专利名称：电气元件的安装方法和安装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如将半导体芯片等电气元件安装在布线板上的安装方法以及安装 装置，尤其涉及利用粘接剂安装电气元件的安装方法以及安装装置。
背景技术：
最近，随着以移动电话为首的各种电子设备的迅速普及，要求电子设备进一步小 型化和薄型化。为了实现这样的小型化和薄型化，需要将LSI (Large Scale Integration, 大规模集成电路)芯片等各种电气元件高密度地安装在布线板上。随着所谓的柔性印刷布线板(Flexible Printed Circuit，柔性印制电路；FPC)的 普及和高密度安装的要求，向布线板上安装电气元件多数是将电气元件直接以芯片的状态 安装在布线板上，即进行所谓的裸芯片安装。并且，作为将这样的裸芯片直接安装在布线板 上的方法，众所周知的是使用粘接剂的方法。例如在使用各向异性导电粘接膜(Anisotropic Conductive Film，各向异性导电 膜；ACF)的安装中，进行下述的热压接安装将电气元件装在粘贴了各向异性导电粘接膜 的布线板上后，利用由金属或陶瓷等形成的平坦的硬头对电气元件进行加压和加热，从而 使该各向异性导电粘接膜固化。但是，在使用这样的硬头对电气元件进行加压和加热的安装中，在进行热压接时， 有可能对电气元件周围的粘接剂的胶瘤(fillet)部加热不足，导致连接可靠性降低，并且 存在难以安装多个电气元件的问题。因此，近年来提出了使用由硅橡胶等弹性体构成的平坦的弹性体头进行电气元件 的热压接，从而向电气元件的加压面施加均勻的压力，提高连接可靠性的技术(例如，参考 专利文献1等)。在该专利文献1中记载了在弹性体是人造橡胶(elastomer)的情况下， 如果其橡胶硬度小于40，则对电气元件的压力不充分，粘接剂的初始阻力和连接可靠性差， 并且，如果橡胶硬度大于80，则对胶瘤部的压力不充分，在粘接剂的粘结树脂中产生空隙， 连接可靠性差。因此，在使用了弹性体头的安装中，优选使该弹性体头的橡胶硬度为40 80。日本专利文献1 特开2005-32952号公报但是，近年来，随着对电气元件的小型化和薄型化、轻量化的要求的进一步提高， 所安装的电气元件的厚度也在变薄。在这样的情况下，本申请的发明人发现在使用熔融粘度低的各向异性导电粘接 膜等导电粘接剂安装厚度薄的电气元件时，如果使用上述专利文献1中作为优选值而记载 的橡胶硬度的弹性体头，则热压接后产生的电气元件的翘曲量明显增大，影响到连接的可靠性。鉴于这种情况，本发明的目的在于提出使用含有导电粒子的导电粘接剂进行基于 弹性体头的热压接安装时的新的安装条件，并提供能够大幅度降低热压接后所产生的电气 元件的翘曲量、提高连接可靠性的电气元件的安装方法和安装装置。
发明内容
本申请的发明人经过对将厚度为200 μ m以下的薄的电气元件安装在布线板上时 使用含有导电粒子且最低熔融粘度低的导电粘接剂进行热压接的方法反复试验，发现了用 于大幅度降低热压接后的电气元件翘曲量的弹性体头的条件，完成了本发明。即，为了实现上述目的，本发明的电气元件的安装方法是将电气元件热压接在布 线板上进行安装的电气元件的安装方法，其特征在于，包括第一工序，将最低熔融粘度为 LOXlO3Pa .s以下的导电粘接剂放置在放置于基座上的上述布线板上，同时在上述导电粘 接剂上放置厚度为200 μ m以下的上述电气元件；以及第二工序，利用具有由橡胶硬度为60 以下的弹性体形成的压接部的热压接头对上述电气元件进行加压，并将上述电气元件热压 接在上述布线板上。并且，为了实现上述目的，本发明的电气元件的安装装置是将电气元件热压接在 布线板上进行安装的电气元件的安装装置，其特征在于，包括基座，用于放置上述布线板； 以及热压接头，将最低熔融粘度为1. 