接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法及び接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置
本発明は、電子部品間の接続方法に関し、さらに詳細には、ホーン(horn)により、電子部品間の接続のための接着剤に圧力及び振動が加えられる場合、前記接着剤に発生するストレーン(strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱温度を容易に調節する電子部品間の接続方法及びこの方法を行うための電子部品間の接続装置に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品間の接続方法に関し、さらに詳細には、ホーン(horn)により、電子部品間の接続のための接着剤に圧力及び振動が加えられる場合、前記接着剤に発生するストレーン(ひずみ：strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱温度を容易に調節する電子部品間の接続方法及びこの方法を行うための電子部品間の接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来半導体チップまたは基板などの電子部品に形成された接続部電極を相互連結する方法としては、一つの電子部品に形成された接続部電極と他の一つの電子部品に形成された接続部電極との間に導電性または非導電性接着剤を位置させて、熱圧着ヘッドを利用して、これらの間に位置した前記導電性または非導電性接着剤を圧着及び発熱させた後、硬化させて、前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品とを電気的に連結する方法が使用された。
【０００３】
しかし、前記導電性接着剤が異方導電性フィルム(ACF)である場合、従来技術を利用して前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品を電気的に連結するためには、前記熱圧着ヘッドを２５０℃〜３００℃程度に維持して、前記異方導電性フィルム(ACF)に熱伝達を行って、前記異方導電性フィルム(ACF)が所定時間硬化に必要な最小限の温度を維持するようにしなければならない。
【０００４】
したがって、従来技術は、前記熱圧着ヘッドから発生した熱が、前記異方導電性フィルム(ACF)の他に、前記熱圧着ヘッドを固定及び上下に移送させる上下移送装置などに伝達されることを遮断しなければならない不具合があった。
【０００５】
また、従来技術は、前記熱圧着ヘッドから前記異方導電性フィルム(ACF)に熱伝達を行うことにより前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を増加させるため、前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を一定温度以上に高めるのに限界があった。
【０００６】
また、従来技術は、前記熱圧着ヘッドを２５０〜３００℃まで上昇させるために、予め前記熱圧着ヘッドを予熱するに時間がかかるという問題点があった。
【０００７】
また、従来技術は、熱圧着の間、前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を変化させるためには、前記熱圧着ヘッドの温度を変化させる必要があるため、熱圧着中に前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を変化させることが難しく、また温度を変化させるに時間がかかるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するために、一つの電子部品に形成された接続部電極と他の一つの電子部品に形成された接続部電極との間に導電性または非導電性接着剤を位置させて、圧力と超音波振動を印加し、これらの間に位置した前記導電性または非導電性接着剤を圧着及び発熱させた後、硬化させて、前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品とを電気的に連結する方法を提供する。
【０００９】
特に、本発明は、前記圧力と超音波振動印加時に発生する前記導電性または非導電性接着剤のストレーン(strain)を調節して、前記導電性または非導電性接着剤の自己発熱時の温度である発熱温度を容易に調節しつつ、前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品とを電気的に連結する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、導電性接着剤または非導電性接着剤を挟んで、第１電子部品の接続部電極の上側に第２電子部品の接続部電極を整列させる整列（配置）段階と、ホーン(horn)により、前記第２電子部品の接続部電極を通じて（介して）前記導電性接着剤または非導電性接着剤に圧力と超音波振動を印加し、前記導電性接着剤または非導電性接着剤を自己発熱させた後、硬化させて、前記第１電子部品の接続部電極と第２電子部品の接続部電極とを相互接続させる超音波接続段階と、を含み、前記超音波接続段階は、前記圧力と前記超音波振動の印加時に発生する前記接着剤のストレーン(strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱時の温度である発熱温度を調節することを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法に関する。
【００１１】
本発明において、前記接着剤のストレーン(strain)は、前記超音波振動に所要されるパワー(power)及び前記圧力の両方を制御することにより調節できるが、前記超音波振動に所要されるパワー及び前記圧力は、コントローラーにより制御できる。
【００１２】
本発明において、前記接着剤のストレーンは、前記超音波振動の振幅を制御することにより調節できるが、前記超音波振動の振幅は、コントローラーにより制御できる。
【００１３】
本発明において、前記超音波振動は、前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記接着剤に垂直方向である縦方向振動である。
【００１４】
本発明において、 前記導電性接着剤は、等方導電性接着剤または異方導電性接着剤であるが、前記異方導電性接着剤は、異方導電性フィルムまたは異方導電性ペーストであり、前記非導電性接着剤は、非導電性フィルムまたは非導電性ペーストであって、前記第１電子部品及び前記第２電子部品は、それぞれ半導体チップ、軟性基板、硬性基板、ＰＥＴフィルム、またはガラス基板のいずれか一つである。
【００１５】
一方、 本発明は、上記のいずれか一つの電子部品間の接続方法を行うための電子部品間の接続装置であって、前記超音波振動を発生させるコンバーターと、前記コンバーターにより発生された前記超音波振動を伝達及び増幅するように、上側が前記コンバーターに連結されるブースターと、前記超音波振動を、前記第１電子部品の接続部電極と前記第２電子部品の接続部電極との間に配置された前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に伝達するように、前記ブースターの下側に連結されるホーン(horn)と、前記コンバーター、ブースター及びホーン(horn)を一体に上下移動させるための手段として、油圧シリンダー、空圧シリンダー及びモーターのいずれか一つからなる上下移送手段と、前記ホーン(horn)の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を測定するためのロードセルと、前記コンバーターに連結されて前記コンバーターから発生される超音波の振幅を制御するか、前記コンバーターが超音波を発生するに供給されるパワー及び前記ホーンの振動発生面に加えられる圧力を制御するためのコントローラーと、を含むことを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置に関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、短い時間内に電子部品間の接続のための接着剤を所望の温度に維持することができ、予熱が必要なく、大きい電力を要求しない長所がある。
【００１７】
また本発明は、上記のように、超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、前記接着剤を所望の温度に上昇させるための予熱時間が必要なく、電子部品間の接続部電極を接続するにかかる時間を短くできる長所がある。
【００１８】
さらに本発明は、超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)とホーンが前記接着剤を圧着する圧力の両方を制御するか、前記超音波の振幅のみを制御することにより、前記接着剤の自己発熱による発熱温度を短時間内に所望の温度に調節できる長所がある。
【００１９】
一方、従来技術は、熱圧着ヘッドから発生した熱が、前記接着剤の他に、熱圧着ヘッドを固定及び上下に移送させる上下移送装置などに伝達されることを遮断するための冷却ラインが必要であるが、本発明は、ホーン(horn)が常温を維持するため、このような装置が要らず、構造が簡単になる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１のフローチャートである。
【図２】図１の整列段階を説明するための状態図である。
【図３】図１の超音波接続段階Ｓ２０を説明するための状態図である。
【図４】ボンディングフォース(bonding force)が６０Ｎで一定な場合、超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)を１６０Ｗ、１８０Ｗ及び２００Ｗに変化させながら測定した異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。
