JP2002093844A - 金属球の搭載装置および搭載方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸着ヘッドによる金属球の吸着効率を高める
ことのできる金属球の搭載装置および搭載方法を提供す
る。 【解決手段】 ガス吹出ノズル１５は、その下部が比較
的幅狭の細長い通路２１を形成するガス誘導部分２３
と、このガス誘導部分２３の上端から上方に向けて徐々
に拡開して数多くの金属球３を貯留するための貯留空間
２７を形成する金属球収容部分２９とを備えている。吸
着ヘッド１が金属球３を吸着する際、ガス吹出ノズル１
５の上方に向けて徐々に拡開する金属球収容部分２９に
収容されている金属球３が浮遊する。浮遊した金属球３
は、吸着ヘッド１の下面に達し、吸着孔５に吸着され
る。この状態つまりガス吹出ノズル１５からガスを吐出
して金属球３を浮遊させながら、ガス吹出ノズル１５は
水平方向に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を高密
度実装する技術の一つである、エリア・アレイ接続技術
において、外部電極としての金属球を半導体装置または
電子回路基板上に設けられた電極に搭載する金属球搭載
装置および搭載方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップ、半導体パッケージ、電子
回路基板上に設けられたパッド電極上に金属球を密着さ
せ、ボール、バンプと呼ばれる電極を形成する方法が多
く設けられている。これは、多数個の金属球をあらかじ
め決められた配列に従って整列させてピックアップし、
パッド電極に一括して搭載したのち、加熱処理、または
導電性ペースト、導電性接着剤による接着などによって
金属球を密着させる方法である。

【０００３】これに供される金属球搭載装置として、あ
らかじめ決められた配列に従って設けられた複数の吸着
孔を下面に有する吸着ヘッドに複数の金属球を吸着する
と同時に整列させ、ピックアップしたのち、半導体チッ
プ、半導体パッケージ、電子回路基板に設けられた電極
に搭載する、金属球の搭載装置が特開昭６１−２４２７
５９号公報に開示されている。

【０００４】この従来の金属球の搭載装置においては、
吸着孔に金属球が吸着されない吸着ミスが発生すると、
金属球が搭載されないパッド電極が発生するという問題
を含んでいる。また、その一方、吸着孔が開けられてい
ない部分に静電気などにより金属球が付着する余剰ボー
ルが発生すると、パッド電極以外の部位に金属球が搭載
されてしまう虞を含んでいる。いずれの場合も搭載ミス
であり、搭載工程における歩留まり低下の大きな要因と
なる。

【０００５】金属球を吸着孔に確実に吸着させるため、
金属球を貯留する容器にガスを導入し、吸着工程におい
て金属球貯留容器内の金属球を半ば浮遊状態にする吸着
容器が特開平５−２５９２２４号公報に開示されてい
る。この容器は、本件明細書に図３として引用するよう
に容器３内に微細多孔質板２を設け、その上に金属球１
を貯留し、送風機４により容器下部６に空気を導入し
て、金属球１を浮遊させるようにしている。この状態で
吸着ヘッド７を金属球貯留容器３内に導入し、吸着ヘッ
ド７に設けた複数の吸着孔９に金属球１を吸着し、整列
させてピックアップするようにしたものである。

【０００６】また、特開平７−３０７３４０号公報にお
いては、金属球の貯留容器上部に設けたスリット状のガ
ス吹出部７２（本件明細書に図４として引用）から金属
球１をガスと共に噴出させ、吸着ヘッド３下面に吹付け
る金属球の搭載装置が開示されている。これは、メッシ
ュ７５の全領域で、その上に貯留された金属球１を下部
からガスで吹き上げ、更にその一部を吹出部７２から上
方に噴出させて、吸着ヘッド３の下部に設けられた吸着
孔５に吸着させるものであり、そして、吸着ヘッド３を
水平方向に移動させることにより、吸着ヘッドの吸着孔
５の全てに金属球を吸着させるものである。

【０００７】特開平５−２５９２２４号公報、特開平７
−３０７３４０号公報に開示された技術は、いずれも吸
着時に金属球を浮遊させて移動させることにより、吸着
孔に金属球が遭遇する確率を高めたものである。

