バンプ接合構造体の製造方法
【課題】バンプを有する第１の部品を、当該バンプを介して第２の部品に接合してなるバンプ接合構造体の製造方法において、沈み込み量のばらつきを抑制して安定した接合が実現できるようにする。
【解決手段】バンプ１３への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重Ｆ１よりも大きい第２の荷重Ｆ２を、第１の部品１０および第２の部品２０に印加することにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込むようにバンプ１３を潰して接合させる第２の工程において、第１の部品１０の第２の部品２０側への沈み込みによる変位量を沈み込み量としたとき、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量ｘ２をモニタし、当該沈み込み量ｘ２が所定値になった時点で、超音波振動の印加を停止し、第２の荷重Ｆ２の印加のみとする。
【解決手段】バンプ１３への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重Ｆ１よりも大きい第２の荷重Ｆ２を、第１の部品１０および第２の部品２０に印加することにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込むようにバンプ１３を潰して接合させる第２の工程において、第１の部品１０の第２の部品２０側への沈み込みによる変位量を沈み込み量としたとき、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量ｘ２をモニタし、当該沈み込み量ｘ２が所定値になった時点で、超音波振動の印加を停止し、第２の荷重Ｆ２の印加のみとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプを有する第１の部品を、当該バンプを介して第２の部品に接合してなるバンプ接合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のバンプ接合構造体の製造方法としては、たとえば特許文献１に記載のものが提案されている。従来では、まず、一面側に突出するバンプを有する第１の部品と、一面側に電極を有する第２の部品とを用意する（用意工程）。
【０００３】
次に、バンプと電極とが正対して接触するように、第１の部品の一面と第２の部品の一面とを対向させた状態で、第１の部品および第２の部品に第１の荷重のみを印加する。それにより、第２の部品側へ第１の部品が沈み込むようにバンプを潰す（第１の工程）。
【０００４】
続いて、バンプへの超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重と同一の印加方向であって第１の荷重よりも大きい第２の荷重を、第１の部品および第２の部品に印加する。それにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品側へ第１の部品が沈み込むようにバンプを潰して接合させる（第２の工程）。こうして、バンプ接合構造体ができあがる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６７９９９号号公報
【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、上記従来の製造方法では、適切な接合を得るべく、各工程における印加荷重や超音波振動の大きさ等を制御するようにしているものの、第１の部品の第２の部品側への沈み込みによる変位量、すなわち沈み込み量のばらつきは避けられず、安定した接合の実現に障害となっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、バンプを有する第１の部品を、当該バンプを介して第２の部品に接合してなるバンプ接合構造体の製造方法において、沈み込み量のばらつきを抑制して安定した接合が実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意検討を行った。その結果、後述の図６等に示されるように、沈み込み量は、荷重のみである第１の工程よりも更に超音波振動が印加される第２の工程の方が大きいことから、この超音波振動による沈み込み量を考慮して、当該超音波振動を制御してやればよいと考えた。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、このような点に着目してなされたものであり、一面（１１）側に突出するバンプ（１３）を有する第１の部品（１０）と、一面（２１）側に電極（２３）を有する第２の部品（２０）と、を用意する用意工程と、
バンプ（１３）と電極（２３）とが正対して接触するように、第１の部品（１０）の一面（１１）と第２の部品（２０）の一面（２１）とを対向させた状態で、第１の部品（１０）および第２の部品（２０）に第１の荷重（Ｆ１）のみを印加することにより、第２の部品（２０）側へ第１の部品（１０）が沈み込むようにバンプ（１３）を潰す第１の工程（Ｓ１〜Ｓ３）と、
続いて、バンプ（１３）への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重（Ｆ１）と同一の印加方向であって第１の荷重（Ｆ１）よりも大きい第２の荷重（Ｆ２）を、第１の部品（１０）および第２の部品（２０）に印加することにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品（２０）側へ第１の部品（１０）が沈み込むようにバンプ（１３）を潰して接合させる第２の工程（Ｓ４〜Ｓ６）と、を備えるバンプ接合構造体の製造方法において、さらに次のような点を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明においては、第１の部品（１０）の第２の部品（２０）側への沈み込みによる変位量を沈み込み量としたとき、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量（ｘ２）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ２）が所定値になった時点で、超音波振動の印加を停止し、第２の荷重（Ｆ２）の印加のみとするようにしたことを特徴とする。
【００１１】
それによれば、第２の工程において沈み込み量（ｘ２）が所定値となった時点で超音波振動を停止するから、当該沈み込み量（ｘ２）の過大を未然に防止できる。また、逆に言えば、当該沈み込み量（ｘ２）が所定値となるまで超音波振動の印加を続けることになるから、当該沈み込み量（ｘ２）の過小が防止される。
【００１２】
よって、本発明によれば、超音波振動による沈み込み量（ｘ２）が過小または過大となる不具合を効率良く防止することができ、当該沈み込み量（ｘ２）のばらつきを抑制して安定した接合が実現できる。
【００１３】
ここで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のバンプ接合構造体の製造方法において、第１の工程では、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ１）が所定値になった時点で超音波振動の印加を開始し、第２の工程に移るようにしたことを特徴とする。
【００１４】
それによれば、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）についても、適切な値に制御することができ、第１および第２の工程のトータルで、沈み込み量（ｘ１、ｘ２）を効率良く制御することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のバンプ接合構造体の製造方法において、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量（ｘ２）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする。
【００１６】
第２の工程における沈み込み量が所定値となるまでの時間が短すぎる場合は、バンプ（１３）の位置ずれやバンプ（１３）のすべりなどにより第１の部品（１０）が一気に沈んでしまうこと等の不具合が考えられる。
【００１７】
また、当該時間が長すぎる場合には、たとえばバンプ（１３）中への異物混入や、荷重印加するヘッド（１００）と第１の部品（１０）との接触不良により、バンプ（１３）が潰れにくくなること等の不具合が考えられる。しかし、本発明によれば、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のバンプ接合構造体の製造方法において、第１の工程では、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする。
【００１９】
第１の工程においても、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）が所定値となるまでの時間が短すぎる場合や、長すぎる場合には、上記した第２の工程と同様の不具合が発生する可能性がある。本発明によれば、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００２０】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバンプ接合構造体を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係るバンプ接合構造体の製造方法を示す工程図である。
