JP3308938B2 - 電子部品の製造装置及び製造方法 - Google Patents
電子部品の製造装置及び製造方法Info
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Description
置及び製造方法に係り、特に半導体素子のマザーボード
への固定及び電気的接続のためのハンダバンプが形成さ
れた電子部品を製造する電子部品の製造装置及び製造方
法に関する。
の小型化が要求されている。半導体素子は、接続端子を
含めた外形が小型であり、実装スペースをさほど要しな
いBGA(Ball Grid Array)等によってパッケージン
グが施されるものが多くなっている。また、近年、更な
るパッケージの小型化が要求されており、この要求に答
えるために、ほぼ半導体素子そのものの外形と同程度の
サイズのパッケージを実現する技術としてCSP(Chip
Size Package)が提案され、実用化されつつある。C
SPでは、内部に形成された電子回路と外部のマザーボ
ードを接続するための端子として、ハンダボールによっ
て形成することが考えられている。
つは、半導体素子をマザーボードに固定するとともに電
気的に接続するためのハンダバンプを形成することであ
ると考えられる。なぜならば、パッケージの小型化につ
れて隣接する電極の間隔が狭くなるためハンダバンプの
形状が大きくなると隣接するハンダボールが一体化して
しまったり、一定の形状のハンダバンプを形成すること
が困難になるからである。
の方法が案出されているが、主として以下の形成方法が
ある。まず、予め小型のハンダボールを形成しておき、
半導体素子の電極の形状に孔をあけた真空吸着によって
ハンダボールを吸着し、吸着したハンダボールと電極と
の位置あわせを行って電極上にハンダボールを載置して
からリフローによりハンダバンプを形成する方法があ
る。第2に、半導体素子の電極の形状に孔を形成したス
クリーン孔版を用いてハンダペーストを印刷した後、リ
フローによってハンダバンプを形成する方法がある。
の方法は、半導体素子の電極が形成された面側に錫微粉
が含まれた有機酸鉛塩を塗布した後、リフロー及び洗浄
を行ってハンダバンプを形成する方法である。第4に、
スーパージャフィット方法がある。この方法は、半導体
素子の電極上に粘着膜を形成し、この粘着膜上にハンダ
粉末を形成してフラックスを塗布した後、リフローによ
ってハンダバンプを形成する方法である。第5に、浸漬
方法がある。この方法は、溶融したハンダ中に半導体素
子そのものを浸した後、引き上げることによりハンダバ
ンプを形成する方法である。
は種々案出されているが、大規模で高コストな設備を必
要とせず、簡便に安価に製造できるとともに量産性に優
れており、しかも製造時に有害物質を生成しないので環
境衛生的な第2の方法、つまり印刷によるハンダバンプ
の形成方法が優れている。
に、印刷によりハンダバンプを形成する方法は優れてい
るが、孔版に形成された孔の内部にハンダペーストが押
し込まれた時に、孔内部全体に亘ってハンダペーストが
充填されれば問題はないが、孔版壁面と電極の隅部分に
ハンダペーストの未充填部分があると、電極上に転写さ
れるハンダペーストの量が不均一になる。この量が不均
一であると、リフローを行った後、図3に示すようにハ
ンダバンプの径が不均一になる。図3は、印刷によって
ハンダバンプを形成する方法を用いた場合の不具合を説
明するための図である。図3において、100は半導体
素子であり、102a〜102dはハンダバンプであ
る。尚、図3において、半導体素子に形成された電極の
図示は省略しているが、ハンダバンプ102a〜102
dが形成された箇所には電極が設けられている。
不均一である半導体素子100をマザーボードに搭載し
た様子を示す図である。図4において104は、図3中
の半導体素子100が搭載されるマザーボードである。
