JP2002203874A - チップの実装方法 - Google Patents

チップの実装方法

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JP2002203874A JP2000399759A JP2000399759A JP2002203874A JP 2002203874 A JP2002203874 A JP 2002203874A JP 2000399759 A JP2000399759 A JP 2000399759A JP 2000399759 A JP2000399759 A JP 2000399759A JP 2002203874 A JP2002203874 A JP 2002203874A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンダーフィル剤の塗布、バンプの加熱溶融
による接合、アンダーフィル剤の硬化がそれぞれ最適な
状態でしかも最適なタイミングで行われるようにし、昇
温開始からアンダーフィル剤の所定の硬化までを効率良
く短時間で行う。 【解決手段】 アンダーフィル剤として、塗布された状
態にて自己形状を保持可能な粘度を有し、温度上昇に伴
い粘度が十分に低い粘度に低下するとともに実質的に粘
度に維持され、トリガがかかった後に急速硬化する接着
剤を用い、アンダーフィル剤を基板およびチップの少な
くとも一方に塗布し、チップを基板に近づけ基板側に向
けて加圧することにより、チップのバンプを基板の電極
に圧着するとともに、チップと基板の間にアンダーフィ
ル剤を展延させ、バンプがアンダーフィル剤中に埋没し
た状態で昇温によりバンプを溶融させ溶融したバンプと
基板の電極を接合し、バンプの溶融接合に際し、アンダ
ーフィル剤の硬化前に、溶融バンプの濡れ広がりのため
の十分な時間を確保するチップの実装方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チップの実装方法
に関し、とくに、チップをフラックスレスにて基板に実
装するとともに、チップと基板間にアンダーフィルを行
うようにしたチップの実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】チップにハンダ等によりバンプを形成
し、チップをフェイスダウンの形で基板に近づけ、バン
プを基板の電極に当接させた後、チップのバンプを加熱
溶融させて基板の電極と接合するようにしたチップの実
装方法はよく知られている。このチップと基板との間に
は、チップと基板との間の全体的な接着強度を向上する
ために、非電気伝導性接着剤からなるアンダーフィル剤
が注入される。このアンダーフィル剤には、通常、熱硬
化性樹脂からなる接着剤が使用されている。このアンダ
ーフィル剤が、互いに接合されたチップのバンプと基板
の電極の周囲に充填されることにより、接合部間の電気
的絶縁の信頼性が高められる。
【０００３】従来、ハンダバンプを形成したチップの実
装においては、まず、実装前にバンプ又は基板側にフラ
ックスが塗布され、チップが基板上の所定位置に実装さ
れた後、加熱により（多くの場合、加圧を伴って）ハン
ダバンプが溶融されて基板の電極と仮接合される。冷却
された後、フラックスが洗浄により除去され、チップと
基板との間の微小な隙間に側方からアンダーフィル剤が
注入されている。アンダーフィル剤が注入された後、再
び加熱されてリフローされ、アンダーフィル剤の硬化が
行われている。
【０００４】ところが、上記のような従来の実装方法に
おいては、チップと基板との仮接合工程においてハンダ
バンプが加熱溶融される際、その周囲の雰囲気により二
次酸化されるおそれがある。二次酸化が生じると、バン
プと基板の電極との電気的接合の信頼性が低下する原因
となる。二次酸化を防止するために、バンプと電極が接
合される際、窒素ガス等によりバンプ周りの雰囲気をパ
ージする方法がある。しかし、このような窒素ガス等に
よるパージは、チップ実装装置の大型化、実装装置およ
び実装工程の複雑化、コスト増大の原因となり、かつ、
窒素ガス等によるパージの時間が必要となるため高速実
装化の妨げとなる。
【０００５】また、上記のような従来の実装方法におい
ては、ハンダバンプの溶融接合のために、フラックスの
塗布、および、接合後のフラックスの洗浄による除去が
必要となり、本接合完了までの工程数が多いという問題
がある。また、フラックスの完全洗浄は難しく、その残
渣が接合の信頼性を低下させる。フラックスレスとする
ために、従来のフラックスの代わりにハンダよりも融点
の高いアルコール系の有機材料を使用し、仮接合後にそ
れを洗浄することなく蒸発させて除去する方法が提案さ
れている（特開平８−２９３６６５号公報）。しかしこ
の方法では、基本的にフラックスの洗浄工程を不要化で
きるだけであり、実装における工程数削減効果に乏し
い。とくに、仮接合後のアンダーフィル剤の注入、アン
ダーフィル剤のリフロー、硬化工程は、依然としてその
まま残る。またこの方法は、バンプピッチのファインピ
ッチ化に伴い、アンダーフィル剤の注入が困難となって
きている。
【０００６】このような問題に対し、フラックスレス化
についての言及はないものの、先端を小径化した特殊形
状のバンプを形成したチップと基板との間に接着用樹脂
