(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップおよび基板の少なくとも一方に熱硬化性のアンダーフィル材を塗布してチップと基板との間にアンダーフィル材を介在させるとともに、チップを基板へ向けて加圧することによりチップおよび基板の少なくとも一方に形成したバンプを他方に形成した電極に圧着させた状態で加熱するとともに超音波を印加してアンダーフィル材中でバンプと電極を接合するチップ実装方法において、前記アンダーフィル材として、硬化開始の誘発点となるトリガ温度を有し、アンダーフィル材の温度が一旦トリガ温度に到達した後には、アンダーフィル材の温度にかかわらず硬化が進行する接着剤であって、常温では塗布された状態にて自己形状を保持可能な第１の粘度を有し、前記加熱による温度上昇に伴い、粘度が前記第１の粘度から、前記超音波の印加が開始される粘度でかつ該超音波の印加を阻害せずしかも該超音波の印加により分解されたバンプと電極との接合部表面に存在していた有機物や酸化物を接合部から周囲に押し出し可能な低粘度である第２の粘度に低下するとともに、前記超音波の印加によるバンプと電極との超音波接合が行われる間、その超音波接合に必要な予め設定された所定の温度と時間範囲で実質的に前記第２の粘度に維持され、該所定の温度範囲で前記超音波の印加が停止されるまでの所定の時間経過後に粘度が前記第２の粘度から上昇し硬化が進行する接着剤を用い、前記アンダーフィル材が前記トリガ温度に到達し硬化が進行する前に、前記超音波接合のための時間を確保することを特徴とするチップ実装方法。
【請求項２】
前記アンダーフィル材が完全硬化する前にチップの加圧を解除する、請求項１のチップ実装方法。
【請求項３】
前記アンダーフィル材の粘度低下のための加熱をチップ保持ツール側から行う、請求項１または２のチップ実装方法。
【請求項４】
前記アンダーフィル材の硬化のための加熱を基板保持ツール側から行う、請求項１〜３のいずれかに記載のチップ実装方法。
【請求項５】
前記超音波接合後でアンダーフィル材の本硬化前に、チップ−基板接合体の機能検査を行い、不良接合体のリペアを行った後、接合体のアンダーフィル材を本硬化させる、請求項１〜４のいずれかに記載のチップ実装方法。
【請求項６】
超音波の印加中に加圧力を昇圧させる、請求項１〜５のいずれかに記載のチップ実装方法。
【請求項７】
前記バンプおよび電極の少なくとも一方に、前記チップの基板への実装前に、該実装に至るまでの一次酸化を防止する処理を施す、請求項１〜６のいずれかに記載のチップ実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップの実装方法に関し、とくに、チップを超音波接合技術を用いて基板に実装するとともに、チップと基板間にアンダーフィルを行うようにしたチップ実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップにハンダ等によりバンプを形成し、チップをフェイスダウンの形で基板に近づけ、バンプを基板の電極に当接させた後、チップのバンプを加熱溶融させて基板の電極と接合するようにしたチップ実装方法はよく知られている。このチップと基板との間には、チップと基板との間の全体的な接着強度を向上するために、非電気伝導性接着剤からなるアンダーフィル材が注入される。このアンダーフィル材には、通常、熱硬化性樹脂からなる接着剤が使用されている。このアンダーフィル材が、互いに接合されたチップのバンプと基板の電極の周囲に充填されることにより、接合部間の電気的絶縁の信頼性が高められる。
従来、たとえばハンダバンプを形成したチップの実装においては、まず、実装前にバンプ又は基板側にフラックスが塗布され、チップが基板上の所定位置に実装された後、加熱により（多くの場合、加圧を伴って）ハンダバンプが溶融されて基板の電極と仮接合される。冷却された後、フラックスが洗浄により除去され、チップと基板との間の微小な隙間に側方からアンダーフィル材が注入されている。アンダーフィル材が注入された後、再び加熱されてリフローされ、アンダーフィル材の硬化が行われている。
【０００３】
ところが、このような従来の実装方法においては、ハンダバンプの溶融接合のために、フラックスの塗布、および、接合後のフラックスの洗浄による除去が必要となり、本接合完了までの工程数が多いという問題がある。また、フラックスの完全洗浄は難しく、その残渣が接合の信頼性を低下させるという問題もある。また、上記のような従来の実装方法においては、チップと基板との仮接合工程においてハンダバンプが加熱溶融される際、その周囲の雰囲気により二次酸化されるおそれがある。二次酸化が生じると、バンプと基板の電極との電気的接合の信頼性が低下する原因となる。二次酸化を防止するために、バンプと電極が接合される際、窒素ガス等によりバンプ周りの雰囲気をパージする方法がある。しかし、このような窒素ガス等によるパージは、チップ実装装置の大型化、実装装置および実装工程の複雑化、コスト増大の原因となり、かつ、窒素ガス等によるパージの時間が必要となるため高速実装の妨げとなる。
