JP3564659B2 - 微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置に関し、特に、半導体装置の製造工程において、半導体装置の端子部と外部の装置を接続するための導電回路を有するフレキシブルフィルムと、半導体チップとを熱可塑性接着剤にて接着する際に使用される微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置に耐熱性や耐湿性を備えさせて半導体装置の信頼性を向上させるため、半導体チップの表面を保護層で被覆することが行われている。
【０００３】
例えば、特開平１１−１８６２５２号公報に記載の圧着介在用テープ構造は、図７に示すように、圧着介在用テープ３５のポリイミドで形成した第１伝熱層３５ａと第２伝熱層３５ｃとの間に、シリコン系粘着剤からなる流動層３５ｂを挟んだ３層構造を有し、図８に示すように、加圧ヘッド３４による加熱押圧により流動層３５ｂがフレキシブルフィルム３２の表面形状に応じて変形し、第２伝熱層３５ｃも同様に変形することにより、フレキシブルフィルム３２に均等に押圧力が加わってフレキシブルフィルム３２と半導体チップ３１とが均一に密着する。
【０００４】
また、図８において流動層３５ｂがフレキシブルフィルム２の凹凸に馴染んで均一に加圧されているが、変形後の流動層３５ｂの厚み３３が半導体チップ３１と加圧ヘッド３４の平行度の許容値となり、この値は流動層３５ｂの厚みが４０μｍで、回路の凹凸が１５〜２０μｍであって、さらに加圧されるため流動層３５ｂが薄くなり、許容量としては１０μｍ前後となる。
【０００５】
一方、特開平１１−２６５１８号に記載の熱圧着装置は、図１０に示すように、フレキシブルフィルム４２に半導体チップ４１を接着する際に、気泡が発生せずに複数の半導体チップ４１を同時にフレキシブルフィルム４２に接着できるようにするため、加圧室４３を備えた加圧ヘッド４６と、脱気室４４を有するステージ４７とでフレキシブルフィルム４２を挟んで保持するとともに、加圧室４３と脱気室４４とを仕切り、フレキシブルフィルム４２と貼着される半導体チップ４１との間を真空排気するとともに、加圧室４３に高圧ガス導入口４８から高圧ガスを導入してフレキシブルフィルム４２を半導体チップ４１に一様に押さえつけながら接着を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平１１−１８６２５２号公報に記載の圧着介在用テープ構造では、図８に示すように、圧着介在用テープ３５の流動層３５ｂが加圧方向に対して直角方向に広がり、この際、フレキシブルフィルム３２の凹凸部に馴染んで均一に加圧を行うことができるが、加圧により流動層３５ｂの厚みが薄くなってしまう。
【０００７】
そして、この薄くなった厚み３３が加圧ヘッド３４と半導体チップ３１との間の傾斜に影響し、例えば、１０ｍｍ□の大きさの半導体チップ３１では、１０μｍ程度以内の平行度が必要であるが、この平行度を達成できないおそれがあった。また、この流動層３３ｂの厚さを厚くしても、流動層３３ｂは流動性がよいため、上記加圧を行うと上記と同様に厚みが薄くなり、やはり平行度を達成できないおそれがあった。そのため、半導体チップ３１との圧着を同時に１個または２個しか行うことができないという問題があった。
【０００８】
また、この圧着介在用テープ構造では、圧着を行うと流動層３５ｂがフレキシブルフィルム３２の凹凸に合わせて変形してしまうため、圧着前と同等の圧着性能を得ることができず、一度圧着に用いた圧着介在用テープ３５を再利用することができないという問題があった。
【０００９】
さらに、上記圧着介在用テープ構造では、一度圧着を実施した圧着介在用テープ３５を取り除くため、テープの送り機構及び巻き取り機構等が必要となり、自動化装置の構成が複雑になるという問題があった。
【００１０】
また、従来の圧着介在用テープ３５では、図９に示すように、圧着介在用テープ３５の圧力が加わった部分と加わらなかった部分との間に段差が生じてフレキシブルフィルム３２を変形させてしまうため、次行程以降での作業性が著しく低下するという問題があった。
【００１１】
