JP5827043B2

JP5827043B2 - 電子部品の実装方法

Info

Publication number: JP5827043B2
Application number: JP2011142591A
Authority: JP
Inventors: 剛曽原
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: JP2013012513A

Description

本発明は電子部品の実装方法に関し、特に、バンプ状の電極端子を備えた電子部品を基板上に実装する方法に関する。

フリップチップ実装の一つの形態として、基板のＩＣ実装部（チップ実装領域）に予めＮＣＦ（非導電性フィルム）やＮＣＰ（非導電性ペースト）等の絶縁性接合材を被着させておいたものを用意し、この基板にＩＣ（チップ）を実装するものがある。この実装形態では、ツールとの間にテープ材を介在させて吸着保持したＩＣ（チップ）を、基板のチップ実装領域に位置合わせし、ツールを用いた加熱及び加圧によりチップの電極端子を基板上の対応する電極端子に接続する。

ツール表面とＩＣ（チップ）の間に介在されるテープ材には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のシートが用いられることが多い。このテープ材（ＰＴＦＥ）は、加熱圧着時にチップ外周へはみ出すＮＣＦ等のツール表面への接着を防止するために用いられる。

かかる従来技術に関連する技術としては、防着テープを介してツールでチップを実装するもの（例えば、特許文献１）や、基板に電子部品を圧着する前にあらかじめシートを加熱しておくもの（例えば、特許文献２）が知られている。

特開平１１−６７８４２号公報特開２００８−９１８０４号公報

後述する予備的事項において説明するように、実装の際の加熱圧着時にＮＣＦ等のツール表面への接着防止を目的としてチップとツール間に介在させているテープ材（ＰＴＦＥのシート）の一部が、チップの実装後にチップの裏面（電極端子が形成されている面と反対側の面）に転写されることがある。

チップの裏面にテープ材の一部が転写されたままの状態になっていると、その後、そのチップ上に別のＩＣ（チップ）を搭載する場合などに様々な問題が生じる。

以上に鑑み、テープ材の電子部品裏面への転写を実質的に無くし、そのテープ材の転写に起因して起こり得る不都合を解消することができる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、吸引する吸着孔を備えた下端面を有し、加熱手段を備え、上下方向に移動可能なツールを用意する工程と、前記ツールの前記下端面にテープ材を吸着保持し、加熱する工程と、前記テープ材に前記吸着孔と繋がる開口部を形成する工程と、前記ツールを下に移動させ、耐熱性プレートに対し加熱した前記テープ材を加圧する工程と、前記テープ材を吸着保持した前記ツールを上に移動させ、前記耐熱性プレートから離脱させる工程と、表面にバンプ状の電極端子を備えた電子部品の、前記電極端子が形成されている面と反対側の面を、前記テープ材の前記開口部を通して前記ツールに吸着保持する工程と、電子部品実装面に電極端子と該電極端子を覆う絶縁性接合材とを有する実装用の基板を用意する工程と、前記ツールに吸着保持された前記電子部品の表面と、前記実装用の基板の電子部品実装面とを対向させる工程と、前記ツールを下に移動させて加熱した前記電子部品を前記実装用の基板に対して押圧し、溶融した前記絶縁性接合材を通して前記電子部品の電極端子を前記実装用の基板の電極端子と接続させる工程とを有することを特徴とする電子部品の実装方法が提供される。

上記の一観点に係る電子部品の実装方法によれば、予めテープ材（例えば、ＰＴＦＥ）を加熱しておき、さらにこのテープ材を耐熱性プレートに対し加圧した後、ツールとの間に加熱されたテープ材を介在させて吸着保持した電子部品を、加熱圧着により、電子部品の電極端子が絶縁性接合材を通して基板の電極端子に接続されるよう実装を行っている。

このように２度にわたって加熱、加圧処理されたテープ材を介在させて電子部品の実装を行っているので、実装後に、テープ材（例えば、ＰＴＦＥ）の電子部品裏面への転写量を低減することができる。これにより、後述するように、テープ材の転写に起因して発生していた現状の問題点を解消することが可能となる。

