JP2020115574A - はんだバンプの修正方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】シリコンウエハ上に形成されたはんだバンプの一部に欠損および／またははんだ量不足がある場合に、はんだバンプを修正する方法を提供する。【解決手段】修正方法であって、シリコンウエハ上に形成されたはんだバンプ上に、はんだバンプと同一パターンに穿孔したマスクをはんだバンプ上に被せた後、マスク上から溶融はんだを接触させて、マスクの穿孔部に溶融はんだを充填する。【効果】従来は捨てられていたシリコンウエハを再利用することができ、大幅な材料費および工程の低減が可能である。【選択図】なし

Description

本発明は、基板および半導体等の電子部品のワーク上に形成したはんだバンプの形成欠け、および／または、はんだ量不足の部分にはんだを補充する修正方法に関する。
電子機器のプリント基板への半導体等の電子部品の実装や半導体等の電子部品の組み立てには、はんだや接着剤が用いられている。特に、セラミックスなどで形成された電子部品はそのままでははんだ付けできない。そこで、電子部品のワークの表面にメッキ皮膜からなるパッドを設け、該パッドの上にはんだバンプ（こぶ）を形成する。その後、バンプを介したはんだ付けが行われる。
はんだバンプ形成方法として従来多く用いられているのは、はんだペーストを用いる方法である。印刷機やディスペンサではんだペーストをワークのメッキ皮膜上に塗布した後、はんだペーストをリフロー加熱して溶融させ、バンプを形成させる。この方法は、コストが安い。しかしながら、印刷には印刷できる限界があり、微細な回路パターンに対応したバンプは形成できない。
はんだボールを利用したバンプ形成方法もある。電子部品のワーク上に微細なはんだボールを搭載し、これをリフロー加熱することによりバンプを形成させる。この方法は、微細な回路パターンに対応したバンプを形成することができる。しかしながら、はんだボール自体のコストが高いため、全体として高コストとなる。
低コストで微細回路パターンに対応できるバンプを形成する方法として、溶融はんだを吐出してはんだバンプを形成する、所謂、溶融はんだ法が注目されている。溶融はんだ法を実現する装置として、例えば、下記特許文献１に記載のはんだ付着装置が知られている。このはんだ付着装置は、溶融はんだを収容する容器のノズル開口部を水平方向に走査させることによって、複数箇所へ溶融はんだを効率的に供給する。また、作業終了後にノズルヘッドを冷却した後にノズルヘッドをマスクから持ち上げる機構を有するバンプ形成装置も知られている。（例えば、下記特許文献２）
特開平２−０１５６９８号公報 ＷＯ２０１３／０５８２９９A
シリコンウエハ等のワークへのはんだバンプを形成は、はんだペースト、はんだボール、溶融はんだを使う方法全てが、ワーク全体又はワークの部分を一括してはんだバンプを形成するのが一般的である。ところが、一括して形成されたはんだバンプの一部に欠損、および／または、はんだ量不足があると、はんだバンプによって形成されたはんだ接合部に不具合が発生してしまう。シリコンウエハ上に形成されたパターンは微細であり、形成されたはんだバンプも微細であるので、不具合が発生すると修正する事ができず、ワークのシリコンウエハごと捨てられていた。本発明は、シリコンウエハ上に形成されたはんだバンプの一部に欠損、および／または、はんだ量不足がある場合に、はんだバンプを修正する方法を提供する。
本発明者らは、バンプの一部に欠損、および／または、はんだ量不足がある場合に、はんだバンプ上に、はんだバンプのパターンと同じマスクを被せ、その上から溶融はんだを接触させると、欠損、および／または、はんだ量不足がある部分に溶融はんだが充填され、はんだバンプを修正することが可能であることを見いだした。
