(57)【要約】【課題】アンダーフィル内のボイドの発生を効果的に防止し、かつ、製造工程および製造にかかる時間を短縮した電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】基板１ａに対して、第１の加熱および第２の加熱の２段階を含む加熱を行なう。第１の加熱では基板１ａを水の沸点より低い加熱温度で加熱し、第２の加熱では基板１ａを第１の加熱の温度よりも高い温度で加熱する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方主面側に接続ランドが形成された基板と、回路素子とを用意するステップと、
前記基板の前記接続ランドと前記回路素子とを、バンプを介して接続するステップと、
前記基板の一方主面側と、前記接続ランドに接続された前記回路素子との隙間部にアンダーフィル樹脂を付与するステップと、
前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、水の沸点未満の加熱温度で加熱する、第１の加熱を実施するステップと、
前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、前記第１の加熱における前記加熱温度よりも高い加熱温度で加熱し、前記アンダーフィル樹脂を硬化する第２の加熱を実施するステップと、を含む、電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
一方主面側に接続ランドが形成された基板と、回路素子とを用意するステップと、
前記基板の一方主面側の必要部分にアンダーフィル樹脂を付与するステップと、
前記接続ランドと前記回路素子とを、バンプを介して接続するステップと、
前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、水の沸点未満の加熱温度で加熱し、前記第１の加熱を実施するステップと、
前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、前記第１の加熱における前記加熱温度よりも高い加熱温度で加熱し、前記アンダーフィル樹脂を硬化する、第２の加熱を実施するステップと、を含む、電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第１の加熱における加熱温度は、７０℃以上、かつ、水の沸点未満であることを特徴とする、請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板に回路素子を実装した電子デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、従来の電子デバイスの製造方法について図７および図８に基づいて説明する。
【０００３】
まず、図７（ａ）に示すように一方主面側に接続ランド２が形成された基板１ｃと、回路素子４とを用意するステップを行なう。この基板１ｃは、例えばガラスエポキシ樹脂により構成される有機基板であり、このような基板はある程度の水分を含んでいる。また、回路素子４は、あらかじめ一方主面側にバンプ３が形成された、例えば半導体素子などのベアチップである。
【０００４】
次に、図７（ｂ）に示すように基板１ｃの内部に含まれる水分を除去するため、基板１ｃをプリベイクするステップを行なう。このプリベイクでは、基板１ｃを加熱炉８に搬入して、例えば１２０℃で２４時間の加熱を行なう。
【０００５】
次に、図７（ｃ）に示すように基板１ｃの接続ランド２と、回路素子４とを、バンプ３を介して接続するステップを行なう。このとき、コレットが、回路素子４の一方主面側より超音波とともに矢印の方向に荷重を印加する。これにより、バンプ３と基板１ｃの接続ランド２が接続される。
【０００６】
次に、基板１ｃの一方主面側と、回路素子４との隙間部５にアンダーフィル樹脂６を付与するステップを行なう。このアンダーフィル樹脂６は、例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂からなり、基板１ｃと回路素子４との接続強度を補うなどの目的で付与される。具体的には、図７（ｄ）に示すように、アンダーフィル樹脂６は、例えばディスペンサー７によって適量が滴下され、毛細管現象によって隙間部５の全体に広がることで付与される。
【０００７】
