JP2002270637A - フリップチップ接続方法およびチップボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ボイドの発生を抑制することで、ベ
ア・チップの接合強度を充分に確保することができ、接
合の信頼性を高めることができるフリップチップ接続方
法の提供を目的とする 【解決手段】フリップチップ接続方法は、合成樹脂製の
配線基板3を加熱して乾燥させる第１の工程と、乾燥さ
れた配線基板の実装面9に熱硬化性樹脂の接着剤11を塗
布する第２の工程と、ベア・チップ2を加熱ツール12で
保持し、このベア・チップのバンプ7と配線基板上のパ
ッド10とを互いに位置合わせする第３の工程と、ベア・
チップを加熱しながら配線基板に向けて加圧することに
より、バンプをパッドに突き当てるとともに、ベア・チ
ップと配線基板とを接着剤を介して互いに接合し、この
接着剤をベア・チップからの熱伝導により熱硬化させる
第４の工程と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベア・チップと称
する裸のチップを配線基板の実装面に直接接続するフリ
ップチップ接続方法およびチップボンディング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ポータブルコンピュータに代表さ
れる携帯形電子機器の性能は飛躍的に進歩し、それに伴
い、電子機器に搭載される半導体パッケージの高機能化
が進んでいる。半導体パッケージの高機能化は、入・出
力ピンの本数の増加を招き、それ故、半導体パッケージ
の周辺部から数多くのピンを取り出そうとすると、必然
的にピン配置が狭ピッチとなり、製造上の制約や配線基
板に対する実装上の制約が生じてくる。

【０００３】この制約を回避するものとして、従来、ベ
ア・チップと称する裸のチップを配線基板に直接接続す
る、いわゆるフリップチップ接続が知られている。この
フリップチップ接続に用いられるベア・チップは、平坦
な素子面を有しており、この素子面に複数のバンプが所
定のピッチで列状に並べて配置されている。また、この
ベア・チップが実装される配線基板は、チップを実装す
べき領域に上記バンプに対応する複数のパッドを有し、
これらパッドにバンプが接続されるようになっている。

【０００４】ところで、上記ベア・チップを配線基板に
固定する方法としては、半田接合法や樹脂接合法が知ら
れており、特に樹脂接合法は、常温で作業できるととも
に、材料的な面でも安価であることから、現在では最も
多く用いられている。

【０００５】この樹脂接合法は、熱硬化性樹脂の接着剤
（ペースト）を用いてベア・チップと配線基板とを接着
した後、この接着剤を加熱硬化させる方法であり、以下
に述べるような工程を有している。

【０００６】すなわち、従来の樹脂接合法では、まず、
配線基板のうちベア・チップを実装すべき領域に熱硬化
性樹脂の接着剤を塗布する。次に、ベア・チップを加熱
ツールに吸着させ、このベア・チップの素子面を配線基
板に向けるとともに、ベア・チップのバンプと配線基板
上のパッドとを位置合わせする。この状態で加熱ツール
を降下させ、ベア・チップのバンプが配線基板上のパッ
ドに接触するように、ベア・チップを配線基板に加圧す
る。この加圧により、予め配線基板に塗布されている接
着剤がこの配線基板とベア・チップとの間に充填され、
この接着剤によってベア・チップと配線基板とが接着さ
れる。

【０００７】この後、加熱ツールに通電してベア・チッ
プを予め決められた温度に加熱し、このベア・チップか
ら接着剤への熱伝導により、この接着剤を熱硬化させ
る。これにより、ベア・チップと配線基板とが移動不能
に結合され、バンプとパッドとの接触状態が維持され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の樹脂接合法にお
いては、まず、ベア・チップを配線基板に押し付け、こ
れら両者間の隙間に接着剤を充填してから、この接着剤
の加熱を開始している。

【０００９】ところが、この従来の工程によると、接着
剤がベア・チップと配線基板との間の隙間に流れ込んで
いく段階では、接着剤自体の温度が低く、この接着剤の
流動性が悪い。このため、予め配線基板に塗布されてい
る接着剤がベア・チップによって加圧される際に、この
接着剤中に空気を巻き込んだり、閉じ込めてしまうこと
があり得る。この閉じ込められた空気は、熱硬化後も気
泡となって接着剤の内部に残留し、これがボイドの発生
原因となる。

【００１０】その上、配線基板としてエポキシ樹脂ある
いはポリイミドのような合成樹脂材料を使用する限り、
外界からの水分の吸収を避けられないので、加熱ツール
からの熱伝導によって配線基板が加熱された時に、この
配線基板から多くの水分やガス（水蒸気）が放出され
る。特に配線基板は吸湿容量が大きいために、配線基板
から放出される多くの水分が接着剤の中に巻き込まれて
しまい、接着剤の内部にボイドとなって残留し易くな
る。

【００１１】このように接着剤の内部にボイドが存在す
ると、そこに応力が集中するため、ボイドの箇所にクラ
ックが生じることがあり、接着剤の破損や欠落の原因と
なる。このため、ベア・チップの接合強度が低下し、引
き続き行われる後工程でベア・チップが配線基板から剥
離したり、バンプとパッドとの接触状態が不安定となる
虞があり、接合の信頼性が低下するといった問題があ
る。

