JPH1174315A

JPH1174315A - ボンディング装置及びボンディング方法

Info

Publication number: JPH1174315A
Application number: JP10168789A
Authority: JP
Inventors: Taizo Tomioka; 泰造冨岡; Tomohiro Iguchi; 知洋井口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ボンディングツールからの超音波の伝達効率を
高めることで、バンプ変形量を最小限に抑え、良好な接
合を行うことにより十分な接合強度を得ることができる
ボンディング装置を提供すること。【解決手段】電子部品１０の背面１１ｂ側に配置され、
その押圧面９１において電子部品１０の背面側を押圧す
るとともに、電子部品１０に超音波を印加しながら加熱
するボンディングツール９０と、基板２０の背面２１ｂ
側を支持する第２ステージ基板支持部５２とを備え、ボ
ンディングツール９０の押圧面９１の外形寸法は電子部
品１０の外形寸法より大きく形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の電子部
品を超音波及び加熱ツールを用いて基板に実装するフリ
ップチップボンディングを行うためのボンディング装置
及びボンディング方法に関し、特に接合強度を増すこと
ができるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の電極と基板の電極とをバンプ
を介して接合するフリップチップボンディングは、実装
面積が小さく、また、回路の配線長が短いという特長が
あり、高密度実装や高速デバイスの実装に適している。

【０００３】フリップチップボンディングの方式につい
ては、近年形成プロセスが比較的容易である金ボールバ
ンプを用いた開発例が増加している。図７及び図８は従
来のフリップチップボンディングの方法を示す図であ
る。

【０００４】なお、これらの図中１０は電子部品、２０
は基板を示している。また、電子部品１０は、直方体状
の部品本体１１を備え、その一方の面には厚さ０．７μ
ｍのアルミ膜により電極１２が形成されている。基板２
０は、基板本体２１を備え、その一方の面には厚さ１．
０μｍの金めっきが電解めっき法により施されて電極２
２が形成されている。

【０００５】最初に、図７に示すように電極１２上にバ
ンプ１３を形成する。すなわち、放電により金ワイヤ３
０を溶融し、金ボール３１を形成する。そしてキャピラ
リ３２でこれを電子部品１０上の電極１２に加圧し、同
時に超音波を印加して接合する。その後ワイヤを引き千
切りバンプ１３を形成する。

【０００６】バンプ１３と基板２０の電極２２との接合
には、導電ペーストなど中間材を介す方式や、熱圧着や
超音波併用熱圧着により直接接合する方法などがある。
後者は工程数が少なく、中間材が不要であり、さらに接
合時間が短くなるため、実装コストを低減できるメリッ
トがある。

【０００７】超音波併用熱圧着によるフリップチップボ
ンディングの例としては、特開平８−３３０８８０や
“Ｆｌｉｐ−ＣｈｉｐＡｓｓｅｍｂｌｙＴｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｆｏｒＳＡＷＤｅｖｉｃｅ”（Ｐｒｏ
ｃ．ＩＳＨＭ’９５）がある。

【０００８】図８は上述したようなフリップチップボン
ディングを行うためのボンディング装置の一例を示す図
である。ボンディング装置４０は、ボンディングツール
４１を備えている。ボンディングツール４１の先端部４
２は平坦状に形成されており、その中央に吸着孔４３が
形成されている。吸着孔４３は図示しないチューブを介
して減圧機構（不図示）に接続されている。また、ボン
ディングツール４１は、図示せぬ超音波ホーンに指示さ
れ、この超音波ホーンを図８中矢印Ｚ方向へ駆動するこ
とにより圧着荷重を負荷する。

【０００９】このようなボンディング装置４０では、次
のようにしてボンディングを行う。すなわち、ボンディ
ングツール４１で電子部品１０の背面を吸着し、そのバ
ンプ１３と基板２０の電極２２の上に位置合わせする。

【００１０】一方、基板２０を２００℃に加熱する。次
にボンディングツール４１を図８中矢印Ｚ方向に駆動
し、バンプ１３の１個につき７５ｇｆの圧着荷重で加圧
する。なお、バンプ１３の数は１６個である。

【００１１】同時に、超音波がボンディングツール４１
を介して電子部品１０に伝達され、さらにバンプ１３と
電極２２との接合界面に印加される。なお、超音波の印
加は、２段階に分けられる。すなわち、第１段階では、
出力を０．５Ｗで８００ｍｓ印加する。これはバンプ１
３の高さを揃えるために行うものであり、バンプ１３の
高さは約３０μｍとなる。

