JP2006286916A

JP2006286916A - 電子部品の実装方法

Info

Publication number: JP2006286916A
Application number: JP2005104550A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakamura; 幸二中村
Original assignee: Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】フリップチップ実装での基板への樹脂配置を短時間で行う電子部品の実装方法を提供すること。
【解決手段】一方の面において露出する第１の電極を有する基板に対して、一方の面において露出する第２の電極を有する電子部品を実装する方法であって、スクリーン印刷法によって前記基板の第１の電極上に１０〜５００μｍの厚さの熱硬化性樹脂層を配置し、その後、前記第１の電極と第２の電極とを接触させ、前記第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を加熱しながら、所定の時間だけ、それらが互いに密着するように加圧する加熱・加圧工程によって前記熱硬化性樹脂層を硬化させ、前記第１の電極と第２の電極との接続部分を樹脂封止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法に関する。

一般的に、半導体部品等の電子部品は、以下のようにして基板に実装される。すなわち電子部品の電極と基板の電極とが電気的に接続され、且つ電子部品の電極と基板の電極との電気的接続部分が封止される。電気的接続部分の封止は、電気的接続部分を湿気や酸素等から保護するために行われる。

電子部品の電極と基板の電極とを電気的に接続する方法の一つに、フリップチップ接続（フリップチップ実装とも呼ばれる）という方法がある。フリップチップ接続を行う場合には、電子部品には、バンプと呼ばれる突起状の電極が形成される。フリップチップ接続では、電子部品は、そのバンプを有する面が基板に向くように配置され、バンプと基板の電極とが直接あるいは導電性物質を介して電気的に接続される。このフリップチップ接続では、他の接続方法に比べて、電子部品の実装密度の向上と、電子部品の電極と基板の電極との電気的接続部分の電気的特性の向上が期待できる。なお、電気的接続部分の電気的特性の向上とは、具体的には、電気的接続部分の抵抗値やインダクタンスやキャパシタンスの低減である。

例えば、特開２００４−１５８６３２号公報（特許文献１）では、絶縁性の熱硬化性樹脂を使用し、金バンプを有する半導体チップのフリップチップ実装方法が開示されているが、基板上への熱硬化性樹脂の供給方法については記載されていない。一般的には、電子部品を搭載する基板部分の中心１点にディスペンサーによって封止樹脂を供給する方法が広く行われている。また、特開２００１−２５０８４５号公報（特許文献２）では、電子部品を基板に搭載する際に熱硬化性樹脂が良好に電子部品の角部分まで広がるために、基板上に例えば十字等の形状に熱硬化性樹脂を塗布する手法が開示されている。しかし、特許文献２においても樹脂の供給方法はディスペンサーによるものとなっている。

特許文献２のように十字形状等にディスペンサーで熱硬化性樹脂を塗布する場合や、例えば撮像素子を基板上に実装する工程等のように、基板開口部の周辺に外部電極がある基板に半導体素子を実装する場合は、基板の外部電極部分に沿ってディスペンサーにより封止樹脂を配置しなければならない。このように熱硬化性樹脂を一点に塗布するのではなく、何らかの形状を描くように熱硬化性樹脂を塗布する実装方法においてはディスペンサーによる熱硬化性樹脂の供給では作業時間が長く、大量生産において作業性は高くないという問題があった。
特開２００４−１５８６３２号公報特開２００１−２５０８４５号公報

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フリップチップ実装において、基板上への樹脂の配置形状によらず、一括で熱硬化性樹脂層を配置し、作業時間の短縮が可能となる実装工法を提案することである。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、フリップチップ実装において、基板への熱硬化性樹脂組成物の配置をスクリーン印刷により行うことで前記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、一方の面において露出する第１の電極を有する基板に対して、一方の面において露出する第２の電極を有する電子部品を実装する方法であって、スクリーン印刷法によって前記基板の第１の電極上に１０〜５００μｍの厚さの熱硬化性樹脂層を配置し、その後、前記第１の電極と第２の電極とを接触させ、前記第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を加熱しながら、所定の時間だけ、それらが互いに密着するように加圧する加熱・加圧工程によって前記熱硬化性樹脂層を硬化させ、前記第１の電極と第２の電極との接続部分を樹脂封止することを特徴とする電子部品の実装方法である。

