JP5956297B2 - Ｉｃチップの接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグ等に用いられるＩＣチップに関し、特に基材の配線に対するＩＣチップの接合方法に関する。

ＲＦＩＤタグは、リーダーライターに代表される外部機器と電波によって非接触で情報のやり取りを行なう超小型の素子として広く利用されている。ＲＦＩＤタグは、物品などに取り付けられ、その物品に関する情報を外部機器とやり取りすることで物品の識別などを行なう(例えば、特許文献１)。

このようなＲＦＩＤタグの内部構成部品（インレット）は、電波通信用のアンテナパターンが設けられた配線基材に、このアンテナパターンを介して上記のような外部機器と通信を行う回路を内蔵したＩＣチップが実装された構造を有している。

ＲＦＩＤタグはバーコード等に代わる個体識別手段として期待されており、広範囲の社会に流通するためには大量且つ安価でインレット製造可能であることが求められる。

このアンテナパターンとＩＣチップの接続は、ＩＣチップ側に設けられた接続端子（バンプ）と、アンテナパターンとの電気的な接続によって行われる。

アンテナパターンには２つの種類がある。１つは、主に圧延金属箔（主にＡｌ, Ｃｕ）と基材（主にＰＥＴフィルム, ＰＥＮフィルム、紙）を積層し、エッチング工程を経て形状を形成するものである。他の１つは、導電粒子（主にＡｇ, Ｃｕ）をバインダー（樹脂媒体）に含有させた導電性ペーストを基材上に印刷して形状を形成するものである。

この中でもＡｌをエッチングして製造するアンテナは大量且つ安価に製造可能で、かつ導体抵抗値が小さいため、ＲＦＩＤタグに多く利用されている。

バンプとアンテナパターンとの電気的な接続方法としては、ＩＣチップをアンテナに押し付け、且つ接着剤を熱硬化させ固着させる、いわゆる圧接工法が知られている（特許文献２）。ところが、Ａlアンテナは表面が酸化し易く、その酸化膜は電気的な絶縁体となるため、この絶縁膜を突き破ってＩＣチップと接続される必要がある。

そこで、圧接工法では、接着剤として異方性導電接着剤を用いる。異方性導電接着剤を使用することで、接着剤内に分散された導電粒子がバンプとアンテナ間に挟み込まれることで、挟まれた方向のみ導電される。

図１７は、圧接工法における、異方性導電接着剤の作用を説明する図である。図１７は、ＩＣチップ１２のバンプ１８と基材１４のアンテナパターン１６の間に形成された接着剤３０の層を断面した模式図である。

接着時にＩＣチップ１２が基材１４に加圧されることで、バンプ１８とアンテナパターン１６の間に導電粒子３２が挟まって、バンプ１８とアンテナパターン１６が電気的に接続される。このような接着剤は、ｙ方向に導電性を有し、ｘ方向には導電性を有しないため異方性導電接着剤と呼ばれる。

圧接工法では導電粒子の種類、形状、含有量によってその性能は左右され、特にＡlアンテナの絶縁膜に対してはＮｉ（ニッケル）の導電粒子が用いられることが多い。

しかしながら、圧接工法を用いてもバンプとアンテナパターン間に挟まれる導電粒子の数が少ない場合には、接続不良が発生する可能性がある。また、ＲＦＩＤタグは基材が柔らかく、アンテナ配線の厚みが薄いものが多いため、押し付け圧力が適正でない場合は、ＩＣチップを押し付けた際にアンテナパターンが変形し、バンプ中央付近に未接触の部分が発生し接続不良を助長する。

このような理由から、Ａｌアンテナパターンを用いたＲＦＩＤタグで圧接工法を用いた場合、接触の高信頼性を確保することが容易でなかった。

一方、圧接工法以外の接合技術として、超音波によるＡｌアンテナの接合も提案されている。例えば特許文献３及び特許文献４では、ＩＣチップに超音波を印加することによって、Ａｌアンテナパターンとバンプ間での良好な接合を得ようとするものである。超音波接合ではバンプ材Ａｕとアンテナ材Ａｌが合金層を作り、良好な接続が実現できることが知られている。

図１８は、圧接接合と超音波接合とで、特徴を比較した表である。この表に示すように、圧接接合は、超音波接合に比べてプロセス（工程スループット）が短時間のため、生産能力を上げることも容易である。また。圧接接合は、特殊設備が必要な超音波接合に比べて、設備コストの点でも有利である。一方、圧接接合は、接触の信頼性の点で、超音波接合に比べてやや劣っているのが現状である。

つまり、圧接接合は、接触の信頼性を向上させることができれば、安価/大量生産が必要とされるＲＦＩＤタグ製造に対しては優れた工法であると言える。

特開２０００−３１１２２６号公報 特開平６−２３２２０４号公報 特開２００１−１５６１１０号公報 特開２００５−１６６０１２号公報

ＲＦＩＤタグ等の製造に関して、圧接接合は、安価/大量生産の点で優れた工法であるので、より広く利用されるために、その接触の信頼性を向上させることが必要である。

本発明は、上記課題に鑑み、基材の配線に対する接触信頼性の高いＩＣチップの接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、ＩＣチップのバンプと基材のパターンの間に熱硬化型で異方性の導電接着剤層を形成し、前記ＩＣチップの上側に配置され上下方向に移動可能で加熱部を備える上ヘッドと、前記基材の下側に配置され上下方向に移動可能で加熱部を備える下ヘッドからなる上下ヘッドによって、前記ＩＣチップと基材を挟んで加熱および加圧して接合するＩＣチップの接合方法において、液状の前記導電接着剤を前記基材のパターン上に塗布する工程と、前記導電接着剤が塗布された前記基材のパターン上に前記ＩＣチップのバンプを搭載する搭載工程と、前記ＩＣチップの搭載後、前記塗布された導電接着剤を、樹脂流動を発生させる温度で予熱する予熱工程と、前記予熱工程の後に、前記上下ヘッドで挟んで加圧して、前記導電接着剤の硬化温度まで加熱する接合工程と、を含む。

