JP4427793B2

JP4427793B2 - 導電性ボールの搭載装置

Info

Publication number: JP4427793B2
Application number: JP2004235421A
Authority: JP
Inventors: 元通伊藤; 正典落合; 賢一久保
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-08-12
Also published as: JP2006054340A

Description

本発明は、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）タイプ又はＦＣ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ）タイプなどエリアアレイ型の接続バンプ構造を有する半導体部品又はウエハ、パッケージに導電性ボールを搭載する搭載装置に関するものである。

近年、携帯端末機器やノート型パソコンの高速化と高機能化、及び軽量化、小型化と薄型化が進むにつれ、それらに内蔵される半導体部品や半導体部品を実装するウエハに対しては、その小型化、薄型化と接続端子数の増加という相反する性能が要求されている。その要求に応ずるものとして、ＢＧＡタイプ或いはＦＣタイプなどエリアアレイ型の接続バンプをパッド状の電極に形成した半導体部品、基板、ウエハまたはパッケージ（以下半導体部品、基板、ウエハおよびパッケージなどを総して電子部品と称する。）が採用されている。

例えば半田や銅など導電材を用いて接続バンプを形成する方法としては、導電材を含んだペーストを電極に印刷するペースト方式、導電性を有するボール（導電性ボール）を電極に搭載する導電性ボール方式、導電材をメッキや蒸着する膜付け方式などがある。多端子化のため電極の配列は高密度化し、それに伴い接続バンプの大きさも小型化する傾向にある。小型の接続バンプを形成する場合には、接続バンプの配列精度や生産性の面で有利な導電性ボール方式が採用される場合が多い。

導電性ボール方式によれば、前記接続バンプは、少なくとも、電極上に薄くソルダーペーストもしくはフラックスを印刷する印刷工程と、ソルダーペーストもしくはフラックスが印刷された電極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するなどして接続バンプを形成するバンプ形成工程を経て製造される。

導電性ボールを電極に搭載する周知の方法として、負圧を利用した吸着ヘッドで半田（導電性）ボールを吸着、電極へ移送して搭載する吸着方式がある。しかしながら吸着方式では、吸着ヘッドの吸着力で導電性ボールが変形するという問題があるだけでなく、吸着力を解除しても吸着ヘッドから導電性ボールが分離されず搭載不良が生じるという問題があった。さらに、吸着時に空気中を移動した導電性ボールが帯電して、静電気で凝集した導電性ボールの集合体が電極に搭載されたり、或いは余剰の導電性ボール（いわゆる余剰ボール）が電極以外の電子部品の表面に付着し短絡の原因となるという問題があった。この問題は、特に導電性ボールの径小化に伴い顕著となってきている。

一方、吸着方式の問題を解決する方法として、特許文献１、２で例示されるように、電極の配列パターンに対応した位置決め開口部が形成された平板状のマスクを用い、導電性ボールをマスク上に供給し、導電性ボールを移動させて位置決め開口部に挿入し、位置決め開口部を通して電極に搭載する、いわゆる振込方式がある。
特開２００２−１７１０５４号公報（段落番号００３４〜００３６）特開平９−１６２５３３号公報（段落番号００４２）

上記特許文献１、２に例示される振込方式では、導電性ボールの搭載は重力の作用で行われるので、導電性ボールの変形や搭載不良を防止できる。また、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凝集した導電性ボールは電極に搭載されず、加えて電極以外の電子部品の表面はマスクで遮蔽されているので余剰ボールが電極以外の部分に付着する恐れが少ない。しかし、最近ではバンプの数は膨大となってその配列は高密度化され、導電性ボールも１００μｍ以下というような小径のものも使用されるようになってくると、次のような問題がでてきた。

