JPWO2009098831A1 - Manufacturing method of electronic component device - Google Patents
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- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract
生産性が高く、コストを低減することができ、安定した品質をもって、配線基板上にチップ部品が実装された電子部品装置を製造する方法を提供するために、金属ナノ粒子ペースト(1)を基板側電極(23)に付与し、配線基板(22)とチップ部品(26)とを位置合わせした状態で、荷重(30)を加え、それによって、金属ナノ粒子ペースト(1)を圧縮変形限界厚(31)まで圧縮変形させ、次いで、金属ナノ粒子ペースト(1)を加熱することより、金属ナノ粒子を焼結させた接合焼結体(6)を得、それによって、基板側電極(23)とチップ側電極(27)とを互いに接合させる。In order to provide a method for manufacturing an electronic component device in which a chip component is mounted on a wiring board with high quality, which can reduce cost and have a stable quality, a metal nanoparticle paste (1) is used as a substrate. A load (30) is applied to the side electrode (23) and the wiring substrate (22) and the chip component (26) are aligned, thereby applying the metal nanoparticle paste (1) to the compression deformation limit thickness. The bonded sintered body (6) in which the metal nanoparticles are sintered is obtained by compressing and deforming to (31) and then heating the metal nanoparticle paste (1), whereby the substrate-side electrode (23) And the chip side electrode (27) are joined to each other.
Description
この発明は、各々の電極が互いに接合された複数の電子部品からなる電子部品装置の製造方法に関するもので、特に、電極間の接合のために金属ナノ粒子を含む金属ナノ粒子ペーストが用いられる、電子部品装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an electronic component device including a plurality of electronic components in which each electrode is bonded to each other, and in particular, a metal nanoparticle paste containing metal nanoparticles is used for bonding between electrodes. The present invention relates to a method for manufacturing an electronic component device.
近年、電子機器の小型化に伴って、半導体パッケージに対する高集積化の要求がますます強まってきている。半導体パッケージを配線基板に実装および固定して電気的な導通を得るようにした実装技術においても、さらに高集積度かつ高密度のものが要求されている。 In recent years, with the miniaturization of electronic devices, there has been an increasing demand for higher integration of semiconductor packages. Even in a mounting technique in which a semiconductor package is mounted and fixed on a wiring board to obtain electrical continuity, a higher integration and higher density are required.
このため、半導体パッケージの裏面全体に電極としてはんだボールを格子状に配列するようにした、いわゆるBGA(Ball Grid Array)による接合方式が注目され、実用に供されている。このBGA方式の半導体パッケージは、上記のように裏面全体に電極を配置するので、半導体パッケージにおける単位面積あたりの電極数を増やすことができ、その結果、高密度実装や実装面積の縮小に多大な効果を発揮させることができる。 For this reason, a so-called BGA (Ball Grid Array) bonding method in which solder balls are arranged in a grid pattern as electrodes on the entire back surface of the semiconductor package has attracted attention and is in practical use. In the BGA type semiconductor package, since the electrodes are arranged on the entire back surface as described above, the number of electrodes per unit area in the semiconductor package can be increased. The effect can be exhibited.
しかしながら、BGA方式を用いた場合、はんだボールの配列ピッチの狭小化に伴って、リフロー時にいわゆるはんだブリッジが生じ、電極間の短絡が発生しやすくなる。これは、はんだを加熱により一旦溶融させ、液状化した後、冷却して凝固させるという過程を経て接合を行なうマイクロソルダリングには不可避な現象と言える。 However, when the BGA method is used, a so-called solder bridge is generated at the time of reflow as the arrangement pitch of the solder balls is narrowed, and a short circuit between the electrodes is likely to occur. This can be said to be an inevitable phenomenon for micro soldering in which bonding is performed through a process in which solder is once melted by heating, liquefied, then cooled and solidified.
また、複数の必要な電子部品を接合して1つの電子部品装置を製造する際には電子部品の接合を繰り返す毎に、順次、融点のより低いはんだを用いる、いわゆるステップはんだ付けが行なわれるが、このステップはんだ付けを行なう場合、第1ステップのはんだ付けには高温はんだを用いる必要がある。このような高温はんだの実用材料としてはPb−5Sn系が挙げられるが、昨今の環境保全の要求に伴うPb使用に対する規制が厳しくなっており、代替材料の開発が強く望まれている。 In addition, when a plurality of necessary electronic components are joined to manufacture one electronic component device, so-called step soldering using solder having a lower melting point is sequentially performed every time the joining of electronic components is repeated. When performing this step soldering, it is necessary to use high temperature solder for the first step soldering. Pb-5Sn is a practical material for such high-temperature solder, but regulations on the use of Pb in accordance with recent demands for environmental protection have become strict, and the development of alternative materials is strongly desired.
以上のような課題を解決するため、接合材料として、上述したはんだに代えて、図10にその組成を模式的に示した金属ナノ粒子ペーストを用いることが、たとえば特開平9−326416号公報(特許文献1)および特開2004−128357号公報(特許文献2)において提案されている。 In order to solve the above problems, it is possible to use a metal nanoparticle paste whose composition is schematically shown in FIG. 10 instead of the above-described solder as a bonding material, for example, as disclosed in JP-A-9-326416 ( Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-128357 (Patent Document 2).
