JP2001230528A - 実装装置及び実装方法 - Google Patents

実装装置及び実装方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子間に厚さのバラツキがあって
も、均一に半導体素子をプリント回路基板上に実装する
ことができ、しかもフィレット形成も一括して行うこ
と。 【解決手段】 基板11のランド上には、ICチップ1
4が搭載される。ICチップ14の搭載の際には、実装
領域に接合部材である樹脂13を供給し、ICチップ1
4の接合部位である金バンプを基板11側に向けた状態
でICチップ14を基板11に搭載する。上型18の基
板11側には弾性部材であるダイヤフラム15が取り付
けられている。上型18を下降させて、ダイヤフラム1
5でICチップ14を加圧する。これにより、ダイヤフ
ラム15が基板11及びICチップ14の形状に沿って
変形し、基板11及びICチップ14を全体的に均一に
加圧する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおいて使用される実装装置及び実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、異方性導電フィルム、異方性導電
ペースト、又は接着用樹脂を用いて加熱・加圧により半
導体実装を行う場合には、半導体チップを加熱・加圧す
るための金属又はセラミック製のヒーターツールを備え
た設備が使われている。
【0003】従来の実装方法を図4を用いて説明する。
まず、下型46上に載置した基板41の実装領域(ラン
ド)に接合部材である樹脂43を介して半導体素子であ
るICチップ44を搭載する。このとき、ICチップ4
4は、一方の面に形成された金バンプ42を基板41に
向けるようにして基板41上に搭載する。なお、樹脂4
3としては、例えば異方性導電フィルム、異方性導電ペ
ースト、又は接着用樹脂が挙げられる。
【0004】そして、ICチップ44の上から金属ブロ
ックのヒーターツール45を押圧して、ICチップ44
を加熱しながら加圧する。これにより、ICチップ44
が基板41の実装領域に樹脂43により実装される。
【0005】このとき、ICチップ44の下の樹脂43
は硬化しており、この接合部分を保持する。ICチップ
44からはみ出した樹脂43は、加圧されることによっ
てICチップ44の外周部に流れ出す。流れ出た樹脂4
3は、ヒーターツール45の熱が充分伝わらず、未硬化
のまま残ってしまう。したがって、従来の方法では、こ
の後、別工程として全体を加熱硬化させる必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】金属製のヒーターツー
ルの場合、ICチップの上面を平行に押す必要があり、
常に一定の荷重でICチップの上面に対して平行に押す
ためには、設備の調整や工程管理などが大変であり、設
備も平行度を出すために大掛かりなものとなる。
【0007】また、1個だけのICチップであれば、上
記設備で調整は可能であるが、複数のICチップを同時
に加熱・加圧する場合、各ICチップ間に厚みのバラツ
キがあるために、一つのヒーターツールですべてのIC
チップに対して均一に加圧を行うことはできない。
【0008】すべてのICチップに対して均一に加圧を
行うためには、ヒーターツールをいくつかに別けて、そ
れぞれ独立に動作させれば、原理的には可能であるが、
非常に高い設備になり、調整・管理も煩雑になる。
【0009】また、金属製のヒーターツールの場合は、
常にICチップの上面しか押すことができない。したが
って、加圧により、ICチップの側面からはみ出した樹
脂は、それ以上熱も圧もかからなくなってしまう。結果
として、上述したように、はみ出した樹脂を、別の加熱
硬化工程で硬化させることになるが、このような別工程
ではみ出した樹脂を硬化させても、ICチップを包むよ
うなフィレットは形成することができない。なお、この
フィレットは、外部から半導体チップを保持する作用が
あり、信頼性上有益なものである。
【0010】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、半導体素子間に厚さのバラツキがあっても、均一
に半導体素子をプリント回路基板上に実装することがで
き、しかもフィレット形成も一括して行うことができる
実装装置及び実装方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、異方性導電フ
ィルム、異方性導電ペースト、又は接着用樹脂などの接
合部材を介して半導体素子をプリント回路基板上に実装
する実装装置であって、プリント回路基板を載置する載
置台と、流体を導入した弾性部材を有し、前記弾性部材
を前記プリント回路基板に押圧する押圧手段と、を具備
し、前記プリント回路基板の実装領域に接合部材を介し
て搭載された半導体素子を前記弾性部材で押圧すること
により、前記プリント回路基板に前記半導体素子を実装
することを特徴とする実装装置を提供する。
【0012】この構成によれば、ICチップ間に厚さの
バラツキがあっても、均一にICチップをプリント回路
基板上に実装することができ、しかもフィレット形成も
一括して行うことができる。これにより、工程を簡略化
することができ、生産性が高くなる。また、この方法で
は、ダイヤフラムが被押圧体の形状に沿って変形するの
