JP2023528508A - 静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法に関し、さらに詳細には、マスクに形成された取付凹部を介して導電性ボールを基板に搭載する工程を行う際に、工程不良の発生を防止することができ、非常に小さいサイズの導電性ボールも効果的に基板に搭載することができる、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法に関する。本発明の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法は、マスクの変形を防止して導電性ボールの欠落なしに高品質で導電性ボール搭載工程を行うことができるという効果がある。また、本発明の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法は、非常に小さいサイズの導電性ボールを基板に搭載する工程を効果的に行うことができるという効果がある。

Description

本発明は、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法に関し、さらに詳細には、非常に小さいサイズの導電性ボールを基板の正確な位置に欠落なく搭載するための、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法に関する。

ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を始めとする半導体装置などを実装する際に、電気的接続のために半田ボール（ｓｏｌｄｅｒ ｂａｌｌ）などの導電性ボールを用いることが多い。

直径１ｍｍ程度以下の微小粒子状の導電性ボールを基板に搭載して基板の電気的実装に使用する。通常、取付凹部を有するマスクを、フラックスが印刷された基板上に配置し、導電性ボールを取付凹部を介して基板に伝達してフラックスによって仮接着させる方法で導電性ボールを基板に実装する。

最近、半導体装置が集積化及び小型化されるにつれて、導電性ボールのサイズも非常に小さくなり、マスクを用いて一度に取り付ける導電性ボールの数も非常に増加している。

これにより、１００μｍよりも小さいサイズの導電性ボールを数万個又は数十万個以上のマスクを介して基板に実装する工程を効果的に行うことができる、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法が必要となった。

このように小さいサイズの導電性ボールを取り付ける場合、導電性ボールを基板の正確な位置に搭載することが容易ではない。導電性ボールを基板の正確な位置に取り付けるために、薄い金属板に取付孔が穿設されている構造のマスクを使用することが多い。ところが、このようなマスクの取付孔に２つの導電性ボールが入り込む不良が発生し、導電性ボールが取付孔に搭載されない不良もしばしば発生する。

マスクの取付孔に導電性ボールを効果的に装着するための様々な方法が試みられている。このようにマスクの取付孔に装着された導電性ボールは、基板上に移して基板上に落下させる方法で基板に取り付けることが一般的である。

ところが、上述したように１００μｍ以下の非常に小さくて軽い導電性ボールの場合は、マスクの取付孔から抜け出にくいという問題もしばしば発生する。

そこで、速い速度でマスクの取付凹部に導電性ボールを効果的に装着しながらも、導電性ボールを欠落させることなく全てマスクから基板に移し付けることができる、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法が求められる。

本発明は、上述した必要性を解決するためになされたもので、その目的は、小さいサイズの導電性ボールを欠落させることなく迅速かつ効果的に基板に実装することができる、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法は、（ａ）平板状のマスク本体と、導電性ボールが装着されるように前記マスク本体の下面に形成される多数の取付凹部と、前記取付凹部の内側に前記マスク本体を貫通するように形成される貫通孔を有するマスクを設けて水平に配置するステップと、（ｂ）前記マスクの上側に静電チャックを配置するステップと、（ｃ）前記マスクの下側に多数の導電性ボールが収容されるボール供給モジュールを配置するステップと、（ｄ）前記静電チャックを作動させ、静電気力によって、前記ボール供給モジュールに収容された導電性ボールを前記マスクのそれぞれの取付凹部に装着するステップと、（ｅ）フラックスが塗布された基板を設け、前記マスクと基板のうちの少なくとも一つを移送して前記マスクの下側に前記基板を配置させるステップと、（ｆ）前記静電チャックとマスクとの間隔を増加させて、前記マスクの取付凹部に装着された前記導電性ボールを前記基板上に落として前記基板に搭載するステップと、を含むことに特徴がある。

本発明の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法は、導電性ボールの欠落なしに高品質で導電性ボール搭載工程を行うことができるという効果がある。

また、本発明の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法は、非常に小さいサイズの導電性ボールを基板に搭載する工程を効果的に行うことができるという効果がある。

本発明による静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法の一例を実施するための導電性ボール搭載装置の構成図である。 図１に示した導電性ボール搭載装置のマスクの部分拡大図である。 図１に示した導電性ボール搭載装置を用いて本発明による静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法の一例を実施する過程を説明するための図である。 図１に示した導電性ボール搭載装置を用いて本発明による静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法の一例を実施する過程を説明するための図である。

