JP4142800B2 - バンプ形成装置及びバンプ形成方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板のランド上やチップのパッド上にバンプを形成するためのバンプ形成装置及びバンプ形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来のバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である（特開平３−６００３６号公報参照）。インクジェットプリンタ１２１はヘッド１２３を有しており、ヘッド１２３内には、ペースト室１２４と空気室１２５とが設けられている。ペースト室１２４には複数の内側ノズル１２６が設けられており、空気室１２５には、内側ノズル１２５に対向する箇所に、外側ノズル１２７がそれぞれ設けられている。ペースト室１２４の下面上には、内側ノズル１２６が設けられている付近に、複数の制御電極１２８が設けられている。また、空気室１２５の下面上には、外側ノズル１２７が設けられている付近に、複数の共通電極１２９が設けられている。
【０００３】
以下、図１５に示したインクジェットプリンタ１２１を用いてバンプを形成する方法について説明する。まず、半導体素子１３０をヘッド１２３に対向させて配置する。具体的には、半導体素子１３０には複数の電極パッド１３１が形成されており、複数の電極パッド１３１のそれぞれが複数の外側ノズル１２７のそれぞれに対向するように、半導体素子１３０を位置決めして配置する。
【０００４】
次に、外部から空気室１２５内に矢印Ｘの如く圧縮空気を供給する。圧縮空気の空気圧は、例えば０．５ｋｇ／ｃｍ2〜数ｋｇ／ｃｍ2程度に設定する。このとき、導体ペースト１２２はペースト室１２４内に保持されている。導体ペースト１２２は、金属粉末、バインダー、及び粘着材から成る。金属粉末は形成すべきバンプ１３２及び電極パッド１３１の材質等を考慮して決定し、例えば半田、錫、又は鉛等の粉末を用いる。バインダーは溶剤として用いるものであり、揮発性を有するメチルアルコール、イソプロピルアルコール、又はメチルエチルケトンを用いる。また、粘着材にはフラックス作用を有するものを用いる。空気室１２５内に供給された圧縮空気は、空気流Ｙとなって外側ノズル１２７から外部に流出している。
【０００５】
次に、制御電極１２８と共通電極１２９との間に、マイナス数１００Ｖ程度の電圧を印加する。この電圧印加によって発生する静電力により、一定量の導体ペースト１２２が、ペースト室１２４から内側ノズル１２６、空気室１２５、及び外側ノズル１２７をこの順に経て外部に引き出される。このとき、空気流Ｙは、導体ペースト１２２を外側ノズル１２７に導き、導体ペースト１２２を速やかに外部に引き出す役割を果たしている。
【０００６】
外側ノズル１２７から外部に吐出した導体ペースト１２２は、例えば直径１０μｍ〜数１０μｍ程度の細い糸状となって飛び、半導体素子１３０の電極パッド１３１上に付着する。図１５には、吐出され始めた導体ペースト１２２ａ、吐出された導体ペースト１２２ｂ、及び電極パッド１３１上に付着し始めた導体ペースト１２２ｃが順次示され、最終的には電極パッド１３１上にバンプ１３２が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のバンプ形成装置は、インクジェットプリンタ１２１を用いて、単にインクの代わりに導体ペースト１２２を用いるという構成になっているため、以下のような問題がある。
【０００８】
まず、導体ペースト１２２には半田等の金属粉末及び粘着材が含まれているため、導体ペースト１２２が内側ノズル１２６や外側ノズル１２７につまって、導体ペースト１２２の吐出不良が生じやすいという問題がある。
【０００９】
また、導体ペースト１２２には粘着材が含まれているため粘度が高く、加えて内側ノズル１２６には空気室１２５から０．５ｋｇ／ｃｍ2〜数ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力がかかっている。このため、内側ノズル１２６から導体ペースト１２２が一旦吐出された後、再度内側ノズル１２６内に導体ペースト１２２が充填されるまでには長時間を要する。従って、吐出の高速化が困難であるという問題があるとともに、内側ノズル１２６内に導体ペースト１２２が完全に充填されていない状態で導体ペースト１２２を吐出すると、吐出量にばらつきが生じるという問題もある。
【００１０】
さらに、内側ノズル１２６には空気室１２５から圧力がかかっているため、内側ノズル１２６から導体ペースト１２２を吐出した際に、空気室１２５内の空気が内側ノズル１２６を介してペースト室１２４内に入り込んで気泡が生じ、この気泡が原因で導体ペースト１２２の吐出が不安定になるという問題がある。
【００１１】
本発明はこれらの問題を解決するために成されたものであり、吐出不良の回避、吐出の高速化、吐出量のばらつきの回避、及び吐出の安定化を適切に実現し得るバンプ形成装置及びバンプ形成方法を得ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に記載のバンプ形成装置は、溶融半田を蓄積するキャビティと、キャビティの下部に配置され、底面に第１の開口部を有するノズルと、第１の開口部から前記溶融半田を滴下するために、キャビティ内の溶融半田を第１の開口部方向に適宜加圧する加圧素子とを備え、加圧素子は、キャビティの上部に配置されたダイアフラムと、ダイアフラムの上面に固定された圧電素子とを有し、ダイアフラムは、キャビティ内の溶融半田を、第１の開口部方向、及び第１の開口部方向とは反対の方向へ加圧可能であるものである。
【００１３】
また、この発明のうち請求項２に記載のバンプ形成装置は、請求項１に記載のバンプ形成装置であって、溶融半田を貯蔵するタンクと、タンクとキャビティとを繋ぎ、タンクからキャビティに溶融半田を送る配管とをさらに備えるものである。
【００１６】
