JP2006135014A - Solder ball discharging device and solder ball loading system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solder ball discharging device and a solder ball loading system, which are superior in uniformity of bump height and which can be applied to solder balls of various materials and sizes. <P>SOLUTION: The solder ball discharging device 10 is provided with a solder ball storage 2 storing a plurality of solder balls 1 in a solid state, a nitrogen gas transmission means formed of a nitrogen gas supply means 9 as a flocculation preventing means for preventing aggregation between a plurality of solder balls, an ionizer 8 and a sintering material 3, a solder ball passage pipe 5 leading the solder ball 1 to a solder ball discharge part 6, piezo-elements 4A and 4B as solder ball movement assisting means for assisting movement of the solder ball 1 in the solder ball passage pipe 5, and a control means 7 for controlling the aggregation preventing means and the solder ball movement assisting means. The solder balls 1 are continuously discharged. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半田ボール発射装置及び半田ボール搭載システムに関し、特に、バンプ高さの均一性に優れ、及び多種多様の材料・大きさの半田ボールに適用ができる半田ボール発射装置及び半田ボール搭載システムに関する。   The present invention relates to a solder ball launcher and a solder ball mounting system, and in particular, a solder ball launcher and a solder ball mounting system that are excellent in uniformity of bump height and can be applied to solder balls of various materials and sizes. About.

半導体チップと実装基板とを電気的に接続する半田ボールを形成する方法として、フォトレジスト膜を利用しためっき方式や印刷方式、メタルマスクを利用した印刷方式、半田ボールを吸引機で吸引して所定箇所にて半田ボールを落下させて搭載を行うボールバンプ方式等が知られている。   As a method of forming a solder ball for electrically connecting a semiconductor chip and a mounting substrate, a plating method or a printing method using a photoresist film, a printing method using a metal mask, or a predetermined method by sucking a solder ball with a suction machine A ball bump method is known in which mounting is performed by dropping a solder ball at a location.

また、近年の半導体装置の高集積化・小型化に対応するため、及びバンプ形成の作業時間の短縮を目的に、ピエゾ素子を利用した開閉手段により溶融状態の半田を押し出して半田ボールを形成する方法（特許文献１参照）や、半田合金材料を構成するインク組成物を用いてインクジェット方式により半田ボールを形成する方法（特許文献２及び特許文献３参照）が提案されている。   Also, in order to cope with the recent high integration and miniaturization of semiconductor devices and to shorten the work time of bump formation, the solder balls are formed by extruding molten solder by means of opening / closing means using piezo elements. There have been proposed a method (see Patent Document 1) and a method of forming solder balls by an ink jet method using an ink composition constituting a solder alloy material (see Patent Document 2 and Patent Document 3).

特許文献１によれば、半田バンプ形成工程の複雑さを解消できる、と記載され、特許文献２及び特許文献３によれば、半田バンプ形成工程における作業時間を大幅に短縮でき、また、３０μｍ以下のバンプ径を実現できる、と記載されている。
特開２００１−７７１４１号公報 特開２００４−１７２６１２号公報 特開２００４−１７４５３８号公報 According to Patent Document 1, it is described that the complexity of the solder bump forming process can be eliminated. According to Patent Document 2 and Patent Document 3, the working time in the solder bump forming process can be greatly reduced, and 30 μm or less. It is described that the bump diameter can be realized.
JP 2001-77141 A JP 2004-172612 A JP 2004-174538 A

しかし、特許文献１の半田ボール形成方法によると、バンプの高さ・形状が不揃いとなり易いという問題が生じる。半田バンプの高さが不揃い（半田ボール径及び半田ボール形状のバラツキ）であると、電気的接続が一部不良となる可能性があり、また、高さを揃えるために半田バンプを削る等の工程を要し、製造コストのアップに繋がるほか、高さを揃えるための工程が困難である場合もあるため歩留まりが低下する。   However, according to the solder ball forming method of Patent Document 1, there arises a problem that the height and shape of the bumps are likely to be uneven. If the height of the solder bumps is uneven (solder ball diameter and solder ball shape variation), there is a possibility that the electrical connection will be partially defective. A process is required, leading to an increase in manufacturing cost, and a process for aligning the height may be difficult, and thus the yield decreases.

また、特許文献２及び特許文献３の半田ボール形成方法によると、上記の不揃いの問題において誤差を小さくするために１０〜５０ｎｍ以下の粒径の超微粒子材料を噴射することによる３０μｍ以下のバンプ形成を対象としており、直径５０〜３００μｍ程度のバンプ形成には適していない。   Also, according to the solder ball forming methods of Patent Document 2 and Patent Document 3, bump formation of 30 μm or less is performed by injecting an ultrafine particle material having a particle diameter of 10 to 50 nm or less in order to reduce the error in the uneven problem. And is not suitable for forming bumps having a diameter of about 50 to 300 μm.

さらに、近年の鉛フリー化等の趨勢に対応して、半田ボールの材料選択性の要求に応える必要も生じているが、溶融半田を用いる特許文献１等では材料を換える毎に溶融槽の完全清掃が必要になる等の問題がある。   Furthermore, in response to the recent trend of lead-free, there is a need to meet the requirements for solder ball material selectivity. However, in Patent Document 1 and the like using molten solder, the melting tank is completely replaced each time the material is changed. There are problems such as the need for cleaning.

