JP2013152962A

JP2013152962A - 半田ボールの搭載方法

Info

Publication number: JP2013152962A
Application number: JP2012011620A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Fujiwara; 藤原　　正
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-01-24
Also published as: JP5948633B2

Abstract

【課題】配線基板の半導体素子接続パッド上に半田ボールを高い搭載率で搭載することが可能な半田ボールの搭載方法を提供すること。
【解決手段】複数の半導体素子接続パッド３を上面に有する配線基板１の上面に、半導体素子接続パッド３に対応する位置に各々１個ずつの半田ボール６を収容可能な開口部４を有する半田ボール搭載用のマスク２を載置するとともにマスク２上の一端側に多数の半田ボール６を寄せて配置し、次にマスク２上を前記一端側から他端側に向けて半田ボール６を押し均しながら移動する回転スキージー７により半田ボール６を開口部４内に落し込むとともに残余の半田ボール６の一部をマスク２上に分散した状態で残し、次に半田ボール６が分散されたマスク２上を、前記他端側から前記一端側へ向けてマスク２上の半田ボール６を押しやりながら移動する回収スキージー８により残余の半田ボール６を前記一端側に掻き寄せる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を搭載するための配線基板における半導体素子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。

半田ボールを配線基板の半導体素子接続パッド上に搭載する方法としては、半田ボール搭載用のマスクを用いる方法が一般的である。マスクは一般的にステンレス製の薄い平板からできており、半導体素子接続パッドに対応する位置に半田ボールを１個ずつ収容可能な開口部が形成されている。そして、配線基板の半導体素子接続パッド上にマスクの開口部が位置するように配線基板上にマスクを位置合わせして載置するとともに、マスク上に半田ボールを例えば散布等により供給して半田ボールをマスクの開口部内に落し込んだ後、残余の半田ボールをマスク上から除去することにより半田ボールが半導体素子接続パッド上に搭載される。

しかしながら、マスク上に半田ボールを散布等により供給しただけでは、全ての半導体素子接続パッド上に半田ボールを搭載することは困難である。なぜなら、配線基板における半導体素子接続パッドの数は、数百〜数千にもおよび、しかも数十〜数百μｍの狭いピッチで密に配列されている。したがって、これらの狭ピッチで多数個配列された半導体素子接続パッドに対応するマスクの開口部内の全てに半田ボールを落とし込むことが確率的にみて困難である。さらに、静電気の影響により半田ボールがマスクの開口部内に引っかかったままの状態となり配線基板の半導体素子接続パッド上に落下しない場合が発生したりする。

そこで、特開２００９−２７２５２９号公報では、マスク上に半田ボールを散布した後、残余の半田ボールをマスク上から回転ブラシにより除去した後に、マスクの開口部内の半田ボールを押圧用ブラシにより配線基板側へ押圧する方法が提案されている。しかしながら、この方法によると、マスク上の残余の半田ボールは回転ブラシにより除去されるため、マスクの開口部内の半田ボールを押圧用ブラシにより押圧する際には、半田ボールが収容されてない開口部内へ半田ボールが入る機会はない。また、半田ボールがマスクの上面から突出せずに開口部の途中に引っかかった状態である場合、押圧用ブラシにより半田ボールを十分に押圧することができずに半田ボールが半導体素子接続パッド上に搭載されないことが発生する。

