JP3058141B2 - 半導体素子搭載方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、半導体素子と接続回路
用基板とを半田ボールにより接続する半導体素子搭載方
法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては、例えば、特開平４
−１３７５４０号公報に記載されているような半導体素
子搭載方法、あるいは特願平４−２２４１３１号公報に
記載されているような半導体素子搭載装置が知られてい
る。

【０００３】従来の半導体素子搭載方法ついて図面を参
照して説明する。図６は、従来の半導体素子搭載装置の
一例を示す断面図である。この図６に示す半導体素子搭
載装置は、半導体素子４１を吸着孔５６により吸着保持
する搭載コレット５９と、半導体素子４１の電極４３，
４３上に形成された半田バンプ５８，５８をフェイスダ
ウン方式により、接続回路用基板４４の配線部４５，４
５にあらかじめ形成され半田バンプ５８，５８と電気的
に接続される半田ボール４６，４６上に仮置き搭載後、
搭載コレット５９を上昇待避させるためのＺ軸駆動部４
７と、真空源５２と、各種動作を制御する制御部５３
と、半導体素子４１と接続用回路基仮４４を位置合わせ
するＸＹθステージ５４と、半田ボール４６，４６およ
び半田バンプ５８，５８を加熱溶融しセルフアライメン
ト効果により接続するホットプレート５５とにより構成
される。

【０００４】次に、上記図６に示す従来の半導体素子搭
載装置を用いた搭載動作を図面を参照して説明する。図
７に示すように、搭載コレット５９に半導体素子４１の
裏面を吸着孔５６により真空源５２で真空吸着固定し、
接続回路用基板４４の半田ボール４６，４６と半導体素
子４１の電極４３，４３上の半田バンプ５８，５８とを
ＸＹθステージ５４により位置合わせ後、図８に示すよ
うにＺ軸駆動部４７により下降させ、半導体素子４１の
解放地点、すなわち半田ボール４６，４６と半田バンプ
５８，５８とが接触した位置に到達後、図９に示すよう
に真空吸着を解放し、Ｚ軸駆動部４７を上昇させ、半導
体素子４１の搭載が完了する。その後、図１０に示すよ
うにホットプレート５５の加熱により半田溶融し、セル
フアライメント効果による電気的な接続が完了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図６ないし図１０に示す従来の半導体素子搭載装置に
よる搭載方法では、接続回路用基板４４の配線部４５，
４５の半田ボール４６，４６上に、半導体素子４１の電
極４３，４３に形成された半田バンプ５８，５８を接触
し、半導体素子４１をフェースタウンさせて接続回路用
基板４４上に搭載する際、セルフアライメント接続前に
は仮置きしているだけなので、半導体素子４１の搭載後
に半導体素子４１を吸着固定する搭載コレット５９の解
放時に、搭載コレット５９の半導体素子４１との吸着面
と半導体素子４１との間の静電気、あるいは不純物など
により生じた粘着カにより、搭載コレット５９の待避時
に半導体素子４１が動き、電極４３，４３上の半田バン
プ５８，５８と、接続回路用基板４４の配線部４５，４
５に形成された半田ボール４６，４６との間に位置ずれ
が生じ、半導体素子４１、特に高精度な光紬合わせが必
要な光受光半導体素子と接続回路用基板４４とのセルフ
アライメント接合ができないという問題がある。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、セルフアライメント効果による高精度の結合が得ら
れる半導体素子搭載方法およびその装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために以下に掲げる構成とした。

【０００８】請求項１記載の発明の要旨は、半導体素子
を所定場所に位置決め・搭載する半導体素子搭載方法に
おいて、前記半導体素子を前記所定場所に位置決め・搭
載した後、前記半導体素子を押さえておくことにより、
前記半導体素子がずれるのを防止することを特徴とする
半導体素子搭載方法に存する。

【０００９】請求項２記載の発明の要旨は、表面に半田
バンプが形成された電極を有した半導体素子と、表面に
半田ボールが形成された配線部を有した接続回路用基板
とを、前記半田バンプおよび前記半田ボールが接触した
状態で保持し、前記半田バンプおよび前記半田ボールを
加熱により溶融させて前記電極および配線部を接続する
半導体素子搭載方法において、前記半導体素子および前
記接続回路用基板の対向して保持した状態を解除する際
に前記半導体素子を押圧することにより前記半導体素子
がずれるのを防止することを特徴とした半導体素子搭載
方法に存する。

