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JP3921459B2 - 電気部品の実装方法及び実装装置 - Google Patents

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JP3921459B2
JP3921459B2 JP2003195684A JP2003195684A JP3921459B2 JP 3921459 B2 JP3921459 B2 JP 3921459B2 JP 2003195684 A JP2003195684 A JP 2003195684A JP 2003195684 A JP2003195684 A JP 2003195684A JP 3921459 B2 JP3921459 B2 JP 3921459B2
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孝 ▲松▼村
尚 安藤
士行 蟹澤
保博 須賀
憲明 工藤
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Sony Chemical and Information Device Corp
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体チップ等の電気部品を配線基板上に実装する技術に関し、特に接着剤を用いて電気部品を実装する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線板等の配線基板上にベアチップを直接実装する方法として、バインダ中に導電粒子を分散させた異方導電性接着フィルムを用いる方法が知られている。
【０００３】
異方導電性接着フィルムを用いた実装方法では、異方導電性接着フィルムを貼り付けた基板上にＩＣチップを搭載した後に、セラミックや金属製等の平坦な圧着ヘッドでＩＣチップを加圧・加熱して異方導電性接着フィルムを硬化させて熱圧着実装を行う。
【０００４】
このような金属等の圧着ヘッドを用いて加圧・加熱を行う方法の場合、熱圧着の際にＩＣチップの周囲の接着剤のフィレット部に対して加熱が不足し、接続信頼性の低下の原因になっており、また複数のＩＣチップの実装が困難であるという問題もある。
【０００５】
そこで、近年、これらの問題を解決するため、シリコーンゴム等の弾性体からなる熱圧着ヘッドを用いてＩＣチップの熱圧着を行う技術が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−７９６１１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−３５９２６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術においては、ＩＣチップと基板の接続部分であるバンプとパターン間の加圧力が不足するため十分な接続が行うことができず、初期導通抵抗及びエージング後の接続信頼性を十分に確保することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、接着剤を用いて高信頼性の電気部品の実装が可能な実装方法及び実装装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、接着剤を用いて電気部品を配線基板上に熱圧着する工程を有する電気部品の実装方法であって、当該熱圧着の際、ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーからなる圧着部を用い、前記電気部品の頂部領域を前記配線基板に対して所定の圧力で押圧する一方、前記電気部品の側部領域を前記頂部領域に対する圧力より小さい圧力で押圧するものである。
なお、本発明において「電気部品」の「側部領域」とは、ＩＣチップ等の電気部品自体の側部及び電気部品の周囲の例えば接着剤の部分をいうものとする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、当該熱圧着の際、前記電気部品側を所定温度で加熱するとともに、前記配線基板側を前記所定温度より高い温度で加熱するものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、当該熱圧着の際、前記接着剤を、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ以上１．０×１０5ｍＰａ・ｓ以下となるように加熱するものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記接着剤として、結着樹脂中に導電粒子が分散された異方導電性接着フィルムを用いるものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発明において、前記電気部品の頂部領域と側部領域とを同時に押圧するものである。
