JP2011044530A - はんだ接合方法およびはんだ接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣに形成されたはんだバンプと基板表面に形成されたランドとを接合する際に、ＩＣに大きな加圧力を付加することなく、ばらつきのないはんだ付けを可能にして、歩留まりの向上を図る。
【解決手段】ＩＣ７上のはんだバンプ７ａと基板１４表面のランド１４ａを接触するとき、はんだバンプ７ａの温度をはんだ溶融温度よりも低くし、ランド１４ａの温度をはんだ溶融温度よりも高くした状態でＩＣ７を下降させる。この状態で背の高いはんだバンプ７ａが接触すると、熱せられた基板１４のランド１４ａの熱によって接触したはんだバンプ７ａがすぐに溶融し、すぐに背の低いはんだバンプ７ａが接触することとなる。よって、各はんだバンプ７ａの溶融が順次進行することにより、バンプ高さにばらつきのあるＩＣ７においても、大きな加圧力を加えることなしに、ばらつきのないはんだ付けが可能となる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ＩＣ（集積回路）に形成されたはんだバンプと、基板表面に形成されたランドとを接触させ、ＩＣと基板を加熱してはんだバンプを溶融させた後、ＩＣと基板を冷却し、はんだバンプを固体化させることにより、ＩＣと基板を接合するはんだ接合方法、およびはんだ接合装置に関する。

近年、半導体ＩＣのパッケージ工程において、ＩＣの主面に配置された複数個のパッド上にはんだバンプが形成されたバンプ付きベアＩＣを、基板上にフリップチップ実装する技術が進展してきており、その代表的な工法として、はんだ接合工法が知られている。

半導体ＩＣは、半導体トランジスタ回路の高密度化に伴い、バンプの多ピン化および狭ピッチ化が進展しており、半導体ＩＣのパッドの面積は、トランジスタ回路の高密度化に比例し小さくなっている。そこで、半導体ＩＣのパッド部分の接続強度を確保するため、単位面積当たりのはんだ強度の向上が求められる。

さらに、半導体ＩＣにおいて、パッドとトランジスタ回路の間に位置する再配線層は、絶縁性を向上させる必要から脆弱な材料が使用されるため、はんだ接合工程において、半導体ＩＣに大きな圧力を加えることができないなどの制約が生まれている。

図４，図５は、はんだ接続工法によりバンプ付ベアＩＣを基板上にフリップチップ実装する従来のはんだ接合装置の概略構成図であり、バンプ付きベアＩＣを吸着保持し、ＩＣに形成されたはんだバンプを、ステージ上に吸着保持された基板表面に形成されたランドに接触させ、ＩＣと基板を加熱して、はんだバンプを溶融させた後、ＩＣと基板を冷却し、はんだバンプを固体化させることにより、ＩＣと基板とを接合するはんだ接合装置の構成を示している。

図４，図５に示すように、前記従来のはんだ接合装置は、基板ステージ２０６がＸＹ移動部２０７によりＸＹ動作する一定加熱熱源２０８の上部に設けられ、基板ステージ２０６により基板２０５を吸着固定する。そして、基板ステージ２０６の下面に設けられた一定加熱熱源２０８により基板２０５を加熱し、基板２０５が所定の温度に達した後、昇降駆動部２０１により昇降動作をする装着ヘッド２０２の下部先端に設けられた吸着可能なツール２０３によりバンプ付きベアＩＣ２０４を吸着保持する。

前記吸着保持後、装着ヘッド２０２を下降させ、図５に示すツール２０３の下面に吸着保持されたバンプ付きベアＩＣ２０４のはんだバンプ２０４ａを、基板２０５のランド２０５ａに接触させる。そして、ツール２０３の上面に設けられた瞬時加熱可能な熱源２０９によりバンプ付きベアＩＣ２０４を加熱し、はんだバンプ２０４ａを加熱してはんだバンプ２０４ａを溶融させる。

その後、ブローノズル２１０から冷却風を熱源２０９およびツール２０３へ吹き付け、熱源２０９およびツール２０３、さらにバンプ付きベアＩＣ２０４の温度を下げ、溶融したはんだバンプ２０４ａを固化させることにより基板２０５のランド２０５ａに接続させ、ＩＣ２０４を基板２０５上に接続する。

