JPH0737890A - 半田ボール接合装置およびその接合方法 - Google Patents

半田ボール接合装置およびその接合方法

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JPH0737890A
JPH0737890A JP5176392A JP17639293A JPH0737890A JP H0737890 A JPH0737890 A JP H0737890A JP 5176392 A JP5176392 A JP 5176392A JP 17639293 A JP17639293 A JP 17639293A JP H0737890 A JPH0737890 A JP H0737890A
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JP
Japan
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solder ball
solder
joining
electrode
semiconductor device
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Application number
JP5176392A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Nobori
一博 登
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3478Applying solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体装置および回路基板上の電極が狭い間隔
になっても安定した半田供給接合を可能とする半田ボー
ル接合装置を提供することを目的とする。 【構成】半導体装置1および複数の半田ボール3をメタ
ルマスク4で保持し、移送手段としてキャピラリー6を
用い、このキャピラリー6で前記半田ボール3を吸着し
て半導体装置1の金メッキ電極16上に移送し、レーザ
ー光照射装置9で前記半田ボール3を溶融して接合する
半田ボール接合装置の構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回路基板上に実装する電
子部品への半田ボールを供給、接合する装置およびその
接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子部品を回路基板上に実装する
方法として、回路基板上の電極にフェイスダウン実装す
るCOB(CHIP ON BOARD)実装が注目を
浴びている。
【0003】従来のCOB実装技術としては、接合材料
に半田を用いたものが主流であり、半田を供給する方法
として、クリーム半田を印刷法により形成する技術を用
いたものであった。
【0004】以下図面を参照にしながら、上述した従来
のCOB実装技術の一例について説明する。図5は回路
基板19上の銅電極20に半田を形成する方法を示す図
である。回路基板19上の銅電極20に対応した開口部
を持つメタルマスク4を回路基板19に位置合わせ後重
ね合わせ、クリーム半田22をメタルマスク4上で印刷
スキージ23を用いて移動させる。この動作により開口
部にはクリーム半田22が残り、メタルマスク4を取り
外すことにより、回路基板19上の銅電極20にクリー
ム半田22が形成される。次にアルミ電極14にバリア
メタル15と金メッキ16の処理を施した半導体装置1
を、回路基板19上の銅電極20に位置合わせした後に
実装する。実装後、全体を加熱しクリーム半田22を溶
融し、半導体装置1と回路基板19の電気的接合を図
る。
【0005】図6は、COB実装の1つであるCSP
(CHIP SIZE PACKAGE)実装技術に用
いられた、印刷方法では充分な半田が供給できない場合
の半田構成技術を示した図である。回路基板19の裏面
に半導体装置1を実装し、封止樹脂27で封止した後、
図5に示す方法で低温半田24を印刷する。印刷後、低
温半田24より高い融点の半田ボール3を前記低温半田
24上に置き、低温半田24が溶融し半田ボール3が溶
融しない温度で加熱することにより銅電極20上に半田
ボール3を形成する。なお図中の26は金ワイヤ、28
はダイボンド樹脂である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、半導体装置1のアルミニウム電極
14の間隔が狭くなると、メタルマスク4の開口部の形
成が困難であるとともに、クリーム半田22の微量印刷
も困難であり、接合の歩留まりが低下する。
【0007】また、回路基板19の表面に部品がすでに
実装されている場合、メタルマスク4を回路基板19に
重ね合わせることが不可能なため、印刷による半田供給
