JP2004031885A - ボンディング方法およびその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の所定箇所に実装部材を精度よく実装するボンディング方法およびその装置を提供する。
【解決手段】樹脂を介してチップを基板に実装する工程で、ヘッド５による基板へのチップの加熱圧着が終了すると、ヘッド５内部に設けられた第１流路１５にエアーを供給し、この第１流路１５の下方にあるセラミックヒータ１０をチップ実装に使用する樹脂のガラス転移点まで冷却する。冷却後、ヘッド５を上方の待機位置に復帰させてチップへの加圧を解除する。したがって、ヘッド５の冷却に伴って樹脂自体もガラス転移点まで冷却されて略完全に硬化するので、樹脂内部に含まれるエアーの膨張により発生するボイドを防止できる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、樹脂基板やガラス基板などの基板上に半導体素子や表面実装部品などの実装部材を実装するためのボンディング方法およびその装置に係り、特に基板上に実装部材を精度よく実装する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板（例えば、液晶、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、プラズマディスプレイなどのフラット表示パネル）の製造工程において、実装部材（例えば、半導体チップなど）を基板に実装している。実装部材（以下、単に「チップ」という）を基板に実装するボンディング方法としては、基板とチップの間に樹脂、例えば異方導電性膜（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ）や非導電性樹脂（ＮＣＰ：Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅ）などを介在させ、加熱圧着手段をチップ上方から押圧させながら、樹脂を加熱硬化してチップを基板に加熱圧着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなボンディング方法の場合には、次のような問題がある。例えば、ＡＣＦやＮＣＰなどを加圧しながら加熱硬化してチップを基板に実装した場合、高温で樹脂を硬化させると樹脂からアウトガスが発生し、図１５および図１６のチップ実装の断面図に示すように、バンプ３１の周辺を覆うボイド３２（図１５に示す）や、バンプ３１と基板電極３３の間に跨るボイド３２（図１６に示す）が発生する。このボイド３２が存在することにより接合力が低下して導通不良が起こったり、温度上昇時にこのボイド３２を爆発させたりするといった問題がある。また、ボイドのみでなく亀裂や隙間が発生して抵抗値が増大し、導通不良を発生させるといった問題もある。
【０００４】
また、図１７のチップ実装の断面図および図１８に示す図１７のＡ−Ａ矢示断面図のように、一度導電粒子を介して圧接されたものが、樹脂が完全硬化（ガラス転移点以下に温度が低下）する前に加圧が除去されたことにより、樹脂がゆるんでチップ４が浮き上がり、バンプ３１との間で隙間３５が生じたり接触抵抗が増大したりする問題もある。
【０００５】
また、チップ実装時の加熱により、チップ４および基板２の両方が加熱されている。この加熱後に常温まで冷却される際、両部材の線膨張係数の差により基板２自体が図１９の矢印に示す上方に反り返ってしまう。この時、ガラス転移点以上の温度では、樹脂がゆるんで導電粒子３４とバンプ３１との間に隙間が生じたり基板電極３３とバンプ３１との間に介在する導電粒子３４の接合面積が変化したりして、バンプ３１と基板電極３３の間における抵抗値が増大する。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板に実装部材を精度よく実装するボンディング方法およびその装置を提供することを主たる目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来のチップ実装時におけるボイドの発生原因は、樹脂が発するアウトガスや、エアーのかみ込みであるとするのが業界における一般常識とされている。そこで、当業界では、このボイドの発生を防止するために、次のような対策をとっている。
【０００８】
（１）アウトガスの発生を防止する対策は、樹脂硬化温度を低温で行なうことによりアウトガスの発生を抑制している。
【０００９】
（２）エアーのかみ込みを防止する対策は、樹脂の粘度を高くし、樹脂内にエアーがかみ込みづらくしている。
【００１０】
しかしながら、上述の対策を行なっていてもボイドの発生を十分に防止することができないのが現状である。
【００１１】
そこで、ボイドの発生を防止するためにガラス基板にボンディング中の樹脂の硬化状態を下部から顕微鏡で観察できる装置を開発し、多面的に検討した結果、以下の現象が発生するという知見を本発明者は得ることができた。なお、実験には硬化温度２２０℃、ガラス転移点が１２０℃であるＮＣＰやＡＣＦの樹脂を使用した。
【００１２】
加熱圧着手段から２２０℃の熱を常時与えてチップを基板に加熱圧着している段階では、未だ樹脂が軟化状態にある。このような樹脂が硬化していない軟化状態のまま加圧手段による加圧を解除すると、圧力を解除した瞬間に樹脂内部に圧力が加えられた状態にあったエアーが瞬時に膨張（数十倍に膨張）してバンプ周りを覆うようなボイド３２（図１５に示す）や、バンプとバンプの間に跨るボイド３２（図２０ａおよび図２０ａの矢視Ｘ方向の図２０ｂに示す）が発生することが確認された。このボイド３２に水分などが溜まりショートするといった問題があった。
【００１３】
また、ＡＣＦやＡＣＰを使用した場合には、チップ上方からの加圧によってバンプ部分にある導電粒子（ポリマー表面に金やニッケルなどをメッキ加工したもの）が弾性変形しながらバンプに食い込だ状態で電気的接続が保持されている。しかし、加圧手段による加圧を解除した直後では樹脂が未だ軟化状態にあるので、基板が反っていた場合には加圧により平坦に延ばされていたものが、元に戻ろうとして基板弾性応力に樹脂粘度が負けてしまい、バンプと電極の間に隙間が増大する部分ができてしまう。この隙間の増大に伴って、図１７および図１８に示すように、導電粒子の弾性変形が復元する。
【００１４】
具体的には、導電粒子の食い込みによって形成されたバンプ部分の凹部と、導電粒子３４との間に空間の発生、若しくはこの空間に樹脂が流れ込み、接触面積が減少する、結果、抵抗増となる。つまり、ボイドの発生や粒子圧接状態の問題は、ガラス転移点（Ｔｇ温度）前の樹脂が軟化状態にある時点で加圧解除することによって起こっていることが分かった。
【００１５】
つまり、樹脂を加熱硬化する際、チップ上方からの加圧を解除しても樹脂内部に含まれるエアーを膨張させることなく、かつ、ＡＣＦなどの場合には加圧を解除したときの導電粒子の復元による弾性応力に樹脂粘度が負けることのないようにＴｇ温度以下に樹脂を冷却した後に、加圧解除するようにした。
【００１６】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
加圧手段で実装部材を基板に加圧する過程で、前記樹脂が加熱硬化するように実装部材または基板の少なくともいずれか側を加熱手段で加熱する加熱圧着過程と、
前記実装部材を加圧した状態で前記加熱手段を冷却する冷却過程とを備え、
かつ、前記加熱手段の冷却終了後に前記加圧手段による実装部材の加圧を解除することを特徴とするものである。
【００１７】
（作用・効果）実装部材（例えば、チップなど）と基板の間に樹脂を介在させ、加圧手段により実装部材を基板に加圧する過程で、実装部材または基板の少なくともいずれか側を加熱手段で加熱しながら樹脂を加熱硬化させて実装部材を基板に加熱圧着する。実装部材が基板に加熱圧着されると、加熱手段が冷却され、その後にチップ上方からの加圧手段による加圧が解除される。すなわち、加熱手段の冷却に伴って樹脂自体も冷却される。したがって、樹脂が実質的に硬化した状態でチップ上方からの加圧が解除されるので、加圧された状態で樹脂内部に含まれていたエアーの外圧が除去されることによる膨張を抑えることができる。その結果、エアーの膨張によってバンプ周りやバンプとバンプの間に跨って発生していたボイドを防止できるので、ボイドの発生によるバンプと基板電極との導通不良や、バンプ間のショートなどを防止することができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボンディング方法において、前記冷却過程は、使用する樹脂のガラス転移点近傍まで冷却することを特徴とするものである。