図６は、フレーム９０に張設されたマスク９１を用い従来の振込方式で導電性ボールＢＢをウエハＷに搭載している状態を示す模式図である。導電性ボールの直径が１００μｍ程度と小さい場合には、それに対応してマスク９１の厚みも１００μｍ前後となる。そのようなマスク９１は剛性が低いため反りなどの変形が生じやすく、そのようなマスク９１とウエハＷを合わせた場合にはそれらの間に隙間ができ、振り込まれた導電性ボールＢがその隙間に入り込んで余剰ボールが生じる場合がある。そこでその隙間を無くすために、図６（ｂ）に示すように、マスク９１を保持しているフレーム９０をウエハＷの方向に押し付けてマスク９１をウエハＷに密着させた場合、マスク９１は非常に薄いためにウエハＷの外周部に対する領域に隙間が生じてしまい、その隙間に余分な導電性ボールＢが入り込んでしまい余剰ボールが生じるという問題が招来する。

本発明は、上記した従来技術を鑑みてなされたものであり、マスクを使用して被配列体に導電性ボールを搭載する搭載装置において、マスクと被配列体の間に生じる隙間を抑制して余剰ボールが発生しにくい搭載装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、所定の配列パターンで平板状の被配列体に導電性ボールを搭載する装置であって、前記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を有する軟磁性を備えたマスクと、導電性ボールが搭載される搭載面を露出させた状態で前記被配列体が収納されたときに前記搭載面と相対する被配列体の面が接する平坦な底面を備えた有底孔状の収納部を有する保持手段と、前記底面に開口する貫通孔と前記貫通孔に接続された真空ポンプを有し、前記収納部に収納された被配列体の搭載面と相対する面を当該収納部の底面に吸着し被配列体の反りを矯正する吸着手段と、前記保持手段を介し前記マスクと相対するように配置された磁力発生手段とを備え、前記保持手段は、前記収納部の外部に形成されるとともに当該収納部に収納された被配列体の搭載面とほぼ同一高さの支持面を有し、前記磁力発生手段は、その平面視の大きさが前記被配列体の平面視の大きさより大で、前記マスクを引き付けて前記保持手段の支持面に密着させるよう構成されている導電性ボールの搭載装置である。かかる搭載装置によれば、保持手段の収納部に搭載面が露出するように収納された被配列体に対し該搭載面に対して上記構成の磁力発生手段でマスクを密着させると、マスクは、被配列体の搭載面と密着するとともに収納部の外部に形成された保持手段の支持面にも密着した状態で支持される。したがって、実質的に、マスクを支持する面積が増加するので、マスクと被配列体の間に隙間ができる可能性が低くなる。加えて、上記搭載装置では、有底孔状の収納部は、被配列体が収納されたときに搭載面と相対する被配列体の面が接する平坦な底面を備え、前記底面に開口する貫通孔と前記貫通孔に接続された真空ポンプを有して収納部に収納された被配列体の搭載面と相対する面を収納部の平坦な底面に吸着し被配列体の反りを矯正する吸着手段を備えているので、被配列体の反りを矯正でき、被配列体とマスクとの密着性をさらに向上できる。なお、その支持面は支持手段のいかなる場所に設けてもよいが、工業生産上において支持手段の最表面に設ければ比較的低コストで形成できるので都合がよい。
さらに、保持手段は、被配列体とほぼ同一の厚みを有するとともに孔部が形成された平板状の枠体と、枠体の一面に一面が密接された平板状の支持体とを有し、孔部と支持体の一面とで上記支持手段の収納部が形成されていることが好ましい。

本発明の一態様によれば、保持手段の収納部に搭載面が露出するように収納された被配列体に対し該搭載面に対して密着するようにマスクを位置合わせするときに、マスクは、被配列体の搭載面と密着するとともに保持手段の支持面にも密着した状態で支持される。したがって、実質的に、マスクを支持する面積が増加するので、たとえばマスクを被配列体に密着させるために被配列体の側に押し付けた場合でもマスクと被配列体の間に隙間ができる可能性が低くなり余剰ボールの発生を抑制できる。

