JP2010161159A - ベアチップのダイボンド方法及びベアチップ実装部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイド率を小さく抑えることができ、且つ生産性及び接合耐久品質の向上を図ることが可能なベアチップのダイボンド方法を提供する。
【解決手段】底面が長方形を成したベアチップ１４を接合材１５を用いて、被接合物１３に接合するベアチップのダイボンド方法において、被接合物１３を加熱し、被接合物１３の上面のうちベアチップ１４が接合される部分に接合材１５を塗布し、吸着ノズル１６で吸着したベアチップ１４を、接合材１５が塗布された被接合物１３の上に、ベアチップ１４の底面と被接合物１３の上面との間に隙間Ｇを確保し載置して、隙間Ｇに接合材１５が満たされている状態を維持し、吸着ノズル１６を超音波発振器１７で超音波振動させ、ベアチップ１４をその長辺方向にスクラブさせ、ベアチップ１４をその短辺方向にスクラブさせる。最後に、ベアチップ１４をその長辺方向及び短辺方向に所定時間微振動させた後、接合材１５を硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、底面が長方形を成したベアチップを接合材を用いて、平板状の被接合物に接合するベアチップのダイボンド方法、及びベアチップが被接合物の上に実装されたベアチップ実装部品に関する。

ベアチップと被接合物（例えば、回路基板やヒートスプレッダ等）とを互いに接合する手段として、従来より、導電性接着剤やはんだ等の接合材が用いられている。これら接合材にはフラックス等の溶剤が含まれており、ベアチップと被接合物との接合の際に加熱されると、接合材の中のフラックス等はガス化する。

しかし、フラックス等がガス化すると、そのガスが接合界面に残留してボイドの発生要因となっている。接合境界に多くのボイドが発生した場合は、接合境界での熱伝導率が低下し、ベアチップで生じた熱を被接合物側へ十分に放熱できなくなるため、ベアチップが故障してしまう虞がある。

そこで、ベアチップと被接合物とを互いに接合する際に、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、ベアチップ１を所定方向に所定時間スクラブさせるダイボンド方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図４（Ａ）〜（Ｅ）において、左側の図はベアチップ１をスクラブさせている様子を、右側の図はベアチップ１の底面及びベアチップ１からはみ出した接合材２の様子をそれぞれ示している。

特許文献１のダイボンド方法においては、先ず、図４（Ａ）に示すように、ベアチップ１をＸ方向に所定回数又は所定時間スクラブさせ、その後、図４（Ｂ）に示すように、ベアチップ１を負のＹ方向に移動させる。次に、図４（Ｃ）に示すように、ベアチップ１をＸ方向に所定回数又は所定時間スクラブさせ、その後、図４（Ｄ）に示すように、ベアチップ１を正のＹ方向に移動させる。そして最後に、図４（Ｃ）に示すように、ベアチップ１をＸ方向に所定回数又は所定時間スクラブさせるようにしている。

特開第２８５２２９１号公報

しかしながら、上記従来のダイボンド方法では、ベアチップを被接合物に接触させてから（つまり、ベアチップの底面を被接合物の上面に接触させた後に）スクラブさせるようにしているため、ベアチップを被接合物に接触させる過程において、接合材の中に存在するボイドが潰され、ボイドの面積は拡大する。

このような状態でスクラブを行うと、ベアチップ直下のボイドは、ベアチップと被接合物とが接触しているため、ベアチップと被接合物との間の隙間が極めて小さく、ガスが放出されても前記隙間に接合材が入り込み難い。そのため、ボイド率を面積換算（ベアチップの底面積を１００％として）で１０％以下に抑えることは非常に困難である。

また、ベアチップ直下以外の接合材（ベアチップから外側へはみ出した接合材）では、ボイドが接合材表面に繋がった時のみボイド中のガスが大気中に放出され、ガスが放出されたボイドは接合材で満たされるという動作を、スクラブが行われている間繰り返すことになるので、ボイドの量を小さく抑えたい場合には、スクラブ時間を長く設定しなければならず、生産性が低下してしまう。

