JP2004031585A - 導電性ボールの搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流路を適正に制御し、吸着不良なくかつ効率的に導電性ボールを配列することを可能とした導電性ボールの搭載装置を提供する。
【解決手段】導電性ボールＢを吸引配列するための吸着孔付きの配列板１９と、配列板１９を保持するヘッド部１２と、ヘッド部１２へ導電性ボールＢを供給するために導電性ボールＢを収容するボール収容容器１４とを備える。導電性ボールＢを吸引配列した後、半導体の電極もしくは半導体接続用基板の電極に導電性ボールＢを搭載する。ヘッド部１２またはボール収容容器１４の周囲に通気性材料を配置する。また、ボール収容容器１４の底部のガス供給路に中心部と周辺部で通気性が異なるように粗密を有する通気性材料２２を配置する。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の微細導電性ボールを一括保持して、ウエハやプリント基板、半導体チップ等の電子部品の電極上に一括搭載させるボール搭載装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時においては、半導体チップの電気的接続に微小金属ボールを使用したバンプ形成技術が用いられるようになっている。当該バンプ形成技術を用いることにより、パッケージの小型化、多ピン化等の数々のメリットを得ることができる。従来のバンプ形成方法においては、半導体チップ１つ分の金属ボール群を吸着保持するために、半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸着孔が形成されているボール配列板が用いられる。そして、このボール配列板に微小金属ボールを吸着保持した後、ボール配列板を接合用ステージまで搬送してバンプ形成位置にボールが搭載するようにしている。
【０００３】
しかしながら、半導体チップ１つ分毎に配列を行うことは、繰返し動作が多くなり、コスト的あるいは時間的にもデメリットが大きい。このためウエハを個々のチップごとに切断する前、すなわちダイシング工程前にウエハ上に複数チップに相当する全ての電極上にボールを配置することが行われるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複数の半導体チップが形成されたウエハ上の全ての電極上に一括してボールを配置しようとした場合、電極数は数十万個程度に及ぶ。このためボール配列板に導電性ボールを吸着配列するために強力な吸引力で吸引するが、吸引時の空気流はかなり大きくなり、その空気流の影響で大量のボールを不良配列なく全ての吸着孔に確実に吸着することは、実質的に困難であった。大面積での一括吸着による均一なボール配列は、極めて難しいのが実状であった。
【０００５】
本発明はかかる実情に鑑み、ガス流路を適正に制御し、吸着不良なくかつ効率的に導電性ボールを配列することを可能とした導電性ボールの搭載装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの搭載装置は、導電性ボールを吸引配列するための吸着孔付きの配列板と、前記配列板を保持するヘッド部と、前記配列板へ前記導電性ボールを供給するために前記導電性ボールを収容するボール収容容器とを備え、導電性ボールを吸引配列した後、半導体の電極もしくは半導体接続用基板の電極に前記導電性ボールを搭載する装置であって、前記ヘッド部または前記ボール収容容器の周囲に通気性材料を配置したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の導電性ボールの搭載装置において、前記ボール収容容器の底部にガス供給路を有し、このガス供給路に中心部と周辺部で通気性が異なるように粗密を有する通気性材料を配置したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の導電性ボールの搭載装置において、前記通気性材料は、メッシュまたはガス流量調整用穴付板でなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の導電性ボールの搭載装置において、前記ヘッド部と前記導電性ボールが搭載される半導体もしくは半導体接続用基板を相対的に移動させるガイドレールと、前記半導体もしくは半導体接続用基板を保持するステージとを、さらに有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ウエハ上へのボールバンプ形成のように大量のボールを一括搭載する場合、導電性ボールを吸引配列する際の空気流路の一部または全部に通気性材料が配置される。通気性材料は、メッシュまたは空気流量調整用穴付板でなるが、このように通気性材料を設置することにより空気流中の異物等を除去するとともに、空気流を均一に調整することができる。
【００１１】
この場合、ボール収容容器とヘッド部の僅かな隙間から高速で空気が引き込まれるが、たとえばボール収容容器の周囲に通気性材料を配置することで、吸引時にへッド部周辺から中心部に向う空気流を緩和することができ、均一な吸引を行なうことができる。
【００１２】
また、ボール収容容器の底部のガス供給路に中心部と周辺部で通気性が異なるように粗密を有する通気性材料を配置することでも、中心部および周辺部の空気流量を変えることで均一な吸引を行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による導電性ボールの搭載装置の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明装置の概略構成を示している。この実施形態において半導体基板もしくはウエハＷは紙面と垂直方向（Ｘ方向）のウエハ搬送路に沿ってウエハステージ１０上に固定された状態で移動し、所定の位置で待機する。
