JP2002203867A - フリップチップアンダーフィル装置及び方法 - Google Patents

フリップチップアンダーフィル装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な量の粘性材料を連続的に供給可能なフ
リップチップアンダーフィル装置及び方法を提供する。 【解決手段】 上記課題解決のために、本発明にかかる
装置は、粘性物質を基板上に分配する装置であって、ノ
ズルと、放出口を有する粘性物質リザーバと、前記リザ
ーバの放出口と前記ノズルとの間に接続されていて前記
ノズルを通る可変量の粘性物質を計量するためのオーガ
バルブと、前記分配要素を基板の表面付近で所定のパタ
ーンに沿って動かすためのポジショナ手段と、前記基板
付近に設けられており、前記オーガバルブからの計量さ
れた量の前記粘性物質を受け取って、所定の時間間隔の
間に分配される前記物質の重量を表す信号を発生する計
量器と、前記所定パターンに沿う前記ポジショナ手段の
移動速度を調節し、前記計量器からの信号に基づいて所
望量の前記粘性物質を前記オーガバルブに排出させる制
御手段とを備えることを特徴とする装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の背景 本発明は、粘性物質を分配する際に使用される自動機器
に関する。より詳細に言えば、本発明は、好ましい実施
例において、ＦＲ４又は同様な積層基板から成るプリン
ト回路（”ＰＣ”）基板にシリコンチップを直接取り付
けるために使用されるアンダーフィル・エポキシを自動
的に分配するために使用することのできる装置及び方法
に関する。
【０００２】ＰＣ基板を製造する際には、少量の粘性物
質（すなわち、５０センチポイズよりも大きな粘度を有
する物質）を塗布する必要がある場合が多い。そのよう
な物質としては、特に限定するものではないが、例え
ば、汎用接着剤、ソルダペースト、ソルダフラックス、
ソルダマスク、グリース、オイル、カプセル材、ポッテ
ィング樹脂、エポキシ、ダイ接着ペースト、シリコー
ン、ＲＴＶ及びシアノアクリレートを挙げることができ
る。これまでの一般的な塗布方法は、スクリーン印刷
法、ピントランスファ法、及び、シリンジ又はバルブか
らの分配法を含んでいた。スクリーン印刷法は、テンプ
レートを必要とし、塗布パターンを容易に変更すること
ができない。ピントランスファ法は、比較的高速である
が、設備が高価であり且つ柔軟性がなく、線ではなく点
しか形成することができない。シリンジ分配法は、広く
使用されており、空気圧機構、電気機械的機構、又は、
容積式バルブで実行される。
【０００３】回路素子を更に小型化するために、フリッ
プチップ技術として知られる製造プロセスが開発され
た。この技術は、直接的なチップ接着又は”ＤＣＡ”と
しても知られている。この技術は、「フリップチップ」
ボンディング、基板に直接接着されたダイ、ワイヤボン
ディング、被覆されたダイ、及び、カプセル化されたダ
イを含んでいる。広く使用されているそのようなプロセ
スの一つは、ＩＢＭ社（International Business Machi
nes Corporation）が所有する複数の米国特許によって
保護されている、制御型柱状圧潰接続（controlled col
umnar collapsedconnection：”Ｃ４”）と呼ばれてい
る。
【０００４】図面を参照すると、半導体ダイ又はフリッ
プチップ１０（図１）の下側すなわち回路側には、複数
のソルダバンプ又はソルダボール１２があるパターンで
設けられている。ソルダボール１２は、ＰＣ基板又は他
の基板１６上のメッキされたソルダパッド１４に整合さ
れている。チップ１０の下側は、チップのイメージ側と
も呼ばれている。フラックス（図示せず）は、通常、ソ
ルダボール１２とソルダパッド１４との間に供給され
る。ＰＣ基板又は基板１６上のソルダパッド１４は、加
熱されるとリフローを起こして、チップ１０の下側のソ
ルダボール１２に物理的に接続される。ソルダボール１
２は、一般的に、高い融点を有しており、従って、リフ
ローを起こさない。上記接続状態は、変形したソルダパ
ッド１４’がソルダボール１２と結合している状態とし
て、図２に図解的に示されている。これにより、ワイヤ
ボンディングを行う必要性は排除される。
【０００５】フリップチップ１０は、プラスチック又は
セラミックのパッケージの中に必ずしもカプセル封入さ
れないので、ＰＣ基板１６とチップ１０との間の接続部
が腐食することがある。この腐食を防止するために、特
殊な液体エポキシ１８（図３）を流して、上記チップの
下側を完全に覆う。この作業を本明細書では「アンダー
フィル（下側充填）作業」と呼ぶ。その結果生じたカプ
セル封入物は、硬化すると、非吸湿性のバリヤを形成
し、湿分が、ＰＣ基板１６とチップ１０との間の電気的
な相互接続部に接触して、これら電気的な相互接続部を
腐食するのを防止する。上記エポキシ１８は、また、熱
応力緩和を行うことによって、すなわち、異なる熱膨張
率及び熱収縮率を許容することによって、変形したソル
ダパッド１４’とソルダボール１２との間の結合部を保
