JP4253093B2

JP4253093B2 - Solder ball mounting method and apparatus

Info

Publication number: JP4253093B2
Application number: JP33428999A
Authority: JP
Inventors: 公孝久保田
Original assignee: 株式会社日本パルス技術研究所
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP2001156092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）、ＭＣＭ（ＭｕｌｔｉＣｈｉｐＭｏｄｕｌｅ）等におけＬＳＩのリード端子として採用されている半田ボールの搭載方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用通信端末機、ノート型パソコンの小型化等、ＣＰＵを構成するＬＳＩの多ピン化、パッケージの小型化に伴い、リード端子として半田ボール２０を採用する方式が多くなってきた。
半導体チップ１０の電極膜１２に半田ボール２０を搭載する従来の方法を図６により説明する。
（１）図６（ａ）のように、ホルダ１３の半導体チップセット凹部１５に、半導体チップ１０の電極膜１２に形成された電極膜１２を上向きにしてセットする。この半導体チップ１０は、基板から取り外したものであって、半田ボール２０の一部又は全部が消滅したものを半田クリーナできれいに吸い取ったものである。勿論、新品の半導体チップ１０であって、まだ半田ボール２０を搭載していないものであってもよい。
【０００３】
（２）図６（ａ）のように、ホルダ１３の上面の浅いスクリーン位置合わせ凹部１４に、スクリーン枠１８の下面に張設されたクリーム半田用スクリーン１７を嵌合して、電極膜１２の上に載せる。クリーム半田用スクリーン１７の網目は、予め電極膜１２と完全に一致させた状態にあるから、クリーム半田用スクリーン１７の上からクリーム半田１９を刷毛やへらで塗込むことにより、電極膜１２の上にクリーム半田１９の層が形成される。
【０００４】
（３）図６（ｂ）のように、クリーム半田用スクリーン１７に代えて半田ボール用スクリーン２１をホルダ１３のスクリーン位置合わせ凹部１４に嵌め込む。そして、スクリーン枠２２の中に多数の半田ボール２０を入れ、半田ボール用スクリーン２１の上を筆などで半田ボール２０を軽く転がしながら、半田ボール用スクリーン２１の半田ボール位置合わせ孔２３に供給する。残った半田ボール２０は、スクリーン枠２２の排出孔２９から排出する。
半田ボール２０をクリーム半田１９の上に載せるには、クリーム半田用スクリーン１７の代わりに、真空吸着器具で半田ボール２０を吸着し、ＸＹ軸装置で正確に位置決めして搬送搭載する場合もある。
【０００５】
（４）ホルダ１３に半導体チップ１０とともに半田ボール用スクリーン２１を載せたままで、リフロー装置に入れ、上側又は下側から熱風を送って設定温度２２０℃、約２分間加熱し、半田ボール２０を溶融し、図６（ｃ）のように電極膜１２の上に固着する。
（５）半田ボール用スクリーン２１を外し、超音波洗浄器で洗浄して再生を終了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の方法では、以下のような問題があった。
（１）ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＭＣＭなどの半導体チップ１０のパッケージにクリーム半田１９を印刷するには、それぞれの半導体チップ１０に合せた印刷用のクリーム半田用スクリーン１７を必要とし、また、作業工程が煩雑である。
（２）真空吸着器具で半田ボール２０を搬送搭載する器具は、大掛かりで、作業も難しく、再実装する場合のような小規模な半田ボール２０搭載作業には不向きである。
（３）半田ボール用スクリーン２１をガイドにしたまま半田ボール２０を搭載して半導体チップ１０の上側または下側から熱風を送って半田ボール２０を半田付けすると、ステンレスなど温度変形の大きな材料からなる半田ボール用スクリーン２１では、半田ボール２０の搭載位置が電極膜１２からずれてしまう。また半田ボール用スクリーン２１に半田ボール２０が当って半田ボール２０が変形する。
【０００７】
（４）通常の半田（融点１８３℃）の半田ボール２０では、半田ボール用スクリーン２１をつけたままでは、その外側と内側で温度が異なり、半田ボール２０の表面に皺など歪ができて端子として品質が劣化する。
（５）半田ボール用スクリーン２１を加熱半田付けする前に半田ボール２０から外すには、半田ボール２０を定位置からずらさないように半導体チップ１０を下側に固定し、半田ボール用スクリーン２１を真上に引き上げる器具を必要とし作業が煩雑で専用の器具が必要である。
（６）クリーム半田１９は、半田ボール２０が溶けると直径が大きくなり易く、十分なピッチ間隔が得られなくなったり、また、固形化するときに酸化皮膜ができ、半田ボール２０の表面にしわができやすい。
【０００８】
本発明は、作業工程が簡単で、小規模な半田ボールの搭載作業に適し、半田付けするときの半田ボールの位置ずれや変形がなく、端子としての品質にすぐれ、半田ボール用スクリーンの除去作業が簡単かつ正確であるという半田ボール搭載方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リード端子として半田ボール２０を採用した半導体チップ１０と、この半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する半田ボール位置合わせ孔２３を穿設した半田ボール用スクリーン２１と、前記半導体チップ１０を下段にセットする半導体チップセット凹部１５とこのセットされた半導体チップ１０の上に半田ボール２０の直径以下のギャップを持ってセットするスクリーン位置合わせ凹部１４とを形成したホルダ１３とからなり、前記半田ボール用スクリーン２１は、全周をスクリーン枠２２で包囲するようにして固着するとともに、このスクリーン枠２２の一端下部のスクリーン位置合わせ凹部１４との係止点を支点として他端側を持ち上げるための把手２５を一体に形成してなることを特徴とする半田ボール搭載装置である。
