JP4439708B2 - 導電性ボールの吸引配列方法及び吸引配列装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールの吸引配列方法及び吸引配列装置に関し、特に、ボール吸着孔が複数個形成されている配列基板上に複数の微細ボールを一括保持して、プリント基板及び半導体チップ等の電子部品の電極上に一括配列させる方法及び装置に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近時においては、半導体チップの電気的接続に微小金属球を用いたボールバンプが用いられるようになっている。ボールバンプを用いることにより、パッケージの小型化、多ピン化等の数々のメリットを得ることができる。このような微小金属ボールを用いたバンプ形成技術は、例えば、特開平7−153765号公報に記載されている。
【0003】
上記公報にて提案されているバンプ形成方法は、少なくとも半導体チップ1つ分の金属ボール群を吸着保持するようにしている。そして、複数の金属ボール群を吸着保持するために、半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸着孔が形成されているボール配列基板を用い、上記ボール配列基板に微小金属球を吸着保持した後、上記ボール配列基板を接合用ステージまで搬送して被接合部に接合するようにしている。
【0004】
従って、この場合は均一形状に形成されたボールをバンプ形成位置に一括接合することができるので、高い形状精度が得られるボールバンプを容易に、かつ効率的に形成することができる。
【0005】
ところで、最近は、半導体装置の微細化が益々進み、電極の配線ピッチは非常に小さくなってきている。そのため、電極上にボールバンプを形成する場合に用いられる金属ボールは、電極の配線ピッチの微細化に応じて非常に微細になってきている。
【0006】
このような状況において、半導体チップ1つ分の配列を行うことは、工程の繰り返しが多くなり、コスト面、時間的にもデメリットが大きい。このため、ウエハを個々のチップ毎に切断する前、すなわちダイシング工程を行う前に、ウエハ上の複数のチップに相当する全ての電極上にボールを配置することが行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の半導体チップが形成されたウエハ上の全ての電極上に一括してボールを配置しようとした場合、吸着配列不良が発生し、吸引ヘッドへの吸着配列時間が長くかかるという問題が生じていた。
【0008】
この問題の要因としては、第1に、半導体チップ1つ分のボールを吸着する場合と比較して吸引の風量が非常に大きくなることが挙げられる。風量が増大しても、容器内のボールの跳躍高さは半導体チップ1個分の吸着を行う場合と変わりがないため、吸引ヘッドと容器との間に流れ込む横風の速度は非常に大きくなり、容器に入れられたボールが容器の中央近傍に集中したり、外部へ飛散してしまうことになり、吸引ヘッドの周辺部で吸着を良好に行うことができず、全ての吸引配列に時間がかかることとなっていた。特に、ウエハ1枚分に相当するボールの数は数十万個に及ぶ。そして、このような膨大な数のボールを一括して吸引しようとした場合、容器内の中央近傍に跳躍したボールが集中してしまい、吸引ヘッドの周辺部において十分に吸着を行うことができなかった。
【0009】
また、風量の増大により、吸引ヘッドと容器との間でガスの乱れ(渦流)が発生し易くなり、容器内のボールが吸引ヘッドに吸着されにくくなることも要因となっていた。
【0010】
更に、吸引ヘッドの面積が大きくなるため、容器の周辺から中心までの距離が長くなり、これにより吸着が不十分となっていた。また、周辺部の吸引を行うために吸引圧力を多くかけると、吸引風が増加して吸引したボールが変形するという問題も生じており、更に、吸引圧力を高めるためには吸引ポンプの容量を大きくする必要もあり、製造コストの上昇も避けることができなかった。
【0011】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、吸引ヘッドに導電性ボールを吸着して配列する際に、吸引ヘッドの中央近傍に容器内の導電性ボールが集中して吸引されてしまうことを抑止して吸着に要する時間を短縮するとともに、大面積のウエハに対して一括して導電性ボールを配置することのできる導電性ボールの吸引配列方法及び吸引配列装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの吸引配列方法は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第1のステップと、
前記第1のステップよりも前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第2のステップとを有し、
前記第1のステップと、前記第2のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【0013】
本発明の導電性ボールの吸引配列方法は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第1のステップと、
前記第1のステップよりも前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第2のステップとを有し、
