JP2007103781A - 電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の電極と基板の電極との接続部分の電気的特性および信頼性を良好にでき、電極の狭ピッチ化に対応でき、短時間で電子部品を基板に実装できるようにする。
【解決手段】電子部品２０はバンプ２２を有している。基板１０は、絶縁性の支持層１１と、支持層１１の第１の面１１ａに配置された基板電極1２を含んでいる。支持層１１は、第１の面側１１ａから順に配置された第１の層１１１と第２の層１１２とを含んでいる。第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１００ｐｐｍ／℃以上である。第１の層１１１の２５℃での弾性率は、１０^９Ｐａ〜４×１０^９Ｐａの範囲内である。第１の層１１１の３２０℃での弾性率は、１０^６Ｐａ〜１０^９Ｐａの範囲内である。第２の層１１２の３２０℃での弾性率は、第１の層１１１の３２０℃での弾性率よりも大きい。電子部品２０は、フリップチップ実装によって、基板１０に実装される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板と、この基板に実装された電子部品とを備えた電子装置およびその製造方法に関する。

近年、携帯電話機等の電子機器の小型化・軽量化・薄型化の要求に伴い、電子部品の小型化、電極数の増加、電極の狭ピッチ化が進んでいる。そして、このような電子部品を、フレキシブル基板等の薄型基板に、短時間で実装する技術が重要になってきている。

基板に対する電子部品の実装方法の一つに、フリップチップ実装という方法がある。フリップチップ実装を行う場合には、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。フリップチップ実装では、電子部品は、電子部品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（以下、基板電極とも言う。）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実装では、他の実装方法に比べて、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。

フリップチップ実装の具体的な方法には、非特許文献１に記載されているように、いくつかの方法がある。そのうち、半田を用いる方法は、狭ピッチの電極を有する電子部品を薄型基板に実装する場合に適用することは難しい。従来、このような用途におけるフリップチップ実装の方法としては、例えば、以下で説明する第１ないし第４の方法が用いられていた。

第１の方法は、金バンプと錫めっきが施された基板電極とを直接接続する方法である。この第１の方法では、まず、金バンプと錫めっきが施された基板電極との位置合わせを行って、電子部品を基板に搭載する。次に、バンプと基板電極に熱および圧力を加え、基板電極を構成する錫を溶融させる。これにより、パンプを構成する金と基板電極を構成する錫の共晶合金が形成されて、バンプと基板電極とが電気的に接続される。次に、電子部品と基板との間に封止樹脂を充填し、最後に、封止樹脂を加熱して、これを硬化させることによって封止を行う。

第２の方法は、金バンプと金めっきが施された基板電極とを直接接続する方法である。この第２の方法では、まず、金バンプと金めっきが施された基板電極との位置合わせを行って、電子部品を基板に搭載する。次に、バンプと基板電極に熱および圧力を加え、バンプを構成する金原子と基板電極を構成する金原子との固相拡散を行わせる。これにより、バンプと基板電極とが電気的に接続される。次に、電子部品と基板との間に封止樹脂を充填し、最後に、封止樹脂を加熱して、これを硬化させることによって封止を行う。

第３の方法は、異方性導電フィルムを用いる方法である。異方性導電フィルムは、熱硬化性樹脂中に導電性粒子が分散された材料よりなるフィルムである。第３の方法では、まず、バンプと基板電極との間に異方性導電フィルムを介在させる。次に、電子部品を加熱、加圧して、バンプと基板電極とを導電性粒子を介して電気的に接続すると共に、熱硬化性樹脂を硬化させて封止を行う。

第４の方法は、熱硬化性ペーストを用いる方法である。この第４の方法では、まず、バンプと基板電極との間に熱硬化性ペーストを介在させる。次に、電子部品を加熱、加圧して、バンプと基板電極とを接触させて電気的に接続すると共に、熱硬化性ペーストを硬化させて封止を行う。