【００１２】第２段階では、超音波の出力２Ｗで８００
ｍｓ印加し、接合する。なお、このボンディング装置４
０を使用して接合を行った場合には、最適条件において
バンプ１個あたり約４０ｇｆの接合強度が得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したボンディング
方法を用いたボンディング装置では、次のような問題が
あった。すなわち、例えば４或いは６個等のバンプ数の
少ない電子部品では、バンプ１個あたり４０ｇｆでは十
分な接合信頼性を得ることができない。このため、バン
プ１個あたりの接合強度を向上させることが重要であ
る。

【００１４】接合強度を向上させるためには超音波の伝
達効率を向上させればよい。なお、伝達効率はボンディ
ングツールの先端部４２と電子部品１０の背面の摩擦力
に依存し、摩擦力は接触面積とボンディング荷重に依存
する。すなわち、接触面積とボンディング荷重のいずれ
かを大きくすれば伝達効率が向上することになる。

【００１５】しかしながら、電子部品１０の外形寸法は
例えば、２．１ｍｍ×１．４ｍｍと非常に小さい上、吸
着孔４３が設けられているために、接触面積は非常に狭
い。一方、圧着荷重をある程度以上大きくすると、バン
プ１３が大きく変形する。この状態で超音波を印加する
と、却ってバンプ１３と電極２２との接合性が低くな
り、製品の信頼性が低くなるという問題がある。また、
部品本体１１の中央部に力が集中し、割れる虞があっ
た。

【００１６】一方、図１０に示すようにその先端に角錐
状の凹部４７が形成されたボンディングツール４６を用
い、電子部品１０を係止することで、超音波を損失なく
電子部品１０に伝達することで、伝達効率を高めること
も検討されているが、電子部品１０のエッジ部１１ａに
機械的ダメージが生じ、部品本体１１にクラックが生じ
る虞があった。

【００１７】なお、超音波を印加する時間を長くすれ
ば、バンプ１３と電極２２の接合強度を確保することは
できるが、製造効率が低下するという問題が生ずる。ま
た、従来方式では、金めっき厚が薄く接合性の低い基板
に対して良好な接合が得られないという問題もあった。

【００１８】本発明は、ボンディングツールからの超音
波の伝達効率を高めることで、バンプ変形量を最小限に
抑え、良好な接合を行うことにより十分な接合強度を得
ることができるボンディング装置及びボンディング方法
を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載された発明は、電子部
品のバンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディン
グ装置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上
記電子部品の上記バンプ電極が形成されていない背面側
を押圧するとともに、上記電子部品に超音波を印加する
ボンディングツールと、上記基板を支持する基板支持部
とを備え、上記ボンディングツールの上記押圧面の少な
くとも上記電子部品に当接する面積が上記電子部品の背
面側の面積より大きく形成されていることとした。

【００２０】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、上記ボンディングツールの少
なくとも押圧面は上記電子部品の背面側の材質よりも硬
く形成されている。

【００２１】請求項３に記載された発明は、電子部品の
バンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング装
置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電
子部品の上記バンプ電極が形成されていない背面側を押
圧するとともに、上記電子部品に超音波を印加するボン
ディングツールと、上記基板を支持する基板支持部とを
備え、上記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理さ
れている。

【００２２】請求項４に記載された発明は、請求項３に
記載された発明において、上記電子部品の背面側は粗面
化処理されている。請求項５に記載された発明は、請求
項４に記載された発明において、上記ボンディングツー
ルの押圧面と上記電子部品の背面とはほぼ同一の表面粗
さに粗面化されている。

【００２３】請求項６に記載された発明は、電子部品の
バンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング装
置において、上記電子部品のバンプ電極を上記電極上に
位置決めするマウントツールと、押圧面を有し、その押
圧面を介して上記電子部品の上記バンプ電極が形成され
ていない背面側を押圧するとともに、上記電子部品に超
音波を印加するボンディングツールと、上記基板を支持
する基板支持部とを備えるようにした。

【００２４】請求項７に記載された発明は、請求項６に
記載された発明において、上記マウントツールには、上
記電子部品の背面を負圧で吸着する吸着孔が貫通してい
るとともに、上記ボンディングツールは中実部材からな
る。

【００２５】請求項８に記載された発明は、請求項６に
記載された発明において、上記マウントツールの上記電
子部品に対する押圧面の外径寸法は、この押圧面が当接
する上記電子部品の背面側の外径寸法より大きいことと
した。

【００２６】請求項９に記載された発明は、電子部品の
バンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング装
置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電
子部品の上記バンプ電極が形成されていない背面側を押
圧するとともに、上記電子部品に超音波を印加するボン
ディングツールと、上記基板を支持する基板支持部と、
上記ボンディングツールに対してその押圧力を漸次又は
階段状に増加させるとともに、上記超音波の出力を漸次
又は階段状に増加させるボンディング制御部とを具備す
るようにした。