で、加熱用ヒーターツールの平行度を厳しく管理する必
要がなくなる。
【0013】本発明の実装装置においては、少なくとも
2つの半導体素子を同時に実装可能であることが好まし
い。
【0014】また、本発明の実装装置においては、半導
体素子に対する前記押圧手段の押圧の際に、前記接合部
材から気泡を除去する気泡除去手段をさらに具備するこ
とが好ましい。これにより、半導体素子をプリント回路
基板上に高い信頼性で実装することができる。
【0015】本発明は、接合部材を介して半導体素子を
プリント回路基板上に実装する実装方法であって、流体
を導入した弾性部材をプリント回路基板に押圧すること
により、前記プリント回路基板の実装領域に接合部材を
介して搭載された半導体素子を前記プリント回路基板に
実装することを特徴とする実装方法を提供する。
【0016】この方法によれば、ICチップ間に厚さの
バラツキがあっても、均一にICチップをプリント回路
基板上に実装することができ、しかもフィレット形成も
一括して行うことができる。これにより、工程を簡略化
することができ、生産性が高くなる。また、この方法で
は、ダイヤフラムが被押圧体の形状に沿って変形するの
で、加熱用ヒーターツールの平行度を厳しく管理する必
要がなくなる。
【0017】本発明の実装方法においては、前記半導体
素子を前記弾性部材で押圧したときにはみ出した前記接
合部材をフィレット状に整形すると共に、前記接合部材
を熱硬化することが好ましい。
【0018】この方法によれば、フィレット形成ができ
るので、半導体素子とプリント回路基板との間の接合の
信頼性がより高くなる。また、余剰樹脂の加熱硬化のた
めの工程は不要となるので、工程を簡略化することがで
きる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明の実装
装置及び実装方法では、押圧部材として、充分柔軟性の
ある弾性材料(例えばシリコーンゴム)で構成された袋
に高圧の流体(気体又は液体)を導入してなる部材を用
いる。この部材を用いて半導体素子を押圧する。このよ
うに、弾性部材に対向する位置に配置された半導体素子
を加圧する機構をダイヤフラムと称し、以下このような
加圧機構をダイヤフラムと記す。
【0020】図1は、本発明に係るダイヤフラムによる
加圧の原理を示す図である。載置台である下型7上に基
板1が固定されており、基板1の実装領域(例えば、ラ
ンド)に接合部材である樹脂3が供給され、その樹脂3
上に半導体素子であるICチップ4が搭載される。IC
チップ4は、樹脂3の粘着力によって仮固定される。
【0021】なお、樹脂3としては、異方性導電フィル
ム、異方導電性ペースト、又は接着用樹脂などを挙げら
れる。樹脂3を基板1の実装領域に供給する方法として
は、フィルムとして貼付する方法、ペーストであれば印
刷・ディスペンスなどの方法が挙げられる。
【0022】次いで、基板1上に搭載したICチップ4
をダイヤフラム5を備えたヒーターツール6で上方から
押圧する。これにより、ICチップ4は、加熱された状
態で基板1に対して押圧される。
【0023】このとき、ダイヤフラム5は、ICチップ
4の外形に沿うように変形し、ICチップ4の周囲の基
板1までを包むように加圧する。ダイヤフラム5の中に
は、ヒーターツール6と同様に温度制御された流体(多
くの場合、空気)が導入されているので、ダイヤフラム
5は、パスカルの原理により均一な圧力でICチップ4
及び基板1を加圧しながら、樹脂3の加熱硬化を行う。
【0024】これにより、ICチップ4が基板1の実装
領域(例えばランド)に樹脂3により実装される。ま
た、ICチップ4の周囲にはみ出した樹脂3は、変形し
たダイヤフラム5の形状に沿うように充填され、ダイヤ
フラム5によって加圧されながら加熱硬化される。
【0025】すなわち、図3に示すように、ICチップ
4の外周部に形成されるはみ出した樹脂3は、ダイヤフ
ラム5によって加圧されることにより、フィレット形状
となる。したがって、本発明による方法では、ここまで
の工程でICチップ4と基板1との接合を行うと共に、
フィレット形成まで一括して行うことができる。したが
って、はみ出した余剰樹脂の加熱硬化のための工程は不
要となる。その結果、工程を簡略化することができる。
また、フィレット形成ができるので、ICチップ4と基
板1との間の接合の信頼性がより高くなる。
【0026】図2は、本発明の一実施の形態に係る実装
装置の構成を示す図である。この図2においては、複数
のICチップを一括で加熱圧着する時を示している。載
置台である下型17上には、基板11が載置されてい
る。この下型16には、下ヒーター17が埋め込まれて
いる。
【0027】この基板11の実装領域であるランド上に
は、半導体素子であるICチップ14が搭載される。I
Cチップ14の搭載の際には、実装領域に接合部材であ
る樹脂13を供給し、ICチップ14の接合部位である
金バンプを基板11側に向けた状態でICチップ14を
基板11に搭載する。
【0028】押圧部材である上型18の基板11側には
弾性部材であるダイヤフラム15が取り付けられてい
る。このダイヤフラム15は、上述したように、弾性材
料で構成された袋内に、上型18に埋め込まれた上ヒー
ター19と同様に温度制御された流体(多くの場合、空
気)が導入されている。上ヒーター19と下ヒーター1
7は、それぞれ図示しないヒーター電源に電気的に接続
されており、ヒーター電源により電力が供給されて発熱
