JP2004186286A

JP2004186286A - 金属ボールの形成方法

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Publication number: JP2004186286A
Application number: JP2002349346A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kosugi; 智之小杉
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP3997904B2

Abstract

【課題】ＣＳＰなどの半導体装置において、半田ボールを簡単な構造で安価な装置を用いて形成する。
【解決手段】まず、ウエハ状態のシリコン基板１上の柱状電極８上にスクリーン印刷法によりフラックス１４を塗布する。次に、柱状電極８上に塗布されたフラックス１４よりもやや上方に印刷マスク１５を配置し、印刷マスク１５上の所定の箇所に多数の半田ボール１０を供給し、印刷マスク１５の上面よりもやや上方においてスキージ１７を所定の方向に移動させながら、その空気吹き出し口１８から空気を矢印で示すように比較的弱く吹き出させる。すると、印刷マスク１５の各開口部１６内におけるフラックス１４上に半田ボール１０が１個ずつ配置される。この半田ボールの配置方法は一種のスクリーン印刷法であるので、半田ボールを簡単な構造で安価な装置を用いて形成することができる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半田ボールなどからなる金属ボールの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＢＧＡ（ｂａｌｌｇｒｉｄａｒｒａｙ）と呼ばれる半導体装置では、半導体基板上の複数の半田ボール形成領域上に半田ボールを形成している。従来のこのような半田ボールの形成方法には、半導体基板上の複数の半田ボール形成領域に対応する部分に吸引孔を有する吸着治具を用いて、まず各吸引孔に半田ボールを１個ずつ吸着させ、次いで各吸引孔に吸着された各半田ボールを半導体基板上の各半田ボール形成領域上に位置させて吸着を解除し、これにより、半導体基板上の各半田ボール形成領域上に半田ボールを形成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２６４９３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半田ボールの形成方法では、半導体基板上の複数の半田ボール形成領域に対応する部分に吸引孔を有する吸着治具を用いているが、この吸着治具が特殊な構造で高価であるという問題があった。
そこで、この発明は、半田ボールなどの金属ボールを簡単な構造で安価な装置を用いて形成することができる金属ボールの形成方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板上の複数の金属ボール形成領域上に金属ボールを形成する金属ボールの形成方法であって、前記基板上の複数の金属ボール形成領域に対応する部分に開口部を有するマスクを前記基板上に配置し、前記マスク上に多数の金属ボールを供給し、気体吹き出し口を有するスキージを前記マスク上において移動させながら前記気体吹き出し口から気体を前記マスク上の前記金属ボールに吹き付けることにより、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記スキージの移動と前記気体の吹き付けとにより、前記金属ボールを前記マスク上において転がるように移動させることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マスクを前記基板上の金属ボール形成領域面よりもやや上方に配置することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記スキージを前記マスクの上面よりもやや上方において移動させることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マスクの厚さは、該マスク上に供給される前記金属ボールの直径よりも小さくなっていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マスクの開口部のサイズは、該マスク上に供給される前記金属ボールの直径よりも大きくて当該直径の２倍よりも小さくなっていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置する前に、スクリーン印刷法により、前記基板上の金属ボール形成領域上にフラックスを塗布することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置した後に、リフローにより前記金属ボールを前記基板上の金属ボール形成領域上に固着することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板は複数の接続パッドを有する半導体基板であり、前記金属ボール形成領域は前記各接続パッドに接続された柱状電極の上面であることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記柱状電極は前記半導体基板上に形成された再配線上に形成されていることを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