【００１２】本発明は、このような事情にもとづいてな
されたもので、ボイドの発生を極力少なく抑えて、ベア
・チップの接合強度を充分に確保することができ、接合
の信頼性を高めることができるフリップチップ接続方法
およびチップボンディング装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る本発明のフリップチップ接続方法
は、複数のパッドが配置された実装面を有する配線基板
を加熱して乾燥させる第１の工程と、上記配線基板の乾
燥後に、この配線基板の実装面に熱硬化性樹脂の接着剤
を塗布する第２の工程と；複数のバンプを有するベア・
チップを加熱ツールで保持し、このベア・チップのバン
プと上記配線基板のパッドとを互いに位置合わせする第
３の工程と；上記ベア・チップを上記加熱ツールで加圧
しながら上記配線基板に向けて押圧することにより、上
記バンプを上記パッドに突き当てるとともに、これらベ
ア・チップと配線基板との間に上記接着剤を介在させ、
この接着剤を加圧しつつ上記ベア・チップからの熱伝導
により熱硬化させる第４の工程と；を備えていることを
特徴としている。

【００１４】このような接続方法によれば、接着剤の塗
布に先立って吸湿性を有する配線基板に乾燥処理が施さ
れるので、この配線基板の内部から水分が強制的に排除
される。このため、接着剤の熱硬化時に配線基板が加熱
されても、この配線基板から水分やガスが放出されるこ
とはなく、硬化途上にある接着剤中に水分やガスが取り
込まれずに済む。

【００１５】しかも、一般に熱硬化性樹脂の接着剤は、
加熱すると一時的に粘度が下がり、流動性が高まるの
で、ベア・チップを加熱しながら加圧することで、接着
剤の濡れ性が良好となるとともに、この接着剤がベア・
チップと配線基板との間および隣り合うパッドやバンプ
の間に流れ込み易くなる。このため、接着剤がベア・チ
ップと配線基板との間で加圧される過程において、接着
剤の中に空気を巻き込んだり、気泡を閉じ込めてしまう
確率が大幅に減少する。

【００１６】したがって、接着剤中におけるボイドの発
生を極力少なく抑えて、ベア・チップの接合強度を充分
に確保することができ、信頼性の高いフリップチップ接
続を実現できる。

【００１７】また、接着剤の流動性が高まるので、ベア
・チップと配線基板との間の隙間に万遍なく接着剤が流
れ込む。このため、たとえバンプやパッドのピッチが狭
くとも、これらバンプとパッドとの接触部分を接着剤に
よって確実に包み込むことができ、バンプとパッドとの
接触状態が安定する。

【００１８】上記目的を達成するため、請求項６に係る
本発明のフリップチップ接続方法は、複数のパッドが配
置された実装面を有する配線基板を加熱して乾燥させる
第１の工程と、上記配線基板の乾燥後に、この配線基板
の実装面に熱硬化性樹脂の接着剤を塗布する第２の工程
と、ベア・チップのバンプと上記配線基板のパッドとを
互いに位置合わせする第３の工程と、上記ベア・チップ
を上記配線基板に向けて押圧することにより、上記バン
プを上記パッドに突き当てるとともに、上記ベア・チッ
プと配線基板との間で上記接着剤を加圧する第４の工程
と、上記ベア・チップを加熱することで上記加圧された
接着剤を熱硬化させる第５の工程と；を備えていること
を特徴としている。

【００１９】このような接続方法によれば、接着剤の塗
布に先立って吸湿容量の大きな配線基板に乾燥処理が施
されるので、この配線基板の内部から水分が強制的に排
除される。このため、接着剤の熱硬化時に配線基板が加
熱されても、この配線基板から多くの水分やガスが放出
されずに済み、硬化途上にある接着剤中に水分やガスが
取り込まれることはない。そのため、接着剤中にボイド
が発生し難くなり、ベア・チップの接合強度を充分に確
保することができる。

【００２０】また、上記目的を達成するため、請求項８
に係る本発明のチップボンディング装置は、複数のパッ
ドを有する合成樹脂製の配線基板を加熱して乾燥させる
乾燥手段と、この乾燥処理が施された配線基板を冷却す
る冷却手段と、この冷却手段で冷やされた配線基板に、
熱硬化製樹脂の接着剤を塗布する接着剤塗布手段と、複
数のバンプを有するベア・チップを保持する加熱ツール
を備え、この加熱ツールを介して上記ベア・チップを加
熱しつつ、このベア・チップのバンプを上記配線基板の
パッドに突き当てるとともに、これらベア・チップと配
線基板との間で上記接着剤を加圧しながら上記ベア・チ
ップからの熱伝導により上記接着剤を熱硬化させるチッ
プ装着手段と、上記配線基板を上記加熱手段から冷却手
段、接着剤塗布手段およびチップ装着手段に向けて順次
搬送する搬送手段と、を備えていることを特徴としてい
る。