また、この発明のうち請求項３に記載のバンプ形成装置は、請求項２に記載のバンプ形成装置であって、タンク内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部と、タンクから不活性ガスを排気する不活性ガス排気部とをさらに備えるものである。
【００１８】
また、この発明のうち請求項４に記載のバンプ形成装置は、請求項２に記載のバンプ形成装置であって、タンク内における溶融半田の液面高さが予め設定された高さよりも低くなった場合に半田切れを表示する半田切れ表示部をさらに備えるものである。
【００１９】
また、この発明のうち請求項５に記載のバンプ形成装置は、請求項２に記載のバンプ形成装置であって、前記タンクを加熱する第１のヒータと、この第１のヒータとは個別であって前記キャビティを加熱する第２のヒータとをさらに備えるものである。
【００２０】
また、この発明のうち請求項６に記載のバンプ形成装置は、請求項２に記載のバンプ形成装置であって、少なくともタンク及びキャビティの内面は、半田になじむ材料でコーティングされているものである。
【００２１】
また、この発明のうち請求項７に記載のバンプ形成装置は、請求項１に記載のバンプ形成装置であって、第１の開口部の周囲に設けられ、底面が開口したカバーと、カバー内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口とをさらに備えるものである。
【００２２】
また、この発明のうち請求項８に記載のバンプ形成装置は、請求項１に記載のバンプ形成装置であって、第１の開口部からの溶融半田の滴下の有無を検出するセンサをさらに備えるものである。
【００２８】
また、この発明のうち請求項９に記載のバンプ形成装置は、請求項１に記載のバンプ形成装置であって、第１の開口部周辺のノズルの底面は、半田をはじく材料でコーティングされていることを特徴とするものである。
【００３３】
また、この発明のうち請求項１０に記載のバンプ形成方法は、（ａ）容器内に固体状の半田を投入する工程と、（ｂ）容器内を真空状態にする工程と、（ｃ）容器を加熱することにより、固体状の半田を溶融して溶融半田にする工程と、（ｄ）溶融半田内に混入した気泡が除去された後、容器内の真空状態を解く工程と、（ｅ）バンプ形成対象に対して溶融半田を吐出する工程とを備えるものである。
【００３４】
また、この発明のうち請求項１１に記載のバンプ形成方法は、キャビティ内に蓄積された溶融半田をキャビティの上部に配置された加圧素子によって加圧することにより、キャビティの下部に配置されたノズルから溶融半田をバンプ形成対象上に吐出するバンプ形成方法であって、（ａ）キャビティ内の溶融半田を、加圧素子によってノズル方向へ加圧する工程と、（ｂ）キャビティ内の溶融半田を、加圧素子によってノズル方向とは反対の方向へ加圧する工程と、を備え、加圧素子は、キャビティの上部に配置されたダイアフラムと、ダイアフラムの上面に固定された圧電素子とを有し、ダイアフラムは、キャビティ内の溶融半田を、ノズル方向及び前記ノズル方向とは反対の方向へ加圧可能であるものである。
【００３５】
また、この発明のうち請求項１２に記載のバンプ形成方法は、所定のタンクに貯蔵された溶融半田が配管を通ってシャビティに供給され、所定のタンクは加圧素子の上方に配置され、配管は前記キャビティの側面に繋がっているものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すバンプ形成装置は、バンプ材としての半田が溶融した溶融半田１を貯蔵し、底面に溶融半田１の流出口２を有する第１のタンク３と、流出口２に繋がれた一端を有する配管４と、第１のタンク３よりも下方に配置され、配管４の他端に繋がれた溶融半田１の流入口５を有するキャビティ６と、キャビティ６の下部に配置され、底面に第１の開口部７を有するノズル８と、キャビティ６の上部に配置されたダイアフラム９及びダイアフラム９の上面に固定された圧電素子１０によって構成され、外部からの電圧印加によってキャビティ６内の溶融半田１を第１の開口部７の方向に適宜加圧することにより、第１の開口部７から溶融半田１を滴下する加圧素子と、第１のタンク３、配管４、及びキャビティ６を加熱する第１のヒータ１１とを備えている。
【００３７】
また、図１に示すバンプ形成装置は、固体状の半田１２を貯蔵し、底面に第２の開口部１３を有する、第１のタンク３よりも上方に配置された第２のタンク１４と、第２の開口部１３の周囲に設けられ、第２の開口部１３付近の半田１２を加熱・溶融して溶融半田として第１のタンク３内に滴下するための第２のヒータ１５と、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さを検出する液面検出器１６と、液面検出器１６からの検出信号に基づいて第２のヒータ１５の駆動（温度上昇／下降）を制御する液面制御部１７とを有する静圧制御部を備えている。
【００３８】
さらに、図１に示すバンプ形成装置は、第２のタンク１４内に窒素等の不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管１８と、第２のタンク１４から不活性ガスを排気するための不活性ガス排気管１９とを備えている。
【００３９】
さらに、図１に示すバンプ形成装置は、第１のタンク３内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管２０と、第１のタンク３から不活性ガスを排気するための不活性ガス排気管２１とを備えている。
【００４０】
さらに、図１に示すバンプ形成装置は、配管４に設けられ、溶融半田１内に含まれるＦｅ等の不純物を除去するための、セラミック製あるいはＳｕＳ製のメッシュ状のフィルタ２２を備えている。
【００４１】
さらに、図１に示すバンプ形成装置は、第１の開口部７の周囲に設けられ、底面が開口した雰囲気カバー２３と、雰囲気カバー２３内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管２４とを備えている。
【００４２】
