電氣元件的安裝方法和安裝裝置的製作方法

2023-12-08 10:47:11 2

專利名稱：電氣元件的安裝方法和安裝裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如將半導體晶片等電氣元件安裝在布線板上的安裝方法以及安裝 裝置，尤其涉及利用粘接劑安裝電氣元件的安裝方法以及安裝裝置。
背景技術：
最近，隨著以行動電話為首的各種電子設備的迅速普及，要求電子設備進一步小 型化和薄型化。為了實現這樣的小型化和薄型化，需要將LSI (Large Scale Integration, 大規模集成電路)晶片等各種電氣元件高密度地安裝在布線板上。隨著所謂的柔性印刷布線板(Flexible Printed Circuit，柔性印製電路；FPC)的 普及和高密度安裝的要求，向布線板上安裝電氣元件多數是將電氣元件直接以晶片的狀態 安裝在布線板上，即進行所謂的裸晶片安裝。並且，作為將這樣的裸晶片直接安裝在布線板 上的方法，眾所周知的是使用粘接劑的方法。例如在使用各向異性導電粘接膜(Anisotropic Conductive Film，各向異性導電 膜；ACF)的安裝中，進行下述的熱壓接安裝將電氣元件裝在粘貼了各向異性導電粘接膜 的布線板上後，利用由金屬或陶瓷等形成的平坦的硬頭對電氣元件進行加壓和加熱，從而 使該各向異性導電粘接膜固化。但是，在使用這樣的硬頭對電氣元件進行加壓和加熱的安裝中，在進行熱壓接時， 有可能對電氣元件周圍的粘接劑的膠瘤(fillet)部加熱不足，導致連接可靠性降低，並且 存在難以安裝多個電氣元件的問題。因此，近年來提出了使用由矽橡膠等彈性體構成的平坦的彈性體頭進行電氣元件 的熱壓接，從而向電氣元件的加壓面施加均勻的壓力，提高連接可靠性的技術(例如，參考 專利文獻1等)。在該專利文獻1中記載了在彈性體是人造橡膠(elastomer)的情況下， 如果其橡膠硬度小於40，則對電氣元件的壓力不充分，粘接劑的初始阻力和連接可靠性差， 並且，如果橡膠硬度大於80，則對膠瘤部的壓力不充分，在粘接劑的粘結樹脂中產生空隙， 連接可靠性差。因此，在使用了彈性體頭的安裝中，優選使該彈性體頭的橡膠硬度為40 80。日本專利文獻1 特開2005-32952號公報但是，近年來，隨著對電氣元件的小型化和薄型化、輕量化的要求的進一步提高， 所安裝的電氣元件的厚度也在變薄。在這樣的情況下，本申請的發明人發現在使用熔融粘度低的各向異性導電粘接 膜等導電粘接劑安裝厚度薄的電氣元件時，如果使用上述專利文獻1中作為優選值而記載 的橡膠硬度的彈性體頭，則熱壓接後產生的電氣元件的翹曲量明顯增大，影響到連接的可靠性。鑑於這種情況，本發明的目的在於提出使用含有導電粒子的導電粘接劑進行基於 彈性體頭的熱壓接安裝時的新的安裝條件，並提供能夠大幅度降低熱壓接後所產生的電氣 元件的翹曲量、提高連接可靠性的電氣元件的安裝方法和安裝裝置。

發明內容
本申請的發明人經過對將厚度為200 μ m以下的薄的電氣元件安裝在布線板上時 使用含有導電粒子且最低熔融粘度低的導電粘接劑進行熱壓接的方法反覆試驗，發現了用 於大幅度降低熱壓接後的電氣元件翹曲量的彈性體頭的條件，完成了本發明。即，為了實現上述目的，本發明的電氣元件的安裝方法是將電氣元件熱壓接在布 線板上進行安裝的電氣元件的安裝方法，其特徵在於，包括第一工序，將最低熔融粘度為 LOXlO3Pa .s以下的導電粘接劑放置在放置於基座上的上述布線板上，同時在上述導電粘 接劑上放置厚度為200 μ m以下的上述電氣元件；以及第二工序，利用具有由橡膠硬度為60 以下的彈性體形成的壓接部的熱壓接頭對上述電氣元件進行加壓，並將上述電氣元件熱壓 接在上述布線板上。並且，為了實現上述目的，本發明的電氣元件的安裝裝置是將電氣元件熱壓接在 布線板上進行安裝的電氣元件的安裝裝置，其特徵在於，包括基座，用於放置上述布線板； 以及熱壓接頭，將最低熔融粘度為1. 