ここで、前記熱硬化性樹脂層を形成する熱硬化性樹脂組成物が、２５℃でのＥ型粘度計により測定される粘度が回転数５ｒｐｍで２０〜２００Ｐａ・ｓの範囲であり、且つ、回転数１ｒｐｍで測定した粘度の値を回転数１０ｒｐｍで測定した粘度の値で割った値が１．５〜４．０の範囲のものであることは本発明の好ましい態様の１つである。

また、本発明においては、前記基板として複数の貫通する開口部を有する基板を使用し、前記熱硬化性樹脂層を前記基板の開口部周囲の第１の電極上に配置するようにしてもよい。

本発明によれば、実装基板上に熱硬化性樹脂層を配置する工程の作業時間を大幅に短縮することができ、且つ短時間で電子部品を基板に実装することが出来るという効果を奏する。さらに、本発明は、基板への樹脂配置に際してディスペンサーを使用しないことから、上記作業時間の短縮のみならず、特定又は複雑な樹脂配置を伴う実装方法に適しており、具体的には、貫通する開口部を有する基板に固体撮像素子をフリップチップ実装する場合等に特に有利な方法である。

以下、必要に応じて添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１〜図５は、本発明の好適な一実施の形態に係る電子部品の実装方法における各工程を説明するため説明図であり、実装工程を断面から表したものである。図６は、図３を上（実装面側）から見たもので、図７は、図５を上（実装面側）から見たものである。一方、図８は、本発明の他の好適な一実施の形態に係る電子部品の実装方法を説明するための説明図で、基板上に樹脂配置を行った状態を上（実装面側）から見たものである。

本実施の形態に係る電子部品の実装方法は、基板に対して、半導体部品（半導体集積回路チップ）等の電子部品を、フリップチップ接続により実装する方法である。

本実施の形態に係る電子部品の実装方法では、先ず、図１に示したように、スクリーン印刷用ステージ１０の上に基板２を載置する。基板２は、一方の面２ａにおいて露出する複数の電極（以下、基板電極という。）を有している。基板電極１は、金又は錫のめっきが施されたものになっている。基板電極１は、本発明における第１の電極に対応する。

基板２の導体部分以外を構成する材料は、有機材料でもよいし、無機材料でもよい。また、基板２は、硬質な基板でもよいし、フレキシブル基板でもよい。

基板２は、一方の面２ａが上を向き、反対側の面２ｂがスクリーン印刷用ステージの上面に接するようにして、スクリーン印刷用ステージ１０の上に載置される。図２はスクリーン印刷を行っている様子を示したもので、図３は印刷後の状態を表わしている。図２のように基板２の面２ａの上に、熱硬化性樹脂層５’を配置しない箇所が遮蔽されたスクリーン印刷用版３を配置する。熱硬化性樹脂組成物５は、図２のようにスキージ４を使用して基板上に塗布することによって配置される。配置された熱硬化性樹脂層５’の形状や厚みはスクリーン印刷用版の設計によって制御可能であるが、厚み範囲は１０〜５００μｍとする。熱硬化性樹脂層５’の厚みが１０μｍに満たないと、接続部分の封止が十分でないため信頼性の低下が懸念される。一方、熱硬化性樹脂層５’の厚みが５００μｍを超えると、樹脂量が多くなるため半導体素子実装後の樹脂のはみ出しが生じやすい。

