(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣと回路基板を複数のバンプを介して位置合わせし、加圧接合するＩＣの加圧圧着方法において、前記ＩＣを加圧する凹部を有するＩＣ加圧部材と、前記ＩＣ加圧部材の凹部と対向した凹部を有する加圧力受け部材と、それぞれ前記凹部間に回転可能に挟まれた円柱状部材を有する加圧装置により、前記ＩＣを前記回路基板に加圧し、一旦前記回路基板から前記ＩＣを剥し、前記複数のバンプの圧痕が等しくなるように、前記ＩＣ加圧部材と加圧力受け部材との間の平行度を調整し、その姿勢を固定した状態で前記ＩＣを前記回路基板に再度加圧し固定することを特徴とするＩＣの加圧圧着方法。
【請求項２】
前記加圧装置は、前記凹部を有するＩＣ加圧部材と、前記凹部を有する加圧力受け部材とが、ネジにより固定されており、ネジの突出量により前記平行度を調整することを特徴とする請求項１記載のＩＣの加圧圧着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上へ搭載される電気回路部品の実装方法に関するものであり、電気回路部品の搭載状態に応じて加圧する際に適用され、特に狭ピッチで並ぶ複数ＩＣを一括で加熱圧着接合する実装に好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回路基板に搭載される電気実装部品等の電気回路装置は電気信号の高速化と共に高密度集積と小型化が進み、信号配線の微細化（ファインピッチ）と多ピン化が著しくなってきている。
【０００３】
それに伴い、回路基板上での電気回路部品の実装方法も搭載位置精度と共にファインピッチ及び多ピン化に対応した接続信頼性を得ることがますます厳しくなっている。
【０００４】
現在、微細パターン用セラミック基板やシリコン基板、また液晶用ガラス基板など回路基板上へのベアチップＩＣやセラミックコンデンサなど電気回路部品の実装方法としては、ベアチップＩＣは、ワイヤーボンディング法やはんだバンプ、スタッドバンプ法、異方性導電膜（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）、異方性導電ペースト（あＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）、非導電性膜（ＮＣＦ：Ｎｏｎ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）、非導電性ペースト（ＮＣＰ：Ｎｏｎ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）等を併用してＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｂｏｒａｄ）装置での実装を行っている。ＩＣ搭載用ＣＯＢ装置において、ＩＣ間が広いワークに対応したタイプで半田バンプを溶融しＩＣ接合する装置がある。
【０００５】
従来装置の半田バンプを溶融し接合するタイプは、半田バンプ自身にセルフアライメント機構があるため、基板とＩＣの平行度の許容範囲が広い。
【０００６】
主なＣＯＢ装置は上下ツールでＩＣと基板を挟み加熱加圧圧着を行うが、上下ツールの加熱圧着箇所が１ヶ所固定タイプと上下ツールどちらか一方（たとえば上ツール）が固定でもう一方（基板搭載側ステージ）が移動する複数箇所移動タイプがある。セラミックコンデンサ等の表面実装型電気回路部品もリフロー方式からファインピッチ対応として、たとえば特開２０００−６８６３３号公報に記載されているようにＡＣＦによる実装が行われつつある。この公報では、高さバラツキによる圧力不均一を低減するため弾性シートを介在させる方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の実装方法には以下のような問題点があった。
【０００８】