図10を参照して、金属ナノ粒子ペースト1は、平均粒径が1〜100nmの金属ナノ粒子2と分散剤3と分散媒4とを含むものである。より具体的には、金属ナノ粒子2は、たとえばAu、Ag、Cuなどの導電性金属からなる。分散剤3は、金属ナノ粒子2を構成する金属元素と配位可能なものであり、金属ナノ粒子2を被覆する。分散剤3としては、たとえばアミン系、アルコール系、チオール系のものが用いられる。分散媒4は、分散剤3によって被覆された金属ナノ粒子2を安定に分散させるもので、たとえばトルエン、キシレン、テルピネオール、ミネラルスピリット、デカノール、テトラデカンなどの有機溶剤が用いられる。図示しないが、金属ナノ粒子ペースト1は、たとえば特開2002−299833号公報(特許文献3)に記載されるようなバインダ成分や還元剤などの添加物を含んでいてもよい。
Referring to FIG. 10, the
上記のような金属ナノ粒子ペーストを用いれば、はんだを用いた場合のように、はんだを一旦溶融させた後、凝固させることにより接合するのではないため、前述したはんだボールの配列ピッチの狭小化に伴って、リフロー時にはんだブリッジが生じ、電極間の短絡が発生しやすくなる、といった問題を生じさせにくくすることができる。また、金属ナノ粒子ペーストによれば、環境保全の要求に伴って使用が厳しくされているPbをあえて用いる必要がない。また、金属ナノ粒子ペーストによれば、たとえば100〜300℃といった比較的低温で金属ナノ粒子を焼結させて接合部を形成することができ、一旦焼結した金属ナノ粒子の焼結体は、金属ナノ粒子を構成する金属の融点に達するまで、その形態が保持される。 If the metal nanoparticle paste as described above is used, the solder balls are not melted and then joined by solidification, as in the case of using solder. Accordingly, it is possible to make it difficult to cause a problem that a solder bridge is generated during reflow and a short circuit between the electrodes is likely to occur. Moreover, according to the metal nanoparticle paste, it is not necessary to dare to use Pb, which has been strictly used in accordance with environmental protection requirements. Further, according to the metal nanoparticle paste, the metal nanoparticle can be sintered at a relatively low temperature such as 100 to 300 ° C. to form a joint portion. The form is maintained until the melting point of the metal constituting the metal nanoparticle is reached.
これらのことから、金属ナノ粒子ペーストを用いれば、環境負荷を小さくすることができるとともに、いわゆるステップはんだ付けに相当する電子部品の接合の繰り返しを1種類の金属ナノ粒子ペーストだけで問題なく実施することができ、また、接合信頼性の高い電子部品装置を得ることができる。 For these reasons, if the metal nanoparticle paste is used, the environmental load can be reduced, and the repetitive joining of electronic components corresponding to so-called step soldering can be carried out without problems with only one type of metal nanoparticle paste. In addition, an electronic component device with high bonding reliability can be obtained.
次に、上述のような金属ナノ粒子ペーストを用いたフリップチップ接続を実施して得られる電子部品の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing an electronic component obtained by performing flip chip connection using the metal nanoparticle paste as described above will be described.
まず、図11(1)に示すように、配線基板11が用意される。配線基板11上には、いくつかの基板側電極12およびレジスト膜13が形成されている。レジスト膜13の一部は、基板側電極12の周縁部上に乗り上げるように形成され、それによって、基板側電極12の周囲にはダム14が形成される。基板側電極12上には、金属ナノ粒子ペースト1が付与される。
First, as shown in FIG. 11A, a
他方、図11(2)に示すように、配線基板11上にフリップチップ実装されるべきチップ部品15が用意される。チップ部品15は、前述した基板側電極12にそれぞれ電気的に接続されるいくつかのチップ側電極16を有している。また、チップ部品15の、チップ側電極16が形成された面上には、パッシベーション膜17が形成される。パッシベーション膜17の一部は、チップ側電極16の周縁部上に乗り上げるように形成され、それによって、チップ側電極16の周囲にダム18が形成される。
On the other hand, as shown in FIG. 11B, a
次に、同じく図11(2)に示すように、金属ナノ粒子ペースト1を互いの間に介在させた状態で、基板側電極12と関連のチップ側電極16とが互いに対向するように、配線基板11とチップ部品15とが互いに位置合わせされる。
Next, as also shown in FIG. 11 (2), in the state in which the
次に、図11(3)に示すように、たとえばチップ部品15側から荷重19が与えられる。これによって、金属ナノ粒子ペースト1が圧縮変形する。
Next, as shown in FIG. 11 (3), a
次に、加熱工程が実施される。これによって、金属ナノ粒子ペースト1に含まれる分散剤3および分散媒4等が除去されるとともに、金属ナノ粒子2(図10参照)が焼結する。その結果、図11(4)に示すように、金属ナノ粒子ペースト1に由来する接合焼結体6が形成され、この接合焼結体6によって基板側電極12とチップ側電極16とが互いに接合される。
Next, a heating step is performed. Thereby, the
このようにして、目的とする電子部品装置20が得られる。
Thus, the target
しかしながら、上述したような電子部品装置20の製造方法には、次のような解決されるべき課題がある。
However, the manufacturing method of the
まず、はんだボールを適用する場合とは異なり、電子部品装置20における接合焼結体6の高さを調整するためには、図11(3)の工程において、金属ナノ粒子ペースト1の高さを調整しなければならない。このような接合焼結体6の高さの調整を精度良く行なうためには、荷重19を精度良く制御する必要がある。しかしながら、荷重19の精度を高めることとチップ部品15の搭載タクトを向上させることとはトレードオフの関係にあるため、荷重19の精度を高めると、生産性低下およびコストアップを招くことになる。
First, unlike the case where solder balls are applied, in order to adjust the height of the bonded sintered
また、配線基板11には、しばしば、反りやうねりが生じていて、複数の基板側電極12間で高さのばらつきが生じていることがある。このような場合、金属ナノ粒子ペースト1の付与厚みが十分でないと、図11(3)の工程において、最も高い位置にある基板側電極12においては良好な接合状態が得られても、最も低い位置にある基板側電極12では十分な接合状態が達成されないという問題が生じることがある。
そこで、この発明の目的は、上述したような課題を解決し得る、電子部品の製造方法を提供しようとすることである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electronic component manufacturing method that can solve the above-described problems.