本発明によれば、基材の配線に対する接触信頼性の高いＩＣチップの接合方法を提供することができる。

接合モデルの等価回路である。 ＩＣチップ１２を基材１４のアンテナパターン１６に接合する接合工程を、側面方向から見た図である。 図２（Ｅ）で示した上下ヘッドの動作の様子を詳細に説明するための図である。 実施形態１−１（上ヘッド７０による予熱）を説明する図である。 基材１４の下面に、基材１４の下面を吸着する吸着部９０を設けられた例を示す図である。 実施形態１−２（下ヘッド８０による予熱）を説明する図である。 基材１４の下面を吸着する吸着部９０を設けられた例を示す図である。 吸着部９０の別な例を示す図である。 実施形態１−１及び実施形態１−２の接合手順を、従来方式の手順と比較した図である。 上下ヘッドの加熱／加圧タイミングによって捕捉される導電粒子３２の量の関係を模式的に説明する図である。 窪み１６ａが設けられたアンテナパターン１６とバンプ１８間に形成された接着剤３０の層を断面した模式図である。 製作したアンテナパターン１６の窪み１６ａ部分を拡大した写真である。 図１２の窪み１６ａのＡ〜Ａ´断面での計測データである。 第１実施形態と第２実施形態を組み合わせた場合の、接合部での導電粒子３２の捕捉態様を示す模式図である。 実験に使用した材料の１例を示す表である。 本実施形態の接合方式と従来の接合方式による信頼性試験の結果を示す表である。 圧接工法における、接着剤の作用を説明する図である。 圧接接合と超音波接合の特徴を比較した表である。

以下、図面に従って本発明の実施形態を説明する。以下実施形態では、ＩＣチップとパターンとの接合に関して、非接触で外部機器との間で情報のやり取りを行うＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを、具体例に挙げて説明する。

尚、当技術分野ではこの「ＲＦＩＤタグ」は、「無線ＩＣタグ」、「非接触ＩＣタグ」などとも呼ばれる。また、本明細書ではＲＦＩＤタグの内部構成部品（具体的にはアンテナにＩＣチップが接続されたもの）をインレットと称す。このインレットは「インレイ」、「トランスポンダ」などと称す場合もある。

図１は、接合モデルの等価回路である。この等価回路は、バンプ１８とアンテナパターン１６の接触をモデル化したものである。バンプ１８とアンテナパターン１６の接続抵抗は、ほぼ導電粒子３２による接続に支配される。従って、導電粒子の挟み込み量（以下、単に捕捉量と称す）が圧接工法の接触信頼性を左右する。つまり、捕捉量を増やすことによって、接触信頼性を高めることができる。

この捕捉量の大小は、接合工程だけではなく当然に接着剤自体の性質にも影響される。導電粒子径や接着剤内の含有量の改良により、捕捉量を増やす可能性があるからである。ただし、以下本実施形態では、接合プロセス（接合工程）によって捕捉量を増やすことに関してを、説明する。

なお、一般的に異方性導電接着剤を用いた圧接工法には１液性の熱硬化型接着剤（主にエポキシ系、ポリエステル系）が用いられることが多く、接着剤に含有される導電粒子はＡｕ（金）, Ｎｉ（ニッケル）, Ａｇ（銀）, Ｐｄ（パラジウム）, Ｃｕ（銅）が多い。以下の説明では、接着剤として上記１液性の熱硬化型の異方性導電接着剤を代表例として記述する。なお、以下では、簡単のために単に接着剤と表現し、また接着剤の媒体成分を樹脂と表現する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態は、接着剤３０に対して予熱を行うことによって加温による樹脂流動を活発化させ、さらにＩＣチップ接合時に低速で加圧することによって、導電粒子の捕捉量向上を実現するものである。以下では、樹脂流動が活発化する温度まで接着剤３０を加熱することを「予熱」、予熱する工程を「予熱工程」と称する。

図２は、ＲＦＩＤのインレット１０の製造工程の一部であって、ＩＣチップ接合装置１を側面方向から見た図である。ＩＣチップ接合装置１は、ＩＣチップ１２を基材１４のアンテナパターン１６に接合する一連の接合工程を行う装置である。また、基材１４にＩＣチップ１２が接合（あるいは載置）されたものを、以下でインレットと呼ぶ。

接合工程は、図（Ａ）から図（Ｆ）まで、左から右に順番に進行する。なお、基材１４は、１つ１つのインレット１０に分割される前のいわゆる母材の状態で、左右方向に細長いテープ状態である。基材１４の表面には、エッチング処理等でアンテナパターン１６が連続的に形成されている。

図２（Ａ）は、アンテナパターン１６が形成された基材１４を示す。基材１４は、例えば、数１０μｍ厚のＰＥＴフィルムである。アンテナパターン１６は、ＲＦＩＤのアンテナに相当するもので、例えばＡｌ製の配線パターンである。

図２（Ｂ）は、基材１４が搬送され、基材１４のアンテナパターン１６に、接着剤３０が塗布される工程を示す。基材１４の上部に配置されたディスペンサ５０から、適量の接着剤３０がアンテナパターン１６の上に塗布される。

図２（Ｃ）は、接着剤３０が塗布された基材１４にＩＣチップ１２が載置される工程を示す。マウンタ６０が、ＩＣチップ１２を吸着して、基材１４の位置まで運び、ＩＣチップ１２を基材１４の上に置く。ＩＣチップ１２の下面には接続端子であるバンプ１８が設けられている。このバンプ１８が、接着剤３０が塗布されたアンテナパターン１６に乗るように、ＩＣチップ１２は、基材１４の上に乗せられる。

図２（Ｄ）は、接着剤塗布工程を終えてＩＣチップ１２が乗った基材１４(インレット１０)が、次の加熱／加圧工程に搬送される工程を示す。

図２（Ｅ）は、ＩＣチップ１２が乗せられた基材１４が、上下ヘッドによって、加熱／加圧される工程（以下、加熱／加圧工程とも称す）を示す。上下ヘッドには、加熱部が組み込まれる。ＩＣチップ接合装置１の中で、加熱／加圧を行う装置をヘッド装置とも称す。

