JP4101695B2 - 加熱圧着用ツール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フリップチップと搭載基盤の圧着、液晶ドライバと液晶ガラス板の圧着など加熱圧着を行う際に使用する加熱圧着用ツール及びその製造方法に関し、詳しくは、その圧着面の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加熱圧着用ツールには、圧着面にダイヤモンド膜をコーティングしたものがあるが、従来の加熱圧着用ツールでは、耐熱性樹脂膜を形成したままの状態にて使用するために、平面度が充分でなく、また付着した溶融合金を除去する際の耐摩耗性は向上できるものの、根本原因である溶融合金の付着は防止することができず、加熱圧着用ツールの維持管理費が増大し、不経済なものとなる欠点があった。
また、特許文献１に示すように、圧着ツールの表面にフッ素樹脂コーティングを施して、半田などの溶融金属の付着を防止する技術が開示されている。しかし、コーティングされた圧着面は平面度が充分に高くなく、近年求められている高精度の圧着には不十分である。また、フッ素樹脂コーティング後のフッ素樹脂被膜の表面には、化学的に不安定な反応基を有するので金属溶着の対策を行わないと、半田などの溶融金属の付着を防止するには充分でなく、使用直後より溶着が目立つようになる。
【特許文献１】
特開平０７−３０２８１８号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、圧着面の平面度を上げるとともに、加熱時に半田や樹脂などとの溶着を防いだ加熱圧着用ツール及びその製造方法を提供し、加熱溶融接着の安定化、経済性の向上を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る加熱圧着用ツールの構成は、フリップチップ上に配設された接続端子と基板とを接合する加熱圧着用ツールや、液晶ドライバと液晶ガラス板との接合に使用する加熱圧着用ツールなどにおいて、耐熱耐付着性樹脂膜を圧着ツールの圧着面に形成したことを特徴とするものである。本発明に係る加熱圧着用ツールは、シルク印刷技術などを用いて耐熱耐付着性樹脂膜を圧着ツールの圧着面に形成する加熱圧着用ツールであって、塗着したフッ素樹脂またはシリコン樹脂を固化し、その表面に加工を行ったことを特徴とするものである。
耐熱耐付着性の被膜は、溶融金属や樹脂と反応性が極めて小さく濡れない、本発明に示すフッ素樹脂またはシリコン樹脂のいずれかが最も適している。
また、本発明は形成された樹脂の表面を除去していることを特徴とする。除去することにより、被膜形成時の化学的に不安定な被膜表面の付着性反応基が除かれ、他の材料と付着しにくくなり、被膜の面状態を均一にすると共にその平面度を向上させることができる。ツールの平面度は接合加工の精度や、速度に直接影響するために、高ければ高いほどよい。また、被膜表面の除去方法としては水などの冷却媒体を被膜に吹き付けながらの平面研削、平面研磨すれば、付着性の反応基が被膜表面に形成されず好適である。
【０００５】
さらに、その皮膜の面粗度は算術平均粗さがＲａ１０μｍ以下（ＪＩＳ規格１９９４年度版）である必要がある。面粗度がこれより粗ければ、被膜と溶融金属、樹脂との接触面積が大きくなり、溶融金属、樹脂が溶融、冷却の際に面の凹凸に合わせて変形して冷却ムラが起こりやすくなる。
【０００６】
加熱圧着用ツールでは、圧着面に耐熱性樹脂膜が形成され、溶融金属や樹脂と濡れない性質が圧着作業面に生じることになり、圧着ツールの加熱圧着作業時、溶融金属や樹脂が圧着作業面に付着しなくなる。加熱圧着用ツールの製造方法では、シルク印刷技術を利用することによって、耐熱性樹脂膜が圧着ツールの所定の領域に、均一化された膜厚で形成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱圧着用ツールは表面の少なくとも圧着部にフッ素樹脂もしくはシリコン樹脂の耐熱性樹脂膜を有す。
フッ素樹脂は、ポリエチレンの分子構造における単量体であるエチレンの四つの水素が全部、または三つだけフッ素となるものである。従って、フッ素樹脂には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）も含まれる。
また、シリコン樹脂は樹脂や溶融金属などの融点以上（使用温度以上）での耐熱性を持つものであれば、その種類は特に問わない。