護する役割も果たす。換言すれば、エポキシ１８は、一
旦硬化すると、ある熱膨張係数（”ＣＴＥ”）を有し、
この熱膨張係数は、当該エポキシのボンディング特性と
共に、シリコンチップ１０のＣＴＥとＦＲ４ＰＣ基板１
６のＣＴＥとの間の差によって生ずる熱応力を最小限に
する。
【０００６】フリップチップ・オンボード構造（flip c
hip on board architecture）を用いる利点としては、
（１）チップの下のダイの全面積を接続に使用すること
ができるので、入出力（”Ｉ／Ｏ”）が増大する可能性
があり、（２）伝送線路の長さが短いので、電子的処理
速度が増大し、（３）ヒートシンクをチップの頂部に取
り付けることができ、（４）チップのプロフィールが大
幅に低減され、（５）ＰＣ基板の面積をより効率的に使
用できる、という事柄を挙げることができる。
【０００７】図面の図３を参照すると、上記アンダーフ
ィル作業を完了した後に、十分な量の液体エポキシを設
けて総ての電気接続部をカプセル封入し、これにより、
チップ１０の側縁部に沿ってフィレット１８ａを形成す
るのが望ましい。適正なフィレット１８ａが形成される
と、十分な量のエポキシが設けられて、チップ１０とＰ
Ｃ基板又は基板１６との間の結合部の機械的強度が最大
限になっていることを保証する。過剰のエポキシが設け
られた場合には、マウンド１８ｂ（図４）が形成される
ことになり、このマウンドは、チップ１０の側縁部を取
り囲んで該チップの上面に沿って伸長するので、望まし
くない。
【０００８】上述のアンダーフィル作業は、正確な量の
液体エポキシ１８を、半導体チップ１０の少なくとも一
方の側縁部に沿って概ね連続的に設けることを必要とす
る。上記液体エポキシは、チップ１０の下側とＰＣ基板
又は基板１６の上面との間の小さなギャップに起因して
毛細管作用が生ずる結果、チップ１０の下を流れる。エ
ポキシを設ける量が少なすぎると、電気的な相互接続部
の幾つかはカプセル封入されないことになる。その結
果、腐食が生じ、また、熱応力が緩和されなくなる。エ
ポキシを設ける量が多すぎると、そのようなエポキシ
は、チップの下側を越えて流れて、他の半導体デバイス
及び相互接続部を阻害する。過剰のエポキシは、また、
図４に参照符号１８ｂで示すように、チップ１０の上側
に侵入して、ヒートシンクの適正な熱消散を阻害する。
【０００９】上述のアンダーフィル作業の間には、上記
液体エポキシ又は他の液体の接着剤の温度を正確に制御
する必要がある。使用される液体は、凝固した状態で保
管されることが多い。そのような液体は、その後、融解
され、分配シリンジと関連して使用される。しかしなが
ら、そのようなタイプの接着剤の粘度は、硬化するにし
たがって時間経過と共に急速に変化し、融解されている
４時間の間に、二倍になることがある。これは、適正量
の流体を分配する作業を煩雑にする。その理由は、その
ような流体の粘度が大きくなりすぎると、上記流体がチ
ップの下を完全に流れるようにする毛細管作用が不十分
になるからである。従って、液体接着剤が、アンダーフ
ィル作業に使用することができない所定の粘度に到達し
た時点を決定する必要がある。
【００１０】過去においては、ＰＣ基板は、ランプある
いは対流熱（すなわち、ガス流）と機械的に直接的に接
触させることによって、熱伝導によって加熱されてい
た。そのような加熱作業は、一連の空気ゾーンを有する
ベルト式オーブンの中で実行されることが多く、上記一
連の空気ゾーンの温度は、任意の加熱プロフィールを達
成するように別個に制御することができる。また、従来
においては、微量の接着剤及び他の粘性物質を分配する
際には、分配ニードル及び／又はバルブ、並びに、その
中の粘性物質の温度を所定レベルに維持するためのヒー
タを用いていた。しかしながら、ＰＣ基板の通常の組み
立てにおいて温度を制御する従来技術の方法は、粘度の
正確な制御を行うことができなかった。
【００１１】従って、分配される物質の量を、その物質
自体の粘度の変動を考慮して、正確に制御することがで
きる、粘性物質自動分配装置及び分配方法を提供するこ
とが望ましい。
【００１２】発明の概要 本発明は、粘性物質を基板上に分配する装置を提供す
る。この装置は、分配要素と、粘性物質リザーバと、計
量装置とを備えており、該計量装置は、上記リザーバと
上記分配要素との間に接続されていて、上記分配要素を
通る可変量の粘性物質を計量する。上記分配要素及び計
量装置は、ポジショナによって動かされ、基板表面付近
で所定のパターンに沿って移動することができる。基板
付近に位置する計量器すなわち秤が、計量された量の上
記粘性物質を受け取り、所定の時間間隔の間に分配され
た上記物質の可変重量を表す信号を発生する。これによ
り、物質の流量を正確に決定することができる。制御装
置が、上記所定パターンに沿う上記ポジショナの移動速
度を調節し、計算した流量に基づいて、上記分配要素に
所望量の物質を分配させる。別の実施例においては、上
記制御装置は、上記計算した流量に基づいて、上記計量
装置の排出速度を調節し、上記分配要素に上記所望量の
物質を上記所定パターンに沿って分配させる。上記分配
