(57)【要約】【課題】基板と電子部品との間の微小隙間内の表面改質を効率よく行うことができる電子部品モジュールの組立方法およびプラズマ処理方法を提供すること。【解決手段】基板にバンプを介して電子部品を接合し基板と電子部品との間の微少隙間を樹脂封止した構成の電子部品モジュールの組立の課程において微少隙間内の表面改質を目的として行われるプラズマ処理を、プラズマ放電用のガスとして酸素とヘリウムを含んだ混合ガスを用いて行う。これにより、プラズマ放電時においてガスの拡散係数を増大させて酸素ラジカルなどのガス粒子をプラズマ処理対象の微小隙間内に多数進入させることができ、微少隙間の奥部においても良好な表面改質を効率よく行うことが出来る。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起電極を介して基板の電極と電子部品の電極を接合した後、電子部品が接合された基板を減圧空間にてプラズマ処理することにより微小隙間を挟んで対向する電子部品と基板の表面を処理し、このプラズマ処理の後前記微小隙間内に樹脂を充填して硬化させることにより、基板に接合された電子部品と前記基板との間の微小隙間に樹脂を充填してなる電子部品モジュールを組み立てる電子部品モジュールの組立方法であって、前記プラズマ処理において、プラズマ放電用のガスとして酸素とヘリウムを含んだ混合ガスを用いることを特徴とする電子部品モジュールの組立方法。
【請求項２】
前記混合ガスにおけるヘリウムの割合を、体積比で２％以上２６％以下としたことを特徴とする請求項１記載の電子部品モジュールの組立方法。
【請求項３】
突起電極を介して接合された基板と電子部品との間の微小隙間に樹脂を充填する前に、前記微小隙間を挟んで対向する電子部品と基板の表面の表面改質を行うプラズマ処理方法であって、プラズマ放電用のガスとして酸素とヘリウムを含んだ混合ガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記混合ガスにおけるヘリウムの割合を、体積比で２％以上２６％以下としたことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突起電極を介して基板に接合された電子部品と前記基板との間に樹脂を充填してなる電子部品モジュールを組み立てる電子部品モジュールの組立方法および樹脂充填に先だって表面改質を目的として行われるプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップなど下面に形成された突起電極であるバンプを介して基板に接続される電子部品の実装においては、電子部品と基板との間の隙間に樹脂を充填して補強する構造が広く用いられている。隙間が狭くなると樹脂の充填性が悪くなるため、樹脂充填に先立って隙間内の基板や電子部品の表面を、プラズマ処理によって表面改質する技術が知られている（例えば特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
特許文献１に示す例は、プラズマ放電用のガスとして酸素ガスを用い、プラズマ放電によって発生した酸素ラジカルなどの活性物質を、電子部品と基板との間の隙間内に進入させて基板や電子部品の表面に接触させることにより、酸素ラジカルの物理作用および化学作用によって隙間内面の表面改質を行うものである。これにより、隙間内面の樹脂に対する濡れ性が改善され、樹脂の充填性を向上させることができる。
【０００４】
そして特許文献２に示す例では、上述の酸素ラジカルによる表面改質において、プラズマ処理時のプラズマ放電用のガスの圧力条件を最適化することにより、処理効率を向上させることを目的としている。さらに特許文献３に示す例では、プラズマ放電用のガスとして酸素とアルゴンガスの混合ガスを用い、隙間内面の樹脂表面を粗化することにより濡れ性の改善を行うようにしている。
【特許文献１】特開２０００−９１３７３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７２５６号公報
【特許文献３】特開２００１−１１０８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述の従来技術では、電子機器の小型化の要請に因って電子部品と基板との間の隙間が狭くなるとともにバンプ数が増大したことに伴い、次のような問題が生じている。表面改質のためのプラズマ処理においては、減圧下で発生した酸素ラジカルが拡散して電子部品の外縁部から前述の隙間内に進入し、さらに隙間内を中心部に向かって拡散することによって酸素ラジカルが処理対象面に接触する。
【０００６】
