粘接方法、粘接裝置的製作方法
2023-10-24 03:36:47
專利名稱：粘接方法、粘接裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及將晶片搭載到樹脂薄膜上的技術，特別關於排出一定量的粘接劑，將晶片固定到樹脂薄膜上的技術。
背景技術：
最近幾年，向柔性配線板上搭載半導體裸晶片的技術被開發出來，與搭載樹脂封止型晶片相比，由於小的實裝面積就可以完成，因此被廣泛應用於行動電話等小型電子儀器中。
圖7(a)～(e)是現有的裸晶片搭載工序說明圖。首先，參照圖7(a)，符號113表示由具有撓性的樹脂構成的底膜，在該底膜113的表面上形成了由銅箔布線圖構成的配線膜122。
在該底膜113上形成有配線膜122一側的面上，如圖7(b)所示那樣粘附著各向異性導電膜115，將底膜113的背面向下，如圖7(c)所示那樣載置到預熱臺151上。
各向異性導電膜115以熱硬化性樹脂為主劑，在該主劑中分散著導電性粒子。
將預熱臺151的溫度預先升到各向異性導電膜115主劑的硬化溫度以上，各向異性導電膜115由在底膜113上傳導的熱加熱。
通過將底膜113及其表面的各向異性導電膜115擱置在預熱臺151上一段時間，使各向異性導電膜115的主劑半硬化。
接著，如圖7(d)所示那樣，將底膜113及半硬化的各向異性導電膜115從預熱臺151移動到作業臺152上，使半導體晶片111保持在推壓夾具129上、將半導體晶片111移動到各向異性導電膜115上面，並進行位置配合使半導體晶片111的突起121與配線膜122的連接部分相對後，如圖7(e)所示那樣，通過推壓夾具129將半導體晶片111壓到各向異性導電膜115上，突起121就陷入到了各向異性導電膜115內，突起121與配線膜122通過各向異性導電膜115內的導電粒子被電氣連接。
推壓夾具129和作業臺152被升溫到預熱臺151的溫度以上，將推壓夾具129壓在晶片111的背面並保持一定時間，各向異性導電膜115的主劑進行硬化反應，半導體晶片111被固定到了底膜113上。
如上所述，使各向異性導電膜115硬化的時候，首先將各向異性導電膜115在預熱臺151上加熱，使其半硬化以後移動到作業臺152上，進行半導體晶片111的搭載和加熱，在作業臺上的加熱短時間因已經半硬化而可縮短。
但是，在作業臺152上將晶片111搭載到各向異性導電膜115上時發生不良情況、工序的進行停止時，在搭載的前工序的預熱工序中，由於各向異性導電膜115也長時間被擱置在預熱臺151上，所以兩種情況下的各向異性導電膜115均會產生不良。
雖然有代替各向異性導電膜115、在底膜113上塗敷液狀粘接材料的方法，但是存在與各向異性導電膜115相比容易捲入氣泡，經常發生氣孔引起的陳化不良的問題。
發明內容
本發明是為解決上述現有技術的缺陷而創作的，目的是提供一種不會發生氣泡的捲入或不良的多發的粘接方法。
為解決上述課題，本發明的粘接方法具有如下工序使靠加熱進行反應而硬化的粘接劑半硬化的半硬化工序、將上述半硬化的上述粘接劑從細孔排出所用量、並配置在排出對象物上的排出工序，以及搭載工序，所述搭載工序是將粘附對象物與配置在上述排出對象物上的上述粘接劑接觸後、將上述粘附對象物壓到上述排出對象物上、加熱存在於上述排出對象物與上述粘附對象物之間的上述粘接劑使之硬化、將上述粘附對象物固定到上述排出對象物上。