（作用・効果）冷却過程で、冷却手段を冷却し、基板と実装部材を接合する樹脂がガラス転移点まで冷却される。したがって、樹脂が略完全に硬化した状態で加圧手段の加圧が解除されるので、請求項１に記載のボンディング方法を好適に実施することができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のボンディング方法において、前記冷却過程は、樹脂をガラス転移点近傍に冷却するとき、樹脂の温度がガラス転移点近傍であって、かつ基板と実装部材の室温からの熱膨張量が略等しくなるように基板と実装部材の少なくともいずれかの温度を調節することを特徴とするものである。
【００２０】
（作用・効果）冷却過程で樹脂温度がガラス転移点近傍となり、このときに基板と実装部材の室温からの熱膨張量が略等しくなるように基板と実装部材の少なくともいずれかの温度調節が行なわれる。したがって、基板と実装部材の収縮量の差により実装部材と基板とが反って発生する接合不良や抵抗値不良を回避することができる。なお、ここでいう基板の熱膨張量とは、例えば実装部材としてのチップの長さに対応する基板部分の熱膨張量をいう。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のボンディング方法において、前記基板と実装部材の温度の調節は、実装部材の冷却または基板の加熱の少なくともいずれかを行なうことを特徴とするものである。
【００２２】
（作用・効果）実装部材側から直接に加熱して実装部材を基板に実施するとき、加熱手段から距離の近い順、つまり実装部材、樹脂、基板の順番で温度が高くなる。また、基板側を加熱していないので、基板自体が放熱効果を有し、実装部材と基板との温度差は大きくなる。この場合、実装部材側を積極的に冷却するか、若しくは基板側を大気開放状態の自然冷却または積極的に冷却しながら基板を加熱して樹脂温度がガラス転移点近傍において実装部材と基板の熱膨張差をなくすように両部材の温度を調節する。その結果、請求項３に記載の方法を好適に実施することができる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のボンディング方法において、前記冷却過程は、使用する樹脂のガラス転移点のプラス２０℃以下になるように加熱手段を冷却することを特徴とするものである。
【００２４】
（作用・効果）実装部材と基板の間に樹脂を介在させて加圧手段で加圧し、かつ、加熱手段で加熱しながら実装部材を基板に加熱圧着する。実装部材を基板に加熱圧着した後、加熱手段が、使用する樹脂のガラス転移点のプラス２０℃以下まで冷却される。この冷却に伴って樹脂自体も冷却され、略硬化状態に達する、結果、請求項１に記載の方法を好適に実施することができる。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
加熱によって樹脂自体がガスを発生する温度に満たない温度で樹脂を加熱する第１加熱過程と、
前記第１加熱過程で所定時間、樹脂を加熱した後、第１加熱過程の設定温度よりも高い温度で樹脂を加熱する第２過熱過程と
を備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
（作用・効果）加熱による樹脂自体がガスを発生する温度に満たない温度で樹脂を加熱した後、この加熱温度よりも高い温度で樹脂を加熱硬化する。したがって、ガスの発生しない状態で樹脂が略硬化状態となり粘度が高い状態で温度が上げられる。このとき、ガスが発生してもガス発生応力より粘度が高くなっているので、ボイド等の発生を防止することができる。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のボンディング方法において、前記第１加熱過程の設定温度は１９０℃未満であり、前記第２加熱過程の設定温度が１９０℃以上であることを特徴とするものである。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載のボンディング方法において、前記第１加熱過程から前記第２過熱過程までの所定時間が２０秒以内であることを特徴とするものである。
【００２９】
（作用・効果）第１加熱過程の温度を１９０℃未満、第２加熱過程の温度を１９０℃以上となるように設定し（請求項７）、第１加熱過程から第２加熱過程までの時間を２０秒以内に設定（請求項８）することにより、請求項６に記載の方法を好適に実施することができる。
【００３０】
また、請求項９に記載の発明は、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のボンディング方法において、前記第２加熱過程の後、前記樹脂をガラス転移点近傍まで冷却することを特徴するものである。
【００３１】
（作用・効果）第２加熱過程の後に、加熱された樹脂がガラス転移点まで冷却される。したがって、実装部材として、例えばチップの場合に発生していたバンプ周りやバンプ間に発生していたボイドを加圧解除時に膨張させたり歪により樹脂に亀裂を発生させたりすることなく樹脂を完全に硬化することができる。
【００３２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のボンディング方法において、前記実装部材を基板に実装して樹脂を加熱硬化して実装部材を基板に固着させるまでの過程で、基板に実装部材を仮圧着する仮圧着過程と、樹脂を略完全に硬化して基板に実装部材を固着する本圧着過程とに分け、前記仮圧着過程を第１加熱過程とし、前記本圧着過程を第２加熱過程とすることを特徴とするものである。
【００３３】
（作用・効果）仮圧着過程と本圧着過程とに分けることにより、生産性を向上させることができる。また、本圧着をマルチヘッド化することにより、さらなる生産性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、請求項１１に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
前記基板上に樹脂を塗布した所定箇所に実装部材を実装するとき、その箇所に塗布されている樹脂を予め加熱して軟化した状態で実装部材を仮圧着する仮圧着過程と、
前記仮圧着した実装部材接合部の樹脂を、さらに加熱して硬化させて基板に実装部材を固着させる本圧着過程と
を備えたことを特徴とするものである。
【００３５】
（作用・効果）基板上に塗布した樹脂を予め加熱した状態の上に実装部材が実装される。つまり、樹脂は加熱により軟化しているので、樹脂に実装部材を押圧しながら実装すると、実装時に巻き込む空気が実装部材と樹脂の間から逃げやすくなる。したがって、実装部材の実装時に巻き込む空気を低減することができる。
【００３６】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のボンディング方法において、前記仮圧着過程での樹脂の加熱温度を６０℃から１２０℃の範囲に設定することを特徴とするものである。
【００３７】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１または請求項１２に記載のボンディング方法において、前記仮圧着過程にける樹脂の加熱は、基板の裏面側から行なうことを特徴とするものである。
【００３８】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１１または請求項１２に記載のボンディング方法において、前記仮圧着過程にける樹脂の加熱は、基板の上方から熱風ブローを樹脂に向けて供給することを特徴とするものである。
【００３９】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１４に記載のボンディング方法において、前記仮圧着過程と本圧着過程を連続または分離して備えることを特徴とするものである。
【００４０】
（作用・効果）樹脂温度を６０℃から１２０℃の範囲に設定し（請求項１２）、基板の裏面から加熱（請求項１３）または基板の上方から熱風ブローを樹脂に向けて供給（請求項１４）して樹脂を軟化させることにより、請求項１０に記載の方法を好適に実施することができる。なお、仮圧着過程と本圧着過程とを連続または分離して設ける（請求項１５）こともできる。