本発明の一実施形態によれば、ワーク上に形成されたはんだバンプの修正を行う修正方法が提供される。この方法では、シリコンウエハ上に形成されたはんだバンプ上に、前記はんだバンプと同一パターンに穿孔したマスクをはんだバンプ上に被せた後、前記マスク上から溶融はんだを接触させて、前記マスクの穿孔部に溶融はんだを充填することによって、シリコンウエハ上に形成されたはんだバンプを修正する。バンプの一部に欠損、および／または、はんだ量不足がある場合に、当該一部にはんだバンプにはんだを補充することで、完全なはんだバンプを得ることができる。
この実施形態によれば、修正するシリコンウエハ上に形成されたマスクの厚みによって、充填されるはんだ量をコントロールする事ができる。この方法は、はんだボールでのはんだバンプ形成方法など高さのコントロールの難しいはんだバンプの形成方法で作製したはんだバンプの高さを揃えて、バンプの高さを修正するためにも使用可能である。本実施形態に使用するマスクは、はんだバンプと同一パターンに穿孔部が形成された厚みが一定のマスクであれば何を使用しても良い。ポリイミド等の耐熱樹脂フィルムを使用しても良いし、シリコンウエハに直接レジストでマスクを形成しても修正用途で使用可能である。
本実施形態のはんだバンプの修正方法を用いる事によって、バンプの一部に欠損および／または、はんだ量不足がある場合に、当該はんだバンプを有するシリコンウエハに、修正を行うことができる。このため、従来は捨てられていたシリコンウエハを再利用することができ、大幅な材料費および工程の低減が可能である。本方法では、マスクによってはんだバンプの高さが決まるので、本方法は、はんだボールでのはんだバンプ形成方法など高さのコントロールの難しいはんだバンプの形成方法で作製したはんだバンプの高さを揃えて、バンプの高さを修正するためにも使用でき、従来はプリフォームなどではんだを補充していた工程を本方法の工程で置き換えることが可能である。
本発明の一実施形態に使用するはんだバンプの修正装置の一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態による修正装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態のはんだバンプの修正方法の工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態のはんだバンプの修正方法の工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態のはんだバンプの修正方法の工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態のはんだバンプの修正方法の工程を示す概略図である。
本発明の一実施形態による修正装置の構成を説明する。図１が本発明の一実施形態による修正装置のヘッド部１を示す図である。図２は、本発明の一実施形態による修正装置の概略構成を示す模式図である。ヘッド部１は、溶融はんだ等を収容可能なタンク２と下端に設けた修正ヘッド３とを備える。溶融はんだなど温度コントロールが必要な流体に用いるときは、流体タンク２の腹部にヒータ４を巻き付けるなど、加熱手段を取り付けることもできる。修正ヘッド３には、ヘッド下端に設けた修正ノズル５と吸引口６を有し、吸引口６は修正ノズル５よりも進行方向に向かって先に吸引工程が実施できるように取り付けられている。修正ノズル５及び吸引口６にも温度コントロールが必要な流体に用いるときは、修正ヘッド３下端にもヒータ４を取り付けることが可能となる。
修正ヘッド３のノズル開口の形状としては、丸状、スリット状およびその他の公知のものを採用することができる。特に、ノズル開口の形状としてスリット状を用いると複数のワーク７上の吐出対象に同時に流体を吐出することが可能となる。また、修正ヘッド３に取り付けられた吸引口６の形状も丸状、スリット状およびその他の公知のものを採用することができるが、開口の形状としてスリット状を用いることで、シリコンウエハやプリント基板等のワーク７に対して複数の箇所を同時にマスク８内の空気を除去することが可能となる。
