JP2000031633A - 配線基板のはんだバンプ平坦化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリップチップ用はんだバンプを平坦化する
場合に、配線基板の反りを抑制してはんだバンプ頂点の
平面度を向上させ、半導体チップの接合信頼性を向上さ
せる。 【解決手段】 配線基板のボンディング用導体パターン
上に形成されたはんだバンプに、加熱した平坦化用治具
を押圧してはんだバンプの頂点を平坦化した後、平坦な
平面を持つ上・下型間にこの基板を挟んで平坦に保持し
つつ冷却する。平坦化処理後に基板全体をさらに均一に
加熱してから、平坦に押圧しつつ冷却してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フリップチップ
用はんだバンプを有する配線基板のはんだバンプ平坦化
方法と装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路を形成した半導体チップの電極
を、パッケージの外部リード端子に接続する方法として
金線やアルミニウム線（ワイヤ、細線）を用いたワイヤ
ボンディング法が従来広く用いられていた。また実装密
度の高度化に伴い、ワイヤを用いないワイヤレスボンデ
ィング方式も従来より種々提案され、用いられている。

【０００３】ワイヤレスボンディング法の１つとしてフ
リップチップ方式が知られている。このフリップチップ
方式は、半導体チップの電極を有する面（アクティブフ
ェース）を下向きにして、配線基板に形成した回路ボン
ディング用導体パターンに接続するものである。この方
式には半導体チップの電極にバンプ（突起電極）を設け
る方式（バンプ方式）と、配線基板の導体パターン上に
盛り上げた電極（フリップチップパッド）を設ける方式
（ペディスタル方式）とがある。

【０００４】後者のペディスタル方式では、例えば配線
基板の導体パターン上に供給したはんだボールあるいは
クリームはんだをリフローさせることによりパッドを形
成することができる。しかしこの場合パッドのはんだバ
ンプの高さが不揃いになる。このバンプの高さに不揃い
があると、半導体チップとの接合の信頼性が低下する。
例えば半導体チップの電極を二次元に格子状に配列して
高密度に形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）とし
た場合に、問題になる。

【０００５】そこで配線基板の導体パターンに形成した
多数のはんだバンプに加熱した平坦化用治具を押圧する
ことによりはんだバンプの頂点を平坦化し、全てのはん
だバンプの頂点が同一平面上に乗るように処理（平坦化
処理）することが提案されている。例えば特開平１０−
５６２５６号には、配線基板自身に反り（そり）がある
場合に、その反りをそのままに残してはんだバンプの頂
点だけを同一平面上に揃えることが提案されている。す
なわち例えば基板が山反りの時には反った領域の中央付
近のはんだバンプを低くし、反った部分の周囲のはんだ
バンプを高くすることにより、はんだバンプ頂面を共通
の平面上に揃えるものである。

【０００６】

【従来技術の問題点】しかしはんだバンプの平坦化には
平坦化用治具を加熱して基板に押圧することが必要であ
り、この時はんだバンプ付近だけを加熱することもある
し、基板全体を加熱することもある。従って平坦化処理
を終った後の冷却過程で基板の反りが変化し易いという
問題があった。

【０００７】この反りは冷却条件の不揃いにより変化す
るため、平坦化した後のはんだバンプの平面度が悪くな
るという問題が生じる。このためこの配線基板のパッド
に半導体チップを接合した場合に、接合の信頼性が低下
するという問題もあった。

【０００８】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、フリップチップ用はんだバンプを平坦化す
る場合に、配線基板の反りを修正してはんだバンプ頂点
の平面度を向上させ、半導体チップの接合信頼性を向上
させることができ、また平坦化処理に連続して基板の反
り修正を行うことにより処理時間の延長を最小限に抑え
ることができる配線基板のはんだバンプ平坦化方法を提
供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に
直接使用する装置を提供することを第２の目的とする。

【０００９】

【発明の構成】この発明によれば第１の目的は、フリッ
プチップ法に用いる配線基板のはんだバンプ平坦化方法
において、（Ａ）前記配線基板のボンディング用導体パ
ターン上に形成されたはんだバンプに、加熱した平坦化
用治具を押圧してはんだバンプの頂点を平坦化し、
（Ｂ）互いに平坦な平面を持つ上型および下型間に前記
工程（Ａ）で平坦化処理した配線基板を挟み平坦に保持
しつつ冷却することにより前記配線基板の反りを修正す
る、ことを特徴とする配線基板のはんだバンプ平坦化方
法、により達成される。