特開２００９−２７２５２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、配線基板の半導体素子接続パッド上に半田ボールを高い搭載率で搭載することが可能な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の搭載方法は、半導体素子の電極が接続される複数の半導体素子接続パッドを上面に有する配線基板の前記上面に、前記半導体素子接続パッドに対応する位置に各々１個ずつの半田ボールを収容可能な開口部を有する平板状の半田ボール搭載用のマスクを載置するとともに該マスク上の一端側に多数の半田ボールを寄せて配置する第１の工程と、前記マスク上を前記一端側から他端側に向けて前記半田ボールを押し均しながら移動する回転スキージーにより前記半田ボールを前記開口部内に落し込むとともに残余の半田ボールの一部を前記マスク上に分散した状態で残す第２の工程と、前記半田ボールが分散された前記マスク上を、前記他端側から前記一端側へ向けて前記マスク上の半田ボールを押しやりながら移動する回収スキージーにより残余の前記半田ボールを前記一端側に掻き寄せる第３の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の搭載方法よれば、第２の工程において、マスク上の一端側に寄せて載置された半田ボールをマスクの一端側から他端側に向けて押し均しながら移動する回転スキージーによりマスクの開口部内に落し込むとともに残余の半田ボールの一部をマスク上に分散した状態で残し、次いで第３の工程において、半田ボールが分散されたマスク上をその他端側から一端側へ向けてマスク上の半田ボールを押しやりながら移動する回収スキージーにより残余の半田ボールをマスクの一端側に掻き寄せることから、第２の工程のみならず、第３の工程においても半田ボールが収容されていない開口部内へ半田ボールが入る機会が与えられる。したがって、極めて高い確率でマスクの開口部内に半田ボールが収容される。また、半田ボールがマスクの開口部の途中に引っかかっているような場合であっても、マスク上に分散した残余の半田ボールが第３の工程における回収スキージーの移動により開口部内の半田ボールをその上から下方に押し付けるので、開口部の途中に引っかかった半田ボールを配線基板の半導体素子接続パッド上に確実に落下させることができる。したがって、配線基板の半導体素子接続パッド上に半田ボールを極めて高い搭載率で搭載することが可能である。

図１（ａ）〜（ｅ）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工程毎の断面模式図である。図２（ａ），（ｂ）は、本発明の半田ボールの搭載方法の実施形態の一例に用いられる回転スキージーおよび回収スキージーのスキージーユニットを示す模式図である。

次に、本発明の半田ボールの搭載方法における実施形態の一例を添付の図を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半田ボールの搭載方法における実施形態の一例を説明するための工程毎の断面模式図である。図１において、１は配線基板、２はマスク、７は回転スキージー、８は回収スキージーである。また、図２は回転スキージー７および回収スキージー８に用いられるスキージーユニットＵの模式図である。

まず、図１（ａ）に示すように、配線基板１と半田ボール搭載用のマスク２とを準備する。配線基板１は、例えば周知のビルドアップ法により形成されており、その上面の中央部に多数の半導体素子接続パッド３を有している。半導体素子接続パッド３は、その直径が５０〜１００μｍ程度の円形であり、数十〜数千個が１００〜２００μｍのピッチで例えば格子状の配列に並んでいる。また、マスク２は厚みが５０〜１２０μｍのステンレス製の平板から成り、ステンレス製のフレーム５の下面に張着されている。マスク２には、配線基板１の半導体素子接続パッド３に対応する位置に直径が７０〜１４０μｍ程度の多数の開口部４が形成されているとともに、半導体素子接続パット３に対向する領域の下面が３０〜５０μｍの深さに座刳られている。なお、この例では、簡便のため配線基板１の一個分について図示しているが、実際には、配線基板用のパネルの中に複数個の配線基板１を縦横の並びに一体的に形成した多数個取り配線基板の形態で準備される。

次に、図１（ｂ）に示すように、配線基板１上にマスク２を、半導体素子接続パッド３とこれに対応する開口部４とが上面視で互いに重なり合うように載置するとともに、マスク２の上面の一端側に１千万〜２千万個の多数の半田ボール６を寄せて配置する。半田ボール６は、直径が５０〜１２０μｍ程度であり、開口部４内に１個ずつが収容される大きさで略均一な直径を有している。なお、マスク２を載置する前に半導体素子接続パッド３上に粘性を有するフラックスを塗布しておくことが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、マスク２上をその一端側から他端側に向けて半田ボール６を押し均しながら移動する回転スキージー７により半田ボール６を開口部４内に落とし込む。このとき、回転スキージー７の後方のマスク２上に残余の半田ボール６の一部が分散した状態で残るようにする。これにより大部分の開口部４内に半田ボール６が収容される。そして、図１（ｄ）に示すように、同様の動作をマスク２上の他端側から一端側へ向けて行なう。これにより開口部４内への半田ボールの収容率がさらに向上すとともに、マスク２上に残余の半田ボール６の一部が分散して残った状態となる。

