JP2005048042A - 接着による部品の搭載方法および構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】ダイをプリント基板のランドに樹脂で接着する場合のＢ．Ｌ．Ｔを適切な一定値に収める。
【解決手段】プリント基板等の接着面１８に接着剤２２を塗布し、ダイコレット１に半導体のダイである部品２を吸着して保持し、ダイコレット１によりハンドリングして部品２を接着剤２２上に位置させる。接着剤２２は、粒径を必要なＢ．Ｌ．Ｔに一致させて成形した球状固体樹脂６を混入してある。次に、ダイコレット１を降下させ、部品２を接着剤２２を介して接着面１８に押し付ける。この押し付けにより、接着剤２２が押し広げられ球状固体樹脂６が接着面１８および部品２に挟まれて、これらの両方に接触し、接着剤２２の厚さが必要とするＢ．Ｌ．Ｔに達する。次に、接着剤２２を硬化させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、接着による部品の搭載方法および構造に関し、特に接着面に塗布した樹脂接着剤（接着ペースト）に部品を押し付けて接着剤層厚み（以下Ｂ．Ｌ．Ｔ（ｂｏｎｄ ｌｉｎｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）と称する。）を適正にして部品を搭載する方法および構造に関する。
図８〜図１０は、従来のＢ．Ｌ．Ｔを適正に制御して部品を搭載する方法を行程順に示した正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。
図８に示すように、プリント基板等の接着面１８に接着剤３を塗布し、ダイコレット１に半導体のダイである部品２を吸着して保持し、ダイコレット１によりハンドリングして部品２を接着剤３上に位置させる。次に、図９に示すように、ダイコレット１を降下させ、部品２を接着剤３を介して接着面１８に押し付ける。この際にダイコレット１の加圧力を測定していて、この測定値が部品ごとに予め設定された加圧力に達した時にダイコレット１から部品２をリリースし、図１０に示すように部品２の搭載を完了する。この設定加圧力を適切な値とすることによりＢ．Ｌ．Ｔが適切になるように制御している。
図１３〜図１５は、従来の他のＢ．Ｌ．Ｔを適正に制御して部品を搭載する方法を行程順に示した正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。
図１３に示すように、接着面１８に接着剤３を塗布し、ダイコレット１に部品２を吸着して保持し、ダイコレット１によりハンドリングして部品２を接着剤３上に位置させる。次に図１４に示すように、ダイコレット１を降下させ、部品２を接着剤３を介して接着面１８に押し付ける。この際に部品搭載面の高さＨを測定していて、この測定値が部品ごとに予め適切なものとして設定された部品搭載高さに達した時（接着剤３が希望する必要な厚みになった時）にダイコレット１から部品２をリリースし、図１５に示すように部品２の搭載を完了する。
また、図１６は、特開昭５９−３５４３４（技術文献１）に記載された部品を搭載する方法を示す縦断面図である。
この方法では、接着面１８に直径が５０μｍの銀の球２０を混入させた銀ペースト１９を接着面１８に塗布し、この塗布した銀ペースト１９上に部品２を載せ、部品２を抑えることにより部品２と接着面１８との間に銀の球２０を重なりなく１列に並べさせることにより銀ペースト１９のＢ．Ｌ．Ｔが適切になるようにしている。
また、特開２００２−１２６０２（技術文献２）には、球状銀粉を含有する樹脂ペーストを用いた半導体装置が記載されている。
また、特開２００１−９９６７（技術文献３）には、プリント基板に関する発明であるが、完全硬化した球状樹脂を混練した半硬化樹脂の層を形成した樹脂付き銅箔が示されている。
特開昭５９−３５４３４号公報（第３図）
特開２００２−１２６０２（請求項１） 特開２００１−９９６７号公報（図１）
図８〜図１０に示した加圧力制御による搭載方法においては、接着剤３の粘度の影響により、接着剤３の濡れ広がりにばらつきが生じてしまうという問題点がある。図１１は、加圧力に対し接着剤３の粘度が小さくて接着剤３が濡れ過多となった場合を示す平面図である。図１２は、加圧力に対し接着剤３の粘度が大きくて接着剤３が濡れ不足となった場合を示す平面図である。
図１３〜図１５に示した部品搭載高さ（接着剤厚み）制御による搭載方法では、部品２の搭載面である接着面１８の面精度による影響を受け、最悪の場合には搭載品質を確保するために部品２ごとに接着面１８の高さを測定する必要があり、部品搭載タクトタイムが非常に長くなり、量産性が低下してしまうという問題点がある。