（アンダーフィル剤）を押し拡げて充満させ、上記チッ
プのバンプの先端部を圧潰してバンプを基板の電極に接
合するようにした方法が知られている（特開平１１−２
６５０６号公報）。
【０００７】しかし、この特開平１１−２６５０６号公
報に開示された方法は、基本的に、バンプを加熱溶融さ
せて基板の電極に接合する方法を対象としていない。こ
の方法を、たとえばバンプの加熱溶融を伴うチップの実
装に適用すると、アンダーフィル剤として従来の樹脂を
使用した場合、粘度の低い樹脂を使用すると、アンダー
フィル剤をチップと基板の間に押し拡げて展延させよう
とするとき、アンダーフィル剤が流れ出してしまい、互
いに圧着されているバンプと電極の周囲を覆うように保
持できないとともに、ボイドを巻き込んでしまうおそれ
がある。一方、粘度の高い樹脂を使用すると、加熱によ
り溶融されたバンプが十分に濡れ広がらない。そのた
め、バンプと電極との間にアンダーフィル剤が挟まった
り、バンプと電極との間に接合のための金属間化合物が
形成されなかったり、接合部の抵抗値が上昇したり、十
分な接合強度が得られなかったりし、接合の信頼性が低
下する。また、バンプとともに加熱されるアンダーフィ
ル剤は、短時間の内に硬化を開始してしまうので、硬化
を開始した樹脂に流動を抑制されてバンプが十分に濡れ
広がらず、やはり十分な接合が得られないという問題を
生じる。また、従来のアンダーフィル剤としての樹脂に
おいて、溶融バンプが十分に濡れ広がることができるよ
うに極力粘度を下げようとすると、硬化時間も長くなっ
てしまい、生産工程のタクトタイムを短縮することが困
難となる。さらに、従来の樹脂は、硬化を開始してか
ら、バンプ−電極の接合状態を保持するに十分な程度に
硬化するまでの時間が長いため、硬化が十分に進むまで
チップを押さえ続けなければならず、やはり、生産工程
のタクトタイム短縮を狙う場合の大きな阻害要因となっ
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、アンダーフィル剤中に互いに圧着されたバンプと電
極とを埋没させた状態でバンプを加熱溶融させ、二次酸
化が生じない状態にてバンプと電極との本結合まで可能
とする方法を提供するとともに、とくに、アンダーフィ
ル剤として最適な粘度挙動および硬化挙動を示す特定の
接着剤を使用することにより、該アンダーフィル剤中に
て溶融されたバンプが十分に濡れ広がることができるよ
うにし、かつ、バンプが十分に濡れ広がり良好な接合状
態が確保された後に、そのアンダーフィル剤が迅速に硬
化するようにし、アンダーフィル剤の塗布、バンプの加
熱溶融による接合、アンダーフィル剤の硬化がそれぞれ
最適な状態でしかも最適なタイミングや時間で行われる
ようにし、昇温開始からアンダーフィル剤の所定の硬化
までを効率良く短時間で行うことができるようにするこ
とにある。
【０００９】また本発明の別の課題は、上記のような実
装を実行するまでの一次酸化も効率よく防止できるよう
にし、とくにフラックスレスにて上記実装を行えるよう
にし、実装工程全体の工程数を大幅に低減して、工程の
簡素化、タクトタイムの短縮をはかることにある。
【００１０】本発明のさらに別の課題は、アンダーフィ
ル剤の硬化開始のタイミングを最適化するとともに、硬
化開始後の硬化速度を速め、硬化途中でチップの加圧を
解除できるようにして、チップ実装のタクトタイムをさ
らに短縮することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るチップの実装方法は、チップおよび基
板の少なくとも一方に形成したバンプを他方に形成した
電極に接合するとともに、チップと基板との間に熱硬化
性のアンダーフィル剤を介在させるチップの実装方法に
おいて、前記アンダーフィル剤として、常温では塗布さ
れた状態にて自己形状を保持可能な第１の粘度を有し、
温度上昇に伴い粘度が前記第１の粘度から第２の粘度に
低下するとともに予め設定された所定の温度範囲で実質
的に前記第２の粘度に維持され、該所定の温度範囲で所
定の時間経過後に粘度が前記第２の粘度から上昇し硬化
が進行する接着剤を用い、前記アンダーフィル剤を基板
およびチップの少なくとも一方に塗布し、チップを基板
に近づけ基板側に向けて加圧することにより、バンプを
電極に圧着するとともに、チップと基板の間においてア
ンダーフィル剤を互いに圧着されたバンプおよび電極の
周囲に展延させ、バンプがアンダーフィル剤中に埋没し
た状態で昇温によりバンプを溶融させ溶融したバンプと
電極を接合し、該バンプの溶融接合に際し、前記アンダ
ーフィル剤の硬化前に、溶融バンプの濡れ広がりのため
の時間を確保することを特徴とする方法からなる。
【００１２】すなわち、本発明で使用するアンダーフィ
ル剤は、塗布された段階では比較的粘度が高く（第１の
粘度）、塗布された自己形状を保持でき、その状態では
流れ出ないようにする。この塗布状態から、チップと基
板を近接させることにより、塗布されているアンダーフ
ィル剤は徐々に押し拡げられる。このときアンダーフィ
ル剤は比較的高い第１の粘度を有しているので、押し拡
げられるアンダーフィル剤は、ボイドを巻き込むことな
く、互いに圧着されるバンプと電極の周囲に充満され
る。
【００１３】圧着されたバンプと電極がアンダーフィル
