JP3646056B2 - フリップチップ実装方法 - Google Patents
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- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ構造の接続手段を有するＩＣチップ（以下、フリップチップと記す）をプリント配線板に装着するフリップチップ実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップ実装方法の一つに、フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに押圧して電気的に接続し、フリップチップとプリント配線板を非導電性の樹脂で固着して電気接続を保持する方法が知られている。
【０００３】
詳しくは、フリップチップをプリント配線板に載置し、フリップチップの電極に形成されたＡｕバンプとプリント配線板のＡｕめっきの施された導体パッドの位置合わせを行なう。然るのちフリップチップを押圧し前記バンプと導体パッドとの電気的な接続を得る。
【０００４】
プリント配線板のフリップチップを載置する部分には、予め熱硬化型或いは紫外線硬化型の非導電性樹脂を塗布しておく。フリップチップの押圧と同時に加熱若しくは紫外線を照射して非導電性樹脂を硬化させ、この硬化によってフリップチップとプリント配線板を固着しバンプと導体パッドの電気接続を保持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した熱硬化型非導電性接着剤（以下、接着剤と記す）によりフリップチップとプリント配線板とを固着し電気接続する従来工法の信頼性において問題になるのが接着剤に巻き込まれた気泡である。気泡の巻き込みは、接着剤をプリント配線板に塗布する際に生じ、フリップチップを接着剤の塗布されたプリント配線板に載置する時に生じ、また接着剤自体にも内在する。
【０００６】
そして前記接着剤は、その内部に気泡巻き込み、閉じ込めて硬化される。この気泡は、リフローなどの後工程において急激な加熱環境に曝されると、内部に含まれる水分が水蒸気になり内部の圧力が高まり膨張する。
【０００７】
この為、フリップチップとプリント配線板の固着面にクラックが生じ、所謂リフロークラック（ポップコーンクラックとも云う）の原因ともなり、フリップチップとプリント配線板の電気接続を不安定なものにし、さらにはフリップチップとプリント配線板の固着を脆弱なものにする。
なお、鉛フリーはんだ用にリフロー温度を従来より高く設定するとこの問題は顕著になる。
【０００８】
本発明は、上記課題の解決を目的として為されたもので、熱硬化型非導電性の接着剤を用いたフリップチップとプリント配線板の接続において、気泡を含んだ接着剤よって損なわれる接続の信頼性を改善するフリップチップ実装方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明になるフリップチップ実装方法は、バンプ構造の接続手段を有するＩＣチップを熱硬化型非導電性接着剤を塗布したプリント配線板に載置し、該接着剤を加熱して該ＩＣチップと該プリント配線板を固着し電気接続するフリップチップ実装方法において、
該ＩＣチップと、該接着剤のガラス転移温度より高いガラス転移温度を有する樹脂によって形成した最外層と該最外層の表面に該ＩＣチップを装着するＡｕめっきを施した導体パッドを備えたプリント配線板とを用いるフリップチップ実装方法であって、
該ＩＣチップを該接着剤の塗布された該プリント配線板に載置し、該ＩＣチップのＡｕバンプと該プリント配線板の導体パッドとを位置合わせして該ＩＣチップを押下し、該Ａｕバンプが該接着剤を押し退けて該プリント配線板の導体パッドと接触した後、該プリント配線板最外層のガラス転移温度より高く且つ復元力を失わない温度範囲で該プリント配線板と該接着剤を加熱し、押圧を受けた該ＩＣチップのＡｕバンプ全体が加熱によって軟化した該プリント配線板最外層の樹脂の中に沈み込み、該ＩＣチップ上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面と該プリント配線板最外層の表面が接するまで該ＩＣチップを押下し、然るのち該プリント配線板と該接着剤を常温に冷却することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１乃至図２を用いて説明する。
図１は、本発明によるフリップチップ実装体の断面の様態を、実施の手順に従って模式的に示したものであり同図において、１はプリント配線板、１１はプリント配線板１のベース基板、１１１はベース基板１１の表面に形成された配線パターン、１２はプリント配線板１の最外層、１２１は最外層１２の表面に形成された導体パッドでありＡｕめっきが施されている。
