JP2010238754A - マウントノズルおよびマウント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半田ボール等の配置位置の多様な設計に対応させて、比較的低コストに半田ボール等をマウントすることができる。
【解決手段】複数の貫通孔を有するノズル基板と、前記貫通孔の少なくとも１個と連通する吸気孔を有し、前記複数の貫通孔のうち前記吸気孔に連通しない他の貫通孔の開口部を塞ぐようにして前記ノズル基板に当接する封止基板と、を備えたマウントノズルを提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半田ボール等の金属ボールを吸引して保持するためのマウントノズル、および、該マウントノズルを備えるマウント装置に関する。

近年、プリント配線板やセラミック基板への電子部品の実装に関しては、高密度化の要求が高まっており、半導体チップについては、かかる要求を満たす方式としてベアチップ実装方式が注目されている。ベアチップ実装においては、半導体チップと基板配線との電気的接続をワイヤボンディングにより達成する従来のフェイスアップ実装に代わり、半導体チップおよび配線基板のランド電極間にハンダバンプや金バンプを介在させることによって達成するフェイスダウン実装すなわちフリップチップ接合が採用される傾向にある。また、ハンダバンプや金バンプを介して電気的接続を図る技術は、半導体チップ−半導体チップ間および配線基板−配線基板間などにおいても採用されてきている。

例えば、下記特許文献１には、半導体チップの製造過程のウエハ状態において、複数の半田ボールを所定位置にマウントするための、半田ボールマウント装置が提案されている。

特開平１１−３１２７０３号公報

例えば特許文献１に記載されているような、従来の半田ボールマウント装置では、半田ボールの所望の配置位置に対応させて、マウントヘッドにおける半田吸着穴の配列状態を設定している。従来の半田ボールマウント装置では、マウントする半田ボールの配置位置の設計が変更した場合など、変更した後の半田ボールの配列状態に対応したマウントヘッドを新たに用意する必要があった。近年、半導体チップの低サイズ化にともない、マウントする半田ボールのサイズ、また実装する半田ボールの間隔など、微細化および高精度化が進んでいる。また、大型液晶用基板への配置など、配置対象体の大型化にともないマウントヘッドの大型化も要求されている。このような背景のもと、マウンタヘッド１つ１つの作製コストは比較的高くなっているが、上述のように、従来の半田ボールマウント装置は汎用性が低く、多様な設計の半導体チップを製造するにあたって複数のマウンタヘッドを用意する必要があるので、コストが比較的大きくなってしまうといった課題があった。

本発明は、半田ボールの配置位置が異なる多様な設計に対応させて、比較的低コストに半田ボールをマウントすることができるマウントノズル、およびマウント装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の貫通孔を有するノズル基板と、前記貫通孔の少なくとも１個と連通する吸気孔を有し、前記複数の貫通孔のうち前記吸気孔に連通しない他の貫通孔の開口部を塞ぐようにして前記ノズル基板に当接する封止基板と、を備えたマウントノズルを提供する。

また、前記ノズル基板は、導電性セラミックスを主成分とすることが好ましい。また、前記ノズル基板は、導電性ジルコニアを主成分とすることが好ましい。

前記マスク基板は、金属を主成分としてもよい。また、前記マスク基板は、前記ノズル基板の貫通孔に挿入される凸部が設けられていてもよい。

前記ノズル基板は、体積固有抵抗値を１０⁵ 〜１０⁹ Ω・ｃｍであることが好ましい。

また、上記記載のマウントノズルと、前記ノズル基板の一方主面の側から気体を吸引する吸引手段と、を備えることを特徴とするマウント装置を、併せて提供する。

本発明は、半田ボール等の配置位置の多様な設計に対応させて、比較的低コストに半田ボール等をマウントすることができる。

本発明のマウント装置の一実施形態を示す概略平面図である。 図１に示すマウント装置が備えるマウントヘッドについて説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）はマウントヘッドを下側から見た状態を示す概略平面図、（ｃ）はマウントヘッドの概略断面図である。 マウントヘッドの他の実施形態について説明する概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、マウントヘッドによって半田ボールを吸着保持した状態を示す断面図であり、（ａ）と（ｂ）とではマスク基板の形状がそれぞれ異なっている 図１に示すマウント装置が備えるウエハステージについて説明する概略斜視図である。

図１は、本発明のマウント装置の一実施形態を示す概略平面図である。図１に示すマウント装置は、マウントヘッド４、ボール供給ユニット５、ボール吸着確認ユニット６、ボール排出ボックス７、ウエハステージ８、ウエハマガジン９，１０、マウントヘッドを駆動する駆動装置１１、１２、１３、真空吸引手段１９を備えて構成されている。