特に、マルチチップモジュール等、異種異型を高さの異なる搭載面にダイマウントする場合には、装置規模も大掛かりとなり、当然タクトタイムが非常に長くなってしまう。
加圧力制御による搭載方法および部品搭載高さ制御による搭載方法のいずれも、加圧力または搭載高さが厳密に制御できる装置が必要となり設備投資額も必然的に膨らんでしまうという欠点もある。
また、部品をプリント基板の金属パターンに搭載（ダイマウント）する場合は、接着剤を使用すると、金属部分にのみ濡れる性質のある半田接続、共晶ロー材接続による搭載と異なり、接着剤を使用すると接着剤は非金属部分にも容易に濡れ広がるために部品を隣接（近接）配置することが困難となる。
図１７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ接着面であるプリント基板２１上の金属パターン（ランド）４にクリーム半田５を塗布した状態を示す平面図および正面図（クリーム半田５のみは断面で示す。）である。図１８（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１７に示すパターン４に部品（ダイ）を搭載した状態の平面図および正面図（クリーム半田５のみは断面で示す。）である。部品２の搭載後もクリーム半田５は、パターン４の外へはみ出すことはない。
図１９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ接着面であるプリント基板２１上の金属パターン（ランド）４に接着剤３を塗布した状態を示す平面図および正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。図２０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１９に示すパターン４に部品（ダイ）を搭載した状態の平面図および正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。部品２の搭載により接着剤３は、押し広げられパターン４の外へはみ出すことがある。
特開昭５９−３５４３４に記載の部品の搭載方法は、銀ペーストを用いたものであり、接着面に部品を絶縁状態で搭載したい場合には、適用できないという問題点がある。また、銀ペーストを用いるために材料費が高くなるという欠点もある。
特開２００２−１２６０２号公報に記載の半導体装置に用いられる樹脂ペーストは、銀粉を含有し、樹脂ペーストと銀粉との機械的結合が弱いために強度が小さくなるという欠点がある。また、材料費が高くなるという欠点もある。
なお、特開２００１−９９６７号公報の発明は、プリント基板に関するもので部品の搭載には、適用できない。
請求項１に係る発明の接着による部品の搭載方法は、接着面（図の）に球状固体樹脂（図の）を含む接着剤（図の）を塗布し、この塗布した接着剤の上に部品（図の）を供給し、この供給した部品を前記接着面に押し付けて前記球状固体樹脂を前記接着面および前記部品に接触させることを特徴とする。
請求項２に係る発明の接着による部品の搭載方法は、接着面（図１の１８）に球状固体樹脂（図４の６）を含む接着剤（図１の２２）を塗布し、この塗布した接着剤の上に部品（図１の２）を供給し、この供給した部品を前記接着面に押し付けて前記球状固体樹脂を前記接着面および前記部品に接触させてから前記接着剤を硬化させることを特徴とする。
請求項３に係る発明の接着による部品の搭載方法は、接着面（図１の１８）に球状固体樹脂（図４の６）を含む接着剤（図１の２２）を塗布し、部品（図１の２）をダイコレット（図１の１）により保持し、前記ダイコレットを移動させて前記部品を前記接着面に塗布した接着剤の上に位置させ、前記ダイコレットを下降させて前記部品を前記接着面に押し付け、前記球状固体樹脂を前記接着面および前記部品に接触させることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明の接着による部品の搭載方法において、ディスペンサー本体（図５の１１）から前記接着剤をシリンジ（図５の１０）に送出し、このシリンジにより前記接着面に前記接着剤を塗布することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明の接着による部品の搭載方法において、スクリーン（図６の１３）を用いて印刷することにより前記接着面に前記接着剤を塗布することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明の接着による部品の搭載方法において、転写ツール（図７の１５）を接着剤溜まり（図５の１６）に押し込んだ後に引き上げて前記転写ツールに付着させた前記接着剤を前記接着面に転写して塗布することを特徴とする。
