JP2005286166A - コイニング装置およびコイニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高いコプラナリティーを得ることのできるコイニング装置およびコイニング方法を提供する。
【解決手段】 コイニング装置１は、載置台１０、押圧部２０、搬送部３０、制御部４０および測定部５０を備えている。載置台１０は、複数の半田ボール９０が固定された半導体チップ９２を載置する。押圧部２０は、半田ボール９０を押圧する押圧手段である。搬送部３０は、押圧部２０を載置台１０に対して相対的に移動させる搬送手段である。制御部４０は、搬送部３０による押圧部２０の移動距離を制御する制御手段である。この制御部４０は、最近接位置における押圧部２０と半導体チップ９２との間隔が所望のボール高さに一致するように、押圧部２０の移動距離を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイニング装置およびコイニング方法に関するものである。

コイニング装置は、半導体チップに固定された複数の半田ボールの上面を平坦化することにより、それらのボール高さの均一化を図るものである。従来のコイニング装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載のコイニング装置は、スペーサを用いることにより、半田ボールを押圧する押圧体と半導体チップとの間隔が所定のボール高さに一致するようにしている。ここで、スペーサは、厚さが所定のボール高さと同一であり、半導体チップにおける半田ボール形成箇所以外の部分を覆い、半田ボールの形成箇所が開口されたものである。
特開平１０−２４２６３１号公報

しかしながら、上述のコイニング装置においては、スペーサの平坦面および高さ等の精度に依存して、処理後の半田ボールのコプラナリティー（同一チップ内におけるボール高さの均一性）が低くなるという問題がある。このコプラナリティーが低いと、半導体チップの検査工程において、一部の半田ボールが検針と接触せず、有効なコンタクトを得られないということにつながってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高いコプラナリティーを得ることのできるコイニング装置およびコイニング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるコイニング装置は、複数の半田ボールが固定されたチップを載置する載置台と、載置台に対向する実質的に平坦な押圧面を有し、半田ボールを押圧する押圧部と、押圧部を載置台に対して相対的に移動させる搬送手段と、最近接位置における押圧部とチップとの間隔が所望のボール高さに一致するように、搬送手段による移動距離を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明によるコイニング方法は、複数の半田ボールが固定されたチップが載置された載置台に対して、半田ボールを押圧する押圧部を相対的に移動させることにより、押圧部とチップとを互いに近接させる搬送ステップと、最近接位置における押圧部とチップとの間隔が所望のボール高さに一致するように、搬送ステップにおける移動距離を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

これらのコイニング装置およびコイニング方法においては、押圧部の載置台に対する相対的な移動距離を直接制御することにより、最近接位置における押圧部とチップとの間隔が所望のボール高さに一致するようにしている。このため、特許文献１に記載の装置とは異なり、スペーサを用いる必要がない。これにより、このコイニング装置によれば、高いコプラナリティーを得ることができる。

なお、「最近接位置における押圧部とチップとの間隔」とは、コイニング装置の動作時あるいはコイニング方法の実行時において押圧部がチップに最も近づいた時の両者の間隔、換言すれば、押圧部が半田ボールを最も押し込んだ位置における押圧部とチップとの間隔をいう。また、「押圧部を載置台に対して相対的に移動させる」とは、載置台を固定した状態で押圧部を移動させても押圧部を固定した状態で載置台を移動させてもよく、さらに押圧部および載置台の双方を移動させてもよい趣旨である。

制御手段は、初期位置における押圧部と載置台との間隔から、チップの厚さと所望のボール高さとの和を減じることにより、移動距離を算出してもよい。また、制御ステップにおいては、初期位置における押圧部と載置台との間隔から、チップの厚さと所望のボール高さとの和を減じることにより、移動距離を算出してもよい。これにより、厚さの異なる種々のチップについても、容易に一定のボール高さを実現することができる。

なお、「初期位置における押圧部と載置台との間隔」とは、押圧部がチップに近接するように載置台に対して相対的に移動を開始する直前の両者の間隔をいう。

本発明によるコイニング装置は、チップの厚さを計測するチップ厚計測手段を備え、制御手段は、チップ厚計測手段により計測されたチップの厚さを用いて、移動距離を算出してもよい。また、本発明によるコイニング方法は、チップの厚さを計測するチップ厚計測ステップを含み、制御ステップにおいては、チップ厚計測ステップにおいて計測されたチップの厚さを用いて、移動距離を算出してもよい。これにより、厚さの異なる種々のチップを連続的にコイニング処理するのに適したコイニング装置が実現される。

