JP4895936B2 - 導電性ボールの搭載方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の複数の接続パッド上に各1個の導電性ボールを搭載する方法に関する。

従来、ウェハや回路基板等の基板のフリップチップ接続用の接続パッドにはんだバンプを形成するには、はんだペーストをスクリーン印刷し、リフローしていた。しかし、半導体装置の高密度化に伴い、バンプピッチも２００μｍあるいは更に１５０μｍといった微小ピッチ化が必要になりつつある。このような微小ピッチではんだペーストをスクリーン印刷すると、バンプ間のブリッジや印刷マスクへのはんだペーストの付着が発生する。そのため、微小ピッチでのはんだバンプの形成は、スクリーン印刷で行なうことが困難であった。

そこで、微小ピッチのバンプ形成方法として、はんだボールを接続パッド上に配設し、リフローすることが考えられる。

一つの方法として、従来からＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）の外部接続端子側のボード実装用接続パッドに行なわれている方法で、はんだボールを吸着治具で吸着して搬送し、接続パッド上に載せる方法がある。接続パッド上には予め粘着性のはんだ付け用フラックスが塗布されており、これによりはんだボールが接続パッド上に付着して固定される。ただしこの場合、はんだボール径は０．３〜０．７ｍｍ程度と大きい。これに対して、微小ピッチ用のはんだボール径は少なくとも２００μｍ以下にすることが必要である。このようにはんだボールが微小になると、静電気の作用によってはんだボール同士が凝集したり、気流の影響で吸着治具の吸着口に正確に吸着できないという問題が生ずる。また、吸着治具の吸着口も微小化し、加工コストが高くなり実用的でない。

そのため、もう一つの方法として、基板上に載置したマスクの開口にはんだボールを振り込む方法（いわゆる「振り込み法」）が行なわれている。すなわち、基板の接続パッドにフラックスを塗布後、パッドとメタルマスクを位置合わせして重ねる。その状態のまま、メタルマスク上に多数のはんだボールを載置し、それらはんだボールを、柔軟性のあるブレード（スキージ）でマスク上をスライドさせる。これにより、マスクの各開口部に各1個のはんだボールが振込まれ、開口と位置合わせされた接続パッド上に乗り、接続パッドに塗布された粘着性フラックスによって付着固定される。マスク上に残ったはんだボールは回収機構により回収される。

このような振り込み法によるはんだボールの配列方法は、例えば特許文献１に提示されている。その変形例として特許文献２には、はんだボールを搭載し、はんだペーストを印刷した後に、マスクを除去する方法が、特許文献３には、フラックスの代わりにはんだペーストを用いる方法が提示されている。

マスクを使用してはんだボールを搭載する方法では、いずれの場合にも、基板の接続パッドに塗布されたフラックスがマスク裏面に付着することを防止する必要がある。マスクにフラックスが付着すると、マスク開口部に振り込まれたボールが、マスクに付着保持されてしまい、基板の接続パッドへ搭載されない。そのため、マスクの開口径を大きくする、基板とマスクの間にスペーサを挿入する、凹凸のマスクを用いる、など種々の工夫がなされている。

しかし、微小ピッチ化のためにはんだボールのサイズが２００μｍあるいはそれ以下に微小になると、上記のような工夫を行なっても、マスクへのペースト付着を確実に防止することが困難である、という問題があった。

特開平１０−１２６０４６号公報 特開２００１−３２０１６０号公報 特開平０９−１０７０４５号公報

本発明は、マスクへのフラックス付着によるはんだボールの搭載不良を起こすことなく、微小はんだボールを基板の接続パッドに配置することができるはんだボール等の導電性ボールの搭載方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、基板上の複数の接続パッド上に各1個の導電性ボールを搭載する方法であって、
導電性ボールの搭載位置に導電性ボール受容口を有する位置決め層と支持層とが積層して成る導電性ボール仮配置板であって、該支持層は少なくとも該位置決め層の導電性ボール受容口の部位では下記フラックスを透過可能である導電性ボール仮配置板を用い、
導電性ボールをフラックス中に分散させたペーストを、上記導電性ボール仮配置板の位置決め層側から刷り込んで、各導電性ボール受容口内に各1個の導電性ボールを含むペーストを保持させ、
上記導電性ボール仮配置板の導電性ボール受容口を上記基板の接続パッドに位置合わせして、各導電性ボール受容口内に保持されたペーストを各接続パッドに転写することにより、接続パッド上にフラックスを伴った導電性ボールを搭載することを特徴とする導電性ボールの搭載方法が提供される。