【００１０】請求項３記載の発明の要旨は、前記半導体
素子を吸着して搭載することを特徴とした請求項１又は
２記載の半導体素子搭載方法に存する。

【００１１】請求項４記載の発明の要旨は、前記半導体
素子を針状部材の先端により前記半導体を押さえること
を特徴とした請求項１，２又は３記載の半導体素子搭載
方法に存する。

【００１２】請求項５記載の発明の要旨は、半導体素子
を所定場所に位置決め・搭載する半導体素子搭載装置に
おいて、前記半導体素子を前記所定場所まで移動させ、
搭載する移動手段と、該移動手段により移動された前記
半導体素子の位置決めをする位置決め手段と、前記移動
手段が前記半導体素子から離れる際に、この半導体素子
を押さえ押圧手段とを備えたことを特徴とする半導体素
子搭載装置に存する。

【００１３】請求項６記載の発明の要旨は、表面に半田
バンプが形成された電極を有した半導体素子を保持する
素子保持部と、表面に半田ボールが形成された配線部を
有した接続回路用基板を前記半田バンプに前記半田ボー
ルを対向させて保持する基板保持部と、前記素子保持部
または前記基板保持部を対向方向に沿って相対移動さ
せ、前記半導体素子および前記接続回路用基板を前記半
田バンプおよび前記半田ボールが接触した状態に対向し
て保持する移動手段と、前記半田バンプおよび前記半田
ボールを加熱溶融させる加熱手段と、前記半導体素子お
よび前記接続回路用基板の対向して保持した状態を解除
する際に、前記半導体素子または前記接続回路用基板を
対向方向に沿って押圧する押圧手段とを具備したことを
特徴とする半導体素子搭載装置に存する。

【００１４】請求項７記載の発明の要旨は、表面に半田
ボールが形成された配線部を有した接続回路用基板を載
置する基板保持部と、この基板保持部の上方に表面に半
田バンプが形成された電極を有した半導体素子を着脱可
能に保持しこの半導体素子を前記半田バンプが前記半田
ボールに接触する状態に下方に向けて移動可能な素子保
持部と、接触した状態の前記半田バンプおよび前記半田
ボールを加熱溶融させる加熱手段と、

【００１５】前記半導体素子を前記接続回路用基板に対
向して保持した状態を解除する際に、前記半導体素子を
前記接続回路用基板に向けて押圧する押圧手段とを具備
したことを特徴とする半導体素子搭載装置に存する。

【００１６】請求項８記載の発明の要旨は、請求項６記
載の移動手段又は請求項７記載の素子保持部は、前記半
導体素子を吸着可能な吸着手段を有することを特徴とし
た請求項６又は７記載の半導体素子搭載装置に存する。

【００１７】請求項９記載の発明の要旨は、前記押圧手
段は、先端が針状のピンを備えたことを特徴とする請求
項６，７又は８記載の半導体素子搭載装置に存する。

【００１８】請求項１０記載の発明の要旨は、前記押圧
手段は、先端が針状のピンと、ピンの上端側の基端部
に、一端が接続され、回動自在に軸支された長手状のピ
ンアームと、該ピンアームの他端側に設けられた、前記
ピンアームを回動させて前記ピンを下方に押圧させるピ
ン押下手段と、該ピン押下手段に設けられた、前記ピン
を押圧方向である下方へ移動、及び押圧の解除である上
方へ移動させる動作を切り替える動作切替手段とを備え
たことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の
半導体素子搭載装置に存する。

【００１９】請求項１１記載の発明の要旨は、請求項６
記載の移動手段又は請求項７記載の素子保持部には、前
記ピンが挿通可能なスルーホールが設けられていること
を特徴とした請求項６乃至１０のいずれかに記載の半導
体素子搭載装置

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態を図
面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態
の半導体素子搭載装置を示す断面図である。図１におい
て、半導体素子搭載装置は、あらかじめ半田ボール６が
表面にそれぞれ形成された複数の配線部５，５を一面に
有した略平板状の接続回路用基板４を、一面側を上方に
向けて載置し保持する基板保持部を備えている。また、
半導体素子搭載装置は、基板保持部の上方に位置してあ
らかじめ半田バンプ１８が表面にそれぞれ形成された複
数の電極３，３を一面に有した略平板状の半導体素子１
を、一面側を下方に向けて吸着して保持する素子保持部
としての搭載アーム２が設けられている。