同様に同図において、２はフリップチップ、２１はフリップチップ２のＡｕバンプ、３は熱硬化型非導電性接着剤（以下、接着剤３と記す）である。
【００１１】
図２は、実施手順の要部を示した流れ図であり、図１を参照しながら図２に示す手順に従って記述を進める。
【００１２】
第１の手順（図１−ａ及び図２−手順１）で、プリント配線板１を用意する。プリント配線板１は、ベース基板１１とベース基板１１の上面に最外層１２を重ねた層構成を成している。さらに最外層１２は、ガラス転移温度が接着剤３（図１−ｂ）のガラス転移温度より高く、接着剤３のガラス転移温度を超えてもゴム弾性を失わない樹脂を材料としている。
【００１３】
最外層１２は、表面にフリップチップ２（図１−ｃ）のＡｕバンプ２１と電気接続を得る為の導体パッド１２１を備えている。
この最外層１２の形成方法には、紫外線硬化型のソルダレジスト（エポキシアクリレート又はウレタンアクリレート等）をベース基板１１の表面に塗布する方法、若しくは感光性樹脂をキャリアフィルムと保護フィルムで挟んだ３層のドライフィルムを用いて、キャリアフィルムを剥がしながら、加熱圧着ロールでベース基板１１の表面に熱圧着する公知の方法があり、何れの方法であってもよい。
【００１４】
最外層１２の層厚の設定は（図１−ｄ参照）、先ず、当該フリップチップ実装体に規定された電圧における絶縁と電気的な干渉に問題のない最外層１２樹脂の厚みｔＶを求める（１５乃至３０μｍが一般的）。次に、後述するフリップチップ２の押下によって最外層１２樹脂の中に沈み込む、Ａｕバンプ２１の高さｔＢ（２０乃至４０μｍが一般的）と導体パッド１２１の厚さｔＰ（５乃至３０μｍが一般的）を前記の厚みに加える。最後に、前記の結果にベース基板１１表面の配線パターン１１１の厚さｔＣ（５乃至３０μｍが一般的）を加算し設定する。本実施例による最外層１２の厚みは、概ね４５乃至１３０μｍを一般的な値としている。
【００１５】
本実施例の最外層１２には、表面に導体パッド１２１だけを形成しているが、配線パターンを内面に形成した複数の層であってもよい。
なおプリント配線板１の形成方法については、通常の多層プリント配線板の製法を用いるものであり、記述を省略する。
【００１６】
第２の手順（図１−ｂ及び図２−手順２）で、プリント配線板１最外層１２表面のフリップチップ２を装着する部位に接着剤３を供給する。接着剤３の供給方法は、ディスペンサを用いて適量を塗布してもよく、また印刷による方法でもよい。
【００１７】
第３の手順（図１−ｃ及び図２−手順３）で、フリップチップ２をプリント配線板１最外層１２表面の所定の位置に載置する。この載置に際して、フリップチップ２のＡｕバンプ２１と最外層１２の導体パッド１２１との位置合わせを行なうことは述べるまでもない。
【００１８】
第４の手順（図２−手順４）で、載置したフリップチップ２を押下し、押圧力を保持する。
この押圧力によってＡｕバンプ２１は、接着剤３を押し退けて導体パッド１２１と接触する。複数のＡｕバンプの中に高さが低く導体パッドと接触しないＡｕバンプが有っても、高さの高いＡｕバンプは押し潰されるため、全てのＡｕバンプと導体パッドとが接触するレベル調整が行なわれる。
【００１９】
第５の手順（図１−ｄ及び図２−手順５）で、前記の押圧力を保持したままフリップチップ２とプリント配線板１の全体を加熱し接着剤３を硬化させる。
この加熱温度は、接着剤３が硬化する温度に達し、最外層１２が軟化するガラス転移温度よりも高く、且つ最外層１２の樹脂が復元力を失う温度より低い。
【００２０】
接着剤３が硬化するまでの間の押圧と加熱により、Ａｕバンプ２１は接触している導体パッド１２１と共に加熱によって軟化した最外層１２の樹脂の中に沈み込む。この沈み込みの深さは、前記のとおりＡｕバンプ２１の高さに等しいものに設定されている。
【００２１】
沈み込んだＡｕバンプ２１が接触している導体パッド１２１を押し下げるため、導体パッド１２１とベース基板１１表面の配線パターン１１１との間隔ｔＶ（図１−ｄ）は狭まるが、最外層１２の層厚を適切な値にすることにより、絶縁耐圧を満足し電気的な干渉に問題のない前記両者の間隔ｔＶを保持することができる。
【００２２】
上述したように、沈み込みの深さは、Ａｕバンプ２１の高さに等しい値に設定してあるので、フリップチップ２のＡｕバンプ２１は最外層１２の中に完全に没し、フリップチップ２上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面が最外層１２の表面と接することになる。これによりフリップチップ２上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面と最外層１２の間隙にある接着剤３は押し出され、同時に接着剤３に巻き込まれている気泡も排出される。
【００２３】
第６の手順（図２−手順６）で、第４の手順で示した押圧力を保持したままフリップチップ２とプリント配線板１による実装体を常温に冷却する。この冷却によりフリップチップ２とプリント配線板１の位置は固定される。然る後、第４の手順による押圧を取り除く。
