CN100375256C - 粘附方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

利用本发明的粘附装置，在通过树脂将芯片安装在基板上的工序中，在加热压头加热压附芯片到基板完成时，提供空气给设置在加热压头内部的第1流路，将位于该第1流路下方的陶瓷加热器冷却到用于芯片安装的树脂的玻璃化温度。冷却后，将加热压头恢复到上方的待机位置，解除对芯片的加压。由此，随着加热压头的冷却，树脂自身也被冷却到玻璃化温度，几乎完全固化，所以可防止树脂内部所含的空气膨胀产生的空隙。

Description

粘附方法及其装置
技术领域
本发明涉及用于在树脂基板或玻璃基板等的基板上安装半导体元件或表面安装元件等安装元件的粘附方法及其装置，特别涉及高精度安装安装元件到基板上的技术。
背景技术
以往，在基板(例如液晶、EL(Eletro Luminescence)、等离子显示器等的平面显示板)的制造工序中，将安装元件(例如半导体芯片等)安装在基板上。作为将安装元件(以下简称为“芯片”)安装在基板上的粘附方法，有使树脂，例如异向导电性膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)或非导电性树脂(NCP：Non-ConductivePaste)等介于基板和芯片之间，从使加热挤出手段芯片上方挤压，同时加热固化树脂将芯片加热压附在基板上的方法。
但是，这样的粘附方法存在如下问题：例如，在加压ACF和NCP等并同时加热固化，将芯片安装在基板上时，若高温下固化树脂的话，从树脂中产生脱气(out gas)，如图15和16的芯片安装的截面图所示那样，产生了覆盖突起(bump)31周边的空隙(void)32(如图15所示)和横跨突起31和基板电极33间的空隙32(如图16所示)。这样的空隙32的存在会引起接合力低下，导通不良，温度上升时，会使该空隙32爆裂等问题。还存在不仅产生空隙，还产生龟裂和间隙使电阻值增大，导致导通不良的问题。
如图17的芯片安装的截面图和图18所示的图17的A-A箭头所示的截面图那样，介于导电粒子一次压接的情况下，因为在树脂完全固化(温度降低到玻璃化温度以下)前除去了加压，所以还存在树脂软化，芯片4上浮，在和突起31之间产生间隙35，接触电阻增大的问题。
通过芯片安装时的加热，芯片4和基板2双方都被加热。该加热后，冷却到常温时，因两部材的线膨胀系数的差，基板2自身会往图19箭头所示的上方翘曲。此时，在玻璃化温度以上的温度下，树脂软化导电粒子34和突起31之间产生间隙，基板电极33和突起31之间存在的导电粒子34的接合面积变化，突起31和基板电极33之间的电阻值增大。
该发明是鉴于如上所述的问题而完成的发明，本发明的主要目的是提供一种高精度安装安装元件到基板上的粘附方法及其装置。
发明内容
以往芯片安装时的空隙产生的原因被认为是：树脂生成的脱气或空气的混入。这是业界的一般常识。因此，业界中，为防止该空隙的产生，采取了如下对策：
(1)防止脱气发生的对策是以在低温下进行树脂固化来抑制脱气的发生。
(2)防止空气的混入的对策是提高树脂的粘度，使空气难以混入树脂内。但是，即使采用上述的对策，还是处于不能充分防止空隙的发生的现状。
为了防止空隙的发生，开发了从下部利用显微镜能够观察在玻璃基板上粘附中的树脂的固化状态的装置，多方面探讨的结果，本发明者得到了以下现象发生的原因。在试验中，使用了固化温度220C、玻璃化温度120℃的NCP和ACF树脂。
在利用加热压附手段持续给予220℃的热，将芯片加热压附在基板上的阶段中，树脂还处于软化状态。若这样的树脂不固化以软化状态被解除加压手段的加压的话，解除压力的瞬间，在树脂内部，处于受压状态的空气会瞬间膨胀(几十倍地膨胀)，被确认产生了覆盖突起周围的空隙32(如图15所示)和横跨突起和突起之间的空隙32(如第20图和第20图的箭头X方向的第21图所示)。在该空隙32中水分等滞留，存在短路之类的问题。
在使用ACF和ACP(Anisotropic Conductive Paste)的情况下，因来自芯片上方的加压，位于突起部分的导电粒子(在聚合物表面进行金和镍等的电镀加工而成的物质)发生弹性变形，以没入在突起的状态，固定电连接。但是，因为刚解除加压手段的加压后，树脂还处于软化状态，因此基板会翘曲，在这样的情况下，经加压使其展平，但是树脂粘度低于复原所产生的基板弹性应力，在突起和电极之间形成间隙增大的部分。随着该间隙的增大，如图17和18所示那样，导电粒子的弹性变形复原。
具体地说，由导电粒子的没入所形成的突起部分的凹部和导电粒子34之间产生空间，或者树脂流入该空间，接触面积减少，其结果是电阻增加。即，可知：空隙的产生和粒子压接状态的问题是由在玻璃化温度(Tg温度)前的树脂处于软化状态时解除加压而引起的。
即，加热固化树脂时，将树脂冷却到Tg温度以下后，再进行加压解除，以使即使解除来自芯片上方的加压，也不会使含在树脂内部的空气膨胀，并且在使用ACF等的情况下，解除加压时树脂粘度不会低于的因导电粒子的复原所产生的弹性应力。
即，本发明的粘附方法具有如下的特征：使树脂介于安装元件和基板之间将安装元件安装在基板上的粘附方法中，包括在利用加压手段将安装元件加压在基板上的过程中利用加热手段加热安装元件或基板中至少一侧以使树脂热固化的加热压附工序；以对安装元件加压的状态下，冷却加热手段的冷却工序；并且在上述加热手段冷却后解除上述加压手段对安装元件进行加压的工序。