【００２１】そして、基板保持部は、載置保持した接続
回路用基板４と搭載アーム２に保持された半導体素子１
とを位置合わせするＸＹθステージ１４および半田ボー
ル６および半田バンプ１８を加熱して溶融させる加熱手
段としてのホットプレート１５を備えている。

【００２２】一方、搭載アーム２には、下方に向けて開
口し真空ポンプなどの真空源１２に連通する吸着孔１６
が設けられ、この吸着孔１６を介して真空源１２の駆動
により半導体素子１が吸着により保持される。また、搭
載アーム２には、吸着により保持した半導体素子１の半
田バンプ１８，１８を基板保持部に載置して保持した接
続回路用基板４の半田ボール６，６に接触させて仮置き
搭載させる位置と、上昇待避させる位置とにこの搭載ア
ーム２を上下動させる移動手段としてのＺ軸駆動部７が
接続されている。

【００２３】さらに、搭載アーム２には吸着孔１６に連
通しない通孔であるスルーホール１７が穿設され、この
スルーホール１７には先端が針状のピン８が先端を下方
に向けて嵌挿自在に配設されている。そして、ピン８の
上端側の基端部には回動自在に軸支された長手状のピン
アーム９の一端が接続され、このピンアーム９の他端側
にはこのピンアーム９を空圧などにて回動させてピン８
を下方に押圧させるＶＣＭ１０が配設されている。さら
に、ＶＣＭ１０（ピン押下手段）には、ピン８を押圧で
ある下方へ移動および押圧の解除である上方へ移動させ
る動作を切り替える動作切替手段としてのソレノイド１
１が設けられている。そして、これらピン８、ピンアー
ム９、ＶＣＭ１０およびソレノイド１１にて押圧手段が
構成される。

【００２４】また、半導体素子搭載装置には、ＸＹθス
テージ１４、ホットプレート１５、Ｚ軸駆動部７、真空
源１２、ＶＣＭ１０およびソレノイド１１の動作を制御
する制御部１３が設けられている。

【００２５】次に、上記半導体素子搭載装置を用いた搭
載動作を図面を参照して説明する。図２は本発明の実施
の一形態の半導体素子搭載装置の動作工程を示す半導体
素子を吸着保持した状況を説明する説明図、図３は同上
半導体素子搭載装置の動作工程を示す半田バンプおよび
半田ボールを接触させた状況を説明する説明図、図４は
同上半導体素子搭載装置の動作工程を示すピンにて押圧
して半導体素子の吸着保持を解除した状況を説明する説
明図、図５は同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す
接続回路用基板に半導体素子を搭載した状況を説明する
説明図である。

【００２６】まず、基板保持部に接続回路用基板４を載
置固定する。また、真空源１２を駆動させ、図２に示す
ように、搭載アーム２に半導体素子１の電極３，３が設
けられていない側である裏面を吸着孔１６により真空吸
着固定する。次に、接続回路用基板４の半田ボール６，
６と半導体素子１の電極３，３上の半田バンプ１８，１
８とをＸＹθステージ１４により位置合わせした後、図
３に示すように、Ｚ軸駆動部７により搭載アーム２を下
降させる。そして、半導体素子１の解放地点、すなわち
半田ボール６，６と半田バンプ１８，１８が接触した位
置に半導体素子１が到達した後、ソレノイド１１を解放
させ、ピンアーム９をフリーにし、ＶＣＭ１０により制
御された荷重によりピン８を半導体素子１の裏面に押圧
させる。この押圧後、図４に示すように、半導体素子１
の真空吸着を解放し、Ｚ軸駆動部７を上昇させ、ピン８
の先端を半導体素子１の裏面から離し、半導体素子１の
搭載が完了する。この後、図５に示すように、ホットプ
レート１５の加熱により半田溶融を行い、セルフアライ
メント効果による電気的接続が完了する。