一実施形態に係る半導体素子（チップ）の実装方法の工程（その１）を示す断面図である。一実施形態に係る半導体素子（チップ）の実装方法の工程（その２）を示す断面図である。図１、図２の工程で処理を行う際のツール表面温度のプロファイルを示す図である。実施例による実装後のチップの裏面（電極端子が形成されている面と反対側の面）の状態（図４（ａ））を、比較例の場合（図４（ｂ））と対比させて模式的に示した図である。

先ず、実施形態について説明する前に、その実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

上述したように、現状技術の実装方法では、基板のＩＣ実装部（チップ実装領域）に予めＮＣＦやＮＣＰ等の絶縁性接合材を被着させておいたものを用意する。そして、ツールとの間にテープ材（ＰＴＦＥのシート）を介在させて吸着保持したＩＣ（チップ）を、基板のチップ実装領域に位置合わせし、ツールを用いた加熱圧着によりチップの電極端子を基板上の対応する電極端子に接続している。

かかる実装方法を用いて半導体チップ（電子部品）を基板に実装すると、実装後のチップの裏面（電極端子が形成されている面と反対側の面）には、加熱及び加圧時にチップの裏面に接触していたテープ材（ＰＴＦＥ）の一部が転写される。図４（ｂ）はその場合のチップの裏面の状態の一例を模式的に示したものである。

図４（ｂ）において、点線で囲まれた円形状の部分４０ｂ（図示の例では４箇所）は、チップ２０（裏面２０Ｓ側）を真空吸着するためにテープ材（ＰＴＦＥ）４０に形成された吸着用の開口部４０ａ（図２（ａ））が位置していた部分である。この吸着用の開口部４０ａが位置していた部分４０ｂの周囲に、テープ材の一部４０Ｒが転写されている。この転写されている部分４０Ｒ（ＰＴＦＥ）は、実際には白っぽく見える。

このようにチップ２０の裏面２０Ｓにテープ材（ＰＴＦＥ）の一部４０Ｒが転写されたままの状態になっていると、例えば、以下の問題がある。

このＩＣ（第１のチップ）の裏面上に別のＩＣ（第２のチップ）を背中合わせにして搭載する場合（この場合、第２のチップは基板上の電極端子にワイヤボンディングされる）、接着剤としてダイボンドフィルム等が用いられる。しかし、第１のチップの裏面に転写されたＰＴＦＥのテープ材は離型作用があることから、この接着剤に対して接着阻害、接着力の低下をひき起こす。

このため、第２のチップを搭載する前に、第１のチップの裏面に対しアルゴンガス又はは酸素ガスを用いたプラズマクリーニングを行い、第１のチップの裏面に転写されたテープ材（ＰＴＦＥ）の除去を行い、接着阻害等を回避するようにしている。しかし、テープ材（ＰＴＦＥ）の転写量によってはプラズマクリーニングでも完全に除去しきれない。

クリーニングの条件をより強くすればテープ材（ＰＴＦＥ）を完全に除去することは可能であろうが、その場合に別の問題が生じる。例えば、基板表面に保護膜として形成されているレジスト層（ソルダレジスト）の表面を荒らしすぎ、その後のモールド樹脂等の封止材との接着強度の劣化などをひき起こす。

次に、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、一実施形態に係る半導体素子（チップ）の実装方法を工程順に従って断面図の形態で示したものである。

先ず、本実施形態の実装方法を実施するのに用いる実装装置の構成について説明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の各工程図では、この実装装置を構成する部材の一部分を示している。本実施形態で使用する実装装置は、圧着装置３０を備える（図１（ａ）参照）。

この圧着装置３０は、その圧着ヘッド３４がステージ（図示せず）の上方の位置で対向するように設けられ、フレーム（図示せず）に設置されたヘッド駆動部３２によって圧着ヘッド３４が上下方向に移動し、かつ下方に加圧されるように構成されている。圧着ヘッド３４の下端部には圧着ツール３６が装着されている。また、圧着ヘッド３４には、この圧着ツール３６を加熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。

圧着ツール３６には、図１（ａ）において点線で示すように吸着孔３７が設けられており、吸引路３８を介してポンプ（図示せず）により真空吸引されるようになっている。圧着ツール３６は、圧着ヘッド３４とともにセラミック材からなり、一体的に成形されている。