【００２１】このような構成によると、吸湿性を有する
配線基板は、接着剤が塗布される以前の段階で乾燥処理
が施され、この配線基板の内部から水分が強制的に排除
される。このため、配線基板に塗布された接着剤を熱硬
化させる際に、配線基板が加熱ツールの熱影響を受けて
加熱されても、この配線基板から多くの水分やガスが放
出されることはなく、硬化途上にある接着剤中に水分や
ガスが取り込まれずに済む。

【００２２】しかも、一般に熱硬化性樹脂の接着剤は、
加熱すると一時的に粘度が下がり、流動性が高まるの
で、チップ装着手段で接着剤を加圧しながら加熱すれ
ば、この接着剤の濡れ性が良好となるとともに、接着剤
がベア・チップと配線基板との間および隣り合うパッド
やバンプの間に流れ込み易くなる。このため、接着剤が
ベア・チップと配線基板との間で加圧される過程におい
て、接着剤の中に空気を巻き込んだり、気泡を閉じ込め
てしまう確率が大幅に減少する。

【００２３】したがって、接着剤中におけるボイドの発
生を極力少なく抑えて、ベア・チップの接合強度を充分
に確保することができ、接続不良のない高品質な実装が
可能となる。

【００２４】また、接着剤の温度上昇に伴い、この接着
剤の流動性が一次的に高まるので、ベア・チップと配線
基板との間の隙間に万遍なく接着剤が流れ込む。このた
め、たとえバンプやパッドのピッチが狭くとも、これら
バンプとパッドとの接触部分を接着剤によって確実に包
み込むことができ、バンプとパッドとの接触状態が安定
する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もとづいて説明する。

【００２６】図１の（Ａ）は、例えばポータブルコンピ
ュータのような電子機器に搭載される半導体モジュール
１を示している。半導体モジュール１は、ベア・チップ
２と、このベア・チップ２が実装された配線基板３とで
構成されている。

【００２７】ベア・チップ２は、樹脂モールドされてい
ない裸のチップであリ、矩形状のシリコン・ベース４を
備えている。シリコン・ベース４は、平坦な素子面５を
有し、この素子面５の周辺部に複数のパッド６が互いに
間隔を存して列状に並べて配置されている。これら隣り
合うパッド６の間のピッチは、ベア・チップ２の高機能
化に伴って微細なものとなっている。

【００２８】各パッド６の上には、バンプ７が設置され
ている。バンプ７は、例えば金を主成分とする金属材料
にて構成され、ワイヤー・ボンディング用のボンディン
グツール（図示せず）を用いて各パッド６の上に形成さ
れている。そのため、図１の（Ｂ）に示すように、各バ
ンプ７は、実装すべき配線基板３に向けて先細り状に尖
る先端部７ａを有している。

【００２９】また、シリコン・ベース４は、ポリイミド
の保護膜８を有している。この保護膜８は、複数のバン
プ７を避けるようにしてシリコン・ベース４の素子面５
を覆っている。

【００３０】配線基板３は、例えばエポキシ樹脂やポリ
イミドのような吸湿性を有する合成樹脂材料にて構成さ
れている。配線基板３は、平坦な実装面９を有してい
る。この実装面９の上には、複数のパッド１０が配置さ
れている。パッド１０は、配線基板３の配線パターン
（図示せず）に電気的に接続されている。これらパッド
１０は、ベア・チップ２のバンプ７に対応するように、
互いに間隔を存して列状に並べられており、隣り合うパ
ッド１０の間のピッチは、バンプ７のピッチと一致する
ように微細化されている。

【００３１】ところで、上記ベア・チップ２は、図２に
示すようなチップボンディング装置２１を用いて配線基
板３の実装面９にフリップチップ接続される。チップボ
ンディング装置２１は、搬送手段としてのベルトコンベ
ア２２を有している。ベルトコンベア２２は、配線基板
３を図２の左から右に向けて水平に搬送するためのもの
であり、このベルトコンベア２２によって規定される搬
送経路上に基板供給機２３、乾燥手段としての加熱装置
２４、冷却手段としての冷却装置２５、接着剤塗布手段
としての接着剤塗布機２６、チップ装着手段としてのチ
ップ部品装着機２７および基板収納機２８とがライン状
に並べて配置されている。

【００３２】基板供給機２３は、ベルトコンベア２２の
始端２２ａに位置されており、配線基板３を一枚づつベ
ルトコンベア２２に供給する。加熱装置２４は、ヒータ
にて加熱されるホットプレートを有している。このホッ
トプレートは、基板供給機２３から供給された配線基板
３を加熱して乾燥させるためのものである。

【００３３】冷却装置２５は、加熱装置２４で加熱され
た配線基板３を強制的に冷却するためのもので、この配
線基板３が接する水冷式の冷却ブロックを有している。
接着剤塗布機２６は、乾燥後の配線基板３に熱硬化性樹
脂の接着剤１１を塗布するためのものである。