【００２７】なお、上記実施の形態において、搭載アー
ム２に半導体素子１を吸着保持し、ＸＹθステージ１４
側である基板保持部に接続回路用基板４を載置保持して
説明したが、例えば搭載アーム２に接続回路用基板４を
吸着保持し、ＸＹθステージ１４側である基板保持部に
半導体素子１を載置保持してもよい。

【００２８】また、押圧手段として、ピン８、ピンアー
ム９、ＶＣＭ１０およびソレノイド１１にて構成して説
明したが、半導体素子１および接続回路用基板４を対向
して保持した状態を解除する際に半導体素子１または接
続回路用基板４を対向方向に沿って押圧するいずれの構
成でもできる。

【００２９】さらに、押圧手段として、先端が針状のピ
ン８を設けて説明したが、先端が針状のものに限らず、
例えば柱状、筒状などいずれの形状のものでもよく、ま
たピン８は１本に限らず複数本設けてもよい。なお、押
圧した際に接触する面積が小さい形状が好ましい。ま
た、ピンを複数設けた場合には、例えば半導体素子１の
裏面を略均等に対向方向に沿って押圧できる。

【００３０】そして、半導体素子１を吸着した搭載アー
ム２を下降して半田ボール６と半田バンプ１８が接触し
た状態に対向させて説明したが、例えば搭載アーム２側
は移動せず、接続回路用基板４を載置するＸＹθステー
ジ１４側である基板保持部側を上昇させて半田ボール６
と半田バンプ１８が接触した状態に対向させたり、搭載
アーム２およびＸＹθステージ１４側の双方をそれぞれ
半導体素子１および接続回路用基板４の対向方向に相対
的に移動させるなどしてもよい。

【００３１】また、光受光素子のみならず、本発明を実
施する上で好適な半導体の搭載に用いることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、半導体素子の半田バンプおよ
び接続回路用基板の半田ボールが接触した状態に半導体
素子および接続回路用基板を対向して保持した状態を解
除する際に、半導体素子または接続回路用基板を押圧手
段にて押圧するため、例えば半導体素子を接続回路用基
板に搭載した後に、半導体素子に付着した不純物により
半導体素子を保持する部材と半導体素子との間に生じる
粘着力や静電気などにより半導体素子が移動するなど、
半導体素子と接続回路用基板との位置ずれを防止でき、
半導体素子の半田バンプと接続回路用基板の半田ボール
とがセルフアライメント効果により高精度に接合でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子搭載装置の実施の一形態を
示す断面図である。

【図２】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す半導
体素子を吸着保持した状況を説明する説明図である。

【図３】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す半田
バンプおよび半田ボールを接触させた状況を説明する説
明図である。

【図４】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示すピン
にて押圧して半導体素子の吸着保持を解除した状況を説
明する説明図である。

【図５】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す接続
回路用基板に半導体素子を搭載した状況を説明する説明
図である。

【図６】従来例の半導体素子搭載装置を示す断面図であ
る。

【図７】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す接続
回路用基板に半導体素子を搭載した状況を説明する説明
図である。

【図８】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す半田
バンプおよび半田ボールを接触させた状況を説明する説
明図である。

【図９】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示すピン
にて押圧して半導体素子の吸着保持を解除した状況を説
明する説明図である。

【図１０】同上半導体素子搭載装置の動作工程を示す接
続回路用基板に半導体素子を搭載した状況を説明する説
明図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ 搭載アーム ３ 電極 ４ 接続回路用基板 ５ 配線部 ６ 半田ボール ７ Ｚ軸駆動部 ８ ピン ９ ピンアーム １０ ＶＣＭ（ピン押下手段） １１ ソレノイド １２ 真空源 １３ 制御部 １４ ＸＹθステージ １５ ホットプレート １６ 吸着孔 １７ スルーホール １８ 半田バンプ ４１ 半導体素子 ４３ 電極 ４４ 接続回路用基板 ４５ 配線部 ４６ 半田ボール ４７ Ｚ軸駆動部 ５２ 真空源 ５３ 制御部 ５４ ＸＹθステージ ５５ ホットプレート ５６ 吸着孔 ５８ 半田バンプ ５９ 搭載コレット