このように、圧着面にフッ素樹脂からなる耐熱耐付着性樹脂膜が形成された圧着ツールでは、圧着作業面に溶融金属をはじく性質が生じることになり、圧着ツールの加熱圧着作業時、溶融金属や樹脂が圧着作業面に付着しなくなる。
本発明に用いる耐熱耐付着性樹脂膜は、圧着ツール基材にプリント配線板などの製造に用いられるシルク印刷技術によって形成することができる。その後に加熱乾燥を行い固化させることにより、表面にフッ素樹脂を得ることができる。なお、耐熱耐付着性樹脂膜の形成方法としては、上述のシルク印刷技術による他、蒸着によって形成する方法などでであってもよく、その方法は問わない。
また、圧着ツールの基材としては、鉄材、ステンレス材料、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミ、酸化アルミ、酸化珪素など、用途に応じてさまざまな材料から選択することができ、それらを表面にコーティングした材料も同様に好適する。
次に、得られた耐熱耐付着性樹脂被膜表面に加工を加える。加工はダイヤモンド砥石などを用いた研削加工、セラミックスやダイヤモンドの砥粒を用いた砥粒加工などが好適し、その場合の平面度は従来のコーティングのみでは得られなかった圧着面に対して０．１μ以下も可能である。この加工により、本発明の加熱圧着用ツールは充分な平面度を得ることができ、より精密な接合に対応できる。
除去する厚さは０．０５μｍ以上の必要がある。０．０５μｍ未満であれば反応基が表面に残る可能性がある。
また、本発明に示す耐熱耐付着樹脂被膜が圧着面に形成された圧着ツールは、圧着作業面に半田などの溶融金属と濡れない性質が生じることになり、溶融金属が圧着作業面に付着しなくなる。
以下実施例により、より詳細に本発明を説明する。
【０００８】
【実施例】
（実施例１）
窒化アルミを主原料とする、フリップチップ用圧着ツールに耐熱耐付着性樹脂被膜として、シルク印刷技術によってＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）膜を形成した。その後に５０℃の大気中にて加熱乾燥を行い固化させることにより表面にＰＦＡ膜を得ることができた。膜の厚さは約３０μｍであった。
次に、得られた耐熱耐付着樹脂被膜表面に加工を加えた。加工はカップ形状のダイヤモンド砥石を有す平面研削盤で行い、砥石は＃１０００番のものを用いた。研削加工後に膜厚を測定したところ、約２０μｍであった。
この圧着ツールを、フリップチップ用圧着ツールに装着し稼働し、温度を２５０℃まで上げた状態で加熱圧着したところ、平面度が高いために良好な接合を行うことができた。加熱圧着した面は、算術平均粗さがＲａ０．３μｍであり平面度は圧着面の８ｍｍ×８ｍｍの大きさに対して０．０２μｍであった。また、使用時の半田の溶着も全く起きなかった。
【０００９】
（比較例１）
実施例１と同様にして圧着ツール試料を作製し、ＰＦＡ膜表面の加工は行わなかった。
実施例１と同様の実験を行った結果、面粗さは算術平均粗さＲａ１．０μｍと良好であったが、平面度は２２μｍであり、圧着面に均等に圧力を加えることはできず、精度の高い圧着はできなかった。
【００１０】
（比較例２）
実施例１と同様の試料にＰＦＡの膜を形成していない試料を作製した。
窒化アルミ部の加工により、平面度は０．０５μｍと優れていたが、接合の際に半田がツールの圧着面に付着し、頻繁に除去する必要が生じた。
【００１１】
（比較例３）
実施例１と同様にして圧着ツール試料を作製し、ＰＦＡ膜表面の加工を高速度鋼製のスローアウェーチップを複数装着したフライス盤にて行なった。
実施例１と同様の実験を行った結果、面粗さは算術平均粗さＲａ１２μｍと粗い面であった。圧着面に均等に圧力を加えることはできず、その結果、精度の高い圧着はできなかった。
【００１２】
（実施例２）
窒化珪素を主原料とする、液晶ドライバ用圧着ツールに、耐熱耐溶着樹脂被膜としてＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）の蒸着膜を形成した。その後に８０℃の大気中にて加熱乾燥を行い固化させることにより表面にＰＴＦＥ膜を得ることができた。膜の厚さは約１０μｍであった。
次に、得られたＰＴＦＥ膜に加工を加えた。加工は炭化珪素砥粒にて砥粒研削を行った。研削加工後に膜厚を測定したところ、約５μｍであった。