【図５】前記超音波振動印加時に所要されるパワーＰを１８０に一定に維持して、前記ボンディングフォースＦ(bonding force)を６０Ｎ、９０Ｎ、１２０Ｎに変化させながら測定した異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。
【図６】（ａ）は、前記ボンディングフォースＦ(bonding force)が８０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。 （ｂ）は、前記ボンディングフォースＦ(Bonding force)が１２０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。
【図７】実施例２の概略的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の一実施例について詳細に説明する。
【００２２】
(実施例１)
実施例１は、本発明による接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法に関する。
【００２３】
図１は、実施例１のフローチャートを、図２は、図１の整列段階を説明するための状態図を、図３は、図１の超音波接続段階Ｓ２０を説明するための状態図を示す。
【００２４】
図１を参照すると、実施例１は、整列段階Ｓ１０と超音波接続段階Ｓ２０を有する。
【００２５】
図２を参照すると、整列段階Ｓ１０では、電気的接続のための第１電子部品の接続部電極１０の上側に第２電子部品の接続部電極２０が配置される。ここで、第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０との間には導電性接着剤または非導電性接着剤３０が配置される。一方、第２電子部品の接続部電極２０上側には、第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記導電性接着剤または非導電性接着剤３０に圧力及び超音波振動を印加するために、ホーン(horn)４０が配置される。
【００２６】
前記第１電子部品及び前記第２電子部品は、それぞれ半導体チップ、軟性基板、硬性基板、ＰＥＴフィルムまたはガラス基板のいずれか一つである。
【００２７】
前記導電性接着剤は、等方導電性接着剤(ICA；Isotropic Conductive Adhesive)または異方導電性接着剤(ACA；Anisotropic Conductive Adhesive)などであるが、前記異方導電性接着剤(ACA)は、異方導電性フィルム(ACF；Anisotropic Conductive Film)または異方導電性ペースト(Anisotropic Conductive Paste；ACP)などである。
【００２８】
前記非導電性接着剤は、非導電性フィルム(NCF；Non-conductive Film)または非導電性ペースト(NCF；Non-conductive Paste)などである。
【００２９】
以下、実施例１の場合、第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０との間に配置される前記導電性接着剤または非導電性接着剤３０が異方導電性フィルム(ACF)である場合を例として説明する。
【００３０】
図３を参照すると、超音波接続段階Ｓ２０では、超音波発生装置のホーン(horn)４０により、第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記異方導電性フィルム(ACF)に圧力と超音波振動を印加して前記異方導電性フィルム(ACF)を自己発熱させた後、硬化させて、前記第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０とを相互接続する。この際、印加される超音波振動は、縦方向振動、横方向振動、または縦方向振動と横方向振動の混合であるが、以下、前記超音波振動が、前記第１電子部品の接続部電極１０、異方導電性フィルム(ACF)及び第２電子部品の接続部電極２０と垂直をなす方向である縦方向振動の場合を例として説明する。
【００３１】
一方、ホーン(horn)４０が第２電子部品の接続部電極２０下部に位置した前記異方導電性フィルム(ACF)に前記圧力及び超音波振動加えて、前記異方導電性フィルム(ACF)を自己発熱させる場合、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量をｄＱとすると、ｄＱに関して下記の[数学式１]が知られている。
【００３２】
[数学式１]
ｄＱ＝ｆ(Δε)２Ｅ″/２
ここで、ｆは、超音波の周波数を示し、Δεは、ホーン４０(horn)による前記圧力と超音波振動の印加時に発生する前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを示し、Ｅ″は、異方導電性フィルム(ACF)の損失弾性率(Loss modulus)を示す。
【００３３】
一方、前記超音波周波数ｆは、ホーン４０の形状などにより定められる常数であるため、超音波接続段階Ｓ２０では、前記圧力と前記超音波振動の印加時に発生される前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーン(strain)を調節して、異方導電性フィルム(ACF)の自己発熱時の温度である発熱温度を調節するようになる。以下では、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーン、即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を調節する方法について説明する。
【００３４】
ます、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーが前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度に及ぼす影響及び結合力（ボンディングフォース）Ｆが前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度に及ぼす影響について説明する。ここで、前記ボンディングフォースは、ホーン４０が第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記異方導電性フィルム(ACF)を圧着する力を示す。したがって、前記ボンディングフォースは、ホーン４０による前記圧力と前記圧力が加えられる前記異方導電性フィルム(ACF)の面積とを掛けた値となる。
【００３５】
下記の図４、図５及び図６は、前記第１電子部品は硬性基板であり、前記第２電子部品は軟性基板であって、前記導電性または非導電性接着剤が異方導電性フィルム(ACF)である場合に対する結果グラフであるが、前記第１電子部品、前記第２電子部品及び前記異方導電性フィルム(ACF)の仕様は、下記の表１のようである。
【００３６】
【表１】
【００３７】
また、下記の図４、図５及び図６は、ホーン４０により加えられる縦方向周波数が、図４及び図５は２７ｋＨｚ、図６は４０ｋＨｚである場合のグラフである。
【００３８】
図４は、ボンディングフォース(Bonding force)が６０Ｎに一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)を１６０Ｗ、１８０Ｗ及び２００Ｗに変化させながら測定した前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示す。
【００３９】
図４を参照すると、ボンディングフォースが６０Ｎに一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーを１６０Ｗから２００Ｗに変化させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、２００℃から３５０℃に増加することが分かる。
【００４０】
図５は、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰを１８０に一定に維持して、前記ボンディングフォースＦ(Bonding force)を６０Ｎ、９０Ｎ、１２０Ｎに変化させながら測定した異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示す。
【００４１】
図５を参照すると、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰを１８０Ｗに維持した状態で、ボンディングフォース(bonding force)を６０Ｎから１２０Ｎに増加させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、２９０℃から１８０℃に減少することが分かる。
【００４２】
一方、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーは、超音波振動により行われた仕事に直接比例する。したがって、下記の[数学式２]が成立する。
【００４３】
[数学式２]
Ｐ＝Ｗ×ｆ
ここで、Ｐは、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーを示し、Ｗは、前記超音波の１回振動時に行われた仕事を示し、ｆは、超音波の周波数を示す。
【００４４】
一方、仕事は、加えられた力と前記加えられた力方向への移動距離の積で表現されるため、下記の[数学式３]が成立する。
【００４５】
[数学式３]
Ｗ＝Ｆ×Ａ
ここで、Ｗは、[数学式２]と同様に前記超音波の１回振動時に行われた仕事を示し、Ｆは、ホーン４０が第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記異方導電性フィルム(ACF)を圧着する力である前記ボンディングフォースを示し、Ａは、前記超音波の振幅を示す。