次に、全体の構成を説明する。図示しないが、修正装置は、修正すべき電子部品のワーク７に対して接近および離反するように上下方向(Y)に移動可能であるとともに、水平方向(X)にも移動可能である。ワーク７の上部には、必要に応じて、ポリイミドやレジストによって形成されたマスク８を置くようになっている。修正ヘッド３は、修正時には、修正吐出ノズル５がワーク７に接触する位置まで下降する。修正ヘッド３には、修正吐出ノズル５がワーク７に接触した時点から、ワーク７を離脱する時点まで下方に向かって圧力が加わっている。
修正ノズル５とワーク７との接触状態が維持されたまま液体修正ヘッド３は水平に移動する。修正ヘッド３が水平に移動すると、まず進行方向に向かって先に吸引工程が実施できるように取り付けられた吸引口６より、ワーク７上に設置されたマスク８内の空気が吸引される。複数回目の吐出で、マスク８内に吐出した流体もこの段階で吸引することが可能となる。加熱手段が必要な流体は、修正ヘッド３下部に設置されたヒータ４で加熱されることで、吸引可能となる。その後、液体修正ヘッド３が水平移動すると、修正ノズル５の開口から流体が吐出され、ワーク７上のマスク８中には流体が塗布される。流体の塗布が終了すると、液体修正ヘッド３はワーク７から離れるように持ち上げられる。マスク８を使用しない場合でも、同じ工程が可能である。
修正装置１は、タンク２内の流体を所望の温度に保つためのヒータ４を備える。ヒータ４は、タンク２の壁部に内蔵されたものとすることができる。ヒータ４は、タンク２内の溶融はんだ等の流体９の修正条件に最適な粘度を保つのに適切な温度に加熱されるよう、管理制御されている。
流体吐出装置１は、タンク２から延長管路１０を通して、流体連通可能な圧力供給手段１１とつながっており、吸引口６から続く吸引管延長管路１２を通して、流体連通可能な減圧供給手段１３とつながっている。圧力供給手段１１は、例えば０．０６ないし０．１ＭＰａ（これに限定されない）の圧力の窒素ガスを発生させる圧力発生源１４を有している。圧力発生源１４は、ゲート弁１５および３方弁１６を介してタンク２内へ圧力を供給する。タンク２内に保持されていた溶融はんだは、圧力発生源１４からの圧力を受けて修正ノズル５の開口から射出される。
減圧供給手段１３は、減圧発生装置であるマイクロエジェクタ１６を有している。減圧発生装置１６は、例えばレギュレータ１７および絞り弁１８を介して、０．４ＭＰａ（これに限定されない）の圧力の窒素ガスを発生させる圧力発生源１９と連結され、吸引管延長管路１２を介して吸引口６へ負圧を供給する。
修正装置は、圧力センサ２０と制御装置２１とを有する。圧力センサ２０は、タンク２内と流体連通する延長管路１７に設けられた絞り弁１８に連結し、タンク２内の圧力を監視する。タンク２内の圧力を示す信号は、圧力センサ２０から制御装置２１に送られる。制御装置２１は、作業工程の進捗に合わせて圧力発生源１４、減圧発生装置１６，レギュレータ１７，圧力発生源１９および各弁を操作し、タンク２内に圧力を供給する。供給すべき適切な圧力値は、圧力センサ２０からの信号に基づいて決定される。タンク２内の溶融はんだを修正ノズル５の開口から射出する場合、タンク２内と圧力センサ２０とが流体連通するように操作される。タンク２内に供給される正圧の大きさは、例えば圧力発生源１４にて発生される圧力値を制御装置２１によって調整することによって変化させることができる。あるいは、圧力供給手段１１に設けた調整弁（図示せず）を制御装置２１が調整することによって圧力値を変化させてもよい。
次に、修正装置の動作を説明する。まず、図３Ａのようにワーク７の修正箇所に必要に応じてマスクを被せる。本実施例では、修正箇所と同じ箇所に穿孔部が設けられたシート状のポリイミドシートを使用した。被せられたマスクは、修正箇所と穿孔部の位置合わせが行われ、固定される。