【００４１】
また、請求項１６に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
前期基板上に樹脂を塗布した所定箇所に実装部材を実装するときの接地速度を１０ｍｍ／ｓ以下に設定することを特徴とするボンディング方法。
【００４２】
（作用・効果）実装部材の基板への接地速度を１０ｍｍ／ｓ以下で基板上の樹脂を塗布した所定箇所に実装部材が実装される。実装部材が樹脂にゆっくりと押圧されるので、この押圧される過程で実装部材と樹脂の間に巻き込む空気が逃げ易くなる。
【００４３】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載のボンディング方法において、前記樹脂は、導電粒子を混入した樹脂であることを特徴とするものである。
【００４４】
（作用・効果）実装部材（例えばチップ）を基板に加熱圧着する際、チップ側のバンプと基板電極との間に在る導電粒子が弾性変形される。この状態のまま樹脂が冷却されて略硬化状態となるので、導電粒子の弾性変形の復元を防止することができ、チップと基板に対する導電粒子の接触面積を一定に保つことができる。
【００４５】
また、請求項１８に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング装置において、
前記基板を載置保持する保持テーブルと、
前記保持された基板の所定箇所に実装部材を加圧する加圧手段と、
前記加圧された状態の実装部材を加熱し、前記樹脂を加熱硬化する加熱手段と、
前記実装部材を加圧状態にある加熱手段を冷却する冷却手段と
を備えたことを特徴とするものである。
【００４６】
（作用・効果）保持テーブル上に載置保持された基板上の所定箇所に樹脂を介して、実装部材が加圧手段により加圧され、かつ、加熱手段により加熱されながら基板に圧着される。その後、実装部材を加熱している加熱手段を冷却してから実装部材の加圧が解除される。したがって、加熱手段の冷却に伴って樹脂自体も冷却され、略完全に硬化する、結果、請求項１に記載の方法を好適に実現することができる。
【００４７】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載のボンディング装置において、前記冷却手段による冷却温度を、使用する樹脂ごとのガラス転移点のプラス２０℃以下になるように制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００４８】
（作用・効果）冷却手段の冷却が使用する樹脂ごとのガラス転移点のプラス２０℃以下になるように温度制御される。したがって、請求項２に記載の方法を好適に実現することができる。
【００４９】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、前記冷却手段は、前記加熱手段にエアー流路となる貫通孔を設け、外部よりエアーを吹き付ける送風手段であることを特徴とするものである。
【００５０】
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、前記冷却手段は、前記加熱手段の内部に設けた第１流路と、この第１流路にエアーを供給するエアー供給手段とから構成されていることを特徴とするものである。
【００５１】
また、請求項２２に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、前記冷却手段は、前記加熱手段の外周に取り付けた放熱用の冷却部材であることを特徴とするものである。
【００５２】
また、請求項２３に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、前記冷却手段は、前記加熱手段の内部に設けられた第２流路と、この第２流路に冷却水を供給する冷却水供給手段とから構成されていることを特徴とするものである。
【００５３】
また、請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載のボンディング装置において、前記第２流路がヒータパターンを内蔵したヒータ部材に面していることを特徴とするものである。
【００５４】
（作用・効果）加熱手段に設けられたエアー供給流路となる貫通孔に向けて送風手段でエアーの吹き付け（請求項２０）、加熱手段の内部に設けた第１流路にエアーを供給（請求項２２）、放熱用の冷却部材を加熱手段の外周に取り付け（請求項２３）、加熱手段の内部に設けた第２流路に冷却水を供給・循環する（請求項２１）、およびヒータ部材に設けられたヒータパターンに面して第２流路を設ける（請求項２４）ことにより、請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置を好適に実現することができる。
【００５５】
また、請求項２５に記載の発明は、請求項１８ないし請求項２４のいずれかに記載のボンディング装置において、前記保持テーブル側に加熱手段を備え、かつ、前記保持手テーブルに保持されている基板温度が、使用する樹脂ごとのガラス転移点のプラス２０℃以下になるように前記加熱手段の温度を制御することを特徴とするものである。
【００５６】
（作用・効果）保持テーブル側に設けられた加熱手段により、保持テーブルに載置保持された基板が加熱される。つまり、保持テーブルが、実装部材を実装するのに使用する樹脂ごとのガラス転移点のプラス２０℃以下になるように設定されるので、冷却時における実装部材と基板との温度差がなくなり、両部材の線膨張係数の差により発生する基板の反りを防止することができる。
【００５７】
また、請求項２６に記載の発明は、請求項１８ないし請求項２５のいずれかに記載のボンディング装置において、
前記樹脂をガラス転移点近傍に冷却するとき、樹脂の温度がガラス転移点近傍であって、かつ基板と実装部材の室温からの熱膨張量が略等しくなるように基板板と実装部材の少なくともいずれかの温度を調節するように、実装部材と基板の温度に基づいて冷却手段と保持テーブル側の加熱手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００５８】
（作用・効果）冷却過程で樹脂温度がガラス転移点近傍となり、このときに基板と実装部材の室温からの熱膨張量が略等しくなるように、両部材の温度が調節される。したがって、請求項３に記載の方法を好適に実現することができる。なお、この温度制御する方法としては、例えば実装部材、基板、および樹脂の各温度を事前テストにより得た基準値と、冷却時に検出する実測値との比較により求まる温度偏差に基づいて制御するように予め条件設定している。
【００５９】
また、請求項２７に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング装置において、
前記基板を載置保持する保持テーブルと、
前記保持テーブルに載置保持された基板上の樹脂が塗布された所定箇所に実装部材の位置決めをして実装する実装手段と、
前記実装部材を基板に実装するときの実装手段の接地速度を１０ｍｍ／秒以下に調節する速度制御手段と
を備えたことを特徴とするものである。
【００６０】
（作用・効果）保持テーブルに保持された基板上の樹脂が塗布された所定箇所に、実装手段により実装部材が位置決め実装される。この実装部材が基板に実装されるとき実装手段の接地速度が１０ｍｍ／秒以下となるように速度制御手段により制御される。したがって、請求項１６に記載の方法を好適に実現することができる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
＜第１実施例＞
本実施例ではＡＣＰ、ＡＣＦ、ＮＣＰ、ＮＣＦなどの樹脂を使用して、実装部材であるチップを基板に実装する場合を例に採って説明する。
なお、本発明における「実装部材」としては、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、チップ、ウエハ、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの種類や大きさに関係なく、基板と接合させる側の全ての形態を示し、フラット表示パネルへのチップボンディングであるＣＯＧ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）やＴＣＰ、およびＦＰＣのボンディングであるＯＬＢ（Ｏｕｔｅｒ　Ｌｅａｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）が考えられる。
