(57)【要約】【課題】少なくとも一方が銅を含む金属からなる第一電極と第二電極とを高い強度で接合し、電子部品を基板に実装する。【解決手段】基板１０１に設けられる第一電極１０３は、銅を主成分とする電極であり、還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂２３１を、完全硬化前に第一電極１０３に付着させる第一付着工程と、前記第一付着工程により付着された第一樹脂２３１を完全硬化させる第一硬化工程と、前記第一硬化工程で完全硬化した第一樹脂２３１を第一電極１０３と他方の電極である第二電極１０５とで挟んだ状態に配置し、第一電極１０３、または、第二電極１０５に超音波を印加して軟化させる軟化工程と、軟化した状態の第一樹脂２３１の中で、第一電極１０３と第二電極１０５とを超音波接合する接合工程とを含む。【選択図】図２
2013197135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の電極と、基板に設けられる電極とを超音波接合により接続して電子部品が実装された電子部品実装基板を製造する電子部品実装基板製造方法であって、接続対象の電極の一方である第一電極は、銅を主成分とする電極であり、
還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂を、完全硬化前に前記第一電極に付着させる第一付着工程と、
前記第一付着工程により付着された前記第一樹脂を完全硬化させる第一硬化工程と、
前記第一硬化工程で完全硬化した前記第一樹脂を前記第一電極と、接続対象の電極の他方である第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して軟化させる軟化工程と、
軟化した状態の前記第一樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合する接合工程と
を含む電子部品実装基板製造方法。
【請求項２】
さらに、
還元剤を含む硬化性樹脂である第二樹脂を、完全硬化前に前記第二電極に付着させる第二付着工程と、
前記第二付着工程により付着された前記第二樹脂を完全硬化させる第二硬化工程とを含み、
前記軟化工程では、
前記第二硬化工程で完全硬化した前記第二樹脂を前記第一樹脂に重ね、かつ、前記第一電極と前記第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して前記第一樹脂、および、前記第二樹脂を軟化させ、
前記接合工程では、
軟化した状態の前記第一樹脂、または、前記第二樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合する
請求項１に記載の電子部品実装基板製造方法。
【請求項３】
前記第一樹脂は、フィラーを含まない
請求項１に記載の電子部品実装基板製造方法。
【請求項４】
前記基板は、樹脂により形成される
請求項１に記載の電子部品実装基板製造方法。
【請求項５】
電子部品の電極と、基板に設けられる電極とを超音波接合により接続して電子部品が実装された電子部品実装基板を製造する電子部品実装基板製造システムであって、
還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂を、完全硬化前に前記第一電極に付着させる第一付着手段と、
前記第一付着手段により付着された前記第一樹脂を完全硬化させる第一硬化手段と、
前記第一硬化手段で完全硬化した前記第一樹脂を前記第一電極と前記第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して前記第一樹脂を軟化させ、軟化した状態の前記第一樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合する接合手段と
を備える電子部品実装基板製造システム。
【請求項６】
さらに、
還元剤を含む硬化性樹脂である第二樹脂を、完全硬化前に前記第二電極に付着させる第二付着手段と、
前記第二付着手段により付着された前記第二樹脂を完全硬化させる第二硬化手段とを備え、
前記接合手段は、前記第二硬化手段で完全硬化した前記第二樹脂を前記第一樹脂に重ね、かつ、前記第一電極と前記第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して前記第一樹脂、および、前記第二樹脂を軟化させ、軟化した状態の前記第一樹脂、または、前記第二樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合する
請求項５に記載の電子部品実装基板製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、基板および電子部品の一方の第一電極に他方の第二電極を超音波接合することにより電子部品実装基板を製造する方法、電子部品実装基板製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極同士を超音波接合し電子部品を基板に実装する方法としては種々のものが知られている。具体的には、基板に接合補助剤を塗布し半硬化した後、電子部品に形成されたＡｕバンプ（電極）を、基板の配線に接続されて形成されたＡｕ電極に押し付けた状態とし、電子部品および基板の何れか一方に超音波を印加することで接触界面に超音波振動による摩擦を付与し、ＡｕバンプとＡｕ電極とを金属接合（すなわち、Ａｕ−Ａｕ接合）し、接合補助剤を完全硬化するというような手順により、電子部品が基板に実装される（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
近年、このような電子部品が基板に実装されて製造される電子部品実装基板が内蔵される各種電子機器に対するコスト削減の要求は高く、電子部品の実装において、コスト削減のための様々な工夫が求められている。
