JPH05315400A

JPH05315400A - 電子回路装置の接合装置

Info

Publication number: JPH05315400A
Application number: JP4119165A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sakata; 智昭坂田; Hitoshi Odajima; 均小田島; Katsuhisa Tanaka; 勝久田中; Tomohiko Murase; 友彦村瀬; Ryohei Sato; 了平佐藤; Toru Nishikawa; 徹西川; Akiomi Kono; 顕臣河野; Masaya Horino; 正也堀野; Tetsuya Hayashida; 哲哉林田; Kunizo Sawara; 邦造佐原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】フラックスを使用しないではんだ接合の信頼
性および生産性を向上させ、しかも装置を小形化して行
うことができる電子回路装置の接合装置を提供する。【構成】電子回路装置の接合装置において、複数の被
接合部品を搭載したトレイを各トレイ単位で供給するロ
ーダ部と、前記各部品の被接合部表面の被膜を除去し次
工程に搬送する真空に保持された表面清浄化チャンバ
と、前記各部品の接合部の位置関係を検出する位置検出
部と、非酸化性雰囲気を所定の圧力に充填され前記各部
品の接合部を位置合わせして加圧接合し接合された部品
を次工程に搬送するアライメントチャンバと、該接合完
了した部品を搬出するアンローダ部と、前記各部間の雰
囲気の整合を行うロードロック室とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体部品、セラミッ
クス部品、光部品など、はんだ接合部を有するチップ部
品と、該はんだ接合部に対応した電極接合部を有する基
板部品とからなる電子回路装置の被接合部を、フラック
スを使用しないで接合する電子回路装置の接合装置に係
わり、特に、接合の信頼性および生産性を向上するとと
もに、経済的な装置を得るのに好適な電子回路装置の接
合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子回路装置において、異なる２つの金
属材料あるいは部材をはんだ接合する場合、通常、フラ
ックスが用いられている。これは、フラックスを用いる
ことにより材料あるいは部材およびはんだの表面に形成
された自然酸化皮膜などを除去し、さらにリフロ−時の
再酸化を防止し、はんだの濡れ広がりを促進させること
ができるからである。。

【０００３】一方、フラックスを用いない接合方法が、
特開平３−１７１６４３号公報において報告されてい
る。このフラックスを用いない接合方法は、真空室中で
エネルギービ−ムにより接合面の酸化物などを除去し、
溶融接合するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、フラックスを用いた接合方法には下記のような問題
点がある。

【０００５】（１）リフロ−工程前のフラックス塗布工
程と、リフロ−工程後のフラックス洗浄工程が必要で、
その分、工程の増加となり生産性が悪い。また、通常、
リフロ−炉はベルト炉となっており、どうしても装置が
大型化する。

【０００６】（２）接合部内へのフラックスの巻き込み
による空洞欠陥の発生、およびフラックス洗浄後のフラ
ックス残渣による部材およびはんだの腐食の発生があ
り、接続の信頼性が低下する。

【０００７】（３）フラックス洗浄工程で使用する洗浄
液には、自然環境保護の観点から使用が規制されつつあ
るフロンなど塩素系有機溶剤が使用されているため、今
後フラックス洗浄工程の廃止を進める必要がある。

【０００８】一方、前記従来技術においてフラックスを
用いないで接合を行う方法の実施例を図９に示す。これ
には下記のような問題点がある。

【０００９】（１）雰囲気の異なる処理室間を連結する
雰囲気整合室の中に部品を搬送する搬送手段を備えてい
るため、雰囲気整合室が大きく、また搬送手段からの発
ガスがあるために、雰囲気整合の際の吸排気時間が長く
なり、生産性が低い。

【００１０】（２）大気中に保管された部品および部品
を複数個載置したトレイを、そのまま真空処理室に搬入
するため、部品およびトレイに吸着された大気中の水分
等がガスとして放出され、真空雰囲気を劣化させ、接合
信頼性を低下させる。

【００１１】（３）表面被膜の除去効率を上げるため
に、エネルギービームを斜方照射すると、ビーム源と部
品との位置関係に固有の不均一性が発生し、接合信頼性
を低下させる。

【００１２】（４）位置合わせおよび溶融接合を行う非
酸化性雰囲気室の圧力を常圧としたため、大気の気圧変
動によって外気が流入し易くなる可能性があり、もし外
気が流入すると非酸化性雰囲気が劣化し、接合信頼性を
低下させる。

【００１３】（５）位置合わせ機構および溶融接合機構
を同一の非酸化性雰囲気室内に設けたため、本来なら酸
化反応が進み易い溶融接合部に対してのみ必要な高純度
の非酸化性雰囲気を大量に必要とし、経済性が悪い。

【００１４】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
フラックスを使用しないで接合する電子回路装置のはん
だ接合を、接合の信頼性および生産性を向上させ、しか
も経済性の高い装置で行うことができる電子回路装置の
接合装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では下記の手段を設けた。