この圧着ツールを、液晶ドライバ用圧着ツールとして装着し、温度を２６５℃まで上げた状態で、液晶ドライバとガラス基板を両者間の半田により加圧圧着したところ、圧着ツール平面度が高いために良好な接合を行うことができた。面粗さは算術平均粗さＲａ０．６μｍと良好であり、また、平面度は圧着面の５０ｍｍ×３ｍｍの大きさに対して２．０μｍとやはり良好であった。
使用時のＰＴＦＥの溶着も全く起きなかった。
【００１３】
（実施例３）
窒化珪素を主原料とするＡＣＦ（異方導電性フィルム）貼り付け用圧着ツールに、耐熱耐付着性樹脂被膜としてシリコン樹脂の蒸着膜を形成した。その後に５０℃の大気中にて加熱乾燥を行い固化させることにより表面にシリコン樹脂膜を得ることができた。膜の厚さは約１０μｍであった。
次に、得られたシリコン樹脂膜に加工を加えた。加工は炭化珪素砥粒にて砥粒研削を行った。研削加工後に膜厚を測定したところ、約５μｍであった。
この圧着ツールを、ＡＣＦをガラス基板に貼り付けるための圧着ツールとして装着し、温度を２００℃まで上げた状態で、ＡＣＦを融かし、ガラス基板と加熱圧着したところ、平面度が高いために良好な接合を行うことができた。平面度は圧着面の５０ｍｍ×３ｍｍの大きさに対して２．５μｍであった。算術平均粗さはＲａ０．０２μｍと良好であり、また、圧着ツールへのＡＣＦの溶着も全く起きなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る加熱圧着用ツールによれば、平面度が極めて高く、精密な接合が可能であり、また、従来のフッ素樹脂被膜を有する加熱圧着用ツールと比較しても、溶融金属や樹脂が圧着作業面に付着しないので、圧着作業面と半導体素子との平行度が良好であり、押圧力が均一に作用し、加熱溶融接着を安定化させることができる。
この技術は特にフリップチップの基板への接合や、ＡＣＦの圧着、液晶ドライバの接合などに好適する。
【産業上の利用分野】
本発明は、フリップチップと搭載基盤の圧着、液晶ドライバと液晶ガラス板の圧着など加熱圧着を行う際に使用する加熱圧着用ツール及びその製造方法に関し、詳しくは、その圧着面の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加熱圧着用ツールには、圧着面にダイヤモンド膜をコーティングしたものがあるが、従来の加熱圧着用ツールでは、耐熱性樹脂膜を形成したままの状態にて使用するために、平面度が充分でなく、また付着した溶融合金を除去する際の耐摩耗性は向上できるものの、根本原因である溶融合金の付着は防止することができず、加熱圧着用ツールの維持管理費が増大し、不経済なものとなる欠点があった。
また、特許文献１に示すように、圧着ツールの表面にフッ素樹脂コーティングを施して、半田などの溶融金属の付着を防止する技術が開示されている。しかし、コーティングされた圧着面は平面度が充分に高くなく、近年求められている高精度の圧着には不十分である。また、フッ素樹脂コーティング後のフッ素樹脂被膜の表面には、化学的に不安定な反応基を有するので金属溶着の対策を行わないと、半田などの溶融金属の付着を防止するには充分でなく、使用直後より溶着が目立つようになる。
【特許文献１】
特開平０７−３０２８１８号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、圧着面の平面度を上げるとともに、加熱時に半田や樹脂などとの溶着を防いだ加熱圧着用ツール及びその製造方法を提供し、加熱溶融接着の安定化、経済性の向上を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る加熱圧着用ツールの構成は、フリップチップ上に配設された接続端子と基板とを接合する加熱圧着用ツールや、液晶ドライバと液晶ガラス板との接合に使用する加熱圧着用ツールなどにおいて、耐熱耐付着性樹脂膜を圧着ツールの圧着面に形成したことを特徴とするものである。本発明に係る加熱圧着用ツールは、シルク印刷技術などを用いて耐熱耐付着性樹脂膜を圧着ツールの圧着面に形成する加熱圧着用ツールであって、塗着したフッ素樹脂またはシリコン樹脂を固化し、その表面に加工を行ったことを特徴とするものである。
耐熱耐付着性の被膜は、溶融金属や樹脂と反応性が極めて小さく濡れない、本発明に示すフッ素樹脂またはシリコン樹脂のいずれかが最も適している。