さらに、図１に示すバンプ形成装置は、第１の開口部７からの溶融半田１の滴下の有無を検出するセンサ２５を備えている。第１の開口部７からの溶融半田１の吐出速度が１ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓと高速であるため、センサ２５からの出力信号を一定時間ホールドするホールド回路（図示しない）を設け、該ホールド回路から出力されるホールド信号によって、第１の開口部７からの溶融半田１の滴下の有無を検出するのが望ましい。
【００４３】
さらに、図１に示すバンプ形成装置は、第１の開口部７とバンプ２９の形成対象たるチップ２６との間の溶融半田１の滴下経路中において、バンプ２９の形成箇所付近に配置された、上面及び底面が開口した還元雰囲気カバー２７と、還元雰囲気カバー２７内に還元ガスを導入するための還元ガス導入管２８と、バンプ２９を加熱する加熱トーチ３０とを備えている。ここで、チップ２６は、チップ２６を半田溶融点以下の一定温度に加熱するためのヒートステージ３１上に載置されている。
【００４４】
以下、図１に示すバンプ形成装置を用いたバンプ形成方法について説明する。まず、固体状の半田１２を第２のタンク１４内に投入する。次に、第２のヒータ１５によって第２の開口部１３付近の半田１２を加熱・溶融し、溶融半田１として第１のタンク３内に滴下する。ここで、第２のタンク１４からの溶融半田１の滴下は、第１のタンク３内に蓄積される溶融半田１の液面高さが所定の位置になるまで行われる。具体的には、液面検出器１６が溶融半田１との接触を検出するまで行われる。
【００４５】
第１のタンク３内に蓄積された溶融半田１は、自重により、流出口２から配管４、フィルタ２２、及び流入口５を通ってキャビティ６内に流れ込み、キャビティ６内を充満する。このとき、第１のヒータ１１によって、第１のタンク３、配管４、及びキャビティ６をそれぞれ昇温する。また、予め、不活性ガス導入管２０から第１のタンク３内に不活性ガスを導入、不活性ガス排気管２１から不活性ガスを排気するとともに、不活性ガス導入管１８から第２のタンク１４内に不活性ガスを導入、不活性ガス排気管１９から不活性ガスを排気する。また、不活性ガス導入管２４から雰囲気カバー２３内に不活性ガスを導入する。
【００４６】
次に、外部から圧電素子１０に電圧を印加して圧電素子１０を伸張させることにより、ダイアフラム９を第１の開口部７の方向へ変位させ、この圧力により溶融半田１を第１の開口部７から滴下する。第１の開口部７から溶融半田１が滴下されると、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さが低下し、溶融半田１と液面検出器１６とが互いに接触しなくなる。すると、液面制御部１７はこれを検知し、第２のヒータ１５を駆動して、第１のタンク３内に溶融半田１を補充する。これにより、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さは一定の高さに維持される。
【００４７】
第１の開口部７から滴下された溶融半田１は、雰囲気カバー２３内及び還元雰囲気カバー２７内をこの順に通って、チップ２６上の所定のバンプ形成箇所（例えば電極等）に到達し、バンプ２９となってチップ２６上に固着する。
【００４８】
固着したバンプ２９は、還元雰囲気カバー２７内で加熱トーチ３０によって各バンプ毎に局所的に加熱される。加熱トーチ３０による局所加熱は、バンプ２９へのレーザ照射あるいは放電等によって行うことができる。また、このとき、還元雰囲気カバー２７内には、還元ガス導入管２８から還元ガス（例えばＨ2５％＋Ｎ2９５％）が導入されている。これにより、バンプ２９の表面酸化が還元される。
【００４９】
図２は、第１の開口部７付近における溶融半田１の状態を示す断面図である。ノズル８に加わる溶融半田１の静圧は、ノズル８から第１のタンク３内における溶融半田１の液面までの高さに比例する。上述のように本実施の形態１に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によると、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さを一定の高さに維持できるため、ノズル８に加わる溶融半田１の静圧を一定値に保つことができる。従って、たとえ半田材の粘度が高い場合であっても、図２に示すようにノズル８からの溶融半田１のたれ寸法Ａ１を、短時間かつ一定時間で一定の値とすることができる。従って、第１の開口部７からの溶融半田１の吐出の安定化を図ることができる。
【００５０】
また、不活性ガス導入管１８から第２のタンク１４内に不活性ガスを導入するため、第２のタンク１４内において固体状の半田１２が酸化することを防止することができる。
【００５１】
また、不活性ガス導入管２０から第１のタンク３内に不活性ガスを導入するため、第１のタンク３内において溶融半田１が酸化することを防止することができる。
【００５２】
また、溶融半田１内に含まれる不純物をフィルタ２２によって除去することができるため、この不純物が酸化することによってノズル８がつまることを防止することができる。
【００５３】
また、第１の開口部７の周囲に雰囲気カバー２３を設け、不活性ガス導入管２４から雰囲気カバー２３内に不活性ガスを導入するため、キャビティ６及びノズル８内に蓄積された溶融半田１が第１の開口部７から酸化されることを防止することができる。
【００５４】
また、第１の開口部７からの溶融半田１の滴下の有無を吐出センサ２５によって検出するため、吐出不良の場合に装置の動作を停止することにより、不良品チップが作製されることを予め防止することができる。
【００５５】