従って、本発明の目的は、バンプ高さの均一性に優れ、及び多種多様の材料・大きさの半田ボールに適用ができる半田ボール発射装置及び半田ボール搭載システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a solder ball launcher and a solder ball mounting system that are excellent in uniformity of bump height and can be applied to solder balls of various materials and sizes.

本発明は、上記目的を達成するため、固体状態の複数の半田ボールを貯留する半田ボール保管部と、前記複数の半田ボール間の凝集を防止する凝集防止手段と、前記半田ボールを半田ボール発射部へと導く半田ボール通路管と、前記半田ボール通路管内における前記半田ボールの移動を補助する半田ボール移動補助手段と、前記凝集防止手段と前記半田ボール移動補助手段とを制御する制御手段とを備えた半田ボール発射装置であって、前記半田ボールを連続的に発射することを特徴とする半田ボール発射装置を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a solder ball storage unit for storing a plurality of solid solder balls, an aggregation preventing means for preventing aggregation between the plurality of solder balls, and firing the solder balls into the solder balls. A solder ball passage tube that leads to a portion, a solder ball movement assisting means that assists the movement of the solder ball in the solder ball passage tube, and a control means that controls the aggregation preventing means and the solder ball movement assisting means. Provided is a solder ball launching apparatus, wherein the solder balls are fired continuously.

また、本発明は、上記目的を達成するため、固体状態の半田ボールをインクジェット方式により連続的に発射することを特徴とする半田ボール発射装置を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a solder ball firing device characterized by continuously firing solid solder balls by an ink jet method.

本発明の好ましい形態においては、前記凝集防止手段は、窒素ガス供給手段と、イオナイザーと、多孔性基材からなる窒素ガス透過手段とから構成され、前記半田ボール移動補助手段は、ピエゾ素子を利用したピエゾアクチュエータであることを特徴とする。また、前記半田ボールは、直径が５０〜３００μｍの範囲内であることを特徴とし、前記半田ボール通路管は、半田ボール通路外管と、多孔性基材からなる半田ボール通路内管と、前記半田ボール通路外管と前記半田ボール通路内管の間に形成される半田ボール通路中空とから構成されることを特徴とする。さらに、前記半田ボール発射装置は、フッラクスを貯留するフラックス保管部をさらに備え、前記フッラクスを連続的に発射することを特徴とする。   In a preferred embodiment of the present invention, the aggregation preventing means comprises a nitrogen gas supply means, an ionizer, and a nitrogen gas permeation means comprising a porous base material, and the solder ball movement assist means utilizes a piezo element. It is characterized by being a piezo actuator. The solder ball has a diameter in a range of 50 to 300 μm, and the solder ball passage tube includes a solder ball passage outer tube, a solder ball passage inner tube made of a porous base material, and the solder ball passage tube. It is characterized by comprising a solder ball passage hollow formed between the solder ball passage outer tube and the solder ball passage inner tube. Furthermore, the solder ball emitting device further includes a flux storage unit that stores flax, and the flax is continuously fired.

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の半田ボール発射装置を備えることを特徴とする半田ボール搭載システム、さらには、フラックス塗布ユニットと、半田ボール搭載・検査・リペアーユニットと、リフローユニットと、冷却ユニットとから構成される半田ボール搭載システムであって、前記半田ボール搭載・検査・リペアーユニットは、上記の半田ボール発射装置を備えることを特徴とする半田ボール搭載システムを提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a solder ball mounting system comprising the above solder ball launching device, a flux application unit, a solder ball mounting / inspection / repair unit, and a reflow A solder ball mounting system comprising a unit and a cooling unit, wherein the solder ball mounting / inspection / repair unit comprises the solder ball launching device described above.

本発明の半田ボール発射装置及び半田ボール搭載システムによれば、バンプ高さの均一性に優れ、及び多種多様の材料・大きさの半田ボールに適用ができる半田ボール発射装置及び半田ボール搭載システムの提供が可能となるため、半田ボール搭載の作業時間の大幅減少、歩留まりの上昇、材料選択の柔軟性アップ等の効果を奏することができる。   According to the solder ball launching apparatus and the solder ball mounting system of the present invention, the solder ball launching apparatus and the solder ball mounting system that are excellent in the uniformity of the bump height and can be applied to solder balls of various materials and sizes. Therefore, it is possible to provide effects such as a significant reduction in work time for mounting solder balls, an increase in yield, and an increase in flexibility in material selection.

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（半田ボール発射装置の構成）
図１は、本発明の半田ボール発射装置の概略構成を示す。この半田ボール発射装置１０は、複数の半田ボール１を貯留する半田ボール保管部２と、半田ボール１を半田ボール発射部６へと導く半田ボール通路管５と、半田ボール発射装置１０を制御する制御手段７とを有して概略構成されている。本発明における半田ボールの発射には、いわゆるインクジェット方式を適用しているため、作業時間の大幅な軽減を図ることができる。制御手段７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、後述するピエゾ素子４Ａ，４Ｂ、窒素ガス供給手段９、及びバルブ調節手段１３等の制御を行っている。制御手段７は一体に限らず、それぞれを制御する部分毎に別体として設けてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
(Configuration of solder ball launcher)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a solder ball launcher according to the present invention. The solder ball launcher 10 controls the solder ball storage unit 2 that stores a plurality of solder balls 1, the solder ball passage tube 5 that guides the solder ball 1 to the solder ball launcher 6, and the solder ball launcher 10. The control means 7 is schematically configured. Since the so-called inkjet method is applied to the solder ball firing in the present invention, the working time can be greatly reduced. The control means 7 includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls piezo elements 4A and 4B, a nitrogen gas supply means 9, a valve adjustment means 13, and the like which will be described later. The control means 7 is not limited to being integrated, and may be provided as a separate unit for each part that controls each.