【００１０】
以上のような構成において、第１工程で、半導体チップ１０の電極膜１２側にフラックス２４を塗布し、第２工程で、前記半導体チップ１０をホルダ１３にセットし、この半導体チップ１０のフラックス２４の上に半田ボール用スクリーン２１を載せ、半田ボール位置合わせ孔２３を通して半田ボール２０を搭載し、第３工程で、前記半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外し、第４工程で、前記半導体チップ１０をホルダ１３に嵌合したまま加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着することにより、半田ボールを搭載する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による半田ボール搭載方法およびその装置は、つぎの工程による。
第１工程：半導体チップ１０の電極膜１２側全面にフラックス２４を塗布する。
第２工程：半導体チップ１０をホルダ１３に嵌合セットし、この半導体チップ１０のフラックス２４の上に半田ボール用スクリーン２１を載せ、半田ボール用スクリーン２１のすべての半田ボール位置合わせ孔２３に半田ボール２０を搭載する。
第３工程：半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として押し下げることにより他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外す。
第４工程：半導体チップ１０をホルダ１３にセットしたまま加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着し、固着後に半導体チップ１０をホルダ１３から取り出す。
【００１２】
以上のような工程とすることにより、煩雑なクリーム半田１９のクリーム半田用スクリーン１７による印刷を省略して作業を簡単にし、また、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として押し下げて他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外すことにより、半田ボール２０から半田ボール用スクリーン２１を外し、半導体チップ１０全体を均一に加熱はんだ付けでき、半田ボール２０のずれや半田ボール２０の変形など品質の低下する要因を取り除き、簡単に、かつ、確実に半田ボール２０の搭載ができる。
【００１３】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
本発明による半田ボール搭載装置は、半導体チップ１０と半田ボール用スクリーン２１を位置決めしてセットするホルダ１３と、半田ボール２０を正しく電極膜１２の上に位置合わせする半田ボール用スクリーン２１と、半導体チップ１０の電極膜１２側に塗布するフラックス２４で構成する。
【００１４】
前記半田ボール２０は、一般に、図１（ｃ）に示すように、直径ｄ＝０．８９ｍｍ、０．７６ｍｍ、０．５ｍｍ、０．４ｍｍ等があり、溶融温度は、１８３℃、２９０℃等である。
前記半田ボール用スクリーン２１は、ステンレス板からなり、その厚さｔは、０．１５ｍｍ、０．１３ｍｍ等で、また、大きさは、半導体チップ１０の大きさ（６×６〜５０×５０ｍｍ）に応じてそれより１０〜２０ｍｍ程度大きく作られる。
この半田ボール用スクリーン２１に穿設された半田ボール位置合わせ孔２３の直径ｈは、半田ボール２０の直径ｄよりも約１０％程度大きくして半田ボール２０が容易に落下できるようにする。この半田ボール位置合わせ孔２３のピッチは、半導体チップ１０にもよるが、０．５〜１．５ｍｍ程度である。
このように形成された半田ボール用スクリーン２１は、図２に示すように、４角形のスクリーン枠２２の下面に接着剤などで固着する。また、このスクリーン枠２２の一辺部分には、ホルダ１３への着脱及び押し下げ用に把手２５が一体に設けられる。
このようにして形成された半田ボール用スクリーン２１の外周囲の半田ボール位置合わせ孔２３のない部分を十分に大きくとることにより、余分な半田ボール２０を溜めておくためのスペースとなる。
【００１５】
前記ホルダ１３は、半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載したままリフロー半田付け装置に入れて加熱するので耐熱性があるアルミニューム、マグネシューム、カーボン樹脂等が用いられる。このホルダ１３には、図２に示すように、上面側から、スクリーン位置合わせ凹部１４と半導体チップセット凹部１５と押出し孔１６とが形成されている。
前記スクリーン位置合わせ凹部１４は、半田ボール用スクリーン２１と略同一厚さ程度の深さを有する。前記半導体チップセット凹部１５は、半導体チップ１０を固定的にセットし、半田ボール用スクリーン２１と半導体チップ１０における端子板１１の電極膜１２との間に半田ボール２０の直径ｄの半分程度のギャップｇを維持して、半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１の半田ボール位置合わせ孔２３から落下させて搭載するためのものである。前記押出し孔１６は、リフロー半田付け後に半導体チップ１０をホルダ１３より押し出すためのものである。
【００１６】
以上のように構成された半田ボール搭載装置による作用を工程毎に分けて説明する。
第１工程：ボール端子が未生成のＢＧＡ、ＣＳＰ、ＭＣＭ等の半導体チップ１０において、図１（ａ）に示すように、電極膜１２（ラウンド）面にエアゾール式のフラックス２４をスプレーする。このとき、電極膜１２に塗布するのではなく、スクリーン等を用いずに、電極膜１２を形成した端子板１１の全面にフラックス２４を塗布する。
