JP3994389B2 - 導電性ボールの搭載装置及び搭載方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールの搭載装置及び搭載方法に係わり、特にFC(Flip Chip)タイプの半導体素子、BGA(Ball Grid Array)又はCSP(Chip Scall Package)タイプの電子部品用パッケージ、並びにそれらに対応した配線基板など、エリアアレイ型の半導体素子、配線基板及び電子部品用パッケージの接続バンプを製造するあたり、導電性ボールを搭載するに好適な搭載装置及び搭載方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯端末機器やノート型パソコンの高速化、高機能化、及び軽量化、小型化、薄型化が進むにつれ、それらに内蔵される電子部品を構成する半導体素子及び該半導体素子のパッケージに対しても、小型化及び薄型化と多端子化という相反する特性が要求されている。その要求に応ずるものとして、図5(a)に拡大正面視を、同図(b)に平面視を示すように、接続バンプが狭ピッチで配列された小型のCSPタイプ又はBGA(FBGA型も含む)タイプのパッケージ4が提案されている。このパッケージ4は、例えばマザーボードなど外部装置に接続される接続バンプ83b(83)がエリアアレイ状に一方面(下面)に突設されるとともに、半導体素子7に接続される接続バンプ83b(83)がエリアアレイ状に他方面(上面)に突設された配線基板8を有し、配線基板8の上面に半導体素子7がフリップチップボンディングされ電子部品5は形成される。
【0003】
配線基板8は、図5(a)に示すように、薄板状の基体81と、該基体81の上面側に前記接続バンプ83aが突設されるパッド電極82a(82)と、下面側に前記接続バンプ83bが突設されるパッド電極82b(82)を有している。基体81の表面及び内部には再配線のため導体パターンが形成されている。基体81としては、周知の樹脂製又はセラミック製の基体、或いはそれらが積層された基体などが必要に応じ選択されている。
【0004】
上記電子部品5の製造方法としては、接続バンプ83を設けた配線基板8に半導体素子7を実装する場合と、半導体素子7のパッド電極72に接続バンプ83を設けてFCを形成し配線基板7に実装する場合とがある。以下の説明では、半導体素子7と配線基板8を総称しワーク7(8)と言う。
【0005】
前記接続バンプ83の形成方法として、例えば半田成分を含有したペーストをパッド電極72(82)に印刷する印刷方式、導電性ボール(半田ボール、銅ボールなど)をパッド電極72(82)に搭載する導電性ボール方式、パッド電極72(82)に導電体をメッキや蒸着する膜付け方式などがあるが、印刷方式及び膜付け方式と比較して、接続バンプ83を正確に配列することができ、体積が大きくバラツキの少ない接続バンプ83を容易に得ることができ、さらに生産性の高い導電性ボール方式が、小型の接続バンプ83を狭ピッチで正確に配列する必要のあるCSP又はBGAタイプのパッケージ4においては主流となってきている。
【0006】
前記導電性ボール方式によれば、接続バンプ83は、少なくとも、パッド電極72(82)にソルダーペーストもしくはフラックスを印刷する工程と、ソルダーペーストもしくはフラックスが印刷されたパッド電極72(82)に導電性ボールを搭載する搭載工程と、その導電性ボールを加熱し、溶解してパッド電極72(82)に固定するリフロー工程を経て、製造されている。
【0007】
前記搭載工程で導電性ボールをパッド電極72(82)に搭載する方法の一例として、下記特許文献1に記載されているような負圧を利用した吸着ヘッドで導電性ボールを吸着し、パッド電極72(82)へ移送し搭載する、いわゆる吸着方式がある。しかしながら吸着方式によれば、吸着ヘッドの吸着力で導電性ボールが変形する問題がある一方で、吸着ヘッドと導電性ボールの分離性に劣るためパッド電極72(82)に導電性ボールが搭載されない搭載不良が生じるという問題があった。さらに、吸着時の空気流により導電性ボールが帯電して電磁気力を帯び、その電磁気力のために、団子状態となった導電性ボールの集合体がパッド電極72(82)に搭載され、或いは余剰ボール(いわゆるエクストラボール)がパッド電極72(82)以外のワーク7(8)の表面に付着するという問題があり、その問題は特に導電性ボールの小径化に伴い顕著をなってきている。
【0008】
そのような吸着方式の問題を解決する方法として、パッド電極72(82)の配列パターンに対応した位置決め開口部を備えたマスクを用い、その位置決め開口部に導電性ボールを振り込んで導電性ボールをパッド電極72(82)に搭載する、いわゆる振込み方式がある。
【0009】