次に、熱硬化性樹脂層５’を配置した基板２を加熱支持台８上に配置する。加熱支持台８の温度は、常温（室温）よりも高いが、熱硬化性樹脂層が硬化しない程度の温度、例えば９０〜１２０℃の温度になるように制御されている。これにより、基板２は加熱用支持台８の上記の温度に近づくように加熱される。なお、加熱用支持台８から基板２へ熱は瞬時には伝わらず、また、本実施の形態における電子部品の実装工程は短時間で行われる。そのため、加熱用支持台８と基板２の温度は通常一致しない。従って、加熱用支持台８の温度は、基板２上の熱硬化性樹脂が流動性を保てる程度の温度であれば、熱硬化性樹脂の硬化温度よりも多少高く設定してもよい。なお、本発明においては、スクリーン印刷用ステージ１０と加熱用支持台８とは、同じであってもよい。

次に、図４に示したように、加熱・加圧ツール９によって、基板２に実装する電子部品６を保持する。電子部品６は、一方の面において露出する複数のバンプ７を有している。基板電極１とバンプ７は、基板２の面２ａと電子部品６の面６ａとが向き合ったときに互いに対向する位置に配置されている。バンプ７は、例えば、金めっきバンプ又は金スタッドバンプである。バンプ７は、本発明における第２の電極に対応する。

図示しないが、加熱・加圧ツール９は、電子部品６に接する面９ａにおいて、複数の吸引口を有している。加熱・加圧ツール９の内部には、吸引口に続く吸引路が設けられている。吸引路は、吸引ポンプに接続されるようになっている。そして、加熱・加圧ツール９は、吸引ポンプによって吸引路内の気体を吸引することによって、面９ａに電子部品６を吸着させて電子部品６を保持できるようになっている。

また、加熱・加圧ツール９は、温度調節可能なヒーターを内蔵している。更に、加熱・加圧ツール９は、垂直及び水平方向に移動可能で、且つ保持した電子部品６に対して荷重を加えることができるようになっている。

電子部品６は、面６ａとは反対側の面が加熱・加圧ツール９の面９ａに接するようにして加熱・加圧ツール９によって保持されて、バンプ７が基板電極１と対向するように基板２の面２ａの上に配置される。

次に、図４の矢印方向に、加熱・加圧ツール９を降下させ、基板２と電子部品６との間に熱硬化性樹脂層５’を介在させた状態で、基板電極１とバンプ７とを接触させる。更に、加熱・加圧ツール９によって電子部品６を加熱することによって、基板電極１、バンプ７及び熱硬化性樹脂層５’を、それらが所定の温度になるように加熱する。同時に、加熱・加圧ツール９によって電子部品６に荷重を加えることによって、基板電極１及びバンプ７を、それらが互いに密着するように所定の時間だけ加圧する。以下、この工程を、加熱・加圧工程と言う。熱硬化性樹脂層５’の硬化は、加熱により行われるが、この加熱は、加熱・加圧ツール９によって電子部品６を介して行うことができる。加熱・加圧工程での加熱温度は、３５０〜４５０℃の範囲が好ましい。

本実施の形態では、上記加熱・加圧工程において、基板電極１とバンプ７とが接続されると共に、熱硬化性樹脂層が硬化することによって基板電極１とバンプ７との接続部分が封止される。熱硬化性樹脂層のうち、基板２と電子部品６との間からはみ出した部分は、フィレットを形成する。

次に、図５に示したように、加熱・加圧ツール９を電子部品６から離し、電子部品６に対する加熱及び加圧を停止する。以後、基板２及び電子部品６は冷却されて、基板２に対する電子部品６の実装が完了する。上記のとおり、基板電極１とバンプ７との加圧は、所定時間行われるが、好ましくは０．５〜１０秒の範囲である。

