JP4572465B2 - 電子部品装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品を基板上にバンプを介して実装してなる電子部品装置の製造方法、特にフリップチップボンディング方法を用いて実装する電子部品装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップの電極部に形成されたバンプと、加熱ステージ上に配置された基板の配線パターンとを位置合わせし、チップの裏面にツールを介して圧力と超音波とを付加し、バンプと基板の配線パターンとを接合するフリップチップボンディング方法が提案されている（特開昭６３−２８８０３１号公報）。
【０００３】
図１は電子部品装置の一例を示し、図２はその接合方法、図３は基板を示している。
１は基板、２ａ，２ｂは配線、３はバンプ、４は電子部品である。
基板１には、配線２ａ，配線２ｂが縦横に形成され、バンプ３はこれら配線２ａ，２ｂの内側端部に予め形成されている。ボンディングツール５で電子部品４の上面を押圧し、かつ水平方向Ｘの超音波振動を与えることで、バンプ３を電子部品４の電極部に接合する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電子部品４の電極部と基板１の配線パターンとを一括して接合する関係で、どうしても超音波振動の方向Ｘに対して直交方向に延びる配線２ａと平行に延びる配線２ｂとが生じてしまう。特に、超音波振動の方向Ｘと直交方向に設けられた配線２ａでは、超音波振動による配線２ａの歪みが大きく、平行な配線２ｂと比較して接合が不完全になるという欠点があった。
【０００５】
図４の（ａ）は超音波振動の方向Ｘと直交方向に設けられた配線２ａに対して電子部品４を接合する状態を示し、（ｂ）は超音波振動の方向Ｘと平行に設けられた配線２ｂに対して電子部品４を接合する状態を示す。図４において、６は電子部品４の電極部である。
【０００６】
直交方向に設けられた配線２ａでは、超音波振動の方向Ｘに対する剛性が低いため、平行に設けられた配線２ｂに比較して、配線２ａの歪み量δが大きく、接合が不完全になる。
上記のように配線の方向によって接合性にばらつきがあると、早く接合する配線（または電極）とそうでない配線（または電極）とが混在してしまい、歪み量の大きな配線２ａが完全に接合するように超音波印加時間を長くした場合、早く接合した配線（または電極）２ｂからクラックが発生し始めるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、超音波振動による配線の歪み量のばらつきを抑え、すべての配線でほぼ均等な接合状態を得ることができる電子部品装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板に上記超音波振動の方向とのなす角度θが異なる複数の配線を形成し、かつ上記角度θが大きい方の配線を角度θが小さい方の配線より幅広に形成したことを特徴とする電子部品装置の製造方法を提供する。
【０００９】
例えば直交方向に延びる複数の配線上（または電子部品の電極上）にバンプを形成しておき、このバンプを対面する電極（または配線）に対して超音波振動を利用して接合する。
この場合、超音波振動の方向とのなす角度θが大きい配線と、角度θが小さい配線とが生じるが、本発明では超音波振動による配線の歪み量がほぼ同一になるように配線の形状を設定したので、超音波の伝達効率もほぼ均等になり、全ての配線においてほぼ均等な接合状態を得ることができる。そのため、不完全接合やクラックの発生を防止できる。
【００１０】
超音波振動による配線の歪み量をほぼ同一にするため、請求項１のように、基板に超音波振動の方向とのなす角度θが異なる複数の配線を形成し、上記角度θが大きい方の配線を角度θが小さい方の配線より幅広に形成するのがよい。
つまり、超音波振動の方向との角度θが大きい配線ほど、超音波振動による歪みが大きくなるので、角度θが大きい配線を幅広とすることで、歪み量を少なくし、全ての配線における接合性を均一化することができる。
【００１１】
請求項２のように、基板の少なくとも１本の配線を、電子部品の電極と接続される部位の近傍でＬ字形に屈曲させ、このＬ字形配線の電子部品の電極と接続される部位の幅Ｄ３を、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線の幅Ｄ２より狭くしてもよい。
すなわち、電子部品との接続部近傍でＬ字形に屈曲する配線とした場合には、配線の接続部の長さが短いので、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線に比べて超音波振動による歪みが相対的に小さい。そこで、Ｌ字形配線の接続部の幅Ｄ３を、超音波振動に対する剛性の低い４５°以上の配線の幅Ｄ２より狭くすることで、歪み量をほぼ同一に近づけることができる。
【００１２】
請求項３のように、基板の少なくとも１本の配線をＬ字形に屈曲させ、このＬ字形配線の電子部品の電極と接続される部位の長さＬを超音波振動が波及する範囲より長く設定してもよい。
すなわち、請求項４では、歪み量を同一にするための手段として、接続部の幅寸法を調整する方法に代えて、長さ寸法を調整する方法を用いている。つまり、電子部品との接合部近傍でＬ字形に屈曲するのではなく、接続部を超音波振動が波及する範囲より長く設定することで、他の接合部と同様な剛性を持つようにしたものである。
【００１３】
請求項４のように、基板に、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線と４５°未満の配線とを形成し、角度θが４５°未満の配線の電子部品の電極と接続される部位の近傍部に、角度θが変化する屈曲部あるいは湾曲部を形成するのが望ましい。
