JP2002313843A

JP2002313843A - 接続装置

Info

Publication number: JP2002313843A
Application number: JP2001120024A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Naito; 克幸内藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体チップをフレキシブル基板へ押圧およ
び加熱して接続する際に、フレキシブル基板が熱を受け
て変形することを防止できる接続装置を提供すること。【解決手段】接続装置は、フレキシブル基板を載置す
るための載置面を有する圧着ステージと、圧着ステージ
上の前記フレキシブル基板に載置される半導体チップを
加圧および加熱して半導体チップのバンプ電極をフレキ
シブル基板の電極に接合するための加圧面を有する圧着
ツールとを備え、圧着ステージの載置面および圧着ツー
ルの加圧面の少なくとも一方は半導体チップのバンプ電
極の位置に対応するように配置された突出部を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、接続装置に関
し、詳しくは、フリップチップ接続により半導体チップ
をフレキシブル基板へ接続するための接続装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話、携帯情報端末をはじめとする
電子機器の小型軽量化に伴い、それらの機器に搭載され
る電子部品の高密度化が進んでいる。電子部品の高密度
化を図る手段の１つとして、フィルム基板の電極上に半
導体チップのバンプ電極をフリップチップ接続したＣＯ
Ｆ（Chip on FPC）と呼ばれる実装形態が知られてい
る。ＣＯＦは狭ピッチによる多ピン化とモジュールの組
み込み易さの点から液晶ディスプレイのドライバＩＣの
実装形態として多用されている。

【０００３】図４および図５に基づいてフィルム基板の
電極上に半導体チップのバンプ電極をフリップチップ接
続するための従来の接続装置と、その接続装置を用いて
フリップチップ接続する工程について説明する。なお、
図４は従来の接続装置を示す正面図であり、図５は図４
に示される接続装置を用いたフリップチップ接続の工程
図である。

【０００４】図４および図５に示されるように、従来の
接続装置１１２は、圧着ツール１０１の半導体チップ１
０９に接触する加圧面１０２が平坦面である。圧着ツー
ル１０１は、駆動装置（図示せず）へ装着されるシャフ
ト部１０６から加圧面１０２まで貫通して形成された吸
着穴１０５が設けられている。吸着穴１０５は半導体チ
ップ１０９を真空吸着するためのものである。吸着穴１
０５の位置およびその数は、吸着する半導体チップ１０
９の大きさや加熱余裕度等に基づいて決められるが、通
常は１つの吸着穴で十分な場合が多い。

【０００５】圧着ツール１０１の加圧面１０２と圧着ス
テージ１０７の載置面１０３は、半導体チップ１０９を
吸着した圧着ツール１０１が下降してバンプ電極１１１
を電極１１０へ押圧して加熱するときに、バンプ電極１
１１にかかる押圧力が偏らないように厳密に平行調整さ
れている。また、バンプ電極１１１とフレキシブル基板
１０８の電極１１０との接合部分に不要な凹凸が形成さ
れないように、加圧面１０２と載置面１０３はそれぞれ
高精度に平滑処理されている。

【０００６】以下、図５に基づいて、図４に示される従
来の接続装置１１２を用いて半導体チップ１０９をフレ
キシブル基板１０８の電極１１０へフリップチップ接続
する工程について説明する。

【０００７】まず、図５（ａ）に示されるように、圧着
ステージ１０７に配置されたフレキシブル基板１０８上
へ半導体チップ１０９を真空吸着した圧着ツール１０１
が下降する。この際、半導体チップ１０９のバンプ電極
１１１とフレキシブル基板１０８の電極１１０は既に位
置合わせされた状態となっている。

【０００８】次に、図５（ｂ）に示されるように、圧着
ツール１０１はバンプ電極１１１から電極１１０にかか
る荷重が所定の値に達するまで下降を続けると共に、半
導体チップ１０９を介してバンプ電極１１と電極１０と
の接合部位に熱を伝達する。この結果、半導体チップ１
０９のバンプ電極１１１とフレキシブル基板の電極１１
０がフリップチップ接続される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のフリップチップ
接続は、半導体チップのバンプ電極とフレキシブル基板
の電極との金属接合であるため接合に十分な熱を必要と
する。半導体チップのバンプ電極とフレキシブル基板の
電極との接合部位に伝達される熱は、圧着ステージと圧
着ツールから半導体チップやフレキシブル基板を介して
伝達される。