さらに、ベアチップと被接合物とを接触させてスクラブさせるため、ベアチップ直下にあった接合材が必要以上にベアチップから外側へはみ出してしまい、ベアチップ直下の接合材のボイド率を所定値に抑えることができても、ベアチップと被接合物との接合強度が低下して、十分な接合耐久品質を得られない虞がある。

本発明の課題は、ボイド率を小さく抑えることができ、且つ生産性及び接合耐久品質の向上を図ることが可能なベアチップのダイボンド方法、及びそのダイボンド方法で製作されたベアチップ実装部品を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、底面が長方形を成したベアチップを接合材を用いて、平板状の被接合物に接合するベアチップのダイボンド方法において、先ず、前記被接合物を加熱するとともに、前記被接合物の上面のうち前記ベアチップが接合されるべき部分に前記接合材を塗布し、その後、吸着ノズルで吸着された前記ベアチップを、前記接合材が塗布された前記被接合物の上に、当該ベアチップの底面と当該被接合物の上面との間に隙間を確保しつつ載置して、前記隙間が前記接合材で満たされている状態を維持し、次に、前記吸着ノズルを超音波振動させて、前記ベアチップをその長辺方向に所定回数又は所定時間スクラブさせた後、前記ベアチップをその短辺方向に所定回数又は所定時間スクラブさせ、最後に、前記吸着ノズルによって前記ベアチップをその長辺方向及び短辺方向に所定時間微振動させた後、前記微振動を止めて前記接合材を硬化させることを特徴としている。

上記構成によれば、ベアチップの底面と被接合物の上面との間に隙間を確保することにより、該隙間が接合材で満たされている状態を維持し、その状態で吸着ノズルを超音波振動させてベアチップをスクラブさせているので、接合材の中に存在するボイドが潰されることはなく、ボイドを接合材の外部へ除去することが可能となる。このように、本発明では接合材中のボイド率を容易に小さく抑えることができ、その結果、生産性が向上する。

また、ベアチップの底面と被接合物の上面との間に隙間を確保されている分、ベアチップと被接合物との接合強度が向上するので、十分な接合耐久品質を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ベアチップを前記被接合物の上に載置する前に、前記ベアチップを予熱しておくことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記ベアチップの底面と前記被接合物の上面との間の隙間を０.０５〜０.２ｍｍに設定することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、底面が長方形を成したベアチップが接合材を用いて、平板状の被接合物に接合されたベアチップ実装部品であって、前記ベアチップは、前記被接合物の上に、当該ベアチップの底面と当該被接合物の上面との間に隙間を確保しつつ載置され、前記隙間が前記接合材で満たされていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記ベアチップの底面と前記被接合物の上面との間の隙間は、０.０５〜０.２ｍｍに設定されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は電子部品に関する発明であり、請求項４又は５に記載のベアチップ実装部品を搭載したことを特徴としている。

本発明によれば、接合材中のボイド率を小さく抑えることができ、且つベアチップ実装部品の生産性及び接合耐久品質の向上を図ることができる。

本発明に係るベアチップのダイボンド方法を示しており、（Ａ）はベアチップを被接合物に接合する前の状態を示す図、（Ｂ）はベアチップを被接合物に接合した状態を示す図である。 ベアチップ実装部品の縦断面図である。 本発明に係るベアチップのダイボンド方法の手順を説明する図である。 従来技術によるベアチップのダイボンド方法の手順を説明する図である。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は本発明に係るベアチップのダイボンド方法を示しており、（Ａ）はベアチップを被接合物に接合する前の状態を示す図、（Ｂ）はベアチップを被接合物に接合した状態を示す図である。