また、還元雰囲気カバー２７及び加熱トーチ３０によって、チップ２６上に固着したバンプ２９の表面酸化を還元できるため、チップ２６とバンプ２９との接合を向上することができる。ところで、一般的に半田バンプを還元するためには、その半田バンプを３００℃以上に加熱する必要がある。従って、バンプ形成対象たるチップや基板の耐熱温度が低いと、チップ等を全体的に加熱した場合に、そのチップ等に不具合が生ずる場合がある。しかし、本実施の形態１に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によると、チップ２６を全体的に加熱するのではなく、加熱トーチ３０によってバンプ２９のみを局所的に加熱するため、チップ２６を全体加熱する場合と比較すると、チップ２６の不具合の発生を抑制することができる。
【００５６】
しかも、従来のバンプ形成装置ではペーストにフラックスを使用しているため、バンプを形成した後、このフラックスを洗浄する工程及び装置が必要となる。これに対し本実施の形態１に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によると、フラックスを使用しないため、フラックスの洗浄工程及び洗浄装置が不要となり、処理工程及び処理装置の簡略化を図ることができる。
【００５７】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。但し、図１に示したチップ２６、還元雰囲気カバー２７、還元ガス導入管２８、及びヒートステージ３１の記載は省略している。本実施の形態２に係るバンプ形成装置は、図１に示した上記実施の形態１に係るバンプ形成装置を基礎として、第２のタンク１４、第２のヒータ１５、液面検出器１６、及び液面制御部１７を有する上記実施の形態１に係る静圧制御部の代わりに、他の静圧制御部を設けたものである。
【００５８】
図３に示すように本実施の形態２に係る静圧制御部は、第１のタンク３内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管３６と、不活性ガス導入管３６から第１のタンク３内に流れ込む不活性ガスの量を制御するための第１のバルブ３７と、第１のタンク３から不活性ガスを排気するための不活性ガス排気管３８と、第１のタンク３から不活性ガス排気管３８を通って外部に流れ出す不活性ガスの量を制御するための第２のバルブ３９と、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さを検出する液面高さセンサ４０と、第１のタンク３内における不活性ガスのガス圧を検出するガス圧センサ４３と、液面高さセンサ４０及びガス圧センサ４３からの検出信号に基づいて第１のバルブ３７及び第２のバルブ３９の少なくとも一方の駆動を制御するガス圧制御部４４とを有している。
【００５９】
液面高さセンサ４０は、センサ取付板４１によって、第１のタンク３の上面に固定されている。また、液面高さセンサ４０としては周知の光センサを用いることができ、液面高さセンサ４０の下方部分における第１のタンク３の上面には、液面高さセンサ４０が発する光を通すためのガラス窓４２が設けられている。
【００６０】
以下、図３に示すバンプ形成装置を用いたバンプ形成方法について説明する。まず、固体状の半田を第１のタンク３内に投入した後、第１のヒータ１１によって固体状の半田を加熱・溶融することにより、第１のタンク３内に溶融半田１を蓄積する。第１のタンク３内に蓄積された溶融半田１は上記と同様にキャビティ６内を充満する。液面高さセンサ４０は、このときの第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さｈ１を検出し、これをガス圧制御部４４に入力する。ガス圧制御部４４は、液面高さセンサ４０から入力されたこの液面高さｈ１を記憶する。
【００６１】
次に、不活性ガス導入管３６から第１のタンク３内に不活性ガスを導入する。このとき、第１のバルブ３７によって、不活性ガス導入管３６から第１のタンク３内に流れ込む不活性ガスの量を一定量に制御しておく。また、第１のタンク３内に導入された不活性ガスを、不活性ガス排気管３８を通して外部に排気する。ガス圧センサ４３は、このときの第１のタンク３内における不活性ガスのガス圧Ｐｂ１を検出し、これをガス圧制御部４４に入力する。ガス圧制御部４４はガス圧センサ４３から入力されたこのガス圧Ｐｂ１を記憶する。
【００６２】
次に、上記実施の形態１と同様に圧電素子１０によってダイアフラム９を変位させることにより、溶融半田１を第１の開口部７から滴下する。上記のように、第１の開口部７から溶融半田１が滴下されると、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さが低下する。
【００６３】
ところで、ノズル８に加わる溶融半田１の静圧Ｐと、第１のタンク３内における不活性ガスのガス圧Ｐｂとの間には、Ｐ＝ｈ×ρ×Ｇ＋Ｐｂの関係が成り立つ。ここで、ｈはノズル８から第１のタンク３内における溶融半田１の液面までの高さであり、ρは溶融半田１の密度であり、Ｇは重力である。この式において、ρ及びＧは既知であるので、ｈが変化したとき、Ｐｂを調整することにより、Ｐを一定値に保つことができる。
【００６４】
上記のように第１の開口部７からの溶融半田１の滴下によって第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さが低下するが、液面高さセンサ４０は、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さｈ２を逐次検出し、これをガス圧制御部４４に入力する。ガス圧制御部４４は、入力された液面高さｈ２と予め記憶していた液面高さｈ１とに基づいて、溶融半田１の液面高さの変化量Δｈを算出する。また、ガス圧制御部４４は、液面高さの変化量Δｈを参照して、ノズル８に加わる溶融半田１の静圧Ｐを一定値に保つための不活性ガスのガス圧Ｐｂ２を算出し、予め記憶していたガス圧Ｐｂ１との差分値ΔＰｂを算出する。そして、ガス圧制御部４４は、この差分値ΔＰｂを補充するように、即ち、第１のタンク３内における不活性ガスのガス圧がＰｂ２になるように、第２のバルブ３９を調整する。
【００６５】
