JP2007067442A - マルチチップ実装法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高さの異なるチップを基板の両面に実装する場合に有効で、かつリペアに対応可能なマルチチップ実装法を提供する。
【解決手段】 ２枚の基板の表面にそれぞれチップを導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方を添加した接着剤で実装した後、前記基板の裏面間に前記接着剤を介在させ、両基板を接着し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップを調整するマルチチップ実装法。接着剤の硬化が不十分な条件下で実装し、この状態で導通検査を行った後、前記基板の裏面間に接着剤層を介在させて両基板を接着するマルチチップ実装法。チップ高さの異なる場合に緩衝層または静水圧より実装することが好ましく、また、チップ実装部及び基板の裏面間に同一の接着剤を用いることが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板面へのマルチチップ実装法に関する。

半導体チップや電子部品の小型薄型化に伴い、これらに用いる回路や電極は高密度化、高精細化している。このような微細電極の接続は、最近接着剤を用いる方法が多用されるようになってきた。この場合、接着剤中に導電粒子を配合し加圧により接着剤の厚み方向に電気的接続を得るもの（例えば特開昭５５−１０４００７号公報）と、導電粒子を用いないで接続時の加圧により電極面の微細凹凸の直接接触により電気的接続を得るもの（例えば特開昭６０−２６２４３０号公報）がある。接着剤を用いた接続方式は、比較的低温での接続が可能であり、接続部はフレキシブルなことから信頼性に優れ、加えてフィルム状もしくはテープ状接着剤を用いた場合、一定厚みの長尺状で供給されることから実装ラインの自動化が図れる等から注目されている。近年、上記方式を発展させて複数以上のチップ類を、比較的小形の基板に高密度に実装するマルチチップモジュール（ＭＣＭ）が注目されている。この場合、まず接着剤層を基板全面に形成した後、セパレータのある場合にはこれを剥離し、次いで基板電極とチップ電極を位置あわせし接着接合することが一般的である。ＭＣＭに用いるチップ類としては、半導体チップ、能動素子、受動素子、抵抗、コンデンサなどの多種類（以下チップ類）がある。

特開昭５５−１０４００７号公報 特開昭６０−２６２４３０号公報

ＭＣＭに用いるチップ類は多種類であり、それに応じてチップサイズ（面積、高さ）は多くの種類となる。そのため基板への接着剤を用いた接続の際に、基板との熱圧着法などで従来にない問題点が生じている。例えばチップ高さの異なる場合や基板の両面に実装する場合、従来一般的に行われていた平行設置された金型を、油圧や空気圧により圧縮するプレス法や、平行設置されたゴムや金属の加圧ロールにより圧縮するいわゆるロール法などでは、図３に示すように、チップ高さが異なると、加熱加圧が均一に行われない欠点がある。すなわち、これらのプレス法やロール法では金型やロール間で加圧し、例えば平行された定盤６と加圧型７の間で加圧するために、チップ高さの異なる場合（２、２ａ、２ｂや２'、２ａ'、２ｂ'）やチップを基板の両面に実装（２と、２'など）すると、加圧状態が一定とならないため、電極間の接続が不十分となり接続信頼性が得られない。特に基板の両面（３と３'面）に実装する場合には、表裏でチップ位置が対称状態に設置される場合が少ないことから、圧力むらのない均一加圧が要求される微細電極の接合に適当な加圧する手段もない状態である。同様なことは、片面にチップ類を搭載した基板を、配線や電子部品などにより凹凸を有する他の基板に積層する場合にもいえる。さらに他の問題点として、チップのリペアがある。これは実装後のチップを交換する際に接着剤の硬化反応が終了したものであると、チップが剥がしにくく接着剤が除去しにくいために、極めて困難視されていた。特にマルチチップ実装の場合、隣接するチップとの間隔が狭く機械的な除去が困難であり、また、基板も例えばガラス・エポキシやフィルム等の有機基板の場合、有機溶剤に基板も侵されてしまうなどの制限から不可能視されていた。本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、高さの異なるチップを基板の両面に実装する場合に有効で、かつリペアに対応可能なマルチチップ実装法を提供する。

