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Title:
DEVICE AND METHOD FOR JOINING PARTS TOGETHER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/150940
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for joining parts together is provided with a backup tool (6) for supporting a portion at which metal terminals of both a substrate (3) and a TCP (5) are opposed to and superposed on each other, a pressing tool (7) mounted above the backup tool so as to be able to be driven in the vertical direction, receiving ultrasonic vibration from an ultrasonic vibrator (13), and driven downward to press the substrate and the TCP, which are superposed on each other, to join the metal terminals together by the ultrasonic vibration, and a sheet-like member (25) mounted between the pressing tool and the combination of the substrate and the TCP, which are superposed on each other, and consisting of a material for transmitting the ultrasonic vibration, which is applied to the pressing tool when the pressing tool joins together the metal terminals of both the substrate and the TCP, to the substrate and the TCP.

Inventors:
SUZUKI MASAHIRO (JP)
Application Number:
PCT/JP2009/059720
Publication Date:
December 17, 2009
Filing Date:
May 27, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SHIBAURA MECHATRONICS CORP (JP)
SUZUKI MASAHIRO (JP)
International Classes:
H01L21/60; H01L21/607
Foreign References:
JP2003179101A2003-06-27
Attorney, Agent or Firm:
SUZUYE, Takehiko et al. (JP)
Takehiko Suzue (JP)
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Claims:
 第1の部品に設けられた金属端子と第2の部品に設けられた金属端子を接合する部品の接合装置であって、
 上記第1の部品と上記第2の部品の互いの金属端子を対向させて重ね合わされた部分を支持する支持体と、
 この支持体の上方に上下方向に駆動可能に設けられ超音波振動器によって超音波振動が付与されるとともに、下降方向に駆動されることで重ね合わされた上記第1の部品と第2の部品を加圧してこれら部品の互いの金属端子を上記超音波振動によって接合する加圧ツールと、
 この加圧ツールと重ね合わされた上記第1の部品と第2の部品の間に介装され上記加圧ツールが上記第1の部品と第2の部品の金属端子を接合するときに上記加圧ツールに付与された超音波振動を上記第1、第2の部品に伝播する材料によって形成されたシート状部材と
 を具備したことを特徴とする部品の接合装置。
 上記シート状部材は硬質な繊維を編んで形成されていることを特徴とする請求項1記載の部品の接合装置。
 上記シート状部材はガラス繊維によって形成されていることを特徴とする請求項2記載の部品の接合装置。
 重ね合わされた上記第1の部品と上記第2の部品の間には接着剤が設けられ、上記加圧ツールには上記接着剤を加熱するヒータが設けられていて、
 上記加圧ツールによって上記第1の部品と第2の部品を加圧してこれらの金属端子を接合するときに、上記接着剤を溶融硬化させて上記第1の部品と第2の部品を接着固定することを特徴とする請求項1記載の部品の接合装置。
 第1の部品に設けられた金属端子と第2の部品に設けられた金属端子を接合する部品の接合方法であって、
 互いの金属端子を対向させて上記第1の部品と上記第2の部品を重ね合わせる工程と、
 重ね合わされた上記第1の部品と上記第2の部品を、上記第1、第2の部品に超音波振動を伝播する材料によって形成されたシート状部材を介して加圧ツールで加圧して上記第1、第2の部品の金属端子を上記超音波振動によって接合する工程と
 を具備したことを特徴とする部品の接合方法。
 重ね合わされる上記第1の部品と上記第2の部品との間に接着剤を介在させる工程を有し、
 上記接着剤は上記加圧ツールによって上記第1の部品と上記第2の部品を加圧するときに加熱されて溶融硬化して上記第1の部品と第2の部品を接着固定することを特徴とする請求項5記載の部品の接合方法。
Description:
部品の接合装置及び接合方法