一方、特開平１１−２６５１８号に記載の熱圧着装置では、図１０に示すように、半導体チップ４１の存在しないフレキシブルフィルム４２にまで圧力が加わるため、フレキシブルフィルム４２を変形させ、前工程において位置合わせを行った半導体チップ４１の電極部とフレキシブルフィルム４２の配線パターンの電極位置がずれてしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、複数の半導体チップを同時にフレキシブルフィルムに加熱圧着する際等に、半導体チップとフレキシブルフィルムとの間に密着しない部分を生じさせず、フレキシブルフィルムにしわが発生するのを抑制するとともに、フレキシブルフィルムの変形を極力抑えることができる微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、熱接着樹脂層を有するフレキシブルフィルムに、接着物を前記熱接着樹脂層を介して接着する方法であって、前記接着物をステージに載置し、前記接着物の上方に前記フレキシブルフィルムを載置し、前記フレキシブルフィルムの上方に位置する加圧ヘッドと、前記フレキシブルフィルムとの間に微粒子を介在させ、前記加圧ヘッドを介して前記接着物に前記フレキシブルフィルムを上方から押圧することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記フレキシブルフィルムはさらに配線パターンを有し、前記接着物は予め前記配線パターンと接続された複数の半導体チップであることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記接着物はシリコンウェハーであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記微粒子を、耐熱性が高く、熱伝導性に優れた材料により、球状に形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記微粒子と前記フレキシブルフィルムとの間に極薄のポリイミドフィルムを介装したことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、熱接着樹脂層を有するフレキシブルフィルムに、接着物を前記熱接着樹脂層を介して接着する熱圧着装置であって、前記接着物を載置するステージと、該ステージに載置された前記接着物に前記フレキシブルフィルムを上方から押圧する加圧ヘッドと、該加圧ヘッドと前記フレキシブルフィルムとの間に介在する微粒子とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、前記フレキシブルフィルムはさらに配線パターンを有し、前記接着物は予め前記配線パターンと接続された複数の半導体チップであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、前記接着物はシリコンウェハーであることを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載の発明は、前記微粒子を、耐熱性が高く、熱伝導性に優れた材料により、球状に形成したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、前記微粒子と前記フレキシブルフィルムとの間に極薄のポリイミドフィルムを介装したことを特徴とする。
【００２３】
請求項１１記載の発明は、前記フレキシブルフィルムとの接触面に前記極薄ポリイミドフィルムを貼着した耐熱性樹脂または金属製の収容枠に、前記微粒子を収容し、該収容枠に前記加圧ヘッドを内挿したことを特徴とする。
【００２４】
請求項１２記載の発明は、前記加圧ヘッドは、前記接着物よりも僅かに大きい突起部と、前記フレキシブルフィルムの圧着時に前記微粒子が入り込んできても充分な隙間が設けられる深さを備えた凹部とを有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１３記載の発明は、前記微粒子を入れるための収容枠は、上下方向に移動可能であって、前記フレキシブルフィルムと接触した後に前記フレキシブルフィルムの傾斜に従うように支持されることを特徴とする。
【００２６】
そして、請求項１または６記載の発明にかかる微粒子を用いた接着方法または熱圧着装置よれば、加圧ヘッドとフレキシブルフィルムとの間に微粒子を介在させることにより、圧着の際にフレキシブルフィルムを押し延ばす方向に作用する力を最小限に押さえることができるため、フレキシブルフィルムにしわが発生することを防止できるとともに、フレキシブルフィルムと接着物との間の接着界面への気泡の巻き込みを防止することができる。
【００２７】
請求項２または７記載の発明にかかる微粒子を用いた接着方法または熱圧着装置によれば、フレキシブルフィルムと接着物と間の厚みを微粒子の使用量により増減が可能で、例えば、実際には２ｍｍ程度の厚みを持たせることにより、加圧ヘッドと半導体チップとの平行度に対しての許容値が大きくなるため、装置精度を低く抑えることができる。
【００２８】
また、フレキシブルフィルムと加圧ヘッドとの間に微粒子を介在させて圧着することにより、微粒子がフレキシブルフィルムの凹凸部に入り込んで回路の形状やフレキシブルフィルム等の形状に応じて変形し、フレキシブルフィルムの凹凸に関係なく均一に加圧することができるため、接着界面において密着されない部分が生じることがない。
【００２９】