【００１７】
第２工程：図１（ｂ）に示すように、フラックス２４を塗布した半導体チップ１０の電極膜１２側を上向きにしてホルダ１３の半導体チップセット凹部１５に嵌合セットする。さらに、このホルダ１３のスクリーン位置合わせ凹部１４に半田ボール用スクリーン２１を載せる。すると、電極膜１２と半田ボール用スクリーン２１との間にギャップｇが生じる。この状態で、半田ボール用スクリーン２１の上に半田ボール位置合わせ孔２３の数より十分多い（端子総数の数倍程度）の半田ボール２０を供給し、ホルダ１３と半田ボール用スクリーン２１のスクリーン枠２２を抑えながら前後、左右、水平方向等に何回か振って半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１の全ての半田ボール位置合わせ孔２３に落下させる。全ての落下を確認したら、ホルダ１３に、半田ボール用スクリーン２１を一体に抑えたまま、スクリーン枠２２の把手２５側が低くなるように傾斜して残った半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１における半田ボール位置合わせ孔２３のないスペースにに寄せる。
【００１８】
第３工程：図１（ｄ）に示すように、ホルダ１３を水平なテーブル等に置いた状態で、スクリーン枠２２の把手２５側の一端下部がスクリーン位置合わせ凹部１４の角部分から動かないように押し下げることにより、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外す。このように一点を支点としながら回転して半田ボール用スクリーン２１を外すことにより、半田ボール２０がずれることなく余分な半田ボール２０は、半田ボール用スクリーン２１とともに除かれる。
【００１９】
第４工程：半導体チップ１０をホルダ１３にセットしたままリフロー半田付け装置にて加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着して電極膜１２の上に半田ボール２０を形成する。形成した後、半導体チップ１０をホルダ１３から取り出す。
【００２０】
前記実施例では、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として回転して他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外す場合において、半田ボール用スクリーン２１を一時的に固定して回転するため、スクリーン位置合わせ凹部１４は、半田ボール用スクリーン２１と略同一厚さ程度の凹部としたが、この例に限られるものではなく、図３に示すように、スクリーン枠２２の一端部と他端部の下面にそれぞれ突条２６を設け、スクリーン位置合わせ凹部１４は、これらの突条２６が嵌合するだけの溝状としてもよい。また、逆に、ホルダ１３の上面に突条２６を形成し、スクリーン枠２２の下面に溝状のスクリーン位置合わせ凹部１４を形成するようにしてもよい。要するに、スクリーン枠２２の把手２５側の下端部が動かないように押し下げて半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として回転して他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外すものであればよい。
【００２１】
前記実施例では、半導体チップ１０に端子板１１を一体に設け、この端子板１１に電極膜１２を形成したものを例としたが、この例に限られるものではなく、半導体チップ１０は、図４に示すように、端子板１１を有せず、半導体チップ１０に直接電極膜１２を形成したものである場合であっても、前記同様にしてこの電極膜１２に半田ボール２０を搭載することができる。この場合、半導体チップセット凹部１５の大きさと深さは、半導体チップ１０の形状に応じて形成されることは勿論である。
さらに、図５に示すように、半導体チップ１０に、絶縁皮膜２８を介して放熱基板２７を取り付けたものであって、絶縁皮膜２８に電極膜１２を形成したものであってもよい。この場合、半田ボール用スクリーン２１の中央部分には、半導体チップ１０が突出するための逃げ孔３０が形成される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、フラックス２４を半導体チップ１０の電極膜１２側に全面に塗布するようにしたので、従来のような半導体チップ１０に合せた印刷用のクリーム半田用スクリーン１７を必要とせず、また、作業工程が簡単になる。
【００２３】
真空吸着器具で半田ボール２０を搬送搭載する必要がなく、半田ボール用スクリーン２１で半田ボール２０を搭載できるので、装置が小型化され、作業性にすぐれ、特に、再実装する場合のような小規模な半田ボール２０搭載作業には適している。
【００２４】
半田ボール用スクリーン２１を取り除いてからリフロー半田付け装置にて加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着するので、半田ボール用スクリーン２１が熱変形を生じることがなく、半田ボール２０の正確な搭載が長期間可能であるとともに、耐熱性のない材料であっても半田ボール用スクリーン２１を長期間使用できる。
【００２５】
半田ボール用スクリーン２１を取り除いてからリフロー半田付け装置にて加熱溶融するので、通常の半田（融点１８３℃）の半田ボール２０であっても外側と内側の温度差がなく、品質のすぐれた端子となる。
【００２６】
スクリーン枠２２の一端下部のスクリーン位置合わせ凹部１４との係止点を支点として他端側を持ち上げるための把手２５を一体に形成したので、半田ボール用スクリーン２１を加熱半田付けする前に半田ボール２０から外すのに特殊な装置を用いなくとも、、半田ボール２０を定位置からずらさないようにして外すことができる。
【００２７】