本発明の方法によれば、導電性ボールとフラックスとを混合して一体のペーストとし、これを一旦仮配置板に刷り込んで、導電性ボールの配列位置にある受容口に導電性ボール各１個を含むペースト保持させてから、各受容口から基板上の接続パッドへ転写することにより、接続パッド上に導電性ボール各１個とフラックスとを配置することができるので、マスクを用いることなく接続パッドへの導電性ボールの配列を行なうことができる。

本発明の望ましい実施形態においては、前記支持層の裏面側に前記フラックスの吸収層を密着配置した状態で、前記位置決め層側から前記ペーストを刷り込む。これにより、仮配置板の表面に余剰のフラックスが残留することを防止できるし、仮配置板の裏面側を支持するステージ等の汚れを防止できる。

本発明の望ましい実施形態においては、前記支持層が、（１）前記位置決め層の導電性ボール受容口の部位に、前記フラックスが透過する貫通孔を備えているか、または、（２）前記フラックスが透過するメッシュから成る。これにより、該支持層は少なくとも該位置決め層の導電性ボール受容口の部位では下記フラックスを透過可能である。

本発明の望ましい実施形態においては、前記ペーストの前記導電性ボール仮配置板への刷り込みは、（１）前記位置決め層上でのスキージ操作により行なうこともできるし、（２）前記位置決め層上でのピストン加圧により行なうこともできる。

本発明の望ましい実施形態においては、前記導電性ボール仮配置板の導電性ボール受容口から前記基板の接続パッドへの前記ペーストの転写は、（１）スクリーン印刷における転写方法のように押圧子による押圧によって行なうこともできるし、（２）前記支持層の裏面側からのエアーブローなどの気体の噴射によって行なうこともできる。

導電性ボールとしては、はんだボールの他に、銅ボール等の金属ボールや、銅ボールのコアの表面にはんだ層を設けたボール、樹脂ボールのコアの表面にはんだ層を設けたボール、樹脂ボールのコアの表面にニッケルや銅の層を設けたボールを、本発明の装置・方法で搭載できる。

〔実施形態１〕
図１に、本発明の一実施形態によるはんだボールの搭載方法を示す。

先ず、図１（１）に示すように、はんだボール仮配置板１０は、はんだボールの搭載位置にはんだボール受容口１６を有する位置決め層１２と、支持層１４とが積層して成る。支持層１４は位置決め層１２のはんだボール受容口１６の部位に、後出のフラックスが透過する貫通孔１８を備えている。

配列するはんだボールの直径が１００μｍである場合、各部の寸法例は、下記のとおりである。

はんだボール受容口１６の開口径：１４０μｍ
位置決め層１２の厚さ：１００μｍ
支持層１４の厚さ：５０μｍ
はんだボール受容口１６の開口ピッチ：２００μｍ
位置決め層１２は、Ｎｉ等のアディティブめっき等により作製することができる。支持層１４は、Ｎｉ等のアディティブめっき等により作製することができるし、樹脂基板を加工して作製することもできる。

次に、図１（２）に示すように、ステージ２０上に布、紙などのフラックス吸収シート２２を載置し、その上にはんだボール仮配置板１０を載置し、はんだボール仮配置板１０の裏面をフラックス吸収シート２２に密着させる。

この状態で、はんだボール２４をフラックス２６中に分散させたペースト２８を、はんだボール仮配置板１０の位置決め層１２側から刷り込んで、各はんだボール受容口１６内に各1個のはんだボール２４を含むペースト２８を保持させる。ペースト２８の刷り込みは図示のようにスキージ３０を矢印Ａの方向に操作することにより行なうこともできるし、後に説明するように位置決め層１２上でのピストン加圧により行なうこともできる。

