JP2006054341A - 導電性ボールの搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マスクを使用して被配列体に導電性ボールを搭載する搭載装置において、マスクと被配列体の間に生じる隙間を抑制して余剰ボールが発生しにくい搭載装置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、所定の配列パターンで被配列体に導電性ボールを搭載する装置であって、前記配列パターンに対応し前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されているとともに軟磁性を有するマスクと、導電性ボールが搭載される搭載面を露出させた状態で前記被配列体が一面に載置される載置手段と、前記載置手段の他面側に配設された磁気発生手段とを有し、前記磁気発生手段は、前記被配列体の平面視の面積よりその作用する磁力の範囲が大である導電性ボールの搭載装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ又はＦＣ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）タイプなどエリアアレイ型の接続バンプ構造を有する半導体部品又はウエハ、パッケージに導電性ボールを搭載する搭載装置に関するものである。

近年、携帯端末機器やノート型パソコンの高速化と高機能化、及び軽量化、小型化と薄型化が進むにつれ、それらに内蔵される半導体部品や半導体部品を実装するウエハに対しては、その小型化、薄型化と接続端子数の増加という相反する性能が要求されている。その要求に応ずるものとして、ＢＧＡタイプ或いはＦＣタイプなどエリアアレイ型の接続バンプをパッド状の電極に形成した半導体部品、基板、ウエハまたはパッケージ（以下半導体部品、基板、ウエハおよびパッケージなどを総して電子部品と称する。）が採用されている。

例えば半田や銅など導電材を用いて接続バンプを形成する方法としては、導電材を含んだペーストを電極に印刷するペースト方式、導電性を有するボール（導電性ボール）を電極に搭載する導電性ボール方式、導電材をメッキや蒸着する膜付け方式などがある。多端子化のため電極の配列は高密度化し、それに伴い接続バンプの大きさも小型化する傾向にある。小型の接続バンプを形成する場合には、接続バンプの配列精度や生産性の面で有利な導電性ボール方式が採用される場合が多い。

導電性ボール方式によれば、前記接続バンプは、少なくとも、電極上に薄くソルダーペーストもしくはフラックスを印刷する印刷工程と、ソルダーペーストもしくはフラックスが印刷された電極に導電性ボールを搭載する搭載工程と、その導電性ボールを加熱するなどして接続バンプを形成するバンプ形成工程を経て製造される。

導電性ボールを電極に搭載する周知の方法として、負圧を利用した吸着ヘッドで半田（導電性）ボールを吸着、電極へ移送して搭載する吸着方式がある。しかしながら吸着方式では、吸着ヘッドの吸着力で導電性ボールが変形するという問題があるだけでなく、吸着力を解除しても吸着ヘッドから導電性ボールが分離されず搭載不良が生じるという問題があった。さらに、吸着時に空気中を移動した導電性ボールが帯電して、静電気で凝集した導電性ボールの集合体が電極に搭載されたり、或いは余剰の導電性ボール（いわゆる余剰ボール）が電極以外の電子部品の表面に付着し短絡の原因となるという問題があった。この問題は、特に導電性ボールの径小化に伴い顕著となってきている。

一方、吸着方式の問題を解決する方法として、特許文献１、２で例示されるように、電極の配列パターンに対応した位置決め開口部が形成された平板状のマスクを用い、導電性ボールをマスク上に供給し、導電性ボールを移動させて位置決め開口部に挿入し、位置決め開口部を通して電極に搭載する、いわゆる振込方式がある。
特開２００２−１７１０５４号公報（段落番号００３４〜００３６） 特開平９−１６２５３３号公報（段落番号００４２）

上記特許文献１、２に例示される振込方式では、導電性ボールの搭載は重力の作用で行われるので、導電性ボールの変形や搭載不良を防止できる。また、導電性ボールが帯電した場合でも、位置決め開口部の大きさの規制により凝集した導電性ボールは電極に搭載されず、加えて電極以外の電子部品の表面はマスクで遮蔽されているので余剰ボールが電極以外の部分に付着する恐れが少ない。しかし、最近ではバンプの数は膨大となってその配列は高密度化され、導電性ボールも１００μｍ以下というような小径のものも使用されるようになってくると、次のような問題がでてきた。

導電性ボールの直径が１００μｍ程度と小さい場合には、それに対応してマスクの厚みも１００μｍ前後と薄くなる。薄いマスクは剛性が低いため反りなどの変形が生じやすく、マスクをウエハに位置合わせたしたときにそれらの間に隙間ができ、振り込まれた導電性ボールがその隙間に入り込んで余剰ボールが生じる場合がある。