請求項３または８記載の発明にかかる微粒子を用いた接着方法または熱圧着装置によれば、フレキシブルフィルムにしわが発生することを防止できるとともに、フレキシブルフィルムとシリコンウェハーとの間の接着界面への気泡の巻き込みを防止することができる。
【００３０】
請求項４または９記載の発明にかかる微粒子を用いた接着方法または熱圧着装置によれば、耐熱性の高い例えばシリカ等を微粒子の材料として使用することにより、微粒子の寿命を延ばすことができるとともに、熱圧着性樹脂として用いられるポリイミドは３００℃程度の加熱が必要となるため、熱伝導性に優れた材料を微粒子の材料として使用することが好適である。
【００３１】
また、球状の微粒子を用いることにより、フレキシブルフィルムの回路による凹凸部の隅々に入り込みより均一な圧着が可能となる。さらに、従来、加圧により、微粒子は固形化し、フレキシブルフィルムの回路による凹凸の隅々に入り込む機能が低下するため、再度使用する際は一度粉砕する必要があったが、球状の微粒子を用いることにより、固形化した場合でも互いに点接触するため軽い力で粉砕することが可能となり、微粒子の再利用が可能となる。
【００３２】
請求項５または１０記載の発明にかかる微粒子を用いた接着方法または熱圧着装置によれば、微粒子と前記フレキシブルフィルムとの間に極薄のポリイミドフィルムを介装することによって、フレキシブルフィルムに微粒子が直接触れることを防止することができるとともに、極薄ポリイミドフィルムを使用することにより、フレキシブルフィルムを押し延ばす方向に作用する力がさらに抑制され、フレキシブルフィルムにおけるしわの発生をさらに抑制することができる。
【００３３】
請求項１１記載の発明にかかる熱圧着装置によれば、極薄ポリイミドフィルム、例えば、８μｍ程度の厚さのものを貼った耐熱性の収容枠を設け、この中に微粒子及び加圧ヘッドを内挿することにより、微粒子がフレキシブルフィルムの凹凸に対して何度でも変形する。また、微粒子の数が減少することもないので、常に同じ条件で加圧できる。さらに、極薄ポリイミドを設けることにより、微粒子がフレキシブルフィルムに直接接触することがないため、微粒子のフレキシブルフィルムへの付着を防止することができる。そのため、微粒子の連続使用も可能となる。
【００３４】
請求項１２記載の発明にかかる熱圧着装置によれば、加圧ヘッドに接着物よりも僅かに大きい突起部と、圧着後微粒子が充分入り込めるだけの凹部を設けることにより、下方向への加圧を極力小さくすることが可能となり、フレキシブルフィルムの変形を最小限に留めることができ、次工程でのトラブルを減少させることができる。
【００３５】
請求項１３記載の発明にかかる熱圧着装置によれば、収容枠は加圧ヘッドが下降するに従って下降し、最終的にフレキシブルフィルムと接触する。この際、収容枠は、フレキシブルフィルムに傾きが生じている場合には、この傾斜に従って傾くため、微粒子は加圧ヘッドとフレキシブルフィルムの傾きを補正するだけで済むとともに、加圧ヘッドと収容枠は常に同じ動作をするため、一つの駆動部、例えばエアーシリンダ等にてこれらを駆動することができ機構が簡略化できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、本発明にかかる熱圧着装置及び方法の一実施例を示し、この熱圧着装置１００は、熱接着樹脂層を有するフレキシブルフィルム２に、接着物としての複数の半導体チップ１を熱接着樹脂層を介して接着するために使用される。
【００３８】
フレキシブルフィルム２は、図３に示すように、基材フィルム２ｃにパターンを形成する銅箔２ｂ及びこれを保護するカバーコート層２ａと、半導体チップ１と接着される熱可塑性接着剤層２ｄとで構成される。そのため、フレキシブルフィルム２の表面は１０〜２０μｍ程度の凹凸があり、半導体チップ１の圧着に際しては、両者の接着界面に気泡が生じないようこの凹凸に関係なく均一に加圧する必要がある。
【００３９】
次に、熱圧着装置１００の構成について詳細に説明する。
【００４０】
ステージ９は、ステージ９の上面９ａ上に載置された半導体チップ１を加熱するヒータ１０ａを内蔵する。
【００４１】
加圧ヘッド４は、上面４ｃにブロック１４を備え、架台１２に固定されたエアーシリンダ１１によって継ぎ手１３及びブロック１４を介して上下方向に移動する。この加圧ヘッド４は、ヒータ１０ｂを内蔵し、半導体チップ１より僅かに大きい突起部４ａを備える。突起部４ａには凹部４ｂが形成され、この凹部４ｂは、半導体チップ１とフレキシブルフィルム２との圧着時に後述する微粒子８が入り込んできても充分余裕がある寸法に形成される。
【００４２】
収容枠７は、耐熱性樹脂または金属によって形成され、その底面７ａに極薄のポリイミドフィルム６が貼着される。そして、収容枠７の内部には、微粒子８が収容されている。収容枠７と加圧ヘッド４とは接続金具１５で繋がれている。
【００４３】