【０００４】
材料コストの観点からは、基板や電子部品に用いられているＡｕ電極（金電極）のコストが高く、このＡｕ電極をより安価なＣｕ電極に置き換えることができれば、コスト削減を実現することができる。例えば、電子部品として発光素子（ＬＥＤチップ）のバンプを、基板の電極に超音波接合するような形態では、Ａｕ電極をＣｕ電極に置き換えてもＡｕ−Ａｕ間の金属接合と同等の信頼性を担保できれば、大幅なコスト削減が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６８３２７号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ｃｕ電極の表面に酸化皮膜が形成された状態で超音波接合に供されてしまうため、十分なシェア強度を得ることができなかった。また、基板に先塗布された接合補助剤は半硬化状態で超音波接合に供されるため、超音波接合の際の温度や振動などにより接合補助剤内部にボイド（空隙）が発生してしまう。従って、電子部品実装基板が製品として使用される際においても、ボイドを起因として完全硬化後の接合補助剤が破損するなどの不具合の発生不具合が発生していた。
【０００７】
本願発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、少なくとも一方が銅を含む金属からなる第一電極と第二電極とを超音波接合して電子部品を基板に実装する場合であっても、求められる接合強度を確保しつつボイド発生を抑止することができる電子部品実装基板製造方法、電子部品実装基板製造システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願発明にかかる電子部品実装基板製造方法は、電子部品の電極と、基板に設けられる電極とを超音波接合により接続して電子部品が実装された電子部品実装基板を製造する電子部品実装基板製造方法であって、接続対象の電極の一方である第一電極は、銅を主成分とする電極であり、還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂を、完全硬化前に前記第一電極に付着させる第一付着工程と、前記第一付着工程により付着された前記第一樹脂を完全硬化させる第一硬化工程と、前記第一硬化工程で完全硬化した前記第一樹脂を前記第一電極と、接続対象の電極の他方である第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して軟化させる軟化工程と、軟化した状態の前記第一樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合する接合工程とを含むことを特徴としている。
【０００９】
これによれば、銅を主成分とする第一電極に還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂を付着させて完全硬化させることにより、第一電極の表面に発生する酸化皮膜が除去され、かつ、完全硬化した第一樹脂により酸化皮膜が除去された状態で第一電極が維持される。
【００１０】
従って、第一硬化工程から接合工程までの間に硬化後の第一樹脂が付着した第一電極が空気中で放置されていたとしても、酸化しない又は酸化が可及的に抑制された状態で第一電極が維持され、接合工程に供されることとなる。
【００１１】
接合工程においては、酸化皮膜が無い状態の第一電極が超音波接合に供されるため、求められる接合強度を得ることが可能となる。
【００１２】
さらに、完全硬化（一次硬化）後の第一樹脂は、超音波接合の際に発生する温度により軟化するが液状とはならないため、超音波接合の際の温度や振動などにより第一樹脂内部にボイド（空隙）が発生することが無い。従って、電子部品実装基板が製品として使用される際においても、ボイドを起因として完全硬化（二次硬化）後の第一樹脂が破損するなどの不具合の発生を抑制することが可能となる。
【００１３】
ここで完全硬化とは、第一樹脂がほぼ固体となり、ほぼ粘着性を示さない状態をいう。
【００１４】
さらに、還元剤を含む硬化性樹脂である第二樹脂を、完全硬化前に前記第二電極に付着させる第二付着工程と、前記第二付着工程により付着された前記第二樹脂を完全硬化させる第二硬化工程とを含み、前記軟化工程では、前記第二硬化工程で完全硬化した前記第二樹脂を前記第一樹脂に重ね、かつ、前記第一電極と前記第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して前記第一樹脂、および、前記第二樹脂を軟化させ、前記接合工程では、軟化した状態の前記第一樹脂、または、前記第二樹脂の中で前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合するものでもよい。
【００１５】
これによれば、第一電極ばかりでなく第二電極が銅を主成分とする電極である場合でも、求められる接合強度を得ることが可能であり、その他前記と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１６】
さらに、一次硬化（完全硬化）後の第一樹脂と第二樹脂とを超音波接合の際の振動などにより軟化させて接合し、第一樹脂と第二樹脂とが二次硬化（完全硬化）するため、第一樹脂と第二樹脂との間に高い接合強度を発生させることが可能となる。
【００１７】
前記第一樹脂は、フィラーを含まないものでもかまわない。
【００１８】
これによれば、第一樹脂の透明度を損なうことなく第一電極の保護および電子部品と基板との接合に供することができるため、例えば、電子部品が発光ダイオードや有機発光素子などのような発光素子である場合、電子部品と基板との接合部分からも光を取り出すことが可能となる。
【００１９】
また、前記基板は、樹脂により形成されるものでもよい。