次に、本実施形態に係る半導体素子（チップ）の実装方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。併せて、ツール表面設定温度のプロファイルを示す図３も参照しながら説明する。

先ず、実装用の基板を用意しておく。基板の形態については特に限定されないが、少なくとも、基板上のチップ実装領域にフリップチップ接続用の電極端子が形成されていて、このチップ実装領域に絶縁性接合材が被着されていればよい。例えば、一般的なビルドアップ法を用いて作製することができる多層構造のプリント配線板を用意する（図２（ａ）参照）。

このプリント配線板（基板１０）のチップ実装領域（ＭＲで示す範囲の部分）にフリップチップ接続用の電極端子（パッド１２）が形成されている。このパッド１２は、基板１０の最外層の配線層（例えば、銅（Ｃｕ）の配線層）の所要の箇所に画定されている。このパッド（Ｃｕ）１２には、適量のはんだ１３が被着されている。このはんだ１３は、実装される半導体素子（チップ）２０の電極端子２１（例えば、金（Ａｕ）バンプ）との接着性を高めるためのものである。このはんだ１３に代えて、パッド（Ｃｕ）１２上にニッケル（Ｎｉ）めっき及びＡｕめっきをこの順に施しためっき層（Ｎｉ／Ａｕ）を形成してもよい。

基板１０のチップ実装面側には、はんだ１３の部分を露出させて、保護膜としてのソルダレジスト層１４が形成されている。さらに、このソルダレジスト層１４上でチップ実装領域ＭＲに、絶縁性接合材としての、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂などからなるＮＣＦ（非導電性フィルム）１５が被着されている。このＮＣＦの代わりに、ＮＣＰ（非導電性ペースト）を被着させてもよい。

このようにして実装用の基板１０（そのチップ実装領域ＭＲにＮＣＦ１５が被着されたもの）を用意した後、最初の工程では（図１（ａ）参照）、圧着ツール３６の下端面に沿ってテープ材４０を送る。テープ材４０は、図中左側の矢印で示す方向に供給リール（図示せず）から送り出され、図中右側の矢印で示す方向に回収リール（図示せず）によって巻き取られることにより、圧着ツール３６の下端面に沿って送られる。

所定の位置でテープ材４０の送りを停止し、このテープ材４０を圧着ツール３６の下端面に吸着保持する。これは、圧着ツール３６に設けた吸着孔３７から吸引路３８を介してテープ材４０を真空吸引することによって行われる。

さらに、テープ材４０を吸着保持した状態で、圧着ヘッド３４に内蔵されたヒータにより圧着ツール３６を所定の温度に加熱し、この圧着ツール３６を介してテープ材４０を加熱する。このときの圧着ツール３６の表面の温度は、２５０〜３００℃程度に設定されている（図３参照）。

本実施形態では、テープ材４０としてＰＴＦＥのシートを使用している。しかし、必ずしもＰＴＦＥに限定されないことはもちろんである。要は、半導体素子（チップ）の実装時に基板との間に介在される絶縁性接合材（エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂など）との接合性の低い材料であれば十分である。例えば、このような材料を薄いシート状に加工したものや、当該材料を他の樹脂テープの表面にコーティングしたものなどを使用してもよい。

次の工程では（図１（ｂ）参照）、圧着ツール３６の下端面に吸着保持されたテープ材４０に、チップ２０（図２（ａ））を真空吸着するための開口部４０ａを形成する。この開口部４０ａは、圧着ツール３６に設けられた吸着孔３７の位置に合わせて形成される。図１（ｂ）に示すように、ステージ（図示せず）上に配設された支持プレート４５の上面に設けられた金属突起４６の位置を吸着孔３７の位置に合わせ、ヘッド駆動部３２により圧着ヘッド３４を介して圧着ツール３６を下降させ、金属突起４６に押し当てることにより、所望の開口部４０ａを形成することができる。

開口部４０ａを形成後、ヘッド駆動部３２により圧着ヘッド３４を介して圧着ツール３６を上昇させ、加熱されたテープ材４０を保持した圧着ツール３６を金属突起４６から離脱させる。

