JP2006229126A

JP2006229126A - Ｉｃチップの接続装置

Info

Publication number: JP2006229126A
Application number: JP2005043929A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takabayashi; 広高林; Akihiko Komura; 明彦小村; Takashi Sakaki; 隆榊; Yasuhiro Sawada; 康宏澤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドのフェース面ＩＣ実装における、ＨＢ基板の反りとＩＣチップの反りを低減した実装装置を提供する。
【解決手段】基板とＩＣチップとを接着剤を介して接続するＩＣチップの接続装置において、圧力印加部材と雰囲気加熱するオーブン硬化炉からなり、圧力印加部材は基板をバックアップするための支持体、加圧圧力を発生する加圧部、加圧部の圧力をＩＣチップに印加すると受圧部材、受圧部材とＩＣチップの裏面の間に配置されて受圧部材を保護するフィルムから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は基板とＩＣチップを接着剤を介して接続する際に問題になる基板の反りを低減し、更にＩＣチップの反りを低減した接続装置に関するものである。

基板とＩＣチップとを接着剤を介して接続するＩＣチップの従来の接続方法について、図６〜図７を用いて説明する。

図６は従来の接続装置を示す断面図で、基板１にＩＣチップ２を接着剤３を介して接続する場合、接合装置（図示しない）のツール９４とＩＣチップとの間にテフロン（登録商標）やシリコーン等の樹脂フィルム８１を載置して加圧加熱し、基板１は接合装置の支持体６に載置して加熱する接続装置が知られている。このような接続装置では、加圧加熱するときに接着剤３の一部がツール９４に付着し、その後の接続において均一な加圧加熱ができなくなることを防止することを目的としてツールとＩＣチップとの間に樹脂フィルム８１を用いるために、ＩＣチップ側のツールの加熱温度を高めに設定する。更には基板１の耐熱特性が一般的には低いことが多いことを考慮して、支持体側の加熱温度を低めに設定し又は全く加熱しない方法が用いられる。

図７は従来の接続方法で製造された実装構造体を示す平面図で、基板１にＩＣチップ２を接着剤（図示しない）を介して複数個を実装した実装構造体を示す。

このような実装装置において製造された実装構造体は、簡単な工程で複数の電極を同時に接続できるために接続コストが安く、接続時間も短いという特徴を持っている。更にこのような実装装置においては、接着剤の硬化温度が低いために比較的低温度の工程で信頼性の高い接続を達成することができるために、耐熱性が比較的低いデバイスにおいても信頼性の高い実装構造体を製造することが可能である。たとえばインク内の気泡の成長方向とインクの吐出方向とが同じになるタイプのインクジェット記録ヘッドの基板を長尺に形成する場合、インク吐出口を樹脂で形成されるために低温度の接続工程であり、長尺の記録ヘッドを形成するために複数個のＩＣチップを接着剤を介して接続するために、このような装置を用いることはきわめて効果的である（特開２００２−２１０９６９号参照）。
特開２００２−２１０９６９号

ところでこのような実装装置においては、ツール５と支持体６の温度差が大きく、更に基板１とＩＣチップ２との熱特性（熱伝導率や熱容量）の違いによって基板１とＩＣチップ２との間に、特に接着剤の内部で大きな温度差が生じてしまうために、硬化が終了した後にＩＣチップのほうにより大きな収縮が起こり結果として基板の反りが生じてしまう。

特にインク内の気泡の成長方向とインクの吐出方向とが同じになるタイプのインクジェット記録ヘッドの基板を長尺に形成する場合、上記の基板のそりは記録ヘッドと紙との距離を狭めて紙が記録ヘッドを擦り、更には吐出されたインクが基板の反りによって均一性を損ない印字品位を低下させるという問題を持っている。

さらにこのような実装装置においては、ツール５とＩＣチップとの間にテフロン（登録商標）やシリコーン等の樹脂フィルム４１を載置して加圧加熱するＩＣチップ２の電極２１、２２はＩＣチップ周辺に配置され、中央部には存在しない場合が多いために、ＩＣチップに反りが生じてしまう。これらの基板のそり、ＩＣチップの反りは実装構造体の接続信頼性を劣化させる。