【００４６】
したがって、[数学式３]を[数学式２]に代入すると、Ｐ＝Ｗ×ｆ＝(Ｆ×Ａ)×ｆであるため、下記の[数学式４]が成立する。
【００４７】
[数学式４]
Ａ＝Ｐ/(Ｆｔ)
【００４８】
一方、ホーン(horn)４０による前記ボンディングフォースＦと超音波振動の印加時に発生する前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンΔεに対しては、下記の[数学式５]が成立する。
【００４９】
[数学式５]
Δε＝Ａ/ｔ
ここで、ｔは、前記異方導電性フィルム(ACF)の厚さを示す。
【００５０】
[数学式４]を[数学式５]に代入すると、下記の[数学式６]が得られる。
【００５１】
[数学式６]
Δε＝Ａ/ｔ＝Ｐ/(ｔＦｆ)
【００５２】
次いで、[数学式６]を[数学式１]に代入すると、下記の[数学式７]が得られる。
【００５３】
[数学式７]
ｄＱ＝ｆ(Δε)２Ｅ″/２＝(Ｐ２Ｅ″)/(２ｔ２Ｆ２ｆ)
【００５４】
[数学式７]から、前記ボンディングフォースＦが一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰを増加させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱが増加することが分かるが、これは、図４のグラフと一致する。
【００５５】
図４及び[数学式７]から、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱは、前記ボンディングフォースＦが一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰに比例することが分かる。
【００５６】
一方、[数学式７]から、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰが一定な場合、前記ボンディングフォースＦを増加させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱが減少することが分かるが、これは、図５のグラフと一致する。
【００５７】
図５及び[数学式７]から、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱは、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰが一定な場合、前記ボンディングフォースＦに反比例することが分かる。
【００５８】
したがって、図４、図５及び[数学式７]から、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰ及び前記ボンディングフォースＦの両方を制御することにより、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱ、即ち前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を調節できることが分かる。
【００５９】
上記のように、超音波接続段階Ｓ２０では、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節して、異方導電性フィルム(ACF)の自己発熱時の温度である発熱温度を調節するようになるが、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節する方法の一例として、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦの両方を制御する方法を選択することができる。この場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦは、コントローラーにより、所望の値を有するように容易に制御できる。即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度が一定な温度を維持できるように、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦを制御する必要があるが、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦは、コントローラーにより制御できる。
【００６０】
以下では、前記超音波の振幅が前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度に及ぼす影響について説明する。
【００６１】
図６（ａ）は、前記ボンディングフォースＦ(bonding force)が８０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示し、図６（ｂ）は、前記ボンディングフォースＦ(Bonding force)が１２０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示す。ここで、前記超音波の最大振幅は、２０μｍである。
【００６２】
図６（ａ）及び（ｂ）を参照すると、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、前記超音波の振幅Ａが増加するにつれて、７０℃から２７０℃に増加することが分かる。また、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、他の変数に係わらず非常に急激に増加して、速い時間内に安定した高平部をなすことが分かる。即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、前記ボンディングフォースＦに係わらず、前記超音波の振幅Ａのみにより制御されることが分かる。
【００６３】
一方、[数学式５]を[数学式１]に代入すると、下記の[数学式８]が得られる。
[数学式８]
ｄＱ＝ｆ(Δε)２Ｅ″/２＝(Ａ２ｆＥ″)/(２ｔ２)
【００６４】
[数学式８]を参照すると、特定な厚さの異方導電性フィルム(ACF)に対して、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱは、単に前記超音波の振幅Ａのみに依存することが分かる。即ち、前記ｄＱは、前記ボンディングフォースＦに係わらず、前記超音波の振幅Ａのみにより制御されることが分かる。これは、図６（ａ）及び（ｂ）のグラフと一致する。
【００６５】
一方、これは、前記ｄＱまたは前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦを通じて制御する場合と区別される。前記ｄＱまたは前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦを通じて制御する場合は、前記Ｐと前記Ｆが両方とも前記ｄＱの制御変数であるため、前記Ｐと前記Ｆのいずれか一つのみを制御すると、目標とする発熱温度を達成することができなくなる問題点がある。
【００６６】
上記のように、超音波接続段階Ｓ２０では、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節して、異方導電性フィルム(ACF)の自己発熱時の温度である発熱温度を調節するようになるが、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節する方法の他の一例として、前記超音波の振幅Ａのみを制御する方法を選択することができる。この場合も同様に、前記超音波の振幅Ａは、ＰＩＤコントローラーにより、所望の値を有するように容易に制御できる。即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度が一定な温度を維持できるように、前記超音波の振幅Ａを制御する必要があるが、前記超音波の振幅Ａは、コントローラーにより制御できる。
【００６７】
従来技術は、熱圧着ヘッドから発生した熱が、前記異方導電性フィルム(ACF)の他に、熱圧着ヘッドを固定及び上下に移送させる上下移送装置などに伝達されることを遮断するための冷却ラインが必要であるが、上記の一実施例の場合、前記ホーン４０が常温を維持するため、このような装置が不要で、構造が簡単になる長所がある。また、従来技術は、熱圧着ヘッドから接着剤への熱伝達による熱伝達システムを基本原理とするため、熱圧着ヘッドを予め予熱して高温に維持するために大きい電力が要求されるが、上記の一実施例は、超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、短時間内に前記接着剤を所望の温度に維持することができ、予熱が不要で、大きい電力を要求しない。また、従来技術は、上記のように熱伝達システムを基本原理とするため、予熱が必要であって、予熱のための時間がかかり、電子部品間の接続部電極を接続するために多い時間がかかってしまう短所があるが、上記の一実施例は、上記のように超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、予熱が不要で、これにより、前記発熱温度達成のための準備時間が短く、電子部品間の接続部電極を接続する時間が短くなる長所がある。
【００６８】
一方、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦが同一であるか、前記超音波の振幅Ａが同一な場合も、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０との間に新たに配置される前記異方導電性フィルム(ACF)の面積や形状などによって変わる。この場合、上記の一実施例は、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦの両方を制御するか、前記超音波の振幅Ａのみを制御することにより、新たに変わった前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を短時間内に調節できる長所がある。
