WO2021157470A1

WO2021157470A1 - 裁断装置、接合材転写装置および実装装置

Info

Publication number: WO2021157470A1
Application number: PCT/JP2021/003128
Authority: WO
Inventors: 真一星野; 寺田　勝美; 幹夫川上
Original assignee: 東レエンジニアリング株式会社
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-08-12
Also published as: JP2021125572A

Abstract

適切なサイズの接合材を介してチップ部品を基板に実装することを比較的安価に行うための、裁断装置、接合材転写装置および実装装置を提供すること。具体的には、台紙表面に接合材が積層された接合材シートを台紙側から保持して面内方向に移動可能な裁断ステージと、前記接合材層表面側に直線状の切れ込みを入れる直線刃とを備えた裁断装置を提供するとともに、チップ部品にチップ部品のサイズに合わせた接合材を転写する接合材転写装置と、前記裁断装置と前記接合材転写装置を備えた実装装置を提供する。

Description

裁断装置、接合材転写装置および実装装置

　接合材を用いてチップ部品を基板に実装する装置に関し、裁断装置、接合材転写装置および実装装置に関する。

　半導体チップ等のチップ部品をフェイスアップで基板に実装する形態において、チップ部品使用時の過熱を避けるため、チップ部品と基板の接合に用いる接合材の伝熱性が重要視される。このため、伝熱性に優れた金属微粒子を樹脂成分に分散した接合材が用いられることが多い。

　接合材を用いてチップ部品を基板に接合する様子を示したのが図９であり、図９（ａ）のように、チップ部品Ｃと基板Ｓの間に接合材１０１を介した状態から実装ツール４２でチップ部品Ｃを基板Ｓ側に加熱圧着することにより、接合材１０１の樹脂成分が硬化して、図９（ｂ）のように、チップ部品Ｃは基板Ｓに実装される。ところで、近年では、金属超微粒子を用いることで、比較的低温で伝熱性に優れた焼結体が得られる接合材も開発されている。

特表２０１７－５２５８３９号公報

　接合材を用いた実装を行うのに際して、図１０（ａ）のように接合材１０１を基板Ｓに配置してからチップ部品Ｃを実装する手法と、図１０（ｂ）のような接合材１０１が付着しているチップ部品Ｃを基板Ｓに実装する手法がある。

　図１０（ａ）の手法の場合、図１１のように基板Ｓの複数箇所に接合材１０１を配置してからチップ部品Ｃの実装を行おうとすると、加熱圧着時の熱が基板Ｓを経由して隣接する（実装前の）接合材１０１を加熱して悪影響を及ぼすことがある。また、チップ部品Ｃを実装後に他の箇所に接合材１０１を配置しようとした場合、実装済みのチップ部品Ｃが障害になることもある。

　一方、図１０（ｂ）のようにチップ部品Ｃに接合材１０１を付着させる手法の場合、ウェハ段階で接合材１０１を全面形成した後にダイシングする手法が考えられるが、金属微粒子が分散された接合材をダイシング工程で切断するのは困難である。そこで、接合材１０１をチップ部品Ｃに転写させる手法が検討されている。

　図１２は、接合材１０１をチップ部品Ｃに転写する工程を説明する図であり、図１２（ａ）のようにシート状の転写材１０１上にチップ部品Ｃを配置して、図１２（ｂ）のように転写ツール３２でチップ部品Ｃを押し付けてから、図１２（ｃ）のように離すことで、チップ部品Ｃとほぼ等しいサイズの接合材１０１を引きちぎってチップ部品Ｃに転写することが出来る。

　ただし、接合材１０１を引きちぎる際に、必ずしもチップ部品Ｃと同サイズで転写されるとは限らず、更に端部に（金属微粒子を含む）余分が生じることもあり、チップ部品Ｃを基板に実装する際の品質に悪影響を及ぼすこともある。

　このような問題点に対して、引用文献１では、チップ部品のサイズに合わせた接合材をスクリーン印刷で形成してからチップ部品に転写する方法が提案されている。この方法であれば、チップ部品のサイズに応じて端部乱れも少ない接合材を転写することが容易である。

　ただし、引用文献１の方法ではチップ部品のサイズ毎に孔版を準備する必要があり、コスト高であり、多品種対応が困難という問題点もある。

　本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、適切なサイズの接合材を介してチップ部品を基板に実装することを比較的安価に行うための、裁断装置、接合材転写装置および実装装置を提供することである。