この発明は、第1の電極を有する第1の電子部品および第2の電極を有する第2の電子部品を用意する工程と、平均粒径が1〜100nmの金属ナノ粒子と分散剤と分散媒とを含む金属ナノ粒子ペーストを用意する工程と、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方に、金属ナノ粒子ペーストを付与する、ペースト付与工程と、金属ナノ粒子ペーストを互いの間に介在させた状態で、第1の電極と第2の電極とが互いに対向するように、第1の電子部品と第2の電子部品とを互いに位置合わせする工程と、第1の電子部品と第2の電子部品とを互いに近接させる方向に荷重を加え、それによって、第1の電極と第2の電極との間にある金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形させる工程と、次いで、金属ナノ粒子ペーストに含まれる分散剤および分散媒を除去できる温度以上、かつ金属ナノ粒子を構成する金属の融点未満の温度で加熱することにより、金属ナノ粒子を焼結させ、それによって、第1の電極と第2の電極とを互いに接合させる工程とを備える、電子部品装置の製造方法に向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。 The present invention provides a step of preparing a first electronic component having a first electrode and a second electronic component having a second electrode, metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm, a dispersant, and a dispersion medium A metal nanoparticle paste comprising: a metal nanoparticle paste applied to at least one of the first electrode and the second electrode; and a metal nanoparticle paste interposed between each other The first electronic component and the second electronic component are aligned with each other so that the first electrode and the second electrode are opposed to each other in the state where the first electronic component and the second electrode are in contact with each other; A step of compressing and deforming the metal nanoparticle paste between the first electrode and the second electrode by applying a load in a direction in which the electronic components of the metal component are brought close to each other, and then included in the metal nanoparticle paste Dispersants and The metal nanoparticles are sintered by heating at a temperature above the temperature at which the dispersion medium can be removed and less than the melting point of the metal constituting the metal nanoparticles, thereby causing the first electrode and the second electrode to adhere to each other. The present invention is directed to a method for manufacturing an electronic component device including a bonding step, and is characterized by having the following configuration in order to solve the technical problem described above.
すなわち、第1の電極と第2の電極との間にある金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形させる工程において、金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形限界厚まで圧縮変形させることを特徴としている。 That is, in the step of compressively deforming the metal nanoparticle paste between the first electrode and the second electrode, the metal nanoparticle paste is compressively deformed to the compression deformation limit thickness.
第1の電子部品が複数の第1の電極を有し、第2の電子部品が複数の第2の電極を有し、第1の電子部品と第2の電子部品とを互いに位置合わせしたとき、互いに対向する各第1の電極と各第2の電極とのそれぞれの間隔が互いに等しくないものを含む場合、ペースト付与工程において付与される金属ナノ粒子ペーストの厚みは、間隔の最大のものと最小のものとの間の差を圧縮変形限界厚に加えた厚み以上とされることが好ましい。 When the first electronic component has a plurality of first electrodes, the second electronic component has a plurality of second electrodes, and the first electronic component and the second electronic component are aligned with each other When the distance between each first electrode and each second electrode facing each other includes ones that are not equal to each other, the thickness of the metal nanoparticle paste applied in the paste application step is the maximum distance It is preferable that the difference from the minimum thickness is equal to or greater than the thickness obtained by adding the compression deformation limit thickness.
第1の電極の周囲および/または第2の電極の周囲には、金属ナノ粒子ペーストの広がりを防止するためのダムが形成されることが好ましい。 It is preferable that a dam for preventing the metal nanoparticle paste from spreading is formed around the first electrode and / or the second electrode.
この発明に係る電子部品装置の製造方法は、ラミネート封止用の未硬化状態のシート状樹脂を用意する工程と、第1の電極と第2の電極とを互いに接合させる工程の後、第1の電子部品および第2の電子部品のいずれか一方を、未硬化状態のシート状樹脂で覆う工程と、未硬化状態のシート状樹脂を第1の電子部品および第2の電子部品に向かって加圧する工程と、未硬化状態のシート状樹脂を硬化させる工程とをさらに備えていてもよい。 In the method for manufacturing an electronic component device according to the present invention, after the step of preparing an uncured sheet-shaped resin for laminate sealing and the step of bonding the first electrode and the second electrode together, Covering one of the electronic component and the second electronic component with an uncured sheet-like resin, and adding the uncured sheet-like resin toward the first electronic component and the second electronic component. A step of pressing and a step of curing the uncured sheet-like resin may be further provided.
上述の場合、シート状樹脂は、粒径が所定の寸法以下に揃えられたフィラーを含み、未硬化状態のシート状樹脂を加圧する工程において、第1の電子部品および第2の電子部品のいずれか一方を覆うシート状樹脂の最も薄い部分での厚みがフィラーの粒径によって支配されるように、シート状樹脂が加圧制御されることが好ましい。 In the case described above, the sheet-like resin includes a filler whose particle size is equal to or smaller than a predetermined dimension, and in the step of pressing the uncured sheet-like resin, any of the first electronic component and the second electronic component is used. It is preferable that the pressure of the sheet-shaped resin is controlled so that the thickness at the thinnest part of the sheet-shaped resin covering either of them is governed by the particle size of the filler.
また、この発明に係る電子部品装置の製造方法は、アンダーフィル封止用の未硬化状態の樹脂を用意する工程と、第1の電極と第2の電極とを互いに接合させる工程の後、第1の電子部品と第2の電子部品のうち、面積がより小さい方の電子部品の少なくとも周囲に未硬化状態の樹脂を付与する工程と、未硬化状態の樹脂を硬化させる工程とをさらに備えていてもよい。 The method of manufacturing an electronic component device according to the present invention includes a step of preparing an uncured resin for underfill sealing, a step of bonding the first electrode and the second electrode to each other, Of the first electronic component and the second electronic component, the method further includes the step of applying an uncured resin around at least the periphery of the smaller electronic component and the step of curing the uncured resin. May be.
この発明によれば、第1の電子部品と第2の電子部品とを互いに近接させる方向に荷重を加え、それによって、第1の電極と第2の電極との間にある金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形させる工程において、金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形限界厚まで圧縮変形させるため、荷重の制御を精度良く行なう必要がない。したがって、この圧縮変形させる工程の能率化を図れ、その結果、電子部品装置の生産性向上および低コスト化を実現することができる。 According to the present invention, a load is applied in a direction in which the first electronic component and the second electronic component are brought close to each other, whereby the metal nanoparticle paste between the first electrode and the second electrode is applied. In the step of compressing and deforming, the metal nanoparticle paste is compressively deformed to the compressive deformation limit thickness, so that it is not necessary to accurately control the load. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the compressing and deforming step, and as a result, it is possible to improve the productivity and reduce the cost of the electronic component device.