するようになっている。
【0029】このように構成された上型18を下降させ
て、ダイヤフラム15でICチップ14を加圧する。こ
のとき、上ヒーター19と下ヒーター17は、樹脂13
を加熱硬化できる程度の温度に上型18及び下型16を
加熱している。
【0030】これにより、ダイヤフラム15が基板11
及びICチップ14の形状に沿って変形し、基板11及
びICチップ14を全体的に均一に加圧する。ダイヤフ
ラム15により加圧を行うとき、上型18の上部に形成
された流体流入口20から袋内に流体が流入され、加圧
状態を保持する。
【0031】ICチップ14の厚みは個々にバラツキを
持っているため、従来の方法では全体的に均一な加圧を
行うことができない問題があるが、本発明によるダイヤ
フラムを利用した方法では、そのダイヤフラムの特性に
より、ICチップ14が1個を加圧する場合とまったく
同じように、全体的に均一な加圧を実現することができ
る。さらに、ICチップ14の周囲にはみ出した樹脂1
3により、図3に示すようにして、フィレット形成及び
硬化を同時に一括して完了することができる。
【0032】このように、本発明によれば、ICチップ
間に厚さのバラツキがあっても、均一にICチップをプ
リント回路基板上に実装することができ、しかもフィレ
ット形成も一括して行うことができる。これにより、工
程を簡略化することができ、生産性が高くなる。また、
この方法では、ダイヤフラムが被押圧体の形状に沿って
変形するので、加熱用ヒーターツールの平行度を厳しく
管理する必要がなくなる。
【0033】さらに、上述した構成の実装装置の加熱加
圧部全体を開閉可能な真空容器の中に組み込むことによ
って、真空に引きながら、上記の一連の作業を行うこと
により、ICチップ14の下の樹脂13に含まれるボイ
ド(エア)を脱泡する(気泡除去)ことができ、より信
頼性の高い接合を行うことができる。
【0034】本発明は上記実施の形態に限定されず種々
変更して実施することが可能である。例えば、装置の外
形形状や部材の位置などについては、適宜変更して実施
することが可能である。また、各部材の材質や寸法など
も適宜変更して実施することが可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体素子間に厚さのバラツキがあっても、均一に半導体
素子をプリント回路基板上に実装することができ、しか
もフィレット形成も一括して行うことができる。これに
より、工程を簡略化することができ、生産性が高くな
る。また、本発明では、ダイヤフラムが被押圧体の形状
に沿って変形するので、加熱用ヒーターツールの平行度
を厳しく管理する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダイヤフラムによる加圧の原理を
示す図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る実装装置の構成を
示す図である。
【図3】ダイヤフラムによる実装部分を示す拡大図であ
る。
【図4】従来の実装方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1,11…基板、2,12…金バンプ、3,13…樹
脂、4,14…ICチップ、5,15…ダイヤフラム、
6…ヒーターツール、7,16…下型、17…下ヒータ
ー、18…上型、19…上ヒーター、20…流体流入
口、21…フィレット形成部分。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異方性導電フィルム、異方性導電ペース
    ト、又は接着用樹脂などの接合部材を介して半導体素子
    をプリント回路基板上に実装する実装装置であって、 プリント回路基板を載置する載置台と、 流体を導入した弾性部材を有し、前記弾性部材を前記プ
    リント回路基板に押圧する押圧手段と、を具備し、 前記プリント回路基板の実装領域に接合部材を介して搭
    載された半導体素子を前記弾性部材で押圧することによ
    り、前記プリント回路基板に前記半導体素子を実装する
    ことを特徴とする実装装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも2つの半導体素子を同時に実
    装可能であることを特徴とする請求項1記載の実装装
    置。
  3. 【請求項3】 半導体素子に対する前記押圧手段の押圧
    の際に、前記接合部材から気泡を除去する気泡除去手段
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の実装
    装置。
  4. 【請求項4】 接合部材を介して半導体素子をプリント
    回路基板上に実装する実装方法であって、 流体を導入した弾性部材をプリント回路基板に押圧する
    ことにより、前記プリント回路基板の実装領域に接合部
    材を介して搭載された半導体素子を前記プリント回路基
    板に実装することを特徴とする実装方法。
  5. 【請求項5】 前記半導体素子を前記弾性部材で押圧し
    たときにはみ出した前記接合部材をフィレット状に整形
    すると共に、前記接合部材を熱硬化することを特徴とす
    る請求項4記載の実装方法。
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