【０００８】しかしながら、上記の従来技術には以下に
挙げるような問題点があった。特開平５−２５９２２４
号公報に開示されている金属球貯留容器を使用した場
合、金属球貯留容器内に貯留した金属球すべてが、同時
に、一様に浮遊する。そのため、金属球同士がこすれ合
い、表面にキズが付いたり、酸化膜が形成されるという
問題があった。

【０００９】金属球貯留容器に貯留された状態からパッ
ド電極に密着させられるまでに金属球表面にキズが発生
したり、酸化膜が形成されると、加熱溶融時に金属球と
パッド電極間で発生する合金化反応を抑制し、密着性不
良を発生する。また、酸化膜は一般に導電率が低く、電
気抵抗が大きいため、金属球表面に形成された場合には
抵抗が増加し、導通不良を発生する。一方、キズが発生
した場合には、金属球とパッド電極間の接触面積が減少
して抵抗が増加し、酸化膜発生時と同様な導通不良が発
生する。同様な不良は、金属球を導電性ペースト、導電
性接着剤により密着させる場合にも発生する。

【００１０】また、貯留容器内の金属球すべてが浮遊す
るため、浮遊状態下での金属球の水平方向の移動が制限
される。そのため、吸着孔に向けて金属球が飛来しない
場合は、吸着孔が金属球を吸着できないという問題があ
った。

【００１１】さらに、同公報（特開平５−２５９２２４
号公報）に開示されている技術では、金属球貯留容器内
に貯留されている金属球が多すぎた場合、金属球が過密
な状態で浮遊する。その場合、一つの塊となって複数の
金属球が飛来すると、金属球はお互いに進路を妨害しあ
って一部の吸着孔に金属球が吸着されないという問題が
発生し易くなる。一方、金属球貯留容器内に貯留されて
いる金属球が少ない場合、金属球が疎な状態で浮遊す
る。その場合、金属球が吸着孔に到達するには水平方向
に長い距離を移動する必要があり、金属球が到達しない
吸着孔が生じるという問題が起こり易くなる。このた
め、金属球貯留容器内に貯留する金属球を厳密に管理す
る必要があった。

【００１２】すなわち、疎の状態で金属球を浮遊させな
いために、金属球貯留容器内には一定量以上の金属球を
常に貯留する必要がある。吸着工程のたびに金属球は浮
遊させられるため、お互いにこすれ合い、キズが入った
り、酸化膜が形成される。貯留量が多い場合には、金属
球は貯留容器内に貯留される時間が長くなり、吸着工程
によって擦れ合う回数が増える。その結果、キズ発生、
酸化膜形成が多くなるという問題点を含んでいる。

【００１３】また、同公報（特開平５−２５９２２４号
公報）に開示されている技術では、金属球貯留容器内に
貯留されている多量の金属球を同時に、一様に浮遊させ
る。そのため、容器内に導入する窒素、アルゴンなどの
不活性ガスまたは乾燥空気を大量に使用する必要があっ
た。これらの不活性ガス、乾燥空気は金属球表面の酸化
膜形成を抑制するためには必須であるが、高価であるた
め、ランニング・コストが高くなるという問題点があっ
た。

【００１４】一方、特開平７−３０７３４０号公報に開
示されている装置においては、金属球が吹付けられる範
囲が限られているため、水平方向における移動に対する
制限が少なくなる。その結果、吸着歩留まりを上げるこ
とができる上、使用ガス量を抑制してランニング・コス
トを抑制できた。

【００１５】しかしながら、同公報（特開平７−３０７
３４０号公報）に開示されている装置においては、金属
球は吹出部を経て吸着ヘッドに吹付けられるようになっ
ているため、吸着ヘッドに吹付けられ、吸着孔に吸着さ
れなかった金属球は、貯留部７０の上部に設けられた覆
い７４上を転がり、覆い７４外周に設けられた開口部７
８を経ると言う長い経路を経て金属球貯留容器内に回収
される。さらに、金属球は吹出口から噴出される際、高
速で吹出口の内面とこすれ合う。このため、金属球表面
のキズ発生、酸化膜形成が発生し易くなるという問題を
含む。