【００１４】
ここで、本発明の実施形態では、たとえば特に３インチ以上のサイズのウエハを対象としている。このウエハＷによれば、図３に示されるように形成すべき複数の半導体チップＣ（個々の正方形部分）を得ることができ、各半導体チップＣの電極部には後述するように本発明装置によって複数の導電性ボールが搭載される。図３においては導電性ボールを簡略化して示しているが、これらの半導体チップＣ全体で使用する導電性ボールは、数十万個になる。本発明は、このように極めて大量の導電性ボールを一括でウエハＷに搭載する際に必須の装置である。
【００１５】
また、図１に示されるようにウエハ搬送路と直交する方向（Ｙ方向）に沿ってガイドもしくはガイドレール１１が設置され、このガイドレール１１にはＹ−Ｚ方向に移動可能なボール搭載ヘッド１２が支持される。ボール搭載ヘッド１２は後述するように、導電性ボールＢをボール配列板に吸引配列する。そして、ウエハＷ上に形成された半導体チップＣの電極部に対して、その導電性ボールＢを一括で搭載する。
【００１６】
ガイドレール１１の一端側にてボール搭載ヘッド１２の下方に位置するようにボール供給装置１３が配置される。ボール供給装置１３は相当量の導電性ボールＢを収容するボール収容容器（ボールトレー）１４とボールトレー１４を加振してボールトレー１４内で導電性ボールＢを跳躍させる加振機１５を含んでいる。ボール供給方法としては、本実施形態のように導電性ボールＢの跳躍によるものでもよいし、ガス流による吹き上げ、吹き付け、あるいは両者を兼ね備えるもの等であってもよい。
【００１７】
また、図１においてはボール補充装置を簡略化しているが、ボールトレー１４内の導電性ボールＢが一定レベル以上減少しないように光センサが設けられている。この光センサによれば、跳躍する導電性ボールＢが相当量以上であれば光を遮るが、導電性ボールの密度が低下し光が透過するようになると、該光センサがその透過光を受光する。これにより導電性ボール補充装置から常に、自動的に相当量の導電性ボールＢが補充されるようになっている。
【００１８】
ボール供給装置１３とボール搭載ステージ１０の間には、配列不良ボール除去機構１６と配列検査用カメラ１７が配置されてもよい。ボール除去機構１６は、ボール搭載ヘッド１２における配列不良ボールを、吸引またはガス吹付けによって除去する。また、配列検査カメラ１７はボール搭載ヘッド１２におけるボール配列不良を検査する。
【００１９】
ボール搭載ヘッド１２は、ボール供給装置１３とボール搭載ステージ１０との問を往復運動するが、図２にその概略構成を示すように負圧もしくは真空源に接続された吸引機構１８を持ち、ボール配列板１９にて多数の導電性ボールＢを吸引配列するようになっている。ボール配列板１９は、ウエハＷにおける複数の半導体チップＣの電極部に対応する吸着孔１９ａを有する。そして、吸引機構１８によって、ボールトレー１４内で跳躍する導電性ボールＢを各吸着孔１９ａに１つずつ吸着させることができる。
【００２０】
ここで、導電性ボールＢを吸引配列する際の空気流路の一部または全部に通気性材料が配置される。この通気性材料は、典型的にはメッシュまたは空気流量調整用穴付板でなる。この実施形態では図４に示されるように、ボールトレー１４の周囲にメッシュ２０が設置される。この場合、ボール配列板１９の吸引側にもメッシュ２１を設置してもよい。
【００２１】
上記構成において、ボール供給装置１３においてボールトレー１４内の導電性ボールＢは、加振機１５によって跳躍している。図１の点線のようにボール搭載ヘッド１２をボールトレー１４の所定の高さまで降下させ、その跳躍する導電性ボールＢを吸着する。このとき図４に示すように、空気流路にメッシュ２０あるいは２１を設けることにより、ボール配列板１９の全域で均一な空気流を形成することができる。この場合メッシュ２１はボール配列板１９の裏面に設置されることで、吸着孔１９ａから吸引される空気流を均一化あるいは全空気流量を調整することができる。
【００２２】
これにより大面積のボール配列板１９においてすべての吸着孔１９ａに対して均一な吸引力を生じさせ、導電性ボールＢを各吸着孔１９ａに偏ることなく適正に吸着させることができる。また、メッシュ２０を設けることで、吸引される空気中の異物を分離し、ボール配列板１９に異物等が吸着するのを防止することができる。
【００２３】
なお、メッシュ２０については、導電性ボールＢのボール径よりも小さいメッシュとすることで、余剰ボールの除去の際に導電性ボールＢが飛散するのを防止することができる。
【００２４】
つぎに、導電性ボールＢを吸着した後、ボール搭載ヘッド１２は上昇し、ガイドレール１１に沿ってボール搭載ステージ１０まで移動する。この際、不良ボールの除去を行う。この後、配列検査用カメラ１７がＸ方向に移動して、ボール配列板１９の配列面全域のボール吸着状態を検査する。検査結果が良好である場合には、ボール搭載ステージ１０まで移動する。また、この検査時に配列不良が発見された場合には、ボール除去機構１６位置に戻って不良除去を行う。
【００２５】
つぎに、ボール搭載ヘッド１２は、ボール搭載ステージ１０で待機しているウエハＷに対する位置合せが行われる。そしてボール搭載ヘッド１２を降下させることにより、ボール配列板１９に吸着されている導電性ボールＢが、フラックスが塗布されたウエハＷの電極部に搭載される。