すなわち、角度θが４５°未満の配線は４５°以上の配線に比べて超音波振動に対する剛性が高いので、剛性の高い４５°未満の配線の接続部近傍に屈曲部あるいは湾曲部を形成することで、接続部近傍の剛性を低くしてある。そのため、歪み量の均一化を図り、接合状態をほぼ均一にできる。
【００１４】
請求項５のように、基板に互いに直交方向に延びる複数の配線を形成し、これら配線の電子部品の電極と接続される部位の近傍部のそれぞれに、１本の配線に対して４５°屈曲した部分を複数箇所形成してもよい。
すなわち、配線の幅を変更せず、配線の接続部の近傍部位を４５°ずつ複数箇所で屈曲させれば、超音波振動の方向に関係なく、全ての配線の歪み量を均一化させることが可能である。この場合には、配線の幅およびピッチをほぼ均一にで
きるので、電気的特性が変化せず、基板が大型化しないで済むという利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる電子部品装置の第１実施例を図５〜図８を用いて説明する。図５は電子部品装置の平面図、図６は電子部品装置の側面図、図７は基板の平面図、図８は基板の部分拡大図である。
【００１６】
基板１０Ａは、ガラスエポキシ樹脂、ＢＴレジンなどの樹脂基板、アルミナなどのセラミック基板、さらにはシリコンなどの結晶基板であり、この基板１０Ａ上に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されている。ここで、基板１０Ａの形状は特に限定されない。配線１１〜１４は、薄膜形成法あるいは厚膜形成法により形成され、その厚みは数μｍ〜数十μｍとするのが望ましいが、この限りではない。また、配線１１〜１４の接続部１１ａ〜１４ａ以外の部分は、レジスト等の絶縁物で覆われていてもよい。
【００１７】
配線１１〜１４の内側端部に設けられた接続部１１ａ〜１４ａには、めっき法、ワイヤボンディング法などを用いてバンプ１５が形成されている。これらバンプ１５は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕを主成分とする金属バンプや、はんだなどを用いることができる。
【００１８】
２０は半導体チップなどの電子部品であり、その下面にはバンプ１５に対応した位置に電極部（図示せず）が形成されている。電子部品２０の電極部は、バンプ１５に対して超音波振動を用いて一括して接合されている。
【００１９】
図８に示すように、接続部１１ａ，１２ａは、超音波振動の方向Ｘに対して平行に近い方向（θ1 ＜４５°）に形成された配線１１，１２に設けられており、接続部１３ａ，１４ａは超音波振動の方向Ｘに対して垂直に近い方向（θ2 ＞４５°）に形成された配線１３，１４に設けられている。
接続部を除く配線１１〜１４の幅Ｄ０はすべて同一に形成され、接続部１１ａ，１２ａの幅をＤ１、接続部１３ａ，１４ａの幅をＤ２とすると、超音波振動による接続部１１ａ〜１４ａの歪み量がほぼ同一になるように、次の関係に設定されている。
Ｄ０＝Ｄ１＜Ｄ２
上記のように設定する理由は、超音波振動とほぼ直交する配線１３，１４の接続部１３ａ，１４ａは、ほぼ平行な配線１１，１２の接続部１１ａ，１２ａに比べて振動方向Ｘに対する剛性が低いので、接続部１３ａ，１４ａの幅Ｄ２を接続部１１ａ，１２ａの幅Ｄ１より広くし、振動方向Ｘに対する剛性をほぼ等しくして超音波振動による配線の歪み量をほぼ同一にしたものである。
なお、幅広に形成された接続部１３ａ，１４ａの長さＬは、ボンディングツール３０による超音波振動が波及する範囲より長く設定されている。したがって、配線１３，１４全体が接続部１３ａ，１４ａと同様な幅Ｄ２で形成されていてもよい。
【００２０】
次に、電子部品２０を配線１１〜１４上にフリップチップボンディングする方法について、説明する。
まず、基板１０Ａの配線１１〜１４の接続部１１ａ〜１４ａにバンプ１５を形成する。
次に、電子部品２０の上面をボンディングツール３０によって吸着し、電子部品２０をピックアップして電極部とバンプ１５とを高精度に位置合わせする。
次に、電子部品２０の電極部とバンプ１５とを接触させ、ツール３０を介して基板１０Ａの表面に平行な方向Ｘとなるように超音波振動を与え、電極部とバンプ１５とを金属接合する。なお、接合に際して、基板１０Ａと電子部品２０との間に圧力を付加したり、加熱してもよい。
このとき、超音波振動Ｘに対して各接続部１１ａ〜１４ａの歪み量がほぼ等しくなるように、幅Ｄ１，Ｄ２が設定されているので、接続部１１ａ〜１４ａに設けられたバンプ１５の接合性のばらつきが少なく、ほぼ均等な接合強度を得ることができる。したがって、不完全接合や電極部にクラック等が発生するのを防止できる。
上記のように接合した後、接合信頼性を確保するため、電子部品２０と基板１０Ａの線膨張差を緩和し、かつ接合部を保護するための樹脂封止を、電子部品２０と基板１０Ａとの隙間に行ってもよい。
なお、バンプ１５は、基板１０Ａの配線１１〜１４に形成する場合に限らず、電子部品２０の電極上に形成しておき、このバンプを基板の配線に対して接合してもよい。
【００２１】
上記実施例では、配線１１，１２と振動方向Ｘとのなす角度θ1 を０＜θ1 ＜４５°とし、配線１３，１４と振動方向Ｘとのなす角度θ2 を４５°＜θ2 ＜９０°としたが、θ1 ＝０°、θ2 ＝９０°としてもよい。この場合には、接続部の幅Ｄ１とＤ２との差をより大きくすればよい。
また、θ1 ＝θ2 ＝４５°である場合には、接続部の幅Ｄ１とＤ２をほぼ等しくすればよい。
【００２２】
