JP5024190B2 - Ｉｃモジュール製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば非接触で通信する非接触ＩＣ媒体に用いられるＩＣモジュールを製造するようなＩＣモジュール製造方法に関する。

従来、非接触ＩＣ媒体に用いられるＩＣモジュールを製造する方法として、電磁波読取可能なデータキャリアの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
この製造方法は、フィルム状などの配線基板の配線パターン上に半導体ベアチップを実装してなる電子部品モジュールを製造する工程で、超音波によりバンプと電極領域とを超音波接合させている。これにより、データキャリアを低コストに大量生産することができる。

一方、こういった非接触ＩＣタグは、バーコードと同様な使用環境で用いられることが多く、外気にさらされた状況下で使用される可能性がある。そのため、ＩＣと基板回路の接着力が重要となる。

ＩＣと基板回路との接着力を高める方法として、基板表面に接着剤を塗布し、ＩＣ実装時の熱で接着剤を溶かして、実装後に再び接着剤が凝固してＩＣと基板を固定する方法がある。

この方法は、図５（Ａ）に示すように、樹脂基材１１６上に積層された金属箔１１５の表面に熱硬化性樹脂材１１４（レジスト）からなるインク材を所要配線回路上に塗布形成する。該インク材より露出した部分の金属をエッチングにより除去することによって配線回路基板１１７を作製し、作製された配線回路基板１１７の上に、ＩＣと基板の接着性を保つために基板全面に熱可塑性接着剤１１３を塗布する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、配線回路基板１１７を加熱し、半導体１１１から突出したバンプ１１２に超音波を印加しつつ、該バンプ１１２を配線回路基板１１７に押し当てて熱硬化性樹脂材１１４を除去し、さらに、バンプ１１２と配線回路基板１１７間に超音波で金属融着層の形成を行う。

この方法では、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、エッチングにより金属が除去された部分に接着剤を十分に充填することができない。このため、接着面積は、半導体全体ではなく、基板回路とＩＣとの接着部分のみとなる。

そして、近年、非接触ＩＣタグの小型化が進んでいるため、接着面積が小さくなる一方であり、強度を確保することが困難になってきている。
限られた面積で接着力を高める方法としては、ＩＣ実装のパワーを強める方法が考えられる。しかし、この方法は、半導体への負荷が増し、破損させる可能性がある。
特許第３４５１３７３号公報

この発明は、上述の問題に鑑み、半導体と絶縁性基材の接着力を向上させ、半導体と絶縁性基材の剥離に対する機械的強度を向上させることを目的とする。

この発明は、絶縁性基材と複数の導体と該導体を保護する樹脂材とで構成された回路基板の前記複数の導体に、超音波を印加しつつ半導体の各バンプを押し付け、該バンプが前記樹脂材を押し退けて前記導体と融着することでＩＣモジュールを製造するＩＣモジュール製造方法であって、少なくとも前記各導体同士の隙間に前記半導体と前記絶縁性基材とを接着する接着剤を、複数回塗布することで前記導体の厚みより厚く充填し、前記押し付けおよび融着の際に前記接着剤によって前記半導体を前記絶縁性基材に直接的に接着させるＩＣモジュール製造方法であることを特徴とする。

この発明の態様として、前記導体の厚みを、前記接続の際に前記バンプが該導体を突き抜けない程度の厚みとすることができる。

この発明により、導体と絶縁性基材の接着力を向上させ、半導体と絶縁性基材の剥離に対する機械的強度を向上させることができる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１は、電子モジュール１０の製造工程を示す説明図である。
図１（Ａ）に示すように、まず、適宜の厚みの樹脂基材１６と１５μｍ〜２０μｍ厚の金属箔１５の積層体を作製する工程を行う。この金属箔１５は、例えばアルミ箔とするなど、導電性を有する適宜の金属箔で構成することができる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、金属箔１５の表面に熱硬化性樹脂材１４（レジスト）からなるインク材を、所要配線回路の形状に塗布し、エッチングレジストパターンを形成する工程を行う。この熱硬化性樹脂材１４は、エッチング後に金属箔１５同士の短絡を防止する絶縁体としても機能する。

次に、図１（Ｃ）に示すように、金属箔１５のうち熱硬化性樹脂材１４から露出している部分を、エッチングにより除去する工程を行う。これにより、配線回路基板１７が形成される。このとき形成する回路の隙間１９は、少なくとも短絡しない程度の幅に形成されている。そして、半導体１１の裏面面積は、この隙間１９の幅よりも大きく形成されている。これにより、半導体１１の各バンプを、隙間１９を挟んで各回路（金属箔１５）に接続させることができる。