なお、以上の説明では、不活性ガス導入管３６から第１のタンク３内に導入される不活性ガスのガス量を一定とし、溶融半田１の液面高さの低下に応じて、第１のタンク３から不活性ガス排気管３８を通って外部に排気される不活性ガスのガス量を逐次減少させる場合について説明した。しかし、これとは逆に、第１のタンク３から外部に排気される不活性ガスのガス量を一定とし、溶融半田１の液面高さの低下に応じて、第１のタンク３内に導入される不活性ガスのガス量を逐次増加してもよい。
【００６６】
また、第１のタンク３内に蓄積される溶融半田１の量が当初から少ない場合は、液面高さの低下に起因する溶融半田１の静圧の変化量も小さくなるため、上記のような溶融半田１の静圧制御は不要である。
【００６７】
このように本実施の形態２に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によれば、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さの低下に応じて、第１のタンク３内における不活性ガスのガス圧を逐次増加させるため、ノズル８に加わる溶融半田１の静圧を一定値に保つことができる。従って、上記実施の形態１に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法と同様に、第１の開口部７からの溶融半田１の吐出の安定化を図ることができる。
【００６８】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、本実施の形態３に係るバンプ形成装置は、図３に示した上記実施の形態２に係るバンプ形成装置を基礎として、ガス圧制御部４４に接続されたエラー表示部４５をさらに備えたものである。
【００６９】
液面高さセンサ４０による溶融半田１の液面高さの検出の結果、第１のタンク３内における溶融半田１の液面高さが予め設定された所定値よりも低くなったとガス圧制御部４４が判断した場合、ガス圧制御部４４は、半田切れを示す任意の表示をエラー表示部４５に表示する。
【００７０】
このように本実施の形態３に係るバンプ形成装置によれば、溶融半田１の液面高さが予め設定された所定値よりも低くなった場合にエラー表示部４５に半田切れを表示するため、第１のタンク３内における半田切れをオペレータに早期に認識させることができる。
【００７１】
実施の形態４．
上記実施の形態２に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法では、第１のタンク３内に固体状の半田を投入した後、この固体状の半田を第１のヒータ１１によって加熱・溶融することにより、第１のタンク３内に溶融半田１を蓄積した。このとき、固体状の半田内に気泡が含まれていると、この気泡が半田溶融の際に溶融半田１内に混入し、第１の開口部７からの溶融半田１の吐出量及び吐出位置にばらつきを生じさせる原因となる場合がある。また、キャビティ６とダイアフラム９との接触面に残存する気泡が上記ばらつきを生じさせる原因となる場合もある。本実施の形態４は、かかる気泡を予め除去することにより、溶融半田１の吐出量及び吐出位置の安定を実現し得るバンプ形成装置及びバンプ形成方法を提案する。
【００７２】
図５は、本発明の実施の形態４に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。図５に示すように、本実施の形態４に係るバンプ形成装置は、図３に示した上記実施の形態２に係るバンプ形成装置を基礎として、第１の開口部７を下方から塞ぐ、着脱自在なノズル蓋３４と、ノズル蓋３４を駆動するためのノズル蓋駆動部３５とをさらに備えたものである。本実施の形態４に係るバンプ形成装置のその他の構成は、図３に示した上記実施の形態２に係るバンプ形成装置の構成と同様である。
【００７３】
以下、図５に示すバンプ形成装置を用いたバンプ形成方法について説明する。まず、固体状の半田を第１のタンク３内に投入する。また、ノズル蓋駆動部３５によってノズル蓋３４を駆動し、第１の開口部７をノズル蓋３４によって下方から塞ぐ。
【００７４】
次に、第１のバルブ３７を「閉」にし、第２のバルブ３９を「開」にすることにより、第１のタンク３内の空気を不活性ガス排気管３８を通して外部に排気し、第１のタンク３、配管４、及びキャビティ６の内部を真空状態にする。この状態で、第１のヒータ１１によって固体状の半田を加熱・溶融することにより、第１のタンク３内に溶融半田１を蓄積する。
【００７５】
溶融半田１内に混入した気泡が十分に除去された後（約１５分後）、第１のバルブ３７を「開」にし、不活性ガス導入管３６から第１のタンク３内に不活性ガスを導入することにより、第１のタンク３内を大気圧に戻す。次に、ノズル蓋駆動部３５によってノズル蓋３４を駆動し、第１の開口部７からノズル蓋３４を取り外す。その後、上記実施の形態２で述べた、液面高さセンサ４０による溶融半田１の液面高さｈ１の検出動作に引き続く。
【００７６】
このように本実施の形態４に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によれば、溶融半田１内に混入した気泡を予め除去することができるため、この気泡に起因して第１の開口部７からの溶融半田１の吐出量及び吐出位置にばらつきが生じることを防止することができる。
【００７７】
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。図６に示すように、本実施の形態５に係るバンプ形成装置は、第１の開口部７を塞ぐ、着脱自在なノズルキャップ４６と、ノズルキャップ４６内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管４７と、ノズルキャップ４６を駆動するためのノズルキャップ駆動部４８とを備えている。
【００７８】
例えばチップ２６の搬送待ち等の装置停止時において、ノズルキャップ駆動部４８によってノズルキャップ４６を駆動することにより、第１の開口部７をノズルキャップ４６によって下方から塞ぐ。そして、不活性ガス導入管４７からノズルキャップ４６内に不活性ガスを導入する。
【００７９】
