JP3165075B2 - ソケット式バンプ・グリッド・アレイの作製方法および作製装置 - Google Patents
ソケット式バンプ・グリッド・アレイの作製方法および作製装置Info
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- H05K2203/0548—Masks
- H05K2203/0557—Non-printed masks
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ある電子
部品を別の電子部品に電気接続する技術に関し、より詳
細には、接続する電子部品のソケットに差し込むことが
できる成型はんだ被覆金属球を部品の一方に取り付けた
ソケット式(ソケット差し込み可能な)バンプ・グリッ
ド・アレイを提供する技術に関する。
部品を別の電子部品に電気接続する技術に関し、より詳
細には、接続する電子部品のソケットに差し込むことが
できる成型はんだ被覆金属球を部品の一方に取り付けた
ソケット式(ソケット差し込み可能な)バンプ・グリッ
ド・アレイを提供する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路チップなどの電子部品をカー
ド、ボードなどの基板、別のチップまたは任意の他の電
子部品に電気接続する電子パッケージを形成する技術
は、当技術分野において周知である。表面実装技術(S
MT)は、特にハイエンド・コンピュータにおいて、電
子デバイスを接合する好ましい手段として受け入れられ
ている。セラミック・モジュールの裏側に取り付けたピ
ンをボードの穴に押し込む従来のピン接続方法と比べ
て、SMTを利用すると同じボード面積に2倍の数のモ
ジュールを配置することができる。
ド、ボードなどの基板、別のチップまたは任意の他の電
子部品に電気接続する電子パッケージを形成する技術
は、当技術分野において周知である。表面実装技術(S
MT)は、特にハイエンド・コンピュータにおいて、電
子デバイスを接合する好ましい手段として受け入れられ
ている。セラミック・モジュールの裏側に取り付けたピ
ンをボードの穴に押し込む従来のピン接続方法と比べ
て、SMTを利用すると同じボード面積に2倍の数のモ
ジュールを配置することができる。
【0003】ある電子構造を別の電子構造に表面実装す
るために、無数のはんだ構造が提案されてきた。代表的
な表面実装の方法は、第1の電子構造または基板の表面
に露出した導電性で一般に金属製のパッド上に、はんだ
ペーストをスクリーン印刷することによって、はんだ構
造を形成する。接触マスクをパッドと位置合せするため
に、スクリーン印刷を使用する。次いで、基板上のスク
リーン印刷されたはんだペーストの領域を、接続する電
子構造またはボード上の対応するパッドに位置合せす
る。位置合せ後、基板とボードをリフロー工程にかけて
はんだペーストを溶融させ、基板とボード上の対応する
パッドの間にはんだボンドを作成させる。
るために、無数のはんだ構造が提案されてきた。代表的
な表面実装の方法は、第1の電子構造または基板の表面
に露出した導電性で一般に金属製のパッド上に、はんだ
ペーストをスクリーン印刷することによって、はんだ構
造を形成する。接触マスクをパッドと位置合せするため
に、スクリーン印刷を使用する。次いで、基板上のスク
リーン印刷されたはんだペーストの領域を、接続する電
子構造またはボード上の対応するパッドに位置合せす
る。位置合せ後、基板とボードをリフロー工程にかけて
はんだペーストを溶融させ、基板とボード上の対応する
パッドの間にはんだボンドを作成させる。
【0004】他の既知の表面実装技術は、はんだペース
トではなくはんだボールを利用して、はんだ接続構造を
提供する。はんだボールを使用することにより、スクリ
ーン印刷よりも正確にやや大量のはんだを付着させるこ
とができる。はんだボールを、基板に位置合せして保持
し、溶融して、基板の導電性パッド上にはんだ接合を形
成させる。前と同じように、新しくはんだボールを接合
した基板を、接続するボードと位置合せし、次いでハン
ダボールをリフローさせて、基板とボードの間にはんだ
結合を形成させる。はんだボール・コネクタは、本発明
の譲受人に譲渡されたミラー(Miller)による米
国特許第3401126号および第3429042号で
この方法と構造が最初に記載され特許が取得されて以
来、いわゆるC−4(崩壊制御チップ接続:controlled
collapse chip connection)技術を使用する集積回路
チップの取り付けに利用されてきた。
トではなくはんだボールを利用して、はんだ接続構造を
提供する。はんだボールを使用することにより、スクリ
ーン印刷よりも正確にやや大量のはんだを付着させるこ
とができる。はんだボールを、基板に位置合せして保持
し、溶融して、基板の導電性パッド上にはんだ接合を形
成させる。前と同じように、新しくはんだボールを接合
した基板を、接続するボードと位置合せし、次いでハン
ダボールをリフローさせて、基板とボードの間にはんだ
結合を形成させる。はんだボール・コネクタは、本発明
の譲受人に譲渡されたミラー(Miller)による米