次に、図１（Ｄ）に示すように、配線回路基板１７の表面（熱硬化性樹脂材１４の存在する側の面）の全面に熱可塑性接着剤１３を塗布する工程を行う。この塗布は、複数回（例えば２回または３回など）実行し、金属箔１５の隙間１９が、樹脂基材１６の表面（金属箔１５の底面）から熱硬化性樹脂材１４の表面まで熱可塑性接着剤１３によって隙間無く充填されるまで繰り返す。

ここで、熱可塑性接着剤１３の塗布量は、実装を阻害しないように、配線回路基板１７と半導体１１の接合性、特に配線回路基板１７と半導体１１のバンプ１２間の金属融着部に影響がでない量を上限とし、配線回路基板１７と半導体１１の接着力（シェア強度）に影響がでない量を下限とする。この例では、熱可塑性接着剤１３の厚みを８ｇ／ｍ^２程度とする。

次に、図１（Ｅ）に示すように、配線回路基板１７を加熱しながら、ＩＣチップである半導体１１から突出したバンプ１２に超音波を印加しながら該バンプ１２を金属箔１５に押し当てて熱硬化性樹脂材１４を除去する工程を行う。

そして、図１（Ｆ）に示すように、超音波を印加しながらバンプ１２を金属箔１５に押し当てる工程をさらに続け、バンプ１２と金属箔１５間に超音波で金属融着層の形成を行う工程を行う。

最後に、配線回路基板１７の加熱を停止して自然冷却または強制冷却させる工程を行い、半導体１１と金属箔１５との間の接着、および熱可塑性接着剤１３による半導体１１と樹脂基材１６との間の接着を強固にして電子モジュール１０（ストラップ）が完成する。

この電子モジュール１０は、例えば、図２（Ａ）に示す十型回路、図２（Ｂ）に示すＴ型回路、または図２（Ｃ）に示すＩ型回路など、種々の配線回路基板１７を有する形状に作製することができる。

このようにして作製した電子モジュール１０は、様々な非接触ＩＣタグに用いることができる。
例えば、図３（Ａ）に示すように、電子モジュール１０をＵＨＦ型の非接触ＩＣタグインレット１の製造に用いることができる。この場合、フィルム３上にアンテナ４が設けられた長方形のシート状のアンテナ回路基板２におけるアンテナ４の接続部５に、電子モジュール１０の金属箔１５を電気的に接続すると共に接合固定する。この接続は、超音波を付与しつつ押し付けることによって実現するとよい。

また、電子モジュール１０は、図３（Ｂ）に示すコイル型の非接触ＩＣタグインレット１の製造に用いることもできる。この場合、フィルム３上にアンテナ４が設けられた長方形のシート状のアンテナ回路基板２における接続部５に、電子モジュール１０の金属箔１５を電気的に接続すると共に接合固定する。この接続は、超音波を付与しつつ押し付けることによって実現するとよい。

このようにして、非接触ＩＣタグインレット１を製造することができる。また、この非接触ＩＣタグインレット１を用いて、図３（Ｂ）に仮想線で示すように、表裏両面を適宜のカードサイズの被覆体８で挟んで一体化し、カード型の非接触ＩＣタグ９を製造するなど、適宜の非接触ＩＣタグ９を製造することができる。なお、被覆体８は、樹脂等によって形成することができる。

以上の製造方法により、半導体１１の裏面の全面を配線回路基板１７に強固に接着することができる。
詳述すると、図４の（Ａ１）〜（Ａ３）は、上述した製造方法により製造した電子モジュール１０を裏面から見た説明図であり、金属箔１５の厚みが１５μｍ、熱可塑性接着剤１３の塗布回数（積層回数）が３回のケースで実験した結果を示している。

この図に示すように、半導体１１の裏面と、熱硬化性樹脂材１４の表面および樹脂基材１６の表面がほぼ隙間無く熱可塑性接着剤１３で接着される。なお、図中の（Ａ１）は半導体１１部分全体の拡大図であり、（Ａ２）はさらに隙間１９の拡大図であり、（Ａ３）は熱可塑性接着剤１３の存在部分を模式化した図である。この図示から半導体１１のバンプ１２が金属箔１５を突き抜けず、かつ金属箔１５がなるべく薄いように構成していることも解る。つまり、バンプ１２は、金属箔１５に融着して図４（Ａ）に図示するように金属箔１５の裏面に目視可能なバンプ痕１２ａ（金属融着層）を生じさせており、しかも、バンプ１２が金属箔１５の裏面から突き抜けていないことを確認できる。

また、半導体１１の小型化にも十分に対応することができる。すなわち、金属箔１５同士の隙間１９は、短絡防止のためにある程度の幅が必要であり、狭くする限界がある。そうすると、半導体１１が小型化すればするほど、隙間１９を除いた接着面積（つまり図６に示した従来の接着面積）が狭くなる。これに対して、上述したように隙間１９に熱可塑性接着剤１３を充填し、半導体１１の裏面全体を接着することで、小型の半導体１１であっても十分強固に接着することができる。