本発明について、その実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態の説明においては導電性ボールとして半田ボールを対象としているが、例えば、Ｓｎ又はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌなど金属を主体とした導電性ボールは本発明に含まれる。同様に、ポリプロピレン又はポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、酢酸セルロース、ポリエステル系などの樹脂を主体としたボールの表面に半田などの導電性金属をコーティングした導電性ボールは本発明に含まれる。さらに、被配列体としてウエハを対象としているが、例えば、半導体装置（チップ）、基板、ウエハ又はパッケージ、その他電子部品など接続バンプとして導電性ボールが採用される電子部品は本発明の被配列体に含まれる。また、電子部品に接続バンプを形成するための部材、例えば導電性ボールを電子部品に搭載するため該導電性ボールが配置される部材も本発明で言う被配列体に含まれる。

［実施形態１］
本発明の第１態様について図１〜３を参照し説明する。図１は、第１態様の搭載装置の概略構成図である。図２は、図１の搭載装置において半田ボールが搭載される状態を説明するための図１の部分拡大断面図である。図３は、図１の断面図である。

搭載装置１は、図１に示すように、所定の配列パターンで配設された電極Ｑを一面（搭載面）に有する平面視において略円形状のウエハＷの該電極Ｑに半田ボールＢを搭載する物である。この搭載装置１は、その電極Ｑの配列パターンに対応し半田ボールＢが挿通可能に形成された位置決め開口部１１１を有するマスク１１と、搭載面を上方に向けて露出した状態でウエハＷが収納される凹状の収納部１２３を有する保持手段という基本的な構成を有するとともに、加えて、マスク１１の上面に供給された半田ボールＢを貫通穴１１１に振り込むための振込手段１０が配設されている。

（マスク）
マスク１１は、金属、樹脂又はセラミックスを主体とする素材にて平板状に形成されており、その平面視の大きさはウエハＷよりおおきく、半田ボールＢの直径とほぼ同一厚さに形成されている。そのように薄く大きなマスク１１はそのままでは変形しやすいので、弾性のある布（紗という。）などで平面方向に張力を加えた状態で不図示のフレームなどに固定されている。そのマスク１１の位置決め開口部１１１は、図２に示すように、貫通孔状に形成されている。位置決め開口部１１１の形状は、特に図示に限定されることなく、その半径方向の断面形状は、略円形状や略矩形状、略三角形状、略長孔状、略瓢箪状或いはそれらの組み合わせなど適宜選択することができ、さらに軸心方向の断面形状も、長方形状又は台形状、上下に台形が組み合わされた鼓形状或いはそれらの組み合わせなど適宜選択することができる。また、マスク１１においてウエハＷに対面する面は、必ずしも平坦面である必要がなく、例えば図３（ｂ）に示すマスク１１´ように、通常電極Ｑに塗布されるフラックスｆと接触しないように底面に凹部１１２が形成されていてもよい。

（保持手段）
保持手段１２は、ウエハＷが嵌通可能な孔部１２２１が形成された枠体１２２と平板状の支持体１２１とから構成されており、支持体１２１の上面に枠体１２２を密設することにより支持体１２１の上面と孔部１２２１とで収納部１２３が形成される。ここで、枠体１２２は、ウエハＷとほぼ同じ厚みで形成されている。したがって、枠体１２２の上面１２４（以下支持面という。）は、搭載面を上方に向け露出した状態でウエハＷを収納部１２３に収納したときに該搭載面とほぼ同じ高さとなる。

なお、孔部１２２１（すなわち収納部１２３）の内径は、ウエハＷより若干大きい程度であることが位置決め精度の面から望ましい。また、例えば平板を加工して収納部１２３を形成するようにしてもよいが、上記の構成とすれば、ウエハなど面積が比較的大きい割に厚みの薄いものを収納する収納部を低コストで形成できるという利点がある。さらに、収納部１２３の底面に開口するように貫通孔を設け、その貫通孔に真空ポンプなどを接続し、収納部１２３に収納されたウエアＷを吸着するようにすればウエハＷの反りを矯正でき、マスク１１との密着性を向上できるので都合がよい。