次に、アンダーフィル樹脂６が付与された基板１ｃを加熱してアンダーフィル樹脂６を硬化するステップを行なう。この基板１ｃに対する加熱は、１５０℃にした加熱炉の内部で行なう。より詳しくは、例えば室温が２５℃であるとき、まず基板１ｃを加熱炉に搬入して加熱炉の内部温度を２５分間で１５０℃まで昇温させる（図８のａ）。次に、１５０℃で３０分間の加熱を行なう（図８のｂ）。その後、加熱を終えた基板１ｃを加熱炉より搬出して、３０分間常温で放置することで常温に戻す（図８のｃ）。このようにして、アンダーフィル樹脂６は硬化する。
【０００８】
ここで、アンダーフィル樹脂６を硬化させるために基板１ｃを加熱する際、基板１ｃの内部に水分が含まれていると、その水分が加熱により蒸発してアンダーフィル樹脂６の内部に入り込み、ボイドを発生させてしまう。このとき、例えばバンプ３の周辺にボイドが発生すると、バンプ３と基板１ｃあるいは回路素子４との接続部分における応力集中の原因となり、この応力集中によって回路素子４にクラックが発生する等の不具合が起きてしまう。
【０００９】
そこで、従来例では、基板１ｃに回路素子４を接続する前に基板１ｃをプリベイクするステップを行ない、基板１ｃの内部に含まれる水分を除去している（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
この基板１ｃをプリベイクするステップは、基板１ｃに回路素子４を接続した後に行なっても良い。例えば、基板１ｃに回路素子４を接続した後、１２０℃にした加熱炉の内部で基板１ｃを５時間加熱することで基板１ｃの内部に含まれる水分を除去する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２３７２６９号公報（第３頁、図５および図９）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電子デバイスの製造方法では、基板１ｃに回路素子４を接続する前に基板１ｃをプリベイクする場合、基板をプリベイクするために１２０℃で２４時間の加熱を行なうなど長時間を必要としていたため、電子デバイスの製造全体にかかる時間も長くなってしまう、という問題があった。
【００１３】
また、基板１ｃは、プリベイクを実施した後においても室温にさらされると再び吸湿してしまう。従って、プリベイク後の基板１ｃは、各ステップを行なうときを除いて湿度が低くされたデシケータの中で保管し、吸湿を防ぐように管理しなければならず、デシケータおよびデシケータによる管理にコストを要していた。
【００１４】
また、基板１ｃに回路素子４を接続した後に基板をプリベイクする場合においては、図９に示すように、基板１ｃと回路素子４との間の熱膨張係数の差により基板１ｃと回路素子４との接続部分に熱ストレスが生じ、不具合が発生する、という問題があった。
【００１５】
本発明の電子デバイスの製造方法は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、これらの問題を解決して電子デバイスの製造にかかる時間の短縮を実現し、かつ、アンダーフィル樹脂の内部におけるボイドの発生を効果的に防止した、信頼性の高い電子デバイスの製造方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の電子デバイスの製造方法は、一方主面側に接続ランドが形成された基板と、回路素子とを用意するステップと、前記基板の前記接続ランドと前記回路素子とを、バンプを介して接続するステップと、前記基板の一方主面側と、前記接続ランドに接続された前記回路素子との隙間部にアンダーフィル樹脂を付与するステップと、前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、水の沸点未満の加熱温度で加熱する第１の加熱を実施するステップと、前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、前記第１の加熱における前記加熱温度よりも高い加熱温度で加熱し、前記アンダーフィル樹脂を硬化する第２の加熱を実施するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の電子デバイスの製造方法は、一方主面側に接続ランドが形成された基板と、回路素子とを用意するステップと、前記基板の一方主面側の必要部分にアンダーフィル樹脂を付与するステップと、前記接続ランドと前記回路素子とを、バンプを介して接続するステップと、前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、水の沸点未満の加熱温度で加熱し、前記第１の加熱を実施するステップと、前記アンダーフィル樹脂が付与された前記基板を、前記第１の加熱における前