 この発明は超音波振動によって第1の部品 の金属端子と第2の部品の金属端子を接合す 部品の接合装置及び接合方法に関する。

 たとえば、第1の部品である回路基板に、 第2の部品であるTCP(Tape Carrier Package)を接続 る場合、上記回路基板に異方性導電部材(ACF) を介して上記TCPを重ね合わせ、これらを加圧 ツールによって加圧加熱する。それによって 、上記異方性導電部材を溶融硬化させ、上記 回路基板の金属端子に上記TCPの金属端子を上 記異方性導電部材に含まれる金属粒子によっ て電気的に接続した状態で、上記基板に上記 TCPを接着固定するということが行われている 。

 その際、加圧ツールによって溶融されてT CPからはみ出した異方性導電部材が加圧ツー の加圧面に付着して硬化すると、加圧面の 坦度が損なわれて上記TCPの実装精度の低下 招くということがある。そこで、上記加圧 ールの加圧面と上記TCPの間にフッ素樹脂な の耐熱性樹脂によってテープ状に形成され 保護シートを介在されるということが行わ ている。

 基板とTCPの接続に用いられる異方性導電 材は高価である。そのため、異方性導電部 に代わり、上記基板とTCPとの金属端子を超 波振動によって接合するということが行わ ている。

 特許文献1には第1の部品としての基板に 第2の部品としての半導体チップを超音波振 が付与される加圧ツールで加圧して接合す ことが示されている。すなわち、この特許 献1では加圧ツールの加圧面に半導体チップ を吸着保持し、この半導体チップを上記基板 に加圧することで、基板に形成された金属端 子(リード)と半導体チップに設けられた金属 子(バンプ)を共晶結合するようにしている

特開2006-156813号公報

 基板に形成された金属端子と、半導体チ プに設けられた金属端子を超音波振動によ て接合するとき、超音波振動が付与された 圧ツールに半導体チップを吸着保持し、そ 半導体チップを単に基板に加圧するだけで 、超音波振動する加圧ツールの加圧面が半 体チップに対してすべりが発生し易いため 加圧ツールに付与された超音波振動が半導 チップに効率よく伝播されないということ ある。

 そのため、半導体チップを基板に確実に 合することができないということがあった 、確実に接合させるためにはタクトタイム 長くしなければならなくなり、生産性が低 するなどのことがある。

 また、互いの金属端子の共晶結合が終了 た後も、超音波振動を半導体チップに付与 続けると、半導体チップの表面に傷が付い り、半導体チップが損傷する虞がある。

 この発明は、第1の部品と第2の部品に設 られた金属端子を超音波振動を利用して接 するとき、それらの金属端子の接合を確実 、しかも効率よく行なうことができるよう した部品の接合装置及び接合方法を提供す ことにある。

 この発明は、第1の部品に設けられた金属端 子と第2の部品に設けられた金属端子を接合 る部品の接合装置であって、
 上記第1の部品と上記第2の部品の互いの金 端子を対向させて重ね合わされた部分を支 する支持体と、
 上記載置台の上方に上下方向に駆動可能に けられ超音波振動器によって超音波振動が 与されるとともに、下降方向に駆動される とで重ね合わされた上記第1の部品と第2の 品を加圧してこれら部品の互いの金属端子 上記超音波振動によって接合する加圧ツー と、
 この加圧ツールと重ね合わされた上記第1の 部品と第2の部品の間に介装され上記加圧ツ ルが上記第1の部品と第2の部品の金属端子を 接合するときに上記加圧ツールに付与された 超音波振動を上記第1、第2の部品に伝播する 料によって形成されたシート状部材と
 を具備したことを特徴とする部品の接合装 にある。

 この発明は、第1の部品に設けられた金属端 子と第2の部品に設けられた金属端子を接合 る部品の接合方法であって、
 互いの金属端子を対向させて上記第1の部品 と上記第2の部品を重ね合わせる工程と、
 重ね合わされた上記第1の部品と上記第2の 品を、上記第1、第2の部品に超音波振動を伝 播する材料によって形成されたシート状部材 を介して加圧ツールで加圧して上記第1、第2 部品の金属端子を上記超音波振動によって 合する工程と
 を具備したことを特徴とする部品の接合方 にある。