0X103Pa· s以下的导电粘接剂放置在放置于上述基 座上的上述布线板上，同时在上述导电粘接剂上放置了厚度为200 μ m以下的上述电气元 件的状态下对上述电气元件进行加压，并将上述电气元件热压接在上述布线板上，其中，上 述热压接头具有由橡胶硬度为60以下的弹性体形成的压接部。在本发明的这种电气元件的安装方法和安装装置中，即使使用最低熔融粘度低且 热压接时的流动性大的导电粘接剂，由于构成热压接头的压接部的橡胶硬度小，在热压接 时导电粘接剂的粘结树脂也不会被不必要地从电气元件的下表面区域向外部排除。因此， 在本发明的电气元件的安装方法以及安装装置中，能够形成即使在热压接后导电粘接剂的 粘结树脂也可靠地留在电气元件的下表面区域的状态。本发明由于能够形成即使在热压接后导电粘接剂的粘结树脂也可靠地留在电气 元件的下表面区域的状态，因此，能够大幅度地降低热压接后产生的电气元件的翘曲量，能 够防止空隙的产生，提高连接可靠性。
图1是本发明实施方式的安装装置的结构说明图。图2是使用了本发明实施方式的安装装置的热压接工序说明图。图3是本发明的实施方式的安装装置的其他结构说明图。图4是在使用了最低熔融粘度为1. OX IO3Pa · s的各向异性导电粘接膜的情况下 测量了热压接后的IC芯片的翘曲量的结果说明图。图5是在使用了最低熔融粘度为1. OX IO4Pa · s的各向异性导电粘接膜的情况下 测量了热压接后的IC芯片的翘曲量的结果说明图。符号说明11基座12热压接头13加热器 14压接部14a压接面 15头本体15a凹部 100布线板
IOOa 布线图200a 凸块300各向异性导电粘接膜300b导电粒子
200IC芯片 200b顶面
300a粘结树脂 300c胶瘤部
具体实施例方式以下参考附图对应用了本发明的具体实施方式
进行具体说明。本实施方式是用于将半导体芯片等电气元件安装在诸如印刷布线板等布线板上 的电气元件的安装装置。尤其是该安装装置在采用弹性体头作为对厚度在规定值以下的电 气元件进行热压接的头的同时，根据在使用了最低熔融粘度为规定值以下的导电粘接剂情 况下的最适当的安装条件进行安装。以下为了便于说明，导电粘接剂采用各向异性导电粘接膜(Anisotropic Conductive Film，各向异性导电膜；ACF)。各向异性导电粘接膜由在片状的热固性树脂中 分散了细微的导电粒子的材料构成，通过加压和加热，具有粘接功能，同时基于导电粒子而 在厚度方向具有电连接功能，并在厚度方向的垂直方向具有绝缘功能。如图1所示，安装装置包括用于放置形成了布线图IOOa的布线板100的基座11以 及对设有金凸块(gold stud bump)等凸块(bump，凸点)200a的作为电气元件的芯片200 进行加压和加热的热压接头12。基座11由规定的金属或陶瓷等形成，在其内部设置加热用的加热器13。这样的基 座11通过与热压接头12抵接的平坦压接面，抵挡基于与其抵接的该热压接头12的加压， 从而对布线板100和IC芯片200进行加压。热压接头12具有压接部14，该压接部14具有用于热压接IC芯片200的平坦的压 接面14a，至少压接部14由规定的弹性体构成。具体而言，热压接头12具有由规定的金属 等构成的头本体15，在其内部设置无图示的加热用加热器。在头本体15上与基座11对置 的区域形成有凹部15a，由板状的弹性体构成的压接部14以与该凹部15a紧贴的方式安装 在该凹部15a上。压接部14设置成其压接面14a与基座11的平坦的压接面平行。并且，将压接部 14形成为压接面14a的面积大于IC芯片200的顶面200b的面积，同时其厚度大于等于IC 芯片200的厚度。另外，由于作为本发明对象的IC芯片200的厚度在200 μ m以下，因此只 要压接部14的厚度在200 μ m以上，即可与作为本发明对象的IC芯片200对应。并且，为了大幅度降低热压接后产生的IC芯片200的翘曲量以提高连接可靠性， 构成压接部14的弹性体优选使用橡胶硬度为60以下的弹性体。