【００２７】請求項１０に記載された発明は、電子部品
のバンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング
装置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記
電子部品の上記バンプ電極が形成されていない背面側を
押圧するとともに、上記電子部品に超音波を印加するボ
ンディングツールと、上記電子部品を支持する電子部品
支持部と、上記ボンディングツールに対してその押圧力
を漸次又は階段状に増加させるボンディング制御部とを
備えるようにした。

【００２８】請求項１１に記載された発明は、電子部品
のバンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング
装置において、上記基板の上記電極が形成されていない
背面側を押圧するとともに、上記基板に超音波を印加す
るボンディングツールと、上記電子部品を支持する電子
部品支持部とを備えるようにした。

【００２９】請求項１２に記載された発明は、請求項１
１に記載された発明において、上記ボンディングツール
の先端部には角錐型をなし、かつ、上記基板を係止する
凹部が設けられている。

【００３０】請求項１３に記載された発明は、電子部品
のバンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング
方法において、上記電子部品を吸着孔を有するマウント
ツールにより吸着して上記電子部品のバンプ電極を上記
基板の電極上に位置決めする位置決め工程と、上記吸着
孔を有さない中実なボンディングツールにより上記電子
部品に超音波を印加しながら加圧・加熱する接合工程と
を備えるようにした。

【００３１】請求項１４に記載された発明は、電子部品
のバンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング
方法において、上記電子部品のバンプ電極を上記基板の
電極上に位置決めする位置決め工程と、上記電子部品の
上記バンプ電極が形成されていない背面側を押圧すると
ともに、上記電子部品に超音波を印加し、かつ、加熱す
る接合工程とを備え、上記ボンディングツールは、その
押圧力を漸次又は階段状に増加させるとともに、上記超
音波の出力を漸次又は階段状に増加させるようにした。

【００３２】請求項１５に記載された発明は、電子部品
のバンプ電極と基板の電極とを熱圧着するボンディング
方法において、上記電子部品のバンプ電極を上記基板の
電極上に位置決めする位置決め工程と、上記電子部品の
上記バンプ電極が形成されていない背面側を押圧すると
ともに、上記電子部品に超音波を印加し、かつ、加熱す
る接合工程とを備え、上記ボンディングツールによる押
圧力を漸次又は階段状に増加させるようにした。

【００３３】請求項１６に記載された発明は、電子部品
のバンプ電極と基板の電極とを接合するボンディング方
法において、上記電子部品の背面側を支持する支持工程
と、上記基板の上記電極の形成されていない背面側を押
圧するとともに、上記基板を介して上記電子部品に超音
波を印加する接合工程とを備えるようにした。

【００３４】上記手段を講じた結果、次のような作用が
生じる。すなわち、請求項１に記載された発明によれ
ば、ボンディングツールの押圧面の外形寸法を電子部品
の外形寸法より大きく形成されるようにしたので、接触
面積を増加させ、摩擦力を増大させることができる。こ
のため、超音波の伝達効率を圧着荷重を増大させること
なく高めることができ、良好な接合を行うことができ
る。

【００３５】請求項２に記載された発明によれば、ボン
ディングツールの少なくとも押圧面は電子部品の背面側
の材質よりも硬く形成されているので、ボンディングツ
ールの寿命を長くすることができる。

【００３６】請求項３に記載された発明によれば、粗面
化により摩擦力を増大させることができる。このため、
超音波の伝達効率を圧着荷重を増大させることなく高め
ることができ、良好な接合を行うことができる。

【００３７】請求項４に記載された発明によれば、電子
部品の背面側は粗面化されているので、さらに摩擦力を
増大させることができる。請求項５に記載された発明に
よれば、ボンディングツールの押圧面の表面粗さと電子
部品の背面の表面粗さとをほぼ同一としたので、さらに
摩擦力を増大させることができる。

【００３８】請求項６に記載された発明によれば、超音
波の伝達効率を圧着荷重を増大させることなく高めるこ
とができ、良好な接合を行うことができる。請求項７に
記載された発明によれば、ボンディングツールに吸着用
の孔が不要となるので、接触面積を増加させ、摩擦力を
増大させることができる。このため、超音波の伝達効率
を圧着荷重を増大させることなく高めることができ、さ
らに良好な接合を行うことができる。

【００３９】請求項８に記載された発明によれば、接触
面積を増加させ、摩擦力を増大させることができる。こ
のため、超音波の伝達効率を圧着荷重を増大させること
なく高めることができ、良好な接合を行うことができ
る。

【００４０】請求項９に記載された発明によれば、押圧
力と超音波出力とを漸次増加するようにしているので、
バンプ電極と電極との接触面積が少ない時点から段階を
経て接合されるため、接触面の全面が良好に接合され
る。また、短時間での接合が可能となる。