【０００４】
上記のような従来一般の実装方法に対し、フラックスレス化を可能とし、かつ、窒素ガス等によるパージも不要化可能とする技術として、接合前に非電気伝導性接着剤からなる封止樹脂（アンダーフィル材）を塗布し、そのアンダーフィル材中で超音波発信手段から付与された超音波振動を利用して、バンプを備えたチップを接合するようにした技術が知られている（たとえば、特開平１１−２６５１１号公報、特開平１１−２８８９７５号公報）。
【０００５】
しかしながら、このような従来の非電気伝導性接着剤等のアンダーフィル材中での超音波接合を試験してみると、とくにメッキバンプ等の場合に、高品質状態にて実際に接合を行うことが難しいことが分かった。これは、面接合される電極とバンプとの間に、有機物等が存在するため、超音波による接合原理から考えても、この接合界面における有機物等の除去が必要となるが、この除去が十分に行われていないか、行われにくくなっていることによると考えられる。すなわち、超音波振動を十分に付与できれば、有機物や酸化物の層を分解して、分解物を接合される金属結晶中に取り込むことが可能になる。この原理から考えると、先ずは、接合界面に存在していた有機物や酸化物をできるだけ外へ押し出して、その層を極力薄くしておく方が有利ある。しかし、接合部周囲に充満されている封止樹脂としてのアンダーフィル材の粘度が高いために、接合部間に存在する樹脂や有機物、酸化物が外へ押し出されにくい状態になっており、十分に除去されないために高品質の接合が困難になっていると考えられる。
【０００６】
また、アンダーフィル材中で超音波発振させることになるので、アンダーフィル材の粘度が高いと、接合部周囲のアンダーフィル材が超音波発振の妨げとなり、安定した接合ができなかったことも考えられる。
【０００７】
なお、超音波接合の技術とは別に、ウエハーの金属接合部同士の接合においては、イオンビームや原子ビームの照射により表面を活性化することにより、常温でもそのまま接合可能とできる優れた接合技術も知られている（たとえば、特開平１０−９２７０２号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記のような表面活性化による接合技術も考慮に入れながら、アンダーフィル材中での超音波接合を前提とした方法において、優れた接合状態を安定して得ることが可能なチップ実装方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るチップ実装方法は、チップおよび基板の少なくとも一方に熱硬化性のアンダーフィル材を塗布してチップと基板との間にアンダーフィル材を介在させるとともに、チップを基板へ向けて加圧することによりチップおよび基板の少なくとも一方に形成したバンプを他方に形成した電極に圧着させた状態で加熱するとともに超音波を印加してアンダーフィル材中でバンプと電極を接合するチップ実装方法において、前記アンダーフィル材として、硬化開始の誘発点となるトリガ温度を有し、アンダーフィル材の温度が一旦トリガ温度に到達した後には、アンダーフィル材の温度にかかわらず硬化が進行する接着剤であって、常温では塗布された状態にて自己形状を保持可能な第１の粘度を有し、前記加熱による温度上昇に伴い、粘度が前記第１の粘度から、前記超音波の印加が開始される粘度でかつ該超音波の印加を阻害せずしかも該超音波の印加により分解されたバンプと電極との接合部表面に存在していた有機物や酸化物を接合部から周囲に押し出し可能な低粘度である第２の粘度に低下するとともに、前記超音波の印加によるバンプと電極との超音波接合が行われる間、その超音波接合に必要な予め設定された所定の温度と時間範囲で実質的に前記第２の粘度に維持され、該所定の温度範囲で前記超音波の印加が停止されるまでの所定の時間経過後に粘度が前記第２の粘度から上昇し硬化が進行する接着剤を用い、前記アンダーフィル材が前記トリガ温度に到達し硬化が進行する前に、前記超音波接合のための時間を確保することを特徴とする方法からなる。
【００１０】
すなわち、本発明で使用するアンダーフィル材は、塗布された段階では比較的粘度が高く（第１の粘度）、塗布された自己形状を保持でき、その状態では流れ出ないようにする。この塗布状態から、チップと基板を近接させることにより、塗布されているアンダーフィル材は徐々に押し拡げられる。このときアンダーフィル材は比較的高い第１の粘度を有しているので、押し拡げられるアンダーフィル材は、ボイドを巻き込むことなく、互いに圧着されるバンプと電極の周囲に充満される。そして、圧着されたバンプと電極がアンダーフィル材中に埋没した状態で、あるいは埋没前から、アンダーフィル材の加熱されて粘度低下が開始されるとともに、超音波の印加により、バンプと電極が接合される。この超音波接合は、酸素と接しないアンダーフィル材中での接合であるので、バンプと電極は周囲の雰囲気から遮断され、二次酸化が効果的に防止された状態で行われる。