本願出願人は、特願２００３−１０６５１９号においてこの問題を解消する搭載装置について提案している。その搭載装置は、図３（ａ）に示すように、ウエハＷを載置するテーブル１２の下方に磁気発生装置９３を配設することにより、基板Ｗに位置合わせされたマスク１１を磁力で下方に引き付けてマスク１１をウエハＷに密着させるものである。ここで、マスク１１は、磁力で引き付けられるように軟磁性を有するＮｉやＳＵＳ４３０などの基材をもとに形成されたものである。

この搭載装置によればマスク１１はウエハＷに密着し隙間が生じにくいので、その隙間から導電性ボールが入り込んで余剰ボールが生じる可能性が低くなる。しかしながら、本願出願人が鋭意試験をしたところ、この搭載装置でも図において符号Ｓで示すウエハＷの外周部に相当する領域においてマスク１１の密着性が悪く隙間が生じる場合があることが判明した。

本発明は、上記した問題を鑑みてなされたものであり、マスクを使用して被配列体に導電性ボールを搭載する搭載装置において、マスクと被配列体の間に生じる隙間を抑制して余剰ボールが発生しにくい搭載装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、所定の配列パターンで被配列体に導電性ボールを搭載する装置であって、前記配列パターンに対応し前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されているとともに軟磁性を有するマスクと、導電性ボールが搭載される搭載面を露出させた状態で前記被配列体が一面に載置される載置手段と、前記載置手段の他面側に配設された磁気発生手段とを有し、前記磁気発生手段は、前記被配列体の平面視の面積よりその作用する磁力の範囲が大である導電性ボールの搭載装置である。かかる搭載装置によれば、搭載面が露出するように載置手段の一面に載置された被配列体の該搭載面に対しマスクを位置合わせしたときに、前記被配列体の平面視の面積よりその作用する磁力の範囲が大である磁気発生手段から生じる磁力により被配列体の搭載面の全面に対しマスクは一様に引き付けられ密着する。

なお、工業生産上においては、前記磁力発生手段の平面視の大きさを前記被配列体の平面視の大きさより大きくすることが有効である。さらに、前記載置手段に、前記被配列体を収納可能な収納部と、該収納部に収納された被配列体の搭載面とほぼ同一の高さの支持面とを設けることにより、磁力で引き付けられるマスクを支持する面積が増加し、その結果、磁力によるマスクの変形が防止され、特に変形しやすい広い面積を有するマスクの場合には有利である。

本発明の一態様によれば、導電性ボールの配列パターンに対応し導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されているとともに軟磁性を有するマスクと、導電性ボールが搭載される搭載面を露出させた状態で前記被配列体が一面に載置される載置手段と、前記載置手段の他面側に配設された磁気発生手段とを有し、前記磁気発生手段は、前記被配列体の平面視の面積よりその作用する磁力の範囲が大としているので、搭載面が露出するように載置手段の一面に載置された被配列体の該搭載面に対しマスクを位置合わせしたときに、前記被配列体の平面視の面積よりその作用する磁力の範囲が大である磁気発生手段から生じる磁力により被配列体の搭載面の全面に対しマスクは一様に引き付けられ密着する。したがってマスクと被配列体の間に隙間が生じる可能性が低くなり余剰ボールの発生を抑制できる。

本発明について、その実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態の説明においては導電性ボールとして半田ボールを対象としているが、例えば、Ｓｎ又はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌなど金属を主体とした導電性ボールは本発明に含まれる。同様に、ポリプロピレン又はポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、酢酸セルロース、ポリエステル系などの樹脂を主体としたボールの表面に半田などの導電性金属をコーティングした導電性ボールは本発明に含まれる。さらに、被配列体としてウエハを対象としているが、例えば、半導体装置（チップ）、基板、ウエハ又はパッケージ、その他電子部品など接続バンプとして導電性ボールが採用される電子部品は本発明の被配列体に含まれる。また、電子部品に接続バンプを形成するための部材、例えば導電性ボールを電子部品に搭載するため該導電性ボールが配置される部材も本発明で言う被配列体に含まれる。

［実施形態１］
本発明の第１態様について図１、２および図３（ｂ）を参照し説明する。図１は、第１態様の搭載装置の概略構成図である。図２は、図１の搭載装置において半田ボールが搭載される状態を説明するための図１の部分拡大断面図である。図３（ｂ）は、図１の断面図である。