記加熱温度よりも高い加熱温度で加熱し、前記アンダーフィル樹脂を硬化する、第２の加熱を実施するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる電子デバイスの製造方法の特定の局面では、前記第１の加熱における加熱温度は、７０℃以上、かつ、水の沸点未満であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例である電子デバイスの製造方法を、図１および図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の電子デバイスの製造方法の第１の実施例を示す断面図である。図２は第１の実施例における加熱時間を示すグラフである。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように一方主面側に接続ランド２が形成された基板１ａと、回路素子４とを用意するステップを行なう。基板１ａは、例えばガラスエポキシ樹脂基板により構成される有機基板であり、このような基板はある程度の水分を含んでいる。また、回路素子４としては、あらかじめ一方主面側にバンプ３が形成された半導体素子を用いた。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１ａの接続ランド２と回路素子４とを、回路素子４に形成されたバンプ３を介して接続するステップを行なう。このとき、コレットが、基板１ａの接続ランド２上において回路素子４を接続させる位置を決める位置決めを行ない、また、回路素子４の一方主面側より超音波とともに矢印の方向に荷重を印加する。これにより、バンプ３と基板１ａの接続ランド２が接続される。
【００２３】
次に、基板１ａの一方主面側と回路素子４との隙間部５にアンダーフィル樹脂６を付与するステップを行なう。アンダーフィル樹脂６は、熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂であり、基板１ａと回路素子４との接続強度を補うなどの目的で付与される。具体的には、図１（ｃ）に示すように、アンダーフィル樹脂６は、ディスペンサー７によって適量が滴下され、毛細管現象によって隙間部５の全体に広がることで付与される。
【００２４】
ここで、本実施例で使用するアンダーフィル樹脂６の温度別粘度経時変化を図４に示す。図４から、アンダーフィル樹脂６が付与された基板１ａを８０℃で加熱したときの樹脂粘度は、９０分間の加熱までは１Ｐａ・Ｓ以下であるが、１２０分間の加熱の後には１００Ｐａ・Ｓ以上に増粘されて流動性が無くなることがわかった。また、アンダーフィル樹脂６の樹脂粘度が１００Ｐａ・Ｓ以上のとき、アンダーフィル樹脂６の内部に水分が入り込まないことがわかった。
【００２５】
また、図５に示す保持温度・保持時間別ボイド発生頻度の実験から、基板１ａ上に塗布されたアンダーフィル樹脂６を８０℃で加熱保持し続けても基板１ａからの水分蒸発は殆どなく、アンダーフィル樹脂６内部にボイドが発生することがないという結果を得た。また、アンダーフィル樹脂６を１００℃で３０分間加熱したときの樹脂粘度は１００Ｐａ・Ｓ以下であり、１００℃の加熱により基板１ａから水分が蒸発してアンダーフィル樹脂６内部に入り込み、ボイドが発生してしまう。従って、水の沸点未満の加熱温度にすることが好ましいことがわかった。
【００２６】
また、図６に示す硬化条件別ボイド発生数の実験から、アンダーフィル樹脂６を８０℃で１２０分間加熱保持して１００Ｐａ・Ｓ以上に増粘し、その後アンダーフィル樹脂６が完全に硬化する温度で加熱（例えば１５０℃で３０分間）すれば、アンダーフィル樹脂６内部にボイドが発生しないとの実験結果を得た。ここで、増粘時間が３０分間の場合は樹脂粘度が１００Ｐａ・Ｓ以下であるため、続いて１５０℃で３０分間加熱保持すると基板１ａから水分が蒸発してアンダーフィル樹脂６内部に入り込み、ボイドが発生するため、８０℃での加熱時間は１２０分程度が好ましいことがわかった。
【００２７】
次に、アンダーフィル樹脂６が付与された基板１ａを、水の沸点未満の加熱温度で加熱する第１の加熱を実施するステップを行なう。この基板１ａに対する加熱は、温度が８０℃にされた加熱炉の内部で行なう。より詳しくは、例えば室温が２５℃であるとき、まず、基板１ａを加熱炉に搬入して加熱炉の内部の温度を約１０分間で８０℃まで昇温させる（図２のａ）。次に、８０℃で２時間の加熱を実施する（図２のｂ）。これによりアンダーフィル樹脂６は樹脂粘度約１００Ｐａ・Ｓまで増粘する。このように、第１の加熱は水の沸点以下の８０℃で行なうため、基板１ａの内部に含まれる水分の蒸発を防止し、かつ、アンダーフィル樹脂６を増粘して樹脂粘度約１００Ｐａ・Ｓにして水分が内部に入り込まないようにすることができる。