【００２６】
なお、ボール搭載ヘッド１２はウエハＷに接触する際の搭載荷重が導電性ボールの種類等に応じて制御可能に構成されている。これにより導電性ボールＢをウエハＷに対して最適荷重で接触させ、導電性ボールＢをつねに適性かつ円滑に搭載することができる。
【００２７】
ウエハＷ上にボール搭載後、ボール配列板１９上に残存するボールがあることを考慮して、ボール除去機構１６によって吸引除去動作をする。
【００２８】
つぎに図５は、本発明による導電性ボールの搭載装置における第２の実施形態を示している。
この例ではボールトレー１４の底部に、導電性ボールＢのボール径よりも小さいメッシュ２２が設置される。また、ボール配列板１９の吸引側にもメッシュ２３が設置される。この場合、ボール配列板１９はスペーサ２４を設けることでボール搭載ヘッド１２の中央部寄りに配置され、ボールトレー１４は図示のように開口部が拡開した形態となっている。
【００２９】
ボール搭載ヘッド１２の周辺部と中央部寄りでは空気流速が異なることがある。本実施形態のようにボール搭載ヘッド１２の中央部寄りにボール配列板１９を配置することで、ボール搭載ヘッド１２におけるボール配列板１９の配置関係の影響をなくし、導電性ボールＢを各吸着孔１９ａに偏ることなく適正に吸着させることができる。なお、スペーサ２４等を用いないで、周辺部と中央部寄りとでメッシュ粗さを変化させ、つまり中央部側を細かいメッシュとすることで空気流を均一化することができる。
【００３０】
また、この実施形態ではボールトレー１４の底部に、導電性ボールＢのボール径よりも小さいメッシュ２２が設置されることで、ここを通過する空気を分散・均一化させ、導電性ボールＢを適正に吸着させることができる。
【００３１】
つぎに図６は、本発明による導電性ボールの搭載装置における第３の実施形態を示している。
この例ではボールトレー１４の底部に、導電性ボールＢのボール径よりも小さいメッシュ２２′が設置される。また、ボール搭載ヘッド１２の周囲にはボールトレー１４の周囲を覆うようにメッシュ２５が垂下設置される。
【００３２】
この実施形態ではボールトレー１４の底部にメッシュ２２′が設置されることで、底部からの空気流を分散・均一化させ、あるいは側部からの空気流をメッシュ２５により均一化させ、導電性ボールＢを適正に吸着させることができる。
【００３３】
上記のように本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの例にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で種々変更等が可能である。
たとえば、メッシュ２０等の粗さなどは必要に応じて適宜変更可能である。また、ガス流として空気流の例を説明したが、その他の気体を適用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ヘッド部またはボール収容容器の周囲に通気性材料を配置し、あるいはボール収容容器のガス供給路に中心部と周辺部で通気性が異なるように粗密を有する通気性材料を配置することにより、空気流を緩和しあるいは調節することで均一に吸引することができ、均一かつ効率的に導電性ボールを配列搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるボール搭載ヘッドまわりを示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるウエハの例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における構成例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０　　ボール搭載ステージ
１１　　ガイドレール
１２　　ボール搭載ヘッド
１３　　ボール供給装置
１４　　ボール収容容器（ボールトレー）
１５　　加振機
１６　　ボール除去機構
１７　　配列検査用カメラ
１８　　吸引機構
１９　　配列板
１９ａ　　吸着孔
２０，２１，２２，２３，２５　　メッシュ
Ｗ　　ウエハ

Claims (4)

1. 導電性ボールを吸引配列するための吸着孔付きの配列板と、前記配列板を保持するヘッド部と、前記配列板へ前記導電性ボールを供給するために前記導電性ボールを収容するボール収容容器とを備え、導電性ボールを吸引配列した後、半導体の電極もしくは半導体接続用基板の電極に前記導電性ボールを搭載する装置であって、
   前記ヘッド部または前記ボール収容容器の周囲に通気性材料を配置したことを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
2. 前記ボール収容容器の底部にガス供給路を有し、このガス供給路に中心部と周辺部で通気性が異なるように粗密を有する通気性材料を配置したことを特徴とする請求項１に記載の導電性ボールの搭載装置。
3. 前記通気性材料は、メッシュまたはガス流量調整用穴付板でなることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性ボールの搭載装置。
4. 前記ヘッド部と前記導電性ボールが搭載される半導体もしくは半導体接続用基板を相対的に移動させるガイドレールと、
   前記半導体もしくは半導体接続用基板を保持するステージとを、さらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ボールの搭載装置。

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