ヘッド装置は、ＩＣチップ１２のバンプ１８と基材１４のパターンの間に接着剤３０の層が形成されたＩＣチップ１２と基材１４を挟んで加熱および加圧して接合するものであって、ＩＣチップ１２の上側にあって上下方向に移動可能で加熱部を備える上ヘッド７０と、基材の下側にあって上下方向に移動可能で加熱部を備える下ヘッド８０からなる上下ヘッドを有するものである。

上ヘッド７０および下ヘッド８０をそれぞれｐ方向に移動させることによって、上ヘッド７０あるいは下ヘッド８０のいずれかが先に接触して、接着剤３０が予熱される。予熱後に、上ヘッド７０と下ヘッド８０に挟まれて、バンプ１８がアンテナパターン１６に加圧（押圧）されながら、加熱され、接着剤３０が硬化する。上下ヘッドの動作の詳細は、後述する。

図２（Ｆ）は、接着剤３０が硬化してＩＣチップ１２が接合された基材１４が、次の他の処理に搬送される工程を示す。

図３は、図２（Ｅ）で示した工程を詳細に説明するための図である。上下ヘッドによる加熱／加圧工程は、工程Ｅ１、工程Ｅ２、工程Ｅ３、工程Ｆの順番に進行する。

ＩＣチップ接合装置１は、図示はしないが、前述の図２の工程、及び以下説明する図３以降の工程を制御する制御部を備える。制御部は、搬送制御部、マウント制御部及びヘッド制御部等を有する。

搬送制御部は、基材１４の搬送を制御する。マウント制御部は、基材１４へのＩＣチップ１２の搭載を制御する。ヘッド制御部は、ヘッド装置において、上下ヘッドの移動や予熱・加圧・加熱を制御する。

また、ヘッド装置には、上下ヘッドのそれぞれの経路に位置センサが設けられる。ヘッド制御部は、位置センサの信号を検出して、上下ヘッドを移動させる駆動モータを制御することによって、上下ヘッドの位置や移動速度を制御する。

また、ヘッド装置には、ヘッドの接触面の温度あるいはインレット１０の面の温度を、接触あるいは非接触で検出する温度センサが設けられる。ヘッド制御部は、この温度センサの出力に基づき、上下ヘッドにそれぞれ設けられる加熱部を制御する。

また、ヘッド装置には、圧力センサも設けられる。ヘッド制御部は、圧力センサの出力に基づき、上ヘッド７０の加圧力を調整する。

工程Ｅ１は、ＩＣチップ１２が乗せられた基材１４が、上下ヘッドによる加熱／加圧の位置まで、搬送された工程を示す。上ヘッド７０および下ヘッド８０をそれぞれ上下の退避位置に移動させておいて、基材１４をヘッド装置まで搬送する。

工程Ｅ２は、上ヘッド７０および下ヘッド８０がそれぞれｐ方向に移動して、ＩＣチップ１２が乗った基材１４を、上下で挟み込み、接着剤３０を加圧／加熱する工程を示す。

なお、上ヘッド７０は、下降時にＩＣチップ１２を所定の速度および所定の加圧力で加圧するよう制御される。また、下ヘッド８０は、退避位置から上昇後に予め設定された位置、つまり基材１４の下面に接触する位置で停止するよう制御される。

上下ヘッドによる加熱／加圧により、接着剤３０が硬化してＩＣチップ１２が基材１４に接合される。ここで、上ヘッド７０および下ヘッド８０の接触のタイミングは、同時に行うのではなく、時間差を設けるようにする。なお、上下ヘッドの加圧／加熱の接触のタイミングは２種類有り、詳細は、図４〜図７で説明する。

工程Ｅ３は、上下ヘッドによる加熱／加圧を終了して、上ヘッド７０および下ヘッド８０を、それぞれｑ方向に移動させて、ＩＣチップ１２等から退避する工程を示す。工程Ｆは、図２（Ｆ）と同じであるので、説明は省略する。

上述したように、第１実施形態は、本硬化の前に接着剤３０を樹脂流動化する温度まで予熱してから、低速で加圧することを主な特徴としている。

そのメカニズムを簡単に説明する。ＩＣチップ１２搭載時（図２（Ｄ）の工程）には、バンプ１８とアンテナパターン１６間に、多くの導電粒子３２が存在している。しかし、ＩＣチップ１２が上下ヘッドで加圧されると、バンプ１８直下の樹脂が押し出され、バンプ１８外側への樹脂流れが発生し、導電粒子３２も一緒に捕捉範囲外（バンプ１８の外側）に流出してしまう。

そして、この状態で加熱されると、導電粒子３２の捕捉量が減少した状態で、バンプ１８とアンテナパターン１６が接合されてしまう。そこで、導電粒子３２の捕捉量を減少させないために、以下２つの手段を考えた。

１）導電粒子３２は樹脂より密度が大きいため、導電粒子３２は樹脂よりも流動性が低い。加圧速度が速い場合には、樹脂の流れも速いために、その勢いにより導電粒子３２もバンプ１８の外側へ押し流されると考えられる。加圧速度を遅くすれば、樹脂の流れる勢いが小さいために、バンプ１８の外側へ押し流される導電粒子３２も少なくなると考えられる。

そこで、加圧速度を低速にすれば、バンプ１８の外側へ押し流される導電粒子３２を少なくして、バンプ１８内部の捕捉量を大きくすることができる。

２）次に、樹脂の粘性が高い場合には、粘性が低い場合に比較して、導電粒子３２を移動させる力が大きくなり、バンプ１８の外側へ押し流される導電粒子３２も増加すると考えられる。つまり、加圧時に樹脂自体の流動性を高めることできれば、バンプ１８の外側へ押し流される導電粒子３２を少なくすることができる。