搭載装置１は、図１に示すように、所定の配列パターンで配設された電極Ｑを一面（搭載面）に有する平面視において略円形状のウエハＷの該電極Ｑに半田ボールＢを搭載する物である。この搭載装置１は、その電極Ｑの配列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１１１を有するマスク１１と、搭載面を上方に向けて露出した状態でウエハＷが上面（一面）に載置される載置手段である略平板状のテーブル１２と、テーブル１２の下方に配設された磁力発生手段である永久磁石１３という基本的な構成を有するとともに、マスク１１の上面に供給された半田ボールＢを位置決め開口部１１１に振り込むための振込手段１０が配設されている。以下、マスク１１、磁力発生手段１３および振込手段１０について説明する。

（マスク）
マスク１１は、電気鋳造されたＮｉやＳＵＳ４３０などの薄板など軟磁性のある基体として形成されたものであり、平面視の大きさはウエハＷよりおおきく、半田ボールＢの直径とほぼ同一厚さに形成されている。そのように薄く大きなマスク１１はそのままでは変形しやすいので、弾性のある布（紗という。）などで平面方向に張力を加えた状態で不図示のフレームなどに固定されている。そのマスク１１の位置決め開口部１１１は、図２に示すように、貫通孔状に形成されている。位置決め開口部１１１の形状は、特に図示に限定されることなく、その半径方向の断面形状は、略円形状や略矩形状、略三角形状、略長孔状、略瓢箪状或いはそれらの組み合わせなど適宜選択することができ、さらに軸心方向の断面形状も、長方形状又は台形状、上下に台形が組み合わされた鼓形状或いはそれらの組み合わせなど適宜選択することができる。

（磁力発生手段）
磁気発生手段は一体物の永久磁石であってもよいが、本態様の永久磁石１３のように隣接する個片の永久磁石１３１が異なる極性となるようにその短手の側面を密着させて略平板状に並べ配したものとすることができる。このように、隣接した磁区が異なる極性となるように個片の永久磁石を配設すると、各個片の永久磁石から生ずる磁力線の間隔が短くなり、マスク１１をより強く均一に引き付けることができるという利点がある。この永久磁石１３は、半田ボールＢがウエハＷに搭載された後にウエハＷからマスク１１を取り外すため不図示の昇降手段などで昇降されマスク１１との距離が調整される。なお、磁力発生手段は電磁石で構成することもできる。

（振込手段）
振込手段１０は、例えば振込部材１０１としてブラシ、ゴム板または樹脂板などを用いたスクレーパー、マスク１１の上面に対し横向きあるいは縦向きの姿勢で線材を配したブラシであり、マスク１１の上面に供給された半田ボールＢを掃引しながら動かすためにマスク１１の上面に振込部材１０１を当接させながらその上方を手動または自動で水平移動できるように構成されている。この振込手段１０において半田ボールＢに直接当接する振込部材１０１は、半田ボールＢが帯電しないように導電性のあるものを使うとよい。

上記構成の振込手段１０によれば、マスク１１の上面に供給された半田ボールＢは、振込手段１０で掃引されつつ移動されて位置決め開口部１１１に装入される。位置決め開口部１１１に装入されなかった余剰の半田ボールＢや凝集していて位置決め開口部１１１に装入されなかった半田ボールＢは、マスク１１の位置決め開口部１１１が形成された領域の外へ掃き出されて回収される。なお、振込手段としては、供給された半田ボールＢを加振して移動させるようマスク１１とともに保持手段１２を加震する構成、あるいは供給された半田ボールＢを転動させるようマスク１１とともに保持手段１２を傾動する構成を採用することもできる。

上記搭載装置１の動作について説明する。
まず、搭載面が上方を向いた状態でウエハＷをテーブル１２の上面に載置し、ウエハＷにマスク１１を位置合わせする。このとき、位置決め開口部１１１が電極Ｑに対してほぼ一致するようにマスク１１を平面視において位置決めし、ウエハＷの搭載面に対しマスク１１の下面が密着した状態となるように重ね合わせる。次に、マスク１１が充分にウエハＷに密着する位置まで永久磁石１３を上昇させる。このとき図３（ｂ）に示すように、マスク１１は、永久磁石１３から作用する磁力により隙間なくその全面が一様に引き付けられる。

次に、位置決め開口部１１１の個数以上の半田ボールＢをマスク１１の上面に供給し、マスク１１の上面に振込部材１０１を当接させながら振込手段１０を水平移動することで半田ボールＢを掃引して位置決め開口部１１１へ装填する。このとき、上記したようにマスク１１とウエハＷとの間には隙間がないのでその隙間に半田ボールＢが入り込むことがない。

