JPWO2007066401A1 - 電子部品の製造方法および熱伝導部材の製造方法並びに電子部品用熱伝導部材の実装方法 - Google Patents
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Abstract
電子部品（１６）上に固形の接合材（２２）が配置される。接合材（２２）の表面には熱伝導部材（２１）が重ね合わせられる。熱伝導部材（２１）および基板（１５）の間で流動性の熱硬化性接着剤（２７、２８）が挟み込まれても固形の接合材（２２）の表面で熱伝導部材（２１）は支持される。接合材（２２）の厚みは維持される。熱硬化性接着剤（２７、２８）の硬化後に接合材（２２）が溶融すると、熱伝導部材（２１）は硬化後の熱硬化性接着剤（２７、２８）で支持される。接合材（２２）の溶融に拘わらず熱伝導部材（２１）の下降は確実に阻止される。こうして凝固後の接合材（２２）で厚みの縮小は確実に回避される。固形の接合材（２２）の厚みに基づき凝固後の接合材（２２）の厚みは正確に制御されることができる。
Description
本発明は電子部品用熱伝導部材の実装方法に関する。
例えばＬＳＩパッケージでは小型の基板上にＬＳＩチップが実装される。ＬＳＩチップは基板の表面でスティフナに取り囲まれる。スティフナは基板の剛性を高める。ＬＳＩチップの表面には熱伝導部材すなわちヒートスプレッダが固着される。スティフナはヒートスプレッダおよび基板の間に挟み込まれる。
ＬＳＩパッケージの製造にあたって、まず、ＬＳＩチップ上に固形のはんだ材は配置される。接合材の表面にはヒートスプレッダが重ね合わせられる。このとき、ヒートスプレッダおよび基板の間にはスティフナが挟み込まれる。ヒートスプレッダおよびスティフナや基板およびスティフナの間には熱硬化性接着剤が挟み込まれる。その後、はんだ材および熱硬化性接着剤には熱が加えられる。はんだ材および熱硬化性接着剤は溶融後に再び硬化する。こうしてヒートスプレッダはＬＳＩチップの表面に固着される。同時に、スティフナはヒートスプレッダおよび基板の間で固着される。
特開平８−７８８３７号公報
特開２００２−１９０５６０号公報
特開昭５４−１０８２７３号公報
加熱にあたってＬＳＩチップや基板は加熱炉に入れられる。加熱炉では、はんだ材の融点および熱硬化性接着剤の硬化温度を超える温度が設定される。ＬＳＩチップ上ではんだ材が溶融すると同時にスティフナの上下で熱硬化性接着剤は溶融する。その結果、ヒートスプレッダは基板に向かって下降する。ヒートスプレッダの重みや押し付け圧の大きさに応じてはんだ材の厚みは増減する。はんだ材が厚すぎると熱の伝達効率が低下する。はんだ材が薄すぎるとＬＳＩチップからヒートスプレッダが剥離してしまう。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、確実に電子部品および熱伝導部材の間で接合材の厚みを制御することができる電子部品用熱伝導部材の実装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、第１発明によれば、電子部品上に接合材を配置する工程と、接合材の表面に熱伝導部材を重ね合わせ、熱伝導部材および基板の間に熱硬化性接着剤を挟み込む工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品の製造方法が提供される。
熱伝導部材は接合材の表面で支持される。熱伝導部材と基板との距離が維持されつつ熱硬化性接着剤は硬化することができる。熱硬化性接着剤の硬化後に接合材が溶融すると、熱伝導部材は硬化後の熱硬化性接着剤で支持される。接合材の溶融に拘わらず熱伝導部材の下降は確実に阻止されることができる。こうして熱伝導部材と電子部品との間隔は維持される。凝固後の接合材で厚みの縮小は確実に回避されることができる。こうして接合材の厚みに基づき凝固後の接合材の厚みは正確に制御されることができる。この製造方法では、固形の接合材や流動性の熱硬化性接着剤が用いられればよい。