根据本发明的粘附方法，在使树脂介于安装元件(例如芯片等)和基板之间，利用加压手段将安装元件加压在基板上的过程中，利用加热手段加热安装元件和基板中的至少一侧，同时加热固化树脂将安装元件加热压附在基板上。若安装元件被加热压附在基板上后，加热手段被冷却，其后解除来自芯片上方的加压手段所施加的压力。即，随着加热手段的冷却，树脂本身也被冷却。由此，在树脂实质性固化的状态下解除来自芯片上方的加压，所以可抑制除去加压状态含在树脂内部的空气的外压所引起的膨胀。其结果是：可防止因空气膨胀在突起周围或横跨突起和突起之间所产生的空隙，所以可防止空隙发生造成的突起和基板电极的导电不良和突起间的短路等。
本发明的粘附方法的冷却工序中，最好冷却到所用树脂的玻璃化温度附近。
即，在冷却工序中，冷却冷却手段，将接合基板和安装元件的树脂冷却到玻璃化温度。由此，以树脂几乎完全固化的状态解除加压手段的加压，所以可抑制除去加压状态被含在树脂内部的空气的外压造成的膨胀。其结果是：由于能防止因空气膨胀引起的在突起周围和横跨突起和突起之间产生的空隙，所以能够防止空隙发生引起的突起和基板电极间的导电不良和突起间的短路等。
本发明的粘附方法，冷却工序中，较好将树脂冷却到玻璃化温度附近时，调节基板和安装元件中的至少一方的温度，以使树脂的温度在玻璃化温度附近且基板和安装元件的从室温的热膨胀量相近似。
即，在冷却工序中，对基板和安装元件的至少一方进行温度调节，以使树脂温度达到玻璃化温度附近，此时的基板和安装元件的从室温开始的热膨胀量相近似。由此，能够避免基板和安装元件的收缩量的差造成的安装元件和基板的翘曲所产生的接合不良和电阻值不良。这里所说的基板的热膨胀量是指对应于作为安装元件的芯片的长度的基板部分的热膨胀量。
在本发明的粘附方法中，基板和安装元件的温度的调节较好是进行安装元件的冷却或基板的加热中的至少一种。
即，从安装元件一侧直接加热，在基板安装安装元件时，以离加热手段距离近的顺序，即，以安装元件、树脂、基板的顺序温度增高。因为不加热基板侧，所以基板自身具有散热效果，安装元件和基板的温度差增大。此时，通过积极地冷却安装元件一侧，或在大气开放状态下自然冷却或积极地冷却基板一侧，同时加热基板，来调节两部件的温度，由此在树脂温度在玻璃化温度附近时，使安装元件和基板无热膨胀差。因此，可起到和上述的一样的效果。
在本发明的粘附方法中，冷却工序较好是冷却加热手段以使其达到所用树脂的玻璃化温度+20℃以下。
即，使树脂介于安装元件和基板之间，利用加压手段进行加压，并且利用加热手段加热，同时将安装元件加热压附在基板上。将安装元件加热压附在基板以后，加热手段被冷却到所用树脂的玻璃化温度+20℃以下。随着该冷却，树脂本身也被冷却，达到几乎固化状态。因此，能够发挥和上述一样的效果。
本发明的粘附方法具有如下特征：使树脂介于安装元件和基板之间，将安装元件安装在基板上的粘附方法中，具有以不满树脂自身因加热发生气体的温度，以加热树脂的第1加热工序，以及在第1加热工序中，规定时间加热树脂后，以高于第1加热工序的设定温度的温度加热树脂的第2过热工序。
通过本发明的粘附方法，以不满树脂自身因加热发生气体的温度的温度，加热树脂后，以高于该加热温度的温度对树脂进行加热固化。因此，在不发生气体的状态下，树脂处于几乎固化状态，在粘度高的状态下提高温度。此时，即使气体产生，由于粘度增高于气体产生应力，所以可防止空隙等的发生。
在本发明的粘附方法中，第1加热工序的设定温度较好未满190℃，第2加热工序的设定温度较好在190℃以上。从第1加热工序到第2加热工序的规定时间较好在20秒钟以内。
这样，通过将第1加热工序的温度设定在未满190℃，将第2加热工序的温度设定在190℃以上，或者将第1加热工序到第2加热工序的时间设定在20秒钟以内，以不发生气体的状态下，树脂变为几乎固化的状态，在粘度高的状态下提高温度。其结果是：即使气体发生，因为粘度高于气体发生应力，所以能够防止空隙等的发生。
在本发明的粘附方法中，第2加热工序后，较好将树脂冷却到玻璃化温度附近。
第2加热工序后，加热后的树脂被冷却到玻璃化温度。因此，能够完全固化树脂，而不会使例如芯片作为安装元件时所出现的突起周围或突起间产生的空隙在加压解除时膨胀，或者应变引起树脂产生龟裂。
在本发明的粘附方法中，在将安装元件安装在基板上，加热固化树脂，使安装元件固定在基板上的过程中，较好分为将安装元件假压附在基板上的假压附工序，以及将树脂几乎完全固化，将安装元件固附在基板上的真压附工序，将假压附工序定为第1加热工序，将真压附工序定为第2加热工序。
通过分为假压附工序和真压附工序能够提高生产率。通过将真压附多压头化，可达到使生产率进一步提高。
本发明的粘附方法具有如下特征：使树脂介于安装元件和基板之间将安装元件安装在基板上的粘附方法中，在基板上涂有树脂的规定部位安装安装元件时，包括假压附工序和真压附工序，其中该假压附工序是预先加热涂布在上述部位的树脂，在软化的状态下，假压附安装元件的假压附工序；该真压附工序是进一步加热假压附的安装元件接合部的树脂，使其固化，将安装元件固定在基板上的真压附工序。
在预先加热涂布在基板上的树脂的状态下，安装安装元件。即，树脂因加热软化，在将安装元件推压在树脂上进行安装，安装时卷入的空气容易从安装元件和树脂间跑掉。因此，在安装元件的安装时，能够减少卷入的空气。
