JP2005294823A - 電子部品等の接続バンプの製造システムおよび製造方法並びに導電性ボールの接合装置および接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、フラックスレスで接続バンプを形成する新規な製造システムおよび製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の一態様は、導電性ボールを用いて電子部品に所定のパターンで接続バンプを形成する製造システムであって、（１）前記パターンに対応し前記導電性ボールを挿通可能な位置決め開口部を備えるマスクと、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの位置決め開口部に装入され前記電子部品に整列されている前記導電性ボールにレーザービームを照射するビーム照射手段とを有し、前記マスクは、少なくとも前記レーザービームが照射される側にレーザービームを反射する反射膜を備え、前記電子部品に導電性ボールを仮固定する接合装置と、（２）前記接合装置で、前記電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融する再溶融装置とを有する接続バンプの製造システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品等の接続バンプの製造システム及び製造方法に係るものであり、フラックスレスで接続バンプを形成するのに適する電子部品等の製造システム及び製造方法に関するものである。また、本発明は、上記電子部品等の接続バンプの製造システム及び製造方法に適用できる導電性ボールの接合装置及び接合方法に関するものである。

半導体部品、基板又はそれらが組み合わされたパッケージなどの電子部品において、電気的な接続を得るための接続バンプを形成する方法として接続バンプとほぼ同じ体積を有する導電性ボール用いるボール方式がある。導電性ボールとして半田ボールを用いボール方式で接続バンプを形成する場合には、電子部品の電極にフラックスを塗布し、フラックスを介して当該電極に半田ボールを載置し、半田ボールを再溶融（いわゆるリフローのことである。）し、接続バンプを形成する方法が一般的に採用されている。ここで、上記フラックスは、１）半田ボール及び電極の表面に存在している酸化膜を還元して破り、再溶融後に形成される接続バンプと電極の接合性を高めること（還元機能という。）、２）再溶融中に溶融した半田を覆い酸化を防止すること（酸化防止機能という。）、及び、３）電極上に載置された半田ボールが自由に動かない程度に電極に固定する（以下仮固定と称する場合もある。仮固定機能という。）する目的で使用される。

このフラックスが電子部品に残留すると電子部品の腐食やマイグレーションを引き起こすため、フラックスを除去するために再溶融後の電子部品は洗浄される。電子部品の洗浄工程では、フラックスの洗浄性に優れた洗浄剤であるフロンやトリクロロエタン等の有機溶剤が使用されてきたが、フロンやトリクロロエタン等の洗浄剤の使用は、オゾン層を破壊する原因のひとつであり、環境問題の観点からフラックスを使用せずフラックスレスで接続バンプを形成する技術の確立が望まれていた。このため、フロンやトリクロロエタン等の洗浄剤を代替する洗浄剤でフラックスを洗浄することが提案されているが、洗浄回数等の洗浄方法を工夫したとしても代替洗浄剤でフラックスを完全に除去することは非常に困難であった。

また、フラックスを使用すると、再溶融のときに溶融した半田にフラックス自身またはガス化したフラックスが巻き込まれ、接続バンプの内にボイドが生成されるという問題があった。さらに、半田ボールが小径になると、洗浄によるフラックスの除去が難しくなり、電子部品の腐食やマイグレーションが生じる可能性が更に高くなる。このように、製品の品質の観点からもフラックスレスにより接続バンプを製造する技術の確立が望まれている。

フラックスレスで接続バンプを形成する製造システムの一例が、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の製造システムは、基板の電極に対応した位置決め開口部を備えたマスクと、マスクと基板とが位置合わせされた状態で収納され、不活性ガスを導入可能な密閉容器を有し、基板と該基板に対し位置合わせされ位置決め開口部に半田ボールが装入されたマスクとを密閉容器に収納し、密閉容器に不活性ガスである窒素ガスを導入し、レーザービームを半田ボールに照射し加熱して半田ボールを再溶融し、接続バンプをフラックスレスで形成するのものである。
特表２００３−５２０４１５号公報

特許文献１の製造システムによれば、マスクの位置決め開口部に装入され、電極上に載置され位置決めされた半田ボールを非酸化雰囲気の密閉容器中でレーザービームにより再溶融することで、フラックスレスで接続バンプを形成することが出来る利点ある。また、基板の電極以外の部分はマスクで覆われているので、レーザービームによる基板の熱的損傷が小さくなるという利点がある。

しかしながら、特許文献１の製造システムによれば、マスクの位置決め開口部に装入し位置決めされた半田ボールを、１つずつ加熱するため接続バンプの形成に長時間を要し工業生産上効率的でないという問題がある。この問題は、複数個の半田ボールを含むようにレーザービームを照射することによって解消されるが、半田ボールを再溶融するため半田が溶融する程度の温度（１８０℃〜２３０℃前後）まで半田ボールを加熱する必要がある。すると、位置決め開口部以外のマスクにもレーザービームが照射されてしまうため、マスク自身がレーザービームを吸収し、加熱され、熱変形してしまう。その結果、マスクの熱変形により半田ボールが移動し、当該レーザービームで再溶融して形成された接続バンプの位置がずれてしまうという問題が生じる。また、レーザービームで加熱された半田ボールの溶融した一部が位置決め開口部の内壁に付着する場合がある。そうすると、形成された接続バンプが、マスクを基板から取外すときに一緒に基板から離脱し、接続バンプが欠落した電極が生じるという問題が発生する。

本発明は、上記従来の技術の問題点を鑑みてなされたものであり、接続バンプの位置精度が高く、接続バンプの欠落が少ない電子部品等の接続バンプの製造システム及び製造方法を提供することを目的の１つとしている。