先ず、図１（Ａ）に示すように、メインヒータ１１とサブヒータ１２とが設けられ、メインヒータ１１の上には平板状の被接合物（回路基板やヒートスプレッダ等）１３が、サブヒータ１２の上には底面が長方形を成したベアチップ１４が載置される。そして、被接合物１３はメインヒータ１１で加熱され、ベアチップ１４はサブヒータ１２で予熱される。

次に、メインヒータ１１上の被接合物１３の上面に接合材（導電性接着剤やはんだ等）１５が塗布される。このとき、接合材１５もメインヒータ１１によって加熱される。なお、接合材１５を塗布する場合、メインヒータ１１上に載置された被接合物１３の上面に接合材１５を塗布してもよいし、予め被接合物１３の上面に接合材１５を塗布してから、当該被接合物１３をメインヒータ１１上に載置してもよい。

メインヒータ１１及びサブヒータ１２による加熱温度については、被接合物１３よりもベアチップ１４の方を２０〜５０℃高くする。このようにすれば、接合材１５中に発生するボイドの量を抑制できる。

また、ベアチップ１４を被接合物１３より高い温度にすることで、電子部品のリフロー実装にて観られるＱＦＰ等のウイッキング現象を利用し、接合材１５を暖かいベアチップ１４側に引き寄せることができる。これによって、ベアチップ１４の接続面（底面）全面が接合材１５で馴染み、ベアチップ１４と接合材１５の馴染み不良によるボイド発生を抑制することができる。

被接合物１３及びベアチップ１４が所定温度に達したならば、図１（Ｂ）に示すように、被接合物１３上に塗布された接合材１５の上にベアチップ１４を載置する。このとき、吸着ノズルとしてのコレット１６は、サブヒータ１２上のベアチップ１４を吸着して上昇し、その後、メインヒータ１１の上方まで移動して下降することにより、ベアチップ１４を接合材１５の上に載置することができる。

ベアチップ１４を接合材１５の上に載置するとき、コレット１６は、ベアチップ１４の底面と被接合物１３の上面との間に隙間Ｇが形成される高さ位置まで下降し、停止する。このとき、コレット１６はベアチップ１４を吸着したままであるので、隙間Ｇは維持され、隙間Ｇには接合材１５が満たされる。隙間Ｇの大きさは、接合材１５の供給量よって異なるが、０.０５〜０.２ｍｍの範囲内に設定される。このような範囲に設定すれば、接合材１５中に発生したボイドを超音波振動で除去するときの効果が高くなる。

コレット１６の上部には超音波発振器１７が設けられている。超音波発振器１７はコレット１６を超音波振動させ、これにより、コレット１６に吸着されたベアチップ１４をスクラブさせることができる。

ここで、ベアチップ１４をスクラブさせる方法について、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）において、左側の図はベアチップ１４にスクラブさせている様子を、右側の図はベアチップ１４の底面及びベアチップ１４からはみ出した接合材１５の様子をそれぞれ示している。

先ず、図３（Ａ）に示すように、超音波発振器１７でコレット１６を超音波振動（周波数：１５〜６０Ｈｚ、振幅１０〜５０μｍ）させることにより、ベアチップ１４をその長辺方向（Ｘ方向）に所定回数又は所定時間スクラブさせる。本実施例では、ベアチップ１４の底面と被接合物１３の上面との間に隙間Ｇ（図１（Ｂ）参照）が形成されているので、接合材１５の中に存在するボイドが潰されることはなく、ボイドを接合材１５の外部へ容易に除去することができる。その結果、本実施例では接合材１５中のボイド率を容易に小さく抑えることが可能となる。

また、本実施例では、ベアチップ１４の底面と被接合物１３の上面との間に隙間Ｇが形成されているので、接合材１５はベアチップ１４からあまり外側にははみ出さない。

次に、図３（Ｂ）に示すように、超音波発振器１７でコレット１６を超音波振動（周波数：１５〜６０Ｈｚ、振幅１０〜５０μｍ）させることにより、ベアチップ１４をその短辺方向（Ｙ方向）に所定回数又は所定時間スクラブさせる。この場合も、ベアチップ１４の底面と被接合物１３の上面との間に隙間Ｇが形成されているので、ボイドを接合材１５の外部へ更に除去することができるとともに、接合材１５がベアチップ１４からあまり外側にはみ出すことはない。