【００６９】
(実施例２)
実施例２は、実施例１を行うための、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置に関する。
【００７０】
図７は、実施例２の概略的な斜視図を示す。
【００７１】
図７を参照すると、実施例１は、ヘッドユニット１００を有する。ヘッドユニット１００は、ヘッドユニットプレート１１０、コンバーター１２０、ブースター１３０及びホーンを有する。
【００７２】
図７を参照すると、コンバーター１２０は、ヘッドユニットプレート１１０に固定される。コンバーター１２０は、超音波振動を発生させる装置である。
【００７３】
図７を参照すると、ブースター１３０は、ヘッドユニットプレート１１０に固定されるが、コンバーター１２０により発生された超音波振動を伝達及び増幅させるように、上側がコンバーター１２０の下側に連結される。
【００７４】
図７を参照すると、ホーン１４０は、コンバーター１２０から超音波振動が伝達されるように、上側がコンバーター１２０の下側に一体に連結される。ホーン１４０は、コンバーター１２０から伝達された超音波振動を、実施例１で説明した前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に伝達するための装置である。前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤は、前記第１電子部品の接続部電極と第２電子部品の接続部電極とを相互接続させるために、その間に配置される接着剤である。
【００７５】
図７を参照すると、実施例２は、支持プレート２００を有する。支持プレート２００には、上下移送手段２１０が固定される。上下移送手段２１０は、ヘッドユニット１００を上下に移送させるための移送手段であって、油圧シリンダー、空圧シリンダー及びモーターのいずれか一つである。したがって、 上下移送手段２１０は、フローティングジョイント(floating joint)２１４を通じてヘッドユニットプレート１１０に連結されることにより、コンバーター１２０、ブースター１３０及びホーン１４０を一体に上下移動させることができる。
【００７６】
図７を参照すると、ヘッドユニットプレート１１０にはロードセル２２０が設けられて、支持プレート２００にはロードセル接触部２２０が設けられる。ロードセル接触部２２０は、ロードセル２００が下部に移動することによりロードセル２００と接触し、ホーン１４０の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極、及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を測定するためのものである。
【００７７】
図７を参照すると、実施例１は、コントローラー３００を有する。コントローラー３００は、コンバーター１２０及びロードセル２２０に回路的に連結される。コントローラー３００は、コンバーター１２０に連結されて、コンバーター１２０から発生される超音波の振幅を制御するか、コンバーター１２０が超音波を発生するに供給されるパワーを制御して、ホーン１４０の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極、及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を制御するためのものである。一方、コントローラー３００は、ホーン１４０の振動発生面に加えられる圧力を入力してもらうために、ロードセル１５０に回路的に連結される。コントローラー３００は、ＰＩＤコントローラーである。
【００７８】
符号２３０は、前記第１電子部品の接続部電極と前記第２電子部品の接続部電極とが前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤を挟んで整列される接続部電極整列板を示す。接続部電極整列板２３０は、支持プレート２００に固定される。
【００７９】
一方、実施例２の図７に示されたように、ロードセル２００は、接続部電極整列板２３０に設けることができる。この場合、ロードセル接触部２２０は、ヘッドユニットプレート１１０の下端部に突設されて、ヘッドユニット１００の下部移動時、ロードセル２００に接触できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)とホーンが前記接着剤を圧着する圧力の両方を制御するか、前記超音波の振幅のみを制御することにより、前記接着剤の自己発熱による発熱温度を短時間内に所望の温度に調節できるなどの長所があるため、半導体チップまたは基板などの電子部品に形成された接続部電極を相互連結するに広く使用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 第１電子部品の接続部電極
２０ 第２電子部品の接続部電極
３０ 導電性または非導電性接着剤
４０ ホーン(horn)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品間の接続方法に関し、さらに詳細には、ホーン(horn)により、電子部品間の接続のための接着剤に圧力及び振動が加えられる場合、前記接着剤に発生するストレーン(ひずみ：strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱温度を容易に調節する電子部品間の接続方法及びこの方法を行うための電子部品間の接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来半導体チップまたは基板などの電子部品に形成された接続部電極を相互連結する方法としては、一つの電子部品に形成された接続部電極と他の一つの電子部品に形成された接続部電極との間に導電性または非導電性接着剤を位置させて、熱圧着ヘッドを利用して、これらの間に位置した前記導電性または非導電性接着剤を圧着及び発熱させた後、硬化させて、前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品とを電気的に連結する方法が使用された。
【０００３】
しかし、前記導電性接着剤が異方導電性フィルム(ACF)である場合、従来技術を利用して前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品を電気的に連結するためには、前記熱圧着ヘッドを２５０℃〜３００℃程度に維持して、前記異方導電性フィルム(ACF)に熱伝達を行って、前記異方導電性フィルム(ACF)が所定時間硬化に必要な最小限の温度を維持するようにしなければならない。
【０００４】
したがって、従来技術は、前記熱圧着ヘッドから発生した熱が、前記異方導電性フィルム(ACF)の他に、前記熱圧着ヘッドを固定及び上下に移送させる上下移送装置などに伝達されることを遮断しなければならない不具合があった。
【０００５】
また、従来技術は、前記熱圧着ヘッドから前記異方導電性フィルム(ACF)に熱伝達を行うことにより前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を増加させるため、前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を一定温度以上に高めるのに限界があった。
【０００６】
また、従来技術は、前記熱圧着ヘッドを２５０〜３００℃まで上昇させるために、予め前記熱圧着ヘッドを予熱するに時間がかかるという問題点があった。
【０００７】
また、従来技術は、熱圧着の間、前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を変化させるためには、前記熱圧着ヘッドの温度を変化させる必要があるため、熱圧着中に前記異方導電性フィルム(ACF)の温度を変化させることが難しく、また温度を変化させるに時間がかかるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するために、一つの電子部品に形成された接続部電極と他の一つの電子部品に形成された接続部電極との間に導電性または非導電性接着剤を位置させて、圧力と超音波振動を印加し、これらの間に位置した前記導電性または非導電性接着剤を圧着及び発熱させた後、硬化させて、前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品とを電気的に連結する方法を提供する。
【０００９】
特に、本発明は、前記圧力と超音波振動印加時に発生する前記導電性または非導電性接着剤のストレーン(strain)を調節して、前記導電性または非導電性接着剤の自己発熱時の温度である発熱温度を容易に調節しつつ、前記一つの電子部品と前記他の一つの電子部品とを電気的に連結する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、導電性接着剤または非導電性接着剤を挟んで、第１電子部品の接続部電極の上側に第２電子部品の接続部電極を整列させる整列（配置）段階と、ホーン(horn)により、前記第２電子部品の接続部電極を通じて（介して）前記導電性接着剤または非導電性接着剤に圧力と超音波振動を印加し、前記導電性接着剤または非導電性接着剤を自己発熱させた後、硬化させて、前記第１電子部品の接続部電極と第２電子部品の接続部電極とを相互接続させる超音波接続段階と、を含み、前記超音波接続段階は、前記圧力と前記超音波振動の印加時に発生する前記接着剤のストレーン(strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱時の温度である発熱温度を調節することを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法に関する。
【００１１】
