熱圧着（TCB）とは

THEME 06 後工程・パッケージ · 後工程・先進パッケージングThermal Compression Bonding

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熱圧着とは、チップの位置を合わせて基板へ搭載すると同時に、熱と圧力を加えてはんだを溶かし、端子へ押し付けて接合する方法です。 熱と力を同時にかけます。

端子のピッチが狭く、チップが薄くなるほど、自重と表面張力に頼る接合は反りに負けてしまいます。熱圧着は荷重で反りを平らに保つかわりに、1個ずつ接合する時間を払います。

荷重は加熱の前からかかり、冷えて固まるまで続く

手順

熱圧着は、搭載と同時に熱及び圧力を加え、はんだを溶かしながら基板の端子に押し付けて接合します。

手順は、位置合わせ、荷重、加熱、冷却の順に進みます。荷重は加熱の前からかかり、冷えて固まるまで保たれます。名前の「圧着」はこの荷重を指し、はんだを溶かすことと端子へ押し付けることが、搭載と同じ一手の中で起きます¹。

リフローは自重と表面張力に任せ、熱圧着は荷重で反りを押さえる

対比

同じ「はんだを溶かす」でも、力のかけ方と一度に流せる数が異なります。

リフローは炉へ入れて一括で溶かします。力として働くのはチップの自重と、溶けたはんだの表面張力だけです。一度に多数を流せるため速さで有利ですが、反りが大きいと、端の端子が基板まで届きにくくなります。

熱圧着はツールで1個ずつ接合します。反りを平らに保ったまま固められる代わりに、1個ずつ時間を払います。

NCFやNCPを先に敷けば、隙間は接合と同時に埋まる

NCFは、半導体チップの電極面と基板の回路面の三次元実装に用いられる、接着と絶縁の機能を同時に持つフィルム状の材料で¹、アンダーフィルの機能を兼ねます。NCPは同じ機能を持つペースト状の材料です。どちらも接合の前にチップと基板の間へ入れておけるので、接合と同時に隙間が埋まり、後から流し込む工程を1つ減らせます。

異種金属の接合は、初期の出来と長期の劣化を別々に追う

ワイヤボンディングは、チップ表面電極であるAlパッドとインナーリードの間を金属細線で結線します²。Au-Alの異種金属の接合では、金属間化合物の形成による、構造的に付いて回る長期的な寿命の劣化現象が起きます。一方で、ワイヤボンディングの自動化は作業者による品質のばらつきを排除し、製造時の初期接合不良を大幅に減少させました。組み立ての接合は、初期の出来と長期の変化を別々に追うことになります。

荷重を強めるほど接合は確かになり、薄いチップは割れやすくなる

荷重をかけながら溶かせば、反りが残ったチップでも端子が届きます。NCFを敷いておけば隙間を埋める工程が減るものの、材料費と貼り付けの工程が加わります。荷重を強くすれば接合は確かになりますが、薄いチップでは割れの危険が上がります。

よくある質問（FAQ）

熱圧着とは何ですか？

チップの位置合わせをして基板に搭載すると同時に熱及び圧力を加え、はんだを溶かしながら基板の端子に押し付けて接合する方法です。

リフローとは何が異なりますか？

リフローは炉へ入れて一括で溶かします。熱圧着はツールで1個ずつ、荷重と熱を同時にかけます。

なぜ荷重をかけるのですか？

チップや基板の反りを平らに保つためです。反りが残ると、端の端子が浮いて接合から遠ざかります。

どんな場面で選ばれますか？

端子のピッチが狭く、チップが薄い場面です。自重と表面張力に頼ると、端子どうしが届きにくくなります。

何を払いますか？

時間です。1個ずつ接合するため、一度に多数を流せるリフローより、流せる速さで劣ります。

どんな材料と組み合わせますか？

NCFやNCPです。NCFは三次元実装に用いられ、アンダーフィルの機能を兼ねるフィルム状の材料で、NCPは同じ機能を持つペースト状の材料です。

ワイヤボンディングとは何が異なりますか？

ワイヤボンディングは細線でパッドとリードを結びます。熱圧着はチップの面をそのまま基板の面へ向けて接合します。

比較・違いを学ぶ

マイクロバンプとは── 接合する相手の電極
フリップチップとは── 面を向けて載せる実装
アンダーフィルとは── 隙間を埋める材料
ハイブリッドボンディングとは── 銅どうしを直に接ぐ接合

出典

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