0X103Pa· s以下的導電粘接劑放置在放置於上述基 座上的上述布線板上，同時在上述導電粘接劑上放置了厚度為200 μ m以下的上述電氣元 件的狀態下對上述電氣元件進行加壓，並將上述電氣元件熱壓接在上述布線板上，其中，上 述熱壓接頭具有由橡膠硬度為60以下的彈性體形成的壓接部。在本發明的這種電氣元件的安裝方法和安裝裝置中，即使使用最低熔融粘度低且 熱壓接時的流動性大的導電粘接劑，由於構成熱壓接頭的壓接部的橡膠硬度小，在熱壓接 時導電粘接劑的粘結樹脂也不會被不必要地從電氣元件的下表面區域向外部排除。因此， 在本發明的電氣元件的安裝方法以及安裝裝置中，能夠形成即使在熱壓接後導電粘接劑的 粘結樹脂也可靠地留在電氣元件的下表面區域的狀態。本發明由於能夠形成即使在熱壓接後導電粘接劑的粘結樹脂也可靠地留在電氣 元件的下表面區域的狀態，因此，能夠大幅度地降低熱壓接後產生的電氣元件的翹曲量，能 夠防止空隙的產生，提高連接可靠性。


圖1是本發明實施方式的安裝裝置的結構說明圖。圖2是使用了本發明實施方式的安裝裝置的熱壓接工序說明圖。圖3是本發明的實施方式的安裝裝置的其他結構說明圖。圖4是在使用了最低熔融粘度為1. OX IO3Pa · s的各向異性導電粘接膜的情況下 測量了熱壓接後的IC晶片的翹曲量的結果說明圖。圖5是在使用了最低熔融粘度為1. OX IO4Pa · s的各向異性導電粘接膜的情況下 測量了熱壓接後的IC晶片的翹曲量的結果說明圖。符號說明11基座12熱壓接頭13加熱器 14壓接部14a壓接面 15頭本體15a凹部 100布線板
IOOa 布線圖200a 凸塊300各向異性導電粘接膜300b導電粒子
200IC晶片 200b頂面
300a粘結樹脂 300c膠瘤部
具體實施例方式以下參考附圖對應用了本發明的具體實施方式
進行具體說明。本實施方式是用於將半導體晶片等電氣元件安裝在諸如印刷布線板等布線板上 的電氣元件的安裝裝置。尤其是該安裝裝置在採用彈性體頭作為對厚度在規定值以下的電 氣元件進行熱壓接的頭的同時，根據在使用了最低熔融粘度為規定值以下的導電粘接劑情 況下的最適當的安裝條件進行安裝。以下為了便於說明，導電粘接劑採用各向異性導電粘接膜(Anisotropic Conductive Film，各向異性導電膜；ACF)。各向異性導電粘接膜由在片狀的熱固性樹脂中 分散了細微的導電粒子的材料構成，通過加壓和加熱，具有粘接功能，同時基於導電粒子而 在厚度方向具有電連接功能，並在厚度方向的垂直方向具有絕緣功能。如圖1所示，安裝裝置包括用於放置形成了布線圖IOOa的布線板100的基座11以 及對設有金凸塊(gold stud bump)等凸塊(bump，凸點)200a的作為電氣元件的晶片200 進行加壓和加熱的熱壓接頭12。基座11由規定的金屬或陶瓷等形成，在其內部設置加熱用的加熱器13。這樣的基 座11通過與熱壓接頭12抵接的平坦壓接面，抵擋基於與其抵接的該熱壓接頭12的加壓， 從而對布線板100和IC晶片200進行加壓。熱壓接頭12具有壓接部14，該壓接部14具有用於熱壓接IC晶片200的平坦的壓 接面14a，至少壓接部14由規定的彈性體構成。具體而言，熱壓接頭12具有由規定的金屬 等構成的頭本體15，在其內部設置無圖示的加熱用加熱器。在頭本體15上與基座11對置 的區域形成有凹部15a，由板狀的彈性體構成的壓接部14以與該凹部15a緊貼的方式安裝 在該凹部15a上。壓接部14設置成其壓接面14a與基座11的平坦的壓接面平行。並且，將壓接部 14形成為壓接面14a的面積大於IC晶片200的頂面200b的面積，同時其厚度大於等於IC 晶片200的厚度。另外，由於作為本發明對象的IC晶片200的厚度在200 μ m以下，因此只 要壓接部14的厚度在200 μ m以上，即可與作為本發明對象的IC晶片200對應。