JP2011114089A

JP2011114089A - 半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法

Info

Publication number: JP2011114089A
Application number: JP2009267912A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Ishibashi; 博文石橋
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】半田ボールを半導体素子接続パッドに確実に搭載することが可能な半田ボール搭載治具およびそれを用いた半田ボールの搭載方法を提供すること。
【解決手段】通気性の平坦な吸着面２ａを有し、吸着面２ａに半田ボール１２を吸着するようになした半田ボール搭載治具１を用い、まず半田ボール搭載治具１の吸着面２ａに半田ボール１２を接続パッド１１に対応した配列で吸着し、次に基板１０の接続パッド１１上にフラックス１３を塗布するとともにフラックス１３が塗布された接続パッド１１上に半田ボール１２を吸着面２ａに吸着された状態で載置し、次に半田ボール１２の吸着を開放するとともに半田ボール搭載治具１を配線基板１０上から離脱させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、半田ボール搭載治具およびそれを用いた半田ボールの搭載方法に関するものである。

従来、例えば半導体素子をフリップチップ接続により搭載するための配線基板は、上面中央部に半導体素子が搭載される搭載部を有している。搭載部には半導体素子の電極端子が半田を介して接続される多数の半導体素子接続パッドが形成されており、この半導体素子接続パッドと半導体素子の電極端子とを半田を介して接続することにより半導体素子が配線基板上に実装される。半導体素子接続パッドは、例えば厚みが数〜数十μｍの銅めっき層から形成されており、各々直径が５０〜１００μｍ程度の円形状に露出するようにして数十〜数千個が１００〜２００μｍのピッチで格子状に並んで搭載部上に配置されている。

このような配線基板においては、半導体素子接続パッドと半導体素子の電極端子との半田を介した接続を容易かつ確実とするために、半導体素子接続パッド上に直径が５０〜１００μｍ程度の半田バンプを予め溶着させておくのが一般的である。半導体素子接続パッド上に半田バンプを溶着させる方法として、半田バンプの体積に対応する微小な半田ボールを半導体素子接続パッド上に搭載するとともに、この半田ボールを加熱溶融させることにより溶着する方法が多用されている。

半田ボールを半導体素子接続パッド上に搭載する方法としては、例えば図１１に示すように、配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に対応した配列で半田ボール１２を吸着可能な吸着孔４１ａを有する半田ボール搭載治具４１により半田ボール１２を吸着保持するとともに、図１２に示すように、この吸着保持した半田ボール１２を配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に載置した後、図１３に示すように、半田ボール搭載治具４１による吸着を開放するとともに半田ボール搭載治具４１を配線基板１０上から離脱させる方法が採用されている。なお、配線基板１０の半導体素子接続パッド１１上にはフラックス１３を予め５〜５０μｍの厚みに塗布しておく。フラックス１３を塗布しておくことによって、搭載された半田ボール１２が半導体素子接続パッド１１上に良好に保持されるとともに、半田ボール１２を加熱溶融させる際に溶融した半田ボール１２と半導体素子接続パッド１１とが良好に濡れて強固に溶着される。

ところが、上述した従来の半田ボール搭載治具４１により配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に半田ボール１２を載置する場合、半田ボール搭載治具４１に吸着された半田ボール１２はその一部が半田ボール搭載治具４１の吸着孔４１ａ内に入り込んだ状態となるので、配線基板１０と半田ボール搭載治具４１との間隔がその分、狭くなってしまう。近時、半導体素子接続パッド１１の小径化、狭ピッチ化に伴い、半田ボール１２の直径は５０〜１００μｍとますます小さいものとなってきており、
そのため、半田ボール搭載治具４１の下面と半田ボール１２により押しのけられたフラックス１３とが接触して半田ボール搭載治具４１の下面にフラックス１３が付着してしまいやすい。半田ボール搭載治具４１の下面にフラックス１３が付着すると、次に半田ボール搭載治具４１により半田ボール１２を吸着保持する際にフラックス１３が付着した部位にフラックス１３の粘着力により余分な半田ボール１２が付着したり、半田ボール搭載治具４１により半導体素子接続パッド１１に半田ボール１２を載置した後、半田ボール１２が半田ボール搭載治具４１から離れずに半導体素子接続パッド１１上に搭載できない搭載ミスが発生したりするという不具合が発生する。