【００１０】ところで、半導体チップのバンプ電極は素
子面積の確保と配線設計を考慮して半導体チップのエッ
ジに沿うように配置される。つまり、バンプ電極は半導
体チップの４辺に沿って四角形状に並べられるので、フ
レキシブル基板の電極もバンプ電極の位置に対応するよ
うに配置される。

【００１１】半導体チップのバンプ電極とフレキシブル
基板の電極とを接合する際には、フレキシブル基板への
熱によるダメージを考慮して半導体チップのバンプ電極
配置範囲のみ加熱されるようにするのが望ましい。しか
し、従来の圧着ツールの加圧面及び圧着ステージの載置
面は平坦面であるため、バンプ電極配置範囲以外も加熱
することになる。

【００１２】この結果、各バンプ電極が接合されるフレ
キシブル基板の電極形成箇所以外にも熱が伝達され、フ
レキシブル基板が変形することがあった。特に変形が多
いのは半導体チップ搭載領域の中央部である。これは中
央部が配線を持たず、フィルム基材のみで構成されてい
るため形状保持できにくいことに加えて、バンプ電極と
フレキシブル基板の電極との接合部位に囲まれているた
め熱を外気へ放出し難いためである。

【００１３】このようなフレキシブル基板の変形は不規
則な伸縮であるため、バンプ電極とフレキシブル基板の
電極が本来位置するべき正規位置を保てなくなる。つま
り、半導体基板のバンプ電極とフレキシブル基板の電極
との位置決めが接合中に狂ってしまうことになる。特に
接続ピッチが５０μｍ以下であるファインピッチＣＯＦ
では、フレキシブル基板上に構成された電極と半導体チ
ップ上に構成されたバンプ電極との位置決めが不十分と
なって接続不良が発生し易くなっている。

【００１４】ところで、ＣＯＦの形態で実装された半導
体チップは接合部分の信頼性を確保するために、半導体
チップとフレキシブル基板との狭い隙間へ樹脂が毛管現
象を利用して充填される。しかし、上述のようにフレキ
シブル基板に変形が生じると、半導体チップとフレキシ
ブル基板との隙間が不均一となって樹脂が流れにくくな
る。さらに、バンプ電極間のピッチが５０μｍ以下のフ
ァインピッチ接続ではバンプ電極の高さが１０μｍ程度
と非常に低いので、接続後の半導体チップとフレキシブ
ル基板との隙間は一層狭くなる。これら２つの要因によ
り、半導体チップとフレキシブル基板との隙間への樹脂
未充填が発生し易くなっている。

【００１５】以上のように、圧着ツールの加圧面および
圧着ステージの載置面が平坦面であるとフレキシブル基
板が変形し易くなるため、狭ピッチ配線によって多ピン
化された半導体チップ等ではフレキシブル基板を用いる
ＣＯＦの有利性を発揮できなくなっている。また、圧着
ステージからの加熱によってフレキシブル基板を加熱
し、接合に必要な加熱温度を確保しようとすると以上の
問題がより顕著になって現れる。

【００１６】この発明は以上のような事情を考慮してな
されたものであり、半導体チップをフレキシブル基板へ
押圧および加熱して接合する際に、フレキシブル基板が
熱を受けて変形することを防止できる接続装置を提供す
るものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、フレキシブ
ル基板を載置するための載置面を有する圧着ステージ
と、圧着ステージ上の前記フレキシブル基板に載置され
る半導体チップを加圧および加熱して半導体チップのバ
ンプ電極をフレキシブル基板の電極に接合するための加
圧面を有する圧着ツールとを備え、圧着ステージの載置
面および圧着ツールの加圧面の少なくとも一方は半導体
チップのバンプ電極の位置に対応するように配置された
突出部を有する接続装置を提供するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】半導体チップの入出力用電極の表
面には電解メッキ法によりＡｕバンプ電極が形成され、
一方、フレキシブル基板の電極表面にはメッキ等により
ＡｕやＳｎの薄膜が形成される。つまり、フレキシブル
基板の電極表面にＡｕ薄膜が形成されている場合にはＡ
ｕバンプとの間にＡｕ−Ａｕ接合がなされ、Ｓｎ薄膜が
形成されている場合にはＡｕ−Ｓｎ接合がなされること
により、半導体チップのバンプ電極とフレキシブル基板
の電極が接合（金属接合）される。