クリーム半田１９に代えてフラックス２４を塗布したので、半田ボール２０が溶けるときに直径の変化がなく、また、加熱時にフラックス２４の上記が半田ボール２０の表面を被覆し、固形化するときに酸化皮膜ができにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半田ボール搭載方法及びその装置の一実施例を示すもので、（ａ）は、半導体チップ１０の電極膜１２側にフラックス２４を塗布する工程の説明図、（ｂ）は、半田ボール用スクリーン２１の半田ボール位置合わせ孔２３を通して半田ボール２０を搭載する工程の説明図、（ｃ）は、半田ボール２０と半田ボール用スクリーン２１の部分拡大図、（ｄ）は、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外す工程の説明図である。
【図２】本発明による半田ボール搭載装置の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明による半田ボール搭載装置の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明による半田ボール搭載装置により異なる形状の半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する例を示す断面図である。
【図５】本発明による半田ボール搭載装置によりさらに異なる形状の半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する他の例を示す断面図である。
【図６】従来の半田ボール搭載方法を示すもので、（ａ）は、半導体チップ１０の電極膜１２にクリーム半田用スクリーン１７によりクリーム半田１９を塗布する工程の説明図、（ｂ）は、クリーム半田１９を塗布した半導体チップ１０に半田ボール用スクリーン２１により半田ボール２０を搭載する工程の説明図、（ｃ）は、半導体チップ１０に半田ボール２０を固着した状態の部分拡大図である。
【符号の説明】
１０…半導体チップ、１１…端子板、１２…電極膜、１３…ホルダ、１４…スクリーン位置合わせ凹部、１５…半導体チップセット凹部、１６…押出し孔、１７…クリーム半田用スクリーン、１８…スクリーン枠、１９…クリーム半田、２０…半田ボール、２１…半田ボール用スクリーン、２２…スクリーン枠、２３…半田ボール位置合わせ孔、２４…フラックス、２５…把手、２６…突条、２７…放熱基板、２８…絶縁皮膜、２９…排出孔、３０…逃げ孔。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solder ball mounting method and apparatus used as an LSI lead terminal in BGA (Ball Grid Array), CSP (Chip Scale Package), MCM (Multi Chip Module), and the like.
[0002]
[Prior art]
Along with the miniaturization of portable communication terminals, notebook computers, etc., the number of LSIs constituting the CPU has increased, and the use of solder balls 20 as lead terminals has increased.
A conventional method of mounting the solder balls 20 on the electrode film 12 of the semiconductor chip 10 will be described with reference to FIG.
(1) As shown in FIG. 6A, the electrode film 12 formed on the electrode film 12 of the semiconductor chip 10 is set upward in the semiconductor chip setting recess 15 of the holder 13. The semiconductor chip 10 is removed from the substrate, and a part of or all of the solder balls 20 disappeared is cleanly sucked with a solder cleaner. Of course, it may be a new semiconductor chip 10 that does not have the solder balls 20 mounted thereon.
[0003]
(2) As shown in FIG. 6A, a cream solder screen 17 stretched on the lower surface of the screen frame 18 is fitted into the shallow screen alignment recess 14 on the upper surface of the holder 13, so that the electrode film 12 Put it on top. Since the mesh of the screen 17 for cream solder is in a state of being completely aligned with the electrode film 12 in advance, the cream solder 19 is applied from above the screen 17 for cream solder with a brush or a spatula, so that A layer of cream solder 19 is formed.