図４の断熱部２１１は瞬時加熱可能な熱源２０９の熱が装着ヘッド２０２に伝熱しないように熱遮断するものである。また、基板ステージ２０６を加熱するための熱源２０９は、前記の通り一定加熱のみ行い、瞬時加熱機能を持たない。

なお、ツールを瞬時に加熱し、かつ効率よく冷却するための発明が特許文献１，２に記載されている。しかし、特許文献１，２に記載の発明は、基板の急速加熱および急速冷却を可能にする機能を備えたものではない。

前記従来のはんだ接合装置におけるはんだ接合方法では、ツール２０３を急速温度上昇させることで、図６に示すように、ＩＣ２０４のツール接触面からはんだバンプ２０４ａ方向に熱が伝わって、はんだバンプを溶融させるため、はんだバンプ２０４ａ内の温度分布は基板２０５のランド２０５ａに接触する部分が一番低くなっており、はんだバンプ２０４ａが溶融してランド２０５ａに濡れ広がるときには、ＩＣ本体に近いはんだバンプ２０４ａの表面では既に酸化膜が形成された状態であり、はんだバンプ２０４ａの濡れ広がりを阻害する状況となる。

さらに、バンプ付きベアＩＣ２０４のはんだバンプ２０４ａを基板２０５のランド２０５ａに接触させるとき、図７に示すように、はんだバンプ２０４ａの高さにばらつきがあったり、また、ツール２０３の下面とステージ２０６の上面に微小な角度がある場合には、図８に示すように、ランド２０５ａに接触しないはんだバンプ２０４ａが発生したりする。

前記のように、はんだバンプ２０４ａとランド２０５ａとが接触しない状態でツール２０３を加熱して、はんだバンプ２０４ａを溶融した場合、はんだバンプ２０４ａの先端部がランド２０５ａに濡れ広がる前に、はんだバンプ２０４ａの表面に酸化膜が形成するため、良好な濡れ広がりを確保できない状況となる。

そこで、従来のはんだ接合装置では、ツール２０３に下方向に大きな力を加え、図９に示すように、はんだバンプ２０４ａを潰した後に加熱して、はんだバンプ２０４ａを溶融するようにしていた。

特開２００７−３２９３０５号公報 特開２００７−３２９３０６号公報

以上のように、従来のはんだ接合装置では、バンプ付きベアＩＣを吸着保持し、バンプ付きベアＩＣの下面に形成されたはんだバンプを、ステージ上に吸着保持された基板上面に形成されたランドに接触させた後、バンプ付きベアＩＣに下方向に大きな力を加え、はんだバンプを潰した後に加熱し、はんだバンプを溶融するようにしていた。

しかしながら、このようにバンプ付きベアＩＣに大きな力を加えると、ＩＣに大きな圧力が加わり、ＩＣ内部の脆弱層が変形するためトランジスタ回路を破壊させてしまうことがあった。