そして、とくに本発明においては、粘度が低下したアンダーフィル材中で超音波接合が行われるので、高粘度の封止剤によって超音波の印加が阻害されることは防止され、接合部に有効に超音波が印加されるとともに、接合部が加熱され、容易に所望の超音波接合が行われる。また、接合部に有効に超音波が印加される結果、接合部表面に有機物や酸化物が存在していたとしても効率よく超音波で分解され、分解された有機物や酸化物が低粘度のアンダーフィル材中で接合部から容易に押し出されるとともに、分解物が僅かに残ったとしても接合される金属結晶中に容易に取り込まれる。その結果、電気的に良好な品質の接合状態が得られる。また、超音波を印加中に加圧力を昇圧させれば、バンプが押しつぶされ、より容易に間に存在する樹脂、有機物や酸化物を押しつぶすことができる。
【００１１】
なお、本発明においては、バンプは、チップおよび基板の少なくとも一方に形成される。すなわち、（Ａ）バンプがチップに形成され、基板に電極が形成される場合と、（Ｂ）バンプが基板に形成され、チップに電極が形成される場合と、（Ｃ）チップと基板の両方にバンプが形成される場合がある。したがって、とくに上記（Ｃ）の場合には、本発明における「電極」とは、バンプを含む技術概念を意味する。
【００１３】
上記アンダーフィル材の硬化は、トリガにより開始される。すなわち、アンダーフィル材として、硬化開始の誘発点となるトリガ温度を有し、アンダーフィル材の温度が一旦トリガ温度に到達した後には、アンダーフィル材の温度にかかわらず硬化が進行するアンダーフィル材を用いる。このようなトリガ温度を有するアンダーフィル材を用いることにより、アンダーフィル材の粘度が低下している間に、超音波接合のために必要な時間を容易に確保することができるようになる。トリガがかかった後には、アンダーフィル材を所望の速度で迅速に硬化させることができる。アンダーフィル材を急速硬化させることにより、アンダーフィル材の硬化がある程度進んだ段階でアンダーフィル材の完全硬化前に、チップの加圧を解除することが可能になる。すなわち、チップの加圧を途中で解除しても、アンダーフィル材は、チップと基板の接合状態を保持しつつ、そのまま硬化し続け、自然に完全硬化する。チップの加圧解除により、次のチップ実装に移行できるから、連続的に大量のチップの実装を行う場合、タクトタイムが大幅に短縮される。
【００１４】
本発明における加熱について、アンダーフィル材の粘度低下のための加熱はチップ保持ツール側から行うことが好ましく、アンダーフィル材の硬化のための加熱は基板保持ツール側から行うことが好ましい。チップ保持ツール側からの加熱により、加熱のタイミングや超音波印加とのタイミングを容易に高精度に設定することが可能になり、基板保持ツール側には容易に急速加熱ヒータ（たとえば、セラミックヒータ）を内蔵させることができるので、基板保持ツール側からの加熱により、硬化のための加熱をより迅速に行うことが可能になる。
【００１５】
また、本発明においては、アンダーフィル材の硬化と、超音波による接合とを、機能的に分けることが可能であるので、超音波接合後でアンダーフィル材の本硬化前に、チップ−基板接合体の機能検査（良好な接合が行われているか否かの検査）を行い、不良接合体が発見された場合には、その不良接合体のリペアを行った後、接合体のアンダーフィル材を本硬化させることが可能である。この方法により、製品の収率の向上をはかることができる。
【００１６】
本発明においては、後述の如く、粘度低下したアンダーフィル材中で目標とする超音波接合が可能となるが、接合前に接合表面の有機物や酸化物を極力除去しておく方がより好ましい。とくに、前記アンダーフィル材中での接合による二次酸化防止に加え、バンプおよび電極の少なくとも一方に、チップの基板への実装前に、該実装に至るまでの一次酸化を防止する処理を施しておくことが好ましい。一次酸化防止処理としては、化学的な処理方法を適用することもできるし、たとえば、前記バンプや電極をエネルギー波またはエネルギー粒子により洗浄する処理を行うことができる。エネルギー波またはエネルギー粒子としては、たとえば、真空プラズマ、大気圧プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、ラジカルビーム、レーザのいずれかを用いることができる。また、一次酸化防止処理として、たとえば、バンプや電極の表面にフッ素基等の酸素を取り除く置換基を化学的に結合させ、不酸化表面層を形成したり、水素による還元作用により表面から酸化物を除去したり、バンプおよび電極の少なくとも一方の表面に金メッキを施したりする処理を採用することもできる。たとえば、チップ側に金メッキバンプを施し、基板Ａｌ電極を大気圧プラズマ洗浄直後にアンダーフィル材を塗布することにより、電極の酸化を防止した状態で、加熱と超音波印加が行われる。酸化膜が取り除かれた状態で超音波が印加されるので、確実な接合を行うことができる。