Ａｕバンプ２１と導体パッド１２１の周辺にまとい付く気泡の排除によって、前記両者の電気接続は安定し、フリップチップ２とプリント配線板１との固着は強固になる。
【００２４】
最外層１２の樹脂は、押圧を除去しても導体パッド１２１が最外層１２の中に沈み込んだ量だけ圧縮しているため、この沈み込み量が反発力として導体パッド１２１を押し上げる作用をし、導体パッド１２１とＡｕバンプ２１との接触圧が常に発生し良好な電気接続が保持される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、フリップチップのＡｕバンプ全体をプリント配線板最外層の中に沈み込ませて、フリップチップとプリント配線板とを接着剤で固着し、フリップチップ２上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面とプリント配線板の最外層表面との固着面から気泡を排出するものである。このため、気泡に起因する不安定な電気接続と脆弱な固着を改善することができる。さらに、導体パッドとＡｕバンプには常に接触圧が加えられているため安定した電気接続が維持され、前記の改善効果と併せてフリップチップ実装方法における接続の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態を示し、実装方法の要部を手順に従って模式的に示した断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施の形態を示し、実装手順の要部を示した流れ図である。
【符号の説明】
１ プリント配線板
１１ ベース基板
１１１ 配線パターン
１２ 最外層
１２１ 導体パッド
２ フリップチップ
２１ Ａｕバンプ
３ 熱硬化型非導電性接着剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ構造の接続手段を有するＩＣチップ（以下、フリップチップと記す）をプリント配線板に装着するフリップチップ実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップ実装方法の一つに、フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに押圧して電気的に接続し、フリップチップとプリント配線板を非導電性の樹脂で固着して電気接続を保持する方法が知られている。
【０００３】
詳しくは、フリップチップをプリント配線板に載置し、フリップチップの電極に形成されたＡｕバンプとプリント配線板のＡｕめっきの施された導体パッドの位置合わせを行なう。然るのちフリップチップを押圧し前記バンプと導体パッドとの電気的な接続を得る。
【０００４】
プリント配線板のフリップチップを載置する部分には、予め熱硬化型或いは紫外線硬化型の非導電性樹脂を塗布しておく。フリップチップの押圧と同時に加熱若しくは紫外線を照射して非導電性樹脂を硬化させ、この硬化によってフリップチップとプリント配線板を固着しバンプと導体パッドの電気接続を保持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した熱硬化型非導電性接着剤（以下、接着剤と記す）によりフリップチップとプリント配線板とを固着し電気接続する従来工法の信頼性において問題になるのが接着剤に巻き込まれた気泡である。気泡の巻き込みは、接着剤をプリント配線板に塗布する際に生じ、フリップチップを接着剤の塗布されたプリント配線板に載置する時に生じ、また接着剤自体にも内在する。
【０００６】
そして前記接着剤は、その内部に気泡巻き込み、閉じ込めて硬化される。この気泡は、リフローなどの後工程において急激な加熱環境に曝されると、内部に含まれる水分が水蒸気になり内部の圧力が高まり膨張する。
【０００７】
この為、フリップチップとプリント配線板の固着面にクラックが生じ、所謂リフロークラック（ポップコーンクラックとも云う）の原因ともなり、フリップチップとプリント配線板の電気接続を不安定なものにし、さらにはフリップチップとプリント配線板の固着を脆弱なものにする。
なお、鉛フリーはんだ用にリフロー温度を従来より高く設定するとこの問題は顕著になる。
【０００８】
本発明は、上記課題の解決を目的として為されたもので、熱硬化型非導電性の接着剤を用いたフリップチップとプリント配線板の接続において、気泡を含んだ接着剤よって損なわれる接続の信頼性を改善するフリップチップ実装方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明になるフリップチップ実装方法は、バンプ構造の接続手段を有するＩＣチップを熱硬化型非導電性接着剤を塗布したプリント配線板に載置し、該接着剤を加熱して該ＩＣチップと該プリント配線板を固着し電気接続するフリップチップ実装方法において、