【００２０】
これによれば、吸湿しやすく接合工程において第一樹脂と基板との間にボイドが発生するセラミック基板に比べてボイドの発生を効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる電子部品実装基板製造システムは、電子部品の電極と、基板に設けられる電極とを超音波接合により接続して電子部品が実装された電子部品実装基板を製造する電子部品実装基板製造システムであって、還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂を、完全硬化前に前記第一電極に付着させる第一付着手段と、前記第一付着手段により付着された前記第一樹脂を完全硬化させる第一硬化手段と、前記第一硬化手段で完全硬化した前記第一樹脂を前記第一電極と前記第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して前記第一樹脂を軟化させ、軟化した状態の前記第一樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合する接合手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
これによれば、例えば銅を主成分とするような空気中において簡単に表面が酸化してしまうような第一電極に還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂を付着させて完全硬化させることにより、第一電極の表面に発生する酸化皮膜が除去することがきる。また、完全硬化した第一樹脂により酸化皮膜が除去された状態の第一電極を維持することができる。
【００２３】
従って、第一硬化工程から接合工程までの間に硬化後の第一樹脂が付着した第一電極が空気中で放置されていたとしても、酸化しない又は酸化が可及的に抑制された状態で第一電極が維持され、接合工程に供されることとなる。
【００２４】
接合工程においては、酸化皮膜が無い状態の第一電極が超音波接合に供されるため、求められる接合強度を得ることが可能となる。
【００２５】
さらに、完全硬化（一次硬化）後の第一樹脂は、超音波接合の際に発生する温度により軟化するが液状とはならないため、超音波接合の際の温度や振動などにより第一樹脂内部にボイド（空隙）が発生することが無い。従って、電子部品実装基板が製品として使用される際においても、ボイドを起因として完全硬化（二次硬化）後の第一樹脂が破損するなどの不具合の発生を抑制することが可能となる。
【００２６】
さらに、還元剤を含む硬化性樹脂である第二樹脂を、完全硬化前に前記第二電極に付着させる第二付着手段と、前記第二付着手段により付着された前記第二樹脂を完全硬化させる第二硬化手段とを備え、前記接合手段は、前記第二硬化手段で完全硬化した前記第二樹脂を前記第一樹脂に重ね、かつ、前記第一電極と前記第二電極とで挟んだ状態に配置し、前記第一電極、または、前記第二電極に超音波を印加して前記第一樹脂、および、前記第二樹脂を軟化させ、軟化した状態の前記第一樹脂、または、前記第二樹脂の中で、前記第一電極と前記第二電極とを超音波接合するものでもよい。
【００２７】
これによれば、第一電極ばかりでなく第二電極が例えば銅を主成分とするような空気中において簡単に表面が酸化してしまうような電極である場合でも、求められる接合強度を得ることが可能であり、その他前記と同様の効果を得ることが可能となる。
【００２８】
さらに、一次硬化（完全硬化）後の第一樹脂と第二樹脂とを超音波接合の際の振動などにより軟化させて接合し、第一樹脂と第二樹脂とが二次硬化（完全硬化）するため、第一樹脂と第二樹脂との間に高い接合強度を発生させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本願発明によれば、大気中に放置すれば表面がすぐに酸化してしまう銅を主成分とする電極などを超音波接合する場合でも、簡易な方法で希望する接合強度を得ることができる。また、電極の近傍に配置される樹脂中にボイドを発生させることなく超音波接合をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、電子部品実装基板を電極の接合部分を含む断面で示した側面図である。
【図２】図２は、電子部品実装基板製造システムを模式的に示す図である。
【図３】図３は、第一付着手段を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、接合手段の一例であるフリップチップボンディング装置の主要な構成を模式的に示す図である。
【図５】図５は、一次硬化前の第一樹脂が付着した状態の第一電極付近を模式的に示す図である。
【図６】図６は、一次硬化後の第一樹脂が付着した状態の第一電極付近を模式的に示す図である。
【図７】図７は、接合工程の初期段階を模式的に示す図である。
【図８】図８は、接合工程の最終段階を模式的に示す図である。
【図９】図９は、二次硬化後の第一樹脂および接合部分を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、電子部品実装基板製造システムを模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、接合手段の主要な構成を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、一次硬化前の第二樹脂が付着した状態の電子部品を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、一次硬化後の第二樹脂が付着した状態の電子部品を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、接合工程の初期段階を模式的に示す図である。