小林，「フリップチップボンディング技術」，月刊セミコンダクターワールド １９９８．９，プレスジャーナル，１９９８年８月，ｐ．１５３−１５９

ところで、電子部品では、バンプの高さにばらつきが存在する場合がある。一方、基板においても、基板の凹凸によって基板電極の高さにばらつきが存在する場合がある。このようなバンプの高さや基板電極の高さのばらつきに起因して、前述の第１ないし第４の方法には、以下のような問題点があった。まず、第１、第２および第４の方法では、バンプの高さや基板電極の高さのばらつきに起因してバンプと基板電極との接続が不均一になることを防止するために、バンプと基板電極とを接続する際にバンプと基板電極に大きな圧力を加えて、バンプを変形させることによって、バンプと基板電極との接続の均一化を図っていた。しかしながら、この場合には、バンプと基板電極にダメージを与えるおそれがあるという問題点があった。特に、第１および第２の方法では、高温の状態でバンプと基板電極に大きな圧力を加えるため、バンプと基板電極にダメージを与える可能性が大きくなる。

第３の方法では、バンプの変形を少なくすることができるものの、異方性導電フィルム中の導電性粒子の大きさおよび密度や、電子部品を加圧する際の圧力の大きさ等によって、バンプと基板電極との電気的な接続状態が変化するという問題点がある。例えば、異方性導電フィルム中の導電性粒子の密度が小さ過ぎると、バンプと基板電極との間で導通不良が発生する。また、異方性導電フィルム中の導電性粒子の密度が大き過ぎると、近接した電極間で電流のリークが発生する可能性がある。そのため、第３の方法では、バンプと基板電極との電気的な接続の信頼性が劣るという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板と、この基板に実装された電子部品とを備えた電子装置であって、電子部品の電極と基板の電極との接続部分の電気的特性および信頼性が良好で、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で電子部品を基板に実装することを可能にした電子装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の電子装置は、基板と、この基板に実装された電子部品とを備えている。電子部品は、基板に対向する基板対向面を有する本体と、この本体の基板対向面に設けられた第１の電極とを含んでいる。基板は、電子部品の本体に対向する第１の面およびこの第１の面とは反対側の第２の面を有する絶縁性の支持層と、支持層の第１の面に配置され、第１の電極に接続された第２の電極とを含んでいる。支持層は、第１の面側から順に配置された第１の層と第２の層とを含んでいる。第１の層の厚みは、１μｍ〜５μｍの範囲内である。第１の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１００ｐｐｍ／℃以上である。第１の層の２５℃での弾性率は、１０^９Ｐａ〜４×１０^９Ｐａの範囲内である。第１の層の３２０℃での弾性率は、１０^６Ｐａ〜１０^９Ｐａの範囲内であり、且つ第１の層の２５℃での弾性率よりも小さい。第２の層の３２０℃での弾性率は、第１の層の３２０℃での弾性率よりも大きい。

本発明の電子装置の製造方法は、第１の電極が第２の電極に対向するように、電子部品を基板の支持層の第１の面の上に配置する工程と、第１の電極と第２の電極とを接触させ、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方を、３５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、３．０×１０^７Ｐａ〜２．０×１０^８Ｐａの範囲内の圧力を加えて、０．１秒〜１０秒の範囲内の時間だけ、第１の電極および第２の電極を、それらが互いに密着するように加圧する加熱・加圧工程とを備えている。加熱・加圧工程では、第１の電極と第２の電極との界面近傍において、第１の電極の表面に現れた金属の原子と第２の電極の表面に現れた金属の原子が相互に拡散することによって、あるいは第１の電極の表面に現れた金属と第２の電極の表面に現れた金属の少なくとも一方が溶融した後に固化することによって、第１の電極と第２の電極とが接続される。

本発明の電子装置またはその製造方法では、基板の支持層が上記の特性を有する第１の層と第２の層とを含むことにより、フリップチップ実装を用いて、第１の電極と第２の電極とを接触させて、電子部品を基板に実装する際に、第１の電極や第２の電極の高さにばらつきがあっても、第１の電極と第２の電極との電気的な接続状態が均一化される。

本発明の電子装置またはその製造方法において、第２の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、第１の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数よりも小さくてもよい。この場合、第２の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、５０ｐｐｍ／℃以下であってもよい。

