JP3095959B2 - チップ部品の基板への接続方法 - Google Patents

チップ部品の基板への接続方法

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JP3095959B2 JP06263088A JP26308894A JP3095959B2 JP 3095959 B2 JP3095959 B2 JP 3095959B2 JP 06263088 A JP06263088 A JP 06263088A JP 26308894 A JP26308894 A JP 26308894A JP 3095959 B2 JP3095959 B2 JP 3095959B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上へのチップ部品
の接続方法に関し、特に半田バンプ等の金属バンプを利
用した半導体等のチップ部品の基板上への高密度接続方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体等のチップ部品の小型化、
高集積化及び多ピン化に伴い基板に対するこれらチップ
部品の高密度接続技術の確立が不可欠となっている。
【0003】従来より、セラミック基板、ガラス基板、
エポキシ樹脂基板、あるいはテープキャリア等の基板上
へのチップ部品の接続方法としては、半田バンプを利用
したリフローによるセルフアライメント接続法が一般的
に用いられている。この方法では、チップ部品の接続パ
ッド上もしくは基板上に形成された配線パターン上に予
めほぼ球形の半田バンプが形成され、この半田バンプを
介してチップ部品を前記配線パターン上に載せ、半田バ
ンプを加熱することにより、溶融した半田バンプの表面
張力の作用でチップ部品が配線パターン上に位置決め・
接続されるものである。一方、テープキャリア等のプラ
スチックフィルム基板へのチップ部品の接続方法として
は、金バンプと錫メッキパターンとを高温高圧下で熱圧
着させる熱圧着法又はワイヤボンディング法が一般的に
用いられている。
【0004】しかしながら、上記したリフロー方式の接
続方法では、半田バンプはチップ部品の自重による加圧
力を受けるため、チップ部品の接続パッド上の半田バン
プは、溶融時に基板上の配線パターンとチップ部品上
接続パッドとの間で樽状に押しつぶされた状態で冷却・
固化される。このため、隣接する半田バンプ同士が接触
してブリッジを形成する危険性が高くなる。この半田バ
プ同士の接触を回避するためには接続パッド及び配線
パターンの配設ピッチ間隔を広げる必要があるため、高
密度接続化が困難になっている。
【0005】また、チップ部品と基板とを半田バンプ等
の金属バンプを用いて接続する構造においては、温度サ
イクル負荷をかけたときのチップ部品と基板との熱膨張
係数の差に起因した熱疲労の問題を考える必要がある
が、特にリフロー方式の接続法で形成される略樽状の接
続半田3は横断面積に対する接続高さ比が小さいため、
熱疲労による導通不良が早期に発生しやすく、高信頼性
の確保が困難となっている。
【0006】一方、上述した熱圧着法においては、配線
ピッチ間隔が100μm程度の高密度接続が可能である
が、チップ部品に高温高圧によるダメージを与える危険
性があり、また金バンプを用いるためコストが高くなる
欠点がある。さらに、高精度・高剛性の装置が必要で、
300ピン以上の多ピン同時接続となると加圧荷重が大
きすぎて実現困難になるという問題がある。また、チ
プ部品上の接続パッドと板上の配線パターンとを接続
する金バンプは高圧下で板状もしくは膜状に押しつぶさ
れるため、温度サイクル負荷をかけたときのチップ部
基板との熱膨張係数の差に起因した疲労の点について
は、リフロー方式の接続法と同様の問題が生じている。
【0007】ワイヤボンディング法はボンディングを1
本ずつ行なうため、ボンディング作業に長時間を要す
る。従って、多ピンのチップ部品の接続には適さない。
【0008】上述したこれらの接続方法欠点を解決する
方法として、配線パターンが形成されたテープキャリア
からなる基板と接続パッドに半田バンプが形成されたチ
ップ部品とを所定の位置決めを行なって重ね合わせ、半
田バンプを加熱溶融した後、チップ部品と基板との間の
間隙を調整し半田バンプに圧力がかからないように制御
することにより、半田バンプの形状が略鼓状となるよう
にして接続する方法が提案されている。
【0009】この方法によると、半田バンプがチップ部
品と基板との間で溶融された後に鼓状をなして固化して
いるため、隣接する接続パッド間あるいは配線パターン
間で半田バンプ同士の接触による危険性が無くなるとと
もに、半田バンプを樽状に押しつぶして固化させた場合
に比べて半田の横断面積に対する接続高さ比が増大する
ので、熱疲労による導通不良の発生を抑制することがで
きる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