チップ厚計測手段は、チップの複数点で計測した値の平均値をチップの厚さとしてもよい。チップ厚計測ステップにおいては、チップの複数点で計測した値の平均値をチップの厚さとしてもよい。これにより、チップ厚を特に高精度に計測することができる。

チップ厚計測手段は、複数点で計測した値の分散値が所定値以上である場合に、そのことを報知する信号を出力してもよい。また、本発明によるコイニング方法は、チップ厚計測ステップにおいて複数点で計測した値の分散値が所定値以上であるか否かを判断する判断ステップを含んでもよい。これにより、チップ厚の均一性が低くコイニング処理に適さないチップを事前に排除することが可能となる。

押圧部は、押圧面を有する押圧プレートと、押圧プレートを吸着により保持する保持部とを有して構成されていてもよい。この場合、押圧プレートにストレスをかけることなく押圧プレートを保持することができるので、押圧プレートの歪み等を防ぐことができる。

本発明によれば、高いコプラナリティーを得ることのできるコイニング装置およびコイニング方法が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明によるコイニング装置およびコイニング方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明によるコイニング装置の一実施形態を示す概略構成図である。コイニング装置１は、載置台１０、押圧部２０、搬送部３０、制御部４０および測定部５０を備えている。

載置台１０は、複数の半田ボール９０が固定された半導体チップ９２を載置するものである。載置台１０は、例えば吸着により半導体チップ９２を固定する。また、載置台１０は、その内部に設けられたヒーター１６を有している。ヒーター１６は、半導体チップ９２を介して半田ボール９０を加熱する加熱手段である。この加熱温度は、半田ボール９０が軟化する程度に設定される。

押圧部２０は、半田ボール９０を押圧する押圧手段であり、押圧プレート２２、保持部２４、ヒーター２６および荷重センサ２８を有して構成されている。押圧プレート２２は、載置台１０に対向する実質的に平坦な押圧面２２ａを有している。この押圧面２２ａは、押圧時に半田ボール９０と直接に接触する面となる。保持部２４は、押圧プレート２２を吸着により保持するものである。保持部２４における押圧プレート２２との接触面には、吸引用の孔（図示せず）が形成されている。ヒーター２６は、押圧プレート２２を介して半田ボール９０を加熱する加熱手段である。また、荷重センサ２８は、押圧プレート２２が半田ボール９０に接した状態において押圧プレート２２が半田ボール９０から受ける荷重を計測する荷重計測手段である。

搬送部３０は、押圧部２０を載置台１０に対して相対的に移動させる搬送手段である。具体的には、搬送部３０は、押圧部２０をその押圧面２２ａの法線と略平行な方向に移動させることにより、押圧部２０を載置台１０に対して近づけたり遠ざけたりする。また、搬送部３０は、載置台１０が押圧部２０に対向する位置と後述する測定部５０に対向する位置とを行き来できるように、載置台１０を半導体チップ９２の載置面の面内方向（すなわち、押圧面２２ａの面内方向）に沿って移動させる。

制御部４０は、搬送部３０による押圧部２０の移動距離を制御する制御手段である。この制御部４０は、最近接位置における押圧部２０と半導体チップ９２との間隔が所望のボール高さに一致するように、押圧部２０の移動距離を設定する。特に、本実施形態において制御部４０は、初期位置における押圧部２０と載置台１０との間隔から、半導体チップ９２の厚さと所望のボール高さとの和を減じることにより、上記移動距離を算出する。

測定部５０は、例えばレーザ変位計が用いられ、半導体チップ９２の厚さを計測するチップ厚計測手段である。測定部５０は、計測したチップ厚を制御部４０へと送信する。制御部４０は、このチップ厚を用いて上記移動距離の算出を行う。また、本実施形態において測定部５０は、半導体チップ９２の複数の点で厚さを計測し、それらの平均値を半導体チップ９２のチップ厚として制御部４０へと送信する。計測される点としては、例えば、半導体チップ９２の四隅近傍の４点を選べばよい。ここで選ばれる点は、チップ表面における半田ボール９０やポリイミド等により覆われていない領域内の点であることは言うまでもない。さらに、測定部５０は、複数の点で計測した値の分散値が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上である場合には、その旨を報知する異常報知信号を制御部４０へと出力する。制御部４０は、異常報知信号を受信した場合、搬送部３０に対して押圧部２０の移動を行わないように停止信号を送信する。

