JP2007208108A - 材料供給装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体粒子と液体との混合物から成る材料を、液体中に固体粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給する。
【解決手段】 はんだ材料供給装置１０は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料Ｓを、マグネチックスターラ５０及びディスペンサ６０を含む手段によってワークＷ上に供給するものである。マグネチックスターラ５０は、はんだ材料Ｓを容器５１中で撹拌する。ディスペンサ６０は、マグネチックスターラ５０によって撹拌されることにより液体中にはんだ粒子が漂っている状態のはんだ材料Ｓを、吸引兼吐出用のノズル６１を用いて容器５１から吸引してワークＷ上へ吐出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体と固体粒子との混合物から成るとともに液体中で固体粒子が沈降する材料を、ワーク上に供給する材料供給装置及び方法に関する。詳しくは、例えば半導体基板、インターポーザ基板、プリント配線板等の上に突起状のはんだバンプを形成してＦＣ（flip chip）やＢＧＡ（ball grid array）を製造する際に好適な、材料供給装置等に関する。

従来の一般的なはんだバンプの形成方法は、スクリーン印刷法やディスペンス法などを用いて基板のパッド電極上にはんだペーストを塗布し、このはんだペーストを加熱してリフローする、というものであった。

一方、特許文献１には、特殊なはんだ粉末とフラックスとの混合物からなるはんだペーストが記載されている。このはんだ粉末は、はんだ粒子を空気中で流動させることにより、はんだ粒子の表面に酸化膜を形成したものである。この強制的に形成した酸化膜は、リフロー時にフラックスの作用に抗して、はんだ粒子同士の合体を抑える働きをするという。そのため、このはんだペーストを基板上にベタ塗りしてリフローすると、パッド電極間ではんだブリッジが発生にくくなるので、パッド電極の高密度化及び微細化に適する、ということである。なお、パッド電極間のはんだブリッジは、はんだ粒子同士が合体して大きな塊となって、隣接するパッド電極の両方に接してしまうために起こる。

しかしながら、これらの従来のはんだバンプの形成方法には、次のような問題があった。

近年の更なる多電極化、高密度化及び微細化に対して、スクリーン印刷法やディスペンス法では対応できなくなりつつある。すなわち、スクリーン印刷法では、メタルマスクの開口を微細化する必要があるので、メタルマスクの機械的強度が低下したり、メタルマスクの開口からはんだペーストが抜け難くなったりする、という問題が生じてきた。ディスペンス法では、多数のパッド電極の上に一つずつはんだペーストを載せていくので、パッド電極が多くなるほど量産には向かなくなる。

一方、特許文献１のはんだペーストでは、はんだ粒子の酸化膜の膜厚を、精度良く形成しなければならなかった。なぜなら、厚すぎるとパッド電極にはんだが濡れなくなり、薄すぎるとはんだ粒子同士が合体してしまうからである。しかも、フラックスの状態や種類によってもフラックスの作用が変化するので、これらに合わせて酸化膜の膜厚を精度良く制御する必要があった。また、適切な膜厚の酸化膜を形成できなければ、パッド電極の高密度化及び微細化を達成できないことになる。したがって、特許文献１のはんだペーストでは、精密なマスクを不要とするベタ塗りが可能になるといっても、近年の高密度化及び微細化の要求に応えることは難しかった。

このような状況において、本発明者は、はんだバンプの高密度化及び微細化の要求に応えるべく、特許文献２に記載の「はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料」を発明した。

特開２０００−９４１７９号公報 特開２００５−２０９６８３号公報

しかしながら、特許文献２に記載のはんだ材料には、液体中ではんだ粒子が沈降するため、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給することが難しい、という問題があった。

そこで、本発明の目的は、固体粒子と液体との混合物から成る材料を、液体中に固体粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給することができる、材料供給装置等を提供することにある。

本発明に係る材料供給装置は、撹拌手段及び供給手段を備えたことを特徴とする（請求項１）。撹拌手段は、液体と固体粒子との混合物から成るとともに液体中で固体粒子が沈降する材料を、容器中で撹拌する。供給手段は、撹拌手段によって撹拌されることにより液体中に固体粒子が漂っている状態の材料を、吸引兼吐出用のノズルを用いて容器から吸引してワーク上へ吐出する。

本発明で用いる材料は、何もしないで放置しておくと、時間とともに固体粒子が液体中で沈降してしまう。その状態で材料をワーク上に供給すると、液体中の固体粒子の割合が不均一となってしまう。つまり、材料の一部分では液体だらけになり、他の部分では固体粒子だらけになってしまう。これに対し、容器中で材料を撹拌すると、容器中の材料は、液体の流動によって固体粒子の沈降が妨げられるので、液体中に固体粒子が漂っている状態になる。この状態で、液体を容器中から吸引してワーク上へ吐出すると、固体粒子が液体中をランダムに動いているので、液体中の固体粒子の割合が均一になる。このとき、吸引兼吐出用のノズルを用いることにより、撹拌手段と供給手段とを結ぶ配管が不要になるので、構成が簡素になるとともに、配管内で固体粒子が沈降することもない。