図4に示したように、半導体素子100に形成されたハ
ンダバンプの形状が不均一であり、ハンダバンプ102
cのように形状が小さすぎると、半導体素子100に形
成された電子回路と、マザーボード104に形成された
電気回路とが電気的に接続されず断線状態となる部分が
生じる。また、形状の小さなハンダバンプによって接続
されたとしても図4中符号102bで示されたハンダバ
ンプのように断面の径が小さくなってしまう。この場
合、外圧が加わった時にハンダバンプが切断する虞があ
り、接続の信頼性に乏しくなるという問題がある。
泡が残存している様子を示す断面図である。図5におい
て、104は半導体素子、106は半導体素子に形成さ
れた電極、108はリフロー後のハンダバンプ、110
は、ハンダバンプ中に残存した気泡である。図5に示し
たように、リフローを行った後であってもハンダバンプ
108中に気泡110が残存する場合がある。図5のよ
うに、気泡110が電極106に接して残存した場合、
ハンダバンプ108と電極106との接着面積が少なく
なり接着強度が低下する。この状態で半導体素子104
をマザーボードに装着した場合、外力(振動、衝撃等)
が加わると、ハンダバンプ108が半導体素子104か
ら容易に脱落してしまうという問題がある。
た直後の様子を示す断面図である。図6において、10
4は半導体素子、106は半導体素子104に形成され
た電極、112は、その高さが電極104の高さと同程
度となるよう半導体素子104の表面上に形成された保
護膜としての絶縁層である。印刷を行う場合には、絶縁
層104に接した状態に孔版114が配置される。
ダペースト116が押し込まれるが、図示したように、
ハンダペースト116中には気泡が取り込まれたり、孔
版116の隅部118には、ハンダペースト116が充
填されない不具合がある。ハンダペースト116中に取
り込まれる気泡110の大きさや、隅部118における
未充填部は孔毎にバラバラであり、一定となるよう制御
できないのが原因で上述した種々の問題が生ずる。更
に、加熱溶融時に、ハンダペースト116中に取り込ま
れた気泡がはじけることにより、ハンダ粉の飛散が発生
して隣接するハンダバンプが連結してしまうという問題
も生ずる。
であり、電子部品に形成されるハンダバンプの形状を一
定とすることにより、電子部品をマザーボードへ搭載し
た後の電子部品とマザーボードとの接続の信頼性を向上
することができる電子部品の製造装置及び製造方法を提
供することを目的とする。
に、本発明による電子部品の製造装置は、被印刷物に形
成された電極へハンダペーストを孔版を用いて真空下で
印刷するハンダペースト印刷装置と、印刷されたハンダ
ペーストを、前記印刷時の真空度と同程度の真空度より
も低下させることなく、前記印刷時の真空度と同程度の
真空下で加熱溶融する加熱装置とを具備することを特徴
としている。また、本発明の電子部品の製造装置は、前
記ハンダペースト印刷装置を備えるハンダペースト印刷
室と、前記加熱装置を備えるハンダバンプ形成室とを具
備することを特徴としている。また、本発明の電子部品
の製造装置は、前記加熱装置が、遠赤外線を照射するこ
とにより前記ハンダペーストを加熱溶融することを特徴
としている。本発明による電子部品の製造方法は、被印
刷物に形成された電極へハンダペーストを孔版を用いて
真空下で印刷する工程と、印刷されたハンダペースト
を、前記印刷時の真空度と同程度の真空度よりも低下さ
せることなく、前記印刷時の真空度と同程度の真空下で
加熱溶融する工程とを有することを特徴としている。ま
た、本発明の電子部品の製造方法は、前記ハンダペース
トを加熱溶融する工程が、遠赤外線を照射して行われる
ことを特徴としている。
実施形態による電子部品の製造装置及び製造方法につい
て詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による