該ＩＣチップと、該接着剤のガラス転移温度より高いガラス転移温度を有する樹脂によって形成した最外層と該最外層の表面に該ＩＣチップを装着するＡｕめっきを施した導体パッドを備えたプリント配線板とを用いるフリップチップ実装方法であって、
該ＩＣチップを該接着剤の塗布された該プリント配線板に載置し、該ＩＣチップのＡｕバンプと該プリント配線板の導体パッドとを位置合わせして該ＩＣチップを押下し、該Ａｕバンプが該接着剤を押し退けて該プリント配線板の導体パッドと接触した後、該プリント配線板最外層のガラス転移温度より高く且つ復元力を失わない温度範囲で該プリント配線板と該接着剤を加熱し、押圧を受けた該ＩＣチップのＡｕバンプ全体が加熱によって軟化した該プリント配線板最外層の樹脂の中に沈み込み、該ＩＣチップ上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面と該プリント配線板最外層の表面が接するまで該ＩＣチップを押下し、然るのち該プリント配線板と該接着剤を常温に冷却することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１乃至図２を用いて説明する。
図１は、本発明によるフリップチップ実装体の断面の様態を、実施の手順に従って模式的に示したものであり同図において、１はプリント配線板、１１はプリント配線板１のベース基板、１１１はベース基板１１の表面に形成された配線パターン、１２はプリント配線板１の最外層、１２１は最外層１２の表面に形成された導体パッドでありＡｕめっきが施されている。
同様に同図において、２はフリップチップ、２１はフリップチップ２のＡｕバンプ、３は熱硬化型非導電性接着剤（以下、接着剤３と記す）である。
【００１１】
図２は、実施手順の要部を示した流れ図であり、図１を参照しながら図２に示す手順に従って記述を進める。
【００１２】
第１の手順（図１−ａ及び図２−手順１）で、プリント配線板１を用意する。プリント配線板１は、ベース基板１１とベース基板１１の上面に最外層１２を重ねた層構成を成している。さらに最外層１２は、ガラス転移温度が接着剤３（図１−ｂ）のガラス転移温度より高く、接着剤３のガラス転移温度を超えてもゴム弾性を失わない樹脂を材料としている。
【００１３】
最外層１２は、表面にフリップチップ２（図１−ｃ）のＡｕバンプ２１と電気接続を得る為の導体パッド１２１を備えている。
この最外層１２の形成方法には、紫外線硬化型のソルダレジスト（エポキシアクリレート又はウレタンアクリレート等）をベース基板１１の表面に塗布する方法、若しくは感光性樹脂をキャリアフィルムと保護フィルムで挟んだ３層のドライフィルムを用いて、キャリアフィルムを剥がしながら、加熱圧着ロールでベース基板１１の表面に熱圧着する公知の方法があり、何れの方法であってもよい。
【００１４】
最外層１２の層厚の設定は（図１−ｄ参照）、先ず、当該フリップチップ実装体に規定された電圧における絶縁と電気的な干渉に問題のない最外層１２樹脂の厚みｔＶを求める（１５乃至３０μｍが一般的）。次に、後述するフリップチップ２の押下によって最外層１２樹脂の中に沈み込む、Ａｕバンプ２１の高さｔＢ（２０乃至４０μｍが一般的）と導体パッド１２１の厚さｔＰ（５乃至３０μｍが一般的）を前記の厚みに加える。最後に、前記の結果にベース基板１１表面の配線パターン１１１の厚さｔＣ（５乃至３０μｍが一般的）を加算し設定する。本実施例による最外層１２の厚みは、概ね４５乃至１３０μｍを一般的な値としている。
【００１５】
本実施例の最外層１２には、表面に導体パッド１２１だけを形成しているが、配線パターンを内面に形成した複数の層であってもよい。
なおプリント配線板１の形成方法については、通常の多層プリント配線板の製法を用いるものであり、記述を省略する。
【００１６】
第２の手順（図１−ｂ及び図２−手順２）で、プリント配線板１最外層１２表面のフリップチップ２を装着する部位に接着剤３を供給する。接着剤３の供給方法は、ディスペンサを用いて適量を塗布してもよく、また印刷による方法でもよい。
【００１７】
第３の手順（図１−ｃ及び図２−手順３）で、フリップチップ２をプリント配線板１最外層１２表面の所定の位置に載置する。この載置に際して、フリップチップ２のＡｕバンプ２１と最外層１２の導体パッド１２１との位置合わせを行なうことは述べるまでもない。
【００１８】
第４の手順（図２−手順４）で、載置したフリップチップ２を押下し、押圧力を保持する。
この押圧力によってＡｕバンプ２１は、接着剤３を押し退けて導体パッド１２１と接触する。複数のＡｕバンプの中に高さが低く導体パッドと接触しないＡｕバンプが有っても、高さの高いＡｕバンプは押し潰されるため、全てのＡｕバンプと導体パッドとが接触するレベル調整が行なわれる。
【００１９】
第５の手順（図１−ｄ及び図２−手順５）で、前記の押圧力を保持したままフリップチップ２とプリント配線板１の全体を加熱し接着剤３を硬化させる。