１液性の熱硬化型接着剤は、ある温度（例えば、１１０℃をピークとして９０℃から１３０℃）まで加温すると樹脂自体が流動する（例えば水が沸騰している状態のように）性質を備えている。そこで、加圧時に、接着剤３０を流動性が高くなる温度付近まで予熱することによって、捕捉範囲外へ流れる導電粒子３２の量を減らすことができる。

予熱は、上ヘッド７０または下ヘッド８０いずれでも可能である。上ヘッド７０による予熱を、実施形態１−１として、図４、図５を用いて説明する。下ヘッド８０による予熱を、実施形態１−２として、図５〜図７を用いて説明する。

図４は、実施形態１−１（上ヘッド７０による予熱）を説明する図である。図４（Ａ）は、上ヘッド７０がＩＣチップ１２の上面に接触して、接着剤３０を予熱している工程である。なお、上下ヘッドは常時加熱されているものとする。

実施形態１−１は、ＩＣチップ１２及び基材１４の高さを上ヘッド寄りの位置まで上げておき、下降する上ヘッド７０と接触後にＩＣチップ１２と基材１４を上ヘッド７０と同じ速度で下降させ、上昇して先に所定位置に待機している下ヘッド８０と挟まれるまで間で予熱を行うものである。

図４（Ａ）は、図３の工程Ｅ１に相当する状態である。実施形態１−１ではＩＣチップ接合装置１に基材上下移動機構(不図示)が設けられている。基材上下移動機構は、加圧／加熱工程の前後で、基材１４を上下に移動するものである。基材上下移動機構は、搬送制御部によって制御される。

まず基材１４は、基材上下移動機構によって上ヘッド７０寄り位置に移動させておく。下ヘッド８０は破線で示す加圧位置ｈまで、移動されて、その位置で待機している。加熱された上ヘッド７０が低速で下降され、上ヘッド７０寄り位置に移動したＩＣチップ１２に上ヘッド７０が接触する。

上ヘッド７０がＩＣチップ１２に接触した後は、基材１４も上ヘッド７０の下降に同期して接触が維持された状態でｐ方向に下降される。この状態では、加圧は行なわれない。なお、下降速度は、例えば５．０ｍｍ／ｓｅｃ以下の低速が望ましい。

上ヘッド７０がＩＣチップ１２に接触することで、ＩＣチップ１２の下にある接着剤３０が予熱される。

接着剤３０が予熱された状態で、上ヘッド７０と基材１４が下降して、基材１４の下面が、下ヘッド８０に達した位置（破線で示す加圧位置ｈ）で、基材移動機構は下降を停止する。ここでは、基材１４が下ヘッド８０と接触するまでに、接着剤３０の温度が樹脂流動を発生する温度（例えば、９０℃から１３０℃）になるように、下降速度と上ヘッド７０の加熱部の温度が予め調整され、制御される。また、樹脂流動を発生する温度を樹脂流動温度と称す。

図４（Ｂ）は、上ヘッド７０と基材１４が下降した後に、インレット１０が上下ヘッドで加熱／加圧される様子を示す図である。

基材１４が下ヘッド８０に接触した後は、接着剤３０は、上ヘッド７０からの加熱に加えて、基材１４を介して下ヘッド８０からも加熱され、硬化温度まで上昇する。

また、基材１４が下ヘッド８０に接触した後、上ヘッド７０からの加圧も開始される。上ヘッド７０から加圧されても、下ヘッド８０の位置は加圧位置ｈに維持される。そして、所定時間経過後、上下ヘッドがそれぞれ退避方向に移動して、加熱／加圧工程を終了する。

図５は、基材１４の下面に、基材１４の下面を吸着する吸着部９０を設けられた例を示す図である。吸着部９０は、前記下ヘッド８０の周囲に設けられて基材１４の下面を吸着して、基材１４の変形を防止するもので、ヘッド装置に含まれる。吸着部９０は、基材上下移動機構によって、予熱中に基材１４と共に下降する。

基材１４は、例えば、数１０μｍ程度のＰＥＴフィルムが用いられる場合が多い。そして、ＰＥＴのＴｇ（ガラス転移点）は約６９℃前後に対し、上下ヘッドの加熱部の温度はそれよりかなり高い２００℃前後であることが多い。

そのため、予熱のために上ヘッド７０をＩＣチップ１２に接触させると、熱が基材１４に伝わって、基材１４が熱変形してしまう可能性がある。熱変形によって、基材１４が不確定な挙動（変形、たわみ）をすると、ＩＣチップ１２はまだ固定されていない状態のために、ＩＣチップの搭載位置がずれてしまう可能性がある。

そこで、基材１４の下面に、例えば真空吸着機構からなる吸着部９０を設置して、上記の予熱期間中に基材の熱変形を抑制して、ＩＣチップ１２の位置ずれを防止する。

図６は、実施形態１−２（下ヘッド８０による予熱）を説明する図である。下ヘッド８０を使って予熱する場合には、インレット１０の位置は上昇させないで、加圧位置ｈのままにする。なお、上下ヘッドは常時加熱されているものとする。

図６（Ａ）は、下ヘッド８０が先に基材１４に接触した状態を示す図である。この状態では、上ヘッド７０は下降中で、ＩＣチップ１２にはまだ接触していない。上下ヘッドが退避した状態から（図３の工程Ｅ１）から、上ヘッド７０だけが低速で下降されて、通常の速度で上昇する下ヘッド８０が先に基材１４に接触する。下ヘッド８０による予熱中に、上ヘッド７０は低速で下降を続ける。

上ヘッド７０がＩＣチップ１２に接触するまでに、下ヘッド８０からの加熱によって接着剤３０の温度が樹脂流動温度になるように、予め上ヘッド７０の下降速度と下ヘッド８０の加熱部の温度が調整されている。

図６（Ｂ）は、下降した上ヘッド７０によって、インレット１０が挟まれて、加圧／加熱される状態を示す図である。加熱は、上下ヘッドの両方により行われ、加圧は上ヘッド７０により行われる。接着剤３０が、硬化温度まで加熱されて、硬化する。