如后所述，这是由各向异 性导电粘接膜300的熔融粘度低引起的。即，各向异性导电粘接膜300的熔融粘度低会形 成介于布线板100和IC芯片200之间的粘结树脂300a在热压接时的流动性大、粘结树脂 300a容易被从IC芯片200的下表面区域向外部排除的状态。在这样的状态下，如果使用 橡胶硬度过大的弹性体形成压接部14，则容易排除粘结树脂300a，热压接后产生的IC芯片 200的翘曲量增大，连接可靠性降低。因此，为了避免这样的不良情况，在安装装置中，构成 压接部14的弹性体采用橡胶硬度为60以下的材料。另一方面，作为橡胶硬度的下限值，从 避免耐热性的降低导致橡胶特性变差的观点考虑，优选15左右。另外，构成压接部14的弹
5性体如果橡胶硬度在60以下，则可以使用天然橡胶或人造橡胶等任意的弹性体，但从耐热 性和耐压性的观点来看，优选使用硅橡胶。这样的热压接头12通过无图示的规定的驱动机构能在上下方向上移动，如图2所 示，热压接头12通过向下方下降至与IC芯片200的顶面200b或侧面抵接，从而对设置在 其与基座11之间的IC芯片200进行加压。在利用这样的安装装置安装IC芯片200时，将布线板100放置在基座11上，同时 将在规定的粘结树脂300a中分散了细微的导电粒子300b的各向异性导电粘接膜300放置 在该布线板100的上面。另外，该各向异性导电粘接膜300是作为粘接剂的最低熔融粘度为 LOXlO3Pa-S以下的膜。并且，各向异性导电粘接膜300作为粘接剂的最低熔融粘度的下 限值为1. OX IO2Pa · s左右是现实的。如果分散在粘结树脂300a中的导电粒子300b是少 量的，则各向异性导电粘接膜300作为粘接剂的熔融粘度不受有无导电粒子300b分散的影 响。然后，在安装装置上，将IC芯片200放置在各向异性导电胶膜300的上面，使该热压接 头12向下方下降直到热压接头12的压接面14a隔着无图示的保护膜与IC芯片200的顶 面200b或侧面抵接然后加压，同时使加热器13发热，从而在规定的条件下进行临时压接， 然后在以下的条件下进行正式压接。S卩，在进行正式压接时，安装装置以规定温度加热IC芯片200侧，同时以高于该规 定温度的温度加热布线板100侧。具体而言，安装装置通过无图示的规定的控制装置控制 设置在热压接头12上的加热器，使压接部14的温度达到100°C左右，同时控制设置在基座 11上的加热器13，使基座11的温度达到200°C左右，并将各向异性导电粘接膜300的粘结 树脂300a的温度加热到180°C左右。另外，作为基座11的加热方法，一般有从一开始就使 加热器13发热以将基座11的温度保持为规定温度的稳定(constant)加热方式和从在初 始时设定成了常温或不使各向异性导电胶膜300固化的温度的状态开始加热基座11的脉 冲加热方式，安装装置可以使用任何方式。并且安装装置在进行该加热的同时对IC芯片 200进行加压。另外，正式压接时的压力优选是每个IC芯片200大于等于5kgf、小于等于 15kgf (大于等于50N、小于等于150N)左右，加压10秒钟以上。这样，在安装装置上，在使用最低熔融粘度为1. 0X103Pa· s以下的各方异性导电 胶膜300安装厚度为200 μ m以下的IC芯片200的情况下，利用由橡胶硬度为60以下的弹 性体构成的压接部14进行加压，从而不会不必要地排除各向异性导电粘接膜300的粘结树 脂300a，能大幅度降低热压接后产生的IC芯片200的翘曲量，并且能防止空隙的产生，提高