本發明的粘接方法是，在上述搭載工序中加熱上述粘附對象物。
本發明的粘接方法是，在進行半硬化工序之前，將上述粘接劑配置在粘接劑容器內，在置於同一粘接劑容器內的狀態下進行上述半硬化工序和上述排出工序。
本發明的粘接方法是，在上述半硬化工序中，加熱上述粘接劑容器，使上述粘接劑半硬化。
本發明的粘接方法是，上述半硬化工序中的上述粘接劑的加熱是邊對上述粘接劑容器施加離心力邊進行的。
本發明的粘接方法是，上述半硬化工序中的上述粘接劑的加熱是將上述粘接劑容器放在真空氛圍中，邊對上述粘接劑進行真空脫泡邊進行的。
本發明的粘接方法是，在上述半硬化工序中以2％以上、20％以下範圍的反應率使上述粘接劑硬化。
本發明的粘接方法是，用具有撓性的樹脂薄膜作為上述排出對象物，用半導體晶片作為上述粘附對象物。
本發明的粘接方法是，使上述樹脂薄膜上的由配線膜構成的連接部分與設置在上述晶片上的連接部分接觸、在上述配線膜與上述晶片電氣連接的狀態下把上述晶片固定到上述樹脂薄膜上。
而且本發明的粘接裝置是一種具有與細孔相連的粘接劑容器和配置在上述粘接劑容器內的粘接劑，並且從上述細孔能夠排出所用量的上述粘接劑的粘接裝置，其特徵是，上述粘接劑在配置於上述粘接劑容器內並被置於真空氛圍中的狀態下，對其邊加熱邊施加離心力進行真空脫泡。
本發明的粘接裝置的特徵是，上述粘接劑以2％以上、20％以下範圍的反應率被半硬化。
本發明如上所述地構成，使用靠加熱進行反應的粘接劑。這種粘接劑既可以用熱硬化性樹脂為主要成分也可以用熱硬化性樹脂和熱可塑性樹脂的混合樹脂為主要成分。一般含有耦合劑或硬化劑等的添加劑或填充劑。
使本發明的粘接劑在粘接劑容器中半硬化，可以在放置於粘接劑容器中的狀態下直接用到排出工序中。這時，沒必要把粘接劑移換到不同的容器中，實現了省力化。
雖然為使粘接劑半硬化而加熱時，在粘接劑中將產生氣泡，但在本發明中施加了離心力，比重力還大的離心力施加在粘接劑上。因此，粘接劑中的氣泡迅速地移動到粘接劑的表面而消失。
而且，由於半硬化中的粘接劑被置於真空氛圍中，容易產生與不存在大氣壓相對應的氣泡。這種狀態下氣泡被除去以後，在被返回到大氣壓下時，在大氣壓下不會產生氣泡。同時，在半硬化中粘接劑被升溫，在升溫狀態下被脫泡。
被半硬化的、在排出工序中的粘接對象物被保持在比半硬化工序的溫度還低的溫度上。另外，排出到排出對象物上的粘接劑由於比半硬化工序的溫度還低，在通過半硬化工序脫泡處理的粘接劑中不會產生氣泡。
本發明可以進行無氣泡粘接。
圖1(a)為粘接劑容器，圖1(b)為容器栓塞，圖1(c)為容器金屬蓋部件。
圖2(a)為帶栓塞的粘接劑容器，圖2(b)為容器內部粘接劑的說明圖。
圖3(a)為裝有金屬蓋部件的粘接劑容器，圖3(b)為容器內部粘接劑的說明圖。
圖4(a)、圖4(b)為加熱·真空·離心脫泡的工序說明圖。
圖5(a)、圖5(b)為半硬化的粘接劑排出工序說明圖。
圖6(c)～圖6(e)為晶片的搭載工序說明圖。
圖7(a)～圖7(e)為現有技術粘接方法的說明圖。
具體實施例方式
首先，對本發明方法的脫泡工序進行說明。
圖1(a)的符號30表示粘接劑容器。
該粘接劑容器30具有有底圓筒形狀的容器本體31和管狀突出部41。在容器本體31的底面部分32上形成孔34，突出部41的一端以其內部44與孔34連通的狀態與底面部分32的外側垂直連接。
突出部41是圓筒狀，因此，作為突出部41另一端的開口43朝向容器本體31的開口33相反的一側。