【００１０】ここに平坦化処理における基板の加熱が不
十分あるいは加熱が不均一である場合には、この平坦化
処理の後で基板を上・下型間に挟んで全体を均一に加熱
し、この加熱した基板を別の上・下型間に挟んで冷却
し、基板の反りを修正するのが望ましい。

【００１１】第２の目的は、フリップチップ法に用いる
配線基板のはんだバンプ平坦化装置において、ボンディ
ング用導体パターン上にはんだバンプが形成された前記
配線基板を、下型と平坦化用治具との間に挟み、前記平
坦化用治具は前記ハンダバンプの外側で前記配線基板に
当接しはんだバンプを加熱押圧して一定高さに平坦化す
る平坦化処理部と；前記平坦化処理部ではんだバンプを
平坦化した前記配線基板を下型と上型との間に挟んで冷
却することにより前記配線基板の反りを修正する押圧冷
却部と；前記配線基板を前記平坦化処理部および前記押
圧冷却部に搬入・搬出する搬送手段と；を備えることを
特徴とする配線基板のはんだバンプ平坦化装置、により
達成される。

【００１２】この場合に、平坦化処理部で平坦化処理し
た基板をさらに上・下型に挟んで均一に加熱する加熱部
を追加し、ここで加熱した基板を押圧冷却部で冷却する
ようにすれば、基板の加熱・冷却は一層均質に行われる
ことになり、望ましい。なお押圧冷却部で用いる上型と
下型には、シリコンゴムなどの耐熱性に優れる弾性シー
トを貼付しておくのが望ましい。

【００１３】この弾性シートは上・下型が基板に接触し
た時の熱衝撃（ヒートショック）を緩和して基板を保護
する機能を有するからである。またこの弾性シートは上
型が基板上の平坦化ずみのはんだバンプに直接接触して
はんだバンプを傷めるのを防止できるからである。弾性
シートは押圧冷却部の上・下型だけでなく、加熱部を付
加した装置ではこの加熱部の上・下型にも貼っておくの
が望ましい。

【００１４】

【実施態様】図１は本発明の処理工程説明図、図２は平
坦化装置全体の概念図、図３は平坦化処理部の分解斜視
図、図４は平坦化処理の動作説明図、図５は平坦化処理
によるはんだバンプの形状変化を説明する図である。ま
た図６は搬送装置の動作説明図、図７は同じく搬送装置
の構造を示す図である。

【００１５】図２，６において符号１０は平坦化処理
部、１２は加熱部、１４は押圧冷却部である。平坦化処
理部１０は、上型１０Ａと下型１０Ｂとを備える。上型
１０Ａには平坦化用治具１６が一体に固定されている。
上型１０Ａはエアシリンダ１８により昇降可能である。
上型１０Ａおよび下型１０Ｂはそれぞれ電気ヒータ２
０，２２によって加熱可能である。

【００１６】ここに用いる配線基板２４は、図３に示す
ように約５cm ×１０cm の長方形であり、厚さは０．８
〜１．６mm 程度である。この基板２４にはフリップチ
ップ用はんだバンプ群２６，２６が基板２４の長手方向
に島状に離れて形成されている。すなわちこれらのはん
だバンプ群２６，２６は、プリント配線板と同様な製法
により形成された導体パターン２８（図５）の上にはん
だを盛り上げた多数のはんだバンプ３０（図４，５）を
格子状に高密度に配列したものである。それぞれのはん
だバンプ３０は、この基板２４に実装する半導体チップ
（図示せず）の電極配置に対応させるのは勿論である。

【００１７】平坦化処理部１０の平坦化用治具１６に
は、図３，４に示すように、各はんだバンプ群２６，２
６に対応する溝３２，３２が形成されている。この平坦
化用治具１６は、下型１０Ｂに保持した基板２４に対し
て所定位置に位置決めされる（図４（Ａ））。すなわち
この平坦化用治具１６を押圧した時に、この溝３２以外
の下面が基板２４に当接し、同時にこの溝３２内の下面
がはんだバンプ３０に接触してはんだバンプ３０の頂点
を押圧するように位置決めされる（図４（Ｂ））。なお
上型１０Ａおよび下型１０Ｂは電気ヒータ２０，２２に
よってはんだバンプ３０の溶触点以下の温度に加熱され
ている。