另外，在本发明的粘附方法中，较好将假压附工序中树脂的加热温度设定在60℃-120℃的范围内，假压附工序中的树脂的加热从基板的里面侧进行，或者假压附工序中的树脂的加热从基板的上方向树脂吹热风，以及再具有连续或分离的假压附工序和真压附工序。
本发明的粘附方法具有如下特征：使树脂介于安装元件和基板之间将安装元件安装在基板上的粘附方法中，在上述基板上涂布有树脂的规定部位安装安装元件时的接合速度被设定在10mm/s以下。
采用本发明的粘附方法，以安装元件接合在基板上的接合速度在10mm/s以下将安装元件安装在基板上涂布有树脂的规定部位，安装元件被慢慢地压附在树脂上，所以在该压附过程中卷入安装元件和树脂间的空气容易跑掉。
本发明的粘附方法中，树脂较好是混入导电粒子的树脂。
即，将安装元件(例如芯片)加热压附在基板上时，存在于芯片侧的突起和基板电极间的导电粒子发生弹性变形。直接在该状态下树脂被冷却，呈几乎固化状态，所以能够防止导电粒子的弹性变形的恢复，能够将导电粒子与芯片和基板的接触面积固定一定。
本发明的粘附装置，其特征在于，使树脂介于安装元件和基板之间将安装元件安装在基板上的粘附装置中，包括载置固定基板的支承台；将安装元件加压安装在被固定的基板的规定部位上的加压手段；加热受压状态的安装元件，加热固化树脂的加热手段；将加压安装元件状态的加热手段进行冷却的冷却手段。
即，在支承台上所载置固定的基板上的规定部位，通过树脂，利用加压手段加压安装元件，并且利用加热手段加热，同时将安装元件压附在基板上。其后，对加热安装元件的加热手段冷却后将安装元件的加压解除。因此，随着加热手段的冷却，树脂自身也被冷却，几乎完全固化，能够防止因空气膨胀在突起周围和横跨突起和突起间产生的空隙，所以能够防止空隙生成所引起的突起和基板电极间的导通不好，或者突起间的短路等。
在本发明的粘附装置中，较好具有控制冷却手段的冷却温度在所用树脂的玻璃化温度+20℃以下的温度控制手段。
即，冷却手段的冷却，温度被控制在所用树脂的玻璃化温度+20℃以下，能够发挥上述效果。
采用本发明的粘附装置，冷却手段较好是在上述加热手段上设置形成空气流路的贯穿孔，从外部吹送空气的送风手段；或者由设置在加热手段内部的第1流路和提供空气给该第1流路的空气供给手段构成；或者是安装在加热手段的外周上的散热用的冷却元件；或者由设置在加热手段内部的第2流路和提供冷却水给该第2流路的冷却水供给手段构成；第2流路更好面向内装有加热元件(heat pattern)的加热部件。
在本发明的粘附装置中，在上述支承台一侧具有加热手段，并且控制上述加热手段的温度，以使固定在上述支承台上的基板温度在所用树脂的玻璃化温度+20℃以下。
即，通过设置在支承台一侧的加热手段对载置固定在支承台的基板进行加热。即，支承台被设定在安装安装元件所用树脂的玻璃化温度+20℃以下，所以冷却时的安装元件和基板无温度差，能够防止两部件的线膨胀系数的差所引起的基板的翘曲。
在本发明的粘附装置中，较好包括根据安装元件和基板的温度控制冷却手段和支承台一侧的加热手段的温度控制手段，在将树脂冷却到玻璃化温度附近时，调整基板和安装元件中的至少一方的温度，以使树脂的温度在玻璃化温度附近，并且基板和安装元件从室温开始的热膨胀量几乎相等。
即，在冷却过程中，两部件的温度被调整，以使树脂温度在玻璃化温度附近，此时基板和安装元件从室温的热膨胀量几乎相等。因此，该温度控制的方法例如是预先设定条件，以使根据温度偏差来进行控制，其中的温度偏差是通过将安装元件、基板和树脂的各温度进行事前试验所得到的标准值和冷却时检出的实测值比较而求得的。
本发明的粘附装置，其特征在于，使树脂介于安装元件和基板之间将安装元件安装在基板上的粘附装置中，包括载置固定上述基板的支承台；将安装元件定位在涂布有树脂的规定部位安装在载置固定在支承台的基板上的安装手段；调节安装安装元件在基板上时的安装手段的接合速度在10mm/s以下的速度控制手段。
即，通过安装手段将安装元件定位安装在固定于支承台的基板上涂布有树脂的规定部位。将该安装元件安装在基板上时，利用速度控制手段将安装手段的接合速度控制在10mm/s以下。由此，可发挥上述效果。
附图说明
图1是显示实施例1的真压附装置构造的概要立体图，
图2是显示实施例1装置的压头部要部构造的主视图，
图3是显示实施例1装置的压头部的要部构造的侧面图，
图4是显示陶瓷加热器要部构造的立体图，
图5是显示粘附方法的流程图，
图6是显示压头部的温度控制分布图，
图7是显示实施例2装置的粘附装置的构造的概要立体图，
图8是显示实施例2的压头部周围要部的构造的主视图，
图9是显示使用实施例2装置的粘附方法的流程图，
图10是显示压头部的温度控制分布图，
图11是显示变形例1的压头部的要部构造的立体图，
图12是显示变形例1的压头部的要部构造的侧面图，
图13是显示变形例2的压头部的要部构造的主视图，
图14是显示变形例3的压头部的要部构造的侧面图，
图15是利用以往的方法将芯片粘附在基板时的截面图，
图16是利用以往的方法将芯片粘附在基板时的截面图，
图17是利用以往的方法将芯片粘附在基板时的截面图，
图18是图17的A-A剖面的截面图，
图19是利用以往的方法将芯片粘附在基板时的截面图，
图20是利用以往的方法将芯片粘附在基板时的截面图，
图21是利用以往的方法将芯片粘附在基板时的图20中的从箭头X方向看时的纵截面图，
图22是利用实施例装置进行的试验结果图。
具体实施方式
作为解决以往的问题点的方式，存在如下的实施方式。
参照附图，对本发明的一实施例进行说明。
(实施例1)