受容口１６に注入されたペースト２８のはんだボール２４は受容口１６内に保持され、フラックス２６は受容口１６内のはんだボール２４が占める空間以外の部分を満たす。余剰のフラックス２６は貫通孔１８を通って、仮配置板１０の裏面に密着配置されているフラックス吸収シート２２に吸収される。これにより、仮配置板１０の表面での余剰フラックスの残留と、ステージ２０の汚れとを防止することができる。

ここで用いるフラックス２６は、基本的には一般にスクリーン印刷に用いられるはんだペーストのはんだ粒子以外の部分と同様な成分でよいし、刷り込みに適した流動性を備えると同時に、受容口に保持された状態および接続パッドに転写された状態ではんだボール２４を確実に付着固定するために適した粘着性を発揮できるように、成分配合を適宜調整することができる。

次に、図１（３）に示すように、はんだボール仮配置板１０をステージ２０および吸収シート２２から取り外し、はんだボール受容口１６を基板４０の接続パッド４６に位置合わせして保持する。なお、図では仮配置板１０は前工程の刷り込み時と同じく上向きに示したが、これは上下反転させるためのスペースを不要とするためであり、反転のための十分なスペースを確保して不都合がなければ、下向き反転させた状態で以降の工程を行なっても何ら差し支えない。

基板４０は、スルーホール等を備えた樹脂製コア基板の両面にビルドアップ法などにより配線層と絶縁層を積層した多層回路基板であり、多層回路部４２の表裏両面にソルダーレジスト層４４が形成され、多層回路部４２の表面（図の下面）に多数配列された接続パッド４６がソルダーレジスト層４４の開口４８に露出している。

次に、図１（４）に示すように、各はんだボール受容口１６内に保持されたペースト２８を各接続パッド４６に転写することにより、接続パッド４６上にフラックス２６を伴ったはんだボール２４を搭載する。

この転写は、図示したように、通常のスクリーン印刷における転写方法と同じく、仮配置板１０の裏面の一部をスキージ等の押圧子５０により押圧して基板４０の表面に押し当てながら押圧子５０を矢印Ｍのように水平に移動させることにより行なう。この転写方法では、仮配置板１０が図のように撓むことにより局部的に押圧されるので、仮配置板１０はそのために十分な可撓性を備えるように、材質や厚さを選定する。

最後に、図１（５）に示すように、仮配置板１０を取り外すと、基板４０の接続パッド４６上にはんだボール２４がフラックス２６で付着固定されて配列された状態が得られる。

〔実施形態２〕
図２に、仮配置板１０へのペースト２８の刷り込みを、位置決め層１２上でのピストン加圧により行なう実施形態を示す。仮配置板１０は、実施形態１とは異なり支持層１４Ｘがメッシュから成る。ただし、これは単に一つの選択肢を示したのであって、仮配置板１０を特にこの場合にメッシュに限定する必要はなく、実施形態１と同様にメッシュ状ではなく貫通孔１８を有する形態でもよい。

シリンダ５２内でピストン５４がピストン軸５６の上下動により矢印Ｐ方向に上下に摺動するピストン加圧器５８で、はんだボール２４とフラックス２６とから成るペースト２８を位置決め層１２上から刷り込んで、はんだボール２４を１個含むペースト２８をはんだボール受容口１６内に注入する。

受容口１６に注入されたペースト２８のはんだボール２４は受容口１６内に保持され、フラックス２６は受容口１６内のはんだボール２４が占める空間以外の部分を満たす。余剰のフラックス２６は支持層１４Ｘのメッシュを通って、仮配置板１０の裏面に密着配置されているフラックス吸収シート２２に吸収される。これにより、仮配置板１０の表面での余剰フラックスの残留と、ステージ２０の汚れとを防止することができる。

ピストン加圧器５８を矢印Ａのように移動して、次のはんだボール配列予定区域で、上記と同様な操作を行ない、配列／移動を繰返すことにより、基板４０全面あるいは必要部分に対応する仮配置板１０上にはんだボールを配列することができる。