請求項６記載の発明は、ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーからなる圧着部を有する熱圧着ヘッドを備え、配線基板上に配置された電気部品に対して前記圧着部を所定の圧力で押圧するように構成されている実装装置である。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記圧着部の厚さが、当該電気部品の厚さと同等以上であるものである。
請求項８記載の発明は、請求項６又は７のいずれか１項記載の発明において、前記圧着部の大きさが、当該電気部品より大きいものである。
請求項９記載の発明は、請求項６乃至８のいずれか１項記載の発明において、前記圧着部の大きさが、複数の電気部品を配置した面積より大きいものである。
請求項１０記載の発明は、請求項７乃至９のいずれか１項記載の発明において、当該配線基板を支持する基台を有し、前記基台にヒーターが設けられているものである。
【００１１】
本発明方法においては、熱圧着の際、電気部品の頂部領域を配線基板に対して所定の圧力で押圧する一方、電気部品の側部領域を頂部領域に対する圧力より小さい圧力で押圧するようにしたことから、電気部品と配線基板の接続部分に対して十分な圧力を加えることができる一方で、電気部品の周囲のフィレット部に対してもボイドの生じないように加圧することができ、これにより例えば異方導電性接着フィルムを用いて高信頼性のＩＣチップ等の接続を行うことができる。
【００１２】
特に、本発明において、当該熱圧着の際、電気部品側を所定温度で加熱するとともに、配線基板側をこの所定温度より高い温度で加熱するようにすれば、電気部品の周囲のフィレット部に対して十分に加熱することができるので、ボイドの発生を一層防止することができる。
【００１３】
また、本発明において、所定のエラストマーからなる圧着部を電気部品の頂部及び側部に押圧するようにすれば、電気部品の頂部領域と側部領域とに対し容易に所定の圧力差をもって加圧することができる。
【００１４】
さらに、圧着部として、ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーを用いることにより、電気部品の頂部領域と側部領域とに対して最適の圧力で加圧することができ、また当該熱圧着の際、前記接着剤を、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ以上１．０×１０5ｍＰａ・ｓ以下となるように加熱することにより、熱圧着時の接続部分における結着樹脂の排除とボイドの発生防止をより確実なものとすることができ、一層信頼性の高い接続を行うことができる。
【００１５】
他方、本発明装置によれば、ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーからなる圧着部を有する熱圧着ヘッドを備え、配線基板上に配置された電気部品に対して圧着部を所定の圧力で押圧するように構成することにより、高信頼性の接続が可能な簡素な構成の実装装置を得ることができる。
【００１６】
特に、本発明において、圧着部の厚さが当該電気部品の厚さと同等以上である場合、また、圧着部の大きさが当該電気部品より大きい場合には、より確実に電気部品の頂部領域と側部領域とに対して最適の圧力で加圧することができる。
【００１７】
さらに、本発明において、圧着部の大きさが、複数の電気部品を配置した面積より大きい場合には、複数の電気部品を同時に高い信頼性で接続を行うことができ、これにより実装効率を大幅に向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電気部品の実装方法及び実装装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の実装装置の要部及び熱圧着工程を示す概略構成図である。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の実装装置１は、配線パターン１０ａが形成された配線基板１０を載置する基台２と、バンプ２０ａが設けられたＩＣチップ（電気部品）２０を加圧及び加熱する熱圧着ヘッド４を備えている。
ここで、基台２は所定の金属からなり、その内部には、加熱用のヒーター３が設けられている。
【００２０】
一方、熱圧着ヘッド４は、所定の金属からなるヘッド本体５を有し、その内部には、図示しない加熱用のヒーターが設けられている。
【００２１】
また、ヘッド本体５の基台２と対向する部分には凹部５ａが形成され、この凹部５ａには、プレート状のエラストマーからなる圧着部６が凹部５ａに密着するように取り付けられている。
【００２２】