在本实施例中，使用ACP、ACF、NCP、NCF(Non-Conductive film)等的热固化性树脂，采用将安装元件的芯片的安装在基板上的情况作为实施例进行说明。
作为本发明的“安装元件”，考虑显示和基板接合一侧的全部的形态的、粘附在平坦显示板上的芯片粘附，即，COG(Chip On Glass)或者TCP和FPC的粘附，即，OLB(Out Lead Bonding)，而与例如IC芯片、半导体芯片、光元件、表面安装元件、芯片、晶片、TCP(Tape Carrier Package)、FPC(Flexible PrintedCircuit)等的种类和大小无关。
本发明的“基板”是指和树脂基板、玻璃基板、薄膜基板、芯片、晶片等的种类无关，和安装元件接合一侧的全部的形态。
首先，参照附图对本实施例所用的装置具体进行说明。
图1显示了本发明的粘附装置，即压附装置的构造的概要立体图。图2是显示实施例装置的压头部分的要部构造的主视图，图3是显示实施例装置的压头部分的要部构造的侧面图。
如图1所示，本发明的真压附装置1由水平固定从无图示的从假压附单元输送而来的基板2的可动台3、加热压附基板上的芯片4的压头部5、加热压附芯片4到基板2时，从下方支持基板2的玻璃支持体6构成。
可动台3，如图1所示，具有吸附固定基板2的基板固定平台7，该基板固定平台7的构成为可在水平双轴(X，Y)方向、上下(Z)方向以及环Z轴(θ)方向分别自由移动。
压头部5，如图2所示，从金属制的工具构成的本体8的下部依次由陶瓷制的陶瓷固定器9、陶瓷加热器10和陶瓷压头11构成。陶瓷固定器9被螺栓12装置在工具本体8上，陶瓷加热器10和陶瓷压头11烧结在陶瓷固定器9上。
在陶瓷压头11上设置温度检测手段13，例如热电藕、测温电阻体等。即，利用温度检测手段检出陶瓷压头11受到的来自陶瓷加热器10的热，将该检测结果送至温度控制部21。
陶瓷固定器9，如图3所示，在陶瓷加热器10的发热部分的上端面用于空气流通排出的第1流路15贯穿于陶瓷固定器9的下端部的长度方向(图3中的X方向)。在该第1流路15，与从工具本体8供给空气的空气供给流路16连通。在该空气供给流路16的另一端，如图2所示，通过具有连通连接的阀门V的耐压软管17从空气供给手段18供给空气。
即，由空气供给手段18所供给的空气，依次经过空气供给流路16、空气流路15，自第1流路15的两端的开口部15a排出。因此，陶瓷加热器10的发热部10a所产生的热被空气循环带走，能够急速将陶瓷加热器10和陶瓷压头11两者冷却。
陶瓷加热器10，如图4所示，形成为发热部10a和端子部10b配置为T字状的规定厚度(例如约为1mm)的板体，。陶瓷加热器10为用电绝缘体材料，即陶瓷材料覆盖发热体19的构造，并且发热体19的端子20自端子部10b突出。
陶瓷固定器9、陶瓷加热器10的陶瓷材料和陶瓷压头11都由氮化硅中添加了规定量的玻璃等的材质构成。陶瓷固定器9的线膨胀系数较好与陶瓷加热器10和陶瓷压头11的线膨胀系数同等。另外，它们的导热率较好是：以陶瓷加热器10为基点，越往陶瓷压头11的加压面侧(图2的下方)越大，同时，越往与其相反侧(图2的上方)的陶瓷固定器9的装配面侧越小。
在温度控制部21中，预先从无图示的外部输入装置将所用树脂相应的设定条件，例如加热时间、作为陶瓷加热器10的冷却温度的玻璃化温度等输入。根据这些输入条件和来自温度检测手段检出结果，进行陶瓷加热器10的温度控制。例如，将预先设定输入的玻璃化温度和从温度检测手段13输出的实测值比较，按照求得的温度偏差控制陶瓷加热器10的温度。具体地说，打开阀门V，供给空气，温度变到Tg以下时关闭阀门V，上升压头部。
下面，利用上述实施例装置，沿图5的流程图对将芯片安装在基板上的一系列动作进行说明。在本实施例中，预先将树脂固化温度定为220℃，将玻璃化温度(Tg)定为120℃。在本实施例中，以对前工序的假压附工序中，预先将芯片假压附在基板上的状态下搬运而来的假压附有芯片的基板，将芯片完全真压附在基板上的情况作为例子进行说明。
(步骤1)基板的定位
前段的假压附工序中，介于树脂假压附有芯片4的基板2，由无图示的搬运装置搬运到真压附装置1内。该基板4被移载至可动台3的基板支承台7上，被吸附固定。基板支承台7通过无图示的驱动机构，向前方(图1的Y方向)，即，压头部5和玻璃支持体6之间移动，用压头部5和玻璃支持体6从上下方向将芯片4夹在中间，进行基板4的定位。
(步骤2)芯片的加热压附开始
基板2的定位完成后，通过无图示的驱动构造下降压头部5，用该压头部5和位于基板2的下侧的玻璃支持体6将芯片4夹入。压头部5开始将芯片4加热压附在基板2上。此时，压头部5带有的陶瓷加热器10，如图6所示，在芯片4的加热压附的开始时刻(t0)通过温度控制部21设定为220℃。从加热压附开始同时的开始时刻(t0)到加热完成时刻(t1)的规定时间，通过温度控制部21将陶瓷加热器10的温度固定在220℃，同时将芯片4加热压附在基板2上，结果是：芯片4的导热引起树脂开始加热固化。
(步骤3)冷却开始
当到达加热完成时刻(t1)后，来自主要控制部M的加热关闭信号被送入温度控制部21内，基于该信号，来自温度控制部21的命令信号被输入到阀门V，将阀门V开放。通过阀门V的开放，空气供给手段18开始供给空气。空气经过耐压软管17、空气供给流路16流入第1流路15中。该流入的空气向着第1流路15的两端开口部15a流动而排出。结果是：急速冷却配置在第1流路15的下方的陶瓷加热器10和陶瓷压头11。