圖1(b)的符號50是栓塞，由有底圓筒形狀的栓塞本體51構成。
栓塞本體51的內周面和突出部41的外周面上設有螺紋，將栓塞本體51的開口部分53面向突出部41的開口43，將栓塞本體51旋入到突出部41內，栓塞50就被安裝到了粘接劑容器30上。
安裝著栓塞50的狀態下，如圖2(a)所示的那樣，圖1(b)的栓塞本體51的底面部分52就堵住了突出部41的圖1(a)的開口43。
這種狀態下開口33向上，栓塞50垂直向下，從粘接劑容器30的開口33流入液狀粘接材料，粘接材料被存積在容器本體31的下方.圖2(b)的符號37表示容器本體41內的粘接材料，在該狀態下，粘接材料37也被填充到突出部41內。突出部41與容器本體31之間被液密連接、突出部41的圖1(a)的開口43被栓塞50栓塞上，所以粘接劑37不會漏到外面。
接著，對粘接劑容器30內的粘接材料37的脫泡工序進行說明。
圖4(a)的符號80表示離心脫泡裝置。該離心脫泡裝置80具有真空槽81、馬達84、迴轉軸83、腕部82和真空排氣系統85。
圖4(a)的符號87a、87b分別表示多個脫泡操作對象物，各脫泡操作對象物87a、87b分別由粘接劑容器30、填充在粘接劑容器30內的粘接劑37及防止該粘接劑37漏出的栓塞50構成。另外，在這裡各脫泡操作對象物87a、87b的粘接劑容器30的開口33通過蓋子部件被蓋上以防止塵埃侵入。
為了將脫泡操作對象物87a、87b配置在了真空槽81內，首先打開真空槽81的蓋或門，把脫泡操作對象物87a、87b掛在腕部82上，被掛在腕部82上的脫泡操作對象物87a、87b的栓塞50垂直向下、容器本體31的開口33垂直向上。
關閉真空槽81，以使大氣不能侵入後，通過真空排氣系統85對真空槽81內部進行真空排氣，真空槽81的內部壓力就會低於大氣壓。即，粘接劑37由於被置於真空氛圍中，溶解在粘接劑37中的氣體就會成為氣泡析出，而且微小氣泡還會變大。
脫泡操作對象物87a、87b的構成是能夠在通過腕部82的迴轉中心的豎直平面內自由擺動，當一邊真空排氣一邊使馬達84動作，使迴轉軸83繞垂直的迴轉軸線迴轉，腕部82就在水平面內迴轉，離心力就施加到了脫泡操作對象物87a、87b上。
離心力一施加到脫泡操作對象物87a、87b上，各脫泡操作對象物87a、87b就在離心力的作用下與腕部82約成水平的狀態、並在栓塞50面向迴轉的外方向、容器本體31的開口33面向迴轉的中心方向的狀態下迴轉。
該狀態下，比重力還大的離心力施加到了粘接劑37上，其結果是粘接劑37被強力地壓到了容器本體31的底面32和栓塞50上，相反，粘接劑37中的氣泡被擠到了迴轉的中心方向上。而且氣泡一到達粘接劑37的表面，構成氣泡的氣體被釋放到真空氛圍中，通過真空排氣系統85被排到真空氛圍的外部。
另外，在該離心脫泡裝置80中，在迴轉中的脫泡操作對象物87a、87b的附近配置了加熱器88。
在使脫泡操作對象物87a、87b迴轉時，預先使加熱器88升溫，紅外線照射到了迴轉中的脫泡操作對象物87a、87b上。
所以，由於構成迴轉中的脫泡操作對象物87a、87b的粘接劑容器30被加熱，因此，粘接劑容器30內的粘接劑37邊被附加由迴轉所形成的離心力邊被加熱。
所以，通過該加熱，粘接劑37的硬化反應持續進行，溶解在粘接劑37內部的氣體變成氣泡容易產生，而且產生的氣泡通過離心力和真空排氣被脫泡。