本発明において、前記接着剤のストレーン(strain)は、前記超音波振動に所要されるパワー(power)及び前記圧力の両方を制御することにより調節できるが、前記超音波振動に所要されるパワー及び前記圧力は、コントローラーにより制御できる。
【００１２】
本発明において、前記接着剤のストレーンは、前記超音波振動の振幅を制御することにより調節できるが、前記超音波振動の振幅は、コントローラーにより制御できる。
【００１３】
本発明において、前記超音波振動は、前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記接着剤に垂直方向である縦方向振動である。
【００１４】
本発明において、 前記導電性接着剤は、等方導電性接着剤または異方導電性接着剤であるが、前記異方導電性接着剤は、異方導電性フィルムまたは異方導電性ペーストであり、前記非導電性接着剤は、非導電性フィルムまたは非導電性ペーストであって、前記第１電子部品及び前記第２電子部品は、それぞれ半導体チップ、軟性基板、硬性基板、ＰＥＴフィルム、またはガラス基板のいずれか一つである。
【００１５】
一方、 本発明は、上記のいずれか一つの電子部品間の接続方法を行うための電子部品間の接続装置であって、前記超音波振動を発生させるコンバーターと、前記コンバーターにより発生された前記超音波振動を伝達及び増幅するように、上側が前記コンバーターに連結されるブースターと、前記超音波振動を、前記第１電子部品の接続部電極と前記第２電子部品の接続部電極との間に配置された前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に伝達するように、前記ブースターの下側に連結されるホーン(horn)と、前記コンバーター、ブースター及びホーン(horn)を一体に上下移動させるための手段として、油圧シリンダー、空圧シリンダー及びモーターのいずれか一つからなる上下移送手段と、前記ホーン(horn)の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を測定するためのロードセルと、前記コンバーターに連結されて前記コンバーターから発生される超音波の振幅を制御するか、前記コンバーターが超音波を発生するに供給されるパワー及び前記ホーンの振動発生面に加えられる圧力を制御するためのコントローラーと、を含むことを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置に関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、短い時間内に電子部品間の接続のための接着剤を所望の温度に維持することができ、予熱が必要なく、大きい電力を要求しない長所がある。
【００１７】
また本発明は、上記のように、超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、前記接着剤を所望の温度に上昇させるための予熱時間が必要なく、電子部品間の接続部電極を接続するにかかる時間を短くできる長所がある。
【００１８】
さらに本発明は、超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)とホーンが前記接着剤を圧着する圧力の両方を制御するか、前記超音波の振幅のみを制御することにより、前記接着剤の自己発熱による発熱温度を短時間内に所望の温度に調節できる長所がある。
【００１９】
一方、従来技術は、熱圧着ヘッドから発生した熱が、前記接着剤の他に、熱圧着ヘッドを固定及び上下に移送させる上下移送装置などに伝達されることを遮断するための冷却ラインが必要であるが、本発明は、ホーン(horn)が常温を維持するため、このような装置が要らず、構造が簡単になる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１のフローチャートである。
【図２】図１の整列段階を説明するための状態図である。
【図３】図１の超音波接続段階Ｓ２０を説明するための状態図である。
【図４】ボンディングフォース(bonding force)が６０Ｎで一定な場合、超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)を１６０Ｗ、１８０Ｗ及び２００Ｗに変化させながら測定した異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。
【図５】前記超音波振動印加時に所要されるパワーＰを１８０に一定に維持して、前記ボンディングフォースＦ(bonding force)を６０Ｎ、９０Ｎ、１２０Ｎに変化させながら測定した異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。
【図６】（ａ）は、前記ボンディングフォースＦ(bonding force)が８０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。 （ｂ）は、前記ボンディングフォースＦ(Bonding force)が１２０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフである。
【図７】実施例２の概略的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の一実施例について詳細に説明する。
【００２２】
(実施例１)
実施例１は、本発明による接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法に関する。
【００２３】
図１は、実施例１のフローチャートを、図２は、図１の整列段階を説明するための状態図を、図３は、図１の超音波接続段階Ｓ２０を説明するための状態図を示す。
【００２４】
図１を参照すると、実施例１は、整列段階Ｓ１０と超音波接続段階Ｓ２０を有する。
【００２５】
図２を参照すると、整列段階Ｓ１０では、電気的接続のための第１電子部品の接続部電極１０の上側に第２電子部品の接続部電極２０が配置される。ここで、第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０との間には導電性接着剤または非導電性接着剤３０が配置される。一方、第２電子部品の接続部電極２０上側には、第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記導電性接着剤または非導電性接着剤３０に圧力及び超音波振動を印加するために、ホーン(horn)４０が配置される。
【００２６】
前記第１電子部品及び前記第２電子部品は、それぞれ半導体チップ、軟性基板、硬性基板、ＰＥＴフィルムまたはガラス基板のいずれか一つである。
【００２７】
前記導電性接着剤は、等方導電性接着剤(ICA；Isotropic Conductive Adhesive)または異方導電性接着剤(ACA；Anisotropic Conductive Adhesive)などであるが、前記異方導電性接着剤(ACA)は、異方導電性フィルム(ACF；Anisotropic Conductive Film)または異方導電性ペースト(Anisotropic Conductive Paste；ACP)などである。
【００２８】
前記非導電性接着剤は、非導電性フィルム(NCF；Non-conductive Film)または非導電性ペースト(NCF；Non-conductive Paste)などである。
【００２９】
以下、実施例１の場合、第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０との間に配置される前記導電性接着剤または非導電性接着剤３０が異方導電性フィルム(ACF)である場合を例として説明する。
【００３０】
図３を参照すると、超音波接続段階Ｓ２０では、超音波発生装置のホーン(horn)４０により、第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記異方導電性フィルム(ACF)に圧力と超音波振動を印加して前記異方導電性フィルム(ACF)を自己発熱させた後、硬化させて、前記第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０とを相互接続する。この際、印加される超音波振動は、縦方向振動、横方向振動、または縦方向振動と横方向振動の混合であるが、以下、前記超音波振動が、前記第１電子部品の接続部電極１０、異方導電性フィルム(ACF)及び第２電子部品の接続部電極２０と垂直をなす方向である縦方向振動の場合を例として説明する。
【００３１】
一方、ホーン(horn)４０が第２電子部品の接続部電極２０下部に位置した前記異方導電性フィルム(ACF)に前記圧力及び超音波振動加えて、前記異方導電性フィルム(ACF)を自己発熱させる場合、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量をｄＱとすると、ｄＱに関して下記の[数学式１]が知られている。
【００３２】
[数学式１]
ｄＱ＝ｆ(Δε)２Ｅ″/２
ここで、ｆは、超音波の周波数を示し、Δεは、ホーン４０(horn)による前記圧力と超音波振動の印加時に発生する前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを示し、Ｅ″は、異方導電性フィルム(ACF)の損失弾性率(Loss modulus)を示す。
【００３３】
一方、前記超音波周波数ｆは、ホーン４０の形状などにより定められる常数であるため、超音波接続段階Ｓ２０では、前記圧力と前記超音波振動の印加時に発生される前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーン(strain)を調節して、異方導電性フィルム(ACF)の自己発熱時の温度である発熱温度を調節するようになる。以下では、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーン、即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を調節する方法について説明する。