また、上述の圧縮変形させる工程において、金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形限界厚まで圧縮変形させるので、金属ナノ粒子を焼結させて得られる接合焼結体の高さを最大限低くすることができる。その結果、電子部品装置の低背化が可能となる。 Further, in the above-described compression deformation step, the metal nanoparticle paste is compressively deformed to the compression deformation limit thickness, so that the height of the bonded sintered body obtained by sintering the metal nanoparticles can be minimized. . As a result, the height of the electronic component device can be reduced.
また、圧縮変形させる工程において、金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形限界厚まで圧縮変形させるため、この工程を終えたとき、金属ナノ粒子ペーストの密度が最高の状態になっていることになる。したがって、金属ナノ粒子ペーストを加熱して得られる接合焼結体を高強度かつ低抵抗なものとすることができる。その結果、第1の電極と第2の電極との間で高強度かつ低抵抗な接合部を形成した電子部品装置を得ることができる。 Further, in the step of compressing and deforming, the metal nanoparticle paste is compressively deformed to the compressive deformation limit thickness, and therefore, the density of the metal nanoparticle paste is in the highest state when this step is finished. Therefore, the bonded sintered body obtained by heating the metal nanoparticle paste can have high strength and low resistance. As a result, an electronic component device in which a high strength and low resistance joint is formed between the first electrode and the second electrode can be obtained.
この発明において、たとえば、チップ部品を搭載する配線基板側に反りやうねりがある場合などのように、第1の電子部品と第2の電子部品とを互いに位置合わせしたとき、互いに対向する複数の第1の電極の各々と複数の第2の電極の各々とのそれぞれの間隔が互いに等しくないものを含む場合であっても、ペースト付与工程において付与される金属ナノ粒子ペーストの厚みが、上記間隔の最大のものと最小のものとの間の差を圧縮変形限界厚に加えた厚みとされると、すべての第1の電極と第2の電極との間で良好な接合状態を確実に得ることができる。 In the present invention, for example, when the first electronic component and the second electronic component are aligned with each other, such as when there is a warp or undulation on the side of the wiring board on which the chip component is mounted, a plurality of facing each other Even when each of the first electrodes and each of the plurality of second electrodes includes a case where the intervals are not equal to each other, the thickness of the metal nanoparticle paste applied in the paste applying step is equal to the above interval. If the difference between the maximum and minimum values of the thickness is the thickness obtained by adding the compression deformation limit thickness, it is possible to reliably obtain a good bonding state between all the first electrodes and the second electrodes. be able to.
第1の電極の周囲および/または第2の電極の周囲に、金属ナノ粒子ペーストの広がりを防止するためのダムが形成されていると、圧縮変形させる工程において、金属ナノ粒子ペーストを容易かつ確実に圧縮変形限界厚まで圧縮変形させることができる。 If a dam is formed around the first electrode and / or around the second electrode to prevent the metal nanoparticle paste from spreading, the metal nanoparticle paste can be easily and reliably formed in the compression deformation process. Can be compressed and deformed up to the compression deformation limit thickness.
また、この発明によれば、金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形限界厚まで圧縮変形させるので、この圧縮変形に際して及ぼされる荷重がばらついても、このばらつきが接合部を構成する接合焼結体の高さに影響を及ぼすことはなく、それゆえ、第1の電子部品と第2の電子部品との間隔をばらつかないようにすることができる。 In addition, according to the present invention, the metal nanoparticle paste is compressively deformed to the compressive deformation limit thickness. Therefore, even if the load exerted upon the compressive deformation varies, this variation causes the height of the bonded sintered body constituting the bonded portion. Therefore, the distance between the first electronic component and the second electronic component can be kept from varying.
上記の利点は、第1の電子部品と第2の電子部品との間での接合信頼性および耐湿性を向上させるために、アンダーフィル封止が施される場合において、次のような利点をもたらす。アンダーフィル封止が施される場合、アンダーフィル封止用の樹脂のはみ出しをより少なくすることが求められる。この樹脂のはみ出し量に影響する因子は、第1の電子部品と第2の電子部品との間隔と、樹脂の供給量とである。この発明によれば、第1の電子部品と第2の電子部品との間隔が上述のように安定しているので、樹脂のはみ出しを少なくするためには、樹脂の供給量の制御だけを行なえばよいことになり、結果的に、樹脂のはみ出しを少なくすることが容易である。 The above-described advantages are as follows when underfill sealing is applied in order to improve the bonding reliability and moisture resistance between the first electronic component and the second electronic component. Bring. When underfill sealing is performed, it is required to reduce the protrusion of the resin for underfill sealing. Factors affecting the amount of protrusion of the resin are the distance between the first electronic component and the second electronic component, and the amount of resin supplied. According to the present invention, since the distance between the first electronic component and the second electronic component is stable as described above, in order to reduce the protrusion of the resin, it is only possible to control the supply amount of the resin. As a result, it is easy to reduce the protrusion of the resin.
この発明において、電子部品装置がラミネート封止される場合、未硬化状態のシート状樹脂を加圧することが行なわれるが、第1の電子部品および第2の電子部品のいずれか一方を覆うシート状樹脂の最も薄い部分での厚みが、シート状樹脂に含まれるフィラーの粒径によって支配されるように、シート状樹脂が加圧制御されると、シート状樹脂を硬化させた段階で得られる電子部品の高さを高精度に制御することが容易である。 In the present invention, when the electronic component device is laminated and sealed, the uncured sheet-like resin is pressurized, and the sheet-like shape covers either the first electronic component or the second electronic component. When the pressure of the sheet resin is controlled so that the thickness at the thinnest part of the resin is governed by the particle size of the filler contained in the sheet resin, the electrons obtained at the stage of curing the sheet resin It is easy to control the height of the component with high accuracy.