撹拌手段は、容器中に撹拌子を有するマグネチックスターラである、としてもよい（請求項２）。例えば、撹拌手段として、駆動軸に連結された羽根車（インペラ）を材料中に浸漬し、羽根車を回転させることにより、材料を撹拌する技術が考えられる。しかし、そのような技術では、高速で回転する羽根が固体粒子に衝突することにより固体粒子が損傷する、駆動軸と軸受けとの間に固体粒子が挟まれることにより固体粒子が変形したり駆動手段（モータなど）が故障したりする、などの不具合が起きやすい。これに対して、撹拌手段としてマグネチックスターラを用いると、撹拌子だけが材料に接するので、高速で回転する部材や駆動軸と軸受けとの構造が材料に接触することがない。したがって、固体粒子の損傷や駆動手段の故障を引き起こすことがない。

供給手段は、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、材料を吸引又は吐出する一軸偏心ねじポンプである、としてもよい（請求項３）。一軸偏心ねじポンプは、どちらか一方に回転すると材料を吸引し、その逆に回転すると材料を吐出する。一軸偏心ねじポンプによれば、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出が可能となる。

供給手段が吸引した材料を一時的に貯留する貯留手段を、更に備えてもよい（請求項４）。この場合は、一回の吸引で多量の材料を貯留手段に確保した後、長時間に渡って材料を吐出し続けることにより、吸引と吐出とを交互に頻繁に繰り返す必要が無くなるので、一ワーク当たりの処理時間が短縮される。

固体粒子ははんだ粒子であり、液体はフラックス作用を有する液体である、としてもよい（請求項５）。はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料を用いて、はんだバンプを形成する場合には、液体中にはんだ粒子が均一に分散されることにより、はんだパンプの大きさが均一になるとともに、はんだブリッジの発生が抑えられる。

本発明に係る材料供給方法は、材料撹拌工程及び材料供給工程を含むことを特徴とする（請求項６）。材料撹拌工程では、液体と固体粒子との混合物から成るとともに液体中で固体粒子が沈降する材料を、容器中で撹拌する。材料供給工程では、材料撹拌工程における撹拌によって液体中に固体粒子が漂っている状態の材料を、吸引兼吐出用のノズルを有するポンプを用いて容器から吸引してワーク上へ吐出する。本発明に係る材料供給方法も、前述の本発明に係る材料供給装置（請求項１）と同等の作用及び効果を奏する。

材料供給工程において材料を吸引している時に、材料撹拌工程において材料の撹拌を停止する、としてもよい（請求項７）。この場合は、材料の液面が波立たない状態で材料を吸引できるので、空気を巻き込んで材料を吸引してしまうことがない。空気は圧力で体積が大きく変化するので、空気を巻き込むと材料の吐出量が不安定になる。

材料供給工程において材料を容器から吸引した後からワーク上へ吐出し終わるまでの時間に、材料撹拌工程において次のワークのために材料を撹拌する、としてもよい（請求項８）。この場合は、ワークに材料を供給している間に次のワークのために材料を撹拌することにより、撹拌するための時間を別途設ける必要がないので、生産効率が良い。

材料供給工程においてノズルの先端を容器中の材料中に差し込んだ後、材料の吸引を開始する、としてもよい（請求項９）。この場合は、材料を吸引する際に、空気を巻き込んでしまうことがない。したがって、正確な定量供給が可能である。

使用前の洗浄液の入った第一の洗浄容器と使用後の洗浄液を入れる第二の洗浄容器とを用意するとともに、ノズルを用いて洗浄液を第一の洗浄容器から吸引して第二の洗浄容器へ吐出するポンプ洗浄工程を、更に含んでもよい。この場合は、二つの洗浄容器という簡単な構成を追加するだけで、既に備わっているポンプの吸引機能及び吐出機能を用いて、いわゆる「うがい洗浄」が可能となる。

ポンプは、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、材料を吸引又は吐出する一軸偏心ねじポンプである、としてもよい（請求項１１）。また、固体粒子ははんだ粒子であり、液体はフラックス作用を有する液体である、としてもよい（請求項１２）。これらは、発明のカテゴリーが違う点を除き、前述の材料供給装置（請求項３，５）と同じである。

本発明に係る材料供給装置及び方法によれば、液体と固体粒子との混合物から成るとともに液体中で固体粒子が沈降する材料を容器中で撹拌し、液体中に固体粒子が漂っている状態の材料をノズルを用いて容器から吸引してワーク上へ吐出することにより、液体中に固体粒子が均一に分散した材料をワーク上へ供給できる。しかも、吸引兼吐出用のノズルを用いることにより、撹拌手段と供給手段とを結ぶ配管が不要になるので、構成が簡素になるとともに、配管内で固体粒子が沈降するという問題も回避できる。

撹拌手段をマグネチックスターラとした場合は、撹拌子だけが材料に接するので、高速で回転する部材や駆動軸と軸受けとの構造が材料に接触することを回避でき、これにより、固体粒子の損傷や撹拌手段の故障を引き起こすことなく、液体中に固体粒子が均一に分散した材料をワーク上へ供給することができる。

供給手段を一軸偏心ねじポンプとした場合は、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出を実現できる。

供給手段が吸引した材料を一時的に貯留する貯留手段を備えた場合は、一回の吸引で多量の材料を貯留手段に確保した後、長時間に渡って材料を吐出し続けることにより、吸引と吐出とを交互に頻繁に繰り返す必要が無くなるので、一ワーク当たりの処理時間を短縮できる。

はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料を用いて、はんだバンプを形成する場合は、液体中にはんだ粒子が均一に分散されることにより、はんだパンプの大きさを均一にできるとともに、はんだブリッジの発生を抑制できる。

材料を吸引している時に材料の撹拌を停止する場合は、材料の液面が波立たない状態で材料を吸引できることにより、空気を巻き込んで材料を吸引してしまうことがないので、材料の吐出量を安定化できる。

材料を容器から吸引した後からワーク上へ吐出し終わるまでの時間に、次のワークのために材料を撹拌する場合は、ワークに材料を供給している間に次のワークのために材料を撹拌することにより、撹拌するための時間を別途設ける必要がないので、生産効率を向上できる。

ノズルの先端を容器中の材料中に差し込んだ後に材料の吸引を開始する場合は、材料を吸引する際に空気を巻き込んでしまうことがないので、より正確な定量供給を実現できる。

使用前の洗浄液の入った第一の洗浄容器と使用後の洗浄液を入れる第二の洗浄容器とを用意し、ノズルを用いて洗浄液を第一の洗浄容器から吸引して第二の洗浄容器へ吐出する場合は、二つの洗浄容器という簡単な構成を加えるだけで、いわゆる「うがい洗浄」を実現できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、特許請求の範囲における「固体粒子」、「液体」、「材料」、「撹拌手段」、「供給手段又はポンプ」及び「貯留手段」は、それぞれ下位概念としての以下の「はんだ粒子」、「フラックス作用を有する液体」、「はんだ材料」、「マグネチックスターラ」、「一軸偏心ねじポンプ（以下「ディスペンサ」と略称する。）」及び「サブタンク」に相当する。

図１乃至図４は本発明に係るはんだ材料供給装置及び方法の一実施形態を示す斜視図であり、図１→図２→図３→図４→図１→・・・という順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。ただし、はんだ材料を構成する液体及びはんだ粒子については、図示しないので、図６等を参照のこと。

まず、本実施形態のはんだ材料供給装置１０について、構成の特徴並びに作用及び効果を説明する。はんだ材料供給装置１０は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料Ｓを、マグネチックスターラ５０及びディスペンサ６０を含む手段によってワークＷ上に供給するものである。マグネチックスターラ５０は、はんだ材料Ｓを容器５１中で撹拌する。ディスペンサ６０は、マグネチックスターラ５０によって撹拌されることにより液体中にはんだ粒子が漂っている状態のはんだ材料Ｓを、吸引兼吐出用のノズル６１を用いて容器５１から吸引してワークＷ上へ吐出する。

はんだ材料Ｓは、何もしないで放置しておくと、時間とともにはんだ粒子が液体中で沈降してしまう。その状態ではんだ材料ＳをワークＷ上に供給すると、液体中のはんだ粒子の割合が不均一となり、例えばはんだバンプを形成する場合にはんだパンプの大きさが不揃いになったりはんだブリッジが発生したりする。

これに対し、マグネチックスターラ５０によって容器５１中ではんだ材料Ｓを撹拌すると、容器５１中のはんだ材料Ｓは、液体の流動によってはんだ粒子の沈降が妨げられるので、液体中にはんだ粒子が漂っている状態になる。この状態で、ディスペンサ６０によって液体を容器５１中から吸引してワークＷ上へ吐出すると、はんだ粒子が液体中をランダムに動いているので、液体中のはんだ粒子の割合が均一になる。そのため、はんだ材料Ｓを用いてはんだバンプを形成する場合には、液体中にはんだ粒子が均一に分散されることにより、はんだパンプの大きさが均一になるとともに、はんだブリッジの発生が抑えられる。しかも、吸引兼吐出用のノズル６１を用いることにより、マグネチックスターラ５０とディスペンサ６０とを結ぶ配管が不要になるので、構成が簡素になるとともに、配管内ではんだ粒子が沈降することもない。

次に、はんだ材料供給装置１０の詳細な構成について説明する。マグネチックスターラ５０は、材料パレット５２に内蔵された回転磁界発生部（図示せず）と、容器５１の液体中に浸漬されるとともに磁石を合成樹脂で被覆した撹拌子（図示せず）とから成り、一般の市販品を流用したものである。マグネチックスターラ５０によれば、撹拌子だけがはんだ材料Ｓに接するので、高速で回転する部材や駆動軸と軸受けとの構造がはんだ材料Ｓに接触することがない。したがって、はんだ粒子の損傷や駆動手段（モータなど）の故障を引き起こすことがない。なお、本実施形態では、材料パレット５２に六個の容器収容穴５３が設けられており、そのうちの四個に容器５１が収められている。