【００６２】
また、本発明における「基板」とは、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハなどの種類に関係なく、実装部材と接合させる側の全ての形態を示す。
【００６３】
先ず、本実施例に使用する装置について図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明に係るボンディング装置である本圧着装置の概略構成を示した斜視図、図２は実施例装置のヘッド部分の要部構成を示した正面図、図３は実施例装置のヘッド部分の要部構成を示した側面図である。
【００６４】
図１に示すように、本発明における本圧着装置１は、図示しない仮圧着ユニットから搬送されてくる基板２を水平保持する可動テーブル３と、基板上のチップ４を加熱圧着するヘッド５と、チップ４を基板２に加熱圧着する際に基板２を下方から支持するガラスバックアップ６とから構成されている。
【００６５】
可動テーブル３は、図１に示すように、基板２を吸着保持する基板保持ステージ７を備え、この基板保持ステージ７が水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向、上下（Ｚ）方向、およびＺ軸周り（θ）方向に、それぞれ移動自在に構成されている。
【００６６】
ヘッド５は、図２に示すように、金属製のツールからなる本体８の下部から順にセラミック製のセラミックホルダー９、セラミックヒータ１０、およびセラミック圧子１１で構成されている。なお、セラミックホルダー９はボルト１２でツール本体８に装着されていると共に、セラミックヒータ１０およびセラミック圧子１１は、セラミックホルダー９に焼結されている。
【００６７】
また、セラミック圧子１１には温度検出手段１３として、例えば、熱電対、測温抵抗体などが設けられている。つまり、セラミック圧子１１がセラミックヒータ１０から受ける熱を温度検出手段１３で検出し、その検出結果を温度制御部２１に送信する。
【００６８】
セラミックホルダー９は、図３に示すように、セラミックヒータ１０の発熱部分の上端面にエアーが流通して排出される第１流路１５がセラミックホルダー９の下端部の長手方向（図３ではＸ方向）に貫通している。また、この第１流路１５には、ツール本体８からエアーを供給するエアー供給流路１６と連通接続されている。なお、このエアー供給流路１６の他端には、図２に示すように、連通接続されたバルブＶを備えた耐圧ホース１７を介してエアー供給手段１８からエアーが供給される。
【００６９】
つまり、エアー供給手段１８から供給されたエアーは、エアー供給流路１６、エアー流路１５の順を経て第１流路１５両端の開口部１５ａから排出される。したがって、セラミックヒータ１０の発熱部１０ａから発せられる熱がエアー循環により奪われ、セラミックヒータ１０およびセラミック圧子１１の両方を急速に冷却することができる。
【００７０】
セラミックヒータ１０は、図４に示すように、発熱部１０ａと端子部１０ｂとをＴ字状に配した所定厚さ（例えば、１ｍｍ程度）のパネル体に形成されている。なお、セラミックヒータ１０は、電気絶縁体材であるセラミック材で発熱体１９を被覆した構成であり、かつ端子部１０ｂから発熱体１９の端子２０を突出させている。
【００７１】
なお、セラミックホルダー９、セラミックヒータ１０のセラミック材およびセラミック圧子１１は、窒化ケイ素に所定量のガラスなどが添加された材で構成されている。また、セラミックホルダー９の線膨張係数は、セラミックヒータ１０およびセラミック圧子１１の線膨張係数と同等であることが好ましい。さらに、それらの熱伝導率は、セラミックヒータ１０を基点としてセラミック圧子１１の加圧面側（図２では下方）へ向かう程大きいと共に、それと反対側（図２では上方）のセラミックホルター９の取付面側へ向かうほど小さいくなるようにすることが好ましい。
【００７２】
温度制御部２１は、使用する樹脂ごと応じた設定条件、例えば加熱時間、セラミックヒータ１０の冷却温度としてのガラス転移点などが予め図示しない外部入力装置から入力されている。これら入力条件と温度検出手段から検出される検出結果とに基づいて、セラミックヒータ１０の温度制御を行なっている。例えば、予め設定入力されたガラス転移点と温度検出手段１３から送られる実測値とを比較し、求まる温度偏差に応じてセラミックヒータ１０の温度を制御する。具体的には、バルブＶを開きエアーを供給して温度がＴｇ以下になるとバルブＶを閉じ、ヘッドを上昇させる。
【００７３】
次に上述の実施例装置を用いてチップを基板に実装する一巡の動作を図５のフローチャートに沿って説明する。なお、本実施例では、樹脂の硬化温度を２２０℃、ガラス転移点（Ｔｇ）を１２０℃に予め設定したものとする。また、本実施例では、前工程の仮圧着工程でチップが基板に予め仮圧着された状態で搬送されたものに対し、基板にチップを完全に本圧着する場合を例に採って説明する。
【００７４】
＜ステップＳ１＞　基板の位置合わせ
前段の仮圧着工程で樹脂を介してチップ４が仮圧着された基板２が、図示しない搬送機構により、本圧着装置１へと搬送される。この基板４は、可動テーブル３の基板保持ステージ７に移載されて吸着保持される。基板保持ステージ７は図示しない駆動機構によって、前方（図１のＹ方向）である、ヘッド５とガラスバックアップ６との間に向かって移動し、ヘッド５とガラスバックアップ６とでチップ４を上下方向から挟み込めるように基板４の位置合わせを行なう。
【００７５】
＜ステップＳ２＞　チップの加熱圧着開始
基板２の位置合わせが終了すると、図示しない駆動機構によりヘッド５が下降し、このヘッド５と基板２の下側にあるガラスバックアップ６とでチップ４が挟み込まれる。ヘッド５は、基板２へのチップ４の加熱圧着を開始する。このとき、ヘッド５に備わったセラミックヒータ１０は、図６に示すように、チップ４の加熱圧着の開始時点（ｔ０）において温度制御部２１により、２２０℃に設定されている。加熱圧着開始と同時に開始時点（ｔ０）から加熱終了時点（ｔ１）の所定時間、温度制御部２１によりセラミックヒータ１０の温度を２２０℃に保ちながらチップ４を基板２に加熱圧着する、結果、チップ４からの熱伝達により樹脂が加熱硬化し始める。
【００７６】
＜ステップＳ３＞　冷却開始
加熱終了時点（ｔ１）に到達すると、メイン制御部Ｍから加熱ＯＦＦ信号が温度制御部２１に送られ、この信号に基づいて温度制御部２１からの命令信号がバルブＶに送信されてバルブＶが開放される。バルブＶの開放によりエアー供給手段１８からエアーの供給が開始される。エアーは耐圧ホース１７、エアー供給流路１６を経て第１流路１５へと流れ込む。この流れ込んだエアーが第１流路１５の両端開口部１５ａに向かって流通して排出される、結果、第１流路１５の下方に配されたセラミックヒータ１０およびセラミック圧子１１を急速に冷却する。
【００７７】
＜ステップＳ４＞　ガラス転移点に達したか
冷却が開始されると同時に、セラミック圧子１１に設けられた温度検出手段１３により逐次にヘッド５の温度が検出され、その実測値が温度制御部２１へと送られる。温度制御部２１では、セラミックヒータ１０の冷却温度として予め設定入力されたのガラス転移点（Ｔｇ）と実測値との比較処理が逐次実行される。ここで、検出結果がガラス転移点（Ｔｇ）に到達していなければ、このＴｇと実測値との比較処理を繰り返し行ないながら冷却を継続する。逆に、実測値がＴｇに到達（図６に示す時点ｔ２）するとステップＳ５へと進む。
【００７８】
つまり、セラミックヒータ１０の温度をＴｇまで冷却することにより、ヘッド５によって加熱されているチップ４も冷却され、ひいてはチップ４を基板２に固着させる樹脂をも冷却する。特にこの冷却に伴って樹脂温度がガラス転移点（Ｔｇ）まで冷却されることで、樹脂が略完全に硬化する。
【００７９】
なお、本実施例ではセラミックヒータ１０の冷却温度を樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）に設定しているが、この冷却温度は、使用する樹脂の種類に応じたガラス転移点（Ｔｇ）のプラス２０℃以下の範囲内に設定することもできる。
【００８０】
＜ステップＳ５＞　加圧解除
