(57)【要約】【課題】  接合に係る部品を数多く一括して加熱加圧接合するための加圧力均一化体を提供する。【解決手段】  被加圧物を均一な力で押圧する加圧力均一化体であって、加圧力均一化体は熱伝導性の良い硬質基板に加圧面となる高耐熱性樹脂層を有し、高耐熱性樹脂は、付加反応により生成される共有結合で連結し、三次元の立体構造を形成しうる高分子組成物であり、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体）による橋かけ構造を有する少なくとも１種の第１の有機珪素ポリマーと、シロキサンによる線状連結構造を有する少なくとも１種の第２の有機珪素ポリマーとを、シロキサン結合により連結させた、分子量が２万から８０万である第３の有機珪素ポリマーの１種以上を含有する合成高分子化合物であることを特徴とする。【選択図】図１Ａ
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
被加圧物を均一な力で押圧する加圧力均一化体であって、前記加圧力均一化体は熱伝導性の良い硬質基板に加圧面となる高耐熱性樹脂層を有し、前記高耐熱性樹脂は、付加反応により生成される共有結合で連結し、三次元の立体構造を形成しうる高分子組成物であり、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体）による橋かけ構造を有する少なくとも１種の第１の有機珪素ポリマーと、シロキサンによる線状連結構造を有する少なくとも１種の第２の有機珪素ポリマーとを、シロキサン結合により連結させた、分子量が２万から８０万である第３の有機珪素ポリマーの１種以上を含有する合成高分子化合物であることを特徴とする加圧力均一化体。
【請求項２】
前記高耐熱性樹脂層の上にポリイミド樹脂層を形成して加圧面としたことを特徴とする請求項１に記載の加圧力均一化体。
【請求項３】
前記ポリイミド樹脂層は小径の円柱が多数突設させた構造であり、これを加圧面としたことを特徴とする請求項２に記載の加圧力均一化体。
【請求項４】
前記硬質基板がキャビティーを有し、前記加圧面がキャビティー内にあることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の加圧力均一化体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は一例として加熱加圧により複数の半導体素子を基板に同時に接着したり、複数のパッケージに気密封止用リッドを同時に接合するために使用する加圧力均一化体に関する。
【背景技術】
【０００２】  発熱を伴う半導体素子の実装ではＡｕＳｎやＡｕＧｅなどの融点の高いＡｕ共晶半田が使用される。Ａｕ共晶半田は半導体素子をパッケージ基板に接合したり、パッケージの気密封止を取るためにリッドを接合したりする際に使用される。Ａｕ共晶半田は共晶融点で溶液状態となる際に接合面に十分濡れる必要があり、接合面の汚れ、酸化皮膜があると濡れ性が悪くなる。一般には半導体素子やリッドを接合面に擦る（スクラブ）ようにして基板あるいはパッケージに載置し、接合面の酸化皮膜を破ることにより溶液状態のＡｕ共晶半田が十分に濡れるようにしている。スキルを必要とする作業となっている。
一方でこれに代わる接合材として金属ナノ粒子が提案されている（例えば特許文献１）。金属としてはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇなどがあり、これらの金属ナノ粒子を溶媒に分散させてペーストあるいはスラリーとしたものを接合面に塗布形成し、半導体素子やリッドを基板やパッケージに加熱加圧するだけで接合することができる。超音波やスクラブは不要である。加熱は比較的低温であり２００℃〜３００℃で接合が可能であると言われている。接合面の清浄は必要であるものの特にスキルを必要とする作業ではない。複数の部品を一括で実装するには均一に加熱し均一に押圧できれば良く、生産性の高い工程が構築できる。【０００３】  被加圧物に圧力を均一に加える方法として特許文献２で加圧力均一化部材の構造（図７）が提案されている。流動体収容容器１３に低融点の金属、あるいは合金１４が入れられ、アルミ箔などの薄い金属箔１５で封じ込めたものである。低融点の金属類としてインジウム、鉛などを使用し、融点以上の加熱と加圧で被加圧物に押し当てると、被加圧物に凹凸があっても流動体は凹凸に密着し均一に加圧できるとするものである。しかし被加圧物に突起があったり、突起となるような小さな物質があると金属箔を突き破ることになるので金属溶液が流れ出してしまい非常に危険な作業に化してしまう。また流動体収容容器を繰り返し使用するには、金属箔の傷、微小なクラックに十分に注意を払う必要があるのは言うまでもない。それを避けるためには金属箔を十分に厚くすることになるが、そうすると凹凸のある加圧物への密着性が損なわれるため均一な加圧が不十分になる。この構造の流動体収容容器を繰り返し使用することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０２９３８