このように本実施の形態５に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によれば、装置停止中において、キャビティ６内の溶融半田１が第１の開口部７から酸化されることを防止することができる。
【００８０】
実施の形態６．
図７は、本発明の実施の形態６に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。図７に示すように、本実施の形態６に係るバンプ形成装置において、第１のヒータ１１は、第１のタンク３を加熱するための第３のヒータ１１ａと、キャビティ６を加熱するための第４のヒータ１１ｂとを個別に有している。
【００８１】
そして、第３のヒータ１１ａによって、第１のタンク３内の溶融半田１を半田溶融温度程度に昇温するとともに、第４のヒータ１１ｂによって、キャビティ６内の溶融半田１を半田溶融温度よりも高い温度まで昇温する。
【００８２】
このように本実施の形態６に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によれば、キャビティ６内の溶融半田１を高い温度まで昇温する。これにより、ノズル８付近の溶融半田１の粘度が下がるため、たとえ溶融半田１の粘度が高い場合であっても、第１の開口部７からの溶融半田１の安定した吐出量を確保することができる。しかも、第１のタンク３内における溶融半田１は半田溶融温度程度に昇温するため、第１のタンク３内における溶融半田１の酸化の進行を促進することもない。
【００８３】
実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。図８に示すように、本実施の形態７に係るバンプ形成装置は、第１の開口部７に着脱自在であり、第１の開口部７から溶融半田１を吸引するための吸引パッド４９と、吸引した溶融半田１を装置外部に排出するための排出管５０と、吸引パッド４９を駆動するための吸引パッド駆動部５１とを備えている。
【００８４】
図８に示すようにノズル８内における溶融半田１内部に気泡５２が混入し、第１の開口部７からの溶融半田１の吐出が不安定となった場合や、あるいは、長時間の装置停止によりノズル８内における溶融半田１が第１の開口部７から酸化した場合は、吸引パッド駆動部５１によって吸引パッド４９を駆動して、吸引パッド４９を第１の開口部７に押し当てる。そして、ノズル８内における溶融半田１を吸引し、吸引した溶融半田１を排出管５０によって装置外部に排出する。
【００８５】
このように本実施の形態７に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によれば、気泡５２が混入したり第１の開口部７から酸化した溶融半田１を、吸引パッド４９によって吸引除去することができる。従って、第１の開口部７からの溶融半田１の吐出の安定を確保することができる。
【００８６】
実施の形態８．
図９は、本発明の実施の形態８に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。図９に示すように、本実施の形態８に係るバンプ形成装置は、第１の開口部７に着脱自在であり、第１の開口部７周囲の半田残さ５３を除去するための半田残さ除去器具５４と、半田残さ除去器具５４を駆動するための駆動部５５とを備えている。半田残さ除去器具５４としては、例えば耐熱ゴム等を使用することができる。
【００８７】
図９に示すように、ノズル８の表面に半田残さ５３が付着した状態で第１の開口部７から溶融半田１を吐出すると、この半田残さ５３の影響によって、溶融半田１の吐出方向は矢印Ｉ方向に曲げられる。その結果、チップ２６上において、溶融半田１の吐出位置の精度が低くなる。
【００８８】
そこで、駆動部５５によって半田残さ除去器具５４を矢印Ｇ方向に駆動して半田残さ除去器具５４をノズル８に押し当てた後、この状態で半田残さ除去器具５４を矢印Ｈ方向に駆動することにより、半田残さ５３を払拭除去する。
【００８９】
半田残さ除去器具５４による半田残さ５３の除去動作は、溶融半田１の吐出位置の精度が低下した場合や、装置停止後に動作を再開する場合に実行する。あるいは、装置の連続運転中に定期的に実行してもよい。
【００９０】
このように本実施の形態８に係るバンプ形成装置及びバンプ形成方法によれば、ノズル８の表面に付着した半田残さ５３を除去することができるため、溶融半田１の吐出位置を安定させることができる。
【００９１】
実施の形態９．
図１０は、本発明の実施の形態９に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。図１０に示すように、本実施の形態９に係るバンプ形成装置においては、ノズル８の表面がコーティング材５６によってコーティングされている。コーティング材５６の材質としては、半田をはじく材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パラフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、セラミック、チタン等の材料を使用する。
【００９２】
このように本実施の形態９に係るバンプ形成装置によれば、半田をはじく材料によってノズル８の表面をコーティングした。従って、半田残さがノズル８の表面に付着しにくいため、溶融半田１の吐出位置を安定させることができる。
【００９３】
実施の形態１０．
上記各実施の形態に係るバンプ形成装置において、溶融半田１が接触する面、例えば、第１のタンク３の内面、配管４の内面、キャビティ６の内面等を、半田になじむ材料でコーティングする。コーティングは、半田、ニッケル、金等の材質を、メッキ処理あるいは蒸着等することによって行う。
【００９４】
このように本実施の形態１０に係るバンプ形成装置によれば、溶融半田１が接触する面を半田になじむ材料でコーティングすることにより、溶融半田１内で気泡が発生しにくくなるため、吐出の安定化を図ることができる。
【００９５】
実施の形態１１．