要素及び／又は上記基板のための閉ループ型温度制御装
置を設けて、実質的に一定の粘度、及び、実質的に一定
の流量を確保することができる。プライム／パージ・ス
テーションを上記基板の付近に設けて、上記分配要素及
び上記計量装置から気泡を吸引することができる。
【００１３】好ましい実施例の詳細な説明 係属中の米国特許出願シリアルＮｏ．０８／１９２，７
０９（出願日：１９９４年２月７日、発明の名称：”CO
MPUTER CONTROLLED VISCOUS FLUID DISPENSINGSYSTE
M”）の開示全体が、参考として特に本明細書に組み込
まれる。
【００１４】図５を参照すると、本発明の装置は、流体
リザーバを備えており、この流体リザーバは、ニードル
（針）２２の形態の分配要素に接続された使い捨て型の
通常のプラスチックシリンジ２０の形態を有している。
上記ニードル２２は、ヒートシンク２４によって包囲さ
れており、このヒートシンクは、別個の抵抗加熱要素及
び温度感知要素（図示せず）を備えている。ヒートシン
ク２４は、また、ペルチェダイオードの如き冷却要素
（図示せず）も備えている。別の実施例においては、ヒ
ートシンクは、圧縮空気源に接続することのできる小型
の冷却渦発生器（後に説明する）を備えることもでき
る。適宜な渦発生器は、Exair Corp. から商業的に入手
可能な部品Ｎｏ．３２０２である。
【００１５】シリンジ２０（図５）は、通常のオーガバ
ルブ２５の形態の計量装置を介して、分配ニードル２２
に接続されている。上記バルブは、容積式ポンプとして
作動し、シリンジの中の粘性物質の可変量を計量してニ
ードル２２を通すためのモータ駆動型のスクリューを備
えている。上記オーガバルブ２５の中のモータは、バル
ブ制御回路２７によって制御され、一方、このバルブ制
御回路は、上記オーガバルブ２５を間接的に制御するシ
ステムコンピュータ３０に接続されている。ヒートシン
ク２４の加熱要素、冷却要素及び温度感知要素は、ニー
ドル加熱／冷却制御回路２６に接続されている。
【００１６】シリンジ２０は、システムコンピュータ３
０によって作動される圧縮空気源２８によって、その上
方端を通して加圧され、粘性物質をバルブ２５に送る。
システムコンピュータ３０は、記憶された運転プログラ
ムに従って、エポキシ接着剤の如き粘性物質の分配作業
を制御する。これにより、微量の接着剤又は他の粘性物
質を、シリンジ２０の本体からニードル２２を通して、
ＰＣ基板又は基板１６の上面に分配することができる。
【００１７】シリンジ２０、バルブ２５及びニードル２
２は、図５においてポジショナ３２として集合的に称す
る電気機械的な構成要素によって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸
に沿って運動可能なように取り付けられている。上記電
気機械的な構成要素は、運動制御回路３４によって駆動
され、この運動制御回路は、システムコンピュータ３０
にも接続されている。シリンジ２０をＸ軸及びＹ軸に沿
って迅速に動かすための機構が、米国特許第４，９６
７，９３３号（発明の名称：”METHOD ANDAPPARATUS FO
R DISPENSING VISCOUS MATERIALS”）に開示されてお
り、この米国特許の開示全体は、本明細書に参考として
組み込まれている。上記シリンジをかなり遅い速度では
あるがＺ軸に沿って動かすための機構も、上述の米国特
許第４，９６７，９３３号に開示されている。
【００１８】高さセンサ３６（図５）が、Ｘ−Ｙ−Ｚポ
ジショナ３２に取り付けられており、これにより、ニー
ドル２２を、ＰＣ基板又は基板１６の加工面の上方の所
定の分配高さ（あるいは、該加工面から離れたある距
離）に位置させることができる。上記高さセンサ３６
は、垂直方向に往復運動することのできる高さ感知アー
ム３６ａを備えている。このアーム３６ａの上方端は、
上記シリンジがポジショナ３２によってＰＣ基板１６に
向かって下方に移動される時に、光ビームを遮断する。
これにより、上記所定の分配高さに達したという情報が
運動制御回路３４に与えられる。上記アーム３６ａは、
上記高さセンサ３６の一部を構成するソレノイド機構
（図示せず）によって、後退させることができる。上記
高さセンサ３６は、また、必要に応じて分配高さを調節
するための手動調節可能な親ネジ機構（図示せず）を備
えている。上述のタイプの高さセンサは、周知であり、
これ以上本明細書で説明する必要はない。
【００１９】ＰＣ基板又は他の装着基板１６は、図５に
水平方向の矢印で示すように、自動コンベア３８によっ
て、ニードル２２の下方で水平方向に搬送される。上記
コンベア３８は、通常の構成のものであって、必要に応
じて異なるサイズのＰＣ基板を受け入れるように調節可
能な幅を有している。上記コンベア３８は、また、空気
圧作動型のリフト／ロック機構（図示せず）を備えてい
る。コンベア制御装置４０が、コンベア３８に接続され
ている。上記コンベア制御装置４０は、運動制御装置３
４とコンベア３８との間に接続されていて、上記コンベ
ア３８の幅の調節を行うと共に、上記コンベアのリフト
／ロック機構を制御する。コンベア制御装置４０は、更