ボール供給ユニット５には複数の半田ボールが貯留されており、駆動装置１１は、マウントヘッド４をボール供給ユニット５上方へと移動させた後、マウントヘッド４を下降させてマウントヘッド４の下面を貯留された複数の半田ボールに接触させる。この状態で真空吸引手段１９は、マウントヘッド４の後述する筐体２４内部の気体を吸引する。

図２は、図１に示すマウント装置が備えるマウントヘッド４について説明する図であり、図２（ａ）は概略斜視図、図２（ｂ）はマウントヘッド４を下側から見た状態を示す概略平面図、図２（ｃ）はマウントヘッド４の概略断面図である。マウントヘッド４は、連結管２１を介して、真空吸引手段１９と個々に接続されている。またマウントヘッド４は、エアシリンダ２０に接合されており、図２中の上下方向に昇降可能に構成されている。マウントヘッド３１は、連結管２１が接続されるとともに一方面が開口した筐体２４と、筐体２４の開口を閉塞するように配置されたノズル基板４２と、ノズル基板４２の上面（筐体２４の内部の側の主面）に載置・固定されたマスク基板４４と、を備えて構成されている。

本実施形態のノズル基板４２は、導電性ジルコニアなどの導電性セラミックスを主成分として構成されている。ノズル基板４２には、複数の貫通孔４６が設けられており、筐体２４を介して電気的に接地されている。マウントヘッド４では、連結管２１を介して、真空吸引手段手段１９によって筐体２４内部の気体が吸引されて、ノズル基板４２の複数の貫通４６のうちマスク基板４４によって遮蔽されていない貫通孔４６によって、半田ボールが吸着保持される。ノズル基板４２の下側主面に形成された貫通孔４６の開口は、周辺に沿って面取部を有している。面取り部を有することで、半田ボールを比較的精度良く吸着保持することができる。

本実施形態のノズル基板４２は、平面視において例えば１００ｍｍ×２００ｍｍと比較的大きく、複数の貫通孔４６が、例えば５０μｍ間隔で、縦横に等間隔で複数配置されている。貫通孔４６は、ノズル基板４２の加圧成型時に形成したものであってもよく、板状に形成した導電性セラミックスに例えばレーザー加工によって穿孔したものであってもよい。主面の表面積が比較的大きい大型のノズル基板４２に、比較的高い位置精度で貫通孔を形成するには、レーザー加工による加工が好ましい。

ノズル基板４２は、導電性ジルコニアを主成分として構成されている。なお、ノズル基板４２を構成する材質については特に限定されず、例えばアルミナや炭化珪素などのセラミックス材料や、プラスチックなどの樹脂材料た金属等であってもよい。この中でセラミックスは剛性が強く、例えば１００ｍｍ×２００μｍと比較的大きいサイズであっても撓みや歪みが比較的少なく、半田ボールの位置精度の面内分布が比較的小さくできるの。また、セラミックスは耐久性が高く、さらに耐薬品性が比較的高いので、例えば半田汚れなどが付着した場合でも薬品によって汚れを簡単に洗浄除去することができる。ノズル基板４２をセラミックスで構成した場合、比較的長期間にわたって繰り返し使用することができる。また、表面研磨によって平面度を比較的高くできるので、比較的広い領域にわたって、複数の微細な半田ボールを同一の高さで吸着保持することができる。これらの点で、ノズル基板４２は、セラミックスを主成分として構成されていることが好ましい。

本実施形態のノズル基板４２は、例えば体積固有抵抗値が１０⁵ 〜１０⁹ Ω・ｃｍとされている。例えば、ノズル基板４２を絶縁性基板で構成した場合など、吸着した半田ボールに電荷が貯まる（静電気が発生する）場合があった。複数の貫通孔４６の離間間隔が、例えば５０μｍ間隔と比較的狭い場合、半田ボールに帯電した電荷（静電気）の影響は比較的大きくなり、貫通孔４６によって吸着した半田ボール同士が反発したり引き合ったりして、マウントヘッド４から半田ボールが落ちたり、また、マウントヘッド４から離した直後に凝集したり分散したりして移動するなどの不具合が発生し易い。本発明では、ノズル基板４２が導電性ジルコニアを主成分として構成されており、適度な導電性を有している。マウントヘッド４では、半田ボール等の電荷はノズル基板４２を介して良好に除去され、半田ボールの凝集や分散等の不具合が比較的発生し難い。また、半田ボールとノズル基板４２との間で放電が生じることも抑制されている。