回転スキージー７は、マスク２の上面に平行な回転軸の周りにスキージーユニットＵを複数本取り付けた構造をしており、回転軸を中心にして半田ボール６を前方に掃き出す方向に回転しながら移動する。回転スキージー７を構成するスキージーユニットＵは、図２（ａ）に示すように、ステンレス製の支持ブロックＢにステンレス製のスキージーワイヤＷをかまぼこ状の配置となるように取着してなる。スキージーワイヤＷは、図２（ｂ）に示すように、幅が４０ｍｍ程度で、厚みが０．１ｍｍ程度の薄いステンレス製のリボンにエッチング加工を施すことにより幅が０．１ｍｍ程度の多数のワイヤをリボンの長辺方向に対して約１０度程度の角度を有するように０．１〜０．２ｍｍの間隔で斜めに並べてなる。リボンの長辺方向に対するスキージーワイヤＷの角度は、隣接するスキージーユニットＵ同士で互いに反対向きとなるように配置されている。なお、この回転スキージー７は、その回転数により半田ボール６の掃きだし具合を調整することができる。具体的には、回転スキージー７の回転数を上げると、その後方に半田ボール６が残らないように掃きだすことができ、逆に回転数を下げると、その後方に半田ボール６が分散されて残るように掃きだすことができる。

次に、図１（ｅ）に示すように、半田ボール６が分散して残ったマスク２上を、マスク２の他端側から一端側に向けてマスク２上の半田ボール６を押しやりながら移動する回収スキージー８により残余の半田ボール６をマスク２の一端側に掻き寄せる。なお、回収スキージー８は、回転スキージー７と同様のスキージーユニットＵを複数本列に並べてなる。このとき、半田ボール６が収容されていない開口部４があれば、回収スキージー８の移動によりマスク２上の半田ボール６がその開口部４内に入る機会が与えられる。したがって、この動作により極めて高い確率でマスク２の開口部４内に半田ボール６が収容されることとなる。また、回転スキージー７の移動により開口部４内に収容された半田ボール６が静電気の影響等で開口部４の途中に引っかかっている場合があっても、回収スキージー８の移動によりマスク２の一端側に押しやられる残余の半田ボール６が開口部４内に引っかかった半田ボール６を上から下方に押し付けるので、開口部４の途中に引っかかった半田ボール６を配線基板１の半導体素子接続パッド３上に確実に落下させることができる。したがって、本発明の半田ボールの搭載方法によれば、配線基板１の半導体素子接続パッド３上に半田ボール６を極めて高い搭載率で搭載することが可能である。なお、回収スキージー８においても、リボンの長辺方向に対するスキージーワイヤＷの角度は、隣接するスキージーユニットＵ同士で互いに反対向きとなるように配置されている。

次に、本発明の実施例について説明する。まず、上面中央部に直径が８５μｍの半導体素子接続パッドを１２８μｍのピッチで縦横に４５列ずつの千鳥状の並びで１０１２個配列して成る２３ｍｍ角の配線基板を、縦が２９５ｍｍ、横が２４５ｍｍの配線基板用パネルの中に縦に１２列、横に１０列の配列で一体的に形成して成る多数個取り配線基板を準備した。また、この多数個取り配線基板における各配線基板の半導体素子接続パッドに対応する位置に直径が１１３μｍの円形の開口部を有するステンレス製のマスクを準備した。マスクは、厚みを８７μｍとし、縦を７３０ｍｍ、横を７３０ｍｍとした。なお、マスクには、多数個取り配線基板における各配線基板の半導体素子接続パッドが形成された領域に対向する下面に深さが４２μｍの座刳りを設けた。