微粒子８は、耐熱性が高く、熱伝導性に優れた材料、例えば、シリカ、セラミック等により４μｍ程度の球状に形成され、加圧ヘッド４に内蔵されたヒータ１０ａの熱を効率よくフレキシブルフィルム２に伝えるとともに、半導体チップ１の存在しない部分におけるフレキシブルフィルム２への下方向への加重を加圧方向と直角方向または反対方向に向けることによりフレキシブルフィルム２の変形を最小に抑えている。
【００４４】
加圧ヘッド４による加圧は、従来と同様に１ｃｍあたり４〜２５ｋｇｆに調節ができる。また、ヒータ１０ａ、１０ｂは３００℃程度まで周辺温度を上げることができる。
【００４５】
次に、上記構成を有する熱圧着装置１００の動作について詳細に説明する。
【００４６】
図１に示すように、ステージ９の上に、半導体チップ１を載置し、半導体チップ１を覆うようにしてフレキシブルフィルム２を配置する。そして、ヒータ１０ａ、１０ｂによって各々半導体チップ１及び微粒子８を加熱する。
【００４７】
次に、エアーシリンダ１１を下降させ、収容枠７に設けたポリイミドフィルム６をフレキシブルフィルム２に接触させる。ここで、ポリイミドフィルム６は、３００℃程度に加熱されている。エアーシリンダ１１をさらに下降させ、加圧ヘッド４によって微粒子８を介してフレキシブルフィルム２と半導体チップ１を押圧し両者を接着させる。この際、図２に示すように、微粒子８は、極薄ポリイミドフィルム６を介してフレキシブルフィルム２の凹凸の隅々にまで入り込み、フレキシブルフィルム２を均一に加圧することができる。
【００４８】
次に、本発明にかかる微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置の第２実施例について図５を参照しながら説明する。
【００４９】
本実施例では、第１実施例における半導体チップ１の代わりに、接着物がシリコンウェハー２０となっている。従って、フレキシブルフィルム２１に回路は形成されておらず、フレキシブルフィルム２１の表面に凹凸は存在しないが、第１実施例と同様に、フレキシブルフィルム２１の変形及び接着界面への気泡の巻き込みを抑制する必要がある。そこで、第１実施例と同様に、ポリイミドフィルム６が貼着された収容枠７に微粒子８を収容し、この微粒子８を加圧ヘッド４と、フレキシブルフィルム２１との間に介在させてフレキシブルフィルム２１にシリコンウェハー２０を圧着する。
【００５０】
次に、本発明にかかる微粒子を用いた接着方法及び熱圧着装置の第３実施例について図６を参照しながら説明する。
【００５１】
本実施例では、第１実施例に示した構成に、さらに上下に分離された密閉容器１６、１７を加え、密閉容器１６を上下に移動させるエアーシリンダ１１及びガイド２４を設けている。さらに、密閉容器１６、１７内の脱気を行う真空ポンプ２３及びバルブ２２を設け、真空状態で熱圧着を実施することにより、半導体チップ１とフレキシブルフィルム２との接着界面における気泡の発生を抑えることが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または６記載の発明によれば、フレキシブルフィルムにしわが発生することを防止でき、フレキシブルフィルムと接着物との間の接着界面への気泡の巻き込みを防止することが可能な接着方法または熱圧着装置を提供することができる。
【００５３】
請求項２または７記載の発明によれば、加圧ヘッドと半導体チップとの平行度に対しての許容値が大きくなり、装置精度を低く抑えることが可能で、接着界面において密着されない部分が生じることのない接着方法または熱圧着装置を提供することができる。
【００５４】
請求項３または８記載の発明によれば、フレキシブルフィルムにしわが発生することを防止できるとともに、フレキシブルフィルムとシリコンウェハーとの間の接着界面への気泡の巻き込みを防止することが可能な接着方法または熱圧着装置を提供することができる。
【００５５】
請求項４または９記載の発明によれば、より均一な圧着が可能で、微粒子を再利用することが可能な接着方法または熱圧着装置を提供することができる。
【００５６】
請求項５または１０記載の発明によれば、微粒子が直接フレキシブルフィルムに触れることを防止することができるとともに、フレキシブルフィルムにおけるしわの発生をさらに抑制することが可能な接着方法または熱圧着装置を提供することができる。
【００５７】
請求項１１記載の発明にかかる熱圧着装置によれば、微粒子のフレキシブルフィルムへの付着を防止することができ、微粒子の連続使用が可能な熱圧着装置を提供することができる。
【００５８】
請求項１２記載の発明にかかる熱圧着装置によれば、フレキシブルフィルムの変形を最小限に留めることができ、次工程でのトラブルを減少させることが可能な熱圧着装置を提供することができる。
【００５９】