国特許第3401126号および第3429042号で
この方法と構造が最初に記載され特許が取得されて以
来、いわゆるC−4(崩壊制御チップ接続:controlled
collapse chip connection)技術を使用する集積回路
チップの取り付けに利用されてきた。
【0005】多層セラミック部品用のはんだボール・コ
ネクタ(SBC)技術は、低コストで低誘導の表面実装
相互接続用に設計されたが、現在第2レベルのソケット
には差し込むことができない。SBCは、特に、ソケッ
トが一般に、SBC上にある軟質はんだではなく、(ピ
ン上にあるような)硬質のはめ合い面を必要とするた
め、表面実装手順用に設計されている。
ネクタ(SBC)技術は、低コストで低誘導の表面実装
相互接続用に設計されたが、現在第2レベルのソケット
には差し込むことができない。SBCは、特に、ソケッ
トが一般に、SBC上にある軟質はんだではなく、(ピ
ン上にあるような)硬質のはめ合い面を必要とするた
め、表面実装手順用に設計されている。
【0006】しかし、SBCのソケット機能は2つの理
由で望ましい、その第1は、半導体デバイスのモジュー
ル・レベルのバーンインを提供することである。第2
は、ピン・グリッド・アレイ(PGA)と同様に現場ア
ップグレード可能なパッケージを提供することである。
SBC様の実装は、X−86型およびPower PC
型のマイクロプロセッサ用に考慮されており、プラグ接
続性の欠如が、この技術を利用する大きな障害になって
いる。
由で望ましい、その第1は、半導体デバイスのモジュー
ル・レベルのバーンインを提供することである。第2
は、ピン・グリッド・アレイ(PGA)と同様に現場ア
ップグレード可能なパッケージを提供することである。
SBC様の実装は、X−86型およびPower PC
型のマイクロプロセッサ用に考慮されており、プラグ接
続性の欠如が、この技術を利用する大きな障害になって
いる。
【0007】IBMテクニカル・デスクロージャ・ブル
テンAT−885−0235(1986年9月)におい
て、共晶はんだで囲まれた銅ボールの使用が、ボールが
スタンドオフとして機能する、多層セラミック(ML
C)構造をPC積層物に取り付けるための接合構造とし
て示されている。同様の概念が、トッタ(Totta)
とソファー(Sopher)の論文「SLT Device Metal
lurgy and Its Monolithic Extensions」 、IBM
JRD、Vol.13、No.3、226〜238ペー
ジ(1969年5月)に、SLT技術に関して述べられ
ている。どちらの技術でも、2つの別個の部品のはんだ
付けを使用する。日本国特許第7099385号は、は
んだの溶融によるはんだボール全体のつぶれを防ぐ製造
方法を記載し、予めはんだで被覆した金属球を使用して
接続端子間の隙間に簡単な接続構造を提供する。SBC
の基本的な構造および方法は、米国特許第506084
4号および第5118027号に記載されており、これ
らの特許を、参照により本発明に組み込む。
テンAT−885−0235(1986年9月)におい
て、共晶はんだで囲まれた銅ボールの使用が、ボールが
スタンドオフとして機能する、多層セラミック(ML
C)構造をPC積層物に取り付けるための接合構造とし
て示されている。同様の概念が、トッタ(Totta)
とソファー(Sopher)の論文「SLT Device Metal
lurgy and Its Monolithic Extensions」 、IBM
JRD、Vol.13、No.3、226〜238ペー
ジ(1969年5月)に、SLT技術に関して述べられ
ている。どちらの技術でも、2つの別個の部品のはんだ
付けを使用する。日本国特許第7099385号は、は
んだの溶融によるはんだボール全体のつぶれを防ぐ製造
方法を記載し、予めはんだで被覆した金属球を使用して
接続端子間の隙間に簡単な接続構造を提供する。SBC
の基本的な構造および方法は、米国特許第506084
4号および第5118027号に記載されており、これ
らの特許を、参照により本発明に組み込む。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点およ
び欠陥を念頭に置いた上で、本発明の目的は、はんだボ
ール・コネクタ技術を使って、電子部品を別の電子部品
に電気接続するための成型ソケット式バンプ・グリッド
・アレイを有する電子部品を作成することである。
び欠陥を念頭に置いた上で、本発明の目的は、はんだボ
ール・コネクタ技術を使って、電子部品を別の電子部品
に電気接続するための成型ソケット式バンプ・グリッド
・アレイを有する電子部品を作成することである。
【0009】本発明の他の目的は、電子部品上にソケッ
ト式バンプ・グリッド・アレイを作製する装置を提供す
ることである。
ト式バンプ・グリッド・アレイを作製する装置を提供す
ることである。
【0010】本発明の他の目的は、ソケット式はんだバ
ンプ・グリッド・アレイを作成する方法を提供すること
である。
ンプ・グリッド・アレイを作成する方法を提供すること
である。
【0011】本発明のその他の目的および利点は、以下
の説明から容易に明らかになるであろう。