剤中に埋没した状態で、バンプおよびアンダーフィル剤
が加熱され、溶融したバンプが電極に接合される。酸素
と接しないアンダーフィル剤中での接合であるので、溶
融されたバンプは周囲の雰囲気から遮断され、二次酸化
が効果的に防止される。このとき、アンダーフィル剤の
粘度は昇温により比較的低い第２の粘度まで低下してい
るので、溶融したバンプは、アンダーフィル剤に大きく
阻害されることなく、十分に濡れ広がることができる。
しかも、アンダーフィル剤は、上記所定の温度範囲内に
ある間（緩やかに昇温が続行されている場合と、実質的
にバンプの溶融温度に保持されている場合の両方を含
む）、実質的にこの第２の粘度に維持されるので、溶融
されたバンプが十分に濡れ広がるための時間が確保さ
れ、バンプと電極の良好な接合が達成される。溶融され
たバンプが十分に濡れ広がった後に、アンダーフィル剤
の所定の硬化が開始される。
【００１４】とくに本発明においては、このアンダーフ
ィル剤の硬化を、トリガにより開始することができる。
すなわち、アンダーフィル剤として、硬化開始の誘発点
となるトリガ温度を有し、アンダーフィル剤の温度が一
旦トリガ温度に到達した後には、アンダーフィル剤の温
度にかかわらず硬化が進行するアンダーフィル剤を用い
ることができる。このようなトリガ温度を有するアンダ
ーフィル剤を用いることにより、溶融バンプの濡れ広が
りのための十分な時間を容易に確保することができるよ
うになる。
【００１５】たとえば、上記トリガ温度がバンプの融点
以下に設定されたアンダーフィル剤を用いる場合には、
トリガ温度に達した後のアンダーフィル剤の硬化時間を
適切に設定することにより、トリガ温度に達した後に融
点に達し溶融されるバンプが濡れ広がるための時間を十
分に確保することができる。また、上記トリガ温度がバ
ンプの融点よりも高い温度に設定されたアンダーフィル
剤を用いる場合には、バンプを溶融させた後所定時間経
過後にトリガ温度に昇温することにより、バンプが濡れ
広がるための時間を自由に設定できるとともに、アンダ
ーフィル剤の硬化を最適なタイミングで開始できるよう
になる。後者の方法の方が、自由度が高く、より精度良
く濡れ広がり時間を設定できることから、より好まし
い。いずれの方法においても、トリガがかかった後に
は、アンダーフィル剤を所望の速度で迅速に硬化させる
ことができ、後者の方法の方がより容易に急速硬化させ
ることができる。アンダーフィル剤を急速硬化させるこ
とにより、アンダーフィル剤の硬化がある程度進んだ段
階でアンダーフィル剤の完全硬化前に、チップの加圧を
解除することが可能になる。すなわち、チップの加圧を
途中で解除しても、アンダーフィル剤は、チップと基板
の接合状態を保持しつつ、そのまま硬化し続け、自然に
完全硬化する。チップの加圧解除により、次のチップ実
装に移行できるから、連続的に大量のチップの実装を行
う場合、タクトタイムが大幅に短縮される。
【００１６】上記接合においては、二次酸化を防止しつ
つ、従来の本接合工程にて行っていた溶融バンプのリフ
ローまでを、アンダーフィル剤中で一気に行うことがで
きるから、基本的に、従来方法のように仮接合工程と本
接合工程に分けなくても、実質的に本接合完了までアン
ダーフィル剤中で実行することが可能となり、チップ実
装工程を簡素化して、工程全体のタクトタイムの短縮が
可能となる。
【００１７】また、本発明においては、前記アンダーフ
ィル剤中での接合による二次酸化防止に加え、バンプお
よび電極の少なくとも一方に、チップの基板への実装前
に、該実装に至るまでの、保管中等における雰囲気によ
る酸化、あるいはハンダバンプ生成時の加熱処理など何
らかの前処理に伴う酸化である一次酸化を防止する処理
を施すことが好ましい。一次酸化防止処理としては、た
とえば、前記バンプや電極をエネルギー波またはエネル
ギー粒子により洗浄する処理を行うことができる。エネ
ルギー波またはエネルギー粒子としては、たとえば、プ
ラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、
レーザのいずれかを用いることができる。また、一次酸
化防止処理として、たとえば、バンプや電極の表面にフ
ッ素基等の酸素を取り除く置換基を化学的に結合させ、
不酸化表面層を形成したり、水素による還元作用により
表面から酸化物を除去したり、表面に金メッキを施した
りする処理を採用することもできる。
【００１８】このような一次酸化防止処理を施すことに
より、フラックスレスでの実装が可能となり、フラック
ス塗布、洗浄工程等が不要となって、実装工程全体の工
程数がさらに大幅に削減される。したがって、この一次
酸化防止処理を含む本発明に係る方法では、実質的に、
一次酸化防止処理工程と、アンダーフィル剤塗布を含む
チップと基板との加熱接合工程との二工程のみで、実装
が完了することになり、チップ実装の工程数が大幅に削
減され、工程、装置ともに大幅に簡素化され、タクトタ
イムのさらなる短縮が可能となる。
【００１９】なお、本発明においては、バンプは、チッ
プおよび基板の少なくとも一方に形成される。すなわ
ち、（Ａ）バンプがチップに形成され、基板に電極が形
成される場合と、（Ｂ）バンプが基板に形成され、チッ
プに電極が形成される場合と、（Ｃ）チップと基板の両
方にバンプが形成される場合がある。したがって、とく