次の工程では（図１（ｃ）参照）、加熱されたテープ材４０を保持した圧着ツール３６の下方に、ステージ（図示せず）上に配設された平坦な金属プレート（耐熱性プレート）５０を位置合わせした後、ヘッド駆動部３２により圧着ヘッド３４を介して圧着ツール３６を下降させ、加熱されたテープ材４０を金属プレート５０に対し加圧する。この加圧の際の荷重は、８０〜１３０ｇｆ／ｍｍＳＱ（平方ｍｍ）である。

また、このときの圧着ツール３６の表面の温度は、テープ材４０を介して金属プレート５０に接触するため、それまで加熱されていた温度（２５０〜３００℃程度）よりも低くなる。ただし、図３に示す１００〜１３０℃よりは高い温度である。

本工程で行う加圧処理を、便宜上、「プリボンディング」と呼ぶことにする。

プリボンディング後、ヘッド駆動部３２により圧着ヘッド３４を介して圧着ツール３６を上昇させ、加熱されたテープ材４０を保持した圧着ツール３６を金属プレート５０から離脱させる。

次の工程では（図２（ａ）参照）、先ず、加熱されたテープ材４０を介在させて圧着ツール３６により半導体素子（チップ）２０の裏面２０Ｓ（電極端子２１が形成されている面と反対側の面）を吸着保持する。これは、圧着ツール３６の吸着孔３７の位置に合わせたテープ材４０の開口部４０ａから吸引路３８を介して真空吸引することによって行われる。

次に、加熱されたテープ材４０を介在させてチップ２０を吸着保持した圧着ツール３６の下方に、あらかじめ用意しておいた実装用の基板１０（そのチップ実装領域ＭＲにＮＣＦ１５が被着されたもの）を位置合わせする。

次の工程では（図２（ｂ）参照）、先ず、ヘッド駆動部３２により圧着ヘッド３４を介して、加熱されたテープ材４０を介在させてチップ２０を吸着保持した圧着ツール３６を下降させる。

次いで、圧着ツール３６によりチップ２０を所定の荷重で基板１０に対して押圧するとともに、圧着ヘッド３４に内蔵されたヒータによりチップ２０を所定の温度に加熱する。
このときの荷重は、上記の場合（プリボンディング時）と同様に８０〜１３０ｇｆ／ｍｍＳＱ（平方ｍｍ）である。また、このときの圧着ツール３６の表面の温度は、２５０〜３００℃程度に設定されている（図３参照）。

これにより、図２（ｂ）に示すように、チップ２０の電極端子２１（Ａｕバンプ）は、溶融した絶縁性接合材（ＮＣＦ１５）を通して基板１０上の対応する電極端子（Ｃｕのパッド１２、はんだ１３）に接続される。

このとき、溶融した接合材（ＮＣＦ１５）は、チップ２０と基板１０の隙間からはみ出し、その一部はチップ２０の側面に沿って這い上がることがある。この場合、圧着ツール３６の下端面とチップ２０との間にはテープ材４０が介在しているため、這い上がった一部の接合材（ＮＣＦ１５）はテープ材４０によって阻止され、圧着ツール３６に付着することがない。

このようにして所定の加熱圧着時間が経過した後、図２（ｃ）に示すように、ヘッド駆動部３２により圧着ヘッド３４を介して圧着ツール３６を上昇させ、加熱されたテープ材４０を保持した圧着ツール３６を基板１０上のチップ２０から離脱させる。

このとき、テープ材４０の下面には、チップ２０の側面に沿って這い上がって付着した一部の接合材（ＮＣＦ１５）が硬化して付着している。この後、テープ材４０を回収リール側（図１（ａ）において右側の矢印で示す方向）に送って巻き取ることにより、圧着ツール３６の下端面には、新たなテープ材４０（未使用の部分）が送られる。テープ材４０は、付着した一部の接合材（ＮＣＦ１５）を除去することにより、繰り返し使用することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る半導体素子（チップ）の実装方法によれば、予めテープ材（ＰＴＦＥ）４０を加熱しておき（図１（ａ））、さらにこのテープ材４０を金属プレート５０に対し加圧している（図１（ｃ））。その後、圧着ツール３６との間に加熱されたテープ材４０を介在させて吸着保持したチップ２０を、加熱圧着により（図２（ｂ））、チップ２０の電極端子２１（Ａｕバンプ）がＮＣＦ１５を通して基板１０の対応する電極端子（Ｃｕのパッド１２、はんだ１３）に接続されるよう実装を行っている。