また、本発明の電子装置またはその製造方法において、第１の層の３２０℃での弾性率は、２×１０^８Ｐａ以上であってもよい。

また、本発明の電子装置またはその製造方法において、支持層の厚みは、１１μｍ〜８０μｍの範囲内であってもよい。また、第２の層の厚みは、第１の層の厚みよりも大きくてもよい。

本発明の電子装置またはその製造方法によれば、基板の支持層が所定の特性を有する第１の層と第２の層とを含むことにより、フリップチップ実装を用いて、第１の電極と第２の電極とを接触させて、電子部品を基板に実装する際に、第１の電極や第２の電極の高さにばらつきがあっても、第１の電極と第２の電極との電気的な接続状態を均一化することができる。これにより、本発明によれば、電子部品の電極と基板の電極との接続部分の電気的特性および信頼性を良好にでき、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で電子部品を基板に実装することが可能になるという効果を奏する。

以下、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。始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る電子装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る電子装置の断面図である。図１に示したように、本実施の形態に係る電子装置１は、基板１０と、フリップチップ実装を用いて基板１０に実装された電子部品２０と、封止樹脂層３２とを備えている。

電子部品２０は、本体２１と複数のバンプ２２とを有している。本体２１は、基板１０に対向する基板対向面２１ａと、この基板対向面２１ａとは反対側の面２１ｂとを有している。バンプ２２は、基板対向面２１ａに設けられている。バンプ２２の表面に現れる金属は、例えば金、錫、半田またはインジウムである。バンプ２２の具体例としては、金めっきバンプまたは金スタッドバンプがある。バンプ２２は、本発明における第１の電極に対応する。電子部品２０は、例えば半導体部品（半導体集積回路チップ）である。

基板１０は、絶縁性の支持層１１と複数の基板電極１２とを有している。支持層１１は、電子部品２０の本体２１に対向する第１の面１１ａと、この第１の面１１ａとは反対側の第２の面１１ｂとを有している。基板電極１２は、第１の面１１ａに配置されている。また、基板電極１２は、基板対向面２１ａと第１の面１１ａとが向き合ったときにバンプ２２に対向する位置に配置され、バンプ２２に接続されている。基板電極１２は、第１の面１１ａに配置されたパターン化された導体層の一部であってもよい。基板電極１２の表面に現れる金属は、例えば金、錫、半田またはインジウムである。基板電極１２の具体例としては、銅等よりなる金属箔に金または錫のめっきが施されたものがある。基板電極１２は、本発明における第２の電極に対応する。

支持層１１は、第１の面１１ａ側から順に配置された第１の層１１１と第２の層１１２とを含んでいる。なお、図１に示した例では、支持層１１は、第１の層１１１と第２の層１１２のみによって構成されている。しかし、支持層１１は、第１の層１１１と第２の層１１２の他に、第２の層１１２における第１の層１１１とは反対側に配置された１つ以上の層を含んでいてもよい。

第１の層１１１の厚みは、１μｍ〜５μｍの範囲内である。第２の層１１２の厚みは、第１の層１１１の厚みよりも大きいことが好ましい。支持層１１の全体の厚みは、１１μｍ〜８０μｍの範囲内であることが好ましく、２０μｍ〜６０μｍの範囲内であることがより好ましい。支持層１１の全体の厚みが、１１μｍ〜８０μｍの範囲内である場合、基板１０は、いわゆる薄型基板の範疇に入る。また、基板１０は、フレキシブル基板であってもよい。

第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１００ｐｐｍ／℃以上である。第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１５００ｐｐｍ／℃以下であることが好ましく、１０００ｐｐｍ／℃以下であることがより好ましい。

第１の層１１１の２５℃での弾性率は、１０^９Ｐａ〜４×１０^９Ｐａの範囲内であり、好ましくは、２×１０^９Ｐａ〜３×１０^９Ｐａの範囲内である。また、第１の層１１１の３２０℃での弾性率は、１０^６Ｐａ〜１０^９Ｐａの範囲内であり、且つ第１の層１１１の２５℃での弾性率よりも小さい。第１の層１１１の３２０℃での弾性率は、２×１０^８Ｐａ以上であることが好ましい。