図１１，１２は、本発明の実施の形態１１に係るバンプ形成装置における、第１のタンク３の構成を示す斜視図及び上面図である。図１１，１２に示すように、第１のタンク３内に格子構造５７を設けた。
【００９６】
チップ２６にはバンプ形成対象たる電極が実際には複数形成されており、その全ての電極にバンプ２９を形成するためには、図示しないＸＹテーブル等によってバンプ形成装置を順番に移動する必要がある。このとき、第１のタンク３内において溶融半田１が上下に揺れると、ノズル８に加わる溶融半田１の静圧が変化し、その結果、第１の開口部７からの溶融半田１の吐出も不安定となる。
【００９７】
しかし、本実施の形態１１に係るバンプ形成装置によれば、第１のタンク３内に格子構造５７を設けたため、第１のタンク３内における溶融半田１の揺れを抑制することができ、吐出の安定化を図ることができる。
【００９８】
実施の形態１２．
本実施の形態１２では、溶融半田１の粘度が高い場合であっても、第１の開口部７から吐出される溶融半田１の吐出量を安定して確保し得るバンプ形成方法を提案する。
【００９９】
図１３，１４は、本発明の実施の形態１２に係るバンプ形成方法を説明するための模式図である。外部から圧電素子１０に電圧が印加されていない状態は図２に示されている。この状態から圧電素子１０に例えば正の電圧を印加することにより圧電素子１０を伸張させ、ダイアフラム９を矢印Ｘ方向に押し下げる。これにより、ダイアフラム９から溶融半田１に圧力が加わり、溶融半田１は第１の開口部７から滴下される寸前の状態となる（図１３）。
【０１００】
次に、外部から圧電素子１０に例えば負の電圧を印加することにより圧電素子１０を収縮させ、ダイアフラム９を矢印Ｙ方向に引っ張り上げる。これにより、第１の開口部７付近における溶融半田１の切れがよくなって、第１の開口部７から溶融半田１が滴下される。
【０１０１】
このように本実施の形態１２に係るバンプ形成方法によれば、ダイアフラム９を一旦矢印Ｘ方向に押し下げた後、矢印Ｙ方向に引っ張り上げる。これにより、たとえ溶融半田１の粘度が高い場合であっても、第１の開口部７付近における溶融半田１の切れがよくなり、第１の開口部７から吐出される溶融半田１の吐出量を安定して確保することができる。
【０１０２】
実施の形態１３．
装置の停止時間が長いと、第１の開口部７からの溶融半田１の酸化の度合いが顕著になり、装置の動作再開後の最初の溶融半田１の吐出が不安定となる場合がある。そこで、装置の動作再開後にダミー吐出を１回（あるいは必要に応じて複数回）行い、その後、チップ２６への吐出を開始する。また、装置の動作再開後に限らず、第１の開口部７からの溶融半田１の酸化の度合いが顕著であると判断された場合には、同様のダミー吐出を行ってもよい。
【０１０３】
このように本実施の形態１３に係るバンプ形成方法によれば、装置の動作再開後等にダミー吐出を行うことにより、チップ２６への吐出の安定化を図ることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係るものによれば、第１の開口部から吐出される溶融半田の切れがよくなるため、たとえ溶融半田の粘度が高い場合であっても、第１の開口部から吐出される溶融半田の吐出量を安定して確保することができる。
【０１０８】
また、この発明のうち請求項３に係るものによれば、タンク内において溶融半田が酸化することを防止することができる。
【０１１０】
また、この発明のうち請求項４に係るものによれば、オペレータに対して、半田切れを早期に認識させることができる。
【０１１１】
また、この発明のうち請求項５に係るものによれば、ヒータによってキャビティを半田溶融温度よりも高い温度に加熱することにより、ノズル付近の溶融半田の粘度を下げることができ、たとえ溶融半田の粘度が高い場合であっても、第１の開口部からの溶融半田の安定した吐出量を確保することができる。しかも、第１のヒータによってタンクを半田溶融温度程度に加熱することにより、タンク内における溶融半田の酸化の進行を促進することもない。
【０１１２】
また、この発明のうち請求項６に係るものによれば、溶融半田内で気泡が発生しにくくなるため、吐出の安定化を図ることができる。
【０１１３】
また、この発明のうち請求項７に係るものによれば、ノズル内に蓄積された溶融半田が第１の開口部から酸化されることを防止することができる。
【０１１４】
また、この発明のうち請求項８に係るものによれば、吐出不良の場合に装置の動作を停止することにより、不良品チップが作製されることを予め防止することができる。
【０１２０】
また、この発明のうち請求項９に係るものによれば、半田残さがノズルの底面上に付着しにくいため、溶融半田の吐出位置を安定させることができる。
【０１２５】
また、この発明のうち請求項１０に係るものによれば、固体状の半田を加熱・溶融する際に溶融半田内に混入した気泡を除去することができるため、この気泡に起因して溶融半田の吐出量及び吐出位置にばらつきが生じることを防止することができる。
【０１２６】
また、この発明のうち請求項１１に係るものによれば、第１の開口部から吐出される溶融半田の切れがよくなるため、たとえ溶融半田の粘度が高い場合であっても、溶融半田の吐出量を安定して確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】 第１の開口部付近における溶融半田の状態を示す断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態３に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態４に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態５に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態６に係るバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態７に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態８に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態９に係るバンプ形成装置の構成を部分的に拡大して示す断面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１１に係るバンプ形成装置における、第１のタンクの構成を示す斜視図である。