【特許文献２】特許第４３１１８７３号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  以上説明したように、従来技術では低融点の金属を容器に収納し加熱により溶液としたものを薄い金属箔で封じ込めた構造を採っているため、安全な作業とは言えず、繰り返しの使用に耐えないものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本考案は、複数の部品とこれに同数の部品の接合、あるいは複数の部品を同時に基板に接合することを目的としたものであり、接合材としては加熱加圧のみで接合ができる金属ナノ粒子接合に好適な加圧力均一化体を提供する。【０００７】  本考案の加圧力均一化体は、加熱加圧機構の付いたプレス装置や基板接合装置に組み込んで使用するものである。具体的には、複数のパッケージがシート状になっているパッケージ基板に複数のリッドを一括接合して気密封止を行う場合、予めピックアンドプレースによりパッケージにリッドを仮止めする。パッケージ基板をプレス装置のテーブルに載置し、加圧力均一化体をこのパッケージ基板に載置して上下駆動する定盤にて押圧していく。なお加圧力均一化体は定盤に取り付けてあっても良い。複数の半導体素子を実装基板に接合する場合も同様に行うことができる。【０００８】  加圧力均一化体は熱伝導性の良い硬質基板に加圧面となる高耐熱性樹脂層を有し、高耐熱性樹脂は、付加反応により生成される共有結合で連結し、三次元の立体構造を形成しうる高分子組成物であり、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体）による橋かけ構造を有する少なくとも１種の第１の有機珪素ポリマーと、シロキサンによる線状連結構造を有する少なくとも１種の第２の有機珪素ポリマーとを、シロキサン結合により連結させた、分子量が２万から８０万である第３の有機珪素ポリマーの１種以上を含有する合成高分子化合物であることを特徴とする。【０００９】  特開２００６−２０６７２１によると、上記合成高分子化合物は２００℃で熱硬化しても柔軟性を保ち、その後３００℃の温度で長時間放置しても硬化は進まず、さらに４００℃の耐熱性があると言われている。代表的な商品としてはナノテクレジンＫＡ−１００（ＡＤＥＫＡ）として市販されている。以上のように、凹凸のある表面でも十分に接触して加圧することができる。【００１０】  高耐熱性樹脂層の上にポリイミド樹脂層を形成して加圧面としたことを特徴とする。高耐熱性樹脂（合成高分子化合物）は上述のように柔軟性があるが、ポリイミド樹脂は熱硬化すると硬度が増し弾性体となる。複数の半導体素子を実装基板に実装するモジュールの場合、加圧を必要とする半導体素子は実装基板の面積に対して十分小さくなる。ポリイミド樹脂層を形成することにより、その弾性を利用して小さな被加圧物にも十分に圧力が加えられるようになる。【００１１】  またポリイミド樹脂層は小径の円柱が多数突設させた構造であり、これを加圧面としたことを特徴とするものである。この加圧面は小さな突起が剣山状を成したものである。パッケージにリッドを接合する場合、リッドに傾きがあると位置ズレを起こして接合される可能性がある。この加圧面を使用すると、少なくとも一点押圧により傾きが補正され、パッケージに対するリッドの平行度が出てくると多点押圧されるため、位置ズレは最小に押さえられる。【００１２】  さらには硬質基板がキャビティーを有し、前記加圧面がキャビティー内にあることを特徴とするものである。こうすることにより柔軟性のある高耐熱性樹脂は加圧時に横に伸びることが出来ないため被加圧物に効率よく圧力を伝えることができる。
【考案の効果】
【００１３】  本考案の効果として、加圧力均一化体に柔軟性のある高耐熱性樹脂を使用することにより平坦性の悪い（凹凸のある）被加圧物に十分に密着し、安全に均一な押圧が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本考案の実施形態に係る加圧力均一化体の断面図