【図１５】図１５は、接合工程の最終段階を模式的に示す図である。
【図１６】図１６は、二次硬化後の第一樹脂、第二樹脂および接合部分を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（従来の技術）
本願発明との差異を明確にするため、基板に設けられた電極と電子部品のバンプとを超音波接合する従来の技術を以下で説明する。
【００３２】
基板に設けられる電極は、銅にて形成されており、その表面には、酸化皮膜が形成された状態となっている。
【００３３】
図４に示すようなボンディング装置の基板ステージ上に表面に酸化皮膜が形成された基板が載置され、ディスペンサユニットを用いて基板の電極に接合補助剤が塗布される。
【００３４】
ここで接合補助剤とは、還元剤を有する接着剤であり、液状またはペーストの状態で供給される。
【００３５】
接合補助剤が塗布された電極は、加熱などにより活性化した還元剤により酸化皮膜が除去される。また、接合補助剤は、半硬化する。ここで半硬化とは未硬化の液状の接合補助剤など（樹脂）から少し反応が進んで、粘度が上昇し、ベタつきが生じ、基板などからダレなくなる（動けなくなる）程度に硬化した状態をいう。つまり、半硬化状態とは接合補助剤（樹脂）に粘着性が残存している状態をいう。
【００３６】
次に、ボンディング装置では、電子部品が、ボンディングヘッドのノズルに保持され、電子部品のバンプが、基板の電極に接触して押し付けられた状態となる。一方、電極の近傍には、接合補助剤が塗布されているため、電子部品のバンプと電極との間の界面は、接合補助剤により覆われている。
【００３７】
このような状態にて、電子部品のバンプと基板の電極との間に超音波振動が印加されることにより、バンプと電極とが超音波接合される。
【００３８】
その後、加熱などにより接合補助剤を完全に硬化させる。
【００３９】
上述のように、超音波接合工程では、電極とバンプとの界面は半硬化状態の接合補助剤で覆われているため、超音波振動の印加により摩擦熱が発生しても電極表面に新たな酸化膜が形成されることを抑制することができる。
【００４０】
しかしながら、接合補助剤が半硬化の状態で超音波接合が行われるため、接合補助剤の内部にボイド（空隙）が発生してしまう。当該ボイドに溜まった水分などが電子部品を駆動させた際に発生する熱により膨張し、完全硬化した接合補助剤を破壊したり、電極とバンプとの接合状態を破壊したりする不具合が発生する。
【００４１】
（実施の形態１）
次に、本願発明に係る電子部品実装基板製造方法、および、電子部品実装基板製造システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る電子部品実装基板製造方法、および、電子部品実装基板製造システムの一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００４２】
図１は、電子部品実装基板を電極の接合部分を含む断面で示した側面図である。
【００４３】
同図に示すように、基板１０１の一面には複数の配線１０２が形成されており、配線１０２の端部が第一電極１０３として機能している。電子部品１０４は、本実施の形態の場合発光素子（ＬＥＤチップ）である。電子部品１０４は、それぞれの第一電極１０３に接続された第二電極１０５（バンプ）を備えている。ここで、基板１０１の配線１０２は、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属（合金）にて形成されており、配線１０２の一部である第一電極１０３も同様に銅を主成分とする金属（合金）にて形成される。電子部品１０４の一面に設けられる第二電極１０５は、空気中でも酸化されにくい例えば金（Ａｕ）で形成されている。
【００４４】
なお、主成分の語とは含有比率の最も大きい材種を意味しており、また、含有比率がほぼ１００％の材種を意味している。
【００４５】
図２は、電子部品実装基板製造システムを模式的に示す図である。
【００４６】
同図に示すように、電子部品実装基板製造システム２００は、電子部品１０４の第二電極１０５と、基板１０１に設けられる第一電極１０３とを超音波接合により接続して電子部品が実装された電子部品実装基板を製造するシステムであって、第一付着手段２０３と第一硬化手段２０２と、接合手段２０１とを備えている。また、本実施の形態の場合、電子部品実装基板製造システム２００は、第一投入手段２０４と、回収手段２０５も備えている。
【００４７】
第一付着手段２０３は、還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂２３１であって、完全硬化前の液状、ペースト状、または、ゲル状などの粘度が低く粘着性が残存している第一樹脂２３１を第一電極１０３に付着させる装置である。
【００４８】
図３は、第一付着手段を模式的に示す斜視図である。
【００４９】
同図に示すように、本実施の形態に係る第一付着手段２０３は、基板１０１上の所望の位置に第一樹脂２３１を吐出することができる装置であって、ヘッド２３２と、基板１０１を支持するステージ２３５とを備えている。
【００５０】
ヘッド２３２は、１または複数の吐出手段（図示せず）が設けられ、装置基台２３３に支持されたヘッド移動装置２３４によって同図中に示すＸ軸方向に往復移動する。ステージ２３５は、同じく装置基台２３３に支持されたステージ移動装置２３６によって同図中に示すＹ軸方向に往復移動する。
【００５１】
第一付着手段２０３は、この構成によって、ヘッド２３２とステージ２３１上の基板１０１とを相対移動させながら、ヘッド２３２に備えられた吐出手段から基板１０１に向かって第一樹脂２３１を吐出し、基板１０１上の第一電極１０３に第一樹脂２３１を付着させる。
【００５２】
第一硬化手段２０２は、第一付着手段２０３により付着された第一樹脂２３１を完全硬化させる装置である。