電子部品の製造装置の構成の概略を示す側面図である。
ただし、理解を容易にするため、断面図を織り交ぜて記
載している。
態による電子部品の製造装置は、半導体素子の封止を終
えた被印刷物の電極にハンダペーストを真空下で印刷す
るハンダペースト印刷室10と、印刷されたハンダペー
ストを真空下で加熱溶融させた後冷却してハンダバンプ
を形成するハンダバンプ形成室20と、ハンダバンプが
形成された電子部品を搬出する搬出室30とを備える。
の封止を終えた被印刷物を搬入する運搬口11と、搬入
した被印刷物をハンダバンプ形成室20に搬出する運搬
口12を備える。運搬口12によってハンダペースト印
刷室10内部とハンダバンプ形成室20内部とが貫通し
ている。バンプ形成室20は、上記運搬口12から搬入
された被印刷物を外部へ搬出する運搬口22を備える。
運搬口22によってバンプ形成室20内部と搬出室30
内部とが貫通している。搬出室30は、上記運搬口22
から搬入された被印刷物を外部に搬出する運搬口32を
備える。
入室とハンダペースト印刷室10とを遮断(分離)又は
開放するための開閉扉13が設けられ、運搬口12に
は、ハンダペースト印刷室10とハンダバンプ形成室2
0とを遮断(分離)又は開放するための開閉扉14が設
けられる。また、運搬口22には、ハンダバンプ形成室
20と搬出室30とを遮断(分離)又は開放するための
開閉扉33が設けられ、運搬口32には、搬出室30と
外部とを遮断(分離)又は開放するための開閉扉34が
設けられる。開閉扉13,14,33,34は、内外部
の気圧差に耐えられる構造となっている。例えば気密性
を保持できるシーリングが施されている。
ある場合、ハンダペースト印刷室10、ハンダバンプ形
成室20、及び搬出室30は密封され、気密性を保持で
きる。ハンダペースト印刷室10は、印刷時に0.1〜
150torr程度の真空度、好ましくは1〜10to
rrの真空度に保持できるものがよい。また、ハンダペ
ースト形成室10も、印刷時に0.1〜150torr
程度の真空度、好ましくは1〜10torrの真空度に
保持できるものがよい。
バンプ形成室20、及び搬出室30内、及び装置の外部
には被印刷物を搬送するためのベルトコンベア40,4
1,42,43が一直線状に配置され、被印刷物1,2
を搬送する。尚、上記1,2は、被印刷物そのものでは
なく、例えば被印刷物を載置した治具板であってもよ
い。また、ベルトコンベア40,41,42,43は、
例えばローラ回転機構を備えた送り装置であってもよ
い。尚、被印刷物としては、孔を有する基板であってそ
の孔に樹脂が充填されたもの、樹脂で封止された半導体
が搭載された基板、樹脂で封止された電子部品等であ
る。
ダバンプ形成室20、及び搬出室30にはバルブ53を
備えた吸気管50、バルブ54を備えた吸気管51、バ
ルブ55を備えた吸気管52がそれぞれ備えられてい
る。ハンダペースト印刷室10、ハンダバンプ形成室2
0、及び搬出室30が真空状態にある場合、バルブ5
3,54,55を開状態とすることで、ハンダペースト
印刷室10、ハンダバンプ形成室20、及び搬出室30
各々の内部の気圧を大気圧とすることができる。
バンプ形成室20、及び搬出室30には、バルブ57,
58,59が設けられ、真空ポンプ60に接続された配
管56が接続されている。よって、真空ポンプ60が稼
働状態である場合に、バルブ57,58,59を開状態
とすることで、ハンダペースト印刷室10、ハンダバン
プ形成室20、及び搬出室30それぞれを真空状態とす
ることができる。よってバルブ53,54,55,5
7,58,59の開度を調整することでハンダペースト
印刷室10、ハンダバンプ形成室20、及び搬出室30
内の真空度を任意に設定することができる。尚、図1で
は、真空ポンプ60がバルブ57,58,59を介して
