JP2010010196A - Laser reflow method and equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン製のICチップを含むICパッケージが搭載された基板に対し、上記ICパッケージの上方からレーザー光を照射することにより、上記ICパッケージの下面と基板との間に配置された導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ICパッケージを基板に接合するレーザーリフロー方法および装置に関する。 According to the present invention, a conductive substrate disposed between the lower surface of the IC package and the substrate is irradiated with a laser beam from above the IC package on a substrate on which an IC package including a silicon IC chip is mounted. The present invention relates to a laser reflow method and apparatus for heating and melting a bonding material, and bonding the IC package to a substrate through the bonding material.
上記レーザーリフロー装置の1種として、例えば下記特許文献1に開示されたレーザーリフロー装置が知られている。すなわち、当該文献に開示されたレーザーリフロー装置は、基板に向けてレーザー光を照射するレーザー出射光学部を備えており、このレーザー出射光学部から照射されたレーザー光がQFP(Quad Flat Package)からなるパッケージ部品のリード部に当てられることにより、このリード部に塗布されたハンダが加熱されて溶融し、これに伴い上記部品が基板に接合(ハンダ付け)されるようになっている。
ところで、基板に搭載される部品の中には、シリコン製のICチップを含んだICパッケージと呼ばれる部品がある。このICパッケージの基板上への搭載は、例えば、ICパッケージの下面に多数のハンダボールをアレイ状に取り付け、基板上の各ランドにあらかじめ塗布されたペースト状のハンダ(クリームハンダ)の上に上記ハンダボールを載置するようにして行われる。したがって、このような手順で基板上に搭載されたICパッケージを上記のような構成のレーザーリフロー装置を用いて基板に接合するには、上記ICパッケージの上面にレーザー光を照射してICパッケージを加熱することにより、その下面側に位置する上記ハンダボールやクリームハンダを間接的に加熱して溶融させる必要がある。 By the way, among components mounted on a substrate, there is a component called an IC package including a silicon IC chip. This IC package is mounted on the substrate by, for example, attaching a large number of solder balls to the lower surface of the IC package in an array and placing the solder package on the lands on the substrate in advance on the paste solder (cream solder). This is done by placing solder balls. Therefore, in order to join the IC package mounted on the substrate in such a procedure to the substrate using the laser reflow apparatus configured as described above, the IC package is mounted by irradiating the upper surface of the IC package with laser light. By heating, it is necessary to indirectly heat and melt the solder balls and cream solder located on the lower surface side.
しかしながら、上記のようにレーザー光によりICパッケージを加熱してその下面側に位置するハンダボール等を間接的に加熱するようにした場合には、上記レーザー光による熱エネルギーがハンダボール等に効率よく伝達されず、これらが溶融温度に達する(つまりハンダが溶融し始める)までに比較的長い時間がかかってしまうおそれがある。そして、このようにハンダを溶融させるのに長時間を要すると、直接レーザー光の照射を受ける上記ICパッケージの温度が著しく上昇し、このICパッケージに過大な熱応力等が加わってICパッケージが損傷してしまうおそれがある。 However, when the IC package is heated with the laser beam as described above and the solder ball or the like positioned on the lower surface side thereof is indirectly heated, the thermal energy from the laser beam is efficiently applied to the solder ball or the like. There is a possibility that a relatively long time is required until they reach the melting temperature (that is, the solder starts to melt) without being transmitted. And if it takes a long time to melt the solder in this way, the temperature of the IC package that is directly irradiated with laser light rises remarkably, and an excessive thermal stress is applied to the IC package to damage the IC package. There is a risk of it.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ICパッケージの熱的な損傷を効果的に防止しつつ効率よくICパッケージを基板に接合することが可能なレーザーリフロー方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a laser reflow method and apparatus capable of efficiently bonding an IC package to a substrate while effectively preventing thermal damage to the IC package. The purpose is to provide.