振込み方式により導電性ボールをパッド電極72(82)に搭載する方法の一例が、下記特許文献2に開示されている。下記特許文献2に記載された搭載方法は、パッド電極72(82)にフラックスを塗布し、パッド電極72(82)と位置決め開口部を平面方向に位置合わせして配線基板8の上にマスクを載置し、マスクの上に導電性ボールを供給し、該導電性ボールをブレード(スキージ)で移動させて位置決め開口部に導電性ボールを振込み、パッド電極72(82)に導電性ボールを搭載するものである。
【0010】
かかる振込み方式によれば、上記した吸着方式の問題を解消することができる。すなわち、振込み方式では、導電性ボールに過大な力を作用させないので導電性ボールの変形を防止でき、導電性ボールの搭載は重力の作用で行われるので前記吸着にともなう搭載不良の問題を解消できる。更に、振込みにより導電性ボールが帯電した場合でも、位置決め開口部の大きさの規制により団子状態となった導電性ボールの集合体はパッド電極72(82)に搭載されず、加えてパッド電極72(82)以外のワーク7(8)の表面はマスクで遮蔽しているので余剰ボールは付着しない。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−223234号公報
【特許文献2】
特開平10−126046号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2で例示した従来の振込方式による導電性ボールの搭載には、次のような問題があった。すなわち、図6(a)に示すように、パッド電極72(82)及び導体パターンとワーク7(8)の膨張率の差や、製造条件などに起因する板厚方向の不可避の反り、或いは板厚のバラツキなどの変形をワーク7(8)は有している。変形を有するワーク7(8)の上にマスク92を載置すると、ワーク7(8)とマスク92の間に空隙が生じこととなる。その空隙が導電性ボール6より大きい場合には、空隙から導電性ボールが漏れて図において符号6cで示す余剰ボールとなり、導体パターンを短絡させる原因となる。さらに、図において符号6bで示すように、空隙から漏れた導電性ボール6bがパッド電極72(82)の外周部に付着し、導電性ボール6b同士が連結してブリッジを形成する原因となる。そのように短絡やブリッジなど接続不良が生じたワーク7(8)を電子部品5に組込んだ場合、電子部品5の信頼性を低下させる問題があった。
【0013】
本発明は、上記問題を解決するため本願発明者らが鋭意検討してなされたものであり、その目的は、半導体素子、配線基板及び電子部品用パッケージに形成される接続バンプの製造において、上記接続不良の発生を防止できる導電性ボールの搭載装置及び搭載方法を提供し、より信頼性の高い電子部品を市場に供給することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、接続バンプとして導電性ボールを採用し、所定のパターンでパッド電極が配列されたワークと、前記パッド電極が配列された面を上方に向け前記ワークを載置するテーブルと、前記パッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクとを有し、前記パッド電極が配列された面に前記マスクを対面させるとともに、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせし、前記位置決め開口部を通して前記パッド電極に前記導電性ボールを搭載する搭載装置であって、前記テーブルは、前記位置合わせされたマスクを吸引し、前記パッド電極が配列された面に密着させるマスク吸引手段として静電気力を発生する静電気力発生装置を備えている搭載装置を提供するものである。かかる構成の搭載装置によれば、前記パッド電極が配列された面を上方に向けた前記ワークに対して、前記パッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクは、前記パッド電極が配列された面に対面され、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせされ、前記マスク吸引手段である静電気力発生装置の静電気力により吸引され、前記接続面に密着される。もって、前記パッド電極が配列された面と前記マスクの間に空隙が生ずることがなく、前記位置決め開口部を通して前記パッド電極に搭載された前記導電性ボールは、搭載された位置を保持することが可能となる。
【0016】