本実施の形態の圧着部６は、その圧着面６ａが水平となるように配置される。そして、圧着部６の圧着面６ａは、ＩＣチップ２０の頂部２０ｂの面積より大きくなるように構成されている。
また、圧着部６の厚さは、ＩＣチップ２０の厚さと同等以上となるように設定されている。
【００２３】
一方、本発明の場合、圧着部６のエラストマーの種類は特に限定されることなないが、接続信頼性を向上させる観点からは、ゴム硬度が４０以上８０以下のものを用いることが好ましい。
【００２４】
ゴム硬度が４０未満のエラストマーは、ＩＣチップ２０に対する圧力が不十分で初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合があり、ゴム硬度が８０より大きいエラストマーは、フィレット部分に対する圧力が不十分で接着剤の結着樹脂にボイドが発生して接続信頼性が劣るという不都合がある。
【００２５】
なお、本明細書では、ゴム硬度として、ＪＩＳ Ｓ ６０５０に準拠する規格を適用するものとする。
【００２６】
このようなエラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができるが、耐熱性、耐圧性の観点からは、シリコーンゴムを用いることが好ましい。
【００２７】
このような構成を有する本実施の形態においてＩＣチップ２０の実装を行うには、図１（ａ）に示すように、配線基板１０を基台２上に配置し、この配線基板１０上に異方導電性接着フィルム７を載置する。
【００２８】
この異方導電性接着フィルム７は、結着樹脂７ａ中に導電粒子７ｂが分散されたものである。
【００２９】
なお、結着樹脂７ａ中に分散させる導電粒子７ｂの量は少量であれば、本発明で扱う接着剤としての溶融粘度は、導電粒子７ｂの分散の有無によって影響を及ぼすことはない。
【００３０】
そして、このような異方導電性接着フィルム７上にＩＣチップ２０を載置し、図示しない保護フィルムを介してＩＣチップ２０の頂部２０ｂに熱圧着ヘッド４の圧着面６ａを押し付けて所定の条件で仮圧着を行い、さらに以下の条件で本圧着を行う。
【００３１】
本発明の場合、本圧着の際に、ＩＣチップ２０側を所定温度で加熱するとともに、配線基板１０側を上述の所定温度より高い温度で加熱する。
具体的には、圧着部６の温度が１００℃程度となるように熱圧着ヘッド４のヒーターを制御し、異方導電性接着フィルム７の結着樹脂７ａ温度が圧着部６の温度２００℃程度になるように基台２のヒーター３を制御する。
【００３２】
これにより、当該熱圧着の際、接着剤異方導電性接着フィルム７を、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ以上１．０×１０5ｍＰａ・ｓ以下となるように加熱する。
【００３３】
ここで、熱圧着の際の異方導電性接着フィルムの７溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ未満の場合は、熱圧着時の結着樹脂７ａの流動性が大きく、ボイドが発生して初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合があり、溶融粘度が１．０×１０5ｍＰａ・ｓより大きい場合は、熱圧着時に接続部分において結着樹脂７ａが排除しきれず、ボイドが発生して初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合がある。
【００３４】
なお、本圧着時の圧力は、ＩＣチップ１個当たり１００Ｎ程度で１５秒程度とする。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーからなる圧着部６によって加圧を行うことによって、ＩＣチップ２０の頂部２０ｂを配線基板１０に対して所定の圧力で押圧する一方、ＩＣチップ２０の側部のフィレット部７ｃを頂部２０ｂに対する圧力より小さい圧力で押圧することができ、これにより、ＩＣチップ２０と配線基板１０の接続部分に対して十分な圧力を加えることができる一方で、ＩＣチップ２０の周囲のフィレット部７ｃに対してもボイドの生じないように加圧することができる。
その結果、本実施の形態によれば、異方導電性接着フィルム７を用いて高信頼性のＩＣチップ２０等の接続を行うことができる。
【００３６】
特に、本実施の形態においては、当該熱圧着の際、ＩＣチップ２０側を所定温度で加熱するとともに、配線基板１０側をこの所定温度より高い温度で加熱することにより、ＩＣチップ２０の周囲のフィレット部７ｃに対して十分に加熱することができ、ボイドの発生を確実に防止することができる。
【００３７】
さらに、熱圧着の際、接着剤異方導電性接着フィルム７を、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ以上１．０×１０5ｍＰａ・ｓ以下となるように加熱することから、熱圧着時の接続部分における結着樹脂７ａの排除とボイドの発生防止をより確実なものとすることができ、一層信頼性の高い接続を行うことができる。