特開２００９−１１１２２６号公報

本発明の課題は、フラックスが塗布された配線基板の半導体素子接続パッド上に半田ボールを搭載する際に、配線基板に塗布されたフラックスが付着することがなく、その結果、余分な半田ボールが付着したり、搭載ミスが発生したりすることがなく、半田ボールを半導体素子接続パッドに確実に搭載することが可能な半田ボール搭載治具およびそれを用いた半田ボールの搭載方法を提供することにある。

本発明の半田ボール搭載治具は、通気性の平坦な吸着面を有し、該吸着面に半田ボールを吸着するようになしたことを特徴とするものである。
また、本発明の半田ボールの搭載方法は、基板上に形成された接続パッド上に半田ボールを搭載する半田ボールの搭載方法であって、通気性を有する平坦な吸着面を具備する半田ボール搭載治具の前記吸着面に半田ボールを前記接続パッドに対応した配列で吸着する工程と、前記接続パッド上にフラックスを塗布するとともに該フラックスが塗布された前記接続パッド上に前記半田ボールを前記吸着面に吸着された状態で載置した後、前記半田ボールの吸着を開放するとともに前記半田ボール搭載治具を前記基板上から離脱させる工程とを行なうことを特徴とするものである。

本発明の半田ボール搭載治具によれば、通気性の平坦な吸着面に半田ボールを吸着させるようになしたことから、吸着面に吸着された半田ボールは、吸着面から半田ボールの直径分だけ突出することになる。したがって、吸着面に吸着された半田ボールをフラックスが塗布された接続パッド上に載置する際、吸着面と接続パッドとの間に半田ボールの直径に対応する十分な間隔が形成されるので、接続パッド上に塗布されたフラックスと吸着面との接触を良好に防止することができる。
また、本発明の半田ボールの搭載方法によれば、半田ボール搭載治具の通気性を有する平坦な吸着面に半田ボールを吸着し、その半田ボールをフラックスが塗布された接続パッド上に吸着面に吸着された状態で載置するようになしたことから、吸着面に吸着された半田ボールをフラックスが塗布された接続パッド上に載置する際、吸着面と接続パッドとの間に半田ボールの直径に対応する十分な間隔が形成されるので、接続パッド上に塗布されたフラックスと吸着面との接触を良好に防止することができる。
したがって、本発明の半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法によれば、余分な半田ボールが付着したり、搭載ミスが発生したりすることがなく、半田ボールを接続パッドに確実に搭載することが可能な半田ボール搭載治具およびそれを用いた半田ボールの搭載方法を提供することができる。

図１は、本発明の半田ボール搭載治具の実施形態の一例を示す断面模式図である。図２は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図３は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図４は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図５は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図６は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図７は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図８は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。図９は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の他の例を説明するための断面模式図である。図１０は、本発明の半田ボール搭載治具の実施形態の他の例を示す断面模式図である。図１１は、従来の半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法を説明するための断面模式図である。図１２は、従来の半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法を説明するための断面模式図である。図１３は、従来の半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法を説明するための断面模式図である。

次に本発明の半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法の実施形態の一例につき、添付の図面を基に説明する。
図１に、本例の半田ボール搭載治具１を示す。図１に示すように、本例の半田ボール搭載治具１は、通気性を有する四角い板状の吸着板２と、この吸着板２に取着されて吸着板２の上面および側面を覆う金属から成る吸着カバー３とを具備して成る。

吸着板２は、セラミック粉末や金属粉末の多孔質焼結体から成り、上述したように通気性を有しており、その下面が半田ボール１２を吸着するための平坦な吸着面２ａとなっている。そして、吸着板２の上面側から吸着面２ａ側の空気を吸引することによって、半田ホール１２を吸着面２ａに吸着可能となっている。半田ボール１２を良好かつ位置精度よく吸着するためには、吸着面２ａの表面に現れる孔の径が１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。