半田ボール１は、チップ状の半田を溶かしてボールにする方法や溶融半田を噴射滴下してボールにする方法にて製造した後、バンプ高さの均一化のため、基準となる直径サイズごとに選別し、個々のボールのサイズが所定の誤差範囲内にあるものを用いる。もちろん、このような製造・選別がなされて販売されている市販の半田ボールを使用することもできる。   The solder ball 1 is manufactured by a method of melting a chip-like solder into a ball or a method of spraying and dropping a molten solder into a ball, and then for each of the reference diameter sizes for uniform bump height. Sort and use individual balls whose size is within a predetermined error range. Of course, it is also possible to use commercially available solder balls that have been manufactured and selected and sold.

本発明においては、半田ボールの直径はあらゆるサイズのものをその用途・条件等に合わせて使用することができるが、特に、従来のボールバンプ方式では困難であった、直径５０〜３００μｍの範囲内、より限定すれば直径６０〜２５０μｍの範囲内の半田ボールを短時間、かつ正確に搭載することができる点で優れている。正確に搭載することができるため、ロストボールが極めて少なく、半田ボール材料コストの無駄を防止できる。   In the present invention, a solder ball having any size can be used according to its use / conditions, etc., but it is particularly difficult in the conventional ball bump system, and the diameter is within a range of 50 to 300 μm. More specifically, it is excellent in that a solder ball having a diameter of 60 to 250 μm can be mounted accurately in a short time. Since it can be mounted accurately, the number of lost balls is extremely small, and waste of solder ball material costs can be prevented.

また、本発明においては、ロット切り替え作業が極めて容易であるため、銅コアボール、樹脂コアボール、三元系や四元系等の合金からなる鉛フリーボール等の種々の材料からなる半田ボールを適用でき、材料選択性の要求に応えることができる。   In the present invention, since the lot switching operation is very easy, solder balls made of various materials such as copper core balls, resin core balls, lead-free balls made of ternary or quaternary alloys are used. Applicable and can meet the requirements of material selectivity.

半田ボール保管部２は、例えば、直径２００μｍの半田ボール１が数千万〜１億個程度、保管されており、個々の半田ボール１が静電気力等により凝集するのを防止する凝集防止手段を備えている。凝集防止手段として、多孔質基材である焼結材３と、半田ボール保管部２へ供給する窒素ガスをイオン化するためのイオナイザー８と、窒素ガス供給手段９と、窒素ガス通路１１と、ガス排気を調節するバルブ１２と、バルブ調節手段１３と、排気通路１４とが備えられている。   The solder ball storage unit 2 stores, for example, about tens of millions to 100 million solder balls 1 having a diameter of 200 μm, and agglomeration preventing means for preventing the individual solder balls 1 from aggregating due to electrostatic force or the like. I have. As agglomeration preventing means, a sintered material 3 that is a porous base material, an ionizer 8 for ionizing nitrogen gas supplied to the solder ball storage unit 2, a nitrogen gas supply means 9, a nitrogen gas passage 11, and a gas A valve 12 for adjusting the exhaust, a valve adjusting means 13 and an exhaust passage 14 are provided.

半田ボール保管部２は焼結材３によって内部空間が二分されており、焼結材３は半田ボール保管部２の内壁（下部の内壁が好ましい）に設けられた支持部２Ａにより支持され、半田ボール１の保管された上側の空間（以下、「上側空間Ａ」という）の底面を形成している。材質は特に限定されるものではないが、Ａｌ系セラミックス等を使用することができる。   The internal space of the solder ball storage unit 2 is divided into two by a sintered material 3, and the sintered material 3 is supported by a support unit 2 </ b> A provided on the inner wall (preferably the lower inner wall) of the solder ball storage unit 2. A bottom surface of the upper space (hereinafter referred to as “upper space A”) in which the balls 1 are stored is formed. The material is not particularly limited, but Al-based ceramics or the like can be used.

半田ボール保管部２の壁面に窒素ガス通路１１が設けられ、二分された下側の空間へ窒素ガスが導入される。下側の空間（以下、「下側空間Ｂ」という）へ送り込まれた窒素ガスは焼結材３を通して上側空間Ａへ送り込まれる。窒素ガス通路１１が設けられる位置は、半田ボール保管部２の壁面に限られず、底面であってもよい。   A nitrogen gas passage 11 is provided in the wall surface of the solder ball storage unit 2, and nitrogen gas is introduced into the divided lower space. Nitrogen gas fed into the lower space (hereinafter referred to as “lower space B”) is fed into the upper space A through the sintered material 3. The position where the nitrogen gas passage 11 is provided is not limited to the wall surface of the solder ball storage unit 2 and may be the bottom surface.

図２は、半田ボールの凝集が上記の凝集防止手段により防止される概念図を示したものである。以下に、図２を参照して、凝集防止の方法を説明する。   FIG. 2 is a conceptual diagram in which the agglomeration of the solder balls is prevented by the agglomeration preventing means. Hereinafter, a method for preventing aggregation will be described with reference to FIG.