第２の層１１２の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数よりも小さいことが好ましい。また、第２の層１１２の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、５０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。

第２の層１１２の２５℃での弾性率は、５×１０^９Ｐａ〜１０×１０^９Ｐａの範囲内であることが好ましく、７×１０^９Ｐａ〜９×１０^９Ｐａの範囲内であることがより好ましい。また、第２の層１１２の３２０℃での弾性率は、第１の層１１１の３２０℃での弾性率よりも大きい。第２の層１１２の３２０℃での弾性率は、第１の層１１１の３２０℃での弾性率の２倍以上であることが好ましい。

第１の層１１１と第２の層１１２は、いずれも絶縁性材料によって構成される。この絶縁性材料は、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂等の有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。このうち、ポリイミドは耐熱性の点で優れているため、第１の層１１１と第２の層１１２の材料としては、特にポリイミドを用いることが好ましい。ポリイミドは、原料のモノマーの組み合わせによって諸特性を変化させることができる。そのため、第１の層１１１と第２の層１１２の材料としてポリイミドを用いる場合には、第１の層１１１と第２の層１１２のそれぞれについて、上記の所望の特性が得られるように原料のモノマーを選定して重合することにより、それぞれ所望の特性を有する第１の層１１１と第２の層１１２を形成することができる。

封止樹脂層３２は、基板１０と電子部品２０との間に配置され、基板電極１２とバンプ２２との接続部分を保護および封止している。封止樹脂層３２は、例えば熱硬化性樹脂よりなる封止用樹脂を硬化させることによって形成されている。

次に、図２ないし図５を参照して、本実施の形態に係る電子装置の製造方法について説明する。図２ないし図５は、本実施の形態に係る電子装置の製造方法における各工程を説明するため説明図である。本実施の形態に係る電子装置の製造方法では、まず、図２に示したように、実装装置の支持台３０の上に基板１０を載置する。基板１０は、支持層１１の第１の面１１ａが上を向き、第２の面１１ｂが支持台３０の上面に接するようにして、支持台３０の上に載置される。支持台３０は、温度調節可能なヒーターを内蔵している。なお、支持台３０の温度は、例えば９０〜１２０℃の温度になるように制御されている。

次に、図３に示したように、加熱・加圧ツール４０によって、基板１０に実装する電子部品２０を保持する。図示しないが、加熱・加圧ツール４０は、電子部品２０に接する面４０ａにおいて、複数の吸引口を有している。加熱・加圧ツール４０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４０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４０ａに電子部品２０を吸着させて電子部品２０を保持できるようになっている。

また、加熱・加圧ツール４０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４０は、垂直および水平方向に移動可能で、且つ保持した電子部品２０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２０は、基板対向面２１ａとは反対側の面２１ｂが加熱・加圧ツール４０の面４０ａに接するようにして加熱・加圧ツール４０によって保持されて、バンプ２２が基板電極１２と対向するように基板１０における支持層１１の面１１ａの上に配置される。

次に、図４に示したように、加熱・加圧ツール４０を降下させ、基板電極１２とバンプ２２とを接触させる。更に、加熱・加圧ツール４０によって電子部品２０を加熱することによって、バンプ２２および基板電極１２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４０によって電子部品２０に荷重を加えることによって、バンプ２２および基板電極１２に対して圧力を加えて、バンプ２２および基板電極１２を、それらが互いに密着するように加圧する。以下、この工程を、加熱・加圧工程と言う。

加熱・加圧工程では、バンプ２２と基板電極１２の少なくとも一方を、３５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、バンプ２２および基板電極１２に対して３．０×１０^７Ｐａ〜２．０×１０^８Ｐａの範囲内の圧力を加えて、０．１秒〜１０秒の範囲内の時間だけ、バンプ２２および基板電極１２を、それらが互いに密着するように加圧する。

加熱・加圧工程において、バンプ２２と基板電極１２の少なくとも一方の温度は、３８０℃〜４００℃の範囲内とすることが好ましい。また、加熱・加圧工程においてバンプ２２および基板電極１２に加える圧力は、９．０×１０^７Ｐａ〜１．２×１０^８Ｐａの範囲内とすることが好ましい。また、加熱・加圧工程において電子部品２０に加える荷重は、バンプ２２と基板電極１２とが接する部分において、１８Ｎ／ｍｍ^２〜３１０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内にあることが好ましい。また、加熱・加圧工程においてバンプ２２および基板電極１２を加圧する時間は、０．７秒〜１．５秒の範囲内であることが好ましい。