はんだ材料供給装置１０には、移動手段としての四つの単軸ロボット７１〜７４が付設されている。基台１１上に支持板１２，１３が立設され、支持板１２，１３間に単軸ロボット７１が架設されている。単軸ロボット７１は、単軸ロボット７２をＸ軸の＋，−方向に自在に移動する。そして、単軸ロボット７２はテーブル７５をＺ軸の＋，−方向に自在に移動し、テーブル７５にはディスペンサ６０が固設されている。つまり、単軸ロボット７１，７２は、ディスペンサ６０をＸ軸方向及びＺ軸方向に自在に移動する二軸ロボットを構成している。また、基台１１上には、単軸ロボット７３，７４が直に固設されている。単軸ロボット７３はテーブル７６をＹ軸の＋，−方向に自在に移動し、テーブル７６にはワークＷの入った受け容器３０が載置される。単軸ロボット７４はテーブル７７をＹ軸の＋，−方向に自在に移動し、テーブル７７には材料パレット５２が載置される。単軸ロボット７１〜７４は、シャフトモータやボールネジなどを利用した一般的な市販品である。

マグネチックスターラ５０、ディスペンサ６０及び単軸ロボット７１〜７４は、ケーブル１４等を介して図示しないコントローラに接続され、コントローラによって手動又は自動で制御される。そして、コントローラに具備されたコンピュータ及び制御プログラムによって、はんだ材料供給装置１０の自動化が実現される。

図５［１］はディスペンサ６０を示す断面図であり、図５［２］は図５［１］におけるＶ−Ｖ線断面図である。以下、図１乃至図５に基づき、ディスペンサ６０について説明する。

図１乃至図４に示すように、ディスペンサ６０は、先端からノズル６１、移送部６２、貯留部６３及び駆動源６４を備えている。貯留部６３は、連結管６５を介してサブタンク６６に連通している。駆動源６４は、モータ、減速機等から成り、駆動軸６９（図５［１］）へ動力を伝達する。また、移送部６２は、図５［１］［２］に示すように、筒体６５に収容された雌ねじ形ステータ６６内に、雄ねじ形ロータ６７が回動自在に嵌挿されたものである。そして、雄ねじ形ロータ６７の基端は、偏心自在継手６８を介して駆動軸６９に連結されている。雌ねじ形ステータ６６は、どの断面も長円形を呈し、弾性材料から成る。雄ねじ形ロータ６７は、どの断面も円形を呈し、金属から成る。

雌ねじ形ステータ６６内に雄ねじ形ロータ６７を装着すると、両者の間に接線によって厳密にシールされた連続する螺旋状の空間６０ａが生ずる。この状態で、雄ねじ形ロータ６７を正方向又は逆方向に回転させると、雄ねじ形ロータ６７は雌ねじ形ステータ６６内を回転しながら往復運動をする。その結果、空間６０ａに満たされていたはんだ材料Ｓは、無限のピストン運動によって、ノズル６１側からサブタンク６６側へ又はサブタンク６６側からノズル６１側へ向かって、無脈動かつ定量で移送される。ここでは、雄ねじ形ロータ６７を正方向に回転させるとはんだ材料Ｓが吸引され、雄ねじ形ロータ６７を逆方向に回転させるとはんだ材料Ｓが吐出されるものとする。

このように、ディスペンサ６０は、雄ねじ形ロータ６７を雌ねじ形ステータ６６内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、はんだ材料Ｓを移送して吸引又は吐出する。ディスペンサ６０によれば、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出が可能となる。なお、仮にはんだ粒子が雌ねじ形ステータ６６と雄ねじ形ロータ６７とに挟まれたとしても、雌ねじ形ステータ６６が弾性材料から成るので、はんだ粒子が変形するおそれは無い。

また、サブタンク６６は、ディスペンサ６０が吸引したはんだ材料Ｓを一時的に貯留する。これにより、一回の吸引で多量のはんだ材料Ｓをサブタンク６６に確保した後、長時間に渡ってはんだ材料Ｓを吐出し続けることができるので、吸引と吐出とを交互に頻繁に繰り返す必要が無くなる。したがって、ワークＷ一枚当たりの処理時間が短縮される。

次に、本実施形態で使用するはんだ材料Ｓについて説明する。図６は、はんだ材料Ｓを用いたはんだバンプ形成方法の一例を代表的に示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図６は、基板上にはんだ材料を塗布した状態であり、上下方向は左右方向よりも拡大して示している。また、以下の基板２０は、前述のワークＷに相当する。

はんだ材料Ｓは、多数のはんだ粒子Ｓ１と脂肪酸エステルからなる液体Ｓ２との混合物からなり、パッド電極２２にはんだバンプを形成するために用いられる。そして、液体Ｓ２は、常温の状態で基板２０に滴下すると自重で広がって均一な厚みになる粘度と、はんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱された状態ではんだ粒子Ｓ１によるはんだ濡れをパッド電極２２に引き起こすフラックス作用とを有する。はんだ粒子Ｓ１は、液体Ｓ２とともに基板２０に滴下した際に液体Ｓ２とともに広がって均一に分散する、混合比及び粒径を有する。

また、はんだ粒子Ｓ１は表面に自然酸化膜（図示せず）のみを有する。液体Ｓ２は、脂肪酸エステルであるので、有機酸の一種である遊離脂肪酸を元々含んでいる。遊離脂肪酸は、はんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱された状態で、はんだ粒子Ｓ１同士の合体を抑制しつつ、はんだ粒子Ｓ１とパッド電極２２とのはんだ付けを促進するとともに、パッド電極上２２に形成されたはんだ皮膜とはんだ粒子Ｓ１との合体を促進する作用を有する。