【図１Ｂ】本考案の実施形態に係る加圧力均一体の断面図
【図１Ｃ】本考案の実施形態に係る加圧力均一体の断面図
【図２】本考案の実施形態に係る加圧力均一化体の断面図
【図３Ａ】本考案の実施形態に係る加圧力均一化体の断面図
【図３Ｂ】本考案の実施形態に係る加圧力均一化体の断面図
【図４】パッケージ基板とリッドを示す図
【図５】加熱加圧装置を示す図
【図６】本考案の実施形態に係る加圧力均一化体を使用した接合状態を示す図
【図７】従来技術の加圧力均一化体
【考案を実施するための形態】
【００１５】  以下、本考案の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】  図１Ａは本考案に係る加圧力均一化体１の断面図を示す。硬質基板２に高耐熱性樹脂を形成し、高耐熱性樹脂３加圧面としたものである。硬質基板２は熱伝導性の良いものが望ましく、アルミニウム、ステンレス、銅合金などの金属板、より好ましくは金属より熱膨張係数の小さなＳｉ単結晶基板、柱状晶Ｓｉ基板、ＳｉＣ多結晶基板が好適である。高耐熱性樹脂３には、付加反応により生成される共有結合で連結し、三次元の立体構造を形成しうる高分子組成物であり、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体）による橋かけ構造を有する少なくとも１種の第１の有機珪素ポリマーと、シロキサンによる線状連結構造を有する少なくとも１種の第２の有機珪素ポリマーとを、シロキサン結合により連結させた、分子量が２万から８０万である第３の有機珪素ポリマーの１種以上を含有する合成高分子化合物がもっとも望ましい。この合成高分子化合物を使用した代表的な高耐熱性樹脂にナノテクレジンＫＡ−１００（商標  ＡＤＥＫＡ）がある。ナノテクレジンＫＡ−１００は４００℃の耐熱性があり、長時間の熱処理をしても柔軟性が損なわれず硬化しない特徴を有している（特開２００６−２０６７２１）。この柔らかいゴム弾性の特徴を利用すると凹凸面に対しも加圧面が十分に接触することができる。なお高耐熱性樹脂層の厚さは加圧しょうとする被加圧物面の凹凸の程度や接合しょうとする部品の高さバラツキによって決めることが好ましい。例えば部品の高さバラツキが数百ミクロンあれば、高耐熱性樹脂層の厚さは１ｍｍ程度必要になるし、数十ミクロンであれば樹脂層の厚さは数百ミクロンあれば十分である。【００１６】  本考案の加圧力均一化体の具体的な適用例を図４に示す。８個のパッケージがシート状になったパッケージ基板９にリッド１１がそれぞれ接合される。パッケージの上面にはリッドとの接合材として金属ナノ粒子１１が形成され、金属としてはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどが使用できる。これらの金属ナノ粒子は溶媒に分散させてペースト、あるいはスラリーとしたものが市販されており塗布膜が形成できる。金属ナノ粒子は結合力が高いため有機媒体で被覆して結合力を弱めることも行われる。図５に示すように予めリッド１１をパッケージ基板９に載置したものを加熱加圧装置にてプレスする。接合温度は２００−３５０℃、加圧は数十ＭＰａで接合される。これは加熱で溶媒が揮発するのと同時に金属ナノ粒子が互いに結合し始め、やがてバルク化することで接合が完成する。なおパッケージ基板９はチョコレートブレークできるように溝などが形成されており、リッド１１の接合が完成した後に割って個品にする。【００１７】  本考案では図１Ｂの変更も含まれる。これは高耐熱性樹脂層１７を硬質基板に分離して形成したものである。図４のパッケージ１０にはキャビティー１８があり、ここに半導体素子が実装される。分離した高耐熱性樹脂層１７の寸法はキャビティー寸法で決めれば良い。
【実施例２】
【００１８】  図６には加圧力均一化体１（図１Ａ）を使用した加圧の様子を模式図で示している。高耐熱性樹脂３は柔軟性があるため凹凸のあるパッケージ基板８にほぼ密着して押圧される。しかし加圧を強めていくと高耐熱性樹脂は柔軟性があるために横方向に伸びるようになる。金属ナノ粒子接合では金属の種類によって必要な圧力が異なるので、強い加圧が必要な金属に対しては不十分なケースも想定される。一方で合成高分子化合物の柔軟性は分子量を変えることで調整可能とされているが（特開２００６−２０６７２１）、本考案の目的に対して得失が生じる可能性もある。本考案では加圧力均一化体に対策を行うことで必要な圧力を確保する。【００１９】  図１Ｃは、図１Ａの硬質基板２にキャビティーを設け、キャビティー内に高耐熱性樹脂３を形成したものである。キャビティーの寸法をパッケージ基板９の寸法にほぼ適合させることにより、高耐熱性樹脂３の逃げ場が無くなり効率よく加圧することができるようになる。