加熱・加圧工程では、バンプ２２と基板電極１２との界面近傍において、バンプ２２の表面に現れた金属の原子と基板電極１２の表面に現れた金属の原子が相互に拡散することによって、あるいはバンプ２２の表面に現れた金属と基板電極１２の表面に現れた金属の少なくとも一方が溶融した後に固化することによって、バンプ２２と基板電極１２とが接続される。

次に、図５に示したように、加熱・加圧ツール４０を電子部品２０から離し、電子部品２０に対する加熱および加圧を停止する。以後、基板１０および電子部品２０は冷却されて、基板１０に対する電子部品２０の実装が完了する。

次に、基板１０と電子部品２０との間に封止用樹脂を注入し、これを硬化させて、図１に示したように、封止樹脂層３２を形成する。これにより、電子装置１が完成する。

以下、本実施の形態に係る電子装置１およびその製造方法の作用および効果について説明する。本実施の形態に係る電子装置１の製造方法では、フリップチップ実装を用いて、バンプ２２と基板電極１２とを接触させて、電子部品２０を基板１０に実装する。ところで、図６に示したように、電子部品２０では、バンプ２２の高さにばらつきが存在する場合がある。また、基板１０においても、基板電極１２の高さにばらつきが存在する場合がある。このようにバンプ２２や基板電極１２の高さにばらつきがあると、本実施の形態によらなければ、電子部品２０を基板１０に実装する際に、バンプ２２と基板電極１２との接触面積が不均一になったり、バンプ２２および基板電極１２に加えられる圧力が不均一になったりすることから、バンプ２２と基板電極１２との接続が不均一になるおそれがある。また、これを防止するために、バンプ２２および基板電極１２に大きな圧力を加えると、バンプ２２と基板電極１２にダメージを与えるおそれがある。

本実施の形態では、基板１０の支持層１１は、第１の層１１１と第２の層１１２とを含んでいる。第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１００ｐｐｍ／℃以上であり、第１の層１１１の２５℃での弾性率は、１０^９Ｐａ〜４×１０^９Ｐａの範囲内であり、第１の層１１１の３２０℃での弾性率は、１０^６Ｐａ〜１０^９Ｐａの範囲内であり、且つ第１の層１１１の２５℃での弾性率よりも小さい。また、第２の層１１２の３２０℃での弾性率は、第１の層１１１の３２０℃での弾性率よりも大きい。また、本実施の形態に係る電子装置１の製造方法では、加熱・加圧工程において、バンプ２２と基板電極１２の少なくとも一方を、３５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、バンプ２２および基板電極１２に３．０×１０^７Ｐａ〜２．０×１０^８Ｐａの範囲内の圧力を加えて、０．１秒〜１０秒の範囲内の時間だけ、バンプ２２および基板電極１２を、それらが互いに密着するように加圧する。第１の層１１１は、上記の各特性を有することにより、加熱・加圧工程において、温度の上昇に伴って軟化して変形しやすくなる。そのため、加熱・加圧工程では、バンプ２２や基板電極１２の高さにばらつきがあっても、第１の層１１１が変形することにより、バンプ２２と基板電極１２との接触面積が不均一になったり、バンプ２２および基板電極１２に加えられる圧力が不均一になったりすることが防止される。そのため、本実施の形態によれば、バンプ２２や基板電極１２の高さにばらつきがあっても、バンプ２２と基板電極１２との電気的な接続状態を均一化することができると共に、バンプ２２と基板電極１２にダメージを与えることを防止することができる。

第１の層１１１による上記の効果を発揮させるためには、第１の層１１１の平均線膨張係数と弾性率は、上記の範囲内であることが好ましい。上記の効果を顕著に発揮させるために、第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１５００ｐｐｍ／℃以下であることが好ましく、１０００ｐｐｍ／℃以下であることがより好ましい。また、第１の層１１１の２５℃での弾性率は、２×１０^９Ｐａ〜３×１０^９Ｐａの範囲内であることが好ましい。また、第１の層１１１の３２０℃での弾性率は、２×１０^８Ｐａ以上であることが好ましい。