 この発明によれば、重ね合わされた第1の 部品と第2の部品を、超音波振動が付与され 加圧ツールで加圧するとき、第1、第2の部品 と加圧ツールの間に加圧ツールに付与された 超音波振動を第1、第2の部品に伝播する材料 よって形成されたシート状部材を介在させ ようにした。

 そのため、加圧ツールに付与された超音 振動をシート状部材を介して第1、第2の部 に効率よく伝播することができるから、第1 部品と第2の部品の金属端子の接合を確実に 、しかも短時間で行うことが可能となるばか りか、各部品の破損を防止することができる 。

図1はこの発明の一実施の形態を示す接 合装置としての実装装置の概略的構成を示す 側面図である。 図2AはTCPを基板に加圧ツールによって 圧する前の状態を示す説明図である。 図2Bは加圧ツールによってTCPを基板に ート状部材を介して加圧した状態を示す説 図である。 図2Cは図2Bに示す状態からTCPを基板に 圧ツールによってさらに加圧した状態を示 説明図である。

 以下、この発明の一実施の形態を図面を参 しながら説明する。 
 図1は部品の接続装置としての実装装置の概 略的構成を示し、この実装装置は装置本体1 備えている。この装置本体1には、水平方向 ある、X方向とY方向とに駆動されるステー としてのXYテーブル2が設けられている。こ XYテーブル2にはたとえば液晶セルなどの第1 電子部品としての基板3が供給され、一側部 をXYテーブル2の上面から突出させた状態で上 記XYテーブル2の上面に真空吸着などの保持手 段によって保持される。

 上記基板3の一側部の上面には、図2Aに示 ように複数の第1の金属端子3aが所定間隔で けられている。この第1の金属端子3aには、 2の電子部品としての複数のTCP5(1つだけ図示 )が上記基板3の一側部に所定間隔で、各TCP5に 設けられた第2の金属端子5aを対向させてたと えば熱硬化性又は熱可塑性の樹脂からなるシ ート状の接着剤4によって仮接続されている

 つまり、基板3に対してTCP5がこれらの金 端子3a,5aが互いに対向するよう重ね合わされ て接着剤4によって保持されている。なお、 着剤4は基板3のTCP5が接続される部分だけに けるようにしているが、基板3の一側部の上 全長にわたって設けるようにしてもよい。

 図1に示すように、上記装置本体1には、 記XYテーブル2に保持された基板3の一側部の 面を上端面によって支持する支持体として バックアップツール6が設けられている。こ のバックアップツール6の上端面に支持され 基板3の側部に仮接続された上記TCP5は、加圧 ツール7の下端の加圧面7aによって後述するよ うに加圧されて接合固定される。

 上記加圧ツール7にはヒータ7bが内蔵され いる。このヒータ7bは上記加圧ツール7が基 3に接着剤4によって仮接続されたTCP5を加圧 たとき、この加圧ツール7を上記接着剤4が 融硬化される温度、たとえば約500℃程度に 熱するようになっている。

 上記加圧ツール7は加圧ヘッド8の下面に 述する超音波振動器11を介して設けられてい る。上記加圧ヘッド8は、リニアガイド9に沿 て図中矢印で示すZ方向、つまり上下方向に スライド可能となっていて、Z駆動源10によっ てZ方向に駆動されるようになっている。

 上記超音波振動器11は金属製の角柱状の ーン12を有し、このホーン12の上面が上記加 ヘッド8の下面に固定され、下面に上記加圧 ツール7が一体的に設けられている。上記ホ ン12の一端には振動子13が連結されていて、 の振動子13には図示しない発振器からたと ば40kHz程度の高周波電圧が印加されるように なっている。