连接可靠性。并且，在该安装装置上，利用由橡胶硬度为60以下的弹性体构成的压接部14进行 加压，从而当向IC芯片200的顶面200b施加规定的压力时，则小于对顶面200b的压力的 压力被均勻地施加在该IC芯片200侧向的胶瘤部300c上。这样，在安装装置上，一方面 可以向IC芯片200与布线板100的连接部分施加充分的压力，另一方面也可以对IC芯片 200周围的胶瘤部300c加压以防止产生空隙，可以在高可靠度的基础上使用各向异性导电 粘接膜300进行IC芯片200的连接。尤其是，在安装装置上，由于压接部14的厚度被形成 为大于等于IC芯片200的厚度，因此可以用最适当的压力对IC芯片200的顶面200b和侧 面的胶瘤部300c进行可靠的加压。而且，在该安装装置上，在进行热压接时，以规定温度加热IC芯片200侧，同时以高于该规定温度的温度加热布线板100侧，由此可以充分对IC芯片200周围的胶瘤部300c 进行加热，能可靠地防止空隙的产生。另外，本发明不局限于上述的实施方式。例如，在上述的实施方式中，对只热压接 一个IC芯片的情况进行了说明，但本发明也可以适用于同时热压接多个IC芯片的情况。例如，作为同时热压接两个IC芯片的安装装置可以形成图3所示的结构。S卩，将 该安装装置构成为使压接面14a的面积大于设置了两个厚度在200 μ m以下的IC芯片200、 201的面积。这种情况下，安装装置也是采用橡胶硬度为60以下的弹性体作为构成压接部 14的弹性体，同时使用作为粘接剂的最低熔融粘度为LOXlO3Pa · s以下的各向异性导电 粘接膜300，并加热IC芯片200、201以及布线板100。由此，在该安装装置上，即使在多个IC芯片200、201的厚度不同的情况下，也能在 高可靠度的基础上同时安装这些IC芯片200、201，能大幅度地提高安装效率。并且，在上述的实施方式中，对使用各向异性导电粘接膜安装IC芯片的情况进行 了说明，但本发明也适用于使用各向异性导电粘接胶糊(Anisotropic Conductive Paste 各向异性导电胶；ACP)等最低熔融粘度在1. OX IO3Pa .s以下的含有导电粒子300b的粘接 剂的情况。而且，在上述的实施方式中，对安装具有凸块的IC芯片的情况进行了说明，但本 发明也适用于不具有凸块的IC芯片或其他电气元件的安装。这样，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以对本发明进行适当的变更。[实施例]以下基于实验结果对应用了本发明的安装装置的具体实施例进行说明。本申请的发明人使用具有基座和热压接头的热压接装置，将IC芯片安装在放置 于基座上的规定的布线板上，并测量了热压接后的IC芯片的翘曲量。准备具有由橡胶硬度为15、40、60、80的四种弹性体构成的压接部的热压接头。 并且，粘接剂使用在环氧类粘接剂中掺入规定重量％的导电粒子的索尼化工与信息部件 株式会社生产的热固型各向异性导电粘接膜，并准备了最低熔融粘度为LOXlO3Pa · s和 1. 2X IO4Pa · s的两种粘接剂。然后，使用这样的安装装置和各向异性导电粘接膜，在将各 向异性导电粘接膜的温度控制在180°C之后，与真机量产时一样地进行热压接，将厚度为 100 μ m、200 μ m、400 μ m的IC芯片安装在布线板上。另外，热压接的压力为每个IC芯片 IOkgf0对这样安装的IC芯片测量热压接后的翘曲量。使用最低熔融粘度为 LOXlO3Pa-S的各向异性导电粘接膜时的测量结果如下表1和图4所示。并且，使用最低 熔融粘度为1. OX IO4Pa · s的各向异性导电粘接膜时的测量结果如下表2和图5所示。[表 1] [表 2] 由该结果可知在使用最低熔融粘度为1. OXlO3Pa · s的各向异性导电粘接膜的 情况下，如果使压接部的橡胶硬度在60以下，则任何厚度的IC芯片热压接后的翘曲量都不 到5μπι，而利用橡胶硬度为80的压接部热压接厚度为200 μ m以下的IC芯片时，翘曲量非 常大。