【００１６】（１）部品およびトレイを前工程から受け
取り、後工程へ受け渡すことが可能な搬送手段を、ロー
ダ部、アンローダ部および各処理室内に備えた。

【００１７】（２）ローダ部に、部品を複数個載置した
トレイごと加熱するプレヒート手段を備えた。

【００１８】（３）エネルギービームが照射される領域
に、部品およびトレイを回動させる回動可能な置き台を
備えた。

【００１９】（４）非酸化性雰囲気室の圧力を揚圧とし
た。

【００２０】（５）非酸化性雰囲気室を、位置合わせ部
と溶融接合部に分け、両者の間に仕切りを設けた。

【００２１】

【作用】上記各手段はそれぞれ下記のような作用、効果
がある。

【００２２】（１）部品およびトレイを前工程から受け
取り、後工程へ受け渡すことが可能な搬送手段を、ロー
ダ部、アンローダ部および各処理室内に備え、雰囲気整
合室には搬送手段を備えないため、雰囲気整合室が小さ
く、また、搬送手段に起因する発ガスが無く、雰囲気整
合の際の吸排気時間が短く、生産性を高めることができ
る。

【００２３】（２）ローダ部に、部品を複数個載置した
トレイごと加熱するプレヒート手段を備え、真空処理室
に投入する前にトレイごと加熱することにより、部品お
よびトレイに吸着した水分等を蒸発させ、真空処理室の
真空雰囲気を劣化させないため、接合信頼性を確保でき
る。

【００２４】（３）エネルギービームが照射される領域
に、部品およびトレイを回動させる回動可能な置き台を
備え、エネルギービーム照射中は部品およびトレイを回
動させることにより、接合部の部位によらず均一に表面
被膜を除去できるため、接合信頼性を高めることができ
る。

【００２５】（４）非酸化性雰囲気室の圧力を揚圧とす
ることにより、外気の流入を防止し、非酸化性雰囲気の
純度を劣化させないため、接合信頼性を確保できる。

【００２６】（５）非酸化性雰囲気室を、位置合わせ部
と溶融接合部に分け、両者の間に仕切りを設けたことに
より、高純度の非酸化性雰囲気は溶融接合部にのみ充填
すればよいため、経済性を高めることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図８を
参照して説明する。図１は電子回路装置の接合装置の全
体構成を示す平面図、図２は図１の斜視図、図３は電子
回路装置の一例を示す側面図、図４はプレヒート台の側
断面図、図５はビームガンによる被膜除去の説明図、図
６は図１のＶＩ−ＶＩ断面図、図７は電子回路装置の仮
接合の説明図で、図７（ａ）はその平面図、図７（ｂ）
は図７（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図８は仮接合後の溶融接
合の説明図である。

【００２８】本実施例においては、電子回路装置として
図３に示すような、接合部面側に接合部であるはんだバ
ンプ１７が数百個形成されたＬＳＩチップ１８を、その
はんだバンプ１７の対応位置にＡｕ電極１９をメタライ
ズしたセラミックス基板２０に、フェ−スダウンボンデ
ィングして形成されるフリップチップを例にして説明す
る。以下、ＬＳＩチップ１８をセラミックス基板２０に
フェ−スダウンボンディングした電子回路装置を、マウ
ント品２１という。

【００２９】図１および図２において、１はロ−ダ部
で、ロ−ダ部１は、複数のＬＳＩチップ１８（以下、単
にチップ１８という）をその被接合面を上にして載置し
たチップ用のトレイ２２ａと、複数のセラミックス基板
２０（以下、単に基板２０という）を同じくその被接合
面を上にして載置した基板用のトレイ２２ｂとを、各ト
レイ単位で供給することが可能である。そのためローダ
部１には、トレイ２２ａ，２２ｂを複数枚収納可能なマ
ガジン２３ａと、トレイ２２ａ，２２ｂを順次トレイ単
位で搬送して供給することができるロボット２４と、ト
レイ２２ａ，２２ｂをプレヒートするプレヒート台２５
ａ，２５ｂとが備えられている。プレヒート台２５ａに
は、図４に示すようにヒータ４３ａが組み込まれ、同様
に、プレヒート台２５ｂには、ヒータ４３ｂが組み込ま
れている。ここで、マガジン２３ａは、ローダ部１の床
面に取付けおよび取外し自由に設置されている。また、
トレイ２２ａ，２２ｂは、例えばＡＬＮなどのセラミッ
クスで形成され、エネルギビームの照射に対して不活性
で、しかもトレイからの発生ガスが少なくなるようにし
ており、さらに、チップ１８および基板２０の各載置面
には、後述するようにこれら各載置部品を下方から突き
上げ可能な穴が形成されている。

【００３０】２は、チップ１８と基板２０との接合面に
エネルギ−ビ−ムを照射して表面清浄化を行う表面清浄
化チャンバで、該チャンバ２内には、トレイ２２ａ，２
２ｂが順に載置されてＺ軸の回りに回動可能なトレイ置
き台２８と、図示しない高純度のＡｒ供給源に接続され
ていてトレイ置き台２８に載置されたトレイ２２ａ，２
２ｂ上のチップ１８と基板２０の各被接合面に、斜め上
方より電気的に中性なＡｒアトムビームを照射してスパ
ッタクリーニングを行うことができるビームガン２９
と、該ビームガン２９によりスパッタクリーニングされ
たトレイ２２ａ，２２ｂを順に仮置きするトレイ仮置き
台２７と、ローダ部１より供給されるトレイ２２ａ，２
２ｂをチャンバ２内に取り込み、トレイ置き台２８とト
レイ仮置き台２７間の搬送および次工程への搬送とを行
うことができるフロッグレッグ形の真空ロボット２６が
設けられている。真空ロボット２６は、アームの伸縮，
上下動および旋回の各動作が可能になっている。また、
接合装置の作動中、チャンバ２内には高純度のＡｒガス
が導入され、図示しない真空排気手段によりチャンバ２
内を１０のマイナス３乗Ｔｏｒｒ程度の圧力に保持して
いる。