ノズル基板４２を構成する半導電性ジルコニア焼結体としては、例えば、安定化剤を含むＺｒＯ₂ を６０〜９０重量％に対し、導電性付与剤として、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒの酸化物のうち１種以上を１０〜４０重量％含有させることで、１０⁵ 〜１０⁹ Ω・ｃｍの体積固有抵抗値を有する半導電性ジルコニア焼結体を用いればよい。導電性付与剤として、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒの酸化物のうち１種以上を含有させることにより、これらの導電性付与剤が粒界相を構成し、ジルコニアのもつ強度を大きく低下させることなく焼結体の体積固有抵抗値を１０⁵ 〜１０⁹ Ω・ｃｍの半導電性を持たせることができる。かかる導電性ジルコニアは、静電気を適度な速度で逃がすことができるため、ジルコニア焼結体と当接する物体が電気的な影響を受け易いものであっても、破壊することなく静電気を除去することができる。

しかも、上記導電性付与剤は、いずれも酸化物であるため酸化雰囲気中での焼成が可能であることから、焼成に特殊な装置を用いる必要がなく、また、これらの導電性付与剤は安価に入手することができるため、簡単かつ安価に製造することができる。大気摩擦による超高電圧の放電を抑制し、焼結体の機械的特性（曲げ強度、破壊靱性値、硬度など）を比較的高くするには、導電性付与剤の含有量は１０〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％とすることが好ましい。

また、主体をなすＺｒＯ₂ は、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ₂ 等の安定化剤で部分安定化したものを使用することが好ましい。具体的には、安定化剤としてＹ₂ Ｏ₃ を用いる時には、ＺｒＯ₂ に対して３〜９ｍｏｌ％の範囲で添加し、ＭｇＯを用いる時には、ＺｒＯ₂ に対して１６〜２６ｍｏｌ％の範囲で添加し、ＣａＯを用いる時には、ＺｒＯ₂ に対して８〜１２ｍｏｌ％の範囲で添加し、ＣｅＯ₂ を用いる時には、ＺｒＯ₂ に対して１０〜１６ｍｏｌ％の範囲でそれぞれ添加すれば良く、これらの範囲で安定化剤を添加すれば、全ジルコニア量に対する単斜晶以外のジルコニア（正方晶ジルコニア及び立方晶ジルコニア）量を９０％以上とすることができるため、導電性付与剤を含有したことによる強度低下を抑え、曲げ強度５８０ＭＰａ以上、破壊靱性値５ＭＰａｍ^1/2 以上の高強度と、ビッカース硬度９．５ＧＰａ以上の高硬度を実現することができる。

ジルコニアの結晶状態には立方晶、正方晶、単斜晶の３つの状態があり、特に、正方晶ジルコニアは外部応力に対し、応力誘軌変態を受けて単斜晶ジルコニアに相変態し、この時に生じる体積膨張によってジルコニアの周囲に微小なマイクロクラックを形成して外部応力の進行を阻止できるため、ジルコニア焼結体の強度を高めることができる。かかるジルコニア焼結体は、長期間にわたって好適に使用することができる。なお、ジルコニア焼結体中におけるＺｒＯ2 の平均結晶粒子径は０．３〜１．０μｍが好ましく、０．４〜０．６μｍであることがより好ましい。

マスク基板４４は、ノズル基板４２の上面の側に配置されて、複数の貫通孔４６の少なくとも一部を遮蔽している。マスク基板４４は、ノズル基板４２の複数の貫通孔４６のうち、いずれの貫通孔４６によって半田ボールを吸着するか選択するマスクとして作用する。マスク基板４４は、半田ボールとは直接接触せず、また、半田ボールを載置する対象であるウエハや基板等とも直接対向しない。マスク基板４４は、剛性や耐久性や平面度等が、ノズル基板４２と比較して小さくても構わず、例えば比較的安価な金属板等で構成することもできる。なお、より確実に貫通孔４６を閉塞するために、例えば図３に示すように、マスク基板４４の一方主面に、閉塞する貫通孔４６に挿入される複数の突起を設けていてもよい。また、マスク基板４４の材質については特に限定されず、例えばプラスチック等の樹脂材料やセラミックス、導電性セラミックス等であってもよい。

マウントヘッド４では、マスク基板４４の形状を変更することで、ノズル基板４２の複数の貫通孔４６のうち閉塞する貫通孔を選択することができる。図４（ａ）および（ｂ）は、マウントヘッド４によって半田ボール１６を吸着保持した状態を示す断面図であり、（ａ）と（ｂ）とではマスク基板４４の形状がそれぞれ異なっている。ノズル基板４２を例えばセラミックスからなる比較的耐久性の高い材質で構成した上で、比較的安価なマスク基板を変更することで、半田ボールの吸着位置を種々変更することができる。マウントノズル４を用いることで、半田ボール等の配置位置の多様な設計に対応させて、比較的低コストに半田ボール等をマウントすることができる。