本発明は、［１］ ２枚の基板の表面にそれぞれチップを導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方を添加した接着剤で実装した後、前記基板の裏面間に前記接着剤を介在させ、両基板を接着し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップを調整することを特徴とするマルチチップ実装法である。
また、本発明は、［２］ ２枚の基板表面にそれぞれチップを導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方を添加した接着剤の硬化が不十分な条件下で実装し、この状態で必要に応じて導通検査を行った後、前記基板の裏面間に接着剤層を介在させて両基板を接着し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップ調整して、実装部の接着剤の硬化反応を促進することを特徴とするマルチチップ実装法である。
また、本発明は、［３］ 上記［１］または上記［２］において、チップを接着剤で実装するに際して、チップ高さの異なる場合に緩衝層を介在させ及び静水圧の少なくとも一方により実装し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップを調整することを特徴とするマルチチップ実装法である。
また、本発明は、［４］ 上記［１］または上記［２］において、チップ実装部及び基板の裏面間に同一の接着剤を用いることを特徴とするマルチチップ実装法である。

本発明によれば、チップ高さの異なる場合や基板の両面に実装する場合に有効で、かつリペアに対応可能な、基板の両面に実装する場合に有効なマルチチップ実装法を提供できる。

本発明について図面を参照しながら、以下説明する。図１は、基板１上の電極５の形成面と、複数個以上のチップ２、２ａ、２ｂの電極４間に、接着剤３を介在させ、相対峙するチップの電極を位置合わせした状態を示す断面模式図である。基板１上の電極Ｂ ５もしくはチップ２上の電極Ａ ４は、いずれも配線回路をそのまま接続端子としても、あるいはさらに突起状の電極を形成してもよい。電極４および／または５が突起状であると、相対峙する電極間で加圧が集中的に得られるため、電気的な接続が容易なので好ましい。接着剤３は、フィルム状でも、液状やペースト状でもよい。また接着剤層を２分割し接着剤付き基板間に、例えば両面板等の多層基板を配してもよい。接続すべき接着剤付きチップの電極と基板の電極を位置合わせする方法は、接続すべき基板１の電極Ｂ ５とチップ２の電極Ａ ４とを、顕微鏡や、画像記憶処理装置を用いて位置合わせする。このとき位置合わせマークの使用や併用も有効である。位置合わせ後の基板１とチップ２の保持は、接着剤３の有する粘着性や、凝集力を用いて仮接続することで可能である。また、クリップや粘着テープ等の補助手段も単独もしくは併用して適用できる。仮接続は加熱加圧がある程度であれば不均一でもよいので、従来から用いられている熱圧着装置を用いることが可能である。

電極の位置合わせを終了したチップの電極と基板の電極を加熱加圧することで、基板上にチップの電極的接続を得る。この時、チップ２、２ａ、２ｂのように基板１からの高さが異なる場合には、チップ面と加圧型７の間にゴム等の緩衝層を形成したり、オートクレーブ等により静水圧下で加圧したり、クッション性を有するゴムロール間で加圧したり、あるいはチップ毎にヘッドを独立させて加圧するなどにより、チップ付き基板が作製可能である。上記電極の位置合わせ工程や電気的接続工程において、接続すべき電極間で導通検査を行うことも可能である。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応の不十分な状態で導通検査が可能なので、接着剤のリペア作業が容易である。同様にしてチップ周囲の、余剰接着剤を除去する工程を付加することも可能である。この方法によれば、導通検査を終了した良好な接続品は、次の工程で接着剤の硬化反応を進めるので、不良品再生が少なく工程のロス時間が短い。

図２は、図１のようにして作製したチップ付き基板８、９の間に接着剤層１０を介在させ、両基板を接着することを説明する、本発明の実施例を示す断面模式図である。この時の接着温度は、チップ実装材料である接着剤３のガラス転移点よりも、低温であることが、チップの基板に対する接着性が低下しないことから好ましい。接着方法としては、前述の緩衝層やゴムロール間および静水圧下による方法を適用できる。さらに両基板の接着時においては、基板にチップが位置合わされ固定されていればよく、各基板に対する接着剤の硬化状態は問わない。すなわち、基板へのチップ接続は、接着剤が未硬化あるいは硬化反応の不十分な状態で両基板の接着過程で、接着剤３および接着剤層１０の硬化反応を同時に行っても、あるいは基板へのチップ接続の接着剤が硬化反応を終了したものでもよい。前者の場合、製造工程の時間短縮やリペア作業に有効であり、後者の場合、保存時の基板へのチップ接続状態の変動が少ないので、安定した特性が得られる。