ところが狭隙間・大バンプ数の条件下では、この拡散によって十分な量の酸素ラジカルを隙間の奥まで短時間のうちに到達させることは難しく、十分な改質効果を得ようとすれば処理時間を大幅に延長する必要があった。このため、従来のプラズマ処理による表面改質においては、微小隙間内を処理対象とする場合に効率よく十分な表面改質効果を得ることが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、基板と電子部品との間の微小隙間内の表面改質を効率よく行うことができる電子部品モジュールの組立方法およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子部品モジュールの組立方法は、突起電極を介して基板の電極と電子部品の
電極を接合した後、電子部品が接合された基板を減圧空間にてプラズマ処理することにより微小隙間を挟んで対向する電子部品と基板の表面を処理し、このプラズマ処理の後前記微小隙間内に樹脂を充填して硬化させることにより、基板に接合された電子部品と前記基板との間の微小隙間に樹脂を充填してなる電子部品モジュールを組み立てる電子部品モジュールの組立方法であって、前記プラズマ処理において、プラズマ放電用のガスとして酸素とヘリウムを含んだ混合ガスを用いる。
【０００９】
本発明のプラズマ処理方法は、突起電極を介して接合された基板と電子部品との間の微小隙間に樹脂を充填する前に、前記微小隙間を挟んで対向する電子部品と基板の表面の表面改質を行うプラズマ処理方法であって、プラズマ放電用のガスとして酸素とヘリウムを含んだ混合ガスを用いる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微小隙間を挟んで対向する電子部品と基板の表面改質を行うプラズマ処理において、プラズマ放電用のガスとして、酸素とヘリウムを含んだ混合ガスを用いることにより、プラズマ処理対象の微小隙間内に多数のガス粒子を進入させて、効率よく表面改質を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるプラズマ処理空間の状態説明図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における酸素ラジカルの拡散状態の説明図、図４、図６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるダミーワークおよび実験方法の説明図、図５、図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法による表面改質効果を示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態の電子部品モジュールの組立方法の工程説明図である。
【００１２】
まず図１を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部には、下部電極３および上部電極６が上下に相対向して配置されている。下部電極３の下部は絶縁体２を介して真空チャンバ１の底面を貫通して外部に突出しており、上部電極６の上部は真空チャンバ１の上面を貫通して接地部７に接続されている。下部電極３と上部電極６の間の空間はプラズマ処理空間８となっており、下部電極３の上面にはプラズマ処理の対象となる基板４が載置される。
【００１３】
基板４には、下面に突起電極であるバンプが形成された電子部品５がバンプを介して接合されており、電子部品５と基板４との間の微小隙間に封止樹脂を充填することにより電子部品モジュールが形成される。プラズマ処理対象となる基板４は、電子部品５との間の微小隙間に封止樹脂を充填する樹脂充填工程に送られる前の状態であり、微小隙間を挟んで対向する電子部品５と基板４の表面をプラズマ処理によって表面改質することにより、封止樹脂に対する濡れ性を改善して封止樹脂の微小隙間内への進入を容易にする。
【００１４】
真空チャンバ１の底面には、２つの開孔部１ａ、１ｂが設けられており、開孔部１ａ、１ｂはそれぞれ排気バルブ１１，ガス供給バルブ１３を介して真空排気部１２、ガス供給部１４に接続されている。排気バルブ１１を開にして真空排気部１２を駆動することにより、真空チャンバ１の内部が真空排気される。またガス供給バルブ１３を開にしてガス供給部１４を駆動することにより、真空チャンバ１の内部にはプラズマ放電用のガスが供給される。ここではプラズマ放電用のガスとして、酸素とヘリウムの混合ガスが用いられる。
【００１５】
下部電極３には高周波電源部１５が接続されており、高周波電源部１５を駆動すること
により、上部電極６と下部電極３との間には高周波電圧が印加される。真空チャンバ１内を真空排気した後にプラズマ発生用ガスを供給した状態で高周波電源部１５を駆動することにより、プラズマ処理空間８には上述の混合ガスのプラズマが発生する。
【００１６】
排気バルブ１１，ガス供給バルブ１３、真空排気部１２、ガス供給部１４、高周波電源部１５は、制御部１６によって制御される。真空排気部１２、ガス供給部１４の駆動において、制御部１６によって排気バルブ１１，ガス供給バルブ１３を制御することにより、真空チャンバ１内部のプラズマ処理空間８におけるプラズマ放電用のガスの圧力を任意に制御することができる。