液体Ｓ２に含まれる有機酸は、必要に応じて添加しても良い。つまり、はんだ粒子Ｓ１の酸化度合いや分量に応じて、液体Ｓ２の有機酸含有量を調整する。例えば、多量のはんだバンプを形成する場合は、はんだ粒子Ｓ１も多量になるので、全てのはんだ粒子Ｓ１の酸化膜を還元するのに十分な有機酸を含有する必要がある。一方、バンプ形成に使用される以上の過剰なはんだ粒子Ｓ１を加える場合は、有機酸の含有量を少なくして液体Ｓ２の活性力を落とすことにより、はんだ粉末粒度分布でいうところの微細な側のはんだ粒子Ｓ１を溶かさないようにして、比較的大きなはんだ粒子Ｓ１のみで最適なバンプ形成を行うことも可能である。この際、溶けずに残った微細なはんだ粒子Ｓ１は、はんだ粒子Ｓ１同士の合体を防ぐことにより、パッド電極２２のショートを低減させる効果も持つ。

はんだ粒子Ｓ１は液体Ｓ２中に均一に分散している必要があるので、はんだ材料Ｓは使用直前に撹拌しておくことが望ましい。はんだ粒子Ｓ１の材質は、錫鉛系はんだ又は鉛フリーはんだ等を使用する。隣接するパッド電極２２同士の周端間の最短距離ａよりも、はんだ粒子Ｓ１の直径ｂを小さくするとよい。この場合、隣接する二つのパッド電極２２上のはんだ皮膜にそれぞれ到達したはんだ粒子Ｓ１同士は、接触しないため合体してはんだブリッジを形成することがない。

はんだ材料Ｓは、パッド電極２２を有する基板２０上に、常温において自然落下により滴下させる。これだけで、基板２０上に均一な厚みのはんだ材料Ｓを塗布できる。つまり、スクリーン印刷を用いることなく、均一な膜厚のはんだ材料Ｓの塗布膜を基板２０上に形成することができる。塗布の均一性ははんだバンプのばらつきに影響を及ぼすため、できる限り均一に塗布する。その後、基板２０全体を均一に加熱することにより、はんだバンプの形成が可能となる。加熱は短時間ではんだ融点以上まで昇温する。短時間で昇温することにより、プロセス中での有機酸活性力の低下を抑えることができる。

次に、基板２０について説明する。基板２０はシリコンウエハである。基板２０の表面２１には、パッド電極２２が形成されている。パッド電極２２上には、はんだバンプが形成される。基板２０は、はんだバンプを介して、他の半導体チップや配線板に電気的及び機械的に接続される。パッド電極２２は、形状が例えば円であり、直径ｃが例えば４０μｍである。隣接するパッド電極２２の中心間の距離ｄは、例えば８０μｍである。はんだ粒子１４の直径ｂは、例えば３〜１５μｍである。

パッド電極２２は、基板２０上に形成されたアルミニウム電極２４と、アルミニウム電極２４上に形成されたニッケル層２５と、ニッケル層２５上に形成された金層２６とからなる。ニッケル層２５及び金層２６はＵＢＭ（under barrier metal又はunder bump metallurgy）層である。基板２０上のパッド電極２２以外の部分は、保護膜２７で覆われている。

次に、パッド電極２２の形成方法について説明する。まず、基板２０上にアルミニウム電極２４を形成し、アルミニウム電極２４以外の部分にポリイミド樹脂又はシリコン窒化膜によって保護膜２７を形成する。これらは、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。続いて、アルミニウム電極２４表面にジンケート処理を施した後に、無電解めっき法を用いてアルミニウム電極２４上にニッケル層２５及び金層２６を形成する。このＵＢＭ層を設ける理由は、アルミニウム電極２４にはんだ濡れ性を付与するためである。

はんだ粒子Ｓ１の材質としては、例えばＳｎ−Ｐｂ（融点１８３℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（融点２１８℃）、Ｓｎ−Ａｇ（融点２２１℃）、Ｓｎ−Ｃｕ（融点２２７℃）等を使用する。

加熱手段４０は、例えばブロワと電熱ヒータとからなり、熱風４１を当てて基板２０側（下側）からはんだ材料Ｓを加熱する。

図７及び図８は、はんだ材料Ｓを用いたはんだバンプ形成方法の一例を工程順に示す断面図である。図７は滴下工程であり、図７［１］〜図７［３］の順に工程が進行する。図８は、リフロー工程であり、図８［１］〜図８［３］の順に工程が進行する。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図６と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

図７では、基板２０上のパッド電極２２の図示を略している。まず、図７［１］に示すように、受け容器３０に基板２０を入れる。そして、注ぎ容器３１中で必要に応じはんだ材料Ｓを撹拌した後、注ぎ口３２からはんだ材料Ｓを基板２０上に滴下させる。すると、はんだ材料Ｓが自重で広がって均一な厚みになる。このときは、常温でよく、しかも、はんだ材料Ｓの自然落下を利用できる。もちろん、注ぎ容器３１の代わりに、前述のディスペンサ６０（図４）を用いてはんだ材料Ｓを基板２０上に塗布してもよい。