上記課題を解決するためのものとして、本願の請求項1にかかる本発明は、シリコン製のICチップを含むICパッケージが搭載された基板に対し、上記ICパッケージの上方からレーザー光を照射することにより、上記ICパッケージの下面と基板との間に配置された導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ICパッケージを基板に接合するレーザーリフロー方法であって、上記レーザー光として、1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーを用いることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention according to
本発明によれば、シリコン製のICチップを含むICパッケージの上方から、シリコンを透過する性質のある約1060〜4000nmの波長の近赤外線レーザーを照射することにより、上記ICパッケージの下面と基板との間に配置された導電性の接合材に上記レーザー光による熱エネルギーを効率よく伝達することができるため、上記接合材を比較的速やかに溶融温度まで加熱して溶融させることができ、ICパッケージの接合に要する時間を効果的に短縮することができる。そして、このように短時間で接合材を溶融させ得ることから、上記接合材の温度が溶融温度まで達した時点で、その上のICパッケージに過大な熱応力が加わることが回避され、当該ICパッケージを熱的な損傷から効果的に保護しつつ、その接合をより効率よく行えるという利点がある。 According to the present invention, by irradiating a near infrared laser having a wavelength of about 1060 to 4000 nm having a property of transmitting silicon from above an IC package including an IC chip made of silicon, the lower surface of the IC package, the substrate, Since the heat energy by the laser beam can be efficiently transmitted to the conductive bonding material disposed between the two, the bonding material can be heated to the melting temperature relatively quickly and melted, and the IC package The time required for joining can be effectively shortened. Since the bonding material can be melted in such a short time, when the temperature of the bonding material reaches the melting temperature, it is avoided that an excessive thermal stress is applied to the IC package on the bonding material. There is an advantage that the bonding can be performed more efficiently while effectively protecting the package from thermal damage.
このような作用効果は、本願の請求項2にかかる発明でも同様に得ることができる。すなわち、請求項2の発明は、シリコン製のICチップを含むICパッケージが搭載された基板に対し、レーザー照射ヘッドから発せられたレーザー光を上記ICパッケージの上方から照射することにより、上記ICパッケージの下面と基板との間に配置された導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材を介して上記ICパッケージを基板に接合するレーザーリフロー装置であって、上記レーザー照射ヘッドから照射されるレーザー光が、1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーであることを特徴とするものである。
Such an effect can also be obtained in the invention according to
上記レーザーリフロー装置において、好ましくは、上記レーザー照射ヘッドが、所定のレーザー光源から発せられた上記近赤外線レーザーを拡散させる拡散レンズを備える(請求項3)。 In the laser reflow apparatus, preferably, the laser irradiation head includes a diffusing lens that diffuses the near-infrared laser emitted from a predetermined laser light source.
この構成によれば、上記ICパッケージの上面の全域もしくはその一部の比較的広い範囲を近赤外線レーザーにより一度に照射することができるため、レーザー光源からのレーザー光をピンポイントで直接照射するようにした場合と異なり、ICパッケージが局所的に急加熱されるといったことがなく、ICパッケージに過大な熱応力が加わるのをより効果的に防止できるという利点がある。 According to this configuration, since the near-infrared laser can irradiate the entire upper surface of the IC package or a relatively wide range of a part thereof with the near-infrared laser, the laser light from the laser light source is directly irradiated at the pinpoint. Unlike the case where the IC package is used, there is an advantage that the IC package is not rapidly heated locally, and an excessive thermal stress can be effectively prevented from being applied to the IC package.
以上説明したように、本発明によれば、ICパッケージの熱的な損傷を効果的に防止しつつ、効率よくICパッケージを基板に接合することができる。 As described above, according to the present invention, the IC package can be efficiently bonded to the substrate while effectively preventing the IC package from being thermally damaged.