以上で図１や３のような、複数以上の各種形状やサイズのチップ類２（ａ〜ｃ）の電極４を、接着剤３を用いて、基板の両面に高密度に実装するマルチチップモジュール（ＭＣＭ）が得られる。本発明の基板１としては、ポリイミドやポリエステル等のプラスチックフィルム、ガラス繊維／エポキシ等の複合体、シリコン等の半導体、ガラスやセラミック等の無機質等を例示できる。

本発明に用いる接着剤３および接着剤層１０は、熱可塑性材料や、熱や光により硬化性を示す材料が広く適用できる。これらは接続後の耐熱性や耐湿性に優れることから、硬化性材料の適用が好ましい。なかでも潜在性硬化剤を含有したエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性がよく、分子構造上接着性に優れるので特に好ましい。潜在性硬化剤は、熱およびまたは圧力による反応開始の活性点が比較的明瞭であり、熱や圧力工程を伴う本発明に好適である。潜在性硬化剤としては、イミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、アミンイミド、ポリアミンの塩、オニウム塩、ジシアンジアミドなど、及びこれらの変性物があり、これらは単独または２種類以上の混合体として使用できる。これらは、アニオン又はカチオン重合型などのいわゆるイオン重合性の触媒型硬化剤であり、速硬化性を得やすく、また化学当量的な考慮が少なくてよいことから好ましい。これらの中では、イミダゾール系のものが非金属系であり電食しにくく、また反応性や接続信頼性の点から特に好ましい。硬化剤としてはその他に、ポリアミン類、ポリメルカプタン、ポリフェノール、酸無水物等の適用や前記触媒型硬化剤との併用も可能である。また硬化剤を核とし、その表面を高分子物質や、無機物で被覆したマイクロカプセル型硬化剤は、長期保存性と速硬化性という矛盾した特性の両立があることが好ましい。本発明の硬化剤の活性温度は、４０〜２００℃が好ましい。４０℃未満であると室温との温度差が少なく保存に低温が必要であり、２００℃を越すと接続の他の部材に熱影響を与えるためであり、このような理由から５０〜１５０℃がより好ましい。本発明の活性温度は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いて、エポキシ樹脂と硬化剤の配合物を試料として、室温から１０℃／分で昇温させた時の発熱ピーク温度を示す。活性温度は、低温側であると反応性に勝るが保存性が低下する傾向にあるので、これらを考慮して決定する。本発明において、硬化剤の活性温度以下の熱処理により、仮接続することで接着剤付き基板の保存性が向上し、活性温度以上で信頼性に優れたマルチチップの接続が得られる。

これら接着剤３には、導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方を添加することが、接着剤付きチップの製造時の加熱加圧時に厚み保持材として作用する。この場合、導電粒子や絶縁粒子の割合は、０．１〜３０体積％程度であり、異方導電性とするには０．５〜１５体積％である。接着剤層３は、絶縁層と導電層を分離形成した複数層の構成品も適用可能である。この場合、分解能が向上するため高ピッチな電極接続が可能となる。導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン、黒鉛等があり、またこれら導電粒子を核材とするか、あるいは非導電性のガラス、セラミックス、プラスチック等の高分子等からなる核材に、前記したような材質からなる導電層を被覆形成したものでよい。さらに導電材料を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子とガラス、セラミックス、プラスチック等の絶縁粒子の併用等も、分解能が向上するので適用可能である。これら導電粒子の中では、プラスチック等の高分子核材に導電層を形成したものや、はんだ等の熱溶融金属が、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、接続に回路との接触面積が増加し、信頼性が向上するので好ましい。特に高分子類を核とした場合、はんだのように融点を示さないので硬化の状態を接続温度で広く制御でき、電極の厚みや平坦性のばらつきに対応し易いので特に好ましい。また、例えばＮｉやＷ等の硬質金属粒子や、表面に多数の突起を有する粒子の場合、導電粒子が電極や配線パターンに突き刺さるので、酸化膜や汚染層の存在する場合にも低い接続抵抗が得られ、信頼性が向上するので好ましい。以上の説明では、フィルム状接着剤を用いた場合について述べたが、液状もしくはペースト状についても、同様に適用可能である。またチップ高さの異なる場合について述べたが、チップ高さが同等の場合も適用可能である。さらに基板へのチップ搭載個数が単数でもよく、他の基板面にチップではなく、例えば凹凸の大きな回路などの場合にも同様に適用可能である。

