JP2007258483A - 熱圧着ツール - Google Patents

Abstract

【課題】被熱圧着部品の各領域をそれぞれ適切な温度で熱圧着でき、接続信頼性の高い熱圧着を実現できる。
【解決手段】本発明に係る熱圧着ツール５００は、被熱圧着部品としての半導体装置３０を配線基板１０に異方性導電フィルム２０を用いて熱圧着するための熱圧着ツールであって、Ｊ、Ｋ、Ｌの各領域に分けられた圧着面５１ａを有し、圧着面５１ａを半導体装置３０に当接させながら、配線基板１０上に異方性導電フィルム２０を介して重ねて配置された半導体装置３０を押圧するために設けられた熱圧着ヘッド５１と、圧着面５１ａのＪ、Ｋ、Ｌの各領域をそれぞれ加熱する複数のヒータ５２Ａ〜５２Ｃと、圧着面５１ａのＪ、Ｋ、Ｌの各領域が予め設定された各設定温度になるように、複数のヒータ５２Ａ〜５２Ｃをそれぞれ制御する温度調節器５４Ａ〜５４Ｃとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は熱圧着ツールに関し、特に、被熱圧着部品を配線基板に接合材を用いて熱圧着するための熱圧着ツールに関する。

近年、電子機器の小型、軽量、薄型化に伴って、超高密度実装技術が進展している。例えば、液晶表示パネル等の電極端子と外部回路の接続端子との接続に際しては、その接続端子の間隔はますます狭くすることが要求され、接続端子のピッチは０．２〜０．５ｍｍあるいはそれよりさらに微細なものが要求されるようになってきた。このような微細な接続端子に半導体装置の電極端子を接続する手段の一つとして、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）を用いる方法が知られている。

この異方性導電フィルムは比較的低温での実装が可能であるため、ＣＯＧ（Chip On Glass）方式により、許容温度の低い液晶表示パネル上に半導体装置を実装する場合などに用いられている。このような特性を有する異方性導電フィルムを用いて、例えば半導体装置を液晶表示パネルなどの配線基板に熱圧着を行うとき、従来では、圧着面に所定の加熱温度が均一に加えられた状態で、熱圧着ヘッドの圧着面を半導体装置に当接させながら加圧して熱圧着していた。

図３は、従来の熱圧着ツールを用いて、半導体装置を基板に熱圧着する状態を示す模式図であって、図３（ａ）は半導体装置および基板を半導体装置の上面側から透過した模式平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ切断線における模式断面図である。なお、図３（ａ）では便宜上、載置台４０を表示していない。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、配線基板１０、異方性導電フィルム２０および半導体装置３０が、載置台４０上に重ねて載置されている。

ここで、半導体装置３０のバンプ電極３１と配線基板１０の電極端子１１は、半導体装置３０および配線基板１０を重ね合わせたときに一致するように、それぞれ配設されている。また、熱圧着ツール５０のヒータ５２には交流電源５３から電源が供給され、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの全面が例えば１８０℃〜２２０℃の高温になるように設定されている。なお、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの加熱は、例えば、コンスタントヒート方式やパルスヒート方式により行われている。

熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの温度は、温度調節器５４を用いてヒータ５２を制御することにより、一定になるように調節されている。そして、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａを一様に高温にした状態で、熱圧着ツール５０の熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａを半導体装置３０の上面に当接させて、熱圧着ツール５０を載置台４０側へ向けて押下する。なお、熱圧着ツール５０は、載置台４０に対して上下方向に移動可能に、図示しない昇降装置に取付けられている。

このとき、図３（ａ）に示されるように、半導体装置３０および配線基板１０の間で挟まれた異方性導電フィルム２０の接着樹脂２１および導電粒子２２が、半導体装置３０の中心から外方へ各矢印の方向に広がる。そして、図３（ｂ）に示されるように、熱圧着ツール５０の押下による圧力により、異方性導電フィルム２０内に含まれる導電粒子２２が、半導体装置３０のバンプ電極３１と、配線基板１０の電極端子１１との間で潰されて、バンプ３１と電極端子１１との間が電気的に接続される。