また、本発明は、低コストで効率的に接続バンプを形成する電子部品等の接続バンプの製造システム及び製造方法を提供することを目的の１つとしている。

また、本発明は、フラックスレスで接続バンプを形成する新規な電子部品等の接続バンプの製造システムおよび製造方法を提供することをその目的の１つとしている。

本発明は、上記の電子部品等の接続バンプの製造システム及び製造方法に適用できる導電性ボールの接合装置および接合方法を提供することを目的としている。

かかる課題について、本発明者らは鋭意検討のうえ、電子部品に載置された導電性ボールを加熱し導電性ボールを溶融して電子部品に仮固定すれば、フラックスの仮固定機能を代替でき、フラックスレスを実現できることを知見した。すなわち、フラックスの還元機能及び酸化防止機能は、電子部品への残留の少ない還元性ガスや不活性ガスなどを使用することで代替できる。そこで、導電性ボールを電子部品に仮固定する工程において導電性ボールを加熱することにより仮固定機能を発揮させ、電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融する工程において還元性ガスや不活性ガスなどを使用し還元機能及び酸化防止機能を発揮せしめることで、フラックスレスで接続バンプを形成できることに想到するに至ったものである。また、導電性ボールは、導電性ボールの表面のみが瞬間的に溶融されれば電子部品に仮固定されるので、比較的エネルギー密度の大きなレーザービームで導電性ボールを瞬間的に加熱することが好ましいことを知見した。かかる知見によれば、導電性ボールは、導電性ボールの表面が溶融する程度に一時的に加熱されればよいので、導電性ボールを電子部品に載置するための部材や電子部品への熱の影響が低減され、また、導電性ボールの表面に形成される酸化膜の厚みを少なくすることができる。

かかる知見による本発明の一態様は、導電性ボールを用いて電子部品に所定のパターンで接続バンプを形成する製造システムであって、（１）前記パターンに対応し前記導電性ボールを挿通可能な位置決め開口部を備えるマスクと、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの位置決め開口部に装入され前記電子部品に整列されている前記導電性ボールにレーザービームを照射するビーム照射手段とを有し、前記マスクは、少なくとも前記レーザービームが照射される側にレーザービームを反射する反射膜を備え、前記電子部品に導電性ボールを仮固定する接合装置と、（２）前記接合装置で、前記電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融する再溶融装置とを有する電子部品等の接続バンプの製造システムである。

上記した製造システムによれば、電子部品に対し位置合わせされたマスクの位置決め開口部に装入された導電性ボールにレーザービームを照射したときに、少なくともマスクのレーザービームが照射される側には当該レーザービームを反射する反射膜が設けられているので、マスク自身はレーザービームを吸収せず、導電性ボールのみがレーザービームを吸収する。したがって、導電性ボールは加熱されて電子部品に仮固定されるものの、マスク自身は加熱されず熱変形しないので、マスクの位置決め開口部に装入された導電性ボールはマスクの熱変形により移動することがない。その結果、再溶融装置で導電性ボールを再溶融してなる接続バンプは高い位置精度で形成されることとなる。また、導電性ボールが装入される位置決め開口部の内壁を溶融した導電性ボールが濡れ難いものとすれば、レーザービームで溶融した導電性ボールが位置決め開口部に付着することがなく、もって、接続バンプの欠落が回避される。さらに、本製造システムによれば、導電性ボールはフラックスを使用することなく電子部品に仮固定されるのでフラックスレスで接続バンプを形成することが可能となる。

前記レーザービームは、前記位置決め開口部に装入された導電性ボールを複数個含む範囲に照射されることが望ましい。複数の導電性ボールを同時に加熱し仮固定することで効率的に接続バンプの製造が行えるからである。さらに、前記接合装置は、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの前記位置決め開口部に装入された導電性ボールを下方に押圧可能に配設されるととともに前記レーザービームが透過可能な押圧手段を有してれば好ましい。導電性ボールを下方に押圧することにより、電子部品からの導電性ボールの浮きが防止されるからである。さらに加えて、導電性ボールの外周面の酸化を防止するため、前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲は不活性雰囲気又は還元雰囲気にされる構成とすれば好適である。

本発明の一態様は、導電性ボールを用いて電子部品に所定のパターンで接続バンプを形成する製造方法であって、（１）所定のパターンで前記電子部品に整列されている前記導電性ボールを該導電性ボールの表部のみが溶融状態となる程度に加熱して前記電子部品に仮固定する第１ステップと、（２）前記電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融する第２ステップとを含む電子部品等の接続バンプの製造方法である。本製造方法は、上記接続バンプの製造装置によって好適に実施される。ここで、導電性ボールの表部とは、導電性ボールの表面及び表面近傍のことをいう。

なお、第１ステップにおいて、前記導電性ボールを下方に押圧しつつ加熱することが好ましい。さらに、第１ステップにおいて、前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲を不活性雰囲気又は還元雰囲気にすることが好ましい。

本発明の一態様は、所定のパターンで導電性ボールを電子部品に接合する接合装置であって、前記パターンに対応し前記導電性ボールを挿通可能な位置決め開口部を備えるマスクと、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの位置決め開口部に装入され前記電子部品上に整列されている前記導電性ボールにレーザービームを照射するビーム照射手段とを有し、前記マスクは、少なくとも前記レーザービームが照射される側にレーザービームを反射する反射膜を備える導電性ボールの接合装置である。本接合装置は、上記接続バンプの製造装置に好適に組み込むことができる。また、本接合装置は単独で使用することもでき、本接合装置で導電性ボールを電子部品に仮固定した後に、導電性ボールおよび電子部品の表面にフラックスを塗布したものを再溶融して接続バンプを形成する態様で使用することもできる。さらに、本接合装置は、位置決め開口部を通して電子部品に載置された導電性ボールにレーザービームを照射して再溶融し、電子部品に接合する態様で使用することもできる。

なお、前記レーザービームは、前記導電性ボールを複数個含む範囲に照射されることが望ましい。さらに、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの前記位置決め開口部に装入された導電性ボールを下方に押圧可能に配設されるととともに前記レーザービームが透過可能な押圧手段を有していれば好ましい。さらに加えて、前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲は不活性雰囲気又は還元雰囲気にされることが望ましい。