に、本装置へのＰＣ基板１６の進入を制御すると共に、
接着剤又は他の粘性物質のＰＣ基板の上面への分配作業
が完了した時に、上記ＰＣ基板の本装置からの退出を制
御する。
【００２０】上記システムコンピュータ３０は、ディス
ク、又は、コンピュータ集積製造作業（ＣＩＭ）制御装
置（図示せず）からのコンピュータ自動設計（”ＣＡ
Ｄ”）データを用い、運動制御装置３４を通じて、ポジ
ショナ３２及び分配ニードル２２の運動を制御すること
ができる。これにより、ＰＣ基板１６の上面に分配され
ている接着剤又は他の粘性物質は、必要とされる正確な
量として、正確に定置される。ＣＡＤを使用することが
できない用途においては、システムコンピュータ３０に
よって使用されるソフトウエアが、分配位置及び分配量
を直接プログラムすることを可能にする。また、本発明
の装置は、後に説明するカメラ／ビジョン回路を用い
て、ニードル２２をチップ１０の縁部に対して正確に位
置決めするのが好ましい。
【００２１】システムコンピュータ３０は、Ｘ位置及び
Ｙ位置、構成要素のタイプ、及び、構成要素の向きを用
いて、どの程度の量の接着剤又は他の粘性物質をＰＣ基
板又は基板１６の上面のどの位置に分配すべきかを決定
する。システムコンピュータ３０には、完全に自動化さ
れたＰＣ基板組み立てラインに使用される大部分のタイ
プの他の自動機器と適合性を有する、標準的なＲＳ２３
２及びＳＭＥＭＡ通信バスを設けるのが好ましい。
【００２２】複数の赤外線電球４４の如き放射熱源が、
ＰＣ基板ヒータ制御回路４６によって、通電される。そ
れぞれの別個のゾーンにおけるＰＣ基板又は基板１６の
実際の局部的な加熱量は、ＰＣ基板又は基板の温度を正
確に検知するように位置決めされたＩＲ感知型の熱電対
の如き複数の熱センサ４７によって感知される。熱シー
ルドすなわち遮熱板４８が、電球４４からの熱を、ニー
ドル２２、ヒートシンク２４及びオーガバルブ２５から
離れる方向に偏向させる。上記遮熱板４８は、ポジショ
ナ３２によって担持され且つ水平方向に配置された黒い
陽極処理アルミニウム板から構成することができる。上
記遮熱板４８は、ニードル２２が貫通する穴を有してい
る。ファン又はブロア４９が、ファン制御装置５０を通
じてシステムコンピュータ３０によって制御され、ＰＣ
基板１６を横断して空気を搬送する。
【００２３】分配ニードル２２を、システムコンピュー
タ３０によって制御される真空源５１ｂに接続されたプ
ライム／パージ・ステーション５１ａ（図５）へ移動さ
せることができる。このプライム／パージ・ステーショ
ン５１ａは、バルブ形状の弾性的なブーツ（図示せず）
を備えている。このブーツは、ニードル２２によって穿
刺されて内側チャンバ（図示せず）に連通され、この時
に、真空源５１ｂによって真空引きされる。この真空引
きは、ニードル先端の外側を清掃する役割も果たす。上
記弾性的なブーツは、バスケットボールの弾性的なバル
ブと同様なものである。バルブの機能をもたない締まり
嵌めされたシールでも十分である。上記プライム／パー
ジ作業は、分配作業の前に行われて、バルブ２５及びニ
ードル２２の中の総ての気泡を確実に除去する。そのよ
うな気泡は、このタイプの装置においては特に望ましく
なく、その理由は、量的な意味において分配精度に大き
な影響を与えるからである。
【００２４】本発明の装置の好ましい実施例は、プラテ
ン５３を有する精密電子計量器（精密電子秤）５２も備
えている。この計量器５２からの出力信号は、電子計量
器回路５４に送られる。この回路５４は、システムコン
ピュータ３０に接続されている。例えば、計量器５２、
プラテン５３及び電子計量器回路５４は、Denver Instr
umentsから商業的に入手可能なModel No. DI-100分析計
量器の形態として、集合的に設けることができる。この
タイプの計量器は、微小重量を高精度で測定するための
デジタル回路を用いていると共に、ＲＳ２３２インター
フェースを備えている。必要な場合には、計量器５２に
弾性的な振動取付具（図示せず）を設けて、正確な重量
測定を確保することが望ましい。ニードル２２は、ポジ
ショナ３２によって計量器５２まで動かすことができ、
また、微量の接着剤をプラテン５３に設けることができ
る。システムコンピュータ３０は、電子計量器回路５４
を通じて、計量された粘性物質の正確な量を、単位時間
当たりに供給された重量として決定する。その後、上記
計算された流量は、後に説明するように分配作業で使用
される。
【００２５】電荷結合素子（”ＣＣＤ”）ビデオカメラ
５６（図５）が、分配ニードル２２と共に移動するＸ−
Ｙ−Ｚポジショナ３２に機械的に接続されている。上記
ビデオカメラのレンズは、ＰＣ基板又は他の基板１６の
上面又は他の加工面が視野に入るように、下方を向いて
いる。カメラ５６は、システムコンピュータ３０に接続
されている通常のビジョン回路５８に電気的に接続され
ている。エッジ検知アルゴリズムが、システムコンピュ
ータ３０によって実行されて、ＰＣ基板１６上のチップ
１０のエッジすなわち縁部を検出する助けを行い、これ
により、ニードル２２の先端をＰＣ基板の少なくとも１