　上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
台紙表面に接合材が積層された接合材シートの接合材層表面に格子状の切れ込みを入れる裁断装置であって、
前記接合材シートを台紙側から保持して面内方向に移動可能な裁断ステージと、前記接合材層表面側に直線状の切れ込みを入れる直線刃とを備えた裁断装置である。

　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の裁断装置であって、
前記直線刃は先端部の断面形状が小尖塔形状となるように切削加工されたものであることを特徴とする裁断装置である。

　請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の裁断装置であって、
前記切れ込みの深さが接合材層厚みの８０％以上であって、前記台紙を貫通しない範囲である裁断装置である。

　請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の裁断装置であって、
前記裁断ステージが前記接合材シートを面内方向に９０度以上回転させる機能を有する裁断装置である。

　請求項５に記載の発明は、
チップ部品にチップ部品のサイズに合わせた接合材を転写する接合材転写装置であって、
請求項１から請求項４の何れかに記載の裁断装置と、前記接合材シートからチップ部品に接合材を転写する転写装置とを備え、
前記転写装置は、前記接合材シートを保持して面内方向に移動可能な転写ステージと、前記チップ部品を保持する転写ツールと、アライメントカメラとを有する接合材転写装置である。

　請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の接合材転写装置であって、
前記転写ステージが緩衝シートを介して前記接合材シートを保持する接合材転写装置である。

　請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の接合材転写装置であって、
前記裁断ステージが前記転写ステージの機能も兼ねる接合材転写装置である。

　請求項８に記載の発明は、
請求項５から請求項７の何れかに記載の接合材転写装置と、接合材が転写されたチップ部品を基板に熱圧着する熱圧着装置とを備えた実装装置であって、
前記熱圧着装置は、前記基板を保持して面内方向に移動可能な実装ステージと、前記チップ部品を保持す実装ツールと、アライメントカメラとを有する実装装置である。

　請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の実装装置であって、
前記転写ツールが前記実装ツールの機能も兼ねる実装装置である。

　本発明により、チップ部品のサイズに応じた接合材を高精度かつ容易に得ることが出来、比較的安価に実装品質を高めることができる。

本発明の実施形態に係る接合材転写装置の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る裁断装置に係るものであり、（ａ）直線刃として好適な刃の断面を示す図であり、（ｂ）接合材シートに切れ込みを入れる様子を示す断面図であり、（ｃ）切れ込み深さについて説明する断面図である。本発明の実施形態に係る、裁断工程、転写工程について説明するフロー図である。本発明の実施形態に係る裁断装置の動きについて説明するもので、（ａ）接合材シート上の所定位置に直線刃を配置した状態、（ｂ）直線刃により接合材シートの接合材層に切れ込みを入れる状態、（ｃ）２番目の切れ込みを入れる前段階の状態、（ｄ）１辺方向への所定数の切れ込みを行った状態、を示す図である。本発明の実施形態の裁断装置の動きについて説明するもので、（ａ）１辺方向への所定の切れ込みが完了した後に接合材シートを面内方向で９０度回転させる様子、（ｂ）面内方向で９０度回転した接合材シートの状態、（ｃ）面内方向で９０度回転した接合材シートに直線刃で切れ込みを入れる状態、（ｄ）接合材シートに格子状の切れ込みが形成された状態、を示す図である。本発明の別の実施形態について説明するもので、（ａ）接合材シートの一辺方向への所定の切れ込みが完了した状態、（ｂ）１辺方向への所定の切れ込みが完了した後に直線刃を面内方向で９０度回転させた状態、を示す図である。本発明の実施形態の転写装置の動きについて説明するもので、（ａ）アライメントカメラを用いてチップ部品と接合材シートの位置合わせを行う状態、（ｂ）チップ部品と接合材シートの位置合わせを行った状態、（ｃ）接合材シートにチップ部品を密着させた状態、（ｄ）接合材シートをチップ部品に転写した状態、を示す図である。本発明の実施形態に係る熱圧着装置の構成を示す図である。接合材を用いてチップ部品を基板に実装する様子を説明するもので、（ａ）熱圧着前の状態、（ｂ）熱圧着後の状態、を示す図である。接合材を用いる異なる手法を説明するもので、（ａ）接合材を基板に配置する例、（ｂ）接合材をチップ部品に配置する例、を示す図である。接合材を基板に配置した状態での実装工程を示す図である。シート状の接合材をチップ部品に転写する過程を説明するもので、（ａ）接合材上にチップ部品を配置した状態、（ｂ）接合材にチップ部品を押し付けた状態、（ｃ）接合材を引きちぎりながらチップ部品を離す状態、を説明する図である。