[0004]
(3) As shown in FIG. 6B, a solder ball screen 21 is fitted into the screen alignment recess 14 of the holder 13 instead of the cream solder screen 17. Then, a large number of solder balls 20 are placed in the screen frame 22 and supplied to the solder ball alignment holes 23 of the solder ball screen 21 while lightly rolling the solder balls 20 on the solder ball screen 21 with a brush or the like. . The remaining solder balls 20 are discharged from the discharge holes 29 of the screen frame 22.
In order to place the solder ball 20 on the cream solder 19, the solder ball 20 may be adsorbed by a vacuum suction device instead of the cream solder screen 17, and may be accurately positioned and transported and mounted by an XY axis device.
[0005]
(4) With the solder ball screen 21 placed on the holder 13 together with the semiconductor chip 10, it is put into a reflow apparatus, hot air is sent from the upper side or the lower side and heated at a set temperature of 220 ° C. for about 2 minutes to melt the solder ball 20 Then, it is fixed on the electrode film 12 as shown in FIG.
(5) Remove the solder ball screen 21 and clean it with an ultrasonic cleaner to finish the regeneration.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional methods as described above have the following problems.
(1) In order to print the cream solder 19 on the package of the semiconductor chip 10 such as BGA, CSP, or MCM, the cream solder screen 17 for printing matched to each semiconductor chip 10 is required, and the work process is It is complicated.
(2) A device for transporting and mounting the solder balls 20 with a vacuum suction device is large and difficult to work, and is unsuitable for a small-sized solder ball 20 mounting operation such as re-mounting.
(3) When the solder ball 20 is mounted while the solder ball screen 21 is used as a guide and hot air is sent from the upper or lower side of the semiconductor chip 10 to solder the solder ball 20, the solder ball 20 is made of a material having a large temperature deformation such as stainless steel. In the solder ball screen 21, the mounting position of the solder ball 20 is shifted from the electrode film 12. Further, the solder ball 20 hits the solder ball screen 21 and the solder ball 20 is deformed.
[0007]
(4) With the solder ball 20 of normal solder (melting point 183 ° C.), the temperature differs between the outside and inside of the solder ball screen 21 with the solder ball screen 21 attached, and the surface of the solder ball 20 is distorted, such as wrinkles. As the quality deteriorates.
(5) To remove the solder ball screen 21 from the solder ball 20 before heat-soldering, the semiconductor chip 10 is fixed to the lower side so that the solder ball 20 is not displaced from the fixed position, and the solder ball screen 21 is removed. It requires a tool to be lifted directly above, and the work is complicated and a special tool is required.
(6) The cream solder 19 is likely to increase in diameter when the solder ball 20 is melted, and a sufficient pitch interval cannot be obtained, and an oxide film is formed when solidified, and the surface of the solder ball 20 can be wrinkled. Cheap.
[0008]
The present invention has a simple work process, is suitable for a small-sized solder ball mounting work, has no solder ball positional deviation or deformation, and has excellent terminal quality, and a solder ball screen removal work. It is an object of the present invention to provide a solder ball mounting method and apparatus that are simple and accurate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a semiconductor chip 10 that employs solder balls 20 as lead terminals, a solder ball screen 21 in which solder ball alignment holes 23 for mounting the solder balls 20 are formed in the semiconductor chip 10, and the semiconductor chip 10. A holder 13 having a semiconductor chip set recess 15 for setting a lower portion and a screen alignment recess 14 for setting a gap smaller than the diameter of the solder ball 20 on the set semiconductor chip 10. The solder ball screen 21 is fixed so that the entire periphery is surrounded by the screen frame 22, and the other end side is lifted by using a locking point of the screen frame 22 with the screen alignment recess 14 at the lower end of the screen frame 22. the solder ball mounting apparatus der to make the handle 25 characterized by being formed integrally .
[0010]
In the above configuration, the flux 24 is applied to the electrode film 12 side of the semiconductor chip 10 in the first step, and the semiconductor chip 10 is set on the holder 13 in the second step. The solder ball screen 21 is placed on the solder ball 20 and the solder ball 20 is mounted through the solder ball alignment hole 23. In the third step, the solder ball screen 21 is lifted up with the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum. In the fourth step, the solder ball 20 is mounted by fixing the solder ball 20 to the electrode film 12 by heating with the semiconductor chip 10 fitted to the holder 13 in the fourth step.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The solder ball mounting method and apparatus according to the present invention are as follows.
First step: A flux 24 is applied to the entire surface of the semiconductor chip 10 on the electrode film 12 side.
Second step: The semiconductor chip 10 is fitted and set in the holder 13, the solder ball screen 21 is placed on the flux 24 of the semiconductor chip 10, and solder is placed in all the solder ball alignment holes 23 of the solder ball screen 21. A ball 20 is mounted.
Third step: The solder ball screen 21 is removed while raising the other end side by pushing down the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum.