板は複数の接続パッドを有する半導体基板であり、前記金属ボール形成領域は前記各接続パッドに接続された再配線の一部であることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項９〜１１のいずれかに記載の発明において、前記マスクの各開口部内における前記基板上の金属ボール形成領域上への前記金属ボールの配置は、前記半導体基板がウエハ状態であるときに行うことを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置した後に、前記ウエハ状態の半導体基板を切断して個々の半導体装置とすることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マスク上に供給された前記多数の金属ボールのうちの前記マスクの各開口部内に配置されなかった余分の金属ボールを回収して再使用することを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記金属ボールは半田ボールであることを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、基板上の複数の金属ボール形成領域に対応する部分に開口部を有するマスクと気体吹き出し口を有するスキージとを用いた一種のスクリーン印刷法により金属ボールを形成しているので、金属ボールを簡単な構造で安価な装置を用いて形成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態としての半田ボールの形成方法により半田ボールが形成されたものの一例としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置は、ＣＳＰ（ｃｈｉｐｓｉｚｅｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれるもので、シリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面中央部には集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属などからなる複数の接続パッド２が設けられている。
【０００７】
接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコンなどからなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミドなどからなる保護膜５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。
【０００８】
両開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面から保護膜５の上面の所定の箇所にかけて下地金属層７ａおよび該下地金属層７ａ上に設けられた上層金属層７ｂからなる再配線７が設けられている。この場合、下地金属層７ａは、詳細には図示していないが、下から順に、チタン層と銅層との２層構造となっている。上層金属層７ｂは銅層のみからなっている。
【０００９】
再配線７の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極８が設けられている。再配線７を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂などからなる封止膜９がその上面が柱状電極８の上面と面一となるように設けられている。柱状電極８の上面には半田ボール１０が設けられている。
【００１０】
次に、半田ボールの形成方法の一例について、ここでは、簡単に説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板１上に、接続パッド２、絶縁膜３、保護膜５、再配線７、柱状電極８および封止膜９が形成され、半田ボール１０のみが形成されていないものを用意する。そして、柱状電極８上にスクリーン印刷法によりフラックスを塗布し、次いでフラックス上に一種のスクリーン印刷法により半田ボールを配置し、次いでリフローにより柱状電極８上に半田ボールを固着する。
【００１１】
次に、半田ボールの形成方法の一例について具体的に説明する。まず、図３に示すように、柱状電極８の上面を含む封止膜９の上面にメタルマスクなどからなる第１の印刷マスク１１を密接させて配置する。この場合、複数の柱状電極８の上面の配置位置に対応した部分における第１の印刷マスク１１には開口部１２が設けられている。開口部１２のサイズは、柱状電極８の上面のサイズとほぼ同じとなっている。
【００１２】
次に、第１の印刷マスク１１上において通常の硬質ゴムや樹脂などからなる第１のスキージ１３を所定の方向（図３において右方向）に移動させることにより、第１の印刷マスク１１上の所定の箇所に予め供給されたフラックス１４を第１の印刷マスク１１の開口部１２内における柱状電極８上に塗布する。次に、第１の印刷マスク１１を取り除く。
【００１３】
次に、図４に示すように、柱状電極８上に塗布されたフラックス１４よりもやや上方にメタルマスクなどからなる第２の印刷マスク１５を配置する。この場合、複数の柱状電極８の上面の配置位置に対応した部分における第２の印刷マスク１５には開口部１６が設けられている。
【００１４】