次に、これらの多数個取り配線基板とマスクとを日立プラントテクノロジー社製のマイクロボール搭載機ＨＢ−０７ＳＢに配線基板の各半導体素子接続パッド上にマスクの対応する各開口が位置するようにセットした。このマイクロボール搭載機ＨＢ−０７ＳＢは、多数個取り配線基板を載置するためのテーブルと、マスクを保持するための保持機構を備えているとともに上述した回転スキージーおよび回収スキージーをマスクの短辺と平行な方向に延びるように備えている。これらのスキージーは、マスクの短辺と平行な方向に多数個取り配線基板の幅よりも広く、マスクの幅よりの狭い寸法を有しており、マスクの長辺に平行な方向に移動する。なお、多数個取り配線基板の各半導体素子接続パッド上には、粘性を有するフラックスを２０μｍの厚みに予め塗布しておいた。

次に、マスク上の長辺方向の一端側に直径が９０μｍの半田ボール約２千万個をスキージーの寸法よりもマスクの短辺方向に若干広い範囲に高さが１０ｍｍ程度の低い山をつくるように帯状に寄せて配置した。

次に、回転スキージーを、その進行方向に半田ボールを掃きだす向きに毎分２０回転で回転させながら秒速３５ｍｍの速さでマスク上を半田ボールが配置された長辺方向の一端側から他端側に向けて移動させることにより半田ボールをマスクの開口内に落し込むとともに回転スキージーの後方のマスク上に残余の半田ボールの一部が分散して残るように半田ボールを押し均した。さらに、同様の動作でマスクの長辺方向の他端側から一端側に向けて半田ボールを押し均しながら回転スキージーを移動させて一往復させた。これらの動作により回転スキージーが通過したマスク上には、残余の半田ボールの一部が略均一に分散して残った状態となった。

次に、回収スキージーを、マスクの長辺方向の他端側から一端側に向けてマスク上の半田ボールをその進行方向に押しやるようにして毎秒１００ｍｍの速さで移動させて半田ボールをマスクの長辺方向の一端側に掻き寄せることにより各半導体素子接続パッドへの半田ボールの搭載を終えた。

次に、多数個取り配線基板をマイクロボール搭載機から取り出し、各半導体素子接続パッド上に半田ボールが載置されているかいないかを、画像認識装置を用いた自働検査により検査して半田ボールが搭載されていない半導体素子接続パッドの比率を求めた。

また比較のため、回転スキージーの回転速度を毎分３５回転で回転させながら毎秒７０ｍｍの速さで移動させて回転スキージーの後方のマスク上に半田ボールが残らないように押し均した以外は上記と同様にして半田ボールを搭載した場合についても同様に半田ボールが搭載されていない半導体素子接続パッドの比率を求めた。

その結果、比較のための方法では半田ボールが搭載されていない半導体素子接続パッドの比率が９４ｐｐｍであったのに対し、本発明の実施例においては７ｐｐｍと大幅に改善され、配線基板の半導体素子接続パッド上に半田ボールを極めて高い搭載率で搭載することが可能であることが確認できた。

１配線基板
２マスク
３半導体素子接続パッド
４開口部
６半田ボール
７回転スキージー
８回収スキージー

Claims

半導体素子の電極が接続される複数の半導体素子接続パッドを上面に有する配線基板の前記上面に、前記半導体素子接続パッドに対応する位置に各々１個ずつの半田ボールを収容可能な開口部を有する平板状の半田ボール搭載用のマスクを載置するとともに該マスク上の一端側に多数の半田ボールを寄せて配置する第１の工程と、前記マスク上を前記一端側から他端側に向けて前記半田ボールを押し均しながら移動する回転スキージーにより前記半田ボールを前記開口部内に落し込むとともに残余の半田ボールの一部を前記マスク上に分散した状態で残す第２の工程と、前記半田ボールが分散された前記マスク上を、前記他端側から前記一端側へ向けて前記マスク上の半田ボールを押しやりながら移動する回収スキージーにより残余の前記半田ボールを前記一端側に掻き寄せる第３の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。