［実施形態２］
本発明の第２態様について図４，５を参照し説明する。図４は、第２態様の搭載装置の概略構成図である。図５は、図４の拡大断面図である。なお、図４，５では上記第１態様と同じ構成については同一符号を付しており、以下での詳細な説明を省略する。

第２態様の搭載装置２は、図４に示すように、第１態様とほぼ同様に構成されているが、ウエハＷが収納される凹状の収納部２２３と該収納部２２３にウエハＷが収納されたウエハＷの搭載面とほぼ同一の高さの支持面２２４が載置手段２２に形成されている点が相違している。以下、この載置手段２２について説明する。

（載置手段）
載置手段２２は、ウエハＷが嵌通可能な孔部２２２１が形成された枠体２２２と平板状の支持体２２１とから構成されており、支持体２２１の上面に枠体２２２を密設することにより支持体２２１の上面と孔部２２２１とで収納部２２３が形成される。ここで、枠体２２２は、ウエハＷとほぼ同じ厚みで形成されている。したがって、枠体２２２の上面２２４（以下支持面という。）は、搭載面を上方に向け露出した状態でウエハＷを収納部２２３に収納したときに該搭載面とほぼ同じ高さとなる。

なお、孔部２２２１（すなわち収納部２２３）の内径は、ウエハＷより若干大きい程度であることが位置決め精度の面から望ましい。また、例えば平板を加工して収納部２２３を形成するようにしてもよいが、上記の構成とすれば、ウエハなど面積が比較的大きい割に厚みの薄いものを収納する収納部を低コストで形成できるという利点がある。さらに、収納部２２３の底面に開口するように貫通孔を設け、その貫通孔に真空ポンプなどを接続し、収納部２２３に収納されたウエアＷを吸着するようにすればウエハＷの反りを矯正でき、マスク１１との密着性を向上できるので都合がよい。

上記搭載装置２の動作について説明する。
まず、載置手段２２の収納部２２３にウエハＷを装着する。この際、ウエハＷはその搭載面が上方を向き露出した状態で装着される。次に、ウエハＷにマスク２１を位置合わせする。このとき、図５に示すように、マスク１１は、ウエハＷに密着可能な状態となるとともに載置手段２２の支持面２２４にも密着可能な状態となる。

次に、永久磁石１３を上昇させてマスク１１を下方に引き付けると、マスク１１はウエハＷに搭載面に密着するとともに支持面２２４にも密着し、ウエハＷに対応していないマスク１１の領域についても支持面２２４によって支持された状態となる。したがって、磁力により下方に作用する力によるその領域の変形を防止することでウエハＷの外周面に対応したマスク１１の領域に隙間が生じにくくなり、余剰ボールの発生をより少なくすることができる。この態様は、特に、大判のウエハや基板など面積の大きい被配列体について用いられる大判のマスクの場合に有効である。

本発明は、上記の説明に限定されることなく、例えば医薬品や窯業などの分野におけるように徴小な或いは不定形の粉体や粒体を被配列体に搭載する用途にも利用することが可能である。

本発明に係る第１態様の搭載装置の概略構成図である。 図１の部分拡大断面図である。 図１の断面図である。 本発明に係る第２態様の搭載装置の概略構成図である。 図４の拡大断面図である。

符号の説明

１（２）：搭載装置
１０：振込手段、１０１：振込部材
１１：マスク、１１１：位置決め開口部
１２（２２）：載置手段、２２１：支持体、２２２：枠体
１３：磁力発生手段
Ｗ：ウエハ、Ｑ：電極
Ｂ：導電性ボール

Claims (3)

1. 所定の配列パターンで被配列体に導電性ボールを搭載する装置であって、前記配列パターンに対応し前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されているとともに軟磁性を有するマスクと、導電性ボールが搭載される搭載面を露出させた状態で前記被配列体が一面に載置される載置手段と、前記載置手段の他面側に配設された磁気発生手段とを有し、前記磁気発生手段は、前記被配列体の平面視の面積よりその作用する磁力の範囲が大である導電性ボールの搭載装置。
2. 請求項１に記載の導電性ボールの搭載装置において、前記磁力発生手段の平面視の大きさは前記被配列体の平面視の大きさより大である導電性ボールの搭載装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の導電性ボールの搭載装置において、前記載置手段は、前記被配列体を収納可能な収納部と、該収納部に収納された被配列体の搭載面とほぼ同一の高さの支持面とを有する導電性ボールの搭載装置。

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