ところで、図３（ａ）に示されるように、半導体装置３０のバンプ電極３１および配線基板１０の電極端子１１が特定領域に密集して配置された場合、異方性導電フィルム２０の接着樹脂２１および導電粒子２２が、半導体装置３０および配線基板１０の間で満遍なく広がらない場合があった。例えば、図３（ａ）に示されるように、半導体装置３０の中央部では、バンプ電極３１が半導体装置３０の外形に沿って、異方性導電フィルム２０の広がる方向に一重に配列されているのに対し、半導体装置３０の左右両端部では、バンプ電極３１が半導体装置３０の外形に沿って、異方性導電フィルム２０の広がる方向に二重となって密集して配列されている。

この様な場合、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａを一様に加熱した状態で、熱圧着ツール５０を載置台４０側へ向けて押下すると、異方性導電フィルム２０の接着樹脂２１は熱圧着ヘッド５１からの熱により流動するが、特に、バンプ電極３１の密集領域の中心のＡ−Ａ線、Ｂ−B線の近傍に異方性導電フィルム２０の接着樹脂２１が滞留してしまうことがある。この結果、図３（ｂ）に示されるように、Ａ−Ａ線、Ｂ−B線の近傍では、異方性導電フィルム２０内の導電粒子２２がバンプ電極３１と電極端子１１との間で十分に潰されず、バンプ電極３１と電極端子１１とが電気的に接続されないという問題があった。

なお、特許文献１には、熱圧着ツールに関する技術が提案されている。
特開平１０−２２３４９号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、被熱圧着部品の各領域をそれぞれ適切な温度で熱圧着でき、接続信頼性の高い熱圧着を実現できる熱圧着ツールを提供することを目的とする。

本発明に係る熱圧着ツールは、被熱圧着部品を基板に接合材を用いて熱圧着するための熱圧着ツールであって、複数の領域に分けられた圧着面を有し、圧着面を被熱圧着部品に当接させながら、基板上に接合材を介して重ねて配置された被熱圧着部品を押圧するために設けられた熱圧着ヘッドと、圧着面の各領域をそれぞれ加熱する複数のヒータと、圧着面の各領域が予め設定された各設定温度になるように、複数のヒータをそれぞれ制御する温度調節器とを備えたことを特徴とするものである。
このような構成にしたことにより、被熱圧着部品の各領域をそれぞれ適切な温度で熱圧着でき、接続信頼性の高い熱圧着を実現できる。

ここで、被熱圧着部品は、基板上に形成された複数の電極端子に、接合材を介して接続される複数のバンプ電極を有する半導体装置であり、温度調節器は、圧着面の各領域が複数のバンプ電極の配置密度に応じて予め設定された各設定温度になるように、複数のヒータをそれぞれ制御するものである。また、好ましくは、圧着面の各領域間に設けられ、圧着面の複数の領域のうち、隣接する領域間を断熱する断熱部を備えてもよい。これにより、被熱圧着部品の各領域をそれぞれ適切な温度で熱圧着でき、より接続信頼性の高い熱圧着を実現できる。

本発明によれば、被熱圧着部品の各領域をそれぞれ適切な温度で熱圧着でき、接続信頼性の高い熱圧着を実現できる。

本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールの構成について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールを用いて、半導体装置を基板に熱圧着する状態を示す模式図であって、図１（ａ）は熱圧着ヘッドの圧着面、半導体装置および基板を半導体装置の上面側から透過した模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ切断線における模式断面図である。なお、図１（ａ）では便宜上、載置台を表示していない。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、本発明の実施の形態に係る熱圧着ツール５００は、熱圧着ヘッド５１と、複数のヒータ５２Ａ〜５２Ｃと、複数の温度調節器５４Ａ〜５４Ｃとを備えており、主として、被熱圧着部品としての半導体装置３０を配線基板１０に、接合材としての異方性導電フィルム２０を用いて、熱圧着するために用いられる。また、熱圧着ツール５００は、載置台４０に対して上下方向に移動可能に、昇降装置（不図示）に取付けられている。

熱圧着ヘッド５１は、矩形状の圧着面５１ａを下面に有し、例えば、ステンレス鋼などによりブロック状に形成されている。図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、圧着面５１ａの表面は平滑面に形成されている。また、圧着面５１ａは複数の領域に分けられている。本実施形態では、図１（ａ）内の二点破線で示されるように、圧着面５１ａがＪ領域、Ｋ領域およびＬ領域の３分割されている。熱圧着ヘッド５１は、図１（ｂ）に示されるように、圧着面５１ａを半導体装置３０に当接させながら、配線基板１０上に異方性導電フィルム２０を介して重ねて配置された半導体装置３０を押圧するために設けられている。