図５でも説明したが、予熱によって基材１４が熱変形するおそれがある。実施形態１−２の場合でも、基材１４は下ヘッド８０により予熱されるために、基材１４はより熱変形するおそれが高い。そこで、実施形態１−２においても、熱変形を防止するために、基材１４の下面を吸着する吸着部９０を設けることが望ましい。

図７は、基材１４の下面を吸着する吸着部９０を設けられた例を示す図である。吸着部９０は、下ヘッド８０の周囲を取り囲むように設けられ、吸着部９０は、下ヘッド８０と同期して上下動するようヘッド制御部により制御される。あるいは、吸着部９０は、下ヘッド８０の周囲に下ヘッド８０と一体化するように取付けられてもよい。

図８は、吸着部９０の別な例を示す図である。下ヘッド８０の上面に多孔質（ポーラス）材からなる吸着部９０を取り付けて、真空吸着する例である。接着剤３０への加熱は、多孔質材からなる吸着部９０を経由して行われる。

図９は、実施形態１−１及び実施形態１−２による接合手順を、従来方式の手順と比較した図である。ここでは、図２の工程（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に相当する接着剤３０塗布等の手順は特に大きな差異はないので省略して、上下ヘッドによる加熱／加圧の手順を比較する。

図９で示す左の流れが、従来の手順で、中央の流れが実施形態１−１の手順で、右の流れが実施形態１−２の手順である。

まず、従来方式から説明する。インレット１０がヘッド部に搬送され（ステップＳ１０）、上下ヘッドが始動し（ステップＳ１２）、上下ヘッドとインレット１０が接触する（ステップＳ１６ａ）。上ヘッド７０と下ヘッド８０は、ほぼ同時にインレット１０に接触して、インレット１０は上下で挟み込まれる。

挟み込みと同時に、インレット１０が加熱加圧される（ステップＳ２２）。加熱は、上下ヘッドの両方により行われ、加圧は上ヘッド７０により行われる。そして、接着剤３０が硬化して、ＩＣチップ１２が接合される。

所定時間経過後、上下ヘッドが退避し（ステップＳ２４）、インレット１０が搬送される（ステップＳ２６）。接合されたインレット１０が、ヘッド部から移動して、次に接合されるインレット１０が、ヘッド部に搬送される（ステップＳ１０）。

次に、実施形態１−１を説明する。インレット１０がヘッド部に搬送され（ステップＳ１０）。この場合に、図４（Ａ）で説明したように、インレット１０は、加圧位置ｈより高い位置に移動されて、ヘッド部に搬送される。

上下ヘッドが始動する（ステップＳ１２）。上ヘッド７０の下降送度が低速化され（ステップＳ１４）、上ヘッド７０はゆっくり下降する。上ヘッド７０の移動速度は５．０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることが望ましい。

上ヘッド７０がインレット１０のＩＣチップ１２に接触する（ステップＳ１６ｂ）。接触後、インレット１０も上ヘッド７０と同じ速度で下降する。また、図５で示したように、吸着部９０が設けられていれば、吸着部９０も基材１４を吸着しながらインレット１０と一体的に下降する。

下降中の上ヘッド７０からの加熱によって、接着剤３０が樹脂流動の状態になる（ステップＳ１８）。上ヘッド７０の下降中に、下ヘッド８０は上昇して、加圧位置ｈに待機している。上ヘッド７０と共に下降したインレット１０は、下ヘッド８０に接触する（ステップＳ２０ｂ）。

インレット１０は上下ヘッドに挟まれて、インレット１０は加熱／加圧される（ステップＳ２２）。加熱は、上下ヘッドの両方により行われる。そして、接着剤３０が硬化して、ＩＣチップ１２が接合される。以下、ステップＳ２４、ステップＳ２６は、従来の場合と同様であるので説明は省略する。なお、吸着部９０は、上下ヘッドの退避に合わせて、吸着を終了する。

次に、実施形態１−２を説明する。インレット１０がヘッド部に搬送される（ステップＳ１０）。実施形態１−２では、インレット１０を上に移動はさせない。上下ヘッドが始動する（ステップＳ１２）。上ヘッド７０の速度が低速化される（ステップＳ１４）。そのため下ヘッド８０の方が速く上昇して、下ヘッド８０とインレット１０の基材１４が接触する（ステップＳ１６ｃ）。これにより、下ヘッド８０による予熱によって接着剤３０が樹脂流動する（ステップＳ１８）。また、下ヘッド８０に吸着部９０が設けられていれば、基材１４の吸着を開始する。

上ヘッド７０とインレット１０が接触する（ステップＳ２０ｃ）。下ヘッド８０による加熱を開始してから所定時間経過後に、低速で下降してきた上ヘッド７０が、インレット１０のＩＣチップ１２に接触する。

インレット１０は上下ヘッドに挟まれて、インレット１０は加熱／加圧される（ステップＳ２２）。加熱は、上下ヘッドの両方により行われ、加圧は上ヘッド７０により行われる。そして、接着剤３０が硬化して、ＩＣチップ１２が接合される。吸着部９０は、上下ヘッドの退避に合わせて、吸着を終了する。以下、ステップＳ２４、ステップＳ２６は、上と同様であるので説明は省略する。

図１０は、上下ヘッドの加熱／加圧タイミングによって捕捉される導電粒子３２の量の関係を模式的に説明する図である。図１０の左の欄が、「条件１」で、加熱と加圧の時間差が短い例である。図１０の中央の欄が、「条件２」で、実施形態１−１及び１−２の例である。図１０の右の欄が、「条件３」で、加熱と加圧の時間差が長い場合の例である。「条件１」は、図９で説明した従来方式に相当する。

また、図１０の中段のグラフは、各条件での、上下ヘッドの接触時間に対する接着剤３０の温度の変化の例を示す。下段は、各条件による、バンプ１８とアンテナパターン１６の断面図で、接合状態の捕捉量を模式的に示す。