【００４１】請求項１０に記載された発明によれば、押
圧力を漸次増加するようにしているので、バンプ電極と
電極との接触面積が少ない時点から段階を経て接合され
るため、接触面の全面が良好に接合される。また、短時
間での接合が可能となる。

【００４２】請求項１１に記載された発明によれば、超
音波の伝達効率を圧着荷重を増大させることなく高める
ことができ、良好な接合を行うことができる。請求項１
２に記載された発明によれば、基板をボンディングツー
ルに対し係止することができるので、超音波の伝達効率
を圧着荷重を増大させることなく高めることができ、さ
らに良好な接合を行うことができる。

【００４３】請求項１３に記載された発明によれば、電
子部品の背面を負圧でマウントツールを用いて吸着する
とともに、電子部品のバンプ電極を基板の電極に位置決
めする位置決め工程と、中実なボンディングツールによ
り電子部品の背面側を押圧するとともに、電子部品に超
音波を印加し、かつ、加熱する接合工程とを備えるよう
にしたので、ボンディングツールに吸着用の孔が不要と
なるので、接触面積を増加させ、摩擦力を増大させるこ
とができる。このため、超音波の伝達効率を圧着荷重を
増大させることなく高めることができ、良好な接合を行
うことができる。

【００４４】請求項１４に記載された発明によれば、電
子部品のバンプ電極を基板の電極に位置決めする位置決
め工程と、電子部品の背面側を押圧するとともに、電子
部品に超音波を印加し、かつ、加熱する接合工程とを備
え、ボンディングツールは、その押圧力を漸次又は階段
状に増加させるとともに、超音波の出力を漸次又は階段
状に増加させるようにしたので、バンプ電極と電極との
接触面積が少ない時点から段階を経て接合されるため、
接触面の全面が良好に接合される。また、短時間での接
合が可能となる。

【００４５】請求項１５に記載された発明によれば、電
子部品のバンプ電極を基板の電極に位置決めする位置決
め工程と、電子部品の背面側を押圧するとともに、電子
部品に超音波を印加し、かつ、加熱する接合工程とを備
え、ボンディングツールは、その押圧力を漸次又は階段
状に増加させるようにしたので、バンプ電極と電極との
接触面積が少ない時点から段階を経て接合されるため、
接触面の全面が良好に接合される。また、短時間での接
合が可能となる。

【００４６】請求項１６に記載された発明によれば、電
子部品の背面側を支持する支持工程と、基板の背面側を
押圧するとともに、基板に超音波を印加する接合工程と
を備えるようにしたので、超音波の伝達効率を圧着荷重
を増大させることなく高めることができ、良好な接合を
行うことができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
に係るボンディング装置５０を示す図である。また、図
２はボンディング装置５０の要部を示す図、図３はボン
ディングツールと電子部品との接触面の拡大図を示して
いる。なお、これらの図において図８と同一機能部分に
は同一符号を付した。

【００４８】電子部品１０として例えば６電極のＳＡＷ
デバイスに適用した例を以下に述べる。電子部品１０の
外形サイズは１．７×１．４×０．４（ｍｍ）である。
電子部品１０は、直方体状のタンタル酸リチウム（Ｌｉ
ＴａＯ₃ ）等のセラミックス材製の部品本体１１を備
え、その一方の面には厚さ０．７μｍのアルミ膜により
電極１２が形成されている。電極１２にはバンプ１３が
接合されている。なお、図中１１ａは部品本体１１のエ
ッジ部分、１１ｂは部品本体１１の背面を示している。

【００４９】基板２０は、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の
セラミックス材製の基板本体２１を備え、その一方の面
には厚さ１．０μｍの金めっきが電解めっき法により施
されて電極２２が形成されている。なお、図中２１ａは
基板本体２１のエッジ部分、２１ｂは部品本体２１の背
面を示している。

【００５０】ボンディング装置５０は、基板２０を載置
する第１ステージ５１と第２ステージ５２とを備えてい
る。図１中６０は、第１ステージ５１に載置された基板
２０上に電子部品１０を位置決めするするマウント機構
を示している。また、図１中８０は、第２ステージ５２
上の基板２０とこの上に位置決めされた電子部品１０と
を実装するボンディング機構８０とを備えている。

【００５１】マウント機構６０は、位置決めロボット６
１と、この位置決めロボット６１の先端に設けられたマ
ウントツール６２とを備えている。なお、マウントツー
ル６２の先端には、吸着孔６３が形成されている。

【００５２】ボンディング機構８０は、後述する超音波
ホーン８２を図１中矢印Ｚ方向に沿って駆動する上下動
機構８１と、この上下動機構８１に支持された超音波ホ
ーン８２と、この超音波ホーン８２に超音波を与える超
音波源８３とを備えている。