前記第1のステップと、前記第2のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の導電性ボールの吸引配列装置は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【0016】
また、本発明の導電性ボールの吸引配列装置は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器に与える振動を変化させることにより前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る導電性ボール(ボール)の吸引配列装置及び吸引配列方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、吸引ヘッド100に真空室3を設け、真空室3に減圧/加圧系統4及びリーク調整弁5を設けた吸引配列装置の一例を示している。
【0023】
図1に示すように、本実施形態のボール吸引配列装置は、吸引ヘッド100と容器101とを有して構成されている。容器101内には、複数のボール102が入れられており、吸引ヘッド100を用いて吸引することにより、容器101内のボール102を吸引ヘッド100下部に保持された配列基板1に一括して吸着する。配列基板1は、ボール102を吸引する系とは別の吸引系で真空吸引されることにより、吸引ヘッド100のヘッド本体2に保持されている。なお、ボール配列基板1は周辺を固定治具等でヘッド本体2に固定してもよく、接着等の方法によりヘッド本体2と一体に構成してもよい。配列基板1が薄板等で構成され、変形する可能性がある場合には、吸引ヘッド100のヘッド本体2と配列基板1の間に、配列基板1の吸引孔1aを完全にふさがない程度の開口部をもつ多孔質体7を設け、この多孔質体7の剛性を利用して配列基板1を支持することが望ましい。
【0024】
ヘッド本体2には真空室3が形成されている。ヘッド本体2には、減圧/加圧系統4及びリーク調整弁5が接続されており、真空室3の圧力を所定の圧力に設定することが可能とされている。また、吸引ヘッド100には不図示の上下移動機構が設けられており、容器101との距離を可変できるように構成されている。
【0025】
一方、容器101の下部には振動印加手段6が装着されている。振動印加手段6は例えば超音波振動子等から成り、容器101に所定の振動を与え、図1(a)に示すように容器101内のボール102を跳躍させ、配列基板1へのボール102の吸引を促進する。
【0026】
本実施形態のボール吸引装着装置は、2つのステップを交互に繰り返すことによりボール102を配列基板1に吸引するようにしている。第1のステップは、図1(a)に示すステップであり、吸引ヘッド100と容器101の間の距離をボール102の跳躍高さH程度に設定する。すなわち、跳躍したボール102が配列基板1まで到達する程度の距離とする。このように、跳躍ボールが配列基板1に到達するように吸引ヘッド100の配列基板1と容器101との距離を設定することにより、跳躍したボール102を配列基板1の吸引孔1aに確実に吸引することができる。また、図面上では配列基板1及び吸引ヘッド100の横幅が容器101の外径より小さく描かれているが、同サイズでも大きくても良い。特に第1のステップでは、吸引ヘッド100の横幅が容器101の外径より大きい場合、吸引によって容器101が配列基板1に張り付くことがある。従って、第1のステップでは、容器101の縁が配列基板1に接触しないことが必要であり、容器101の縁と配列基板1との距離を確保することにより、吸引による横風が容器101と配列基板1との間に流れる。真空室3の減圧は、減圧/加圧系統4及びリーク調整弁5によって行い、容器101内で跳躍したボール102を配列基板1の吸引孔1aに吸着させることができる。
【0027】
第1のステップでは、真空室3の減圧により生じた横風によってボール102は容器101の中央近傍に集まっているため、容器101内で跳躍したボール102のうち、主として容器101の中央の領域に集まっているボール102が配列基板1の中央部に先ず吸着される。
【0028】
第1のステップによって配列基板1の中央近傍にボール102を吸着した後、第2のステップへ移行する。第2のステップは、図1(b)に示すように、配列基板1へのボール102の吸着を停止し、振動印加手段6により容器101へ与える振動を第1のステップよりも低減させて、容器101の中央近傍に集中したボール102を容器101の周辺部へ分散させるステップである。この第2のステップにより、ボール102の粗密状態が均等な状態に戻される。
【0029】
第2のステップにおいては、配列基板1への吸着は行わないため、吸引ヘッド100と容器101との距離を第1のステップよりも大きくする。そして、振動印加手段6により容器101へ与える振動も第1のステップよりも振幅、若しくは周波数を変化させることにより、ボール102の跳躍高さを低減させる。この際、容器101に与える振動は、跳躍高さがボール102の直径よりも高く、且つボール102が容器101の縁から飛び出さない程度の振動とする。このように、振動印加手段6による振動の振幅あるいは周波数を変更し、振動を引き続き与えることで容器101内の中央に集まったボール102を容器101の周辺部へ分散させることができる。
【0030】
これにより、第1のステップで横風の影響によって容器101の中央近傍に集中していたボール102は、容器101内で周辺部に向かって拡散し、容器101内の全域におけるボール102の粗密状態を略均等に保つことが可能となる。