【００５３】
ここで完全硬化とは、液状、ペースト状、または、ゲル状などの粘度が低く粘着性が残存している第一樹脂２３１をほぼ固体の状態で粘着性が残存していない状態に移行させることを言う。
【００５４】
例えば第一硬化手段２０２は、第一樹脂２３１が熱硬化性樹脂である場合は、加熱炉である。また、第一硬化手段２０２は、第一樹脂２３１が光硬化性樹脂である場合は、光照射炉である。なお、第一硬化手段２０２は、インライン式炉やバッチ炉など任意の方式を採用しうる。
【００５５】
接合手段２０１は、第一硬化手段２０２で完全硬化した第一樹脂２３１を第一電極１０３と第二電極１０５とで挟んだ状態に配置し、第一電極１０３、または、第二電極１０５に超音波を印加して第一樹脂２３１を軟化させ、軟化した状態の第一樹脂２３１の中で、第一電極１０３と前記第二電極１０５とを超音波接合する装置である。
【００５６】
図４は、接合手段の一例であるフリップチップボンディング装置の主要な構成を模式的に示す図である。
【００５７】
同図に示すように、本実施の形態の場合、接合手段２０１は、フリップチップボンディング装置であって、複数の電子部品１０４を供給する電子部品供給部２１１と、電子部品供給部２１１から供給される電子部品１０４を吸着保持するとともに、保持した電子部品１０４を上下方向に反転させる電子部品反転ユニット２１２と、電子部品反転ユニット２１２により反転された状態の電子部品１０４を受け取って吸着保持し、基板１０１上の所定位置に電子部品１０４を実装するボンディングヘッド２１３と、基板１０１を載置して保持する基板ステージ２１５と、ボンディングヘッド２１３により保持された状態の電子部品１０４の画像を撮像して、その保持姿勢を認識するカメラユニット２１６とを備えている。
【００５８】
電子部品供給部２１１の上面には、複数の電子部品１０４が、その第二電極１０５の形成面を上向きとして配列されている。電子部品供給部２１１は、基板１０１の表面沿いの方向（水平方向）であって互いに直交する方向であるＸ方向およびＹ方向に移動可能であり、電子部品供給部２１１がＸＹ方向へ移動されることにより、１個の電子部品１０４と電子部品反転ユニット２１２との間の位置合わせが可能となっている。
【００５９】
電子部品反転ユニット２１２は、電子部品１０４を解除可能に吸着保持するノズル２１７を有し、電子部品１０４を吸着保持した状態のノズル２１７を上下方向に１８０度反転させることにより、電子部品１０４の姿勢を上下方向に反転させる。
【００６０】
ボンディングヘッド２１３は、電子部品１０４を解除可能に吸着保持するノズル２１８と、超音波振動を発生させる振動子２１９と、振動子２１９にて発生された超音波振動を増幅してノズル２１８に伝達する超音波ホーン２２０とを備えている。また、ボンディングヘッド２１３は、ＸＹ方向に移動可能であって、ボンディングヘッド２１３が所定の位置にＸＹ移動されて位置決めされることにより、電子部品反転ユニット２１２からボンディングヘッド２１３への電子部品１０４の受け取り動作、およびカメラユニット２１６による電子部品１０４の保持姿勢の画像撮像動作などが実施される。
【００６１】
第一投入手段２０４は、第一付着手段２０３に基板１０１を投入することができるローダ装置である。
【００６２】
回収手段２０５は、接合手段２０１で接合された電子部品実装基板を回収することができるアンローダ装置である。
【００６３】
次に、電子部品実装基板製造方法を説明する。
【００６４】
（第一付着工程）
図５は、一次硬化前の第一樹脂が付着した状態の第一電極付近を模式的に示す図である。
【００６５】
第一付着手段２０３により還元剤を含む硬化性樹脂である第一樹脂２３１を、完全硬化前に第一電極１０３に付着させる。同図に示すように、第一電極１０３の表面には酸化皮膜１３１が発生しているが、本実施の形態の場合は酸化皮膜１３１をドライエッチングなどで除去することなく第一樹脂を付着させている。また、第一付着手段２０３は、第一電極１０３を覆うように第一樹脂２３１を付着させている。従って、第一樹脂２３１が付着した後の第一電極１０３は、第一樹脂２３１と基板１０１とで包まれた状態となっている。
【００６６】
ここで、本実施の形態の場合に用いられている第一樹脂２３１は、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂を挙示することができる。また、第一樹脂２３１に含まれる還元剤は、第一電極１０３に発生している酸化皮膜を除去しうるものであれば良い。例えば、還元剤としては、ＯＨ基を含む薬剤を例示でき、さらに具体的には、酸無水物やフェノール類、グリセリンなどを例示することができる。
【００６７】
また、第一樹脂２３１は、シリカや酸化チタンなどのフィラーは添加されておらず、可視光の領域において透明性の高い樹脂となっている。第一樹脂２３１にフィラーを添加しないことにより、接合の際に発生する熱で第一樹脂２３１が十分に軟化し、印加される超音波の減衰を抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、第一樹脂２３１は、光硬化性の樹脂でも良い。
【００６９】
基板１０１は、透明性の高いアルミナなどのセラミクスで構成されている。
【００７０】
（第一硬化工程）
次に、第一硬化手段２０２により、付着された第一樹脂２３１を完全硬化させる。具体的には、基板１０１とともに第一樹脂２３１を第一硬化手段２０２に投入し、第一硬化手段２０２が第一樹脂２３１に含まれる熱硬化性樹脂のガラス転移点を僅かに下回る温度になるまで加熱する。以上により、図６に示すように第一樹脂２３１が硬化すると共に、第一樹脂２３１に含まれる還元剤が加熱によって活性化し、第一電極１０３の表面に発生していた酸化皮膜１３１が除去される。
【００７１】
（接合工程）