以下、本発明による静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法を実施するための導電性ボール搭載装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法の一例を実施するための導電性ボール搭載装置の構成図である。

図１を参照すると、本実施形態の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法を実施するための導電性ボールＢ搭載装置は、マスク１００、ボール供給モジュール３００、及び静電チャック２００を含んでなる。

マスク１００は、薄い金属平板状に形成される。図２を参照すると、金属平板状のマスク本体１１０には、多数の取付凹部１１１が形成される。基板１０に実装すべき導電性ボールＢを所定の位置に配置して実装する準備を行うためにマスク１００を使用する。基板１０に導電性ボールＢを実装しようとする位置と対応する位置のマスク本体１１０に取付凹部１１１が形成される。マスク１００の取付凹部１１１に２つ以上の導電性ボールＢが装着されることを防止するために、取付凹部１１１の深さは、導電性ボールＢの直径と略同じかそれより少し大きい。取付凹部１１１の内径Ｄ２は、導電性ボールＢの外径Ｄ１よりも大きい。取付凹部１１１の内径Ｄ２は、導電性ボールＢの外径Ｄ１の２倍よりは小さい方がよい。それぞれの取付凹部１１１の内側には、マスク本体１１０を貫通するように貫通孔１１２が形成される。図２に示すように、貫通孔１１２の内径Ｄ３は、導電性ボールＢの外径Ｄ１よりも小さい。これにより、導電性ボールＢは、取付凹部１１１に挿入されるが、貫通孔１１２を通過せず、貫通孔１１２に掛かって位置が決定される。

このような構造のマスク１００が設けられると、そのマスク１００を水平に配置して固定する（（ａ）ステップ）。

このような状態でマスク１００の上側に静電チャック２００を配置する（（ｂ）ステップ）。静電チャック２００は、マスク１００の上面に接触するように配置することが良い。

次に、図１に示すように、マスク１００の下側にボール供給モジュール３００を配置する（（ｃ）ステップ）。ボール供給モジュール３００は、容器状に形成され、多数の導電性ボールＢが収容される。このようなボール供給モジュール３００は、マスク１００に近接するように配置されることが良い。

このような状態で静電チャック２００を作動させて静電気力を発生させると、ボール供給モジュール３００に収容された導電性ボールＢが静電気力によって上昇してマスク１００の取付凹部１１１に装着される（（ｄ）ステップ）。

このとき、ボール供給モジュール３００に収容された導電性ボールＢが取付凹部１１１に装着されるのを助けるように加振器４００を使用することができる。ボール供給モジュール３００に設置された加振器４００を作動させてボール供給モジュール３００に振動を加えると、ボール供給モジュール３００に収容された導電性ボールＢが四方に跳ね返る（（ｇ）ステップ）。このような加振器４００の作動によって、導電性ボールＢがマスク１００の取付凹部１１１に近い領域内に近接する確率が高くなる。このとき、静電チャック２００の静電気力が、導電性ボールＢを取付凹部１１１へ誘導する引力として作用して、導電性ボールＢを取付凹部１１１に収容させる。

このような静電気力が効果的に作用するように、静電チャック２００は、マスク１００の上面に接触するように配置されることが良い。この場合、マスク１００の貫通孔１１２を介して静電チャック２００の下面が露出する。導電性ボールＢは、貫通孔１１２を介して静電チャック２００に接触しながら十分な静電気力で取付凹部１１１に収容される。金属材質のマスク１００は、静電チャック２００によって容易に帯電しないが、帯電した静電チャック２００が貫通孔１１２を介して露出するので、導電性ボールＢは容易に取付凹部１１１に収容される。取付凹部１１１に収容された導電性ボールＢが抜けたり落ちたりすることなく、取付凹部１１１に装着された状態を維持するように、貫通孔１１２の深さｔは、図２に示すように導電性ボールＢが静電チャック２００に接触できる程度に形成されるのがよい。このような貫通孔１１２の深さｔは、導電性ボールＢの外径Ｄ１と貫通孔１１２の内径Ｄ３によって決定される。