【００３４】チップ部品装着機２７は、図１の（Ｂ）に
示すような加熱ツール３０を装備している。加熱ツール
３０は、チップ部品装着機２７に供給されるベア・チッ
プ２を吸着して配線基板３の実装面９に供給するための
ものであり、通電時に所望の温度に加熱されるようにな
っている。この加熱ツール３０は、ベア・チップ２を吸
着するための吸着部３０ａを有している。吸着部３０ａ
は、ベア・チップ２よりも一回り小さく形成されてお
り、この吸着部３０ａの外周縁部は、ベア・チップ２の
各辺よりも例えば０．１〜０．２mm程度内側に位置され
ている。

【００３５】また、基板収納機２８は、ベルトコンベア
２２の終端２２ｂに位置されており、この基板収納機２
８に上記ベア・チップ２が実装された配線基板３が一枚
づつ送り込まれる。

【００３６】次に、このようなチップボンディング装置
２１を用いてベア・チップ２を配線基板３にフリップチ
ップ接続する方法について図３および図４を加えて説明
する。

【００３７】最初のステップS1において、複数のパッド
１０を有する配線基板３は、水平の姿勢を保ったまま基
板供給機２３からベルトコンベア２２に供給され、この
ベルトコンベア２２を介して加熱装置２４に送り込まれ
る。

【００３８】次に、配線基板３を加熱するステップS2に
移る。このステップS2では、配線基板３をホットプレー
トを用いて例えば１００〜２２０℃、好ましくは１５０
℃前後の温度で１分〜２４時間加熱して乾燥させる。こ
れにより、配線基板３に吸湿された水分が強制的に除去
される。

【００３９】この加熱装置２４は、配線基板３の乾燥処
理が終了したことを検出する検出部３１を有し、この検
出部３１で検出された信号（処理終了情報）は、チップ
ボンディング装置２１の制御部３２に送出される。制御
部３２は、タイマー回路を内蔵しており、検出部３１か
らの信号を受信した時点で一つの配線基板３毎にフリッ
プチップ接続が完了するまでに要する時間を管理するよ
うになっている。

【００４０】すなわち、高温／多湿地域では、配線基板
３を大気中に放置しておくだけで、ボイドの発生を引き
起こすに充分な量の水分が配線基板３に吸湿されてしま
うので、配線基板３の乾燥後、吸湿に至るまでの一定時
間（例えば３０分）以内にフリップチップ接続を完了さ
せる必要がある。この時間は、配線基板３の材質に基づ
く吸水率により異なるため、実際に使用する配線基板３
の吸水評価を実施した上で決定することが望ましいもの
となる。

【００４１】制御部３２は、配線基板３の乾燥処理が終
了したことを認識すると、ベルトコンベア２２の駆動制
御部３３に制御信号を送出する。駆動制御部３３は、こ
の制御信号に基づいてベルトコンベア２２を駆動し、乾
燥処理済みの配線基板３を冷却装置２５に向けて搬送す
る。

【００４２】次に、乾燥処理済みの配線基板３を冷却す
るステップS3に移る。このステップS3では、加熱された
配線基板３が冷却ブロックとの接触により強制的に冷や
され、その温度が熱硬化性の接着剤１１の硬化開始温度
よりも低い値、例えば５０〜６０℃に保たれる。

【００４３】この配線基板３を冷却する冷却装置２５
は、配線基板３の冷却処理が終了したことを検出する検
出部３４を有し、この検出部３４で検出された信号（処
理終了情報）は、チップボンディング装置２１の制御部
３２に送出される。制御部３２は、配線基板３の冷却処
理が終了したことを認識すると、ベルトコンベア２２の
駆動制御部３３に制御信号を送出する。駆動制御部３３
は、この制御信号に基づいてベルトコンベア２２を駆動
し、適度に冷やされた配線基板３を接着剤塗布機２６に
向けて搬送する。

【００４４】引き続いて配線基板３に接着剤塗布機２６
を用いて接着剤１１を塗布するステップS4に移る。接着
剤１１は、一般にペーストと呼ばれており、配線基板３
の実装面９のうちパッド１０で囲まれた領域にディスペ
ンス法を用いて塗布される。この接着剤１１の塗布形状
については特に制約はなく、接着すべきベア・チップ２
の大きさや重量に応じて適宜設定すれば良い。

【００４５】接着剤塗布機２６は、接着剤１１の塗布が
終了したことを検出する検出部３５を有し、この検出部
３５で検出された信号（処理終了情報）は、チップボン
ディング装置２１の制御部３２に送出される。制御部３
２は、接着剤１１の塗布処理が終了したことを認識する
と、ベルトコンベア２２の駆動制御部３３に制御信号を
送出する。駆動制御部３３は、この制御信号に基づいて
ベルトコンベア２２を駆動し、接着剤１１が塗布された
配線基板３をチップ部品装着機２７に向けて搬送する。

【００４６】次に、ベア・チップ２を供給するステップ
S5に進む。このステップS5では、例えば５０〜９０℃に
加熱された加熱ツール３０を用いてベア・チップ２を吸
着し、図１の（Ｂ）に示すように、このベア・チップ２
を加熱しながら配線基板３の上方に位置させる。この
際、ベア・チップ２は、複数のバンプ７が形成された素
子面５を配線基板３の表面９に向けた姿勢に保持されて
おり、この姿勢のままベア・チップ２とパッド１０との
位置合わせを実行するステップS6に移行する。この位置
合わせが完了したならば、加熱ツール１２を介してベア
・チップ２を配線基板３に向けて降下させ、このベア・
チップ２が配線基板３の数μｍ直前に達した時点でベア
・チップ２の降下を一時的に停止させる。