このような一次酸化防止処理およびアンダーフィル材中での接合による二次酸化防止により、確実な超音波接合が可能になり、実装工程の大幅な簡略化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るチップの実装方法における、チップ実装直前の状態を示しており、チップ側にバンプを形成し、基板側に電極を形成した場合を示している。図１において、１はチップ（たとえば、ＩＣチップ）を示しており、その下面に設けられた電極（図示略）に対応する位置に、バンプ２、本実施態様では金メッキされたバンプ、が形成されている。上記チップ１は、チップボンディングマシンのチップ保持ツール３の下面に、たとえば吸着により保持されている。本実施態様では、バンプ２および基板電極の少なくとも一方の表面には前述の如き一次酸化防止処理が施されており、本実施態様ではＡｌ電極が基板に設けられ、大気圧プラズマ洗浄により電極表面が洗浄され、洗浄直後にアンダーフィル材を塗布し、電極表面の再酸化が防止された状態となっている。
【００１８】
本実施態様では、チップ保持ツール３に超音波発振装置１０が取り付けられており、超音波発振装置１０によって印加される超音波により、バンプ２と電極間の酸化膜、有機物が分解除去され、バンプ２と基板電極との接合が行われるようになっている。また本実施態様では、チップ保持ツール３に、とくに後述の塗布されたアンダーフィル材部分を効率よく加熱できる位置に、ヒータ１１が内蔵されている。
【００１９】
バンプ２や電極の一次酸化防止方法としては、化学的な処理方法の他、前述の如きエネルギー波またはエネルギー粒子により洗浄する処理や、フッ素基等を置換等により化学的に結合させる化学的な処理、水素による還元作用により表面から酸化物を除去したり、バンプや電極表面に金メッキを施したりする処理等を採用することができる。さらに、エネルギー波またはエネルギー粒子により、あるいは溶液を使った洗浄を行った後、再度酸化される前に時間管理のもとに（所定の時間内に）実装する方法や、上記洗浄後、ＡｒやＮ2 雰囲気中で実装を行う方法も適用可能である。本実施態様では、Ａｌ電極のプラズマ洗浄直後にアンダーフィル材を塗布することにより、電極の再酸化を防止した状態で接合を行う。
チップ１の下方には、ボンディングマシンの基板保持ツール４上に基板５（たとえば、回路基板や液晶基板）が保持固定されている。基板５上には、電極６が、たとえばメッキ（たとえば、ＡｌやＣｕメッキ）により形成されている。このボンディングマシンでは、チップ保持ツール３の下面に吸着保持されたチップ１の位置に対し、基板保持ツール４上に保持固定された基板５が制御されるようになっており、とくに、対応するバンプ２と基板５の電極６とが位置合わせされるようになっている。本実施態様では、基板保持ツール４に、とくに後述の如く展延されたアンダーフィル材を加熱硬化させるために、ヒータ１２が内蔵されており、とくに本実施態様では、急速加熱が可能なセラミックヒータが内蔵されている。
チップ１を基板５上に実装する前に、チップ１と基板５の少なくとも一方に、本実施態様では基板５の上面上に、熱硬化性のアンダーフィル材７が塗布される。本実施態様では熱硬化性のアンダーフィル材７として、非電気伝導性接着剤からなる熱硬化性のアンダーフィル材７が使用されているが、本発明の熱硬化性のアンダーフィル材には、非電気伝導性ペースト、非電気伝導性フィルム、及び金メッキされたプラスチック粒子やハンダ粒子などの導電粒子を含んだ異方導電性ペースト、異方導電性フィルムが含まれる。アンダーフィル材７の塗布は、一次酸化防止処理直後に行うことが好ましい。また、図１に示した状態では、アンダーフィル材７を凸状に盛り上がるように塗布してある。このような凸状の塗布は、たとえばディスペンサによる塗布で行うことができる。この他、スクリーン印刷により、たとえば、部分的に平板状に塗布することも可能である。ただし、後述のアンダーフィル材７展延の際にボイドの巻き込みをより確実に防止するためには、上記の如く凸状に盛り上がるように塗布することが好ましい。
【００２０】
この熱硬化性の非電気伝導性接着剤からなるアンダーフィル材７は、塗布された状態にて図１に示したような凸状に隆起した自己形状を保持可能な、比較的高い第１の粘度を有し、温度上昇に伴い粘度が第１の粘度から比較的低い第２の粘度に低下するとともに予め設定された所定の温度範囲内で所定時間、実質的にその第２の粘度に維持され、その所定時間経過後に、第２の粘度に到達した時点から時間遅れをもって、硬化開始のためのトリガ温度の設定により、粘度が第２の粘度から上昇し硬化が進行する特性を有している。このような特性を有するアンダーフィル材７が、たとえば常温にて、基板およびチップの少なくとも一方に塗布される。本実施態様では基板５上に図１に示したように塗布される。
【００２１】