【実施例３】
【００２０】  別の実施例として図２に示すものがある。これは高耐熱性樹脂３の上にポリイミド樹脂層６を形成したもので、接合に係る被加圧物の面積が小さい場合に有効である。例えば図４に示すパッケージにおいて、接合に係る部品はリッド１２になるが、リッドの面積がパッケージの面積よりかなり小さい場合には、高耐熱性樹脂の柔軟性のためリッドに十分な加圧が出来なくなる。ポリイミド樹脂は４００℃の耐熱性があり熱硬化により固くなるので、硬質弾性のポリイミド樹脂層６（薄膜、フィルム）を使用することにより十分な加圧を確保することができる。また複数の半導体素子を実装基板に実装するモジュールの形態は種類も含めて多様であり一概に説明することはできないが、共通しているのは半導体素子の面積は実装基板の面積に対して相当小さくなることである。加圧を必要としているのは半導体素子のみであり、実装基板に対して凸状態であるので、ポリイミド樹脂層の硬い弾性を利用することにより圧力を十分に伝えることができる。なおポリイミド樹脂の厚さは凹凸面に接触できるように薄く、かつ凸面への加圧が確保できる厚さに設定すれば良く特に限定されない。即ち被加圧物の具体的な状態で決めるべきものである。ちなみにポリイミド樹脂フィルムは１０数μｍものが市販されており、この厚さのものは容易に入手可能である。
【実施例４】
【００２１】  本考案の他の実施例として図３Ａに示すものがある。これは柔軟性のある高耐熱性樹脂層３にポリイミド樹脂から成る小径の円柱８を剣山状に数多く形成したものである。この実施例の効果として、図３Ａに示すパッケージ基板９とリッド１１において、リッドに傾きが生じる場合に有効である。リッドはピックアンドプレースでパッケージに載置されると、ペーストあるいはスラリーで形成された金属ナノ粒子膜に仮止めされる。仮止めされたリッドの位置は精度良くパッケージに載せられるが、傾きが生じるリッドも出てくる。傾いたリッドに対しては少なくとも一点押圧により傾きが補正され、パッケージ面に平行になるに従って多点押圧で加圧できる。このことが可能な理由として、金属ナノ粒子が粒子結合するには温度と圧力の両方が必要であり温度だけでは粒子結合は完結（バルク化）しないためである。なお小径の円柱を形成するには、予め硬化させた高耐熱性樹脂面に感光性ポリイミド樹脂を塗布し小径パターンをマスク露光し、現像すれば良い。その後熱硬化させる。図３Ｂも図１Ｂに対応して同じ効果が得られる。【００２２】  小径の円柱の寸法については特に規定されない。本考案の対象とする被加圧物は小さなものから大きなものまで幅広く適用可能とするために、その大きさに応じて決めるべきものである。【００２３】  以上はパッケージ基板に複数のリッドを一括して接合し気密封止する例を述べたが、高耐熱性樹脂の耐熱性が損なわれない温度で接合、接着が可能である実装は全て適用できるもので、多くの半導体素子を実装基板に一括して接合（接着）するモジュールも例外ではない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】  本考案の加圧力均一化体を使用すれば、被加圧物に凹凸や傾きがあっても十分に加圧でき、生産性が高く安全性の高い工程を構築することができる。
【符号の説明】
【００２５】１、４、７、９  加圧力均一化体
２、５          硬質基板
３              高耐熱性樹脂
６、８          ポリイミド樹脂層
１０            パッケージ基板
１１            金属ナノ粒子膜
１２            リッド
１３            加熱加圧装置定盤
１４            流動体収容容器
１５            低融点金属
１６            金属箔
１７            分離された高耐熱性樹脂
１８            パッケージキャビティー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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