【００１６】また、金属球を吸着ヘッドに設けられたす
べての吸着孔に吸着させるため、吸着時に吸着ヘッドを
水平方向に移動させるようになっているため、吸着ヘッ
ドと金属球貯留容器にて密閉構造を作れない。この結
果、吸着工程を非酸化雰囲気下で行うことができず、金
属球の表面には酸化膜が形成され易くなる。

【００１７】加えて、吸着ヘッドと金属球貯留容器にて
密閉構造を作れないことから、外部に金属球が飛散する
という問題があった。さらに加えて、金属球貯留容器内
に導入されたガスは上部覆い外周の開口部７８からも噴
出するため、吸着されなかった金属球が弾き出された
り、貯留容器内部の金属球が吹き出され、飛散するとい
う問題が内在している。

【００１８】さらに、同公報（特開平７−３０７３４０
号公報）の方式によれば、金属球が比較的高速で吸着ヘ
ッドに衝突することになるため、金属球が弾き返されて
しまう。その結果、吸着歩留まりの向上には限界があっ
た。

【００１９】以上挙げた他、近年の半導体装置製造方法
の発展により、新たな課題が生じた。すなわち、近年、
半導体素子あたりの電極数が増加する傾向がある。ま
た、コストダウンを目的として、多数の半導体装置をま
とめ、一括して金属球を搭載する製法が一般化してい
る。このため、一度に搭載される金属球の数は増加の一
途にある。さらに、近年は半導体素子をウェーハから切
り出す前にパッケージ加工する、ウェーハ・レベル・パ
ッケージ技術が注目され、実用化の目処が立ちつつあ
る。このため、３〜５万個の金属球を一括して搭載でき
る金属球搭載装置が近い将来必要になる。このため、現
在以上に歩留まりを高めて従来以上に高い吸着歩留まり
を実現し、キズ発生および酸化膜形成といった様々な問
題を引き起こす要因の発生を抑制できる金属球搭載装置
が求められるようになっている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、吸
着ヘッドによる金属球の吸着効率を高めることのできる
金属球の搭載装置および搭載方法を提供することをその
課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】かかる技術的課題は、本
発明の一つの局面によれば、貯留された金属球を浮遊さ
せてこれを吸着ヘッドで吸着し、該吸着ヘッドで吸着し
た金属球を半導体装置、電子回路基板などの上に解放し
て数多くの金属球を一括して半導体装置、電子回路基板
などの上に搭載する金属球の搭載装置であって、上方に
向けて開放した容器内に収容されたガス吹出ノズルを有
し、該ガス吹出ノズルは、金属球を貯留するための上方
に向けて開放した金属球収容部分と、該金属球収容部分
の下端から下方に向けて延びてガス供給源から供給され
るガスを前記金属球収容部分に導くためのガス誘導部分
とを含み、前記ガス吹出ノズル又は前記吸着ヘッドが横
方向に移動可能であることを特徴とする金属球の搭載装
置を提供することによって達成される。

【００２２】また、本発明の他の局面によれば、貯留さ
れた金属球を浮遊させて、これを吸着ヘッドに吸着して
ピックアップし、半導体装置、電子回路基板などの上に
解放して数多くの金属球を一括して半導体装置、電子回
路基板などの上に搭載する金属球の搭載方法であって、
金属球を収容しつつガスを上方に向けて吐出するガス吹
出ノズルを用意し、該ガス吹出ノズルに収容した金属球
にガスを当てて上方に浮遊させながら、該ガス吹出ノズ
ル又は前記吸着ヘッドを移動させながら、浮遊した金属
球を前記吸着ヘッドに吸着させることを特徴とする金属
球の搭載方法を提供することによって達成される。

【００２３】本発明によれば、ガス吹出ノズルに貯留し
た金属球にガスを当ててこれを上方に浮遊させながら、
ガス吹出ノズル又は吸着ヘッドを横方向に移動させなが
ら、吸着ヘッドに金属球を吸着させるようにしてあるた
め、浮遊した金属球は、吸着ヘッドの下面つまり吸着面
に沿って横方向への移動に対する自由度を獲得し、これ
により吸着ヘッドの吸着効率つまり吸着歩留まりを向上
することができる。