図１（ｂ）に示されるように、複数のヒータ５２Ａ〜５２Ｃが熱圧着ヘッド５１内に取り付けられている。各ヒータ５２Ａ〜５２Ｃは、例えば、モリブデン、チタン、タングステン、コバールなどの高抵抗材料により、らせん状に形成されている。なお、各ヒータ５２Ａ〜５２Ｃを矩形板状体に形成してもよい。各ヒータ５２Ａ〜５２Ｃは、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａのＪ領域、Ｋ領域およびＬ領域をそれぞれ加熱するように、Ｊ領域、Ｋ領域およびＬ領域の領域ごとに設けられている。

図１（ｂ）に示されるように、各ヒータ５２Ａ〜５２Ｃは、交流電源５３Ａ〜５３Ｃにそれぞれ接続されており、各交流電源５３Ａ〜５３Ｃから電源供給を受けて、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの各領域をそれぞれ約１８０℃〜２２００℃に加熱する。
図１（ｂ）に示されるように、複数の温度調節器５４Ａ〜５４Ｃがそれぞれ各交流電源５３Ａ〜５３Ｃおよび各ヒータ５２Ａ〜５２Ｃに接続されている。

熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａのＪ領域、Ｋ領域およびＬ領域の便宜位置、例えば中央付近には、それぞれ温度センサ（不図示）が設けられており、各温度調節器５４Ａ〜５４Ｃは温度センサの検出温度に基づいて、圧着面５１ａの各領域が予め設定された各設定温度になるように、各ヒータ５２Ａ〜５２Ｃをそれぞれ制御する。このとき、圧着面５１ａの各領域の各設定温度を、半導体装置３０のバンプ電極３１の配置密度に応じて予め設定する。後述するように、例えば、半導体装置３０の裏面の左右両端部が中央部と比較してバンプ電極３１が密集している場合、圧着面５１ａのＪ、Ｌ領域を２２０℃（高温）に設定し、圧着面５１ａのＫ領域を１８０℃（低温）に設定する。

次に、被熱圧着部品としての半導体装置３０について、説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、被熱圧着部品としての半導体装置３０は矩形状に形成されている。半導体装置３０の裏面には、複数のバンプ電極３１が取り付けられている。図１（ａ）に示されるように、複数のバンプ電極３１は半導体装置３０の外形に沿って配列されている。

半導体装置３０の裏面を熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａのＪ、Ｋ、Ｌ領域に合わせて、中央部および左右の両端部の３つの領域に分けたとき、図１（ａ）に示されるように、Ｋ領域に対応する半導体装置３０の中央部では、バンプ電極３１が半導体装置３０の外形に沿って一重に配列され、Ｊ、Ｌ領域に対応する半導体装置３０の裏面の左右両端部では、バンプ電極３１が半導体装置３０の外形に沿って二重となって密集して配置されている。

次に、配線基板１０について、図に基づいて説明する。配線基板１０は、ここでは液晶表示パネルのガラス基板を示している。この配線基板１０の上面、すなわち、複数のバンプ電極３１と対向する面には、半導体装置３０の複数のバンプ電極３１の配置位置に対応して、複数の電極端子１１が形成されている。すなわち、配線基板１０と半導体装置３０とを重ねあわせたとき、各電極端子１１とバンプ電極３１とが一致するように、電極端子１１が配線基板１０の上面に形成されている。

なお、配線基板１０はガラス基板に代えてフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの硬質絶縁基板や、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の柔軟な絶縁基板などであってもよい。配線基板１０は、図１（ｂ）に示されるように、表面が平坦面に形成された載置台４０上に載置される。

次に、接合材としての異方性導電性フィルム２０について、図に基づいて説明する。図１（ｂ）に示されるように、異方性導電性フィルム２０は接着樹脂２１および導電粒子２２からなり、半導体装置３０および配線基板１０の間に配置されている。このとき、半導体装置３０のバンプ電極３１およびの配線基板１０の電極端子１１は、異方性導電性フィルム２０を挟んで、互いに対向して配置されている。異方性導電性フィルム２０は、半導体装置３０の外形に合わせてシート状に形成されている。