即，在使用最低熔融粘度为1. OX IO3Pa · s的各向异性导电粘接膜热压接厚度薄的 IC芯片的情况下，使压接部的橡胶硬度在60以下，从而各向异性导电粘接膜的粘结树脂不 会被不必要地排除，并且可以用较小的压力可靠地连接IC芯片与布线板的布线图。通过在 压接部的橡胶硬度为80时IC芯片的翘曲量迅速增大、用橡胶硬度为80的压接部热压接厚 度为400 μ m的IC芯片时热压接后产生的IC芯片的翘曲量小的情况可以证实该结果。这样，在应用了本发明的安装装置上，当IC芯片为厚度在200 μ m以下的薄芯片的 情况下，通过优化压接部的橡胶硬度以及粘接剂的最低熔融粘度，可以大幅度降低热压接 后产生的IC芯片的翘曲量。这种优化对预计微小间距(fine pitch)化将继续发展的IC 芯片的安装是非常有效的。
权利要求
一种电气元件的安装方法，用于将电气元件热压接在布线板上进行安装，其特征在于，包括第一工序，将最低熔融粘度为1.0×103Pa·s以下的导电粘接剂放置在放置于基座上的所述布线板上，同时在所述导电粘接剂上放置厚度为200μm以下的所述电气元件；以及第二工序，利用具有由橡胶硬度为60以下的弹性体形成的压接部的热压接头对所述电气元件进行加压，将所述电气元件热压接在所述布线板上。
2.根据权利要求1所述的电气元件的安装方法，其特征在于，在所述第二工序中，利用所述热压接头，以规定的压力将所述电气元件的顶面区域压 向所述布线板，同时以小于对所述顶面区域压力的压力对所述电气元件的侧面区域加压。
3.根据权利要求2所述的电气元件的安装方法，其特征在于，所述压接部被形成为其压接面的面积大于所述电气元件的顶面面积，同时所述压接部 的厚度大于等于所述电气元件的厚度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气元件的安装方法，其特征在于，在所述第二工序中，以规定温度加热所述电气元件侧，同时以高于所述规定温度的温 度加热所述布线板侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电气元件的安装方法，其特征在于，在所述第二工序中，利用所述热压接头，以每个所述电气元件大于等于5kgf且小于等 于15kgf的压力对所述电气元件进行加压。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气元件的安装方法，其特征在于，所述导电粘接剂是在粘结树脂中分散了导电粒子的各向异性导电粘接膜。
7.一种电气元件的安装装置，用于将电气元件热压接在布线板上进行安装，其特征在 于，包括基座，用于放置所述布线板；以及热压接头，在将最低熔融粘度为1.0X103Pa· s以下的导电粘接剂放置在放置于所述 基座上的所述布线板上、同时在所述导电粘接剂上放置了厚度为200μπι以下的所述电气 元件的状态下，对所述电气元件进行加压，将所述电气元件热压接在所述布线板上，其中，所述热压接头具有由橡胶硬度为60以下的弹性体形成的压接部。
全文摘要
本发明提供了一种电气元件的安装装置，该电气元件的安装装置能大幅度降低在将厚度为200μm以下的薄的电气元件安装在布线板上时、使用含有导电粒子且最低熔融粘度低的导电粘接剂进行热压接时所产生的电气元件的翘曲量。在安装装置上，将最低熔融粘度为1.0×103Pa·s以下的各向异性导电粘接膜(300)放置在放置于基座(11)上的布线板(100)上，同时在该各向异性导电粘接膜(300)上放置厚度为200μm以下的IC芯片(200)。然后，在该安装装置上，利用具有由橡胶硬度为60以下的弹性体形成的压接部(14)的热压接头(12)对IC芯片(200)进行加压，将该IC芯片(200)安装在布线板(100)上。
文档编号H01L21/60GK101889336SQ20088011958
公开日2010年11月17日 申请日期2008年11月13日 优先权日2007年12月10日
发明者滨崎和典 申请人:索尼化学&信息部件株式会社