冷却温度がＴｇに到達すると、チップ４への加圧を解除し、ヘッド５を上方待機位置に復帰させる。このとき、温度制御部２１からの命令信号によりバルブＶが閉塞されると共に、次のチップ４を基板２に固着するために、セラミックヒータ１０の温度を２２０℃（図６に示す時点ｔ３）まで上昇するように温度制御を行なう。
【００８１】
すなわち、樹脂がＴｇまで冷却されて略完全に硬化した状態でチップ４上方からの加圧が解除されるので、樹脂内のエアーの膨張が防止される。つまり、樹脂硬化によりエアーの膨張を抑え込むことができ、バンプ周りなどのボイドの発生を防止することができる。
【００８２】
また、ヘッド５の加圧により弾性変形して接触面積が拡張された状態でバンプと基板電極との間に介在している導電粒子の弾性復帰を、樹脂硬化により抑え込むことができる。つまり、樹脂が硬化することにより、導電粒子の弾性変形の復元時における弾性応力に対して樹脂粘度が上回り導電粒子の弾性変形状態を維持できる。結果、バンプと導電粒子との間に発生していたボイドを解消することができる。
【００８３】
＜ステップＳ６＞　基板の取り出し
ヘッド５の加圧が解除されると、基板保持ステージ７が基板受け渡し位置まで移動する。受け渡し位置に移動した基板２は、図示しない基板搬送機構によって基板収納ユニットに搬送されて基板回収マガジンに収納される。
【００８４】
以上で１枚の基板２についてチップ４のボンディングが終了する。
【００８５】
上述のように、チップ４を基板２に加熱圧着しながら樹脂を加熱硬化した後に、セラミックヒータ１０を使用する樹脂ごとのガラス転移点（Ｔｇ）までエアーにより急速に冷却することでヘッド全体がＴｇまで冷却され、ひいては基板２にチップ４を固着する樹脂をもＴｇまで冷却することができる。しがたって、樹脂が略完全に硬化した状態となるので、この状態でチップ上方からの加圧を解除することにより、本発明者により確認された従来からの問題の発生原因を解消することができた。
【００８６】
具体的には、従来法では樹脂が硬化する前の軟化状態でヘッド５を上昇させて加圧解除したとき、樹脂内に在るエアーの急激な膨張によりバンプ周りを覆うようにボイドが発生していた。しかし、本実施例では樹脂が硬化した状態で加圧を解除することで、樹脂粘度がエアーの膨張による応力を上回りボイドの発生を防止することができる。
【００８７】
また、従来ＡＣＦやＡＣＰを使用したとき、導電粒子の弾性変形の復元によりチップが上方に持ち上げられ、バンプと導電粒子との間に空間が発生していた。しかし、本実施例では樹脂が硬化した状態でチップ上方からの加圧が解除されるので、樹脂粘度が導電粒子の弾性変形の復元により作用する弾性応力を上回り、バンプと基板電極との接続不良を防止することができる。
【００８８】
＜第２実施例＞
上述の第１実施例では、チップ４を基板２に加熱圧着して略完全に固着させる本圧着装置について説明したが、本実施例では、基板２にチップ４を実装して仮圧着および本圧着可能なボンディング装置について説明する。なお、ボンディング装置としては、ヘッド周りの構成のみが第１実施例装置と異なるので、同一箇所については同一符号を付すに留め、異なる部分について説明する。
【００８９】
図７は本発明に係るボンディング装置の概略構成を示した斜視図、図８はヘッド周りの要部構成を示した正面図である。
【００９０】
図８に示すように、ボンディング装置１００は、チップ４を吸着保持して基板上の樹脂Ｇが塗布された所定箇所に位置決め実装するとともに、基板２にチップ４を加熱圧着する実装・加熱圧着機構１０１と、基板２を水平保持する可動テーブル３と、基板２上の樹脂部にチップ４を圧着する際に基板２を下方から支持するガラスバックアップ６と、ガラスバックアップ６を加熱するヒータ１０２と、上方および下方のそれぞれから基板２に向けてエアーを供給するノズル１０３，１０４と、これら各構成を総括的に制御する制御部１０６とから構成されている。
【００９１】
実装・加熱圧着機構１０１は、図７に示すようにその下部にチップ４を吸着保持するヘッド１０７を備え、上下（Ｘ）方向および水平（Ｚ）方向に移動可能に構成されている。また、ヘッド内部には、図示しない、セラミックヒータを備えるとともに、このヒータを冷却するための冷却手段も備えている。なお、このヘッドの構成は第１実施装置と略同一構成であるので詳しい説明を省略する。また、ヘッド１０７の構成としては、この形態に限定されるものではなく、例えば、ヘッド内に冷却手段を備えない構成であってもよい。
【００９２】
可動テーブル３は、基板２を吸着保持する基板保持ステージ７を備え、この基板保持ステージ７が水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向、上下（Ｚ）方向、およびＺ軸周り（θ）方向に、それぞれ移動自在に構成されている。
【００９３】
ヒータ１０２はガラスバックアップ６を加熱し、その熱を基板２および基板上の樹脂Ｇに伝達させて加熱するためのものである。このヒータ１０２は、図８に示すように、基板２から所定距離をおいたガラスバックアップ６の側壁に取り付けられており、制御部１０６の制御信号を受けた電圧コントローラ１０８により温度制御されている。
【００９４】
基板下方に配備したノズル１０３は、ガラスバックアップ６を加熱したときにガラスバックアップ６が基板２に接触する部分の近傍領域の熱伝達を抑制するためのものであって、基板裏面に向けてエアーを供給するようになっている。
【００９５】
また、基板上方に配備したノズル１０４は、加熱圧着後のチップ４を冷却するためのものであって、チップ実装部分に向けてエアーを供給するようになっている。
【００９６】
なお、両ノズル１０３，１０４は、制御部１０６からの制御信号に応じてバルブＶの開閉操作によりエアー供給源１０９からエアーが供給されるようになっている。
【００９７】
制御部１０６は、実装・加熱圧着機構１０１がチップ４を基板２に実装するときの接地速度の調節、ガラスバックアップ６を加熱するヒータ１０２の温度調節、および基板２およびチップ４を冷却するためのノズル１０３，１０４からのエアー供給の調節などを総括的に行っている。なお、具体的な各部の制御については後述する。
【００９８】
次に、上述のボンディング装置を用いて基板上に塗布した樹脂（ＡＣＦ）部分にチップを実施する場合であって、基板へのチップ実装前に樹脂温度を調節しながら基板にチップを実装し、その後に仮圧着工程、本圧着工程および冷却工程を経て基板にチップを固着する方法につてい説明する。以下、具体的な方法について、図９のフローチャートおよび図１０の温度プロファイルに沿って説明する。なお、図１０に示す温度プロファイルは、説明の便宜上、チップ実装後からを示している。
【００９９】
＜ステップＳ１０＞　基板の位置合わせ
基板２が、図示しない搬送機構により、ボンディング装置１００へと搬送される。この基板４は、可動テーブル３の基板保持ステージ７に移載されて吸着保持される。基板保持ステージ７は図示しない駆動機構によって、前方（図７のＹ方向）である、ヘッド１０７とガラスバックアップ６との間に向かって移動し、ヘッド１０７とガラスバックアップ６とでチップ４を上下方向から挟み込めるように基板２の位置合わせを行う。
【０１００】
＜ステップＳ１１＞　樹脂の加熱
位置合わせ終了後、ヒータ１０２が作動してガラスバックアップ６を加熱し、その熱が基板上の樹脂Ｇに伝達されて樹脂Ｇを軟化させる。本実施例の場合、樹脂がＡＣＦであるので樹脂温度が６０〜１２０℃の範囲内に設定される。好ましくは、８０〜１００℃である。樹脂温度が６０℃を下回ると樹脂Ｇが十分に軟化しないのでチップ４を実装した際にチップ４と樹脂Ｇの界面などに巻き込むエアーが逃げずらくなる、結果、界面などに残ったエアーがボイドとなる。また、樹脂温度が１２０℃を超えると、樹脂Ｇが硬化してしまう。
【０１０１】
＜ステップＳ１２＞　チップの実装
所定箇所にあるチップ４をヘッド１０７により吸着保持して基板上の軟化状態にある樹脂部に位置決め実装する。この樹脂上にチップ４を実装するとき、その接地速度が１０ｍｍ／ｓ以下に設定される。好ましい範囲は１〜５ｍｍ／ｓである。接地速度が１０ｍｍ／ｓを超えると、樹脂部へのチップ４の押圧時にエアーの逃げる合間がなくなってしまう。
【０１０２】
チップ４が実装されるとヒータ１０２による加熱を停止する。
【０１０３】
＜ステップ１３＞　第１加熱工程
仮圧着工程に相当する第１加熱工程では、使用する樹脂Ｇに応じて加熱した際に樹脂Ｇからガス（以下、単に「アウトガス」という）の発生しない設定温度で所定時間、ヘッド１０７でチップ４を押圧しながら樹脂Ｇを所定の粘度以上となるように加熱硬化させる。ここでいう所定粘度とは、次の第２加熱過程で樹脂Ｇを高温加熱した際に発生するアウトガスの発生応力を抑えることのできる粘度をいう。
