JP4385529B2 - IC chip mounting method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はICチップの実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリント配線板(PWB)にICチップをフリップチップ法で搭載していたが、接合部の疲労寿命を向上して信頼性を確保するために、チップの下にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を注入してきた。これに代わる手法として、基板とチップとの間に樹脂フィルムを挟んで接合を行うことにより基板・チップ間を樹脂で封止する技術がある(特開平9−64237号公報、特許第2812238号公報等)。しかし、電極間の接合強度を高めるとともに、チップとプリント配線板との間の封止性(樹脂の接着性)を向上したいという要求がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、より信頼性の高いICチップの実装方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のように、バンプを有するプリント配線板とバンプを有するICチップとの間に、バンプに対応する位置に貫通孔を設けた熱可塑性樹脂フィルムを配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板のバンプとICチップのバンプを接合するとともにフィルムを溶融させてICチップとプリント配線板との間を樹脂封止する際に、熱可塑性樹脂フィルムの両面にアルカン類よりなる膜を配置し、この膜をチップ・配線板間に介在させた状態で加熱・加圧してバンプの接合および樹脂封止を行う。すると、フィルムの表面はアルカン類を介在させているので、熱可塑性樹脂フィルムとの界面で、アルカン類が熱可塑性樹脂に浸透して弾性率が下がることにより、接着力が向上し、高い信頼性が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
(比較例)
以下、この発明を具体化した実施の形態に先立ち、同実施の形態との比較例について図面に従って説明する。
【0011】
図1〜図3には、本比較例におけるICチップの実装工程を示す。
図1に示すように、プリント配線板(PWB)10において、絶縁基板11には導体パターン12が形成されている。導体パターン12でのICチップとの接合部(PWB端子部)においてはその上面に銅めっきによる突起(厚さ10〜50μm)13が形成され、その上部にはニッケルめっき(厚さ1〜5μm)14と金めっき(厚さ1〜5μm)15が形成されている。このようにプリント配線板10のバンプとして金バンプを用いている。さらに本例では、金バンプ部を含めた配線板上面には、C−H結合解離エネルギーが950kJ/mol以下の炭化水素化合物よりなる膜16が形成されている。具体的には、ジシクロペンタジエン、テトラメチルペンタデカン等よりなる膜を用いる。
【0012】
また、ICチップ20において、シリコンチップ21には金属突起22が形成され、金属突起22は、銅(あるいはアルミまたは金)よりなる膜23にて被覆されている。このようにしてバンプが形成されている。
【0013】
一方、熱可塑性樹脂フィルム30としてPEEK−PEIフィルム(ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドの混合物)を用いており、プリント配線板10のバンプ13〜15およびICチップ20のバンプ22,23に対応する位置に貫通孔31が形成されている。
【0014】
そして、図2に示すように、プリント配線板(PWB)10の上にPEEK−PEIフィルム30を介してICチップ20を位置合わせして重ねる。つまり、プリント配線板10のバンプとPEEK−PEIフィルム30の穴位置とICチップ20のバンプとを一致させて重ねる。
【0015】
この状態で、チップ表面に加熱ツール(ヒータヘッドH)を押し当て、プリント配線板10とPEEK−PEIフィルム30の界面の温度が300〜330℃になるように加熱・加圧する(圧力0.05〜0.5MPa、1〜15秒)。このように熱圧着すると、図3に示すように、ICチップ20の電極とプリント配線板10の金バンプとが接合するとともに、PEEK−PEIフィルム30が溶けて接着する。つまり、図2でプリント配線板10とICチップ20との間に熱可塑性樹脂フィルム30を配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板10のバンプ13〜15とICチップ20のバンプ22,23を接合するとともにフィルム30を溶融してICチップ20とプリント配線板10との間を樹脂40(図3参照)で封止する。
【0016】
ここで、プリント配線板10の金バンプ部に配したC−H結合解離エネルギーの小さい炭化水素化合物(膜16)が介在されていることにより、電極表面の酸化膜を還元して活性な金属表面を界面に形成させながら接合することができる。詳しくは、図7に示すように、炭化水素化合物(膜16)を加熱することにより、炭化水素化合物が熱分解されて、炭化水素化合物から水素が分離されたラジカルな状態となり、このラジカルな状態とされた炭化水素化合物によって金属の表面に形成された酸化膜を還元しつつ、金属(Cu等)の溶融によって両基板の接続部を構成する金属が接合される。つまり、酸化膜の還元によって酸化膜が破れて清浄な金属表面が露出し、濡れ性が良い状態で、図2の配線板10側のAu膜15の表面とICチップ20側のCu膜23の表面が接触し、さらに、Cu膜23の溶解に伴い、図3に示すように、ICチップ20側のCu膜23と配線板10側のAu膜15とが接合される。
【0017】
このように本比較例では、炭化水素化合物の膜16を加熱することにより、Cu膜23もしくはAu膜15表面の酸化膜を炭化水素化合物で還元しつつ、Cu膜23を溶融することによって両バンプを接合する。
【0018】
接合原理について本発明者らは種々の実験を行ったので、それを以下に説明する。
(i ).各種の炭化水素化合物溶液中に酸化銅を浸して加熱したときの水素及び水の発生量を検出した。この結果、水素の発生は確認されたが、水は検出されなかった。このため、酸化銅の還元は、水素によってなされたものではないことが確認された。
【0019】
(ii).各種の炭化水素化合物溶液中に酸化銅を浸して加熱したときの反応生成物を分析した。その結果、酸化された炭化水素化合物の存在が確認された(例えば、シクロオクタンの場合、シクロオクタノン及びシクロオクタノールの存在が確認された)。これにより、炭化水素化合物自身が酸化銅を還元している可能性があると考えた。