【図１２】 本発明の実施の形態１１に係るバンプ形成装置における、第１のタンクの構成を示す上面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態１２に係るバンプ形成方法を説明するための模式図である。
【図１４】 本発明の実施の形態１２に係るバンプ形成方法を説明するための模式図である。
【図１５】 従来のバンプ形成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 溶融半田、２ 流出口、３ 第１のタンク、４ 配管、５ 流入口、６ キャビティ、７ 第１の開口部、８ ノズル、９ ダイアフラム、１０ 圧電素子、１１ 第１のヒータ、１２ 半田、１３ 第２の開口部、１４ 第２のタンク、１５ 第２のヒータ、１６ 液面検出器、１７ 液面制御部、１８，２０，２４，３６，４７ 不活性ガス導入管、１９，２１，３８ 不活性ガス排気管、２２ フィルタ、２３ 雰囲気カバー、２５ 吐出センサ、２６ チップ、２７還元雰囲気カバー、２８ 還元ガス導入管、２９ バンプ、３０ 加熱トーチ、４０ 液面高さセンサ、４３ ガス圧センサ、４４ ガス圧制御部、４５ エラー表示部、３４ ノズル蓋、３５ ノズル蓋駆動部、４６ ノズルキャップ、４８ ノズルキャップ駆動部、１１ａ 第３のヒータ、１１ｂ 第４のヒータ、４９ 吸引パッド、５０ 排出管、５１ 吸引パッド駆動部、５２ 気泡、５３半田残さ、５４ 半田残さ除去器具、５５ 駆動部、５６ コーティング材、５７ 格子構造。

Claims (12)

  1. 溶融半田を蓄積するキャビティと、
    前記キャビティの下部に配置され、底面に第１の開口部を有するノズルと、
    前記第１の開口部から前記溶融半田を滴下するために、前記キャビティ内の前記溶融半田を前記第１の開口部方向に適宜加圧する加圧素子と
    を備え、
    前記加圧素子は、
    前記キャビティの上部に配置されたダイアフラムと、
    前記ダイアフラムの上面に固定された圧電素子と
    を有し、
    前記ダイアフラムは、前記キャビティ内の前記溶融半田を、前記第１の開口部方向、及び前記第１の開口部方向とは反対の方向へ加圧可能であることを特徴とするバンプ形成装置。
  2. 溶融半田を貯蔵するタンクと、
    前記タンクと前記キャビティとを繋ぎ、前記タンクから前記キャビティに溶融半田を送る配管とをさらに備える、請求項１に記載のバンプ形成装置。
  3. 前記タンク内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部と、
    前記タンクから前記不活性ガスを排気する不活性ガス排気部と
    をさらに備える、請求項２に記載のバンプ形成装置。
  4. 前記タンク内における前記溶融半田の液面高さが予め設定された高さよりも低くなった場合に半田切れを表示する半田切れ表示部をさらに備える、請求項２に記載のバンプ形成装置。
  5. 前記タンクを加熱する第１のヒータと、この第１のヒータとは個別であって前記キャビティを加熱する第２のヒータとをさらに備える、請求項２に記載のバンプ形成装置。
  6. 少なくとも前記タンク及び前記キャビティの内面は、半田になじむ材料でコーティングされていることを特徴とする、請求項２に記載のバンプ形成装置。
  7. 前記第１の開口部の周囲に設けられ、底面が開口したカバーと、
    前記カバー内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口と
    をさらに備える、請求項１に記載のバンプ形成装置。
  8. 前記第１の開口部からの前記溶融半田の滴下の有無を検出するセンサをさらに備える、請求項１に記載のバンプ形成装置。
  9. 前記第１の開口部周辺の前記ノズルの底面は、半田をはじく材料でコーティングされていることを特徴とする、請求項１に記載のバンプ形成装置。
  10. （ａ）容器内に固体状の半田を投入する工程と、
    （ｂ）前記容器内を真空状態にする工程と、
    （ｃ）前記容器を加熱することにより、前記固体状の半田を溶融して溶融半田にする工程と、
    （ｄ）前記溶融半田内に混入した気泡が除去された後、前記容器内の真空状態を解く工程と、
    （ｅ）バンプ形成対象に対して前記溶融半田を吐出する工程と
    を備えるバンプ形成方法。
  11. キャビティ内に蓄積された溶融半田を前記キャビティの上部に配置された加圧素子によって加圧することにより、前記キャビティの下部に配置されたノズルから前記溶融半田をバンプ形成対象上に吐出するバンプ形成方法であって、
    （ａ）前記キャビティ内の前記溶融半田を、前記加圧素子によって前記ノズル方向へ加圧する工程と、
    （ｂ）前記キャビティ内の前記溶融半田を、前記加圧素子によって前記ノズル方向とは反対の方向へ加圧する工程と、を備え、
    前記加圧素子は、前記キャビティの上部に配置されたダイアフラムと、前記ダイアフラ ムの上面に固定された圧電素子とを有し、前記ダイアフラムは、前記キャビティ内の前記溶融半田を、前記ノズル方向及び前記ノズル方向とは反対の方向へ加圧可能である、バンプ形成方法。
  12. 所定のタンクに貯蔵された溶融半田が配管を通って前記シャビティに供給され、前記所定のタンクは前記加圧素子の上方に配置され、前記配管は前記キャビティの側面に繋がっている、請求項１１に記載のバンプ形成方法。
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