JP4684566B2 - 超音波接合用積層板及びこれを使用する超音波接合方法 - Google Patents
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Description
その原因の一つとして、超音波振動の熱エネルギーへの変換効率の低さが挙げられる。すなわち、ICと回路基板の位置決め時に仮止めとして用いられる有機高分子系接着剤や、回路基板の絶縁材料として用いられるポリイミドなどの耐熱性樹脂による振動吸収などによるロスは無視することはできない。
イ)貯蔵弾性率が23〜100℃の範囲で3×10 9 Pa以上であること、
ロ)tanδが、23〜100℃の範囲にピークを示さないこと、
更に、本発明は、ポリイミドが芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸二無水物との重合により生成したポリイミド前駆体溶液を導体上に塗布し、溶媒を除去したのち、加熱することにより脱水閉環させて得られる前記の積層板である。
本発明において導体層として使用される導電性金属箔としては、厚みが5〜150μmである銅、アルミニウム、鉄、銀、パラジウム、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、亜鉛及びそれらの合金等を挙げることができ、好ましくは銅または銅と他の金属との銅合金である。銅の場合は圧延銅箔と電解銅箔があるがいずれも使用することができる。なお、接着力の向上を目的として、その表面にサイディング、ニッケルメッキ、銅−亜鉛合金メッキ、あるいはアルミニウムアルコラート、アルミニウムキレート、シランカップリング剤等による化学的または機械的な表面処理を施してもよい。
絶縁層として使用されるポリイミドとは、イミド環構造を有する樹脂の総称であり、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドなどが挙げられる。そして、絶縁性樹脂層をポリイミドから形成する場合、好ましくは、熱膨張係数が30×10-6(1/K)の低熱膨張性を有するポリイミド樹脂層を形成できるポリイミドである。さらに好ましくは、該低熱膨張性を有するポリイミド樹脂層の上下に接着性の優れる熱可塑性ポリイミド樹脂からなる2層を配置して、少なくとも三層のポリイミド層からなるものが望ましい。導体層である導電性金属箔上にポリイミド層からなる絶縁層を形成する場合の方法として、ポリイミドまたはポリイミド前駆体溶液を塗布・乾燥したのち必要により加熱処理を行うことでポリイミド系樹脂層を形成する手段を用いることが望ましい。
本発明でいう弾性率について説明する。一般的に高分子材料に正弦的に変化する応力を与えると、歪は同じ周波数で位相がδだけ遅れた正弦波形となる。応力σ,歪ε,位相差δとして、次式より粘弾性パラメータを求めることができる。
貯蔵弾性率 E’= σ/ε cosδ
損失弾性率 E”= σ/ε sinδ
損失正接 tanδ = E”/ E’
PMDA・・・・・・無水ピロメリット酸
BPDA ・・・・・・3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸
DAPE ・・・・・・4,4'-ジアミノジフェニルエーテル
MT ・・・・・・4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル
BAPP ・・・・・・2,2-ビス(4-(4‐アミノフェノキシ)フェニル)プロパン
TPE ・・・・・・1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン
DMAc ・・・・・・ジメチルアセトアミド
DMAc 425 gに、MT 18.719 g及びDAPE 11.760 gを1 Lのセパラブルフラスコの中で撹拌しながら溶解させた。次に、PMDA 25.305 gとBPDA 8.532 gをこの溶液に少しずつ投入して、重合反応を行った。その結果、高粘度のポリイミド前駆体溶液Aを得た。B型粘度計で、粘度を測定した結果、23 ℃で255ポイズであった。
合成例1と同様に、DMAc 425 gにBAPP 43.150 gを溶解させた後、この溶液に、PMDA 19.087 gとBPDA 4.543 gを投入して、重合反応を行った。その結果、高粘度のポリイミド前駆体溶液Bを得た。粘度を測定した結果、23 ℃で40ポイズであった。
DMAc 425 gにMT 28.078 gとTPE 4.297 gを1 Lのセパラブルフラスコの中で撹拌しながら溶解させた。次に、PMDA 25.305 gとBPDA 8.532 gをこの溶液に少しずつ投入して、重合反応を行った。その結果、高粘度のポリイミド前駆体溶液Cを得た。B型粘度計で、粘度を測定した結果、23 ℃で320ポイズであった。
合成例3と同様にDMAc 425 gにBAPP 43.150 gを溶解させた後、この溶液に、PMDA 21.333 gとBPDA 1.514 gを投入して、重合反応を行った。その結果、高粘度のポリイミド前駆体溶液Dを得た。粘度を測定した結果、23 ℃で20ポイズであった。
実装条件 : 基板温度= 100℃、 接合時間=1s、 圧力=0.5N/bump、 超音波振動周波数=40 kHz、 超音波フリップチップボンダ : NAW-1260A(日本アビオニクス).