なお、受け容器３０は、リフロー工程で基板２０とともに加熱するので、耐熱性があって熱伝導が良く、かつはんだ粒子Ｓ１によるはんだ濡れが生じない金属例えばアルミニウムからなる。また、受け容器３０は、平板状の基板２０を載置する平らな底面３３と、はんだ材料Ｓの横溢を防止する周壁３４とを有する。この場合は、受け容器３０の底面３３上に基板２０が密接するので、熱伝導が向上する。なお、図６及び図８では受け容器３０の図示を略している。

また、滴下工程の途中又は後に、基板２０を水平に回転させることによって、基板２０上のはんだ材料Ｓを均一な厚みにしてもよい。基板２０を水平に回転させるには、市販のスピンコート装置を用いればよい。なお、後述するように、ディスペンサ６０（図４）を用いて図９に示すようにはんだ材料Ｓを基板２０上に塗布すれば、スピンコート装置を用いなくても、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みを均一にできる。

滴下工程の終了は、はんだ材料Ｓ中に基板２０が浸漬されるまで、はんだ材料Ｓを滴下するか否かによって二通りに分かれる。図７［２］は、はんだ材料Ｓ中に基板２０を浸漬しない場合である。この場合、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みｔ１は、はんだ材料Ｓの主に表面張力及び粘性によって決まる値である。一方、図７［３］は、はんだ材料Ｓ中に基板２０を浸漬する場合である。この場合、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みｔ２は、滴下するはんだ材料Ｓの量に応じた所望の値に設定できる。

以上の滴下工程によって、図６に示すように、複数のパッド電極２２が離間して設けられた基板２０上に、はんだ材料Ｓがベタ塗りによって載置されたことになる。このとき、複数のバンブ電極２２上及びこれらの間隙の保護膜２７上を含む面に、全体的にはんだ材料Ｓが載置される。はんだ材料Ｓは、ちょうどインクのような状態である。

続いて、リフロー工程で、基板２０及びはんだ材料Ｓの加熱が始まると、液体Ｓ２の粘性が低下する。すると、図８［１］に示すように、はんだ粒子Ｓ１は、液体Ｓ２よりも比重が大きいので、沈降してパッド電極２２上及び保護膜２７上に積み重なる。

続いて、図８［２］に示すように、はんだ材料Ｓがはんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱される。ここで、基板２０上のはんだ材料Ｓを基板２０側から加熱しているので、はんだ材料Ｓは表面になるほど温度が低く基板２０側になるほど温度が高くなる。すると、パッド電極２２に近い下方のはんだ粒子Ｓ１は、先に溶融し始め、溶融すればパッド電極２２に濡れ広がる。その時、パッド電極２２から遠い上方のはんだ粒子Ｓ１は、まだ十分に溶融していない。したがって、はんだ粒子Ｓ１同士で合体する機会を減少させることができるので、はんだブリッジの発生も抑制される。換言すると、リフロー工程では、最初にパッド電極２２をはんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱し、パッド電極２２に接触しているはんだ粒子Ｓ１を溶融して、パッド電極２２に濡れ広がったはんだ皮膜２３’を形成し、はんだ皮膜２３’に更にはんだ粒子Ｓ１を合体させる。

また、このとき、液体Ｓ２に含まれる有機酸の作用によって、次のような状態が引き起こされる。まず、はんだ粒子Ｓ１同士は合体が抑えられる。ただし、図８［２］では図示していないが、一部のはんだ粒子Ｓ１同士は合体して大きくなる。つまり、はんだ粒子Ｓ１同士は合体しても一定の大きさ以下であれば問題ない。一方、はんだ粒子Ｓ１は、パッド電極２０上に広がって界面に合金層を形成する。その結果、パッド電極２０上にはんだ皮膜２３’が形成され、はんだ皮膜２３’に更にはんだ粒子Ｓ１が合体する。すなわち、はんだ皮膜２３’は成長して、図８［３］に示すようなはんだバンプ２３となる。

なお、図８［３］において、はんだバンプ２３の形成に使用されなかったはんだ粒子Ｓ１は、残った液体Ｓ２とともに後工程で洗い落とされる。

また、リフロー工程では、はんだ材料Ｓにその表面側が低く基板２０側が高くなるような温度差を設けることにより、基板２０側に近いはんだ粒子Ｓ１から先に沈降させてもよい。はんだ材料Ｓの表面側が低くはんだ材料Ｓの基板２０側が高くなるような温度差を設けると、液体Ｓ２は温度が高いほど粘度が低下するので、パッド電極２２に近い下方のはんだ粒子Ｓ１は、先に沈降かつ溶融し始め、パッド電極２２に接触すると濡れ広がる。その時、パッド電極２２から遠い上方のはんだ粒子Ｓ１は、まだ十分に沈降かつ溶融していない。したがって、はんだ粒子Ｓ１同士で合体する機会をより減少させることができるので、はんだブリッジの発生もより抑制される。また、このような加熱状態は、例えば基板２０上のはんだ材料Ｓを基板２０側から加熱するとともにはんだ材料Ｓの表面側から加冷したり、液体Ｓ２の粘度の温度依存性とはんだ粒子Ｓ１の融点との関係を調整したりすることにより、実現される。