開口部１６のサイズは、供給前の半田ボール１０の直径（例えば５０μｍ程度）よりも大きくて当該直径の２倍よりも小さくなっている。第２の印刷マスク１５の厚さは、供給前の半田ボール１０の直径よりも小さく、且つ、一例として２５μｍ程度以上となっている。第２の印刷マスク１５とフラックス１４との間隔は、印刷時につまり後述する第２のスキージ１７の移動時に第２の印刷マスク１５の下面がフラックス１４に接触しない範囲でなるべく小さい方が望ましい。
【００１５】
ここで、第２のスキージ１７の構造について説明する。第２のスキージ１７は、外形的には通常の第１のスキージ１３と同じであるが、中空であって、先行側の下部の長さ方向（紙面に対して垂直方向）ほぼ全域にわたって空気吹き出し口１８が設けられた構造となっている。そして、第２のスキージ１７の内部は、図示していないが、チューブを介して圧縮空気供給源に接続されている。
【００１６】
さて、柱状電極８上に塗布されたフラックス１４よりもやや上方に第２の印刷マスク１５を配置したら、次に、第２の印刷マスク１５上の所定の箇所に多数の半田ボール１０を供給する。次に、第２の印刷マスク１５の上面よりもやや上方において第２のスキージ１７を所定の方向（図４において右方向）に移動させながら、その空気吹き出し口１８から空気を矢印で示すように比較的弱く吹き出させる。すると、印刷マスク１５の各開口部１６内におけるフラックス１４上に半田ボール１０が１個ずつ配置される。
【００１７】
ここで、第２のスキージ１７を第２の印刷マスク１５の上面よりもやや上方において所定の方向に移動させるのは、第２の印刷マスク１５の厚さが、供給前の半田ボール１０の直径（例えば５０μｍ程度）よりも小さく、且つ、一例として２５μｍ程度以上であるというように、極めて薄いため、第２の印刷マスク１５が破損しないようにするためである。また、第２のスキージ１７で第２の印刷マスク１５を直接押さえ付けることがないので、半田ボール１０の変形や巻き込みが防止される。
【００１８】
また、空気吹き出し口１８からの空気の比較的弱い吹き付けにより、半田ボール１０は、飛ばされることなく、第２の印刷マスク１５上にやや浮き上がったりしながら、第２の印刷マスク１５上を転がるように移動し、第２の印刷マスク１５の開口部１６があるところでは当該開口部１６内に確実に落ち込む。さらに、半田ボール１０に摩擦による静電気の発生がほとんどなく、半田ボール１０同士がくっつきにくいようにすることができる。
【００１９】
ここで、一例として、空気吹き出し口１８からの空気の吹き出し圧力は、１０〜５０Ｐａ程度である。空気吹き出し口１８からの空気の吹き付け角度（図４に示す矢印と第２の印刷マスク１５とのなす角度）は、１０〜９０°程度である。第２のスキージ１７の移動速度は、２０ｍｍ／ｓｅｃ程度である。
【００２０】
さて、第２の印刷マスク１５の各開口部１６内におけるフラックス１４上に半田ボール１０を１個ずつ配置したら、次に、第２の印刷マスク１５を取り除く。次に、リフローにより、フラックス１４を蒸発させて取り除くとともに、図５に示すように、柱状電極８の上面に半田ボール８を固着させて形成する。次に、図６に示すように、ダイシング工程を経ると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。
【００２１】
以上のように、この半田ボールの形成方法では、特に図４に示すように、シリコン基板１上の複数の柱状電極８の上面の配置位置に対応する部分に開口部１６を有する第２の印刷マスク１５と空気吹き出し口１８を有するスキージ１７とを用いた一種のスクリーン印刷法により、第２の印刷マスク１５の各開口部１６内におけるフラックス１４上に半田ボール１０を配置しているので、半田ボール１０を簡単な構造で安価な装置を用いて形成することができる。なお、空気の代わりに、窒素などの気体を用いてもよい。
【００２２】
ところで、図４において、第２の印刷マスク１５の右側に半田ボール回収容器（図示せず）を配置しておくと、第２のマスク１５上に供給された多数の半田ボール１０のうちの第２の印刷マスク１５の各開口部１６内に配置されなかった余分の半田ボール１０を回収して再使用することができる。この場合、上述の如く、第２のスキージ１７の空気吹き出し口１８からの空気の吹き出しが比較的弱いため、余分の半田ボール１０があちこちに飛び散ることがなく、余分の半田ボール１０を半田ボール回収容器内に確実に且つほとんど変形することなく回収することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、半田ボール１０としてほぼ同一径のものを用いた場合について説明したが、これに限らず、径の異なるものを用いるようにしてもよい。例えば、第２の印刷マスクとして径の異なる３種類の開口部が形成されたものを用い、そして、まず大径の開口部内に大径の半田ボールを配置するとともに、余分の大径の半田ボールを回収し、次いで中径の開口部内に中径の半田ボールを配置するとともに、余分の中径の半田ボールを回収し、次いで小径の開口部内に小径の半田ボールを配置するとともに、余分の小径の半田ボールを回収するようにしてもよい。
【００２４】
また、上記実施形態では、この発明を、柱状電極８上に半田ボール１０を有する半導体装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば図７に示す他の半導体装置にも適用することができる。図７に示す半導体装置において、図１に示す場合と異なる点は、柱状電極８および封止膜９を有せず、再配線７を含む保護膜５の上面に保護膜５と同一の材料からなる別の保護膜２１が設けられ、この別の保護膜２１に形成された開口部２２を介して露出された再配線７の接続パッド部上面に半田ボール１０が設けられている。
【００２５】