【図３】図２に続く製造方法を示す工程図である。
【図４】第１実施形態に係る製造方法における接合装置の作動のフローチャートを示す図である。
【図５】第１実施形態に係る製造方法において接合のために印加される荷重および超音波振動のパワーと時間との関係を示す図である。
【図６】比較例としての製造方法において接合のために印加される荷重、超音波振動のパワーおよび沈み込み量と、時間との関係を示す図である。
【図７】第１実施形態の第２の工程における効果について具体的に示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における接合装置の作動のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るバンプ接合構造体の概略断面構成を示す図である。本実施形態に係るバンプ接合構造体は、一面１１側に突出するバンプ１３を有する第１の部品１０と、一面２１側に電極２３を有する第２の部品２０と、を備えて構成されている。
【００２４】
これら第１の部品１０および第２の部品２０は、特に限定するものではないが、たとえば、第１の部品１０は、シリコン半導体等よりなるＩＣチップやフリップチップ等である。そして、第１の部品１０は、一面１１および他面１２を表裏の面とし、一面１１にバンプ１３を有するものである。
【００２５】
具体的には、第１の部品１０の一面１１には、アルミニウムや金等よりなる電極１４が設けられ、バンプ１３は、この電極１４上に設けられている。このようなバンプ１３は、たとえば金、銀、銅、あるいは、はんだ等よりなるもので、めっきやボールボンディング等により形成されるものである。
【００２６】
また、第２の部品２０は、たとえばプリント基板やセラミック基板等の回路基板、あるいは、半導体よりなる回路チップ等であり、一面２１および他面２２を表裏の面とし、一面２１に電極２３を有するものである。
【００２７】
ここでは、第２の部品２０の一面２１には、アルミニウムや金等よりなるランド２４が設けられ、さらに、このランド２４上にバンプ２５が設けられている。このバンプ２５は、上記第１の部品１０のバンプ１３と同様、上記材質や形成方法を用いて形成される。そして、本実施形態では、これらランド２４およびバンプ２５により第２の部品２０の電極２３が構成されている。
【００２８】
ここで、これら両部品１０、２０は、互いに一面１１、２１を対向させた状態で配置され、バンプ１３と電極２３とが正対して接触して接合されている。本実施形態では、バンプ１３、および、電極２３のバンプ２５は、初期の突出形状よりも潰れた状態で接合している。このバンプ１３および電極２３の接合部を介して、第１の部品１０および第２の部品２０は、電気的および機械的に接合されている。
【００２９】
次に、図２〜図５を参照して、本実施形態に係るバンプ接合構造体の製造方法について述べる。図２は本製造方法の工程図、図３は図２に続く本製造方法の工程図であり、ともに各工程におけるワークの概略断面図である。また、図４は本製造方法における接合装置の作動のフローチャートを示す図であり、図５は本製造方法において接合のために印加される荷重および超音波振動のパワーと時間との関係を示す図である。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示されるように、一面１１側に突出するバンプ１３を有する第１の部品１０と、一面２１側に電極２３を有する第２の部品２０と、を用意する（用意工程）。ここで、各バンプ１３、２５はもちろん潰れる前の初期状態とされている。
【００３１】
次に、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示される接合工程を行う。この接合工程は接合装置を用いて、バンプ１３と電極２３とを接合する工程であり、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）に示される第１の工程と、その後に行われる図３（ｂ）に示される第２の工程とを行うものである。
【００３２】
第１の工程は、大きくは、バンプ１３と電極２３とが正対して接触するように、第１の部品１０の一面１１と第２の部品２０の一面２１とを対向させた状態で、第１の部品１０および第２の部品２０に第１の荷重Ｆ１のみを印加することにより、第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込むようにバンプ１３を潰すものである。
【００３３】
具体的に、第１の工程では、まず、図２（ａ）に示されるように、支持台としてのステージ２００の上に、第２の部品２０を搭載し、第２の部品２０をステージ２００に支持させる。このとき、第２の部品２０の他面２２をステージ２００に接触させ、第２の部品２０の一面２１をステージ２００の上方に向ける。
【００３４】
そして、第２の部品２０の一面２１と第１の部品１０の一面１１とを対向させた状態で、第２の部品２０の上方から第１の部品１０を下降させ、図２（ｂ）に示されるように、正対する両バンプ１３、２５の先端部を接触させるようにしている。
【００３５】
そして、この図２（ｂ）に示される両バンプ１３、２５の接触開始状態、つまりバンプ１３と電極２３との接触開始状態から、接合装置を用いて、両部品１０、２０への荷重の印加を開始していく。この接合装置は、図２（ｂ）に示されるように、荷重印加を行うヘッド１００と、このヘッド１００の制御等を行う制御部１１０とを備えている。
【００３６】
ヘッド１００は金属などよりなるものである。制御部１１０は、コンピュータやアクチュエータなどより構成され、ヘッド１００の上下動、その上下動によるヘッド１００の変位量検出、ヘッド１００による印加荷重のモニタ、ヘッド１００の超音波振動の制御、荷重および超音波の印加時間の管理などを行うものであり、これらにより、典型的なバンプ接合が可能とされている。
【００３７】
まず、上記図２（ｂ）に示される接触開始状態において、接合装置をスタートさせる（図４参照）。これにより制御部１１０からの指令を受けてヘッド１００が下降し、ヘッド１１０を第１の部品１０の他面１２に接触する。
【００３８】
ここで、図４のステップＳ１にて、ヘッド１００が第１の部品１０に接触したかどうかについて、判定する。この判定については、一般の場合と同様、ヘッド１００が第１の部品１０に接触した時点での初期荷重Ｆ０を制御部１１０で検出することでなされる。
【００３９】
この初期荷重Ｆ０の大きさは、バンプ１３を変形させるレベルよりも小さいものであるが、この初期荷重Ｆ０により、当該接触が十分かどうか、判定される。初期荷重Ｆ０が小さすぎる場合は接触が不十分であり、「ＮＯ」と判定され、上記したヘッド１００の下降を続ける。初期荷重Ｆ０が狙い値以上の場合には接触が十分であり、「ＹＥＳ」と判定され、図４のステップＳ２へ移行する。
【００４０】
ここで、図２（ｂ）には、ステップＳ２の開始時点における部品高さが、初期高さＴ０として示されている。この部品高さとは、第１の部品１０の他面１２と第２の部品２０の他面２２との距離であり、言い換えれば、当該接触開始時点におけるステージ２００とヘッド１００との距離である。
【００４１】
つまり、この両部品１０、２０の他面１２、２２間の距離が変化した場合、その変位量は、ヘッド１００の移動距離により求めることができる。そして、上記初期高さＴ０は、両バンプ１３、２５の接触開始時点にて十分な初期荷重Ｆ０が確保された状態における部品高さである。
【００４２】
そして、図４のステップＳ２では、ヘッド１００によって、両部品１０、２０に対し、バンプ１３が潰れる大きさである第１の荷重Ｆ１を印加する。これにより、図３（ａ）に示されるように、バンプ１３、２５が潰れて第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込み、部品高さＴ１が初期高さＴ０よりも低くなる。
【００４３】
ここで、第１の部品１０の第２の部品２０側への沈み込みによる変位量を、沈み込み量としたとき、この第１の工程における沈み込み量ｘ１は、（Ｔ０−Ｔ１）で求められる。また、第１の荷重Ｆ１は、図５に示されるように、時間と共に一次的に増加するという典型的なパターンで印加され、当該沈み込み量ｘ１は、時間と共に、すなわち第１の荷重Ｆ１の増加と共に大きくなっていく。
【００４４】
そして、図４のステップＳ３では、この第１の荷重Ｆ１が、超音波振動を行うに適した大きさの荷重（つまり超音波発振荷重）となったかどうかを判定する。ここで、「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ４に移行し、「ＮＯ」の場合は、ステップＳ２によって、超音波発振荷重に到達するまで、第１の荷重Ｆ１の増加を続ける。
【００４５】
このステップＳ２の開始から第１の荷重Ｆ１が超音波発振荷重となるまでの時期が、第１の区間である。図５には、この第１の区間における荷重の増加パターンが示されている。つまり、上記第１の工程における沈み込み量ｘ１は、この第１の区間における沈み込み量に相当するものである。