数μｍ〜数百μｍオーダの半田ボール１では、静電気力、分子間力、摩擦力等の重力以外の力が支配的となり、半田ボール１同士の凝集が生じる。そこで、かかる凝集を防止するために、イオナイザー８を通したイオン化した窒素ガスを図２（１）に示すように送り込むことにより、個々の半田ボール１を除電して、半田ボール１の集合体を流動化させる。   In the solder ball 1 of the order of several μm to several hundred μm, forces other than gravity such as electrostatic force, intermolecular force, friction force, etc. become dominant, and the solder balls 1 are aggregated. Therefore, in order to prevent such agglomeration, ionized nitrogen gas that has passed through the ionizer 8 is sent as shown in FIG. Fluidize.

下側空間Ｂに適当な圧力Ｐ、流量Ｑ0にて静電除去されたイオン化窒素ガスを導入し、焼結材３を介して上側空間Ａへ送り込む。適当な速度Ｖ0で上側空間Ａへ送り込まれた窒素ガスは、速度Ｖ0が所定の値に達すると半田ボール１間の狭い領域をすり抜ける。その際、窒素ガスの速度は速くなり（Ｖ）、半田ボール１に加わる力ＦがＦ＞ｍｇ（ｍ：半田ボールの質量、ｇ：重力加速度）になると半田ボール１は浮く（図２（２））。但し、Ｆ∝Ｒ×η×Ｖ（Ｒ：半田ボール１の半径、η：ガスの粘性率、Ｖ：半田ボール１の周囲を流れる窒素ガスの速度）の関係が成立している（図２（３））。半田ボール１が浮くとボールとボールの間隔が広くなり、その間を流れるガスの速度は遅くなり、Ｆの値も小さくなり、半田ボール１は重力とバランスを保った位置・状態（Ｆ＝ｍｇ）で保たれる。この状態が全ての半田ボール１に生じ、結果として、半田ボール１の集合体は個々に離れ、流動化する。流動化した個々の半田ボール１は、凝集することなく個々の取り扱いが容易となる。 The ionized nitrogen gas electrostatically removed at an appropriate pressure P and flow rate Q 0 is introduced into the lower space B, and sent into the upper space A through the sintered material 3. Nitrogen gas fed into the upper space A at an appropriate speed V 0 passes through a narrow area between the solder balls 1 when the speed V 0 reaches a predetermined value. At this time, the velocity of the nitrogen gas increases (V), and the solder ball 1 floats when the force F applied to the solder ball 1 becomes F> mg (m: mass of the solder ball, g: gravitational acceleration) (FIG. 2 (2)). )). However, the relationship of F∝R × η × V (R: radius of solder ball 1, η: viscosity of gas, V: velocity of nitrogen gas flowing around solder ball 1) is established (FIG. 2 ( 3)). When the solder ball 1 floats, the distance between the balls becomes wider, the velocity of the gas flowing between them becomes slower, the value of F becomes smaller, and the solder ball 1 is in a position / state in which gravity and balance are maintained (F = mg) Kept in. This state occurs in all the solder balls 1, and as a result, the assembly of the solder balls 1 is separated and fluidized. The individualized solder balls 1 can be easily handled without agglomeration.

ここでは、イオン化した窒素ガスを用いたが、これに限られるものではなく、そのほかの不活性ガスを適用することもできる。また、半田ボール保管部２内をエチルアルコール等のアルコール雰囲気とすることによりボール間の凝集を防止して半田ボール１を流動化させる方法を取ることもできる。   Although ionized nitrogen gas is used here, the present invention is not limited to this, and other inert gases can also be applied. Alternatively, the solder ball 1 may be fluidized by preventing the balls from aggregating by setting the inside of the solder ball storage unit 2 to an alcohol atmosphere such as ethyl alcohol.

また、上述した流動化状態を保たれるように、バルブ調節手段１３によりバルブ１２が調節され、排気通路１４を通して排気される窒素ガス量が調節される。   Further, the valve 12 is adjusted by the valve adjusting means 13 so that the above fluidized state is maintained, and the amount of nitrogen gas exhausted through the exhaust passage 14 is adjusted.

なお、凝集防止手段は、上記の構成に限られず、個々の半田ボール１が凝集することを防止できればあらゆる手段を適用することができ、例えば、半田ボール保管部２に振動を生じさせる手段を設けることにより凝集防止ができる。また、凝集防止手段は、半田ボール保管部２と一体であっても別体であってもよい。   The aggregation preventing means is not limited to the above-described configuration, and any means can be applied as long as it can prevent the individual solder balls 1 from aggregating. For example, a means for generating vibration in the solder ball storage unit 2 is provided. Therefore, aggregation can be prevented. Further, the aggregation preventing means may be integrated with the solder ball storage unit 2 or may be separate.

次に、半田ボール通路管５へ半田ボール１を誘導する方法について説明する。半田ボール１を半田ボール発射部６へと導く半田ボール通路管５は、半田ボール保管部２の底面及び焼結材３を連通して、その入口５Ａが半田ボール保管部２の上側空間Ａに突出するように設けられている。   Next, a method for guiding the solder ball 1 to the solder ball passage tube 5 will be described. The solder ball passage tube 5 for guiding the solder ball 1 to the solder ball launching unit 6 communicates the bottom surface of the solder ball storage unit 2 and the sintered material 3, and its inlet 5 A enters the upper space A of the solder ball storage unit 2. It is provided to protrude.