上記第１の粘度、第２の粘度は、アンダーフィル材７の自己形状保持性能、バンプ２の溶融温度等に応じて、適切に設定され、実質的に第２の粘度に維持される上記所定の温度範囲および所定の時間は、後述の超音波接合のための時間が確実に確保される時間を考慮して、適切に設定される。すなわち、第１の粘度は、塗布された状態にて、図１に示したような凸状に隆起した自己形状や、たとえばスクリーン印刷で塗布された所定の自己形状を保持可能な粘度で、かつ、図２、図３に示すようにチップ１と基板５の間で押し拡げられて展延される際、比較的高粘度を維持してボイドを巻き込まないように雰囲気気体を周囲に押し出していくことのできる粘度に設定される。第２の粘度は、たとえばバンプ２が溶融開始した際のバンプ２の流動性との関係で定められ、超音波接合時の抵抗とならない程度に十分に低い粘度に設定される。また、超音波接合の際、超音波印加により分解された表面の分解物が接合面から容易に押し出されるよう、十分に低い粘度に設定される。そして、実質的に第２の粘度に維持される上記所定の温度範囲あるいは所定の時間は、少なくとも超音波接合のために必要な時間内はアンダーフィル材７の硬化が開始されないか、あるいは硬化が進行せず、表面分解物の押し出しが容易に行われ、分解物がたとえ接合面に残ったとしても、接合される金属結晶中に容易に取り込まれるよう、所望の超音波接合が確実に行われるために必要な時間を確保できる範囲に設定される。
【００２２】
このような時間の確保は、とくにトリガ温度に応じて次のように行うことができる。すなわち、トリガ温度をバンプ２の融点以下に設定した場合は、トリガがかかってからアンダーフィル材の硬化に至るまでの時間で設定することができる。また、トリガ温度をバンプ２の融点よりも高い温度に設定した場合には、バンプ２の融点に達した後その温度に維持するかトリガ温度よりも低い温度に維持することにより、硬化がそれほど進行しない上記の時間を自由に設定でき、所望の超音波接合が行われた後に再度温度を上げトリガ温度以上に上昇させることにより、アンダーフィル材を急速硬化させることができる。
【００２３】
このようなアンダーフィル材７の特性は、温度との関係では、たとえば図５に示すように表され、時間との関係では、後述の図７（Ｃ）に示すように表される。図５に示す特性においては、常温では比較的高い第１の粘度を示し、温度上昇に伴って徐々に粘度が低下し、やがて比較的低い第２の粘度に至り、所定の温度範囲内にある間は、実質的にその低い第２の粘度に維持され、所定の温度範囲よりも温度が上昇すると、粘度が上昇し比較的急速に硬化していく特性として表すことができる。この所定の温度範囲は、チップ実装の際の昇温特性や本発明における超音波の印加時間などに応じて設定される。このようなアンダーフィル材７の特性は、アンダーフィル材７を構成する樹脂とその硬化剤の組み合わせおよび組成を調整することにより達成できる。たとえば、図５に示したような特性を、比較的大きな自由度をもって、所望の特性に調整するためには、液状のビスマレイミド樹脂と、過酸化物の硬化剤を用いることが好ましい。この液状のビスマレイミド樹脂と過酸化物の硬化剤からなるアンダーフィル材は、常温では上記の如く比較的高い粘度を示し、温度が上昇すると、樹脂と硬化剤との反応が開始し、温度上昇に伴ってまず粘度が低下する。温度が上昇すると、粘度は上記のような第２の粘度まで低下し、その後温度が上昇しても所定の温度範囲内では実質的に第２の粘度に維持され、その間に超音波接合のために必要な時間が確保される。さらに温度が上昇し、設定されたトリガ温度に到達すると、比較的急速に粘度が上昇し比較的急速に硬化する。このトリガ温度は、硬化剤の調合割合により比較的任意に設定可能であり、トリガ温度が高いほど急速に硬化する。
【００２４】
ちなみに従来のアンダーフィル材として用いていた樹脂は、図６に示すような粘度−温度特性を有している。すなわち、常温からの温度上昇によりアンダーフィル材の粘度は低下するが、低下した粘度を維持できる温度範囲が実質的に存在せず、温度上昇により粘度が直ちに上昇し始め、硬化が開始する。したがって、本発明における超音波接合のための必要な粘度低下時間が十分に確保されない。また、硬化の進行が遅いため、硬化が開始してから完全硬化に近い状態になるまで長時間を要し、その間、バンプと電極の接合状態が不良にならないよう、チップを加圧した状態に保持し続ける必要がある。チップの加圧を解除できるまでの時間が長いので、タクトタイムの短縮が困難である。本発明ではこのような問題も解消される。
【００２５】
上記のようなアンダーフィル材７を使用し、本発明に係る超音波印加により接合を行う場合の一例を図２〜図４を参照しながら説明する。図２に示すように、図１に示した状態から、チップ１と基板５とが接近される。本実施態様ではチップ保持ツール３が下降され、チップ１のバンプ２が対応する基板電極６に当接され、加圧されて圧着される。このとき、図２に示すように、基板５上に塗布されていたアンダーフィル材７は、チップ１と基板５との間で押し拡げられて展延され、両者間の隙間を埋める。またこのとき、展延されるアンダーフィル材７がバンプ２と電極６との間に介在しようとしたり、あるいは、事前のアンダーフィル材７の塗布の段階から電極６上にアンダーフィル材７が介在したりすることがあっても、図３に示すように、超音波が印加されるとともに加圧力が昇圧される過程で、その間に存在していたアンダーフィル材７が周囲へと押しやられる。また、最終的に残った薄い膜は、超音波により分解され金属結晶中に取り込まれる。