但是，當真空·加熱·離心力脫泡時的粘接劑37的硬化反應過於進行，在後工序中就不能排出了。因此，通過調整加熱溫度和加熱時間，使其在2％以上、20％以下的範圍內進行硬化反應即可。
在進行一定時間的加熱·真空·離心力脫泡處理後，使馬達84停止，通過真空排氣系統85完成真空槽81內的真空排氣，把脫泡操作對象物87a、87b從離心脫泡裝置80中取出來。
然後，把栓塞50換成圖1(c)所示的金屬蓋部件60。
該金屬蓋部件60是頭部狹細的管，狹細部分的相反一側的大直徑開口63的大小與突出部41的外徑大致相等，而且開口63的內側設有螺紋，金屬蓋部件60的開口63一側能夠被安裝到突出部41的前端。
圖3(a)、圖3(b)中的符號18表示的是由半硬化的粘接劑38、容納該粘接劑38的粘接劑容器30、安裝到粘接劑容器30的金屬蓋部件60和蓋住容器本體31的開口33的蓋子部件70所構成的粘接裝置。
粘接劑38在被配置在粘接劑容器30內的狀態下進行加熱·真空·離心力脫泡處理、被半硬化。
蓋子部件70上連接有管71的一端，管71的另一端部連接到沒有圖示的高壓儲氣瓶上。
蓋子部件70與半硬化的粘接劑38的液面之間形成間隙39，從高壓儲氣瓶中送出一定量的氣體，該氣體就通過管71被供給到間隙39中。
在金屬蓋部件60的頭部狹細部分62的頂端配置了小直徑的作為排出口的細孔64。
供給到間隙39的氣體壓住半硬化的粘接劑38的液面，與所供給的氣體同體積的粘接劑38從細孔64被排出。
圖5(a)的符號27是塗敷作業臺，配置有由樹脂構成的底膜13。銅箔布線圖構成的配線膜圍在該底膜13的表面一側。圖5(a)的符號22是配線膜的一部分，是與後敘的晶片電氣連接的連接部分。
圖3(a)、圖3(b)所示狀態的粘接劑容器30配置在該連接部分22的上方，容器的金屬蓋部件60的細孔64面向底膜13的表面。
該狀態下，向容器本體31內供給一定量的氣體，從細孔64排出一定量半硬化的粘接劑38。
圖5(b)的符號12表示排出的半硬化狀態的粘接劑。連接部分22圍在底膜13上，底膜13的一部分表面與連接部分22的一部分表面被所排出的粘接劑12部分覆蓋。
圖6(c)的符號表示在底膜13上塗敷一定量的粘接劑12的基板。
將該基板15從塗敷作業臺27上移換到配置在塗敷作業臺27附近的搭載作業臺28上。
接著，在基板15的連接部分22的上方，使由推壓夾具29保持的晶片11靜止，在晶片11的連接部分21和基板15的連接部分22之間進行位置配合，將推壓夾具29向下移動，把晶片11壓到粘接劑12的表面。通過推壓夾具29推壓晶片11，晶片11就壓退粘接劑12，連接部分21、22彼此抵接。晶片11通常採用由矽晶或GaAs晶等構成的集成電路或個別半導體的晶片，這裡是導通實驗用的矽晶片。
在推壓夾具29內部配置了加熱器，晶片11被該加熱器預先升溫至粘接劑12進行硬化反應的溫度，粘接劑12就被晶片11升溫。
塗敷作業臺28預先升溫至所定溫度，這樣塗敷作業臺28就不會將粘接劑12冷卻。
粘接劑12中的樹脂成分通過由晶片11供給的熱進行反應，在連接部分21、22抵接的狀態下，樹脂100％硬化或接近100％硬化時，通過硬化的粘接劑12，晶片11被搭載到了基板15上。
這時，被晶片11升溫之前的粘接劑12由於預先進行了硬化反應而被半硬化，到粘接劑12完全硬化的時間因預先進行了硬化反應而相應地縮短。