また、本発明は、上記構成の搭載装置に基づいて、接続バンプとして導電性ボールを採用し、所定のパターンでパッド電極が配列されたワークと、前記ワークのパッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクとを、前記パッド電極が配列された面に対し前記マスクを上方で対面させるとともに、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせし、前記位置決め開口部を通して前記パッド電極に前記導電性ボールを搭載する搭載方法であって、前記位置合わせされたマスクを静電気力で前記ワーク側へ吸引し、前記パッド電極が配列された面に前記マスクを密着させる搭載方法を提供するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ボールの搭載装置及び搭載方法について以下図面を参照して説明する。図1は、本発明の搭載装置の一態様を示す概略構成図である。図2は、図1の要部を説明する図であって、同図(a)はマスクの部分拡大平面視、同図(b)はマスクの拡大断面視である。図3は、図1の搭載装置により導電性ボールを搭載し、接続バンプを製造する方法を説明する図である。図4は、図1のテーブルの詳細な構造を説明する図である。以下、導電性ボールとして半田ボールを使用した場合を例に説明するが、接続バンプを形成するために使用される、例えば銅ボールなどの導電性ボールにも同様に本発明は適用することができる。
【0018】
本発明の搭載装置1は、図1、2に示すように、少なくとも、接続バンプ83として半田ボール6を採用し、所定のパターンでパッド電極72(82)が配列されたワーク7(8)と、パッド電極72(82)が配列された面(以下接続面と称する。)を上方に向けワーク7(8)を載置するテーブル11と、パッド電極72(82)の配列パターンに対応し、半田ボール6が挿通可能な位置決め開口部123が形成されたマスク12とを有し、前記接続面にマスク12を対面させるとともに、パッド電極72(82)に位置決め開口部123を位置合わせし、位置決め開口部123を通してパッド電極72(82)に半田ボール6を搭載する搭載装置1であって、前記テーブル11は、前記位置合わせされたマスク12を吸引し、前記接続面に密着させるマスク吸引手段を備えている。
【0019】
前記マスク12は、図2に示すように、パッド電極72(82)の配列パターンに応じ形成され、半田ボール6が挿通可能な位置決め開口部123を有している。なお、マスク12の材料は、ステンレスやニッケルなどの金属、或いはポリエチレンやポリエステルなどの樹脂から適宜必要に応じ選択することができる。
【0020】
マスク12の着脱は、人手で行ってもよいが、例えば図1(a)で符号13で示す、紙面において左右方向に横動するマスク移動手段にその一端部を支持され、半田ボール6を搭載する場合にはワーク7(8)の上方に位置決めされ、テーブル11から配線基板8を取外す際には、図1(b)に示すように、ワーク7(8)の上方から離脱される構成とすれば、マスク12の位置決めを効率的に行えるので望ましい。
【0021】
前記テーブル11は、マスク吸引手段として、図4(a)において符号113で示す、磁気を発生する磁気発生装置を備えている。磁気発生装置113は、配線基板8の接続面の上方に載置されたマスク12に相対しテーブル11に内蔵されるとともに、テーブル11の外部に設けられ磁気発生装置113に給電する給電制御手段に連結されている。磁気発生装置113は、給電制御手段により給電されることにより、ワーク7(8)の上方に載置されたマスク12を磁力により吸引し、ワーク7(8)の接続面にマスク12の下面を密着させる。もって、マスク吸引手段として磁気発生装置113を用いる場合、マスク12は、少なくとも前記接続面の対面(下面)が磁力により吸引可能な磁性体で形成されてなることが望ましい。
【0022】
また、テーブル11は、マスク吸引手段として、図4(b)に示すように、前記磁気発生装置113と同様に配設され、外部に設けられた印圧制御手段により正極または負極に印圧される静電気力発生装置114を備えていても良い。静電気力発生装置114は、印圧制御手段により正極または負極に印圧されることにより、ワーク7(8)を介して上方に載置されたマスク12を印圧された極性と逆の極性に帯電させ、マスク12を静電力により吸引し、ワーク7(8)の接続面にマスク12の下面を密着させる。もって、マスク吸引手段として静電気力発生装置114を用いる場合、マスク12は、帯電しやすい材料で形成することが望ましく、例えば誘電率が4〜12と比較的誘電率が高く、電気抵抗率が108〜1012Ωcm程度の導電性を有する絶縁材料、具体的にはポリミイド樹脂、フェノール樹脂、ケイ素樹脂、塩化ビニル樹脂、ABS樹脂、アセチルセルロース、アセチルブチルセルロース、ウレタンエラストマー、クロロプレンゴム、二トリルゴムおよびこれらの混合物や、それらに適宜カーボンブラックを配合したものを選択するとよい。
【0023】