このアンダーフィル材７の展延は、塗布温度（たとえば、常温）で、あるいは塗布温度からそれほど温度が上昇していない間に行われる。この段階では、前述の如く、アンダーフィル材７の粘度は比較的高い第１の粘度またはそれに近い粘度を有しているから、チップ１と基板５との間でアンダーフィル材７が流動しすぎることはなく、図１のように塗布されていたアンダーフィル材７は、その周囲にあった雰囲気気体を全方位に向けて徐々に円滑に追い出していき、ボイドを巻き込むことなく展延されていく。また、図３に押し出されるアンダーフィル材を矢印１３で示すように、互いに圧着されるバンプ２と電極６の隙間から、同様にボイドを巻き込むことなく、アンダーフィル材７が押し出されるとともに雰囲気気体が追い出され、バンプ２と電極６は外部雰囲気から完全に遮断された状態で、展延されたアンダーフィル材７中に埋没される。
【００２６】
この状態で、チップ保持ツール３側からの加熱によって、チップ１、ひいてはアンダーフィル材７の昇温が開始され、アンダーフィル材７の粘度は第１の粘度から徐々に低下していき、温度上昇に伴って、やがて第２の粘度に到達する。
【００２７】
チップ保持ツール３に取り付けられた超音波発振装置１０による超音波の印加は、図５や図７（Ｃ）に示すように、アンダーフィル材７の加熱開始後アンダーフィル材７の粘度が第２の粘度またはその近傍に低下した時点で（つまり、実質的に第２の粘度に低下した時点で）、またはその直後から開始される。
【００２８】
超音波の印加により、本実施態様では、チップ１側のバンプ２が電極６と接合される。このとき、接合面の表面に有機物や酸化物が残っていたとしても、超音波の印加により分解され、その周囲のアンダーフィル材７が低粘度に維持されているから、分解物は、図３の矢印１４に示すように容易に接合部から押し出される。また、分解物がたとえ接合面に残ったとしても、僅かな量に抑えられるとともに、微少に分解された状態にあるから、接合部における金属結晶中に容易に取り込まれ、接合部における電気的接合状態の品質を低下させることは容易に防止される。
この超音波印加中に加圧力を昇圧させ、バンプ２を押しつぶすことにより、アンダーフィル材が接合部からより押し出され易くなり、新生面が出やすくなるので好ましい。
【００２９】
上記のようにアンダーフィル材７の粘度が低下され、アンダーフィル材７が硬化する前に、超音波接合のために必要な時間が確保される。超音波印加の停止は、図５や図７（Ｃ）に示すように、アンダーフィル材７の粘度が第２の粘度から上昇し始める時点あるいはその近傍にタイミングを合わせることが、加熱、超音波印加双方の観点から最も効率が良い。この超音波接合のための時間の確保により、バンプ２と電極６との良好かつ確実な接合が達成される。
【００３０】
図４に示したように、バンプ２と電極６との所望の接合が行われると、さらに基板保持ツール４側のヒータ１２（セラミックヒータ）による加熱によって、基板保持ツール４側からの昇温によりアンダーフィル材７がトリガ温度に到達し、アンダーフィル材７の粘度が上昇されるとともに、アンダーフィル材７が急速に硬化される。この硬化速度は、従来の樹脂を用いたアンダーフィル材の硬化速度よりも速く、所定の硬化状態に至るまでの時間が大幅に短縮される。すなわち、アンダーフィル材７が十分に硬化していないうちにチップ１の加圧を解除しても、電極の接合は完了しており、トリガーにより樹脂は自然と硬化していく。また、解除後次のチップ実装に移行できるので、タクトタイムの短縮が可能になる。とくに、アンダーフィル材７が、上記のような硬化開始の誘発点となるトリガ温度を有するので、アンダーフィル材７の温度が一旦トリガ温度に到達した後には、アンダーフィル材７の温度にかかわらず硬化を進行させることが可能である。したがって、不都合が生じない程度に硬化した段階で、チップ１の加圧を解除することが可能になり、その後は、互いに接合されたチップ１と基板５を装置から取り外し、加圧、加温しない条件下で自然に硬化を完了させることができる。このようなトリガ温度が設定されることにより、超音波接合を伴う一連の工程中でトリガ温度に達することによりアンダーフィル材７の硬化が開始され、その後自然に硬化が進むことになる。チップ１の加圧は、トリガ温度に到達した後適当な短い時間経過後に解除すればよい。
【００３１】