図1〜図3は、本発明の一実施形態にかかるレーザーリフロー装置1を示す図である。これらの図に示されるレーザーリフロー装置1は、基台2と、この基台2上を搬送される基板Pに向けてレーザー光を照射する移動可能なヘッドユニット30とを有しており、上記ヘッドユニット30からのレーザー光が基板P上に搭載された部品に照射されることにより、後述するハンダボールS等を介して部品が基板Pに接合されるようになっている。
1-3 is a figure which shows the
上記基台2上には、図1に示すように、基板Pを保持して所定方向に搬送するための一対のコンベア3が設けられている。なお以下では、このコンベア3の搬送方向をX軸方向、このX軸と水平面上で直交する方向をY軸方向、X軸およびY軸に直交する方向(つまり上下方向)をZ軸方向として説明を進めることにする。
On the
上記基台2上には、上記一対のコンベア3に対しY軸方向の両外側に位置してこのコンベア3と平行にX軸方向に延びる一対のガイドレール33が配設されている。このガイドレール33には、一対の脚部43がX軸方向にスライド自在に嵌合しており、上記ヘッドユニット30を支持するためのヘッド支持部材32が、上記脚部43の上端に取り付けられている。
On the
上記脚部43は、上記ガイドレール33に沿ってX軸方向に移動可能に支持されており、所定の駆動機構によって上記脚部43が同方向に駆動されるようになっている。なお、詳細な図示は省略するが、上記駆動機構は、上記脚部43の下端部に内蔵された中空モータからなるX軸モータ12(図5参照)と、このX軸モータ12により回転駆動されるボールナットと、上記ガイドレール33と平行に延びるように配設されて上記ボールナットと螺合するボールねじ軸等により構成される。そして、上記X軸モータ12により回転駆動された上記ボールナットが上記ボールねじ軸に沿ってねじ送りされることにより、上記脚部43が上記ボールナットと一体にX軸方向に移動するように構成されている。
The
上記ヘッド支持部材32は、X軸方向の一方側に開口する凹部45を有した断面視コ字状体からなり、上記一対の脚部43の上端部どうしを橋渡すようにY軸方向に延設されている。また、このヘッド支持部材32の凹部45内には、図2に示すように、上記ヘッドユニット30から突出するように設けられたスライダ35が収納されている。
The
上記スライダ35の上下面には、一対の突起36が設けられており、この突起36が、上記ヘッド支持部材32の内壁に形成された一対のガイド溝37とそれぞれ嵌合することにより、上記スライダ35が上記ガイド溝37に沿ってY軸方向に移動可能に支持されている。また、上記ヘッド支持部材32の凹部45内には、Y軸方向に延びるボールねじ軸38が配設されており、このボールねじ軸38と螺合する図示を省略したボールナットが、上記スライダ35の一部として設けられている。さらに、上記ボールねじ軸38の一端部には、このボールねじ軸を回転駆動するためのサーボモータからなるY軸モータ14(図5参照)が設けられており、このY軸モータ14によって上記ボールねじ軸が回転駆動され、これと螺合した上記ボールナットがねじ送りされることにより、上記スライダ35が上記ボールナットと一体にY軸方向に移動するように構成されている。
A pair of
上記ヘッドユニット30は、図2に示すように、上記スライダ35が一面に固定されたベース部材44と、このベース部材44に沿って上下方向(Z軸方向)に延びるように設置されたガイドレール40と、上記ベース部材44の上端部に取り付けられたサーボモータからなるZ軸モータ42と、このZ軸モータ42により回転駆動されるボールねじ軸41と、これらの各部品を収納する箱型のケース体31とを有している。
As shown in FIG. 2, the
上記ガイドレール40には、スライダ39が上下方向(Z軸方向)にスライド自在に嵌合しており、このスライダ39の内部には、上記Z軸モータ42と螺合する図示を省略したボールナットが設けられている。そして、上記Z軸モータ42によって上記ボールねじ軸41が回転駆動され、これと螺合した上記ボールナットがねじ送りされることにより、上記スライダ39が上下方向(Z軸方向)に移動するように構成されている。
A
また、上記スライダ39にはレーザー照射ヘッド20が取り付けられており、上記Z軸モータ42の作動に応じて、上記レーザー照射ヘッド20が上記スライダ39と一体に上下方向に移動するようになっている。
A
上記レーザー照射ヘッド20には、例えば半導体レーザー発振器等からなるレーザー光源10(図3参照)から延びる光ファイバーFの先端が接続されており、上記レーザー光源10から光ファイバーFを通じて伝達されたレーザー光が、上記レーザー照射ヘッド20から基板Pの上面に向けて照射されるようになっている。なお、図2に示すように、上記ヘッドユニット30のケース体31の下面部には、上記レーザー照射ヘッド20から照射されたレーザー光の照射口となる開口部31Aが形成されている。また、詳細は後述するが、上記レーザー光としては、1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーが用いられる。
The
上記レーザー照射ヘッド20は、図3に示すように、上記レーザー光源10から発信されたレーザー光を所定の断面形状に絞るための円盤状のマスクホルダ60と、このマスクホルダ60を通過した収束性のあるレーザー光を拡散させるための拡散レンズ21と、上記マスクホルダ60を中心軸回りに回転駆動させる電動モータ22とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