（振込手段）
振込手段１０は、例えば振込部材１０１としてブラシ、ゴム板または樹脂板などを用いたスクレーパー、マスク１１の上面に対し横向きあるいは縦向きの姿勢で線材を配したブラシであり、マスク１１の上面に供給された半田ボールＢを掃引しながら動かすためにマスク１１の上面に振込部材１０１を当接させながらその上方を手動または自動で水平移動できるように構成されている。この振込手段１０において半田ボールＢに直接当接する振込部材１０１は、半田ボールＢが帯電しないように導電性のあるものを使うとよい。

上記構成の振込手段１０によれば、マスク１１の上面に供給された半田ボールＢは、振込手段１０で掃引されつつ移動されて位置決め開口部１１１に装入される。位置決め開口部１１１に装入されなかった余剰の半田ボールＢや凝集していて位置決め開口部１１１に装入されなかった半田ボールＢは、マスク１１の位置決め開口部１１１が形成された領域の外へ掃き出されて回収される。なお、振込手段としては、供給された半田ボールＢを加振して移動させるようマスク１１とともに保持手段１２を加震する構成、あるいは供給された半田ボールＢを転動させるようマスク１１とともに保持手段１２を傾動する構成を採用することもできる。

上記搭載装置１の動作について説明する。
まず、保持手段１２の収納部１２３にウエハＷを装着する。この際、ウエハＷはその搭載面が上方を向き露出した状態で装着される。次に、位置決め開口部１１１が電極Ｑに対してほぼ一致するようにマスク１１を平面視において位置決めし、ウエハＷの搭載面に対しマスク１１の下面が密着した状態となるように重ね合わせる。このとき、図３に示すように、マスク１１は、ウエハＷに密着可能な状態となるとともに保持手段１２の上面である支持面１２４にも密着可能な状態となる。したがって、マスク１１に変形が生じていなければこの状態でマスク１１とウエハＷの間には隙間が形成されず、また、マスク１１に変形が生じていればマスク１１を下方へ押し付けることで密着させて隙間を無くすことができる。

次に、位置決め開口部１１１の個数以上の半田ボールＢをマスク１１の上面に供給し、マスク１１の上面に振込部材を当接させながら振込手段１０を水平移動することで半田ボールＢを掃引して位置決め開口部１１１へ装填する。このとき、上記したようにマスク１１とウエハＷとの間には隙間がないのでその隙間に半田ボールＢが入り込むことがない。

［実施形態２］
本発明の第２態様について図４，５を参照し説明する。図４は、第２態様の搭載装置の概略構成図である。図５は、図４の拡大断面図である。なお、図４，５では上記第１態様と同じ構成については同一符号を付しており、以下で詳細な説明を省略する。

第２態様の搭載装置２は、図４に示すように、第１態様とほぼ同様に構成されているが、１）電気鋳造されたＮｉやＳＵＳ４３０などの薄板など軟磁性のある素材をマスク２１の基体として使用した点と、２）保持手段１２の下部に磁力発生手段である永久磁石２３を配置した点が相違している。したがって、軟磁性を有するマスク２１は永久磁石２３の作用する磁石により全面がほぼ一様に下方に引き付けられ、ウエハＷおよび保持手段１２の支持面１２４に全体として一様に密着する。ここで永久磁石２３は、半田ボールＢがウエハＷに搭載された後にウエハＷからマスク２１を取り外すため不図示の昇降手段などで昇降されマスク２１との距離が調整される。