【００４６】
次に、図４のステップＳ４に移行することにより、図３（ｂ）に示される本接合工程の第２の工程が開始される。この第２の工程では、大きくは、バンプ１３への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重Ｆ１と同一の印加方向であって第１の荷重Ｆ１よりも大きい第２の荷重Ｆ２を、両部品１０、２０に印加する。そうすることにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込むようにバンプ１３を潰して接合させる。
【００４７】
まず、ステップＳ４では、制御部１１０からの指令によってヘッド１００を超音波振動させ、両部品１０、２０に対して超音波振動を印加する。それとともに、ヘッド１００から両部品１０、２０に印加される荷重を上記超音波発振荷重から更に増加させて第２の荷重Ｆ２とする。こうして、ステップＳ４では、第２の荷重Ｆ２および超音波振動を両部品１０、２０に印加して接合を行う。
【００４８】
これにより、図３（ｂ）に示されるように、さらにバンプ１３、２５が潰れて第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込み、部品高さＴ２は、第１の工程の終了時点における部品高さＴ１よりも低くなる。ここで、この第２の工程における沈み込み量ｘ２は、（Ｔ１−Ｔ２）で求められる。
【００４９】
ここで、第２の荷重Ｆ２は、図５に示されるように、時間と共に一次的に増加するという典型的なパターンで印加され、第２の工程における沈み込み量ｘ２は、時間と共に大きくなっていく。本実施形態では、この第２の工程における沈み込み量ｘ２を制御部１１０によりモニタする。
【００５０】
そして、図４における次のステップＳ５では、第２の工程における沈み込み量ｘ２をモニタし、当該沈み込み量ｘ２が所定値になったかどうかについて、制御部１１０にて判定する。
【００５１】
このとき、「ＹＥＳ」の場合は、次のステップＳ６に移行し、ステップＳ６にて、制御部１１０によって超音波発振を停止して超音波振動を停止し、第２の荷重Ｆ２の印加のみとして接合を続ける。一方、「ＮＯ」の場合は、ステップＳ４にて、当該沈み込み量ｘ２が所定値になるまで、第２の荷重Ｆ２とともに超音波振動の印加を続ける。
【００５２】
こうして、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値になった時点で、超音波振動を停止し、第２の荷重Ｆ２の印加のみとするが、その後は、この第２の荷重Ｆ２の印加を続け、第２の荷重Ｆ２が所定値に到達した時点で荷重印加を停止し、接合を終了する。このステップＳ４から接合終了までの時期が第２の区間であり、この第２の区間は第２の工程の実施時期と一致する。
【００５３】
ここで、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値になるまでの時間すなわち所定値到達時間については、製品ごとにばらつきがあるため、超音波振動の印加を停止するタイミングも製品ごとに変わってくる。
【００５４】
図５には、この第２の区間すなわち第２の工程における荷重および超音波振動パワーのパターンが第２の区間Ａ、第２の区間Ｂとして２種類示されている。第２の区間Ａは、所定値到達時間が比較的短い場合、第２の区間Ｂは、所定値到達時間が比較的長い場合であり、第２の区間Ｂのパワーの後半部分は、破線で示してある。
【００５５】
つまり、本実施形態では、第２の区間の所要時間は、製品ごとに長くなったり、短くなったりする。バンプ１３と電極２３との接合に要する時間は、実質的に第１の区間と第２の区間との合計時間であるが、たとえば２、３秒程度であり、第２の区間の所要時間に変化があっても、その範囲で収まるため、さほど影響は無い。
【００５６】
こうして、第２の区間の終了すなわち第２の工程の終了に伴い、バンプ１３と電極２３との接合が完了し、上記図１に示したような本実施形態のバンプ接合構造体ができあがる。次に、この本実施形態の製造方法の効果等について、比較例としての製造方法と比較しながら述べる。
【００５７】
図６は、比較例としての製造方法において接合のために印加される荷重、超音波振動のパワーおよび沈み込み量と、時間との関係を示す図である。ここで、比較例は、従来一般の製造方法に基づいて、本発明者が試作検討した製造方法である。
【００５８】
図６においては、第１の工程では、本実施形態と同様のステップＳ１〜Ｓ３を行うものであり、第１の区間は図５と同様のパターンとなる。そして、第２の工程では、本実施形態のように製品ごとに超音波振動の印加時間を変えるのではなく、一般の場合と同様、製品が変わっても超音波振動の印加時間を一定として、一定の印加時間に達したら、超音波振動の印加を終了するようにしている。
【００５９】
この図６に示されるように、沈み込み量は、荷重のみである第１の工程よりも、超音波振動が更に印加される第２の工程の方が大きい。仮に、第２の工程で超音波振動の印加を無くし、荷重のみの印加とした場合、沈み込み量がなかなか狙い値まで到達しない。
【００６０】
また、狙い値に到達したとしても、単にバンプが潰れているだけで、超音波振動による接合に比べて接合が不完全なものとなる。つまり、第２の工程における沈み込み量ｘ２の支配要因、さらにいえば接合全体における沈み込み量の支配要因は、実質的に超音波振動の印加にあると言える。
【００６１】
実際、本実施形態の第２の工程において、超音波振動の印加を停止した後に、第２の荷重Ｆ２のみの印加を続けても、沈み込み量ｘ２の変化は超音波振動の印加時に比べ、大幅に小さい。そこで、本実施形態では、第２の工程において沈み込み量ｘ２による超音波振動の印加制御を行い、当該沈み込み量ｘ２の過大または過小を防止するようにした。
【００６２】
図７は、この本実施形態の第２の工程における効果について具体的に示す図であり、（ａ）は上記比較例の場合、（ｂ）は本実施形態の場合を示す。図７（ａ）、（ｂ）では、５個のサンプルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅについて、第２の工程における沈み込み量ｘ２と時間との関係を示している。なお、図７中のプロットで「○」は、超音波振動による沈み込み量が設定範囲内に収まった良品を表し、「×」は当該沈み込み量が当該範囲外となった不良品を表している。また、図７（ｂ）では、図７（ａ）の結果についても、併記してある。
【００６３】
図７（ａ）に示されるように、比較例では、超音波振動の印加を常に一定としているため、当該一定の時間経過後、つまり超音波振動の印加を停止後において、沈み込み量ｘ２が大きすぎたり、小さすぎたりする場合が発生する。
【００６４】
具体的には、５個のサンプルａ〜ｅのうち３個のサンプルｂ〜ｄは狙いの沈み込み量ｘ２に収まり良品となるが、サンプルａは沈み込み量ｘ２が大きすぎ、サンプルｅは沈み込み量ｘ２が小さすぎ、それぞれ不良品となっている。
【００６５】
ここで、サンプルａのように、沈み込み量ｘ２が大きすぎる場合は、たとえばバンプ１３の位置ずれやバンプ１３のすべりなどにより第１の部品１０が一気に沈んでしまうこと等の不具合が考えられる。また、サンプルｅのように沈み込み量ｘ２が小さすぎる場合は、たとえばバンプ１３中への異物混入や、ヘッド１００と第１の部品１０との接触不良により、バンプ１３が潰れにくくなること等の不具合が考えられる。
【００６６】
これに対して、図７（ｂ）に示される本実施形態の場合は、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となった時点で、超音波振動の印加を停止するので、当該沈み込み量ｘ２の過大を未然に防止できる。たとえば、サンプルａ、ｂについては、上記図７（ａ）よりも早めに超音波振動の印加を停止することで、超音波振動の印加による沈み込み量ｘ２を狙いの範囲として、良品を実現している。
【００６７】
また、本実施形態の場合は、当該沈み込み量ｘ２が所定値となるまで超音波振動の印加を続けることになるから、当該沈み込み量ｘ２の過小が防止される。たとえば、サンプルｄ、ｅについては、上記図７（ａ）よりも遅く超音波振動の印加を停止することで、超音波振動の印加による沈み込み量ｘ２を狙いの範囲として、良品を実現している。
【００６８】
このように、本実施形態によれば、超音波振動による沈み込み量ｘ２が過小または過大となる不具合を効率良く防止することができ、当該沈み込み量ｘ２のばらつきを抑制して、安定した接合を実現することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、上記図１に示されるものと同様のバンプ接合構造体を製造するものであるが、その製造方法を一部変形したところが相違するものであり、この相違点を中心に述べることとする。図８は、本第２実施形態における接合装置の作動のフローチャートを示す図である。
【００７０】
上記第１実施形態では、第１の工程において、第１の荷重Ｆ１を増加させていき、超音波発振荷重となった時点で、超音波振動および第２の荷重Ｆ２を印加して第２の工程を開始していた。
【００７１】