本発明のマルチチップ実装法によれば、２枚の基板表面にそれぞれチップを実装した後、前記基板の裏面間に接着剤層を介在させ両基板を接着するので、接続時の加圧が基板の片側毎に行われ影響が半分に分散され、圧力むらのない均一加圧が得られる。これは基板の両面に実装する場合に、表裏でチップ位置が対称状態に設置される場合が少ないことから、圧力むらのない均一加圧が要求される微細電極の接合に極めて有効である。本発明のマルチチップ実装法によれば、基板の裏面間に接着剤層を介在させ両基板を接着するので、基板種類の組み合わせの多様性に対応可能となる。すなわち、片側に高精細なピッチに対応可能な高価な基板を配置し、他の面には安価な一般基板といった特性や価格対応の組み合わせや、ガラス基板と有機基板といった材質の組み合わせ等が可能となる。本発明のマルチチップ実装法によれば、接着剤層を介在させて両基板を接着するので、接着剤はシート状、液状、ペースト状、プリプレグといった各種の形態が使用でき、必要な特性に応じた接着剤の選択が可能であり、選択の自由度が向上する。さらに接着剤は、適当な厚みとすることで、接続時にクッション材的に作用し圧力むらのない均一加圧が得られる。また基板接着時の加熱により、チップ実装部の熱硬化反応を促進可能であり、チップ実装部のリペアにも有効である。すなわち、基板へのチップ実装部の硬化反応を不十分な状態で導通検査等の特性チェックを行い、特性不良なときにチップを再接続するが、この時接着剤の硬化反応が不十分な状態なので剥離が容易である。本発明の好ましい実施態様によれば、両基板の接着温度をチップ実装材料のガラス転移点より低温とすることで、チップ実装部への熱の影響が少なくなり、接続歩留まりが向上する。以上は、両面のマルチチップ実装法について述べたが、同様なことは片面にチップ類を搭載した基板を、配線や電子部品などにより凹凸を有する他の基板に積層する場合にもいえる。

以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
実施例１、参考例１
（１）接着剤付き基板の作製
フェノキシ樹脂（高分子量エポキシ樹脂）とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）の比率を２５／７５とし、酢酸エチルの３０重量％溶液を得た。この溶液に、粒径３±０．２μｍのポリスチレン系粒子に、Ｎｉ／Ａｕの厚さ０．２／０．０２μｍの金属被覆を形成した導電粒子を２体積％添加し混合分散した。この分散液をセパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム）にロールコータで塗布し、１００℃で２０分乾燥し、厚み４０μｍのフィルム状接着剤を得た。５ｍｍ×１１ｍｍで厚み０．４ｍｍのガラスエポキシ基板（ＦＲ−４グレート）および同サイズのＦＰＣ（厚み５０μｍポリイミド基板）上に、高さ１８μｍの銅の回路を有し、回路端部が後記するＩＣチップのバンプピッチに対応した接続電極を有する２種の基板の接続領域に、前記フィルム状接着剤を貼り付けて形成しセパレータを剥離した。この接着層のＤＳＣによる活性温度は１２０℃であり、２００℃、１０分硬化後のガラス転移点（Ｔｇ）は１４５℃であった。

（２）電極の位置合わせと接続
前記の接着剤付き基板に、ＩＣチップ３個（高さ０．３、０．５５、１．０ｍｍ、バンプ高さ２０μｍ）を配置し、ＣＣＤカメラによる電極の位置合わせを行った。接着剤は室温（２５℃）でも若干の粘着性がある状態であり、室温で接着面に押しつけることで基板に簡単に保持でき、チップの仮付け基板を得た。チップの仮付け基板を、ＡＣ−ＳＣ４５０Ｂ（日立化成工業（株）製ＣＯＢ接続装置）の定盤上に基板面の来るように載せた。チップ面の上に緩衝層としてＴＣ−８０Ａ（信越化学（株）製放熱用シリコンゴム、厚み０．８ｍｍ、ＪＩＳゴム硬度７５、熱伝導率３×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）を基板と同一サイズでチップ接続部を覆ってかぶせた。２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１０秒間の加熱加圧により接続した。なお温度は、２０秒間に接着剤が１７０℃となるようにした。
（３）基板の張り合わせ
２種の基板間に、（１）の接着剤（実施例１）および導電粒子の添加なし（参考例１）を形成し両基板を張り合わせ、ＡＣ−ＳＣ４５０Ｂを用いて１３０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、５分間の加熱加圧を行った。
（４）評価
各チップの電極と基板電極は良好に接続が可能であった。接着剤はチップ近傍にみに存在しているので、基板表面に不要接着剤は殆どなかった。本実施例では、高さの異なるＩＣチップ３個を基板の両面に接続できた。実施例１の場合、基板が絶縁性のため、チップ接続と全く同一の接着剤の使用が可能であり工程が簡単であった。また、導電粒子が基板間のギャップ調整材となり同一厚みで基板間の接着が可能であった。参考例１の場合は、両基板のＩＣチップ高さにある程度順応した形で接着していた。