図３は、半田ボール通路管５の入口５Ａ付近の拡大断面図を示すものであり、半田ボール通路管５の入口５Ａへの半田ボール１の誘導機構をあらわしている。入口５Ａへ誘導された半田ボール１は、半田ボール通路管５を通って半田ボール発射部６へと導かれる。入口５Ａは上向きでその開口が設けられ、入口５Ａの真上に来た半田ボール１Ａはその周囲の窒素ガスによる上昇流速度Ｖが一時的に小さくなるため、Ｆ＜ｍｇとなり、下向きの力が働く。ここで、上側空間Ａへの半田ボール通路管５の突出高さＨは、半田ボール１の直径の１〜１０倍程度であることが好ましく、２〜３倍程度であることがより好ましい。   FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the inlet 5A of the solder ball passage tube 5, and shows a mechanism for guiding the solder ball 1 to the inlet 5A of the solder ball passage tube 5. FIG. The solder ball 1 guided to the inlet 5A is guided to the solder ball launcher 6 through the solder ball passage tube 5. The inlet 5A is upwardly provided with an opening, and the solder ball 1A that has come directly above the inlet 5A temporarily reduces the upward flow velocity V due to the surrounding nitrogen gas, so that F <mg, and the downward force is work. Here, the protrusion height H of the solder ball passage tube 5 to the upper space A is preferably about 1 to 10 times the diameter of the solder ball 1 and more preferably about 2 to 3 times.

また、バルブ１２の流量を制御することにより、通路管５内にＱ2（＝Ｑ0−Ｑ1）（Ｑ0：下側空間Ｂに供給された窒素ガス流量、Ｑ1：排気ガス流量）の流れが生じ、その流れによって半田ボール１Ａに下方向の力ＦA（＝Ｒ×η×ＶA＋ｍｇ）が加わり、入口５Ａへより吸い込まれやすくなる。この現象が連続して起こることにより、半田ボールが順番に半田ボール発射部６へ導かれる。 Further, by controlling the flow rate of the valve 12, Q 2 (= Q 0 -Q 1 ) (Q 0 : nitrogen gas flow rate supplied to the lower space B, Q 1 : exhaust gas flow rate) in the passage pipe 5. As a result, a downward force F A (= R × η × V A + mg) is applied to the solder ball 1A, which is more easily sucked into the inlet 5A. When this phenomenon occurs continuously, the solder balls are sequentially guided to the solder ball launching unit 6.

次に、半田ボール通路管５の入口５Ａから半田ボール発射部６までの半田ボール１の移動方法についてについて説明する。   Next, a method for moving the solder ball 1 from the inlet 5A of the solder ball passage tube 5 to the solder ball launcher 6 will be described.

図４は、半田ボール通路管５の拡大断面図を示すものであり、半田ボール通路管５内における半田ボール１の移動機構をあらわしている。入口５Ａから入り込んだ半田ボールは横方向への移動の始点となる半田ボールＡnの位置まで落下し、その位置で待機する。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the solder ball passage tube 5, and shows a mechanism for moving the solder ball 1 in the solder ball passage tube 5. Entering from the inlet 5A solder ball will fall to the position of the solder balls A n as a start point of the movement in the transverse direction, waits at that position.

半田ボール通路管５内における半田ボール１の移動は、ピエゾ素子を利用したピエゾアクチュエータにより行われる。ピエゾ素子４Ｂにかかる電圧が制御され、ピエゾ素子４Ｂの伸縮動作により半田ボールＡnが順次、半田ボールＡ1の方向へ弾かれて移動し、図４に示す状態となる。半田ボール通路管に形成される隅部の数だけピエゾ素子を利用したピエゾアクチュエータを設けることが好ましい。 The solder ball 1 is moved in the solder ball passage tube 5 by a piezo actuator using a piezo element. The voltage applied to the piezo element 4B is controlled, and the solder ball An is sequentially bounced and moved in the direction of the solder ball A 1 by the expansion / contraction operation of the piezo element 4B, resulting in the state shown in FIG. It is preferable to provide piezoelectric actuators using piezoelectric elements as many as the number of corners formed in the solder ball passage tube.

図５は、ピエゾ素子４Ａとピエゾ素子４Ｂの動作を示すタイムチャート図である。ピエゾ素子４Ａとピエゾ素子４Ｂは、半サイクル位相をずらして動作させる。つまり、ピエゾ素子４Ｂを凸変形させ、図４に示す状態にしたところで、ピエゾ素子４Ａを凸変形させ、半田ボールＡ1を発射し、ウエハ１６上の所定のフラックス１５上へ搭載させる。その時、ピエゾ素子４Ｂは凹変形され、引き続き、凸変形され、半田ボールＡnを図４の半田ボールＡn-1の位置に移動させる。そして、ピエゾ素子４Ａを凸変形させ、ピエゾ素子４Ｂを凹変形させると、半田ボールＡ2が発射され、半田ボールＡn+1が図４の半田ボールＡnの位置に落下移動する。このような一連の動作が連続して行われる。 FIG. 5 is a time chart showing the operation of the piezo element 4A and the piezo element 4B. The piezo element 4A and the piezo element 4B are operated with a half cycle phase shifted. That is, the piezoelectric element 4B is convex deformation, where the state shown in FIG. 4, the piezoelectric element 4A is convex deformation, firing the solder balls A 1, is mounted to a predetermined flux 15 above on the wafer 16. Then, the piezoelectric element 4B is concave deformation, subsequently, the convex deformation, to move the solder balls A n to the position of the solder balls A n-1 in FIG. 4. Then, the piezoelectric element 4A is convex deformation and is concave deformation of the piezoelectric element 4B, the solder balls A 2 is fired, solder balls A n + 1 falls moves to the position of the solder balls A n in FIG. Such a series of operations is continuously performed.