に上記（Ｃ）の場合には、本発明における「電極」と
は、バンプを含む技術概念を意味する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の一実施態様に係るチップの実装方法における、チップ
実装直前の状態を示しており、チップ側にバンプを形成
し、基板側に電極を形成した場合を示している。図１に
おいて、１はチップ（たとえば、ＩＣチップ）を示して
おり、その下面に設けられた電極（図示略）に対応する
位置に、バンプ２、本実施態様ではハンダバンプ、が形
成されている。ここで「ハンダ」とは、鉛、錫から構成
されたハンダに限らず、金属を溶融させて接合できるも
の全てを意味する。上記チップ１は、チップボンディン
グマシンのヒートツール３の下面に吸着保持されてい
る。本実施態様では、バンプ２および基板電極の少なく
とも一方の表面には前述の如き一次酸化防止処理が施さ
れており、フラックス塗布なしでハンダ接合が可能とな
っている。
【００２１】バンプ２や電極の一次酸化防止方法として
は、前述の如きエネルギー波またはエネルギー粒子によ
り洗浄する処理や、フッ素基等を置換等により化学的に
結合させる化学的な処理、水素による還元作用により表
面から酸化物を除去したり、バンプや電極表面に金メッ
キを施したりする処理等を採用することができる。さら
に、エネルギー波またはエネルギー粒子により、あるい
は溶液を使った洗浄を行った後、再度酸化される前に時
間管理のもとに（所定の時間内に）実装する方法や、上
記洗浄後、ＡｒやＮ2 雰囲気中で実装を行う方法も適用
可能である。
【００２２】チップ１の下方には、ボンディングマシン
の基板用ステージ４上に基板５（たとえば、回路基板や
液晶基板）が保持固定されている。基板５上には、電極
６が、たとえば金メッキにより形成されている。このボ
ンディングマシンでは、ヒートツール３の下面に吸着保
持されたチップ１の位置に対し、ステージ４上に保持固
定された基板５が制御されるようになっており、とく
に、対応するバンプ２と基板５の電極６とが位置合わせ
されるようになっている。
【００２３】チップ１を基板５上に実装する前に、チッ
プ１と基板５の少なくとも一方に、本実施態様では基板
５の上面上に、熱硬化性のアンダーフィル剤７が塗布さ
れる。本実施態様では熱硬化性のアンダーフィル剤７と
して、非電気伝導性接着剤からなる熱硬化性のアンダー
フィル剤７が使用されているが、本発明の熱硬化性のア
ンダーフィル剤には、非電気伝導性ペースト、非電気伝
導性フィルム、及び金メッキされたプラスチック粒子や
ハンダ粒子などの導電粒子を含んだ異方導電性ペース
ト、異方導電性フィルムが含まれる。アンダーフィル剤
７の塗布は、基板５をステージ４上に保持した後に行う
のが、所望の位置に精度良く塗布できることから好まし
いが、保持前に塗布することも可能である。また、図１
に示した状態では、アンダーフィル剤７を凸状に盛り上
がるように塗布してある。このような凸状の塗布は、た
とえばディスペンサによる塗布で行うことができる。こ
の他、スクリーン印刷により、たとえば、部分的に平板
状に塗布することも可能である。ただし、後述のアンダ
ーフィル剤７展延の際にボイドの巻き込みをより確実に
防止するためには、上記の如く凸状に盛り上がるように
塗布することが好ましい。
【００２４】この熱硬化性の非電気伝導性接着剤からな
るアンダーフィル剤７は、塗布された状態にて図１に示
したような凸状に隆起した自己形状を保持可能な、比較
的高い第１の粘度を有し、温度上昇に伴い粘度が第１の
粘度から比較的低い第２の粘度に低下するとともに予め
設定された所定の温度範囲内で所定時間、実質的にその
第２の粘度に維持され、その所定時間経過後に、第２の
粘度に到達した時点から時間遅れをもって、硬化開始の
ためのトリガ温度の設定により、粘度が第２の粘度から
上昇し硬化が進行する特性を有している。このような特
性を有するアンダーフィル剤７が、たとえば常温にて、
基板およびチップの少なくとも一方に塗布される。本実
施態様では基板５上に図１に示したように塗布される。
【００２５】上記第１の粘度、第２の粘度は、アンダー
フィル剤７の自己形状保持性能、バンプ２の溶融温度等
に応じて、適切に設定され、実質的に第２の粘度に維持
される上記所定の温度範囲および所定の時間は、加熱工
程で溶融したバンプ２が十分に濡れ広がることのできる
時間を考慮して、適切に設定される。すなわち、第１の
粘度は、塗布された状態にて、図１に示したような凸状
に隆起した自己形状や、たとえばスクリーン印刷で塗布
された所定の自己形状を保持可能な粘度で、かつ、図
２、図３に示すようにチップ１と基板５の間で押し拡げ
られて展延される際、比較的高粘度を維持してボイドを
巻き込まないように雰囲気気体を周囲に押し出していく
ことのできる粘度に設定される。第２の粘度は、主とし
てバンプ２が溶融開始した際のバンプ２の流動性との関
係で定められ、バンプ２が溶融した状態で、該バンプ２
が十分に濡れ広がるために抵抗とならない程度に十分に
低い粘度に設定される。また、実質的に第２の粘度に維
持される上記所定の温度範囲あるいは所定の時間は、少
なくとも溶融したバンプ２が十分に濡れ広がることので
きる時間内はアンダーフィル剤７の硬化が開始されない