　本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る接合材転写装置１の構成を示す図である。接合材転写装置１は、接合材シート１０の接合材１０１を適正なサイズに裁断してからチップ部品Ｃに転写するものであり、裁断装置２と転写装置３を備えている。

　ここで、接合材シート１０は台紙１００上に接合材１０１が積層されたものである。台紙１００は表面上に接合材１０１を積層する基台シートであり、接合材１０１に対して離型性を有していることが望ましい。台紙１００の厚みは、接合層１０１の厚みや組成に応じて異なるが２０μｍから２００μｍ程度である。また、接合材１０１は樹脂中にサブミクロンサイズの金属微粒子が分散されたもので厚みは１０μｍから１００μｍ程度である。また、金属微粒子としては銀や銅が用いられ、接合材全体に占める金属微粒子の重量は通常９０％以上である。

　裁断装置２は、接合材シート１０の接合材１０１表面に格子状の切れ込みを入れるものであり、裁断ステージ２１と直線刃２２を構成要素とする。

　裁断ステージ２１は接合材シート１０を台紙１００側の面で保持するとともに、接合材シート１０を面内方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動する機能を有している。更に、裁断ステージ２１は、接合材シート１０を同一面上で回転（Ｚ方向を軸とする回転）する機能を有していることが望ましい。

　直線刃２２は、接合材１０１表面から直線状の切れ込みを入れるものである。直線刃２２としては、高精度な切れ込みが形成できるものが望ましく、図２（ａ）に断面形状を示すような小尖塔形状を切削加工で得たもの（いわゆるピナクル（登録商標）形状）が望ましいが、これに限定されるものではない。図２（ａ）のような断面の直線刃２２で接合材１０１の表面から切れ込みを入れる様子を示したのが図２（ｂ）である。

　なお、図１には示していないが、裁断装置２は、裁断ステージ２１と直線刃２２の少なくとも一方を上下方向（Ｚ方向）に移動可能とする駆動手段を有するとともに、裁断ステージ２１と直線刃２２の距離を計測して制御する制御手段も有している。このため、図２（ｃ）に示すように切り込み深さを制御することも可能である。図２（ｃ）において、切り込み深さ（ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３）と、接合材１０１の厚み、接合材シート１０の厚み（台紙１００の厚み＋接合材１０１の厚み）の関係は、
　０＜ＤＰ１＜ＤＰ２＝接合材１０１の厚み＜ＤＰ３＜接合材シート１０の厚み
のようになる。

　転写装置３は、裁断装置２で接合材１０１に格子状の切れ込みの入った、接合材シート１０から接合材１０１をチップ部品Ｃに転写するものであり、転写ステージ３１と、転写ツール３２と、アライメントカメラ３３を構成要素とする。

　転写ステージ３１は接合材シート１０を台紙１００側の面で保持するとともに、接合材シート１０を面内方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動する機能を有している。更に、転写ステージ３１は、接合材シート１０を同一面上で角度調整（Ｚ方向を軸とする回転角）する機能を有していることが望ましい。また、転写ステージ３１が接合材シート１０を保持するのに際し、緩衝シート３４を介してもよい。

　裁断ステージ２１が転写ステージ３１を兼ねる構成としてもよい。

　転写ツール３２はチップ部品Ｃを保持する機能を有しており、チップトレイ等からピックアップしたチップ部品Ｃを転写ステージ３１上に移動させ、接合材１０１が転写されたチップ部品Ｃを次工程に移動する機能を有している。

　図１には示していないが、転写装置３は、転写ステージ３１と転写ツール３２の少なくとも一方を上下方向（Ｚ方向）に移動可能とする駆動手段を有するとともに、転写ステージ３１と転写ツール３２の距離を計測して制御する制御手段も有していることが望ましい。このようにすることで、チップ部品Ｃを接合材１０１に密着させる際に過剰な圧力が加わることを避けることができる。

　以下、図３の工程フロー図および、図４から図７を用いて、図１の接合材転写装置１が、チップ部品Ｃに適正サイズで端面乱れのない転写材１０１を転写する工程について説明する。

　まず、図３のステップＳＴ０１を図４を用いて説明する。ステップＳＴ０１は、裁断装置２によって行われるものであり、図４では台紙１００側を保持する裁断ステージ２１を省いている。