【００５３】超音波ホーン８２の先端側にはタングステ
ンカーバイトで形成された貫通孔等がない中実部材から
なるボンディングツール９０が取り付けられている。ボ
ンディングツール９０の先端に形成された押圧面９１
は、１．８×１．５（ｍｍ）の長方形に形成されてい
る。すなわち、この押圧面９１の面積は、この押圧面９
１が当接する電子部品１０の背面の面積よりも十分大き
い。また、押圧面９１は、図３に示すように機械加工に
よって粗面化されており、中心線平均表面粗さＲａは２
０μｍである。なお、電子部品１０の背面１１ｂも押圧
面９１と同じ中心線表面粗さＲａは２０μｍに粗面化処
理されている。粗面化処理するための機械加工法として
は、液体ホーニング、サンドブラスティング、グリット
ブラスティング、ショットブラスティングなどの噴射加
工が好適している。

【００５４】さらに、上下動機構８１と超音波源８３と
は、後述するような制御プログラムが予め格納されてい
るボンディング制御部８４に接続されている。このよう
なボンディング装置５０では、次のようにしてボンディ
ングを行う。すなわち、マウントツール６１で電子部品
１０の背面１１ｂを吸着し、そのバンプ１３と第１ステ
ージ５１に載置された基板２０の電極２２の上にカメラ
を用いて位置合わせする。

【００５５】次に基板２０及び電子部品１０を第２ステ
ージ５２に移送する。第２ステージ５２において、基板
２０を２００℃に加熱する。次にボンディングツール９
０を図８中矢印Ｚ方向に駆動し、バンプ１３につき後述
するような圧着荷重で加圧する。一方、超音波源８３に
よって超音波ホーン８２を駆動し、超音波をボンディン
グツール９０に与える。超音波は電子部品１０を介して
バンプ１３と電極２２との接合界面に印加される。

【００５６】なお、圧着荷重と超音波の印加は、前述し
たボンディング制御部８４により、図４の（ａ）に示す
ように制御される。すなわち、当初圧着荷重及び超音波
出力が共に零の状態から、５００ｍｓの間にそれぞれ１
００ｇｆ及び２Ｗとなるように制御される。これによ
り、バンプ１３を変形させて、圧着荷重の増加に伴って
超音波出力を増加させて接合を行う。

【００５７】なお、図５は接合強度の評価方法を示す図
である。すなわち、基板２０を固定し、シェアツール９
０ａを水平方向に動作させることでバンプ１３と電極２
２との接合部を破壊し、その破壊強度を接合強度とする
ものである。評価の結果、２００ｇｆ／バンプと十分な
強度が得られていることがわかった。

【００５８】一方、バンプ１３の直径は約１２０μｍで
あり、従来の１５０μｍに比べて大幅に小さくなった。
また、基板電極の金めっき厚が０．４μｍと薄く接合性
の低い場合においても、圧着バンプ径１２０μｍでせん
断強度１４０ｇｆが得られた。

【００５９】上述したように本第１の実施の形態に係る
ボンディング装置５０によれば、ボンディングツール９
０の押圧面９１を電子部品１０の背面１１ｂより大きく
し、かつ、吸着孔を設けないようにしたので、接触面積
を増大させるとともに押圧面９１と電子部品１０の背面
１１ｂを互いに粗面化することで、摩擦力を増大させ、
超音波伝達効率を向上させることができる。このため、
低い圧着荷重であっても効率よく接合を行うことがで
き、バンプ１３の変形量を最小限に抑えることができ
る。すなわち、バンプ１３のクラックの発生を防止でき
るとともに、バンプ１３の高密度配置が可能となる。

【００６０】また、圧着荷重と超音波出力とを漸次増加
するようにしているので、バンプ１３と電極２２とは、
その接触面積が少ない時点から段階を経て接合されるた
め、接触面の全面が良好に接合される。また、短時間で
の接合が可能となる。

【００６１】なお、基板電極表面の金めっきについて
は、電解めっき法にて１．０μｍ施した基板と、無電解
めっき法にて０．４μｍ施したものを使用した。かくし
て、ボンディング後、バンプつぶれ径の測定およびシェ
アテストによる接合強度の評価を行った結果、つぶれ径
は直径１２０μｍ、接合強度は１４０（ｇｆ／バンプ）
となった。

【００６２】一方、図４の（ｂ）は、圧着荷重及び超音
波出力を５段階に分けて増加させた例を示している。こ
の場合でも図４の（ａ）と同様に良好な接合を行うこと
ができた。

【００６３】さらに、図４の（ｃ）は、圧着荷重のみ５
段階に分けて増加させた例を示している。この場合でも
FIG.４の（ａ）と同様に良好な接合を行うことができ
る。図６は本発明の第２の実施の形態に係るボンディン
グ装置１００を示す図である。なお、この図において図
１と同一機能部分には同一符号を付した。