本発明の一態様は、所定のパターンで導電性ボールを電子部品に接合する接合方法であって、前記電子部品に整列されている前記導電性ボールを該導電性ボールの表部のみが溶融状態となる程度に加熱して前記電子部品に接合するステップを含む導電性ボールの接合方法である。

なお、前記導電性ボールを下方に押圧しつつ加熱すれば好ましい。また、前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲を不活性雰囲気又は還元雰囲気にすればより好ましい。

本発明によれば、レーザービームを反射する反射膜を有するマスクの位置決め開口部に装入され所定のパターンで電子部品に整列されている導電性ボールは、接合装置から照射されたレーザービームで加熱され、電子部品に仮固定される。このとき、マスクに照射されたレーザービームは反射膜で反射されるのでマスクは加熱されず、マスクの熱変形による導電性ボールの移動は回避される。また、複数の導電性ボールを含むようにレーザービームを照射することで接続バンプを効率的に製造することができる。その後、電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融装置で再溶融することにより接続バンプが形成される。もって、接続バンプをフラックスレスで形成することが可能となる。

本発明について、その実施態様に基づいて説明する。なお、以下の説明では、導電性ボールとして半田ボールを、電子部品として基板を対象とし説明しているが、本発明は以下の態様のみに限定されるものではない。導電性ボールとしては、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ又はＡｌなどの金属からなる導電性ボールは本発明に含まれる。さらに、球状の基体の表面に導電性の金属を被覆した導電性ボールは本発明に含まれる。また、電子部品としては、半導体部品又は半導体部品と基板が組合されたパッケージは本発明に含まれる。

［第１の実施形態］
本発明の第１態様について図１〜４を参照し説明する。図１は、第１態様の製造システムの構成を示す図である。図２は、図１の第１態様の接合装置の概略構成図である。図３は、図１の基板に半田ボールを整列された状態で載置する方法の一例を説明する図である。図４は、図１の基板に半田ボールを整列された状態で載置する方法の別の一例を説明する図である。

第１態様の製造システム９は、図１に示すように、所定のパターンで基板の電極に整列された半田ボールを加熱し電極に仮固定する接合装置１と、電極に仮固定された半田ボールを再溶融する再溶融装置６とを有している。なお、接合装置１と再溶融装置６との間の基板の受け渡しは、人手で行ってもよいが図示するように搬送部Ｃで機械的に行えば自動化や品質の面で有利である。

ここで、図２に示すように、基板７は、その一面に所定のパターンで形成されたパッド状の電極７１を有している。半田ボールは、整列された状態で電極７１に載置され、再溶融されて接続バンプが形成される。以下、接合装置１と再溶融装置６について説明する。

［接合装置］
第１態様の接合装置１は、図２に示すように、所定のパターンに整列された状態で半田ボールＢが載置された基板７を水平に支持する支持台１３と、基板７を介して支持台１３の上方に配設され紙面に対し水平方向と垂直方向に自在に移動可能な加熱手段であるビーム照射手段１１とを有している。なお、本態様の支持台１３は、水平に基板７を支持できるように平板状の基台としているが、例えば基板７をより確実に保持できるように真空吸着する吸着手段を備えたり、基板７を位置決めするための位置決め部を備えたりしていてもよい。

ビーム照射手段１１は、図示しないビーム発生部と、ビーム発生部に一端が接続されビーム発生部で発生したレーザービームを伝送する図示しない光ファイバと、光ファイバの他端が接続され下端からレーザービーム１１２を基板７に照射するビーム照射部１１１を備えている。レーザービーム１１２としては、例えばＣＯ_２（炭酸ガス）レーザ、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザなどを使用することができる。ここで、金属である半田ボールＢはＹＡＧレーザまたは半導体レーザの吸収率が高く、樹脂やセラミックスなど非金属である基板７はＹＡＧレーザまたは半導体レーザの吸収率が低い。したがって、レーザービーム１１２としてＹＡＧレーザまたは半導体レーザを選択すれば半田ボールＢのみが選択的に加熱されるので、基板７の熱変形や熱損傷を抑制しつつ半田ボールＢを加熱して電極７１に仮固定することが可能となる。

レーザービーム１１２は、半田ボールＢが全体としては低い温度を維持して半田ボールＢの全体が溶融せずに、半田ボールＢの表部のみが溶融する程度に加熱して電極７１に仮固定するために、レーザービーム１１２の焦点１１３が半田ボールＢに結ばないようにデフォーカスした状態で照射されることが望ましい。このようにすることで、半田ボールＢは過度に加熱されずその表面には酸化膜が生じ難くなり、再溶融したときの接続バンプと電極の接続の信頼性が確保される。

ビーム照射部１１１は、レーザービーム１１２が長時間半田ボールＢを加熱し半田ボールＢの表面に酸化膜が生じないように、適宜な送り速度で移動され瞬間的に半田ボールＢを加熱することが望ましい。

レーザービーム１１２は、その照射範囲１１４に複数の半田ボールＢを含むよう照射されれば、複数の半田ボールＢを一括して電極７１に仮固定されるので望ましい。

半田ボールＢを加熱する加熱手段としては、上記ビーム照射手段１１に限定されず、例えば赤外線で半田ボールＢを加熱する手段または半田ボールＢに振動を与え半田ボールＢと電極７１との接触面に生じる摩擦熱で半田ボールＢを電極７１に仮固定する手段などを使用できる。しかしながら、前記ビーム照射手段１１によれば、半田ボールＢに入熱する熱量の制御が比較的容易であり、半田ボールＢを非接触で加熱できるので好ましい。

ここで、上記基板７の電極７１には、以下の例で示すようにして半田ボールＢが載置される。

第１の例は、図３に示すように、電極７１のパターンに対応し半田ボールＢが挿通可能に形成された位置決め開口部８１を有する整列部材であるマスク８を用いて半田ボールＢを基板７に載置する場合である。