か、あるいは硬化が進行せず、バンプ２の濡れ広がりの
ために十分な時間を確保できる範囲に設定される。
【００２６】このバンプ２の濡れ広がりのための十分な
時間の確保は、とくにトリガ温度に応じて次のように行
うことができる。すなわち、トリガ温度をバンプ２の融
点以下に設定した場合は、トリガがかかってからアンダ
ーフィル剤の硬化に至るまでの時間で設定することがで
きる。また、トリガ温度をバンプ２の融点よりも高い温
度に設定した場合には、バンプ２の融点に達した後その
温度に維持するかトリガ温度よりも低い温度に維持する
ことにより、濡れ広がりのための時間を自由に設定で
き、バンプ２が濡れ広がった後に再度温度を上げトリガ
温度以上に上昇させることにより、アンダーフィル剤を
急速硬化させることができる。濡れ広がりのための時間
設定の自由度やより急速硬化をはかる点からは、後者の
方法がより好ましい。
【００２７】このようなアンダーフィル剤７の特性は、
温度との関係では、たとえば図５に示すように表され、
時間との関係では、後述の図７（Ｃ）に示すように表さ
れる。図５に示す特性においては、常温では比較的高い
第１の粘度を示し、温度上昇に伴って徐々に粘度が低下
し、バンプ２が溶融開始する温度に上昇すると、比較的
低い第２の粘度を示し、所定の温度範囲内にある間は、
実質的にその低い第２の粘度に維持され、所定の温度範
囲よりも温度が上昇すると、粘度が上昇し比較的急速に
硬化していく特性として表すことができる。この所定の
温度範囲は、チップ実装の際の昇温特性に応じて適切に
設定すればよい。このようなアンダーフィル剤７の特性
は、アンダーフィル剤７を構成する樹脂とその硬化剤の
組み合わせおよび組成を調整することにより達成でき
る。たとえば、図５に示したような特性を、比較的大き
な自由度をもって、所望の特性に調整するためには、液
状のビスマレイミド樹脂と、過酸化物の硬化剤を用いる
ことが好ましい。この液状のビスマレイミド樹脂と過酸
化物の硬化剤からなるアンダーフィル剤は、常温では上
記の如く比較的高い粘度を示し、温度が上昇すると、バ
ンプの溶融開始温度に至る前に樹脂と硬化剤との反応が
開始し、温度上昇に伴ってまず粘度が低下する。温度が
ほぼバンプの溶融開始温度に至ると、粘度は上記のよう
な第２の粘度まで低下し、その後温度が上昇しても所定
の温度範囲内では実質的に第２の粘度に維持され、その
間溶融したバンプが濡れ広がるのに十分な時間が確保さ
れる。さらに温度が上昇し、設定されたトリガ温度に到
達すると、比較的急速に粘度が上昇し比較的急速に硬化
する。このトリガ温度は、硬化剤の調合により比較的任
意に設定可能であり、トリガ温度が高いほど急速に硬化
する。
【００２８】ちなみに従来のアンダーフィル剤として用
いていた樹脂は、図６に示すような粘度−温度特性を有
している。すなわち、常温からの温度上昇によりアンダ
ーフィル剤の粘度は低下するが、低下した粘度を維持で
きる温度範囲が実質的に存在せず、温度上昇により粘度
が直ちに上昇し始め、硬化が開始する。したがって、溶
融したバンプが濡れ広がるのに十分な時間が確保されな
い。また、硬化の進行が遅いため、硬化が開始してから
完全硬化に近い状態になるまで長時間を要し、その間、
バンプと電極の接合状態が不良にならないよう、チップ
を加圧した状態に保持し続ける必要がある。チップの加
圧を解除できるまでの時間が長いので、タクトタイムの
短縮が困難である。本発明ではこのような問題がすべて
解消される。
【００２９】本発明に係るアンダーフィル剤７を使用す
る場合の作用、効果を、接合工程のステップ進行の一例
を示した図２〜図４を参照しながら説明する。図２に示
すように、図１に示した状態から、チップ１と基板５と
が接近される。本実施態様ではヒートツール３が下降さ
れ、チップ１のバンプ２が対応する基板電極６に当接さ
れ、加圧されて圧着される。このとき、図２に示すよう
に、基板５上に塗布されていたアンダーフィル剤７は、
チップ１と基板５との間で押し拡げられて展延され、両
者間の隙間を埋める。またこのとき、展延されるアンダ
ーフィル剤７がバンプ２と電極６との間に介在しようと
したり、あるいは、事前のアンダーフィル剤７の塗布の
段階から電極６上にアンダーフィル剤７が介在したりす
ることがあっても、図３に示すように、バンプ２が電極
６へと圧着される過程で、その間に存在していたアンダ
ーフィル剤７が周囲へと押しやられる。とくにヒートツ
ール３を適切な加圧力をもって下降させ、バンプ２を適
切な圧力をもって電極６に圧着させることにより、バン
プ２をアンダーフィル剤７を介在させることなく直接電
極６に圧着させることができる。とくに、本実施態様の
ようにバンプ２の先端部（下面先端部）を、球面に近い
形状に形成しておけば、その先端部の周囲に存在してい
るアンダーフィル剤７は、効率よく円滑に、互いに当接
するバンプ２と電極６の周囲へと押しやられる。
【００３０】このアンダーフィル剤７の展延は、塗布温
度（たとえば、常温）で、あるいは塗布温度からそれほ
ど温度が上昇していない間に行われる。この段階では、
前述の如く、アンダーフィル剤７の粘度は比較的高い第
１の粘度またはそれに近い粘度を有しているから、チッ
プ１と基板５との間でアンダーフィル剤７が流動しすぎ
ることはなく、図１のように塗布されていたアンダーフ
ィル剤７は、その周囲にあった雰囲気気体を全方位に向