上記マスクホルダ60は、図4に示すように、その中心軸上に配置された支軸62を中心に回転可能に設けられた円盤状の板材からなり、その周方向各所には、複数種のマスク板63が周状に並ぶように設けられている。各マスク板63は、レーザー光を吸収する性質を有したカーボン材等によって構成されており、それぞれ異なる形状の透過孔61A〜61Fを有している。そして、上記マスクホルダ60が回転して、その6枚のマスク板63のうちの1枚が、上記光ファイバーFから照射されるレーザー光の光路上に選択的に配置されることにより、上記透過孔61A〜61Fのいずれかに対応した形状に上記レーザー光が絞られて基板P上に照射されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
具体的に、上記各透過孔61A〜61Fのうち、透過孔61Aは、比較的大径の円形状に形成されており、その面積は、上記光ファイバーFから照射されるレーザー光の断面積と略同一とされている。すなわち、上記透過孔61Aは、レーザー光をほとんど絞ることなく基板P上に照射したい場合に用いられる。一方、その他の透過孔61B〜61Fは、レーザー光を絞って所定の断面形状に変更してから照射したい場合に用いられる。例えば、透過孔61Bは小サイズの円形に、透過孔61Cは楕円形に、透過孔61Dは長方形に、透過孔61Eは正方形に、透過孔61Fは中サイズの円形にそれぞれ形成されており、これら各透過孔61B〜61Fを用いることで、上記レーザー光の断面形状をそれぞれ異なる形状に変更できるようになっている。
Specifically, among the transmission holes 61 </ b> A to 61 </ b> F, the transmission hole 61 </ b> A is formed in a circular shape having a relatively large diameter, and the area thereof is substantially equal to the cross-sectional area of the laser light emitted from the optical fiber F. Identical. That is, the
図5は、レーザーリフロー装置1の制御系を示すブロック図である。本図に示すように、レーザーリフロー装置1には、周知のCPUや各種メモリ等からなる制御ユニット50が内蔵されており、この制御ユニット50で実行される各種演算処理等に基づいて上記レーザーリフロー装置1の動作が統括的に制御されるようになっている。具体的に、上記制御ユニット50には、レーザー照射ヘッド20をX軸、Y軸、Z軸にそれぞれ駆動するための各種モータ12,14,42と、上記ヘッド20のマスクホルダ60を駆動するための電動モータ22と、上記ヘッド20にレーザー光を供給するためのレーザー光源10とがそれぞれ電気的に接続されており、これら各部の動作が上記制御ユニット50からの指令の下で個別かつ協働的に制御されるようになっている。なお、図5において、実線矢印は電気信号の授受を示すものであり、破線は機械的な連係があることを示している。また、図5では光ファイバーFを太線によって表わしている。
FIG. 5 is a block diagram showing a control system of the
以上のように構成された当実施形態のレーザーリフロー装置1において、接合の対象となる部品には、図2および図3に示されるICパッケージ70が含まれる。このICパッケージ70は、シリコンウェハをダイシングしてなるシリコン製のICチップ72と、このICチップ72が上面に搭載されたインターポーザ74とを有している。なお、図例では、ICチップ72とインターポーザ74とが略同一サイズとされたいわゆるCSP(Chip Size Package)と呼ばれる部品によりICパッケージ70が構成されている。また、図例では、インターポーザ74の上面に一枚のICチップ72が搭載されているが、上記ICパッケージ70は、複数のICチップ72がインターポーザ74の上面に積層されたスタックドCSPであってもよい。
In the
上記インターポーザ74の下面には、図示を省略した多数の端子が設けられており、これら各端子には、ボール状に形成されたハンダ製のハンダボールSがあらかじめ接合されてアレイ状に配置されている。一方、基板Pの上面には、図示を省略した多数の電極ランドが設けられており、これら各電極ランドの上面には、あらかじめ印刷処理またはディスペンス処理によって塗布されたクリームハンダT(ハンダ粉、フラックス、溶剤等からなるペースト状のハンダ)の層が形成されている。これらハンダボールSおよびクリームハンダTは、共に導電性を有する接合材として機能するものであり、レーザー光の照射により加熱されて溶融し、上記ICパッケージ70を電気的かつ物理的に接合する。すなわち、ICパッケージ70は、上記ハンダボールSおよびクリームハンダTからなる導電性の接合材を介して基板P上に搭載されており、この接合材が溶融して再凝固することにより基板P上に接合される。なお、このICパッケージ70の基板P上への搭載(表面実装処理)は、上記印刷処理またはディスペンス処理によりあらかじめクリームハンダTが塗布された基板Pに対し、ハンダボールSが下面に取り付けられたICパッケージ70を上から載置することにより行われる。
A large number of terminals (not shown) are provided on the lower surface of the