本発明は、前記従来技術の問題に鑑み、ＩＣに形成されたはんだバンプと基板表面に形成されたランドとを接合する際に、ＩＣに大きな加圧力を付加することなく、ばらつきのないはんだ付けを可能にして、歩留まりの向上を図ることができるはんだ接合方法およびはんだ接合装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＩＣに形成されたはんだバンプと基板表面に形成されたランドとを接触させ、前記ＩＣと前記基板とを加熱した後、前記ＩＣと前記基板とを冷却し、前記ＩＣと前記基板とを接合するはんだ接合方法であって、前記はんだバンプと前記ランドとが接触するとき、前記はんだバンプの温度をはんだ溶融温度より低くし、前記ランドの温度をはんだ溶融温度よりも高くすることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のはんだ接合方法において、ＩＣの下面に形成されたはんだバンプと基板の上面に形成されたランドを接触させる接触工程と、ＩＣと基板を加熱してはんだバンプを溶融させる溶融工程と、ＩＣと基板とを冷却して溶融したはんだバンプを固体化する固定化工程とを具備することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載のはんだ接合方法において、固体化工程において、はんだバンプが固体化するときの基板の温度をはんだバンプが固体化するときのＩＣの温度よりも低くすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２記載のはんだ接合方法において、溶融工程において、はんだバンプ周辺を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、はんだバンプにより基板とＩＣとを接合するはんだ接合装置であって、前記ＩＣを吸着保持するツールと、前記ツールを加熱するツール加熱部と、前記ツールを昇降動作させる駆動部と、前記基板を吸着した状態で固定する固定面を有するステージと、前記ステージを加熱するステージ加熱部と、前記ステージを昇降動作させる駆動部と、前記ツール加熱部および前記ステージ加熱部の温度を個々に制御する温度制御部とを備え、前記温度制御部は、前記はんだバンプと前記ランドとが接触するとき、前記はんだバンプの温度をはんだ溶融温度よりも低くし、前記パッドの温度をはんだ溶融温度よりも高くするように制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５記載のはんだ接合装置において、ステージと接触して、ステージの熱を放熱させる放熱部を備えたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６記載のはんだ接合装置において、放熱部が熱伝導シートからなり、ステージの放熱時にステージと熱伝導シートとを接触させるシート移動部を備えたことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７記載のはんだ接合装置において、ステージに、基板を真空保持する面とステージ加熱部と接する面との間に段差部分を設け、かつ段差部分に吸着用孔を設け、ステージを冷却する際、吸着用孔より空気を吸引することにより、熱伝導シートをステージに吸引密着するようにしたことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８記載のはんだ接合装置において、段差部分に、吸着用孔に接触する溝を設けたことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項７記載のはんだ接合装置において、ステージを冷却させないとき、段差部分と熱伝導シートとを接触させないことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項７記載のはんだ接合装置において、ステージを冷却するとき、熱伝導シートに冷却用空気を吹き付けることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項５記載のはんだ接合装置において、筒状の中空ブロック体を配置し、接合時にツールの一部およびステージの一部を中空ブロック体筒状部の内部に配置することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２記載のはんだ接合装置において、中空ブロックの内側面より、基板の表面に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１記載のはんだ接合装置において、温度制御部は、ツール加熱部とステージ加熱部との温度が所定の温度になったことを検知した後、請求項８に記載の熱伝導シートの吸引吸着および請求項１１に記載の熱伝導シートへの冷却空気の吹き付けを停止させることを特徴とする。

本発明によれば、ＩＣに形成されたはんだバンプと基板表面に形成されたランドとを接合させるとき、はんだバンプの温度をはんだ溶融温度より低くし、ランドの温度をはんだ溶融温度よりも高くすることにより、はんだバンプの表面に酸化膜が形成する前に、はんだバンプがランドに濡れ広がることになって、ばらつきのないはんだ付けが可能となる。このためＩＣに大きな加圧力を付加することなく、はんだ品質のばらつきを抑えることが可能となり、歩留まりを向上することができる。

本発明に係るはんだ接合装置の実施形態における概略構成を示す一部断面図 図１の実施形態におけるツール部周辺を拡大して示す断面図 図２のツール部周辺を図２における矢印Ａ方向から見た平面図 従来のはんだ接合装置の概略構成図 図４従来のはんだ接合装置の周辺部の拡大図 従来のはんだ接合方法における熱の伝導の説明図 はんだ接合方法におけるはんだバンプの高さにばらつきがある状態を示す説明図 はんだ接合方法におけるツールとステージ面に角度誤差がある場合を示す説明図 従来のはんだ接合方法におけるＩＣを加圧しバンプを潰した場合の説明図 本発明の実施形態においてはんだバンプが基板のランドに接触した瞬間の熱の伝導を示す説明図 従来のはんだ接合方法における冷却時の熱の伝導を示す説明図 従来のはんだ接合方法における常温に戻ったときのパッケージに残る熱ひずみを示す説明図

以下、本発明のはんだ接合方法およびはんだ接合装置の実施形態について、図面を参照して説明する。本例では、バンプ付きベアＩＣ（以下、ＩＣと記す）を基板にはんだ付けするはんだ接合装置を例にして説明する。