粘接劑12完全硬化，晶片11被搭載到底膜13上後，推壓夾具29從晶片11離開，把搭載晶片11的基板15移動到下一工序的同時，把剛塗敷完粘接劑12的基板15從塗敷作業臺27移換到搭載作業臺28上，繼續進行晶片11的搭載作業。
這樣，依據本發明，由於粘接劑12沒有在塗敷作業臺27上被加熱，假如在晶片11的搭載工序或其他工序中發生故障，即使基板15被置於塗敷作業臺27上，粘接劑12也不會進行硬化反應，不會產生不良。
實施例改變樹脂的種類和真空脫泡時的加熱條件，製作實施例①～⑧和比較例①～⑧的粘接劑38，通過排出到底膜13上的粘接劑12粘附晶片11，進行搭載狀態的評價。下述表1中所述是樹脂的種類和加熱條件及評價結果。
表1 (注)比較例①、比較例⑤在室溫(25±2℃)下進行900秒鐘的真空離心脫泡。
A加熱溫度(℃)
B加熱時間(秒)C反應率(％)的測定結果D分配性評價結果E外觀評價結果F初期導通評價結果G陳化後導通評價結果(1)樹脂表1中的「樹脂1」的成分為HP4032∶EP828∶HX3748∶A187∶RY200＝40∶20∶40∶3∶5。
「樹脂2」的成分為HP4032∶EP630∶HX3921∶A187∶RY200＝30∶30∶40∶3∶5。
HP4032大日本インキ株式會社制的環氧樹脂EP828、EP630油化シエル公司制的環氧樹脂HX3748、HX3921旭化成株式會社制的硬化劑A187日本ユニカ株式會社制的耦合劑RY200日本ァエロジル株式會社制的填充劑(2)真空·加熱·離心力脫泡的條件真空槽81內的壓力5m託以下從迴轉中心到脫泡中的粘接劑37的距離約30cm迴轉速度1000～1800轉/分迴轉中的粘接劑37的溫度表1中的加熱條件A加熱時間表1中的加熱條件B(3)基板15底膜13厚度為20μm的聚醯亞胺薄膜配線膜厚度為12μm的銅箔連接部分22在配線膜上形成有Ni/Au鍍層(4)晶片11大小6.3×6.3×0.4mm連接部分21為直徑60μm、高20μm的銅突起，表面上形成有Au鍍層(5)搭載條件推壓夾具29的溫度和推壓時間相對於樹脂1是200℃10秒，相對於樹脂2是230℃5秒搭載作業臺28的溫度80℃推壓壓力60g/突起(6)評價內容①C反應率(％)的測定結果根據真空·加熱·離心力脫泡前的DSC(differential scanningcalorimetry示差掃描熱分析)的發熱量Q1和進行完真空·加熱·離心力脫泡後的DSC的發熱量Q2，用下述公式求出反應率R。
R＝{(1-Q2)/Q1}×100②D分配性評價結果用10cm3的粘接劑容器30和直徑1mm的細孔64，把能夠排出的用○表示，不能排出的用×表示。
③E外觀評價結果在搭載晶片11前的狀態下，目視觀察排出到底膜13上的粘接劑12，沒有氣孔(氣泡)的用○表示，有氣孔(氣泡)的用×表示。
④F初期導通評價結果通過4個端子測定連接部分21、22之間的電阻值，最大電阻值為100mΩ以下的用○表示，最大電阻值超過100mΩ的用×表示。
⑤G陳化後的導通評價結果在搭載上晶片11的狀態下、在85℃、85％RH的氛圍中放置1000小時後，進行與初期導通評價相同的評價。
(7)結論依據本發明的晶片搭載方法(實施例①～⑧)，沒有氣泡產生。
從比較例①～⑧的評價結果可知，反應率大則分配性不好，反應率低則產生氣泡。
根據實施例①～⑧和比較例①～⑧的加熱條件或反應率的差異，加熱·真空·離心脫泡的條件在加熱溫度40℃以上、100℃以下、反應率在2％以上、20％以下時是良好的。優選的時間是60秒以上。