 それによって、上記振動子13が超音波振 し、その振動がホーン12を介して上記加圧ツ ール7に伝播されるようになっている。この 施の形態では、加圧ツール7は水平方向、つ り横方向に振動するようになっている。

 上記装置本体1の上記加圧ツール7の下方 あって、上記バックアップツール6よりも上 にはレール部材21が水平方向に沿って設け れている。装置本体1には、上記レール部材2 1に沿ってカセット22を着脱することができる ようになっている。

 上記カセット22を装置本体1に図中矢印Xで 示す方向に沿って装着すると、所定の位置で 上記カセット22に設けられたストッパ(図示せ ず)が上記装置本体1に設けられた当接部(図示 せず)に当接する。それによって、上記カセ ト22が位置決めされるようになっている。

 上記カセット22は、連結軸23によって所定 の間隔で連結された矩形状の一対の側板24(一 方のみ図示)を有する。連結軸23は少なくとも 上記側板24の四隅部を連結している。

 一対の側板24の長手方向一端部には上記 板Wの一側部の長さ寸法と同等以上の幅寸法 有するシート状部材25が巻装された、軸状 供給リール26が上記側板24に対して回転可能 つ着脱可能に設けられている。

 上記側板24の長手方向他端部には上記供 リール26に巻装されたシート状部材25を、複 の中継ローラ27を介して巻き取る巻き取り ール28が設けられている。この巻き取りリー ル28は、カセット22を装置本体1の所定の位置 装着したとき、この装置本体1に設けられた 図示しない巻き取り駆動源に連結される。し たがって、巻き取り駆動源を作動させれば、 上記供給リール26に巻装されたシート状部材2 5を上記巻き取りリール28に巻き取ることがで きるようになっている。

 上記シート状部材25は、上記超音波振動 11を作動させながら、上記加圧ツール7の加 面7aによって基板Wに重ねられたTCP5を加圧し とき、振動子13からホーン12を介して上記加 圧ツール7に伝播された超音波振動を、この 圧ツール7の加圧面7aから上記TCP5に効率よく 播することができる材料によって形成され いる。

 上記シート状部材25は、たとえば上面と 面が上記加圧ツール7の加圧面7aと上記TCP5の 面に対して比較的高い摩擦抵抗を有して接 する凹凸上の面に形成されていて、加圧ツ ル7からの超音波振動を受けたときにその振 動方向(水平方向)に弾性変形し難い硬さを有 、さらに加圧ツール7に設けられたヒータ7b 熱に対して耐性を備えた材料、たとえばガ ス繊維を編んだガラスクロスや炭素繊維を んだカーボンクロスなどが好ましい。

 つぎに、上記構成の実装装置によって基板3 に接着剤4で仮接続されたTCP5を接合固定する きの作用について図2A~図2Cを参照しながら 明する。 
 図2AはTCP5が接着剤4によって基板3に仮接続 れた状態を示し、XYテーブル2に供給載置さ た上記基板3の一側部の下面をバックアップ ール6の上端面に支持させ、その一側部の上 面に仮接続された上記TCP5が加圧ツール7の加 面7aに対向するよう上記XYテーブル2を位置 めする。

 ついで、超音波振動器11を作動させて加 ツール7に超音波振動を付与したならば、Z駆 動源10を作動させて加圧ヘッド8を図2Bに示す うに下降させ、この加圧ヘッド8に設けられ た加圧ツール7の加圧面7aによってシート状部 材25を介して基板3の一側部に所定間隔で設け られた複数のTCP5を同時に加圧する。このと 、加圧ツール7に設けられたヒータ7bの熱に って基板3にTCP5を仮接着した接着剤4が加熱 れる。

 接着剤4は熱硬化性の樹脂によって形成さ れている。そのため、加圧ツール7によって 熱されると溶融して流動性が増加した後、 定温度に到達することで硬化する。それに って、接着剤4は基板3にTCP5を接着固定する とになる。