図１は本発明に係るはんだ接合装置の実施形態における概略構成を示す一部断面図、図２は図１の実施形態におけるツール部周辺を拡大して示す断面図、図３は図２のツール部周辺を図２における矢印Ａ方向から見た平面図である。

図１において、装着ヘッド１は装着ヘッドベース２に上下動自在に支持されている。装着ヘッド１の支持構造としては、例えば、装着ヘッドベース２によりリニアガイドを介して支持することが考えられる。

また、装着ヘッド１は昇降駆動部３により上下方向に駆動される。駆動構造としては、例えば、装着ヘッドベース２に設けられたモータと、モータの出力軸に設けられたボールねじと、ボールねじにねじ込まれた装着ヘッド１に固定したナットなどから構成することが考えられる。このように構成することにより、モータの回転角度量に応じて装着ヘッド１の上下方向の位置決めを行うことができる。

装着ヘッド１の下部には断熱部４が設けられ、断熱部４の下部にツール加熱部５が設けられ、ツール加熱部５の下部にツール６が設けられている。また、ツール６には真空孔６ａが設けられており、真空孔６ａを真空にすることによって、ＩＣ７を保持することができるようになっている。

テーブルベース８はＸ−Ｙ移動機構１０に上下動自在に支持されている。テーブルベース８の支持構造としては、例えば、Ｘ−Ｙ移動機構１０によりリニアガイドを介して支持するようにすることが考えられる。また、テーブルベース８は、昇降駆動部９により上下方向に駆動され、Ｘ−Ｙ移動機構１０によりＸ−Ｙ平面（水平面）に沿って移動することができるようになっている。

テーブルベース８の上部には断熱部１１が設けられ、断熱部１１の上部にステージ加熱部１２が設けられ、さらに、ステージ加熱部１２の上部にステージ１３が設けられている。ステージ１３には真空孔１３ａが設けられており、真空孔１３ａを真空にすることによって、基板１４を保持することができるようになっている。

前記構成により、装着ヘッド１は、ＩＣ受け渡し位置まで上昇した後、ステージ１３とツール６の間に平行移動するＩＣステージ（図示せず）上のＩＣ７を真空保持する。その後、図２において、ステージ１３上に真空保持されたＩＣ７上のはんだバンプ７ａの直下に、基板１４上のランド１４ａが位置するように基板１４を水平移動する。この状態でＩＣ７を下降させることにより、基板１４にＩＣ７を接触させる。

なお、本装置ではんだ付けされる一般的なＩＣ７のサイズは、一辺が４〜１０ｍｍ程度、厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであって、材質がシリコンである。また、ＩＣ７上に形成されるはんだバンプ７ａは、直径が０．０３ｍｍ〜０．０９ｍｍ程度、配列のピッチが０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ、バンプ数が５００〜３００である。また、はんだバンプ７ａの材質は、鉛フリーが主流で、例えば、主成分を錫，銀，銅とした合金である。

また、本装置ではんだ付けされる基板１４は、一辺が６〜２０ｍｍ程度、厚みが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度であって、材質として樹脂のものが一般的である。基板１４上に形成されるランド１４ａの直径は、前記はんだバンプ７ａの直径とほぼ同じ程度であり、材質としては、母材が銅であって、その上にニッケルメッキされ、表層に金メッキされるものが多い。

ツール加熱部５およびステージ加熱部１２は、それぞれ瞬時加熱が可能なヒータからなる。例えば、セラミック基板上に抵抗体を印刷し、抵抗体に電流を流すことにより発熱するセラミックヒータが使用される。また、ツール加熱部５の表面およびステージ加熱部１２の表面に溶接によって接合された熱電対（図示せず）は、それぞれツール温度制御部１５とステージ温度制御部１６に接続されており、両温度制御部１５，１６は、前記熱電対で測定した温度とあらかじめ決められた温度を比較し、差分に匹敵した電流を前記両加熱部５，１２に印加することにより、両加熱部５，１２の温度を制御する。

ステージ１３に真空保持された基板１４のランド１４ａの温度は、ステージ温度制御部１６のステージ設定温度をはんだ融点よりも高い温度に設定することにより、はんだ融点より高い温度とする。また、ツール６に真空保持されたＩＣ７のはんだバンプ７ａの温度は、ツール温度制御部１５のツール設定温度をはんだ融点よりも低い温度に設定することにより、はんだ融点より低い温度とする。