半田ボールマウント装置では、マウントヘッド４によって半田ボールを吸着した後、駆動装置１１は、マウントヘッド４をボ−ル吸着確認ユニット６へ移動させる。
ボール吸着確認ユニット６は、カメラ等の撮影装置を備えた画像認識手段を備えており、マウントヘッド４の下面側から撮影した画像を用いて、半田ボール１６の吸着漏れと余分に吸着している半田ボール１６のチェックを行う。吸着漏れがあった場合、駆動装置１１がマウントヘッド４を再度ボール供給ユニット５へ戻し、吸着作業を再度実施させる。また、余分な半田ボール等が付着している場合、ボール排出ボックス７へと移動し排出する。

半田ボールマウント装置では、ボ−ル吸着確認ユニット６が設計どおりに半田ボールを吸着していると判定した場合、駆動装置はマウントヘッドを図５に示すウエハステージ８へと移動させる。ウエハステージ８ではウエハ１が、あらかじめ位置決めされて待機している。ウエハ１は、未マウントのウエハ１が収納されたウエハマガジン９より取り出され、図示されていないフラックス供給装置にてフラックスを塗布されて、ウエハステージ８へと供給される。

マウントユニット４は、ウエハステージ８上に移動し、待機しているウエハ１にマウントヘッド４から半田ボール１６をマウントする。ウエハステージ８は、ＸＹテーブル１７および回転テーブル１８等を備え、ウエハ１の表面の所定位置に半田ボール１６が配置されるよう、ウエハ１とマウントヘッド４との相対位置を微調整し、ウエハ１表面の所定位置に半田ボールを高精度にマウントする。

半田ボールマウント装置では、上述した半田ボール吸着保持からマウントまでの一連の処理を繰り返し、ウエハ１表面全体にわたって、半田ボールを所定位置にマウントする。

本実施形態のマウントヘッド４は、ノズル基板４２の面積が比較的大きく、大型ウエハや基板など、比較的大きな領域にわたって比較的短時間で半田ボールを実装することができる。また、耐久性が比較的高いノズル基板と、比較的安価なマスク基板とを組み合わせて半田ボールの吸着位置を設定する構成とし、マスク基板を変更することで半田ボールの吸着位置を種々変更することで、半田ボール等の配置位置の多様な設計に対応させて、比較的低コストに半田ボール等をマウントすることができる。
図１に示すマウント装置では、長期間にわたっての装置ランニングコストが、比較的低く抑制することができる。

マウントヘッドにて吸引保持する金属ボールを構成する材料は、特に限定されない。例えば、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｓｂなどから選択される単体金属、または、これらから選択される複数の単体金属からなる合金であってもよい。また、コア部と当該コア部を覆う被覆部とからなる複合構造を有するものであってもよい。例えば、低抵抗であるＣｕボールによりコア部を構成し、当該Ｃｕコア部の表面に、Ｃｕよりも低融点で低硬度のＳｎにより被覆部としての薄いめっき膜を形成したもの等であってもよい。

以上、本発明のマウントヘッドおよびマウント装置について説明したが、本発明のマウントヘッドおよびマウント装置は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

４ マウントヘッド
５ ボール供給ユニット
６ ボール吸着確認ユニット
７ ボール排出ボックス
８ ウエハステージ
９，１０ ウエハマガジン
１１ 駆動装置
１６ 半田ボール
１９ 真空吸引手段
２０ エアシリンダ
２１ 連結管
２４ 筐体
４２ ノズル基板
４４ マスク基板

Claims (7)

1. 複数の貫通孔を有するノズル基板と、
   前記貫通孔の少なくとも１個と連通する吸気孔を有し、前記複数の貫通孔のうち前記吸気孔に連通しない他の貫通孔の開口部を塞ぐようにして前記ノズル基板に当接する封止基板と、
   を備えたマウントノズル。
2. 前記ノズル基板は、導電性セラミックスを主成分とすることを特徴とする請求項１記載のマウントノズル。
3. 前記ノズル基板は、導電性ジルコニアを主成分とすることを特徴とする請求項１または２記載のマウントノズル。
4. 前記封止基板は、金属を主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマウントノズル。
5. 前記封止基板は、前記ノズル基板の貫通孔に挿入される凸部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマウントノズル。
6. 前記ノズル基板は、体積固有抵抗値が１０⁵ 〜１０⁹ Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマウントノズル。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のマウントノズルと、前記ノズル基板の一方主面の側から気体を吸引する吸引手段と、を備えることを特徴とするマウント装置。
   

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