JP2006210414A - バンプレベリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークに形成された多数のバンプの高さを、バンプの配置や数に関係なく、常に確実にかつ簡単に一括して均一に揃える。
【解決手段】 バンプレベリング装置１０は、ワークとして多数のバンプ２６を形成したウエハ１４を、そのバンプ形成面を上にして水平に載置するためのセットプレート１３及びダイプレート１２からなるステージと、レベリングプレート１７と、レベリングプレートをその平坦な下面を水平にして上下に駆動するための駆動手段２１と、ステージ上に載置したワークの周囲に配置されかつ厚さ一定の薄い金属板からなるスペーサ１５とを備える。駆動手段によりレベリングプレートを、その下面がスペーサ上面に当接するまで下降させ、ワークの全バンプを一括して押圧し、その高さを均一に矯正しかつその頂部を平坦に加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体チップ、回路基板などの電子部品やウエハなどのワークの表面に形成した複数のバンプを一括して均一な高さに揃えるためのバンプレベリング装置に関する。

従来から、半導体チップの各電極にバンプを予め形成しておき、該バンプを回路基板のランドに接合して実装するフリップチップボンディングが広く知られている。最近は、圧電振動ジャイロセンサの圧電振動ジャイロ素子をワイヤボンディングで確実に接続するために、その各電極にバンプを形成する方法が採用されている。例えば図５（Ａ）、（Ｂ）に示す所謂ダブルＴ字型の圧電振動ジャイロ素子１は、略Ｔ字型の駆動振動系２，２を中央の検出振動系３に関して左右対称に配置し（例えば、特許文献１を参照）、中央基部４の上面に配置した各引出電極５に形成したバンプ６にボンディングワイヤ７を接続することにより、該圧電振動ジャイロ素子を機械的に支持している。

一般にフリップチップボンディングでは、ワーク表面に形成する複数のバンプの高さを均一に揃えかつその頂部を平らに形成することが、接続不良や回路のオープンを防止するために重要である。そのため、大型のレベリングプレートを水平に保持し、その平坦な下面でワーク上面のバンプを押圧して、その高さを一括して均一に矯正するバンプレベリング方法が広く利用されている（例えば、特許文献２を参照）。更に、特にバンプの数に関係なくバンプ高さを適正に揃えるために、先にワークのボンディング面の高さを検出してレベリングプレートの押し付け高さを設定する方法が知られている（例えば、特許文献３を参照）。また、バンプを形成したワークが回路基板である場合に、その捻れや反りを矯正するために回路基板の両側縁部を第１及び第２の当接手段で挟持した状態で、バンプのレベリングを行う装置が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。

特開２００３−１６６８２８号公報 特開平１１−２６５０２号公報 特開平１０−２８４４９６号公報 特開２００３−２９８２２５号公報

しかしながら、上述した従来技術では、ワークのバンプを一括して押圧するレベリングプレートが単に下面を水平にするように支持されているだけである。ところが、一般にワーク上面に形成された多数のバンプは高さが不揃いで、これを押圧する際にレベリングプレートが受ける反力は、その下面全体に亘って一様ではなく、バンプの配置及び高さのばらつきによって様々に偏在する。従って、局所的に偏った強い反力を受けると、バンプを押圧している間常にレベリングプレート下面を水平に保持し続けることが困難な場合がある。特に最近は電子部品の小型化が進み、それによって電極及びバンプの寸法も微小になればなる程、非常に僅かなレベリングプレートの傾きであっても、バンプの高さを均一に揃えることができなくなるという問題が生じる。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークに形成された多数のバンプの高さを、バンプの配置や数に関係なく、常に確実にかつ簡単に一括して均一に揃えることができるバンプレベリング装置を提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、複数のバンプを形成したワークをそのバンプ形成面を上にして水平に載置するためのステージと、平坦な下面を有するレベリングプレートと、該レベリングプレートをその下面を水平にして上下に駆動するための駆動手段と、ステージ上に載置したワークの周囲に配置されかつ所定の高さを有するスペーサとを備え、駆動手段により下降するレベリングプレートの下面が、ステージに載置したワークのバンプを押圧してその高さを矯正し、かつスペーサに当接して下降を停止するようにしたバンプレベリング装置が提供される。