【００１７】
次に図２を参照して、前述のプラズマ放電用のガスによってプラズマを発生させたときのプラズマ処理空間８の状態について説明する。図２に示すように、下部電極３と上部電極６との間に高周波電圧を印加してプラズマ放電を発生させることにより、プラズマ処理空間８には酸素ガスのプラズマ（破線１７参照）が発生し、酸素イオンＯ＋、電子ｅ−などの荷電粒子および酸素ラジカルＯ＊を含むガス粒子が発生する。酸素イオンＯ＋、電子ｅ−はそれぞれ正電荷、負電荷を有する粒子である。また酸素ラジカルＯ＊は、酸素原子が活性化した電気的に中性の粒子である。
【００１８】
このようなプラズマが発生した状態で、下部電極３上に処理対象の実装後の基板４を載置すると、上述のガス粒子による物理作用、すなわちこれらのガス粒子が処理対象面に衝突することによるスパッタリング効果や、ガス粒子中の活性物質である酸素ラジカルＯ＊による化学作用によって基板４や電子部品５を構成する樹脂材料の表面が部分的に除去される。
【００１９】
この基板４を対象とするプラズマ処理においては、酸素ラジカルＯ＊などの電気的に中性な粒子は、図３に示すように、基板４の上面と電子部品５との間の微小隙間内に進入する。そしてガス粒子の物理作用および化学作用により、微小隙間の内面、すなわち基板４および電子部品５の表面の有機物が除去され表面改質が行われる。
【００２０】
ここで、本実施の形態に示す電子部品５は、多ピン・ファインピッチタイプのフリップチップであり、１００μｍ以下の微小隙間を挟んで基板４上に実装されている。このため、上述のプラズマ放電発生状態において、酸素ラジカルなど表面改質作用に寄与するガス粒子の微小隙間内への進入度合いは低く、また微小隙間内に進入したガス粒子も多数のバンプによって拡散を妨げられて、微小隙間の中央部近傍にはプラズマ処理による表面改質の効果が及びにくい。
【００２１】
プラズマ処理による表面改質効果を確保するためには、上述の酸素ラジカルなどのガス粒子が処理対象面まで到達する到達粒子数をできるだけ多く確保することが必要である。ここで到達粒子数はガス粒子の拡散係数に依存しており、拡散係数が大きいほど到達粒子数が増加することから、上述の微小隙間の内部を処理対象とするプラズマ処理においては、拡散係数が極力大きくなるような状態を実現することが望ましい。
【００２２】
減圧下で行われるプラズマ処理においてはガス粒子は分子流としての挙動を示し、拡散係数はガス圧力とは無関係にガス粒子の質量（分子量）が小さいほど大きな値を示す。このガス粒子の質量と拡散係数の関係は、ガスの組成が単一ガス種であってもまた複数種類のガス種を含む混合ガスであっても成り立つ。すなわち単一種のガスに、このガスよりも分子量が小さい他種のガスを混合した混合ガスとすることによって、混合ガスの拡散係数を単一種のガスの場合の拡散係数よりも大きくすることができることが知られている。
【００２３】
本実施の形態では上述のガス粒子の質量と拡散係数の関係を利用し、拡散係数を増大さ
せてガス粒子の到達粒子数を増加させることを目的として、酸素ラジカルを発生するための酸素ガス（分子量３２）に、酸素ガスよりも分子量が小さいガスを加えた混合ガスを、プラズマ放電用のガスとして用いるようにしている。そしてここでは酸素ガスに加えるガスとして前述のようにヘリウム（分子量４）を選択している。このように酸素ガスにヘリウムを加えることにより、酸素ガスにヘリウムを加えた混合ガスの拡散係数を、酸素のみより成る単一種のガスの拡散係数の２倍以上の値とすることができる。
【００２４】
次に、上述の混合ガスを微小隙間内の表面改質を目的としたプラズマ処理のプラズマ放電用ガスとして用いる場合の、最適なヘリウムの混合割合（ｖｏｌ％）を求めるために行った実験について、図４，図５を参照して説明する。
【００２５】
図４は、この実験に用いられたダミーワークおよび実験方法を示している。図４において、ダミーチップ３０の下面にはプラズマ処理によるエッチング量を定量的に評価するための樹脂パッド３１が設けられている。ダミーチップ３０は、樹脂パッド３１をダミー基板４０側に向けた姿勢でダミー基板４０上に載置される。
【００２６】
このときダミーチップ３０は、実物ワークにおける基板と電子部品との実装隙間に対応した隙間幅Ｇ（ここに示す例では１００μｍ）の微小隙間３２を挟んでダミー基板４０と対向して載置され、これにより樹脂パッド３１は微小隙間３２内に位置する。そしてこのようにダミーチップ３０が対向して載置されたダミー基板４０を対象として、図１に示すプラズマ処理装置によるプラズマ処理が行われる。
【００２７】