【００３１】３はアライメントチャンバで、アライメン
トチャンバ３は、基板２０のアライメントのほかチップ
１８と基板２０との相対位置合わせおよび両者の被接合
部の仮接合等を行うアライメント部３Ａと、仮接合され
た被接合部の溶融接合と該溶融接合部の冷却凝固とを行
う接合チャンバ３Ｂと、両者間を仕切るゲートバルブ９
を有する仕切り３Ｃとにより構成されている。接合装置
の作動中、アライメント部３Ａおよび接合チャンバ３Ｂ
内には、図示しないＮ₂ガス導入手段により高純度のＮ₂
ガスが導入され、内部に大気が流入しないように内部は
大気圧より揚圧の８４０Ｔｏｒｒ程度の圧力に保持さ
れ、雰囲気の劣化を防止するようになっている。

【００３２】アライメント部３Ａ内には、表面清浄化チ
ャンバ２側より送られるトレイ２２ａ，２２ｂを受け入
れてアライメント部３Ａ内および次工程への搬送処理を
行うフロッグレッグ形のロボット３０と、ロボット３０
によりトレイ２２ａ，２２ｂが載置されるＸＹステージ
３１と、図７（ｂ）に示すように、トレイ２２ａに搭載
されているチップ１８をトレイ２２ａに形成されている
穴４５を介して下方より突き上げ、かつその突き上げた
位置で真空吸着して保持する突き上げブレード３２と、
トレイ２２ｂに搭載されている基板１８をトレイ２２ｂ
に形成されている穴４６を介して下方より突き上げ、か
つその突き上げた位置で真空吸着して保持する突き上げ
棒３４と、突き上げられたチップ１８を突き上げブレー
ド３２より移載して真空吸着し、該吸着保持したチップ
１８のはんだバンプ１７を融点より低い約２５０℃に加
熱して軟化させ、その軟化状態のチップ１８を前記突き
上げ棒３４上に吸着保持されている基板２０に当接させ
る当接アーム３３と、突き上げ棒３４の位置調整を行
い、当接アーム３３に吸着保持されているチップ１８と
突き上げ棒３４上に吸着保持されている基板２０との相
対位置合わせを行うＸＹθステージ３５と、相対位置合
わせされたチップ１８と基板２０との被接合部を加圧し
て仮接合するＺステージ３６とが設けられている。ここ
で、ロボット３０は前記真空ロボット２６と同様の機構
を有しており、また、当接アーム３３には図７（ａ）に
示すように、加熱用のヒータ４７が組み込まれており、
突き上げブレード３２の突き上げおよびチップ１８の移
載動作を容易にするためにスリット３３ａが形成されて
いる。そして、鎖線で示すように軸線Ｘの回りに回動可
能である。なお、突き上げブレード３２，当接アーム３
３，突き上げ棒３４には、いずれも図示しない真空吸着
機構が設けられている。

【００３３】接合チャンバ３Ｂ内には、前記チップ１８
と基板２０との仮接合による仮接合マウント品２１´を
載置したトレイ２２ｂを搭載して平面移動可能なＸＹス
テージ３８と、図８に示すように、トレイ２２ｂ上の仮
接合マウント品２１´を穴４６から上方に突き上げ、そ
の突き上げた先端に真空吸着して保持し加熱する突き上
げヒータ３９と、該突き上げられた仮接合マウント品２
１´を均一に上方から加熱することができるように仮接
合マウント品２１´を内包する形状に形成された上ヒー
タ４０と、仮接合マウント品２１´がさらに加熱により
溶融接合されて形成されたマウント品２１を、所定の速
度で冷却する図示しない冷却手段とが設けられている。

【００３４】４は、アライメントチャンバ３内に搬送さ
れたチップ１８と基板２０との被接合部の位置関係を検
出する位置検出器である。位置検出器４は、図６に示す
ようにアライメントチャンバ３の外部にチップ１８用と
基板２０用との２台が設置される。そして、ＸＹステー
ジ３１の上方より、アライメント部３Ａの天井に配設さ
れたビューポートガラス３７を介して、当接アーム３３
に保持されたチップ１８と、突き上げ棒３４に保持され
た基板２０との位置認識を行うようになっている。ここ
で、位置検出器４をチャンバ外に設置したことにより、
位置検出器４からの発ガスによるチャンバ内雰囲気の汚
染を考慮する必要が無くなり、また、位置検出器４自体
の構成自由度が高まるため、メンテナンス性を向上させ
ることができる。検出された検出信号は前記ＸＹθステ
ージ３５に送られ、該ＸＹθステージ３５の調整移動の
データとなる。