また、本発明は形成された樹脂の表面を除去していることを特徴とする。除去することにより、被膜形成時の化学的に不安定な被膜表面の付着性反応基が除かれ、他の材料と付着しにくくなり、被膜の面状態を均一にすると共にその平面度を向上させることができる。ツールの平面度は接合加工の精度や、速度に直接影響するために、高ければ高いほどよい。また、被膜表面の除去方法としては水などの冷却媒体を被膜に吹き付けながらの平面研削、平面研磨すれば、付着性の反応基が被膜表面に形成されず好適である。
【０００５】
さらに、その皮膜の面粗度は算術平均粗さがＲａ１０μｍ以下（ＪＩＳ規格１９９４年度版）である必要がある。面粗度がこれより粗ければ、被膜と溶融金属、樹脂との接触面積が大きくなり、溶融金属、樹脂が溶融、冷却の際に面の凹凸に合わせて変形して冷却ムラが起こりやすくなる。
【０００６】
加熱圧着用ツールでは、圧着面に耐熱性樹脂膜が形成され、溶融金属や樹脂と濡れない性質が圧着作業面に生じることになり、圧着ツールの加熱圧着作業時、溶融金属や樹脂が圧着作業面に付着しなくなる。加熱圧着用ツールの製造方法では、シルク印刷技術を利用することによって、耐熱性樹脂膜が圧着ツールの所定の領域に、均一化された膜厚で形成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱圧着用ツールは表面の少なくとも圧着部にフッ素樹脂もしくはシリコン樹脂の耐熱性樹脂膜を有す。
フッ素樹脂は、ポリエチレンの分子構造における単量体であるエチレンの四つの水素が全部、または三つだけフッ素となるものである。従って、フッ素樹脂には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）も含まれる。
また、シリコン樹脂は樹脂や溶融金属などの融点以上（使用温度以上）での耐熱性を持つものであれば、その種類は特に問わない。
このように、圧着面にフッ素樹脂からなる耐熱耐付着性樹脂膜が形成された圧着ツールでは、圧着作業面に溶融金属をはじく性質が生じることになり、圧着ツールの加熱圧着作業時、溶融金属や樹脂が圧着作業面に付着しなくなる。
本発明に用いる耐熱耐付着性樹脂膜は、圧着ツール基材にプリント配線板などの製造に用いられるシルク印刷技術によって形成することができる。その後に加熱乾燥を行い固化させることにより、表面にフッ素樹脂を得ることができる。なお、耐熱耐付着性樹脂膜の形成方法としては、上述のシルク印刷技術による他、蒸着によって形成する方法などでであってもよく、その方法は問わない。
また、圧着ツールの基材としては、鉄材、ステンレス材料、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミ、酸化アルミ、酸化珪素など、用途に応じてさまざまな材料から選択することができ、それらを表面にコーティングした材料も同様に好適する。
次に、得られた耐熱耐付着性樹脂被膜表面に加工を加える。加工はダイヤモンド砥石などを用いた研削加工、セラミックスやダイヤモンドの砥粒を用いた砥粒加工などが好適し、その場合の平面度は従来のコーティングのみでは得られなかった圧着面に対して０．１μ以下も可能である。この加工により、本発明の加熱圧着用ツールは充分な平面度を得ることができ、より精密な接合に対応できる。
除去する厚さは０．０５μｍ以上の必要がある。０．０５μｍ未満であれば反応基が表面に残る可能性がある。
また、本発明に示す耐熱耐付着樹脂被膜が圧着面に形成された圧着ツールは、圧着作業面に半田などの溶融金属と濡れない性質が生じることになり、溶融金属が圧着作業面に付着しなくなる。
以下実施例により、より詳細に本発明を説明する。
【０００８】
【実施例】
（実施例１）
窒化アルミを主原料とする、フリップチップ用圧着ツールに耐熱耐付着性樹脂被膜として、シルク印刷技術によってＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）膜を形成した。その後に５０℃の大気中にて加熱乾燥を行い固化させることにより表面にＰＦＡ膜を得ることができた。膜の厚さは約３０μｍであった。
次に、得られた耐熱耐付着樹脂被膜表面に加工を加えた。加工はカップ形状のダイヤモンド砥石を有す平面研削盤で行い、砥石は＃１０００番のものを用いた。研削加工後に膜厚を測定したところ、約２０μｍであった。
この圧着ツールを、フリップチップ用圧着ツールに装着し稼働し、温度を２５０℃まで上げた状態で加熱圧着したところ、平面度が高いために良好な接合を行うことができた。加熱圧着した面は、算術平均粗さがＲａ０．３μｍであり平面度は圧着面の８ｍｍ×８ｍｍの大きさに対して０．０２μｍであった。また、使用時の半田の溶着も全く起きなかった。