また、超音波の強度が弱いと、バンプ１２と金属箔１５の融着強度も弱くなるが、このような場合でも隙間１９に充填された熱可塑性接着剤１３によって強度を確保することができる。つまり、金属箔１５の肉厚を薄くした場合、該金属箔１５をバンプ１２が突き破らないように超音波を弱くすることが考えられる。このような場合、融着だけでは強度が低下するが、隙間１９に充填された熱可塑性接着剤１３によって補強することができ、十分な強度が得られる。

また、熱可塑性接着剤１３を複数回塗布することで、１回の塗布で形成可能な厚みよりも厚い熱可塑性接着剤１３の層を形成することができる。例えば、熱可塑性接着剤１３の粘度が低く、１回に多量を塗布してもすぐに流れ出して薄くしか形成できないような場合であっても、複数回の塗布によって層を重ねて厚くすることができる。

また、半導体１１と配線回路基板１７間の接着力が向上し、半導体１１と配線回路基板１７の剥離に対する機械的強度が向上する。
また、回路となる金属箔１５間の溝（隙間１９）が熱可塑性接着剤１３で埋まることにより、半導体１１と配線回路基板１７が完全に密着する。これにより、静圧に対して応力集中が発生しにくくなり、圧力の耐性が向上する。

また、接着面積が向上することにより、半導体１１の実装のパワーを抑えることができ、半導体１１への負荷を低減できる。
このようにして、なるべく小型で丈夫な電子モジュール１０を作製することができる。

なお、図４の（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、金属箔１５の厚みを２５μｍ、熱可塑性接着剤１３の塗布回数を２回とした場合の説明図である。この場合、図示するように熱可塑性接着剤１３の存在しない空洞１８が存在し、強固な接着が得られないこととなる。

また、図４の（Ｃ１）〜（Ｃ３）は、金属箔１５の厚みを従来と同様に３５μｍとし、熱可塑性接着剤１３の塗布回数を２回とした場合の説明図である。この場合、図示するように熱可塑性接着剤１３の存在しない空洞１８が多く存在し、強固な接着が得られないこととなる。

このように、従来は熱可塑性接着剤１３が隙間１９に充填されず、剥離の恐れが残っていたが、隙間１９に熱可塑性接着剤１３を確実に充填することにより、半導体１１全体が強固に接着され、剥離から強固に保護することができる。

なお、上述した例では、金属箔１５の厚みを１５μｍ〜２０μｍ程度、熱可塑性接着剤１３の塗布量を８ｇ／ｍ^２程度としたが、これに限らず、金属融着部に影響がでない上限と、配線回路基板１７と半導体１１の接着力に影響が出ない下限の間の種々の厚み及び塗布量にすることができる。例えば、金属箔１５の厚みを２５μｍ程度、熱可塑性接着剤１３の塗布量を１２ｇ／ｍ^２程度とすることもできる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明のＩＣモジュールは、実施形態の電子モジュール１０に対応し、
以下同様に、
接着剤は、熱可塑性接着剤１３に対応し、
樹脂材は、熱硬化性樹脂材１４に対応し、
導体は、金属箔１５に対応し、
絶縁性基材は、樹脂基材１６に対応し、
回路基板は、配線回路基板１７に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

電子モジュールの製造工程を示す説明図。 種々の配線回路基板を有する電子モジュールの説明図。 非接触ＩＣタグインレットおよび非接触ＩＣタグの説明図。 接着状態の説明図。 従来の製造方法による電子モジュールの説明図。 従来の接着状態の説明図。

１…非接触ＩＣタグインレット、４…アンテナ、８…樹脂板、９…非接触ＩＣタグ、１０…電子モジュール、１１…半導体、１２…バンプ、１３…熱可塑性接着剤、１４…熱硬化性樹脂材、１５…金属箔、１６…樹脂基材、１７…配線回路基板、１９…隙間

Claims (2)

1. 絶縁性基材と複数の導体と該導体を保護する樹脂材とで構成された回路基板の前記複数の導体に、超音波を印加しつつ半導体の各バンプを押し付け、該バンプが前記樹脂材を押し退けて前記導体と融着することでＩＣモジュールを製造するＩＣモジュール製造方法であって、
   少なくとも前記各導体同士の隙間に前記半導体と前記絶縁性基材とを接着する接着剤を、複数回塗布することで前記導体の厚みより厚く充填し、
   前記押し付けおよび融着の際に前記接着剤によって前記半導体を前記絶縁性基材に直接的に接着させる
   ＩＣモジュール製造方法。
2. 前記導体の厚みを、前記接続の際に前記バンプが該導体を突き抜けない程度の厚みとする
   請求項１記載のＩＣモジュール製造方法。