それに対して、本実施形態では、第１の工程において、制御部１１０によって沈み込み量ｘ１をモニタし、当該沈み込み量ｘ１が所定値になった時点で超音波振動の印加を開始し、第２の工程に移るようにしている。具体的には、図８に示されるように、第１の区間において、ステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ２１を介在させたところが、上記第１実施形態と相違する。
【００７２】
このステップＳ２１では、第１の荷重Ｆ１が超音波発振荷重となる前に、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値になった時点で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ４に移行し、第２の工程を開始する。
【００７３】
一方「ＮＯ」の場合には、ステップ３にて超音波発振荷重に到達するまで、第１の荷重Ｆ１の増加を続ける。ただし、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値に達する前に超音波発振荷重に達した場合には、ステップＳ４に移行し、第２の工程を開始する。その後、第２の工程については、上記第１実施形態と同様である。
【００７４】
たとえば第１の工程における沈み込み量ｘ１が過大であると、バンプ１３、２５がより潰れた状態から超音波振動を印加するので、両部品１０、２０に対するダメージが懸念される。また、当該沈み込み量ｘ１が過小であると、バンプ１３と電極２３との接触面積が小さすぎてしまう可能性があり、接合性の確保が困難になる。
【００７５】
その点、本実施形態によれば、第１の工程における沈み込み量ｘ１についても、適切な値に制御することができ、第１および第２の工程のトータルで、沈み込み量ｘ１、ｘ２を効率良く制御することができる。
【００７６】
（他の実施形態）
なお、上記全ての実施形態において、第２の工程では、ステップＳ４とステップＳ５との間に、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となるまでの時間を、制御部１１０によってモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定し、接合を停止するステップ（つまり接合停止ステップ）を設けてもよい。
【００７７】
第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となるまでの時間が短すぎる場合は、バンプ１３の位置ずれやバンプ１３のすべりなどにより第１の部品１０が一気に沈んでしまうこと等の不具合が考えられる。
【００７８】
一方、当該時間が長すぎる場合には、たとえばバンプ１３中への異物混入や、ヘッド１００と第１の部品１０との何らかの接触不良により、バンプ１３が潰れにくくなること等の不具合が考えられる。しかし、第２の工程において、この接合停止ステップを設ければ、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００７９】
さらに、この接合停止ステップを設ける場合、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となる前に、所定時間を経過した時点で、第２の荷重Ｆ２および超音波振動の印加を停止するようにしてもよい。
【００８０】
それによれば、第２の工程における沈み込み量ｘ２がなかなか所定値に到達しないような場合において、第２の工程を強制的に停止することで、接合不良を回避したり、工程時間の無駄を排除したりすることが可能となる。
【００８１】
また、上記全ての実施形態において、第１の工程では、ステップＳ２とステップＳ３との間に第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値となるまでの時間を、制御部１１０によってモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定し、接合を停止するステップ（つまり接合停止ステップ）を設けてもよい。
【００８２】
この場合、第１の工程における沈み込み量ｘ１の所定値とは、上記第２実施形態に対してはステップ２１における所定値と同様のものとすればよい。つまり、上記第２実施形態と組み合わせる場合には、接合停止ステップはステップ２とステップ２１との間に設ければよい。
【００８３】
それによれば、第１の工程においても、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値となるまでの時間が短すぎる場合や、長すぎるような場合には、上記した第２の工程と同様の不具合が発生する可能性がある。しかし、第１の工程においても、当該接合停止ステップを設ければ、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００８４】
さらに、第１の工程にて当該接合停止ステップを設ける場合、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値となる前に、所定時間を経過した時点で、第１の荷重Ｆ１の印加を停止するようにしてもよい。
【００８５】
それによれば、第１の工程における沈み込み量ｘ１がなかなか所定値に到達しないような場合において、第１の工程を強制的に停止することで、接合不良を回避したり、工程時間の無駄を排除したりすることが可能となる。
【００８６】
また、上記各実施形態では、第２の部品２０の電極２３は、ランド２４とランド２４上に設けられたバンプ２５とにより構成されたもの、いわゆるバンプ電極であったが、たとえば図１における第２の部品１０において、バンプ２５を省略して、電極２３はランド２４のみで構成されていてもよい。この場合、第１の部品１０のバンプ１３がランド２４に直接接触しつつ潰されて接合されたものとなる。
【００８７】
また、上記第１実施形態において、さらに第１の工程の第１の区間においても沈み込み量ｘ１を制御部１１０でモニタして、第１の区間中に、予め決められた沈み込み量ｘ１の範囲に対して過大または過小が発生したとき、これを異常と判定し、接合を停止するようにしてもよい。
【００８８】
また、上記各実施形態において、初期荷重Ｆ０、超音波振動の印加の開始時における超音波発振荷重、停止時における第２の荷重Ｆ２、および超音波振動により発生する電圧等について、管理幅を持たせてもよい。この場合、これら管理幅を設定した値を制御部１１０にてモニタし、当該管理幅より外れた場合には、異常と判定すれば、工程や出来栄えの管理が容易となる。
【００８９】
また、上記各実施形態では、第１の工程にて印加する第１の荷重Ｆ１および第２の工程にて印加する第２の荷重Ｆ２は、時間とともに増加していくものであったが、第２の荷重Ｆ２が第１の荷重Ｆ１よりも大きいものであれば、これら第１の荷重Ｆ１および第２の荷重Ｆ２の両方、または、いずれか一方が、時間経過しても変化しない一定の荷重であってもよい。
【００９０】
また、バンプ１３と電極２３との接合は、熱を印加しながら行ってもよく、その場合、ヘッド１００やステージ２００は、通電により発熱するものであってもよい。
【００９１】
また、上記した各実施形態同士の組み合わせ以外にも、上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 第１の部品
１１ 第１の部品の一面
１３ 第１の部品のバンプ
２０ 第２の部品
２１ 第２の部品の一面
２３ 第２の部品の電極
Ｆ１ 第１の荷重
Ｆ２ 第２の荷重
Ｓ１〜Ｓ３ 第１の工程におけるステップ
Ｓ４〜Ｓ６ 第２の工程におけるステップ
ｘ１ 第１の工程における沈み込み量
ｘ２ 第２の工程における沈み込み量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプを有する第１の部品を、当該バンプを介して第２の部品に接合してなるバンプ接合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のバンプ接合構造体の製造方法としては、たとえば特許文献１に記載のものが提案されている。従来では、まず、一面側に突出するバンプを有する第１の部品と、一面側に電極を有する第２の部品とを用意する（用意工程）。
【０００３】
次に、バンプと電極とが正対して接触するように、第１の部品の一面と第２の部品の一面とを対向させた状態で、第１の部品および第２の部品に第１の荷重のみを印加する。それにより、第２の部品側へ第１の部品が沈み込むようにバンプを潰す（第１の工程）。
【０００４】
続いて、バンプへの超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重と同一の印加方向であって第１の荷重よりも大きい第２の荷重を、第１の部品および第２の部品に印加する。それにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品側へ第１の部品が沈み込むようにバンプを潰して接合させる（第２の工程）。こうして、バンプ接合構造体ができあがる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６７９９９号号公報