図９は本発明にかかる基板の第２実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｂは、その表面に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されており、その内、一本の配線１６が接続部近傍でＬ字形に折れ曲がった形状に形成されている点を除いて、図７に示す基板１０Ａと同様である。したがって、図７の基板１０Ａと同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
Ｌ字形の配線１６の接続部１６ａの幅Ｄ３は、振動方向Ｘとほぼ直角な配線１３，１４の接続部１３ａ，１４ａの幅Ｄ２に比べて狭く設定されている。
Ｄ３＜Ｄ２
Ｌ字形の配線１６の場合、接続部１６ａの長さが短く、しかも配線部１６ｂの方向が振動方向Ｘに対してほぼ平行であるため、配線部１６ｂが接続部１６ａの歪みを抑制する働きをし、接続部１６ａの幅Ｄ３が接続部１３ａの幅Ｄ２より狭くても、接続部１３ａと同様な剛性を持つことができるからである。
【００２３】
なお、接続部１６ａの幅Ｄ３を接続部１１ａの幅Ｄ１より小さくすると、接続部１６ａの歪み量が大きくなり過ぎるので、振動方向Ｘとほぼ平行な配線１１，１２の接続部１１ａ，１２ａの幅Ｄ１に比べて広くするのが望ましい。すなわち、次のような設定にすることで、全ての接続部１１ａ〜１６ａの歪み量をほぼ均等にできる。
Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２
なお、配線部１６ｂの幅Ｄ４は、他の配線の幅Ｄ０と同等であってもよいし、これより幅狭あるいは幅広であってもよい。
【００２４】
図１０は本発明にかかる基板の第３実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｃも、その表面に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されており、その内、一本の配線１６が接続部近傍でＬ字形に折れ曲がった形状に形成されている点を除いて、図７に示す基板１０Ａと同様である。したがって、図７の基板１０Ａと同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、超音波振動の方向Ｘが配線１１〜１４に対してほぼ４５°の方向にある。したがって、接続部１１ａ〜１４ａは全て同一幅Ｄ５に設定されている。また、Ｌ字形の配線１６の接続部１６ａの幅Ｄ６は他の配線の接続部１１ａ〜１４ａに比べて幅狭に形成されている。
Ｄ６＜Ｄ５
その理由は、Ｌ字形配線１６の接続部１６ａと配線部１６ｂが直角方向に形成されているため、超音波振動に対して最も変形しにくく（剛性が高く）、そのため、配線１６の接続部１６ａが他の配線の接続部より歪み量が少なくなる。したがって、歪み量をほぼ均等にするため、接続部１６ａの幅Ｄ６を他の接続部より幅狭としたものである。
なお、この実施例では、配線１１〜１４の接続部１１ａ〜１４ａを他の部分に比べて幅広としたが、同一幅としてもよいことは勿論である。
【００２５】
図１１は本発明にかかる基板の第４実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｄも、その表面に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されており、その内、一本の配線１６が接続部近傍でＬ字形に折れ曲がった形状に形成されている点を除いて、図７に示す基板１０Ａと同様である。
この実施例では、超音波振動の方向Ｘが配線１１〜１４に対してほぼ４５°の方向にある。したがって、接続部１１ａ〜１４ａ，１６ａは全て同一幅Ｄ７に設定されている。この場合、接続部１１ａ〜１４ａ，１６ａの歪み量がほぼ同一になるように、接続部１６ａの長さＬは、ボンディングツール３０による超音波振動が波及する範囲より長く設定されている。
その理由は、Ｌ字形配線１６の接続部１６ａと配線部１６ｂが直角方向に形成されているため、電子部品との接合部近傍でＬ字形に屈曲すると超音波振動に対して最も変形しにくく（剛性が高く）、そのため配線１６の接続部１６ａが他の配線の接続部より歪み量が小さくなる。したがって、接続部１６ａの長さＬを超音波振動の波及する範囲より長く設定することにより、他の接合部と同様な剛性を持つことができるからである。
【００２６】
図１２は本発明にかかる配線形状の第５実施例を示す。
この実施例では、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａの側部に矩形の凹部１１ｂを形成し、歪み量が大きい接続部１３ａの側部に矩形の凸部１３ｂを形成したものである。また、Ｌ字形に折れ曲がった配線１６の接続部１６ａは、歪み量が接続部１１ａに比べて大きいが、接続部１３ａに比べて小さいので、少ない数または小さな凸部１６ｃを形成したものである。
【００２７】
図１３は本発明にかかる配線形状の第６実施例を示す。
この実施例では、図１２と同様に、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａの側部にはＶ字形の凹部１１ｂを形成し、歪み量が大きい接続部１３ａの側部には山形あるいは半円状の凸部１３ｂを形成したものである。
歪み量に応じて、凹部１１ｂや凸部１３ｂの形状、大きさ、数を任意に変更できる。
【００２８】
図１４は本発明にかかる配線形状の第７実施例を示す。
この実施例では、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａをＶ字形に屈曲させたものである。すなわち、接続部１１ａを屈曲させることで、振動方向Ｘに対して角度を持つ部分１１ａ1 を形成し、この部分１１ａ1 で歪み量を大きくすることで、接続部１３ａの歪み量とほぼ均等化させたものである。