【００３５】５は、接合完了したマウント品２１をアラ
イメントチャンバ３より搬出するアンローダ部で、アン
ロ−ダ部５には、マガジン２３ａと同様構成のマガジン
２３ｂが、アンローダ部５の床面に取付けおよび取外し
自由に設けられ、トレイ２２ａ，２２ｂを順次トレイ単
位で搬出可能なロボット４１が備えられている。

【００３６】６は、ローダ部１と表面清浄化チャンバ２
とを、該両者間の雰囲気が整合するように接続するロー
ドロック室で、ロードロック室６には、トレイ２２ａと
２２ｂとを２段に重ねて設置可能なトレイ置き台４２
と、図示しない真空排気手段およびＮ₂ガス導入手段と
を備えている。そして、ローダ部１側はゲートバルブ６
ａにて仕切られ、また、表面清浄化チャンバ２側はゲー
トバルブ６ｂにて仕切られている。

【００３７】７は、表面清浄化チャンバ２とアライメン
トチャンバ３とを接続するロードロック室で、ロードロ
ック室６と同様構成のトレイ置き台４４と、図示しない
真空排気手段およびＮ₂ガス導入手段とを備えている。
そして、表面清浄化チャンバ２側はゲートバルブ７ａに
て仕切られ、また、アライメントチャンバ３側はゲート
バルブ７ｂにて仕切られている。

【００３８】８は、アライメントチャンバ３とアンロ−
ダ部５とを接続するロードロック室で、ロードロック室
６，７と同様構成のトレイ置き台４８と、図示しない真
空排気手段およびＮ₂ガス導入手段とを備えている。そ
して、アライメントチャンバ３側はゲートバルブ８ａに
て仕切られ、また、アンロ−ダ部５側はゲートバルブ８
ｂにて仕切られている。

【００３９】前記表面清浄化チャンバ２，アライメント
チャンバ３，ロ−ドロック室６，７，８およびゲ−トバ
ルブ６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，９は、ステ
ンレスもしくはアルミ合金などの金属で形成されてお
り、高真空あるいは高純度ガス雰囲気に対応可能な構造
になっている。ここで、各ロードロック室の２つのゲー
トバルブを、両方同時に開かないように順序起動させる
電気的または機械的なインターロックをとる構成にする
ことは容易に可能で、該インターロックをとる構成にす
ることにより各部雰囲気、すなわち表面清浄化チャンバ
２のＡｒガス雰囲気の真空，アライメントチャンバ３の
高純度Ｎ₂ガスの大気圧より揚圧の雰囲気，ローダ部１
およびアンローダ部５の大気圧の雰囲気が、互いに混流
することを確実に防止することができる。なお、アライ
メント部３Ａおよび接合チャンバ３Ｂの真空排気は、ゲ
−トバルブ７ｂおよび９を開いて、ロ−ドロック室７の
真空排気手段を使用して行うようになっている。

【００４０】つぎに、上記実施例の作用について説明す
る。まず、大気圧下にあるローダ部１において、複数の
チップ１８を搭載したチップ用のトレイ２２ａと複数の
基板２０を搭載した基板用のトレイ２２ｂとが、それら
を複数枚収納しているマガジン２３ａよりロボット２４
により取り出され、それぞれプレヒート台２５ａ，２５
ｂ上に搬送される。トレイ２２ａ，２２ｂはプレヒート
台２５ａ，２５ｂにおけるヒータ４３ａ，４３ｂによ
り、約１５０℃で数分ないし数十分間加熱され、各トレ
イに付着または含まれている水分を蒸発させられた後、
室内を大気圧のＮ₂雰囲気にされているロードロック室
６内へゲートバルブ６ａを開いてロボット２４により搬
送される。前記各トレイの加熱による水分の蒸発は、各
トレイが以降に搬送される表面清浄化チャンバ２および
アライメントチャンバ３内においての水蒸気の発生が抑
止され、雰囲気の劣化を防止することができる。そし
て、搬送された各トレイは、ロードロック室６内のトレ
イ置き台４２上に載置される。搬送が終わるとゲートバ
ルブ６ａが閉じられ、ロードロック室６内は、次工程の
表面清浄化チャンバ２内の圧力に整合するように、図示
しない真空排気手段により排気されて１０のマイナス４
乗Ｔｏｒｒ程度の真空状態に保たれる。

【００４１】つぎに、ロードロック室６内まで搬送され
ているトレイ２２ａ，２２ｂを、ゲートバルブ６ｂを開
いて表面清浄化チャンバ２内の真空ロボット２６により
順にチャンバ内に取り込み、トレイ２２ａをトレイ仮置
き台２７へ、また、トレイ２２ｂをトレイ置き台２８上
にそれぞれ載置する。この場合、表面清浄化チャンバ２
内は、高純度のＡｒガスを導入して１０のマイナス４乗
Ｔｏｒｒ程度の圧力の真空状態に保たれている。つい
で、ゲートバルブ６ｂが閉じられる。