つの側縁部付近に位置決めする作業を容易にする。ニー
ドル２２は、一つの連続動作でＬ型パターンに沿って移
動して、隣接する２つの側縁部に沿って液体エポキシを
分配するのが好ましい。ニードル２２は、残りの２つの
側縁部に沿って、第２のＬ型パターンの移動を行う。こ
の作業は、ペリメータフィル（周辺充填）と呼ばれ、ダ
イ１０の全周の周囲に適正なフィレット１８ａを伸長さ
せる。この完全なフィレット１８ａは、チップ対基板の
機械的な結合強度を支援する。
【００２６】図５にブロック図の形態で示されている本
発明の装置の好ましい実施例は、機械的、電子的及び電
気機械的な複数の構成要素を備えており、これらの構成
要素は、上述の係属中の米国特許出願シリアルＮｏ．０
８／１９２，７０９の図１にその全体が示されている、
直立した開放型の矩形状のスチールフレームに取り付け
られるのが好ましい。このフレームは、最近の任意のＰ
Ｃ基板全自動組み立てラインに挿入することができる。
システムコンピュータ３０は、本明細書に記載する所要
のインターフェース機能及び命令機能を迅速に実行する
ために十分なメモリ（記憶装置）及び処理能力を有す
る、商業的に入手可能な任意の拡張業界標準アーキテク
チャ（”ＥＩＳＡ”）パーソナルコンピュータとするこ
とができる。
【００２７】本発明の粘性流体分配装置の好ましい実施
例は、以下に説明する本発明の方法の好ましい実施例を
実行するために使用することができる。ヒートシンク２
５の閉ループ温度が安定した後に、システムコンピュー
タ３０は、ポジショナ３２を起動して、ニードル２２を
プライム／パージ・ステーション５１ａへ移動する。ニ
ードル２２は、ステーション５１ａの弾性バルブ又は締
まり嵌めシールの中に押し込まれる。真空源５１ｂが起
動されて、オーガバルブ２５及びニードル２２の内部の
粘性物質から総ての気泡を吸い出す。次に、システムコ
ンピュータ３０は、ポジショナ３２を起動させて、ニー
ドル２２をプライム／パージ・ステーション５１ａから
引き抜き、計量器５２の中に入れる。少量の粘性物質
が、計量器５２のプラテン５３の上に堆積される。オー
ガバルブ２５を所定の速度で所定の時間間隔にわたって
作動させることができるが、上記少量の粘性物質の量
は、粘度に応じて変動する。オーガバルブ２５のモータ
が励起される時間で示される上記堆積の継続時間を用い
て、体積流量を計算する。
【００２８】次に、システムコンピュータ３０は、コン
ベア３８によって、ＰＣ基板１６を赤外線ランプ４４の
上方の所定の経路に沿って引っ張る。ＰＣ基板１６の下
面は、所定の高い温度まで加熱される。この温度は、熱
センサ４７によってそれぞれのゾーンにおける表面温度
を監視するＰＣ基板ヒータ制御装置４６を通じて、シス
テムコンピュータ３０によって制御されるのが好まし
い。これに応じて、ＰＣ基板の上面は、基板を通る伝熱
によって、別個のゾーンの中で加熱される。予めプログ
ラムされた構成要素位置データ及び／又はビジョン・サ
ブシステム、並びに、予めプログラムされたパターン及
び分配量データを用いて、システムコンピュータ３０
は、アンダーフィル作業を受けるべきチップ１０の一つ
の側縁部へ分配ニードル２２を移動させる。高さセンサ
３６及びＸ−Ｙ−Ｚポジショナ３２を用いて、ニードル
２２を降下させ、該ニードルの下端部をＰＣ基板１６の
上面から上方の所定の分配高さ（例えば、０．０２５ｍ
ｍ（７ミル））に位置させる。システムコンピュータ３
０は、次に、チップ１０の隣接する２つの側縁部に沿っ
て、ニードル２２を動かす。同時に、分配オーガバルブ
２５が瞬間的に作動されて、エポキシ接着剤の形態の粘
性物質をＰＣ基板１６の上に分配し、これにより、上記
粘性物質はチップ１０の下に位置する。Ｘ軸線及びＹ軸
線に沿うシリンジ２０及びニードル２２の移動速度は正
確に制御され、上記計算された流量に基づいて、望まし
い所定量の接着剤を堆積又は定置させる。この所望量の
接着剤は、フリップチップ１０のソルダボール／ソルダ
パッド間の各々の接続部を液体エポキシでカプセル封入
するのに十分な量である。上記接着剤の量は、フィレッ
ト１８ａ（図３）を形成するのに十分であるが、望まし
くないマウンド１８ｂ（図４）を形成しないような量で
ある。
【００２９】本発明の装置は、ニードル２２をプライム
／パージ・ステーション５１ａへ周期的に移動させ、所
定のアイドル時間の後に、ニードルの中の粘性物質を排
出するのが好ましい。この物質は、過剰に硬化している
場合がある。また、本発明の装置は、ニードル２２を計
量器５２へ周期的に移動させ、これにより、必要に応じ
て所望量の物質を確実に排出するように、流量の再計算
を行うと共に、ニードルの移動速度を調節するのが好ま
しい。質量流量は、閉ループに基づいて決定される。
【００３０】従って、本発明の装置においては、ヒート
シンク２４が、閉ループ型のシリンジヒータ／クーラー
制御回路２６によって、実質的に一定の所定温度に維持
されている間に、オーガバルブ２５の流量が最初に決定
される、ことは理解されよう。これにより、物質の粘度
は実質的に一定に保持される。システムコンピュータ３
０は、オーガバルブ２５が作動している間に、所定の流