【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、上記従来の製造方法では、適切な接合を得るべく、各工程における印加荷重や超音波振動の大きさ等を制御するようにしているものの、第１の部品の第２の部品側への沈み込みによる変位量、すなわち沈み込み量のばらつきは避けられず、安定した接合の実現に障害となっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、バンプを有する第１の部品を、当該バンプを介して第２の部品に接合してなるバンプ接合構造体の製造方法において、沈み込み量のばらつきを抑制して安定した接合が実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意検討を行った。その結果、後述の図６等に示されるように、沈み込み量は、荷重のみである第１の工程よりも更に超音波振動が印加される第２の工程の方が大きいことから、この超音波振動による沈み込み量を考慮して、当該超音波振動を制御してやればよいと考えた。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、このような点に着目してなされたものであり、一面（１１）側に突出するバンプ（１３）を有する第１の部品（１０）と、一面（２１）側に電極（２３）を有する第２の部品（２０）と、を用意する用意工程と、
バンプ（１３）と電極（２３）とが正対して接触するように、第１の部品（１０）の一面（１１）と第２の部品（２０）の一面（２１）とを対向させた状態で、第１の部品（１０）および第２の部品（２０）に第１の荷重（Ｆ１）のみを印加することにより、第２の部品（２０）側へ第１の部品（１０）が沈み込むようにバンプ（１３）を潰す第１の工程（Ｓ１〜Ｓ３）と、
続いて、バンプ（１３）への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重（Ｆ１）と同一の印加方向であって第１の荷重（Ｆ１）よりも大きい第２の荷重（Ｆ２）を、第１の部品（１０）および第２の部品（２０）に印加することにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品（２０）側へ第１の部品（１０）が沈み込むようにバンプ（１３）を潰して接合させる第２の工程（Ｓ４〜Ｓ６）と、を備えるバンプ接合構造体の製造方法において、さらに次のような点を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明においては、第１の部品（１０）の第２の部品（２０）側への沈み込みによる変位量を沈み込み量としたとき、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量（ｘ２）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ２）が所定値になった時点で、超音波振動の印加を停止し、第２の荷重（Ｆ２）の印加のみとするようにしたことを特徴とする。
【００１１】
それによれば、第２の工程において沈み込み量（ｘ２）が所定値となった時点で超音波振動を停止するから、当該沈み込み量（ｘ２）の過大を未然に防止できる。また、逆に言えば、当該沈み込み量（ｘ２）が所定値となるまで超音波振動の印加を続けることになるから、当該沈み込み量（ｘ２）の過小が防止される。
【００１２】
よって、本発明によれば、超音波振動による沈み込み量（ｘ２）が過小または過大となる不具合を効率良く防止することができ、当該沈み込み量（ｘ２）のばらつきを抑制して安定した接合が実現できる。
【００１３】
ここで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のバンプ接合構造体の製造方法において、第１の工程では、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ１）が所定値になった時点で超音波振動の印加を開始し、第２の工程に移るようにしたことを特徴とする。
【００１４】
それによれば、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）についても、適切な値に制御することができ、第１および第２の工程のトータルで、沈み込み量（ｘ１、ｘ２）を効率良く制御することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のバンプ接合構造体の製造方法において、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量（ｘ２）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする。
【００１６】
第２の工程における沈み込み量が所定値となるまでの時間が短すぎる場合は、バンプ（１３）の位置ずれやバンプ（１３）のすべりなどにより第１の部品（１０）が一気に沈んでしまうこと等の不具合が考えられる。
【００１７】
また、当該時間が長すぎる場合には、たとえばバンプ（１３）中への異物混入や、荷重印加するヘッド（１００）と第１の部品（１０）との接触不良により、バンプ（１３）が潰れにくくなること等の不具合が考えられる。しかし、本発明によれば、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のバンプ接合構造体の製造方法において、第１の工程では、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする。
【００１９】
第１の工程においても、第１の工程における沈み込み量（ｘ１）が所定値となるまでの時間が短すぎる場合や、長すぎる場合には、上記した第２の工程と同様の不具合が発生する可能性がある。本発明によれば、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００２０】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバンプ接合構造体を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係るバンプ接合構造体の製造方法を示す工程図である。
【図３】図２に続く製造方法を示す工程図である。
【図４】第１実施形態に係る製造方法における接合装置の作動のフローチャートを示す図である。
【図５】第１実施形態に係る製造方法において接合のために印加される荷重および超音波振動のパワーと時間との関係を示す図である。
【図６】比較例としての製造方法において接合のために印加される荷重、超音波振動のパワーおよび沈み込み量と、時間との関係を示す図である。
【図７】第１実施形態の第２の工程における効果について具体的に示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における接合装置の作動のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るバンプ接合構造体の概略断面構成を示す図である。本実施形態に係るバンプ接合構造体は、一面１１側に突出するバンプ１３を有する第１の部品１０と、一面２１側に電極２３を有する第２の部品２０と、を備えて構成されている。
【００２４】
これら第１の部品１０および第２の部品２０は、特に限定するものではないが、たとえば、第１の部品１０は、シリコン半導体等よりなるＩＣチップやフリップチップ等である。そして、第１の部品１０は、一面１１および他面１２を表裏の面とし、一面１１にバンプ１３を有するものである。
【００２５】
具体的には、第１の部品１０の一面１１には、アルミニウムや金等よりなる電極１４が設けられ、バンプ１３は、この電極１４上に設けられている。このようなバンプ１３は、たとえば金、銀、銅、あるいは、はんだ等よりなるもので、めっきやボールボンディング等により形成されるものである。
【００２６】
また、第２の部品２０は、たとえばプリント基板やセラミック基板等の回路基板、あるいは、半導体よりなる回路チップ等であり、一面２１および他面２２を表裏の面とし、一面２１に電極２３を有するものである。
【００２７】
ここでは、第２の部品２０の一面２１には、アルミニウムや金等よりなるランド２４が設けられ、さらに、このランド２４上にバンプ２５が設けられている。このバンプ２５は、上記第１の部品１０のバンプ１３と同様、上記材質や形成方法を用いて形成される。そして、本実施形態では、これらランド２４およびバンプ２５により第２の部品２０の電極２３が構成されている。
【００２８】
ここで、これら両部品１０、２０は、互いに一面１１、２１を対向させた状態で配置され、バンプ１３と電極２３とが正対して接触して接合されている。本実施形態では、バンプ１３、および、電極２３のバンプ２５は、初期の突出形状よりも潰れた状態で接合している。このバンプ１３および電極２３の接合部を介して、第１の部品１０および第２の部品２０は、電気的および機械的に接合されている。
【００２９】
次に、図２〜図５を参照して、本実施形態に係るバンプ接合構造体の製造方法について述べる。図２は本製造方法の工程図、図３は図２に続く本製造方法の工程図であり、ともに各工程におけるワークの概略断面図である。また、図４は本製造方法における接合装置の作動のフローチャートを示す図であり、図５は本製造方法において接合のために印加される荷重および超音波振動のパワーと時間との関係を示す図である。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示されるように、一面１１側に突出するバンプ１３を有する第１の部品１０と、一面２１側に電極２３を有する第２の部品２０と、を用意する（用意工程）。ここで、各バンプ１３、２５はもちろん潰れる前の初期状態とされている。