請求項７に係る発明の接着による部品の接着構造は、接着面（図１の１８）と、この接着面に搭載された部品（図１の２）と、前記接着面と前記部品との間に介在し前記接着面と前記部品とに接触する球状固体樹脂（図４の６）を混入した接着剤（図１の２２）とを含むことを特徴とする。
本発明の接着による部品の搭載方法および構造は、粒径を必要なＢ．Ｌ．Ｔと同一となるように加工した球状固体樹脂を混入した接着剤で部品を接着面に接着することにより、Ｂ．Ｌ．Ｔばらつき、従って接着特性のばらつきがない部品の搭載を可能とする効果がある。
Ｂ．Ｌ．Ｔのばらつきが無いことで、部品接着時の接着剤の濡れ広がりを抑えた部品搭載が可能となり、結果として隣接部品間隔を縮めることが可能となる。
この結果として以下の効果が得られる。
（１） 電気特性の改善、安定化
Ｂ．Ｌ．Ｔのばらつきが無いことは、接着剤層の持つ抵抗率、熱伝導率のばらつきが無いことと同意であり、電気特性の改善、安定化が図れる。
また、高周波特性において部品間隔が縮まることで電送損失の低減、特性変動の改善も図れる。例えば、部品を搭載後に部品間をワイヤー等で接続する必要があるが、部品間隔が広いと当然ワイヤー長も長くなり電送損失の増加につながる。また、間隔の広い部品間をワイヤーボンディングする場合は、部品間隔が狭い場合と比較して、そのボンディング長にばらつきが生じ易く、これによる特性変動も生じやすい。
（２） 量産性改善（部品搭載タクトタイム短縮）
本発明の部品の搭載方法によれば、部品搭載面の高さを測定する必要がなく、従来の部品搭載高さ制御による部品搭載方法と比較し、部品搭載タクトタイムの短縮が可能で量産性の向上につながる。特に、マルチチップモジュール等の異種異型部品が高さの異なる接着面に搭載される場合のタクトタイムの短縮に非常に有効である。出願人における具体例では、１部品あたりのタクトタイムが従来の部品搭載高さ制御による方法では２分要していたものが本発明の搭載方法では、２０秒で済んだ。
（３） 安定した部品搭載の実現（歩留まり率向上）
接着剤ペーストは、部品搭載までの放置時間、気温変動などにより粘度変化が生じやす
いことは、周知の事実であり、従来の加圧力制御による搭載方法では、Ｂ．Ｌ．Ｔのばらつきが生じやすい。しかし、本発明による接着による部品搭載方法では、接着剤に混入した球状固体樹脂によりＢ．Ｌ．Ｔが決定され、部品を押し付ける加圧力の厳密な制御は不要で、接着剤の粘度変化の影響を受けにくく、Ｂ．Ｌ．Ｔが一定した安定した部品搭載が可能となる。その結果、歩留まり向上にもつながる。
（４） 高密度実装の実現
本発明の接着による部品搭載方法では、部品を接着面に押し付けた時の接着剤の濡れ広がりを小さくでき、接着剤の濡れ広がりが小さくて済むことは部品の実装エリアが小さいことと同意で、その結果、部品が実装される装置の小型化に貢献でき、材料費等の低減にもつながる。
（５） 設備投資費用の低減
従来の加圧力制御による搭載方法および部品搭載高さ制御による方法で必要であった正確な加圧力の制御や部品搭載面の高さの測定が不要なため、使用する搭載機の簡素化が可能となり、設備投資費用の低減が可能となる。
また、特開昭５９−３５４３４号公報および特開２００２−１２６０２号公報に記載の部品搭載方法のように球状の銀を用いないために、本発明の接着による部品搭載方法は、接着面との電気的な絶縁が必要な部品の搭載にも適用可能であり、接着剤の原料費も低減できる。
また、特開２００２−１２６０２号公報の樹脂ペーストでは、球状銀粉を含有していて強度が小さくなっているのに対し、本発明の搭載方法で使用する接着剤は、球状銀粉の替わりに球状固体樹脂を含有しているので硬化後の強度が大きい。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の実施の形態の接着による部品の搭載方法を行程順に示す正面図（接着剤２２のみは断面で示す。）である。
図１に示すように、プリント基板等の接着面１８に接着剤２２を塗布し、ダイコレット１に半導体のダイである部品２を吸着して保持し、ダイコレット１によりハンドリングして部品２を接着剤２２上に位置させる。
接着剤２２は、図４に模式的に示すように球状固体樹脂６および７並びに導電性フィラー８を混入した液状樹脂や希釈剤などの接着剤構成他物質９からなる。球状固体樹脂６は、粒径を必要なＢ．Ｌ．Ｔに一致させて成形したものであり、球状固体樹脂７は、粒径を必要なＢ．Ｌ．Ｔ以下としたものである。
球状固体樹脂６および接着剤構成他物質９としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂を用いることができる。
接着面１８への接着剤２２の塗布には、様々な方法があるが代表的な方法を図５〜図７に示す。