本実施の形態において用いられる熱硬化性樹脂組成物５は、常温（２５℃）では、スクリーン印刷に適用できる粘度とチキソ性を有することが望ましい。特に、熱硬化性樹脂組成物の２５℃でのＥ型粘度計により測定される粘度が回転数５ｒｐｍで２０〜２００Ｐａ・ｓの範囲であり、且つ、回転数１ｒｐｍで測定した粘度の値を回転数１０ｒｐｍで測定した粘度の値で割った値が１．５〜４の範囲にあるものが好ましい。上記５ｒｐｍでの粘度が２０Ｐａ・ｓに満たないと、配置した樹脂が形状を保持しにくくなるため、その後の実装工程で樹脂のはみ出しが生じやすく、他方、２００Ｐａ・ｓを超えると、スクリーン印刷時に樹脂が版ばなれしにくく、印刷ムラ等も生じやすくなる傾向にある。また、回転数１ｒｐｍで測定した粘度の値を回転数１０ｒｐｍで測定した粘度の値で割った値が１．５に満たないと、やはり配置した樹脂が形状を保持しにくくなるため、その後の実装工程で樹脂のはみ出しが生じやすく、他方、４を超えると、スクリーン印刷時に樹脂が版ばなれしにくく、印刷ムラ等が生じやすくなる傾向にある。

上記熱硬化性樹脂組成物５としては、例えば、エポキシ系熱硬化性樹脂又はポリイミド系熱硬化性樹脂を含むものを用いることができる。これらのうち、エポキシ系熱硬化性樹脂は耐熱性やコスト、電気的信頼性の点で優れているため、熱硬化性樹脂組成物５としては、特にエポキシ系の熱硬化性樹脂組成物を用いることが好ましい。

熱硬化性樹脂組成物５がエポキシ樹脂を含む場合には、そのエポキシ樹脂としては、常温で液状であるものを用いることが好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、カルボン酸グリシジルエステル型エポキシ樹脂及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂のうちの１つ以上を含むものを用いることができる。

また、熱硬化性樹脂組成物５がエポキシ樹脂を含む場合には、更に、硬化剤又は特定の温度以上で急速にエポキシ樹脂硬化触媒として機能するようになる性質を有する潜在性硬化触媒を含むことが好ましい。上記特定の温度とは、具体的には電子部品６を実装する際の温度であり、前述の熱硬化性樹脂組成物５の粘度が上昇すると共に硬化反応が完結する温度範囲（例えば、７０〜１５０℃で、好ましくは１００〜１３０℃）内の温度である。潜在性硬化触媒には、マイクロカプセル型やアミンアダクト型等のものがある。これらのうち、実装性能や安定性の点から、潜在性硬化触媒としてはマイクロカプセル型のものを用いることが好ましい。

本実施の形態では、熱硬化性樹脂が上述の諸特性を満足していれば、導電性フィラーを混合した導電ペーストの基板電極上への配置にも使用することも可能となり、つまりＡＣＰ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰａｓｔｅ）にも適用することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中の「部」は「重量部」を表す。

（実施例１）
まず、本発明で使用する熱硬化性樹脂組成物を準備した。熱硬化性樹脂組成物の配合は、エポキシ樹脂（東都化成製ＺＸ−１０５９）８０部、エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−０１１）２０部、硬化触媒（旭化成ケミカルズ製ＨＸ−３９２１ＨＰ）１００部、オリゴマー（新日鐵化学製ＩＰ−１００）２部、シリカ（日本エアロジル製ＲＹ−２００）６部を混合し、熱硬化性樹脂組成物を作製した。熱硬化性樹脂組成物の２５℃におけるＥ型粘度計による測定結果は下記のとおりである。下記では、回転数１ｒｐｍで測定した粘度の値を回転数１０ｒｐｍで測定した粘度の値で割った値をチキソ性として記載した。