さらにまた、テーブル11は、マスク吸引手段として、図4(c)に示すように、ワーク7(8)が載置される部分以外のテーブル11の上面に開口した開口部111aと、側面に開口した開口部111bと、前記開口部111aと111bを連結しテーブル11の内部に画成された流体通路111と、前記開口部111bに連結された真空発生手段を備えた真空吸着装置115を有していてもよい。真空吸着手段115は、真空発生手段により負圧を発生し、流体通路111を通じてテーブル11の上方に載置されたマスク12を負圧により吸引し、ワーク7(8)の接続面にマスク12の下面を密着させる。
【0024】
上記マスク吸引手段によれば、図6(b)に示すように、マスク12は、ワーク7(8)を介してマスク吸引手段の側に吸引され、ワーク7(8)の変形に倣いその接続面に密着するので、ワーク7(8)とマスク12の間に空隙が生ずることがない。したがって、位置決め開口部123を通してパッド電極72(82)に搭載された半田ボール6は、空隙から漏れることなく、搭載された位置を保持することが可能となる。
【0025】
なお、テーブル11の位置決めは、人手で行ってもよいが、例えば図1(a)で符号19で示す、紙面において上下方向に昇降するテーブル昇降手段にテーブル11を連結し、半田ボール6を搭載する場合には所定位置にテーブル11を上昇させ、半田ボール6を搭載した後には、図1(b)に示すように、テーブル11を下降させる構成とすれば、テーブル11の位置決めを効率的に行えるので望ましい。
【0026】
半田ボール6の供給手段、すなわち、ワーク7(8)の接続面の上方に位置決めしたマスク12の上面に、位置決め開口部123の個数より多い半田ボール6を供給する手段は、特に限定されることはないが、例えば、図1(a)に示すように、マスク12の右方端(一方端)の上方に配設した供給口141を備えた半田ボール供給手段14を設け、該半田ボール供給手段14により半田ボール6を定量供給すれば半田ボール6の供給を効率的にできるので望ましい。
【0027】
マスク12に供給された半田ボール6を位置決め開口部123に振り込む振込手段の構成は、特に限定されることはないが、例えば図1(a)において符号15で示すように、紙面においてマスク12の右方端(一方端)と左方端(他方端)の間をマスク12の上面と先端部が接触しつつ横行可能な、柔軟性のあるヘラ状或いは刷毛状のものとすればよい。この振込手段15によれば、マスク12の上面に供給された半田ボール6は、振込手段15の先端部で捕捉されるとともにマスク12の両端間を移動され、順次位置決め開口部123に挿入されることとなる。
【0028】
半田ボール6の除去手段、すなわち、位置決め開口部123に挿入されない残余の半田ボール6をマスク12の上面から除去する手段は、特に限定されることはないが、例えば、図1(a)に示すように、マスク12の左方端(他方端)の上方に配設した供給口162を備えた半田ボール除去手段16を設け、前記振込手段15で左方端に移動された残余の半田ボール6を半田ボール供給手段16で除去すれば、半田ボール6の除去を効率的にできるので望ましい。
【0029】
かかる構成の搭載装置1による半田ボール6の搭載方法は、接続バンプ83として半田ボール6を採用し、所定のパターンでパッド電極72(82)が配列されたワーク7(8)と、ワーク7(8)のパッド電極72(82)の配列パターンに対応し、半田ボール6が挿通可能な位置決め開口部123が形成されたマスク12とを、パッド電極72(82)が配列されたワーク7(8)の接続面に対しマスク12を上方で対面させるとともに、パッド電極72(82)に位置決め開口部123を位置合わせし、位置決め開口部123を通してパッド電極72(82)に半田ボール6を搭載する搭載方法であって、前記位置合わせされたマスク12をワーク7(8)側へ吸引し、前記接続面にマスク12を密着させるものである。以下、半田ボール6の搭載方法について図3を参照し詳述する。
【0030】
[マスク挿着工程]
磁性体からなるマスク12を準備する。図3(a)に示すように、ワーク7(8)の接続面に対しマスク12の下面が上方で対面するよう位置決めするとともに、パッド電極72(82)に位置決め開口部123を位置合わせする。なお、前記位置決めの際、マスク12は、前記磁気発生装置113の発生する磁力(吸引力)の大きさに応じ適宜設定される隙間により前記接続面と離間した状態に位置決めされてもよいし、前記接続面と当接した状態に位置決めされてもよい。次に、前記磁気発生装置113に給電し、磁力によりマスク12をワーク7(8)の側へ吸引し、前記接続面にマスク12の下面を密着させる。なお、必要に応じ、搭載された半田ボール6がパッド電極72(82)から離脱することを防止するため、例えばソルダーペースト、フラックスなど適当な粘性を有し半田ボール6を仮固定する仮固定材をパッド電極72(82)に塗布する工程をマスク挿着工程の前に設けてもよい。
【0031】
[半田ボール搭載工程]