の説明から容易に明らかになるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記その他の目的は、当
業者には明らかであり、本発明において達成される。本
発明は、第1の態様において、基板の表面上の複数の導
電性パッド上にバンプ・グリッド・アレイを作製する方
法であって、金属球よりも低い融点を有するはんだで被
覆した複数の金属球を提供する段階と、位置合せ装置が
上面と下面を有し、位置合せキャビティが前記基板上の
導電性パッドのパターンに対応するパターンで配置さ
れ、前記位置合せキャビティが、前記位置合せ装置の上
面の方がキャビティのサイズが大きいテーパ状側面を有
し、前記はんだ被覆金属球を前記位置合せキャビティ内
で位置決めしたときに前記はんだ被覆金属球の一部分が
前記位置合せ装置の上面よりも上に延びるように、キャ
ビティの前記テーパとその反対側端部の大きさが設定さ
れている、前記位置合せ装置内の複数の前記位置合せキ
ャビティ内に前記はんだ被覆金属球を位置決めする段階
と、各前記はんだ被覆金属球の少なくとも一部分が、前
記基板上の対応する導電性パッドに接触するように、導
電性パッドを有する基板を、前記位置決めした前記はん
だ被覆金属球と位置合せして配置する段階と、前記はん
だをリフローさせて、前記基板上の導電性パッドに前記
はんだ被覆金属球を結合させ、バンプを形成する段階と
を含み、各前記バンプの基部が、前記はんだによって前
記基板の対応する導電性パッドに接続され、バンプが前
記位置合せキャビティの前記テーパの形状に対応する形
状のはんだ被覆した壁を有し、各バンプの上部が、前記
金属球の形状に実質的に従う形状のはんだの被覆を有す
ることを特徴とする方法を対象とする。
業者には明らかであり、本発明において達成される。本
発明は、第1の態様において、基板の表面上の複数の導
電性パッド上にバンプ・グリッド・アレイを作製する方
法であって、金属球よりも低い融点を有するはんだで被
覆した複数の金属球を提供する段階と、位置合せ装置が
上面と下面を有し、位置合せキャビティが前記基板上の
導電性パッドのパターンに対応するパターンで配置さ
れ、前記位置合せキャビティが、前記位置合せ装置の上
面の方がキャビティのサイズが大きいテーパ状側面を有
し、前記はんだ被覆金属球を前記位置合せキャビティ内
で位置決めしたときに前記はんだ被覆金属球の一部分が
前記位置合せ装置の上面よりも上に延びるように、キャ
ビティの前記テーパとその反対側端部の大きさが設定さ
れている、前記位置合せ装置内の複数の前記位置合せキ
ャビティ内に前記はんだ被覆金属球を位置決めする段階
と、各前記はんだ被覆金属球の少なくとも一部分が、前
記基板上の対応する導電性パッドに接触するように、導
電性パッドを有する基板を、前記位置決めした前記はん
だ被覆金属球と位置合せして配置する段階と、前記はん
だをリフローさせて、前記基板上の導電性パッドに前記
はんだ被覆金属球を結合させ、バンプを形成する段階と
を含み、各前記バンプの基部が、前記はんだによって前
記基板の対応する導電性パッドに接続され、バンプが前
記位置合せキャビティの前記テーパの形状に対応する形
状のはんだ被覆した壁を有し、各バンプの上部が、前記
金属球の形状に実質的に従う形状のはんだの被覆を有す
ることを特徴とする方法を対象とする。
【0013】本発明のもう1つの態様においては、基板
の表面上の複数の導電性パッド上にバンプ・グリッド・
アレイを作製するための装置であって、上面と下面を有
し、複数のはんだ被覆金属球を前記基板上の導電性パッ
ドのパターンに対応するパターンで適切な場所に位置決
めし固定するための開口を有する位置合せ装置を備え、
前記位置合せ装置内の前記開口がテーパ状側面を有し、
前記開口の上部が前記はんだ被覆金属球の直径よりも大
きい直径を有し、前記テーパの底部が、前記はんだ被覆
金属球の直径よりも小さな直径を有し、前記開口が、前
記はんだ被覆金属球を前記開口内に位置決めしたときに
前記はんだ被覆金属球の一部分が前記位置合せ装置の上
面よりも上に延びるようなサイズであり、さらに、前記
対応する導電性パッドと前記はんだ被覆金属球とを接触
させるように前記基板を前記位置合せ装置に対して位置
決めする手段と、前記導電性パッドに前記はんだ被覆金
属球を結合させてバンプを形成するため、前記はんだを
リフローさせる手段とを備え、各バンプの基部がはんだ
によって導電性パッドに接続され、各バンプの壁が前記
テーパの形状に対応し、各バンプの上部が、前記金属球
の形状にほぼ従う形状を形成するはんだ被覆を有する、
装置が提供される。
の表面上の複数の導電性パッド上にバンプ・グリッド・
アレイを作製するための装置であって、上面と下面を有
し、複数のはんだ被覆金属球を前記基板上の導電性パッ
ドのパターンに対応するパターンで適切な場所に位置決
めし固定するための開口を有する位置合せ装置を備え、
前記位置合せ装置内の前記開口がテーパ状側面を有し、
前記開口の上部が前記はんだ被覆金属球の直径よりも大
きい直径を有し、前記テーパの底部が、前記はんだ被覆
金属球の直径よりも小さな直径を有し、前記開口が、前
記はんだ被覆金属球を前記開口内に位置決めしたときに
前記はんだ被覆金属球の一部分が前記位置合せ装置の上