条件１から説明する。加熱開始と加圧開始の時間差が短い場合とは、例えば、グラフで示すように、一方のヘッド(例えば上ヘッド７０)の接触後、短時間（例えば、０．３ｓｅｃ以内）で、他方のヘッド（下ヘッド８０）が接触した場合である。上下ヘッドのいずれが先に接触しても、大きな差はない。

接着剤３０は、２つのヘッドでほぼ同時に加熱されるので、温度上昇が速い。そして、ほぼ同時に加圧も開始される。つまり、接着剤３０が昇温して樹脂流動が発生する前に、加圧が開始される。

この加圧により、粘性の高い状態の接着剤３０によって導電粒子３２も捕捉範囲外（バンプ１８の外側）に流出してしまう。その結果、図１０条件１の接合状態の図に示すように、バンプ１８とアンテナパターン１６間で、十分な量の導電粒子３２を捕捉することができない。

「条件３」は、逆に加熱開始と加圧開始の時間差が長すぎた場合である。例えば、下ヘッド８０が接触してから、比較的長い時間（例えば、２ｓｅｃ以上）経過後、上ヘッド７０が接触した場合である。

加圧する前に、下ヘッド８０による加熱時間が長すぎると、下ヘッド８０だけの加熱によって接着剤３０が硬化してしまう。つまり、「条件３」の接合状態の図に示すように、バンプ１８とアンテナパターン１６間にすきまが開いた状態で接合されてしまう。つまり、バンプ１８とアンテナパターン１６の間に導電粒子３２が存在していても、導電粒子３２によって電気的な接続がされない、接触不良状態となってしまう。

これに対して、「条件２」では、上述したように、上下ヘッドのいずれかで、樹脂流動温度になるまで予熱をしてから、加圧を開始させるようにしている。ここでは、およそ９０℃から１３０℃になった時点で、他のヘッドを接触させて、加熱／加圧を行う。

ヘッド接触の時間差は、例えば１．５ｓｅｃ程度である。予熱の時間は、接着剤３０の硬化特性、インレット１０の形状、上下ヘッドの加熱力等によって異なるため、予め実験等を行い、設定しておけばよい。

樹脂流動が発生している状態で、加圧が開始されるので、樹脂の勢いによってバンプ１８の外側へ押し流される導電粒子３２は少なくなると考えられる。さらに、加圧速度を遅くすることで、樹脂の勢いも小さくなり、バンプ１８の外側へ押し流される導電粒子３２はより少なくなると考えられる。

これにより、「条件２」の接合状態の図に示すように、バンプ１８とアンテナパターン１６間で、十分な量の導電粒子３２を捕捉することができるようになる。

なお、これまでの説明では、「樹脂流動温度に達してから加圧を開始する」ことと、「加圧の速度を低速で行う」ことを、組み合わせて説明した。しかし、いずれか一方のみでも、導電粒子３２を捕捉効果は高まるはずであるので、いずれか単独で実行するようにしてもよい。
〔第２実施形態〕
第２実施形態は、アンテナパターン１６に導電粒子３２の捕捉量を多くするための窪みを形成する方式である。

図１１は、窪み１６ａが設けられたアンテナパターン１６とバンプ１８間に形成された接着剤３０の層を断面した模式図である。図１１を参照して、窪み１６ａによって、捕捉される導電粒子３２が増大することを説明する。

図１１（Ａ）は、接着剤３０塗布後で、加圧前の状態である。図２（Ｄ）に相当する状態である。アンテナパターン１６とバンプ１８とは十分に離れていて、その間には、導電粒子３２が多数存在している。

図１１（Ｂ）は、インレット１０が低速加圧されている状態を示す。加圧によって、接着剤３０がバンプ１８の外側に逃げていくが、導電粒子３２の一部は、窪み１６ａの壁等に引っかかるように積層される。

そして、加圧終了後に、窪みがない場合に比べて、窪み１６ａに積層された導電粒子３２が加わるために（図１１（Ｃ））、アンテナパターン１６とバンプ１８の接触抵抗はより小さくなる。

第２実施形態に用いるＩＣチップ接合装置１は、図２、図３等で説明した第１実施形態で用いたＩＣチップ接合装置１のマウンタに加圧機構を付加したものである。マウンタは、加圧機構により、ＩＣチップ１２を基材１４に加圧して、パターンの表面にＩＣチップ１２のバンプ１８による窪みを形成する。また、ＩＣチップ接合装置１の制御部には、加圧力を制御するマウンタ加圧制御部も設けられる。

アンテナパターン１６の窪み１６ａは、マウンタの加圧により、図２（Ｃ）の工程で、設けられる。ＩＣチップ１２を搭載する際、ＩＣチップ１２はアンテナに窪みが発生する程度の荷重で加圧される。

Ａｌ配線はバンプ１８に対して軟らかいので、局所的な加圧をすることで、アンテナパターン１６に窪み１６ａを形成させることができる。また、アンテナパターン１６は、非弾性材なので付与した窪みが戻ることもない。

また、バンプ１８を使って直接変形させることで、バンプ１８とほぼ同サイズの窪みを作ることが可能となり、接合時に堆積した導電粒子を確実に挟み込むことが可能となる。

実験によれば、５０Ｎ／ｍｍ²（=５０ＭＰａ）以上で加圧し、アンテナパターン１６の温度が室温から基材１４のガラス転移点以下の範囲にあれば窪み中心が凸になるように変形することが確認できている。なお、比較として示すと、実施形態１での上ヘッド７０による圧力は、１０〜２５Ｎ／ｍｍ² 程度である。

また、加圧力の上限は、ＩＣチップ１２の厚み、サイズ、ＩＣチップ１２の保持具の先端サイズ等に依存して変化するが、例えば、実験では １２０Ｎ／ｍｍ²で、問題ないことが確認されている。