Fourth step: The semiconductor chip 10 is heated while being set in the holder 13 to fix the solder ball 20 to the electrode film 12, and the semiconductor chip 10 is taken out from the holder 13 after fixing.
[0012]
By performing the above-described steps, the troublesome printing of the cream solder 19 with the cream solder screen 17 is omitted, and the work is simplified, and the lower end of the solder ball screen 21 is pushed down as a fulcrum to the other end side. By removing the solder ball screen 21 while lifting the solder ball, the solder ball screen 21 can be removed from the solder ball 20 and the entire semiconductor chip 10 can be heated and soldered uniformly, and the quality of the solder ball 20 can be shifted or the solder ball 20 can be deformed. Therefore, the solder ball 20 can be mounted easily and reliably.
[0013]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The solder ball mounting apparatus according to the present invention includes a holder 13 for positioning and setting the semiconductor chip 10 and the solder ball screen 21, a solder ball screen 21 for correctly aligning the solder ball 20 on the electrode film 12, and a semiconductor. It is comprised with the flux 24 apply | coated to the electrode film 12 side of the chip | tip 10. FIG.
[0014]
As shown in FIG. 1C, the solder balls 20 generally have diameters d = 0.89 mm, 0.76 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, etc., and the melting temperature is 183 ° C., 290 ° C., etc. It is.
The solder ball screen 21 is made of a stainless steel plate, and its thickness t is 0.15 mm, 0.13 mm, etc., and the size is the size of the semiconductor chip 10 (6 × 6 to 50 × 50 mm). Depending on the size, it is made about 10 to 20 mm larger.
The diameter h of the solder ball alignment hole 23 drilled in the solder ball screen 21 is about 10% larger than the diameter d of the solder ball 20 so that the solder ball 20 can be easily dropped. The pitch of the solder ball alignment holes 23 is about 0.5 to 1.5 mm although it depends on the semiconductor chip 10.
The solder ball screen 21 thus formed is fixed to the lower surface of the quadrangular screen frame 22 with an adhesive or the like, as shown in FIG. Further, a handle 25 is integrally provided on one side of the screen frame 22 for attaching to and detaching from the holder 13 and for pushing down.
By taking a sufficiently large portion around the outer periphery of the solder ball screen 21 thus formed without the solder ball alignment hole 23, a space for storing excess solder balls 20 is provided.
[0015]
Since the holder 13 is heated in a reflow soldering apparatus with the solder balls 20 mounted on the semiconductor chip 10, heat-resistant aluminum, magnesium, carbon resin, or the like is used. As shown in FIG. 2, the holder 13 is formed with a screen alignment recess 14, a semiconductor chip set recess 15, and an extrusion hole 16 from the upper surface side.
The screen alignment recess 14 has a depth of approximately the same thickness as the solder ball screen 21. The semiconductor chip setting recess 15 sets the semiconductor chip 10 in a fixed manner, and a gap of about half the diameter d of the solder ball 20 between the solder ball screen 21 and the electrode film 12 of the terminal plate 11 in the semiconductor chip 10. g is maintained and the solder ball 20 is dropped from the solder ball alignment hole 23 of the solder ball screen 21 and mounted. The extrusion hole 16 is for extruding the semiconductor chip 10 from the holder 13 after reflow soldering.
[0016]
The operation of the solder ball mounting apparatus configured as described above will be described separately for each process.
First step: As shown in FIG. 1A, aerosol flux 24 is sprayed on the electrode film 12 (round) surface in a semiconductor chip 10 such as BGA, CSP, MCM or the like in which no ball terminal is generated. At this time, the flux 24 is applied to the entire surface of the terminal plate 11 on which the electrode film 12 is formed without using a screen or the like instead of applying the electrode film 12.
[0017]
Second step: As shown in FIG. 1B, the semiconductor chip 10 coated with the flux 24 is fitted and set in the semiconductor chip set recess 15 of the holder 13 with the electrode film 12 side facing upward. Further, a solder ball screen 21 is placed on the screen alignment recess 14 of the holder 13. Then, a gap g is generated between the electrode film 12 and the solder ball screen 21. In this state, a solder ball 20 having a number sufficiently larger than the number of solder ball alignment holes 23 (several times the total number of terminals) is supplied onto the solder ball screen 21, and the screen frame of the holder 13 and the solder ball screen 21. The solder ball 20 is dropped in all the solder ball alignment holes 23 of the solder ball screen 21 by shaking several times in the forward / backward, left / right, and horizontal directions while holding 22. When all the drops have been confirmed, the solder balls 20 that remain tilted so that the handle 25 side of the screen frame 22 is lowered while the solder ball screen 21 is integrally held in the holder 13 are soldered on the solder ball screen 21. Bring it to the space without the ball alignment hole 23.