量が生ずるようにする。オーガバルブ２５の駆動速度、
従って、該オーガバルブからの流量は、実質的に一定に
維持され、従って、連続的に調節されるものではない。
その代わりに、システムコンピュータ３０は、ニードル
２２のＸ−Ｙ方向の並進速度を調節して、最適なアンダ
ーフィルを達成する適正量の液体エポキシを分配させ
る。そうではなく、ＰＣ基板の上方におけるニードル２
２の並進速度を所定の一定値に維持しながら、オーガバ
ルブ２５の速度を連続的に調節することができる。
【００３１】本発明の装置は、計量器５２において最初
の測定を行って、分配流量を決定する。バルブ２５を調
節する必要はないが、Ｘ−Ｙ平面における分配ニードル
２２の移動速度を調節して、所望量の接着剤を確実に分
配させるようにする。ＰＣ基板１６の特定の表面領域を
電球４４で最適に加熱することにより、エポキシ接着剤
は、チップ１０の下側全体に流れるようになる。上記電
球４４は、コンベア３８によって適所に移動された後
に、ＰＣ基板の下面を急速に加熱する。
【００３２】ＰＣ基板１６は、３０秒間よりも短い時間
の間に、約８０°Ｃの設定値まで加熱され、その温度に
維持されるのが好ましい。液体エポキシ接着剤に接触す
ることになるＰＣ基板１６の任意の点の温度は、厳密
に、すなわち、上述の設定値の±５°Ｃの範囲内に維持
する必要がある。赤外線（”ＩＲ”）加熱真空電球４４
を用いて、ＰＣ基板１６を加熱し、本発明の総ての装置
が上記目的を達成することができるようにするのが好ま
しい。そのような電球は、約１．４秒間の間に十分な温
度まで上昇し、従って、例えば、３０秒間又はそれ以下
の時間の間に、上記設定値を迅速に達成することが望ま
しい閉ループで使用することができる。非接触型の熱セ
ンサ４７は、ＰＣ基板１６の閉ループ型温度制御の重要
な構成要素である。ＰＣ基板ヒータ制御回路４６の構造
は、当業者によって容易に理解されるものであり、従っ
て、本明細書でその詳細を説明する必要はない。
【００３３】本発明の装置は、分配される流体の重量を
厳密に制御することができるのが好ましく、例えば、与
えられたチップに関する目標値の±１０パーセント以内
にすることができる。分析計量器５２を用いて、オーガ
バルブ２５からの流量を定期的に測定する。分配ニード
ル２２のＸ−Ｙ平面における速度が正確に制御され、こ
れにより、所望重量（所望量）のエポキシ接着剤を堆積
させる。
【００３４】バルブ２５は、モータを用いて、オーガス
クリュを回転させ、一方、このオーガスクリュは、粘性
流体又は粘性物質を分配ニードル２２に押し込む。オー
ガスクリュバルブのモータのトルクを測定することによ
って、流体の粘度の表示を得ることができる。流体は、
バルブ及びオーガスクリュの壁部に接触しているので、
流体の粘度は、抵抗トルクに影響を与える。このトルク
を監視し、物質の粘度がチップをアンダーフィルするに
は高くなり過ぎた（例えば、部分的な硬化によって）こ
とを表示することができる。モータコイルの逆起電
力（”ＥＭＦ”）を感知することによってモータトルク
を監視するために、バルブ制御回路２７に組み込むこと
のできる回路は、周知であり、従って、本明細書で詳細
に説明する必要はない。
【００３５】オーガバルブ２５は、焼き入れ鋼製のオー
ガスクリュを有する回転型の容積式ポンプであるのが好
ましく、使い捨て型のニードル２２と、自動清掃装置と
を備えており、この自動清掃装置は、バルブの取り外し
及び分解を行う必要性を排除する。一つの適宜なバルブ
は、本件出願の譲受人であるAsymptotic Technologies,
Inc.（カリフォルニア州Carisbad）から商業的に入手
可能なＡＳＹＭＴＥＫ（登録商標）Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．
ＤＶ−０６である。本装置は、分配作業の前に、バルブ
２５及びニードル２２を動かし、これにより、高さセン
サ３６がニードル先端の高さを自動的に決定することが
できるようにする。装置は、次に、ニードル２２をプラ
イム／パージ・ステーション５１ａへ移動させる。
【００３６】バルブ２５は、直結型のモータを備えてい
る。バルブ２５に作用する逆起電力（逆ＥＭＦ）が、バ
ルブ制御回路２７によって、連続的に監視される。これ
により、バルブを動的に調節することができる。流体
は、その粘度が変化するに連れて、モータを減速させる
傾向を有している。バルブ制御回路２７は、逆ＥＭＦを
測定することにより、モータへの電力を増大させて、１
パーセント以内の一定のモータ速度を維持し、これによ
り、実質的に一定の流体流量を達成する。
【００３７】本発明の装置は、ＰＣ基板１６を３つの位
置、すなわち、（１）予熱ゾーン、（２）分配加熱ゾー
ン、及び、（３）事後加熱ゾーンに定置するのが好まし
い。コンベア３８は、種々のサイズのＰＣ基板を受け入
れるための、自動幅調節機能を有している。薄い基板の
ための基板下側のサポートレール（図示せず）をコンベ
ア３８に組み込むことができる。コンベア３８の幅、速
度及び停止時間は、完全にプログラム可能である。
【００３８】アンダーフィル・プロセスの反復的な成功