　図４は、直線刃２２により、所定間隔を空けて直線状の切り込みを入れていく様子を示している。まず、図４（ａ）では、一端側に最初の切り込みを入れるために、接合材１０１上の所定位置上に直線刃２２を配置した状態である。この後、接合材１０１の面に対して垂直に、裁断ステージ２１と直線刃２２の間隔を狭めてから、直線刃２２を接合材１０１表面から押し込んで切れ込みＳＬを入れる。ここで、切れ込みＳＬの深さは、
接合材１０１の厚み×０．８≦切れ込みＳＬの深さ≦接合材１０１の厚み＋台紙１０１の厚み×０．５　の範囲にあることが望ましい。切れ込みＳＬの深さが接合材１０１の０．８倍より浅い場合は、チップ部品Ｃに接合材１０１を転写する際に、転写不良を生じることがある。また、切れ込みＳＬの深さが、接合材の厚み＋台紙１００の厚み×０．５倍を超えると、チップ部品Ｃに接合材１０１を転写する際に、台紙１００が切断され、チップ部品Cに台紙１０１が付着した状態で転写されることがあり、好ましくない。

　切れ込みＳＬを入れた後、裁断ステージ２１と直線刃２２の間隔を広げ、図４（ｃ）のような状態となる。その後、切れ込みＳＬ同士が並行で所定の間隔となる位置で図４（ａ）から図４（ｃ）のような動作を続けることで、接合材１０１の他端側まで切れ込みＳＬが入れられる（図４（ｄ））。所定の間隔を設けるのに際して、ＸＹ方向に移動可能な裁断ステージ２１をＸ方向に移動させても良いが、直線刃２２がＸ方向に移動する機能を有していてもよい。

　ところで、切れ込みＳＬ同士の所定の間隔は、接合材１０１を転写するチップ部品Ｃの一辺の長さと略等しくする。

　図４（ｄ）のように一方向の切れ込みＳＬが接合材１０１に所定間隔で所定数入れた後に、図３のステップＳＴ０２に移行する。ステップＳＴ２は、ステップＳＴ０１で入れた切れ目ＳＬの方向と直角方向に切れ込みＳＬを入れることで、切れ込みＳＬのパターンを格子状にするものである。

　本実施形態のステップＳＴ０２では、まず、図５（ａ）のように接合シート１０を面内方向（Ｚ方向を回転軸）に９０度回転させて図５（ｂ）の状態にする。このため、裁断ステージ２１は、接合材シート１０を面内方向に少なくとも９０度回転させる機能を有している。この後は、図５（ｃ）のように一端側から、図５（ｄ）のように他端側まで所定間隔を空けて平行に切れ込みＳＬを入れる。

　ところで、本実施形態は裁断ステージ２１を回転させる方式であるが、別の実施形態として、図６（ａ）から図６（ｂ）に示すように直線刃２２を接合材１０１の面内方向に９０度回転させる方式としてもよい。

　ステップＳＴ０２で接合材１０１に格子状の切れ込みＳＬを入れた後は転写工程に移る。まず、ステップＳＴ０３は転写工程の準備段階として、格子状の切れ込みの入った接合材１０１を有する接合シート１０を転写ステージ３１に配置する。この際、接合シート１０（の台紙１００）と転写ステージ３１の間に緩衝シート３４を介在させることが望ましい。なお、裁断シート２１を転写ステージ３１として用いることも可能であるが、転写工程に入る前に、接合シート１０との間に緩衝シート３４を挟みこむのが好ましい。

　転写工程の準備段階として、別に、転写ツール３２がチップトレイ等からチップ部品Ｃを保持しておく必要がある（ステップＳＴ１１）。これらの準備が完了した後に、転写装置３によるチップ部品Ｃへの接合材１０１の転写が進められる。

　ステップＳＴ２１では、図７（ａ）に示すように、アライメントカメラ３３を用いて、チップ部品Ｃと接合部材１０１が離れた状態で位置合わせを行う。位置合わせに際しては、格子状に切れ込みＳＬを入れることによって形成された（チップ部品Ｃと略同サイズの長方形の接合材１０１とチップ部品Ｃの相対位置関係を把握し、転写ステージ３１と転写ツール３２をＸＹ面内方向に相対移動させ、チップ部品Ｃの直下に長方形の接合材１０１が配置する（図７（ｂ））。

　この後、ステップＳＴ２２として、転写ツール３２と転写ステージ３１をＺ方向に相対移動して接近させてから、接合材１０１にチップ部品Ｃを押し付ける（図７（ｃ））。この際、緩衝シート３４を接合材シート１０の下に配置しておけば、チップ部品Ｃが押圧で破損することなく、チップ部品Ｃと接合材１０１の間で強い密着力が生じる。

　このように、チップ部品Ｃと接合材１０１の間で強い密着力が生じた状態で、ステップＳＴ２３として、転写ツール３２と転写ステージをＺ方向に引き離すことにより、図７（ｄ）のように、長方形の接合材１０１はチップ部品Ｃに転写される。