図５は、ディスペンサーを用いる方法で、ディスペンサー本体１１から接着剤２２をシリンジ１０に送出し、シリンジ１０のニードルの先端を接着面１８に向けて位置させ、シリンジ１０に充填された接着剤２２をニードルの先端より規定量だけ吐き出し、接着面１８に塗布する。
図６は、印刷による方法で、クリーム半田印刷と同様な方法である。印刷機本体１４にセットされたスクリーン１３の下に接着面１８を位置決めし、スクリーン１３上に接着剤２２を供給し、スキージ１２でスクリーン１３をなぞり、スクリーン１３に設けられた接着面１８に対応したパターンからなる開口を通して接着剤２２を接着面１８に塗布する。
図７は、転写方法による場合で、転写機本体１７により駆動される転写ツール１５を接着剤２２が入れられた接着剤溜まり１６に一旦押し込んだ後に引き上げると転写ツール１５に規定量の接着剤２２が付着し、これと同様な動作を接着面１８で行うことにより、転写ツール１５から接着剤２２が転写されて接着面１８に塗布される。
図１の状態から次に図２に示すように、ダイコレット１を降下させ、部品２を接着剤２２を介して接着面１８に押し付ける。この押し付けにより、接着剤２２が押し広げられ球状固体樹脂６が接着面１８および部品２に挟まれて、これらの両方に接触し、接着剤２２の厚さが必要とするＢ．Ｌ．Ｔに達する。これ以上ダイコレット１を下向きに加圧しても下降しなくなるので、ダイコレット１から部品２をリリースし、部品２の押し付けを完了する。
ただし、ダイコレット１による加圧力は、部品２と球状固体樹脂６へダメージを与えない許容範囲の最大加圧力以下にしなければならない。また、加圧力が弱いと接着剤２２が高粘性である場合においては、球状固体樹脂６が接着面１８と部品２の両方に接触する前に押し込みが完了してしまう虞があるため、可能な限り許容範囲の最大加圧力近くの加圧力でダイコレット１を押し込むことが望ましい。
図２に示す部品２の押し込みが完了すると、次に図３に示すように、接着剤２２の樹脂特性に合わせた硬化条件により樹脂連鎖を生じさせ、球状固体樹脂６を含む接着剤２２の全体を硬化させ、部品２の搭載を完了する。接着剤２２の硬化条件としては、例えば加熱する場合、常温で所定の時間だけ放置する場合または紫外線等を照射する場合がある。
なお、部品２と接着面１８とを互いに電気的に導通させる必要がない場合は、接着剤２２に導電性フィラー８を混入する必要はない。また、部品２の熱を接着面１８に逃がす必要があるときなどには、接着剤２２に熱伝導フィラーを混入させることもできる。このように球状固体樹脂６のほかの接着剤２２の構成物質は、使用状況により必要性が異なり適宜に選択して混在させればよく、樹脂の種類も用途に応じて選別すればよい。
接着面であるプリント基板の金属パターンに部品であるダイを接着してマウントする等の用途に適用できる。しかも、容易に、しかもＢ．Ｌ．Ｔを均一に保つようにダイをマウント等するのに適用できる。
本発明の実施の形態の接着による部品搭載方法のダイコレット１に保持した部品２を接着面１８上に位置させた搭載開始の状態を示す正面図（接着剤２２のみは断面で示す。）である。 図１に示す接着による部品搭載方法のダイコレット１に保持した部品２を接着面１８に加圧完了した状態を示す正面図（接着剤２２のみは断面で示す。）である。 図１に示す接着による部品搭載方法の部品２を接着面１８に接着させた接着剤２２を硬化させた状態を示す正面図（接着剤２２のみは断面で示す。）である。 図１中の接着剤２２の球状固体樹脂６等が混入されている状態を模式的に示す断面図である。 図１に示す接着による部品搭載方法の接着面１８に接着剤２２を塗布する方法の一例として用いるディスペンサー１０を示す斜視図である。 図１に示す接着による部品搭載方法の接着面１８に接着剤２２を塗布する方法の他の例としての印刷に用いる印刷機本体１４を示す斜視図である。 図１に示す接着による部品搭載方法の接着面１８に接着剤２２を塗布する方法のさらに他の例としての転写法に用いる転写ツール１５を示す斜視図である。 従来の接着による部品搭載方法の内の加圧制御方法でのダイコレット１に保持した部品２を接着面１８上に位置させた搭載開始の状態を示す正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 図８に示す接着による部品搭載方法のダイコレット１に保持した部品２を接着面１８に加圧した状態を示す正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 図８に示す接着による部品搭載方法の部品２を接着面１８に加圧完了した状態を示す正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 図８に示す接着による部品搭載方法での部品２を接着面１８に加圧した時に過剰に濡れ広がった接着剤３を示す平面図である。 