は、ＰＣ基板又は基板１６、流体、及び、一般的な装置
環境の正確な熱管理に依存する。総てのゾーンにおける
基板の加熱作業は、２秒間の間に最高温度まで上昇する
ことのできる超急速ＩＲ加熱電球４４を用いることによ
り、実行されるのが好ましい。各々の加熱ゾーンは、各
々の２つの電球を用いる３つの加熱セクタから構成され
るのが好ましい。これらのゾーンは、対応する３つのＩ
Ｒ熱電対によって監視されるのが好ましい。各々の熱電
対は、ほぼ１インチ（約２５．４ｍｍ）の直径を有する
ＰＣ基板の下の領域の平均温度を感知することができ
る。閉ループ型の基板温度制御が、ソフトウエアで監視
される熱センサ４７によって実行される。
【００３９】本発明における温度制御は、１秒間当たり
４°Ｃを超えるプログラム可能な勾配速度を達成するこ
とができる。ＰＣ基板又は他の基板１６は、下方から加
熱されるので、ＰＣ基板の頂部における温度勾配速度、
並びに、頂部から底部までの勾配は、基板の厚さ及び熱
伝導率に依存する。従って、約０．４５７ｍｍ（０．１
８インチ）の厚さを有するＦＲ−４基板の如き薄いＰＣ
基板に関しては、ＰＣ基板の頂部は、約２０秒間の間に
最適に加熱され、一方、約１．０２ｍｍ（０．０４０イ
ンチ）の厚さを有するＦＲ−４ＰＣ基板の如きより厚い
材料は、より長い時間（すなわち、約４０秒間）を要す
ることになる。ＰＣ基板の分配された領域にわたって測
定される温度の均一性は、±５°Ｃであるのが好まし
い。
【００４０】エポキシ接着剤の熱管理は、２つの箇所、
すなわち、（１）バルブの内側、及び、（２）分配点に
おいて、エポキシ接着剤の温度を制御する工程を含む。
バルブ２５の中の粘性流体は、周囲温度近くに維持され
なければならず、通常は、２７°Ｃに維持される。これ
は、バルブ２５を包囲する金属製の熱シールド４８と、
ニードル２２の下端部を除いて該ニードルを総て包囲す
るフェノール樹脂製の熱シールド６０と、ファン４９を
介してバルブの周囲を冷却する層流とを用いることによ
って、部分的に行われる。上記層流は、装置の全体的な
環境を冷却する役割も果たす。分配点（ニードル２２）
における粘性流体は、上述の閉ループ型フィードバック
を有するヒートシンクによって、加熱又は冷却される。
【００４１】分配される流体の質量を正確に且つ一定し
て制御することが、アンダーフィル・プロセスを最適に
実行するために重要なことである。流体が多すぎると、
流体はチップ１０の上部まで延在する（オーバートッ
プ）ことになり、また、流体が不十分な場合には、不完
全なアンダーフィルが生ずることになる。液体エポキシ
は比較的短いポットライフを有しているので、分配作業
及びアンダーフィル作業は更に煩雑になる。液体エポキ
シの粘度は、部分的な硬化のために、４時間の間に１０
０パーセント程度増大することがある。正確な分配作業
を確実に行うために、本発明の装置は、２つの特徴、す
なわち、質量流量校正特性（計量器５２及び計量器回路
５４）、精密な容積式ポンプ（オーガバルブ２５）を備
えている。
【００４２】上記質量流量校正計量器５２は、プライム
／パージ・ステーション５１ａの次に設けるのが好まし
い。上記計量器は、所定の時間間隔にわたって分配され
る可変量の粘性流体を計量し、±１／２ミリグラムの精
度を有している。サンプルを計量した後に、分配パラメ
ータを調節して、分配パターンを実行するに必要な時間
にわたって所望量の流体を分配する。上記流量は、粘度
の変化と共に変化する。従って、上記流量を、ユーザが
指定したインターバル（時間間隔）で自動的に測定し
て、ニードル２２のＸ−Ｙ方向の速度、及び／又は、バ
ルブ２５の速度を調節し、これにより、粘度の変化を補
償する。
【００４３】アンダーフィル作業において、ニードル２
２は、所定のパターンに沿って粘性物質を分配し、例え
ば、チップ１０の２つの側部に沿うＬ字型のフィレット
を形成する。毛細管作用が、粘性流体をチップの下に吸
引する。接着剤がチップを完全にアンダーフィルする適
正な停止時間の後に、チップの両側部を少量の流体でペ
リメータフィル（周辺充填）するのが好ましい。
【００４４】システムコンピュータ３０は、信頼性のあ
る自動整合を実行することができる。アンダーフィル・
プロセスは、チップ１０を正確に定置するための追加の
ビジョン機能、及び、プロセス制御、並びに、正確な分
配作業を必要とする。この作業は、チップの裏側の色及
び反射率により大きく変動し、また、ＰＣ基板によって
は構成要素の外観がソルダマスクに類似しているので、
煩雑になる。チップ１０をＰＣ基板１６から識別するた
めに、特殊な照明（図示せず）を本発明の装置に導入し
て、視覚的なコントラストを高めることができる。
【００４５】本発明の分配装置及び分配方法の好ましい
実施例を上に説明したが、当業者がそのような実施例の
変更例及び適応例を着想することができることを理解す
る必要がある。例えば、本発明の分配装置は、ＰＣ基板
及び基板以外の電子産業で使用される他の被加工物に関
連して利用することができる。従って、本発明の保護範
囲は、以下の請求の範囲の記載によってのみ限定される
べきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に従ってＰＣ基板のソルダパッドに整
