、やはり超音波接合時の微粉末の発生を防止できるため、微粉末がＩＣチップや振動子に張り付くことが無いためＩＣの機能低下や振動数の変化などを防止でき、発振器としての品質のアップを図ることが出来る。
【００２２】
本発明の請求項４に記載の発振器の製造方法によれば、超音波ノズルがＩＣチップのバンプにかかることなく、しかも熱をバンプに集めることが出来、品質の良い超音波接合を可能とした。
【００２３】
また本発明の請求項５に記載の発振器の製造方法によれば、微粉末を発生させること無く、より確実にＩＣチップをパッケージに接合することが出来るようになった。
【００２４】
更に本発明の請求項６に記載の発振器の製造方法によれば、発振器としての性能低下を無くすことができ、品質のアップを図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の最良の実施形態は、パッケージのキャビティー内に形成された配線電極にＩＣチップと振動子を実装する発振器の製造方法において、前記パッケージのキャビティー内においてＩＣチップの能動面に形成したバンプを前記配線電極に位置決めする工程と、前記ＩＣチップのバンプに対応する部分を除いた前記ＩＣチップの非能動面に超音波ノズルを当接する工程と、前記超音波ノズルにて前記ＩＣチップを加圧する工程と、前記超音波ノズルに超音波振動を付与する工程と、前記パッケージのキャビティー内に振動子を実装する工程と、前記パッケージのキャビティー内を封止する工程とより成る発振器の製造方法であり、その製造方法により形成された発振器である。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１について図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は本発明を適用した発振器の製造工程を示すもので、（ａ）は発振器に用いられるパッケージの載置台上への位置決め工程で、その正面断面図を示す。（ｂ）はパッケージへのＩＣチップの位置決め工程で、（ｂ−１）はその正面断面図、（ｂ−２）はその側面断面図を示す。（ｃ）はＩＣチップの実装工程で、（ｃ−１）はその正面断面図、（ｃ−２）はその側面断面図、（ｃ−３）はその上面図を各々示す。図２の（ｄ）は振動子の実装工程で、その正面断面図を示す。また（ｅ）は封止工程で、その正面断面図を示す。発振器としてはシングルタイプのものを例にとり説明する。
【００２７】
まず図１の（ａ）工程で、パッケージ１１は２層のキャビティーを有し、第２のキャビティーである２層目キャビティー１２には図示しないがＩＣチップと電気的接続をするための配線電極が形成されており、また第１のキャビティーである１層目キャビティー１３にはやはり図示しないが振動子と電気的接続をするための配線電極が形成されている。１４はパッケージ１１を位置決めする載置台で、パッケージ１１を温めるための温熱台１５を備えている。温熱台１５の温度は約２００℃である。
【００２８】
（ｂ）工程はＩＣチップ１６の位置決め工程である。ＩＣチップ１６は能動面１６ａに形成されている図示しないパッド上にバンプ１７が形成されている。１６ｂはＩＣチップ１６の非能動面である。パッケージ１１の２層目キャビティー１２にＩＣチップ１６を位置決めするために、超音波ノズル１８に形成されている吸引穴１９により、ＩＣチップ１６の非能動面１６ｂ側を矢印２０方向に吸引しつつ、ＩＣチップ１６に形成されたバンプ１７をパッケージ１１の２層目キャビティー１２の配線電極に合致するよう位置決めして配置する。この際、（ｂ−２）図に示すように、超音波ノズル１８の非能動面１６ｂとの接触面１８ａは、バンプ１７が形成されている部分に相当する非能動面１６ｂを避けてバンプ１７が形成されていない部分に相当する非能動面１６ｂとのみ接触している。
【００２９】
（ｃ）工程は、ＩＣチップ１６の実装工程である。温熱台１５は基本的にはＩＣチップ１６のバンプ１７に対応する部分を温めればよい。この温熱台１５により温められているパッケージ１１に位置決めされたＩＣチップ１６に荷重を加えながら超音波振動を与えることでバンプ１７と配線電極を固相拡散させて電気的に接続且つ機械的に固定させる。バンプ１７は本実施例では（ｃ−３）図に示すように、２辺に沿って平行に形成されている。そして（ｂ−２）図において説明したように、超音波ノズル１８の接触面１８ａはバンプ１７が形成されている部分の非能動面１６ｂを避けてバンプ１７が形成されていない部分の非能動面１６ｂとのみ接触して超音波振動が与えられる。
【００３０】
図２の（ｄ）工程は振動子の実装工程である。振動子には一般的には従来技術同様に、水晶の特に高周波振動のためにＡＴ板が用いられる。パッケージ１１の１層目キャビティー１３に形成されている図示しない電極に導電性接着材２２を塗布し、水晶片２１を位置決めして熱などにより接着剤を固化させることで、水晶片２１をパッケージ１１の１層目キャビティー１３に固定する。勿論接着材２２は導電性であれば良く、熱硬化型の他に光硬化型接着剤や半田など種々考えられる。また、振動子も水晶に限らず他の材料でもよく、また振動形態もＡＴ板以外のものでも良い。
【００３１】