【００３８】
他方、本実施の形態の実装装置１によれば、高信頼性の接続が可能な簡素な構成の実装装置を得ることができる。
【００３９】
特に、本実施の形態によれば、圧着部６の厚さがＩＣチップ２０の厚さと同等以上であるので、確実にＩＣチップ２０の頂部２０ｂと側部のフィレット部７ｃに対して最適の圧力で加圧することができる。
【００４０】
図２は、本発明の他の実施の形態を示す概略構成図であり、以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４１】
図２に示すように、本実施の形態の実装装置１Ａは、圧着部６の大きさが、複数（例えば２個）のＩＣチップ２０、２１を配置した面積より大きくなるように構成されている点が上記実施の形態と異なるものである。
【００４２】
この場合、圧着部６自体のゴム硬度は、４０以上８０以下で上記実施の形態と同一である。
【００４３】
このような構成を有する本実施の形態によれば、複数の特に厚さの異なるＩＣチップ２０、２１を同時に高い信頼性で接続を行うことができ、これにより実装効率を大幅に向上させることができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、異方導電性接着フィルムを用いてＩＣチップを実装する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、導電粒子を含有しない接着剤を用いることも可能である。
【００４５】
また、上述の実施の形態においては、バンプ電極を有するＩＣチップを実装する場合を例にとって説明したが、バンプ電極を有しないＩＣチップにも適用することができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
＜実施例１＞
配線基板として、ガラスエポキシ基板上に、幅７５μｍ、ピッチ１５０μｍの銅（Ｃｕ）パターンを形成し、その上にニッケル−金めっきを施したリジッド基板を用い、ＩＣチップとして、１５０μｍピッチのバンプ電極が形成された大きさ６×６ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのチップを準備した。
【００４７】
そして、大きさ６０×６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、ゴム硬度４０のシリコーンゴムからなる圧着部を装着した熱圧着ヘッドを用い、異方導電性接着フィルムとして、溶融粘度が１．０×１０5ｍＰａ・ｓの結着樹脂に導電粒子を分散させたものを用いて配線基板上にＩＣチップを熱圧着した。
【００４８】
この場合、圧着部の温度は１００℃、異方導電性接着フィルムの温度が２００℃になるように基台の温度を制御し、圧力１００Ｎ／ＩＣ（２７８Ｎ／ｃｍ2）で１５秒間加圧及び加熱した。
【００４９】
＜実施例２＞
ゴム硬度８０のシリコーンゴムからなる圧着部を用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５０】
＜比較例１＞
ゴム硬度１０以下のシリコーンゴムからなる圧着部を用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５１】
＜比較例２＞
ゴム硬度１２０のシリコーンゴムからなる圧着部を用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５２】
＜実施例３＞
溶融粘度が１．０×１０5ｍＰａ・ｓの結着樹脂に導電粒子を分散させた異方導電性接着フィルムを用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５３】
＜比較例３＞
溶融粘度が５ｍＰａ・ｓの結着樹脂に導電粒子を分散させた異方導電性接着フィルムを用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５４】
＜比較例４＞
溶融粘度が１．０×１０9ｍＰａ・ｓの結着樹脂に導電粒子を分散させた異方導電性接着フィルムを用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５５】
＜比較例５＞
厚さがＩＣチップより薄い（０．２ｍｍ）シリコーンゴムからなる圧着部を用いた以外は実施例１と同一の条件で熱圧着を行った。
【００５６】
（評価）
上記実施例及び比較例の圧着部のゴム硬度による信頼性及び結着樹脂の溶融粘度による信頼性を評価した。その結果を表１、２に示す。
【００５７】
【表１】
Figure 0003921459
【００５８】
【表２】
Figure 0003921459
【００５９】
この場合、初期導通抵抗は、パターン間の抵抗値を４端子法によって測定し、その値が１Ω未満のものを○、１Ω以上のものを×とした。