図3(b)に示すように、前記位置決め開口部123の個数以上の半田ボール6をマスク12の上面に供給し、該半田ボール6を位置決め開口部123に振り込み、位置決め開口部123を通してパッド電極72(82)に搭載するとともに、残余の半田ボール6をマスク12の上面から除去する。なお、必要に応じ、搭載された半田ボール6がパッド電極72(82)から離脱することを防止するため、例えば搭載された半田ボール6をパッド電極72(82)に押圧し、パッド電極72(82)に半田ボール6を圧着する工程を半田ボール搭載工程の後に設けてもよい。
【0032】
[マスク取外工程]
図3(c)に示すように、前記電磁コイル装置113への給電を切り、マスク12を取り外す。
【0033】
その後、図3(d)に示すように、パッド電極72(82)に搭載された半田ボール6を適宜な方法でリフローすれば、所望の接続バンプ83が形成される。
【0034】
【発明の効果】
上記説明のように、本発明の搭載装置は、接続バンプとして導電性ボールを採用し、所定のパターンでパッド電極が配列されたワークと、前記パッド電極が配列された接続面を上方に向け前記ワークを載置するテーブルと、前記パッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクとを有し、前記接続面に前記マスクを対面させるとともに、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせし、前記位置決め開口部を通して前記パッド電極に前記導電性ボールを搭載する搭載装置であって、前記テーブルは、前記位置合わせされたマスクを吸引し、前記接続面に密着させるマスク吸引手段を備えている搭載装置を提供するものである。、かかる構成の搭載装置によれば、前記パッド電極が配列された面を上方に向けた前記ワークに対して、前記パッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクは、前記パッド電極が配列された面に対面され、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせされ、前記マスク吸引手段により吸引され、前記接続面に密着される。したがって、前記パッド電極が配列された面と前記マスクの間に空隙が生ずることがなく、前記空隙から漏れた導電性ボールによるワークの短絡や接続バンプ同士のブリッジなど接続不良の発生を防止でき、ワークが組込まれる電子部品の信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導電性ボールの搭載装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】図1の搭載装置のマスクの詳細を示す部分拡大図である。
【図3】図1の搭載装置による導電性ボールの搭載方法を説明する図である。
【図4】図1の搭載装置のテーブルの詳細を示す図である。
【図5】BGA又はCSPタイプのパッケージの構造を示す図である。
【図6】従来の方法により導電性ボールが搭載された状態を説明する図である。
【符号の説明】
1:搭載装置、11:テーブル、12:マスク
4:パッケージ
5:電子部品
7:半導体素子、72:パッド電極
8:配線基板、82:パッド電極、83:接続バンプ
Claims (2)
- 接続バンプとして導電性ボールを採用し、所定のパターンでパッド電極が配列されたワークと、前記パッド電極が配列された面を上方に向け前記ワークを載置するテーブルと、前記パッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクとを有し、前記パッド電極が配列された面に前記マスクを対面させるとともに、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせし、前記位置決め開口部を通して前記パッド電極に前記導電性ボールを搭載する搭載装置であって、前記テーブルは、前記位置合わせされたマスクを吸引し、前記パッド電極が配列された面に密着させるマスク吸引手段として静電気力を発生する静電気力発生装置を備えていることを特徴とする搭載装置。
- 接続バンプとして導電性ボールを採用し、所定のパターンでパッド電極が配列されたワークと、前記ワークのパッド電極の配列パターンに対応し、前記導電性ボールが挿通可能な位置決め開口部が形成されたマスクとを、前記パッド電極が配列された面に対し前記マスクを上方で対面させるとともに、前記パッド電極に前記位置決め開口部を位置合わせし、前記位置決め開口部を通して前記パッド電極に前記導電性ボールを搭載する搭載方法であって、前記位置合わせされたマスクを静電気力で前記ワーク側へ吸引し、前記パッド電極が配列された面に前記マスクを密着させることを特徴とする搭載方法。
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