JP3544990B2 - 電子部品モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、回路基板の一面上に形成された接続パターンに対してICチップ等の電子部品に形成されたバンプを接続し、当該電子部品を回路基板上に接着固定したICカードに使用されて好適なICチップモジュール等の電子部品モジュール及びその製造方法に関し、特に、回路基板の基材として熱可塑性樹脂を使用した電子部品モジュール及びその製造方法に関するものである。
背景技術
従来より、ICチップが内蔵された薄型のカード、例えば、ICカードにおいては、回路基板の接続パターンに対してICチップの接続端子を接続した各種のICチップモジュールが使用されている。この種のICチップモジュールでは、ICカード自体がそれほど高価なものではなく、従って、可能な限り安価に製造する必要があることから、回路基板の一面に接続パターンが形成された片面基板が使用され、また、ICチップは片面基板の他面に接着固定されるのが一般的である。そして、ICチップを回路基板に接着固定する方法、及び、ICチップの接続端子と回路基板の接続パターンとを電気的に接続する方法については、それぞれ各種の方法が提案されている。
ここで、従来のICチップモジュールにおいて、ICチップと回路基板とを接着固定する方法、及び、ICチップの接続端子と回路基板の接続パターンとを電気接続する方法について図７乃至図９に基づき説明する。
図７は従来におけるICチップモジュールの一例を示す側面図であり、ICチップモジュール100は、基材101として熱硬化性樹脂から形成された基板を使用し、基材101にICチップ106を接着するについては接着剤105により接着するとともに、ICチップ106の接続端子と接続パターン103とを電気接続するについては回路基板104の基材101に接続穴107を形成して接続パターン103を露出させた後、ワイヤ108を介してICチップ106の接続端子と接続パターン103とを電気接続している。
また、図８は従来におけるICチップモジュールの他の例を示す側面図であり、ICチップモジュール110は、基材111として熱硬化性樹脂から形成された基板を使用し、ICチップ116の接続端子と接続パターン113とを電気接続するについては回路基板114の基材111に接続穴117を形成して接続パターン113を露出させた後、接続穴117内で半田バンプＢと接続パターン113とを半田付けにて電気接続するとともに、基材111にICチップ116を接着するについては前記のように半田バンプＢと接続パターン113とを電気接続した後、ICチップ116の周囲に接着剤115を塗布して接着している。
更に、図９は従来におけるICチップモジュールの更に他に例を示す側面図であり、ICチップモジュール120は、基材121として熱硬化性樹脂から形成された基板を使用し、ICチップ126の接続端子と接続パターン123とを電気接続するについて、及び、基材121にICチップ126を接着するについて、回路基板124の基材121に接続穴127を形成して接続パターン123を露出させ、接続穴127内に導電性ペースト128を塗布した後、バンプＢを位置決めし、導電ペースト128を熱硬化させ、バンプＢと接続パターン113との電気接続を行い、次にICチップ126周囲に熱硬化性接着剤125を塗布、熱硬化させることにより回路基板124に対するICチップ126の接着を行っている。
しかしながら、前記各従来のICチップモジュール100、110、120においては、回路基板104、114、124の基材101、111、121として、ガラス−エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が使用されており、かかる熱硬化性樹脂は一般に高価なものである。従って、ICチップモジュール100、110、120のコストが増大してしまう問題がある。
また、ICチップ106、116、126の接続端子と接続パターン103、113、123とを接続するについて、基材101、111、121に接続穴107、117、127を形成する必要があり、これより従来のICチップモジュール100、110、120は製造工程が複雑化してしまうとともに、接続穴形成工程が必要な分だけコストの増大を招来してしまう。
更に、ICチップ106、116、126を回路基板104、114、124上に接着固定するについて、接着剤105、115、125が別途必要とされることから、その接着剤105、115、125に応じてICチップモジュール100、110、120のコストが増大してしまうものである。
本発明は前記従来の問題点を解決するためになされたものであり、回路基板の基材として安価な熱可塑性樹脂を使用し、ICチップ等の電子部品のバンプを接続パターンに電気接続するについて基材に接続穴を形成することなく、また基材自体を接着剤として使用し、もってコストの低い電子部品モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため請求の範囲第１項及び第２項に係る電子部品モジュールは、熱可塑性樹脂から形成された基材と、その一面に設けられた接続パターンとを有する回路基板と、バンプが形成されたICチップ等の電子部品とを備え、前記バンプは、軟化されつつ溶融された状態にある前記基材を貫通するとともに、前記接続パターンに圧接され、前記電子部品は溶融後固化された前記基材を介して少なくとも前記バンプの周囲にて前記基材に接着されている構成を有する。