ＣＯＢ装置の場合、図１に示すような圧着位置が１ヶ所固定タイプと、図２に示すような例えば基板５のステージ側が移動する複数箇所移動タイプがある。どちらの場合もバンプ４及びＩＣ３を矢印８で示す方向に均一に加圧するために設けられた、上下ツール１，２の平行度を調整する機構（図１及び図２の矢印６，７で示す方向に移動する）が少なくとも上下どちらか一方に付いている。図３は、圧着位置が１ヶ所固定タイプの場合で、下ツール２の圧着面の傾きに対応して、上ツール１の平行度調整を行った後、ＩＣ３の圧着をしている状態を示している。
【０００９】
しかしながら、この平行度調整機構は上下ツール圧着面同士の平行度を調整するためのものであり、各ＩＣ及び各基板それぞれに対応しての調整機構は持っていない。
【００１０】
従って第１の問題点は、図４に示すように、個々の基板５の厚み及びバンプ４の高さバラツキや、ＩＣ３の厚み及びバンプ４の高さバラツキに応じた加圧面の調整機構が無いため、片当たりや加圧力の不均一が生じることであり、それに伴う接続抵抗値の不均一や耐久試験時など接続信頼性の不安定が生じることである。
【００１１】
また、例えば下ツール（基板ステージ側）が複数箇所移動タイプで上ツールに平行度調整機構を持つ場合は、下ツールのそれぞれの圧着位置に対応して、上ツールをあらかじめ入力した調整位置に平行度修正移動を行うが、この方式でも１ヶ所固定タイプと同様の問題点の他、ステージの繰り返し位置精度のバラツキや繰り返し使用による位置ズレなどに起因する平行度修正位置の誤差が生じていた。
【００１２】
第２の問題点は、接続ＩＣが狭ピッチで並んでいる場合、加熱加圧用の上ツールの大きさ形状から多数のＩＣを一括接続できない点である。
【００１３】
第３の問題点は、図５に示すようにＣＯＢ装置で一つの回路基板５上に複数個の電気回路部品３を実装したとき、回路基板の長手方向の反りを生じてしまう点である。これは厚さ６２５μｍ、長さ１００ｍｍ、幅７ｍｍほどのシリコン基板上に厚さ１７５μｍ、長さ１０ｍｍ、幅２．５ｍｍの薄型ベアチップＩＣを８〜９ヶ実装したときに顕著であり、４０〜５０μｍ反ることが確認されている。
【００１４】
第４の問題点は、図６に示すように特開２０００−６８６３３号公報に記載されている弾性シート９を介してＩＣ３を加圧する方法によると、加圧する方向に対してＩＣ裏面が傾いていた場合、圧縮されるゴム９が不均一に加圧されるため、不均一な圧力分布が生じ、ＩＣバンプの潰れ量および接続状態が不均一になってしまうことである。
【００１５】
また、図７に示すように、弾性シート９がＩＣ裏面を等分布荷重で加圧するため、ＩＣ上のバンプ配列でバンプの存在しないところが特に凹んでしまい、ＩＣ反りを生じてしまう点である。このＩＣ反りの現象は薄型ＩＣで特に顕著である。
【００１６】
反った状態で接合実装されると、その後の熱が加わる工程や信頼性テストを経たときに、ＡＣＦ樹脂が変質や軟化すると同時に、反ったＩＣが戻ろうとする。
【００１７】
すると、図８に示すように、加圧接合時に大きく潰れたバンプ部４ａが基板５から離れ、接合不良になる問題点が生じる。
【００１８】
さらに、弾性シートの方法では、近接したＩＣごとに高さの違いを吸収し、ならうことが困難となる。高さの違いがある場合、高い方のＩＣに弾性シートがならい、低い方のＩＣに弾性シートが当たらず、ならわないか荷重がかからないという問題が生じる。
【００１９】
本発明は、上記の問題点を解決した加圧装置を以下の構成により提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に関わる加圧方法は、ＩＣと回路基板を複数のバンプを介して位置合わせし、加圧接合するＩＣの加圧圧着方法において、前記ＩＣを加圧する凹部を有するＩＣ加圧部材と、前記ＩＣ加圧部材の凹部と対向した凹部を有する加圧力受け部材と、それぞれ前記凹部間に回転可能に挟まれた円柱状部材を有する加圧装置により、前記ＩＣを前記回路基板に加圧し、一旦前記回路基板から前記ＩＣを剥し、前記複数のバンプの圧痕が等しくなるように、前記ＩＣ加圧部材と加圧力受け部材との間の平行度を調整し、その姿勢を固定した状態で前記ＩＣを前記回路基板に再度加圧し固定するものである。
【００２１】