【００２４】さらに貯留した金属球を局部的に浮遊させ
ると同時に、浮遊経路を短くできるため、金属球表面の
キズ発生、酸化膜形成といった歩留まり低下要因を除去
することができる。したがって、これらにより、半導体
チップ、半導体パッケージ、電子回路基板上に設けられ
たパッド電極上に高い歩留まりで金属球を搭載し、密着
させることが可能になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を好ま
しい実施例に基づき添付の図面を参照して詳述する。

【００２６】本発明に従う実施例の金属球搭載装置を図
１に示す。同図に示す参照符号１は吸着ヘッドであり、
その下面つまり吸着面には、金属球３を吸着するための
数多くの吸着孔５が設けられている。吸着ヘッド１は、
その上部に排気口７を有し、この排気口７を通じて真空
排気手段（図示せず）に連結されている。

【００２７】参照符号９は、金属球３を貯留する金属球
貯留容器を示す。金属球貯留容器９は、上方に開放し且
つガス吹出ノズル１５を収容したノズル収容空間１７を
形成している。

【００２８】ガス吹出ノズル１５は、その下部が比較的
幅狭の細長い通路２１を形成するガス誘導部分２３と、
このガス誘導部分２３の上端から上方に向けて徐々に拡
開して数多くの金属球３を貯留するための貯留空間２７
を形成する金属球収容部分２９とを備え、ガス誘導部分
２３と金属球収容部分２９との境界に、金属又は非金属
のメッシュ或いは多孔性材料などの材料で構成すること
のできる金属球落下防止手段３１を講じておくのがよ
い。このガス吹出ノズル１５は、全体として、図１の紙
面と直交する方向に延び、その長さは吸着ヘッド１の下
面つまり吸着面の図１の紙面と直交する方向の有効長さ
と実質的に同一である。ガス収容部分２９の上端の開口
面積は、吸着ヘッド１の吸着面の有効面積よりも相当に
小さい。

【００２９】ガス吹出ノズル１５の下端は、図外のガス
供給源に連結され、このガス供給源からガス吹出ノズル
１５のガス誘導部分２３に不活性ガスを供給するのが好
ましい。

【００３０】ガス吹出ノズル１５は、図外の駆動手段に
よって、図１の紙面に沿って左右に（横方向つまり水平
方向に）、吸着ヘッド１の吸着面の左右方向の有効長さ
に亘って移動可能であり、ガス吹出ノズル１５は、ガス
供給源から供給されるガスを上端開口から吐出し、貯留
されている数多くの金属球３のうち、ガス誘導部分２３
の軸線の延長線上に位置する金属球３をガスを吹き付け
て浮遊させながら左右に移動される。

【００３１】次に動作を説明する。吸着ヘッド１が図１
に（II）で示す上昇位置から、（I）で示す下降位置つ
まり吸着位置まで、金属球貯留容器９に向かって下降
し、排気口７を通じて吸着ヘッド１に接続された真空排
気手段（図示せず）を作動させることによって吸着ヘッ
ド１の吸着面に設けられた吸着孔５に金属球３ａを吸着
する。

【００３２】金属球３ａを吸着した吸着ヘッド１は、上
昇位置（II）に上昇した後、図１の（III）の搭載位置
まで移動する。吸着ヘッド１が搭載位置（III）まで移
動して半導体装置３５の上に位置すると、排気口７を通
じた真空引きが解除されて吸着ヘッド１が保持していた
金属球３ａは、半導体装置３５の上に設けられたパッド
電極上に移載される。

【００３３】吸着ヘッド１が金属球３を吸着する際、ガ
ス吹出ノズル１５の中の金属球３にガスを吹付け、ガス
吹出ノズル１５の上方に向けて徐々に拡開する金属球収
容部分２９に収容されている金属球３を浮遊させる。浮
遊した金属球３は、吸着ヘッド１の下面に達し、吸着孔
５に吸着される。この状態つまりガス吹出ノズル１５か
らガスを吐出して金属球３を浮遊させながら、ガス吹出
ノズル１５は水平方向に移動する。これにより、吸着ヘ
ッド１の下面全面に設けた吸着孔５に金属球３ａが吸着
される。