[0018]
Third step: As shown in FIG. 1D, with the holder 13 placed on a horizontal table or the like, the lower end of the screen frame 22 on the handle 25 side does not move from the corner of the screen alignment recess 14. The solder ball screen 21 is removed from the solder ball 20 while lifting the other end with the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum. Thus, by rotating with one point as a fulcrum and removing the solder ball screen 21, the excess solder ball 20 is removed together with the solder ball screen 21 without the solder ball 20 being displaced.
[0019]
Fourth step: The semiconductor chip 10 is set on the holder 13 and heated by a reflow soldering apparatus to fix the solder ball 20 to the electrode film 12 and form the solder ball 20 on the electrode film 12. After the formation, the semiconductor chip 10 is taken out from the holder 13.
[0020]
In the above embodiment, when the solder ball screen 21 is removed from the solder ball 20 while rotating the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum and lifting the other end side, the solder ball screen 21 is temporarily fixed. Therefore, the screen alignment recess 14 is approximately the same thickness as the solder ball screen 21, but is not limited to this example, and as shown in FIG. The protrusions 26 may be provided on the lower surfaces of the first and second ends, respectively, and the screen alignment recess 14 may have a groove shape that only fits these protrusions 26. Conversely, the protrusion 26 may be formed on the upper surface of the holder 13, and the groove-shaped screen alignment recess 14 may be formed on the lower surface of the screen frame 22. In short, the lower end of the screen frame 22 on the handle 25 side is pushed down so that it does not move, rotates around one end of the solder ball screen 21 as a fulcrum, and lifts the other end while removing the solder ball screen 21 from the solder ball 20. Anything is acceptable.
[0021]
In the above embodiment, the terminal plate 11 is integrally provided on the semiconductor chip 10 and the electrode film 12 is formed on the terminal plate 11. However, the present invention is not limited to this example. As shown in FIG. 4, even if the terminal film 11 is not provided and the electrode film 12 is directly formed on the semiconductor chip 10, the solder balls 20 are mounted on the electrode film 12 in the same manner as described above. Can do. In this case, of course, the size and depth of the semiconductor chip set recess 15 are formed according to the shape of the semiconductor chip 10.
Furthermore, as shown in FIG. 5, the semiconductor chip 10 may be provided with a heat dissipation substrate 27 attached via an insulating film 28, and the electrode film 12 may be formed on the insulating film 28. In this case, a relief hole 30 for projecting the semiconductor chip 10 is formed in the central portion of the solder ball screen 21.
[0022]
【The invention's effect】
In the present invention, the flux 24 is applied to the entire surface of the semiconductor chip 10 on the electrode film 12 side, so that the conventional cream solder screen 17 for printing matched to the semiconductor chip 10 is not required. The work process is simplified.
[0023]
Since it is not necessary to carry and mount the solder ball 20 with a vacuum suction device, and the solder ball 20 can be mounted with the solder ball screen 21, the apparatus is downsized and has excellent workability. It is suitable for a large-scale solder ball 20 mounting operation.
[0024]
Since the solder ball 20 is fixed to the electrode film 12 by heating with a reflow soldering apparatus after the solder ball screen 21 is removed, the solder ball screen 21 is not thermally deformed, and the solder ball 20 is accurately The solder ball screen 21 can be used for a long period of time, and can be used for a long period of time even if it is a material having no heat resistance.
[0025]
Since the solder ball screen 21 is removed and then heated and melted in a reflow soldering apparatus, even a solder ball 20 of normal solder (melting point 183 ° C.) has no temperature difference between the outer side and the inner side and has excellent quality. It becomes.
[0026]
Since the handle 25 for lifting the other end side is integrally formed with a locking point with the screen alignment recess 14 at the lower end of the screen frame 22 as a fulcrum, before the solder ball screen 21 is heated and soldered, the solder ball Even if a special device is not used to remove the solder ball 20, the solder ball 20 can be removed without being displaced from the fixed position.
[0027]
Since the flux 24 is applied instead of the cream solder 19, there is no change in diameter when the solder ball 20 melts, and the above-mentioned flux 24 covers the surface of the solder ball 20 during heating and is oxidized when solidified. It becomes difficult to form a film.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an embodiment of a solder ball mounting method and apparatus according to the present invention. FIG. 1A is an explanatory view of a process of applying a flux 24 to an electrode film 12 side of a semiconductor chip 10; FIG. 8 is an explanatory diagram of a process of mounting the solder ball 20 through the solder ball alignment hole 23 of the solder ball screen 21, (c) is a partially enlarged view of the solder ball 20 and the solder ball screen 21, and (d) It is explanatory drawing of the process of removing the screen 21 for solder balls, raising the other end side by using the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum.