【００３４】
ます、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーが前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度に及ぼす影響及び結合力（ボンディングフォース）Ｆが前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度に及ぼす影響について説明する。ここで、前記ボンディングフォースは、ホーン４０が第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記異方導電性フィルム(ACF)を圧着する力を示す。したがって、前記ボンディングフォースは、ホーン４０による前記圧力と前記圧力が加えられる前記異方導電性フィルム(ACF)の面積とを掛けた値となる。
【００３５】
下記の図４、図５及び図６は、前記第１電子部品は硬性基板であり、前記第２電子部品は軟性基板であって、前記導電性または非導電性接着剤が異方導電性フィルム(ACF)である場合に対する結果グラフであるが、前記第１電子部品、前記第２電子部品及び前記異方導電性フィルム(ACF)の仕様は、下記の表１のようである。
【００３６】
【表１】
【００３７】
また、下記の図４、図５及び図６は、ホーン４０により加えられる縦方向周波数が、図４及び図５は２７ｋＨｚ、図６は４０ｋＨｚである場合のグラフである。
【００３８】
図４は、ボンディングフォース(Bonding force)が６０Ｎに一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)を１６０Ｗ、１８０Ｗ及び２００Ｗに変化させながら測定した前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示す。
【００３９】
図４を参照すると、ボンディングフォースが６０Ｎに一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーを１６０Ｗから２００Ｗに変化させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、２００℃から３５０℃に増加することが分かる。
【００４０】
図５は、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰを１８０に一定に維持して、前記ボンディングフォースＦ(Bonding force)を６０Ｎ、９０Ｎ、１２０Ｎに変化させながら測定した異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示す。
【００４１】
図５を参照すると、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰを１８０Ｗに維持した状態で、ボンディングフォース(bonding force)を６０Ｎから１２０Ｎに増加させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、２９０℃から１８０℃に減少することが分かる。
【００４２】
一方、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーは、超音波振動により行われた仕事に直接比例する。したがって、下記の[数学式２]が成立する。
【００４３】
[数学式２]
Ｐ＝Ｗ×ｆ
ここで、Ｐは、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーを示し、Ｗは、前記超音波の１回振動時に行われた仕事を示し、ｆは、超音波の周波数を示す。
【００４４】
一方、仕事は、加えられた力と前記加えられた力方向への移動距離の積で表現されるため、下記の[数学式３]が成立する。
【００４５】
[数学式３]
Ｗ＝Ｆ×Ａ
ここで、Ｗは、[数学式２]と同様に前記超音波の１回振動時に行われた仕事を示し、Ｆは、ホーン４０が第２電子部品の接続部電極２０を通じて前記異方導電性フィルム(ACF)を圧着する力である前記ボンディングフォースを示し、Ａは、前記超音波の振幅を示す。
【００４６】
したがって、[数学式３]を[数学式２]に代入すると、Ｐ＝Ｗ×ｆ＝(Ｆ×Ａ)×ｆであるため、下記の[数学式４]が成立する。
【００４７】
[数学式４]
Ａ＝Ｐ/(Ｆｔ)
【００４８】
一方、ホーン(horn)４０による前記ボンディングフォースＦと超音波振動の印加時に発生する前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンΔεに対しては、下記の[数学式５]が成立する。
【００４９】
[数学式５]
Δε＝Ａ/ｔ
ここで、ｔは、前記異方導電性フィルム(ACF)の厚さを示す。
【００５０】
[数学式４]を[数学式５]に代入すると、下記の[数学式６]が得られる。
【００５１】
[数学式６]
Δε＝Ａ/ｔ＝Ｐ/(ｔＦｆ)
【００５２】
次いで、[数学式６]を[数学式１]に代入すると、下記の[数学式７]が得られる。
【００５３】
[数学式７]
ｄＱ＝ｆ(Δε)２Ｅ″/２＝(Ｐ２Ｅ″)/(２ｔ２Ｆ２ｆ)
【００５４】
[数学式７]から、前記ボンディングフォースＦが一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰを増加させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱが増加することが分かるが、これは、図４のグラフと一致する。
【００５５】
図４及び[数学式７]から、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱは、前記ボンディングフォースＦが一定な場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰに比例することが分かる。
【００５６】
一方、[数学式７]から、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰが一定な場合、前記ボンディングフォースＦを増加させるにつれて、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱが減少することが分かるが、これは、図５のグラフと一致する。
【００５７】
図５及び[数学式７]から、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱは、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰが一定な場合、前記ボンディングフォースＦに反比例することが分かる。
【００５８】
したがって、図４、図５及び[数学式７]から、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰ及び前記ボンディングフォースＦの両方を制御することにより、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱ、即ち前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を調節できることが分かる。
【００５９】
上記のように、超音波接続段階Ｓ２０では、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節して、異方導電性フィルム(ACF)の自己発熱時の温度である発熱温度を調節するようになるが、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節する方法の一例として、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦの両方を制御する方法を選択することができる。この場合、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦは、コントローラーにより、所望の値を有するように容易に制御できる。即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度が一定な温度を維持できるように、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦを制御する必要があるが、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦは、コントローラーにより制御できる。
【００６０】
以下では、前記超音波の振幅が前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度に及ぼす影響について説明する。
【００６１】
図６（ａ）は、前記ボンディングフォースＦ(bonding force)が８０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示し、図６（ｂ）は、前記ボンディングフォースＦ(Bonding force)が１２０Ｎに一定に維持される状態で、前記超音波の振幅Ａが最大振幅の１０％から５０％まで変化するにつれて測定された前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度グラフを示す。ここで、前記超音波の最大振幅は、２０μｍである。
【００６２】
図６（ａ）及び（ｂ）を参照すると、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、前記超音波の振幅Ａが増加するにつれて、７０℃から２７０℃に増加することが分かる。また、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、他の変数に係わらず非常に急激に増加して、速い時間内に安定した高平部をなすことが分かる。即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、前記ボンディングフォースＦに係わらず、前記超音波の振幅Ａのみにより制御されることが分かる。