【００２９】
図１５は本発明にかかる配線形状の第８実施例を示す。
この実施例も第６実施例と同様に、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａをアーチ状に湾曲させたものである。すなわち、接続部１１ａを湾曲させることで、振動方向Ｘに対して角度を持つ部分１１ａ2 を形成し、この部分１１ａ2 で歪み量を大きくすることで、接続部１３ａの歪み量とほぼ均等化させたものである。
【００３０】
図１６は本発明にかかる基板の第９実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｅは、配線１１〜１４および接続部１１ａ〜１４ａの幅を同一とし、接続部１１ａ〜１４ａに４５°ずつ屈曲した複数の部分１１ａ3 〜１４ａ3 を形成したものである。これら屈曲部１１ａ3 〜１４ａ3 は同一形状に形成されている。
この場合には、超音波振動の方向がいかなる方向であっても、全ての接続部１１ａ〜１４ａで歪み量がほぼ同一になるので、超音波振動の方向の選択性が向上する。また、歪み量がほぼ同一になるように、格別な配線設計を必要としない。
なお、屈曲部１１ａ3 〜１４ａ3 に代えてアーチ部としてもよい。
【００３１】
第５実施例〜第９実施例の場合には、配線１１，１３の幅寸法を一定にし、接続部に凸部や凹部を設けたり、屈曲あるいは湾曲させることで、歪み量をほぼ均等にしているので、配線間や接続部間のピッチを変更する必要がない。したがって、電子部品装置が大型化することがないという利点がある。
【００３２】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
本発明において、超音波振動の方向Ｘは一方向のみに限ることなく、ある程度の角度範囲でひねるような回転振動であってもよい。また、振動方向や周波数の異なる振動が合成されたものでもよい。
基板の材質は特に問わないが、樹脂基板を用い、かつ超音波振動を併用した熱圧着により接合する場合に、本発明は効果的である。なぜなら、樹脂基板の場合、超音波振動を併用した熱圧着を行うと、基板が変形するので、配線の歪み量が大きくなるからである。
本発明の電子部品装置は、電子部品素子として半導体チップを用いたものに限らず、抵抗素子、コンデンサ、圧電部品など如何なるチップ部品のフェースダウン実装にも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜５に記載の発明によれば、基板上に互いに異なる方向に形成された複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する場合に、超音波振動による配線の歪み量がほぼ同一になるように配線の形状を設定したので、超音波の伝達効率
がほぼ均等になり、全ての配線においてほぼ均等な接合状態を得ることができる。
そのため、不完全接合やクラックの発生を防止でき、信頼性の高い電子部品装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な電子部品装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の電子部品装置を接合する方法を示す斜視図である。
【図３】図１の電子部品装置に用いられる基板の斜視図である。
【図４】図１の電子部品装置において、超音波振動を与えた時の拡大図である。
【図５】本発明にかかる電子部品装置の一例の平面図である。
【図６】図５に示す電子部品装置の接合時の側面図である。
【図７】図５に示す電子部品装置に用いられる基板の平面図である。
【図８】図７に示す基板の部分拡大図である。
【図９】本発明にかかる基板の第２実施例の平面図である。
【図１０】本発明にかかる基板の第３実施例の平面図である。
【図１１】本発明にかかる基板の第４実施例の平面図である。
【図１２】本発明にかかる配線形状の第５実施例の平面図である。
【図１３】本発明にかかる配線形状の第６実施例の平面図である。
【図１４】本発明にかかる配線形状の第７実施例の平面図である。
【図１５】本発明にかかる配線形状の第８実施例の平面図である。
【図１６】本発明にかかる基板の第９実施例の平面図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 基板
１１〜１４，１６ 配線
１５ バンプ
２０ 電子部品
３０ ボンディングツール
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品を基板上にバンプを介して実装してなる電子部品装置の製造方法、特にフリップチップボンディング方法を用いて実装する電子部品装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップの電極部に形成されたバンプと、加熱ステージ上に配置された基板の配線パターンとを位置合わせし、チップの裏面にツールを介して圧力と超音波とを付加し、バンプと基板の配線パターンとを接合するフリップチップボンディング方法が提案されている（特開昭６３−２８８０３１号公報）。
【０００３】
図１は電子部品装置の一例を示し、図２はその接合方法、図３は基板を示している。
１は基板、２ａ，２ｂは配線、３はバンプ、４は電子部品である。
基板１には、配線２ａ，配線２ｂが縦横に形成され、バンプ３はこれら配線２ａ，２ｂの内側端部に予め形成されている。ボンディングツール５で電子部品４の上面を押圧し、かつ水平方向Ｘの超音波振動を与えることで、バンプ３を電子部品４の電極部に接合する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電子部品４の電極部と基板１の配線パターンとを一括して接合する関係で、どうしても超音波振動の方向Ｘに対して直交方向に延びる配線２ａと平行に延びる配線２ｂとが生じてしまう。特に、超音波振動の方向Ｘと直交方向に設けられた配線２ａでは、超音波振動による配線２ａの歪みが大きく、平行な配線２ｂと比較して接合が不完全になるという欠点があった。