また、第１の層１１１の弾性率は、所定の温度範囲内で、温度の上昇と共に低下することが好ましい。所定の温度範囲は、３００℃〜４５０℃であることが好ましく、３２０℃〜４２０℃であることがより好ましい。

本実施の形態において、第２の層１１２の３２０℃での弾性率は、第１の層１１１の３２０℃での弾性率よりも大きいことから、第２の層１１２は、第１の層１１１よりも寸法の安定性が高い。本実施の形態では、基板１０において、上述のように変形しやすい第１の層１１１の下に第２の層１１２が設けられていることから、基板１０の信頼性を高めることができる。基板１０の信頼性を高めるために、第２の層１１２は、常温（室温）から、加熱・加圧工程における高温まで、ほぼ一定の大きな弾性率を有していることが好ましい。特に、第２の層１１２の２５℃での弾性率は、５×１０^９Ｐａ〜１．０×１０^１０Ｐａの範囲内であることが好ましく、７×１０^９Ｐａ〜９×１０^９Ｐａの範囲内であることがより好ましい。また、第２の層１１２の３２０℃での弾性率は、第１の層１１１の３２０℃での弾性率の２倍以上であることが好ましい。

また、基板１０の信頼性を高めるために、第２の層１１２の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数よりも小さいことが好ましい。特に、第２の層１１２の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、５０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。

本実施の形態では、第１の層１１１の厚みは、１μｍ〜５μｍの範囲内である。第１の層１１１の厚みが１μｍ未満の場合には、第１の層１１１の変形量が小さすぎて、上述の効果が十分に発揮されない。第１の層１１１の厚みが５μｍを超えると、バンプ２２に対応する部分における第１の層１１１の局所的な変形量が大きくなり、好ましくない。

また、基板１０の信頼性を高めるために、第２の層１１２の厚みは、第１の層１１１の厚みよりも大きいことが好ましい。また、支持層１１の全体の厚みは、１１μｍ〜８０μｍの範囲内であることが好ましく、２０μｍ〜６０μｍの範囲内であることがより好ましい。支持層１１の全体の厚みが１１μｍ未満の場合には、支持層１１の絶縁性を確保できなくなるおそれがある。また、支持層１１の全体の厚みが１１μｍ未満の場合には、第１の層１１１と第２の層１１２とを含むように支持層１１を形成することが難しくなる。更に、支持層１１の全体の厚みが１１μｍ未満の場合には、第１の層１１１と第２の層１１２の各機能を十分に発揮させることが難しくなる。一方、支持層１１の全体の厚みが８０μｍを超えると、基板１０において材料の無駄が多くなる。また、支持層１１の全体の厚みが８０μｍを超えると、基板１０は、フレキシブル基板としての用途に適さなくなる。

また、本実施の形態では、基板電極１２の表面に現れた金属とバンプ２２の表面に現れた金属の種類が同じ場合と異なる場合のいずれの場合においても、基板電極１２とバンプ２２との電気的な接続は密接に行われる。従って、本実施の形態によれば、基板電極１２とバンプ２２との接続部分の電気的特性が良好になる。

また、本実施の形態では、基板電極１２とバンプ２２とが接続される際に、上記各金属は、ほとんど変形せず、基板電極１２とバンプ２２との接触部分を越えて広がることはない。従って、本実施の形態によれば、近接した電極間で電流のリークが発生することを防止でき、これにより、電極の狭ピッチ化に対応することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、基板電極１２とバンプ２２とが接続される際に、基板電極１２とバンプ２２に生じる応力が均一化される。そのため、本実施の形態によれば、基板電極１２やバンプ２２における残留応力が小さくなり、基板電極１２とバンプ２２の接続信頼性が良好になる。

以上のことから、本実施の形態によれば、電子部品２０のバンプ２２と基板１０の基板電極１２との接続部分の電気的特性および信頼性を良好にでき、電極の狭ピッチ化に対応でき、且つ短時間で電子部品２０を基板１０に実装することが可能になる。