一方、静電チャック２００の静電気力の強さは、制御部によって適切な程度の強さとなるように調整される（（ｉ）ステップ）。静電チャック２００の静電気力が強すぎると、２つ以上の導電性ボールＢが取付凹部１１１とその周辺に付着している可能性がある。静電チャック２００の静電気力が弱すぎると、取付凹部１１１に収容された導電性ボールＢが維持されず離れるおそれがある。したがって、静電チャック２００の静電気力の強さは、取付凹部１１１ごとにそれぞれ１つの導電性ボールＢが確実に収容されて付いている程度に調節される。このような程度に静電チャック２００の作動が調節されると、取付凹部１１１ではない位置のマスク１００の下面に導電性ボールＢが付いている可能性もなくなる。

ボール供給モジュール３００に振動を加える加振器４００の構成は、振動を発生させることが可能な構成であれば、様々な形態の加振器４００が使用できる。

マスク１００の下面とボール供給モジュール３００との間の空間が密閉状態となるようにして圧縮空気を吹き込む方式の加振器４００を使用することも可能である。同様に、マスク１００の下面とボール供給モジュール３００との間の空間が密閉状態となるようにして、回転ローター又はファン（ｆａｎ）などの構成を適切な速度で回転させることにより、導電性ボールＢが取付凹部１１１に近接する確率を上げることも可能である。

場合によっては、カメラ又は他の検査装置を用いてマスク１００の全ての取付凹部１１１に導電性ボールＢが装着されているか否かを検査するステップを行うことができる。一部の取付凹部１１１に導電性ボールＢが装着されていない場合には、（ｄ）ステップ及び（ｇ）ステップを再度行って、空いている取付凹部１１１に導電性ボールＢを装着する。

（ｄ）ステップを完了してマスク１００の取付凹部１１１に導電性ボールＢが装着されると、図３に示すように、フラックスが塗布された基板１０を設け、マスク１００と基板１０のうちの少なくとも一つを移送して前記マスク１００の下側に前記基板１０を配置させる（（ｅ）ステップ）。

マスク移送ユニット５１０によってマスク１００を移送して基板１０の上側に配置することもでき、基板移送ユニット５２０によって基板１０を移送してマスク１００の下側に配置することもできる。（ｅ）ステップを行う機械的構成は、様々な方式で構成できる。図１は、基板１０を設けた状態でマスク１００と静電チャック２００を基板１０の上側へ移送する場合を示す。マスク１００を移送する場合には、静電チャック２００とマスク１００とが密着した状態で一緒に移送して、静電チャック２００の静電気力によって導電性ボールＢが取付凹部１１１に装着された状態が維持されるようにする。

マスク１００と基板１０との位置と方向を整列した状態で、静電チャック２００をオフ（ｏｆｆ）にして静電気力を除去すると、取付凹部１１１に収容された導電性ボールＢが基板１０上に落ちる（（ｈ）ステップ）。基板１０には、導電性ボールＢを付着させるためのフラックスがパッド１１に塗布されているので、導電性ボールＢは、フラックス上に落ちながらフラックスの粘性によって仮接着された状態となる。

静電チャック２００の静電気力を除去しても、マスク１００に残っている残留電荷により、一部の導電性ボールＢは、下側に落下することなく、取付凹部１１１に収容された状態で維持されることもできる。特に、１００μｍ以下の小さいサイズの導電性ボールＢを使用する場合、このような現象が発生する可能性が高くなる。マスク１００を接地するなどの方法で、マスク１００に残っている電荷を除去することもできるが、導電性ボールＢが非常に小さくて軽い場合には、一部の導電性ボールＢが落下せず取付凹部１１１に付いていることもある。

本発明は、このようにマスク１００の取付凹部１１１に収容された導電性ボールＢを基板１０に落とすために、静電チャック２００とマスク１００との間隔を増加させる（（ｆ）ステップ）。

マスク１００と静電チャック２００との間に設置された分離部材５３０を用いて静電チャック２００とマスク１００との間隔を増加させる方法で導電性ボールＢの落下を誘導する。マスク１００と静電チャック２００との間隔を増加させると、静電チャック２００に残っている可能性のある電荷又は静電気力の影響を減少させ、導電性ボールＢの自重の影響を増加させることにより、導電性ボールＢが下側の基板１０に容易に落下する。このとき、マスク１００の貫通孔１１２の内径Ｄ３が導電性ボールＢの外径Ｄ１よりも小さいので、導電性ボールＢは、貫通孔１１２に掛かって静電チャック２００から分離される。このように貫通孔１１２及び取付凹部１１１を備える構造のマスク１００を使用することにより、静電チャック２００による導電性ボールＢの付着と分離を効果的に行うことができるという利点がある。また、本発明は、非常に小さくて軽い導電性ボールＢを使用する場合でも、導電性ボールＢを容易に取付凹部１１１に装着し、必要な場合には非常に簡単に導電性ボールＢを落下させることができるという利点がある。