吸着カバー３は、例えば厚みが０．５〜５ｍｍのステンレスから成り、吸着板２に接着剤あるいはネジ止めにより取着されている。吸着カバー３の上部には、外部から吸着板２側に通じる吸引口３ａが設けられており、図示しない吸引装置によりこの吸引口３ａを介して吸着板２側の空気を吸引することにより、吸着板２の吸着面２ａに半田ボール１２を吸着させることが可能となる。

そして、本例の半田ボール搭載治具１の吸着面２ａに半田ボール１２を吸着させると、半田ボール１２は、吸着面２ａから半田ボール１２の直径分だけ突出した状態で吸着される。したがって、図７を参照して後述するように、吸着面２ａに吸着された半田ボール１２をフラックス１３が塗布された半導体素子接続パッド１１上に載置する際、吸着面２ａと半導体素子接続パッド１１との間に半田ボール１２の直径に対応する十分な間隔が形成されるので、半導体素子接続パッド１１上に塗布されたフラックス１３と吸着面２ａとの接触を良好に防止することができる。その結果、半田ボール搭載治具１に余分な半田ボール１２が付着したり、半導体素子接続パッド１１に半田ボール１２を載置した後、半田ボール１２が吸着面２ａから離れずに半導体素子接続パッド１１上に搭載できない搭載ミスが発生したりすることを有効に防止することができる。

次に、この半田ボール搭載治具１を用いて半田ボール１２を搭載する半田ボールの搭載方法について説明する。
まず、図２に示すように、ボール整列治具３１により半田ボール１２を、図６〜８に示す配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に対応した並びに整列させる。ボール整列治具３１は、吸着板３２と、吸着板３２の上面に載置された整列マスク３３と、吸着板３２の下面および側面を覆う吸着カバー３４とを具備している。

吸着板３２は、上述した半田ボール搭載治具１における吸着板２と同様の通気性を有する多孔質焼結体から成る四角い板状であり、その上面が半田ボール１２を吸着する吸着面となっている。

整列マスク３３は、厚みが半田ボール１２の直径よりも５〜５０μｍ程度薄いステンレス板から成り、配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に対応する位置に直径が半田ボール１２よりも５〜１５μｍ程度大きな開口部３３ａを有している。そして、この整列マスク３３の開口部３３ａ内に半田ボール１２が一個ずつ収容された状態で整列される。なお、この整列マスク３３は、吸着板３２の上面に載置されているだけであり、異なる種類の整列マスク３３と容易に交換可能となっている。それにより異なる種類の配線基板１０に対するボール整列治具３１として容易に対応することができる。

吸着カバー３４は、上述した半田ボール搭載治具１における吸着カバー３と同様のステンレスから成り、吸着板３２に接着剤あるいはネジ止めにより取着されている。吸着カバー３４の下部には、外部から吸着板３２側に通じる吸引口３４ａが設けられており、図示しない吸引装置によりこの吸引口３４ａを介して吸着板３２側の空気を吸引することにより、整列マスク３３の開口部３３ａ内に収容された半田ボール１２を吸着板３２に吸着させることが可能できる。

このボール整列治具３１により半田ボール１２を整列させるには、図３に示すように、吸引口３４ａから空気を吸引しながら整列マスク３３上に多数の半田ボール１２を投入するとともに、ボール整列治具３１を振動または揺動させることにより半田ボール１２を開口部３３ａ内に振込んで吸着し、次に、整列マスク３３上に残った余分な半田ボール１２を刷毛やエアーブロー等により整列マスク３３上から除去する方法が採用される。

次に、図４に示すように、整列された半田ボール１２上に半田ボール搭載治具１における吸着面２ａを接触させるとともに吸引口３ａから空気を吸引することにより、半田ボール１２を吸着面２ａに吸着させる。なおこのとき、ボール整列治具３１における吸着板３２による半田ボール１２の吸着は開放する。そして、図５に示すように、ボール整列治具３１上から半田ボール搭載治具１を離脱させることにより、半田ボール１２をボール整列治具３１上から半田ボール搭載治具１の吸着面２ａに、配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に対応した配列のままで移動させる。