次に、コイニング装置１の動作ならびに本発明によるコイニング方法の一実施形態を説明する。図２は、コイニング装置１の動作の概略を示すフローチャートである。まず、測定部５０により半導体チップ９２のチップ厚が計測される（Ｓ１０２）。また、複数点で計測した値の分散値が所定値以上であるか否かが判断される（Ｓ１０４）。ここで、分散値が所定値以上であると判断された場合には、その後の処理は行われず、フローが終了する。一方、分散値が所定値以上でないと判断された場合には、次のステップＳ１０６に移行する。Ｓ１０６においては、押圧部２０により半田ボール９０が押圧されることにより、半田ボール９０のコイニング処理が実行される。続いて、半田ボール９０が冷却され（Ｓ１０８）、フローが終了する。なお、複数の半導体チップを連続的に処理する場合には、ステップＳ１０８の後、載置台１０上の半導体チップの交換が行われ、再びステップＳ１０２へ戻ることになる。

続いて、図３〜図６を参照しつつ、コイニング装置１の動作をより詳細に説明する。なお、これらの図においては、搬送部３０および制御部４０の図示を省略している。まず、図３に示すように、載置台１０が測定部５０に対向する位置に来るように、搬送部３０による載置台１０の移動が行われる。その後、測定部５０により半導体チップ９２の厚さが計測される（チップ厚計測ステップ）。このとき、測定部５０により、上記分散値が所定値以上であるか否かが判断される（判断ステップ）。この所定値は、予め測定部５０に記憶されており、適宜設定することができる。チップ厚計測ステップにおいて計測されたチップ厚は、制御部４０に伝えられる。すると、制御部４０により、初期位置における押圧部２０と載置台１０との間隔から、上記チップ厚と所望のボール高さとの和を減じた値が算出され、その値が後述する搬送ステップにおける押圧部２０の移動距離の目標値となる。

次に、図４に示すように、載置台１０が押圧部２０に対向する位置に来るように、搬送部３０による載置台１０の移動が行われる。その後、押圧部２０を半導体チップ９２に近接させるように、搬送部３０による押圧部２０の移動が行われる（搬送ステップ）。このとき、搬送部３０は、押圧部２０と載置台１０との間隔がある基準値（間隔基準値）以上のときは比較的高い速度で、間隔基準値以下のときは比較的低い速度で押圧部２０を移動させる。この間隔基準値は、押圧部２０が半田ボール９０に接しない程度の値として予め設定される。

上記搬送ステップにおいては、図５に示すように、押圧部２０が半田ボール９０に接触したところで、押圧部２０の移動が一旦停止される。押圧部２０が半田ボール９０に接触しているか否かは、荷重センサ２８（図１参照）により計測される荷重値がある基準値（第１荷重基準値）以上であるか否かによって判断される。この判断は、予め適宜設定された第１荷重基準値に基づいて制御部４０により行われる。押圧部２０の移動が一旦停止された状態で、ヒーター１６，２６による半田ボール９０の加熱が行われる。

加熱により半田ボール９０が軟化し始めた時点で、押圧部２０の移動が再開される。半田ボール９０の軟化がし始めたか否かは、荷重センサ２８により計測される荷重値がある基準値（第２荷重基準値）以下であるか否かによって判断される。この判断も、予め適宜設定された第２荷重基準値に基づいて制御部４０により行われる。ここで、第２荷重基準値は、上記第１荷重基準値よりも小さい値に設定される。

押圧部２０の移動距離（図１に示す初期位置から図６に示す最近接位置までの距離）が制御部４０により算出された移動距離に達したところで、制御部４０により搬送部３０に停止信号が送られ、それにより押圧部２０の移動が停止される。すなわち、押圧部２０の移動距離は、最近接位置における押圧部２０と半導体チップ９２との間隔が所望のボール高さに一致するように、制御部４０により制御されている（制御ステップ）。その後、押圧部２０は、搬送部３０により、載置台１０から遠ざかる向きに初期位置に達するまで移動される。そして、半田ボール９０は、硬化するまで冷却される。

図７を参照しつつ、制御部４０による移動距離の目標値の算出方法を説明する。まず、図７において、Ａ〜Ｆの各符号の意味は、次のとおりである。
Ａ：半導体チップ９２のチップ厚
Ｂ：所望のボール高さ
Ｃ：押圧プレート２２の厚さ
Ｄ：初期位置における保持部２４と載置台１０との間隔
Ｅ：半田ボール９０に接触するまでの押圧部２０の移動距離
Ｆ：半田ボール９０に接触してからの押圧部２０の移動距離（押し潰し量）