スペーサをワークの周囲に配置したことによって、レベリングプレートは常に、その下面がスペーサにより画定される所定の高さに至ると、水平な状態で下降を停止する。従って、ワーク上のバンプの配置や数、それらの高さの不揃いに拘わらず、かつレベリングプレートの押圧力の大小に拘わらず、またバンプの配置、数、高さのばらつきなどに応じて押圧力を調整する必要なく、常に確実に全バンプを均一に所望の高さにかつそれらの頂部を平坦に加工することができる。

その結果、電子部品の小型化によりバンプが微小化しても、またバンプの配置や数が変更されても、レベリングプレートの押圧力を微妙に調整、制御する必要が無い。従って、レベリング加工が容易になって作業性、生産性が向上すると共に、品質及び歩留まりの大幅な向上を実現することができる。更に、ワーク自体の設計や種類などが変更されても、バンプ形成面の高さ及び所望のバンプ高さに応じてスペーサの高さを適当に選択し又は変更することによって、常に均一で良好なバンプレベリングを実行することができる。例えば、或る実施例では、前記ワークが多数の圧電振動ジャイロ素子を形成した圧電材料のウエハであり、かつ各圧電振動ジャイロ素子にはその電極上にバンプが形成されている。

また或る実施例では、前記スペーサが、その内側にワークを配置し得る貫通孔を設けかつ所定の高さに等しい均一な厚さを有する金属板で形成することができ、該金属板の上面にレベリングプレートの下面が当接することによって、レベリングプレートの下降が制限される。それにより、レベリングプレートの押圧力を、ワークの全周に沿ってその外側に延在する金属板上面の広い面積で、特定の方向に偏ることなく受けることができ、レベリングプレートはその下面をより安定して水平な状態で下降を停止させることができる。

別の実施例では、前記レベリングプレートの下面が、ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されることにより低摩擦係数、優れた平滑性、耐摩耗性及び耐凝着性を有するので、押圧によるバンプの損傷が防止され、頂部がより平滑に形成され、かつ押圧後により容易に離反させることができる。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるバンプレベリング装置の好適な実施例を示している。バンプレベリング装置１０は、ベースであるダイホルダ１１上に支持された矩形のダイプレート１２と、その水平かつ平坦な上面に取外可能に配置されるセットプレート１３とからなるステージを有する。セットプレート１３は、その水平かつ平坦な上面にワーク１４が載置され、かつその外側にスペーサ１５が配置されている。セットプレート１３の一方の側部にはアーム１６が取り付けられ、図中矢印で示すように側方へ移動可能に構成されている。

前記ステージの上方には、平滑で水平な押圧面からなる下面を有するレベリングプレート１７が配置されている。レベリングプレート１７は、バックプレート１８を介してパンチホルダ１９に固定されている。レベリングプレート１７の下面は、低摩擦係数、優れた平滑性、耐摩耗性及び耐凝着性を有する公知のダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されている。

パンチホルダ１９は、ダイホルダ１１上に垂設した２本のガイドポスト２０により上下に移動可能に取り付けられている。ガイドポスト２０は、矩形をなすダイプレート１２の対角位置に配置され、それにより側方からのセットプレート１３のダイプレート１２上への出し入れを容易にしている。レベリングプレート１７を上下に移動させるために、パンチホルダ１９の上部には、油圧シリンダなどの駆動手段２１が連結されている。

本実施例では、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、多数の圧電振動ジャイロ素子２２を縦及び横方向に並べて一体に形成した水晶などの圧電材料からなる矩形のウエハをワーク１４として使用する場合を説明する。セットプレート１３の上面中央にワーク即ちウエハ１４を配置し、かつその外側にスペーサ１５を配置する。本実施例のスペーサ１５は、その内側にウエハ１４を配置するのに適した矩形の貫通孔を設けた、均一な厚さの薄い金属板で形成されている。この金属板は、レベリングプレート１７の押圧力で変形又は損傷しないように、例えばステンレス鋼などの硬質材料で形成される。

セットプレート１３の上面には、ウエハ１４とスペーサ１５との境界位置に、スペーサ１５よりも低い高さの複数の突起２３が一体に形成され、ウエハ１４及びスペーサ１５を位置決めしている。別の実施例では、突起２３を省略し、その代わりにスペーサの内周縁部でウエハ１４を位置決めすることができる。また、図２（Ｂ）に示すように、本実施例のセットプレート１３は、その上面に設けた凹みの内側にウエハ１４及びスペーサ１５を配置するようにしたが、別の実施例では、前記凹みを省略して一様な水平面にすることができる。