並且，為了大幅度降低熱壓接後產生的IC晶片200的翹曲量以提高連接可靠性， 構成壓接部14的彈性體優選使用橡膠硬度為60以下的彈性體。如後所述，這是由各向異 性導電粘接膜300的熔融粘度低引起的。即，各向異性導電粘接膜300的熔融粘度低會形 成介於布線板100和IC晶片200之間的粘結樹脂300a在熱壓接時的流動性大、粘結樹脂 300a容易被從IC晶片200的下表面區域向外部排除的狀態。在這樣的狀態下，如果使用 橡膠硬度過大的彈性體形成壓接部14，則容易排除粘結樹脂300a，熱壓接後產生的IC晶片 200的翹曲量增大，連接可靠性降低。因此，為了避免這樣的不良情況，在安裝裝置中，構成 壓接部14的彈性體採用橡膠硬度為60以下的材料。另一方面，作為橡膠硬度的下限值，從 避免耐熱性的降低導致橡膠特性變差的觀點考慮，優選15左右。另外，構成壓接部14的彈
5性體如果橡膠硬度在60以下，則可以使用天然橡膠或人造橡膠等任意的彈性體，但從耐熱 性和耐壓性的觀點來看，優選使用矽橡膠。這樣的熱壓接頭12通過無圖示的規定的驅動機構能在上下方向上移動，如圖2所 示，熱壓接頭12通過向下方下降至與IC晶片200的頂面200b或側面抵接，從而對設置在 其與基座11之間的IC晶片200進行加壓。在利用這樣的安裝裝置安裝IC晶片200時，將布線板100放置在基座11上，同時 將在規定的粘結樹脂300a中分散了細微的導電粒子300b的各向異性導電粘接膜300放置 在該布線板100的上面。另外，該各向異性導電粘接膜300是作為粘接劑的最低熔融粘度為 LOXlO3Pa-S以下的膜。並且，各向異性導電粘接膜300作為粘接劑的最低熔融粘度的下 限值為1. OX IO2Pa · s左右是現實的。如果分散在粘結樹脂300a中的導電粒子300b是少 量的，則各向異性導電粘接膜300作為粘接劑的熔融粘度不受有無導電粒子300b分散的影 響。然後，在安裝裝置上，將IC晶片200放置在各向異性導電膠膜300的上面，使該熱壓接 頭12向下方下降直到熱壓接頭12的壓接面14a隔著無圖示的保護膜與IC晶片200的頂 面200b或側面抵接然後加壓，同時使加熱器13發熱，從而在規定的條件下進行臨時壓接， 然後在以下的條件下進行正式壓接。S卩，在進行正式壓接時，安裝裝置以規定溫度加熱IC晶片200側，同時以高於該規 定溫度的溫度加熱布線板100側。具體而言，安裝裝置通過無圖示的規定的控制裝置控制 設置在熱壓接頭12上的加熱器，使壓接部14的溫度達到100°C左右，同時控制設置在基座 11上的加熱器13，使基座11的溫度達到200°C左右，並將各向異性導電粘接膜300的粘結 樹脂300a的溫度加熱到180°C左右。另外，作為基座11的加熱方法，一般有從一開始就使 加熱器13發熱以將基座11的溫度保持為規定溫度的穩定(constant)加熱方式和從在初 始時設定成了常溫或不使各向異性導電膠膜300固化的溫度的狀態開始加熱基座11的脈 衝加熱方式，安裝裝置可以使用任何方式。並且安裝裝置在進行該加熱的同時對IC晶片 200進行加壓。另外，正式壓接時的壓力優選是每個IC晶片200大於等於5kgf、小於等於 15kgf (大於等於50N、小於等於150N)左右，加壓10秒鐘以上。這樣，在安裝裝置上，在使用最低熔融粘度為1. 0X103Pa· s以下的各方異性導電 膠膜300安裝厚度為200 μ m以下的IC晶片200的情況下，利用由橡膠硬度為60以下的彈 性體構成的壓接部14進行加壓，從而不會不必要地排除各向異性導電粘接膜300的粘結樹 脂300a，能大幅度降低熱壓接後產生的IC晶片200的翹曲量，並且能防止空隙的產生，提高