直接ハンダペースト印刷室10、ハンダバンプ形成室2
0、及び搬出室30に接続されているが、必要に応じて
ハンダペースト印刷室10、ハンダバンプ形成室20、
及び搬出室30と真空ポンプ60との間にタンクを設け
て所定の真空度に到達するまでの時間短縮を図ってもよ
い。尚、図示は省略しているが配管56は図示しない真
空印刷室に接続されていても良い。
ついて詳細に説明する。図1において、61は、後述す
るテーブル62の昇降及び静止を行うテーブル昇降装置
であり、必要に応じて昇降速度及び任意の位置で任意の
時間静止できる機能を備えていても良い。また、テーブ
ル昇降装置61の代わりに印刷孔版を昇降させる装置を
用いることも可能である。この場合においても上記機構
を備えることが可能である。
1が治具板に搭載されている場合、又は被印刷物自体を
搬送する際には特に必要としない。63はハンダペース
ト印刷用の孔版であり、被印刷物1たる半導体素子の電
極に対応する位置に孔が、電極に対応する数で設けられ
ている。図1においては、孔63a,63b,63cが
設けられている。この孔版63は厚さが20〜300μ
m、好ましくは50〜100μmであるステンレス孔版
であり、形成されている孔はレーザ又はエッチングによ
りあけられたものであり、その開口径は100μm〜1
mmである。この開口径は被印刷物1たる半導体素子の
電極のピッチ、形成するハンダバンプの形状等によって
定められる。
ースト印刷室10内に水平に設置された移動レール65
に沿って図中符号H1が付された方向又は符号H2が付
された方向に往復運動可能に構成され、スキージ66を
符号、H1が付された方向又は符号H2が付された方向
に往復運動させる。また、スキージ移動装置64は、ス
キージ66を符号V1が付された方向又は符号V2が付
された方向に往復運動させ、スキージ66の垂直位置の
調整を行うとともに、スキージ66と孔版63との距離
の調整と接触圧の調整とを行うものである。スキージ6
6は、プラスチック、ゴム、金属製のものを使用するこ
とができるが、ハンダペーストの転写量の均一性及び孔
版の摩耗を考慮するとプラスチック製のものが望まし
い。
版63上へ適宜ハンダペーストを供給するためのハンダ
ペースト供給装置であり、ハンダペースト印刷室10の
外部においてハンダペースト供給装置67にハンダペー
ストが補充されるものである。また、ハンダペースト供
給装置67は、ハンダペースト印刷室10外部に設けら
れているが、これはハンダペーストの供給は構造上必ず
ハンダペースト印刷室10の孔版63上に供給する必要
があり、当該ハンダペースト印刷室10が常時真空に近
い状態であるため、印刷室外部において補充し、ハンダ
ペースト印刷室10内に送り込む必要があるからであ
る。68は、ハンダペースト供給装置67に接続された
ハンダペースト供給ノズルであり、ハンダペースト供給
装置67から孔版63上へハンダペーストを吐出する部
分である。
供給ノズル68から吐出されたハンダペーストである。
吐出される位置は前進するスキージ66の前方に位置す
る孔版63の上である。ここで、ハンダペーストは、粒
子径が10μm以下、好ましくは10μm以下の無溶剤
のものが用いられる。また、環境衛生上、鉛を含まない
鉛フリーハンダを用いることが望まし。
について説明する。ハンダバンプ形成室20内には、印
刷されたハンダペーストを加熱溶融するための加熱装置
70が設けられている。この加熱装置70には、必要に
応じて被印刷物たる半導体素子との間の距離を可変する
ために昇降装置71が設けられている。加熱装置70
は、印刷されたハンダペーストを180度〜300度に
加熱することのできる装置であって、熱源として例えば
遠赤外線ヒータが備えられている。
態による電子部品の製造方法について図1及び図2を参
照して詳細に説明する。図2は、本発明の一実施形態に
よる電子部品の製造方法を説明するための説明図であ