更に、リフロー工程では、液体Ｓ２の対流を利用してはんだ粒子Ｓ１をパッド電極２２へ供給するようにしてもよい。はんだ材料Ｓを基板２０側から加熱すると、液体Ｓ２に対流が発生し、これによりはんだ粒子Ｓ１が液体Ｓ２中を動く。そのため、パッド電極２２上に載置されなかったはんだ粒子Ｓ１もパッド電極２２上へ移動してはんだバンプ２３の一部になる。したがって、はんだ粒子Ｓ１が有効に利用される。

次に、図１乃至図４に基づき、はんだ材料供給装置１０の動作（すなわち本発明に係る材料供給方法の一実施形態）について説明する。なお、特許請求の範囲における「材料撹拌工程」は図１、図２及び図４に相当し、同じく「材料供給工程」は図３及び図４に相当する。

図１は、テーブル７６にワークＷを載置する前の状態である。このとき、マグネチックスターラ５０は、容器５１中のはんだ材料Ｓを撹拌している。

図２は、テーブル７６にワークＷを載置した状態である。ワークＷは、受け容器３０内に入ったまま、図示しない搬送装置（例えば多関節ロボット）によってテーブル７６に自動的に載置される。このときも、マグネチックスターラ５０は、容器５１中のはんだ材料Ｓを撹拌している。

図３は、ディスペンサ６０がノズル６１からはんだ材料Ｓを吸引している状態である。このときのマグネチックスターラ５０は、はんだ材料Ｓの撹拌を停止している。そのため、はんだ材料Ｓの液面が波立たないので、ディスペンサ６０が空気を巻き込んではんだ材料Ｓを吸引してしまうことがない。したがって、正確な定量供給が可能である。また、ノズル６１の先端を容器５１中のはんだ材料Ｓ中に差し込んでから、はんだ材料Ｓの吸引を開始している。これによっても、はんだ材料Ｓを吸引する際に、空気を巻き込んでしまうことがない。空気の巻き込みを避ける理由は、空気の体積が圧力によって容易に変化するので、圧力によってはんだ材料Ｓを定量吐出する際の誤差要因になるからである。なお、ディスペンサ６０に吸引されたはんだ材料Ｓは、撹拌直後であるので、液体中に固体粒子が漂っている状態になっている。

ディスペンサ６０のＺ軸方向の位置制御は、はんだ材料Ｓの液面レベルを検出するセンサ（図示しないが例えば超音波センサ）と単軸ロボット７２とを用いたフィードバック制御を採用している。そのため、ノズル６１の先端を、はんだ材料Ｓの液面から必要最小限の深さに入れることができる。したがって、ノズル６１の先端に付着する不要なはんだ材料Ｓを極力減らすことができるので、はんだ材料Ｓが所望の箇所以外に落下するいわゆる「ボタ落ち」を抑えることができる。

また、ボタ落ちを防ぐために、ノズル６１の先端をはんだ材料Ｓの液面から引き抜いた後に、次のような対策を施している。（１）．容器５１の上方でノズル６１を一定時間停止させることにより、ノズル６１の先端に付着したはんだ材料Ｓを自然落下させる。（２）．（１）の後、ディスペンサ６０ではんだ材料Ｓを一滴分吐出することにより、ノズル６１の先端に付着したはんだ材料Ｓも合わせて落下させる。（３）．（２）の後、ディスペンサ６０で僅かに吸引することにより、これ以上のはんだ材料Ｓの落下を防ぐ。

図４は、ディスペンサ６０がノズル６１からはんだ材料ＳをワークＷ上へ吐出している状態である。このとき、ノズル６１とワークＷとの距離は、前述のセンサと単軸ロボット７２とを用いたフィードバック制御によって常に一定になる。また、図３においてディスペンサ６０に吸引されたはんだ材料Ｓの多くは、サブタンク６６に貯えられている。

図９［１］に示すように、ワークＷ上のノズル６１の軌跡８１ａは、単軸ロボット７１でＸ軸方向にディスペンサ６０を動かし、単軸ロボット７３でＹ軸方向にワークＷを動かすことにより、ワークＷ上のはんだ材料Ｓの厚みが均一になるように、起点８２ａから終点８３ａまで渦巻き状に変化させる。これにより、スピンナ等を用いることなく、ワークＷ上のはんだ材料Ｓを均一に塗布できる。なお、ノズル６１の軌跡８１ａは、図示するように中心側から周縁側へ描いてもよいし、その逆に周縁側から中心側へ描いてもよい。また、図９［２］に示すように、ワークＷ上のノズル６１の軌跡８１ｂは、単軸ロボット７１でＸ軸方向にディスペンサ６０を動かし、単軸ロボット７３でＹ軸方向にワークＷを動かすことにより、ワークＷ上のはんだ材料Ｓの厚みが均一になるように、起点８２ｂから終点８３ｂまでジグザク状に変化させてもよい。

また、図４において、マグネチックスターラ５０は、容器５１中のはんだ材料Ｓの撹拌を再開している。つまり、はんだ材料Ｓを容器５１から吸引した後からワークＷ上へ吐出し終わるまでの時間に、次のワークＷのためにはんだ材料Ｓを撹拌している。そのため、次のワークＷのためにはんだ材料Ｓを撹拌する時間を別途設ける必要がないので、生産効率が良い。