得られたCOF 100個について、その接続を検査したところ、全数とも正常な接続が確認された。また、積層板の導体を全面エッチオフしたフィルムについて、DMA(Dynamic Mechanical Analysis : 動的熱機械測定)による粘弾性測定を行った。外部から15.9 Hzの周期的な振動を与え、生じた振動ひずみまたは振動応力を測定して、貯蔵弾性率E'、損失弾性率E''、損失正接tanδ (δ : 位相角の遅れ)の温度依存性を求めた結果を図1、図2及び図3に示す。23 ℃におけるE'は4.4 GPa、100 ℃におけるE'は4.3 GPaで、23〜100 ℃の間は常に3 GPa以上であった。また、この間にtanδのピークは観察されなかった。
片面銅張積層板(新日鐵化学株式会社製、 LB18-50-18KEポリイミド層の厚み50μm)を使用して、これを加工してフレキシブル基板を得た。このフレキシブル基板を使用して実施例1と同様にしてCOFを製造した。超音波実装後のCOF 100個について検査したところ、10個の接続異常が確認された。また、積層板の導体を全面エッチオフしたフィルムの粘弾性測定を行った結果、23 ℃におけるE'は4.6 GPa、100 ℃におけるE'は2.0 GPaで23〜100 ℃の間に3 GPa未満のものがあった。また、この間にtanδのピークが観察された(図3)。
両面銅張積層板(株式会社有沢製作所製、LVS1035EA、ポリイミド層の厚み46μm)を使用して、これを加工してフレキシブル基板を得た。このフレキシブル基板を使用して実施例1と同様にしてCOFを製造した。超音波実装後のCOF 100個について検査したところ、15個の接続異常が確認された。また、積層板の導体を全面エッチオフしたフィルムの粘弾性測定を行った結果、23 ℃におけるE'は2.3 GPa、100 ℃におけるE'は1.7 GPaで23〜100 ℃の間は3 GPa未満であった。また、この間にtanδのピークが観察された(図3)。
Claims (4)
- バンプを有するICチップをバンプが形成された面を下にして、電極が形成された回路基板と対向させICチップのバンプと基板の電極が接するようにした状態で加重をかけ、ICチップのバンプと基板の電極の接合部に超音波振動を付与し、該ICチップのバンプと基板の電極の接合部を昇温し、超音波接合するために使用される回路基板を形成するための超音波接合用積層板において、該超音波接合用積層板は銅箔層からなる導体層上に絶縁性樹脂層を有し、該絶縁性樹脂層に用いられる樹脂はポリイミドのみからなり、該樹脂は温度23〜200℃、昇温速度5℃/min、周波数15.9Hz、ストレイン0.1%の条件で動的熱機械測定して得られる貯蔵弾性率及びtanδが、次の条件イ)及びロ)を満足すること、
イ)貯蔵弾性率が23〜100℃の範囲で3×10 9 Pa以上であること、
ロ)tanδが、23〜100℃の範囲にピークを示さないこと、
を特徴とする超音波接合用積層板。 - 絶縁性樹脂層が、線膨張係数が30×10 -6 (1/K)以下の低熱膨張性ポリイミド層(L)と熱可塑性ポリイミド層(H)を含む複数のポリイミド層からなり、低熱膨張性ポリイミド層(L)と熱可塑性ポリイミド層(H)の厚みの比(L/H)が2〜100である請求項1記載の超音波接合用積層板。
- ポリイミドが、芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸二無水物との重合により生成したポリイミド前駆体溶液を導体層上に塗布し、溶媒を除去したのち、加熱することにより脱水閉環させて得られたものであることを特徴とする請求項2記載の超音波接合用積層板。
- バンプを有するICチップをバンプが形成された面を下にして、電極が形成された回路基板と対向させICチップのバンプと基板の電極が接するようにした状態で加重をかけ、ICチップのバンプ及び基板の電極の接合部に超音波振動を付与し、該ICチップのバンプ及び基板の電極の接合部を昇温し、超音波接合する方法において、超音波接合に使用される回路基板が、銅箔層からなる導体層上に絶縁性樹脂層を有する超音波接合用積層板から得られ、該超音波接合用積層板の絶縁性樹脂層に用いられる樹脂はポリイミドのみからなり、且つ該樹脂は、温度23〜200℃、昇温速度5℃/min、周波数15.9Hz、ストレイン0.1%の条件で動的熱機械測定して得られる貯蔵弾性率及びtanδが、次の条件イ)及びロ)を満足すること、
イ)貯蔵弾性率が23〜100℃の範囲で3×10 9 Pa以上であること、
ロ)tanδが、23〜100℃の範囲にピークを示さないこと、
を特徴とする超音波接合方法。
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