(步骤4)是否到达玻璃化温度
冷却开始的同时，设置在陶瓷压头11的温度检测手段13依次检出压头部5的温度，该实测值被送入温度控制部21。在温度控制部21内，依次进行将作为陶瓷加热器10的冷却温度的预先设定输入的玻璃化温度(Tg)和实测值进行比较处理。这里，若检测结果没有到达玻璃化温度(Tg)的话，重复该Tg和实测值的比较处理，同时继续冷却，相反，当实测值达到Tg(图6所示的时刻t2)，进入步骤5。
即，通过将陶瓷加热器10的温度冷却到Tg，由压头部5加热的芯片4也被冷却，进而将芯片4固定在基板2上的树脂也被冷却。特别是随着该冷却的进行，树脂温度被冷却到玻璃化温度(Tg)，树脂几乎完全被固化。
在本实施例中，虽然将陶瓷加热器10的冷却温度设定为树脂的玻璃化温度(Tg)，但是，还可以将该冷却温度设定在由所用树脂的种类所决定的玻璃化温度(Tg)+20℃以下的范围内。
(步骤5)加压解除
当冷却温度达到Tg时，解除对芯片4的加压，让压头部5恢复到上方待机位置。此时，通过温度控制部21的命令信号阀门V被关闭，同时，为了将下一个芯片4固定在基板2上，进行温度控制以使陶瓷加热器10的温度上升到220℃(图6所示的时刻t3)。
即，树脂被冷却到Tg，处于几乎完全固化的状态下，解除芯片4上方的加压，所以可防止树脂内的空气膨胀。即，树脂固化可抑制空气的膨胀，能够防止突起周围等的空隙的生成。
通过树脂固化能够抑制在压头部5的加压引起弹性变形，接触面积扩展的状态下，突起和基板电极间存在的导电粒子的弹性恢复。即，通过树脂固化，树脂粘度上升，高于导电粒子的弹性变形恢复时的弹性应力，可维持导电粒子的弹性变形状态。结果是：可消除突起和导电粒子间发生的空隙。
(步骤6)基板的取出
当压头部5的加压被解除后，基板支承台7移到基板传送的位置。移到传送位置的基板2，通过无图示的基板搬运构造将其搬运到基板容纳单元中，放入基板回收盒中。
以上，完成了芯片4粘附在1片基板2上。
如上所述，加热压附芯片4到基板2上，同时将树脂加热固化后，利用空气急速冷却陶瓷加热器10到所用树脂的玻璃化温度(Tg)，使整个压头部冷却到Tg，进而将芯片4固附在基板2上的树脂也被冷却到Tg。因此，因树脂处于几乎完全固化的状态，所以通过在该状态下解除从芯片的上方的加压，能够消除本发明者确认的一直以来问题发生的原因。
具体地说，用以往的方法，树脂处于固化前的软化状态下，使压头部5上升解除加压时，存在于树脂内的空气急剧膨胀产生覆盖突起周围的空隙。但是，在本实施例中，在树脂处于固化的状态下解除加压时，树脂粘度大于空气膨胀的应力，可防止产生的空隙。
使用以往的ACF或ACP时，导电粒子的弹性变形的恢复将芯片往上方抬高，在突起和导电粒子间产生空间。但是，在本实施例中，树脂处于固化状态下解除来自芯片上方的加压，所以树脂粘度能够大于导电粒子的弹性变形的恢复所引起的弹性应力，防止在突起和基板电极间的连接不好。
(实施例2)
在上述实施例1中，对加热压附芯片4在基板2，使其几乎完全固定的真压附装置进行说明，在本实施例中，对安装芯片4到基板2，可进行假压附和真压附的粘附装置进行说明。粘附装置因仅压头部周围的构造和实施例1的装置不同，所以对同一部位保留同一的标号，对不同部分进行说明。
图7是显示本发明的粘附装置构造的概要立体图，图8是显示压头部周围的要部构造的主视图。
如图8所示，粘附装置100，由吸附固定芯片4，将其定位安装在基板上涂有树脂G的规定部位，同时加热压附芯片4在基板2上的安装·加热压附构造101、水平固定基板2的可动台3、压附芯片4在基板2上的树脂部时从下方支持基板2的玻璃支持体6、加热玻璃支持体6的加热器102、分别从上方和下方向基板2提供空气的喷咀103和104、总控制这些构造的控制部106构成。
安装·加热压附构造101，具有如图7所示的将芯片4吸附固定于其下部的压头部107，它在上下(X)方向和水平(Z)的方向上能够移动。在压头部内部，无图示，具有陶瓷加热器，还具有冷却该加热器的冷却手段。对于该压头部的构造，因和实施例1装置几乎相同，所以省略了对其的详细说明。作为压头部107的构造，对其形态无限制，例如，也可以采用压头部内部不具有冷却手段的构造。
可动台3，具有吸附固定基板2的基板支承台7，该基板支承台7可在水平双轴(X，Y)方向、上下(Z)方向和环Z轴(θ)方向分别可自由移动。
加热器102是加热玻璃支持体6，将该热传递给基板2和基板上的树脂G，进行加热的设备。该加热器102，如图8所示，离基板2规定的距离，安装在玻璃支持体6的侧壁上，通过接受控制部106的控制信号的无图示的电压控制进行温度控制。
配置在基板下方的喷咀103，是加热玻璃支持体6时，抑制玻璃支持体6和基板2的接触部分的附近区域的热传递的设备，向基板里面提供空气来控制。
配置在基板上方的喷咀104，是为了冷却加热压附后的芯片4的设备，通过向着芯片安装部分提供空气。
两喷咀103、104根据控制部106的控制信号，通过阀门V的开关操作，从空气供给源109提供空气。
控制部106，对安装·加热压附构造101安装芯片4到基板2时的接合速度的调节、加热玻璃支持体6的加热器102的温度调节、以及从冷却基板2和芯片4用的喷咀103和104提供空气的调节等进行总控制。具体的各部的控制在后文说明。