【０００５】
図４の（ａ）は超音波振動の方向Ｘと直交方向に設けられた配線２ａに対して電子部品４を接合する状態を示し、（ｂ）は超音波振動の方向Ｘと平行に設けられた配線２ｂに対して電子部品４を接合する状態を示す。図４において、６は電子部品４の電極部である。
【０００６】
直交方向に設けられた配線２ａでは、超音波振動の方向Ｘに対する剛性が低いため、平行に設けられた配線２ｂに比較して、配線２ａの歪み量δが大きく、接合が不完全になる。
上記のように配線の方向によって接合性にばらつきがあると、早く接合する配線（または電極）とそうでない配線（または電極）とが混在してしまい、歪み量の大きな配線２ａが完全に接合するように超音波印加時間を長くした場合、早く接合した配線（または電極）２ｂからクラックが発生し始めるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、超音波振動による配線の歪み量のばらつきを抑え、すべての配線でほぼ均等な接合状態を得ることができる電子部品装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板に上記超音波振動の方向とのなす角度θが異なる複数の配線を形成し、かつ上記角度θが大きい方の配線を角度θが小さい方の配線より幅広に形成したことを特徴とする電子部品装置の製造方法を提供する。
【０００９】
例えば直交方向に延びる複数の配線上（または電子部品の電極上）にバンプを形成しておき、このバンプを対面する電極（または配線）に対して超音波振動を利用して接合する。
この場合、超音波振動の方向とのなす角度θが大きい配線と、角度θが小さい配線とが生じるが、本発明では超音波振動による配線の歪み量がほぼ同一になるように配線の形状を設定したので、超音波の伝達効率もほぼ均等になり、全ての配線においてほぼ均等な接合状態を得ることができる。そのため、不完全接合やクラックの発生を防止できる。
【００１０】
超音波振動による配線の歪み量をほぼ同一にするため、請求項１のように、基板に超音波振動の方向とのなす角度θが異なる複数の配線を形成し、上記角度θが大きい方の配線を角度θが小さい方の配線より幅広に形成するのがよい。
つまり、超音波振動の方向との角度θが大きい配線ほど、超音波振動による歪みが大きくなるので、角度θが大きい配線を幅広とすることで、歪み量を少なくし、全ての配線における接合性を均一化することができる。
【００１１】
請求項２のように、基板の少なくとも１本の配線を、電子部品の電極と接続される部位の近傍でＬ字形に屈曲させ、このＬ字形配線の電子部品の電極と接続される部位の幅Ｄ３を、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線の幅Ｄ２より狭くしてもよい。
すなわち、電子部品との接続部近傍でＬ字形に屈曲する配線とした場合には、配線の接続部の長さが短いので、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線に比べて超音波振動による歪みが相対的に小さい。そこで、Ｌ字形配線の接続部の幅Ｄ３を、超音波振動に対する剛性の低い４５°以上の配線の幅Ｄ２より狭くすることで、歪み量をほぼ同一に近づけることができる。
【００１２】
請求項３のように、基板の少なくとも１本の配線をＬ字形に屈曲させ、このＬ字形配線の電子部品の電極と接続される部位の長さＬを超音波振動が波及する範囲より長く設定してもよい。
すなわち、請求項４では、歪み量を同一にするための手段として、接続部の幅寸法を調整する方法に代えて、長さ寸法を調整する方法を用いている。つまり、電子部品との接合部近傍でＬ字形に屈曲するのではなく、接続部を超音波振動が波及する範囲より長く設定することで、他の接合部と同様な剛性を持つようにしたものである。
【００１３】
請求項４のように、基板に、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線と４５°未満の配線とを形成し、角度θが４５°未満の配線の電子部品の電極と接続される部位の近傍部に、角度θが変化する屈曲部あるいは湾曲部を形成するのが望ましい。
すなわち、角度θが４５°未満の配線は４５°以上の配線に比べて超音波振動に対する剛性が高いので、剛性の高い４５°未満の配線の接続部近傍に屈曲部あるいは湾曲部を形成することで、接続部近傍の剛性を低くしてある。そのため、歪み量の均一化を図り、接合状態をほぼ均一にできる。
【００１４】
請求項５のように、基板に互いに直交方向に延びる複数の配線を形成し、これら配線の電子部品の電極と接続される部位の近傍部のそれぞれに、１本の配線に対して４５°屈曲した部分を複数箇所形成してもよい。
すなわち、配線の幅を変更せず、配線の接続部の近傍部位を４５°ずつ複数箇所で屈曲させれば、超音波振動の方向に関係なく、全ての配線の歪み量を均一化させることが可能である。この場合には、配線の幅およびピッチをほぼ均一にで
きるので、電気的特性が変化せず、基板が大型化しないで済むという利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる電子部品装置の第１実施例を図５〜図８を用いて説明する。図５は電子部品装置の平面図、図６は電子部品装置の側面図、図７は基板の平面図、図８は基板の部分拡大図である。
【００１６】