【００４７】次に、ステップS7に移り、ここでは加熱ツ
ール１２を再びゆっくりと降下させ、バンプ７の先端部
７ａをパッド１０に突き当てる。そして、バンプ７の先
端部７ａがパッド１０に接触した時点t1において加熱ツ
ール１２に通電し、この加熱ツール１２を介してベア・
チップ２をさらに加熱する。

【００４８】加熱ツール１２は、バンプ７の先端部７ａ
がパッド１０に接した以降も引き続き降下するので、図
４に示すように、バンプ７にこれをパッド１０に押し付
けようとする加圧力F1が加わり、バンプ７の尖った先端
部７ａが加圧力F1に屈して潰れる。この結果、バンプ７
がシリコン・ベース４と配線基板３との間で強固に挟み
込まれるので、バンプ７に作用する加圧力F1が急激に上
昇し、バンプ７がパッド１０に押し付けられる。この加
圧力F1は、一つのバンプ７につき２０〜１５０gf程度に
設定することが望ましい。

【００４９】加圧力F1は、ベア・チップ２の加熱が開始
されてから所定の時間を経過した時点で所望の値に到達
し、これにより加熱ツール１２の降下が停止される。

【００５０】また、バンプ７がパッド１０に押し付けら
れると、予め配線基板３に塗布されている接着剤１１が
ベア・チップ２との間の隙間に行き渡るように押し潰さ
れ、これら配線基板３とベア・チップ２との間の隙間に
充填される。そのため、接着剤１１は、その表面の一部
がシリコン・ベース４の素子面５を覆う保護膜８に接し
た状態で、ベア・チップ２と配線基板３とを接着してい
る。

【００５１】次に、接着剤１１を熱硬化させるためのス
テップS8に移行する。このステップS8では、図４に示す
ように、加熱ツール１２によって加熱されるベア・チッ
プ２の温度Tを、このベア・チップ２を加圧している期
間中に三段階に亘って変化させている。

【００５２】すなわち、ベア・チップ２は、加熱が開始
された時点t1から時点t2に達するまでの期間A1におい
て、接着剤１１の少なくとも表面が熱硬化する１３０〜
１９０℃、望ましくは１４０〜１６０℃程度の温度に１
〜４０秒保持され、時点t2から時点t3に至る期間A2にお
いては、接着剤１１の内部が熱硬化する１７０〜２５０
℃、望ましくは２００〜２４０℃程度の温度に１〜４０
秒保持される。そして、時点t3に達した時点で加熱ツー
ル１２への通電が停止され、ベア・チップ２は、接着剤
１１の温度が１４０〜１６０℃程度にまで低下する時点
t4までの期間A3において自然空冷もしくは強制空冷によ
り冷却される。

【００５３】ベア・チップ２の加圧は、時点t4において
解除され、加熱ツール１２のみが単体で上昇する。この
加熱ツール１２は、次のベア・チップ２の吸着のために
待機位置に復帰する。

【００５４】チップ部品装着機２７は、接着剤１１の硬
化処理が完了したことを検出する検出部３６を有し、こ
の検出部３６で検出された信号（処理終了情報）は、チ
ップボンディング装置２１の制御部３２に送出される。
制御部３２は、接着剤１１の硬化処理が終了したことを
認識すると、ベルトコンベア２２の駆動制御部３３に制
御信号を送出する。駆動制御部３３は、この制御信号に
基づいてベルトコンベア２２を駆動し、ベア・チップ２
が接着された配線基板３を基板収納機２８に向けて搬送
する。

【００５５】このベア・チップ２が接着された配線基板
３は、次のステップS9において基板収納部２８から取り
出される。そして、この配線基板３は、内部温度が１０
０〜１５０℃程度に保たれた乾燥室（図示せず）に移さ
れ、この乾燥室内に１〜２時間程度放置される。このこ
とにより、接着剤１１のうち、特に加熱ツール３０の熱
が直接伝わり難いベア・チップ２の外側に食み出した部
分の熱硬化が促進され、接着剤１１の硬化が完了する。

【００５６】チップボンディング装置２１の制御部３２
は、一つの配線基板３毎にステップS1からステップS9に
至るまでの作業時間を監視しており、予め設定された作
業時間内に接着剤１１の熱硬化が完了するように配線基
板３の搬送を管理している。そのため、配線基板３の乾
燥処理から接着剤１１の熱硬化に至る各種の処理工程中
において何等かのトラブルが生じ、例えばステップS8で
の処理が予め決められた作業時間をオーバーするような
事態が生じた時には、警報等を発するようになってい
る。

【００５７】このようなチップボンディング装置２１を
用いたフリップチップ接続方法によれば、吸湿性を有す
る合成樹脂製の配線基板３は、その実装面９に接着剤１
１が塗布される以前の段階で乾燥処理が施され、この配
線基板３の内部から余分な水分が強制的に排除される。