実施例２
実施例１と同様であるが、チップの仮付け基板を得た後で、電極間の電気的接続を検査する中間検査工程を設けた。まず、７０℃、１０ｋｇｆ／ｍｍ^２で、スプリング装置で加圧しながら各接続点の接続抵抗をマルチメータで測定検査したところ、各基板について１個のＩＣチップが異常であった。そこで異常チップを剥離して新規チップで前記と同様の接続を行ったところ良好であった。本実施例では、接着剤の硬化反応が不十分な状態なので、チップの剥離や、その後のアセトンを用いた清浄化も極めて簡単であり、リペア作業が容易であった。また、チップの周囲の余剰接着剤も同様にアセトンで簡単に除去可能であった。以上の通電検査工程およびリペア工程の後で、実施例１のＡＳ−ＳＣ４５０Ｂの代わりにオートクレーブに入れて処理したところ、良好な接続特性を示した。接着剤の硬化後であると、チップの剥離や、その後の溶剤による清浄化が極めて困難であるが、本実施例によれば、狭い基板上に多数のチップが存在する場合も、リペア作業が極めて容易であった。

実施例３、参考例２
参考例１の基板張り合わせ用接着剤である導電粒子の添加なし接着剤を用いて同様にチップを実装し、実施例１、参考例１と同様に基板を張り合わせた。接着層は導電粒子を添加した接着剤（実施例３）および導電粒子の添加なし（参考例２）とした。また、両基板の張り合わせはＡＣ−ＳＣ４５０Ｂではなく、オートクレーブで１２０℃、１０ｋｇｆ／ｍｍ^２、２０分間空気圧で処理後に室温に冷却して取出した。本実施例、参考例では、高さの異なるＩＣチップ３個を、絶縁性接着剤を用いて基板の両面に接続できた。また両基板の張り合わせは、オートクレーブで行うことが可能であった。オートクレーブの場合、加圧釜の中に同時に沢山の基板の張り合わせが可能なので生産性が増大する。

以上詳述したように本発明によれば、チップ高さの異なる場合や基板の両面に実装する場合に有効で、かつ、リペアに対応可能であるとともに、基板の両面に実装する場合にも有効なマルチチップ実装法を提供できる。

本発明の一実施例を説明する、基板上の電極とチップ電極間に、接着剤を介在させ位置合わせした状態を説明する断面模式図である。 本発明の一実施例を説明する、チップ付き基板の間に接着剤層を介在させ、両基板を接着することを説明する断面模式図である。 本発明の一実施例を説明する、チップ付き基板の間に接着剤層を介在させ、両基板を接着する工程を説明する断面模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ チップ
３ 接着剤
４ 電極Ａ
５ 電極Ｂ
６ 定盤
７ 加圧型
８ チップ付き基板Ａ
９ チップ付き基板Ｂ
１０ 接着剤層

Claims (4)

1. ２枚の基板の表面にそれぞれチップを導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方を添加した接着剤で実装した後、前記基板の裏面間に前記接着剤を介在させ、両基板を接着し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップを調整することを特徴とするマルチチップ実装法。
2. ２枚の基板表面にそれぞれチップを導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方を添加した接着剤の硬化が不十分な条件下で実装し、この状態で必要に応じて導通検査を行った後、前記基板の裏面間に接着剤層を介在させて両基板を接着し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップ調整して、実装部の接着剤の硬化反応を促進することを特徴とするマルチチップ実装法。
3. 請求項１または請求項２において、チップを接着剤で実装するに際して、チップ高さの異なる場合に緩衝層を介在させ及び静水圧の少なくとも一方により実装し、前記導電粒子及び絶縁粒子の少なくとも一方によりチップ実装部及び基板の裏面間のギャップを調整することを特徴とするマルチチップ実装法。
4. 請求項１または請求項２において、チップ実装部及び基板の裏面間に同一の接着剤を用いることを特徴とするマルチチップ実装法。

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