図１２は、製作したアンテナパターン１６の窪み１６ａ部分を拡大した写真である。図１３は、図１２の窪み１６ａのＡ〜Ａ´断面での形状データである。横軸が窪み１６ａの水平方向の位置を示し、縦軸が窪み１６ａの深さを示す。図１２、図１３からもわかるように、窪み１６ａの中央には、やや盛り上がった部分１６ｂも形成される。

このようにアンテナパターン１６を変形させることでバンプ中心部に隙間が生じることなく、導電粒子の堆積を実現することが可能となる。

なお、図２（Ｃ）の工程で窪み１６ａが形成された後でも、マウンタの微小な粘着力や接着剤の浮力によって、バンプ１８は窪み１６ａに密着した状態とはならずに、窪み１６ａから少し浮き上がった状態となる。つまり、加圧後に、バンプ１８と窪み１６ａの間には、導電粒子３２が存在するに十分なすきまが確保される。そのため、バンプ１８と窪み１６ａの間で導電粒子３２が存在しないで接合されてしまうことはない。

また、第２実施形態によるＩＣチップ接合装置１によって製造されるインレット１０は、「基材のアンテナパターンには、導電接着剤が塗布された上に搭載されたバンプが加圧されることによる窪みが形成され、窪みにバンプの一部が入った状態で、加熱加圧して接合される」ものである。
〔第１実施形態＋第２実施形態〕
次に、第２実施形態に第１実施形態の処理を組み合わせた例を説明する。第１実施形態は、上下ヘッドの加熱／加圧のタイミングに関するものであるから、第２実施形態を組み合わせることができる。また、実施形態１−１及び実施形態１−２のいずれでも、第２実施形態を組み合わせることができる。

また、第２実施形態への第１実施形態の処理を組み合わせは、図２で示すＩＣチップ接合装置１のマウンタ６０に加圧機構、及び制御部にマウンタ加圧制御部を追加して、図２（Ｃ）の工程で、ＩＣチップ１２を基材１４に所定の圧力で加圧して、パターンの表面にＩＣチップ１２のバンプ１８による窪みを形成することで実現できる。

図１４は、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせた場合の、接合部での導電粒子３２の捕捉態様を示す模式図である。図１４（Ａ）は、上下ヘッドのいずれかがインレット１０に接触して、バンプ１８と窪み１６ａの間の接着剤３０が加熱されている状態を示す。バンプ１８とアンテナパターン１６の窪み１６ａの間で、加温による樹脂流動が発生している状態である。図９のステップＳ１８の工程に相当する。

図１４（Ｂ）は、上ヘッド７０を低速で下降させている状態を示す。図９のステップＳ２２の工程に相当する。樹脂流動と低速化により、バンプ１８の外側に逃げる導電粒子３２の量を減少させて、導電粒子３２の捕捉量を多くすることができる。加えて、窪み１６ａの効果により、導電粒子３２の捕捉量をより多くすることができる。

図１４（Ｃ）は、接合後に、バンプ１８と窪み１６ａの間に導電粒子３２が挟み込まれた状態を示す。樹脂流動と低速化及び窪みの３つ効果により、捕捉される導電粒子３２が増大する。

図１５、図１６に、従来の接合方式と本実施形態によるインレット１０信頼性試験の結果を比較した表を示す。なお、例で示す接着剤や導電粒子の材質等は、１例であって、他の材質や形状であっても、本実施形態への適用は可能である。

図１５は、実験に使用した材料の１例を示す表である。接着剤３０は、エポキシ系１液性熱硬化型である。導電粒子３２の材質は、Ｎｉである。ＩＣチップ１２のサイズは、０．５×０．５ｍｍである。バンプ１８の材質は、Ａｕである。基材１４の材質は、ＰＥＴである。

図１６は、本実施形態の接合方式と従来の接合方式による信頼性試験の結果を示す表である。なお、この信頼性試験では、実施形態１−１に第２実施形態を組み合わせて接合したインレット１０を、本実施形態のサンプルとして用いている。本実施形態の接合方式によれば、従来方式に比べ、導電粒子３２の捕捉量は、約２倍になり、熱衝撃試験による不良率は約１／４０、高温高湿度試験による不良率も約１／５０になった。
以上のように、本実施形態によれば、Ａｌ配線に対する圧接接合工法において、高信頼度の接合方法が得られる。
上記実施形態では、ＲＦＩＤタグに適用した例を示したが、他の製品であっても、ＩＣチップをパターンに接合する工程を含む製品、例えば、小型の情報機器、マイクロチップ、腕時計等であれば、本実施形態を適用することができる。

なお、発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

１０ インレット
１２ ＩＣチップ
１４ 基材
１６ アンテナパターン
１６ａ 窪み
１８ バンプ
３０ 接着剤
３２ 導電粒子
５０ ディスペンサ
６０ マウンタ
７０ 上ヘッド
８０ 下ヘッド
９０ 吸着部

Claims (20)