この半導体装置において、別の保護膜２１に形成された開口部２２を介して露出された再配線７の接続パッド部上面に半田ボール１０を形成する場合には、まず、別の保護膜２１の開口部２２を介して露出された再配線７の接続パッド部上面にフラックスを塗布する。以下の半田ボール配置工程およびリフロー工程は、上記実施形態の場合と同じであるので、その説明を省略する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板上の複数の金属ボール形成領域に対応する部分に開口部を有するマスクと気体吹き出し口を有するスキージとを用いた一種のスクリーン印刷法により金属ボールを形成しているので、金属ボールを簡単な構造で安価な装置を用いて形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態としての半田ボールの形成方法により半田ボールが形成されたものの一例としての半導体装置の断面図。
【図２】半田ボールを形成するに際し、当初用意した半導体装置の一部の断面図。
【図３】半田ボールを形成する際の当初の工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】半導体装置の他の例の断面図。
【符号の説明】
１シリコン基板
２接続パッド
７再配線
８柱状電極
９封止膜
１０半田ボール
１１第１の印刷マスク
１２開口部
１３第１のスキージ
１４フラックス
１５第２の印刷マスク
１６開口部
１７第２のスキージ
１８空気吹き出し口

Claims

基板上の複数の金属ボール形成領域上に金属ボールを形成する金属ボールの形成方法であって、前記基板上の複数の金属ボール形成領域に対応する部分に開口部を有するマスクを前記基板上に配置し、前記マスク上に多数の金属ボールを供給し、気体吹き出し口を有するスキージを前記マスク上において移動させながら前記気体吹き出し口から気体を前記マスク上の前記金属ボールに吹き付けることにより、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置することを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記スキージの移動と前記気体の吹き付けとにより、前記金属ボールを前記マスク上において転がるように移動させることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記マスクを前記基板上の金属ボール形成領域面よりもやや上方に配置することを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項３に記載の発明において、前記スキージを前記マスクの上面よりもやや上方において移動させることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記マスクの厚さは、該マスク上に供給される前記金属ボールの直径よりも小さくなっていることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記マスクの開口部のサイズは、該マスク上に供給される前記金属ボールの直径よりも大きくて当該直径の２倍よりも小さくなっていることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置する前に、スクリーン印刷法により、前記基板上の金属ボール形成領域上にフラックスを塗布することを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置した後に、リフローにより前記金属ボールを前記基板上の金属ボール形成領域上に固着することを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記基板は複数の接続パッドを有する半導体基板であり、前記金属ボール形成領域は前記各接続パッドに接続された柱状電極の上面であることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項９に記載の発明において、前記柱状電極は前記半導体基板上に形成された再配線上に形成されていることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記基板は複数の接続パッドを有する半導体基板であり、前記金属ボール形成領域は前記各接続パッドに接続された再配線の一部であることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項９〜１１のいずれかに記載の発明において、前記マスクの各開口部内における前記基板上の金属ボール形成領域上への前記金属ボールの配置は、前記半導体基板がウエハ状態であるときに行うことを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１２に記載の発明において、前記マスクの各開口部内に前記金属ボールを配置した後に、前記ウエハ状態の半導体基板を切断して個々の半導体装置とすることを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記マスク上に供給された前記多数の金属ボールのうちの前記マスクの各開口部内に配置されなかった余分の金属ボールを回収して再使用することを特徴とする金属ボールの形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記金属ボールは半田ボールであることを特徴とする金属ボールの形成方法。