實施例作為表1中所記載的實施例及比較例以外的例子，可將分別填充樹脂1和樹脂2的粘接劑容器30在室溫下進行900秒的真空·離心脫泡後，在溫度調節到60℃的真空爐中擱置600秒鐘，在真空氛圍中加熱·脫泡。樹脂1的反應率是10.2％，樹脂2的反應率是15.6％。這種粘接劑在評價結果D～G中全部顯示了良好的結果。
實施例作為比較例，將樹脂1、樹脂2分別在溫度調節到60℃的真空爐中置放600秒鐘，在真空氛圍中加熱·脫泡。加熱·脫泡結束後，從真空爐中取出，要填充到粘接劑容器30中，但是粘度增大不能填充。這是因為反應過頭的緣故。
權利要求
1.一種粘接方法，具有如下工序使靠加熱進行反應而硬化的粘接劑半硬化的半硬化工序，將上述半硬化的上述粘接劑從細孔排出所用量、並配置在排出對象物上的排出工序，以及搭載工序，所述搭載工序是將粘附對象物與配置在上述排出對象物上的上述粘接劑接觸後、將上述粘附對象物壓到上述排出對象物上、加熱存在於上述排出對象物與上述粘附對象物之間的上述粘接劑使之硬化、將上述粘附對象物固定到上述排出對象物上。
2.依據權利要求1所記載的粘接方法，在上述搭載工序中加熱上述粘附對象物。
3.依據權利要求1所記載的粘接方法，在進行半硬化工序之前，將上述粘接劑配置在粘接劑容器內，在置於同一粘接劑容器內的狀態下進行上述半硬化工序和上述排出工序。
4.依據權利要求3所記載的粘接方法，在上述半硬化工序中，加熱上述粘接劑容器，使上述粘接劑半硬化。
5.依據權利要求4所記載的粘接方法，上述半硬化工序中的上述粘接劑的加熱是邊對上述粘接劑容器施加離心力邊進行的。
6.依據權利要求4所記載的粘接方法，上述半硬化工序中的上述粘接劑的加熱是將上述粘接劑容器放在真空氛圍中，邊對上述粘接劑進行真空脫泡邊進行的。
7.依據權利要求5所記載的粘接方法，上述半硬化工序中的上述粘接劑的加熱是將上述粘接劑容器放在真空氛圍中，邊對上述粘接劑進行真空脫泡邊進行的。
8.依據權利要求1所記載的粘接方法，在上述半硬化工序中以2％以上、20％以下範圍的反應率使上述粘接劑硬化。
9.依據權利要求1所記載的粘接方法，用具有撓性的樹脂薄膜作為上述排出對象物，用半導體晶片作為上述粘附對象物。
10.依據權利要求9所記載的粘接方法，使上述樹脂薄膜上的由配線膜構成的連接部分與設置在上述晶片上的連接部分接觸、在上述配線膜與上述晶片電氣連接的狀態下把上述晶片固定到上述樹脂薄膜上。
11.一種粘接裝置，具有與細孔相連的粘接劑容器和配置在上述粘接劑容器內的粘接劑，並且從上述細孔能夠排出所用量的上述粘接劑，其特徵是，上述粘接劑在配置於上述粘接劑容器內並被置於真空氛圍中的狀態下，對其邊加熱邊施加離心力進行真空脫泡。
12.依據權利要求11所記載的粘接裝置，其特徵是，上述粘接劑以2％以上、20％以下範圍的反應率被半硬化。
全文摘要
提供一種不產生氣泡的粘接方法。在粘接劑容器(30)內配置了粘接劑(37)的狀態下進行加熱·真空·離心脫泡，使其半硬化後，在配置於該粘接劑容器(30)內的狀態下，使半硬化狀態的粘接劑排出、搭載晶片。由於半硬化和脫泡同時進行，可以有效地除去氣泡。另外，由於沒有使排出的粘接劑半硬化的工序，所以即使作業工序停止也不會產生不良品。
文檔編號C09J201/00GK1439684SQ0310631
公開日2003年9月3日 申請日期2003年2月21日 優先權日2002年2月22日
發明者山本憲 申請人:索尼化學株式會社