図４において、半田ボール通路管５の中間部は水平としたが、半田ボールの移動をよりスムーズにするために下方向へ傾斜させる形態とすることも好ましい形態である。   In FIG. 4, the middle part of the solder ball passage tube 5 is horizontal, but it is also preferable to incline downward to make the movement of the solder ball smoother.

図６は、第２の実施の形態に係る半田ボール通路管５の拡大断面図を示すものであり、図４に示される第１の実施の形態と相違する部分についてのみ以下に説明する。第２の実施の形態においては、半田ボール１が半田ボール通路管５内をより移動しやすくするための手段が設けられている。すなわち、半田ボール通路管５が半田ボール通路外管５Ａと、焼結材等の多孔質基材からなる半田ボール通路内管５Ｃと、その間の半田ボール通路中空５Ｂとから構成されてなる。半田ボール通路中空５Ｂには、半田ボール保管部２の下側空間Ｂに送り込まれたイオン化された窒素ガスが流れ込み、該窒素ガスは半田ボール通路内管５Ｃ壁を介して、半田ボール通路内管５Ｃ内に導入され、半田ボール１を浮遊状態とし、通路管５Ｃ内での移動をスムーズにする。   FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the solder ball passage tube 5 according to the second embodiment, and only the portions different from the first embodiment shown in FIG. 4 will be described below. In the second embodiment, means for facilitating the movement of the solder ball 1 in the solder ball passage tube 5 is provided. That is, the solder ball passage tube 5 includes a solder ball passage outer tube 5A, a solder ball passage inner tube 5C made of a porous base material such as a sintered material, and a solder ball passage hollow 5B therebetween. The ionized nitrogen gas fed into the lower space B of the solder ball storage unit 2 flows into the solder ball passage hollow 5B, and the nitrogen gas passes through the solder ball passage inner tube 5C wall and flows into the solder ball passage inner tube. Introduced into 5C, the solder ball 1 is floated, and the movement in the passage tube 5C is made smooth.

なお、本発明においては、上述したピエゾ素子を利用したピエゾアクチュエータを用いることが望ましいが、その他に、例えば、高速にｏｎ−ｏｆｆが可能な圧縮エアー（窒素ガス）源や電磁ソレノイド等を利用したアクチュエータなど半田ボールに移動力を与えることができるものであれば用いることができる。   In the present invention, it is desirable to use a piezo actuator using the above-described piezo element. In addition, for example, a compressed air (nitrogen gas) source or an electromagnetic solenoid that can be turned on and off at high speed is used. Any actuator can be used as long as it can apply a moving force to the solder balls.

（半田ボール搭載システム）
次に、本発明の半田ボール発射装置１０を利用した半田ボール搭載システム２０について説明する。通常、半田ボールの搭載手順として、ウエハ上の所望の箇所にフラックスを塗布し、続いてその上に半田ボールを搭載し、リフローされる、という工程がとられる。 (Solder ball mounting system)
Next, a solder ball mounting system 20 using the solder ball launcher 10 of the present invention will be described. Usually, as a procedure for mounting the solder balls, a process is applied in which a flux is applied to a desired location on the wafer, followed by mounting the solder balls thereon and reflowing.

図７は、本発明の半田ボール搭載システム２０の作業工程を示す図であり、図８は、本発明の半田ボール搭載システム２０のユニット間ハンドラを示す図である。本発明の半田ボール搭載システム２０は、待機ユニットと、フラックス塗布ユニットと、半田ボール搭載・検査・リペアーユニットと、リフローユニットと、冷却ユニットと、予備ユニットとから構成されている。ウエハ１６は、ローダーされた（１００）後、待機ユニットにて待機する（２００）。   FIG. 7 is a diagram showing a work process of the solder ball mounting system 20 of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing an inter-unit handler of the solder ball mounting system 20 of the present invention. The solder ball mounting system 20 of the present invention includes a standby unit, a flux application unit, a solder ball mounting / inspection / repair unit, a reflow unit, a cooling unit, and a spare unit. After being loaded (100), the wafer 16 waits in a standby unit (200).

初めに、ウエハ１６は、待機ユニットからフラックス塗布ユニットへ移動され、そこでフラックス１５が所望の箇所に塗布される（３００）。フラックス１５の塗布は、半田ボール１と同様にインクジェット方式にて連続発射して塗布されることが好ましい。これにより、作業時間の大幅短縮が図れ、また、塗布量の無駄も省ける。塗布に際して、フラックス１５が所望の塗布箇所からはみ出すのを防止するために、ウエハ１６が低温（１０℃以下、好ましくは、５℃以下）にされていることが好ましい。   First, the wafer 16 is moved from the standby unit to the flux application unit, where the flux 15 is applied to a desired location (300). It is preferable that the flux 15 is applied by being continuously ejected by an ink jet method in the same manner as the solder ball 1. As a result, the working time can be greatly shortened, and the application amount can be saved. At the time of application, in order to prevent the flux 15 from protruding from a desired application location, it is preferable that the wafer 16 be at a low temperature (10 ° C. or less, preferably 5 ° C. or less).