【0020】
(iii ).この(ii)の推論の真偽を確認するため、各種炭化水素化合物のC−H結合解離エネルギーと還元速度定数との関係を求めた。その結果を図8に示す。図8において横軸にC−H結合解離エネルギーΔHをとり、縦軸に還元速度定数をとり、サンプルとして、ジシクロペンタジエンとトリフェニルメタンとシクロオクタンとテトラメチルペンタデカンとエイコサンを用いた。ここで、還元速度定数とは、図9に示すように試料中に基板(銅端子を酸化済のもの)を入れ300℃で所定時間保持した際における銅表面の酸素を波長分散型X線分光分析法により定量(還元状態の定量)を行い、次式により求めたものである。
【0021】
還元速度定数k=(1−X/X1)/(t・X)
ただし、X1;初期酸化状態でのX線カウント数
X;時間が経過した段階でのX線カウント数
t;加熱時間(秒)
この結果、図8に示すように、C−H結合解離エネルギーが小さくなるほど、還元速度が上昇する関係があることが確認された。このため、ラジカルな状態となった炭化水素化合物によって酸化銅等が還元されていることが確認された。
【0022】
(iv).C−H結合解離エネルギーが比較的小さい各種物質を用いて、銅端子とハンダ被覆端子との接合を行ったところ、図10に示すように、C−H結合解離エネルギーが950kJ/mol以下の炭化水素化合物については、従来のフラックスと同等の接続面積率が得られ、十分な接続強度を確保できた(C−H結合解離エネルギーが小さいほど接続特性が良好である)。詳しくは、図10において横軸にC−H結合解離エネルギーΔHをとり、縦軸に接続面積率をとり、サンプルとして、ジヒドロアントラセンとジシクロペンタジエンとシクロオクタンとテトラメチルペンタデカンとエイコサンを用いた。ここで、接続面積率とは、長方形の接合部位における当該部位の短辺により正方形の観察窓を作り(想定し)、長方形の接合部位での最も接合が不良となっている領域に前述の観察窓を持っていき、この窓の内部における全面積に対する実際に接合が行われた面積の比率を求めたものである。その結果、フラックスを用いた場合の接続面積率である「0.7」以上とするためにはC−H結合解離エネルギーが約950kJ/mol以下の物質を用いればよいことが分かった。
【0023】
以上のように、プリント配線板10のバンプ13〜15の表面に、C−H結合解離エネルギーが950kJ/mol以下の炭化水素化合物よりなる膜16を配置し、この膜16を両バンプ間に介在させた状態で加熱・加圧してバンプの接合および樹脂封止を行うようにした。よって、プリント配線板10の電極部に配したC−H結合解離エネルギーの小さい炭化水素化合物により、電極表面の酸化膜を還元して活性な金属表面を界面に形成させながら接合することができ、高い信頼性が得られる。
【0024】
さらに、上述の炭化水素化合物(16)は、加圧・加熱により熱可塑性樹脂フィルム30の表層部に浸透し、その表層部の弾性率を低下させる性質を有するため、熱可塑性樹脂フィルム30のプリント配線板10側の面全体を炭化水素化合物の膜16に当接させることにより、熱可塑性樹脂フィルム30とプリント配線板10との接着性を向上させることができる。
(実施の形態)
次に、実施の形態を図面に従って説明する。図4〜図6には、本実施形態におけるICチップの実装工程を示す。
【0025】
図4に示すように、プリント配線板(PWB)50において、絶縁基板51には導体パターン52が形成されている。導体パターン52でのICチップとの接合部(PWB端子部)においてはその上面に銅めっきによる突起(厚さ10〜50μm)53が形成され、その上部にはハンダめっき(厚さ2〜10μm)54が形成されている。このようにプリント配線板10のバンプとしてハンダバンプを用いている。
【0026】
また、ICチップ60において、シリコンチップ61には金属突起62が形成され、金属突起62は、金よりなる膜63にて被覆されている。このようにしてバンプが形成されている。
【0027】
一方、熱可塑性樹脂フィルム70としてPEEK−PEIフィルム(ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドの混合物)を用いており、両面にはアルカン類よりなる膜71がコーティングされている。膜71の材料としてのアルカン類は、エイコサン、テトラデカンを用いる。この熱可塑性樹脂フィルム70および膜71においてプリント配線板50のバンプ53,54およびICチップ60のバンプ62,63に対応する位置に貫通孔72が形成されている。
【0028】
そして、図5に示すように、プリント配線板(PWB)50の上に熱可塑性樹脂フィルム70を介してICチップ60を位置させる。このとき、プリント配線板50のバンプと熱可塑性樹脂フィルム70の穴位置とICチップ60のバンプとを一致させて重ねる。
【0029】
この状態で、チップ表面に加熱ツール(ヒータヘッドH)を押し当て、プリント配線板50と熱可塑性樹脂フィルム70の界面の温度が300〜330℃になるように加熱・加圧する(圧力0.05〜0.5MPa、1〜15秒)。このように熱圧着すると、図6に示すように、ICチップ60の電極とプリント配線板50のハンダバンプとが接合するとともに、熱可塑性樹脂フィルム70が溶けて接着する。つまり、図5でプリント配線板50とICチップ60との間に熱可塑性樹脂フィルム70を配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板50のバンプ53,54とICチップ60のバンプ62,63を接合するとともにフィルム70を溶融してICチップ60とプリント配線板50との間を樹脂80(図6参照)で封止する。
【0030】
ここで、PEEK−PEIフィルム70の両面には、アルカン類(エイコサン、テトラデカン等)よりなる膜71を介在させているので、PEEK−PEIとの界面で、アルカン類がPEEK−PEIに浸透して弾性率が下がることにより、接着力が向上する。
【0031】
以下、実験を行ったので、その結果について説明する。
図11には、接着界面温度を変えていったときの接着強度の測定結果を示す。サンプルには、アルカン膜(C14H30)を用いたものと、用いなかったものを使用している。
【0032】
この図11から、270℃で接着する場合には、アルカン膜を用いることにより、1.5N/mmの接着強度を得ることができることが分かる。換言すると、同じ接着強度を得る場合には、より低い温度での加熱でよいことになる。具体的には、図11において縦軸の接着強度を1.5N/mmとしたい場合において、アルカン膜を用いない場合には約300℃に加熱する必要があるが、アルカン膜を用いると約270℃に加熱するだけでよいことになる。