このマスク８を用いた方法によれば、図３（ａ）に示すように、位置決め開口部８１が電極７１に対応するように基板７に対しマスク８は位置合わせされる。次いで、図３（ｂ）に示すように、位置決め開口部８１に半田ボールＢを装入する。半田ボールＢは、位置決め開口部８１を通じて電極７１に載置される。図３（ｃ）に示すように、マスク８を基板７から取外す。その結果、半田ボールＢは電極７１に整列された状態で配置される。この後に、上記接合装置１によって半田ボールＢは電極７１に仮固定される。

第２の例は、図４に示すように、電極７１のパターンに対応し半田ボールＢを吸着する吸着孔５１を有する整列部材である吸着ヘッド５を用いて半田ボールＢを基板７に載置する場合である。吸着ヘッド５は、函状の筐体の底部に形成された吸着部５１と、天部に形成された流通孔５２と、流通孔５２に接続された図示しない負圧発生手段を備えている。この吸着ヘッド５は、負圧発生手段で負圧を発生すると各吸着孔５１には吸着力が生じ、半田ボールＢを吸着する。負圧を保つことにより半田ボールＢは吸着手段５に保持され、負圧を切ることにより半田ボールＢは吸着手段５から分離される。

この吸着ヘッド５を用いた方法によれば、図４（ａ）に示すように、吸着部５１に半田ボールＢを吸着し、吸着された半田ボールＢが電極７１に対応するように基板７に対し吸着ヘッド５を位置合わせする。図４（ｂ）に示すように、電極７１に半田ボールＢが載置されるように吸着ヘッド５を位置決めし、吸着ヘッド５から半田ボールＢを分離する。その結果、図４（ｃ）に示すように、半田ボールＢは電極７１に整列された状態で配置される。この後に、上記接合装置１によって半田ボールＢは電極７１に仮固定される。

なお上記整列部材（マスク８、吸着ヘッド５）を適宜な部材と組合せて接合装置１に内蔵すれば、半田ボールＢの基板７への搭載と仮固定を同時に行うことができ操業を自動化できる点で効果がある。

［再溶融装置］
以下で説明する別の態様においても共通な構成の再溶融装置６は、接合装置１において電極７１に仮固定された半田ボールＢを再溶融し、接続バンプを形成する。したがって、再溶融装置としては特に限定される構成はなく、例えば半田ボールＢが搭載された基板７の全体を加熱して半田ボールＢを再溶融する物であってもよく、半田ボールＢのみ加熱して再溶融する物であってもよい。

再溶融装置６は、加熱された半田ボールＢが酸化しないように半田ボールＢの周囲が窒素またはアルゴンなどの不活性ガスに置換され不活性な雰囲気に制御される物が好ましい。また、半田ボールＢに生じた酸化膜が除去されるように半田ボールＢの周囲が水素また水素ラジカルなどの還元ガスに置換され還元雰囲気に制御される物が好ましい。このような再溶融装置６によれば、半田ボールＢが再溶融され形成された接続バンプと電極７１の接続の信頼性が確保される。

上記第１態様の製造システム９の動作について説明する。

半田ボールＢを電極に仮固定する接合工程（第１の工程）
所定のパターンで整列された状態で基板７の電極７１に載置された半田ボールＢを、接合装置１で、半田ボールＢの表部が溶融する程度に加熱し、電極７１に仮固定する。

半田ボールＢを再溶融する再溶融工程（第２の工程）
電極７１に仮固定された半田ボールＢを、再溶融装置６で、再溶融し、接続バンプを形成する。

［第２の実施態様］
本発明の第２態様について図１、５及び６を参照し説明する。図１は、第２態様の製造システムの構成を示す図である。図５は、図１の第２態様の接合装置の概略構成図である。図６は、図５のＡ矢視の平面図である。なお、図において、第１態様の製造システム９と実質的に同様な構成については同一の符号を付し、その構造や動作の詳細な説明を省略する。（以下説明する他の態様でも同様とする。）

第２態様の製造システム９は、図１に示すように、基本的に第１態様の製造システムと同じ構成であり、接合装置２と再溶融装置６とを有している。第２態様の製造システム９が第１態様の製造システムと異なる点は、図５に示すように、その接合装置２が、半田ボールＢを位置決めしつつ、その位置を保持する整列部材であるマスク２４を有する点である。以下、マスク２４を中心に説明をする。

第２態様の接合装置２は、図５に示すように、水平な状態に基板７を支持する支持台１３と、電極７１の配列パターンに対応し半田ボールＢを挿通可能な位置決め開口部２４２を備えた整列部材であるマスク２４と、前記マスク２４を介して支持台１３の上方に配設されたビーム照射手段１１とを有し、該マスク２４は、レーザービーム１１２が照射されるその少なくとも上面にレーザービーム１１２を反射する反射膜２４３を備えている。

マスク２４は、半田ボールＢの大きさに合わせた厚みの薄板状の基体２４１に位置決め開口部２４２を形成したものである。その基体の材料としては、例えばステンレス、ニッケル若しくはチタンなどの金属、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、酢酸セルロース若しくはポリエステル系などの樹脂、ガラス又はゴムなどから選択される。

位置決め開口部２４２は、例えば図示するように半田ボールＢが挿通可能な略円柱形状をなしている。なお、位置決め開口部２４２を下方に開くテーパ孔状とすれば基板７の露出する面積が小さくなりレーザービーム１１２による基板７のダメージが少なくなるので好ましい。

反射膜２４３は、例えばメッキまたはスパッタなどで適宜な材料を基体２４１の一面に成膜し形成される。その素材は、使用されるレーザービーム１１２の波長によりそのレーザービーム１１２に対し適当な反射率を有する物が選定される。例えば、レーザービーム１１２として半導体レーザを採用した場合、半導体レーザは０．７〜０．９μｍの波長を有しているので、当該波長のレーザに対する反射率が８０％以上であるＡｕ、Ａｇ又はＣｕを主体とした材料から構成された反射膜２４３であることが望ましい。また、レーザービーム１１２としてＹＡＧレーザーを採用した場合、ＹＡＧレーザは０．９〜１．１μｍの波長を有するので、当該波長のレーザーに対する反射率が８５％以上であるＡｕ、Ａｇ又はＣｕを主体とした材料から構成された反射膜２４３とすることが望ましい。また、レーザービーム１１２としてＣＯ２レーザを採用した場合、ＣＯ２レーザは１０．６μｍ前後の波長を有しているので、当該波長のレーザーに対する反射率が９０％以上であるＡｕ、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ又はＣｒを主体とした材料からなる反射膜２４３とすることが望ましい。