【０１０４】
なお、第１加熱工程における設定温度は、例えば樹脂ＧがＡＣＦの場合、図１０に示すように、ｔ０〜ｔ１の第１加熱工程の間、樹脂温度が１９０℃未満（図１０では１７０℃）となるようにヘッド内のヒータ温度を調節している。この設定温度は、好ましくは、１２０〜１７０℃である。
【０１０５】
設定温度が１２０℃を下回ると樹脂Ｇの硬化速度が遅くなるとともに、十分な樹脂粘度を得ることができない。逆に設定温度が１９０℃を超えるとアウトガスを発生させる。つまり、未硬化の状態にある樹脂粘度よりもアウトガスの発生応力が上回り、チップ４と基板２の界面などにボイド等を発生させることになる。
【０１０６】
また、図１０に示すｔ０〜ｔ１の加熱時間としては、２０秒以内に設定される。好ましくは、１〜５秒である。通常ＡＣＦの場合、設定温度が１８０〜１９０℃において、２０秒で硬化する必要があるが、それ以下の時間でもボイド無く硬化することができる。
【０１０７】
なお、設定温度と加熱時間については、使用する樹脂の硬化条件などに応じて適宜に設定変更される。
【０１０８】
＜ステップ１４＞　第２加熱工程
第１加熱工程での樹脂の加熱硬化が終了すると連続して、図１０に示すｔ１〜ｔ２の間、先の第１加熱工程での加熱温度よりも高い温度で樹脂を加熱硬化する。このときの設定温度は、樹脂が１９０℃以上となるようにヘッド内のヒータ温度を調節している。この設定温度として好ましくは、２００〜２２０℃の範囲である。第２加熱温度が１９０℃を下回ると樹脂の硬化促進を損なうからである。
【０１０９】
すなわち、第２加熱工程では、先の第１加熱工程で樹脂粘度を予め高めているので、１９０℃以上に温度を上げて樹脂がアウトガスを発生しても、樹脂粘度がアウトガス発生応力を抑えることができる、結果、ボイドなどの発生を防止することができる。また設定温度が２２０℃を超え、さらに２４０℃以上になると、樹脂の耐熱上の問題がある。
【０１１０】
なお、樹脂Ｇを加熱する第２加熱工程の設定時間としては、本実施例の場合、例えば２秒に設定されている。
【０１１１】
ここで、第１加熱工程開始（ｔ０）から第２加熱工程終了（ｔ２）までの時間を２０秒以内に設定することもできる。この場合においても、ボイドを発生させることなく樹脂Ｇを硬化させることができる。
【０１１２】
なお、この第２加圧工程は、本圧着工程に相当する。
【０１１３】
＜ステップ１５＞　冷却開始
第２加熱工程が終了すると、図１０のｔ２の時点から樹脂温度がガラス転移点（ｔ３の時点）となるように冷却が開始される。具体的には、以下の手順で冷却が行なわれる。
【０１１４】
先ず、第１実施例の本圧着装置と同様に、制御部１０６から加熱ＯＦＦ信号に基づいて図示しないバルブＶが開放されヘッド内にエアーの供給が開始される。このエアーの供給に伴ってヘッド内のセラミックヒータおよびセラミック圧子を急速に冷却する。このとき、樹脂Ｇは大気開放状態による冷却とヘッド１０７を積極的に冷却することによる伝熱で冷却効果を受ける。
【０１１５】
所定の条件の温度に到達するとヘッド１０７の冷却を停止し、制御部１０６はバルブＶを開放操作して基板上方のノズル１０４からチップ４に向けてエアーを供給するとともに、ヒータ１０２の温度により調節をする。すなわち、樹脂Ｇの温度がガラス転移点近傍であって、かつ基板２とチップ４が大気開放の室温状態からの熱膨張量が略等しくなるようにチップ４と基板２の温度調節を行う。したがって、チップ４と基板２が冷却により収縮するときに発生しがちな反りを防止することができる。
【０１１６】
なお、これら温度調節の時間や条件の設定方法としては、事前テストにより、チップ４、基板２、および樹脂Ｇの各温度を測定しながら条件設定を行う。
【０１１７】
また、本実施例における基板２の熱膨張量とは、基板全体の熱膨張量を意味するのではなく、チップ４が実装された部分とその部分を取り囲む所定領域内の基板２の熱膨張量をいう。この領域は、チップ４のサイズなどによって任意に設定される。
【０１１８】
＜ステップ１６＞　加圧解除
冷却温度がガラス転移点に到達すると、ヘッド１０７によるチップ４への加圧を解除し、ヘッド１０７を上方待機位置に復帰させる。
【０１１９】
＜ステップ１７＞　基板取り出し
ヘッド１０７の加圧が解除されると、基板保持ステージ７が基板受け渡し位置まで移動する。受け渡し位置に移動した基板２は、図示しない基板搬送機構によって基板収納ユニットに搬送されて基板回収マガジンに収納される。
【０１２０】
以上で１枚の基板２についてチップ４のボンディングが終了する。
【０１２１】
次に、本発明者は、第２実施例装置を用いてチップを基板に実装するときの接地速度（ヘッドスピード）とチップ実装時の樹脂軟化温度を変更したときのボイドの発生状況を確認する実験を行った。その結果を以下に説明する。
【０１２２】
＜具体例＞
ガラス基板として高透明度クラウンガラスを使用し、この基板上の電極部分に塗布する樹脂としてＡＣＦを使用する。このときのＡＣＦに含まれる粒子径が３．５μｍであって単位面積当たりの粒子数が１００万個／ｍｍ３のものを厚さ３５μｍとなるようにガラス基板に塗布した。
【０１２３】
また、ＡＣＦの推奨接合条件、つまり、この使用する樹脂が加熱によりアウトガスを発生しない温度として１９０℃未満、樹脂を略完全硬化する温度を２２０℃にした。
【０１２４】
また、基板にチップを実装するときのヘッドスピードを１、３、５、１０（ｍｍ／ｓ）の４パターンとし、各接地速度で基板にチップを実装するときの樹脂温度を１５０、１７０、１８０、２００、２２０（℃）のそれぞれについて実験を行った。なお、各樹脂温度は、終始一定のまま樹脂が硬化するまで加熱した。以下、実験により得られた結果を表１に示す。
【０１２５】
なお、各条件でのポイント数は次のようにして求めている。バンプ周りおよびバンプ周り以外の領域に発生しているボイドと、ボイドよりも大形である亀裂の発生のそれぞれを基板の裏面側から目視により確認し、その個数に応じてポイント数を求めている。具体的には、ボイドについては所定領域ごと確認できない場合、領域ごとに「０」ポイントを付与し、数個確認できた場合、領域ごとに「１」ポイント、数十個確認できた場合、「２」ポイントを付与している。また、亀裂についても同じ配点とし、ボイドと亀裂のそれぞれのポイントを加算して求めている。
【０１２６】
【表１】
Figure 2004031885
【０１２７】
表１からも明らかなように樹脂温度１７０℃のときにヘッドスピードを５ｍｍ／ｓでチップを基板に実装して樹脂を硬化したときにポイント数は「０」であって、ボイドなどを一切確認することのない良好なチップ実装を実現できることが確認できた。すなわち、チップ実装時にチップと樹脂との界面などに巻き込んだエアーの全てが排出されたことを意味する。また、推奨接合条件の１９０℃以下でヘッドスピードを１〜１０ｍｍ／ｓの範囲に設定することにより、エアーの巻き込みによるボイドなどの発生を低減できることも確認できた。
【０１２８】
なお、樹脂の軟化温度が１５０℃と２００℃以上のときにボイドなどの発生ポイントが高い理由は次の通りである。
樹脂軟化温度が１５０℃であるとＡＣＦ推奨接合条件よりも低すぎて樹脂自体が十分に軟化していないので、チップと樹脂との界面に巻き込んだエアーが逃げ切れずに包含されてしまうためである。
【０１２９】
また、樹脂軟化温度が２００℃以上の場合、ＡＣＦの推奨接合条件であるアウトガスが発生しない温度を超えているためであって、アウトガスの発生が起因したボイドなどである。
【０１３０】
以上のように、基板上のチップ実装箇所の樹脂Ｇを予め加熱して軟化させておくとともに、樹脂Ｇにチップ４が接地するときの接地速度を制御することにより、実装時にチップ４と樹脂Ｇの界面などに巻き込むエアーが排出除去され、結果、エアーの巻き込みによる樹脂硬化後のボイドなどの発生を防止することができる。
【０１３１】
また、チップ実装後の第１加熱工程において、使用する樹脂Ｇに応じて加熱したときにアウトガスの発生しない温度で所定時間、樹脂Ｇを予め加熱硬化し、その後の第１加熱工程の温度よりも高い温度により樹脂Ｇを略完全に硬化させる第２加熱工程を経ることにより、第１加熱工程の時点で樹脂粘度が第２加熱過程で発生するアウトガスの発生応力を上回るので、アウトガスの発生が起因するボイドや亀裂などを防止することができる。
【０１３２】