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を所定場所に位置決め・搭載
   する半導体素子搭載方法において、 前記半導体素子を前記所定場所に位置決め・搭載した
   後、前記半導体素子を押さえておくことにより、前記半
   導体素子がずれるのを防止することを特徴とする半導体
   素子搭載方法。
2. 【請求項２】 表面に半田バンプが形成された電極を有
   した半導体素子と、表面に半田ボールが形成された配線
   部を有した接続回路用基板とを、前記半田バンプおよび
   前記半田ボールが接触した状態で保持し、前記半田バン
   プおよび前記半田ボールを加熱により溶融させて前記電
   極および配線部を接続する半導体素子搭載方法におい
   て、 前記半導体素子および前記接続回路用基板の対向して保
   持した状態を解除する際に前記半導体素子を押圧するこ
   とにより前記半導体素子がずれるのを防止することを特
   徴とした半導体素子搭載方法。
3. 【請求項３】 前記半導体素子を吸着して搭載すること
   を特徴とした請求項１又は２記載の半導体素子搭載方
   法。
4. 【請求項４】 前記半導体素子を針状部材の先端により
   前記半導体を押さえることを特徴とした請求項１，２又
   は３記載の半導体素子搭載方法。
5. 【請求項５】 半導体素子を所定場所に位置決め・搭載
   する半導体素子搭載装置において、 前記半導体素子を前記所定場所まで移動させ、搭載する
   移動手段と、 該移動手段により移動された前記半導体素子の位置決め
   をする位置決め手段と、 前記移動手段が前記半導体素子から離れる際に、この半
   導体素子を押さえ押圧手段とを備えたことを特徴とする
   半導体素子搭載装置。
6. 【請求項６】 表面に半田バンプが形成された電極を有
   した半導体素子を保持する素子保持部と、 表面に半田ボールが形成された配線部を有した接続回路
   用基板を前記半田バンプに前記半田ボールを対向させて
   保持する基板保持部と、 前記素子保持部または前記基板保持部を対向方向に沿っ
   て相対移動させ、前記半導体素子および前記接続回路用
   基板を前記半田バンプおよび前記半田ボールが接触した
   状態に対向して保持する移動手段と、 前記半田バンプおよび前記半田ボールを加熱溶融させる
   加熱手段と、 前記半導体素子および前記接続回路用基板の対向して保
   持した状態を解除する際に、前記半導体素子または前記
   接続回路用基板を対向方向に沿って押圧する押圧手段と
   を具備したことを特徴とする半導体素子搭載装置。
7. 【請求項７】 表面に半田ボールが形成された配線部を
   有した接続回路用基板を載置する基板保持部と、 この基板保持部の上方に表面に半田バンプが形成された
   電極を有した半導体素子を着脱可能に保持しこの半導体
   素子を前記半田バンプが前記半田ボールに接触する状態
   に下方に向けて移動可能な素子保持部と、 接触した状態の前記半田バンプおよび前記半田ボールを
   加熱溶融させる加熱手段と、 前記半導体素子を前記接続回路用基板に対向して保持し
   た状態を解除する際に、前記半導体素子を前記接続回路
   用基板に向けて押圧する押圧手段とを具備したことを特
   徴とする半導体素子搭載装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の移動手段又は請求項７記
   載の素子保持部は、前記半導体素子を吸着可能な吸着手
   段を有することを特徴とした請求項６又は７記載の半導
   体素子搭載装置。
9. 【請求項９】 前記押圧手段は、先端が針状のピンを備
   えたことを特徴とする請求項６，７又は８記載の半導体
   素子搭載装置。
10. 【請求項１０】 前記押圧手段は、先端が針状のピン
    と、 ピンの上端側の基端部に、一端が接続され、回動自在に
    軸支された長手状のピンアームと、 該ピンアームの他端側に設けられた、前記ピンアームを
    回動させて前記ピンを下方に押圧させるピン押下手段
    と、 該ピン押下手段に設けられた、前記ピンを押圧方向であ
    る下方へ移動、及び押圧の解除である上方へ移動させる
    動作を切り替える動作切替手段とを備えたことを特徴と
    する請求項６乃至９のいずれかに記載の半導体素子搭載
    装置。
11. 【請求項１１】 請求項６記載の移動手段又は請求項７
    記載の素子保持部には、前記ピンが挿通可能なスルーホ
    ールが設けられていることを特徴とした請求項６乃至１
    ０のいずれかに記載の半導体素子搭載装置