前記構成を有する請求の範囲第１項及び第２項の電子部品モジュールは、回路基板の基材が熱可塑性樹脂から形成されており、一般に熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂よりも安価であることから、基材のコストを低減して電子部品モジュールのコストを低く抑えることが可能となる。また、バンプは、電子部品が熱可塑性樹脂の溶融温度以上且つバンプの溶融温度以下で加熱された状態で基材の他面側から押圧されることにより軟化されつつ溶融された状態にある基材を貫通しているので、バンプと接続パターンとを接続するについて、接続穴は全く不要となり、従って、電子部品モジュールの製造コストを低減することが可能となる。更に、電子部品は、その加熱時に溶融され固化された基材の熱可塑性樹脂を介して少なくともバンプの周囲で基材に接着されるので、基材に対して電子部品を接着するについて接着剤は全く不要となり、かかる点においても電子部品モジュールのコストを低減することが可能となる。
更に、請求の範囲第３項に係る電子部品モジュールは、請求の範囲第１項又は第２項の電子部品モジュールにおいて、前記接続パターンが基材と接触する側にはアンカー面が形成されており、前記バンプはアンカー面を介して接続パターンに接続された構成を有する。この請求の範囲第３項の電子部品モジュールでは、接続パターン形成の基礎となる基材に接着される銅箔は、一般に、その基材に接着される面にアンカー処理が行われることを巧みに利用し、バンプは前記のように基材を貫通してアンカー処理が行われた接続パターン面に接続されることに基づき、バンプと接続パターンとの電気的接続の信頼性を向上することが可能となるものである。
また、請求の範囲第４項に係る電子部品モジュールの製造方法は、バンプが形成されたICチップ等の電子部品を熱可塑性樹脂の溶融温度以上且つバンプの溶融温度以下に加熱する工程と、熱可塑性樹脂から形成された基材の一面に設けられた接続パターンを有する回路基板の他面側から前記工程にて加熱された電子部品を押圧することにより、軟化されつつ溶融された状態にある基材にバンプを貫通させつつ接続パターンに圧接する工程と、前記電子部品をバンプの溶融温度以上に加熱する工程と、前記電子部品及び回路基板を冷却することにより電子部品を溶融後固化された基材の熱可塑性樹脂を介して半田バンプの周囲にて基材に接着する工程とからなる。これらの各工程を通じて、請求の範囲第１項に記載した電子部品モジュールが製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、第１の実施の形態に係る電子部品モジュールの側断面図である。
【図２】は、半田バンプと接続パターンとの接続部を拡大して模式的に示す説明図である。
【図３】は、加熱ヘッドを介して電子部品を回路基板に押圧する前の状態を模式的に示す側面図である。
【図４】は、加熱ヘッドの制御を行う際における加熱ヘッドの加熱温度と加熱時間との関係を示すグラフである。
【図５】は、加熱ヘッドを介して電子部品を回路基板に押圧している状態を模式的に示す側面図である。
【図６】は、第２の実施の形態に係る電子部品モジュールの製造工程を示す説明図である。
【図７】は、従来におけるICチップモジュールの一例を示す側面図である。
【図８】は、従来におけるICチップモジュールの他の例を示す側面図である。
【図９】は、従来におけるICチップモジュールの更に他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
１・・・ICチップモジュール、２・・・半田バンプ
３・・・ICチップ、 ４・・・基材
4A・・隆起部、 ５・・・接続パターン
5A・・アンカー面、 ６・・・回路基板
10・・固定ヘッド、 11・・吸引孔
12・・加熱ヘッド、 Ａ・・・ヘッドプレス温度
Ｂ・・・接続温度、 Ｃ・・・ヘッドアップ温度
ｂ・・・接続時間
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る電子部品モジュール及びその製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
先ず、第１の実施の形態に係るICチップモジュールについて図１、図２に基づき説明する。図１は第１の実施の形態に係るICチップモジュールの側断面図、図２は半田バンプと接続パターンとの接続部を拡大して模式的に示す説明図である。
図１において、ICチップモジュール１は、基本的に、その下面に半田バンプ２が形成されたICチップ３、及び、熱可塑性樹脂から形成された基材４の一面（下面）に接続パターン５が設けられ、その上面にICチップ３が搭載される回路基板６から構成されている。