図８に示す接着による部品搭載方法での部品２を接着面１８に加圧した時に濡れ広がりが不足した接着剤３を示す平面図である。 従来の接着による部品搭載方法の内の部品搭載高さ制御方法でのダイコレット１に保持した部品２を接着面１８上に位置させた搭載開始の状態を示す正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 図１３に示す接着による部品搭載方法のダイコレット１に保持した部品２を接着面１８に加圧した状態を示す正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 図１３に示す接着による部品搭載方法の部品２を接着面１８に加圧完了した状態を示す正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 特開昭５９−３５４３４号公報に開示された部品搭載方法を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれクリーム半田５を用いた部品搭載方法での接着面であるパターン４にクリーム半田５を塗布した状態を示す平面図および正面図（クリーム半田５のみは断面で示す。）である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１７に示す部品搭載方法での接着面であるパターン４に部品２を搭載した状態を示す平面図および正面図（クリーム半田５のみは断面で示す。）である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１７に示すクリーム半田５を用いた部品搭載方法と比較するために樹脂ペーストからなる接着剤を用いた部品搭載方法での接着面であるパターン４に接着剤３を塗布した状態を示す平面図および正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１９に示す部品搭載方法での接着面であるパターン４に部品２を搭載した状態を示す平面図および正面図（接着剤３のみは断面で示す。）である。
符号の説明
１ ダイコレット
２ 部品
３ 接着剤
４ パターン
５ クリーム半田
６ 球状固体樹脂
７ 球状固体樹脂
８ 導電性フィラー
９ 接着剤構成他物質
１０ ディスペンサー
１１ ディスペンサー本体
１２ スキージ
１３ スクリーン
１４ 印刷機本体
１５ 転写ツール
１６ 接着剤溜まり
１７ 転写機本体
１８ 接着面
１９ 銀ペースト
２０ 銀の球
２１ プリント基板
２２ 接着剤

Claims (7)

  1. 接着面に球状固体樹脂を含む接着剤を塗布し、この塗布した接着剤の上に部品を供給し、この供給した部品を前記接着面に押し付けて前記球状固体樹脂を前記接着面および前記部品に接触させることを特徴とする接着による部品の搭載方法。
  2. 接着面に球状固体樹脂を含む接着剤を塗布し、この塗布した接着剤の上に部品を供給し、この供給した部品を前記接着面に押し付けて前記球状固体樹脂を前記接着面および前記部品に接触させてから前記接着剤を硬化させることを特徴とする接着による部品の搭載方法。
  3. 接着面に球状固体樹脂を含む接着剤を塗布し、部品をダイコレットにより保持し、前記ダイコレットを移動させて前記部品を前記接着面に塗布した接着剤の上に位置させ、前記ダイコレットを下降させて前記部品を前記接着面に押し付け、前記球状固体樹脂を前記接着面および前記部品に接触させることを特徴とする接着による部品の搭載方法。
  4. ディスペンサー本体から前記接着剤をシリンジに送出し、このシリンジにより前記接着面に前記接着剤を塗布することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接着による部品の搭載方法。
  5. スクリーンを用いて印刷することにより前記接着面に前記接着剤を塗布することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接着による部品の搭載方法。
  6. 転写ツールを接着剤溜まりに押し込んだ後に引き上げて前記転写ツールに付着させた前記接着剤を前記接着面に転写して塗布することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接着による部品の搭載方法。
  7. 接着面と、この接着面に搭載された部品と、前記接着面と前記部品との間に介在し前記接着面と前記部品とに接触する球状固体樹脂を混入した接着剤とを含むことを特徴とする接着による部品の接着構造。
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