【００３１】
次に、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示される接合工程を行う。この接合工程は接合装置を用いて、バンプ１３と電極２３とを接合する工程であり、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）に示される第１の工程と、その後に行われる図３（ｂ）に示される第２の工程とを行うものである。
【００３２】
第１の工程は、大きくは、バンプ１３と電極２３とが正対して接触するように、第１の部品１０の一面１１と第２の部品２０の一面２１とを対向させた状態で、第１の部品１０および第２の部品２０に第１の荷重Ｆ１のみを印加することにより、第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込むようにバンプ１３を潰すものである。
【００３３】
具体的に、第１の工程では、まず、図２（ａ）に示されるように、支持台としてのステージ２００の上に、第２の部品２０を搭載し、第２の部品２０をステージ２００に支持させる。このとき、第２の部品２０の他面２２をステージ２００に接触させ、第２の部品２０の一面２１をステージ２００の上方に向ける。
【００３４】
そして、第２の部品２０の一面２１と第１の部品１０の一面１１とを対向させた状態で、第２の部品２０の上方から第１の部品１０を下降させ、図２（ｂ）に示されるように、正対する両バンプ１３、２５の先端部を接触させるようにしている。
【００３５】
そして、この図２（ｂ）に示される両バンプ１３、２５の接触開始状態、つまりバンプ１３と電極２３との接触開始状態から、接合装置を用いて、両部品１０、２０への荷重の印加を開始していく。この接合装置は、図２（ｂ）に示されるように、荷重印加を行うヘッド１００と、このヘッド１００の制御等を行う制御部１１０とを備えている。
【００３６】
ヘッド１００は金属などよりなるものである。制御部１１０は、コンピュータやアクチュエータなどより構成され、ヘッド１００の上下動、その上下動によるヘッド１００の変位量検出、ヘッド１００による印加荷重のモニタ、ヘッド１００の超音波振動の制御、荷重および超音波の印加時間の管理などを行うものであり、これらにより、典型的なバンプ接合が可能とされている。
【００３７】
まず、上記図２（ｂ）に示される接触開始状態において、接合装置をスタートさせる（図４参照）。これにより制御部１１０からの指令を受けてヘッド１００が下降し、ヘッド１１０を第１の部品１０の他面１２に接触する。
【００３８】
ここで、図４のステップＳ１にて、ヘッド１００が第１の部品１０に接触したかどうかについて、判定する。この判定については、一般の場合と同様、ヘッド１００が第１の部品１０に接触した時点での初期荷重Ｆ０を制御部１１０で検出することでなされる。
【００３９】
この初期荷重Ｆ０の大きさは、バンプ１３を変形させるレベルよりも小さいものであるが、この初期荷重Ｆ０により、当該接触が十分かどうか、判定される。初期荷重Ｆ０が小さすぎる場合は接触が不十分であり、「ＮＯ」と判定され、上記したヘッド１００の下降を続ける。初期荷重Ｆ０が狙い値以上の場合には接触が十分であり、「ＹＥＳ」と判定され、図４のステップＳ２へ移行する。
【００４０】
ここで、図２（ｂ）には、ステップＳ２の開始時点における部品高さが、初期高さＴ０として示されている。この部品高さとは、第１の部品１０の他面１２と第２の部品２０の他面２２との距離であり、言い換えれば、当該接触開始時点におけるステージ２００とヘッド１００との距離である。
【００４１】
つまり、この両部品１０、２０の他面１２、２２間の距離が変化した場合、その変位量は、ヘッド１００の移動距離により求めることができる。そして、上記初期高さＴ０は、両バンプ１３、２５の接触開始時点にて十分な初期荷重Ｆ０が確保された状態における部品高さである。
【００４２】
そして、図４のステップＳ２では、ヘッド１００によって、両部品１０、２０に対し、バンプ１３が潰れる大きさである第１の荷重Ｆ１を印加する。これにより、図３（ａ）に示されるように、バンプ１３、２５が潰れて第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込み、部品高さＴ１が初期高さＴ０よりも低くなる。
【００４３】
ここで、第１の部品１０の第２の部品２０側への沈み込みによる変位量を、沈み込み量としたとき、この第１の工程における沈み込み量ｘ１は、（Ｔ０−Ｔ１）で求められる。また、第１の荷重Ｆ１は、図５に示されるように、時間と共に一次的に増加するという典型的なパターンで印加され、当該沈み込み量ｘ１は、時間と共に、すなわち第１の荷重Ｆ１の増加と共に大きくなっていく。
【００４４】
そして、図４のステップＳ３では、この第１の荷重Ｆ１が、超音波振動を行うに適した大きさの荷重（つまり超音波発振荷重）となったかどうかを判定する。ここで、「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ４に移行し、「ＮＯ」の場合は、ステップＳ２によって、超音波発振荷重に到達するまで、第１の荷重Ｆ１の増加を続ける。
【００４５】
このステップＳ２の開始から第１の荷重Ｆ１が超音波発振荷重となるまでの時期が、第１の区間である。図５には、この第１の区間における荷重の増加パターンが示されている。つまり、上記第１の工程における沈み込み量ｘ１は、この第１の区間における沈み込み量に相当するものである。
【００４６】
次に、図４のステップＳ４に移行することにより、図３（ｂ）に示される本接合工程の第２の工程が開始される。この第２の工程では、大きくは、バンプ１３への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、第１の荷重Ｆ１と同一の印加方向であって第１の荷重Ｆ１よりも大きい第２の荷重Ｆ２を、両部品１０、２０に印加する。そうすることにより、第１の工程の終了時点よりも更に第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込むようにバンプ１３を潰して接合させる。
【００４７】
まず、ステップＳ４では、制御部１１０からの指令によってヘッド１００を超音波振動させ、両部品１０、２０に対して超音波振動を印加する。それとともに、ヘッド１００から両部品１０、２０に印加される荷重を上記超音波発振荷重から更に増加させて第２の荷重Ｆ２とする。こうして、ステップＳ４では、第２の荷重Ｆ２および超音波振動を両部品１０、２０に印加して接合を行う。
【００４８】
これにより、図３（ｂ）に示されるように、さらにバンプ１３、２５が潰れて第２の部品２０側へ第１の部品１０が沈み込み、部品高さＴ２は、第１の工程の終了時点における部品高さＴ１よりも低くなる。ここで、この第２の工程における沈み込み量ｘ２は、（Ｔ１−Ｔ２）で求められる。
【００４９】
ここで、第２の荷重Ｆ２は、図５に示されるように、時間と共に一次的に増加するという典型的なパターンで印加され、第２の工程における沈み込み量ｘ２は、時間と共に大きくなっていく。本実施形態では、この第２の工程における沈み込み量ｘ２を制御部１１０によりモニタする。
【００５０】
そして、図４における次のステップＳ５では、第２の工程における沈み込み量ｘ２をモニタし、当該沈み込み量ｘ２が所定値になったかどうかについて、制御部１１０にて判定する。
【００５１】
このとき、「ＹＥＳ」の場合は、次のステップＳ６に移行し、ステップＳ６にて、制御部１１０によって超音波発振を停止して超音波振動を停止し、第２の荷重Ｆ２の印加のみとして接合を続ける。一方、「ＮＯ」の場合は、ステップＳ４にて、当該沈み込み量ｘ２が所定値になるまで、第２の荷重Ｆ２とともに超音波振動の印加を続ける。
【００５２】
こうして、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値になった時点で、超音波振動を停止し、第２の荷重Ｆ２の印加のみとするが、その後は、この第２の荷重Ｆ２の印加を続け、第２の荷重Ｆ２が所定値に到達した時点で荷重印加を停止し、接合を終了する。このステップＳ４から接合終了までの時期が第２の区間であり、この第２の区間は第２の工程の実施時期と一致する。
【００５３】
ここで、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値になるまでの時間すなわち所定値到達時間については、製品ごとにばらつきがあるため、超音波振動の印加を停止するタイミングも製品ごとに変わってくる。
【００５４】
図５には、この第２の区間すなわち第２の工程における荷重および超音波振動パワーのパターンが第２の区間Ａ、第２の区間Ｂとして２種類示されている。第２の区間Ａは、所定値到達時間が比較的短い場合、第２の区間Ｂは、所定値到達時間が比較的長い場合であり、第２の区間Ｂのパワーの後半部分は、破線で示してある。
【００５５】
つまり、本実施形態では、第２の区間の所要時間は、製品ごとに長くなったり、短くなったりする。バンプ１３と電極２３との接合に要する時間は、実質的に第１の区間と第２の区間との合計時間であるが、たとえば２、３秒程度であり、第２の区間の所要時間に変化があっても、その範囲で収まるため、さほど影響は無い。