基板１０Ａは、ガラスエポキシ樹脂、ＢＴレジンなどの樹脂基板、アルミナなどのセラミック基板、さらにはシリコンなどの結晶基板であり、この基板１０Ａ上に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されている。ここで、基板１０Ａの形状は特に限定されない。配線１１〜１４は、薄膜形成法あるいは厚膜形成法により形成され、その厚みは数μｍ〜数十μｍとするのが望ましいが、この限りではない。また、配線１１〜１４の接続部１１ａ〜１４ａ以外の部分は、レジスト等の絶縁物で覆われていてもよい。
【００１７】
配線１１〜１４の内側端部に設けられた接続部１１ａ〜１４ａには、めっき法、ワイヤボンディング法などを用いてバンプ１５が形成されている。これらバンプ１５は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕを主成分とする金属バンプや、はんだなどを用いることができる。
【００１８】
２０は半導体チップなどの電子部品であり、その下面にはバンプ１５に対応した位置に電極部（図示せず）が形成されている。電子部品２０の電極部は、バンプ１５に対して超音波振動を用いて一括して接合されている。
【００１９】
図８に示すように、接続部１１ａ，１２ａは、超音波振動の方向Ｘに対して平行に近い方向（θ1 ＜４５°）に形成された配線１１，１２に設けられており、接続部１３ａ，１４ａは超音波振動の方向Ｘに対して垂直に近い方向（θ2 ＞４５°）に形成された配線１３，１４に設けられている。
接続部を除く配線１１〜１４の幅Ｄ０はすべて同一に形成され、接続部１１ａ，１２ａの幅をＤ１、接続部１３ａ，１４ａの幅をＤ２とすると、超音波振動による接続部１１ａ〜１４ａの歪み量がほぼ同一になるように、次の関係に設定されている。
Ｄ０＝Ｄ１＜Ｄ２
上記のように設定する理由は、超音波振動とほぼ直交する配線１３，１４の接続部１３ａ，１４ａは、ほぼ平行な配線１１，１２の接続部１１ａ，１２ａに比べて振動方向Ｘに対する剛性が低いので、接続部１３ａ，１４ａの幅Ｄ２を接続部１１ａ，１２ａの幅Ｄ１より広くし、振動方向Ｘに対する剛性をほぼ等しくして超音波振動による配線の歪み量をほぼ同一にしたものである。
なお、幅広に形成された接続部１３ａ，１４ａの長さＬは、ボンディングツール３０による超音波振動が波及する範囲より長く設定されている。したがって、配線１３，１４全体が接続部１３ａ，１４ａと同様な幅Ｄ２で形成されていてもよい。
【００２０】
次に、電子部品２０を配線１１〜１４上にフリップチップボンディングする方法について、説明する。
まず、基板１０Ａの配線１１〜１４の接続部１１ａ〜１４ａにバンプ１５を形成する。
次に、電子部品２０の上面をボンディングツール３０によって吸着し、電子部品２０をピックアップして電極部とバンプ１５とを高精度に位置合わせする。
次に、電子部品２０の電極部とバンプ１５とを接触させ、ツール３０を介して基板１０Ａの表面に平行な方向Ｘとなるように超音波振動を与え、電極部とバンプ１５とを金属接合する。なお、接合に際して、基板１０Ａと電子部品２０との間に圧力を付加したり、加熱してもよい。
このとき、超音波振動Ｘに対して各接続部１１ａ〜１４ａの歪み量がほぼ等しくなるように、幅Ｄ１，Ｄ２が設定されているので、接続部１１ａ〜１４ａに設けられたバンプ１５の接合性のばらつきが少なく、ほぼ均等な接合強度を得ることができる。したがって、不完全接合や電極部にクラック等が発生するのを防止できる。
上記のように接合した後、接合信頼性を確保するため、電子部品２０と基板１０Ａの線膨張差を緩和し、かつ接合部を保護するための樹脂封止を、電子部品２０と基板１０Ａとの隙間に行ってもよい。
なお、バンプ１５は、基板１０Ａの配線１１〜１４に形成する場合に限らず、電子部品２０の電極上に形成しておき、このバンプを基板の配線に対して接合してもよい。
【００２１】
上記実施例では、配線１１，１２と振動方向Ｘとのなす角度θ1 を０＜θ1 ＜４５°とし、配線１３，１４と振動方向Ｘとのなす角度θ2 を４５°＜θ2 ＜９０°としたが、θ1 ＝０°、θ2 ＝９０°としてもよい。この場合には、接続部の幅Ｄ１とＤ２との差をより大きくすればよい。
また、θ1 ＝θ2 ＝４５°である場合には、接続部の幅Ｄ１とＤ２をほぼ等しくすればよい。
【００２２】
図９は本発明にかかる基板の第２実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｂは、その表面に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されており、その内、一本の配線１６が接続部近傍でＬ字形に折れ曲がった形状に形成されている点を除いて、図７に示す基板１０Ａと同様である。したがって、図７の基板１０Ａと同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
Ｌ字形の配線１６の接続部１６ａの幅Ｄ３は、振動方向Ｘとほぼ直角な配線１３，１４の接続部１３ａ，１４ａの幅Ｄ２に比べて狭く設定されている。
Ｄ３＜Ｄ２
Ｌ字形の配線１６の場合、接続部１６ａの長さが短く、しかも配線部１６ｂの方向が振動方向Ｘに対してほぼ平行であるため、配線部１６ｂが接続部１６ａの歪みを抑制する働きをし、接続部１６ａの幅Ｄ３が接続部１３ａの幅Ｄ２より狭くても、接続部１３ａと同様な剛性を持つことができるからである。
【００２３】
なお、接続部１６ａの幅Ｄ３を接続部１１ａの幅Ｄ１より小さくすると、接続部１６ａの歪み量が大きくなり過ぎるので、振動方向Ｘとほぼ平行な配線１１，１２の接続部１１ａ，１２ａの幅Ｄ１に比べて広くするのが望ましい。すなわち、次のような設定にすることで、全ての接続部１１ａ〜１６ａの歪み量をほぼ均等にできる。
Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２
なお、配線部１６ｂの幅Ｄ４は、他の配線の幅Ｄ０と同等であってもよいし、これより幅狭あるいは幅広であってもよい。
【００２４】
図１０は本発明にかかる基板の第３実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｃも、その表面に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されており、その内、一本の配線１６が接続部近傍でＬ字形に折れ曲がった形状に形成されている点を除いて、図７に示す基板１０Ａと同様である。したがって、図７の基板１０Ａと同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、超音波振動の方向Ｘが配線１１〜１４に対してほぼ４５°の方向にある。したがって、接続部１１ａ〜１４ａは全て同一幅Ｄ５に設定されている。また、Ｌ字形の配線１６の接続部１６ａの幅Ｄ６は他の配線の接続部１１ａ〜１４ａに比べて幅狭に形成されている。
Ｄ６＜Ｄ５
その理由は、Ｌ字形配線１６の接続部１６ａと配線部１６ｂが直角方向に形成されているため、超音波振動に対して最も変形しにくく（剛性が高く）、そのため、配線１６の接続部１６ａが他の配線の接続部より歪み量が少なくなる。したがって、歪み量をほぼ均等にするため、接続部１６ａの幅Ｄ６を他の接続部より幅狭としたものである。
なお、この実施例では、配線１１〜１４の接続部１１ａ〜１４ａを他の部分に比べて幅広としたが、同一幅としてもよいことは勿論である。
【００２５】
図１１は本発明にかかる基板の第４実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｄも、その表面に互いに直交方向に延びる複数の配線１１〜１４が形成されており、その内、一本の配線１６が接続部近傍でＬ字形に折れ曲がった形状に形成されている点を除いて、図７に示す基板１０Ａと同様である。
この実施例では、超音波振動の方向Ｘが配線１１〜１４に対してほぼ４５°の方向にある。したがって、接続部１１ａ〜１４ａ，１６ａは全て同一幅Ｄ７に設定されている。この場合、接続部１１ａ〜１４ａ，１６ａの歪み量がほぼ同一になるように、接続部１６ａの長さＬは、ボンディングツール３０による超音波振動が波及する範囲より長く設定されている。
その理由は、Ｌ字形配線１６の接続部１６ａと配線部１６ｂが直角方向に形成されているため、電子部品との接合部近傍でＬ字形に屈曲すると超音波振動に対して最も変形しにくく（剛性が高く）、そのため配線１６の接続部１６ａが他の配線の接続部より歪み量が小さくなる。したがって、接続部１６ａの長さＬを超音波振動の波及する範囲より長く設定することにより、他の接合部と同様な剛性を持つことができるからである。
【００２６】
図１２は本発明にかかる配線形状の第５実施例を示す。
この実施例では、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａの側部に矩形の凹部１１ｂを形成し、歪み量が大きい接続部１３ａの側部に矩形の凸部１３ｂを形成したものである。また、Ｌ字形に折れ曲がった配線１６の接続部１６ａは、歪み量が接続部１１ａに比べて大きいが、接続部１３ａに比べて小さいので、少ない数または小さな凸部１６ｃを形成したものである。
【００２７】
図１３は本発明にかかる配線形状の第６実施例を示す。
この実施例では、図１２と同様に、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａの側部にはＶ字形の凹部１１ｂを形成し、歪み量が大きい接続部１３ａの側部には山形あるいは半円状の凸部１３ｂを形成したものである。
歪み量に応じて、凹部１１ｂや凸部１３ｂの形状、大きさ、数を任意に変更できる。
【００２８】
図１４は本発明にかかる配線形状の第７実施例を示す。
この実施例では、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａをＶ字形に屈曲させたものである。すなわち、接続部１１ａを屈曲させることで、振動方向Ｘに対して角度を持つ部分１１ａ1 を形成し、この部分１１ａ1 で歪み量を大きくすることで、接続部１３ａの歪み量とほぼ均等化させたものである。
【００２９】
図１５は本発明にかかる配線形状の第８実施例を示す。
この実施例も第６実施例と同様に、超音波振動による配線１１，１３の接続部１１ａ，１３ａの歪み量をほぼ同一にするため、歪み量が小さい接続部１１ａをアーチ状に湾曲させたものである。すなわち、接続部１１ａを湾曲させることで、振動方向Ｘに対して角度を持つ部分１１ａ2 を形成し、この部分１１ａ2 で歪み量を大きくすることで、接続部１３ａの歪み量とほぼ均等化させたものである。
【００３０】
図１６は本発明にかかる基板の第９実施例を示す。
この実施例の基板１０Ｅは、配線１１〜１４および接続部１１ａ〜１４ａの幅を同一とし、接続部１１ａ〜１４ａに４５°ずつ屈曲した複数の部分１１ａ3 〜１４ａ3 を形成したものである。これら屈曲部１１ａ3 〜１４ａ3 は同一形状に形成されている。
この場合には、超音波振動の方向がいかなる方向であっても、全ての接続部１１ａ〜１４ａで歪み量がほぼ同一になるので、超音波振動の方向の選択性が向上する。また、歪み量がほぼ同一になるように、格別な配線設計を必要としない。
なお、屈曲部１１ａ3 〜１４ａ3 に代えてアーチ部としてもよい。
【００３１】
第５実施例〜第９実施例の場合には、配線１１，１３の幅寸法を一定にし、接続部に凸部や凹部を設けたり、屈曲あるいは湾曲させることで、歪み量をほぼ均等にしているので、配線間や接続部間のピッチを変更する必要がない。したがって、電子部品装置が大型化することがないという利点がある。