【０００９】
（比較例１）
実施例１と同様にして圧着ツール試料を作製し、ＰＦＡ膜表面の加工は行わなかった。
実施例１と同様の実験を行った結果、面粗さは算術平均粗さＲａ１．０μｍと良好であったが、平面度は２２μｍであり、圧着面に均等に圧力を加えることはできず、精度の高い圧着はできなかった。
【００１０】
（比較例２）
実施例１と同様の試料にＰＦＡの膜を形成していない試料を作製した。
窒化アルミ部の加工により、平面度は０．０５μｍと優れていたが、接合の際に半田がツールの圧着面に付着し、頻繁に除去する必要が生じた。
【００１１】
（比較例３）
実施例１と同様にして圧着ツール試料を作製し、ＰＦＡ膜表面の加工を高速度鋼製のスローアウェーチップを複数装着したフライス盤にて行なった。
実施例１と同様の実験を行った結果、面粗さは算術平均粗さＲａ１２μｍと粗い面であった。圧着面に均等に圧力を加えることはできず、その結果、精度の高い圧着はできなかった。
【００１２】
（実施例２）
窒化珪素を主原料とする、液晶ドライバ用圧着ツールに、耐熱耐溶着樹脂被膜としてＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）の蒸着膜を形成した。その後に８０℃の大気中にて加熱乾燥を行い固化させることにより表面にＰＴＦＥ膜を得ることができた。膜の厚さは約１０μｍであった。
次に、得られたＰＴＦＥ膜に加工を加えた。加工は炭化珪素砥粒にて砥粒研削を行った。研削加工後に膜厚を測定したところ、約５μｍであった。
この圧着ツールを、液晶ドライバ用圧着ツールとして装着し、温度を２６５℃まで上げた状態で、液晶ドライバとガラス基板を両者間の半田により加圧圧着したところ、圧着ツール平面度が高いために良好な接合を行うことができた。面粗さは算術平均粗さＲａ０．６μｍと良好であり、また、平面度は圧着面の５０ｍｍ×３ｍｍの大きさに対して２．０μｍとやはり良好であった。
使用時のＰＴＦＥの溶着も全く起きなかった。
【００１３】
（実施例３）
窒化珪素を主原料とするＡＣＦ（異方導電性フィルム）貼り付け用圧着ツールに、耐熱耐付着性樹脂被膜としてシリコン樹脂の蒸着膜を形成した。その後に５０℃の大気中にて加熱乾燥を行い固化させることにより表面にシリコン樹脂膜を得ることができた。膜の厚さは約１０μｍであった。
次に、得られたシリコン樹脂膜に加工を加えた。加工は炭化珪素砥粒にて砥粒研削を行った。研削加工後に膜厚を測定したところ、約５μｍであった。
この圧着ツールを、ＡＣＦをガラス基板に貼り付けるための圧着ツールとして装着し、温度を２００℃まで上げた状態で、ＡＣＦを融かし、ガラス基板と加熱圧着したところ、平面度が高いために良好な接合を行うことができた。平面度は圧着面の５０ｍｍ×３ｍｍの大きさに対して２．５μｍであった。算術平均粗さはＲａ０．０２μｍと良好であり、また、圧着ツールへのＡＣＦの溶着も全く起きなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る加熱圧着用ツールによれば、平面度が極めて高く、精密な接合が可能であり、また、従来のフッ素樹脂被膜を有する加熱圧着用ツールと比較しても、溶融金属や樹脂が圧着作業面に付着しないので、圧着作業面と半導体素子との平行度が良好であり、押圧力が均一に作用し、加熱溶融接着を安定化させることができる。
この技術は特にフリップチップの基板への接合や、ＡＣＦの圧着、液晶ドライバの接合などに好適する。
Claims (2)
- 部品を加熱圧着するための圧着面と、その圧着面を加熱するための加熱部とを有する加熱圧着用ツールにおいて、
その圧着面に表面の付着性反応基を有する層が除かれた耐熱耐付着性のフッ素樹脂またはシリコン樹脂のいずれかの皮膜を有し、
その皮膜の算術平均面粗さがＲａ１０μｍ以下であることを特徴とする加熱圧着用ツール。 - 部品を圧着するための圧着面と、その圧着面を加熱するための加熱部とを有する加熱圧着ツールの圧着面に耐熱耐付着性のフッ素樹脂またはシリコン樹脂を被覆した後、平面研削または平面研磨によりその表面層を少なくとも０．０５μｍ以上除去し、その算術平均面粗さをＲａ１０μｍ以下にすることを特徴とする加熱圧着用ツールの製造方法。
以上
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