なお、基板１４およびＩＣ７の温度に対する温度制御部１５，１６の温度設定は、基板１４あるいはＩＣ７の体積や放熱性により、１０℃〜２０℃高く設定される。具体的には、それぞれの設定温度は、ＩＣ７および基板１４の上部にそれぞれ温度測定器を設けて実際の温度を測り、設定温度と実際温度の差を求め、前記計算した温度差を目標温度に加算して求める。

前記温度制御されたＩＣ７上のはんだバンプ７ａを前記温度に制御された基板１４上のランド１４ａに接触させると、はんだバンプ７ａの接触部７ｂは瞬時に溶融して、ランド１４ａ全面に濡れ広がる。さらに、装着ヘッド１を下降させると、続いて背の低いはんだバンプ７ａはランド１４ａに接触し、はんだバンプ７ａの接触部が瞬時に溶融し、ランド１４ａの全面に濡れ広がる。このようにして、ＩＣ７上の全はんだバンプ７ａは、基板１４上の全ランド１４ａにほぼ同じタイミングで接触して濡れ広がる。

前記構成にしたことにより、ＩＣ７上のはんだバンプ７ａと基板１４表面のランド１４ａが接触するとき、図１０に示すように、はんだバンプ７ａの温度をはんだ溶融温度よりも低くし、ランド１４ａの温度をはんだ溶融温度よりも高くした状態でＩＣ７を下降させる。この状態で背の高いはんだバンプ７ａが接触すると、熱せられた基板１４のランド１４ａの熱によって接触したはんだバンプ７ａがすぐに溶融し、すぐに背の低いはんだバンプ７ａが接触することとなる。

よって、このようにして、各はんだバンプ７ａの溶融が順次進行することにより、バンプ高さにばらつきのあるＩＣ７においても、大きな加圧力を加えることなしに、はんだバンプ７ａ表面に酸化膜が形成する前に、はんだバンプ７ａが基板１４のランド１４ａに濡れ広がることによって、ばらつきのないはんだ付けが可能となる。

なお、上記のようにはんだバンプ７ａを溶融させた場合、装着ヘッド１には、ほとんど加圧力が加わらないため、装着ヘッド１は、全はんだバンプ７ａが溶融したことを検出することができない場合があり、そのまま、装着ヘッド１が下降して、隣り合う溶融したはんだバンプ７ａが一体となり、回路がショートしてしまうことがある。

この場合には、例えば、装着ヘッド１の構造を図示しないフローティング構造にして、溶融したはんだの反力で浮き上がる構造としてもよい。また、装着ヘッド１に非常に小さい加圧力を測定できるセンサを取り付け、溶融したはんだの反力を検出して、装着ヘッド１の下降を止めるようにしてもよい。

上記のようにはんだバンプ７ａが溶融し、基板１４上のランド１４ａに濡れ広がる工程について説明したが、以下、溶融したはんだバンプ７ａを冷却して、固化させる工程について説明する。

はんだ接合部の強度低下の原因は、はんだ付けによりはんだ材料のはんだ添加元素の偏析や、はんだ組成とは異なる低融点の脆弱な合金が形成されるなどが原因となっていることが知られており、はんだを急速に凝固させることにより、偏析現象の緩和や脆弱な合金相の成長時間が短縮化されることによって、はんだ接合部の強度低下の低減に効果があると言われている。

しかしながら、ツール６側のみ急速加熱および急速冷却すると、急速冷却工程においては、図１１に示すように、加熱された基板１４からの熱は、ＩＣ７を通じて冷却されたツール６に熱伝導することになり、冷却が進行しているときは、基板１４の温度がＩＣ７の温度より高くなる。

この状態において、はんだバンプ７ａがはんだの融点温度まで冷却し、はんだバンプ７ａが固化して、基板１４とはんだバンプ７ａとＩＣ７とが一体となった場合、常温時と比較すると基板１４の熱膨張の方がＩＣ７の熱膨張よりも大きい状態で一体化する。