けて徐々に円滑に追い出していき、ボイドを巻き込むこ
となく展延されていく。また、図３に示したように、互
いに圧着されたバンプ２と電極６の周囲からも、同様に
ボイドを巻き込むことなく、雰囲気気体が追い出され、
バンプ２と電極６は雰囲気から完全に遮断された状態
で、展延されたアンダーフィル剤７中に埋没される。
【００３１】この状態で、ヒートツール３によって、チ
ップ１、ひいてはバンプ２とアンダーフィル剤７の昇温
が開始され、アンダーフィル剤７の粘度は第１の粘度か
ら徐々に低下していき、温度上昇に伴って、やがて第２
の粘度に到達する。また、所定の温度に上昇されると、
本実施態様では実質的に、アンダーフィル剤７の粘度が
第２の粘度に到達する温度に上昇されると、バンプ２が
溶融開始し、溶融されたバンプ２が電極６と接合され
る。バンプ２と電極６は、その周囲に充満されているア
ンダーフィル剤７によって周囲の雰囲気から完全に遮断
されているから、加熱溶融されるバンプ２に二次酸化は
生じない。したがって、従来方法のように、二次酸化防
止のための窒素ガス等による雰囲気のパージは不要であ
り、装置、工程ともに大幅に簡素化される。
【００３２】また、本実施態様においては、バンプ２に
は事前に一次酸化防止処理が施されているから、従来方
法のようなフラックスの塗布は不要であり、フラックス
塗布を行った場合の加熱溶融接合後のフラックス洗浄も
不要である。したがって、工程がより簡素化される。
【００３３】また、バンプ２が、アンダーフィル剤７中
で所定の温度に加熱され溶融されることにより、バンプ
２は低粘度のアンダーフィル剤７中で十分に濡れ広がる
ことができ、電極６に対し良好に接続される。したがっ
てこの方法では、仮接合と本接合とに分けることなく、
一気に本接合まで行うことが可能になり、本接合完了に
至るまでの工程数が大幅に削減される。この面からも、
装置、工程ともに大幅に簡素化される。
【００３４】上記のようにバンプ２の溶融温度に達した
後には、アンダーフィル剤７の粘度は、少なくとも、バ
ンプ２が十分に濡れ広がるに必要な時間、実質的に第２
の粘度に維持される。この第２の粘度は、十分に低い粘
度に設定されているから、溶融したバンプ２が濡れ広が
るときにアンダーフィル剤７が大きな抵抗となることは
なく、溶融したバンプ２は図４に示すように良好にかつ
十分に濡れ広がり、電極６との間で電気的に優れた接合
状態が得られる。また、アンダーフィル剤７が所定の温
度範囲内で実質的に第２の粘度に維持されるようにして
おくことにより、その温度範囲内にある時間内では溶融
したバンプ２の良好な濡れ広がりのための時間が確保さ
れることになるから、溶融したバンプ２の濡れ広がりの
ための十分な時間が自動的に確保されることになる。ま
た、アンダーフィル剤７の粘度が十分に低い第２の粘度
に低下した状態にあっても、該アンダーフィル剤７はチ
ップ１と基板５間に保持された状態にあるから、その表
面張力や粘着力により、アンダーフィル剤７がチップ１
と基板５の間から流出することはなく、前述のチップ１
と基板５の間に展延された状態が実質的にそのまま維持
される。
【００３５】図４に示したように、バンプ２と電極６と
の所望の接合が開始されてから所定の時間が経過した後
に、つまり、バンプ２の溶融開始に対し、バンプ２が十
分に濡れ広がるに必要な時間だけ時間遅れをもたせて、
昇温によりアンダーフィル剤７のトリガ温度に到達し、
アンダーフィル剤７の粘度が上昇されるとともに、アン
ダーフィル剤７が急速に硬化される。この硬化速度は、
従来の樹脂を用いたアンダーフィル剤の硬化速度よりも
速く、所定の硬化状態に至るまでの時間が大幅に短縮さ
れる。すなわち、アンダーフィル剤７が十分に硬化して
いないうちにチップ１の加圧を解除すると、アンダーフ
ィル剤７の弾性復元力により、チップ１が浮き上がった
り、バンプ２と電極６との接合状態に悪影響を及ぼした
りするおそれがあるが、アンダーフィル剤７が十分に硬
化した後にチップ１の加圧を解除すれば、このようなお
それを除去できる。本発明に係るアンダーフィル剤７
は、急速硬化するので、硬化開始後短時間のうちにチッ
プ１の加圧を解除することが可能であり、解除後次のチ
ップ実装に移行できるので、タクトタイムの短縮が可能
になる。
【００３６】とくに、アンダーフィル剤７が、上記のよ
うな硬化開始の誘発点となるトリガ温度を有するものの
場合には、アンダーフィル剤７の温度が一旦トリガ温度
に到達した後には、アンダーフィル剤７の温度にかかわ
らず硬化を進行させることが可能である。したがって、
不都合が生じない程度に硬化した段階で、チップ１の加
圧を解除することが可能になり、その後は、互いに接合
されたチップ１と基板５を装置から取り外し、加圧、加
温しない条件下で自然に硬化を完了させることができ
る。このようなトリガ温度が設定されることにより、バ
ンプ２の溶融を伴う一連の工程中で、上記実施態様では
溶融バンプ２が十分に濡れ広がった後に、場合によって
は濡れ広がりが完了する直前に、温度がトリガ温度に達
することによりアンダーフィル剤７の硬化が開始され、
その後自然に硬化が進むことになる。チップ１の加圧
は、トリガ温度に到達した後適当な短い時間経過後に解
除すればよい。
【００３７】上記のような実施態様におけるチップ実装