【００３２】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
本発明において、超音波振動の方向Ｘは一方向のみに限ることなく、ある程度の角度範囲でひねるような回転振動であってもよい。また、振動方向や周波数の異なる振動が合成されたものでもよい。
基板の材質は特に問わないが、樹脂基板を用い、かつ超音波振動を併用した熱圧着により接合する場合に、本発明は効果的である。なぜなら、樹脂基板の場合、超音波振動を併用した熱圧着を行うと、基板が変形するので、配線の歪み量が大きくなるからである。
本発明の電子部品装置は、電子部品素子として半導体チップを用いたものに限らず、抵抗素子、コンデンサ、圧電部品など如何なるチップ部品のフェースダウン実装にも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜５に記載の発明によれば、基板上に互いに異なる方向に形成された複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する場合に、超音波振動による配線の歪み量がほぼ同一になるように配線の形状を設定したので、超音波の伝達効率
がほぼ均等になり、全ての配線においてほぼ均等な接合状態を得ることができる。
そのため、不完全接合やクラックの発生を防止でき、信頼性の高い電子部品装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な電子部品装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の電子部品装置を接合する方法を示す斜視図である。
【図３】図１の電子部品装置に用いられる基板の斜視図である。
【図４】図１の電子部品装置において、超音波振動を与えた時の拡大図である。
【図５】本発明にかかる電子部品装置の一例の平面図である。
【図６】図５に示す電子部品装置の接合時の側面図である。
【図７】図５に示す電子部品装置に用いられる基板の平面図である。
【図８】図７に示す基板の部分拡大図である。
【図９】本発明にかかる基板の第２実施例の平面図である。
【図１０】本発明にかかる基板の第３実施例の平面図である。
【図１１】本発明にかかる基板の第４実施例の平面図である。
【図１２】本発明にかかる配線形状の第５実施例の平面図である。
【図１３】本発明にかかる配線形状の第６実施例の平面図である。
【図１４】本発明にかかる配線形状の第７実施例の平面図である。
【図１５】本発明にかかる配線形状の第８実施例の平面図である。
【図１６】本発明にかかる基板の第９実施例の平面図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 基板
１１〜１４，１６ 配線
１５ バンプ
２０ 電子部品
３０ ボンディングツール
Claims (5)
- 基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、
上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板に上記超音波振動の方向とのなす角度θが異なる複数の配線を形成し、かつ上記角度θが大きい方の配線を角度θが小さい方の配線より幅広に形成したことを特徴とする電子部品装置の製造方法。 - 基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、
上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板の少なくとも１本の配線を、電子部品の電極と接続される部位の近傍でＬ字形に屈曲させ、上記Ｌ字形配線の電子部品の電極と接続される部位の幅Ｄ３を、超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線の幅Ｄ２より狭くしたことを特徴とする電子部品装置の製造方法。 - 基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、
上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板の少なくとも１本の配線をＬ字形に屈曲させ、このＬ字形配線の電子部品の電極と接続される部位の長さＬを超音波振動が波及する範囲より長く設定したことを特徴とする電子部品装置の製造方法。 - 基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、
上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板に、
上記超音波振動の方向とのなす角度θが４５°以上の配線と４５°未満の配線とを形成し、上記角度θが４５°未満の配線の電子部品の電極と接続される部位の近傍部に、上記角度θが変化する屈曲部あるいは湾曲部を形成したことを特徴とする電子部品装置の製造方法。 - 基板上に互いに異なる方向に複数の配線を形成し、当該複数の配線に対し、電子部品の複数の電極をバンプを介して超音波振動を用いて一括して接合する電子部品装置の製造方法において、
上記超音波振動による上記配線の歪み量がほぼ同一になるように、上記基板に互いに直交方向に延びる複数の配線を形成し、これら配線の電子部品の電極と接続される部位の近傍部のそれぞれに、１本の配線に対して４５°屈曲した部分を複数箇所形成したことを特徴とする電子部品装置の製造方法。
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