【0033】
以上のように、熱可塑性樹脂フィルム70の両面にアルカン類よりなる膜71を配置し、この膜71をチップ・配線板間に介在させた状態で加熱・加圧してバンプの接合および樹脂封止を行うようにした。よって、フィルム70の表面はアルカン類を介在させているので、PEEK−PEIとの界面で、アルカン類がPEEK−PEIに浸透して弾性率が下がることにより、接着力が向上し、高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 比較例におけるICチップの実装方法の説明図。
【図2】 ICチップの実装方法の説明図。
【図3】 ICチップの実装方法の説明図。
【図4】 実施の形態におけるICチップの実装方法の説明図。
【図5】 ICチップの実装方法の説明図。
【図6】 ICチップの実装方法の説明図。
【図7】 アルカンによるCuO還元反応を説明するための図。
【図8】 C−H結合解離エネルギーと還元速度定数の関係を示す図。
【図9】 CuO還元反応速度の測定方法を説明するための図。
【図10】 C−H結合解離エネルギーと接続面積率の関係を示す図。
【図11】 接着強度の測定結果を示す図。
【符号の説明】
10…プリント配線板、11…絶縁基板、12…導体パターン、13…突起、14…ニッケルめっき、15…金めっき、16…炭化水素化合物よりなる膜、20…ICチップ、21…シリコンチップ、22…金属突起、23…銅よりなる膜、30…樹脂フィルム、31…貫通孔、50…プリント配線板、51…絶縁基板、52…導体パターン、53…突起、54…ハンダめっき、60…ICチップ、61…シリコンチップ、62…金属突起、63…金よりなる膜、70…熱可塑性樹脂フィルム、71…アルカン類よりなる膜、72…貫通孔。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an IC chip mounting method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an IC chip was mounted on a printed wiring board (PWB) by the flip chip method, but a resin called underfill was injected under the chip to improve the fatigue life of the joint and ensure reliability. I have done it. As an alternative method, there is a technique in which a resin film is sandwiched between a substrate and a chip to bond the substrate and the chip with a resin (Japanese Patent Laid-Open No. 9-64237 and Japanese Patent No. 2812238). etc). However, there is a demand for enhancing the bonding strength between the electrodes and improving the sealing property (resin adhesion) between the chip and the printed wiring board.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a more reliable IC chip mounting method.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As described in claim 1, after placing a thermoplastic resin film having through holes at positions corresponding to the bumps between the printed wiring board having bumps and the IC chip having bumps, heating and pressurizing are performed. Te, the time of resin sealing between by the film is melted together with bonding the bump and the IC chip bumps printed circuit board IC chip and the printed wiring board, consisting of alkanes to both sides of the thermoplastic resin film the membrane is arranged, it performs a bonding and resin sealing bump the film heated and pressed while being interposed between the chip and wiring board. Then, since alkanes are interposed on the surface of the film, alkanes penetrate into the thermoplastic resin at the interface with the thermoplastic resin film and the elastic modulus decreases, thereby improving the adhesive force and high reliability. Is obtained.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
( Comparative example )
Hereinafter, prior to the form of implementation embodying the present invention will be described with reference to the accompanying drawings comparative example of the same embodiment.