つまり、Ａ＋Ｂがチップ厚と所望のボール高さとの和、Ｄ−Ｃが初期位置における押圧部２０（押圧面２２ａ）と載置台１０との間隔、Ｅ＋Ｆが搬送ステップにおける押圧部２０の総移動距離をそれぞれ表す。ここで、図７からも明らかなように、Ｅ＋Ｆ＝（Ｄ−Ｃ）−（Ａ＋Ｂ）が成り立つ。したがって、制御部４０は、この式の右辺を計算することにより移動距離の目標値を算出することができ、その目標値に従って搬送部３０を制御する。また、上記式は、Ｆ＝｛（Ｄ−Ｃ）−（Ａ＋Ｂ）｝−Ｅと変形することができる。すなわち、制御部４０は、移動距離の目標値からＥ（半田ボール９０に接触するまでの押圧部２０の移動距離）を減ずることにより、押し潰し量Ｆを算出することができる。

なお、押圧プレート２２の厚さＣは、必要に応じて計測される。例えば、押圧プレート２２を別の押圧プレートと交換したような場合には、押圧プレート２２の厚さを計測することが好ましい。この計測は、半導体チップ９２のチップ厚の計測と同様に、押圧プレート２２を載置台１０上に載置した状態で測定部５０を用いて実行することができる。

最後に、本実施形態の効果を説明する。

本実施形態においては、押圧部２０の載置台１０に対する移動距離を直接制御することにより、最近接位置における押圧部２０とチップ９２との間隔が所望のボール高さに一致するようにしている。このため、特許文献１に記載の装置とは異なり、スペーサを用いる必要がない。これにより、このコイニング装置によれば、高いコプラナリティーを得ることができる。したがって、検査工程において有効なコンタクトを得ることができる。すなわち、特許文献１の装置ではコプラナリティーが押圧プレートおよびスペーサの双方の精度に依存するのに対し、上記実施形態においては、それらのうち押圧プレート２２の精度にのみ依存するため、特許文献１に比してコプラナリティーを向上させることができる。しかも、特許文献１の装置では、チップ厚の異なる種々のチップについて一定のボール高さを得ようとすると、チップ毎に厚さの異なるスペーサを用いなければならないため、煩雑になる。これに対して、上記実施形態によれば、チップ厚の異なる種々のチップについても、容易に一定のボール高さを実現することができる。

ところで、荷重制御により、半田ボールの押し潰し量を決める方法も考えられる。荷重制御においては、半田ボールの押圧時に押圧部が半田ボールから受ける荷重を随時センシングし、その荷重値がある基準値に達したところで、半田ボールの押圧を停止する。しかし、上記荷重は半田ボールの数に依存するため、この制御方法では、半田ボールの数によってボール高さが異なってしまうことになる。この制御方法において、半田ボール数の異なる種々のチップに対して一定のボール高さを得ようとすれば、チップ毎に上記基準値を設定し直す必要があり、煩雑である。これに対して、上記実施形態によれば、押圧部２０の移動距離を直接制御しているので、かかる問題は生じず、半田ボール数の半田ボール数の異なる種々のチップについても、容易に一定のボール高さを実現することができる。

制御部４０は、初期位置における押圧部２０と載置台１０との間隔から、チップ厚と所望のボール高さとの和（図７ではＡ＋Ｂで表わされている）を減じることにより、移動距離の目標値を算出している。これにより、厚さの異なる種々のチップについても、容易に一定のボール高さを実現することができる。

コイニング装置１は、チップ９２の厚さを計測する測定部５０を備えており、制御部４０は、測定部５０により計測されたチップ厚を用いて、移動距離を算出している。これにより、厚さの異なる種々のチップを連続的にコイニング処理するのに適したコイニング装置が実現される。特に、測定部５０は、チップ９２の複数点で計測した値の平均値をチップ厚としている。これにより、チップ厚を特に高精度に計測することができる。

また、測定部５０は、判断ステップにおける判断の結果、複数点で計測した値の分散値が所定値以上である場合に、異常報知信号を出力する。これにより、チップ厚の均一性が低くコイニング処理に適さないチップを事前に排除することが可能となる。このようなチップに対しコイニング処理を実行するとコイニング装置１の故障につながるため、このようなチップを事前に排除することは非常に重要である。なお、測定部５０による異常報知信号の出力は、必ずしも制御部４０に対してのみ行われるものではない。例えば、ユーザが異常を認知できるように、異常報知信号を出力してもよい。例えば、ＬＥＤを点灯させることやディスプレイに表示すること等の手段により、ユーザに異常を認知させることができる。