【００４２】トレイ置き台２８上に載置されたトレイ２
２ｂは、トレイ置き台２８とともにＺ軸の回りに回転さ
せられ、搭載されている基板２０に対してビームガン２
９によりＡｒアトムビームが照射され、被接合部のＡｕ
電極１９の表面に発生している自然酸化膜などの被膜が
除去される。ここで、トレイ２２ａ，２２ｂともその材
質を、例えば、エネルギービームの照射に対して表面が
不活性なセラミックス材で形成することにより、照射さ
れる部品を各トレイに搭載したままエネルギービーム照
射することが可能になり、部品を各トレイから他の台等
に移載する必要がなくなる。このため、部品取りだし機
構等が不要になり、動作信頼性を高めることができると
ともに、部品１個あたりの被膜除去工程に要する時間を
大幅に短縮することが可能になる。前記トレイ置き台２
８の回転は、Ａｕ電極１９の被膜除去をトレイ２２ｂに
搭載された基板２０全部に対して均一に行うためのもの
で、約１２０ｒ／ｍｉｎの速度で回転させて行われる。
この場合、スパッタクリーニングは、トレイ２２ｂに対
して電気的に中性なＡｒアトムビームを、垂直より約４
０度傾けた斜め上方より数十秒間照射して行われるか
ら、前記トレイ２２ｂの回動と相俟って、微細ピッチの
被接合部を有する部品であっても、トレイ２２ｂに搭載
されている全部品を、電気的ダメージを与えることなく
被膜除去することが可能になる。被膜除去の終わったト
レイ２２ｂは、真空ロボット２６によりトレイ仮置き台
２７へ移送され、代わってトレイ仮置き台２７上のトレ
イ２２ａが真空ロボット２６によりトレイ置き台２８へ
移され、チップ１８の被接合部のはんだバンプ１７の表
面が、トレイ２２ｂ上のＡｕ電極１９の場合と同様に被
膜除去される。ただし、この場合の照射時間は数分間で
ある。

【００４３】前記各部品の被膜除去が終了すると、ゲー
トバルブ７ａが開かれ、真空ロボット２６によりトレイ
仮置き台２７上のトレイ２２ｂおよびトレイ置き台２８
上のトレイ２２ａとが、予め室内を１０のマイナス４乗
Ｔｏｒｒ程度に真空排気して表面清浄化チャンバ２内の
圧力に整合させたロードロック室７のトレイ置き台４４
上へ順に搬送される。この各トレイの搬送が終わると、
ゲートバルブ７ａが閉じられ、ロードロック室７内は一
旦真空排気される。そして、その後、該室内が８００な
いし８４０Ｔｏｒｒの大気圧より揚圧の圧力雰囲気にな
るように、高純度のＮ₂ガスが導入され、次工程のアラ
イメントチャンバ３内の圧力に整合させられる。

【００４４】つぎに、ゲートバルブ７ｂが開かれ、ロー
ドロック室７内に搬送された前記各トレイを、アライメ
ント部３Ａ内のロボット３０により順にアライメント部
３Ａ内に取り込み、チップ用のトレイ２２ａと基板用の
トレイ２２ｂとを隣接させてＸＹステージ３１上に載置
する。この場合、アライメント部３Ａ内は、高純度のＮ
₂ガスが導入され、内部の圧力を大気圧より揚圧の約８
４０Ｔｏｒｒに設定されていて、該部内への大気の流入
による雰囲気の劣化を防止している。前記各トレイの取
り込みが終わるとゲートバルブ７ｂが閉じられる。

【００４５】そして、ＸＹステージ３１上に載置された
トレイ２２ａ，２２ｂは、図７（ｂ）に示すように、チ
ップ１８が突き上げブレード３２により突き上げ可能な
位置に、一方、基板２０が突き上げ棒３４により突き上
げ可能な位置になるように、ＸＹステージ３１により移
動させられ、該位置にてそれぞれ突き上げられて真空吸
着により保持される。このうち、突き上げブレード３２
により吸着保持されたチップ１８は、該チップ１８とト
レイ２２ａとの間にスリット３３ａを介して挿入された
当接アーム３３上に、突き上げブレード３２を下降させ
ることにより移載され、同時に該位置に真空吸着され
る。つづいて、当接アーム３３上のチップ１８および突
き上げ棒３４上に吸着保持されている基板２０の各被接
合部の位置が、図６に示すようにアライメント部３Ａ外
の天井に取り付けられた位置検出器４によりビューポー
トガラス３７ごしに認識され、その検出データに基づい
て、チップ１８のはんだバンプ１７と基板２０のＡｕ電
極１９との位置が、図７（ｂ）に示すＸＹθステージ３
５により調整されて両者の相対位置合わせが行われる。

【００４６】前記位置合わせ後、図７（ａ），（ｂ）に
示すように、当接アーム３３を軸線Ｘの回りに回動して
吸着保持しているチップ１８を反転させ、突き上げ棒３
４上に保持されている基板２０と相対させる。該相対
後、Ｚステージ３６を上昇させて両者の被接合部を当接
させ、さらに加圧して接合する。ここで、チップ１８の
はんだバンプ１７は、加圧前の当接アーム３３に吸着保
持されている間に、ヒータ４７により予め融点より低い
約２５０℃に加熱されているから、はんだが軟化してチ
ップ１８や基板２０の機械的なダメージを低減するとと
もに、前記両者の被接合部がより強固に密着させられる
ことになる。このため、前記加圧接合は、はんだが完全
に溶融して接合したものではなく仮接合状態になるが、
この仮接合状態により次工程の溶融接合までの搬送時
に、前記被接合部の位置ずれを確実に防止することが可
能になる。