【0031】
第2のステップでボール102の粗密状態を均等にした後、再び第1のステップを行うことにより、最初の第1のステップでボール102が吸引されなかった配列基板1の周辺部への吸引を行う。この際、配列基板1の中央部にはボール102が既に吸着されているため、再び第1のステップを行った際には、容器101の中央に向かう横風は最初の第1のステップと比べると少ない。従って、容器101の中央近傍へのボール102の集中は少なくなり、配列基板1の周辺部へのボール吸着を効率良く行うことができる。
【0032】
このようにして、第1のステップと第2のステップを交互に繰り返すことにより、配列基板1の周辺へのボール102の吸引を行うことができ、配列基板1の全ての吸引孔1aにボール102が吸着された時点で第1及び第2のステップの繰り返しを停止する。
【0033】
なお、第1のステップにおいては、配列基板1と容器101の底面との距離が配列基板1のボール吸着エリア幅の1/4以下とすることが好適である。また、第2のステップでは、容器101の底面と配列基板1との距離を少なくとも第1のステップにおけるボール102の跳躍高さ以上の距離とすれば良く、具体的には、第1のステップの配列基板1と容器2の底面との距離の1.2倍以上とすることが望ましい。また、第1のステップと第2のステップにおける配列基板1と容器2の底面との距離を変えずに、第2のステップでボールの跳躍高さを低くしてボールの粗密状態を均一化するようにしても良い。更に、第2のステップにおいて、ボールの跳躍高さを変えずに配列基板1と容器2の底面との距離を変えて、跳躍したボールが配列基板1に届かないようにして容器2内のボールの粗密状態を均一化するようにしてもよい。
【0034】
以上説明したように本実施形態によれば、吸引ヘッド100を容器101に近接させた第1のステップではボール跳躍高さを高くして配列基板1に到達するボール効率を上げて配列基板1への吸着を行い、吸引ヘッド100を容器101から十分に離間させた第2のステップでは、ボール跳躍高さを低くすることによって、ガス流による影響を抑えて容器101の中央に集中したボール102の粗密状態を均一化することが可能となる。従って、特に300mm径ウエハ等の大面積のウエハに形成された複数の半導体チップの電極上に一括してボール102を配置する場合であっても、吸引風量の増大により容器101内のボール102が容器101の中央近傍に集中することを抑止することができる。
【0035】
また、本実施形態によれば、ボール吸着動作で配列ヘッド100を上下に振幅する際、ヘッド上下動とボール跳躍高さを同期させることにより、配列基板1の周辺部においても効率的なボール吸着を行うことが可能となる。そして、第2のステップにおいて跳躍高さを低くすることで、ボールトレーからの飛散を抑えることができ、容器内でのボール102の粗密状態を均等にすることが可能となる。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、吸引ヘッドに導電性ボールを吸着して配列する際に、吸引ヘッドの中央近傍に容器内の導電性ボールが集中して吸引されてしまうことを抑止することができる。従って、吸着に要する時間を短縮するとともに、大面積のウエハに対して一括して導電性ボールを配置することが可能となる。また、本発明はウエハのみならず、プリント基板等に導電性ボールを配置する場合にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るボール吸引配列装置の構成及び吸引装着方法を示す模式図である。
【符号の説明】
1 配列基板
2 ヘッド本体
3 真空室
4 減圧/加圧系統
5 リーク調整弁
6 振動印加手段
7 多孔質体
100 吸引ヘッド
101 容器
102 ボール
Claims (4)
- 容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第1のステップと、
前記第1のステップよりも前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第2のステップとを有し、
前記第1のステップと、前記第2のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列方法。 - 容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第1のステップと、
前記第1のステップよりも前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第2のステップとを有し、
前記第1のステップと、前記第2のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列方法。 - 容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列装置。 - 容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器に与える振動を変化させることにより前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列装置。
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