このように２度にわたって加熱、加圧処理されたテープ材（ＰＴＦＥ）４０を介在させてチップ２０の実装を行っているので、実装後に（図２（ｃ））、テープ材（ＰＴＦＥ）４０のチップ裏面２０Ｓへの転写量を低減し、もしくは実質的に無くすことができる。

図４（ａ）はその場合のチップ２０の裏面２０Ｓの状態の一例を模式的に示したものである。点線で囲まれた円形状の部分４０ｂ（図示の例では４箇所）は、チップ２０（裏面２０Ｓ側）を真空吸着するためにテープ材（ＰＴＦＥ）４０に形成された吸着用の開口部４０ａ（図２（ａ））が位置していた部分である。

本実施形態では、図４（ｂ）の比較例の場合とは違い、この吸着用の開口部４０ａが位置していた部分４０ｂの周囲にテープ材（ＰＴＦＥ）は転写されていない。

このように実装後のチップ２０の裏面２０Ｓにテープ材（ＰＴＦＥ）４０が転写されていないことにより、現状技術において発生していた問題点を解消することができる。

例えば、このチップ２０の裏面２０Ｓ上に別のチップを搭載する際に、そのチップ搭載前に行うプラズマクリーニングの条件を緩和することができる。つまり、基板表面などへダメージを与えることのない処理にとどめることが可能となる。また、搭載するチップ間の接着強度も低下することなく、半導体パッケージの製造が可能となる。

１０…実装用の基板（プリント配線板）、
１２…基板の電極端子（パッド）、
１３…はんだ、
１５…絶縁性接合材（ＮＣＦ等）、
２０…半導体素子（チップ／電子部品）、
２１…バンプ状の電極端子、
３４…圧着ヘッド（ヒータを内蔵）、
３６…圧着ツール（吸着機構を内蔵）、
４０…テープ材（ＰＴＦＥ等）、
４０Ｒ…転写されたテープ材、
５０…耐熱性プレート（金属プレート）、
ＭＲ…チップ（電子部品）実装領域。

Claims

吸引する吸着孔を備えた下端面を有し、加熱手段を備え、上下方向に移動可能なツールを用意する工程と、
前記ツールの前記下端面にテープ材を吸着保持し、加熱する工程と、
前記テープ材に前記吸着孔と繋がる開口部を形成する工程と、
前記ツールを下に移動させ、耐熱性プレートに対し加熱した前記テープ材を加圧する工程と、
前記テープ材を吸着保持した前記ツールを上に移動させ、前記耐熱性プレートから離脱させる工程と、
表面にバンプ状の電極端子を備えた電子部品の、前記電極端子が形成されている面と反対側の面を、前記テープ材の前記開口部を通して前記ツールに吸着保持する工程と、
電子部品実装面に電極端子と該電極端子を覆う絶縁性接合材とを有する実装用の基板を用意する工程と、
前記ツールに吸着保持された前記電子部品の表面と、前記実装用の基板の電子部品実装面とを対向させる工程と、
前記ツールを下に移動させて加熱した前記電子部品を前記実装用の基板に対して押圧し、溶融した前記絶縁性接合材を通して前記電子部品の電極端子を前記実装用の基板の電極端子と接続させる工程と
を有することを特徴とする電子部品の実装方法。
前記電子部品の電極端子を前記実装用の基板の電極端子と接続させる工程の後に、
前記テープ材を吸着保持した前記ツールを上に移動させ、前記電子部品の前記反対側の面から離脱させる工程と、
前記電子部品の前記反対側の面に別の電子部品を背中合わせに搭載する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
前記テープ材として、ポリテトラフルオロエチレンのシートを使用したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
前記テープ材を加熱する時及び前記ツールを下に移動させて加熱した前記電子部品を前記実装用の基板に対して押圧した時の前記ツールの第１の表面設定温度は、２５０〜３００℃の範囲にあり、
前記耐熱性プレートに対し加熱した前記テープ材を加圧する時の第２の表面設定温度は、前記第１の表面設定温度よりも低いことを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。