図４において、ワークＷ上へのはんだ材料Ｓの吐出が終了すると、搬送装置によってテーブル７６からワークＷが受け容器３０ごと取り除かれ、図１に示す状態に戻る。

また、次のようなディスペンサ洗浄工程を設けてもよい。まず、図示しないが、使用前の洗浄液の入った第一の洗浄容器と、使用後の洗浄液を入れる第二の洗浄容器とを用意する。そして、ノズル６１を用いて洗浄液を第一の洗浄容器から吸引して第二の洗浄容器へ吐出する。この場合は、二つの洗浄容器という簡単な構成を追加するだけで、既に備わっているディスペンサ６０の吸引機能及び吐出機能を用いて、いわゆる「うがい洗浄」が可能となる。なお、二つの洗浄容器は、例えば材料パレット５２の空いている二個の容器収容穴５３に、それぞれ入れてもよい。

なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、図１乃至図４ではワークＷを配置した後にはんだ材料Ｓを吸引しているが、これとは逆にはんだ材料Ｓを吸引した後にワークＷを配置してもよい。ディスペンサ６０は複数設けてもよく、それぞれ交互に容器５１からはんだ材料Ｓを吸引してもよい。本発明で使用する材料は、はんだ材料Ｓに限らず、液体と固体粒子との混合物から成り液体中で固体粒子が沈降する材料であれば何でもよい。

本発明に係るはんだ材料供給装置及び方法の一実施形態を示す斜視図（工程１）である。 本発明に係るはんだ材料供給装置及び方法の一実施形態を示す斜視図（工程２）である。 本発明に係るはんだ材料供給装置及び方法の一実施形態を示す斜視図（工程３）である。 本発明に係るはんだ材料供給装置及び方法の一実施形態を示す斜視図（工程４）である。 図５［１］はディスペンサを示す断面図、図５［２］は図５［１］におけるＶ−Ｖ線断面図である。 本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を代表的に示す断面図である。 本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を示す断面図（滴下工程）であり、図７［１］〜図７［３］の順に工程が進行する。 本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を示す断面図（リフロー工程）であり、図８［１］〜図８［３］の順に工程が進行する。 図４のはんだ材料供給装置における、ワーク上のノズルの軌跡を示す平面図であり、図９［１］は第一例であり、図９［２］は第二例である。

符号の説明

１０ はんだ材料供給装置
５０ マグネチックスターラ（撹拌手段）
５１ 容器
６０ ディスペンサ（一軸偏心ねじポンプ、ポンプ、供給手段）
６１ ノズル
６６ サブタンク（貯留手段）
Ｓ はんだ材料（材料）
Ｓ１ はんだ粒子
Ｓ２ 液体
Ｗ ワーク

Claims (12)

1. 液体と固体粒子との混合物から成る材料であって前記液体中で前記固体粒子が沈降する性質を有する材料を、容器中で撹拌する撹拌手段と、
   この撹拌手段によって撹拌されることにより前記液体中に前記固体粒子が漂っている状態に設定された前記材料を、吸引兼吐出用のノズルを用いて前記容器から吸引してワーク上へ吐出する供給手段と、
   を備えたことを特徴とする材料供給装置。
2. 前記撹拌手段は、前記容器中に撹拌子を有するマグネチックスターラである、
   ことを特徴とする請求項１記載の材料供給装置。
3. 前記供給手段は、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、前記材料を吸引又は吐出する一軸偏心ねじポンプである、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の材料供給装置。
4. 前記供給手段が吸引した前記材料を一時的に貯留する貯留手段を、
   更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の材料供給装置。
5. 前記固体粒子ははんだ粒子であり、前記液体はフラックス作用を有する液体である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の材料供給装置。
   
6. 液体と固体粒子との混合物から成る材料であって前記液体中で前記固体粒子が沈降する性質を有する材料を、容器中で撹拌する材料撹拌工程と、
   この材料撹拌工程における撹拌によって前記液体中に前記固体粒子が漂っている状態に設定された前記材料を、吸引兼吐出用のノズルを有するポンプを用いて前記容器から吸引してワーク上へ吐出する材料供給工程と、
   を含むことを特徴とする材料供給方法。
7. 前記材料供給工程において前記材料を吸引している時に、前記材料撹拌工程において前記材料の撹拌を停止する、
   ことを特徴とする請求項６記載の材料供給方法。
8. 前記材料供給工程において前記材料を前記容器から吸引した後から前記ワーク上へ吐出し終わるまでの時間に、前記材料撹拌工程において次の前記ワークのために前記材料を撹拌する、
   ことを特徴とする請求項６又は７記載の材料供給方法。
9. 前記材料供給工程において前記ノズルの先端を前記容器中の前記材料中に差し込んだ後、前記材料の吸引を開始する、
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の材料供給方法。
10. 使用前の洗浄液の入った第一の洗浄容器と使用後の洗浄液を入れる第二の洗浄容器とを用意するとともに、
    前記ノズルを用いて前記洗浄液を前記第一の洗浄容器から吸引して前記第二の洗浄容器へ吐出するポンプ洗浄工程を、
    更に含むことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の材料供給方法。
11. 前記ポンプは、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、前記材料を吸引又は吐出する一軸偏心ねじポンプである、
    ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の材料供給方法。
12. 前記固体粒子ははんだ粒子であり、前記液体はフラックス作用を有する液体である、
    ことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の材料供給方法。

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