面よりも上に延びるようなサイズであり、さらに、前記
対応する導電性パッドと前記はんだ被覆金属球とを接触
させるように前記基板を前記位置合せ装置に対して位置
決めする手段と、前記導電性パッドに前記はんだ被覆金
属球を結合させてバンプを形成するため、前記はんだを
リフローさせる手段とを備え、各バンプの基部がはんだ
によって導電性パッドに接続され、各バンプの壁が前記
テーパの形状に対応し、各バンプの上部が、前記金属球
の形状にほぼ従う形状を形成するはんだ被覆を有する、
装置が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例を説明す
るにあたり、以下に、図1ないし図4の図面を参照す
る。図面で同じ番号は本発明の同じフィーチャを示す。
本発明の各フィーチャは、図面において必ずしも実寸に
比例して示されていない。
るにあたり、以下に、図1ないし図4の図面を参照す
る。図面で同じ番号は本発明の同じフィーチャを示す。
本発明の各フィーチャは、図面において必ずしも実寸に
比例して示されていない。
【0015】本発明を用いて、SBC技術を利用して基
板を別の部品に接続するためのはんだ接合を基板上に提
供することができる。実装の分野では、他の類似の電子
構造または他の実装段への接続を必要とする電子構造は
極めて多数ある。たとえば、集積回路チップをメタライ
ズされたセラミック基板に取り付けることがあり、いく
つかの集積回路チップを表面実装したカードを、メイン
・フレーム・コンピュータへの相互接続回路を提供する
ボードに後で表面実装する。説明を分かりやすくし一貫
させるために、本発明のはんだボール接合は、多層セラ
ミック基板上に作成され、その後回路板など他の電子部
品に差し込むことができるものとして説明する。
板を別の部品に接続するためのはんだ接合を基板上に提
供することができる。実装の分野では、他の類似の電子
構造または他の実装段への接続を必要とする電子構造は
極めて多数ある。たとえば、集積回路チップをメタライ
ズされたセラミック基板に取り付けることがあり、いく
つかの集積回路チップを表面実装したカードを、メイン
・フレーム・コンピュータへの相互接続回路を提供する
ボードに後で表面実装する。説明を分かりやすくし一貫
させるために、本発明のはんだボール接合は、多層セラ
ミック基板上に作成され、その後回路板など他の電子部
品に差し込むことができるものとして説明する。
【0016】本発明で使用するはんだ被覆金属球は、は
んだの被覆を有する金属球を含む。本発明の方法では、
はんだが金属球よりも低い融点を有し、はんだをリフロ
ーさせるときに金属球が溶融しないことだけが必要であ
る。銅やニッケルなどのはんだで濡れる任意の金属球が
使用できるが、球形の銅ボールを使用することが好まし
い。好ましいはんだの例は、鉛/すずが37/63重量
パーセントの共晶はんだである。ただし、本発明に適し
ており、はんだ接続分野で周知のはんだ材料には広い範
囲のものがある。
んだの被覆を有する金属球を含む。本発明の方法では、
はんだが金属球よりも低い融点を有し、はんだをリフロ
ーさせるときに金属球が溶融しないことだけが必要であ
る。銅やニッケルなどのはんだで濡れる任意の金属球が
使用できるが、球形の銅ボールを使用することが好まし
い。好ましいはんだの例は、鉛/すずが37/63重量
パーセントの共晶はんだである。ただし、本発明に適し
ており、はんだ接続分野で周知のはんだ材料には広い範
囲のものがある。
【0017】一般に、はんだ被覆金属球は、直径が約
0.51〜1.27mm(0.020〜0.050イン
チ)の範囲であり、1.05mm(0.041インチ)
が好ましい。通常、金属球は、約0.51〜0.088
9mm(0.020〜0.035インチ)であり、0.
013〜0.13mm(0.0005〜0.005イン
チ)のはんだ被覆を有する。好ましいはんだ被覆金属球
は、直径約0.889mm(0.035インチ)の銅金
属球と、0.076mm(0.003インチ)のはんだ
被覆を有し、したがって、はんだ被覆金属球の直径は約
1.05mm(0.041インチ)になる。金属球は、
約±0.025mm(0.001インチ)公差で均一な
サイズであることが好ましい。銅球の作成は、前述のト
ッタとソファーの論文に記載されており、一般に、銅球
は、多少不揃いな銅の偏球を溶融することによって作成
され、表面張力により、それぞれの塊がほぼ完全な球に
再形成される。銅の粒子は、通常、溶融工程中に銅の多
くを分離しておく助けとなるアルミナ粉末と一緒に溶融
する。アルミナは、ふるい分けによって銅から容易に分
離され、再利用される。銅球は、粉末金属ふるいによっ
てふるい分けされ、必要に応じて適切なサイズの分画に
分離される。所望の範囲の球サイズを、回転し徐々に広
がる2つのローラで構成されたマイクロメータ分離器に
送ることが好ましく、球は、ローラから0.0025m
m(0.0001インチ)の分粒能力をもつ選別容器に
落ちる。
0.51〜1.27mm(0.020〜0.050イン
チ)の範囲であり、1.05mm(0.041インチ)
が好ましい。通常、金属球は、約0.51〜0.088
9mm(0.020〜0.035インチ)であり、0.