図８は前記基板の反り量を示す図である。本発明者等の実験とシミュレーションでは、１００ｍｍ×８ｍｍ×０．６２５ｍｍのＳｉ基板に１１ｍｍ×２ｍｍ×０．１７５ｍｍのＩＣチップ８個を１１．７ｍｍの等間隔でＡＣＦを介して、総加重３０ｋｇｆ、樹脂フィルムとして３０ミクロン厚のテフロン（登録商標）シートを用いて接続した場合、最大で５０ミクロンの反りが発生することが確認できた。

図９は前記基板の反りが発生するメカニズムを説明するための図で、接着剤の温度を略１７０℃にするためにツール温度を２７０℃、支持体温度を８０℃に設定した各部の温度プロファイルを示している。本説明図は一例で、装置の熱容量や熱伝導性または基板やＩＣチップのサイズによっても異なるが、ＩＣチップと基板間、特に接着剤の硬化時に大きな温度勾配が生じ、結果として図８の前記基板の反りが発生する原因になっていた。本発明者等は接着剤の硬化収縮も反りの原因であることを把握したが本稿では省略する。

図１０はＩＣチップ２の突起電極の平面図で、電極２１は電源やロジック系の入力電極、電極２２はロジック系またはアナログ系の出力電極で基板１との接続用の突起電極を形成している。ＩＣチップ２の電極２１、２２はＩＣチップ周辺に配置され、中央部には存在しない場合が多い。これはＩＣの機能面上に電極を置くと、接続時のダメージを受けることや電極数を増加させ多層配線が必要になることでコストが上がること等に起因している。

図１１は前記ＩＣチップの反りが発生するメカニズムを説明するための図で、電極部は集中荷重であるにもかかわらず、ＩＣチップ裏面には樹脂フィルムを介して等分布荷重が印加され、ＩＣチップ中央部の電極が存在しない部分がたわみ、反りが発生してしまう。ＩＣチップの反りは残留した応力としてその後の環境ストレスによって接続部の信頼性を低下させる原因となることは自明のことである。

図１２は前記ＩＣチップ２の反り量を示す図である。本発明者等の実験とシミュレーションでは、１１ｍｍ×２ｍｍ×０．１７５ｍｍのＩＣチップを、総加重３０ｋｇｆ、樹脂フィルムとして３０ミクロン厚のテフロン（登録商標）シートを用いた場合、最大で１０ミクロンの反りが発生することが確認できた。

本発明者等はＩＣチップの反りの原因として、接着剤の硬化収縮や加圧加熱時のＩＣチップと基板の温度差も原因することを把握したが本稿では省略する。

本発明は上記従来例の問題点を解決するために、圧力印加部材と雰囲気加熱するオーブン硬化炉からなり、前記圧力印加部材は基板をバックアップするための支持体、加圧圧力を発生する加圧部、前記加圧部の圧力をＩＣチップに印加する受圧部材、前記受圧部材とＩＣチップの裏面の間に配置されて受圧部材を保護するフィルムから構成されることを特徴とするＩＣチップの接続装置を提供する。

更に本発明では、石英ガラスからなる前記支持体の前記基板側に配置された基板断熱部材および前記受圧部材のＩＣチップ側にＩＣチップ断熱部材を載置した圧力印加部材を提供する。

更に本発明では、前記受圧部材の前記加圧部と接触する面積を前記ＩＣチップの面積より大きく設定した圧力印加部材を提供する。

更に本発明では、前記受圧部材と前記ＩＣチップ断熱部材との間はフッ素系やシリコーン系の弾性体を介して固定され、前記加圧部は空気、窒素等の高圧気体とフッ素系やシリコーン系の可撓性フィルムから構成された圧力印加部材を提供する。

更に本発明では、前記受圧部材は前記ＩＣチップの配列に応じて複数個の受圧部材が平行配置された圧力印加部材を提供する。

更に本発明では、前記フィルムは厚さ３０ミクロン以下でヤング率１×１０¹⁰Ｐａ以上のＳＵＳ、軟鋼、真鍮等の金属箔である圧力印加部を提供する。

以上詳細に説明したように、本発明の実装装置においては、基板とＩＣチップの温度差をなくし、特に接着剤の内部での温度差をなくすことで、硬化が終了した後に基板の反りが生じてしまうことを抑えることが可能となる。