【００２８】
次に、本実施例の第１の加熱において８０℃にされた加熱炉の内部の温度を約１５分間で１５０℃に昇温させるステップを行なう（図２のｃ）。
【００２９】
次に、アンダーフィル樹脂６が付与された基板１ａを、第１の加熱における加熱温度よりも高い温度で加熱する、第２の加熱を実施するステップを行なう。このとき基板１ａを、温度が１５０℃にされた加熱炉の内部で３０分間加熱する（図２のｄ）。これによりアンダーフィル樹脂６は硬化し、図１（ｄ）に示すように基板１ａと回路素子４とが固着される。この第２の加熱によって基板１ａの内部に含まれる水分は基板１ａの表面部分から蒸発する。このとき基板１ａから蒸発した水分は、第１の加熱で樹脂粘度約１００Ｐａ・Ｓにされたアンダーフィル樹脂６の内部には入り込むことはなく、空気中へと抜け出す。
【００３０】
次に、基板１ａを加熱炉の内部から搬出するステップを行なう。この基板１ａは３０分間放置することで常温に戻される（図２のｅ）。
【００３１】
このように、本発明の電子デバイスの製造方法によれば、基板を８０℃で２時間加熱する第１の加熱と、第１の加熱の温度よりも高い１５０℃で３０分間基板を加熱する第２の加熱との２段階に分けてアンダーフィル樹脂６を硬化させるステップを行なう。第１の加熱では、基板に含まれる水分の蒸発を防止しながらアンダーフィル樹脂６の樹脂粘度を約１００Ｐａ・Ｓにまで増粘して、アンダーフィル樹脂６内部に水分が入るのを防止する。また、第２の加熱では、アンダーフィル樹脂６内部に吸湿させることなく基板１ａ内部に含まれる水分を蒸発させる。これにより、基板１ａのプリベイクを行なわずにアンダーフィル樹脂６の内部におけるボイドの発生を効果的に防止できるため、電子デバイスの製造工程および製造にかかる時間の短縮を実現し、かつ、プリベイク工程を必要としないため、プリベイク工程で基板１ａと回路素子４との間の熱膨張係数の差により基板１ａと回路素子との接続部分に熱ストレスによる不具合が発生することのない、信頼性の高い電子デバイスを提供することができる。
【００３２】
また、本実施例の電子デバイスの製造方法によれば、デシケータおよびデシケータによる基板の管理が不要であるため、これに必要なコストを削減することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施例である電子デバイスの製造方法を、図３に基づいて説明する。図３は、本発明の電子デバイスの製造方法の第２の実施例を示す断面図である。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように一方主面側に接続ランド２が形成された基板１ｂと回路素子４とを用意するステップを行なう。このとき、基板１ｂおよび回路素子４は、実施例１で用意したものと同じである。
【００３５】
次に、基板１ｂの一方主面側の必要部分にアンダーフィル樹脂６を付与するステップを行なう。アンダーフィル樹脂６は、図３（ｂ）に示すように、ディスペンサー７によって適量が滴下され、基板１ｂの一方主面側の必要部分に広がることで付与される。本実施例で用いたアンダーフィル樹脂６は、第１の実施例で用いたものと同じである。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１ｂの接続ランド２と回路素子４とを、回路素子４に形成されたバンプ３を介して接続するステップを行なう。具体的には、コレットが、接続ランド２上において回路素子４を接続する位置を決定する位置決めを行ない、また、回路素子４の一方主面側から超音波とともに矢印の方向に荷重を印加する。これにより、バンプ３がアンダーフィル樹脂６を押しのけて基板１ｂの接続ランド２と接続される。
【００３７】
次に、アンダーフィル樹脂６が付与された基板１ｂを、水の沸点未満の加熱温度で加熱する第１の加熱を実施するステップを行なう。この第１の加熱の加熱温度、加熱時間は、第１の実施例の第１の加熱における加熱温度、加熱時間と同じとした。また、この第１の加熱により、アンダーフィル樹脂６は樹脂粘度約１００Ｐａ・Ｓまで増粘した。
【００３８】
次に、アンダーフィル樹脂６が付与された基板１ｂを、第１の加熱における加熱温度よりも高い温度で加熱する第２の加熱を実施するステップを行なう。第２の加熱における加熱温度、加熱時間は、第１の実施例の第２の加熱における加熱温度、加熱時間と同じとした。この第２の加熱により、図３（ｄ）に示すようにアンダーフィル樹脂６は硬化して基板１ｂと回路素子４とが固着される。