次に、図６に示すように、配線基板１０におけるフラックス１３が塗布された半導体素子接続パッド１１と半田ボール搭載治具１の吸着面２ａに吸着保持された半田ボール１２とが一対一で対向するように配線基板１０の上に半田ボール搭載治具１を位置させるとともに、図７に示すように、半田ボール搭載治具１を半田ボール１２が半導体素子接続パッド１１に接触するまで降下させる。このとき、半田ボール１２が吸着面２ａから半田ボール１２の直径分だけ突出した状態となっているので、吸着面２ａと半導体素子接続パッド１１との間に半田ボール１２の直径に対応する十分な間隔が形成される。したがって、半導体素子接続パッド１１上に塗布されたフラックス１３と吸着面２ａとの接触が良好に防止される。そして、図８に示すように、半田ボール搭載治具１による吸着を開放するとともに半田ボール搭載治具１を配線基板１０上から離脱させることにより、半田ボール１２が半導体素子接続パッド１１上に搭載される。このとき、半田ボール搭載治具１の吸着面２ａにはフラックス１３が付着しないことから、次に半田ボール搭載治具１により半田ボール１２を吸着保持する際に余分な半田ボール１２が吸着面２ａに付着したり、あるいは半田ボール搭載治具１により半導体素子接続パッド１１に半田ボール１２を搭載する際に半田ボール１２が吸着面２ａから離れずに半導体素子接続パッド１１上に搭載できない搭載ミスが発生したりすることを有効に防止することができる。したがって、本発明の半田ボール搭載治具および半田ボールの搭載方法によれば、半田ボールを基板の接続パッドに確実に搭載することができる。

なお、本発明は上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施の形態の一例では、ボール整列治具３１を用いて整列された半田ボール１２を半田ボール搭載治具１により吸着保持させたが、図９に示すように、上述の実施形態の一例における整列マスク３３を半田ボール搭載治具１の吸着面２ａに接するように配置し、吸引口３ａから空気を吸引するとともに整列マスク３３の下方から半田ボール１２をエアーブローにより吹き上げて整列マスク３３の開口部３３ａ内に半田ボール１２を吸着させた後、半田ボール搭載治具１から整列マスク３３を離脱させることにより、半田ボール１２を半田ボール搭載治具１に吸着保持させるようになしてもよい。また、上述の実施形態の一例では、半田ボール搭載治具１の吸着板２は、通気性を有する多孔質焼結体から形成されていたが、図１０に示すように、配線基板１０の半導体素子接続パッド１１に対応する配列で吸引孔２１ａを有する半田ボール搭載治具２１の下面に通気性を有するシート２２を配置し、吸引孔２１ａに対応するシート２２の下面に半田ボール１２を吸着保持させるようになしてもよい。この場合、シート２２の下面が半田ボール１２の吸着面２２ａとなり、仮にシート２２の下面にフラックス１３が付着した場合においてもシート２２を取り替えるだけでシート２２に付着したフラックス１３による悪影響を排除することができるとともに、整列マスク３３を用いる必要がない。なお、このようなシート２２は、ロール状に巻かれたものからボール搭載治具２１の下面に供給されてもよい。また、上述した実施形態の一例における吸着面２ａにこのようなシート２２を配置してもよい。

１，２１半田ボール搭載治具
２ａ，２２ａ吸着面
１０配線基板
１１半導体素子接続パッド
１２半田ボール

Claims

通気性の平坦な吸着面を有し、該吸着面に半田ボールを吸着するようになしたことを特徴とする半田ボール搭載治具。
前記吸着面が通気性を有する多孔質体の表面であることを特徴とする請求項１記載の半田ボール搭載治具。
前記吸着面が通気性を有するシートの表面であることを特徴とする請求項１記載の半田ボール搭載治具。
基板上に形成された接続パッド上に半田ボールを搭載する半田ボールの搭載方法であって、通気性を有する平坦な吸着面を具備する半田ボール搭載治具の前記吸着面に半田ボールを前記接続パッドに対応した配列で吸着する工程と、前記接続パッド上にフラックスを塗布するとともに該フラックスが塗布された前記接続パッド上に前記半田ボールを前記吸着面に吸着された状態で載置した後、前記半田ボールの吸着を開放するとともに前記半田ボール搭載治具を前記配線基板上から離脱させる工程とを行なうことを特徴とする半田ボールの搭載方法。