さらに本発明の実装装置においては、ＩＣチップの厚さが２００ミクロン以下の薄いＩＣチップを接着剤を介して接続する際に問題になるＩＣチップの反りを低減することが可能となる。

本発明者等の実験とシミュレーションでは、１２ｍｍ×２ｍｍ×厚さ０．１７５ｍｍのＩＣチップ８個を、１００ｍｍ×８ｍｍ×厚さ０．６２５ｍｍのＳｉ基板に総加重３０ｋｇｆで接続した場合、従来例では最大で１０ミクロンのＩＣチップの反りと５０ミクロンの基板の反りが発生したのに対して、本発明の場合はＩＣチップの反りは２ミクロン、基板の反りは１０ミクロンに低減することが確認できた。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は本発明に関わる接続装置の構成を示す断面図で、基板１とＩＣチップ２とを接着剤３を介して接続するＩＣチップの接続装置において、圧力印加部材４と雰囲気加熱するオーブン硬化炉５からなり、前記圧力印加部材４は基板１をバックアップするための支持体６、加圧圧力を発生する加圧部７、前記加圧部の圧力をＩＣチップに印加すると受圧部材９、前記受圧部材９とＩＣチップ２の裏面の間に配置されて受圧部材を保護するフィルム８から構成される。本実施例では、圧力印加部材による加圧とオーブン硬化炉による加熱を分離し、ＩＣチップと基板の熱伝導を利用せずに基板とＩＣチップと接着剤を加熱することが可能で、基板とＩＣチップ間、特に硬化時の接着剤に温度勾配がほとんど発生しないために、基板の反りを低減することが可能となる。

図２は前記受圧部材９は受圧ベース部９１とＩＣチップ側に配置されたＩＣチップ断熱部材９２および前記支持体６は支持体ベース部６１と基板側に配置された基板断熱部材６２を載置して、基板とＩＣチップの温度分布を改良した圧力印加部材４の構成を示す断面図である。本実施例では受圧部材とＩＣチップ及び支持体と基板間の熱的影響を排除することで、更に硬化時の接着剤に温度勾配が発生せずに、より短時間で昇温降温することが可能となり基板の反りを更に低減することができる。ＩＣチップ断熱部材９２と前記基板断熱部材６２には石英ガラスを用いると、断熱性や耐熱性に優れていると同時に平面加工性も良く効果的である。

図３は本発明の更に改良された実施例を示す受圧部材９の断面図で、前記受圧部材９の前記加圧部７と接触する面積を前記ＩＣチップの面積より大きく設定すると、加圧圧力を増幅することが可能である。受圧ベース部の面積をＳ１としＩＣチップの面積をＳ２とした時、加圧圧力Ｐ１に対してＩＣチップへの印加圧力はＰ１×（Ｓ１÷Ｓ２）で表すことができ、加圧圧力を（Ｓ１÷Ｓ２）倍することが可能である。加圧部に空気、窒素等の高圧気体を用いると圧力印加部材を小型で簡易に製作することが可能であると同時に、高圧気体の圧力を受圧部に伝達するためにフッ素系やシリコーン系の可撓性フィルムから構成すると、圧力印加の均一性が高いと言う特徴がある。ところが、空気、窒素等の高圧気体は通常５ｋｇｆ／ｃｍ²程度の固定圧力であるのに対してＩＣチップの接着に要する圧力は、ＩＣチップの電極数により大きく異なり一般的には１０ｋｇｆ／ｃｍ²〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²と高圧気体の圧力よりも高い圧力を必要とするので、本発明の改良された実施例は効果的である。

図４は本発明の更に改良された実施例を示す受圧部材９と加圧部７の断面図で、前記受圧部材ベース９１と前記ＩＣチップ断熱部材９２との間はフッ素系やシリコーン系の弾性体９３を介して固定され、加圧部７は高圧気体７１と圧力を受圧部に伝達するためにフッ素系やシリコーン系の可撓性フィルム７２から構成すると、圧力印加の均一性が高いという特徴を高める上で効果的である。