ウエハ１４の各圧電振動ジャイロ素子２２は、図５に関連して上述した圧電振動ジャイロ素子１と同様の構成を有し、図３に示すように、その中央基部２４の上面に引出電極２５が形成され、かつその上にそれぞれバンプ２６が形成されている。本実施例のバンプ２６は、電極やボンディングワイヤとの接合性を考慮してＡｕで半球状に形成される。別の実施例では、Ａｕ以外に例えばはんだなどの公知の材料を適当に選択して用いることができる。

図１の装置１０を用いたバンプレベリング工程において、図４（Ａ）に示すように、セットプレート１３上面にウエハ１４及びスペーサ１５を載置し、ダイプレート１２上に配置する。スペーサ１５の厚さｔ_s は、ウエハ１４の厚さをｔ_w 、所望のバンプ高さをｈとして、ｔ_s ＝ｔ_w ＋ｈとなるように設定する。例えば、ｔ_w ＝１００μｍ、ｈ＝２５μｍとして、厚さｔ_s ＝１２５μｍの前記金属板をスペーサ１５に選択する。

レベリングプレート１７を下降させ、図４（Ｂ）に示すように、その下面がスペーサ１５の上面に完全に当接するまで、バンプ２６を押圧する。これにより、レベリングプレート１７下面の良好な水平度を確保することができる。各バンプ２６を一括して押潰し、所望の高さｈに均一にかつワイヤボンディングに適した平坦な頂部に加工する。上記ウエハの押圧条件は、例えばレベリングプレート１７の押圧力を１００ｋｇｆ、押圧時間を１０秒／ウエハとする。

図４（Ｃ）に示すように、レベリングプレート１７を上昇させて、レベリング工程を終了する。上述したようにレベリングプレート１７下面はダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されているので、各バンプを損傷することなくレベリング加工することができ、かつ押圧後に各バンプからスムーズに離反させることができる。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、ワークとして、多数の圧電振動ジャイロ素子を形成した圧電材料のウエハ以外に、半導体チップ、回路基板などの電子部品のバンプレベリングにも、本発明を同様に適用することができる。また、上記実施例のスペーサは１枚の金属板で構成したが、これを複数に分割して、ワークの外側の適当な位置に配置することもできる。

（Ａ）図は本発明を適用したバンプレベリング装置の好適実施例を示す概略側面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における平面図。 （Ａ）図はウエハを載置したセットプレートの平面図、（Ｂ）図はそのII−II線における断面図。 圧電振動ジャイロ素子の基部を示すウエハの部分平面図。 （Ａ）〜（Ｃ）図は図１の装置を利用してウエハのバンプをレベリングする工程を順に示す拡大部分断面図。 （Ａ）図は圧電振動ジャイロセンサの圧電振動ジャイロ素子を示す平面図、（Ｂ）図はその基部を示す部分断面図。

符号の説明

１，２２…圧電振動ジャイロ素子、２…駆動振動系、３…検出振動系、４，２４…中央基部、５，２５…引出電極、６，２６…バンプ、７…ボンディングワイヤ、１０…バンプレベリング装置、１１…ダイホルダ、１２…ダイプレート、１３…セットプレート、１４…ウエハ、１５…スペーサ、１６…アーム、１７…レベリングプレート、１８…バックプレート、１９…パンチホルダ、２０…ガイドポスト、２１…駆動手段、２３…突起、２７…想像線。

Claims (4)

1. 複数のバンプを形成したワークをそのバンプ形成面を上にして水平に載置するためのステージと、平坦な下面を有するレベリングプレートと、前記レベリングプレートをその下面を水平にして上下に駆動するための駆動手段と、前記ステージ上に載置した前記ワークの周囲に配置されかつ所定の高さを有するスペーサとを備え、
   前記駆動手段により下降する前記レベリングプレートの前記下面が、前記ステージに載置した前記ワークの前記バンプを押圧してその高さを矯正し、かつ前記スペーサに当接して下降を停止するようにしたことを特徴とするバンプレベリング装置。
2. 前記スペーサが、その内側に前記ワークを配置し得る貫通孔を設けかつ前記所定の高さに等しい均一な厚さを有する金属板からなることを特徴とする請求項１に記載のバンプレベリング装置。
3. 前記レベリングプレートの下面がダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバンプレベリング装置。
4. 前記ワークが多数の圧電振動ジャイロ素子を形成した圧電材料のウエハからなり、かつ前記各圧電振動ジャイロ素子の電極上に前記バンプが形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバンプレベリング装置。

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