熱伝導部材および基板の間に熱硬化性接着剤を挟み込む際に、熱伝導部材および基板の間にはさらに支持部材が挟み込まれてもよい。このとき、熱硬化性接着剤の挟み込みにあたって、熱硬化性接着剤は支持部材の全周にわたって挟み込まれればよい。
第２発明によれば、電子部品上に接合材を配置する工程と、電子部品の周囲で基板上に熱硬化性接着剤および熱伝導部材を重ね合わせ、接合材の表面に熱伝導部材を向き合わせる工程と、熱硬化性接着剤を加熱し、熱硬化性接着剤を溶融する工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品の製造方法が提供される。
熱硬化性接着剤が溶融しても接合材の表面で熱伝導部材は支持される。熱伝導部材と基板との距離が維持されつつ熱硬化性接着剤は硬化することができる。熱硬化性接着剤の硬化後に接合材が溶融すると、熱伝導部材は硬化後の熱硬化性接着剤で支持される。接合材の溶融に拘わらず熱伝導部材の下降は確実に阻止されることができる。こうして熱伝導部材と電子部品との間隔は維持される。凝固後の接合材で厚みの縮小は確実に回避されることができる。こうして接合材の厚みに基づき凝固後の接合材の厚みは正確に制御されることができる。
第３発明によれば、部品上に接合材を配置する工程と、接合材の表面に熱伝導部材を重ね合わせ、熱伝導部材および基板の間に熱硬化性接着剤を挟み込む工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする熱伝導部材の製造方法が提供される。
熱伝導部材は接合材の表面で支持される。熱伝導部材と基板との距離が維持されつつ熱硬化性接着剤は硬化することができる。熱硬化性接着剤の硬化後に接合材が溶融すると、熱伝導部材は硬化後の熱硬化性接着剤で支持される。接合材の溶融に拘わらず熱伝導部材の下降は確実に阻止されることができる。こうして熱伝導部材と部品との間隔は維持される。凝固後の接合材で厚みの縮小は確実に回避されることができる。こうして接合材の厚みに基づき凝固後の接合材の厚みは正確に制御されることができる。
第４発明によれば、部品上に接合材を配置する工程と、部品の周囲で基板上に熱硬化性接着剤および熱伝導部材を重ね合わせ、接合材の表面に熱伝導部材を向き合わせる工程と、熱硬化性接着剤を加熱し、熱硬化性接着剤を溶融する工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする熱伝導部材の製造方法。
熱硬化性接着剤が溶融しても接合材の表面で熱伝導部材は支持される。熱伝導部材と基板との距離が維持されつつ熱硬化性接着剤は硬化することができる。熱硬化性接着剤の硬化後に接合材が溶融すると、熱伝導部材は硬化後の熱硬化性接着剤で支持される。接合材の溶融に拘わらず熱伝導部材の下降は確実に阻止されることができる。こうして熱伝導部材と部品との間隔は維持される。凝固後の接合材で厚みの縮小は確実に回避されることができる。こうして接合材の厚みに基づき凝固後の接合材の厚みは正確に制御されることができる。
第５発明によれば、基板上に実装される電子部品上に固形の接合材を配置する工程と、接合材の表面に熱伝導部材を重ね合わせ、熱伝導部材および基板の間に支持部材および流動性の熱硬化性接着剤を挟み込む工程と、熱硬化性接着剤の硬化温度以上で接合材の融点未満の温度を維持し、熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材の融点以上の温度で接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品用熱伝導部材の実装方法が提供される。