下面，对利用上述的粘附装置，将芯片安装在基板上涂有树脂(ACF)部分的情况下，在基板上安装芯片前调节树脂温度，同时将芯片安装在基板上，其后，经过假压附工序、真压附工序和冷却工序，将芯片固定在基板上的方法进行说明。以下，沿着图9的流程图和图10的温度分布图对具体方法进行说明。图10所示的温度分布图，为了便于说明，从安装芯片后开始显示。
(步骤10)基板的定位
基板2，由无图示的搬运装置搬运到真压附装置100内。该基板2被移载至可动台3的基板支承台7上，被吸附固定。基板支承台7通过无图示的驱动构造，向前方(图7的Y方向)，即，压头部107和玻璃支持体6之间移动，用压头部107和玻璃支持体6从上下方向将芯片4夹在之间，进行基板2的定位。
(步骤11)树脂的加热
定位完成后，加热器102工作，加热玻璃支持体6，该热传递到基板上的树脂G，使树脂G软化。本实施例的情况，因树脂是ACF，将树脂温度设定在60-120℃的范围内。较好是80-100℃。若树脂温度低于60℃时，因树脂G不充分软化，所以在安装芯片4时，卷入芯片4和树脂G界面等内的空气很难跑掉。结果是在界面等残留的空气成为空隙。若树脂温度超过120℃时，树脂G会固化。
(步骤12)芯片的安装
利用压头部107吸附固定位于规定部位的芯片4，和基板上的软化状态的树脂部位对位安装。将芯片4安装在该树脂上时，将该接合速度设定在10mm/s以下。较好的范围是1-5mm/s。接合速度若超过10mm/s的话，将芯片4压附在树脂部位上时，无空气跑掉的空间。
在安装芯片4时，停止加热器102的加热。
(步骤13)第1加热工序
在相当于假压附工序的第1加热工序中，对应于所用树脂G进行加热时，以不从树脂G产生气体(以下简单称为“脱气”)的设定温度在规定时间内，用压头部107压附芯片4，同时加热固化树脂G，以达到规定的粘度以上。这里所谓的规定粘度是指能够抑制在下面的第2加热工序中，高温加热树脂G时产生的脱气的发生应力的粘度。
第1加热工序的设定温度，例如在树脂G为ACF时，如图10所示，t0-t1的第1加热工序间，树脂温度未满190℃(图10中的170℃)来调节压头部内的加热器温度。该设定温度较好为120-170℃。
若设定温度低于120℃时，树脂G的固化速度变慢，同时不能得到足够的树脂粘度。相反设定温度超过190℃时，使脱气发生。即，脱气的发生应力上升，超过未固化的状态的树脂粘度，在芯片4和基板2的界面等产生空隙等。
图10所示的t0-t1的加热时间设定在20秒以内。较好在1-5秒钟。通常ACF的情况下，设定温度为180-190℃时，20秒固化是必须的，但是以少于上述时间的时间，也能无空隙地进行固化。
对于设定温度和加热时间，要对应于所用树脂的固化条件等适当地进行设定变更。
(步骤14)第2加热工序
第1加热工序中的树脂的加热固化完成后，接下来，在图10所示的t1-t2之间，以高于先前的第1加热工序中的加热温度的温度加热固化树脂。此时的设定温度，以树脂在190℃以上为目的对压头部内的加热器温度进行调节。该设定温度较好在200-220℃的范围内。若第2加热温度低于190℃时，会妨碍树脂的固化促进。
即，在第2加热工序中，因预先在先前的第1加热工序中提高了树脂粘度，所以即使提高温度在190℃以上，树脂产生脱气，树脂粘度也能抑制脱气发生应力。结果是，能够防止空隙等的发生。若设定温度超过220℃的话，甚至在240℃以上的话，树脂的耐热上会出现问题。
加热树脂G的第2加热工序的设定时间是，在本实施例的情况下，例如可设定为2秒钟。
还可将从第1加热工序开始(t0)到第2加热工序完成(t2)的时间设定在20秒钟以内。在该情况下，可无空隙发生使树脂G固化。
该第2加压工序相当于真压附工序。
(步骤15)冷却开始
第2加热工序完成后，从图10的t2时刻开始到树脂温度变为玻璃化温度(t3的时刻)为止开始冷却。具体地说，以以下的顺序进行冷却。
首先，和实施例1的真压附装置一样，根据控制部106的停止加热信号，开放无图示的阀门，开始提供空气给压头部内。随着该空气的供给，压头部内的陶瓷加热器和陶瓷压头急速冷却。此时，树脂G受到大气开放状态的冷却，积极地冷却压头部107以传热达到的冷却效果。
若达到规定条件的温度的话，停止压头部107的冷却，控制部106开放操作阀门V，从基板上方的喷咀104向芯片4供给空气，同时，利用加热器102的温度进行调节。即，对芯片4和基板2的温度进行调节，以使树脂G的温度在玻璃化温度附近，并且基板2和芯片4从大气开放的室温状态开始的热膨胀量几乎相同。因此，能够防止芯片4和基板2因冷却收缩时易产生的翘曲。
作为这些温度调节的时间和条件的设定方法，利用事前的试验，一边测定芯片4、基板2和树脂G的各温度，一边进行条件设定。
本实施例的基板2的热膨胀量，不是指整个基板的热膨胀量，是指安装芯片4的部分和包围该部分的规定区域内的基板2的热膨胀量。该区域可根据芯片4的大小等进行任意地设定。
(步骤16)加压解除
若冷却温度达到玻璃化温度时，解除压头部107对在芯片4的加压，将压头部107恢复到上方待机的位置。
(步骤17)基板取出
当压头部107的加压被解除后，基板支承台7移动到基板传送的位置。移到传送位置的基板2，通过无图示的基板搬运构造将其搬运到基板容纳单元中，放入基板回收盒中。
以上完成了1片基板2上芯片4的粘附。
下面，本发明者为确认采用实施例2的装置安装芯片在基板上时的接合速度(压头部速度)和变更芯片安装时的树脂软化温度时的空隙的发生状况，进行了试验。以下说明其结果。
(具体例)