接続方法においては、加圧加熱ツールにて半田バンプに
適度の荷重を与えるとともに半田バンプを溶融させる
が、この加圧加熱ツールが熱膨張することによりチップ
部品と基板との間の間隙が溶融時に設定した間隙よりも
小さくなり、これにより半田バンプの形状が樽状になる
ものがあり不良発生の要因となっている。さらに、冷却
時の半田バンプあるいはキャリアテープの収縮による応
力が発生し、圧力変動を生じ安定した接続構造が得られ
ないと言った不具合があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するためになされたもので、第1の手段として、チッ
プ部品あるいは基板上の配線パターン上に形成された金
属バンプを介して前記チップ部品と基板上の配線パター
ンとを当接させ、金属バンプを加熱し溶融させた後に冷
却・固化させることによりチップ部品を基板上に接続す
るチップ部品の基板上への接続方法であって、前記金属
バンプを介したチップ部品と前記配線パターンとの当接
時に加圧部材により前記金属バンプに所定の加圧力を
加え該金属バンプの高さのばらつきを吸収して前記配
線パターンとの接触を確実に行なわせた後、前記加圧部
材を加熱して前記金属バンプを溶融させるとともに、加
熱時の前記基板の熱膨張による加圧部材との荷重バラン
スのずれを吸収するために前記加圧部材を前記金属バン
プから離れる方向へ移動させて前記金属バンプへの加圧
力を減少させ、また、前記加圧部材自体の熱膨張による
荷重バランスのずれを吸収するために前記チップ部品が
搭載された保持部材を前記加圧部材から離れる方向へ移
動させて前記金属バンプへの加圧力を減少させ、さら
その後前記加圧部材への加熱を停止し前記金属バン
プを冷却・固化させる際には冷却時の基板の収縮によ
前記加圧部材への圧力増加分を吸収するために前記加
圧部材を前記基板から離れる方向へ移動させるととも
に、冷却時の前記金属バンプの収縮による前記チップ部
品と基板からの引きはがし方向への応力を吸収するため
に前記保持部材を前記金属バンプに近づく方向へ移動さ
せることにより前記チップ部品と基板との間隙を一定の
関係に保持するようにしたことを特徴とする。また、第
2の手段として、前記加圧部材は、前記基板の配線パタ
ーンが形成されていない背面側に上昇・下降可能に配設
された加圧・加熱用のツールからなり、また、前記保持
部材は、前記チップ部材を金属バンプの形成された接続
パッドが上方を向くように吸着し、前記加圧部材ととも
に上昇・下降可能に配設された受け側ステージからな
り、前記金属バンプの加熱・溶融及び冷却・固化時に、
前記ツール及び前記ステージを、前記金属バンプを挟ん
で上昇・下降させることにより前記チップ部品と基板と
の間隙を制御することを特徴とする。
【0012】
【作用】上述の手段は以下のように作用する。
【0013】加熱前から、半田バンプの溶融及び冷却・
固化されるまで熱膨張及び冷却時の収縮による影響を最
低限に押さえることで、チップ部品と基板との間隙を常
に一定の関係に保持できる。
【0014】
【実施例】以下に本発明の実施例であるチップ部品の接
続方法について、その手順に従って説明する。
【0015】まず、受け側ステージ5の表面にチップ部
品1を半田バンプ3が形成された接続パッド(図示せ
ず)が上方を向くように、かつ、チップ部品1が動かな
いように吸着させて搭載し、その上に配線パターン(図
示せず)が接続パッドと対向するようにテープキャリア
2からなる基板を重ね、このテープキャリア2の配線パ
ターンが形成されていない背面側から加圧・加熱用のツ
ール4を下降させることで、テープキャリア2を所定圧
力で加圧する。
【0016】次いでチップ部品1を搭載した受け側ステ
ージ5を上昇させ、圧力センサ6で受け側ステージ5に
かかる圧力の増加を検知し、半田バンプ3がテープキャ
リア2の配線パターンに接触したことを確認した後、受
け側ステージ5の上昇を停止する(図2の状態)。
【0017】次にツール4の温度を上昇させキャリアテ
ープ2側から半田バンプ3を加熱し溶融させる。この時
ツール4が加熱することによりツール4自体の熱膨張
と、テープキャリアが加熱されることによるテープキ
ャリアの熱膨張とが起こる。このうちテープキャリア
の熱膨張によりツール4とテープキャリア2の間の荷
重バランスが崩れ、何も制御しないとツール4が5μm
程度下降するので、この分ツール4を上昇させてテープ
キャリアとツール4との初期に設定した位置関係を維
持する。また、ツール4自体の熱膨張でツール4自体が
8μm程度下降するので、このツール4の下降分は受け
側ステージ5を下降させ吸収する。これらの制御により
ツール4及びテープキャリアの熱膨張による影響は解
消され、溶融された半田バンプ3でできた間隙は、初期
の設定間隙に対し減少することが無く熱の供給がなされ
る。
【0018】次に、溶融した半田バンプ3が略鼓状の形
状をなすように、チップ部品1とテープキャリア2との
間に間隙間もたせるために、所定位置までツール4及び