上記のような実施態様におけるチップ実装の一連の工程を図示すると、たとえば図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようになる。各図の横軸は時間軸であり、図７（Ａ）は、チップ保持ツール３のヘッドの上下方向の位置を示しており、チップ保持ツール３を下降させてチップ１を基板５に対し加圧し、ある時間加圧した後その加圧を解除する動作を示している。図７（Ｂ）は、アンダーフィル材７の温度の挙動を示しており、徐々に加熱されて第２の粘度に対応する温度に達した後、本例では、その後も緩やかに温度上昇され、所定の温度範囲内でアンダーフィル材７の粘度が実質的に前述の第２の粘度あるいはその近傍の低粘度に維持される。温度がアンダーフィル材７のトリガ温度に到達すると、アンダーフィル材７の硬化が開始され、適当な温度にて加熱を停止し、アンダーフィル材７を自然硬化させる。また、アンダーフィル材７の硬化開始後適当な時間経過後、チップ１の加圧が解除される。
【００３２】
このように、本発明に係るチップの実装方法を、従来のアンダーフィル材（封止樹脂）中での超音波接合と比べると、従来方法においては、バンプと電極間に有機物等が押し出されずに残るため、接合しにくく、また、粘度の高いアンダーフィル材が超音波振動の妨げとなり、超音波エネルギーそのものを加えずらかった。しかし本発明では、超音波接合時にアンダーフィル材の粘度が急激に低下するので、バンプと電極間のアンダーフィル材は容易に押し出され、かつ、アンダーフィル材の粘度が低いので、超音波振動の妨げにもならず、効率良く、信頼性の高いアンダーフィル材中での超音波接合が可能となる。
【００３３】
また、従来方法のように、最初から超音波を印加する場合には、バンプと電極間のアンダーフィル材の押し出し具合、アンダーフィル材による振動ロスの変動により、接合が安定せず、たとえ同じ条件であったとしても接合強度や接合状態にばらつきを生じることとなっていた。しかし本発明では、アンダーフィル材の粘度を低下させ、超音波接合に影響が無いようにしてから超音波を短時間で効率良く印加できるので、安定した信頼性の高い接合が可能となる。
【００３４】
このような本発明に係るチップ実装方法を「接合原理」に関してさらに考察してみるに、バンプと電極の金属同士の接合原理を考えたとき、たとえば金属同士が表面活性化された状態では、そのまま接合され得る（たとえば、特開平１０−９２７０２号公報）。そのため、このような接合原理も考慮すると、良好な接合を達成するためには、接合前に、如何にバンプと電極間にある有機物、酸化物などの層を除去するかということになる。一つの方法として加熱による拡散が挙げられる。もう一つの方法が、超音波により有機物、酸化物層を分解し、金属結晶中に取り込み接合する方法である。後者の接合原理から考えるに、まず、できるだけバンプと電極間の有機物等を外へ押し出し薄くしておいた方が有利である。次にアンダーフィル材中の超音波接合においては、粘度が高いアンダーフィル材では超音波振動の妨げになる。そのため、できるだけアンダーフィル材の粘度を低下させておくことが望ましいことになる。しかし、最初から粘度が低下しているとアンダーフィル材では流れ出してしまうので、チップと基板間に保持できなくなる。また、フィレット８（図４に図示）の形成も不可能になる。そのため、常温での初期状態ではある粘度を維持し、自己形状保持可能な状態でたとえば図１に示したように円弧状に塗布し、チップを基板に押し付け、チップの押し付けに伴い円弧状の塗布アンダーフィル材が外側に展延されることにより周囲の空気が押し出されるので、チップと基板間にアンダーフィル材をボイドを巻き込むことなく保持させることが可能となる。同時に加熱されることにより、チップが完全に押し付けられるまでの時間経過後に、アンダーフィル材の粘度を低下させることができる。その粘度低下を見計らった時間経過後、超音波の印加を開始すれば、効率良く信頼性の高い接合が可能となる。
【００３５】
また、「接合装置で硬化までさせる方法」について考察してみるに、超音波発振装置１０を備えたチップ保持ツール３内にヒータ１１を内蔵し、チップ１を保持した状態でアンダーフィル材の粘度が低下する第１の温度にコンスタントに加熱する。チップをアンダーフィル材に押し付けることによりアンダーフィル材は第１の温度に昇温され、粘度が低下する。粘度が低下することにより、バンプと電極間の隙間のアンダーフィル材は容易に押し出され、かつ、アンダーフィル材中であっても超音波振動の妨げとならない。一定時間経過し、粘度が一定以下に低下後、バンプと基板の電極が圧着された状態で超音波を印加し、バンプと電極間のアンダーフィル材を押し出しながら、最終隙間に閉じ込められた薄い有機物等の層が超音波振動により分解され、金属結晶中に取り込まれる。超音波接合の完了後にアンダーフィル材が硬化するように、基板保持ツール４側の昇温スピードを逆算して、基板保持ツール４側の昇温を開始する。基板保持ツール４側にはセラミックヒータ等の急速加熱ヒータを使用できるため高速昇温が可能となる（たとえば、２００℃／秒の高速昇温）。また、本アンダーフィル材にトリガー硬化式のものを使用するので、短時間でトリガー温度に達した後、接合が完了しても、その後自然と硬化を進ませることができ、アンダーフィル材の硬化も迅速かつ容易に完了させることができる。そのため、接合装置での時間短縮と設備の簡略化が可能となり、たとえば約２秒での接合が可能となる。