このプラズマ処理においては、図３に示す酸素ラジカルなど表面改質効果を有するガス粒子が、ダミーチップ３０とダミー基板４０との間の微小隙間３２内に進入する。これにより、樹脂パッド３１がガス粒子の物理作用および化学作用によってエッチングされ、樹脂パッド３１の表面の有機物が部分的に除去される。このプラズマ処理の前後における樹脂パッド３１の表面位置ｄ１，ｄ２を変位計３２によって計測し、ｄ１，ｄ２の差Δｄを求めることにより、プラズマ処理によって樹脂パッド３１表面が除去された量、すなわちエッチング量を示す指標が求められる。そしてこのような実験をヘリウムの混合割合（混合ガス中のヘリウムの体積百分率）を種々変化させて実行し、各実験ごとのエッチング量の指標を求めることにより、拡散係数を増大させる上で最適なヘリウムの混合割合を知ることができる。なお本実験におけるプラズマ処理の圧力条件は、８０［Ｐａ］である。
【００２８】
図５は、このようにして行った実験結果をグラフ表示したものである。図５（ａ）に示すように、求められたエッチング量の指標を示す計測点はヘリウムの混合割合によって大きくばらついているが、ヘリウムの混合割合を計測点の分布傾向に基づいて３つの領域に大別することができる。すなわち、ヘリウムの混合割合が増加することによってエッチング量が大きく増加する領域［１］（混合割合０％〜２．５％）、ヘリウムの混合割合によって大きくばらつくものの、平均すると高いエッチング量を示す領域［２］（混合割合２．５％〜２６％）およびヘリウムの混合割合の増加によってエッチング量が減少する領域［３］（ヘリウム混合割合２６％〜）に大別される。
【００２９】
このような実験結果に基づき、本実施の形態においては、拡散係数を増大させる上で最適なヘリウムの混合割合の範囲を、上述の領域［２］の略平均的なエッチング量の指標値（１４０ｎｍ）に基づいて定めている。すなわち、図５（ｂ）に示すように、指標値（１４０ｎｍ）を与えるヘリウム混合割合範囲（２％〜２６％）を、微小隙間内の表面改質を目的とするプラズマ処理において酸素ガスと混合して用いられるヘリウムの適正な混合割合の範囲として設定するようにしている。
【００３０】
次に図６，図７を参照して、このようなプラズマ放電用ガスにヘリウムを混合すること
による拡散係数の増大が、微小隙間内の表面改質効果に及ぼす影響を実証的に確認するために行った実験結果について説明する。ここでは、微少隙間内の表面改質効果、すなわちプラズマ処理後の樹脂膜表面の塗れ性の改善状態を水滴接触角を計測することによって評価している。
【００３１】
図６は、この実験に用いられたダミーワークおよび実験方法を示している。図６において、ダミーチップ３４の下面には塗れ性の改善状態を評価するための平滑な樹脂膜３５が形成されている。ダミーチップ３４は、樹脂膜３５をダミー基板４０側に向けた姿勢でダミー基板４０上に載置される。このとき、ダミーチップ３４は図４に示す例と同様に、実物ワークにおける基板と電子部品との実装隙間に対応した隙間幅Ｇ（ここに示す例では１００μｍ）の微小隙間３６を挟んでダミー基板４０と対向して載置される。そしてダミーチップ３４が載置されたダミー基板４０を対象として、図１に示すプラズマ処理装置によるプラズマ処理が行われる。
【００３２】
このプラズマ処理においては、図３に示す酸素ラジカルなど表面改質効果を有するガス粒子がダミーチップ３４とダミー基板４０との間の微小隙間３６内に進入する。これにより樹脂膜３５の表面がガス粒子の物理作用および化学作用によってエッチングされ、樹脂膜３５の表面改質が行われる。ここで前述のように、微小隙間内を対象としたプラズマ処理においては、処理対象点が隙間の入口から奥になるにしたがって、すなわちダミーチップ３４の端部から内側になるにしたがって表面改質効果が及び難くなる。
【００３３】
このため本実験では、ダミーチップ３４に設定された２つの計測点、すなわち比較的端部に近い位置に設定された第１計測点Ｐ１（端部から６ｍｍ隔てられた点）および実物の電子部品における微小隙間内の奥部に相当する第２計測点Ｐ２（端部から１７ｍｍ隔てられた点）において、樹脂膜３４表面の濡れ性を判定するための水滴接触角測定を行い、測定結果によって表面改質効果の改善状態を確認するようにしている。
【００３４】
図７は、このように表面改質効果の改善状態の確認を目的として行われた実験結果を示している。図７（ａ）は、従来プロセス（プラズマ放電用ガスとしてヘリウムを加えない酸素ガスのみを用いるプロセス、圧力条件５０［Ｐａ］）によってプラズマ処理を行った場合における上述の２計測点の水滴接触角計測結果であり、ここでは処理時間を、８ｓｅｃ．〜３０ｓｅｃ．の範囲内で４通りに変化させて行った実験結果を同一グラフ上に図示している。
【００３５】
図７（ａ）のグラフから分かるように、従来プロセスを用いたプラズマ処理においては、微小隙間の入り口に近い第１計測点Ｐ１ではいずれの処理時間においても１０°を下回る水滴接触角が得られており、判定基準としての許容上限接触角（ここでは、十分な塗れ性が確保される角度として経験的に求められた２０°を、実用上の許容上限接触角として採用している）を下回っている。しかしながら、微小隙間の奥部に相当する第２計測点Ｐ２では、得られた水滴接触角は処理時間によって計測結果が大きくばらついており、最も長い処理時間（３０ｓｅｃ．）による場合において、かろうじて許容上限接触角２０°に近い計測結果が得られている。