1 金属ナノ粒子ペースト
2 金属ナノ粒子
3 分散剤
4 分散媒
6 接合焼結体
21,34,38,46,58 電子部品装置
22,51 配線基板(第1の電子部品)
23,53a,53b,53c 基板側電極(第1の電極)
25,29 ダム
26,52 チップ部品(第2の電子部品)
27,54a,54b,54c チップ側電極(第2の電極)
30 荷重
31,57 圧縮変形限界厚
39 ラミネート樹脂
40 シート状樹脂
41 ローラ
43 フィラー
47 アンダーフィル樹脂
55a,55b,55c 電極間の間隔
56 金属ナノ粒子ペーストの付与厚みDESCRIPTION OF
23, 53a, 53b, 53c Substrate side electrode (first electrode)
25, 29
27, 54a, 54b, 54c Chip side electrode (second electrode)
30
図1は、この発明の第1の実施形態を説明するためのものである。図1には、電子部品装置の製造方法に含まれる代表的な工程が示され、図1(4)に、得られた電子部品装置22が示されている。
FIG. 1 is for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a typical process included in the method of manufacturing an electronic component device, and FIG. 1 (4) shows the obtained
まず、図1(1)に示すように、第1の電子部品としての配線基板22が用意される。配線基板22は、たとえば、ガラスエポキシ基板などの樹脂基板、アルミナなどの焼成基板、Si基板などで構成されている。配線基板22の上面にはいくつかの基板側電極23が形成されている。また、配線基板22の上面の略全域にわたって、レジスト膜24が形成されている。レジスト膜24の一部は、基板側電極23の周縁部上に乗り上げており、それによって、基板側電極23の周囲には、ダム25が形成されている。このダム25は、後述する金属ナノ粒子ペースト1の広がりを防止するためのものである。
First, as shown in FIG. 1A, a
基板側電極23は、たとえばAu、Ag、Cuなどからなる単層構造とされても、あるいは、たとえばCu/Ni/Auなどからなる多層構造とされてもよい。基板側電極23の幅方向寸法は10〜150μm程度とされ、厚みは5〜50μm程度とされる。なお、基板側電極23は、配線基板22の厚み方向に延びるビア導体の端面を露出させた構造によって与えられてもよい。
The substrate-
他方、図1(2)に示すように、第2の電子部品としてチップ部品26が用意される。チップ部品26は、たとえば半導体素子や表面弾性波素子などの小型素子であり、その図による下面には、基板側電極23の各々に対応して、いくつかのチップ側電極27が形成されている。また、チップ部品26の、チップ側電極27が形成された面の略全域にわたって、パッシベーション膜28が形成されている。パッシベーション膜28の一部は、チップ側電極27の周縁部上に乗り上げるように形成され、それによって、チップ側電極27の周囲にはダム29が形成される。ダム29は、前述したダム25の場合と同様、金属ナノ粒子ペースト1の広がりを防止するためのものである。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, a
チップ側電極27は、たとえば、Al、Al合金(90%以上のAlを含有し、CuやSiが添加されていてもよい。)、Au、Cuからなり、その厚みは0.5〜2μm程度とされる。
The chip-
さらに、前述の図10に示すような金属ナノ粒子ペースト1が用意される。金属ナノ粒子ペースト1に含有される金属ナノ粒子2は、たとえばAu、Ag、Cu、Niなどの金属からなるものであっても、あるいは、たとえばCuコアAu、CuコアAgなどのように2種類以上の金属からなるものであってもよい。分散剤3としては、金属ナノ粒子2を構成する金属の融点よりも低い沸点を有し、かつ金属と結合できる有機物であればよく、たとえば、アミン、アルコール、フェノール、チオールなどを用いることができる。分散媒4としては、金属ナノ粒子2を構成する金属の融点よりも低い沸点を有する物質であればよく、たとえば、トルエン、キシレン、テルピネオール、ミネラルスピリット、デカノール、テトラデカンなどの有機溶剤を用いることができる。あるいは、分散媒4として、水などの水系のものを用いることもできる。金属ナノ粒子ペースト1は、さらに、少量の有機バインダ、分散剤3を取り込むため酸無水物のような捕捉物質を含有していてもよく、さらに、電極材料に対して、還元作用を有する物質を含有していてもよい。
Furthermore, the
図1(1)に示すように、基板側電極23に、金属ナノ粒子ペースト1が付与される。金属ナノ粒子ペーストの供給には、インクジェットやディスペンサによる吐出供給、スクリーン印刷、転写など、種々の供給方法を用いることができる。金属ナノ粒子ペースト1の供給量は、当然のことながら、互いに接合されるべき基板側電極23とチップ側電極27との隙間を埋めるのに必要な量以上、かつ基板側電極23の各々の隣り合うもの同士およびチップ側電極27の各々の隣り合うもの同士を接続してしまう量未満であればよい。
As shown in FIG. 1 (1), the
なお、生産性を向上させるため、配線基板22が、後で分割されることが予定され、分割されることによって複数の配線基板22を取り出すことができる集合基板の状態で、上述の工程および以下の工程が実施されてもよい。また、金属ナノ粒子ペースト1は、上述のように、基板側電極23上ではなく、チップ側電極27上に付与されても、あるいは、基板側電極23上およびチップ側電極27上の双方に付与されてもよい。
In addition, in order to improve productivity, the
次に、図1(2)に示すように、金属ナノ粒子ペースト1を互いの間に介在させた状態で、基板側電極23と対応のチップ側電極27とが互いに対向するように、配線基板22とチップ部品26とが互いに位置合わせされる。この位置合わせ工程は、従来のフリップチップ実装方法の場合と同様の方法を適用して実施することができる。
Next, as shown in FIG. 1 (2), the wiring substrate is arranged so that the substrate-
次に、図1(3)に示すように、配線基板22とチップ部品26とを互いに近接させる方向に荷重30を加え、それによって、基板側電極23とチップ側電極27との間にある金属ナノ粒子ペースト1を圧縮変形させる工程が実施される。この圧縮変形させる工程において与えられる荷重30は、金属ナノ粒子ペースト1の圧縮変形が限界に達するような大きさとされ、それによって、金属ナノ粒子ペースト1は圧縮変形限界厚31まで圧縮変形される。この圧縮変形限界厚31について、以下に、より具体的に説明する。
Next, as shown in FIG. 1 (3), a
接合部1箇所について、金属ナノ粒子ペーストに与えられる荷重と、荷重によって圧縮変形する金属ナノ粒子ペーストの高さとの関係が、図2および表1に示されている。 FIG. 2 and Table 1 show the relationship between the load applied to the metal nanoparticle paste and the height of the metal nanoparticle paste that is compressively deformed by the load at one joint.