合されたソルダボールを有する半導体フリップチップの
一部を図解的に示す側面図である。
【図２】従来技術に従ってリフローの後に対応するソル
ダボールと相互接続されている図１の変形されたソルダ
パッドの１つを大きく拡大して図解的に示す部分的な側
面図である。
【図３】図１のチップ及びＰＣ基板の一部を幾分拡大し
て示す側面図であって、従来技術に従って液体でアンダ
ーフィルされているチップの側縁部付近に接着剤のフィ
レットが適正に形成されている状態を示している。
【図４】図１のチップ及びＰＣ基板の一部を幾分拡大し
て示す側面図であって、通常のアンダーフィル作業の間
に過剰量の接着剤が設けられた場合に、上記チップの頂
縁部の上に望ましくない液体接着剤のマウントが形成さ
れる状態を示している。
【図５】本発明の粘性物質分配装置の好ましい実施例の
ブロック図である。破線で示す接続線は、機械的な接続
を示しており、また、実線で示す接続線は、電気的な接
続を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラ，デュオン，ティー. アメリカ合衆国．92128 カリフォルニア, サンディエゴ，リンカーンシャー ストリ ート 18358 (72)発明者 ガメリン，アンドレ，エス. アメリカ合衆国．92083 カリフォルニア, ヴィスタ，メルローズ ウエイ 1218 (72)発明者 ルイス，アラン，アール. アメリカ合衆国．92008 カリフォルニア, カールスバッド，チェスナット アヴェニ ュー 1634 (72)発明者 マイアー，マーク，エス. アメリカ合衆国．92024 カリフォルニア, エンシニタス，ジタノ ストリート 1634 (72)発明者 バビアーツ，アレク，ジェー. アメリカ合衆国．92024 カリフォルニア, ロイカディア，バーガンディ ロード 1544 Ｆターム(参考） 5E336 AA04 BB00 BC32 CC31 CC58 GG30 5F061 AA01 BA04 CA04 CA05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粘性物質を基板上に分配する装置であっ
    て、 ノズルと、 放出口を有する粘性物質リザーバと、 前記リザーバの放出口と前記ノズルとの間に接続されて
    いて前記ノズルを通る可変量の粘性物質を計量するため
    のオーガバルブと、 前記分配要素を基板の表面付近で所定のパターンに沿っ
    て動かすためのポジショナ手段と、 前記基板付近に設けられており、前記オーガバルブから
    の計量された量の前記粘性物質を受け取って、所定の時
    間間隔の間に分配される前記物質の重量を表す信号を発
    生する計量器と、 前記所定パターンに沿う前記ポジショナ手段の移動速度
    を調節し、前記計量器からの信号に基づいて所望量の前
    記粘性物質を前記オーガバルブに排出させる制御手段と
    を備えることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記オーガバルブは、容積式ポンプと前
    記ポンプを駆動するモータとを備えることを特徴とする
    請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記粘性物質リザーバは、シリンジから
    なり、前記シリンジは、その上端部を介して圧力空気源
    によって加圧されることを特徴とする請求項２記載の装
    置。
  4. 【請求項４】 前記シリンジ、バルブおよびノズルは、
    前記ポジショナ手段によって移動可能となるように配置
    されることを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ノズルに接続され、これらを通過す
    る計量後の粘性材料の温度をほぼ一定の所定温度に保持
    するための手段を更に備えることを特徴とする請求項３
    記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記温度を一定に保持する手段は、ヒー
    トシンクであることを特徴とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記制御手段は、前記オーガバルブによ
    る移送速度調節することを特徴とする請求項２記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 前記温度を一定に保持する手段は、加熱
    手段、冷却手段及び温度検知手段を含むことを特徴とす
    る請求項５記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記粘性材料の粘度を感知する手段を更
    に含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
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