【００３６】
これに対し、図７（ｂ）に示すプロセス（酸素ガスにヘリウムを加えた混合ガスを用いたプロセス、圧力条件８０［Ｐａ］）によるプラズマ処理においては、微小隙間の入り口に近い第１計測点Ｐ１での計測結果については図７（ａ）に示す従来プロセスと大差ないものの、微小隙間の奥部に相当する第２計測点Ｐ２における水滴接触角は、いずれの処理時間の場合においても水滴接触角が大きく減少している。すなわち処理時間１５ｓｅｃ．においても許容上限接触角２０°を下回る計測結果が得られており、表面改質効果が大幅に改善されていることが分かる。
【００３７】
すなわち上述の実験結果によれば、従来プロセスにおいて微小隙間の奥部において許容上限接触角２０°をクリアーするためには３０ｓｅｃ．程度の処理時間を要していたのと比較して、酸素ガスにヘリウムを加えた混合ガスをプラズマ放電ガスとして用いることにより、同等以上の表面改質効果を１５ｓｅｃ．の処理時間で得られることを示している。換言すれば、表面改質のために必要とされるプラズマ処理時間を半減することが可能となっており、封止樹脂注入の前工程として実行されるプラズマ処理工程の生産性を大幅に向上させることができる。
【００３８】
次に図８を参照して、突起電極であるバンプを介して基板に接合された電子部品と基板との間の微小隙間に、封止用の樹脂を充填してなる電子部品モジュールを組み立てる電子部品モジュールの組立方法について説明する。図８（ａ）に示すように、下面に突起電極であるバンプ５ａが設けられた電子部品５を微小隙間を挟んで基板と対向させ、電子部品５をバンプ５ａを介して基板４の電極４ａと接合する。
【００３９】
次に、図８（ｂ）に示すように、電子部品５が接合された基板４をプラズマ処理する。すなわち、図１に示すプラズマ処理装置内に基板４を搬入し、下部電極３上に基板を載置する。そして真空チャンバ１真空吸引した減圧空間にて、プラズマ放電用のガスとして前述の酸素とヘリウムの混合ガスを用いてプラズマ処理を実行する。これにより、基板４と電子部品５との間の微小隙間を挟んで対向する電子部品５と基板４の表面改質処理が行われる。
【００４０】
この後、図８（ｃ）に示すように、基板４上に封止樹脂１７を塗布し、表面改質後の微少隙間内に封止樹脂１７を毛管力によって進入させて充填する。この樹脂充填においては、前工程の表面改質を目的とするプラズマ処理によって微少隙間内の内部表面の濡れ性が改善されていることから、封止樹脂１７の充填性を向上させることができる。そしてこの後、図８（ｄ）に示すように、基板４を加熱して封止樹脂１７を熱硬化させることにより、電子部品５と基板４との間が樹脂封止された電子部品モジュールが完成する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の電子部品モジュールの組立方法およびプラズマ処理方法は、プラズマ処理対象の微小隙間内に多数のガス粒子を進入させて、効率よく表面改質を行うことが出来るという効果を有しており、突起電極を介して基板に接合され基板と電子部品との間の微小隙間を樹脂で充填してなる電子部品モジュールの組立に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるプラズマ処理空間の状態説明図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における酸素ラジカルの拡散状態の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるダミーワークおよび実験方法の説明図
【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法による表面改質効果を示すグラフ
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるダミーワークおよび実験方法の説明図
【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法による表面改質効果を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態の電子部品モジュールの組立方法の工程説明図
【符号の説明】
【００４３】
４  基板
５  電子部品
５ａ  バンプ
８  プラズマ処理空間
１４  ガス供給部
３０、３４  ダミーチップ
３２，３６  微少隙間
４０  ダミー基板
【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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【図８】
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