ここに、半田バンプ２は、所謂、6:4半田からなり、その融点は183℃である。基材４は、熱可塑性の共重合ポリエステル樹脂（東亜合成化学株式会社製ホットメルトインク接着剤：アロンメルトPES−111EE）から形成されており、その融点は105℃である。尚、基材４としては、その他の熱可塑性樹脂、例えば、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリウレタン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂で100℃前後で熱可塑性を示し、且つ、硬化後に接着力が発揮される樹脂が適用可能である。また、接続パターン５は、一面にアンカー処理を施した銅箔のアンカー処理面を基材４に接着した後、エッチング処理により所定のパターン形状に形成されている。
ICチップ３下面の半田バンプ２は、回路基板６への搭載時に、基材４面側（上方側）から基材４を貫通して、図２に示すように接続パターン５のアンカー面5Aに接続されている。また、ICチップ３は、基材４の熱可塑性樹脂が溶融後、固化されることにより半田バンプ２の周囲とICチップ３の裏面の全体に渡ってで基材４と接着される。また、溶融後固化された基材４の熱可塑性樹脂は、ICチップ３の周囲に隆起部4Aを形成している。ここに、半田バンプ２は、後述するように、ICチップ３を熱可塑性樹脂の溶融温度以上且つ半田バンプ２の溶融温度以下の温度でICチップ３を加熱した状態で基材４に押圧することにより基材４を貫通し、接続パターン５に接続されるものである。また、基材４への貫通の後ICチップ３が半田バンプ２の溶融温度以上に加熱することで、半田バンプ２を接続パターン５に、より強固に圧着接続することもできる。尚、ICチップモジュール１の詳細な製造方法については後述する。
前記のように、基材４が、従来のICチップモジュールにおける回路基板の基材に使用されている熱硬化製樹脂に比して格段に安価な熱可塑性樹脂から形成されていることに基づき、基材４のコストを低減してICチップモジュール１のコストを低く抑えることが可能となる。また、ICチップ３は、半田バンプ２の周囲にて、及び、ICチップ３の裏面全体に渡って、回路基板６への搭載時に加熱されたICチップ３を介して溶融され、その後固化される基材４の熱可塑性樹脂により基材４に接着されるので、ICチップ３の搭載時に接着剤は全く不要となり、これよりICチップモジュール１のコストを低減することが可能となる。特に、ICチップ３は、半田バンプ２の周囲に加えてICチップ３の裏面の全体に渡って接着されていることから、回路基板６に対するICチップ３の接着強度を増大して強固なものとすることが可能である。更に、半田バンプ２は、接続パターン５のアンカー面5Aに接続されているので、基材に接着される面にアンカー処理が行われる銅箔を巧みに利用し、半田バンプ２と接続パターン５との電気的接続の信頼性を向上することが可能となるものである。
次に、前記のように構成されるICチップモジュール１の製造方法について、図３乃至図５を参照して説明する。先ず、加熱ヘッド12をチップ吸引ステージまで移動し、吸引装置により吸引を行って吸引孔11を介してICチップ３を加熱ヘッド12の下面に吸引保持した後、加熱ヘッド12をチップ実装ステージにて回路基板６の上方に位置決めする。この状態が図３に示されている。
続いて、加熱ヘッド12を下方に移動して半田バンプ２に下端が基材４の上面に接触した時点で加熱ヘッド12の移動を停止する。この後、パルスヒータを駆動して加熱ヘッド12の加熱を開始する。これにより、加熱ヘッド12の温度は直線L1に従って昇温されていく。そして、加熱ヘッド12の温度がヘッドプレス温度Ａ（150℃）に到達した時点で加熱ヘッド12が下方に移動され、半田バンプ２は前記所定の圧力（4kgf/cm²）をもって基材４内に貫通されていく。このとき、ヘッドプレス温度Ａは、基材４の熱可塑性樹脂の溶融温度以上で、且つ、半田バンプ２の溶融温度以下であることから、基材４は徐々に軟化されつつ溶融された状態にあり。従って、半田バンプ２はその形状を保持しながら基材４の内部に貫通されていくとともに、接続パターン５に接触接続されるものである。この状態が図５に示されている。
更に、加熱ヘッド12は直線L1に従って昇温されていき、やがて接続温度Ｂ（240℃）に達し、この接続温度Ｂを保持した状態が接続時間ｂだけ継続される。ここに、接続温度Ｂは半田バンプ２の溶融温度以上であることから、半田バンプ２は、前記のように接続パターン５に接触された状態で徐々に溶融されていき、接続時間ｂの間に接続パターン５に対して変形圧着接続される。この時点で、基材４の熱可塑性樹脂は、半田バンプ２の周囲及びICチップ３の下面の全体に渡って溶融された状態にある。更に、接続時間ｂが経過した時点で出力されるタイムアップ信号ｃに基づいて加熱ヘッド12に加熱が停止され、加熱ヘッド12の冷却が開始される。そして、加熱ヘッド12が曲線L3に従って冷却されてヘッドアップ温度Ｃに到達すると、ヘッドアップ信号ｄが出力されるので、そのヘッドアップ信号ｄに基づきICチップ３の吸引動作が停止されるとともに、加熱ヘッド12は上方に移動される。この時点で、半田バンプ２の周囲及びICチップ３の下面の全体における基材４の熱可塑性樹脂は徐々に固化されており、これにより、ICチップ３は、半田バンプ２の周囲に形成された隆起部4Aにて及びその下面の全体に渡り熱可塑性樹脂を介して接着される。従って、接着剤を必要とすることなくICチップ３を回路基板６上に接着固定することができるものである。更に、加熱ヘッド12の温度が所定温度Ｄ（50℃以下）になった時点で終了信号ｅが出力されてICチップ３の実装が終了する。このような実装動作が行うことにより、図１及び図２にて説明したICチップモジュール１を製造することができる。