また、本発明によれば、前記加圧装置は、前記凹部を有するＩＣ加圧部材と、前記凹部を有する加圧力受け部材とが、ネジにより固定されており、ネジの突出量により前記平行度を調整することを特徴とするＩＣの加圧圧着方法を提供している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図面に沿って、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
図９は、ＩＣと回路基板を平行に加圧するための平行度調整機構部の主な部材のみを示した模式斜視図である。
【００２５】
ＩＣ加圧部材１１と中間部材１２、上方からの加圧力受け部材１３には、円柱状部材１４ａ、１４ｂを受ける凹部Ｖ溝１５が形成されている。
【００２６】
Ｖ溝の両端は、円柱状部材が位置ズレしないようにＶ溝を形成しなくとも良い。
【００２７】
Ｖ溝に円柱状部材がはまることによって、回転方向が一方向に規制される。
【００２８】
Ｖ溝と円柱状部材の組み合わせが９０度ずれて組み合わせられていることによって、回転方向がαとβそれぞれ独立して回転可能となる。
【００２９】
この構造がＩＣと回路基板の平行度α軸β軸調整を行うための基本的な形である。
【００３０】
図１０は、図９に調整用ピンと固定用ネジを追加した平行度調整機構部の模式斜視図である。
【００３１】
ここで、α軸は上側の円柱状部材が回転する軸とし、β軸は下側の円柱状部材が回転する軸とする。
【００３２】
また、図１０の矢印３２側の辺を下側に表した平面図が図１１である。
【００３３】
図１１でのＡ−Ａ’断面図を図１２に、Ｂ−Ｂ’断面図を図１３に、Ｃ−Ｃ’断面図を図１４に、Ｄ−Ｄ’断面図を図１５に示す。
【００３４】
図１２、図１３は、β軸、すなわち下側の円柱状部材を回転及び固定させる構造を示す。
【００３５】
また、図１４、図１５は、α軸、すなわち上側の円柱状部材を回転及び固定させる構造を示す。
【００３６】
平行度調整方法について、まずα軸について説明をする。加圧力受け部材１３と中間部材１２の平行度をα軸調整用押しピン１６で調整する。α軸調整用押しピン１６は、Ｍ１の細目イモネジを使用し、調整は調整用ネジ孔１７から行う。
【００３７】
その姿勢は、α軸固定用ネジ１８で固定用ネジ孔１９から固定する。α軸固定用ネジ１８もＭ１の細目イモネジを使用する。
【００３８】
次にβ軸も同様に平行度調整を行う。β軸調整用押しピン２０とβ軸固定用ネジ２２を用いて、調整用ネジ孔１９と固定用ネジ孔２３からそれぞれ調整及び固定を行う。
【００３９】
図１６は、図１０の平行度調整機構部２４が組み込まれた加圧装置の模式図である。ベース２６上の回路基板５はＡＣＦ１０が貼り付けられその上に位置合わせ搭載されたＩＣ３が加圧されている。
【００４０】
先端に平行度調整機構部２４が組み込まれた加圧短冊２５は、加圧短冊上下動ガイド２８に無給油ベアリング２９を介してはめ込まれている。加圧短冊支持バネ２７で加圧前は宙に浮いている。加圧短冊２５は、上方から加圧除圧力３０を受けると短冊可動方向３１の方向に上下動する。また、加圧短冊２５の上面には平行度調整機構部２４の各調整用、固定用ネジを調整するための貫通穴がそれぞれの穴に対応して開いている。
【００４１】
ここで、平行度調整作業を行う。
【００４２】
回路基板５上にＡＣＦ１０を貼り付けずに又は、一部に貼り付けた状態でＩＣを位置合わせ搭載する。その後、図１１に示す加圧装置にセットし所望圧力で加圧する。
【００４３】
加圧後の回路基板５を取り外し、ＩＣ５を剥がした後、バンプの圧痕を観察し、均一にバンプが潰れるようにα軸とβ軸を調整する。
【００４４】
ＩＣ３のすべてのバンプが均一に加圧される状態に調整が行われた後、再度、回路基板５上のバンプ接合部にＡＣＦ１０を貼り付ける。そしてＩＣ３を位置あわせ搭載後、加圧装置に設置し、所望の圧力で加圧しその状態で固定する。
【００４５】
その後、回路基板５とＩＣ３間のＡＣＦ１０を加熱硬化するために、上記加圧状態の一括加圧装置をクリーンオーブン内に投入し加熱硬化した。