引き続いて、図３（Ｃ）に示すように、ベアチップ１４をその長辺方向（Ｘ方向）及び短辺方向（Ｙ方向）に所定時間微振動させる。この場合も、ボイドを接合材１５の外部へ更に除去することができるとともに、接合材１５がベアチップ１４からあまり外側にはみ出すことはない。

最後に、長辺方向及び短辺方向への上記微振動を止めて、接合材１５を硬化させる。そして、コレット１６を取り外し、さらに、ベアチップ１４が接合された被接合物１３をメインヒータ１１の上から取り外せば、図２に示すようなベアチップ実装部品１８を得ることができる。

このベアチップ実装部品１８は、ベアチップ１４の底面と被接合物１３の上面との間の隙間Ｇが、０.０５〜０.２ｍｍに設定されている。なお、接合材１５が硬化すると隙間Ｇは小さくなるが、接合耐久品質の向上を図るという点では問題はない。

なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）におけるスクラブ動作は、接合材１５内のボイドを除去するという目的の他、ベアチップ１４の接合面（底面）全体に接合材１５を満遍なく馴染ませるという目的も兼ねている。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、ベアチップ１４の加熱温度、隙間Ｇの大きさ、超音波振動周波数及び振幅量については、上記実施例での値に限定されない。また、本発明の実施環境については、大気雰囲気のみばかりでなく、不活性ガス雰囲気や真空雰囲気でもよい。

１１ メインヒータ
１２ サブヒータ
１３ 被接合物
１４ ベアチップ
１５ 接合材
１６ コレット（吸着ノズル）
１７ 超音波発振器
１８ ベアチップ実装部品
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. 底面が長方形を成したベアチップを接合材を用いて、平板状の被接合物に接合するベアチップのダイボンド方法において、
   先ず、前記被接合物を加熱するとともに、前記被接合物の上面のうち前記ベアチップが接合されるべき部分に前記接合材を塗布し、
   その後、吸着ノズルで吸着された前記ベアチップを、前記接合材が塗布された前記被接合物の上に、当該ベアチップの底面と当該被接合物の上面との間に隙間を確保しつつ載置して、前記隙間が前記接合材で満たされている状態を維持し、
   次に、前記吸着ノズルを超音波振動させて、前記ベアチップをその長辺方向に所定回数又は所定時間スクラブさせた後、前記ベアチップをその短辺方向に所定回数又は所定時間スクラブさせ、
   最後に、前記吸着ノズルによって前記ベアチップをその長辺方向及び短辺方向に所定時間微振動させた後、前記微振動を止めて前記接合材を硬化させることを特徴とするベアチップのダイボンド方法。
2. 前記ベアチップを前記被接合物の上に載置する前に、前記ベアチップを予熱しておくことを特徴とする請求項１に記載のベアチップのダイボンド方法。
3. 前記ベアチップの底面と前記被接合物の上面との間の隙間を０.０５〜０.２ｍｍに設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のベアチップのダイボンド方法。
4. 底面が長方形を成したベアチップが接合材を用いて、平板状の被接合物に接合されたベアチップ実装部品であって、
   前記ベアチップは、前記被接合物の上に、当該ベアチップの底面と当該被接合物の上面との間に隙間を確保しつつ載置され、前記隙間が前記接合材で満たされていることを特徴とするベアチップ実装部品。
5. 前記ベアチップの底面と前記被接合物の上面との間の隙間は、０.０５〜０.２ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項４に記載のベアチップ実装部品。
6. 請求項４又は５に記載のベアチップ実装部品を搭載したことを特徴とする電子機器。

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