また、第２加熱工程後に樹脂Ｇをガラス転移点に冷却するとき、樹脂Ｇの温度がガラス転移点近傍であって、かつ基板２とチップ４の室温からの熱膨張量が等しくなるようにチップ４にエアーを供給して冷却するとともに、ガラス転移点よりも低い温度になる基板２をヒータ１０２で加熱しながら、両部材の温度を調節することにより、熱膨張量を制御しないで両部材を冷却したときに発生していた反りを解消することができる。
【０１３３】
さらに、ガラス転移点に到達して樹脂Ｇが略完全に硬化した状態でヘッド１０７の加圧を解除するので、基板２とチップ４の熱膨張量の差によって発生しがちな反りを一層確実に解消することができる。
【０１３４】
本発明は、上記の実施例に限らず、次のように変形実施することもできる。
【０１３５】
（１）第１実施例では、前段の仮圧着工程で基板の所定箇所にチップを予め仮圧着した基板に対し、チップを基板に完全に固着する本圧着を行なっていたが、仮圧着することなく本圧着のみの一括工程でチップを基板に実装するようにしてもよい。
【０１３６】
この場合、ヘッド５の下端部にチップ４を吸着保持するための吸着孔を設けると共に、基板２の下方側に認識手段を設けて、基板保持ステージ７に載置された基板２上のマーク位置とチップ４のマーク位置を認識させて位置合わせを行なうようにすればよい。
【０１３７】
（２）第１実施例では、ヘッド５にセラミックヒータ１０を備え、チップ４の上方からのみ樹脂を加熱していたが、基板保持ステージ７側のみ、若しくはチップ４の上方および基板保持ステージ側の両方にセラミックヒータなどの加熱手段を設けてもよい。この場合、基板保持ステージ７側のヒータ温度を、使用する樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）と同じに設定することが好ましい。
【０１３８】
このように、基板保持ステージ７側の加熱手段をＴｇに設定しておくことにより、樹脂が略完全に硬化するときのチップ４と基板２の温度を同じにすることができる。したがって、従来のヘッド５側からのみ加熱して樹脂を加熱硬化していたときにチップ４側と基板２側の線膨張係数の差により発生しがちであった基板２の反りによる歪みを解消することができる。
【０１３９】
また、加熱手段としては、セラミックヒータに限定されるものではなく、樹脂を加熱硬化できる手段であればよい。
【０１４０】
（３）第１実施例では、冷却手段としてセラミックヒータ１０の上面側に沿うように第１流路１５を設けていたが、以下のように変形実施しいてもよい。
＜変形例１＞
ヘッド５の斜視図である図１１およびその側面図である図１２に示すように、セラミックホルダー９の側壁に水平方向に貫通する貫通孔２２を設け、この貫通孔内部に外部から送風手段などでエアーを吹き付けてエアーを流通させるようにしてもよい。
【０１４１】
なお、この貫通孔２２は、図１１に示すように、ヘッド５の内部にエアーを供給する上記実施例のヘッド５の構成に組み合わせてもよいし、貫通孔２２のみによるヘッド５の冷却を実施するようにしてもよい。
【０１４２】
＜変形例２＞
ヘッド５の正面図である図１３に示すように、セラミックホルダー９およびツール本体８の側壁の基端側から水平方向に延びるテーパー状の放熱用冷却部材２３（フィン）を多段に取り付けてもよい。このように、複数のフィン２３を取り付けることによりヘッド５の放熱効果の向上を図ることができ、ひいてはヘッド５の冷却を行なうことができる。
【０１４３】
なお、フィン２３は、放熱効果の高い部材が好ましく、例えば金属であることが好ましい。
【０１４４】
また、このフィン２３は、図１２に示すように、ヘッド５の内部にエアーを供給する第１実施例のヘッド５の構成に組み合わせてもよいし、フィン２３のみによるヘッド５の冷却を実施するようにしてもよい。
【０１４５】
＜変形例３＞
第１実施例および各変形例ではエアーにより冷却を実施しいていたが、冷却水を利用してセラミックヒータ１０を冷却するようにしてもよい。具体的には、図１４の側面図に示すように、冷却水供給手段２４から供給した冷却水をセラミックヒータ１０の上方に沿って循環するように「Ｕ」字状の第２流路２５を設けてもよい。
【０１４６】
（４）第１実施例では、ヘッド５の冷却にエアーや冷却水を利用していたが、他の冷却媒体を利用してもよい。例えば、液体窒素を第２流路に供給循環させるなどしてもよい。
【０１４７】
（５）第２実施例では、１台のボンディング装置１００を用いて仮圧着工程と本圧着工程のそれぞれ実施していたが、仮圧着工程と、本圧着工程の装置を別に設けるようにしてもよい。この場合、本圧着装置は、仮圧着工程で基板上に仮圧着されたチップ４を加熱圧着するのみなので、ヘッド部分にチップ４を吸着保持する機能を有さなくてもよい。
【０１４８】
このように仮圧着装置と本圧着装置とを個別にすることにより、量産性を向上できる。
【０１４９】
（６）第２実施例では、チップ実装前に樹脂を軟化させる手段としてガラスバックアップ６を介してヒータ１０２の熱を樹脂Ｇに伝達させていたが、例えば基板上方にノズル等を配備し、熱風を樹脂に向けて供給して軟化させるようにしてもよい。また、基板上方を移動可能なヒータを備えたアームを樹脂近傍に移動させ、ヒータの輻射熱を利用して非接触状態で樹脂を軟化させてもよい。
【０１５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、樹脂を介してチップを基板に加熱圧着した後に、その樹脂のガラス転移点まで加熱圧着手段を冷却して加熱圧着手段によるチップの加圧を解除する。したがって、加熱圧着手段の冷却に伴って樹脂自体がガラス転移点まで冷却されて略完全に硬化するので、樹脂内部に含まれるエアーの膨張を抑制できる、結果、エアーの膨張によるボイドの発生を防止することができる。また、導電粒子の圧接のゆるみの発生を抑え、接続抵抗値を低く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る本圧着装置の概略構成を示した斜視図である。
【図２】第１実施例装置に係るヘッドの要部構成を示した正面図である。
【図３】第１実施例装置に係るヘッドの要部構成を示した側面図である。
【図４】セラミックヒータの要部構成を示した斜視図である。
【図５】ボンディング方法を示したフローチャートである。
【図６】ヘッドの温度制御プロファイルを示した図である。
【図７】第２実施例装置に係るボンディング装置の概略構成を示した斜視図である。
【図８】第２実施例装置に係るヘッド周りの要部構成を示した正面図である。
【図９】第２実施例装置を用いたボンディング方法を示したフローチャートである。
【図１０】ヘッドの温度制御プロファイルを示した図である。
【図１１】第１変形例のヘッドの要部構成を示した斜視図である。
【図１２】第１変形例のヘッドの要部構成を示した側面図である。
【図１３】第２変形例のヘッドの要部構成を示した正面図である。
【図１４】第３変形例のヘッドの要部構成を示した側面図である。
【図１５】従来方法によりチップを基板にボンディングしたときの断面図である。
【図１６】従来方法によりチップを基板にボンディングしたときの断面図である。
【図１７】従来方法によりチップを基板にボンディングしたときの断面図である。
【図１８】図１３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１９】従来方法によりチップを基板にボンディングしたときの断面図である。
【図２０】従来方法によりチップを基板にボンディングしたときの断面図であって（ａ）は平面からの断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｘ方向から見たときの縦断面図である。
【符号の説明】
２　…　基板
３　…　可動テーブル
４　…　チップ
５，１０７　…　ヘッド
６　…　ガラスバックアップ
１０　…　セラミックヒータ
１５　…　第１流路
１６　…　エアー供給路
１８　…　エアー供給手段
２１　…　温度制御部
１０２　…　ヒータ
１０３，１０４　…　ノズル
１０６　…　制御部

Claims (27)

  1. 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
    加圧手段で実装部材を基板に加圧する過程で、前記樹脂が加熱硬化するように実装部材または基板の少なくともいずれか側を加熱手段で加熱する加熱圧着過程と、
    前記実装部材を加圧した状態で前記加熱手段を冷却する冷却過程とを備え、