熱伝導部材および基板の間で流動性の熱硬化性接着剤が挟み込まれても固形の接合材の表面で熱伝導部材は支持される。接合材の厚みは維持される。熱硬化性接着剤の硬化後に接合材が溶融すると、熱伝導部材は硬化後の熱硬化性接着剤で支持される。接合材の溶融に拘わらず熱伝導部材の下降は確実に阻止されることができる。こうして熱伝導部材と電子部品との間隔は維持される。接合材の流動体は熱伝導部材と電子部品との間を満たし続けることから、凝固後の接合材で厚みの縮小は確実に回避されることができる。こうして固形の接合材の厚みに基づき凝固後の接合材の厚みは正確に制御されることができる。
第６発明によれば、基板上に実装される電子部品上に固形の接合材を配置する工程と、電子部品の周囲で基板上で支持部材、固形の熱硬化性接着剤および熱伝導部材を重ね合わせ、接合材の表面に熱伝導部材を向き合わせる工程と、固形の熱硬化性接着剤を加熱し、熱硬化性接着剤を溶融する工程と、熱硬化性接着剤の硬化温度以上で接合材の融点未満の温度を維持し、熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材の融点以上の温度で接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品用熱伝導部材の実装方法が提供される。
熱伝導部材および基板の間で固形の熱硬化性接着剤が溶融しても固形の接合材の表面で熱伝導部材は支持される。接合材の厚みは維持される。熱硬化性接着剤の硬化後に接合材が溶融すると、熱伝導部材は硬化後の熱硬化性接着剤で支持される。接合材の溶融に拘わらず熱伝導部材の下降は確実に阻止されることができる。こうして熱伝導部材と電子部品との間隔は維持される。接合材の流動体は熱伝導部材と電子部品との間を満たし続けることから、凝固後の接合材で厚みの縮小は確実に回避されることができる。こうして固形の接合材の厚みに基づき凝固後の接合材の厚みは正確に制御されることができる。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１はプリント基板ユニット１１の構造を概略的に示す。プリント基板ユニット１１は樹脂製のプリント基板１２を備える。プリント基板１２の表面には電子部品パッケージすなわちＬＳＩパッケージ１３が実装される。ＬＳＩパッケージ１３は複数個の端子バンプ１４でプリント基板１２に固定される。端子バンプ１４は例えばはんだといった導電材料から構成されればよい。
ＬＳＩパッケージ１３は、プリント基板１２の表面に実装される樹脂製基板すなわちパッケージ基板１５を備える。パッケージ基板１５の表面には１個の電子部品すなわちＬＳＩチップ１６が実装される。ＬＳＩチップ１６は複数個の端子バンプ１７でパッケージ基板１５に固定される。端子バンプ１７は例えばはんだといった導電材料から構成されればよい。端子バンプ１７はパッケージ基板１５上で封止される。この封止にあたってＬＳＩチップ１６とパッケージ基板１５との間は樹脂材１８で満たされる。その他、こういったパッケージ基板１５には例えばセラミック基板が用いられてもよい。
ＬＳＩパッケージ１３は熱伝導部材すなわちヒートスプレッダ２１を備える。ヒートスプレッダ２１はＬＳＩチップ１６の上向き平坦面に受け止められる。ヒートスプレッダ２１は、ＬＳＩチップ１６の上向き平坦面よりも外側に大きく広がる平板に形成されればよい。こうしてＬＳＩチップ１６の上向き平坦面はヒートスプレッダ２１で覆われる。ヒートスプレッダ２１は例えば銅やアルミニウム、炭化アルミニウム、炭化珪素、アルミニウムシリコンカーバイト（ＡｌＳｉＣ）といった熱伝導性材料から構成されればよい。