【００５６】
こうして、第２の区間の終了すなわち第２の工程の終了に伴い、バンプ１３と電極２３との接合が完了し、上記図１に示したような本実施形態のバンプ接合構造体ができあがる。次に、この本実施形態の製造方法の効果等について、比較例としての製造方法と比較しながら述べる。
【００５７】
図６は、比較例としての製造方法において接合のために印加される荷重、超音波振動のパワーおよび沈み込み量と、時間との関係を示す図である。ここで、比較例は、従来一般の製造方法に基づいて、本発明者が試作検討した製造方法である。
【００５８】
図６においては、第１の工程では、本実施形態と同様のステップＳ１〜Ｓ３を行うものであり、第１の区間は図５と同様のパターンとなる。そして、第２の工程では、本実施形態のように製品ごとに超音波振動の印加時間を変えるのではなく、一般の場合と同様、製品が変わっても超音波振動の印加時間を一定として、一定の印加時間に達したら、超音波振動の印加を終了するようにしている。
【００５９】
この図６に示されるように、沈み込み量は、荷重のみである第１の工程よりも、超音波振動が更に印加される第２の工程の方が大きい。仮に、第２の工程で超音波振動の印加を無くし、荷重のみの印加とした場合、沈み込み量がなかなか狙い値まで到達しない。
【００６０】
また、狙い値に到達したとしても、単にバンプが潰れているだけで、超音波振動による接合に比べて接合が不完全なものとなる。つまり、第２の工程における沈み込み量ｘ２の支配要因、さらにいえば接合全体における沈み込み量の支配要因は、実質的に超音波振動の印加にあると言える。
【００６１】
実際、本実施形態の第２の工程において、超音波振動の印加を停止した後に、第２の荷重Ｆ２のみの印加を続けても、沈み込み量ｘ２の変化は超音波振動の印加時に比べ、大幅に小さい。そこで、本実施形態では、第２の工程において沈み込み量ｘ２による超音波振動の印加制御を行い、当該沈み込み量ｘ２の過大または過小を防止するようにした。
【００６２】
図７は、この本実施形態の第２の工程における効果について具体的に示す図であり、（ａ）は上記比較例の場合、（ｂ）は本実施形態の場合を示す。図７（ａ）、（ｂ）では、５個のサンプルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅについて、第２の工程における沈み込み量ｘ２と時間との関係を示している。なお、図７中のプロットで「○」は、超音波振動による沈み込み量が設定範囲内に収まった良品を表し、「×」は当該沈み込み量が当該範囲外となった不良品を表している。また、図７（ｂ）では、図７（ａ）の結果についても、併記してある。
【００６３】
図７（ａ）に示されるように、比較例では、超音波振動の印加を常に一定としているため、当該一定の時間経過後、つまり超音波振動の印加を停止後において、沈み込み量ｘ２が大きすぎたり、小さすぎたりする場合が発生する。
【００６４】
具体的には、５個のサンプルａ〜ｅのうち３個のサンプルｂ〜ｄは狙いの沈み込み量ｘ２に収まり良品となるが、サンプルａは沈み込み量ｘ２が大きすぎ、サンプルｅは沈み込み量ｘ２が小さすぎ、それぞれ不良品となっている。
【００６５】
ここで、サンプルａのように、沈み込み量ｘ２が大きすぎる場合は、たとえばバンプ１３の位置ずれやバンプ１３のすべりなどにより第１の部品１０が一気に沈んでしまうこと等の不具合が考えられる。また、サンプルｅのように沈み込み量ｘ２が小さすぎる場合は、たとえばバンプ１３中への異物混入や、ヘッド１００と第１の部品１０との接触不良により、バンプ１３が潰れにくくなること等の不具合が考えられる。
【００６６】
これに対して、図７（ｂ）に示される本実施形態の場合は、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となった時点で、超音波振動の印加を停止するので、当該沈み込み量ｘ２の過大を未然に防止できる。たとえば、サンプルａ、ｂについては、上記図７（ａ）よりも早めに超音波振動の印加を停止することで、超音波振動の印加による沈み込み量ｘ２を狙いの範囲として、良品を実現している。
【００６７】
また、本実施形態の場合は、当該沈み込み量ｘ２が所定値となるまで超音波振動の印加を続けることになるから、当該沈み込み量ｘ２の過小が防止される。たとえば、サンプルｄ、ｅについては、上記図７（ａ）よりも遅く超音波振動の印加を停止することで、超音波振動の印加による沈み込み量ｘ２を狙いの範囲として、良品を実現している。
【００６８】
このように、本実施形態によれば、超音波振動による沈み込み量ｘ２が過小または過大となる不具合を効率良く防止することができ、当該沈み込み量ｘ２のばらつきを抑制して、安定した接合を実現することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、上記図１に示されるものと同様のバンプ接合構造体を製造するものであるが、その製造方法を一部変形したところが相違するものであり、この相違点を中心に述べることとする。図８は、本第２実施形態における接合装置の作動のフローチャートを示す図である。
【００７０】
上記第１実施形態では、第１の工程において、第１の荷重Ｆ１を増加させていき、超音波発振荷重となった時点で、超音波振動および第２の荷重Ｆ２を印加して第２の工程を開始していた。
【００７１】
それに対して、本実施形態では、第１の工程において、制御部１１０によって沈み込み量ｘ１をモニタし、当該沈み込み量ｘ１が所定値になった時点で超音波振動の印加を開始し、第２の工程に移るようにしている。具体的には、図８に示されるように、第１の区間において、ステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ２１を介在させたところが、上記第１実施形態と相違する。
【００７２】
このステップＳ２１では、第１の荷重Ｆ１が超音波発振荷重となる前に、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値になった時点で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ４に移行し、第２の工程を開始する。
【００７３】
一方「ＮＯ」の場合には、ステップ３にて超音波発振荷重に到達するまで、第１の荷重Ｆ１の増加を続ける。ただし、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値に達する前に超音波発振荷重に達した場合には、ステップＳ４に移行し、第２の工程を開始する。その後、第２の工程については、上記第１実施形態と同様である。
【００７４】
たとえば第１の工程における沈み込み量ｘ１が過大であると、バンプ１３、２５がより潰れた状態から超音波振動を印加するので、両部品１０、２０に対するダメージが懸念される。また、当該沈み込み量ｘ１が過小であると、バンプ１３と電極２３との接触面積が小さすぎてしまう可能性があり、接合性の確保が困難になる。
【００７５】
その点、本実施形態によれば、第１の工程における沈み込み量ｘ１についても、適切な値に制御することができ、第１および第２の工程のトータルで、沈み込み量ｘ１、ｘ２を効率良く制御することができる。
【００７６】
（他の実施形態）
なお、上記全ての実施形態において、第２の工程では、ステップＳ４とステップＳ５との間に、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となるまでの時間を、制御部１１０によってモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定し、接合を停止するステップ（つまり接合停止ステップ）を設けてもよい。
【００７７】
第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となるまでの時間が短すぎる場合は、バンプ１３の位置ずれやバンプ１３のすべりなどにより第１の部品１０が一気に沈んでしまうこと等の不具合が考えられる。
【００７８】
一方、当該時間が長すぎる場合には、たとえばバンプ１３中への異物混入や、ヘッド１００と第１の部品１０との何らかの接触不良により、バンプ１３が潰れにくくなること等の不具合が考えられる。しかし、第２の工程において、この接合停止ステップを設ければ、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００７９】
さらに、この接合停止ステップを設ける場合、第２の工程では、第２の工程における沈み込み量ｘ２が所定値となる前に、所定時間を経過した時点で、第２の荷重Ｆ２および超音波振動の印加を停止するようにしてもよい。
【００８０】
それによれば、第２の工程における沈み込み量ｘ２がなかなか所定値に到達しないような場合において、第２の工程を強制的に停止することで、接合不良を回避したり、工程時間の無駄を排除したりすることが可能となる。
【００８１】
また、上記全ての実施形態において、第１の工程では、ステップＳ２とステップＳ３との間に第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値となるまでの時間を、制御部１１０によってモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定し、接合を停止するステップ（つまり接合停止ステップ）を設けてもよい。