以下、本実施の形態に係る電子装置１およびその製造方法の実施例について説明する。本実施例では、基板１０として、第１および第２の種類の基板１０を用意した。この第１および第２の種類の基板１０は、いずれもフレキシブル基板である。また、いずれの種類の基板１０においても、支持層１１の第１の層１１１および第２層１１２が、いずれもポリイミドによって構成されている。第１の層１１１の厚みは３μｍであり、第２層１１２の厚みは４０μｍである。支持層１１の第１の面１１ａには、パターン化された導体層が配置され、この導体層の一部が基板電極１２になっている。導体層の厚みは１２μｍである。導体層は、パターニングされた銅箔に錫めっきを施して形成されている。錫めっき層の厚みは、０.２μｍである。

第１の種類の基板１０では、第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は２５０ｐｐｍ／℃であり、第１の層１１１の３２０℃での弾性率は５.５×１０^８Ｐａである。

第２の種類の基板１０では、第１の層１１１の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は１５２ｐｐｍ／℃であり、第１の層１１１の３２０℃での弾性率は８.１×１０^８Ｐａである。

本実施例では、電子部品２０として半導体集積回路チップを用意した。電子部品２０の寸法は、縦が１０ｍｍ、横が１０ｍｍ、厚みが３８０μｍである。この電子部品２０において、バンプ２２は金スタッドバンプであり、バンプ２２の総数は２９６個である。

本実施例では、実装前に、基板１０および電子部品２０を、温度２３℃、湿度５０％の環境下で２４時間、静置した。

本実施例では、次に、図２に示したように、実装装置の支持台３０の上に基板１０を載置した。実装装置としては、松下電器産業株式会社製ＦＣＢ−２（製品名）を用いた。本実施例では、支持台３０内のヒーターによって、支持台３０の温度を、例えば９０〜１２０℃の範囲内の温度、ここでは１００℃になるように調節した。

本実施例では、次に、図３に示したように、加熱・加圧ツール４０によって電子部品２０を保持し、バンプ２２が基板電極１２と対向するように基板１０における支持層１１の面１１ａの上に電子部品２０を配置した。

本実施例では、次に、図４に示したように、加熱・加圧工程を実行した。すなわち、加熱・加圧ツール４０を降下させ、基板電極１２とバンプ２２とを接触させた。更に、加熱・加圧ツール４０によって電子部品２０を加熱することによって、基板電極１２およびバンプ２２を、それらが４００℃になるように加熱した。更に、これと同時に、加熱・加圧ツール４０によって、電子部品２０に荷重を加えることによって、バンプ２２および基板電極１２に対して圧力を加えて、バンプ２２および基板電極１２を、それらが互いに密着するように加圧した。ここでは、電子部品２０に対して、約５８Ｎの荷重を加えた。また、バンプ２２および基板電極１２に加える圧力は、約１．２×１０^８Ｐａとした。加熱・加圧工程においてバンプ２２および基板電極１２を加圧する時間は、１．０秒とした。この加熱・加圧工程において、基板電極１２におけるめっき層の錫が溶融し、バンプ２２を構成する金と錫との共晶合金が形成され、これにより、バンプ２２と基板電極１２とが接続された。

本実施例では、上記加熱・加圧工程の終了後、加熱・加圧ツール４０を電子部品２０から離し、電子部品２０に対する加熱および加圧を停止し、基板１０および電子部品２０を冷却して、基板１０に対する電子部品２０の実装を完了させた。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、加熱・加圧工程では、基板電極１２とバンプ２２の少なくとも一方を所定の温度になるように加熱すればよい。従って、加熱・加圧工程では、電子部品２０を所定の温度に加熱する代わりに、基板１０を所定の温度に加熱してもよい。

また、本発明は、基板電極１２の表面に現れた金属とバンプ２２の表面に現れた金属との組み合わせが、実施の形態で挙げた組み合わせ以外の場合にも適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る電子装置の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る電子装置の製造方法における一工程を説明するため説明図である。 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。 バンプの高さにばらつきが存在する電子部品を示す説明図である。