【００５８】しかも、フリップチップ接続を実施するに
当っては、乾燥後の配線基板３にボイドの発生原因とな
る水分が吸湿されないうちに、接着剤１１の塗布から熱
硬化に至る全ての作業を完了するようにしたので、配線
基板３が吸湿性を有するにも拘わらず、接着剤１１の熱
硬化が完了する以前に吸湿が進むことはない。

【００５９】したがって、配線基板３に塗布された接着
剤１１を加熱ツール３０からの熱伝導により熱硬化させ
る際に、この加熱ツール３０の熱影響を受けて配線基板
３が加熱されても、この配線基板３から多くの水分やガ
スが放出されることはなく、硬化途上にある接着剤１１
の内部に水分やガスが取り込まれずに済む。

【００６０】また、本実施の形態によると、ベア・チッ
プ２は５０〜９０℃に加熱された加熱ツール３０により
吸着されるので、このベア・チップ２の吸着と同時に接
着剤１１の加熱が開始され、この接着剤１１が加圧され
る時点では、加熱ツール３０からの熱伝導により接着剤
１１の加熱がある程度進んだ状態にある。

【００６１】すると、一般的に熱硬化性樹脂の接着剤１
１は、加熱すると一時的に粘度が下がり、流動性が高ま
るので、ベア・チップ２に対する濡れ性が良好となると
ともに、この接着剤１１がベア・チップ２と配線基板３
との間の隙間、および隣り合うバンプ７やパッド１０と
の間の隙間に流れ込み易くなる。このため、接着剤１１
が加圧される時に、この接着剤１１の中に空気を巻き込
んだり、気泡を閉じ込めてしまう確率が大幅に減少し、
上記配線基板３からの水分の放出が解消されることと合
わせて、接着剤１１の内部にボイドが発生し難くなる。

【００６２】また、接着剤１１の流動性が増すので、た
とえバンプ７やパッド１０のピッチが狭くとも、これら
バンプ７とパッド１０との接続部分を接着剤１１によっ
て万遍なく包み込むことができる。

【００６３】よって、ベア・チップ２の接合強度を充分
に確保することができ、このベア・チップ２の剥離を防
止できるのは勿論のこと、バンプ７とパッド１０との接
触状態が安定し、電気的接続の信頼性が向上する。

【００６４】また、本実施の形態では、接着剤１１を塗
布する前に乾燥処理された配線基板３を強制的に冷却
し、この配線基板３の温度を５０〜６０℃に保っている
ので、接着剤１１を塗布すると同時に、この接着剤１１
の熱硬化が進展することはなく、ベア・チップ２を接着
する以前に接着剤１１が硬化してしまうことはない。

【００６５】なお、接着剤１１を塗布する時点での配線
基板３の温度は、常温でも可能であるが、配線基板３の
温度が低すぎると、この配線基板３に加熱ツール３０を
介してベア・チップ２を押し付けた時に、配線基板３に
加熱ツール３０の熱が奪われてしまい、接着剤１１の温
度上昇に時間を要する。このため、接着剤１１の熱硬化
を速やかに行なわせるためには、接着剤１１を塗布する
時点での配線基板３の温度を５０〜６０℃に保つことが
望ましく、これにより作業時間を短縮することができ
る。

【００６６】加えて、上記接続方法によると、ベア・チ
ップ２の加熱温度を三段階に亙って変化させているの
で、ボイドの発生を極力少なく抑えつつ、接着剤１１の
硬化に要する時間を短縮できる。

【００６７】この理由について述べると、一般的に熱硬
化性樹脂の接着剤１１は、加熱温度を高くする程、その
硬化速度が速くなる。しかしながら、この接着剤１１
は、シリコン・ベース４の素子面５を覆うポリイミドの
保護膜８に接しており、この保護膜８は、１６０℃近辺
の温度に加熱された時に水分やガスを放出する特性を有
している。このため、加熱初期の期間A1の段階からベア
・チップ２を２００℃を上回るような高い温度で加熱す
ると、保護膜８から放出される水分やガスが接着剤１１
の中に巻き込まれてしまい、この接着剤１１の内部にボ
イドとなって残留する。

【００６８】しかるに、本実施の形態に係る接続方法に
よれば、加熱工程の前半では、ベア・チップ２の加熱温
度を１４０〜１５０℃程度に抑えて、保護膜８から水分
やガスが放出されないような温度条件の下で接着剤１１
の表面を熱硬化させるようにしたので、保護膜８から水
分やガスが放出される以前に保護層８に接する接着剤１
１の表面を硬化させることができる。

【００６９】このため、期間A1に続く期間A2において、
ベア・チップ２の加熱温度を２００℃を上回るような温
度に引き上げても、保護膜８から放出される水分やガス
が接着剤１１中に取り込まれることはなく、ボイドの発
生を防止できる。

【００７０】また、期間A2においては、接着剤１１がベ
ア・チップ２からの熱伝導により２００℃を上回るよう
な高温に加熱されるので、この接着剤１１の内部の温度
上昇が促進されて硬化速度が速まる。このため、接着剤
１１を短時間のうちに所望の接着強度が得られる状態に
まで硬化させることができ、ベア・チップ２の姿勢が安
定するとともに、パッド１０とバンプ７との接触状態を
固定的に定めることができる。