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of a solder ball mounting apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the solder ball mounting apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example in which solder balls 20 are mounted on semiconductor chips 10 having different shapes by the solder ball mounting apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example in which the solder ball 20 is mounted on the semiconductor chip 10 having a different shape by the solder ball mounting apparatus according to the present invention.
6A and 6B show a conventional solder ball mounting method. FIG. 6A is an explanatory diagram of a process of applying cream solder 19 to the electrode film 12 of the semiconductor chip 10 by a cream solder screen 17, and FIG. An explanatory view of a process of mounting the solder ball 20 on the semiconductor chip 10 to which the cream solder 19 is applied by the solder ball screen 21, (c) is a partially enlarged view of the state in which the solder ball 20 is fixed to the semiconductor chip 10.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor chip, 11 ... Terminal board, 12 ... Electrode film, 13 ... Holder, 14 ... Screen alignment recessed part, 15 ... Semiconductor chip set recessed part, 16 ... Extrusion hole, 17 ... Cream solder screen, 18 ... Screen frame, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Cream solder, 20 ... Solder ball, 21 ... Screen for solder ball, 22 ... Screen frame, 23 ... Solder ball alignment hole, 24 ... Flux, 25 ... Handle, 26 ... Projection, 27 ... Radiation board, 28 ... Insulating film, 29 ... discharge hole, 30 ... escape hole.

Claims

The step of applying the flux 24 to the electrode film 12 side of the semiconductor chip 10, the semiconductor chip 10 is set in the holder 13, and the solder ball screen 21 is placed on the flux 24 of the semiconductor chip 10 to align the solder balls. Mounting the solder ball 20 through the hole 23, removing the solder ball screen 21 while lifting the other end with the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum, and fitting the semiconductor chip 10 to the holder 13. And soldering the solder ball 20 to the electrode film 12 by heating it as it is.

The step of spraying aerosol flux 24 on the electrode film 12 surface of the semiconductor chip 10 where the ball terminals are not generated and applying the flux 24 to the electrode film 12 side, and the electrode film 12 side of the semiconductor chip 10 coated with the flux 24 Is placed in the semiconductor chip set recess 15 of the holder 13, and then the solder ball screen 21 is placed on the screen alignment recess 14 of the holder 13 with a gap less than the diameter of the solder ball 20 on the electrode film 12. The solder ball 20 is supplied onto the solder ball screen 21, the solder ball 20 is dropped into the solder ball alignment hole 23, and the remaining solder ball 20 does not have the solder ball alignment hole 23 in the solder ball screen 21. In the process of approaching the space and the holder 13 fixed horizontally, The lower end of the lean frame 22 on the handle 25 side is pushed down so as not to move from the corner portion of the screen alignment recess 14 and the solder ball screen 21 is soldered while lifting the other end with the lower end of the solder ball screen 21 as a fulcrum. After removing from the ball 20 and heating the semiconductor chip 10 in a reflow soldering apparatus while being set in the holder 13 to fix the solder ball 20 to the electrode film 12 and forming the solder ball 20 on the electrode film 12 And a method of mounting a solder ball comprising the step of removing the semiconductor chip 10 from the holder 13.

A semiconductor chip 10 that employs solder balls 20 as lead terminals, a solder ball screen 21 in which solder ball alignment holes 23 for mounting the solder balls 20 are formed in the semiconductor chip 10, and the semiconductor chip 10 are set in the lower stage. A solder chip set recess 15 and a holder 13 formed on the set semiconductor chip 10 with a screen alignment recess 14 set with a gap less than the diameter of the solder ball 20. 21 is fixed so that the entire periphery is surrounded by the screen frame 22, and a handle 25 for lifting the other end side with a locking point with the screen alignment recess 14 at the lower end of the screen frame 22 as a fulcrum. A solder ball mounting device characterized by being formed integrally.

A semiconductor chip 10 that employs solder balls 20 as lead terminals, a solder ball screen 21 in which solder ball alignment holes 23 for mounting the solder balls 20 are formed in the semiconductor chip 10, and the semiconductor chip 10 are set in the lower stage. A solder chip set recess 15 and a holder 13 in which a screen alignment recess 14 is set on the set semiconductor chip 10 with a gap about half the diameter of the solder ball 20. The screen 21 has a large number of solder ball alignment holes 23 that are approximately 10% larger than the diameter d of the solder ball 20 and allow the solder ball 20 to easily fall, and has a quadrangular screen frame all around. The solder ball alignment hole 23 is fixed to the lower surface of the solder ball 22 and is provided on the outer periphery of the solder ball screen 21. The non-existing portion is a sufficient space for storing excess solder balls 20, and the other end side of the screen frame 22 is used as a fulcrum with the engaging point of the screen alignment recess 14 at the lower end of the screen frame 22 at one end. A solder ball mounting device characterized in that a handle 25 for lifting is integrally formed.