【００１９】このような接合を得るためには、金属接合
を十分に満たすための加熱温度と機械的な密着を得るた
めの圧力が必要である。具体的な接合条件としてＡｕ−
Ａｕ接合の場合は、荷重１００〜４００×１０ ^-4ｇｆ／
μｍ、時間０．５〜２秒、温度３５０〜４３０℃で接合
可能である。また、Ａｕ−Ｓｎ接合の場合は、荷重１３
０〜１７０×１０^-4ｇｆ／μｍ、時間０．５〜２秒、温
度４００〜４３０℃で接合可能である。

【００２０】加熱方法としては、圧着ツールと圧着ステ
ージの両方から加熱を行う方法と、圧着ツールと圧着ス
テージのいずれか一方から行う方法とがあり、上記の接
合条件は圧着ツールからのみ加熱を行う場合のものであ
る。

【００２１】両方から加熱を行う方法では効率よく接合
部分に熱を供給できるが、熱が過度に供給されるとフレ
キシブル基板へダメージを与えることになるので、接合
に寄与する熱は主に圧着ツールから与えるように温度配
分する必要がある。圧着ツールと圧着ステージの両方か
ら加熱を行う方法においてＡｕ−Ｓｎ接合を行う場合
は、圧着ツール温度２００〜３５０℃、圧着ステージ温
度１５０〜２００℃、時間０．５〜２秒、荷重１５０〜
１９０×１０^-4ｇｆ／μｍで接合可能である。

【００２２】また、加熱方式にはコンスタントヒート方
式とパルスヒート方式があるが、パルスヒート方式では
設定温度に到達するまでに時間を要するため、圧着ツー
ルが常時加熱されているコンスタントヒート方式を採用
することが多い。以上の条件は全てコンスタントヒート
方式による接合である。

【００２３】この発明による接続装置は以上のような接
合条件、加熱方法および加熱方式を踏まえた上で開発さ
れたものであり、圧着ツールの加圧面および圧着ステー
ジの載置面のいずれか一方に突出部を有し、この突出部
がバンプ電極の位置に対応するように設けられているの
で、接合に必要な部分のみを集中的に加圧および加熱す
ることにより加熱の不要な部分に伝達される熱を減少す
ることができるように構成されている。

【００２４】この発明による接続装置は、圧着ステージ
の載置面および圧着ツールの加圧面の両方が突出部を有
していてもよい。このように構成すると、さらに効率良
く接合に必要な部分のみを集中的に加圧および加熱でき
るようになる。

【００２５】また、この発明による接続装置において、
半導体チップは複数のバンプ電極を有し、突出部はバン
プ電極の位置にそれぞれ対応するように配置された複数
の柱状体からなっていてもよい。このように構成する
と、さらに効率良く接合に必要な部分のみを集中的に加
圧および加熱できるようになる。

【００２６】また、この発明による接続装置は、半導体
チップは複数のバンプ電極を有し、突出部は複数のバン
プ電極に対応する大きさの帯状又は枠状突出部であって
もよい。なお、ここで言う複数のバンプ電極に対応する
大きさの帯状又は枠状突出部とは、具体的には、複数の
バンプ電極の並びに対応した形で帯状または枠状に突出
する突出部のことである。このように構成すると、突出
部をシンプルな構成としつつ、接合に必要な部分のみを
集中的に加圧および加熱できるようになる。

【００２７】

【実施例】以下に図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、この実施例によってこの発明が限定
されるものではない。

【００２８】実施例１図１はこの発明の実施例１による接続装置を示す正面図
であり、図２は図１に示される接続装置を用いてフレキ
シブル基板へ半導体チップを接続する工程を示す工程図
である。