Ｅ型粘度計２５℃ ６０Ｐａ・ｓ５ｒｐｍ
１０６Ｐａ・ｓ１ｒｐｍ
５４Ｐａ・ｓ１０ｒｐｍ
チキソ性１０６／５４＝２．０。

次に、電極が設けられた基板２（３５×１７０ｍｍ）を準備した。基板２は、５個の貫通した正方形の開口部（大きさ８×８ｍｍ）を有しており、開口部周囲には、基板電極が設けられていた。なお、本実施例では、開口部を有する基板を用いた場合について説明するが、本発明は、当然、開口部を有しない基板に対しても適用することができる。この基板電極１が設けられた基板２に図２に示すように熱硬化性樹脂組成物５をスクリーン印刷することで厚さが１００μｍの熱硬化性樹脂層５’を形成した（図３）。その結果、本実施例において５個の開口部を有する基板への樹脂配置に要した時間は、僅か２秒であった。

なお、本実施例においては、基板２として開口部１１を有するものを使用しているので、熱硬化性樹脂層５’を配置した基板２を上（実装面側）から見たものは、図８に示したものとなる（開口部を有さない通常のフリップ実装では、図６のように配置される）。その後、図４に示したように、電子部品６を実装し、加熱・加圧することで、熱硬化性樹脂層の樹脂を硬化させた。なお、本実施例においては、電子部品６として、厚さが３００μｍで、１０×１０ｍｍの大きさの電子部品を用いた。また、実装工程における加熱・加圧条件は、３５０℃で２×１０^８Ｐａ、２秒とした。

（比較例１）
樹脂配置を通常のディスペンサーによる方式で行った以外は、実施例１と同様にして基板上への電子部品の実装を行った。その結果、本比較例において５個の開口部を有する基板への樹脂配置に要した時間は、１０秒であった。

以上説明したように、本発明の電子部品の実装方法は、半導体素子を実装する基板が集合したものに樹脂を一括して配置する場合に適している。したがって、本発明によれば、大型基板に対しても一括して熱硬化性樹脂層を配置することが可能となり、作業性の向上が達成されるようになる。また、本発明は、基板への樹脂配置に際してディスペンサーを使用しないことから、特定又は複雑な樹脂配置を伴う実装方法に特に適している。

本発明の実施の形態に係る電子部品の実装方法における工程を説明する為の説明図である。図１に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。図２に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。図３に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。図４に示した工程に続く工程を説明するための説明図である。図３に示した工程を上方から見た場合の説明図である。図５に示した工程を上方から見た場合の説明図である。開口部を有する基板に本発明を適用した場合の説明図である。

符号の説明

１基板電極
２基板
３スクリーン印刷用版
４スキージ
５熱硬化性樹脂組成物
５’ 熱硬化性樹脂層
６電子部品
７バンプ
８加熱用支持台
９加熱・加圧ツール
１０スクリーン印刷用ステージ
１１開口部

Claims

一方の面において露出する第１の電極を有する基板に対して、一方の面において露出する第２の電極を有する電子部品を実装する方法であって、スクリーン印刷法によって前記基板の第１の電極上に１０〜５００μｍの厚さの熱硬化性樹脂層を配置し、その後、前記第１の電極と第２の電極とを接触させ、前記第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を加熱しながら、所定の時間だけ、それらが互いに密着するように加圧する加熱・加圧工程によって前記熱硬化性樹脂層を硬化させ、前記第１の電極と第２の電極との接続部分を樹脂封止することを特徴とする電子部品の実装方法。
前記熱硬化性樹脂層を形成する熱硬化性樹脂組成物が、２５℃でのＥ型粘度計により測定される粘度が回転数５ｒｐｍで２０〜２００Ｐａ・ｓの範囲であり、且つ、回転数１ｒｐｍで測定した粘度の値を回転数１０ｒｐｍで測定した粘度の値で割った値が１．５〜４．０の範囲のものであることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。
前記基板が複数の貫通する開口部を有する基板であって、前記熱硬化性樹脂層を前記基板の開口部周囲の第１の電極上に配置することを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品の実装方法。