図2および表1において、例1、例2および例3は、金属ナノ粒子ペーストの供給量を異ならせた例であって、供給量については、例1<例2<例3という関係にある。 In FIG. 2 and Table 1, Example 1, Example 2 and Example 3 are examples in which the supply amount of the metal nanoparticle paste is varied, and the supply amount has a relationship of Example 1 <Example 2 <Example 3. .
図2および表1に示したデータからわかるように、例1〜3のいずれであっても、荷重を大きくすると、金属ナノ粒子ペーストの高さが低くなり、その値が飽和する。たとえば、例1の場合には、1箇所の金属ナノ粒子ペーストにつき、0.9N以上、例2および3の場合には、1箇所の金属ナノ粒子ペーストにつき、1.5N以上とすれば、金属ナノ粒子ペーストの高さは一定値となる。このことから、所定値以上の荷重を加えることにより、荷重の上限値を制御しなくても、金属ナノ粒子ペーストの高さを一定に制御できることがわかる。 As can be seen from the data shown in FIG. 2 and Table 1, in any of Examples 1 to 3, when the load is increased, the height of the metal nanoparticle paste decreases and the value is saturated. For example, in the case of Example 1, 0.9N or more per one metal nanoparticle paste, and in Examples 2 and 3, if 1.5N or more per one metal nanoparticle paste, The height of the nanoparticle paste is a constant value. From this, it is understood that the height of the metal nanoparticle paste can be controlled to be constant by applying a load of a predetermined value or more without controlling the upper limit value of the load.
ここで、所定値以上の荷重によって、金属ナノ粒子ペーストの高さが一定となる理由、すなわち圧縮変形が限界となる理由について説明する。図3は、付与された金属ナノ粒子ペーストの高さと径との関係を示す図である。図3から、金属ナノ粒子ペーストの高さを低くすると、金属ナノ粒子ペーストの径が急激に増大することがわかる。このことは、荷重を大きくする過程で、金属ナノ粒子ペーストの圧縮変形に伴って径が急激に増大し、圧縮変形が進まなくなることを示している。 Here, the reason why the height of the metal nanoparticle paste becomes constant by a load of a predetermined value or more, that is, the reason why compression deformation becomes a limit will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the height and diameter of the applied metal nanoparticle paste. FIG. 3 shows that when the height of the metal nanoparticle paste is lowered, the diameter of the metal nanoparticle paste increases rapidly. This indicates that, in the process of increasing the load, the diameter rapidly increases with the compression deformation of the metal nanoparticle paste, and the compression deformation does not progress.
再び、図1(3)を参照して、荷重30は、たとえば、従来のフリップチップマウンタのような一般的なマウンタを用いて与えられる。また、荷重30は、通常、図示したように、チップ部品26側から与えられるが、金属ナノ粒子ペースト1を圧縮変形させ得るのであれば、配線基板22側から与えられても、あるいはチップ部品26および配線基板22の双方から与えられてもよい。
Referring again to FIG. 1 (3), the
次に、加熱工程が実施される。前述した金属ナノ粒子ペースト1を圧縮変形させた状態は、荷重30が除去されても維持されるので、この加熱工程では、荷重30を加える必要はない。加熱工程では、金属ナノ粒子ペースト1に含まれる分散剤3および分散媒4を除去できる温度以上、かつ金属ナノ粒子2を構成する金属の融点未満の温度で加熱される。たとえば、温度が100〜300℃、時間が1〜60分間というような加熱条件が選ばれる。この加熱によって、金属ナノ粒子2が焼結し、金属ナノ粒子ペースト1が、図1(4)に示すように、接合焼結体6を形成し、その結果、基板側電極23とチップ側電極27とが互いに接合される。なお、加熱工程で荷重30を加えてもよく、その場合は、より緻密な接合焼結体6を得ることができる。
Next, a heating step is performed. Since the state in which the
加熱工程は、たとえば、オーブン、リフロー炉、焼成炉などの加熱機能を有する設備を用いて実施される。また、従来の熱圧着や超音波接合方式のフリップチップ搭載設備に設けられている加熱装置を用いてもよい。なお、加熱工程を大気または大気以上の酸素を含む雰囲気中で実施すれば、分散剤3の除去を促進でき、その結果、接合信頼性が向上するため好ましい。
A heating process is implemented using the equipment which has heating functions, such as oven, a reflow furnace, a baking furnace, for example. Moreover, you may use the heating apparatus provided in the flip chip mounting equipment of the conventional thermocompression bonding or ultrasonic bonding system. Note that it is preferable to carry out the heating step in the atmosphere or in an atmosphere containing oxygen above the atmosphere because the removal of the
以上のようにして、目的とする電子部品装置21が得られる。
The target
以上説明した実施形態では、基板側電極23およびチップ側電極27のそれぞれの周囲にダム25および29が形成されている。これらダム25および29は、前述したように、金属ナノ粒子ペースト1の広がりを防止するためのものである。したがって、たとえば、配線基板22における基板側電極23以外の部分には、金属ナノ粒子ペースト1が濡れ性の関係で濡れ広がらない場合には、ダム25は特に必要としない。同様に、チップ部品26におけるチップ側電極27以外の部分に、金属ナノ粒子ペースト1が濡れ広がらない場合には、ダム29は特に必要としない。しかしながら、それに関わらず、ダム25および29が設けられる場合には、図1(3)に示した圧縮変形工程において、金属ナノ粒子ペースト1がより確実にかつ容易に圧縮変形され得るという利点がもたらされる。なお、ダム25および29の双方が設けられる場合、上述の利点が、より顕著に奏されるが、いずれか一方だけが設けられる場合であっても、程度の差こそあれ、この利点は奏される。
In the embodiment described above, the