の一連の工程を図示すると、たとえば図７（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）に示すようになる。各図の横軸は時間軸
であり、図７（Ａ）は、ヒートツール３のヘッドの上下
方向の位置を示しており、ヒートツール３を下降させて
チップ１を基板５に対し加圧し、ある時間加圧した後そ
の加圧を解除する動作を示している。図７（Ｂ）は、ア
ンダーフィル剤７およびバンプ２の温度の挙動を示して
おり、徐々に加熱された後、バンプ２の溶融温度に到達
し、本例では、その後も緩やかに温度上昇され、所定の
温度範囲内でバンプ２が十分に濡れ広がるとともにアン
ダーフィル剤７の粘度が実質的に前述の第２の粘度に維
持される。温度がアンダーフィル剤７のトリガ温度に到
達すると、アンダーフィル剤７の硬化が開始され、適当
な温度にて加熱を停止し、アンダーフィル剤７を自然硬
化させる。また、アンダーフィル剤７の硬化開始後適当
な時間経過後、チップ１の加圧が解除される。ただし、
バンプ２の溶融温度に到達した後、実質的に一定の温度
に保ち、その温度にて、時間遅れをもってアンダーフィ
ル剤７の硬化開始のトリガがかかるようにしてもよい。
また、前述したように、トリガ温度をバンプ２の溶融温
度以下に設定し、トリガ温度に達した後のアンダーフィ
ル剤の硬化時間により、バンプ２の濡れ広がりのための
時間を確保することも可能である。図７（Ｃ）は、前記
実施態様におけるステップ進行の様子を示しており、ま
ずチップ１が基板５に押し込まれ、バンプ２が電極６に
圧着されるとともにアンダーフィル剤７が展延される。
アンダーフィル剤７の粘度が第２の粘度に低下した状態
で、溶融バンプ２の電極６への接合が行われ、濡れ広が
りのための十分な時間が確保された後トリガ温度に到達
すると、アンダーフィル剤７の硬化が開始され、トリガ
温度に到達した後には、アンダーフィル剤７は急速に硬
化される。
【００３８】このように、本実施態様に係るチップの実
装方法においては、事前の一次酸化防止処理によりフラ
ックスレスの実装が可能となり、アンダーフィル剤７中
での周囲雰囲気から遮断された状態での溶融バンプ２と
電極６との接合により、二次酸化を防止しつつ一気に本
接合まで可能となり、かつ、溶融バンプ２が十分に濡れ
広がった後に時間遅れをもたせてアンダーフィル剤７の
硬化を開始させることにより、信頼性の高い接合を確実
に実施でき、しかも、アンダーフィル剤７の硬化をトリ
ガ温度を起点に開始させることにより、硬化時間を早め
るとともに完全硬化に至る途中でチップ１の加圧を解除
することが可能となる。したがって、極めて少ない工程
数で、目標とする信頼性の高い接合状態を実現でき、装
置、工程をともに簡素化できるとともに、タクトタイム
を大幅に短縮することができる。
【００３９】なお、上記実施態様では、チップ１側のバ
ンプ２をハンダバンプとしたが、基板５側の電極６をハ
ンダ構成とすることも可能であり、両者ともにハンダ構
成とすることも可能である。両方にバンプを形成する場
合には、前述の如く、本発明における「電極」とは、バ
ンプを含む技術概念を意味する。また、溶融接合するバ
ンプとして、ポリマーバンプを採用することも可能であ
る。また、本発明においては、チップ１の形態はとくに
限定されず、上記のような溶融接合を行うバンプを有す
るものであれば、いかなるタイプのチップにも本発明は
有効に適用できる。また、基板５の形態もとくに限定さ
れず、バンプを有するチップが実装されるいかなるタイ
プの基板にも本発明を適用できる。
【００４０】とくに本発明は、多バンプを有するものの
接合や、バンプピッチがファインピッチ化されたものの
接合に好適である。とくに多バンプの場合には、バンプ
１個当たりの圧力を適切に設定することにより、容易に
本発明を実施できる。また、ファインピッチ化されたバ
ンプを有するものの場合にも、近接されたチップと基板
の間にアンダーフィル剤を注入する必要がなく、最初に
アンダーフィル剤を塗布しておけばよいので、容易に本
発明を実施できる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のチップの
実装方法によれば、特定の粘度挙動やトリガ温度を有す
るアンダーフィル剤を使用し、該アンダーフィル剤中で
二次酸化が生じない状態にて、溶融バンプを十分に濡れ
広がらせてバンプと電極との信頼性の高い優れた接合を
達成できるとともに、アンダーフィル剤が所定の状態に
硬化するまでの時間、さらにはそれによるチップの加圧
解除時間を早めることができる。また、一次酸化防止処
理も含めることにより、フラックスレスでの実装が可能
となる。したがってこの本発明に係る方法により、実装
工程全体の大幅な簡素化、タクトタイムの大幅な短縮が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るチップの実装方法に
おけるチップ実装前の状態を示す概略側面図である。
【図２】図１のチップの実装方法において、バンプと電
極とを圧着させた状態を示す概略縦断面図である。
【図３】図２の状態に至る直前のバンプ−電極部の拡大
断面図である。
【図４】図２の状態から昇温によりバンプを溶融させ電
極に接合した状態を示す概略縦断面図である。
【図５】本発明の一実施態様に係る実装方法に使用する