次に、このようにして基板P上に搭載されたICパッケージ70を基板P上に接合する際の具体的手順について説明する。まず、ヘッドユニット30がX軸およびY軸方向に移動するとともに、このヘッドユニット30のベース部材44に対しレーザー照射ヘッド20が上下方向(Z軸方向)に移動することにより、図2および図3に示すように、ICパッケージ70の所定距離上方にレーザー照射ヘッド20が位置決めされる。
Next, a specific procedure for bonding the
また、これと前後して、上記レーザー照射ヘッド20のマスクホルダ60が回転駆動され、このマスクホルダ60に備わる複数のマスク板63(図4参照)のうちの1つが、上記光ファイバーFの先端部の下方に選択的に配置される。そして、この状態でレーザー光源10から発せられたレーザー光が、上記光ファイバーFおよびマスク板63を通じて下方に出射され、さらにその下方の拡散レンズ21を通じて拡散された後に、上記基板P上のICパッケージ70に照射される。
Before and after this, the
なお、上記レーザー光の照射時におけるマスク板63の選択は、接合の対象となるICパッケージ70のサイズや形状に応じて行われる。すなわち、図4に示した6つのマスク板63のうち、上記ICパッケージ70のサイズや形状により適応した透過孔(61A〜61Fのいずれか)を有したものを選択することにより、上記ICパッケージ70の上面の略領域にレーザー光が無駄なく照射されるようにする。なお、ICパッケージ70のサイズがかなり大きく、1回のレーザー光の照射でICパッケージ70の略全域にレーザー光を当てることができない場合には、複数回に分けて上記レーザー光の照射が行われる。
The selection of the
そして、上記のようにICパッケージ70の上面にレーザー光が照射されることにより、上記ICパッケージ70が加熱されるとともに、このICパッケージ70の下面と基板Pとの間に配置された上記ハンダボールSおよびクリームハンダTが間接的に加熱され、その加熱時間が所定時間に達して上記ハンダボールSおよびクリームハンダTがハンダの溶融温度まで昇温して溶融することにより、これらハンダボールS等を介して上記ICパッケージ70が基板Pに接合される。
As described above, the
ここで、上記レーザー光源10からレーザー照射ヘッド20を介して照射される上記レーザー光としては、1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーが用いられる。このような波長帯の近赤外線レーザーには、比較的高い透過率でシリコンを透過する性質があることが知られている。図6は、レーザー光の波長とシリコンに対する透過率との関係を示すグラフである。このグラフによると、約1060nmよりも長波長側では、レーザー光の透過率は約0.5程度であるのに対し、これよりも短波長側では、透過率が急激に低下してゼロに近づいていく。また、長波長側では、少なくとも4000nm程度の波長の範囲で、同レベルの透過率(透過率約0.5)が維持されている。
Here, a near-infrared laser having a wavelength of 1060 nm or more and 4000 nm or less is used as the laser light emitted from the
このことから、約1060nm〜4000nmの波長帯の近赤外線レーザーを、上記シリコン製のICチップ72を含んだICパッケージ70に対し上から照射すると、このICパッケージ70の下面と基板Pとの間に配置された上記ハンダボールSおよびクリームハンダTが、比較的短時間で溶融温度まで加熱されることになる。すなわち、上記のような波長帯の近赤外線レーザーは、比較的高い透過率でICチップ72を透過するため、このような近赤外線レーザーを用いることにより、そのレーザー光の大部分が上記シリコン製のICチップ72で吸収されることが回避され、この結果、上記ICパッケージ70の下面側に位置する上記ハンダボールS等が効率よく加熱されて溶融する。
From this, when a near infrared laser having a wavelength band of about 1060 nm to 4000 nm is irradiated from above on the
以上説明したように、上記実施形態では、シリコン製のICチップ72を含むICパッケージ70が搭載された基板Pに対し、レーザー照射ヘッド20から発せられたレーザー光を上記ICパッケージ70の上方から照射することにより、上記ICパッケージ70の下面と基板Pとの間に配置されたハンダボールSおよびクリームハンダTからなる導電性の接合材を加熱して溶融させ、この接合材(ハンダボールSおよびクリームハンダT)を介して上記ICパッケージ70を基板Pに接合する際に、上記レーザー照射ヘッド20から照射されるレーザー光として、波長が1060nm以上4000nm以下の近赤外線レーザーを用いるようにした。
As described above, in the above-described embodiment, the laser beam emitted from the
この構成によれば、シリコン製のICチップ72を含むICパッケージ70の上方から、シリコンを透過する性質のある約1060〜4000nmの波長の近赤外線レーザーを照射することにより、上記ICパッケージ70の下面と基板Pとの間に配置されたハンダボールS等の接合材に上記レーザー光による熱エネルギーを効率よく伝達することができるため、上記接合材を比較的速やかに溶融温度まで加熱して溶融させることができ、ICパッケージ70の接合に要する時間を効果的に短縮できるという利点がある。