【００６０】
接続信頼性は、温度８５℃、相対湿度８５％の条件下で２４時間エージング後に所定のプロファイルのリフロー処理（１〜４℃／Ｓで昇温→１５０℃±１０℃，３０ｓ±１０ｓ余熱エリア→１〜４℃／Ｓで昇温→ピーク温度２３５℃±５℃，１０ｓ±１ｓはんだ付けエリア→１〜４℃／Ｓで冷却）を行ったものの抵抗値が、１Ω未満のものを○、１Ω以上のものを×とした。
【００６１】
また、ボイドの有無については、超音波顕微鏡によって確認し、ボイドの発生が認められなかったものを○、ボイドの発生が認められたものを×とした。
【００６２】
表１から明らかなように、圧着部のゴム硬度が４０の実施例１及び８０の実施例２は、初期導通抵抗及び接続信頼性ともに良好で、またボイドも発生しなかった。
【００６３】
一方、圧着部のゴム硬度が４０未満の比較例１は、ＩＣチップに対する圧力が不十分で初期抵抗及び接続信頼性が劣り、ゴム硬度が８０より大きい比較例２は、フィレット部に対する圧力が不十分で接着剤の結着樹脂にボイドが発生して接続信頼性が劣っていた。
【００６４】
また、異方導電性接着フィルムの結着樹脂の溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓの実施例３及び溶融粘度が１．０×１０5ｍＰａ・ｓの実施例１は、初期導通抵抗及び接続信頼性ともに良好で、またボイドも発生しなかった。
【００６５】
一方、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ未満の結着樹脂を用いた比較例３は、熱圧着時の結着樹脂の流動性が大きく、ボイドが発生して初期抵抗及び接続信頼性が劣り、溶融粘度が１．０×１０5ｍＰａ・ｓより大きい結着樹脂を用いた比較例４は、熱圧着時に接続部分において結着樹脂が排除しきれず、ボイドが発生して初期抵抗及び接続信頼性が劣っていた。
【００６６】
他方、厚さがＩＣチップより薄い圧着部を用いた比較例５については、フィレット部に圧力が加わらず、ボイドが発生して初期抵抗及び接続信頼性が劣っていた。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、接着剤を用いて高信頼性の電気部品の実装を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）：本発明に係る実装装置の実施の形態の要部及び熱圧着工程を示す概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１……実装装置
２……基台
３……ヒーター
４……熱圧着ヘッド
６……圧着部
６ａ…圧着面
７……異方導電性接着フィルム（接着剤）
７ｃ…フィレット部
１０……配線基板
２０……ＩＣチップ（電気部品）
２０ｂ…頂部

Claims (10)

  1. 接着剤を用いて電気部品を配線基板上に熱圧着する工程を有する電気部品の実装方法であって、
    当該熱圧着の際、ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーからなる圧着部を用い、前記電気部品の頂部領域を前記配線基板に対して所定の圧力で押圧する一方、前記電気部品の側部領域を前記頂部領域に対する圧力より小さい圧力で押圧する電気部品の実装方法。
  2. 当該熱圧着の際、前記電気部品側を所定温度で加熱するとともに、前記配線基板側を前記所定温度より高い温度で加熱する請求項１記載の電気部品の実装方法。
  3. 当該熱圧着の際、前記接着剤を、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ以上１．０×１０5ｍＰａ・ｓ以下となるように加熱する請求項１又は２のいずれか１項記載の電気部品の実装方法。
  4. 前記接着剤として、結着樹脂中に導電粒子が分散された異方導電性接着フィルムを用いる請求項１乃至３のいずれか１項記載の電気部品の実装方法。
  5. 前記電気部品の頂部領域と側部領域とを同時に押圧する請求項１乃至４のいずれか１項記載の電気部品の実装方法。
  6. ゴム硬度が４０以上８０以下のエラストマーからなる圧着部を有する熱圧着ヘッドを備え、
    配線基板上に配置された電気部品に対して前記圧着部を所定の圧力で押圧するように構成されている実装装置。
  7. 前記圧着部の厚さが、当該電気部品の厚さと同等以上である請求項６記載の実装装置。
  8. 前記圧着部の大きさが、当該電気部品より大きい請求項６又は７のいずれか１項記載の実装装置。
  9. 前記圧着部の大きさが、複数の電気部品を配置した面積より大きい請求項６乃至８のいずれか１項記載の実装装置。
  10. 当該配線基板を支持する基台を有し、前記基台にヒーターが設けられている請求項７乃至９のいずれか１項記載の実装装置。
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