【００１８】このため平坦化用治具１６を基板２４に押
圧すれば、はんだバンプ３０の頂部は図５（Ａ）の状態
から図５（Ｂ）のように加圧されて、図５（Ｃ）に示す
ように平坦につぶされる。この結果各はんだバンプ群２
６，２６のはんだバンプ３０は同一平面上に揃う。この
ようにはんだバンプ３０の頂部を平坦化した後、直ちに
上型１０Ａを上昇させて自然冷却させると、基板２４は
反ってしまう。例えば平坦化処理前の基板２４が図４
（Ａ）に示すように下に凸となるように反っている場合
には、上型１０Ａを上昇させる際に基板２４は元の反り
に戻ってしまう。

【００１９】この発明ではこの反りを防ぐために、加熱
部１２で基板２４を均一に加熱し、押圧冷却部１４で基
板２４を平坦に保持したまま冷却するものである。以下
これら加熱部１２、押圧冷却部１４、および搬送手段６
０につき説明する。

【００２０】加熱部１２は図２に示すように上型１２Ａ
と下型１２Ｂを持ち、これらの平坦な対向面にはシリコ
ンゴムなどの弾性シート４０，４０が貼着されている。
またこれら上型１２Ａと下型１２Ｂはそれぞれ電気ヒー
タ４２，４２で加熱可能である。上型１２Ａはエアシリ
ンダ４４によって上下に昇降可能である。

【００２１】押圧冷却部１４は上型１４Ａと下型１４Ｂ
とを持ち、これらの平坦な対向面にはそれぞれシリコン
ゴムなどの弾性シート４６，４６が貼着されている。こ
れらの上型１４Ａおよび下型１４Ｂには冷却液の流路４
８，４８が設けられている。これらの流路４８，４８に
は図示しない冷却液供給手段から冷却液が供給され、こ
の冷却液の循環によって上型１４Ａおよび下型１４Ｂは
冷却される。上型１４Ａはエアシリンダ５０によって昇
降可能であり、特に下降方向には上型１４Ａの自重を利
用して基板２４に対する所定の押圧力を得るようにして
いる。

【００２２】搬送手段６０は図２，６に示すように、直
線上に沿って配列された平坦化処理部１０，加熱部１２
および押圧冷却部１４に、順番に基板２４を送るもので
ある。すなわちこれら平坦化処理部１０、加熱部１２お
よび押圧冷却部１４の下型１０Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂに
は、これらの配列方向に沿って複数列の溝６２が形成さ
れ、これらの溝６２内およびその上方でワイヤ６４を上
下動および水平動させることにより基板２４を搬送する
ものである。

【００２３】ここに下型１０Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂに形成
する複数の溝６２は、図３に示すように基板２４の幅内
に位置する。なお下型１２Ｂ、１４Ｂの溝も下型１０Ｂ
の溝６２と同じであるからその図示は省くが、これらの
下型１２Ｂ、１４Ｂに貼った弾性シート４０，４０はこ
れらの溝６２に対応する位置が切り離されてワイヤ６４
が上下に通過できるようにしているのは勿論である。

【００２４】複数のワイヤ６４は図７に示すように、複
数の支持ロッド６６の両端から上方に起立した端部間に
貼り渡されている。複数の支持ロッド６６は基台６８上
で水平移動可能な可動台７０の上面に上下動可能に支持
されている。すなわち可動台７０はエアシリンダ７２に
よって基台６８に対し水平に移動可能であり、複数の支
持ロッド６６はこの可動台７０に対し複数のエアシリン
ダ７４によって一体となって上下動する。

【００２５】これらの支持ロッド６６の位置は、図６に
示すように制御される。すなわちワイヤ６４の左端の位
置を基準にしてワイヤ６４はａ→ｂ→ｃ→ｄの移動を繰
り返す。今下型１０Ｂ、１２Ｂに基板２４があるものと
する。位置ａではワイヤ６４は下型１０Ｂ、１２Ｂ、１
４Ｂの溝６２内に入る（図６の（Ａ）の状態）。位置ａ
から上昇した位置ｂでは、ワイヤ６４は溝６２から上方
へ離れ、この時基板２４の下面に接触して基板２４を下
型１０Ｂ、１２Ｂから持ち上げる（図６の（Ｂ）の状
態）。ワイヤ６４がこの位置ｂから図６で右方向へ水平
移動して位置ｃに来ると、持ち上げられた基板２４は隣
の下型１２Ｂ、１４Ｂの上に移動する（図６の（Ｃ）の
状態）。