　以上のように、本実施形態の接合材転写装置１では、比較的単純な構成の裁断装置２により、種々なチップ部品Ｃのサイズに応じた形状の接合材１０１がられ高品質で得られる。また、比較的単純な構成な装置であることに加えて、格子状の切れ込みをシート状の接合材１０１に形成することで、接合材１０１の利用効率も上がり、接合材転写工程を低コストで行える。

　ステップＳＴ２３で得た、接合材１０１が（適正サイズで）転写されたチップ部品Ｃを基板Ｓの所定位置に熱圧着することにより（ステップＳＴ３）、チップ部品Ｃの基板Ｓへの実装は完了する。このため、本実施形態の接合材転写装置１と、図８に示すような、チップ部品Ｃを基板Ｓに熱圧着する機能を有する熱圧着装置４と組み合わせて実装装置としてもよい。ここで、図８の熱圧着装置４は、基板Ｓを保持して面内方向に移動可能な実装ステージ４１と、チップ部品Ｃを保持して実装ステージ４１上の基板Ｓに熱圧着する実装ツール４２とアライメントカメラ４３とを備えた構成であるが、転写ツール３２が実装ツール４２の機能を有していてもよく、転写装置３のアライメントカメラ３３が熱圧着装置４のアライメントカメラ４３の機能を有していてもよい。

　以上、ここまでの記載において、金属微粒子が分散された接合材を用いてフェイスアップ実装を行う実装形態を前提としていたが、本発明はチップ部品Ｃの電極面と基板の電極面を接合するフェイスダウン実装にも適用できるものである。すなわち、絶縁性フィルムＮＣＦや異方導電性フィルムＡＣＦについても、チップ部品Ｃのサイズに応じた形状を高精度かつ容易に得ることが出来、実装品質の向上に役立てることができる。

　　　１　　　接合材転写装置
　　　２　　　裁断装置
　　　３　　　転写装置　
　　　４　　　加熱圧着装置
　　１０　　　接合材シート
　　２１　　　裁断ステージ
　　２２　　　直線刃　　
　　３１　　　転写ステージ
　　３２　　　転写ツール
　　３３　　　アライメントカメラ
　　３４　　　緩衝シート
　　４１　　　実装ステージ
　　４２　　　実装ツール
　　４３　　　アライメントカメラ
　１００　　　台紙
　１０１　　　接合材
　　　Ｃ　　　チップ部品
　　　Ｓ　　　基板
　　　ＳＬ　　切れ込み

　

Claims

台紙表面に接合材が積層された接合材シートの接合材層表面に格子状の切れ込みを入れる裁断装置であって、
前記接合材シートを台紙側から保持して面内方向に移動可能な裁断ステージと、
前記接合材層表面側に直線状の切れ込みを入れる直線刃とを備えた裁断装置。
請求項１に記載の裁断装置であって、前記直線刃は先端部の断面形状が小尖塔形状となるように切削加工されたものであることを特徴とする裁断装置。
請求項１または請求項２に記載の裁断装置であって、前記切れ込みの深さが接合材層厚みの８０％以上であって、前記台紙を切断しない範囲である裁断装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の裁断装置であって、前記裁断ステージが前記接合材シートを面内方向に９０度以上回転させる機能を有する裁断装置。
チップ部品にチップ部品のサイズに合わせた接合材を転写する接合材転写装置であって、
請求項１から請求項４の何れかに記載の裁断装置と、
前記接合材シートからチップ部品に接合材を転写する転写装置とを備え、
前記転写装置は、前記接合材シートを保持して面内方向に移動可能な転写ステージと、
前記チップ部品を保持する転写ツールと、アライメントカメラとを有する接合材転写装置。
請求項５に記載の接合材転写装置であって、前記転写ステージが緩衝シートを介して前記接合材シートを保持する接合材転写装置。
請求項５または請求項６に記載の接合材転写装置であって、前記裁断ステージが前記転写ステージの機能も兼ねる接合材転写装置。
請求項５から請求項７の何れかに記載の接合材転写装置と、接合材が転写されたチップ部品を基板に熱圧着する熱圧着装置とを備えた実装装置であって、
前記熱圧着装置は、前記基板を保持して面内方向に移動可能な実装ステージと、前記チップ部品を保持す実装ツールと、アライメントカメラとを有する実装装置。
請求項８に記載の実装装置であって、前記転写ツールが前記実装ツールの機能も兼ねる実装装置。