013〜0.13mm(0.0005〜0.005イン
チ)のはんだ被覆を有する。好ましいはんだ被覆金属球
は、直径約0.889mm(0.035インチ)の銅金
属球と、0.076mm(0.003インチ)のはんだ
被覆を有し、したがって、はんだ被覆金属球の直径は約
1.05mm(0.041インチ)になる。金属球は、
約±0.025mm(0.001インチ)公差で均一な
サイズであることが好ましい。銅球の作成は、前述のト
ッタとソファーの論文に記載されており、一般に、銅球
は、多少不揃いな銅の偏球を溶融することによって作成
され、表面張力により、それぞれの塊がほぼ完全な球に
再形成される。銅の粒子は、通常、溶融工程中に銅の多
くを分離しておく助けとなるアルミナ粉末と一緒に溶融
する。アルミナは、ふるい分けによって銅から容易に分
離され、再利用される。銅球は、粉末金属ふるいによっ
てふるい分けされ、必要に応じて適切なサイズの分画に
分離される。所望の範囲の球サイズを、回転し徐々に広
がる2つのローラで構成されたマイクロメータ分離器に
送ることが好ましく、球は、ローラから0.0025m
m(0.0001インチ)の分粒能力をもつ選別容器に
落ちる。
【0018】同様に、金属球にはんだの被覆を付着さ
せ、その球を上記の公差に基づいて分粒することによ
り、はんだで被覆した銅や他の金属球が作成される。い
くつかのはんだ付着方法が可能であるが、好ましい方法
にはバレルめっき法があり、これは、適切な電気メッキ
漕に浸した回転するバレルへの間欠的接触により、金属
球に電流を加えるものである。
せ、その球を上記の公差に基づいて分粒することによ
り、はんだで被覆した銅や他の金属球が作成される。い
くつかのはんだ付着方法が可能であるが、好ましい方法
にはバレルめっき法があり、これは、適切な電気メッキ
漕に浸した回転するバレルへの間欠的接触により、金属
球に電流を加えるものである。
【0019】バンプ・グリッド・アレイ基板の製造中に
球を位置決めするために使用される位置合せ装置は、上
面と下面を備え所望のバンプ・グリッド・アレイに対応
する穴を有するほぼ平坦な装置である。この装置は、任
意の適切な材料から作成することができるが、好ましい
材料は、良好な熱導電率を有し熱膨張率がセラミック基
板と同等である、グラファイトである。グラファイトは
熱伝導率が高いため、炉の熱をはんだ接合に伝えてリフ
ロー・プロセスを加速する。また、基板全体にわたって
一貫したリフロー温度を維持するのに役立つ。これは、
接合の組成を均一に維持するのに重要である。いくつか
のセラミック材料は、位置合せ装置に適合しているが、
製造コストが極めて高い。また、セラミック材料は壊れ
やすいが、グラファイトははるかに頑丈で壊れにくい。
球を位置決めするために使用される位置合せ装置は、上
面と下面を備え所望のバンプ・グリッド・アレイに対応
する穴を有するほぼ平坦な装置である。この装置は、任
意の適切な材料から作成することができるが、好ましい
材料は、良好な熱導電率を有し熱膨張率がセラミック基
板と同等である、グラファイトである。グラファイトは
熱伝導率が高いため、炉の熱をはんだ接合に伝えてリフ
ロー・プロセスを加速する。また、基板全体にわたって
一貫したリフロー温度を維持するのに役立つ。これは、
接合の組成を均一に維持するのに重要である。いくつか
のセラミック材料は、位置合せ装置に適合しているが、
製造コストが極めて高い。また、セラミック材料は壊れ
やすいが、グラファイトははるかに頑丈で壊れにくい。
【0020】位置合せ装置は、適切な厚さのものでよ
く、一般に厚さ約2.54〜12.7mm(0.100
〜0.500インチ)である。後でさらに詳しく考察す
るように、位置合せ装置は、基板上のパッドに接続して
バンプ・グリッド・アレイを形成するために、はんだ被
覆金属球を位置決めする、複数の開口またはキャビティ
を有する。このキャビティは、基本的に、キャビティの
直径の大きな方の側が装置の上面になる円錐台の形状の
テーパのついた側面を有する。キャビティの底部の直径
は、球の直径よりも小さく、キャビティのサイズは、は
んだ被覆金属球をその中で位置決めしたときに、球の上
端の一部が位置合せ装置の上面よりも上に延びるような
サイズである。キャビティの底部には、キャビティ内に
球を固定するために真空をかけるための開口部がある。
この真空開口部またはスルーホールの直径は、金属球を
適切な場所に保持するのに十分な真空力を金属球上で維
持できる限り重要ではない。
く、一般に厚さ約2.54〜12.7mm(0.100
〜0.500インチ)である。後でさらに詳しく考察す
るように、位置合せ装置は、基板上のパッドに接続して
バンプ・グリッド・アレイを形成するために、はんだ被
覆金属球を位置決めする、複数の開口またはキャビティ
を有する。このキャビティは、基本的に、キャビティの
直径の大きな方の側が装置の上面になる円錐台の形状の