静電チャック２００とマスク１００との間隔を増加させるために、２つの方法が使用できる。静電チャックを固定した状態でマスクを下降させることもでき、逆に、マスク１００を固定した状態で静電チャック２００を上昇させることもできる。

本実施形態の場合、図４に示すように、マスク１００を固定し、静電チャック２００を上昇させる方法で、マスク１００と静電チャック２００との間隔を増加させる。

基板１０に仮接着された導電性ボールＢは、追って基板１０と共にリフローで加熱されて基板１０に接着される。

以上、本発明について好ましい例を挙げて説明したが、本発明の範囲は、前述及び図示した形態に限定されるものではない。

例えば、導電性ボールＢを落下させる（ｆ）ステップは、静電チャック２００をオフにした状態で行うと説明したが、場合によっては、静電チャック２００の静電気力を維持した状態で（ｆ）ステップを行うことも可能である。静電気力が作用しない距離まで静電チャック２００とマスク１００との間隔を増加させると、静電チャック２００がオン（ｏｎ）状態であっても導電性ボールＢを落下させることが可能である。

また、貫通孔１１２の深さｔは、導電性ボールＢが静電チャック２００に接触できる程度であると前述したが、貫通孔１１２の深さｔをこれより大きくすることも可能である。この場合、導電性ボールＢは、貫通孔１１２に掛かるが、静電チャック２００には接触しない。

Claims (8)

1. （ａ）平板状のマスク本体と、導電性ボールが装着されるように前記マスク本体の下面に形成される多数の取付凹部と、前記取付凹部の内側に前記マスク本体を貫通するように形成される貫通孔を有するマスクを設けて水平に配置するステップと、
   （ｂ）前記マスクの上側に静電チャックを配置するステップと、
   （ｃ）前記マスクの下側に多数の導電性ボールが収容されるボール供給モジュールを配置するステップと、
   （ｄ）前記静電チャックを作動させ、静電気力によって、前記ボール供給モジュールに収容された導電性ボールを前記マスクのそれぞれの取付凹部に装着するステップと、
   （ｅ）フラックスが塗布された基板を設け、前記マスクと基板のうちの少なくとも一つを移送して前記マスクの下側に前記基板を配置させるステップと、
   （ｆ）前記静電チャックとマスクとの間隔を増加させて、前記マスクの取付凹部に装着された前記導電性ボールを前記基板上に落として前記基板に搭載するステップと、を含む、静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
2. （ｇ）前記（ｄ）ステップを行うとき、前記ボール供給モジュールに収容された導電性ボールが前記取付凹部に装着されやすいように加振器で前記ボール供給モジュールに振動を加えるステップをさらに含む、請求項１に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
3. （ｈ）前記（ｆ）ステップを行うとき、前記静電チャックをオフ（ｏｆｆ）にして静電気力を除去するステップをさらに含む、請求項１又は２に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
4. 前記（ｂ）ステップは、前記マスクの上面に前記静電チャックの下面が接触するように前記静電チャックを配置する、請求項３に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
5. 前記（ａ）ステップは、前記貫通孔の内径が導電性ボールの外径より小さく、前記貫通孔の深さは前記導電性ボールが前記静電チャックに接触できる深さである前記マスクを用いて行う、請求項４に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
6. （ｉ）前記ステップ（ｄ）で、前記マスクの取付凹部ごとにそれぞれ１つの導電性ボールが装着される程度の静電気力が前記静電チャックに発生するように前記静電チャックの静電気力を調節するステップをさらに含む、請求項３に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
7. 前記（ｆ）ステップは、前記静電チャックを固定した状態で前記マスクを下降させる方法で行う、請求項３に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。
8. 前記（ｆ）ステップは、前記マスクを固定した状態で前記静電チャックを上昇させる方法で行う、請求項３に記載の静電チャックを用いる導電性ボール搭載方法。

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