According to this configuration, the lower surface of the
なお、ICパッケージ70が図3等に示した構造を有する上記実施形態の例において、上記ICチップ72を透過した近赤外線レーザーは、実際のところ、その大部分がインターポーザ74に吸収されるため、上記ハンダボールSおよびクリームハンダTは、上記近赤外線レーザーを吸収して発熱する上記インターポーザ74を介して間接的に加熱されることになるが、このような構成であっても、上記ICチップ72を透過しないレーザー光(例えば遠赤外線レーザー、可視光線レーザー、紫外線レーザー等)を用いた場合と比べれば、上記ICチップ72に吸収される熱エネルギーが大幅に減少する分、上記ハンダボールSおよびクリームハンダTへの伝熱効率を効果的に高めてその昇温速度を速めることができる。そして、このようにハンダボールS等からなる接合材を効率よく加熱できることから、この接合材を比較的短時間で溶融させることができ、ICパッケージ70の接合に要する時間、ひいては基板P全体のリフロー処理に要する時間を効果的に短縮できるという利点が得られる。
Note that, in the example of the embodiment in which the
しかも、上記のように比較的短時間で接合材(ハンダボールSおよびクリームハンダT)を溶融させ得ることから、上記接合材の温度が溶融温度に達した時点で、その上のICパッケージ70に過大な熱応力が加わることが回避され、当該ICパッケージ70を熱的な損傷から効果的に保護しつつ、その接合をより効率よく行えるという利点がある。
In addition, since the bonding material (solder ball S and cream solder T) can be melted in a relatively short time as described above, when the temperature of the bonding material reaches the melting temperature, the
例えば、上記レーザー照射ヘッド20から照射されるレーザー光として、上記近赤外線レーザー以外のレーザー光を用いた場合には、上記ハンダボールS等の接合材への伝熱効率が悪く、この接合材が溶融温度まで昇温するのに比較的長い時間を要するため、接合材が溶融温度に達した時点で、上記レーザー光の照射を直接受けるICパッケージ70の上面の温度が特に上昇し、当該上面の温度と、ICパッケージ70の下面の温度との間に比較的大きな温度差が生じてしまう。すると、このような大きな温度差に起因してICパッケージ70に過大な熱応力が加わり、当該ICパッケージ70に何らかの損傷が生じてしまうおそれがある。
For example, when laser light other than the near-infrared laser is used as the laser light emitted from the
これに対し、上記実施形態のように、シリコン製のICチップ72を透過可能な約1060〜4000nmの波長の近赤外線レーザーを用いた場合には、ICパッケージ70の下面と基板Pとの間に位置するハンダボールSおよびクリームハンダTからなる接合材を比較的短時間で溶融温度まで加熱できるため、過大な熱応力によりICパッケージ70が損傷するという上記のような事態を有効に回避しつつ、当該ICパッケージ70の接合をより効率よく行えるという利点がある。
On the other hand, when a near-infrared laser having a wavelength of about 1060 to 4000 nm that can pass through the
さらに、上記実施形態では、所定のレーザー光源10から発せられた収束性のある近赤外線レーザーを、上記レーザー照射ヘッド20内の拡散レンズ21により拡散させた後に上記ICパッケージ70に照射させるようにしたため、上記ICパッケージ70の上面の全域もしくはその一部の比較的広い範囲を近赤外線レーザーにより一度に照射することができる。したがって、レーザー光源10からのレーザー光をピンポイントで直接照射するようにした場合と異なり、ICパッケージ70が局所的に急加熱されるといったことがなく、ICパッケージ70に過大な熱応力が加わるのをより効果的に防止できるという利点がある。
Further, in the embodiment, the convergent near infrared laser emitted from the predetermined
次に、上記実施形態のレーザーリフロー装置1を用いてICパッケージ70を接合した場合に、このICパッケージ70に生じる温度差の大きさを確認するために行った実験について説明する。
Next, an experiment conducted to confirm the magnitude of the temperature difference generated in the
この実験では、図3等に示したような構造のICパッケージ70(いわゆるCSP)を接合の対象とし、このICパッケージ70に対し以下の2種類の近赤外線レーザーを照射することで接合を行った。
In this experiment, an IC package 70 (so-called CSP) having a structure as shown in FIG. 3 or the like was used as a bonding target, and bonding was performed by irradiating the
(条件1)
近赤外線レーザーの波長=900nm