ＬＳＩチップ１６およびヒートスプレッダ２１の間には熱伝導性の接合材２２が挟み込まれる。接合材２２は均一な厚みでＬＳＩチップ１６の上向き平坦面上を広がる。ヒートスプレッダ２１は接合材２２でＬＳＩチップ１６の上向き平坦面に結合される。接合材２２には例えば低温はんだ材が用いられる。接合材２２は溶融後の凝固に基づきＬＳＩチップ１６の上向き平坦面に隙間なく接触する。同様に、接合材２２は溶融後の凝固に基づきヒートスプレッダ２１の下向き面に隙間なく接触する。
ヒートスプレッダ２１上には放熱部材すなわちヒートシンク２３が受け止められる。ヒートシンク２３には、平板状の本体すなわち受熱部２３ａと、この受熱部２３ａから垂直方向に立ち上がる複数枚のフィン２３ｂとが形成される。受熱部２３ａは平坦な下向き面でヒートスプレッダ２１の上向き平坦面に向き合わせられる。隣接するフィン２３ｂ同士の間には同一方向に延びる通気路が区画される。ヒートシンク２３は例えばアルミニウムや銅といった金属材料から成型されればよい。
ヒートスプレッダ２１の上向き平坦面およびヒートシンク２３の下向き面の間には熱伝導性の流動体すなわちサーマルグリース２４が挟み込まれる。サーマルグリース２４は、例えばシリコーングリースと、このシリコーングリース中に分散する熱伝導性微小粒子すなわち熱伝導性フィラーとから構成される。熱伝導性フィラーには例えばセラミック粒子や金属粒子が用いられればよい。その他、ヒートスプレッダ２１の上向き平坦面およびヒートシンク２３の下向き面の間には例えば熱伝導シートや熱伝導ゲルが挟み込まれてもよい。
ＬＳＩチップ１６の動作中にＬＳＩチップ１６は発熱する。ＬＳＩチップ１６の熱は接合材２２からヒートスプレッダ２１に伝達される。ヒートスプレッダ２１は広い範囲にＬＳＩチップ１６の熱を拡散する。こうして拡散した熱はサーマルグリース２４からヒートシンク２３に伝達される。ヒートシンク２３は大きな表面積の表面から大気中に熱を放散する。こうしてＬＳＩチップ１６の温度上昇は効果的に抑制される。しかも、後述されるように接合材２２の厚みは許容最小値に設定されることから、ＬＳＩチップ１６とヒートスプレッダ２１との間で効率的に熱は伝達される。こうして接合材２２の厚みに許容最小値が確保されれば、ＬＳＩチップ１６からヒートスプレッダ２１の剥離は確実に回避されることができる。
パッケージ基板１５上ではＬＳＩチップ１６の周囲に支持部材すなわちスティフナ２６が固着される。スティフナ２６およびパッケージ基板１５の間には熱硬化性接着剤２７が挟み込まれる。スティフナ２６は熱硬化性接着剤２７の働きでパッケージ基板１５の上向き面に固定される。スティフナ２１の熱膨張率は例えばパッケージ基板１５の熱膨張率に合わせ込まれればよい。そういった場合にはスティフナ２６は例えば銅やステンレス鋼から形成されればよい。スティフナ２６はパッケージ基板１５の剛性を高める。
スティフナ２６およびヒートスプレッダ２１の間には、同様に、熱硬化性接着剤２８が挟み込まれる。この熱硬化性接着剤２８に基づきヒートスプレッダ２１はスティフナ２６に固着される。こうしてヒートシンク２３の重量はスティフナ２６で支持される。ＬＳＩチップ１６にヒートシンク２３から作用する負荷は軽減される。こうしてＬＳＩチップ１６の破損は阻止されることができる。後述されるように、熱硬化接着剤２７、２８の硬化温度は接合材２２の融点よりも低く設定される。熱硬化接着剤２７、２８の融点はその硬化温度よりも低く設定されればよい。接合材２２の融点は常温（例えば室温）よりも十分に高く設定されることが望まれる。端子バンプ１４、１７の融点は接合材２２の融点よりも高く設定されることが望まれる。
図２から明らかなように、スティフナ２６はパッケージ基板１５上でＬＳＩチップ１６の外周を取り囲む。スティフナ２６はその全周にわたってヒートスプレッダ２１およびパッケージ基板１５の間に挟み込まれる。このとき、スティフナ２６およびパッケージ基板１５の間にはスティフナ２６の全周にわたって熱硬化樹脂材２７、２８が挟み込まれればよい。