【００４７】上記仮接合後、当接アーム３３は、チップ
１８との吸着状態を解除し、回動して元の位置に戻さ
れ、一方、突き上げ棒３４は下降させられ基板２０との
吸着状態を解除されて仮接合マウント品２１´がトレイ
２２ｂ上に搭載される。この一連の仮接合作業において
は、チップ１８および基板２０の被接合面に対して機構
要素が全く接触しないから、該被接合面に傷をつけたり
或いは異物を付着させたりするおそれはなく、信頼性の
高い接合が可能になる。仮接合マウント品２１´は、Ｘ
Ｙステージ３１上のトレイ２２ｂに搭載される。該搭載
後つづいて、つぎに仮接合を行うチップ１８および基板
２０の位置にＸＹステージ３１が移動させられ上記作用
を行う。そして、残りのものについても順に繰り返して
行う。

【００４８】前記全部品の仮接合が終了すると、仕切り
３Ｃに設けられているゲートバルブ９が開かれ、ＸＹス
テージ３１上のトレイ２２ｂが、アライメント部３Ａ内
のロボット３０により接合チャンバ３Ｂ内のＸＹステー
ジ３８上に搬送される。ここで、接合チャンバ３Ｂ内
は、装置の作動中は、アライメント部３Ａと同一の高純
度Ｎ₂ガスが導入され、かつ圧力も同一の８４０Ｔｏｒ
ｒ程度に保たれていて、アライメント部３Ａと同一の雰
囲気に整合されている。

【００４９】接合チャンバ３Ｂ内では、図８（ａ）に示
すように、トレイ２２ｂ上の仮接合マウント品２１´
が、穴４６を介して突き上げヒータ３９により突き上げ
可能な位置になるように、ＸＹステージ３８によりトレ
イ２２ｂを移動する。トレイ２２ｂの位置が決まると、
図８（ｂ）に示すように、仮接合マウント品２１´は突
き上げヒータ３９上に真空吸着されて突き上げられ、上
ヒータ４０に内包される。この場合、突き上げヒータ３
９および上ヒータ４０は、予め、はんだバンプ１７の融
点以上の約３４５℃程度まで加熱されており、仮接合マ
ウント品２１´の仮接合部を前記内包状態で加熱するこ
とにより、該仮接合部全体を均一に加熱することができ
る。そして、この加熱により、はんだバンプ１７とＡｕ
電極１９とを溶融接合させ、マウント品２１が形成され
る。このため、接合部はいわゆるＣＣＢ接合となり、信
頼性の高い接合となる。なお、仮接合マウント品２１´
のチップ１８の部分は無拘束であるため、はんだバンプ
１７のセルフアライメントにも効果を有する。

【００５０】溶融接合によりマウント品２１が形成され
ると、図８（ｃ）に示すように、突き上げヒータ３９は
図示矢印方向へ下降させられ、マウント品２１は突き上
げヒータ３９との真空吸着が解除されてトレイ２２ｂ上
に搭載される。該搭載されたマウント品２１は、その溶
融接合部が、はんだの組成やマウント品２１の用途等に
応じて冷却速度を選択して図示しない冷却手段を介して
冷却される。そして、前記マウント品２１がトレイ２２
ｂ上に搭載されると、トレイ２２ｂはＸＹステージ３８
により移動させられ、つぎの仮接合マウント品２１´の
溶融接合のため図８（ａ）の状態に戻る。そして、順次
残りの仮接合マウント品２１´の溶融接合が繰り返され
マウント品２１が形成される。

【００５１】前記溶融接合が終了すると、ゲートバルブ
８ａが開かれ、ＸＹステージ３８上のマウント品２１が
搭載されているトレイ２２ｂおよびＸＹステージ３１上
の空になったトレイ２２ａが、ロボット３０によりロー
ドロック室８内のトレイ置き台４８上に搬送される。ロ
ードロック室８内は前記搬送に先立ち、一旦真空排気し
た後、高純度のＮ₂ガスを大気圧より揚圧の８００Ｔｏ
ｒｒないし８４０Ｔｏｒｒ程度の圧力になるように導入
し、アライメントチャンバ３内の雰囲気に整合させてい
る。前記各トレイの搬送が終わると、ゲートバルブ８ａ
が閉じられ、ロードロック室８内は一旦真空排気され、
その後、ほぼ大気圧の雰囲気になるように高純度のＮ₂
ガスが導入される。

【００５２】ロードロック室８が上記雰囲気になると、
ゲートバルブ８ｂが開かれ、アンローダ部５のロボット
４１が駆動され、ロードロック室８内のトレイ２２ａ，
２２ｂが、アンローダ部５に設けられている該トレイを
収納するマガジン２３ｂまで搬送されて収納される。そ
して、以上の作用を繰り返すことにより、多数のチップ
１８と基板２０とが順次トレイ単位で接合されて搬送さ
れる。

【００５３】上記トレイ単位の搬送は、前記雰囲気整合
のための各ゲートバルブの開閉動作および雰囲気整合回
数の低減を可能にするとともに、被接合部品や接合完了
品の１個あたりの搬送時間を短縮し、搬送効率を向上さ
せる効果を有する。また、被接合部品や接合完了品等の
単体としてのハンドリングが直接行われないため、それ
らにダメージを与える割れ，欠け，傷等の発生や、異物
を付着させたりすることを防止することができる。