【００２９】図１〜２に示されるように、この発明の実
施例１による接続装置１２は、フレキシブル基板８を載
置するための載置面７ａを有する圧着ステージ７と、圧
着ステージ７上の前記フレキシブル基板７に載置される
半導体チップ９を加圧および加熱して半導体チップ９の
バンプ電極１１をフレキシブル基板８の電極１０に接合
するための加圧面４を有する圧着ツール１とを備え、圧
着ステージ７の載置面７ａおよび圧着ツール１の加圧面
４は半導体チップ９のバンプ電極１１の位置に対応する
ように配置された柱状の突出部２、３をそれぞれ有して
いる。

【００３０】詳しくは、図１〜２に示されるように、圧
着ツール１の半導体チップ９に接触する突出部２と、圧
着ステージ７のフレキシブル基板８の裏面に接触する突
出部３は、上述の通り半導体チップ９のエッジに沿うよ
うに配置されたバンプ電極１１を加圧および加熱するた
めに、バンプ電極１１の位置に対応する箇所に設けられ
ている。

【００３１】突出部２、３はバンプ電極１１の位置に対
応する箇所にそれぞれ設けられた柱状体であるがこれ以
外の形態であってもよい。柱状体以外の形態としては、
例えば、バンプ電極１１の位置に対応する箇所に設けら
れた帯状突出部または枠状突出部などを挙げることがで
きる。

【００３２】圧着ツール１は、駆動装置（図示せず）に
装着されるシャフト部６から突出部２に囲まれた加圧面
４まで貫通して形成された吸着穴５が設けられている。
吸着穴５は半導体チップ９を加圧面４へ真空吸着するた
めのものである。なお、吸着穴５の位置や数は吸着する
半導体チップ９の大きさや加熱余裕度に基づいて決定で
きる。

【００３３】圧着ツール１とブロック状の圧着ステージ
７は、半導体チップ９を吸着した圧着ツール７が下降し
てバンプ電極１１を電極１０へ押圧して加熱するとき
に、バンプ電極１１にかかる押圧力が偏らないように厳
密に平行調整されている。また、バンプ電極１１とフレ
キシブル基板８の電極１０との接合部分に不要な凹凸が
形成されないように、突出部２、３はそれぞれ高精度に
平滑処理されている。

【００３４】以下、図２に基づいて、実施例１による接
続装置を用いて半導体チップ９をフレキシブル基板８の
電極１０へ接合する工程について説明する。まず、図２
（ａ）に示されるように、圧着ステージ７に配置された
フレキシブル基板８上へ半導体チップ９を真空吸着した
圧着ツール１が下降する。この際、半導体チップ９のバ
ンプ電極１１とフレキシブル基板８の電極１０は既に位
置合わせされた状態となっている。

【００３５】次に、図２（ｂ）に示されるように、圧着
ツール１はバンプ電極１１から電極１０にかかる荷重が
所定の値に達するまで下降を続けると共に、突出部２か
ら半導体チップ９を介してバンプ電極１１と電極１０と
の接合部位に熱を伝達する。この結果、半導体チップ９
のバンプ電極１１とフレキシブル基板８の電極１０が金
属接合される。

【００３６】この際、半導体チップ９とフレキシブル基
板８が接するのは圧着ツール１の突出部２と、圧着ステ
ージ７の突出部３のみであり、バンプ電極１１と電極１
０の接合部位のみが集中的に加熱される。このため、フ
レキシブル基板８の加熱不要部分、すなわち、電極１０
が配置されていない部分への加熱が低減されるのでフレ
キシブル基板８の望ましくない変形や伸縮などを防止で
きる。

【００３７】なお、上述の加圧および加熱工程における
具体的な接合条件としては、バンプ電極１１がＡｕバン
プ電極であり、電極１０にＡｕメッキが施されているＡ
ｕ−Ａｕ接合の場合には、荷重１００〜４００×１０^-4
ｇｆ／μｍ、時間０．５〜２秒、温度３５０〜４３０℃
で接合可能である。一方、バンプ電極１１がＡｕバンプ
電極であり、電極１０にＳｎメッキが施されているＡｕ
−Ｓｎ接合の場合には、荷重１３０〜１７０×１０^-4ｇ
ｆ／μｍ、時間０．５〜２秒、温度４００〜４３０℃で
接合可能である。