マスク２４は、電極７１に位置決め開口部２４２が対応するように基板７に対し位置合わせされる。このとき、マスク２４は、マスク２４の底面が基板７の上面に接触するように位置合わせされてもよいし、適宜な間隔を保つように位置合わせされてもよい。半田ボールＢは、位置決め開口部２４２に装入され、位置決め開口部２４２を通して電極７１に位置決めされつつ載置される。この状態においてレーザービーム１１２を照射すれば、レーザービーム１１２を吸収した半田ボールＢは加熱され電極７１に仮固定されるが、マスク２４で覆われた基板７は加熱されないので基板７の熱変形または熱損傷が防止できる。

ここで、マスク２４は、レーザービーム１１２を反射する反射膜２４３を有している。したがって、マスク２４に照射されたレーザービーム１１２は反射膜２４３で反射されるのでマスク２４は加熱されず、マスク２４の熱変形または熱損傷を解消することができる。その結果、マスク２４の熱変形により電極７１に載置された半田ボールＢが移動することがなく、その後の再溶融工程において位置精度よく接続バンプを形成することが可能となる。

［第３の実施態様］
本発明の第３態様について図１及び７を参照し説明する。図１は、第３態様の製造システムの構成を示す図である。図７は、図１の第３態様の接合装置の概略構成図である。

第３態様の製造システム９は、図１に示すように、基本的に第１態様の製造システムと同じ構成であり、接合装置３と再溶融装置６とを有している。第３態様の接合装置３が第２態様の接合装置２と異なる点は、図７に示すように、内部を気密に保持できるマスク１４と基板７とを収納可能な収納容器３２を有する点である。以下、収納容器３２を中心に説明する。

収納容器３２は、底板と底板に立設された側板３２１からなる上部が開口した函状体と内部を気密に保持可能に該開口を塞ぐとともにレーザービーム１１２を透過可能な材料からなる蓋体３２２を有している。なお、蓋体３２２は脱着自在に構成されており、収納容器３２の中に基板７やマスク１４を入れる場合には蓋体３２２が取外される。なお、蓋体３２２としては、レーザービーム１１２としてＣＯ_２レーザを採用する場合にはＺｎＣｅ又はＺｎＣｅでコーティングされたガラス、ＹＡＧレーザまたは半導体レーザを採用する場合はガラスを用いることが望ましい。

収納容器３２の内部の雰囲気を制御するため、側壁３２１の一方にはガス導入のための導入口３２３が、他方にはガス排出のための排出口３２４が接続されている。該導入口３２３には、図示しないガス発生装置またはガス貯留装置などが接続され、排出口３２４には、図示しない排気装置が接続されている。

収納容器３２に導入するガスとしては、加熱された半田ボールＢが酸化しないように窒素またはアルゴンなどの不活性ガスが選択され、レーザ１１２で加熱される半田ボールＢの周囲が不活性な雰囲気になるように制御される。また、半田ボールＢに生じた酸化膜が除去されるように水素また水素ラジカルなどの還元ガスが選択され、半田ボールＢの周囲が還元雰囲気に制御される。このように不活性ガスあるいは還元ガスを選択すれば、半田ボールＢの表面において酸化膜は生成しがたくなり、接続バンプと電極７１の接続の信頼性が高くなる。

［第４の実施態様］
本発明の第４態様について図１及び８を参照し説明する。図１は、第４態様の製造システムの構成を示す図である。図８は、図１の第４態様の接合装置の概略構成図である。

第４態様の製造システム９は、図１に示すように、基本的に第１態様の製造システムと同じ構成であり、接合装置４と再溶融装置６とを有している。第４態様の接合装置４が第２態様の接合装置２と異なる点は、図７に示すように、半田ボールＢの周囲にガス４５２を噴射するガス噴射装置４５を有する点である。以下、ガス噴射装置４５を中心に説明する。

噴射装置４５は、噴射ノズル４５１とガス供給装置４５３からなり、噴射ノズル４５１から半田ボールＢに対しガス４５２を噴射する。

噴射ノズル４５１は、レーザービーム１１２に追従し照射範囲１１４を常に照射する構造であることが好ましい。

供給装置４５３は、ガス発生装置又はガスボンベを用いることが好ましい。

半田ボールＢに吹付けるガスとしては、加熱された半田ボールＢが酸化しないように窒素またはアルゴンなどの不活性ガスが選択され、レーザ１１２で加熱される半田ボールＢの周囲が不活性な雰囲気になるように制御される。また、半田ボールＢに生じた酸化膜が除去されるように水素また水素ラジカルなどの還元ガスが選択され、半田ボールＢの周囲が還元雰囲気に制御される。このように不活性ガスあるいは還元ガスを選択すれば、半田ボールＢの表面において酸化膜は生成しがたくなり、接続バンプと電極７１の接続の信頼性が高くなる。

［第５の実施態様］
本発明の第５態様について図９を参照し説明する。図９は、第５態様の製造システムにおける接合装置２´の概略構成図である。第５態様の接合装置２´は基本的に第２態様の接合装置２と同様な構成を有し、マスク２４ａの態様のみが異なっている。

第２態様のマスク２４と同様に位置決め開口部２４２が配設されたマスク２４ａは、溶融した半田が濡れ難い、表面にごく薄い酸化層を備えたＮｉを主体とした基体２４１ａと、該基体２４１ａの上面に設けられたレーザービーム１１２を反射する反射膜２４３ａとを有している。この基体２４１ａは半田ボールＢの直径より大きな厚みを有している。したがって、基板７に位置合わせされたマスク２４ａの位置決め開口部２４２に装入され、電極７１の上に載置された半田ボールＢは、位置決め開口部２４２の内壁において基体２４１ａに相当する部分と常に対峙する状態となる。なお、反射膜２４３ａは、前記第２態様のマスク２４と同様にＡｕ、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ又はＣｒなどを主体としたものから構成されている。