この状態より、一体化した基板１４とＩＣ７とが常温に戻ると、ＩＣ７の収縮が小さく基板１４の収縮が大きいため、図１２に示すように、はんだバンプ７ａの部位でせん断応力が残り、このせん断応力がはんだバンプ７ａを剥離させる力となる。

通常、基板１４の材料は樹脂であり、ＩＣ７の材料はシリコンであるため、同様の温度変化の場合でも、基板１４の膨張の方が大きくなるため、ツール６側の冷却速度を高めた場合、前記せん断応力がさらに大きくなる。

したがって、理想的には、はんだバンプ７ａがはんだの融点温度まで冷却して、はんだバンプ７ａが固化し、基板１４とはんだバンプ７ａとＩＣ７とが一体となるときの基板１４の温度は、ＩＣ７の温度よりも低くすることが望ましい。

そこで、冷却時、はんだバンプ７ａが融点温度まで冷却したときに、基板１４の温度をＩＣ７の温度より低くするために、ステージ１３を積極的に冷却する構造について、以下に説明する。

図１において、ステージ１３の近傍に配設された放熱部材１７の両側部が保持ブロック１８に固定されている。保持ブロック１８はスライドシャフト１９を介してスライドブロック２０に上下動自在に保持され、スライドブロック２０が装着ヘッドベース２に保持されている。

前記スライドシャフト１９は、スライドブロック２０に固定されたシリンダー２１のロッド先端と連結しており、シリンダー２１のロッドが上下することによって、スライドシャフト１９が上下動作を行う。

なお、前記上下動作としては、モータの回転をカムに伝えてカムの変位によって行うようにしてもよい。また、上下移動の規制をスライドシャフト１９に代えて、リニアガイドなどを使用するようにしてもよい。

前記左右２個のスライドブロック２０は、それぞれ上下方向に調整可能に装着ヘッドベース２に固定されており、保持ブロック２０を上下に動かすことによって、放熱部材１７をステージ１３に対して平行に保持することができる。

本実施形態ではステージ１３を冷却する工程において、放熱効果を向上させるため、放熱部材１７をステージ１３に設けた段差部分１３ｂに接触するようにしている。本例では、放熱部材１７を上下させることにより、放熱部材１７をステージ１３の段差部分１３ｂに接触させるが、装着ヘッド１とテーブルベース８とを同時に同期させて上方に移動させることによって、放熱部材１７をステージ１３の段差部分１３ｂに接触させるようにしてもよい。

なお、放熱部材１７としては、内部で水が循環できるような経路を設け、その中をチラーユニットなどの冷却装置により冷却された水が循環するような構造としてもよい。

また、本例では、放熱部材１７を調整してステージ１３と平行に設置しているが、放熱部材１７をシート状にして、ステージ１３の段差部分１３ｂの面に沿うようにして、接触する面積を大きくすることにより、ステージ１３からの放熱効率を向上させるようにしてもよい。

また、放熱部材１７として、特に、横方向に熱伝導率のよい材料を用いている。例えば、グラファイトが主成分のシートを使用すると、放熱部材１７の熱伝導率は４００（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であるため、銅の２倍程度の熱伝導を得ることができる。

また、図２に示すように、ステージ１３の段差部分１３ｂに真空孔１３ｃを設け、冷却工程において、真空孔１３ｃを真空状態にし、放熱部材１７とステージ１３の密着力を大きくすることにより、ステージ１３からの放熱効率を上げることができる。

また、図３のステージの平面図に示すように、放熱部材１７が接触する部分に、真空孔１３ｃに接して溝１３ｄが設けられている。放熱部材１７とステージ１３の密着力は、真空が作用する部分の面積に比例するため、前記溝１３ｄを設けることにより、さらに放熱効果をあげることができる。

また、放熱部材１７の上方にノズル２２が設けられており、冷却工程において、ノズル２２から冷却エアーを放熱部材１７に吹き付け、ステージ１３から放熱部材１７に伝導した熱を大気中に放熱させるようにしている。なお、冷却エアーの吹き付けに代えて、冷却用ブロックを接触させて、放熱部材から熱を放熱させる構造にしてもよい。さらに、前記冷却用ブロックは、内部にエアーもしくは水を循環させるような構造にしてもよい。さらに前記水としては、チラーユニットなどにて室温より低い温度にして、冷却効率を上げてもよい。