(条件2)
近赤外線レーザーの波長=1060nm
なお、これら条件1,2において、レーザー光の照射範囲は、ともにICパッケージ70の上面の略全域とした。
(Condition 1)
Near-infrared laser wavelength = 900 nm
(Condition 2)
Near-infrared laser wavelength = 1060 nm
In these
そして、このように波長の異なる近赤外線レーザーをICパッケージ70の上方からそれぞれ照射し、このICパッケージ70の下面と基板Pとの間に位置するハンダボールSおよびクリームハンダTを溶融温度(約245℃)まで昇温させ、その時点でのICパッケージ70の上面と下面の温度をそれぞれ測定することにより、これら各面の温度差を求めた。
Then, near-infrared lasers having different wavelengths are irradiated from above the
その結果、近赤外線レーザーの波長が900nmである場合(条件1)の温度差は70℃であったが、近赤外線レーザーの波長が1060nmである場合(条件2)の温度差は30℃であった。このように、近赤外線レーザーの波長を1060nmとしたときの温度差(30℃)が、波長が900nmであるときの温度差(70℃)よりも格段に小さくなっていることから、ICパッケージ70を熱的な損傷から保護する上で、近赤外線レーザーの波長を約1060nmに設定することがより有効であることが確認された。なお、レーザー光の波長とシリコンに対する透過率との関係(図6参照)から考えれば、このような傾向は、波長が4000nm程度となった場合でも同様であると予想される。すなわち、ICパッケージ70に照射されるレーザー光として、約1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーを用いれば、ICパッケージ70を熱的な損傷から効果的に保護することが可能であると言える。
As a result, the temperature difference when the near-infrared laser wavelength was 900 nm (condition 1) was 70 ° C., but the temperature difference when the near-infrared laser wavelength was 1060 nm (condition 2) was 30 ° C. It was. Thus, since the temperature difference (30 ° C.) when the wavelength of the near infrared laser is 1060 nm is much smaller than the temperature difference (70 ° C.) when the wavelength is 900 nm, the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ICパッケージ70の下面にあらかじめアレイ状に取り付けられたハンダボールSと、基板P上にあらかじめ塗布されたクリームハンダTとを介して、上記ICパッケージ70が基板P上に搭載されている場合に、本発明のレーザーリフロー方法および装置を適用した例について説明したが、本発明の構成は、ハンダボールSを省略してICパッケージ70をクリームハンダTの上に直接載置するいわゆるLGA工法により基板P上に搭載されたICパッケージ70を接合する場合にも、同様に適用することが可能である。
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the content demonstrated by the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning. For example, in the above-described embodiment, the
また、ハンダボールSを使用せずにICパッケージ70を接合する方法は他にも種々存在し、その一例として、PGA(Pin Grid Array)と呼ばれるパッケージ部品を基板Pに接合する場合が挙げられる。PGAとは、その下面から下向きに突出する多数のリード部を備えた部品のことであり、このPGAの基板Pへの搭載は、その下面に設けられた上記リード部を、例えば基板Pに備わるスルーホール内に塗布されたクリームハンダに挿し込むことにより行われる。そして、このようにして基板P上に搭載されたPGAの接合は、その上方から近赤外線レーザーを照射して、上記スルーホール内のクリームハンダ(接合材)を間接的に加熱して溶融することにより、行うことができる。
There are various other methods for bonding the
さらに、上述した変形例や上記実施形態において、クリームハンダの代わりに、導電性接着剤を接合材として用いてもよい。この導電性接着剤は、接着を担う樹脂と、導電を担う金属(金属フィラー)等との混合物からなるものであり、上記クリームハンダに代えてこのような導電性接着剤を使用した場合でも、本発明の構成を好適に適用することができる。 Furthermore, in the above-described modified examples and the above-described embodiments, a conductive adhesive may be used as a bonding material instead of cream solder. This conductive adhesive consists of a mixture of a resin responsible for adhesion and a metal responsible for conductivity (metal filler), etc., and even when such a conductive adhesive is used instead of the cream solder, The configuration of the present invention can be preferably applied.