【００６４】電子部品１０として例えば６電極のＳＡＷ
デバイスに適用した例を以下に述べる。電子部品１０の
外形サイズは１．７×１．４×０．４（ｍｍ）である。
電子部品１０は、直方体状のタンタル酸リチウム（Ｌｉ
ＴａＯ₃ ）等のセラミックス材製の部品本体１１を備
え、その一方の面には厚さ０．７μｍのアルミ膜により
電極１２が形成されている。各電極１２には直径９０μ
ｍ、高さ４０μｍの金ボール状のバンプ１３が形成され
ている。

【００６５】基板２０は、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の
セラミックス材やガラスエポキシ樹脂等からなる基板本
体２１を備え、その一方の面には厚さ１．０μｍの金め
っきが電解めっき法により施されて電極２２が形成され
ている。なお、基板２０の外形寸法は３．０×３．０×
０．５（ｍｍ）である。

【００６６】ボンディング装置１００は、ボンディング
ツール１０１を備えている。ボンディングツール１０１
の先端部１０２は角錐状の凹部１０３が形成されてお
り、基板２０のエッジ部２１ａを係止することができ
る。また、先端部１０２の中央には吸着孔１０４が形成
されている。吸着孔１０４は図示しないチューブを介し
て減圧機構（不図示）に接続されている。また、図６中
１０６は、ボンディングツール１０１は、図示せぬ駆動
源により、このボンディングツールが取り付けられてい
る超音波ホーン８２を介して、図６中矢印Ｚ方向への圧
着荷重と超音波が付与されている。

【００６７】一方、図６中１１０は、部品支持ステージ
を示しており、ステージ本体１１１と、電子部品１０の
側面を押圧するプレート１１２とを備えている。このよ
うなボンディング装置１００では、次のようにしてボン
ディングを行う。すなわち、ボンディングツール１０１
で基板２０の背面２１ｂを吸引し、基板２０の電極２２
をバンプ１３上に位置合わせする。

【００６８】一方、部品支持ステージ１１０において、
電子部品１０を２００℃に加熱する。次にボンディング
ツール１０１を図６中矢印Ｚ方向に駆動し、加圧を開始
する。圧着荷重が１００ｇｆに達したと同時に、６０ｋ
Ｈｚ前後の超音波を出力０．５Ｗかつ１００ｍｓでバン
プ１３と電極２２との接合界面に印加する。その後、ボ
ンディングツール１０１の基板２０の吸着を解除し、ボ
ンディングツール１０１を上方に引き上げボンディング
を完了する。

【００６９】接合の結果、バンプ１３の直径は約１２０
μｍ、せん断強度は１４０ｇｆとなり、良好な接合を行
うことができた。また、短時間で良好な接合が行えた。
なお、基板２０のエッジ部分２１ａにもボンディングに
よる機械的ダメージは特に発生していない。

【００７０】上述したように本第２の実施の形態に係る
ボンディング装置１００によれば、ボンディングツール
から接合界面に高い効率で超音波が伝達されるため、短
時間で良好な接合を得ることができる。

【００７１】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。すなわち、上述した実施の形態では、
ボンディングツールの材質としてタングステンカーバイ
ドを用いているが、チタンカーバイドやダイヤモンド、
ステンレス、ジルコニア等のの他の材質のものを用いて
もよい。また、電子部品としてＳＡＷデバイスへの適用
を示したが、半導体デバイスへも同様に適用することが
できる。バンプに関してはめっきバンプでもよい。本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるの
は勿論である。

【００７２】

【発明の効果】上記手段を講じた結果、次のような作用
が生じる。すなわち、請求項１に記載された発明によれ
ば、ボンディングツールの押圧面の外形寸法を電子部品
の外形寸法より大きく形成されるようにしたので、接触
面積を増加させ、摩擦力を増大させることができる。こ
のため、超音波の伝達効率を圧着荷重を増大させること
なく高めることができ、良好な接合を行うことができ
る。

【００７３】請求項２に記載された発明によれば、ボン
ディングツールの少なくとも押圧面は電子部品の背面側
の材質よりも硬く形成されているので、ボンディングツ
ールの寿命を長くすることができる。

【００７４】請求項３に記載された発明によれば、粗面
化により摩擦力を増大させることができる。このため、
超音波の伝達効率を圧着荷重を増大させることなく高め
ることができ、良好な接合を行うことができる。

【００７５】請求項４に記載された発明によれば、電子
部品の背面側は粗面化されているので、さらに摩擦力を
増大させることができる。請求項５に記載された発明に
よれば、ボンディングツールの押圧面の表面粗さと電子
部品の背面の表面粗さとをほぼ同一としたので、さらに
摩擦力を増大させることができる。