【００３４】本実施例によれば、ガス吹出ノズル１５の
中の数多くの金属球３は局部的に吹き上げられ、また、
この状態で、ガス吹出ノズル１５が水平方向に移動す
る。例えば、図２（ａ）に示すように、一つの塊となっ
た状態で吹上げられた金属球３が水平方向に移動できな
い場合にはお互いに邪魔し合って、吸着孔３に上手く吸
着されないが、本実施例によれば、比較的低密度の状態
で金属球３が吹き上げられるため、浮遊する各金属球３
は水平方向又は横方向への移動の自由度を有しているの
で、図２（ｂ）に示すように、吸着ヘッド１の下面の近
傍で個々に分離した状態となり、金属球３ａが吸着孔５
に吸着され易い。これにより、吸着ヘッド１の吸着孔５
への金属球３の吸着ミスを低減することができ、吸着ヘ
ッド１の吸着効率つまり吸着歩留まりを向上することが
できる。

【００３５】更に、本実施例によれば、ガス吹出ノズル
１５の中に収容される金属球３は、大きなボール収容容
器に収容される従来例に比べ、少量である。そのため、
容器内に収容されてから、吸着ヘッド１に吸着されて容
器外に持ち出され、半導体装置３５の電極に搭載される
までの時間を従来例より短くできる。その結果、容器内
に収納されてから吸着ヘッド１に吸着されて容器外に持
ち出される間に経る、金属球同士がこすれ合う時間を短
くできる。加えて、従来と異なり貯留部分と吸着ヘッド
１の間が開放され、何も存在していないため、ガス吹出
ノズル１５に貯留されている金属球３と吸着ヘッド１の
間隔を小さくすることができる。このため、吹き上げら
れたにも関わらず、吸着ヘッド１に吸着されなかった金
属球３が再びガス吹出ノズル１５に戻るまでの経路を短
くできる。以上のことにより、金属球３のキズ発生、酸
化膜形成を低減することができる。

【００３６】また、前記のごとく浮遊経路を短くできる
ため、吸着ヘッド１に継続的に金属球３を吹付けるのに
必要な金属球３は従来に比べて少なくてもよく、金属球
の貯留手段を構成するガス吹出ノズル１５に貯留しなけ
ればならない金属球３の数は従来に比べて少なくてもよ
い。これにより、ガス吹出ノズル１５の中に投入されて
から実際に吸着ヘッド１に吸着されるまでに経る浮遊回
数を少なくすることができるので、この観点からも金属
球３のキズ発生、酸化膜形成を低減することができる。

【００３７】本実施例において、ガス吹出ノズル１５に
供給するガスを窒素、アルゴンなどの不活性ガスとする
ことにより、金属球３表面における酸化膜形成を更に抑
制することができる。

【００３８】また、本実施例によれば、ガス吹出ノズル
１５の金属球収容部分２９に収容された金属球３は少量
であり、これら少量の金属球３が吹き上げられるので、
金属球３を吹き上げるのに必要なガス量を少なくするこ
とができ、この観点からも半導体装置３５の生産コスト
を低減させることができる。

【００３９】以上、一つのガス吹出ノズル１５を設けた
場合を例に説明したが、ガス吹出ノズル１５の数を一つ
に限定すべき制限は存在しない。容器９のノズル収容空
間１７にガス吹出ノズル１５を複数設けてもよく、これ
により、吸着ヘッド１に金属球３を吸着させる工程に要
する時間を短縮することができ、生産速度を向上するこ
とができる。