る。まず、被印刷物が搬入される前は開閉扉13が閉状
態になっており、被印刷物をハンダペースト印刷室10
内に搬入する場合には、開閉扉14及びバルブ53を閉
状態とし、バルブ57は開状態として真空ポンプ60に
よりハンダペースト印刷室10内部を所定の真空度に設
定する。この真空度は、ハンダペースト印刷室10と同
程度から150torr程度までの間に調整されること
が好ましい。
定の真空度になったら、開閉扉13を開状態として、ベ
ルトコンベア40を稼働して被印刷物1を運搬口11を
介してハンダペースト印刷室10内部へ搬入する。被印
刷物1がハンダペースト印刷室10内部に搬入される
と、開閉扉11を閉状態とし、ベルトコンベア40を駆
動して被印刷物1をテーブル昇降装置61上の所定の位
置に移動させる。次に、テーブル昇降装置61がテーブ
ル62を上昇させ被印刷物1を所定の位置、つまり被印
刷物1の上面(電極が形成された面)が孔版63の裏面
に接触する位置まで上昇させる。
と、ハンダペースト供給位置67は孔版63上のスキー
ジ66前方、つまりスキージ66に対して符号H1が付
された方向にハンダペースト69を吐出する。ハンダペ
ースト69が吐出されると、スキージ移動装置64は、
孔版63に接触するまでスキージ66を下降させ、スキ
ージ66が孔版63に接触してから、図中符号H1が付
された方向へ移動し、印刷を開始する。図2(a)を参
照すると、半導体素子80、電極82、及び絶縁層63
からなる被印刷物と孔版63が近接した状態にあり、電
極82a〜82c各々の上側に孔63a〜63c各々が
配置される。この状態で、スキージ66が移動して印刷
が開始される。スキージ66が移動することにより、ハ
ンダペースト69が孔版63に形成された孔63a〜6
3c中に充填される。ここでは、印刷を真空下で行って
いるため、図2(b)に示されたように、充填されたハ
ンダペースト86a〜86c中に気泡は混入せず、しか
も、孔版63の隅にハンダペーストが充填されないとい
った事態を防ぐことができる。
了するとテーブル昇降装置61がテーブル62を下降さ
せ被印刷物1を所定の位置、つまりベルトコンベア40
上に被印刷物1を載置させる。この状態では、図2
(c)に示すように、ハンダペースト86a〜86cの
形状は均一である。ハンダペーストの印刷が終了する
と、開閉扉33及びバルブ54を閉状態とし、バルブ5
8を開状態として真空ポンプ60によりハンダバンプ形
成室20内部を所定の真空度に設定する。この真空度
は、ハンダペースト印刷室10内の真空度程度であるこ
とが好ましい。
ダペースト印刷室10内の真空度と同程度になると、開
閉扉14を開状態とし、ベルトコンベア40,41を稼
働して、被印刷物1をハンダバンプ形成室20内に搬入
する。尚、図1では、搬入された被印刷物に符号2を付
して示してある。被印刷物2がハンダバンプ形成室20
内に搬入されると、開閉扉14を閉状態として、ハンダ
ペースト印刷室10とハンダバンプ形成室20とを遮断
(分離)する。ここで、ハンダペースト印刷室10とハ
ンダバンプ形成室20とを遮断(分離)するのは、ハン
ダバンプ形成室20において加熱が行われるため、ハン
ダペースト印刷室10の真空度及び温度に悪化を与えな
いためである。
し、印刷されたハンダペースト86a〜86cを溶融す
る。ハンダペースト86a〜86cが溶融すると、図2
(d)に示したように、ハンダペースト88a〜88c
は、電極82a〜82cのみと接着し、絶縁層63とは
接着しない。また、その形状は略円形となり、その内部
には気泡の残存はなく、均一な外形のものが得られる。
この状態で、しばらく放置し、ハンダペースト88a〜
88cを冷却して固化させる。
を外部へ搬出する場合には、まず、開閉扉34及びバル
ブ55を閉状態にするとともに、バルブ59を開状態に
して、搬出室30内を真空状態にする。搬出室30の真