準備が終わると、図３Ｂのように、修正装置の修正ヘッド１をワーク上に載置して、修正工程に入る。修正ヘッド１は、ワーク７から離れた定位置に固定されているが、流体吐出時には、修正ヘッド１が上下方向、水平方向にも移動して、修正ヘッド１はワーク７上のマスク８の吐出部分に接触する位置まで下降する。修正装置の修正ヘッド１は、常時圧力が加わっており、修正ヘッド３が下降時に修正吐出ノズル５はワーク７に接触している。
修正ヘッド１が、吸引ノズル５が設置されている方から先に水平に移動し、ワーク７上のマスク８の開口部の空気を減圧した後に修正ノズル５でタンク２内の加熱した溶融はんだに接触するように、ワーク７のマスク８の上をなぞって修正ヘッド３は移動する。圧力発生源１４から供給された圧力は、ゲート弁１５を介してタンク２内へ正の圧力を供給する。タンク２内に保持されていた溶融はんだ９は、圧力発生源１４からの圧力を受けて吐出ノズル５の開口でワークのはんだバンプに接触するために、はんだバンプが欠落している部分（および／または、はんだ量が不足している部分。図３Ｂの点線部分参照）に溶融はんだを充填して（図３Ｃ参照）、はんだバンプを完成させる（図３Ｄ参照）。本実施形態によれば、既にはんだバンプが完成している部分に修正ノズル５が接触しても、マスクが溶融はんだ量を調整するので、マスクの内容量以上に溶融はんだがはんだバンプに付着しない。このため、修正前のはんだバンプはそのまま維持される。修正ヘッド１がワーク上を１回移動する事で、はんだバンプの修正は完成する。修正ヘッド１は、タンク２内に供給される圧力を減圧発生装置１６から発生される負の圧力に切り替えてから上昇させる。放冷後、ワーク７上からマスク８を取り除く。
１ ヘッド部
２ タンク
３ 修正ヘッド
４ ヒータ
５ 修正ノズル
６ 吸引口
７ ワーク
８ マスク
９ 溶融はんだ
１０ 延長管路
１１ 圧力供給手段
１２ 吸引管延長管路
１３ 減圧供給手段
１４ 圧力発生源
１５ ゲート弁
１６ 減圧発生装置
１７ 延長管路
１８ 絞り弁
１９ 圧力発生源
２０ 圧力センサ
２１ 制御装置
２２ 流体供給装置

Claims (3)

  1. ワーク上に形成されたはんだバンプの修正を行う修正方法であって、はんだを収容可能なタンクと修正ヘッドからなる修正ヘッド部を有し、前記修正ヘッド部の幅はワークの幅より小さく、前記吐出ヘッドの一端には、ワーク上のマスク中の空気を吸引するための吸引口と流体を吐出するための吐出ノズルが形成されており、かつ吸引口は、吐出ヘッドの進行方向に設置されており、
    はんだバンプ修正準備時には、前記吐出ヘッドが前記ワークに接触するまで該ワークに対して接近移動し、はんだバンプ修正時には、前記修正ヘッドが前記ワークに接触した状態で前記はんだタンクに正の圧力を加え、はんだバンプ修正後に前記はんだタンクに負の圧力を加えた状態で前記修正ヘッドを上昇させることを特徴とするワーク上に形成されたはんだバンプの修正方法。
  2. 前記修正ヘッドには修正ノズルおよび吸引口の形状としてスリット状の開口部を有することを特徴とする修正ヘッドを用いたことを特徴とする請求項１に記載のワーク上に形成されたはんだバンプの修正方法。
  3. ワーク上に形成されたはんだバンプの修正方法であって、
    前記はんだバンプ欠損、および／または、はんだ量不足がある欠陥部分を有するワーク上に、前記はんだバンプのパターンと同じマスクを被せる工程と、
    前記はんだバンプを形成するための流体を吐出する修正ヘッドを前記マスク上で走査させつつ前記修正ヘッドから前記流体を吐出することによって、前記マスクのうちの前記欠陥部分に対応する部分内に前記流体を吐出する工程と
    を備えるはんだバンプの修正方法。
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