〔実施形態３〕
図３に、はんだボール仮配置板１０のはんだボール受容口１６から基板４０の接続パッド４６へのペースト２８の転写を、支持層１４の裏面側からのエアーブローによって行なう実施形態を示す。エアブローは、大気や窒素ガス等、何らかの気体の噴射による。実施形態１においては、このペースト２８の上記転写を通常のスクリーン印刷における転写方法と同じく、スキージ等の押圧子５０により仮配置板１０を撓ませることにより行なうので、仮配置板１０はそのために十分な可撓性を備えるように、材質や厚さに制限があった。本実施形態の方法によれば、仮配置板１０は上記のような可撓性を必要としない。

図３（１）に示すように、実施形態１または２などの方法により、はんだボール２４を仮配置板１０に仮配置する。仮配置板１０と基板４０とを位置合わせした後、両者を接近させて、下記のエアーブローによる転写に適した間隔（数十μｍ）に保持する。

次に図３（２）に示すように、仮配置板１０の裏面にエアーブローユニット６０を密着配置し、下方からエアーブローＢを行ない、ペースト２８を上方に吹き上げて、仮配置板１０の直上数十μｍにある基板４０の各接続パッド４６にはんだボール２４各１個とフラックス２６とから成るペースト２８を注入する。

図には、エアーブローユニット６０を２個同時に作動させて、２つの配列予定区域に同時に配列を行なう例を示した。このように、複数の配列予定区域に対して同時に配列操作を行なうことにより、配列を高い効率で行なうことができる。ただし、特にこれに限定する必要はなく、エアーブローユニット６０を１個用いて、配列予定区域を１つずつ処理することもできる。

最後に、図３（３）に示すように、仮配置板１０を取り外すと、基板４０の接続パッド４６上にはんだボール２４がフラックス２６で付着固定されて配列された状態が得られる。

〔実施形態４〕
図４に、仮配置板１０をシリコンウェハの加工により一体として作製する例を示す。

図４（１）に、作製する一体物のシリコンウェハ製仮配置板１０を示す。仮配置板１０は、位置決め層１２Ｓと支持層１４Ｓとが連続している一体構造である。位置決め層１２Ｓにはんだボール受容口１６Ｓがあり、支持層１４Ｓに貫通孔１８Ｓがある。

これを作製するために、先ず、図４（２）に示すように、シリコンウェハ７０’を用意し、図２（３）に示すように研磨により所定の厚さ（例えば５００μｍ）のシリコン素板７０にする。

図４（４）に示すように、シリコン素板７０の表面に、スピンコート、露光、現像によりレジストパターン７２を形成する。レジストパターン７２は、はんだボール受容口１６Ｓの口径と位置に対応する開口７４を有する。

図４（５）に示すように、レジストパターン７２をマスクとしてシリコン素板７０のエッチングを行ない、シリコン素板７０の表面にはんだボール受容口１６Ｓとしての穴を掘り込む。このエッチングは、ＳＦ_６等のガスを用いたドライエッチングや、ＴＭＡＨ（水酸化テトラエチルアンモニウム）、ＫＯＨなどを用いたウェットエッチングによって行なうことができる。はんだボール径が１００μｍの場合、受容口１６Ｓの寸法は、例えば開口径１４０μｍ、深さ１００μｍ、開口ピッチ２００μｍである。受容口１６Ｓの深さは、位置決め層１２Ｓの厚さでもある。

図４（６）に示すように、レジストパターン７２を除去する。

図４（７）に示すように、シリコン素板７０の裏面に、スピンコート、露光、現像によりレジストパターン７８を形成する。レジストパターン７８は、貫通孔１８Ｓの口径と位置に対応する開口８０を有する。

次いで、レジストパターン７８をマスクとしてシリコン素板７０のエッチングを行ない、シリコン素板７０の裏面からはんだボール受容口１６Ｓまで貫通する貫通孔１８Ｓを掘り込む。このエッチングは、上記と同様に、ＳＦ_６ガスを用いたドライエッチングや、ＴＭＡＨ（水酸化テトラエチルアンモニウム）、ＫＯＨなどを用いたウェットエッチングによって行なうことができる。はんだボール径が１００μｍの場合、貫通孔１８Ｓの寸法は、例えば開口径８０μｍ、長さ４００μｍである。貫通孔１８Ｓの長さは、支持層１４Ｓの厚さでもある。