（ｅ）工程は発振器の封止工程である。パッケージ１１の最上面にリッド２３と呼ばれる平板状の蓋でキャビティー内を真空（又は窒素ガス雰囲気）にして封止する。封止前に水晶片２１の振動数調整などが行なわれることもある。パッケージ１１とリッド２３の封止は、表面にＮｉメッキ／Ａｕメッキが施されたコバールなどの材料からなるリッド２３の周縁部に形成したＡｕ−Ｓｎ半田と、パッケージ１１のタングステンメタライズ上に形成したＮｉメッキ／Ａｕメッキとを接合させることで成される。封止工程が終わると、発振器の諸検査などが行われる。
【００３２】
以上、一連の発振器の加工工程を説明したが、本実施例においては、発振器として２層のキャビティーを有するシングルタイプの形状で説明したが、キャビティーは１層でその中にＩＣチップと振動子が並列に並んでいるものや、キャビティーが別々になったダブルタイプのものも含まれることは当然である。
【００３３】
ここで超音波加工時の条件を図３と図４を用いて説明する。図３は加工条件を表で表したものであり、図４はそれをグラフ化した図である。図３に示すように、本実施例では４ステップで超音波接合を行うようにしている。即ち、第１ステップでは超音波を発振させずに時間ｔ（ｍｓ）の間に荷重が１０００ｍＮとなるよう荷重を加えてゆく。第２ステップではやはり超音波を発振させずに時間ｔ（ｍｓ）間の中で荷重が４０００ｍＮ掛かるよう荷重を加える。第３ステップでは超音波を１５０ｍＷで発振させて時間が２ｔ（ｍｓ）内に荷重が５０００ｍＮになるよう荷重を加える。最後の第４ステップでは超音波を１５０ｍＷで発振させた状態で荷重を５０００ｍＮ加えたまま４ｔ（ｍｓ）時間を保持する。こうして超音波実装工程を終了する。尚、本実施例では時間ｔを５０ｍｓとしている。
【００３４】
図４は超音波加工条件をグラフ化した図であるが、はじめの時間ｔ＝５０ｍｓでは超音波を発振させずに緩やかに荷重を加え、次の時間ｔ＝５０ｍｓで荷重を急峻に加え、その後時間２ｔ＝１００ｍｓをかけて荷重を非常に緩やかに加えつつ超音波を発振させる。最後に荷重を５０００ｍＮに保った状態で時間４ｔ＝２００ｍｓをかけて超音波発振を加え、その後加工を完了する。このような条件で超音波接合をすることで、超音波ノズルとＩＣチップの非能動面との間に微粉末を発生させることなく確実な接合を可能としている。
【００３５】
次にＩＣチップ１６と超音波ノズル１８の寸法関係を簡単に記しておく。図５は上面図である。ＩＣチップ１６は一辺が１．４〜１．５ｍｍのほぼ正方形を有している。ＩＣチップ１６の平行する２辺に沿ってバンプ１７が５個づつ計１０個下面の能動面１６ａに形成されている。超音波ノズル１８の平面寸法は１．３ｍｍ×０．８ｍｍに設計し、長辺がバンプ１７の列と平行するようになしている。そして、この超音波ノズルの長辺部分とバンプ１７の最内側部分との隙間を一方の側で約０．１ｍｍとした（バンプと超音波ノズルは正確には対向はしていない）。実際には、プラスマイナス０．０２ｍｍくらいの幅でのバラツキであれば問題は無い。このようにすることにより、超音波ノズルとＩＣチップの非能動面との間の微粉末の発生を防止しながらバンプに熱を集中させることが出来、接合が確実となった。
【００３６】
以上加工についていろいろ説明してきたが、上記のようにバンプ１７が形成されていない部分の非能動面１６ｂに接触して超音波振動を与えることによって、非能動面との擦れによる微粉末の発生を防止でき、ＩＣチップ能動面への微粉末付着などによる悪影響を除去でき、更には振動子への付着による振動数の変化などの品質への悪影響をも排除することが出来るようになった。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２を図６に示す。図６はＩＣチップをパッケージ（図示せず）に実装する時の上面図である。実施例２ではＩＣチップ２５の能動面にはバンプ２６が４辺に沿って形成されている。そして超音波ノズル２７はそのバンプ２６に対応する部分の全ての非能動面を避けて接触するように形成されている。これによって超音波振動を与えても非能動面からの微粉末の発生を防止することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の活用例としては、発振器のようにＩＣチップと他の部品が同じキャビティーにあるようなものには大きな効果を達成するが、ＩＣチップ単体を基板に実装してもその基板に他部品が同居するようなものにも使用することにより、大きな効果を挙げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を適用した発振器の製造工程のうち（ａ）〜（ｃ）工程を示す。
【図２】本発明を適用した発振器の製造工程のうち（ｄ）〜（ｅ）工程を示す。
【図３】ＩＣチップを実装するときの超音波加工の条件を示す表である。
【図４】図３の条件をグラフ化した図である。
【図５】ＩＣチップと超音波ノズルの寸法関係を表す上面図である。
【図６】本発明の実施例２を示すもので、ＩＣチップをパッケージに実装する時の上面図である。
【図７】本願の従来技術を示すもので、発振器の製造工程を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１１  パッケージ
１２、１３  キャビティー
１６、２５  ＩＣチップ
１６ｂ  非能動面
１７、２６  バンプ
１８、２７  超音波ノズル
２１  水晶片
２３  リッド
【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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