かかるマスク２４ａによれば、接続バンプの欠落を防止することができる。すなわち、基板７に位置合わせされたマスク２４ａの位置決め開口部２４２に半田ボールＢを装入したとき、半田ボールＢは位置決め開口部２４２の内壁に接触した状態で位置決めされるときがある。その後に、半田ボールＢを加熱するためレーザービーム１１２を照射すると、半田ボールＢの表面は一時的に溶融する。ここで、半田ボールＢが接触している位置決め開口部２４２の内壁は、溶融した半田が濡れ難いＮｉを主体とした基体２４１ａである。したがって、位置決め開口部２４２と接触している半田ボールＢの部分が溶融したとしても、半田ボールＢは位置決め開口部２４２の内壁に付着することがなく、もって、接続バンプの欠落を防止することが可能となる。

なお、第５態様のマスク２４ａの基体２４１ａは溶融した半田との濡れ性の観点からＮｉを主体としてなるものであったが、例えば基体２４１ａとしてステンレスを主体としたものを採用してもよい。さらに、予め位置決め開口部２４２を形成した基体の該位置決め開口部２４２の内壁に溶融した半田が濡れ難い被膜、例えばＮｉを主体とした被膜を形成したものであってもよい。

［第６の実施態様］
本発明の第６態様について図１０を参照し説明する。図１０は、第６態様の製造システムにおける接合装置２ａの概略構成図である。第６態様の接合装置２ａは基本的に第２態様の接合装置２と同様な構成を有しているが、マスク２４に挿入され電極７１に載置された状態の半田ボールＢの頂部を下方に押圧する押圧手段２４４ａを有している点で異なっている。以下、押圧手段２４４ａについて説明する。なお、本態様におけるマスク２４は厚みが半田ボールＢの直径よりも小さく、位置決め開口部２４２に挿入された半田ボールＢの頂部がマスク２４の上面より突起するよう構成されている。

押圧手段２４４ａは、基板７に対し位置合わせされたマスク２４の位置決め開口部２４２に装入され電極７１に載置された複数の半田ボールＢの頂部に当接するとともに該半田ボールＢを下方に押圧可能に配設された押圧面（一面）を有する平板状の押圧部２４４１ａと、前記押圧面の鉛直方向の高さを位置決めするため前記押圧部２４４１ａの両端から下方に伸びた脚部２４４２ａとを有している。押圧部２４４１ａは、レーザービーム１１２が透過可能であるとともにレーザービーム１１２により加熱され溶融する半田ボールＢの熱に耐えうる耐熱性を備えた、例えば透明な樹脂やガラスなどで構成されている。ここで、押圧部２４４１ａは、反復継続して使用しうるものではなく、一回の使用で使い捨てにされるものであってもよい。

本態様の接合装置２ａによれば、位置決め開口部２４２に挿入された半田ボールＢは、その頂部が押圧部２４４１ａで下方に押圧された状態でレーザービーム１１２が照射され、加熱された半田ボールＢの表面は溶融する。このとき、下方に押圧された半田ボールＢは押圧部２４４１ａで電極７１に押し付けられているので、電極７１と半田ボールＢとの底部との間に隙間が形成されることがなく、半田ボールＢは確実に電極７１に仮固定されることとなる。

［第７の実施態様］
本発明の第７態様について図１１を参照し説明する。図１１は、第７態様の製造システムにおける接合装置２ｂの概略構成図である。第６態様の接合装置２ｂは基本的に第６態様の接合装置２ａと同様な構成を有しているが、マスク２４の厚みが半田ボールＢの直径よりも大きく、そのため位置決め開口部２４２に挿入された半田ボールＢの頂部がマスク２４の上面より低い位置にある点と、その状態の半田ボールＢを下方に押圧可能とした押圧手段２４４ｂの構成とが異なっている。

本態様の押圧手段２４４ｂは、基板７に対し位置合わせされたマスク２４の位置決め開口部２４２に装入され電極７１に載置された複数の半田ボールＢの頂部に当接するとともに該半田ボールＢを下方に押圧可能に配設された突起状の押圧部材２４４３ｂを有する押圧部２４４１ｂと、前記押圧部材２４４３ｂの鉛直方向の高さを位置決めするため前記押圧部２４４１ｂの両端から下方に伸びた脚部２４４２ｂとを有している。押圧部２４４１ｂと押圧部材２４４３ｂは共にレーザービーム１１２が透過可能であるとともにレーザービーム１１２により加熱され溶融する半田ボールＢの熱に耐えうる耐熱性を備えたもので構成されている。また、押圧部材２４４３ｂは、位置決め開口部２４２に対応し位置決め開口部２４２に装入可能に形成されている。

本態様の接合装置２ｂによれば、マスク２４の厚みが半田ボールＢの直径より大きな場合でも、位置決め開口部２４２に装入した半田ボールＢに対して押圧部材２４４３ｂが対応するように押圧手段２４２ｂを位置合わせすることにより、半田ボールＢは、位置決め開口部２４２に挿入された押圧部材２４４３ｂの下端部で下方に押圧されることとなり、上記第６態様の接合装置２ａと同様に半田ボールＢは確実に電極７１に仮固定される。

［第８の実施態様］
本発明の第８態様について図１２を参照し説明する。図１２は、第８態様の製造システムにおける接合装置２ｃの概略構成図である。第８態様の接合装置２ｃは基本的に第７態様の接合装置２ｂと同様な構成を有しているが、押圧手段２４４ｃの構成が異なっている。