[0011]
1 to 3 show an IC chip mounting process in this comparative example .
As shown in FIG. 1, in a printed wiring board (PWB) 10, a
[0012]
In the
[0013]
On the other hand, a PEEK-PEI film (a mixture of polyetheretherketone and polyetherimide) is used as the
[0014]
Then, as shown in FIG. 2, the
[0015]
In this state, a heating tool (heater head H) is pressed against the chip surface and heated and pressurized so that the temperature at the interface between the printed
[0016]
Here, a hydrocarbon compound (film 16) having a small C—H bond dissociation energy disposed on the gold bump portion of the printed
[0017]
As described above, in this comparative example , both bumps are obtained by heating the
[0018]
The inventors have conducted various experiments on the bonding principle, which will be described below.
(I). The generation amounts of hydrogen and water were detected when copper oxide was immersed in various hydrocarbon compound solutions and heated. As a result, generation of hydrogen was confirmed, but water was not detected. For this reason, it was confirmed that reduction of copper oxide was not performed by hydrogen.
[0019]
(Ii). Reaction products when copper oxide was immersed in various hydrocarbon compound solutions and heated were analyzed. As a result, the presence of an oxidized hydrocarbon compound was confirmed (for example, in the case of cyclooctane, the presence of cyclooctanone and cyclooctanol was confirmed). Thereby, it was considered that the hydrocarbon compound itself may be reducing copper oxide.
[0020]
(Iii). In order to confirm the truth of the inference of (ii), the relationship between the C—H bond dissociation energy and the reduction rate constant of various hydrocarbon compounds was determined. The result is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the C—H bond dissociation energy ΔH, the vertical axis represents the reduction rate constant, and dicyclopentadiene, triphenylmethane, cyclooctane, tetramethylpentadecane, and eicosane were used as samples. Here, as shown in FIG. 9, the reduction rate constant is the wavelength dispersive X-ray spectroscopy of oxygen on the copper surface when a substrate (with the copper terminal oxidized) is placed in a sample and held at 300 ° C. for a predetermined time. Quantification (reduction state quantification) is performed by an analytical method, and is obtained by the following formula.
[0021]
Reduction rate constant k = (1−X / X1) / (t · X)
However, X1; X-ray count number X in the initial oxidation state; X-ray count number t after time; heating time (seconds)
As a result, as shown in FIG. 8, it was confirmed that there is a relationship in which the reduction rate increases as the C—H bond dissociation energy decreases. For this reason, it was confirmed that the copper oxide etc. were reduced with the hydrocarbon compound which became the radical state.