【００３６】
また、「アンダーフィル材の本硬化を分ける方法」について考察してみるに、上記においてアンダーフィル材の本硬化は次のステーションで行い、仮接合／本接合を分けることにより、より高速化を達成することが可能である。仮接合工程では超音波接合までとし、アンダーフィル材の本硬化には、たとえば、本接合工程でゴムなどの弾性体を介した一括圧着や、オーブンなどの簡易な設備が使用できる。このようにすれば、タクトは接合工程での接合時間として１秒程度に短縮可能となり、本接合工程では複数のチップを一括で接合するため、１チップ当たりでは、容易に仮接合時間に比べて同等または短くできる。
【００３７】
さらに、「上記仮接合段階におけるリペア」を取り入れる方法について考察してみるに、上記において接合はアンダーフィル材の本硬化前に止め、この段階でチップ−基板接合体の機能検査を行い、不良接合体（チップや基板の不良と接合不良の両方が考えられる）をリペアし、良品のみにおいて本硬化のための第３の温度に加熱する方法を適用することもできる。接合時の第２の温度（アンダーフィル材の硬化を開始させるための温度）の加熱手段はチップ保持ツール側でも基板保持ツール側でも可能であるが、基板保持ツール側にヒータを設ければ容易に加熱できる。（超音波発振装置を取り付けたチップ保持ツール側にセラミックヒータ等の応答性の速いヒータを設けることは、振動の妨げになるので、難しい場合がある。）リペア後の本硬化は、バンプ、電極間の接合は完了しているので、オーブンや紫外線（ＵＶ）照射炉などの簡易な方法で可能である。
【００３８】
なお、前記実施態様では、チップ１側のバンプ２を金メッキバンプとしたが、基板５側の電極６を金メッキ構成とすることも可能であり、両方にバンプを形成する場合には、前述の如く、本発明における「電極」とは、バンプを含む技術概念を意味する。また、本発明においては、チップ１の形態はとくに限定されず、上記のような超音波接合が可能なバンプを有するものであれば、いかなるタイプのチップにも本発明は有効に適用できる。また、基板５の形態もとくに限定されず、バンプを有するチップが実装されるいかなるタイプの基板にも本発明を適用できる。
【００３９】
とくに本発明は、多バンプを有するものの接合や、バンプピッチがファインピッチ化されたものの接合に好適である。とくに多バンプの場合には、バンプ１個当たりの圧力を適切に設定することにより、容易に本発明を実施できる。また、ファインピッチ化されたバンプを有するものの場合にも、近接されたチップと基板の間にアンダーフィル材を注入する必要がなく、最初にアンダーフィル材を塗布しておけばよいので、容易に本発明を実施できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るチップ実装方法によれば、超音波接合時にアンダーフィル材の粘度が急激に下がるため、バンプと電極間のアンダーフィル材は容易に押し出され、かつ、アンダーフィル材の粘度が低いので超音波振動の妨げにもならず、効率良く、信頼性の高いアンダーフィル材中での超音波接合が可能となった。
【００４１】
また、アンダーフィル材の粘度を低下させ、超音波接合に影響が無いようにしてから超音波を短時間で効率良く印加させることにより、安定して優れた接合を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るチップ実装方法におけるチップ実装前の状態を示す概略側面図である。
【図２】図１のチップ実装方法において、バンプと電極とを圧着させた状態を示す概略縦断面図である。
【図３】図２の状態に至る直前のバンプ−電極部の拡大断面図である。
【図４】図２の状態からバンプと電極を超音波接合した状態を示す概略縦断面図である。
【図５】本発明の一実施態様に係る実装方法に使用するアンダーフィル材の温度−粘度特性の一例を示す特性図である。
【図６】従来のアンダーフィル材の温度−粘度特性の一例を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施態様に係る実装方法における挙動の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
１  チップ
２  バンプ
３  チップ保持ツール
４  基板保持ツール
５  基板
６  基板の電極
７  アンダーフィル材
８  フィレット
１０  超音波発振装置
１１  チップ保持ツールに内蔵されたヒータ
１２  基板保持ツールに内蔵されたヒータ
１３  押し出されるアンダーフィル材
１４  押し出される分解物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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