【００５４】上述の如く本実施例においては、接合部表
面の被膜除去をＡｒアトムビ−ムの照射によるスパッタ
クリ−ニングにより行い、その後、接合に必要な作業は
溶融接合完了まで全て高純度Ｎ₂雰囲気内で行われるか
ら、被膜除去により活性化された表面はそのまま保たれ
る。そのため、被膜除去後の表面再酸化が確実に防止さ
れ、フラックスを使用しないで接合することが可能であ
る。また、アライメント部３Ａおよび接合チャンバ３Ｂ
内を真空ではなく、８４０Ｔｏｒｒ程度の圧力雰囲気と
しているため、チップ１８や基板２０の保持手段に真空
吸着など大気圧下で使用実績のある方法を用いることが
可能になり、ハンドリングの安定により、高精度な位置
決めを行うことができる。

【００５５】一方、装置構成は、上記実施例に示すよう
に、ロ−ドロック室を介したマルチチャンバ方式であ
り、各チャンバ内の作業，各トレイの搬送および各雰囲
気の整合作業を、パラレルに順序起動させることができ
るから、全装置が効率よく動作することが可能になり、
しかもトレイを搬送単位としているため、装置が小形化
され、接合タクトを短縮して生産性を向上させることが
可能になる。

【００５６】なお、前記実施例では、被膜除去のために
照射するエネルギビ−ムとしてＡｒアトムビ−ムを用い
ているが、被接合部が良導体であればイオンビ−ムを用
いても被膜除去ができ、同様に接合ができる。また、研
磨など機械加工手段によっても被膜除去は可能である。
この機械加工手段による被膜除去は、被膜厚さが厚い場
合でも短時間に除去することができる効果を有する。

【００５７】また、前記実施例では、アライメント部３
Ａと接合チャンバ３Ｂを別々に構成したが、これをアラ
イメント接合チャンバとして、１つのチャンバにしても
構わない。また、アライメント部３Ａと接合チャンバ３
Ｂをロ−ドロック室を介して連結し、接合チャンバ３Ｂ
内を還元性雰囲気とすることでもよく、接合加熱時の接
合面の再酸化を完全に防止することができる。

【００５８】さらに、前記実施例は、フリップチップの
接合に適用した例について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば、多数個のＬＳＩチッ
プを基板に実装するマルチチップモジュ−ルや、レ−ザ
−ダイオ−ドパッケ−ジなどの半導体部品や光部品な
ど、金属接合を行うものに対して広く適用できるのは勿
論である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、フラック
スを使用しないで接合する電子回路装置のはんだ接合
を、接合の信頼性および生産性を向上させ、しかも装置
を小形化して行うことができ、また、接合する電子回路
装置に電気的および機械的ダメージを与えることなく被
接合部の高精度の位置決めを可能にし、微細な接続部構
造を有する電子回路装置のはんだ接合をも行うことがで
きる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である接合装置の全体概略構
成を示す平面図である。