受け側ステージ5を移動させる(図3の状態)。
【0019】そして、溶融した半田バンプ3を冷却・固
化させるが、冷却時のテープキャリア2の収縮によりツ
ール4にかかる圧力が増加する。この圧力増加分を吸収
するため、圧力が変化しない速度で(ツール4にかかる
圧力を図示しない圧力センサで測定しながら)ゆっくり
と上昇させる。これと同時に、半田バンプ3の冷却によ
り半田バンプ3は収縮し、チップ部品1あるいはテープ
キャリア2から引きはがされる方向に応力がかかるが、
これを防止するために受け側ステージ5を上昇させ、収
縮時の圧力変化が生じないように制御する。
【0020】最後に、冷却された半田バンプ3の凝固を
待ってツール4をテープキャリア2から解放し、またチ
ップ部品1を受け側ツール5から吸着解除し、接続が完
了する。
【0021】なお、上述の実施例においては、基板とし
てテープキャリアを用いたものについて説明したが、そ
の他の配線パターンが形成された基板を用いても、同様
の効果が得られることはもちろんである。
【0022】
【効果】上述のように制御がなされることにより、溶融
された半田バンプでできた間隙が初期に設定した間隙に
対して変化せず、このため半田バンプが押しつぶされて
隣接するバンプ同士が接触しショートが発生する、とい
う不具合が防止でき、信頼性の高い接続が可能となる
(最近の狭ピッチ間隔での半田バンプはその高さが60
μm程度と低いのに対し、熱膨張により約13μmも狭
くなることは半田バンプがかなり押しつぶされることに
なり、膨らむことでショート発生の原因となる)。ま
た、安定した鼓状の形状が得られるため、強度的にも安
定した接続構造が得られる、という優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる実施例である接続方法の工程を
説明するための説明図である。
【図2】テープキャリアをチップ部品の半田バンプに接
触させた状態を示す説明図である。
【図3】溶融した半田バンプの形状を鼓状になるように
ツール及び受け側ステージを制御した状態を示す説明図
である。
【符号の説明】
1 チップ部品 2 テープキャリア 3 半田バンプ 4 ツール 5 受け側ステージ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チップ部品あるいは基板上の配線パター
    ン上に形成された金属バンプを介して前記チップ部品と
    基板上の配線パターンとを当接させ、金属バンプを加熱
    し溶融させた後に冷却・固化させることによりチップ部
    品を基板上に接続するチップ部品の基板上への接続方法
    であって、前記金属バンプを介したチップ部品と前記配
    線パターンとの当接時に加圧部材により前記金属バン
    プに所定の加圧力を加え該金属バンプの高さのばらつ
    きを吸収して前記配線パターンとの接触を確実に行なわ
    せた後、前記加圧部材を加熱して前記金属バンプを溶融
    させるとともに、加熱時の前記基板の熱膨張による加圧
    部材との荷重バランスのずれを吸収するために前記加圧
    部材を前記金属バンプから離れる方向へ移動させて前記
    金属バンプへの加圧力を減少させ、また、前記加圧部材
    自体の熱膨張による荷重バランスのずれを吸収するため
    に前記チップ部品が搭載された保持部材を前記加圧部材
    から離れる方向へ移動させて前記金属バンプへの加圧力
    を減少させ、さらにその後前記加圧部材への加熱を停
    止し前記金属バンプを冷却・固化させる際には冷却時
    の基板の収縮による前記加圧部材への圧力増加分を吸収
    するために前記加圧部材を前記基板から離れる方向へ移
    動させるとともに、冷却時の前記金属バンプの収縮によ
    る前記チップ部品と基板からの引きはがし方向への応力
    を吸収するために前記保持部材を前記金属バンプに近づ
    く方向へ移動させることにより前記チップ部品と基板と
    の間隙を一定の関係に保持するようにしたことを特徴と
    するチップ部品の基板上への接続方法。
  2. 【請求項2】 前記加圧部材は、前記基板の配線パター
    ンが形成されていない背面側に上昇・下降可能に配設さ
    れた加圧・加熱用のツールからなり、また、前記保持部
    材は、前記チップ部材を金属バンプの形成された接続パ
    ッドが上方を向くように吸着し、前記加圧部材とともに
    上昇・下降可能に配設された受け側ステージからなり、
    前記金属バンプの加熱・溶融及び冷却・固化時に、前記
    ツール及び前記ステージを、前記金属バンプを挟んで上
    昇・下降させることにより前記チップ部品と基板との間
    隙を制御することを特徴とする請求項1記載のチップ部
    品の基板上への接続方法。
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