【００４６】
室温状態のクリーンオーブンに一括加熱装置を入れ、室温から１７０度まで加熱し、回路基板及びＩＣ、一括加熱装置温度がほぼ１７０度に達した時点で電源ＯＦＦし、自然冷却した。
【００４７】
室温に戻ったところで、一括加熱装置を取り出し、加圧を解除した。
【００４８】
ＩＣ３の接続抵抗値を確認した結果、９ヶのＩＣすべての接続チェック部が６０ｍΩの良好な抵抗値を示した。
【００４９】
（実施形態２）
以下に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００５０】
本実施形態では、接続するＩＣが隣接し、なおかつ２列の形態をとっている。
【００５１】
図１７は、平行度調整機構部２４が組み込まれた加圧短冊が隣接した状態で組み合わさった構造の模式側面図である。
【００５２】
図１８は、図１７の組み合わさった構造が５列並んだ状態を示す模式平面図である。
【００５３】
図１９は、図１７の組み合わさった構造を、加圧短冊のみを図示し、組み合わせ方を表した模式斜視図である。
【００５４】
加圧短冊ａ３３と加圧短冊ｂ３４は、ぞれぞれ平行度調整機構部２４を持ち、隣接した構造で並べなければならないため、それぞれが絡み合った構造となった。
【００５５】
加圧力を受ける部分は、平面部３５で２つの対の短冊はそれぞれが同じ面積で同じ荷重を受けられる。
【００５６】
加圧装置の基本的な構造は、実施形態１に示す構造と同様である。
【００５７】
平行度調整用及び固定用ネジの貫通穴３６は、それぞれの短冊部上部から形成されている。
【００５８】
この構造によって、ＩＣ１ヶずつが、独立の運動を行うことが可能となり、それぞれの高さバラツキを吸収した加圧が可能となった。
【００５９】
平行度調整機構部２４を０．７７ｍｍおきに８ヶ並べ、それを２列配置した一括接合装置を用いた。
【００６０】
まず、低加圧低温ＡＣＦなしでバンプ圧痕を確認し、ねじの押し引きにより平行度調整を行った。
【００６１】
次にＩＣ形状２．６４ｍｍ×１０．１１ｍｍ×０．１７５ｍｍをＩＣ間距離０．７７ｍｍおきに８ヶ並べ、その列を２列同時に加圧加熱圧着し実装した。
【００６２】
その結果良好な接続抵抗値が得られ、１６ヶの一括接合が可能となった。
【００６３】
本実施形態では、回路基板５は、厚み６２５μｍのシリコン基板を使用し、ＩＣ３は厚さ１７５μｍの薄型で長さ１０．１１ｍｍ、幅２．５ｍｍ、バンプ数４４６ヶのＩＣ９ヶを用いた。ＩＣ間のギャップは０．７７ｍｍの狭ピッチである。
【００６４】
加圧短冊３３、３４には、無給油ベアリング２９が内蔵されており、加圧短冊上下動ガイド２８にならい上下動することができる。ＩＣ３を加圧していないときは、ＩＣ３に接触しないように加圧短冊支持バネ２７によって支えている。
【００６５】
加圧時には、圧縮空気等で加圧し、加圧短冊３３、３４を加圧下降させる。
【００６６】
その後、回路基板５とＩＣ３間のＡＣＦ１０を加熱硬化するために、上記加圧状態の一括加圧装置をクリーンオーブン内で加熱硬化した。
【００６７】
室温状態のクリーンオーブンに一括加熱装置を入れ、室温から１７０度まで加熱し、回路基板及びＩＣ、一括加熱装置温度がほぼ１７０度に達した時点で電源ＯＦＦし、自然冷却した。
【００６８】
室温に戻ったところで、一括加熱装置を取り出し、加圧を解除した。
【００６９】
ＩＣ３の接続抵抗値を確認した結果、９ヶのＩＣすべての接続チェック部が６０ｍΩの良好な抵抗値を示した。
【００７０】
また、回路基板５の長手方向反り量は１０μｍ以下と従来方法による５０μｍに比較して低減し、大きな改善が確認できた。
【００７１】
本実施形態では、ＡＣＦを用いたがＡＣＰ、ＮＣＦ、ＮＣＰを用いても良い。
【００７２】
以上の実施形態より、シリコン基板上にＩＣを狭ピッチで基板の反りを抑えて実装可能となった。
【００７３】
ＡＣＦの加熱硬化は、実施形態１と同様に行う。
【００７４】