次に、ＬＳＩパッケージ１３の製造方法を詳述する。例えば図３に示されるように、パッケージ基板１５は用意される。パッケージ基板１５上にはＬＳＩチップ１６が実装される。ＬＳＩチップ１６の上向き平坦面には固形の接合材２２が配置される。接合材２２には、予め決められた厚みの低温はんだ板が用いられればよい。低温はんだ板の外形はＬＳＩチップ１６の上向き平坦面に合わせ込まれればよい。
図４に示されるように、パッケージ基板１５上にはＬＳＩチップ１６の周囲で固形の熱硬化性接着剤２７、スティフナ２６および固形の熱硬化性接着剤２８が順番に重ね合わせられる。熱硬化性接着剤２７、２８には熱硬化性接着剤シートが用いられればよい。ここでは、上側熱硬化性接着剤２８の頂上面は接合材２２の上向き面よりも高く設定される。ただし、上側熱硬化性接着剤２８の頂上面は接合材２２の上向き面と同一高さに設定されてもよい。その後、上側熱硬化性接着剤２８の頂上面にはヒートスプレッダ２１が重ね合わせられる。ヒートスプレッダ２１とパッケージ基板１５との間には熱硬化性接着剤２７、スティフナ２６および熱硬化性接着剤２８が挟み込まれる。ヒートスプレッダ２１の下向き面は所定の間隔で接合材２２の上向き面に向き合わせられる。
その後、パッケージ基板１５は加熱炉に入れられる。加熱炉の温度は熱硬化性接着剤２７、２８の硬化温度以上で第１温度に設定される。ただし、この第１温度は接合材２２の融点よりも低く設定される。熱硬化性接着剤２７、２８の溶融温度はその硬化温度よりも低いことから、加熱炉が熱硬化性接着剤２７、２８の硬化温度に達するまでに熱硬化性接着剤２７、２８は溶融する。熱硬化性接着剤２７、２８の流動体には所定の粘性や表面張力が与えられることから、熱硬化性接着剤２７、２８の流動体はパッケージ基板１５およびスティフナ２６の間やスティフナ２６およびヒートスプレッダ２１の間に保持される。図５に示されるように、熱硬化性接着剤２７、２８の溶融に伴ってヒートスプレッダ２１はパッケージ基板１５に向かって下降する。こうしてヒートスプレッダ２１の下向き面は接合材２２の上向き面に受け止められる。ヒートスプレッダ２１の重量は接合材２２、ＬＳＩチップ１６、端子バンプ１７および樹脂材１８で支持される。その後、ヒートスプレッダ２１の高さは維持される。このとき、接合材２２は前述の厚みを維持し続ける。
加熱炉では所定の持続時間にわたって第１温度は維持される。この持続時間が経過すると、熱硬化性接着剤２７、２８は完全に硬化する。この持続時間の経過中、接合材２２の溶融は確実に阻止される。持続時間は例えば１〜２時間程度に設定される。ただし、持続時間は熱硬化性接着剤２７、２８に固有に指定される。
熱硬化性接着剤２７、２８の硬化後、加熱炉では第１温度よりも高い第２温度が設定される。この第２温度は接合材２２の融点以上に設定される。こうして接合材２２は溶融する。接合材２２の流動体には所定の粘性や表面張力が付与されることから、接合材２２の流動体はヒートスプレッダ２１およびＬＳＩチップ１６の間を満たし続ける。このとき、ヒートスプレッダ２１の重量は硬化後の熱硬化性接着剤２７、２８およびスティフナ２６で支持される。したがって、ヒートスプレッダ２１の下降は確実に阻止される。接合材２２の溶融にも拘わらずヒートスプレッダ２１の高さは維持される。
その後、パッケージ基板１５は加熱炉から取り出される。接合材２２は冷却される。冷却に伴って接合材２２は凝固する。前述のように、凝固までにヒートスプレッダ２１の高さは一定に維持されることから、凝固後の接合材２２では最初のままの厚みが確保される。こうして固形の接合材２２の厚みに基づき凝固後の接合材２２の厚みは確実に制御されることができる。固形の接合材２２で許容最小値が設定されると、凝固後の接合材２２で許容最小値の厚みは確立される。接合材２２の厚みが許容最小値を下回ると、ヒートスプレッダ２１の下向き面はＬＳＩチップ１６の上向き平坦面から剥離しやすい。