【００８２】
この場合、第１の工程における沈み込み量ｘ１の所定値とは、上記第２実施形態に対してはステップ２１における所定値と同様のものとすればよい。つまり、上記第２実施形態と組み合わせる場合には、接合停止ステップはステップ２とステップ２１との間に設ければよい。
【００８３】
それによれば、第１の工程においても、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値となるまでの時間が短すぎる場合や、長すぎるような場合には、上記した第２の工程と同様の不具合が発生する可能性がある。しかし、第１の工程においても、当該接合停止ステップを設ければ、これらの不具合を検出し、後工程へワークを流さないようにすることができる。
【００８４】
さらに、第１の工程にて当該接合停止ステップを設ける場合、第１の工程における沈み込み量ｘ１が所定値となる前に、所定時間を経過した時点で、第１の荷重Ｆ１の印加を停止するようにしてもよい。
【００８５】
それによれば、第１の工程における沈み込み量ｘ１がなかなか所定値に到達しないような場合において、第１の工程を強制的に停止することで、接合不良を回避したり、工程時間の無駄を排除したりすることが可能となる。
【００８６】
また、上記各実施形態では、第２の部品２０の電極２３は、ランド２４とランド２４上に設けられたバンプ２５とにより構成されたもの、いわゆるバンプ電極であったが、たとえば図１における第２の部品１０において、バンプ２５を省略して、電極２３はランド２４のみで構成されていてもよい。この場合、第１の部品１０のバンプ１３がランド２４に直接接触しつつ潰されて接合されたものとなる。
【００８７】
また、上記第１実施形態において、さらに第１の工程の第１の区間においても沈み込み量ｘ１を制御部１１０でモニタして、第１の区間中に、予め決められた沈み込み量ｘ１の範囲に対して過大または過小が発生したとき、これを異常と判定し、接合を停止するようにしてもよい。
【００８８】
また、上記各実施形態において、初期荷重Ｆ０、超音波振動の印加の開始時における超音波発振荷重、停止時における第２の荷重Ｆ２、および超音波振動により発生する電圧等について、管理幅を持たせてもよい。この場合、これら管理幅を設定した値を制御部１１０にてモニタし、当該管理幅より外れた場合には、異常と判定すれば、工程や出来栄えの管理が容易となる。
【００８９】
また、上記各実施形態では、第１の工程にて印加する第１の荷重Ｆ１および第２の工程にて印加する第２の荷重Ｆ２は、時間とともに増加していくものであったが、第２の荷重Ｆ２が第１の荷重Ｆ１よりも大きいものであれば、これら第１の荷重Ｆ１および第２の荷重Ｆ２の両方、または、いずれか一方が、時間経過しても変化しない一定の荷重であってもよい。
【００９０】
また、バンプ１３と電極２３との接合は、熱を印加しながら行ってもよく、その場合、ヘッド１００やステージ２００は、通電により発熱するものであってもよい。
【００９１】
また、上記した各実施形態同士の組み合わせ以外にも、上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 第１の部品
１１ 第１の部品の一面
１３ 第１の部品のバンプ
２０ 第２の部品
２１ 第２の部品の一面
２３ 第２の部品の電極
Ｆ１ 第１の荷重
Ｆ２ 第２の荷重
Ｓ１〜Ｓ３ 第１の工程におけるステップ
Ｓ４〜Ｓ６ 第２の工程におけるステップ
ｘ１ 第１の工程における沈み込み量
ｘ２ 第２の工程における沈み込み量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１）側に突出するバンプ（１３）を有する第１の部品（１０）と、一面（２１）側に電極（２３）を有する第２の部品（２０）と、を用意する用意工程と、
前記バンプ（１３）と前記電極（２３）とが正対して接触するように、前記第１の部品（１０）の一面（１１）と前記第２の部品（２０）の一面（２１）とを対向させた状態で、前記第１の部品（１０）および前記第２の部品（２０）に第１の荷重（Ｆ１）のみを印加することにより、前記第２の部品（２０）側へ前記第１の部品（１０）が沈み込むように前記バンプ（１３）を潰す第１の工程（Ｓ１〜Ｓ３）と、
続いて、前記バンプ（１３）への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、前記第１の荷重（Ｆ１）と同一の印加方向であって前記第１の荷重（Ｆ１）よりも大きい第２の荷重（Ｆ２）を、前記第１の部品（１０）および前記第２の部品（２０）に印加することにより、前記第１の工程の終了時点よりも更に前記第２の部品（２０）側へ前記第１の部品（１０）が沈み込むように前記バンプ（１３）を潰して接合させる第２の工程（Ｓ４〜Ｓ６）と、を備えるバンプ接合構造体の製造方法において、
前記第１の部品（１０）の前記第２の部品（２０）側への沈み込みによる変位量を沈み込み量としたとき、
前記第２の工程では、前記第２の工程における前記沈み込み量（ｘ２）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ２）が所定値になった時点で、前記超音波振動の印加を停止し、前記第２の荷重（Ｆ２）の印加のみとすることを特徴とするバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、前記第１の工程における前記沈み込み量（ｘ１）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ１）が所定値になった時点で前記超音波振動の印加を開始し、前記第２の工程に移るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程では、前記第２の工程における前記沈み込み量（ｘ２）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程では、前記第１の工程における前記沈み込み量（ｘ１）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項１】
一面（１１）側に突出するバンプ（１３）を有する第１の部品（１０）と、一面（２１）側に電極（２３）を有する第２の部品（２０）と、を用意する用意工程と、
前記バンプ（１３）と前記電極（２３）とが正対して接触するように、前記第１の部品（１０）の一面（１１）と前記第２の部品（２０）の一面（２１）とを対向させた状態で、前記第１の部品（１０）および前記第２の部品（２０）に第１の荷重（Ｆ１）のみを印加することにより、前記第２の部品（２０）側へ前記第１の部品（１０）が沈み込むように前記バンプ（１３）を潰す第１の工程（Ｓ１〜Ｓ３）と、
続いて、前記バンプ（１３）への超音波振動の印加を開始し、当該超音波振動の印加を続けながら、前記第１の荷重（Ｆ１）と同一の印加方向であって前記第１の荷重（Ｆ１）よりも大きい第２の荷重（Ｆ２）を、前記第１の部品（１０）および前記第２の部品（２０）に印加することにより、前記第１の工程の終了時点よりも更に前記第２の部品（２０）側へ前記第１の部品（１０）が沈み込むように前記バンプ（１３）を潰して接合させる第２の工程（Ｓ４〜Ｓ６）と、を備えるバンプ接合構造体の製造方法において、
前記第１の部品（１０）の前記第２の部品（２０）側への沈み込みによる変位量を沈み込み量としたとき、
前記第２の工程では、前記第２の工程における前記沈み込み量（ｘ２）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ２）が所定値になった時点で、前記超音波振動の印加を停止し、前記第２の荷重（Ｆ２）の印加のみとすることを特徴とするバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、前記第１の工程における前記沈み込み量（ｘ１）をモニタし、当該沈み込み量（ｘ１）が所定値になった時点で前記超音波振動の印加を開始し、前記第２の工程に移るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程では、前記第２の工程における前記沈み込み量（ｘ２）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のバンプ接合構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程では、前記第１の工程における前記沈み込み量（ｘ１）が所定値となるまでの時間をモニタし、当該時間が所定範囲から外れた場合には、接合不良と判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のバンプ接合構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１０２９４（Ｐ２０１３−１１０２９４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４８４１（Ｐ２０１１−２５４８４１）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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