空度が所定の真空度に達した後、開閉扉33を開状態に
し、ベルトコンベア41,42を稼働して被印刷物2を
搬出室30内に搬入して開閉扉33を閉状態にする。こ
の状態で、バルブ59を閉状態にした後、バルブ55を
開状態にして搬出室30内を大気圧とする。その後、開
閉扉34を開状態にして、ベルトコンベア42,43を
稼働して被印刷物2を外部へ搬出する。
たが、本発明は、上記実施形態に制限されず、本発明の
範囲内で自由に変更が可能である。例えば、加熱装置7
0によって加熱を行っても装置の真空度をハンダペース
トの印刷に影響を及ぼさない程度に維持することができ
るのであれば、ハンダペースト印刷室10とハンダバン
プ形成室20とを統合して、これらの工程を連続して行
っても良い、また、上記実施形態においては、ハンダペ
ーストを印刷する工程と、加熱を行う工程とは真空下で
連続して行っていたが、ハンダペーストを印刷した後、
一度大気圧に戻してから加熱を行う工程を行うようにし
ても良い。更に、上記実施形態においては、ハンダバン
プ形成室20内において加熱を行うとともに冷却を行っ
ていたが、冷却は大気圧下で行うようにしても良い。
ば、真空下で孔版を用いてハンダペーストの印刷を行
い、その後印刷したペーストを、前記印刷時の真空度と
同程度の真空度よりも低下させることなく、前記印刷時
の真空度と同程度の真空下で加熱溶融するようにしてい
るので、印刷したハンダペーストに気泡が混入すること
なく、またハンダペーストが孔版に形成された孔に充填
されない箇所を無くすことができ、その結果、電子部品
に形成されるハンダバンプの形状が一定となり、電子部
品をマザーボードへ搭載した後の電子部品とマザーボー
ドとの接続の信頼性を向上することができるという効果
がある。
置の構成の概略を示す側面図である。
法を説明するための説明図である。
用いた場合の不具合を説明するための図である。
る半導体素子100をマザーボードに搭載した様子を示
す図である。
ている様子を示す断面図である。
子を示す断面図である。
印刷装置) 65 移動レール(ハンダペースト印刷装
置) 66 スキージ(ハンダペースト印刷装
置) 67 ハンダペースト供給位置(ハンダペ
ースト印刷装置) 68 ハンダペースト供給ノズル(ハンダ
ペースト印刷装置) 70 加熱装置 82a〜82c 電極 86a〜86c ハンダペースト 88a〜88c ハンダペースト
Claims (5)
- 【請求項1】 被印刷物に形成された電極へハンダペー
ストを孔版を用いて真空下で印刷するハンダペースト印
刷装置と、 印刷されたハンダペーストを、前記印刷時の真空度と同
程度の真空度よりも低下させることなく、前記印刷時の
真空度と同程度の真空下で加熱溶融する加熱装置とを具
備することを特徴とする電子部品の製造装置。 - 【請求項2】 前記ハンダペースト印刷装置を備えるハ
ンダペースト印刷室と、前記 加熱装置を備えるハンダバンプ形成室とを具備する
ことを特徴とする請求項1記載の電子部品の製造装置。 - 【請求項3】 前記加熱装置は、遠赤外線を照射するこ
とにより前記ハンダペーストを加熱溶融することを特徴
とする請求項1又は請求項2記載の電子部品の製造装
置。 - 【請求項4】 被印刷物に形成された電極へハンダペー
ストを孔版を用いて真空下で印刷する工程と、 印刷されたハンダペーストを、前記印刷時の真空度と同
程度の真空度よりも低下させることなく、前記印刷時の
真空度と同程度の真空下で加熱溶融する工程とを有する
ことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 【請求項5】 前記ハンダペーストを加熱溶融する工程
は、遠赤外線を照射して行われることを特徴とする請求
項4記載の電子部品の製造装置。
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