【００２６】ワイヤ６４が位置ｃから位置ｄに下降して
溝６２内に入ると、基板２４は下型１２Ｂ、１４Ｂに載
る（図６の（Ｄ）の状態）。ワイヤ６４が位置ｄから位
置ａに水平に戻る時には、ワイヤ６４は溝６２内を移動
するから、基板２４は移動しない（図６の（Ｅ）の状
態）。このようにワイヤ６２を位置ａ〜ｄ間で順に移動
させることにより、基板２４を順送りすることができ
る。

【００２７】以上のように構成された平坦化装置の動作
を、図１，２を用いてまとめて説明する。まず搬送手段
６０によって、平坦化処理部１０に隣接する基板供給部
（図示せず）から基板２４が平坦化処理部１０に供給さ
れ、下型１０Ｂ上に正しく位置決めされて配置される
（図１の（Ａ））。シリンダ１８によって上型１０Ａが
下降し、平坦化用治具１６が基板２４に押圧される。な
お上型１０Ａおよび下型１０Ｂはヒータ２０，２２によ
って予め所定温度に加熱されてあるものとする。

【００２８】平坦化用治具１６が基板２４のはんだバン
プ群２６に当たると、はんだバンプ３０の頂部が押圧さ
れ、平坦化される（図１の（Ｂ））。平坦化処理が終る
と上型１０Ａが上昇し、搬送手段６０はこの基板２４を
隣の加熱部１２に送る（図１の（Ｃ））。この加熱部１
２の上型１２Ａおよび下型１２Ｂはヒータ４２によって
一定温度に予め加熱されている。上型１２Ａの下降によ
り基板２４は上型１２Ａと下型１２Ｂの弾性シート４
０，４０間に挟まれて加熱される（図１の（Ｄ））。

【００２９】この時弾性シート４０，４０は平坦化した
はんだバンプ３０の変形を防ぎ、また上型１２Ａおよび
下型１２Ｂが直接基板２４に接触する場合に予想される
熱衝撃を緩和して、基板２４を保護する。この加熱部１
２で基板２４は全体が均一に加熱される。

【００３０】均一に加熱された基板２４はさらに押圧冷
却部１４に送られる（図１の（Ｅ））。この押圧冷却部
１４では上型１４Ａおよび下型１４Ｂは予め冷却されて
いるから、上型１４Ａがその自重によって下降すると、
基板２４は弾性シート４６，４６間に挟まれ、平坦に保
持された状態で全体が均一に冷却される。この結果基板
２４の反りが矯正される。なお弾性シート４６，４６は
冷えた上型１４Ａ、下型１４Ｂが直接基板２４に接触す
る場合に予測される熱衝撃を緩和し、はんだバンプ３０
の変形を防止する。

【００３１】以上説明した実施態様では、平坦化処理部
１０の後に加熱部１２を設けているので、基板２４を一
層均一に加熱することができ、その後押圧冷却部１４で
基板の反りを矯正する効果が増大する。しかし平坦化処
理部１０における基板２４の加熱が十分にかつ均一に行
われている場合には、この加熱部１２を省くことができ
る。また平坦化処理部１０は上型１０Ａと下型１０Ｂと
を共に加熱しているが、上型１０Ａだけを加熱しておく
ことも可能であり、この場合には加熱部１２を省くこと
は望ましくない。押圧冷却部１４は予め上型１４Ａおよ
び下型１４Ｂを冷却しておけば処理時間の短縮に適する
が、基板２４を挟んで押圧してから冷却を開始するよう
にしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、配線基
板に形成したはんだバンプに、加熱した平坦化用治具を
押圧してはんだバンプを平坦化した後、この基板を平坦
な上・下型間に挟んで冷却することにより基板の反りを
修正するものであるから、平坦化処理後の基板の反りを
抑制してはんだバンプの平面度を向上させることができ
る。このため半導体チップを接合した場合の信頼性を向
上させることができる。