【００４０】また、上述した実施例では吸着ヘッド１を
定置させた状態でガス吹出ノズル１５を移動させるよう
にしたが、ガス吹出ノズル１５を定置し、他方、吸着ヘ
ッド１を水平方向に移動させながら金属球３を吸着する
ようにしてもよい。また、上述した実施例では、ガス吹
出ノズル１５に収容した金属球の全体にガスを当てて上
方に浮遊させるようにしたが、金属球の一部にガスを当
てて上方に浮遊させるようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸着させる金属球を局部的に浮遊させて、吸着ヘッドに
吸着させるようにしているので、金属球は吸着ヘッド下
面に沿って横方向つまり水平方向に移動する自由度を有
する。その結果、金属球が吸着孔に吸着される確率を高
めることができ、吸着効率つまり吸着歩留まりを高める
ことができる。

【００４２】また、一度に浮遊させる金属球の量が少な
く、また、浮遊したのち貯留部位に戻るまでの経路が短
いので、金属球表面のキズ発生、酸化膜形成を抑制する
ことができる。その結果、金属球の密着性の劣化、導電
性の劣化を防ぐことができる。

【００４３】さらに、浮遊させる金属球が少ないので、
浮遊に必要なガス量を低減することができ、半導体装置
の生産コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の金属球搭載装置の概略説明図
である。

【図２】本発明の実施例の作用を従来と対比して説明す
るための図である。

【図３】従来の金属球搭載装置に含まれる吸着ヘッド及
び金属球貯留容器の概略構成図である。

【図４】従来の他の金属球搭載装置に含まれる吸着ヘッ
ド及び金属球貯留容器の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 吸着ヘッド ２ 金属球貯留容器 ３、３ａ 金属球 ５ 吸着ヘッドの吸着孔 ９ 金属球貯留容器 １５ ガス吹出ノズル １７ 金属球貯留容器のノズル収容空間 ２３ ガス吹出ノズルのガス誘導部分 ２９ ガス吹出ノズルの金属球収容部分

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯留された金属球を浮遊させてこれを吸
   着ヘッドで吸着し、該吸着ヘッドで吸着した金属球を半
   導体装置、電子回路基板などの上に解放して数多くの金
   属球を一括して半導体装置、電子回路基板などの上に搭
   載する金属球の搭載装置であって、 上方に向けて開放した容器内に収容されたガス吹出ノズ
   ルを有し、 該ガス吹出ノズルは、金属球を貯留するための上方に向
   けて開放した金属球収容部分と、該金属球収容部分の下
   端から下方に向けて延びてガス供給源から供給されるガ
   スを前記金属球収容部分に導くためのガス誘導部分とを
   含み、 前記ガス吹出ノズル又は前記吸着ヘッドが横方向に移動
   可能であることを特徴とする金属球の搭載装置。
2. 【請求項２】 前記ガス吹出ノズルが、該ガス吹出ノズ
   ル又は前記吸着ヘッドの移動方向と交差する方向に延び
   ている形状を有することを特徴とする請求項２記載の金
   属球の搭載装置。
3. 【請求項３】 前記ガス吹出ノズルが、 該ガス吹出ノズル又は前記吸着ヘッドの移動方向と交差
   する方向に延びる幅狭の通路を形成するガス誘導部分
   と、 該ガス誘導部分の上端から上方に向けて徐々に拡開して
   数多くの金属球を貯留するための貯留空間を形成する前
   記金属球収容部分とを含むことを特徴とする請求項２記
   載の金属球の搭載装置。
4. 【請求項４】 貯留された金属球を浮遊させて、これを
   吸着ヘッドに吸着してピックアップし、半導体装置、電
   子回路基板などの上に解放して数多くの金属球を一括し
   て半導体装置、電子回路基板などの上に搭載する金属球
   の搭載方法であって、 金属球を収容しつつガスを上方に向けて吐出するガス吹
   出ノズルを用意し、 該ガス吹出ノズルに収容した金属球にガスを当てて上方
   に浮遊させながら、該ガス吹出ノズル又は前記吸着ヘッ
   ドを移動させながら、浮遊した金属球を前記吸着ヘッド
   に吸着させることを特徴とする金属球の搭載方法。
5. 【請求項５】 該ガス吹出ノズルに収容した金属球の一
   部にガスを当てて上方に浮遊させることを特徴とする請
   求項４に記載の金属球の搭載方法。