【００３９】
本実施例の電子デバイスの製造方法によれば、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明の各実施例では、基板１ａ、１ｂをしてガラスエポキシ樹脂基板を用いた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＢＴレジン基板などを用いても良い。
【００４１】
また、本発明の各実施例では、バンプ３は回路素子４の一方主面側に形成されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば基板１ａ、１ｂの接続ランド２上に形成されても良い。
【００４２】
また、本発明の各実施例では、第１の加熱における加熱温度を８０℃としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
また、本発明の第１の加熱における加熱温度は、７０℃以上、かつ、水の沸点未満の温度にするとき、アンダーフィル樹脂６を３時間以内で樹脂粘度約１００Ｐａ・Ｓ以上にすることができるため好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電子デバイスの製造方法によれば、基板を水の沸点より低い加熱温度で加熱する第１の加熱と、第１の加熱の温度よりも高い温度で基板を加熱する第２の加熱との２段階に分けてアンダーフィル樹脂を硬化させるステップを行なう。第１の加熱では、基板に含まれる水分の蒸発を防止しながらアンダーフィル樹脂を増粘して、アンダーフィル樹脂内部に水分が入るのを防止する。また、第２の加熱では、アンダーフィル樹脂内に吸湿させることなく基板内に含まれる水分を蒸発させる。これにより、基板のプリベイクを行なわずにアンダーフィル樹脂の内部におけるボイドの発生を効果的に防止できるため、電子デバイスの製造工程および製造にかかる時間の短縮を実現し、かつ、基板と回路素子との接続部分に熱ストレスによる不具合が発生することのない信頼性の高い電子デバイスを提供することができる。
【００４５】
また、本発明の電子デバイスの製造方法では、従来の電子デバイスの製造方法で必要とされたデシケータおよびデシケータによる基板の管理を特に行なう必要がない。従って、デシケータおよびデシケータによる基板の管理に必要なコストを削減することができる。
【００４６】
また、本発明の電子デバイスの製造方法によれば、第１の加熱における加熱温度が７０℃以上、かつ、水の沸点未満の温度であるときが好ましい。このとき、電子デバイスの製造工程および製造にかかる時間をより短縮し、かつ、アンダーフィル樹脂の内部におけるボイドの発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例である電子デバイスの製造方法における加熱時間を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施例である電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図４】アンダーフィル樹脂の温度別粘度経時変化を示すグラフである。
【図５】保持温度・保持時間別ボイド発生頻度の実験結果を示す表である。
【図６】硬化条件別ボイド発生数の実験結果を示す表である。
【図７】従来の電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図８】従来の電子デバイスの製造方法における加熱時間を示すグラフである。
【図９】従来の電子デバイスの製造方法のプリベイク時を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ    基板
２    接続ランド
３    バンプ
４    回路素子
５    隙間部
６    アンダーフィル樹脂
７    ディスペンサー
８    加熱炉
【図１】
2004260096.tif 000003
【図２】
2004260096.tif 000004
【図３】
2004260096.tif 000005
【図４】
2004260096.tif 000006
【図５】
2004260096.tif 000007
【図６】
2004260096.tif 000008
【図７】
2004260096.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004260096.tif 000011