【００３３】また平坦化処理に連続して押圧冷却するこ
とにより基板の反りを修正するから、平坦化処理時の加
熱を利用して反り修正のための加熱に要する時間を短縮
でき、処理時間の延長を最小限に抑えることができる。
請求項３の発明によれば、この方法の実施に直接使用す
る装置が得られる。

【００３４】ここに平坦化処理の後で基板を均一に加熱
する工程を追加すれば、押圧冷却に先行して基板の全体
を均一に加熱することができる。このため均一に加熱し
た基板を均一に押圧冷却することにより、基板の反りは
一層確実に修正され得る（請求項２）。請求項４の発明
によればこの方法の実施に直接使用する装置が得られ
る。

【００３５】押圧冷却部の上型および下型は、基板を押
圧する面を平坦にし、この平坦な面には弾性シートをそ
れぞれ貼っておくのがよい（請求項５）。この弾性シー
トは、基板に加わる熱衝撃を緩和すると共に基板のはん
だバンプの変形を防ぐことにより基板を保護することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理工程説明図

【図２】平坦化装置全体の概念図

【図３】平坦化処理部の分解斜視図

【図４】平坦化処理の動作説明図

【図５】平坦化処理によるはんだバンプの形状変化を説
明する図

【図６】搬送装置の動作説明図

【図７】同じく搬送装置の構造を示す図

【符号の説明】

１０ 平坦化処理部 １２ 加熱部 １４ 押圧冷却部 １６ 平坦化用治具 １０Ａ、１２Ａ、１４Ａ 上型 １０Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂ 下型 ２４ 配線基板 ２６ はんだバンプ群 ３０ はんだバンプ ４８ 冷却液流路 ６０ 搬送手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フリップチップ法に用いる配線基板のは
   んだバンプ平坦化方法において、 （Ａ）前記配線基板のボンディング用導体パターン上に
   形成されたはんだバンプに、加熱した平坦化用治具を押
   圧してはんだバンプの頂点を平坦化し、 （Ｂ）互いに平坦な平面を持つ上型および下型間に前記
   工程（Ａ）で平坦化処理した配線基板を挟み平坦に保持
   しつつ冷却することにより前記配線基板の反りを修正す
   る、ことを特徴とする配線基板のはんだバンプ平坦化方
   法。
2. 【請求項２】 フリップチップ法に用いる配線基板のは
   んだバンプ平坦化方法において、 （ａ）前記配線基板のボンディング用導体パターン上に
   形成されたはんだバンプに、加熱した平坦化用治具を押
   圧してはんだバンプの頂点を平坦化し、 （ｂ）工程（ａ）で平坦化処理を行った配線基板を加熱
   した上型および下型間に挟持して均一に加熱し、 （ｃ）互いに平行な平面を持つ上型および下型間に前記
   工程（ｂ）で加熱した配線基板を挟み平坦に保持しつつ
   冷却することにより前記配線基板の反りを修正する、こ
   とを特徴とする配線基板のはんだバンプ平坦化方法。
3. 【請求項３】 フリップチップ法に用いる配線基板のは
   んだバンプ平坦化装置において、 ボンディング用導体パターン上にはんだバンプが形成さ
   れた前記配線基板を、下型と平坦化用治具との間に挟
   み、前記平坦化用治具は前記ハンダバンプの外側で前記
   配線基板に当接しはんだバンプを加熱押圧して一定高さ
   に平坦化する平坦化処理部と；前記平坦化処理部ではん
   だバンプを平坦化した前記配線基板を下型と上型との間
   に挟んで冷却することにより前記配線基板の反りを修正
   する押圧冷却部と；前記配線基板を前記平坦化処理部お
   よび前記押圧冷却部に搬入・搬出する搬送手段と；を備
   えることを特徴とする配線基板のはんだバンプ平坦化装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３の配線基板のはんだバンプ平坦
   化装置において、さらに前記平坦化処理部ではんだバン
   プを平坦化した前記配線基板を下型および上型の間に挟
   んで均一に加熱する加熱部を備え、前記搬送手段はこの
   加熱部で加熱した配線基板を押圧冷却部へ搬入し押圧冷
   却部へ搬送する配線基板のはんだバンプ平坦化装置。
5. 【請求項５】 押圧冷却部の上型および下型は、前記配
   線基板に対向する面が平坦であり、この平坦な面に弾性
   シートがそれぞれ貼られている請求項３または４の配線
   基板のはんだバンプ平坦化装置。