本実施形態では、オーブンでの加熱硬化を行ったが、加圧部とステージ部にヒーターを内蔵して、加熱してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリコン基板上にＡＣＦを用いてＩＣを狭ピッチ実装する際に、各ＩＣを回路基板に平行に加圧し、加熱硬化することによって、信頼性の高い接続と、基板の反りを抑えた実装が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図２】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図３】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図４】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図５】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図６】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図７】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図８】ＣＯＢ装置による、ＩＣ実装の従来例。
【図９】ＩＣと回路基板を平行に加圧するための平行度調整機構部の主な部材のみを示した模式斜視図。
【図１０】図９に調整用ピンと固定用ネジを追加した平行度調整機構部の模式斜視図。
【図１１】図１０の矢印３２側の辺を下側に表した平面図。
【図１２】図１１でのＡ−Ａ’断面図。
【図１３】図１１でのＢ−Ｂ’断面図。
【図１４】図１１でのＣ−Ｃ’断面図。
【図１５】図１１でのＤ−Ｄ’断面図。
【図１６】本発明の第１実施形態を示す。
【図１７】本発明の第２実施形態を示す
【図１８】図１７の組み合わさった構造が５列並んだ状態を示す模式平面図。
【図１９】図１７の組み合わさった構造を、加圧短冊のみを図示し、組み合わせ方を表した模式斜視図。
【符号の説明】
１  上ツール
２  下ツール
３  ＩＣ
４  はんだバンプ
５  回路基板
８  加圧方向
９  弾性シート
１０  異方性導電膜
１１  ＩＣ加圧部材
１２  中間部材
１３  加圧力受け部材
１４ａ  円柱状部材（α軸）
１４ｂ  円柱状部材（β軸）
１５  円柱状部材受け用Ｖ溝
１６  α軸調整用押しピン
１７  α軸調整用押しピン調整ネジ穴
１８  α軸固定用ネジ
１９  α軸固定用ネジ調整用ネジ穴
２０  β軸調整用押しピン
２１  β軸調整用押しピン調整ネジ穴
２２  β軸固定用ネジ
２３  β軸固定用ネジ調整用ネジ穴
２４  平行度調整機構部
２５  加圧短冊
２６  ベース
２７  加圧短冊指示バネ
２８  加圧短冊上下動ガイド
２９  無給油ベアリング
３０  加圧除圧力
３１  加圧短冊可動方向
３２  透視図方向
３３  加圧短冊ａ
３４  加圧短冊ｂ
３５  加圧面
３６  調整固定用貫通穴
【図１】
0003780214.tif 000002
【図２】
0003780214.tif 000003
【図３】
0003780214.tif 000004
【図４】
0003780214.tif 000005
【図５】
0003780214.tif 000006
【図６】
0003780214.tif 000007
【図７】
0003780214.tif 000008
【図８】
0003780214.tif 000009
【図９】
0003780214.tif 000010
【図１０】
0003780214.tif 000011
【図１１】
0003780214.tif 000012
【図１２】
0003780214.tif 000013
【図１３】
0003780214.tif 000014
【図１４】
0003780214.tif 000015
【図１５】
0003780214.tif 000016
【図１６】
0003780214.tif 000017
【図１７】
0003780214.tif 000018
【図１８】
0003780214.tif 000019
【図１９】
0003780214.tif 000020