1. ＩＣチップのバンプと基材のパターンの間に熱硬化型で異方性の導電接着剤層を形成し、前記ＩＣチップの上側に配置され上下方向に移動可能で加熱部を備える上ヘッドと、前記基材の下側に配置され上下方向に移動可能で加熱部を備える下ヘッドからなる上下ヘッドによって、前記ＩＣチップと基材を挟んで加熱および加圧して接合するＩＣチップの接合方法において、
   液状の前記導電接着剤を前記基材のパターン上に塗布する工程と、
   前記導電接着剤が塗布された前記基材のパターン上に前記ＩＣチップのバンプを搭載する搭載工程と、
   前記ＩＣチップの搭載後、前記塗布された導電接着剤を、樹脂流動を発生させる温度で予熱する予熱工程と、
   前記予熱工程の後に、前記上下ヘッドで挟んで加圧して、前記導電接着剤の硬化温度まで加熱する接合工程と、を含む
   ことを特徴とするＩＣチップの接合方法。
2. 前記予熱工程において、前記上ヘッドを前記ＩＣチップに接触させるか、あるいは前記下ヘッドを前記基材に接触させて予熱を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップの接合方法。
3. 前記予熱工程において、前記導電接着剤に樹脂流動を発生させる温度は、９０°Ｃ〜１３０°Ｃである
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップの接合方法。
4. 前記接合工程では、前記下ヘッドを所定位置まで上昇させて固定しておき、上ヘッドを下降させることで加圧する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップの接合方法。
5. 前記上ヘッドによる加圧時の下降速度は、５ｍｍ／sec以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載のＩＣチップの接合方法。
6. 前記予熱工程において、前記上ヘッドを前記ＩＣチップに接触させて予熱する場合には、前記ＩＣチップ及び前記基材の高さを前記上ヘッド寄りの位置まで上げておき、下降する上ヘッドと接触後に、前記ＩＣチップと前記基材を前記上ヘッドと同じ速度で下降させ、当該下降中に前記予熱を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載のＩＣチップの接合方法。
7. 前記予熱工程では、前記下ヘッドの周囲に設けられる吸着部によって前記基材の下面を吸着する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップの接合方法。
8. 前記搭載工程では、前記ＩＣチップを前記基材に加圧して、前記基材のパターンの表面に前記ＩＣチップのバンプによる窪みを形成させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣチップの接合方法。
9. 前記ＩＣチップを前記基材に加圧する加圧力は、５０ＭＰａ以上である
   ことを特徴とする請求項８に記載のＩＣチップの接合方法。
10. 前記ＩＣチップは、ＲＦＩＤタグ用のＩＣチップで、前記パターンはアンテナパターンである
    ことを特徴とする請求項1乃至９のいずれか１項に記載のＩＣチップの接合方法。
11. ＩＣチップのバンプと基材のパターンの間に熱硬化型で異方性の導電接着剤層が形成された前記ＩＣチップと基材を挟んで加熱および加圧して接合するものであって、前記ＩＣチップの上側にあって上下方向に移動可能で加熱部を備える上ヘッドと、前記基材の下側にあって上下方向に移動可能で加熱部を備える下ヘッドからなる上下ヘッドを有するＩＣチップの接合装置において、
    前記上下ヘッドは、液状の前記導電接着剤が塗布された前記基材のパターン上に搭載された前記ＩＣチップに対して、前記塗布された導電接着剤を樹脂流動を発生させる温度で予熱し、当該予熱の後に、前記ＩＣチップと前記基材を挟んで加圧し、硬化温度まで加熱する
    ことを特徴とするＩＣチップの接合装置。
12. 前記下ヘッドの周囲に、前記予熱の際に前記基材の下面を吸着する吸着部を備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載のＩＣチップの接合装置。
13. ＩＣチップのバンプと基材のパターンの間に熱硬化型で異方性の導電接着剤層を形成し、前記ＩＣチップの上側にあって上下方向に移動可能な上ヘッドと、前記基材の下側にあって上下方向に移動可能な下ヘッドからなる上下ヘッドによって、前記ＩＣチップと基材を挟んで加熱および加圧して接合するＩＣチップの接合方法において，
    液状の前記導電接着剤を前記基材のパターン上に塗布する工程と、
    前記導電接着剤が塗布された基材のパターン上に前記ＩＣチップのバンプを乗せて、前記乗せたＩＣチップを前記基材に加圧して、前記パターンの表面に前記ＩＣチップのバンプによる窪みを形成する搭載工程と、
    前記搭載工程から搬送された前記ＩＣチップが搭載されかつ窪みが形成された基材と前記ＩＣチップを、前記上下ヘッドで挟んで加圧して、前記導電接着剤の硬化温度まで加熱する接合工程と、を含む
    ことを特徴とするＩＣチップの接合方法。
14. 前記搭載工程において前記ＩＣチップを前記基材に加圧する加圧力は、５０ＭＰａ以上である
    ことを特徴とする請求項１３に記載のＩＣチップの接合方法。
15. 前記上ヘッド及び前記下ヘッドには、それぞれ加熱部が備えられ、
    前記搭載工程によって前記バンプにより前記パターンの表面に窪みを形成した後、前記上ヘッドを前記ＩＣチップに接触させるか、あるいは前記下ヘッドを前記基材に接触させて、前記塗布された導電接着剤を硬化温度以下で予熱する予熱工程を有し、
    前記予熱工程の後に、前記接合工程が行われる
    ことを特徴とする請求項１３に記載のＩＣチップの接合方法。
16. 前記予熱工程において、前記予熱の温度は、前記導電接着剤に樹脂流動を発生させる温度である
    ことを特徴とする請求項１５に記載のＩＣチップの接合方法。
17. 前記予熱工程において、前記導電接着剤に樹脂流動を発生させる温度は、９０°Ｃ〜１３０°Ｃである
    ことを特徴とする請求項１５に記載のＩＣチップの接合方法。
18. 前記ＩＣチップは、ＲＦＩＤタグ用のＩＣチップで、前記パターンはアンテナパターンである
    ことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載のＩＣチップの接合方法。
19. ＩＣチップのバンプと基材のパターンの間に熱硬化型で異方性の導電接着剤層を形成し、前記ＩＣチップの上側にあって上下方向に移動可能な上ヘッドと、前記基材の下側にあって上下方向に移動可能な下ヘッドからなる上下ヘッドによって、前記ＩＣチップと基材を挟んで加熱および加圧して接合するＩＣチップの接合装置において、
    液状の前記導電接着剤が塗布された基材のパターン上に前記ＩＣチップのバンプを乗せて、前記パターンの表面に前記ＩＣチップのバンプによる窪みが形成されるように、前記ＩＣチップを前記基材に加圧するマウンタと、
    前記マウンタにより前記ＩＣチップが搭載されて前記窪みが形成された前記基材と前記ＩＣチップとを挟んで加熱および加圧する上下ヘッドとを備える
    ことを特徴とするＩＣチップの接合装置。
20. 請求項１乃至９、請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載のＩＣチップの接合方法によって、ＩＣチップのバンプと基材のアンテナパターンとを接合する
    ことを特徴とするＲＦＩＤタグのインレットの製造方法。