テーパのついた側面を有する。キャビティの底部の直径
は、球の直径よりも小さく、キャビティのサイズは、は
んだ被覆金属球をその中で位置決めしたときに、球の上
端の一部が位置合せ装置の上面よりも上に延びるような
サイズである。キャビティの底部には、キャビティ内に
球を固定するために真空をかけるための開口部がある。
この真空開口部またはスルーホールの直径は、金属球を
適切な場所に保持するのに十分な真空力を金属球上で維
持できる限り重要ではない。
【0021】位置合せキャビティは、はんだ被覆金属球
のわずかな部分だけが、位置合せ装置の上面より約0.
10〜0.25mm(0.004〜0.010イン
チ)、好ましくは0.18mm(0.007インチ)だ
け先に延びるように構成される。キャビティのテーパ角
度は、広い範囲で変わり、一般に、約60〜80度、好
ましくは70〜75度である。はんだ被覆金属球を位置
合せ装置のキャビティに装填するのは、振動手段などの
適切な技術を利用して行うことができるが、一般に、ス
キージを使って行い、過剰な量の球を位置合せ装置の表
面上に置き、スキージを装置の表面全体を横切って移動
させて、各キャビティをはんだ被覆金属球で充填する。
スキージを、位置合せ装置の上面と接触した状態で横方
向に移動させ、余分な金属球を拭い取る。
のわずかな部分だけが、位置合せ装置の上面より約0.
10〜0.25mm(0.004〜0.010イン
チ)、好ましくは0.18mm(0.007インチ)だ
け先に延びるように構成される。キャビティのテーパ角
度は、広い範囲で変わり、一般に、約60〜80度、好
ましくは70〜75度である。はんだ被覆金属球を位置
合せ装置のキャビティに装填するのは、振動手段などの
適切な技術を利用して行うことができるが、一般に、ス
キージを使って行い、過剰な量の球を位置合せ装置の表
面上に置き、スキージを装置の表面全体を横切って移動
させて、各キャビティをはんだ被覆金属球で充填する。
スキージを、位置合せ装置の上面と接触した状態で横方
向に移動させ、余分な金属球を拭い取る。
【0022】本発明の位置合せ装置を使用すると、極め
て高効率でかつ信頼性の高いソケット式バンプ・グリッ
ド・アレイを作成する方法が提供される。本発明を使用
するとプロセス欠陥はほとんど発生しなくなり、位置合
せ装置の正確な機械加工によってボールとボールの中心
位置を高精度で維持することができる。本発明の方法に
より、基板をはんだ被覆金属球に最低限の力で押し当て
る限り、はんだブリッジやはんだ欠損は実質上発生しな
い。
て高効率でかつ信頼性の高いソケット式バンプ・グリッ
ド・アレイを作成する方法が提供される。本発明を使用
するとプロセス欠陥はほとんど発生しなくなり、位置合
せ装置の正確な機械加工によってボールとボールの中心
位置を高精度で維持することができる。本発明の方法に
より、基板をはんだ被覆金属球に最低限の力で押し当て
る限り、はんだブリッジやはんだ欠損は実質上発生しな
い。
【0023】次に、図1を参照すると、ソケット式バン
プ・グリッド・アレイ・アセンブリが全体的に10で示
してある。このアセンブリは、一方の面に導電性パッド
12を有する多層セラミック(MLC)基板11を含
む。13として全体的に示したソケット式バンプは、金
属球15の上にはんだ層14を有する。図では、バンプ
13は、導電性パッド12に取り付けられ固着したフィ
レットの形のベース14aを有する。バンプは、べース
14aから内側に傾斜し、金属球15の形状にほぼ従う
湾曲した形状の上部14cで終わる壁14bを有する。
プ・グリッド・アレイ・アセンブリが全体的に10で示
してある。このアセンブリは、一方の面に導電性パッド
12を有する多層セラミック(MLC)基板11を含
む。13として全体的に示したソケット式バンプは、金
属球15の上にはんだ層14を有する。図では、バンプ
13は、導電性パッド12に取り付けられ固着したフィ
レットの形のベース14aを有する。バンプは、べース
14aから内側に傾斜し、金属球15の形状にほぼ従う
湾曲した形状の上部14cで終わる壁14bを有する。
【0024】図2ないし図4を参照して、本発明のプロ
セスを説明する。図2においては、ほぼ均一なはんだ被
覆14で覆われた金属球15を含むはんだ被覆金属球が
全体的に16で示してある。図3においては、はんだ被
覆金属球16は、金属球16の一部が、位置合せ装置1
7の上面18より上に延びるように、位置合せ装置17
中で位置決めされているはんだ被覆金属球を適切な場所
に保持するために、開口20を通して真空をかける。導
電性パッド12を有する基板11が、はんだ被覆金属球
16の基部部分14aと接触した状態で示されている。
この場合、導電性パッドと金属球の精密な位置合せは不
要である。球16の側壁14bは、位置合せ装置17の
傾斜した壁19と接線方向に接触するように示されてい
る。はんだ被覆金属球16の上端部分14cは、位置合