次に、第２の実施の形態に係るICチップモジュールについて図６に基づき説明する。図６は第２の実施の形態に係るICチップモジュールの製造工程を示す説明図である。尚、このICチップモジュールは、前記第１の実施に形態に係るICチップモジュール１の製造に使用された実装装置と同一の装置により製造され、従って、図６においては実装装置は省略して示されている。また、第２の実施の形態に係るICチップモジュールは、基本的に、第１の実施の形態に係るICチップモジュール１と同様の構成を有しているが、回路基板６の基材４上に半田バンプ２を位置決めする位置決め穴５が設けられた感光性樹脂膜14が形成されている点でのみ相違する。従って、ここでは同一の要素等については同一の番号を付して説明することとし、また、前記相違点に主眼をおいて説明することとする。
図６（Ａ）において、回路基板６は、熱可塑性樹脂から形成された基材４及び基材４の一面（下面）に設けられた接続パターン５を有し、更に、基材４上には感光性樹脂膜14が形成されている。かかる感光性樹脂膜14には、接続パターン５に対応してICチップ３の半田バンプ２を位置決めするための位置決め穴15が形成されている。また、感光性樹脂膜14は、基材４が熱可塑性樹脂から形成されており、熱可塑性樹脂は加水分解され易いことから、基材４を加水分解から保護する作用を行う。
ICチップモジュール１を製造するには、先ず、ICチップ３の半田バンプ２と感光性樹脂膜14の位置決め穴15とが相互に対向するように位置決めする。この状態が図６（Ａ）に示されている。次に、前記第１の実施の形態におけると同様の温度制御を行い、ICチップ３は半田バンプ２の周囲に形成される隆起部4Aにて熱可塑性樹脂を介して接着される。従って、接着剤を必要とすることなくICチップ３を回路基板６上に接着固定することができるものである。このようにしてICチップモジュール１が製造されるものである。この状態が図６（Ｂ）に示されている。
尚、前記第２の実施の形態に係るICチップモジュール１においては、ICチップ３が半田バンプ２の周囲にて基材４の熱可塑性樹脂を介して回路基板６に接着固定されているが、更にICチップ３と回路基板６との接着強度を向上するために、図６（Ｃ）に示すように、ICチップ３の周囲にて光硬化性樹脂16を介して接着固定するようにしてもよい。
尚、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、第１の実施の形態においては、加熱ヘッド12の加熱温度を制御するように構成したが、これに代えて固定ヘッド10の加熱温度を制御するように構成してもよい。
産業上の利用可能性
以上説明した通り本発明は、回路基板の基材として安価な熱可塑性樹脂を使用し、ICチップ等の電子部品のバンプを接続パターンに電気接続するについて基材に接続穴を形成することなく、バンプを基材に貫通させて基材自体を接着剤として使用でき、もってコストの低い電子部品モジュール及びその製造方法を提供することができる。

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂から形成された基材と、その一面に設けられた接続パターンとを有する回路基板と、
   バンプが形成された電子部品とを備え、
   前記バンプは、軟化されつつ溶融された状態にある前記基材を貫通するとともに、前記接続パターンに圧接され、
   前記電子部品は溶融後固化された前記基材を介して少なくとも前記バンプの周囲にて前記基材に接着されていることを特徴とする電子部品モジュール。
2. 前記圧接は、前記バンプの熱変形を伴う圧接であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の電子部品モジュール。
3. 前記接続パターンが基材と接触する側にはアンカー面が形成されており、前記バンプはアンカー面を介して接続パターンに接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の電子部品モジュール。
4. バンプが形成された電子部品を熱可塑性樹脂の溶融温度以上且つバンプの溶融温度以下に加熱する工程と、
   熱可塑性樹脂から形成された基材の一面に設けられた接続パターンを有する回路基板の他面側から前記工程にて加熱された電子部品を押圧することにより、軟化されつつ溶融された状態にある基材にバンプを貫通させつつ接続パターンに圧接する工程と、
   前記電子部品をバンプの溶融温度以上に加熱する工程と、
   前記電子部品及び回路基板を冷却することにより電子部品を溶融後固化された基材の熱可塑性樹脂を介して半田バンプの周囲にて基材に接着する工程とからなる電子部品モジュールの製造方法。

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