[0022]
(Iv). When a copper terminal and a solder-coated terminal were joined using various substances having a relatively low C—H bond dissociation energy, as shown in FIG. 10, carbonization with a C—H bond dissociation energy of 950 kJ / mol or less was performed. About a hydrogen compound, the connection area ratio equivalent to the conventional flux was obtained, and sufficient connection strength was ensured (The connection characteristic is so favorable that CH bond dissociation energy is small). Specifically, in FIG. 10, the horizontal axis represents C—H bond dissociation energy ΔH, the vertical axis represents the connection area ratio, and dihydroanthracene, dicyclopentadiene, cyclooctane, tetramethylpentadecane, and eicosane were used as samples. Here, the connection area ratio refers to the above-mentioned observation in the region where the rectangular junction part has the poorest junction at the rectangular junction part (assuming that a square observation window is created). Taking the window, the ratio of the area where bonding was actually performed to the total area inside the window was obtained. As a result, it was found that may be used in the following materials C-H bond dissociation energy of about 950kJ / mol in order to "0.7" or more, which is a connection area ratio in the case of using the fluxes.
[0023]
As described above, the surface of the
[0024]
Furthermore, since the above-mentioned hydrocarbon compound (16) has the property of penetrating into the surface layer portion of the
(In the form of implementation)
It will now be described with reference to the drawings in the form of implementation. 4 to 6 show an IC chip mounting process according to the present embodiment.
[0025]
As shown in FIG. 4, in a printed wiring board (PWB) 50, a
[0026]
In the
[0027]
On the other hand, a PEEK-PEI film (a mixture of polyetheretherketone and polyetherimide) is used as the
[0028]
Then, as shown in FIG. 5, the
[0029]
In this state, a heating tool (heater head H) is pressed against the chip surface and heated and pressurized so that the temperature at the interface between the printed
[0030]
Here, since the
[0031]
Hereinafter, since the experiment was performed, the result will be described.
FIG. 11 shows the measurement results of the adhesive strength when the adhesive interface temperature is changed. Samples with and without an alkane membrane (C 14 H 30 ) are used.
[0032]
From FIG. 11, it can be seen that, when bonding is performed at 270 ° C., an adhesive strength of 1.5 N / mm can be obtained by using an alkane film. In other words, in order to obtain the same adhesive strength, heating at a lower temperature is sufficient. Specifically, in the case where it is desired to set the adhesive strength on the vertical axis in FIG. 11 to 1.5 N / mm, it is necessary to heat to about 300 ° C. when the alkane film is not used, but when the alkane film is used, about 270 is used. All you need to do is heat to ° C.
[0033]
As described above, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an IC chip mounting method in a comparative example .
FIG. 2 is an explanatory diagram of an IC chip mounting method.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an IC chip mounting method.
Figure 4 is an explanatory view of an IC chip mounting method in the form of implementation.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an IC chip mounting method.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an IC chip mounting method.
FIG. 7 is a diagram for explaining a CuO reduction reaction by alkane.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between C—H bond dissociation energy and reduction rate constant.
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of measuring a CuO reduction reaction rate.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between C—H bond dissociation energy and a connection area ratio.
FIG. 11 is a diagram showing a measurement result of adhesive strength.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記熱可塑性樹脂フィルム(70)の両面にアルカン類よりなる膜(71)を配置し、この膜(71)をチップ・配線板間に介在させた状態で加熱・加圧して前記バンプの接合および樹脂封止を行うようにしたことを特徴とするICチップの実装方法。Between the bumps (5 3, 54) IC chip (6 0) with the printed circuit board (5 0) bumps (6 2, 6 3) with the bump (53, 54, 6 2, 6 3 after placing a thermoplastic resin film (7 0) having a through hole (72) in a position corresponding to), heating and pressurizing, the printed circuit board (5 0) of the bump (5 3, 54) IC sealed with resin between the chip (6 0) of the bump (6 2, 6 3) IC chip (6 0) by melting the film (7 0) with bonding the printed circuit board (5 0) An IC chip mounting method,
Place the membrane (71) consisting of alkanes on both sides of the thermoplastic resin film (70), bonding and the bump this membrane (71) a heating and pressurizing in a state of being interposed between the chip and wiring board An IC chip mounting method characterized by resin sealing.
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