請求項１３記載の発明にかかる熱圧着装置によれば、機構を簡略化することが可能な熱圧着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる熱圧着装置の第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１の熱圧着装置の圧着時の状態を示す断面図である。
【図３】フレキシブルフィルムの構造を示す断面図である。
【図４】図１の熱圧着装置の圧着状態を示す詳細断面図である。
【図５】本発明にかかる熱圧着装置の第２実施例を示す断面図である。
【図６】本発明にかかる熱圧着装置の第３実施例を示す断面図である。
【図７】従来の圧着介在用テープの一例を示す断面図である。
【図８】図７の圧着介在用テープを用いた熱圧着方法を説明するための図であって、（ａ）は加圧前の断面図、（ｂ）は加圧時の状態を示す断面図である。
【図９】図７の圧着介在用テープを用いた熱圧着方法における問題点を説明するための断面図である。
【図１０】従来の熱圧着装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ
２ フレキシブルフィルム
２ａ カバーコート層
２ｂ 銅箔
２ｃ 基材フィルム
２ｄ 熱可塑性接着剤層
３ 圧着時における微粒子層の厚み
４ 加圧ヘッド
４ａ 突起
４ｂ 凹部
４ｃ 上面
６ ポリイミドフィルム
７ 収容枠
７ａ 底面
８ 微粒子
９ ステージ
１０ａ、１０ｂ ヒータ
１１ エアーシリンダ
１２ 架台
１３ 継ぎ手
１４ ブロック
１５ 接続金具
１６、１７ 密閉容器
２０ シリコンウェハー
２１ フレキシブルフィルム
２２ バルブ
２３ 真空ポンプ
２４ ガイド
１００ 熱圧着装置

Claims (13)

1. 熱接着樹脂層を有するフレキシブルフィルムに、接着物を前記熱接着樹脂層を介して接着する方法であって、
   前記接着物をステージに載置し、
   前記接着物の上方に前記フレキシブルフィルムを載置し、
   前記フレキシブルフィルムの上方に位置する加圧ヘッドと、前記フレキシブルフィルムとの間に微粒子を介在させ、
   前記加圧ヘッドを介して前記接着物に前記フレキシブルフィルムを上方から押圧することを特徴とする微粒子を用いた接着方法。
2. 前記フレキシブルフィルムはさらに配線パターンを有し、前記接着物は予め前記配線パターンと接続された複数の半導体チップであることを特徴とする請求項１記載の微粒子を用いた接着方法。
3. 前記接着物はシリコンウェハーであることを特徴とする請求項１記載の微粒子を用いた接着方法。
4. 前記微粒子を、耐熱性が高く、熱伝導性に優れた材料により、球状に形成したことを特徴とする請求項１、２または３記載の微粒子を用いた接着方法。
5. 前記微粒子と前記フレキシブルフィルムとの間に極薄のポリイミドフィルムを介装したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の微粒子を用いた接着方法。
6. 熱接着樹脂層を有するフレキシブルフィルムに、接着物を前記熱接着樹脂層を介して接着する熱圧着装置であって、
   前記接着物を載置するステージと、
   該ステージに載置された前記接着物に前記フレキシブルフィルムを上方から押圧する加圧ヘッドと、
   該加圧ヘッドと前記フレキシブルフィルムとの間に介在する微粒子とを備えることを特徴とする熱圧着装置。
7. 前記フレキシブルフィルムはさらに配線パターンを有し、前記接着物は予め前記配線パターンと接続された複数の半導体チップであることを特徴とする請求項６記載の熱圧着装置。
8. 前記接着物はシリコンウェハーであることを特徴とする請求項６記載の熱圧着装置。
9. 前記微粒子を、耐熱性が高く、熱伝導性に優れた材料により、球状に形成したことを特徴とする請求項６、７または８記載の熱圧着装置。
10. 前記微粒子と前記フレキシブルフィルムとの間に極薄のポリイミドフィルムを介装したことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の熱圧着装置。
11. 前記フレキシブルフィルムとの接触面に前記極薄ポリイミドフィルムを貼着した耐熱性樹脂または金属製の収容枠に、前記微粒子を収容し、該収容枠に前記加圧ヘッドを内挿したことを特徴とする請求項１０記載の熱圧着装置。
12. 前記加圧ヘッドは、前記接着物よりも僅かに大きい突起部と、前記フレキシブルフィルムの圧着時に前記微粒子が入り込んできても充分な隙間が設けられる深さを備えた凹部とを有することを特徴とする請求項１１記載の熱圧着装置。
13. 前記微粒子を入れるための収容枠は、上下方向に移動可能であって、前記フレキシブルフィルムと接触した後に前記フレキシブルフィルムの傾斜に従うように支持されることを特徴とする請求項１１または１２記載の熱圧着装置。

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