【００６３】
一方、[数学式５]を[数学式１]に代入すると、下記の[数学式８]が得られる。
[数学式８]
ｄＱ＝ｆ(Δε)２Ｅ″/２＝(Ａ２ｆＥ″)/(２ｔ２)
【００６４】
[数学式８]を参照すると、特定な厚さの異方導電性フィルム(ACF)に対して、前記異方導電性フィルム(ACF)に発生する自己発熱量ｄＱは、単に前記超音波の振幅Ａのみに依存することが分かる。即ち、前記ｄＱは、前記ボンディングフォースＦに係わらず、前記超音波の振幅Ａのみにより制御されることが分かる。これは、図６（ａ）及び（ｂ）のグラフと一致する。
【００６５】
一方、これは、前記ｄＱまたは前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦを通じて制御する場合と区別される。前記ｄＱまたは前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を、前記パワーＰと前記ボンディングフォースＦを通じて制御する場合は、前記Ｐと前記Ｆが両方とも前記ｄＱの制御変数であるため、前記Ｐと前記Ｆのいずれか一つのみを制御すると、目標とする発熱温度を達成することができなくなる問題点がある。
【００６６】
上記のように、超音波接続段階Ｓ２０では、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節して、異方導電性フィルム(ACF)の自己発熱時の温度である発熱温度を調節するようになるが、前記異方導電性フィルム(ACF)のストレーンを調節する方法の他の一例として、前記超音波の振幅Ａのみを制御する方法を選択することができる。この場合も同様に、前記超音波の振幅Ａは、ＰＩＤコントローラーにより、所望の値を有するように容易に制御できる。即ち、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度が一定な温度を維持できるように、前記超音波の振幅Ａを制御する必要があるが、前記超音波の振幅Ａは、コントローラーにより制御できる。
【００６７】
従来技術は、熱圧着ヘッドから発生した熱が、前記異方導電性フィルム(ACF)の他に、熱圧着ヘッドを固定及び上下に移送させる上下移送装置などに伝達されることを遮断するための冷却ラインが必要であるが、上記の一実施例の場合、前記ホーン４０が常温を維持するため、このような装置が不要で、構造が簡単になる長所がある。また、従来技術は、熱圧着ヘッドから接着剤への熱伝達による熱伝達システムを基本原理とするため、熱圧着ヘッドを予め予熱して高温に維持するために大きい電力が要求されるが、上記の一実施例は、超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、短時間内に前記接着剤を所望の温度に維持することができ、予熱が不要で、大きい電力を要求しない。また、従来技術は、上記のように熱伝達システムを基本原理とするため、予熱が必要であって、予熱のための時間がかかり、電子部品間の接続部電極を接続するために多い時間がかかってしまう短所があるが、上記の一実施例は、上記のように超音波振動による自己発熱システムを基本原理とするため、予熱が不要で、これにより、前記発熱温度達成のための準備時間が短く、電子部品間の接続部電極を接続する時間が短くなる長所がある。
【００６８】
一方、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦが同一であるか、前記超音波の振幅Ａが同一な場合も、前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度は、第１電子部品の接続部電極１０と第２電子部品の接続部電極２０との間に新たに配置される前記異方導電性フィルム(ACF)の面積や形状などによって変わる。この場合、上記の一実施例は、前記超音波振動の印加時に所要されるパワーＰと前記ボンディングフォースＦの両方を制御するか、前記超音波の振幅Ａのみを制御することにより、新たに変わった前記異方導電性フィルム(ACF)の発熱温度を短時間内に調節できる長所がある。
【００６９】
(実施例２)
実施例２は、実施例１を行うための、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置に関する。
【００７０】
図７は、実施例２の概略的な斜視図を示す。
【００７１】
図７を参照すると、実施例１は、ヘッドユニット１００を有する。ヘッドユニット１００は、ヘッドユニットプレート１１０、コンバーター１２０、ブースター１３０及びホーンを有する。
【００７２】
図７を参照すると、コンバーター１２０は、ヘッドユニットプレート１１０に固定される。コンバーター１２０は、超音波振動を発生させる装置である。
【００７３】
図７を参照すると、ブースター１３０は、ヘッドユニットプレート１１０に固定されるが、コンバーター１２０により発生された超音波振動を伝達及び増幅させるように、上側がコンバーター１２０の下側に連結される。
【００７４】
図７を参照すると、ホーン１４０は、コンバーター１２０から超音波振動が伝達されるように、上側がコンバーター１２０の下側に一体に連結される。ホーン１４０は、コンバーター１２０から伝達された超音波振動を、実施例１で説明した前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に伝達するための装置である。前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤は、前記第１電子部品の接続部電極と第２電子部品の接続部電極とを相互接続させるために、その間に配置される接着剤である。
【００７５】
図７を参照すると、実施例２は、支持プレート２００を有する。支持プレート２００には、上下移送手段２１０が固定される。上下移送手段２１０は、ヘッドユニット１００を上下に移送させるための移送手段であって、油圧シリンダー、空圧シリンダー及びモーターのいずれか一つである。したがって、 上下移送手段２１０は、フローティングジョイント(floating joint)２１４を通じてヘッドユニットプレート１１０に連結されることにより、コンバーター１２０、ブースター１３０及びホーン１４０を一体に上下移動させることができる。
【００７６】
図７を参照すると、ヘッドユニットプレート１１０にはロードセル２２０が設けられて、支持プレート２００にはロードセル接触部２２０が設けられる。ロードセル接触部２２０は、ロードセル２００が下部に移動することによりロードセル２００と接触し、ホーン１４０の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極、及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を測定するためのものである。
【００７７】
図７を参照すると、実施例１は、コントローラー３００を有する。コントローラー３００は、コンバーター１２０及びロードセル２２０に回路的に連結される。コントローラー３００は、コンバーター１２０に連結されて、コンバーター１２０から発生される超音波の振幅を制御するか、コンバーター１２０が超音波を発生するに供給されるパワーを制御して、ホーン１４０の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極、及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を制御するためのものである。一方、コントローラー３００は、ホーン１４０の振動発生面に加えられる圧力を入力してもらうために、ロードセル１５０に回路的に連結される。コントローラー３００は、ＰＩＤコントローラーである。
【００７８】
符号２３０は、前記第１電子部品の接続部電極と前記第２電子部品の接続部電極とが前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤を挟んで整列される接続部電極整列板を示す。接続部電極整列板２３０は、支持プレート２００に固定される。
【００７９】
一方、実施例２の図７に示されたように、ロードセル２００は、接続部電極整列板２３０に設けることができる。この場合、ロードセル接触部２２０は、ヘッドユニットプレート１１０の下端部に突設されて、ヘッドユニット１００の下部移動時、ロードセル２００に接触できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、超音波振動の印加時に所要されるパワー(power)とホーンが前記接着剤を圧着する圧力の両方を制御するか、前記超音波の振幅のみを制御することにより、前記接着剤の自己発熱による発熱温度を短時間内に所望の温度に調節できるなどの長所があるため、半導体チップまたは基板などの電子部品に形成された接続部電極を相互連結するに広く使用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 第１電子部品の接続部電極
２０ 第２電子部品の接続部電極
３０ 導電性または非導電性接着剤
４０ ホーン(horn)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性接着剤または非導電性接着剤を挟んで、第１電子部品の接続部電極の上側に第２電子部品の接続部電極を整列させる整列段階と、
ホーン(horn)により、前記第２電子部品の接続部電極を通じて前記導電性接着剤または非導電性接着剤に圧力と超音波振動を印加し、前記導電性接着剤または非導電性接着剤を自己発熱させた後、硬化させて、前記第１電子部品の接続部電極と第２電子部品の接続部電極とを相互接続させる超音波接続段階と、
を含み、