次に、第一硬化手段２０２から取り出された基板１０１を接合手段２０１に搬送し、超音波接合を行う。第一硬化手段２０２から接合手段２０１まで基板１０１を搬送する間、基板１０１は空気にさらされるが、第一樹脂２３１、および、基板１０１によって第一電極１０３は包まれているため、表面に再度酸化皮膜が形成することなく、清浄な表面状態が維持される。
【００７２】
（超音波接合工程） 
図４に示すように、接合手段２０１では、電子部品供給部２１１から１個の電子部品１０４が、電子部品反転ユニット２１２のノズル２１７により吸着保持して取り出され、電子部品反転ユニット２１２にてノズル２１７が上下方向に反転されることにより、保持されている電子部品１０４が反転される。その後、ボンディングヘッド２１３が、反転された状態の電子部品反転ユニット２１２の上方に位置決めされて、電子部品反転ユニット２１２からボンディングヘッド２１３のノズル２１８に電子部品１０４が受け渡される。ボンディングヘッド２１３はＸＹ方向に移動されて、先に完全硬化した第一樹脂２３１が付着した基板１０１上の実装位置の上方に位置決めされる。
【００７３】
その後、ボンディングヘッド２１３が下降して、ノズル２１８に保持された状態の電子部品１０４のそれぞれの第二電極１０５が、図７に示すように、基板１０１のそれぞれの第一電極１０３に対応する第一樹脂２３１に接触して押し付けられた状態とされる。
【００７４】
このような状態にて、ボンディングヘッド２１３（図４参照）において、振動子２１９により超音波振動を発生させ、発生された超音波振動が超音波ホーン２２０にて増幅されてノズル２１８を通して電子部品１０４に付与される。
【００７５】
電子部品１０４の第二電極１０５が第一樹脂２３１に対して超音波振動することにより、第一樹脂２３１は加熱され、ガラス転移温度を超えて軟化する。電子部品１０４は、基板１０１に向かって押圧されているため、第二電極１０５は軟化した第一樹脂２３１に潜り込んでいく。そして、図８に示すように、電子部品１０４の第二電極１０５と第一電極１０３が当接する。
【００７６】
電子部品１０４の第二電極１０５と第一電極１０３との間の界面に対して、超音波振動が付与されることにより、第二電極１０５と第一電極１０３とが金属接合（すなわち、超音波接合）される。
【００７７】
その後、振動子２１９にて超音波振動の発生を停止させるとともに、ノズル２１８による電子部品１０４の吸着保持を解除して、ノズル２１８を上昇させ、電子部品１０４より離脱させる。この段階で図９に示すように第一樹脂２３１は二次硬化（完全硬化）する。
【００７８】
ここで、二次硬化も完全硬化であり、第一樹脂２３１をほぼ固体の状態で粘着性が残存していない状態となっている。
【００７９】
上記実施の形態によれば、第二電極１０５から第一電極１０３に荷重が加えられた状態で超音波振動が付与されて、第二電極１０５と第一電極１０３との間の界面が局所的に加熱される。しかし、接合部分の周辺は基板１０１と第一樹脂２３１とで覆われているため、金（Ａｕ）に比して酸化し易い銅（Ｃｕ）の表面が酸素に触れることを抑制でき、超音波接合に伴って界面に酸化膜が形成されることを抑制できる。
【００８０】
このように、銅の表面の酸化を完全硬化した第一樹脂２３１によって防止しながら、超音波接合を行うため、第一電極１０３と第二電極１０５との合金接合を確実に行うことができる。すなわち、好適なダイシェア強度を維持することができ、従前のＡｕ−Ａｕ接合に代替可能な金属接合を提供できるとともに、電子部品の実装およびその電子部品実装基板の製造におけるコスト削減を実現できる。
【００８１】
また従来の超音波接合工程では、電子部品１０４の第二電極１０５によって第一電極１０３が押し付けられているため、荷重が第二電極１０５を介して第一電極１０３に加えられる。このように、電子部品１０４の第二電極１０５から第一電極１０３に荷重が加えられた状態で、界面に超音波振動が付与されると、界面が摩擦熱によって局所的に高温になる。従来の第一樹脂２３１を用いない超音波接合では、この摩擦熱による高温によって合金接合が促進されると考えられていたが、実際には銅（第一電極１０３）の表面の酸化（黒い膜）も進行して十分な接合強度を確保できない。
【００８２】
これに対し、上記方法では、第一電極１０３と第二電極１０５との界面の周囲に第一樹脂２３１を存在させた状態で超音波接合を行うので、界面を覆うようにして配置された第一樹脂２３１により、超音波接合中の銅の酸化を抑制することができる。
【００８３】
以上の通り、酸化皮膜を除去し、かつ、銅の表面の酸化を完全に硬化した第一樹脂２３１によって防止しながら超音波接合を行うため、第一電極１０３と第二電極１０５の合金接合を確実に行うことができる。
【００８４】
さらに、第一樹脂２３１が完全に硬化した（固体の）状態で接合が行われるため、第一樹脂２３１に含まれる還元剤が飛散して接合手段２０１の内部のいずれかに付着し、接合手段２０１に不具合が発生したり、他の電子部品に付着して電子部品実装基板に不具合が発生したりすることも抑制できる。
【００８５】
また、第一樹脂２３１が固体の状態で接合が行われるため、第一樹脂２３１の内部にボイドが発生することを抑制でき、ボイドにたまった水などが温度上昇に伴い膨張し、第一樹脂２３１を破壊したり、第一電極１０３と第二電極１０５との接合部分を破壊することを抑制できる。
【００８６】
（実施の形態２）
次に、本願発明に係る他の電子部品実装基板製造方法、および、電子部品実装基板製造システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る電子部品実装基板製造方法、および、電子部品実装基板製造システムの一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。また、前記実施の形態１と同様の機能を有するものなどは同一の符号を付し説明を省略する場合がある。
【００８７】