次いで、レジストパターン７８を除去する。

これにより、図４（８）に示したように、シリコン素板７０の裏面から受容口１６まで貫通する貫通孔１８Ｓが形成される。

以上の処理により、図４（１）に示したように、はんだボール受容口１６Ｓを有する位置決め層１２Ｓと貫通孔１８Ｓを有する支持層１４Ｓとから成るシリコン製のはんだボール仮配置板１０が作製される。

以上説明したように、本発明はマスクを用いることなくはんだボールを接続パッドに配置することができるので、従来は不可避であったマスクへのフラックス付着が起きることがない。

また、はんだボールとフラックスとから成るペーストを接続パッドに配置するので、接続パッドへフラックスを塗布する別途の工程が不要であり、ボールとフラックスとを同時に配置できる。

本発明によれば、マスクへのフラックス付着によるはんだボールの搭載不良を起こすことなく、微小はんだボールを基板の接続パッドに配置することができるはんだボールの配列方法が提供される。

本発明の一実施形態によりはんだボールを接続パッドに配列する工程を示す断面図。 本発明の他の実施形態により、はんだボールおよびフラックスをピストン加圧により仮配置板に刷り込む状態を示す断面図。 本発明の別の実施形態により、エアーブローを用いてはんだボールおよびフラックスを仮配置板から基板の接続パッドに転写する工程を示す断面図。 本発明の更に別の実施形態により、シリコンウェハから一体構造の仮配置板を作製する工程を示す断面図。

符号の説明

１０ はんだボール仮配置板
１２、１２Ｓ 位置決め層
１４、１４Ｘ、１４Ｓ 支持層
１６、１６Ｓ はんだボール受容口
１８、１８Ｓ 貫通孔
２０ ステージ
２２ フラックス吸収シート
２４ はんだボール
２６ フラックス
２８ ペースト
３０ スキージ
４０ 基板
４２ 多層回路部
４４ ソルダーレジスト層
４６ 接続パッド
４８ 開口
５０ 押圧子
５２ シリンダ
５４ ピストン
５６ ピストン軸
６０ エアーブローユニット
７０ シリコン素板
７０’ シリコンウェハ
７２ レジストパターン
７４ 開口
７８ レジストパターン
８０ 開口

Claims (8)

1. 基板上の複数の接続パッド上に各1個の導電性ボールを搭載する方法であって、
   導電性ボールの搭載位置に導電性ボール受容口を有する位置決め層と支持層とが積層して成る導電性ボール仮配置板であって、該支持層は少なくとも該位置決め層の導電性ボール受容口の部位では下記フラックスを透過可能である導電性ボール仮配置板を用い、
   導電性ボールをフラックス中に分散させたペーストを、上記導電性ボール仮配置板の位置決め層側から刷り込んで、各導電性ボール受容口内に各1個の導電性ボールを含むペーストを保持させ、
   上記導電性ボール仮配置板の導電性ボール受容口を上記基板の接続パッドに位置合わせして、各導電性ボール受容口内に保持されたペーストを各接続パッドに転写することにより、接続パッド上にフラックスを伴った導電性ボールを搭載することを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
2. 請求項１において、前記支持層の裏面側に前記フラックスの吸収層を密着配置した状態で、前記位置決め層側から前記ペーストを刷り込むことを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
3. 請求項１または２において、前記支持層が、前記位置決め層の導電性ボール受容口の部位に、前記フラックスが透過する貫通孔を備えていることを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
4. 請求項１または２において、前記支持層が、前記フラックスが透過するメッシュから成ることを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
5. 請求項１から４までのいずれか１項において、前記ペーストの前記導電性ボール仮配置板への刷り込みを、前記位置決め層上でのスキージ操作により行なうことを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
6. 請求項１から４までのいずれか１項において、前記ペーストの前記導電性ボール仮配置板への刷り込みを、前記位置決め層上でのピストン加圧により行なうことを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項において、前記導電性ボール仮配置板の導電性ボール受容口から前記基板の接続パッドへの前記ペーストの転写を、押圧子による押圧によって行なうことを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
8. 請求項１から６までのいずれか１項において、前記導電性ボール仮配置板の導電性ボール受容口から前記基板の接続パッドへの前記ペーストの転写を、前記支持層の裏面側からの気体の噴射によって行なうことを特徴とする導電性ボールの搭載方法。

Images