次に、半導体装置３０を配線基板１０上に熱圧着する手順について、図に基づいて説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、配線基板１０、異方性導電性フィルム２０および半導体装置３０を順次重ねて、載置台４０上に配置する。このとき、配線基板１０と半導体装置３０とを重ねあわせた際に、配線基板１０の各電極端子１１と半導体装置３０の各バンプ電極３１とが一致するように、配線基板１０および半導体装置３０を配置する。

次に、温度調節器５４Ａ〜５４Ｃの制御の下、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの各領域を各設定温度になるように加熱する。
ここで、図１（ａ）に示されるように、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａのＪ、Ｌ領域に対応する半導体装置３０の裏面の左右両端部の方が、Ｋ領域に対応する半導体装置３０の裏面の中央部よりも、バンプ電極３１が密集して配置されている。この場合、半導体装置３０の裏面の左右両端部は、中央部と比較して、熱圧着の際の異方性導電性フィルム２０の接着樹脂２１の流動が良くないと予想される。

このため、圧着面５１ａのＫ領域の設定温度をＪ、Ｌ領域と比べて高くする必要があり、ここでは、例えば、圧着面５１ａのＪ、Ｌ領域を２２０℃、Ｋ領域を１８０℃に設定した。
次に、図１（ｂ）に示されるように、Ｊ、Ｌ領域が２２０℃、Ｋ領域が１８０℃に加熱された熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａを半導体装置３０の上面に当接させながら、載置台４０上の配線基板１０に異方性導電性フィルム２０を介して重ねて配置された半導体装置３０を熱圧着ヘッド５１で数秒間〜数十秒間押圧する。そして、数分間、常温放置することにより、半導体装置３０が配線基板１０に異方性導電性フィルム２０により熱圧着される。

半導体装置３０が熱圧着ヘッド５１により押圧されている間、配線基板１０および半導体装置３０の間では、異方性導電性フィルム２０中の接着樹脂２１が熱圧着ヘッド５１の加熱により溶けて、図１（ａ）の矢印に示されるように、異方性導電性フィルム２０中の接着樹脂２１および導電粒子２２が半導体装置３０の中央から外周側へ向けて広がる方向に流動する。圧着面５１ａのＪ、Ｌ領域を２２０℃、Ｋ領域を１８０℃に設定したことにより、Ｊ、Ｌ領域に対応する領域内の接着樹脂２１は、Ｋ領域に対応する領域内の接着樹脂２１と比較して、流動性が増す。このため、バンプ電極３１が密集して配置されている半導体装置３０の裏面の左右両端部においても、接着樹脂２１および導電粒子２２を円滑に流動させることができる。

この結果、半導体装置３０の裏面の中央部、左右両端部のいずれの領域においても、熱圧着ツール５００の押下による圧力により、異方性導電フィルム２０内に含まれる導電粒子２２が、半導体装置３０のバンプ電極３１と、配線基板１０の電極端子１１との間で確実に潰されて、バンプ電極３１と電極端子１１との間が安定的に電気接続される。

以上のように、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａを複数の領域（Ｊ、ＫおよびＬ領域）に分けて、温度調節器５４Ａ〜５４Ｃの制御の下、複数のヒータ５２Ａ〜５２Ｃにより圧着面５１ａのＪ、ＫおよびＬ領域を予め設定された各設定温度にそれぞれ加熱する構成したことにより、異方性導電性フィルム２０の接着樹脂２１の流動を半導体装置３０の領域ごとに制御でき、被熱圧着部品である半導体装置３０の各領域をそれぞれ適切な温度で熱圧着でき、接続信頼性の高い熱圧着を実現できる。

次に、本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールの変形例について、図に基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールの変形例を用いて、半導体装置を基板に熱圧着する状態を示す模式図であって、図１（ａ）のＸ−Ｘ切断線における模式断面図に相当する図である。
図２に示されるように、本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールの変形例５０１では、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの各領域間に、断熱部６０Ａおよび６０Ｂが配置されている点で、図１（ａ）および図１（ｂ）に示される本発明の実施の形態に係る熱圧着ツール５００と相違する。