図１０は、電子部品実装基板製造システムを模式的に示す図である。
【００８８】
同図に示すように、電子部品実装基板製造システム２００は、電子部品１０４の第二電極１０５と、基板１０１に設けられる第一電極１０３とを超音波接合により接続して電子部品が実装された電子部品実装基板を製造するシステムであって、第一付着手段２０３と第一硬化手段２０２と、第二付着手段２０７と、第二硬化手段２０８と、接合手段２０１とを備えている。また、本実施の形態の場合、電子部品実装基板製造システム２００は、第一投入手段２０４と、第二投入手段２０６と、回収手段２０５も備えている。
【００８９】
第二付着手段２０７は、還元剤を含む硬化性樹脂である第二樹脂２３７であって、完全硬化前の液状、ペースト状、または、ゲル状などの粘度が低く粘着性が残存している第二樹脂２３７を第二電極１０５に付着させる装置である。
【００９０】
具体的な第二付着手段２０７の構造は、第一付着手段２０３と同様であり、図１２に示すように、第二電極１０５を上にして配置される電子部品１０４に対し、第二樹脂２３７を吐出し、電子部品１０４上の第二電極１０５に第二樹脂２３７を付着させる。
【００９１】
第二硬化手段２０８は、第二付着手段２０７により付着された第二樹脂２３７を完全硬化させる装置である。
【００９２】
ここで完全硬化とは、第一樹脂２３１と同様、液状、ペースト状、または、ゲル状などの粘度が低く粘着性が残存している第一樹脂２３１をほぼ固体の状態で粘着性が残存していない状態に移行させることを言う。
【００９３】
例えば第二硬化手段２０８は、第二樹脂２３７が熱硬化性樹脂である場合は、加熱炉である。また、第二硬化手段２０８は、第二樹脂２３７が光硬化性樹脂である場合は、光照射炉である。なお、第二硬化手段２０８は、インライン式炉やバッチ炉など任意の方式を採用しうる。
【００９４】
接合手段２０１は、第二硬化手段２０８で完全硬化した第二樹脂２３７を第一樹脂２３１に重ね、かつ、第一電極１０３と第二電極１０５とで挟んだ状態に配置し、第一電極１０３、または、第二電極１０５に超音波を印加して第一樹脂２３１、および、第二樹脂２３７を軟化させ、軟化した状態の第一樹脂２３１、または、第二樹脂２３７の中で、第一電極１０３と第二電極１０５とを超音波接合する装置である。
【００９５】
本実施の形態の場合においても接合手段２０１は、図１１に示すようにフリップチップボンディング装置である。
【００９６】
第二投入手段２０６は、第二付着手段２０７に電子部品１０４を投入することができるローダ装置である。
【００９７】
次に、実施の形態２に係る電子部品実装基板製造方法を説明する。
【００９８】
（第二付着工程）
図１２は、一次硬化前の第二樹脂が付着した状態の電子部品を模式的に示す図である。
【００９９】
第二付着手段２０７により還元剤を含む硬化性樹脂である第二樹脂２３７を、完全硬化前に電子部品１０４の第二電極１０５に付着させる。同図に示すように、第二電極１０５の表面には酸化皮膜１５１が発生しているが、本実施の形態の場合は酸化皮膜１５１をドライエッチングなどで除去することなく第二樹脂２３７を付着させている。また、第二付着手段２０７は、第二電極１０５を覆うように第二樹脂２３７を付着させている。従って、第二樹脂２３７が付着した後の第二電極１０５は、第二樹脂２３７と電子部品１０４の本体とで包まれた状態となっている。
【０１００】
ここで、本実施の形態の場合に用いられている第二樹脂２３７は、第一樹脂２３１と同じものが採用されている。これは、第一樹脂２３１と第二樹脂２３７とを接合しやすくするためである。
【０１０１】
（第二硬化工程）
次に、第二硬化手段２０８により、付着された第二樹脂２３７を完全硬化させる。具体的には、電子部品１０４とともに第二樹脂２３７を第二硬化手段２０８に投入し、第二硬化手段２０８が第二樹脂２３７に含まれる熱硬化性樹脂のガラス転移点を僅かに下回る温度になるまで加熱する。以上により、図１３に示すように第二樹脂２３７が硬化すると共に、第二樹脂２３７に含まれる還元剤が加熱によって活性化し、第二電極１０５の表面に発生していた酸化皮膜１５１が除去される。
【０１０２】
（接合工程）
次に、実施の形態１と同じように第一硬化手段２０２から取り出された基板１０１と、第二硬化手段２０８から取り出された電子部品１０４とを接合手段２０１に搬送し、超音波接合を行う。第二硬化手段２０８から接合手段２０１まで電子部品１０４を搬送する間、電子部品１０４は空気にさらされるが、第二樹脂２３７、および、電子部品１０４の本体によって第二電極１０５は包まれているため、表面に再度酸化皮膜が形成することなく、清浄な表面状態が維持される。
【０１０３】
（超音波接合工程） 
図１１に示すように、接合手段２０１では、一次硬化（完全硬化）が終了した第二樹脂２３７が付着している電子部品１０４が、電子部品反転ユニット２１２のノズル２１７により吸着保持して取り出され、電子部品反転ユニット２１２にてノズル２１７が上下方向に反転されることにより、保持されている電子部品１０４が反転される。その後、ボンディングヘッド２１３が、反転された状態の電子部品反転ユニット２１２の上方に位置決めされて、電子部品反転ユニット２１２からボンディングヘッド２１３のノズル２１８に電子部品１０４が受け渡される。ボンディングヘッド２１３はＸＹ方向に移動されて、先に完全硬化した第一樹脂２３１が付着した基板１０１上の実装位置の上方に位置決めされる。
【０１０４】
その後、ボンディングヘッド２１３が下降して、ノズル２１８に保持された状態の電子部品１０４の第二樹脂２３７が、図１４に示すように、基板１０１のそれぞれの第一電極１０３に対応する第一樹脂２３１に接触して押し付けられた状態とされる。
【０１０５】
このような状態にて、ボンディングヘッド２１３（図１１参照）において、振動子２１９により超音波振動を発生させ、発生された超音波振動が超音波ホーン２２０にて増幅されてノズル２１８を通して電子部品１０４、および、第二樹脂２３７に付与される。