なお、以上のようなＬＳＩパッケージ１３の製造方法では、固形の熱硬化性接着剤に代えて流動性の熱硬化性接着剤がパッケージ基板１５およびスティフナ２６の間やスティフナ２６およびヒートスプレッダ２１の間に挟み込まれてもよい。この場合には、予め接合材２２の上向き面にヒートスプレッダ２１の下向き面が受け止められればよい。
Claims (10)
- 電子部品上に接合材を配置する工程と、接合材の表面に熱伝導部材を重ね合わせ、熱伝導部材および基板の間に熱硬化性接着剤を挟み込む工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
- 請求の範囲第１項に記載の電子部品の製造方法において、前記接合材が固形であることを特徴とする電子部品の製造方法。
- 請求の範囲第１項に記載の電子部品の製造方法において、前記熱硬化性接着剤が流動性を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
- 請求の範囲第１項に記載の電子部品の製造方法において、前記熱伝導部材および前記基板の間に前記熱硬化性接着剤を挟み込む際に、さらに支持部材を挟み込むことを特徴とする電子部品の製造方法。
- 請求の範囲第４項に記載の電子部品の製造方法において前記熱伝導部材および前記基板の間に前記熱硬化性接着剤を挟み込む際に、前記支持部材の全周にわたって前記熱硬化性接着剤が挟み込まれることを特徴とする電子部品の製造方法。
- 電子部品上に接合材を配置する工程と、電子部品の周囲で基板上に熱硬化性接着剤および熱伝導部材を重ね合わせ、接合材の表面に熱伝導部材を向き合わせる工程と、熱硬化性接着剤を加熱し、熱硬化性接着剤を溶融する工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品の製造方法。
- 部品上に接合材を配置する工程と、接合材の表面に熱伝導部材を重ね合わせ、熱伝導部材および基板の間に熱硬化性接着剤を挟み込む工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする熱伝導部材の製造方法。
- 部品上に接合材を配置する工程と、部品の周囲で基板上に熱硬化性接着剤および熱伝導部材を重ね合わせ、接合材の表面に熱伝導部材を向き合わせる工程と、熱硬化性接着剤を加熱し、熱硬化性接着剤を溶融する工程と、接合材の融点未満の温度で熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする熱伝導部材の製造方法。
- 基板上に実装される電子部品上に固形の接合材を配置する工程と、接合材の表面に熱伝導部材を重ね合わせ、熱伝導部材および基板の間に支持部材および流動性の熱硬化性接着剤を挟み込む工程と、熱硬化性接着剤の硬化温度以上で接合材の融点未満の温度を維持し、熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材の融点以上の温度で接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品用熱伝導部材の実装方法。
- 基板上に実装される電子部品上に固形の接合材を配置する工程と、電子部品の周囲で基板上で支持部材、固形の熱硬化性接着剤および熱伝導部材を重ね合わせ、接合材の表面に熱伝導部材を向き合わせる工程と、固形の熱硬化性接着剤を加熱し、熱硬化性接着剤を溶融する工程と、熱硬化性接着剤の硬化温度以上で接合材の融点未満の温度を維持し、熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、熱硬化性接着剤の硬化後に接合材の融点以上の温度で接合材を融解させる工程とを備えることを特徴とする電子部品用熱伝導部材の実装方法。
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