    かつ、前記加熱手段の冷却終了後に前記加圧手段による実装部材の加圧を解除することを特徴とするボンディング方法。
  2. 請求項１に記載のボンディング方法において、
    前記冷却過程は、使用する樹脂のガラス転移点近傍まで冷却することを特徴とするボンディング方法。
  3. 請求項２に記載のボンディング方法において、
    前記冷却過程は、樹脂をガラス転移点近傍に冷却するとき、樹脂の温度がガラス転移点近傍であって、かつ基板と実装部材の室温からの熱膨張量が略等しくなるように基板と実装部材の少なくともいずれかの温度を調節することを特徴とするボンディング方法。
  4. 請求項３に記載のボンディング方法において、
    前記基板と実装部材の温度の調節は、実装部材の冷却または基板の加熱の少なくともいずれかを行なうことを特徴とするボンディング方法。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のボンディング方法において、
    前記冷却過程は、使用する樹脂のガラス転移点のプラス２０℃以下になるように加熱手段を冷却することを特徴とするボンディング方法。
  6. 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
    加熱によって樹脂自体がガスを発生する温度に満たない温度で樹脂を加熱する第１加熱過程と、
    前記第１加熱過程で所定時間、樹脂を加熱した後、第１加熱過程の設定温度よりも高い温度で樹脂を加熱する第２過熱過程と
    を備えたことを特徴とするボンディング方法。
  7. 請求項６に記載のボンディング方法において、
    前記第１加熱過程の設定温度は１９０℃未満であり、前記第２加熱過程の設定定温度が１９０℃以上であることを特徴とするボンディング方法。
  8. 請求項６または請求項７に記載のボンディング方法において、
    前記第１加熱過程から前記第２過熱過程までの所定時間が２０秒以内であることを特徴とするボンディング方法。
  9. 請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のボンディング方法において、
    前記第２加熱過程の後、前記樹脂をガラス転移点近傍まで冷却することを特徴するボンディング方法。
  10. 請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のボンディング方法において、
    前記実装部材を基板に実装して樹脂を加熱硬化して実装部材を基板に固着させるまでの過程で、基板に実装部材を仮圧着する仮圧着過程と、樹脂を略完全に硬化して基板に実装部材を固着する本圧着過程とに分け、前記仮圧着過程を第１加熱過程とし、前記本圧着過程を第２加熱過程とすることを特徴するボンディング方法。
  11. 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
    前記基板上に樹脂を塗布した所定箇所に実装部材を実装するとき、その箇所に塗布されている樹脂を予め加熱して軟化した状態で実装部材を仮圧着する仮圧着過程と、
    前記仮圧着した実装部材接合部の樹脂を、さらに加熱して硬化させて基板に実装部材を固着させる本圧着過程と
    を備えたことを特徴とするボンディング方法。
  12. 請求項１１に記載のボンディング方法において、
    前記仮圧着過程での樹脂の加熱温度を６０℃から１２０℃の範囲に設定することを特徴とするボンディング方法。
  13. 請求項１１または請求項１２に記載のボンディング方法において、
    前記仮圧着過程にける樹脂の加熱は、基板の裏面側から行なうことを特徴とするボンディング方法。
  14. 請求項１１ないし請求項１２に記載のボンディング方法において、
    前記仮圧着過程にける樹脂の加熱は、基板の上方から熱風ブローを樹脂に向けて供給することを特徴とするボンディング方法。
  15. 請求項１１ないし請求項１４に記載のボンディング方法において、
    前記仮圧着過程と本圧着過程を連続または分離して備えることを特徴とするボンディング方法。
  16. 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
    前期基板上に樹脂を塗布した所定箇所に実装部材を実装するときの接地速度を１０ｍｍ／ｓ以下に設定することを特徴とするボンディング方法。
  17. 請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載のボンディング方法において、
    前記樹脂は、導電粒子を混入した樹脂であることを特徴とするボンディング方法。
  18. 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング装置において、
    前記基板を載置保持する保持テーブルと、
    前記保持された基板の所定箇所に実装部材を加圧する加圧手段と、
    前記加圧された状態の実装部材を加熱し、前記樹脂を加熱硬化する加熱手段と、
    前記実装部材を加圧状態にある加熱手段を冷却する冷却手段と
    を備えたことを特徴とするボンディング装置。
  19. 請求項１８に記載のボンディング装置において、
    前記冷却手段による冷却温度を、使用する樹脂ごとのガラス転移点のプラス２０℃以下になるように制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするボンディング装置。
  20. 請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、
    前記冷却手段は、前記加熱手段にエアー流路となる貫通孔を設け、外部よりエアーを吹き付ける送風手段であることを特徴とするボンディング装置。
  21. 請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、
    前記冷却手段は、前記加熱手段の内部に設けた第１流路と、この第１流路にエアーを供給するエアー供給手段とから構成されていることを特徴とするボンディング装置。
  22. 請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、
    前記冷却手段は、前記加熱手段の外周に取り付けた放熱用の冷却部材であることを特徴とするボンディング装置。
  23. 請求項１８または請求項１９に記載のボンディング装置において、
    前記冷却手段は、前記加熱手段の内部に設けられた第２流路と、この第２流路に冷却水を供給する冷却水供給手段とから構成されていることを特徴とするボンディング装置。
  24. 請求項２３に記載のボンディング装置において、
    前記第２流路がヒータパターンを内蔵したヒータ部材に面していることを特徴とするボンディング装置。
  25. 請求項１８ないし請求項２４のいずれかに記載のボンディング装置において、
    前記保持テーブル側に加熱手段を備え、
    かつ、前記保持手テーブルに保持されている基板温度が、使用する樹脂ごとのガラス転移点のプラス２０℃以下になるように前記加熱手段の温度を制御することを特徴とするボンディング装置。
  26. 請求項１８ないし請求項２５のいずれかに記載のボンディング装置において、
    前記樹脂をガラス転移点近傍に冷却するとき、樹脂の温度がガラス転移点近傍であって、かつ基板と実装部材の室温からの熱膨張量が略等しくなるように基板板と実装部材の少なくともいずれかの温度を調節するように、実装部材と基板の温度に基づいて冷却手段と保持テーブル側の加熱手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするボンディング装置。
  27. 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング装置において、
    前記基板を載置保持する保持テーブルと、
    前記保持テーブルに載置保持された基板上の樹脂が塗布された所定箇所に実装部材の位置決めをして実装する実装手段と、
    前記実装部材を基板に実装するときの実装手段の接地速度を１０ｍｍ／秒以下に調節する速度制御手段と
    を備えたことを特徴とするボンディング装置。
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