【００３８】以上、圧着ツール１側からのみ加熱するこ
とを前提に説明したが、圧着ツール１と圧着ステージ７
の両側から加熱を行う場合でも、フレキシブル基板８の
変形や伸縮を防止する効果は同様に得られる。つまり、
圧着ツール１と圧着ステージ７の両側から加熱を行う場
合、バンプ電極１１と電極１０との接合部位に伝達され
る熱は、一方では突出部２から半導体チップ９を介して
伝達され、他方では突出部３からフレキシブル基板８を
介して伝達される。このため、バンプ電極１１と電極１
０の接合部位のみが集中的に加熱されることとなり、フ
レキシブル基板８の望ましくない変形や伸縮が同様に防
止される。

【００３９】実施例２次に、この発明の実施例２による接続装置について図３
に基づいて説明する。図３は、この発明の実施例２によ
る接続装置を用いて半導体チップをフレキシブル基板へ
接続している状態を示す説明図である。

【００４０】図３に示されるように、実施例２による接
続装置２２は、圧着ステージ７側にのみ突出部３が設け
られ、圧着ツール２１側に突出部は設けられていない。
その他の構成は上述の実施例１による接続装置１２と同
じであり、また、接続工程における使用方法も実施例１
による接続装置１２と同じである。

【００４１】このように、圧着ステージ７側にのみ突出
部３が設けられている場合でも、フレキシブル基板８の
変形や伸縮を防止する効果は上述の実施例１と同様に得
られる。つまり、フレキシブル基板８は圧着ステージ７
の突出部３によってのみ支持されるので、フレキシブル
基板８と圧着ステージ７との間に隙間が形成される。こ
の隙間はフレキシブル基板８の放熱性を改善するので、
過度の加熱によるフレキシブル基板８の変形や伸縮が防
止される。

【００４２】

【発明の効果】この発明によれば、圧着ステージの載置
面および圧着ツールの加圧面の少なくとも一方が半導体
チップのバンプ電極の位置に対応するように配置された
突出部を有するので、半導体チップをフレキシブル基板
へ押圧および加熱して接合する際にフレキシブル基板が
熱を受けて変形することを防止でき、結果として、半導
体チップのバンプ電極とフレキシブル基板の電極が位置
決めされた正規位置に保たれ、さらには後の工程で半導
体チップとフレキシブル基板との隙間へ樹脂を充填する
際に樹脂の流れが均一になって樹脂の未充填が防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による接続装置を示す正面
図である。

【図２】図１に示される接続装置を用いて半導体チップ
をフレキシブル基板へ接続する工程を示す工程図であ
る。

【図３】この発明の実施例２による接続装置を用いて半
導体チップをフレキシブル基板へ接続している状態を示
す説明図である。

【図４】従来の接続装置を示す正面図である。

【図５】図４に示される従来の接続装置を用いて半導体
チップをフレキシブル基板へ接続する工程を示す工程図
である。

【符号の説明】

１・・・圧着ツール２，３・・・突出部４・・・加圧面５・・・吸着穴６・・・シャフト部７・・・圧着ステージ７ａ・・・載置面８・・・フレキシブル基板９・・・半導体チップ１０・・・電極１１・・・バンプ電極１２・・・接続装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレキシブル基板を載置するための載置
面を有する圧着ステージと、圧着ステージ上の前記フレ
キシブル基板に載置される半導体チップを加圧および加
熱して半導体チップのバンプ電極をフレキシブル基板の
電極に接合するための加圧面を有する圧着ツールとを備
え、圧着ステージの載置面および圧着ツールの加圧面の
少なくとも一方は半導体チップのバンプ電極の位置に対
応するように配置された突出部を有する接続装置。
【請求項２】圧着ステージの載置面および圧着ツール
の加圧面の両方が突出部を有する請求項１に記載の接続
装置。
【請求項３】半導体チップは複数のバンプ電極を有
し、突出部はバンプ電極の位置にそれぞれ対応するよう
に配置された複数の柱状体からなる請求項１又は２に記
載の接続装置。
【請求項４】半導体チップは複数のバンプ電極を有
し、突出部は複数のバンプ電極に対応する大きさの帯状
又は枠状突出部である請求項１又は２に記載の接続装
置。