連接可靠性。並且，在該安裝裝置上，利用由橡膠硬度為60以下的彈性體構成的壓接部14進行 加壓，從而當向IC晶片200的頂面200b施加規定的壓力時，則小於對頂面200b的壓力的 壓力被均勻地施加在該IC晶片200側向的膠瘤部300c上。這樣，在安裝裝置上，一方面 可以向IC晶片200與布線板100的連接部分施加充分的壓力，另一方面也可以對IC晶片 200周圍的膠瘤部300c加壓以防止產生空隙，可以在高可靠度的基礎上使用各向異性導電 粘接膜300進行IC晶片200的連接。尤其是，在安裝裝置上，由於壓接部14的厚度被形成 為大於等於IC晶片200的厚度，因此可以用最適當的壓力對IC晶片200的頂面200b和側 面的膠瘤部300c進行可靠的加壓。而且，在該安裝裝置上，在進行熱壓接時，以規定溫度加熱IC晶片200側，同時以高於該規定溫度的溫度加熱布線板100側，由此可以充分對IC晶片200周圍的膠瘤部300c 進行加熱，能可靠地防止空隙的產生。另外，本發明不局限於上述的實施方式。例如，在上述的實施方式中，對只熱壓接 一個IC晶片的情況進行了說明，但本發明也可以適用於同時熱壓接多個IC晶片的情況。例如，作為同時熱壓接兩個IC晶片的安裝裝置可以形成圖3所示的結構。S卩，將 該安裝裝置構成為使壓接面14a的面積大於設置了兩個厚度在200 μ m以下的IC晶片200、 201的面積。這種情況下，安裝裝置也是採用橡膠硬度為60以下的彈性體作為構成壓接部 14的彈性體，同時使用作為粘接劑的最低熔融粘度為LOXlO3Pa · s以下的各向異性導電 粘接膜300，並加熱IC晶片200、201以及布線板100。由此，在該安裝裝置上，即使在多個IC晶片200、201的厚度不同的情況下，也能在 高可靠度的基礎上同時安裝這些IC晶片200、201，能大幅度地提高安裝效率。並且，在上述的實施方式中，對使用各向異性導電粘接膜安裝IC晶片的情況進行 了說明，但本發明也適用於使用各向異性導電粘接膠糊(Anisotropic Conductive Paste 各向異性導電膠；ACP)等最低熔融粘度在1. OX IO3Pa .s以下的含有導電粒子300b的粘接 劑的情況。而且，在上述的實施方式中，對安裝具有凸塊的IC晶片的情況進行了說明，但本 發明也適用於不具有凸塊的IC晶片或其他電氣元件的安裝。這樣，在不脫離本發明宗旨的範圍內當然可以對本發明進行適當的變更。[實施例]以下基於實驗結果對應用了本發明的安裝裝置的具體實施例進行說明。本申請的發明人使用具有基座和熱壓接頭的熱壓接裝置，將IC晶片安裝在放置 於基座上的規定的布線板上，並測量了熱壓接後的IC晶片的翹曲量。準備具有由橡膠硬度為15、40、60、80的四種彈性體構成的壓接部的熱壓接頭。 並且，粘接劑使用在環氧類粘接劑中摻入規定重量％的導電粒子的索尼化工與信息部件 株式會社生產的熱固型各向異性導電粘接膜，並準備了最低熔融粘度為LOXlO3Pa · s和 1. 2X IO4Pa · s的兩種粘接劑。然後，使用這樣的安裝裝置和各向異性導電粘接膜，在將各 向異性導電粘接膜的溫度控制在180°C之後，與真機量產時一樣地進行熱壓接，將厚度為 100 μ m、200 μ m、400 μ m的IC晶片安裝在布線板上。另外，熱壓接的壓力為每個IC晶片 IOkgf0對這樣安裝的IC晶片測量熱壓接後的翹曲量。使用最低熔融粘度為 LOXlO3Pa-S的各向異性導電粘接膜時的測量結果如下表1和圖4所示。並且，使用最低 熔融粘度為1. OX IO4Pa · s的各向異性導電粘接膜時的測量結果如下表2和圖5所示。[表 1] [表 2] 由該結果可知在使用最低熔融粘度為1. OXlO3Pa · s的各向異性導電粘接膜的 情況下，如果使壓接部的橡膠硬度在60以下，則任何厚度的IC晶片熱壓接後的翹曲量都不 到5μπι，而利用橡膠硬度為80的壓接部熱壓接厚度為200 μ m以下的IC晶片時，翹曲量非 常大。即，在使用最低熔融粘度為1. OX IO3Pa · s的各向異性導電粘接膜熱壓接厚度薄的 IC晶片的情況下，使壓接部的橡膠硬度在60以下，從而各向異性導電粘接膜的粘結樹脂不 會被不必要地排除，並且可以用較小的壓力可靠地連接IC晶片與布線板的布線圖。