【０１０６】
第二樹脂２３７が第一樹脂２３１に対して超音波振動することにより、第一樹脂２３１、および、第二樹脂２３７は加熱され、ガラス転移温度を超えて軟化する。電子部品１０４は、基板１０１に向かって押圧されているため、第二電極１０５は軟化した第一樹脂２３１、または、第二樹脂２３７に潜り込んでいく。そして、図１５に示すように、電子部品１０４の第二電極１０５と第一電極１０３が当接する。
【０１０７】
電子部品１０４の第二電極１０５と第一電極１０３との間の界面に対して、超音波振動が付与されることにより、第二電極１０５と第一電極１０３とが金属接合（すなわち、超音波接合）される。
【０１０８】
その後、振動子２１９にて超音波振動の発生を停止させるとともに、ノズル２１８による電子部品１０４の吸着保持を解除して、ノズル２１８を上昇させ、電子部品１０４より離脱させる。この段階で図１６に示すように第一樹脂２３１、および、第二樹脂２３７は二次硬化（完全硬化）する。
【０１０９】
上記実施の形態２によれば、実施の形態１で得られる効果に加えて、第一樹脂２３１と第二樹脂２３７とを高い強度で接合することが可能となる。また、第一樹脂２３１は、基板１０１に付着した状態で一次硬化（完全硬化）するため、基板１０１との接合強度が高い。さらに、第二樹脂２３７は、電子部品１０４に付着した状態で一次硬化（完全硬化）するため、電子部品１０４との接合強度が高い。以上から、電子部品１０４と基板１０１とを第一樹脂２３１と第二樹脂２３７とを介して高い強度で接合することができ、第一電極１０３と第二電極１０５との接合強度のみでは基板１０１と電子部品１０４との接合強度が不足する場合には、第一樹脂２３１、および、第二樹脂２３７が接合強度を補完することができる。
【０１１０】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【０１１１】
例えば、電子部品１０４の第二電極１０５も銅を主成分とする電極など酸化皮膜が形成されやすい電極であり、酸化皮膜が発生している場合でも、所望の接合強度が得られる場合がある。つまり、超音波接合の際に第二電極１０５が第一樹脂２３１に進入する際に第二電極１０５の酸化皮膜が除去されることにより、酸化皮膜の無い状態で第一電極１０３と第二電極とが接合され、所望の接合強度を得ることができる場合も考えられる。
【０１１２】
また、第一樹脂２３１や第二樹脂２３７にフィラーを添加してもかまわない。
【０１１３】
また、基板１０１に第一電極１０３を配し、電子部品１０４に第二電極１０５を配したが、基板１０１に第二電極１０５を配し、電子部品１０４に第一電極１０３を配してもよい。また、電子部品１０４は発光素子ばかりで無く、演算素子や記憶素子、撮像素子などいかなる部品でもかまわない。
【０１１４】
また、基板１０１も特に限定されるものでは無いが、樹脂製の基板１０１を採用することにより基板１０１と第一樹脂２３１との密着性を高め、基板１０１と第一樹脂２３１との界面にボイドが発生して、基板１０１由来の水がボイドにたまるなどの不具合を回避することが可能となる。
【０１１５】
また、第一樹脂２３１や第二樹脂２３７が熱硬化性樹脂の場合、第一硬化工程や第二硬化工程においてガラス転移温度を超えないものとしたが、ガラス転移温度を超えて第一樹脂２３１や第二樹脂２３７を一次硬化として完全硬化させてもかまわない。
【０１１６】
また、第一樹脂２３１と第二樹脂２３７とは同じ種類の樹脂を採用しても異なる樹脂を採用してもかまわない。
【０１１７】
また、電子部品１０４側に超音波振動を印加する場合を示したが、基板１０１側に超音波振動を印加してもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本願発明は、比較的酸化されやすい金属などからなる電極を超音波接合し、電機部品実装基板を製造する方法、および、システムに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０１  基板
１０２  配線
１０３  第一電極
１０４  電子部品
１０５  第二電極
１３１  酸化皮膜
１５１  酸化皮膜
２００  電子部品実装基板製造システム
２０１  接合手段
２０２  第一硬化手段
２０３  第一付着手段
２０４  第一投入手段
２０５  回収手段
２０６  第二投入手段
２０７  第二付着手段
２０８  第二硬化手段
２１１  電子部品供給部
２１２  電子部品反転ユニット
２１３  ボンディングヘッド
２１５  基板ステージ
２１６  カメラユニット
２１７  ノズル
２１８  ノズル
２１９  振動子
２２０  超音波ホーン
２３１  第一樹脂
２３２  ヘッド
２３３  装置基台
２３４  ヘッド移動装置
２３５  ステージ
２３６  ステージ移動装置
２３７  第二樹脂
【図１】
2013197135.tif 000003
【図２】
2013197135.tif 000004
【図３】
2013197135.tif 000005
【図４】
2013197135.tif 000006
【図５】
2013197135.tif 000007
【図６】
2013197135.tif 000008
【図７】
2013197135.tif 000009
【図８】
2013197135.tif 000010
【図９】
2013197135.tif 000011
【図１０】
2013197135.tif 000012
【図１１】
2013197135.tif 000013
【図１２】
2013197135.tif 000014
【図１３】
2013197135.tif 000015
【図１４】
2013197135.tif 000016
【図１５】
2013197135.tif 000017
【図１６】
2013197135.tif 000018