使用高透明度的无铅玻璃作为玻璃基板，使用ACF作为涂布在该基板上的电极部分的树脂。涂布厚度35μm的此时的ACF所含的粒径为3.5μm，单位面积的粒子数为100万个/mm3的树脂在玻璃基板上。
ACF推荐接合条件，即，将该所用树脂加热不产生脱气的温度定为未满190℃，将树脂几乎完全固化的温度定为220℃。
将芯片安装在基板时的压头部速度定为1、3、5、10(mm/s)的4类型，以各种接合速度并将安装芯片在基板上时的树脂温度分别定为150、170、180、200、220(℃)进行试验。各树脂温度，始终如一地进行加热直到树脂固化为止。以下，通过试验而得到的结果显示在图22中。
如下所述求出各种条件下的点数。从基板的里面一侧通过目测分别确认突起周围和突起周围以外的区域所产生的空隙，比空隙大的龟裂的发生情况。对应于这些个数，求出点数。具体地说，每个规定区域内不能确认有空隙时，对该区域打上“0”点，能够确认数个的情况下，每个区域打上“1”点，能够确认几十个时，打上“2”的空隙。对于龟裂，也进行同样的打分，空隙和龟裂的点数相加来求出。
从图22可知：树脂温度在170℃时，以压头部速度为5mm/s将芯片安装在基板上，固化树脂时的点数为“0”，能够确认实现完全没有空隙的良好的芯片安装。即意味着芯片安装时，芯片和树脂的界面等内卷入的空气全部被排出。另外，在推荐接合条件的190℃以下，将压头部速度设定为1-10mm/s的范围内也能够降低空气卷入引起的空隙等的发生。
树脂的软化温度在150℃和200℃以上时，空隙等的发生点数高的理由如下所述。
若树脂软化温度为150℃时，比ACF推荐接合条件低得多，树脂自身不能充分软化，所以在芯片和树脂的界面所卷入的空气没有完全跑掉，而包含在该界面内的缘故。
树脂软化温度在200℃以上时，因为超过了ACF的推荐接合条件，即，不发生脱气的温度，所以引起脱气的发生而产生空隙等。
如上所述，预先加热基板上的芯片安装部位的树脂G，使其软化，同时，通过控制芯片接合在树脂G上时的接合速度，排出除去安装时卷入芯片4和树脂G的界面等的空气，结果是能够防止空气卷入造成的树脂固化后的空隙等的发生。
在芯片安装后的第1加热工序中，对应于所用树脂G加热时，以不产生脱气的温度，以规定时间预先加热固化树脂G，其后经过以高于第1加热工序的温度的温度使树脂G几乎完全固化的第2加热工序，在第1加热工序的时刻，树脂粘度提高，大于第2加热工序所产生的脱气的发生应力，能够防止因脱气产生的空隙和龟裂等。
在第2加热工序后，将树脂G冷却到玻璃化温度时，通过向芯片4供给空气进行冷却以使树脂G的温度在玻璃化温度附近，并且基板2和芯片4的从室温开始的热膨胀量相等，同时一边利用加热器102对低于玻璃化温度的基板2加热，一边通过调节两部件的温度，可消除不控制热膨胀量冷却两部件时所产生的翘曲。
达到玻璃化温度，在树脂G几乎完全固化的状态下，解除压头部107的加压，所以能够进一步完全地消除基板2和芯片4的热膨胀量的差引起的翘曲。
本发明，不限于上述的实施例，还可以进行如下所述的变形。
(1)实施例1中，对在前段的假压附工序中将芯片预先假压附在基板的规定部位的基板，进行将芯片完全固定在基板上的真压附，但是也可以不经过假压附，只用真压附的概括工序将芯片安装在基板上。
此时，不仅在压头部5的下端部设置吸附固定芯片4用的吸附孔，而且还可以在基板2的下方一侧设置识别手段，识别载置在基板支承平台7的基板2上的标志位置和芯片4的标志位置进行定位。
(2)在实施例1中，在压头部5具有陶瓷加热器10，从芯片4的上方加热树脂，但还可以仅在基板支承台7侧设置陶瓷加热器等加热手段，或者在芯片4的上方和基板支承平台侧都设置陶瓷加热器等加热手段。此时，较好将基板支承台7侧的加热器温度设定为和所用树脂的玻璃化温度(Tg)一样的温度。
这样，通过预先将基板支承台7一侧的加热手段设定在Tg，能够将树脂几乎完全固化时的芯片4和基板2的温度一致。因此，能够消除以往的仅从压头部5一侧加热，加热固化树脂时芯片4侧和基板2侧的线膨胀系数差易引起的基板2的翘曲变形。
作为加热手段，不限于陶瓷加热器，只要是能够加热固化树脂的手段即可。
(3)在实施例1中，沿着陶瓷加热器10的上面一侧设置第1流路15作为冷却手段，但是，也可以进行如下的变形。
(变形例1)
如压头部5的立体图的图11和其侧面图的图12所示一样，还可以在陶瓷固定器9的侧壁上设置贯穿水平方向的贯穿孔22，利用送风手段等从外部将空气吹到该贯穿孔内部，使空气流通。
该贯穿孔22，如图11所示那样，可以和供给空气到压头部5的内部的上述实施例的压头部5的构造进行组合，也可以仅通过贯穿孔22进行压头部5的冷却。
(变形例2)
如压头部5的主视图的图13所示，安装多段的从陶瓷固定器9和工具本体8的侧壁的基端一侧沿水平方向延伸的锥形的散热用冷却部件23(散热片)。这样，通过安装多片散热片23，能够提高压头部5的散热效果，进而能够进行压头部5的冷却。
散热片23，较好是散热效果高的部件，例如较好是金属的散热片。
该散热片23，如图12所示那样，可以和供给空气给压头部5内部的实施例1的压头部5的构造相组合，也可以仅用散热片23对压头部5进行冷却。
(变形例3)
在实施例1和变形例中，利用空气进行冷却，但是还可以利用冷却水对陶瓷加热器10进行冷却。具体地说，如图14的侧面图所示那样，设置“U”字状的第2流路25，沿着陶瓷加热器10的上方循环从冷却水供给手段24供给的冷却水。
(4)在实施例1中，利用空气或冷却水对压头部5进行冷却，但是也可以利用其他的冷却介质。例如还可以提供液体氮给第2流路进行循环等。