通過在 壓接部的橡膠硬度為80時IC晶片的翹曲量迅速增大、用橡膠硬度為80的壓接部熱壓接厚 度為400 μ m的IC晶片時熱壓接後產生的IC晶片的翹曲量小的情況可以證實該結果。這樣，在應用了本發明的安裝裝置上，當IC晶片為厚度在200 μ m以下的薄晶片的 情況下，通過優化壓接部的橡膠硬度以及粘接劑的最低熔融粘度，可以大幅度降低熱壓接 後產生的IC晶片的翹曲量。這種優化對預計微小間距(fine pitch)化將繼續發展的IC 晶片的安裝是非常有效的。
權利要求
一種電氣元件的安裝方法，用於將電氣元件熱壓接在布線板上進行安裝，其特徵在於，包括第一工序，將最低熔融粘度為1.0×103Pa·s以下的導電粘接劑放置在放置於基座上的所述布線板上，同時在所述導電粘接劑上放置厚度為200μm以下的所述電氣元件；以及第二工序，利用具有由橡膠硬度為60以下的彈性體形成的壓接部的熱壓接頭對所述電氣元件進行加壓，將所述電氣元件熱壓接在所述布線板上。
2.根據權利要求1所述的電氣元件的安裝方法，其特徵在於，在所述第二工序中，利用所述熱壓接頭，以規定的壓力將所述電氣元件的頂面區域壓 向所述布線板，同時以小於對所述頂面區域壓力的壓力對所述電氣元件的側面區域加壓。
3.根據權利要求2所述的電氣元件的安裝方法，其特徵在於，所述壓接部被形成為其壓接面的面積大於所述電氣元件的頂面面積，同時所述壓接部 的厚度大於等於所述電氣元件的厚度。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的電氣元件的安裝方法，其特徵在於，在所述第二工序中，以規定溫度加熱所述電氣元件側，同時以高於所述規定溫度的溫 度加熱所述布線板側。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電氣元件的安裝方法，其特徵在於，在所述第二工序中，利用所述熱壓接頭，以每個所述電氣元件大於等於5kgf且小於等 於15kgf的壓力對所述電氣元件進行加壓。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的電氣元件的安裝方法，其特徵在於，所述導電粘接劑是在粘結樹脂中分散了導電粒子的各向異性導電粘接膜。
7.一種電氣元件的安裝裝置，用於將電氣元件熱壓接在布線板上進行安裝，其特徵在 於，包括基座，用於放置所述布線板；以及熱壓接頭，在將最低熔融粘度為1.0X103Pa· s以下的導電粘接劑放置在放置於所述 基座上的所述布線板上、同時在所述導電粘接劑上放置了厚度為200μπι以下的所述電氣 元件的狀態下，對所述電氣元件進行加壓，將所述電氣元件熱壓接在所述布線板上，其中，所述熱壓接頭具有由橡膠硬度為60以下的彈性體形成的壓接部。
全文摘要
本發明提供了一種電氣元件的安裝裝置，該電氣元件的安裝裝置能大幅度降低在將厚度為200μm以下的薄的電氣元件安裝在布線板上時、使用含有導電粒子且最低熔融粘度低的導電粘接劑進行熱壓接時所產生的電氣元件的翹曲量。在安裝裝置上，將最低熔融粘度為1.0×103Pa·s以下的各向異性導電粘接膜(300)放置在放置於基座(11)上的布線板(100)上，同時在該各向異性導電粘接膜(300)上放置厚度為200μm以下的IC晶片(200)。然後，在該安裝裝置上，利用具有由橡膠硬度為60以下的彈性體形成的壓接部(14)的熱壓接頭(12)對IC晶片(200)進行加壓，將該IC晶片(200)安裝在布線板(100)上。
文檔編號H01L21/60GK101889336SQ20088011958
公開日2010年11月17日 申請日期2008年11月13日 優先權日2007年12月10日
發明者濱崎和典 申請人:索尼化學&信息部件株式會社