前記超音波接続段階は、前記圧力と前記超音波振動の印加時に発生する前記接着剤のストレーン(strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱時の温度である発熱温度を調節することを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項２】
前記接着剤のストレーン(strain)は、前記超音波振動に所要されるパワー(power)及び前記圧力の両方を制御することにより調節されることを特徴とする、請求項１に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項３】
前記接着剤のストレーンは、前記超音波振動の振幅を制御することにより調節されることを特徴とする、請求項１に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項４】
前記超音波振動に所要されるパワー及び前記圧力は、コントローラーにより制御されることを特徴とする、請求項２に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項５】
前記超音波振動の振幅は、コントローラーにより制御されることを特徴とする、請求項３に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項６】
前記超音波振動は、前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記接着剤に垂直方向である縦方向振動であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項７】
前記導電性接着剤は、等方導電性接着剤または異方導電性接着剤であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項８】
前記異方導電性接着剤は、異方導電性フィルムまたは異方導電性ペーストであることを特徴とする、請求項７に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項９】
前記非導電性接着剤は、非導電性フィルムまたは非導電性ペーストであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項１０】
前記第１電子部品及び前記第２電子部品は、それぞれ半導体チップ、軟性基板、硬性基板、ＰＥＴフィルム、またはガラス基板のいずれか であることを特徴とする、 請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品間の接続方法を行うための電子部品間の接続装置であって、
前記超音波振動を発生させるコンバーターと、
前記コンバーターにより発生された前記超音波振動を伝達及び増幅するように、上側が前記コンバーターに連結されるブースターと、
前記超音波振動を、前記第１電子部品の接続部電極と前記第２電子部品の接続部電極との間に配置された前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に伝達するように、前記ブースターの下側に連結されるホーン(horn)と、
前記コンバーター、ブースター及びホーン(horn)を一体に上下移動させるための手段として、油圧シリンダー、空圧シリンダー及びモーターのいずれかからなる上下移送手段と、
前記ホーン(horn)の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を測定するためのロードセルと、
前記コンバーターに連結されて前記コンバーターから発生される超音波の振幅を制御するか、前記コンバーターが超音波を発生するに供給されるパワー及び前記ホーンの振動発生面に加えられる圧力を制御するためのコントローラーと、
を含むことを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置。
【請求項１】
導電性接着剤または非導電性接着剤を挟んで、第１電子部品の接続部電極の上側に第２電子部品の接続部電極を整列させる整列段階と、
ホーン(horn)により、前記第２電子部品の接続部電極を通じて前記導電性接着剤または非導電性接着剤に圧力と超音波振動を印加し、前記導電性接着剤または非導電性接着剤を自己発熱させた後、硬化させて、前記第１電子部品の接続部電極と第２電子部品の接続部電極とを相互接続させる超音波接続段階と、
を含み、
前記超音波接続段階は、前記圧力と前記超音波振動の印加時に発生する前記接着剤のストレーン(strain)を調節して、前記接着剤の自己発熱時の温度である発熱温度を調節することを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項２】
前記接着剤のストレーン(strain)は、前記超音波振動に所要されるパワー(power)及び前記圧力の両方を制御することにより調節されることを特徴とする、請求項１に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項３】
前記接着剤のストレーンは、前記超音波振動の振幅を制御することにより調節されることを特徴とする、請求項１に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項４】
前記超音波振動に所要されるパワー及び前記圧力は、コントローラーにより制御されることを特徴とする、請求項２に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項５】
前記超音波振動の振幅は、コントローラーにより制御されることを特徴とする、請求項３に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項６】
前記超音波振動は、前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記接着剤に垂直方向である縦方向振動であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項７】
前記導電性接着剤は、等方導電性接着剤または異方導電性接着剤であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項８】
前記異方導電性接着剤は、異方導電性フィルムまたは異方導電性ペーストであることを特徴とする、請求項７に記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項９】
前記非導電性接着剤は、非導電性フィルムまたは非導電性ペーストであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項１０】
前記第１電子部品及び前記第２電子部品は、それぞれ半導体チップ、軟性基板、硬性基板、ＰＥＴフィルム、またはガラス基板のいずれか であることを特徴とする、 請求項１乃至５のいずれかに記載の接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続方法。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品間の接続方法を行うための電子部品間の接続装置であって、
前記超音波振動を発生させるコンバーターと、
前記コンバーターにより発生された前記超音波振動を伝達及び増幅するように、上側が前記コンバーターに連結されるブースターと、
前記超音波振動を、前記第１電子部品の接続部電極と前記第２電子部品の接続部電極との間に配置された前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に伝達するように、前記ブースターの下側に連結されるホーン(horn)と、
前記コンバーター、ブースター及びホーン(horn)を一体に上下移動させるための手段として、油圧シリンダー、空圧シリンダー及びモーターのいずれかからなる上下移送手段と、
前記ホーン(horn)の振動発生面が前記第１電子部品の接続部電極、前記第２電子部品の接続部電極及び前記導電性接着剤または前記非導電性接着剤に加える圧力を測定するためのロードセルと、
前記コンバーターに連結されて前記コンバーターから発生される超音波の振幅を制御するか、前記コンバーターが超音波を発生するに供給されるパワー及び前記ホーンの振動発生面に加えられる圧力を制御するためのコントローラーと、
を含むことを特徴とする、接着剤の発熱温度調節による電子部品間の接続装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１１−５０５７１０（Ｐ２０１１−５０５７１０Ａ）
【公表日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３７８７６（Ｐ２０１０−５３７８７６）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００９／００００５６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５５９７０
【国際公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（５９６０７１７５２）コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー (60)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００９／００００５６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５５９７０
【国際公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（５９６０７１７５２）コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー (60)
【Ｆターム（参考）】
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