ところで、上記実施形態に示したようなレーザーリフロー装置1は、当然ながら、ICパッケージ70の下面と基板Pとの間に配置された接合材を間接的に加熱して溶融するという本発明の接合方法に使用する以外にも、様々な使い方が可能である。例えば、QFP(Quad Flat Package)と呼ばれる部品のように、パッケージの側面から外側に突出するリード部(ガルピン)を有する部品を基板Pに接合する場合には、上記レーザー照射ヘッド20から照射された近赤外線レーザーを上記リード部に当てて、このリード部と基板Pとの間に位置するハンダを溶融させることにより、上記部品を基板Pに接合することができる。
By the way, the
また、上記実施形態では、ヘッドユニット30の内部に、近赤外線レーザーを照射するレーザー照射ヘッド20を1つだけ設けたが、複数のレーザー照射ヘッド20をヘッドユニット30内に設けることにより、部品の接合作業がより効率よく行われるように構成してもよい。
Further, in the above embodiment, only one
1 レーザーリフロー装置
10 レーザー光源
20 レーザー照射ヘッド
21 拡散レンズ
70 ICパッケージ
72 ICチップ
P 基板
S ハンダボール(接合材)
T クリームハンダ(接合材)
DESCRIPTION OF
T Cream solder (bonding material)
Claims (3)
上記レーザー光として、1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーを用いることを特徴とするレーザーリフロー方法。 A conductive bonding material disposed between the lower surface of the IC package and the substrate by irradiating the substrate on which the IC package including the silicon IC chip is mounted with laser light from above the IC package. Is a laser reflow method in which the IC package is bonded to the substrate through the bonding material,
A laser reflow method characterized by using a near infrared laser having a wavelength of 1060 nm or more and 4000 nm or less as the laser beam.
上記レーザー照射ヘッドから照射されるレーザー光が、1060nm以上4000nm以下の波長を有する近赤外線レーザーであることを特徴とするレーザーリフロー装置。 A substrate on which an IC package including a silicon IC chip is mounted is irradiated between the lower surface of the IC package and the substrate by irradiating a laser beam emitted from a laser irradiation head from above the IC package. A laser reflow apparatus that heats and melts the conductive bonding material formed, and bonds the IC package to the substrate through the bonding material;
The laser reflow apparatus, wherein the laser light emitted from the laser irradiation head is a near infrared laser having a wavelength of 1060 nm to 4000 nm.
上記レーザー照射ヘッドが、所定のレーザー光源から発せられた上記近赤外線レーザーを拡散させる拡散レンズを備えたことを特徴とするレーザーリフロー装置。 The laser reflow device according to claim 2,
The laser reflow apparatus, wherein the laser irradiation head includes a diffusing lens for diffusing the near-infrared laser emitted from a predetermined laser light source.
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