図５は本発明の更に改良された実施例を示す透視平面図で、前記受圧部材９は前記ＩＣチップ２の配列に応じて複数個の受圧部材が平行配置される。基板は複数個のＩＣチップを同時に搭載接続することが可能となり、いわゆるマルチチップモジュールにおいてはきわめて効果的なものである。

本発明の更に改良された実施例では、前記フィルムを厚さ３０ミクロン以下でヤング率１×１０¹⁰Ｐａ以上とする。ＩＣチップ２が薄くなってくると接着剤３がＩＣチップ２の周辺にはみ出して、受圧部材９に付着して接続不良が発生することを防止するために３０ミクロン以下であると取り扱いが容易である。同時に、ヤング率１×１０¹⁰Ｐａ以上のフィルムであると従来例のようにＩＣチップ裏面を等分布荷重で加圧することを防止してＩＣチップの反り量を低減する効果がある。フィルムの厚さ３０ミクロン以下でヤング率１×１０¹⁰Ｐａ以上のＳＵＳ、軟鋼、真鍮等の金属箔が望ましい。

本発明に関わる接続装置の構成を示す断面図。本発明の改良された実施例を示す圧力印加部材の断面図。本発明の更に改良された実施例を示す受圧部材の断面図。圧力印加の均一性を高めて本発明の更に改良された実施例を示す平面図。マルチチップモジュールにおいて効果的なように本発明の更に改良された実施例を示す透視平面図。従来の接続装置を示す断面図。実装構造体を示す平面図。従来の接続装置で製造された基板の反り量を示す図。従来の接続方法で製造された基板の反りが発生するメカニズムを説明するための図。ＩＣチップの突起電極の平面図。ＩＣチップの反りが発生するメカニズムを説明するための図。従来の接続装置で製造されたＩＣチップの反り量を示す図。

符号の説明

１基板
２ＩＣチップ
３接着剤
４圧力印加部材
５オーブン硬化炉
６支持体
７加圧部
８フィルム
９受圧部材
６１支持体ベース
６２基板断熱部材
７１高圧気体
７２可撓性フィルム
８１樹脂フィルム
９１受圧部材ベース
９２ＩＣチップ断熱部材
９３弾性体
９４ツール

Claims

基板とＩＣチップとを接着剤を介して接続するＩＣチップの接続装置において、圧力印加部材と雰囲気加熱するオーブン硬化炉からなり、前記圧力印加部材は基板をバックアップするための支持体、加圧圧力を発生する加圧部、前記加圧部の圧力をＩＣチップに印加する受圧部材、前記受圧部材とＩＣチップの裏面の間に配置されて受圧部材を保護するフィルムから構成されることを特徴とするＩＣチップの接続装置。
前記支持体の前記基板側に配置された基板断熱部材および前記受圧部材のＩＣチップ側にＩＣチップ断熱部材を載置したことを特徴とする請求項１のＩＣチップの接続装置。
前記基板断熱部材およびＩＣチップ断熱部材が、石英ガラスであることを特徴とする請求項２のＩＣチップの接続装置。
前記加圧部は空気、窒素等の高圧気体とフッ素系やシリコーン系の可撓性フィルムから構成されたことを特徴とする請求項１のＩＣチップの接続装置。
前記受圧部材の前記加圧部と接触する面積を前記ＩＣチップの面積より大きく設定したことを特徴とする請求項１のＩＣチップの接続装置。
前記受圧部材は前記ＩＣチップの配列に応じて複数個の受圧部材が平行配置されたことを特徴とする請求項１のＩＣチップの接続装置。
前記受圧部材と前記ＩＣチップ断熱部材との間はフッ素系やシリコーン系の弾性体を介して固定されたことを特徴とする請求項２のＩＣチップの接続装置。
前記フィルムは厚さ３０ミクロン以下でヤング率１×１０10Ｐａ以上のＳＵＳ、軟鋼、真鍮等の金属箔であることを特徴とする請求項１のＩＣチップの接続装置。