また、上述した実施形態において形成されたレジスト膜14およびパッシベーション膜28は、それぞれ、配線基板22およびチップ部品26を保護するための絶縁膜であるが、これらについては、必要に応じて設けられるものであり、必須のものではない。
In addition, the resist
図4は、この発明の第2の実施形態による電子部品装置34を示す、図1(4)に相当する図である。図4において、図1(4)に示す要素に相当する要素に同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 (4), showing an
図4に示した電子部品装置34は、チップ側電極27上にAuバンプ35が形成されていることを特徴としている。したがって、この電子部品装置34を製造する場合には、図1(2)に示した工程において、既にAuバンプ35が形成されていて、金属ナノ粒子ペースト1はAuバンプ35と基板側電極23との間に付与され、基板側電極23とチップ側電極27とは、Auバンプ35および接合焼結体6を介して互いに接合される。
The
図5ないし図7は、この発明の第3の実施形態を説明するためのものである。ここで、図5は、第3の実施形態による電子部品装置38を示す、図1(4)に相当する図である。図5において、図1(4)に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
5 to 7 are for explaining a third embodiment of the present invention. Here, FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 (4), showing an
図5に示した電子部品装置38は、図1(4)に示した電子部品装置21が備える要素をすべて備えながら、さらにラミネート樹脂39によってチップ部品26が封止されていることを特徴としている。このような電子部品装置38を製造するため、図6に示す工程が実施される。
The
図6を参照して、ラミネート封止用の未硬化状態のシート状樹脂40が用意される。他方、配線基板22およびチップ部品26にあっては、図1(4)に示すように、基板側電極23とチップ側電極27とが互いに接合された状態にある。上述の未硬化状態のシート状樹脂40は、チップ部品26を覆うようにローラ41によって案内される。ローラ41は、配線基板22との間で相対的に矢印42方向に移動するようにされ、それによって、複数のチップ部品26が、順次、シート状樹脂40によって覆われた状態とされる。
Referring to FIG. 6, an uncured sheet-
上述したローラ41は、未硬化状態のシート状樹脂40を配線基板22およびチップ部品26に向かって加圧するようにも作用する。このとき、シート状樹脂40の一部が、図5に示したように、チップ部品26と配線基板22との間に進入するようにされる。この進入を容易にするため、シート状樹脂40の粘度が最小となる軟化温度付近(通常、60〜100℃)にまで加熱し、シート状樹脂40の流動性を向上させることが好ましい。また、シート状樹脂40の上述の進入をより容易にするため、図6に示した工程を、たとえば数100〜数1000Pa程度の減圧雰囲気下で行なうことも有効である。
The
次に、未硬化状態のシート状樹脂40が硬化され、それによって図5に示したラミネート樹脂39が形成される。
Next, the uncured sheet-
前述したシート状樹脂40を加圧する工程では、たとえば0.1〜5MPa程度の圧力を加えることによって、未硬化状態のシート状樹脂40の余分なものをチップ部品26の周囲に流動させることが行なわれる。このとき、シート状樹脂40の最も薄い部分での厚み、すなわちチップ部品26の上面上での厚みがばらつかないようにすることが望ましい。そのため、従来、図6に示した工程を実施するとき、ローラ41の位置を厳格に制御することが行なわれているが、ローラ41は、均一な圧力をかけることを可能にするため、通常、柔らかい材質を有しているため、ローラ41の変形が生じやすい。そのため、シート状樹脂40の厚み、すなわちラミネート樹脂39の、チップ部品26の上面上での厚みがばらつかないようにすることは困難である。
In the step of pressurizing the sheet-
この問題を解決するために、この実施形態では、次のような対策が講じられている。 In order to solve this problem, the following measures are taken in this embodiment.
図7は、図5の部分Aに相当する部分を示す拡大図である。図7は、図5に示したラミネート樹脂39が未硬化状態にある段階、すなわち未硬化状態のシート状樹脂40の段階で図示されている。シート状樹脂40は、たとえばエポキシ樹脂のような熱硬化性または熱可塑性樹脂であり、図7に示すように、粒径が所定の寸法以下に揃えられたフィラー43を含んでいる。フィラー43は、たとえばシリカからなり、50体積%以上の含有率を有している。
FIG. 7 is an enlarged view showing a portion corresponding to the portion A of FIG. FIG. 7 is shown in a stage where the
シート状樹脂40が、上述のように、フィラー43を含むことにより、図6に示したローラ41による加圧工程において、シート状樹脂40の最も薄い部分での厚みがフィラー43の粒径によって支配されるように、シート状樹脂40が加圧制御されることになる。より具体的には、シート状樹脂40の、チップ部品26の上面上での厚みが、フィラー43の最も大きい径を有するもの「43(A)」と略一致するようになる。その結果、シート状樹脂40の、チップ部品26の上面上での厚みを正確に制御することができる。
Since the sheet-
なお、図7では、シート状樹脂40の厚みがフィラー43の最も大きい径を有するもの「43(A)」と略一致するように図示されたが、このような厚みを支配するフィラー43の粒径は、1次粒子のものであっても、あるいは2次粒子のものであってもよい。
In FIG. 7, the thickness of the sheet-
図8は、この発明の第4の実施形態による電子部品装置46を示す、図1(4)に相当する図である。図8において、図1(4)に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 1 (4), showing an
図8に示した電子部品装置46は、図1(4)に示した電子部品装置21に備える要素をすべて備えるとともに、さらに、アンダーフィル樹脂47を備えることを特徴としている。このようにアンダーフィル樹脂47を形成するために、アンダーフィル封止用の未硬化状態の樹脂が用意される。他方、図1(4)に示すように、基板側電極23とチップ側電極27とを互いに接合させる工程が実施される。その後、配線基板22とチップ部品26のうち、面積がより小さい方のチップ部品26の少なくとも周囲に上述の未硬化状態の樹脂が付与される。これによって、未硬化状態の樹脂は、チップ部品26と配線基板22との間の隙間へと浸透する。次いで、未硬化状態の樹脂を硬化させれば、図8に示すような電子部品装置46が得られる。
The
図9は、この発明の第5の実施形態を説明するための、図1に相当する図である。図9において、図1に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 1 for explaining a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 9, elements corresponding to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
この実施形態は、図9(2)に示すように、配線基板51とチップ部品52とを互いに一合わせしたとき、互いに対向する基板側電極53a、53bおよび53cの各々とチップ側電極54a、54bおよび54cの各々とのそれぞれの間隔55a、55b、55cが互いに等しくないものを含む場合に有利に適用される。
In this embodiment, as shown in FIG. 9B, when the
上述したような間隔55a〜55cの不揃いは、典型的には、配線基板51の製造過程において不可避的に生じる反りやうねりによってもたらされる。また、チップ部品52側においても、不所望な変形が生じることがある。さらには、間隔55a〜55cの不揃いは、上述したような不所望な事態によってもたらされる場合に限らず、既に設計の段階で予定されている場合もある。
The unevenness of the