符号の説明

１…電子装置、１０…基板、１１…支持層、１２…基板電極、２０…電子部品、２１…本体、２２…バンプ、３２…封止樹脂層、４０…加熱・加圧ツール。

Claims (12)

1. 基板と、この基板に実装された電子部品とを備えた電子装置であって、
   前記電子部品は、前記基板に対向する基板対向面を有する本体と、この本体の前記基板対向面に設けられた第１の電極とを含み、
   前記基板は、前記電子部品の本体に対向する第１の面およびこの第１の面とは反対側の第２の面を有する絶縁性の支持層と、前記支持層の第１の面に配置され、前記第１の電極に接続された第２の電極とを含み、
   前記支持層は、前記第１の面側から順に配置された第１の層と第２の層とを含み、
   前記第１の層の厚みは、１μｍ〜５μｍの範囲内であり、
   前記第１の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１００ｐｐｍ／℃以上であり、
   前記第１の層の２５℃での弾性率は、１０^９Ｐａ〜４×１０^９Ｐａの範囲内であり、
   前記第１の層の３２０℃での弾性率は、１０^６Ｐａ〜１０^９Ｐａの範囲内であり、且つ前記第１の層の２５℃での弾性率よりも小さく、
   前記第２の層の３２０℃での弾性率は、前記第１の層の３２０℃での弾性率よりも大きいことを特徴とする電子装置。
2. 前記第２の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、前記第１の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 前記第２の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、５０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項２記載の電子装置。
4. 前記第１の層の３２０℃での弾性率は、２×１０^８Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子装置。
5. 前記支持層の厚みは、１１μｍ〜８０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子装置。
6. 前記第２の層の厚みは、前記第１の層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子装置。
7. 基板と、この基板に実装された電子部品とを備え、前記電子部品は、前記基板に対向する基板対向面を有する本体と、この本体の前記基板対向面に設けられた第１の電極とを含み、前記基板は、前記電子部品の本体に対向する第１の面およびこの第１の面とは反対側の第２の面を有する絶縁性の支持層と、前記支持層の第１の面に配置され、前記第１の電極に接続された第２の電極とを含み、前記支持層は、前記第１の面側から順に配置された第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層の厚みは、１μｍ〜５μｍの範囲内であり、前記第１の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、１００ｐｐｍ／℃以上であり、前記第１の層の２５℃での弾性率は、１０^９Ｐａ〜４×１０^９Ｐａの範囲内であり、前記第１の層の３２０℃での弾性率は、１０^６Ｐａ〜１０^９Ｐａの範囲内であり、且つ前記第１の層の２５℃での弾性率よりも小さく、前記第２の層の３２０℃での弾性率は、前記第１の層の３２０℃での弾性率よりも大きい電子装置を製造する方法であって、
   前記第１の電極が前記第２の電極に対向するように、前記電子部品を前記基板の支持層の第１の面の上に配置する工程と、
   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、３５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱しながら、３．０×１０^７Ｐａ〜２．０×１０^８Ｐａの範囲内の圧力を加えて、０．１秒〜１０秒の範囲内の時間だけ、前記第１の電極および第２の電極を、それらが互いに密着するように加圧する加熱・加圧工程とを備え、
   前記加熱・加圧工程では、前記第１の電極と第２の電極との界面近傍において、前記第１の電極の表面に現れた金属の原子と前記第２の電極の表面に現れた金属の原子が相互に拡散することによって、あるいは前記第１の電極の表面に現れた金属と前記第２の電極の表面に現れた金属の少なくとも一方が溶融した後に固化することによって、前記第１の電極と第２の電極とが接続されることを特徴とする電子装置の製造方法。
8. 前記第２の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、前記第１の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項７記載の電子装置の製造方法。
9. 前記第２の層の３００℃〜３５０℃での平均線膨張係数は、５０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項８記載の電子装置の製造方法。
10. 前記第１の層の３２０℃での弾性率は、２×１０^８Ｐａ以上であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
11. 前記支持層の厚みは、１１μｍ〜８０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
12. 前記第２の層の厚みは、前記第１の層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
    

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