(5)在实施例2中，利用1台粘附装置分别进行假压附工序和真压附工序，但是也可以分别设置假压附工序和真压附工序的装置。此时，真压附装置，因仅加热压附假压附工序中假压附在基板上的芯片4，所以压头部部分也可以不具有吸附固定芯片4的功能。
这样分别利用假压附装置和压附装置，可提高产率。
(6)在实施例2中，作为芯片安装前软化树脂的手段，通过玻璃支持体6将加热器102的热传递给树脂G，但是还可以在基板上方配置喷咀等，向树脂供给热风，使其软化。另外，还可以使能在基板上方移动的具有加热器的的机械手臂移动到树脂附近，利用加热器的辐射热，在非接触状态下使树脂软化。
工业上利用的可能性
如上所述，本发明的粘附方法及其装置，适合于将半导体芯片等的芯片元件粘附在液晶、EL(Electro Luminescence)、等离子显示器等的平面显示板等基板类上。

Claims (19)

1.粘附方法，它是使树脂介于安装元件和基板之间，将安装元件装配在基板上的粘附方法，其特征在于，包括利用加压手段将安装元件加压在基板上的工序；利用加热手段加热安装元件的上表面和/或基板的下表面以使上述树脂上升到开始固化反应的温度并保持该温度直到固化反应完毕的加热压附工序；在加压上述安装元件的状态下，冷却上述加热手段以使上述加热手段冷却时上述树脂的温度到达玻璃化温度附近的冷却工序；并且在上述加热手段冷却使上述树脂到达玻璃化温度附近时解除上述加压手段对安装元件的加压。
2.根据权利要求1所述的粘附方法，其特征在于，上述冷却工序，将树脂冷却到玻璃化温度附近时，调节基板和安装元件中的至少一方的温度，以使树脂的温度在玻璃化温度附近，并且基板和安装元件的从室温到树脂的玻璃化温度的热膨胀量相同。
3.根据权利要求2所述的粘附方法，其特征在于，上述基板和安装元件的温度的调节是进行安装元件的冷却和基板的加热中的至少一项。
4.根据权利要求1所述的粘附方法，其特征在于，上述冷却工序是冷却加热手段以使其温度在所用树脂的玻璃化温度+20℃以下的工序。
5.粘附方法，它是使树脂介于安装元件和基板之间，将安装元件装配在基板上的粘附方法，其特征在于，包括在安装元件介由树脂装配在基板上的状态下，以未达到加热引起树脂自身产生气体的温度的温度加热树脂，使其固化到在气体产生的场合下抑制气体热膨胀的程度的硬度的第1加热工序；在上述第1加热工序中在规定时间加热树脂后，以高于第1加热工序的设定温度的温度加热树脂的第2加热工序。
6.根据权利要求5所述的粘附方法，其特征在于，上述第1加热工序的设定温度未达到190℃，上述第2加热工序的设定温度在190℃以上。
7.根据权利要求5所述的粘附方法，其特征在于，从上述第1加热工序到上述第2加热工序的规定时间在20秒钟以内。
8.根据权利要求5所述的粘附方法，其特征在于，上述第2加热工序后，将上述树脂冷却到玻璃化温度附近。
9.根据权利要求5所述的粘附方法，其特征在于，在将上述安装元件装配在基板上，加热固化树脂使安装元件固定粘附在基板上的工序中，分为将安装元件压附在基板上的假压附工序，和将树脂几乎完全固化、将安装元件固定粘附在基板上的真压附工序，将上述假压附工序定为第1加热工序，将上述真压附工序定为第2加热工序。
10.根据权利要求1所述的粘附方法，其特征在于，上述树脂是混入了导电粒子的树脂。
11.粘附装置，它是使树脂介于安装元件和基板之间将安装元件安装在基板上的粘附装置，其特征在于，包括载置固定上述基板的支承台；在上述被固定基板的规定部位对安装元件进行加压的加压手段；加热上述受压状态的安装元件，加热固化上述树脂以使上述树脂上升到开始固化反应的温度的加热手段；在加压上述安装元件的状态下，对所述加热手段进行冷却的冷却手段，冷却使上述树脂到达玻璃化温度附近时解除上述加压手段对安装元件的加压。
12.根据权利要求11所述的粘附装置，其特征在于，包括将上述冷却手段的冷却温度控制在所用树脂的玻璃化温度+20℃以下的温度控制手段。
13.根据权利要求11所述的粘附装置，其特征在于，上述冷却手段是在上述加热手段上设置形成空气流路的贯穿孔，从外部吹送空气的送风手段。
14.根据权利要求11所述的粘附装置，其特征在于，上述冷却手段由设置在上述加热手段内部的第1流路和提供空气给该第1流路的空气供给手段构成。
15.根据权利要求11所述的粘附装置，其特征在于，上述冷却手段是安装在上述加热手段的外周的散热用的冷却元件。
16.根据权利要求11所述的粘附装置，其特征在于，上述冷却手段由设置在上述加热手段内部的第2流路和提供冷却水给该第2流路的冷却水供给手段构成。
17.根据权利要求16所述的粘附装置，其特征在于，加热手段是具有加热元件的加热器，并且所述加热器位于安装元件的上方，第2流路位于所述加热器的上方，以使液体沿着加热元件循环。
18.根据权利要求12所述的粘附装置，其特征在于，在上述支承台一侧具有加热手段，并且控制上述加热手段的温度，使固定在上述支承台上的基板温度在所用树脂的玻璃化温度+20℃以下。
19.根据权利要求18所述的粘附装置，其特征在于，包括根据安装元件和基板的温度控制冷却手段和支承台一侧的加热手段的温度控制手段，在将树脂冷却到玻璃化温度附近时，调整基板和安装元件中的至少一方的温度，以使树脂的温度在玻璃化温度附近，并且基板从室温的热膨胀量近似于安装元件的从室温的热膨胀量。
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