本態様の押圧手段２４４ｃは、基板７に対し位置合わせされたマスク２４の位置決め開口部２４２に装入され電極７１に載置された複数の半田ボールＢの頂部に当接するとともに該半田ボールＢを下方に押圧可能に配設された複数のワイヤー状の押圧部材２４４３ｃを有する押圧部２４４１ｃと、前記突起２４４３ｂの鉛直方向の高さを位置決めするための前記押圧部２４４１ｃの両端から下方に伸びた脚部２４４２ｃとを有している。押圧部２４４１ｃと押圧部材２４４３ｃは共にレーザービーム１１２が透過可能であるとともにレーザービーム１１２により加熱され溶融する半田ボールＢの熱に耐えうる耐熱性を備えたもので構成されている。また、複数の押圧部材２４４３ｃは、位置決め開口部２４２に対応し、位置決め開口部２４２に装入可能なように押圧部２４４１ｃの下面から下方に伸びている。

かかる押圧手段２４４ｃによれば、図１２（ｂ）に示すように、マスク２４の厚みが半田ボールＢの直径より大きな場合でも、位置決め開口部２４２に装入した半田ボールＢに押圧手段２４４３ｃが対応するように押圧手段２４２ｂを位置合わせをすることにより、半田ボールＢは、位置決め開口部２４２に挿入された複数の押圧部材２４４３ｂの下端部で下方に押圧されることとなり、上記第７態様の接合装置２ｂと同様に半田ボールＢは確実に電極７１に仮固定される。

なお、押圧部材２４４３ｃは柔軟性のあるものであれば好ましい。すなわち、図１２（ｃ）に示すように、押圧部材２４４３ｃに柔軟性があれば、上記と同様に半田ボールＢを押圧できるとともに半田ボールＢの頂部の損傷を低減することができる。また、押圧部材２４４３ｃに柔軟性があれば、押圧部２４４１ｃの下面全体に押圧部材２４４３ｃを設けることができる。すなわち、押圧部２４４ｃを位置合わせしたときに、位置決め開口部２４２の位置に対応する押圧部材２４４３ｃは位置決め開口部２４２に挿入されるが、位置決め開口部２４２に対応していない押圧部材２４４３ｃはマスク２４の上面と押圧部２４４１ｃとの間で柔軟に変形する。したがって、押圧部材２４４３ｃの位置を選択して設ける必要がなく、また、電極７１の配列パターンが異なる場合でもマスク２４の大きさごとに用意した一種の押圧手段２４ｃで対応することができるので工業生産上有利である。かかる柔軟性を有する押圧部材２４４３ｃは、例えば柔軟性のある透明な樹脂で構成することができる。

［第９の実施態様］
本発明の第９態様について図１３を参照し説明する。図１３は、第９態様の製造システムにおける接合装置２ｄの概略構成図である。第９態様の接合装置２ｄは基本的に第７態様の接合装置２ｂと同様な構成を有しているが、押圧手段２４４ｄの構成が異なっている。

本態様の押圧手段２４４ｄは、レーザービーム１１２が透過するとともに柔軟性を有する平板状の押圧部２４４１ｄを有している。この押圧部２４４１ｄは透明なゲル状の樹脂を主体として構成されたものであって、押圧部２４４１ｄの底部の位置決め開口部２４２に対応する部分が、位置決め開口部２４２に挿入可能に突起状に変形して突起部２４４３ｄを形成する。そして、基板７に対し位置合わせされたマスク２４の位置決め開口部２４２に装入され電極７１に載置された複数の半田ボールＢを、該突起部２４４３ｄで下方に押圧する。なお、押圧部２４４１ｄとしては、例えばαＧＥＬ（株式会社ジェルテック、登録商標）など主に衝撃吸収用として使用されている樹脂を主体とした柔軟性を有するシートなどを使用することができる。

上記突起部２４４３ｄは、例えば図１３（ｂ）に示すように、マスク２４４ｄの上に載置された押圧部２４４１ｄの上面をローラＲで加圧しつつ転動させることにより、押圧部２４４１ｄの位置決め開口部２４２に対応する部分が該位置決め開口部２４２に押し込まれて突起状に変形することによって形成される。なお、突起部２４４３ｄの形成方法は上記に限定されず、全体を均一に押し付ける方法を用いてもよい。

かかる押圧手段２４４ｄによれば、マスク２４の厚みが半田ボールＢの直径より大きな場合でも、位置決め開口部２４２に装入された複数の半田ボールＢは、位置決め開口部２４２に挿入された突起部２４４３ｄの下端部で下方に押圧されることとなり、電極７１に押し付けられた半田ボールＢにレーザービーム１１２を照射して加熱することで半田ボールＢは確実に電極７１に仮固定される。その後、マスク２４を基板７から取り外すときに押圧手段２４４ｄも同時に取り外される。そのとき、半田ボールＢが押圧手段２４４ｄ（すなわち押圧部２４４１ｄ）の裏面に付着してしまわないように、少なくとも押圧部２４４１ｄの裏面の粘着性は低いことが望ましい。

なお、押圧部２４４１ｄが変形して突起部２４４３ｄが形成された時から半田ボールＢにレーザービーム１１２が照射される時までの期間、突起部２４４３ｄの形状はほぼ一定に保持されていることが望ましい。半田ボールＢが押圧されている状態がその期間維持されるので半田ボールＢが電極７１から浮くことがなく、半田ボールＢは電極７１に更に確実に仮固定されるからである。したがって、押圧部２４４１ｄは適宜な粘弾性を有し、突起部２４４３ｄが原形状（すなわち押圧部２４４１ｄの底部の平坦な形状）に戻るまでの時間が、押圧部２４４１ｄが変形して突起部２４４３ｄが形成された時から半田ボールＢにレーザービーム１１２が照射される時までの期間以上となることが望ましい。

なお、上記第６態様から第９態様の押圧部は電極７１に載置された全ての半田ボールＢを押圧する構成としたが、載置された半田ボールＢの中で所定の個数の半田ボールＢを押圧する構成としてもよい。例えば、レーザービーム１１２が照射されている範囲に含まれる半田ボールＢのみを押圧することにより、当該範囲の半田ボールＢのみを電極７１に押し付けつつレーザービーム１１２で加熱し、半田ボールＢを電極７１に仮固定する構成としてもよい。