アンダーフィル剤の温度−粘度特性の一例を示す特性図
である。
【図６】従来のアンダーフィル剤の温度−粘度特性の一
例を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施態様に係る実装方法における挙
動の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
１ チップ ２ バンプ ３ ヒートツール ４ 基板用ステージ ５ 基板 ６ 基板の電極 ７ アンダーフィル剤
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１月１６日（２００１．１．１
６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 俊裕 滋賀県大津市大江１丁目１番45号 東レエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 佐上 洋祐 神奈川県横浜市戸塚区上矢部町2050番地 デクスター株式会社内 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA04 CA22 EA11 5E319 AA03 AC17 BB04 BB20 CC33 GG15 5F044 LL11 RR17 RR19 5F061 AA01 BA04 CA22 CB02 CB12 DB01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チップおよび基板の少なくとも一方に形
    成したバンプを他方に形成した電極に接合するととも
    に、チップと基板との間に熱硬化性のアンダーフィル剤
    を介在させるチップの実装方法において、前記アンダー
    フィル剤として、常温では塗布された状態にて自己形状
    を保持可能な第１の粘度を有し、温度上昇に伴い粘度が
    前記第１の粘度から第２の粘度に低下するとともに予め
    設定された所定の温度範囲で実質的に前記第２の粘度に
    維持され、該所定の温度範囲で所定の時間経過後に粘度
    が前記第２の粘度から上昇し硬化が進行する接着剤を用
    い、前記アンダーフィル剤を基板およびチップの少なく
    とも一方に塗布し、チップを基板に近づけ基板側に向け
    て加圧することにより、バンプを電極に圧着するととも
    に、チップと基板の間においてアンダーフィル剤を互い
    に圧着されたバンプおよび電極の周囲に展延させ、バン
    プがアンダーフィル剤中に埋没した状態で昇温によりバ
    ンプを溶融させ溶融したバンプと電極を接合し、該バン
    プの溶融接合に際し、前記アンダーフィル剤の硬化前
    に、溶融バンプの濡れ広がりのための時間を確保するこ
    とを特徴とするチップの実装方法。
  2. 【請求項２】 前記アンダーフィル剤として、硬化開始
    の誘発点となるトリガ温度を有し、アンダーフィル剤の
    温度が一旦トリガ温度に到達した後には、アンダーフィ
    ル剤の温度にかかわらず硬化が進行するアンダーフィル
    剤を用いる、請求項１のチップの実装方法。
  3. 【請求項３】 前記トリガ温度が前記バンプの融点以下
    に設定され、トリガ温度に達した後のアンダーフィル剤
    の硬化時間の設定により前記溶融バンプの濡れ広がりの
    ための時間を確保する、請求項２のチップの実装方法。
  4. 【請求項４】 前記トリガ温度が前記バンプの融点より
    も高い温度に設定され、前記バンプを溶融させた後所定
    時間経過後に前記トリガ温度に昇温し、アンダーフィル
    剤の硬化を開始させる、請求項２のチップの実装方法。
  5. 【請求項５】 アンダーフィル剤の完全硬化前に、前記
    チップの加圧を解除する、請求項１ないし４のいずれか
    に記載のチップの実装方法。
  6. 【請求項６】 前記バンプおよび電極の少なくとも一方
    に、前記チップの基板への実装前に、該実装に至るまで
    の一次酸化を防止する処理を施す、請求項１のチップの
    実装方法。
  7. 【請求項７】 前記一次酸化防止処理として、前記バン
    プおよび電極の少なくとも一方をエネルギー波またはエ
    ネルギー粒子により洗浄する、請求項６のチップの実装
    方法。
  8. 【請求項８】 前記エネルギー波またはエネルギー粒子
    として、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカ
    ルビーム、レーザのいずれかを用いる、請求項７のチッ
    プの実装方法。
  9. 【請求項９】 前記一次酸化防止処理として、前記バン
    プおよび電極の少なくとも一方の表面に酸素を取り除く
    置換基を化学的に結合させる、または、水素による還元
    作用により表面から酸化物を取り除く、請求項６のチッ
    プの実装方法。
  10. 【請求項１０】 前記一次酸化防止処理として、前記バ
    ンプおよび電極の少なくとも一方に金メッキを施す、請
    求項６のチップの実装方法。
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