この実施形態では、上述した間隔55a〜55cの不揃いに対処するため、図9(1)に示すように、金属ナノ粒子ペースト1を付与する工程において、金属ナノ粒子ペースト1の厚み56が、間隔55a〜55cのうち、最大のもの55cと最小のもの55aとの差を圧縮変形限界厚57(図9(3)参照)に加えた厚み以上とされる。
In this embodiment, in order to deal with the unevenness of the
具体的な数値をもって説明すると、図9(2)に示した位置合わせ状態において、
a.互いに対向する基板側電極53aとチップ側電極54aとの間隔が13μm、
b.互いに対向する基板側電極53bとチップ側電極54bとの間隔が16μm、
c.互いに対向する基板側電極53cとチップ側電極54cとの間隔が17μm
であるとき、間隔の最大のものは17μmであり、最小のものは13μmであり、最大のものと最小のものとの差は、17μm−13μm=4μmということになる。To explain with specific numerical values, in the alignment state shown in FIG.
a. The distance between the substrate-
b. The distance between the substrate-
c. The distance between the
, The maximum interval is 17 μm, the minimum is 13 μm, and the difference between the maximum and minimum is 17 μm−13 μm = 4 μm.
また、図9(3)に示した工程において圧縮変形される金属ナノ粒子ペースト1の圧縮変形限界厚が5μmであるとする。
In addition, it is assumed that the compressive deformation limit thickness of the
このような場合、図9(1)に示した工程において付与される金属ナノ粒子ペースト1の厚み56は、上述した差4μmに圧縮変形限界厚5μmを加えた厚み以上、すなわち9μm以上とされる。
In such a case, the
上述のような厚み56をもって金属ナノ粒子ペースト1が付与されると、図9(3)に示した工程において、荷重30が与えられ、基板側電極53aとチップ側電極54aとの間に位置する金属ナノ粒子ペースト1が圧縮変形限界厚57に達するまで圧縮変形されたとき、他の基板側電極53bおよび53cの各々とチップ側電極54bおよび54cの各々との間に位置する金属ナノ粒子ペースト1についても、圧縮変形限界厚57に達しないまでも、基板側電極53bおよび53cとチップ側電極54bおよび54cとの双方に確実に接触させることができる。したがって、図9(4)に示すように、加熱工程を経て、目的とする電子部品装置58が得られたとき、基板側電極53a〜53cとチップ側電極54a〜54cとの間のすべての接合焼結体6について、良好な接合状態を得ることができる。
When the
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。 While the present invention has been described with reference to the illustrated embodiment, various other modifications are possible within the scope of the present invention.
たとえば、図4に示した実施形態において開示したAuバンプ35は、図5、図8および図9にそれぞれ示した実施形態においても適用可能である。
For example, the
また、図示の実施形態では、第1の電子部品が配線基板であり、第2の電子部品がチップ部品であったが、その他の電子部品の組み合わせであっても、この発明を等しく適用することができる。 In the illustrated embodiment, the first electronic component is a wiring board and the second electronic component is a chip component. However, the present invention is equally applied to a combination of other electronic components. Can do.
Claims (7)
平均粒径が1〜100nmの金属ナノ粒子と分散剤と分散媒とを含む金属ナノ粒子ペーストを用意する工程と、
前記第1の電極および前記第2の電極の少なくとも一方に、前記金属ナノ粒子ペーストを付与する、ペースト付与工程と、
前記金属ナノ粒子ペーストを互いの間に介在させた状態で、前記第1の電極と前記第2の電極とが互いに対向するように、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを互いに位置合わせする工程と、
前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを互いに近接させる方向に荷重を加え、それによって、前記第1の電極と前記第2の電極との間にある前記金属ナノ粒子ペーストを圧縮変形限界厚まで圧縮変形させる工程と、
次いで、前記金属ナノ粒子ペーストに含まれる前記分散剤および前記分散媒を除去できる温度以上、かつ前記金属ナノ粒子を構成する金属の融点未満の温度で加熱することにより、前記金属ナノ粒子を焼結させ、それによって、前記第1の電極と前記第2の電極とを互いに接合させる工程と
を備える、電子部品装置の製造方法。Providing a first electronic component having a first electrode and a second electronic component having a second electrode;
Preparing a metal nanoparticle paste comprising metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm, a dispersant and a dispersion medium;
A paste applying step of applying the metal nanoparticle paste to at least one of the first electrode and the second electrode;
The first electronic component and the second electronic component are arranged so that the first electrode and the second electrode face each other with the metal nanoparticle paste interposed therebetween. Aligning each other;
A load is applied in a direction to bring the first electronic component and the second electronic component close to each other, thereby compressing the metal nanoparticle paste between the first electrode and the second electrode. A step of compressive deformation to the deformation limit thickness;
Next, the metal nanoparticles are sintered by heating at a temperature that is higher than the temperature at which the dispersant and the dispersion medium contained in the metal nanoparticle paste can be removed and less than the melting point of the metal constituting the metal nanoparticles. And, thereby, joining the first electrode and the second electrode to each other.
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