【００７６】請求項６に記載された発明によれば、超音
波の伝達効率を圧着荷重を増大させることなく高めるこ
とができ、良好な接合を行うことができる。請求項７に
記載された発明によれば、ボンディングツールに吸着用
の孔が不要となるので、接触面積を増加させ、摩擦力を
増大させることができる。このため、超音波の伝達効率
を圧着荷重を増大させることなく高めることができ、さ
らに良好な接合を行うことができる。

【００７７】請求項８に記載された発明によれば、接触
面積を増加させ、摩擦力を増大させることができる。こ
のため、超音波の伝達効率を圧着荷重を増大させること
なく高めることができ、良好な接合を行うことができ
る。

【００７８】請求項９に記載された発明によれば、押圧
力と超音波出力とを漸次増加するようにしているので、
バンプ電極と電極との接触面積が少ない時点から段階を
経て接合されるため、接触面の全面が良好に接合され
る。また、短時間での接合が可能となる。

【００７９】請求項１０に記載された発明によれば、押
圧力を漸次増加するようにしているので、バンプ電極と
電極との接触面積が少ない時点から段階を経て接合され
るため、接触面の全面が良好に接合される。また、短時
間での接合が可能となる。

【００８０】請求項１１に記載された発明によれば、超
音波の伝達効率を圧着荷重を増大させることなく高める
ことができ、良好な接合を行うことができる。請求項１
２に記載された発明によれば、基板をボンディングツー
ルに対し係止することができるので、超音波の伝達効率
を圧着荷重を増大させることなく高めることができ、さ
らに良好な接合を行うことができる。

【００８１】請求項１３に記載された発明によれば、電
子部品の背面を負圧でマウントツールを用いて吸着する
とともに、電子部品のバンプ電極を基板の電極に位置決
めする位置決め工程と、中実なボンディングツールによ
り電子部品の背面側を押圧するとともに、電子部品に超
音波を印加し、かつ、加熱する接合工程とを備えるよう
にしたので、ボンディングツールに吸着用の孔が不要と
なるので、接触面積を増加させ、摩擦力を増大させるこ
とができる。このため、超音波の伝達効率を圧着荷重を
増大させることなく高めることができ、良好な接合を行
うことができる。

【００８２】請求項１４に記載された発明によれば、電
子部品のバンプ電極を基板の電極に位置決めする位置決
め工程と、電子部品の背面側を押圧するとともに、電子
部品に超音波を印加し、かつ、加熱する接合工程とを備
え、ボンディングツールは、その押圧力を漸次又は階段
状に増加させるとともに、超音波の出力を漸次又は階段
状に増加させるようにしたので、バンプ電極と電極との
接触面積が少ない時点から段階を経て接合されるため、
接触面の全面が良好に接合される。また、短時間での接
合が可能となる。

【００８３】請求項１５に記載された発明によれば、電
子部品のバンプ電極を基板の電極に位置決めする位置決
め工程と、電子部品の背面側を押圧するとともに、電子
部品に超音波を印加し、かつ、加熱する接合工程とを備
え、ボンディングツールは、その押圧力を漸次又は階段
状に増加させるようにしたので、バンプ電極と電極との
接触面積が少ない時点から段階を経て接合されるため、
接触面の全面が良好に接合される。また、短時間での接
合が可能となる。

【００８４】請求項１６に記載された発明によれば、電
子部品の背面側を支持する支持工程と、基板の背面側を
押圧するとともに、基板に超音波を印加する接合工程と
を備えるようにしたので、超音波の伝達効率を圧着荷重
を増大させることなく高めることができ、良好な接合を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボンディング
装置を示す図。

【図２】同ボンディング装置の要部を示す図。

【図３】同ボンディング装置に組込まれたボンディング
ツールと電子部品との接触面を示す断面図。

【図４】同ボンディング装置における圧着荷重と超音波
出力との関係を示すグラフ。

【図５】接合強度評価方法を示す図。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係るボンディング
装置を示す図。