【００７１】したがって、接着剤１１のクラックの原因
となるボイドの発生を抑えつつ、ベア・チップ２の固定
に要する実装時間を短縮することができ、フリップチッ
プ接続作業を効率良く行うことができる。

【００７２】加えて、上記方法によれば、ベア・チップ
２の加圧解除は、接着剤１１を熱硬化させた後に、この
ベア・チップ２の温度が１４０〜１６０℃程度に下がる
のを待って行われるので、この時点では既に接着剤１１
が有効な接着強度を発揮し得る状態に硬化されている。
このため、ベア・チップ２の加圧を解除してもバンプ７
はパッド１０に押し付けられたままの状態に保たれ、こ
れらバンプ１０とパッド７との接触状態が安定するとと
もに、接続不良の発生のない高品質なフリップチップ接
続を実現できる。

【００７３】さらに、ベア・チップ２を配線基板３に加
圧する以前の段階では、バンプ７の先端部７ａが先細り
状に尖っているので、加圧以前の段階から接着剤１１を
加熱したことに伴ってこの接着剤１１がパッド１０を覆
うように流動したとしても、バンプ７の尖った先端部７
ａが接着剤１１を突き抜けてパッド１０の表面に到達す
る。

【００７４】このため、ベア・チップ２を配線基板３に
押し付けるように加圧すれば、バンプ７の尖った先端部
７ａが接着剤１１を掻き分けながら徐々に変形し、最終
的にパッド１０との接触により押し潰される。よって、
パッド１０とバンプ７との間に接着剤１１が介在されず
に済むとともに、これらパッド１０とバンプ７との接触
面積を充分に確保することができ、この点でも電気的な
接続の信頼性を高めることができる。

【００７５】また、上記構成のチップボンディング装置
２１によると、加熱ツール３０のベア・チップ２に接す
る吸着部３０ａは、ベア・チップ２よりも一回り小さく
形成されているので、この吸着部３０ａはベア・チップ
２の周囲に張り出すことはない。このため、図１の
（Ｃ）に示すように、加熱ツール３０を降下させてベア
・チップ２と配線基板３との間で挟み込んだ時に、たと
え接着剤１１がベア・チップ２の周囲に食み出しても、
この接着剤１１が吸着部３０ａに付着し難くなる。

【００７６】このため、接着剤１１が吸着部３０ａに付
着して熱硬化することはなく、次のベア・チップ２を吸
着する際に、このベア・チップ２の吸着姿勢が損なわれ
ずに済むとともに、熱硬化した接着剤１１を吸着部３０
ａから引き剥がす面倒な作業も不要となる。

【００７７】なお、上記実施の形態では、接着剤を加圧
しつつ加熱するようにしたが、流動性に富む接着剤を採
用した場合には、接着剤の加圧が完了した後、加熱ツー
ルからの熱伝導により接着剤を加熱するようにしても良
い。

【００７８】この方法においても、吸湿性を有する配線
基板に予め乾燥処理が施されているので、接着剤の熱硬
化時に配線基板から多くの水分やガスが放出されること
はない。よって、硬化途上にある接着剤の内部に水分や
ガスが取り込まれずに済み、ボイドの発生を確実に防止
することができる。

【００７９】また、接着剤の加熱温度や加熱時間は、接
着剤の材質に応じて適宜されるものであり、上記実施の
形態に記載された数値に制約されるものでないことは勿
論である。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、接着剤の
熱硬化時に配線基板から水分やガスが放出されずに済む
ので、硬化途上にある接着剤中に水分やガスを閉じ込め
てしまう確率が大幅に減少し、接着剤の内部にボイドが
発生し難くなる。したがって、ベア・チップの接合強度
を充分に確保することができ、このベア・チップの剥離
を防止できるのは勿論のこと、バンプとパッドとの接触
状態が安定し、接続不良の発生のない高品質なフリップ
チップ接続を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、ベア・チップが配線基板に固定され
た状態を示す半導体モジュールの断面図。（Ｂ）は、加
熱ツールに保持されたベア・チップを接着剤が塗布され
た配線基板と向かい合わせた状態を示す断面図。（Ｃ）
は、ベア・チップを加熱ツールによって配線基板に押し
付けた状態を示す断面図。