図２に示されるように、断熱部６０Ａ、６０Ｂが、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａのＪ、Ｋ、Ｌの各領域間に設けられている。この断熱部６０Ａ、６０Ｂは、圧着面５１ａのＪ、ＫおよびＬ領域のうち、隣接する領域間、すなわち、Ｊ領域とＫ領域の間や、Ｋ領域とＬ領域の間を断熱する。ここで、断熱部６０Ａ、６０Ｂの材料について、基材にガラスクロスを用い、主材料にリン酸塩系接合材やケイ酸系接合材などを用いている。これにより、断熱部６０Ａ、６０Ｂの耐熱温度を約５００℃にすることができる。

また、熱圧着ヘッド５１の内部を、隣接する領域間、すなわち、Ｊ領域とＫ領域の間や、Ｋ領域とＬ領域の間で空洞にすることによっても、断熱部６０Ａ、６０Ｂを構成することができる。
このようにしたことにより、被熱圧着部品である半導体装置３０の各領域をそれぞれ適切かつ正確な温度で熱圧着でき、より接続信頼性の高い熱圧着を実現できる。

以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
上記実施態様の説明では、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａのＪ、Ｋ、Ｌの各領域の設定温度をそれぞれ一定値としたが、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの各領域の設定温度を、時間経過に応じて変化させてもよい。

すなわち、例えば、熱圧着開始から２秒間はＪ、Ｌ領域の設定温度を１８０℃、Ｋ領域の設定温度を２２０℃とし、熱圧着開始から２秒以降はＪ、Ｌ領域の設定温度を２２０℃、Ｋ領域の設定温度を１８０℃としてもよい。
また、熱圧着ヘッド５１の圧着面５１ａの各領域の設定温度を自由に設定できるので、様々な半導体装置を様々な配線基板に熱圧着するための熱圧着条件を設定する目的で行われる熱圧着試験に、本発明に係る熱圧着ツール５００、５０１を活用することもできる。

本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールを用いて、半導体装置を基板に熱圧着する状態を示す模式図であって、図１（ａ）は熱圧着ヘッドの圧着面、圧着面半導体装置および基板を半導体装置の上面側から透過した模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ切断線における模式断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱圧着ツールの変形例を用いて、半導体装置を基板に熱圧着する状態を示す模式図であって、図１（ａ）のＸ−Ｘ切断線における模式断面図に相当する図である。 従来の熱圧着ツールを用いて、半導体装置を基板に熱圧着する状態を示す模式図であって、図３（ａ）は半導体装置および基板を半導体装置の上面側から透過した模式平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ切断線における模式断面図である。

符号の説明

１０ 配線基板
１１ 電極端子
２０ 異方性導電性フィルム
２１ 接着樹脂
２２ 導電粒子
３０ 半導体装置
３１ バンプ電極
４０ 載置台
５００、５０１ 熱圧着ツール
５１ 熱圧着ヘッド
５１ａ 圧着面
５２Ａ〜５２Ｃ ヒータ
５３Ａ〜５３Ｃ 交流電源
５４Ａ〜５４Ｃ 温度調節器

Claims (3)

1. 被熱圧着部品を基板に接合材を用いて熱圧着するための熱圧着ツールであって、
   複数の領域に分けられた圧着面を有し、上記圧着面を上記被熱圧着部品に当接させながら、上記基板上に上記接合材を介して重ねて配置された上記被熱圧着部品を押圧するために設けられた熱圧着ヘッドと、
   上記圧着面の各領域をそれぞれ加熱する複数のヒータと、
   上記圧着面の各領域が予め設定された各設定温度になるように、上記複数のヒータをそれぞれ制御する温度調節器とを備えたことを特徴とする熱圧着ツール。
2. 上記被熱圧着部品は、上記基板上に形成された複数の電極端子に、上記接合材を介して接続される複数のバンプ電極を有する半導体装置であり、
   上記温度調節器は、上記圧着面の各領域が上記複数のバンプ電極の配置密度に応じて予め設定された各設定温度になるように、上記複数のヒータをそれぞれ制御する請求項１に記載の熱圧着ツール。
3. 上記圧着面の各領域間に設けられ、上記圧着面の複数の領域のうち、隣接する領域間を断熱する断熱部を備えた請求項１または２に記載の熱圧着ツール。
   

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