【図７】バンプ形成方法を示す図。

【図８】従来のボンディング方法を示す図。

【図９】従来のボンディング方法における圧着荷重と超
音波出力との関係を示すグラフ。

【図１０】角錐状の凹部を有するボンディングツールを
示す図。

【符号の説明】

１０…電子部品１３…バンプ２０…基板２２…電極５０，１００…ボンディング装置９０，１０１…ボンディングツール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを熱
圧着するボンディング装置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電子部品の上記
バンプ電極が形成されていない背面側を押圧するととも
に、上記電子部品に超音波を印加するボンディングツー
ルと、上記基板を支持する基板支持部とを備え、上記ボンディングツールの上記押圧面の少なくとも上記
電子部品に当接する面積が上記電子部品の背面側の面積
より大きく形成されていることを特徴とするボンディン
グ装置。
【請求項２】上記ボンディングツールの少なくとも押圧
面は上記電子部品の背面側の材質よりも硬く形成されて
いることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装
置。
【請求項３】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを熱
圧着するボンディング装置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電子部品の上記
バンプ電極が形成されていない背面側を押圧するととも
に、上記電子部品に超音波を印加するボンディングツー
ルと、上記基板を支持する基板支持部とを備え、上記ボンディングツールの押圧面は粗面化処理されてい
ることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】上記電子部品の背面側は粗面化処理されて
いることを特徴とする請求項３に記載のボンディング装
置。
【請求項５】上記ボンディングツールの押圧面と上記電
子部品の背面とはほぼ同一の表面粗さに粗面化処理され
ていることを特徴とする請求項４に記載のボンディング
装置。
【請求項６】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを熱
圧着するボンディング装置において、上記電子部品のバンプ電極を上記電極上に位置決めする
マウントツールと、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電子部品の上記
バンプ電極が形成されていない背面側を押圧するととも
に、上記電子部品に超音波を印加するボンディングツー
ルと、上記基板を支持する基板支持部とを備えていることを特
徴とするボンディング装置。
【請求項７】上記マウントツールには、上記電子部品の
背面を負圧で吸着する吸着孔が貫通しているとともに、
上記ボンディングツールは中実部材からなることを特徴
とする請求項６に記載のボンディング装置。
【請求項８】上記マウントツールの上記電子部品に対す
る押圧面の外径寸法は、この押圧面が当接する上記電子
部品の背面側の外径寸法より大きいことを特徴とする請
求項６に記載のボンディング装置。
【請求項９】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを熱
圧着するボンディング装置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電子部品の上記
バンプ電極が形成されていない背面側を押圧するととも
に、上記電子部品に超音波を印加するボンディングツー
ルと、上記基板を支持する基板支持部と、上記ボンディングツールに対してその押圧力を漸次又は
階段状に増加させるとともに、上記超音波の出力を漸次
又は階段状に増加させるボンディング制御部とを具備す
ることを特徴とするボンディング装置。
【請求項１０】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを
熱圧着するボンディング装置において、押圧面を有し、その押圧面を介して上記電子部品の上記
バンプ電極が形成されていない背面側を押圧するととも
に、上記電子部品に超音波を印加するボンディングツー
ルと、上記電子部品を支持する電子部品支持部と、上記ボンディングツールに対してその押圧力を漸次又は
階段状に増加させるボンディング制御部とを備えている
ことを特徴とするボンディング装置。
【請求項１１】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを
熱圧着するボンディング装置において、上記基板の上記電極が形成されていない背面側を押圧す
るとともに、上記基板に超音波を印加するボンディング
ツールと、上記電子部品を支持する電子部品支持部とを備えている
ことを特徴とするボンディング装置。
【請求項１２】上記ボンディングツールの先端部には角
錐型をなし、かつ、上記基板を係止する凹部が設けられ
ていることを特徴とする請求項１１に記載のボンディン
グ装置。
【請求項１３】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを
熱圧着するボンディング方法において、上記電子部品を吸着孔を有するマウントツールにより吸
着して上記電子部品のバンプ電極を上記基板の電極上に
位置決めする位置決め工程と、上記吸着孔を有さない中実なボンディングツールにより
上記電子部品に超音波を印加しながら加圧・加熱する接
合工程とを備えていることを特徴とするボンディング方
法。
【請求項１４】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを
熱圧着するボンディング方法において、上記電子部品のバンプ電極を上記基板の電極上に位置決
めする位置決め工程と、上記電子部品の上記バンプ電極が形成されていない背面
側を押圧するとともに、上記電子部品に超音波を印加
し、かつ、加熱する接合工程とを備え、上記ボンディングツールは、その押圧力を漸次又は階段
状に増加させるとともに、上記超音波の出力を漸次又は
階段状に増加させることを特徴とするボンディング方
法。
【請求項１５】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを
熱圧着するボンディング方法において、上記電子部品のバンプ電極を上記基板の電極上に位置決
めする位置決め工程と、上記電子部品の上記バンプ電極が形成されていない背面
側を押圧するとともに、上記電子部品に超音波を印加
し、かつ、加熱する接合工程とを備え、上記ボンディングツールによる押圧力を漸次又は階段状
に増加させることを特徴とするボンディング方法。
【請求項１６】電子部品のバンプ電極と基板の電極とを
接合するボンディング方法において、上記電子部品の背面側を支持する支持工程と、上記基板の上記電極の形成されていない背面側を押圧す
るとともに、上記基板を介して上記電子部品に超音波を
印加する接合工程とを備えていることを特徴とするボン
ディング方法。