 接着剤4が溶融すると、TCP5からはみ出し 加圧ツール7の加圧面7aに付着して硬化し、 圧面7aの平坦度が低下して加圧精度が低下す る虞がある。しかしながら、TCP5からはみ出 た接着剤4はシート状部材25によって加圧面7a に付着するのが阻止されるから、上記加圧面 7aの平坦度が接着剤4によって損なわれるのが 防止される。

 TCP5が接着剤4によって基板Wに接着固定さ る前に、TCP5が加圧ツール7によって加圧さ ることで、図2Cに示すようにTCP5の第2の金属 子5aが基板3の第1の金属端子3aに接触する。

 その状態で、振動子13の超音波振動が加 ツール7によってTCP5を介して第1の金属端子3a と第2の金属端子5aに伝播されると、その超音 波振動によって上記第1の金属端子3aと第2の 属端子5aが共晶結合されることになる。この とき、加圧ツール7がヒータ7bによって加熱さ れていることによって、上記第1の金属端子3a と第2の金属端子5aの共晶結合が促進されるこ とになる。

 上記加圧ツール7の超音波振動はシート状 部材25を介してTCP5に伝播される。このシート 状部材25は、超音波振動を加圧ツール7からTCP 5に効率よく伝播することができる材料と素 によって形成されている。

 すなわち、超音波振動を伝播できる硬度 及び加圧ツール7の加圧面7aとシート状部材2 5の上面とが滑ることなく、しかも摩擦力が 大する凹凸状の面、つまりシート状部材25が ガラスクロスやカーボンクロスなどであれば 、その編目の凹凸により摩擦力が増大する。 そのため、基板3の第1の金属端子3aに、TCP5の 2の金属端子5aを効率よく、しかも確実に共 結合することが可能となる。

 上記シート状部材25は耐熱性を備えてい 。そのため、ヒータ7bによって加熱された加 圧ツール7によってTCP5を加圧するときに加熱 れても、その熱影響によって損傷すること ない。

 基板3の第1の金属端子3aに、TCP5の第2の金 端子5aが共晶結合されたのち、上述したよ に上記接着剤4が硬化して基板3にTCP5が接着 定される。基板3にTCP5が接着剤4によって接 固定されれば、共晶結合された第1の金属端 3aと第2の金属端子5aの接続部分に応力が加 り難いから、TCP5に外力が加わるなどしても これら端子3a,5aの電気的接続状態が損なわ るのを防止することができる。つまり、TCP5 基板3から剥離し難い。

 上記一実施の形態では第1の電子部品とし ての基板の一側に、第2の電子部品としてのTC Pを接続する場合を例に挙げて説明したが、 1の電子部品や第2の電子部品の種類は限定さ れるものでなく、要は互いに金属端子を有し 、これら金属端子を電気的に接続することが 要求される2つの電子部品であれば、この発 の接合装置及び接合方法を適用することが きる。

 また、シート状部材にガラスクロスやカ ボンクラスなどの繊維を用いれば、そのシ ト状部材に通気性を持たせることができる そのため、加圧ツールの加圧面に吸着孔を 口形成し、この吸着孔に上記シート状部材 介して第2の部品を吸着保持し、その状態で 第2の部品を第1の部品に加圧するようにして よい。その場合、第2の部品としては半導体 チップなどであってもよく、第1の部品とし はリードフレームやテープキヤリアなどで ってもよく、部品の種類は制限されるもの ない。

 また、超音波振動器によって加圧ツール 超音波振動を付与してから、加圧ヘッドを 降させたが、加圧ツールに超音波振動を付 するタイミングは加圧ツールが電子部品を 圧下直後であっても差し支えない。

 3…基板(第1の電子部品)、4…接着剤、5…T CP(第2の電子部品)、7…加圧ツール、7a…加圧 、7b…ヒータ、11…超音波振動器、25…シー 状部材。