せ装置17の開口20中に延びるように示されている。
はんだ被覆金属球と、対応する導電性パットとを接触さ
せるように基板を位置合せ装置17に対して配置し位置
決めする機構としては任意の機構を使用できる。
セスを説明する。図2においては、ほぼ均一なはんだ被
覆14で覆われた金属球15を含むはんだ被覆金属球が
全体的に16で示してある。図3においては、はんだ被
覆金属球16は、金属球16の一部が、位置合せ装置1
7の上面18より上に延びるように、位置合せ装置17
中で位置決めされているはんだ被覆金属球を適切な場所
に保持するために、開口20を通して真空をかける。導
電性パッド12を有する基板11が、はんだ被覆金属球
16の基部部分14aと接触した状態で示されている。
この場合、導電性パッドと金属球の精密な位置合せは不
要である。球16の側壁14bは、位置合せ装置17の
傾斜した壁19と接線方向に接触するように示されてい
る。はんだ被覆金属球16の上端部分14cは、位置合
せ装置17の開口20中に延びるように示されている。
はんだ被覆金属球と、対応する導電性パットとを接触さ
せるように基板を位置合せ装置17に対して配置し位置
決めする機構としては任意の機構を使用できる。
【0025】導電性パッド12とはんだ被覆金属球16
との接触を最低限の力で維持した状態で、過熱リフロー
手段により、図3に示すように装填したはんだ被覆金属
球をリフローさせると、はんだが溶融し(金属球は溶融
しない)、図4に示したようなテーパのついた形状を有
するバンプ13が形成される。この図から分かるよう
に、バンプの下部14aは、導電性パッド12の形状に
従いフィレットを形成する。バンプの壁14bは、位置
合せ装置17のテーパ壁19の形状に従う。バンプの上
部14cは、はんだで覆われ、金属球15を被覆し、上
部14cは金属球の形状にほぼ従う形状を有する。はん
だをリフローさせると、はんだの表面張力および導電性
パッド16に対するぬれ作用により、はんだ被覆金属球
16と導電性パッド16との間の正確な位置合せが自動
的に達成される。
との接触を最低限の力で維持した状態で、過熱リフロー
手段により、図3に示すように装填したはんだ被覆金属
球をリフローさせると、はんだが溶融し(金属球は溶融
しない)、図4に示したようなテーパのついた形状を有
するバンプ13が形成される。この図から分かるよう
に、バンプの下部14aは、導電性パッド12の形状に
従いフィレットを形成する。バンプの壁14bは、位置
合せ装置17のテーパ壁19の形状に従う。バンプの上
部14cは、はんだで覆われ、金属球15を被覆し、上
部14cは金属球の形状にほぼ従う形状を有する。はん
だをリフローさせると、はんだの表面張力および導電性
パッド16に対するぬれ作用により、はんだ被覆金属球
16と導電性パッド16との間の正確な位置合せが自動
的に達成される。
【図1】多層セラミック基板のメタライゼーション・パ
ッド上のソケット式バンプ成型はんだ被覆金属球の構造
を示す図である。
ッド上のソケット式バンプ成型はんだ被覆金属球の構造
を示す図である。
【図2】本発明の位置合せ装置を使用して基板の導電性
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
【図3】本発明の位置合せ装置を使用して基板の導電性
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
【図4】本発明の位置合せ装置を使用して基板の導電性
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
10 ソケット式バンプ・グリッド・アレイ 11 多層セラミック基板 12 導電性パッド 13 ソケット式パッド 14 はんだ層 15 金属球 16 はんだ被覆金属球 17 位置合せ装置 18 上面 19 テーパ壁 20 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バララム・ゴーサル アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州 フィッシュキル ルート 52 フィッシ ュキル・グレン2ディー (72)発明者 キャスリーン・アン・リデストリ アメリカ合衆国12533 ニューヨーク州 ホープウェル・ジャンクション デー ル・ロード 20 (72)発明者 レイモンド・アラン・ジャクソン アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州 フィッシュキル ルドン・ドライブ 16 −3ジー (72)発明者 カール・ジェイ・パトリッツ アメリカ合衆国12590 ニューヨーク州 ウァピンガーズ・フォールズ セントラ ル・アベニュー 21 (72)発明者 ウィリアム・エドワード・サブリンスキ アメリカ合衆国12508 ニューヨーク州 ビーコンモネル・プレース 15 (56)参考文献 特開 平8−162455(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 H01L 23/50