なお、加熱工程において前記ノズル２２を真空状態とするすると、放熱部材１７は、ノズル２２に固定され下方向に湾曲しないためステージに触れず、ステージ１３の熱が放熱部材１７を伝わって放熱されることがない。

前記構成にすることで、冷却工程において溶融したはんだバンプが固化するときの基板の温度をＩＣの温度より低くすることによって、常温に戻ったときの熱ひずみを低減し、はんだバンプの基板のランドからの剥離を防ぐことが可能となり、さらに、はんだ付け工程における冷却時間の短縮も同時に可能となり、生産性を向上させることができる。

前記説明において、はんだバンプが加熱されることにより酸化膜が生成し、酸化膜がはんだの濡れ性を阻害する要因であり、その酸化膜の影響をできるだけ小さくするはんだ接合方法について説明したが、はんだ接合時の雰囲気を不活性ガス雰囲気にすることによって、酸化膜の生成を抑えることができる。

装置の構造上、装置全体を完全に不活性ガス雰囲気とすることは、装置の費用が増加する。このため、はんだバンプと基板上面の周辺のみを加熱する時間のみ、不活性ガス雰囲気にするための構成について、図１を参照して説明する。

図１において、中空ブロック２３は、中空ブロック２３の通孔２３ａとツール６の突起部が平面方向から見て同じとなる位置で、ツール６の下に装着ヘッドベース２に固定されている。

この中空ブロック２３の通孔２３ａの側面で、基板１４上のランド１４ａとＩＣ７上のはんだバンプ７ａが接触する高さと同じ高さの位置に、気体供給孔２３ｂが設置されている。気体供給孔２３ｂは、チューブ２４を介して不活性ガスである窒素ガスの供給源である窒素ガス発生装置２５に連結しており、チューブ２４の途中に開閉バルブ２６が設置されている。

また、中空ブロック２３の通孔２３ａにおいて、上部の開口は、ツール６の突起部と同じ外形形状で、本例ではツール６の突起部より両側で約０．５ｍｍ大きい寸法となっており、下部の開口は、ステージ１３の突起部と同じ外形形状で、本例ではステージ６の突起部より両側で約０．５ｍｍ大きい寸法となっている。

以上の構成により、ツール６でＩＣ７を真空保持した状態で装着ヘッド１を下降させ、ステージ１３で基板１４を真空保持した状態でテーブルベース８を上昇させた後、開閉バルブ２６を開くことによって、窒素ガス発生装置２５からチューブ２４および気体供給孔２３ｂへ窒素ガスを供給することにより、中空ブロック２３の通孔２３ａ内部を不活性ガス雰囲気とすることができる。

なお、不活性ガスを供給する際、例えばチューブ２４を分岐して、一方のチューブを加熱し、他方のチューブを冷却すると、ツール６の加熱時には、加熱したチューブより不活性ガスを供給し、ツール６の冷却時には、冷却したチューブより不活性ガスを供給することによって、加熱／冷却の効率を向上させることもできる。

また、中空ブロック２３の下面にエアー供給孔２３ｃを設け、ステージ１３を冷却する際、エアー供給孔２３ｃから放熱部材１７にエアーを吹き付けることにより、ステージ１３の冷却効率を向上させることもできる。

本発明のはんだ接合方法、およびはんだ接合装置は、バンプ付きベアＩＣを基板上にフリップチップ実装し半導体パッケージを製造する技術などに有用である。

１ 装着ヘッド
２ 装着ヘッドベース
３ 昇降駆動部
４ 断熱部
５ ツール加熱部
６ ツール
６ａ 真空孔
７ はんだバンプ付きＩＣ
７ａ はんだバンプ
８ テーブルベース
９ 昇降駆動部
１０ ＸＹ移動機構
１１ 断熱部
１２ ステージ加熱部
１３ ステージ
１３ａ 真空孔
１３ｂ 段差部分
１３ｃ 真空孔
１３ｄ 溝
１４ 基板
１４ａ ランド
１５ ツール温度制御部
１６ ステージ温度制御部
１７ 放熱部材
１８ 保持ブロック
１９ スライドシャフト
２０ スライドブロック
２１ シリンダー
２２ ノズル
２３ 中空ブロック
２３ａ 通孔
２３ｂ 気体供給孔
２３ｃ エアー供給孔
２４ チューブ
２５ 窒素ガス発生装置
２６ バルブ