（磁力発生手段）
磁力発生手段は一体物の永久磁石であってもよいが、本態様の永久磁石２３のように隣接する個片の永久磁石２３１が異なる極性となるようにその短手の側面を密着させて略平板状に並べ配したものとすることができる。このように、隣接した磁区が異なる極性となるように個片の永久磁石を配設すると、各個片の永久磁石から生ずる磁力線の間隔が短くなり、マスク２１をより強く均一に引き付けることができるという利点がある。

また、図５（ａ）に示すように、永久磁石２３の平面視の大きさがウエハＷとほぼ同じでその磁力の有効範囲がウエハＷとほぼ同面積の場合には、ウエハＷの外周部に対応するマスク２１の領域Ｓが充分にウエハＷの側へ引き付けられない可能性がある。したがって、図５（ｂ）に示すように、永久磁石２３´の平面視の大きさをウエハＷよりも大きくしてその磁力の有効範囲がウエハＷより大きくすると、マスク２１はよりウエハＷの全面に密着するので好ましい。このとき、永久磁石２３´でウエハＷの側に引き付けられたマスク２１は支持面１２４で支持されるのでウエハＷの外周部とマスク２１の間に隙間ができることもない。なお、磁力発生手段は電磁石で構成することもできる。

上記搭載装置２の動作について説明する。
まず、第１態様の搭載装置１と同様に、ウエハＷを保持手段１２に装着し、ウエハＷにマスク２１を位置合わせする。次に、マスク２１が充分にウエハＷに密着する位置まで永久磁石２３を上昇させる。このとき図５（ａ）に示すように、マスク２１は、永久磁石２３から作用する磁力にその全面が一様に引き付けられて、ウエハＷに密着するとともに保持手段１２の上面である支持面１２４にも密着する。したがって、マスク２１に変形が生じていてもマスク２１とウエハＷの間には隙間が形成されない。その結果、振込手段１０で半田ボールＢを振り込むときでもその隙間に半田ボールＢが入り込むことがない。

本発明は、上記の説明に限定されることなく、例えば医薬品や窯業などの分野におけるように徴小な或いは不定形の粉体や粒体を被配列体に搭載する用途にも利用することが可能である。

本発明に係る第１態様の搭載装置の概略構成図である。図１の部分拡大断面図である。図１の断面図である。本発明に係る第２態様の搭載装置の概略構成図である。図４の拡大断面図である。従来の振込方式で導電性ボールをウエハに搭載している状態を示す模式図である。

符号の説明

１（２）：搭載装置
１０：振込手段、１０１：振込部材
１１（２１）：マスク、１１１：位置決め開口部
１２：保持手段、１２１：支持体、１２２：枠体
２３：磁力発生手段
Ｗ：ウエハ、Ｑ：電極
Ｂ：導電性ボール

Claims

所定の配列パターンで平板状の被配列体に導電性ボールを搭載する装置であって、前記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を有する軟磁性を備えたマスクと、導電性ボールが搭載される搭載面を露出させた状態で前記被配列体が収納されたときに前記搭載面と相対する被配列体の面が接する平坦な底面を備えた有底孔状の収納部を有する保持手段と、前記底面に開口する貫通孔と前記貫通孔に接続された真空ポンプを有し、前記収納部に収納された被配列体の搭載面と相対する面を当該収納部の底面に吸着し被配列体の反りを矯正する吸着手段と、前記保持手段を介し前記マスクと相対するように配置された磁力発生手段とを備え、前記保持手段は、前記収納部の外部に形成されるとともに当該収納部に収納された被配列体の搭載面とほぼ同一高さの支持面を有し、前記磁力発生手段は、その平面視の大きさが前記被配列体の平面視の大きさより大で、前記マスクを引き付けて前記保持手段の支持面に密着させるよう構成されている導電性ボールの搭載装置。
前記保持手段は、前記被配列体とほぼ同一の厚みを有するとともに孔部が形成された平板状の枠体と、前記枠体の一面に一面が密接された平板状の支持体とを有し、前記孔部と前記支持体の一面とで前記収納部が形成されている請求項１に記載の導電性ボールの搭載装置。