その後、フラックス１５が塗布されたウエハ１６は、半田ボール搭載・検査・リペアーユニットへ移動され、該工程が行われる（４００）。半田ボール搭載工程では、上述の半田ボール発射装置１０により、フラックス１５が塗布された箇所へ向けて半田ボール１が発射され、ウエハ１６上に半田ボール１が搭載される。本発明においては、搭載洩れが発生する確率は低いが、搭載洩れをチェックするための検査工程を、さらに、搭載洩れ箇所に半田ボール１を発射し搭載するためのリペアー工程を設けることができる。検査工程及びリペアー工程は、必要に応じて２回以上行ってもよい。検査機能及びリペアー機能は、半田ボール発射装置１０に付随させてもよいし、別装置として設けることもできる。このような構成とすることにより、極めて短時間に搭載作業を完了でき、搭載率１００％も比較的容易に達成が可能となる。   Thereafter, the wafer 16 coated with the flux 15 is moved to the solder ball mounting / inspection / repair unit, and the process is performed (400). In the solder ball mounting step, the solder ball 1 is launched by the above-described solder ball launcher 10 toward the location where the flux 15 is applied, and the solder ball 1 is mounted on the wafer 16. In the present invention, although the probability of mounting leakage occurring is low, it is possible to provide an inspection process for checking mounting leakage and a repair process for firing and mounting the solder ball 1 at the mounting leakage location. You may perform an inspection process and a repair process twice or more as needed. The inspection function and the repair function may be attached to the solder ball emitting device 10 or may be provided as separate devices. With such a configuration, the mounting operation can be completed in a very short time, and a mounting rate of 100% can be achieved relatively easily.

また、バンプ高さの調節も可能であり、バンプを高くしたい場合には、再度、ウエハ１６をフラックス塗布ユニットへ移動し、半田ボール１を搭載した箇所に向けてフラックス１５を発射し、半田ボール１上に塗布する。その後、ウエハ１６を半田ボール搭載・検査・リペアーユニットへ移動し、上述の半田ボール搭載・検査・リペアー工程を再度行う。   Also, the bump height can be adjusted, and when it is desired to raise the bump, the wafer 16 is moved again to the flux application unit, and the flux 15 is fired toward the place where the solder ball 1 is mounted. 1 is applied. Thereafter, the wafer 16 is moved to the solder ball mounting / inspection / repair unit, and the solder ball mounting / inspection / repair process described above is performed again.

次に、ウエハ１６は、リフローユニットへ移動され、リフローが行われる（５００）。かかるシステムによれば、完全窒素雰囲気でのボール搭載とリフローの連続処理が可能となる。   Next, the wafer 16 is moved to the reflow unit, and reflow is performed (500). According to such a system, it is possible to continuously perform ball mounting and reflow processing in a complete nitrogen atmosphere.

リフロー後、ウエハ１６は、冷却ユニットへ移動され、冷却工程に付される（６００）。冷却工程後、アンロード（７００）前に、予備ユニットを設けることもでき、スピン洗浄、乾燥、アンダーフィール材のスピン塗布等の工程を追加できる（８００）。   After reflow, the wafer 16 is moved to a cooling unit and subjected to a cooling process (600). A preliminary unit can be provided after the cooling step and before unloading (700), and steps such as spin cleaning, drying, and spin coating of an underfill material can be added (800).

以上説明したユニット間の移動、ユニット間相互の調整、及び各ユニットにおける作業の開始・終了等の指令は、図示されていない制御手段により制御されている。   Commands such as movement between units, mutual adjustment between units, and start / end of work in each unit described above are controlled by control means (not shown).

ユニット間ハンドラとして本発明の半田ボール搭載システム２０を説明したが、本発明の半田ボール発射装置１０にフラックス塗布やリフロー等の機能を付加することもできる。枚様式処理とすることが好ましいが、バッチ式処理にて行うこともできる。   Although the solder ball mounting system 20 of the present invention has been described as an inter-unit handler, functions such as flux application and reflow can be added to the solder ball launcher 10 of the present invention. Although it is preferable to use a sheet-type process, it can also be performed by a batch process.

本発明においては、樹脂基板、ウエハの共用が可能であり、またサイズ・形状も種々のサイズ・形状のものに適用できる。また、ワークサイズの設定もユーザにて自由に設計可能である。   In the present invention, the resin substrate and the wafer can be shared, and the size and shape can be applied to various sizes and shapes. In addition, the work size can be set freely by the user.

なお、本発明において、めっき方式や印刷方式で用いられるフォトレジスト膜を併せて用いてもよい。   In the present invention, a photoresist film used in a plating method or a printing method may be used together.