この加熱温度は、接着剤３が硬化する温度に達し、最外層１２が軟化するガラス転移温度よりも高く、且つ最外層１２の樹脂が復元力を失う温度より低い。
【００２０】
接着剤３が硬化するまでの間の押圧と加熱により、Ａｕバンプ２１は接触している導体パッド１２１と共に加熱によって軟化した最外層１２の樹脂の中に沈み込む。この沈み込みの深さは、前記のとおりＡｕバンプ２１の高さに等しいものに設定されている。
【００２１】
沈み込んだＡｕバンプ２１が接触している導体パッド１２１を押し下げるため、導体パッド１２１とベース基板１１表面の配線パターン１１１との間隔ｔＶ（図１−ｄ）は狭まるが、最外層１２の層厚を適切な値にすることにより、絶縁耐圧を満足し電気的な干渉に問題のない前記両者の間隔ｔＶを保持することができる。
【００２２】
上述したように、沈み込みの深さは、Ａｕバンプ２１の高さに等しい値に設定してあるので、フリップチップ２のＡｕバンプ２１は最外層１２の中に完全に没し、フリップチップ２上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面が最外層１２の表面と接することになる。これによりフリップチップ２上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面と最外層１２の間隙にある接着剤３は押し出され、同時に接着剤３に巻き込まれている気泡も排出される。
【００２３】
第６の手順（図２−手順６）で、第４の手順で示した押圧力を保持したままフリップチップ２とプリント配線板１による実装体を常温に冷却する。この冷却によりフリップチップ２とプリント配線板１の位置は固定される。然る後、第４の手順による押圧を取り除く。
Ａｕバンプ２１と導体パッド１２１の周辺にまとい付く気泡の排除によって、前記両者の電気接続は安定し、フリップチップ２とプリント配線板１との固着は強固になる。
【００２４】
最外層１２の樹脂は、押圧を除去しても導体パッド１２１が最外層１２の中に沈み込んだ量だけ圧縮しているため、この沈み込み量が反発力として導体パッド１２１を押し上げる作用をし、導体パッド１２１とＡｕバンプ２１との接触圧が常に発生し良好な電気接続が保持される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、フリップチップのＡｕバンプ全体をプリント配線板最外層の中に沈み込ませて、フリップチップとプリント配線板とを接着剤で固着し、フリップチップ２上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面とプリント配線板の最外層表面との固着面から気泡を排出するものである。このため、気泡に起因する不安定な電気接続と脆弱な固着を改善することができる。さらに、導体パッドとＡｕバンプには常に接触圧が加えられているため安定した電気接続が維持され、前記の改善効果と併せてフリップチップ実装方法における接続の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態を示し、実装方法の要部を手順に従って模式的に示した断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施の形態を示し、実装手順の要部を示した流れ図である。
【符号の説明】
１ プリント配線板
１１ ベース基板
１１１ 配線パターン
１２ 最外層
１２１ 導体パッド
２ フリップチップ
２１ Ａｕバンプ
３ 熱硬化型非導電性接着剤
Claims (1)
- バンプ構造の接続手段を有するＩＣチップを熱硬化型非導電性接着剤を塗布したプリント配線板に載置し、該接着剤を加熱して該ＩＣチップと該プリント配線板を固着し電気接続するフリップチップ実装方法において、
該ＩＣチップと、該接着剤のガラス転移温度より高いガラス転移温度を有する樹脂によって形成した最外層と該最外層の表面に該ＩＣチップを装着するＡｕめっきを施した導体パッドを備えたプリント配線板とを用いるフリップチップ実装方法であって、
該ＩＣチップを該接着剤の塗布された該プリント配線板に載置し、該ＩＣチップのＡｕバンプと該プリント配線板の導体パッドとを位置合わせして該ＩＣチップを押下し、該Ａｕバンプが該接着剤を押し退けて該プリント配線板の導体パッドと接触した後、該プリント配線板最外層のガラス転移温度より高く且つ復元力を失わない温度範囲で該プリント配線板と該接着剤を加熱し、押圧を受けた該ＩＣチップのＡｕバンプ全体が加熱によって軟化した該プリント配線板最外層の樹脂の中に沈み込み、該ＩＣチップ上に形成されているＡｕバンプが接合されている電極面と該プリント配線板最外層の表面が接するまで該ＩＣチップを押下し、
然るのち該プリント配線板と該接着剤を常温に冷却することを特徴とするフリップチップ実装方法。
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