Claims (7)
- 【請求項1】基板の表面上の複数の導電性パッド上に、
他の電子部品に差し込むためのソケット式バンプ・グリ
ッド・アレイを作製する方法であって、 金属球よりも低い融点を有するはんだ被覆で被覆した複
数のはんだ被覆金属球を提供する段階と、 位置合せ装置が上面と下面を有し、位置合せキャビティ
が前記基板上の導電性パッドのパターンに対応するパタ
ーンで配置され、前記位置合せキャビティが、前記位置
合せ装置の上面の方がキャビティのサイズが大きいテー
パ状側面を有し、前記はんだ被覆金属球を前記位置合せ
キャビティ内で位置決めしたときに前記はんだ被覆金属
球の端の一部分だけが前記位置合せ装置の上面よりも上
に延びるように、キャビティの前記テーパとその反対側
端部の大きさが設定されている、前記位置合せ装置内の
複数の前記位置合せキャビティ内に前記はんだ被覆金属
球を位置決めする段階と、 各前記はんだ被覆金属球の少なくとも前記端の一部分
が、前記基板上の対応する導電性パッドに接触するよう
に、導電性パッドを有する基板を、前記位置決めした前
記はんだ被覆金属球と位置合せして配置する段階と、 前記はんだ被覆をリフローさせて、該リフローされたは
んだ被覆により前記基板上の導電性パッドに結合された
前記金属球を含むバンプを形成する段階とを含み、該バンプを形成する段階における 前記はんだ被覆のリフ
ローにより形成された前記バンプのそれぞれのはんだ
が、前記基板の対応する導電性パッドに接続された下部
と、前記位置合せキャビティの前記テーパ状側面の形状
に対応する形状を有する壁と、前記金属球の形状に実質
的に従う形状の上部とを有することを特徴とする方法。 - 【請求項2】前記位置合せキャビティが、前記位置合せ
装置の上部と下部との間に、真空をかけて前記はんだ被
覆金属球を適切な場所に保持するための開口を有する円
錐台の形状であることを特徴とする請求項1に記載の方
法。 - 【請求項3】前記はんだ被覆金属球の直径は0.51m
m乃至1.27mmであり、前記はんだ被覆金属球のう
ち0.10mm乃至0.25mmの部分が前記位置合せ
装置の上面よりも上に延びるように、前記位置合せ装置
の前記キャビティのサイズが設定されることを特徴とす
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】基板の表面上の複数の導電性パッド上に他
の電子部品に差し込むためのソケット式バンプ・グリッ
ド・アレイを作製するための装置であって、 上面と下面を有し、金属球よりも低い融点を有するはん
だ被覆で被覆した複数のはんだ被覆金属球を前記基板上
の導電性パッドのパターンに対応するパターンで適切な
場所に位置決めし固定するためのキャビティを有する位
置合せ装置を備え、 前記位置合せ装置内の前記キャビティがテーパ状側面を
有し、前記キャビティの上部が前記はんだ被覆金属球の
直径よりも大きい直径を有し、前記テーパの底部が、前
記はんだ被覆金属球の直径よりも小さな直径を有し、前
記キャビティが、前記はんだ被覆金属球を前記キャビテ
ィ内に位置決めしたときに前記はんだ被覆金属球の端の
一部分だけが前記位置合せ装置の上面よりも上に延びる
ようなサイズであり、 さらに、前記対応する導電性パッドと前記はんだ被覆金
属球とを接触させるように前記基板を前記位置合せ装置
に対して位置決めする手段と、 前記導電性パッドに結合された前記金属球を含むバンプ
を形成するため、前記はんだ被覆をリフローさせる手段
とを備え、該リフロー手段による 前記はんだ被覆のリフローにより
形成された前記バンプのそれぞれのはんだが、前記基板
の対応する導電性パッドに接続された下部と、前記位置
合せキャビティの前記テーパ状側面の形状に対応する形
状を有する壁と、前記金属球の形状に実質的に従う形状
の上部とを有することを特徴とする装置。 - 【請求項5】前記はんだ被覆金属球の直径は0.51m
m乃至1.27mmであり、前記はんだ被覆金属球のう
ち0.10mm乃至0.25mmの部分が前記位置合せ
装置の上面よりも上に延びるように、前記位置合せ装置
の前記キャビティのサイズが設定されることを特徴とす
る請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】前記テーパの角度が60〜80度であるこ
とを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 【請求項7】前記位置合せ装置がグラファイトからなる
ことを特徴とする請求項6に記載の装置。
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