押圧部２０は、押圧プレート２２と押圧プレート２２を吸着保持する保持部２４とを有して構成されている。これにより、ストレスをかけることなく押圧プレート２２を保持することができるので、押圧プレート２２の歪み等を防ぐことができる。これに対して、押圧プレートを保持部に対しネジ止め等により固定した場合、押圧プレートにストレスが加わり歪んでしまうおそれがある。押圧プレートの歪みはコプラナリティーの低下につながるため、これを防ぐことは非常に重要である。

また、上記実施形態においては押圧プレート２２の厚みも計測できるため、厚さの異なる種々の押圧プレート２２についても、一定のボール高さを実現することができる。

以上、本発明によるコイニング装置およびコイニング方法の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態においては押圧部２０を移動させることにより押圧部２０と載置台１０との間隔を変更したが、載置台１０を移動させることによりその間隔を変更してもよく、押圧部２０および載置台１０の双方を移動させることにより変更してもよい。

また、ヒーター１６，２６を設けることは必須ではなく、何れか一方のみを設けてもよく、何れも設けない構成としてもよい。

本発明によるコイニング装置の一実施形態を示す概略構成図である。 コイニング装置１の動作の概略を示すフローチャートである。 コイニング装置１の動作を説明するための図である。 コイニング装置１の動作を説明するための図である。 コイニング装置１の動作を説明するための図である。 コイニング装置１の動作を説明するための図である。 制御部４０による移動距離の目標値の算出方法を説明するための図である。

符号の説明

１ コイニング装置
１０ 載置台
１６ ヒーター
２０ 押圧部
２２ 押圧プレート
２２ａ 押圧面
２４ 保持部
２６ ヒーター
２８ 荷重センサ
３０ 搬送部
４０ 制御部
５０ 測定部
９０ 半田ボール
９２ 半導体チップ

Claims (11)

1. 複数の半田ボールが固定されたチップを載置する載置台と、
   前記載置台に対向する実質的に平坦な押圧面を有し、前記半田ボールを押圧する押圧部と、
   前記押圧部を前記載置台に対して相対的に移動させる搬送手段と、
   最近接位置における前記押圧部と前記チップとの間隔が所望のボール高さに一致するように、前記搬送手段による移動距離を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするコイニング装置。
2. 請求項１に記載のコイニング装置において、
   前記制御手段は、初期位置における前記押圧部と前記載置台との間隔から、前記チップの厚さと前記所望のボール高さとの和を減じることにより、前記移動距離を算出することを特徴とするコイニング装置。
3. 請求項２に記載のコイニング装置において、
   前記チップの厚さを計測するチップ厚計測手段を備え、
   前記制御手段は、チップ厚計測手段により計測された前記チップの厚さを用いて、前記移動距離を算出することを特徴とするコイニング装置。
4. 請求項３に記載のコイニング装置において、
   前記チップ厚計測手段は、前記チップの複数点で計測した値の平均値を前記チップの厚さとすることを特徴とするコイニング装置。
5. 請求項４に記載のコイニング装置において、
   前記チップ厚計測手段は、前記複数点で計測した値の分散値が所定値以上である場合に、そのことを報知する信号を出力することを特徴とするコイニング装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のコイニング装置において、
   前記押圧部は、前記押圧面を有する押圧プレートと、前記押圧プレートを吸着により保持する保持部とを有して構成されていることを特徴とするコイニング装置。
7. 複数の半田ボールが固定されたチップが載置された載置台に対して、前記半田ボールを押圧する押圧部を相対的に移動させることにより、前記押圧部と前記チップとを互いに近接させる搬送ステップと、
   最近接位置における前記押圧部と前記チップとの間隔が所望のボール高さに一致するように、前記搬送ステップにおける移動距離を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とするコイニング方法。
8. 請求項７に記載のコイニング方法において、
   前記制御ステップにおいては、初期位置における前記押圧部と前記載置台との間隔から、前記チップの厚さと前記所望のボール高さとの和を減じることにより、前記移動距離を算出することを特徴とするコイニング方法。
9. 請求項８に記載のコイニング方法において、
   前記チップの厚さを計測するチップ厚計測ステップを含み、
   前記制御ステップにおいては、前記チップ厚計測ステップにおいて計測された前記チップの厚さを用いて、前記移動距離を算出することを特徴とするコイニング方法。
10. 請求項９に記載のコイニング方法において、
    前記チップ厚計測ステップにおいては、前記チップの複数点で計測した値の平均値を前記チップの厚さとすることを特徴とするコイニング方法。
11. 請求項１０に記載のコイニング方法において、
    前記チップ厚計測ステップにおいて前記複数点で計測した値の分散値が所定値以上であるか否かを判断する判断ステップを含むことを特徴とするコイニング方法。

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