本発明の半田ボール発射装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the solder ball | bowl launching apparatus of this invention. 半田ボールの凝集が凝集防止手段により防止される概念図を示す。The conceptual diagram by which aggregation of a solder ball is prevented by the aggregation prevention means is shown. 半田ボール通路管の入口付近の拡大断面図を示す。The expanded sectional view near the entrance of a solder ball passage pipe is shown. 半田ボール通路管の拡大断面図を示す。The expanded sectional view of a solder ball passage pipe is shown. 各ピエゾ素子の動作を示すタイムチャート図である。It is a time chart which shows operation | movement of each piezoelectric element. 第２の実施の形態に係る半田ボール通路管の拡大断面図を示す。The expanded sectional view of the solder ball passage pipe concerning a 2nd embodiment is shown. 本発明の半田ボール搭載システムの作業工程を示す図である。It is a figure which shows the operation | work process of the solder ball mounting system of this invention. 本発明の半田ボール搭載システムのユニット間ハンドラを示す図である。It is a figure which shows the handler between units of the solder ball mounting system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ：半田ボール
２：半田ボール保管部
２Ａ：支持部
３：焼結材
４Ａ，４Ｂ：ピエゾ素子
５：半田ボール通路管
５Ａ：入口
５Ａ：半田ボール通路外管
５Ｂ：半田ボール通路中空
５Ｃ：半田ボール通路内管
６：半田ボール発射部
７：制御手段
８：イオナイザー
９：窒素ガス供給手段
１０：半田ボール発射装置
１１：窒素ガス通路
１２：バルブ
１３：バルブ調節手段
１４：排気通路
１５：フラックス
１６：ウエハ
１７：電極
１８：封止樹脂
２０：半田ボール搭載システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A: Solder ball 2: Solder ball storage part 2A: Support part 3: Sintered material 4A, 4B: Piezo element 5: Solder ball passage tube 5A: Inlet 5A: Solder ball passage outer tube 5B: Solder ball passage hollow 5C : Solder ball passage inner pipe 6: Solder ball launcher 7: Control means 8: Ionizer 9: Nitrogen gas supply means 10: Solder ball launcher 11: Nitrogen gas passage 12: Valve 13: Valve adjustment means 14: Exhaust passage 15: Flux 16: Wafer 17: Electrode 18: Sealing resin 20: Solder ball mounting system

Claims (10)

固体状態の複数の半田ボールを貯留する半田ボール保管部と、
前記複数の半田ボール間の凝集を防止する凝集防止手段と、
前記半田ボールを半田ボール発射部へと導く半田ボール通路管と、
前記半田ボール通路管内における前記半田ボールの移動を補助する半田ボール移動補助手段と、
前記凝集防止手段と前記半田ボール移動補助手段とを制御する制御手段とを備えた半田ボール発射装置であって、
前記半田ボールを連続的に発射することを特徴とする半田ボール発射装置。 A solder ball storage unit for storing a plurality of solid solder balls;
An aggregation preventing means for preventing aggregation between the plurality of solder balls;
A solder ball passage tube for guiding the solder ball to the solder ball launcher;
Solder ball movement assisting means for assisting movement of the solder ball in the solder ball passage tube;
A solder ball launcher comprising control means for controlling the aggregation preventing means and the solder ball movement assist means,
A solder ball firing apparatus, which continuously fires the solder ball. 前記凝集防止手段は、窒素ガス供給手段と、イオナイザーと、多孔性基材からなる窒素ガス透過手段とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール発射装置。   2. The solder ball launcher according to claim 1, wherein the aggregation preventing unit includes a nitrogen gas supply unit, an ionizer, and a nitrogen gas permeation unit made of a porous base material. 前記多孔性基材は、焼結材であることを特徴とする請求項２に記載の半田ボール発射装置。   The solder ball launcher according to claim 2, wherein the porous base material is a sintered material. 前記半田ボール移動補助手段は、ピエゾ素子を利用したピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール発射装置。   2. The solder ball launcher according to claim 1, wherein the solder ball movement assisting means is a piezo actuator using a piezo element. 前記半田ボールは、直径が５０〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール発射装置。   The solder ball launcher according to claim 1, wherein the solder ball has a diameter in a range of 50 to 300 μm. 前記半田ボール通路管は、半田ボール通路外管と、多孔性基材からなる半田ボール通路内管と、前記半田ボール通路外管と前記半田ボール通路内管の間に形成される半田ボール通路中空とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の半田ボール発射装置。   The solder ball passage tube includes a solder ball passage outer tube, a solder ball passage inner tube made of a porous base material, and a solder ball passage hollow formed between the solder ball passage outer tube and the solder ball passage inner tube. The solder ball launcher according to claim 1, comprising: フッラクスを貯留するフラックス保管部をさらに備え、前記フッラクスを連続的に発射することを特徴とする請求項１に記載の半田ボール発射装置。   The solder ball launcher according to claim 1, further comprising a flux storage unit that stores flax, wherein the flax is continuously fired. 固体状態の半田ボールをインクジェット方式により連続的に発射することを特徴とする半田ボール発射装置。   A solder ball firing apparatus, which continuously fires solid solder balls by an ink jet method. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の半田ボール発射装置を備えることを特徴とする半田ボール搭載システム。   A solder ball mounting system comprising the solder ball launcher according to claim 1. フラックス塗布ユニットと、半田ボール搭載・検査・リペアーユニットと、リフローユニットと、冷却ユニットとから構成される半田ボール搭載システムであって、
前記半田ボール搭載・検査・リペアーユニットは、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の半田ボール発射装置を備えることを特徴とする半田ボール搭載システム。


A solder ball mounting system comprising a flux application unit, a solder ball mounting / inspection / repair unit, a reflow unit, and a cooling unit,
9. A solder ball mounting system, wherein the solder ball mounting / inspection / repair unit comprises the solder ball launching device according to claim 1.


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