本発明に係る製造システムの概略構成図である。 本発明の第１態様に係る接合装置の概略構成図である。 第1態様において導電性ボールの載置方法の一例を説明する図である。 第1態様において導電性ボールの載置方法の別例を説明する図である。 本発明の第２態様に係る接合装置の概略構成図である。 図５のＡ矢視の図である。 本発明の第３態様に係る接合装置の概略構成図である。 本発明の第４態様に係る接合装置の概略構成図である。 本発明の第５態様に係る接合装置の概略構成図である。 本発明の第６態様に係る接合装置の概略構成図である。 本発明の第７態様に係る接合装置の概略構成図である。 本発明の第８態様に係る接合装置の概略構成図である。 本発明の第９態様に係る接合装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 第１様態の接合装置
１１ ビーム照射手段
１１１ ビーム照射部
１１２ レーザービーム
１１３ 焦点
１１４ 照射範囲
１３ 支持台
２ 第２様態の接合装置
２４ マスク
２４１ 基体
２４２ 位置決め開口部
２４３ 反射膜
２´ 第５様態の接合装置
２４ａ マスク
２４１ａ 基体
２４３ａ 反射膜
２ａ 第６様態の接合装置
２４４ａ 押圧手段
２４４１ａ 押圧部
２４４２ａ 脚部
２ｂ 第７様態の接合装置
２４４ｂ 押圧手段
２４４１ｂ 押圧部
２４４２ｂ 脚部
２４４３ｂ 押圧部材
２ｃ 第８様態の接合装置
２４４ｃ 押圧手段
２４４１ｃ 押圧部
２４４２ｃ 脚部
２４４３ｃ 押圧部材
２ｄ 第９様態の接合装置
２４４ｄ 押圧手段
２４４１ｄ 押圧部
２４４２ｄ 脚部
２４４３ｄ 突起部
３ 第３様態の接合装置
３２ 容器
３２１ 壁面
３２２ 上部窓
３２３ 吸気口
３２４ 排出口
４ 第４様態の接合装置
４５ 噴射装置
４５１ 噴射ノズル
４５２ ガス
４５３ 供給装置
５ 吸着ヘッド
５１ 吸着孔
５２ 流通孔
６ 再溶融装置
７ 基板
７１ 電極
８ マスク
８１ 位置決め開口部
９ 接続バンプの製造システム
Ｂ 導電性ボール

Claims (14)

1. 導電性ボールを用いて電子部品に所定のパターンで接続バンプを形成する製造システムであって、
   （１）前記パターンに対応し前記導電性ボールを挿通可能な位置決め開口部を備えるマスクと、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの位置決め開口部に装入され前記電子部品に整列されている前記導電性ボールにレーザービームを照射するビーム照射手段とを有し、前記マスクは、少なくとも前記レーザービームが照射される側にレーザービームを反射する反射膜を備え、前記電子部品に導電性ボールを仮固定する接合装置と、
   （２）前記接合装置で、前記電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融する再溶融装置と
   を有する電子部品等の接続バンプの製造システム。
2. 前記レーザービームは、前記位置決め開口部に装入された導電性ボールを複数個含む範囲に照射される請求項１に記載の電子部品等の接続バンプの製造システム。
3. 前記接合装置は、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの前記位置決め開口部に装入された導電性ボールを下方に押圧可能に配設されるととともに前記レーザービームが透過可能な押圧手段を有する請求項１又は２のいずれかに記載の電子部品等の接続バンプの製造システム。
4. 前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲は不活性雰囲気又は還元雰囲気にされる請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品等の接続バンプの製造システム。
5. 導電性ボールを用いて電子部品に所定のパターンで接続バンプを形成する製造方法であって、
   （１）所定のパターンで前記電子部品に整列されている前記導電性ボールを該導電性ボールの表部のみが溶融状態となる程度に加熱して前記電子部品に仮固定する第１ステップと、
   （２）前記電子部品に仮固定された導電性ボールを再溶融する第２ステップと
   を含む電子部品等の接続バンプの製造方法。
6. 前記第１ステップにおいて、前記導電性ボールを下方に押圧しつつ加熱する請求項５に記載の接続バンプの製造方法。
7. 前記第１ステップで、前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲を不活性雰囲気又は還元雰囲気にする請求項５又は６のいずれかに記載の電子部品等の接続バンプの製造方法。
8. 所定のパターンで導電性ボールを電子部品に接合する接合装置であって、前記パターンに対応し前記導電性ボールを挿通可能な位置決め開口部を備えるマスクと、前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの位置決め開口部に装入され前記電子部品上に整列されている前記導電性ボールにレーザービームを照射するビーム照射手段とを有し、前記マスクは、少なくとも前記レーザービームが照射される側にレーザービームを反射する反射膜を備える導電性ボールの接合装置。
9. 前記レーザービームは、前記位置決め開口部に装入された前記導電性ボールを複数個含む範囲に照射される請求項８に記載の導電性ボールの接合装置。
10. 前記電子部品に対して位置合わせされた前記マスクの前記位置決め開口部に装入された導電性ボールを下方に押圧可能に配設されるととともに前記レーザービームが透過可能な押圧手段を有する請求項８または９のいずれかに記載の導電性ボールの接合装置。
11. 前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲は不活性雰囲気又は還元雰囲気である請求項８乃至１０のいずれかに記載の導電性ボールの接合装置。
12. 所定のパターンで導電性ボールを電子部品に接合する接合方法であって、前記電子部品に整列されている前記導電性ボールを該導電性ボールの表部のみが溶融状態となる程度に加熱して前記電子部品に接合するステップを含む導電性ボールの接合方法。
13. 前記導電性ボールを下方に押圧しつつ加熱する請求項１２に記載の導電性ボールの接合方法。
14. 前記電子部品に整列された導電性ボールの周囲を不活性雰囲気又は還元雰囲気にする請求項１２又は１３のいずれかに記載の導電性ボールの接合方法。

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