【図２】図１の斜視図である。

【図３】電子回路装置の一例を示す側面図である。

【図４】図２に示すプレヒート台の側断面図である。

【図５】本発明の一実施例のビームガンによる被膜除去
の説明図である。

【図６】図１のＶＩ−ＶＩ断面図である。

【図７】本発明の一実施例の電子回路装置の仮接合の説
明図である。

【図８】図７の仮接合後の溶融接合の説明図である。

【図９】従来のフラックスを使用しない接合方法の実施
例である。

【符号の説明】

１…ロ−ダ部、２…表面清浄化チャンバ、３…アライメ
ントチャンバ、３Ａ…アライメント部、３Ｂ…接合チャ
ンバ、３Ｃ…仕切り、４…位置検出器、５…アンロ−ダ
部、６，７，８…ロ−ドロック室、６ａ，６ｂ，７ａ，
７ｂ，８ａ，８ｂ，９…ゲ−トバルブ、１７…はんだバ
ンプ、１８…ＬＳＩチップ（チップ）、１９…Ａｕ電
極、２０…セラミックス基板（基板）、２１…マウント
品、２１´…仮接合マウント品、２２ａ，２２ｂ…トレ
イ、２３ａ，２３ｂ…マガジン、２４，３０，４１…ロ
ボット、２５ａ，２５ｂ…プレヒ−ト台、２６…真空ロ
ボット、２７…トレイ仮置き台、２８，４２，４４，４
８…トレイ置き台、２９…ビ−ムガン、３１，３８…Ｘ
Ｙステ−ジ、３２…突き上げブレ−ド、３３…当接ア−
ム、３４…突き上げ棒、３５…ＸＹθステ−ジ、３６…
Ｚステ−ジ、３７…ビュ−ポ−トガラス、３９…突き上
げヒ−タ、４０…上ヒ−タ、４３ａ，４３ｂ，４７…ヒ
−タ。４５，４６…穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村瀬友彦神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者佐藤了平神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者西川徹神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者河野顕臣茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者堀野正也茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者林田哲哉東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者佐原邦造東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】はんだ接合部を有するチップ部品と、該
はんだ接合部に対応した電極接合部を有する基板部品と
からなる電子回路装置の被接合部を、フラックスを使用
しないで接合する電子回路装置の接合装置において、前
記チップ部品を複数個載置したトレイおよび基板部品を
複数個載置したトレイを各トレイ単位で供給するローダ
部と、該ローダ部より供給された前記各部品の接合部表
面の被膜を除去する被膜除去手段および前記ローダ部よ
り部品を受け取るとともに被膜を除去した前記各部品を
次工程に搬送する搬送手段とを有する真空に保持された
表面清浄化チャンバと、前記各部品の接合部の位置関係
を検出する位置検出部と、非酸化性雰囲気を所定の圧力
に充填したチャンバ内に、前記位置検出部の検出信号に
より真空吸着された前記各部品の接合部の位置合わせを
行う位置合せ手段，該位置合わせ後前記部品のはんだを
加熱して接合部を加圧接合する加熱・加圧手段および前
記表面清浄化チャンバより部品を受け取るとともに接合
された部品を次工程に搬送する搬送手段とを有するアラ
イメントチャンバと、該接合完了した部品を搬出するア
ンローダ部と、前記ローダ部と表面清浄化チャンバ間，
表面清浄化チャンバとアライメントチャンバ間，アライ
メントチャンバとアンローダ部間のそれぞれを、該両者
間の雰囲気が整合可能に接続されるロードロック室とを
備えたことを特徴とする電子回路装置の接合装置。
【請求項２】前記ローダ部が、複数のチップ部品を載
置したチップ用トレイと複数の基板部品を載置した基板
用トレイとをそれぞれ複数枚備え、それら各トレイを順
次搬送処理可能なロボットと、前記各トレイをプレヒー
トするプレヒート手段とを具備してなる請求項１記載の
電子回路装置の接合装置。
【請求項３】前記表面清浄化チャンバが、前記各トレ
イが順次載置される回動可能なトレイ置き台と、該トレ
イ置き台に載置された各トレイ上の部品の被接合部に対
して斜方よりエネルギービームを照射してスパッタクリ
ーニング可能なビームガンと、該照射後の各トレイが順
次仮置きされるトレイ仮置き台と、前記ローダ部より供
給される各トレイを受け入れ、チャンバ内および次工程
への搬送処理可能な真空ロボットとを具備してなる請求
項１記載の電子回路装置の接合装置。
【請求項４】前記アライメントチャンバが、該チャン
バ内に充填する非酸化性雰囲気の圧力を大気圧より揚圧
に設定されてなる請求項１記載の電子回路装置の接合装
置。
【請求項５】前記アライメントチャンバが、チャンバ
内に非酸化性雰囲気を大気圧より揚圧に充填されて前記
各部品の相対位置合わせと該各部品の被接合部の仮接合
とを行うアライメント部と、チャンバ内に高純度非酸化
性雰囲気もしくは還元性雰囲気を大気圧より揚圧に充填
されて前記仮接合部の溶融接合と該溶融接合部の冷却凝
固とを行う接合チャンバとを有し、該接合チャンバとア
ライメント部とがゲートバルブを有する仕切りもしくは
ロードロック室を介して接続されてなる請求項１記載の
電子回路装置の接合装置。
【請求項６】前記アライメント部が、前記表面清浄化
チャンバより送られる各トレイを受け入れ、チャンバ内
および次工程への搬送処理可能なロボットと、該ロボッ
トにより各トレイが載置されるＸＹステージと、該各ト
レイ上のチップ部品と基板部品を該各トレイ上より各別
に上方に突き上げ、かつ真空吸着可能な突き上げ部材
と、該突き上げられた部品を着脱可能に真空吸着し、か
つそのはんだ部を加熱軟化させて前記突き上げ部材上の
相手部品の被接合部に当接可能な当接アームと、該当接
アーム上の部品と前記突き上げ部材上の部品との相対位
置合わせを行うＸＹθステージと、相対位置合わせされ
た各部品の被接合部を仮接合可能に加圧するＺステージ
とからなる請求項１，４または５記載の電子回路装置の
接合装置。
【請求項７】前記接合チャンバが、前記チップ部品と
基板部品との仮接合部を均一に加熱可能で、該仮接合部
のはんだを溶融させて両部品の溶融接合を可能にする溶
融接合手段と、該溶融接合後、溶融接合部を冷却する冷
却手段とを備えてなる請求項１，４または５記載の電子
回路装置の接合装置。
【請求項８】前記アンローダ部が、複数のチップ部品
を載置したチップ用トレイと複数の基板部品を載置した
基板用トレイとをそれぞれ複数枚備え、それら各トレイ
を順次搬送処理可能なロボットを具備してなる請求項１
記載の電子回路装置の接合装置。
【請求項９】前記ロードロック室が、前記各トレイを
複数段に設置可能で次工程へのトレイ搬送の中継点にな
るトレイ置き台と、真空排気手段および非酸化性ガス導
入手段とを備え、高真空および高純度の非酸化性ガス雰
囲気に対応可能な金属にて形成されてなる請求項１記載
の電子回路装置の接合装置。
【請求項１０】前記各トレイが、前記各部品の載置位
置に該各部品を下方より突き上げ可能な穴が形成され、
照射されるエネルギービームに対して不活性な材質から
なる請求項２，３，６，８または９記載の電子回路装置
の接合装置。