【図２】チップボンディング装置の構成を概略的示す側
面図。

【図３】半導体モジュールの組み立て工程を示すブロッ
ク図。

【図４】ベア・チップを加圧するタイミングと接着剤の
加熱を開始するタイミングおよび接着剤の加熱温度の推
移を示す特性図。

【符号の説明】

２…ベア・チップ ３…配線基板 ５…素子面 ７…バンプ ９…実装面（表面） １０…パッド １１…接着剤 ２１…チップボンディング装置 ２２…搬送手段（ベルトコンベア） ２４…乾燥手段（加熱装置） ２５…冷却手段（冷却装置） ２６…接着剤塗布手段（接着剤塗布機） ２７…チップ装着手段（チップ部品装着機） ３０…加熱ツール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 壱皇 東京都青梅市末広町２丁目９番地 株式会 社東芝青梅工場内 (72)発明者 細田 邦康 東京都青梅市新町３丁目３番地の１ 東芝 デジタルメディアエンジニアリング株式会 社内 Ｆターム(参考） 5F044 LL11 LL15 PP15 PP19 QQ02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のバンプを有するベア・チップと、
   上記バンプに対応する複数のパッドが配置された実装面
   を有する合成樹脂製の配線基板と、を含み、上記ベア・
   チップを上記配線基板の実装面に直接接続するフリップ
   チップ接続方法において、 上記配線基板を加熱して乾燥させる第１の工程と、 上記配線基板の乾燥後に、この配線基板の実装面に熱硬
   化性樹脂の接着剤を塗布する第２の工程と、上記ベア・
   チップを加熱ツールで保持し、このベア・チップのバン
   プと上記配線基板のパッドとを互いに位置合わせする第
   ３の工程と、上記ベア・チップを上記加熱ツールで加熱
   しながら上記配線基板に向けて押圧することにより、上
   記バンプを上記パッドに突き当てるとともに、これらベ
   ア・チップと配線基板との間に上記接着剤を介在させ、
   この接着剤を加圧しつつ上記ベア・チップからの熱伝導
   により熱硬化させる第４の工程と、を備えていることを
   特徴とするフリップチップ接続方法。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、上記配線基板
   の乾燥後、吸湿に至るまでの一定時間内に上記接着剤を
   熱硬化させる一連の工程が完了することを特徴とするフ
   リップチップ接続方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の記載において、
   上記第３の工程における上記ベア・チップは、上記加熱
   ツールにより加熱されることを特徴とするフリップチッ
   プ接続方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかの記
   載において、上記バンプは、上記パッドに向けて先細り
   状に尖っていることを特徴とするフリップチップ接続方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかの記
   載において、上記ベア・チップが上記接着剤に接するポ
   リイミドの保護膜によって覆われている場合に、この接
   着剤の加熱温度を加熱時間の経過に伴い段階的に高めた
   ことを特徴とするフリップチップ接続方法。
6. 【請求項６】 複数のバンプを有するベア・チップと、
   上記バンプに対応する複数のパッドが配置された実装面
   を有する合成樹脂製の配線基板と、を含み、上記ベア・
   チップを上記配線基板の実装面に直接接続するフリップ
   チップ接続方法において、 上記配線基板を加熱して乾燥させる第１の工程と、 上記配線基板の乾燥後に、この配線基板の実装面に熱硬
   化性樹脂の接着剤を塗布する第２の工程と、上記ベア・
   チップのバンプと上記配線基板のパッドとを互いに位置
   合わせする第３の工程と、上記ベア・チップを上記配線
   基板に向けて押圧することにより、上記バンプを上記パ
   ッドに突き当てるとともに、上記ベア・チップと配線基
   板との間で上記接着剤を加圧する第４の工程と、 上記ベア・チップを加熱することで上記加圧された接着
   剤を熱硬化させる第５の工程と、を備えていることを特
   徴とするフリップチップ接続方法。
7. 【請求項７】 請求項１又は請求項６の記載において、
   上記配線基板の乾燥後に、少なくとも上記接着剤の表面
   の硬化開始温度よりも低い温度まで上記配線基板を冷却
   するようにしたことを特徴とするフリップチップ接続方
   法。
8. 【請求項８】 複数のパッドを有する合成樹脂製の配線
   基板を加熱して乾燥させる乾燥手段と、 この乾燥処理が施された配線基板を冷却する冷却手段
   と、 この冷却手段で冷やされた配線基板に、熱硬化製樹脂の
   接着剤を塗布する接着剤塗布手段と、 複数のバンプを有するベア・チップを保持する加熱ツー
   ルを備え、この加熱ツールを介して上記ベア・チップを
   加熱しつつ、このベア・チップのバンプを上記配線基板
   のパッドに突き当てるとともに、これらベア・チップと
   配線基板との間で上記接着剤を加圧しながら上記ベア・
   チップからの熱伝導により上記接着剤を熱硬化させるチ
   ップ装着手段と、 上記配線基板を上記加熱手段から冷却手段、接着剤塗布
   手段およびチップ装着手段に向けて順次搬送する搬送手
   段と、を備えていることを特徴とするチップボンディン
   グ装置。
9. 【請求項９】 請求項８の記載において、上記各手段
   は、夫々そこでの処理が終了したことを検出する検出部
   を有し、これら各検出部によって検出された処理終了情
   報は制御部に送られるとともに、この制御部は、上記乾
   燥処理された配線基板が吸湿に至るまでの一定時間内に
   上記接着剤の硬化が完了するように、上記搬送手段を制
   御することを特徴とするチップボンディング装置。
10. 【請求項１０】 請求項８の記載において、上記加熱ツ
    ールは、上記ベア・チップとの接触部分がこのベア・チ
    ップよりも小さく形成されていることを特徴とするチッ
    プボンディング装置。