Claims (14)

1. ＩＣに形成されたはんだバンプと基板表面に形成されたランドとを接触させ、前記ＩＣと前記基板とを加熱した後、前記ＩＣと前記基板とを冷却し、前記ＩＣと前記基板とを接合するはんだ接合方法であって、
   前記はんだバンプと前記ランドとが接触するとき、前記はんだバンプの温度をはんだ溶融温度より低くし、かつ前記ランドの温度をはんだ溶融温度よりも高くすることを特徴とするはんだ接合方法。
2. 前記ＩＣの下面に形成されたはんだバンプと前記基板の上面に形成されたランドを接触させる接触工程と、前記ＩＣと前記基板を加熱して前記はんだバンプを溶融させる溶融工程と、前記ＩＣと前記基板とを冷却して溶融した前記はんだバンプを固体化する固定化工程とを具備することを特徴とする請求項１記載のはんだ接合方法。
3. 前記固体化工程において、前記はんだバンプが固体化するときの前記基板の温度を前記はんだバンプが固体化するときの前記ＩＣの温度よりも低くすることを特徴とする請求項２記載のはんだ接合方法。
4. 前記溶融工程において、前記はんだバンプ周辺を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項２記載のはんだ接合方法。
5. はんだバンプにより基板とＩＣとを接合するはんだ接合装置であって、
   前記ＩＣを吸着保持するツールと、前記ツールを加熱するツール加熱部と、前記ツールを昇降動作させる駆動部と、前記基板を吸着した状態で固定する固定面を有するステージと、前記ステージを加熱するステージ加熱部と、前記ステージを昇降動作させる駆動部と、前記ツール加熱部および前記ステージ加熱部の温度を個々に制御する温度制御部とを備え、
   前記温度制御部は、前記はんだバンプと前記ランドとが接触するとき、前記はんだバンプの温度をはんだ溶融温度よりも低くし、前記パッドの温度をはんだ溶融温度よりも高くするように制御することを特徴とするはんだ接合装置。
6. 前記ステージと接触して、前記ステージの熱を放熱させる放熱部を備えたことを特徴とする請求項５記載のはんだ接合装置。
7. 前記放熱部が熱伝導シートからなり、前記ステージの放熱時に前記ステージと前記熱伝導シートとを接触させるシート移動部を備えたことを特徴とする請求項６記載のはんだ接合装置。
8. 前記ステージに、前記基板を真空保持する面と前記ステージ加熱部と接する面との間に段差部分を設け、かつ前記段差部分に吸着用孔を設け、前記ステージを冷却する際、前記吸着用孔より空気を吸引することにより、前記熱伝導シートを前記ステージに吸引密着するようにしたことを特徴とする請求項７記載のはんだ接合装置。
9. 前記段差部分に、前記吸着用孔に接触する溝を設けたことを特徴とする請求項８記載のはんだ接合装置。
10. 前記ステージを冷却させないとき、前記段差部分と前記熱伝導シートとを接触させないことを特徴とする請求項７記載のはんだ接合装置。
11. 前記ステージを冷却するとき、前記熱伝導シートに冷却用空気を吹き付けることを特徴とする請求項７記載のはんだ接合装置。
12. 筒状の中空ブロック体を配置し、接合時に前記ツールの一部および前記ステージの一部を前記中空ブロック体筒状部の内部に配置することを特徴とする請求項５記載のはんだ接合装置。
13. 前記中空ブロックの内側面より、基板の表面に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１２記載のはんだ接合装置。
14. 前記温度制御部は、前記ツール加熱部と前記ステージ加熱部との温度が所定の温度になったことを検知した後、請求項８に記載の前記熱伝導シートの吸引吸着および請求項１１に記載の前記熱伝導シートへの前記冷却空気の吹き付けを停止させることを特徴とする請求項１記載のはんだ接合装置。

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