方法は不可能である。
【0008】さらに、回路基板19の裏面にすでに半田
を用いた実装が行われている場合に、裏面の半田が溶融
する全体加熱が不可能であることや、回路基板19の熱
膨張、部品の耐熱温度、熱ストレスによる接合不良な
ど、高温の全体加熱ができない回路基板が多い。
【0009】本発明は以上の課題を解決するもので、電
極の間隔が狭くなっても半田の安定供給、接合が可能で
あり、耐熱温度が低い部品が実装された回路基板でも、
局部的に半田を供給・接合が可能である半田ボール接合
方法および接合装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電子部品を保持する手段と、球形の半田ボ
ールを前記電子部品の電極上に移送する手段と、前記半
田ボールを昇温溶融して電極に接合する手段を有する半
田ボール接合装置の構成とする。
【0011】
【作用】上記構成の半田ボール接合装置は、球形の半田
ボールが電子部品の電極上に置かれたとき、前記電極間
が狭くても半田による短絡が生じなく、安定した半田の
供給と接合ができることとなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例である半導体装
置および回路基板への半田ボールの接合装置について図
面を参照しながら説明する。なお、従来例として示した
ものと同一構成部材には同じ符号を用いる。
【0013】図1は本発明の実施例における半導体装置
および回路基板に半田ボールを接合する装置を表す図で
ある。図1において2はステージであり、半導体装置吸
着板5を載置している。前記半導体装置吸着板5は半田
保持穴および半導体装置を表出する穴をもつメタルマス
ク4が配置され、メタルマスク4には球状の半田ボール
3と半導体装置1が配設されている。半導体装置1上に
は金メッキ電極16が形成されている。6はキャピラリ
ーであり、吸着兼ブローホース8に接続されており、キ
ャピラリー6は超音波ホーン7に保持されている。そし
てキャピラリー6の先端部にはレーザー光照射装置9よ
りレーザー光10が照射されるようになっている。前記
ステージ2は図2に示すように加熱ヒータ11を有し、
かつ真空吸着ポンプ13を備えている。12は位置決め
ピンである。
【0014】以上のように構成された半田ボール接合装
置について、その工程および接合方法を説明する。まず
半導体装置吸着板5の上に、複数の半田ボール3が供給
されたメタルマスク4を位置決めピン12により定めら
れた位置に重ね合わせる。つぎに半導体装置1をメタル
マスク4に開けられた電子部品用の穴に置く。つぎに半
導体吸着板5を、加熱ヒータ11により加熱されたステ
ージ2上でスライドにより移動すると同時に昇温する。
つぎに加熱ヒータ11により加熱されたステージ2で昇
温しながら半田ボール実装を行う作業範囲までスライド
移動する。つぎに作業範囲内で、加熱ヒータ11により
150℃に昇温したまま真空ポンプ13を動作させ、半
導体吸着板5と半導体装置1とメタルマスク4を固定す
る。以上の各工程により、半田ボール3と半導体装置1
を接合作業範囲までの移動と固定を完了する。
【0015】前記移動と固定を完了すると半田ボール3
を金メッキ電極16に接触させる。半田ボール3と半導
体装置1の位置を認識装置により認識し、キャピラリー
6を認識装置により確認されたデータに基づき半田ボー
ル3の直上に移動させる。そして超音波ホーン7を降下
させ、キャピラリー6を半田ボール3に接触させる。つ
ぎに吸着兼ブローホース8により真空吸着を行い、キャ
ピラリー6の先端に半田ボール3を吸着させる。前記吸
着工程を行いながら超音波ホーン7を上昇させた後、半
導体装置1の金メッキ電極16上に認識装置のデータに
基づき移動させる。前記真空吸着を行いながら超音波ホ
ーン7を降下させ、半田ボール3と金メッキ電極16と
を接触させる。以上により半田ボール3を半導体装置1
上の金メッキ電極16に移動させる。
【0016】図3は半導体装置1上の金メッキ電極16
に半田ボール3を金属接合する工程を示した図である。
図中の17は超音波方向、18は吸着・ブロー方向を示
している。
【0017】実施例では半導体装置1は400μm、ア
ルミニウム電極14は1μm、バリアメタル15は5μ
m、金メッキ電極16は0.5μmの厚み、半田ボール
3は径140μmの仕様とした。
【0018】ここで150℃に昇温された半導体装置1
上の金メッキ電極16に、キャピラリー6により吸着さ
れた半田ボール3を接触させる。そしてキャピラリー6
に半田ボール3を吸着したまま、超音波方向17に50
0mWの超音波エネルギーを加え、かつキャピラリー6
により約50gの荷重を加えながら、金メッキ電極16
と半田ボール3とを接触から金属結合へと接合強度を増
大させる。
【0019】半田ボール3の吸着を終了し、ブローを行
いながら、キャピラリー6を上昇させる。そして次の半
田ボール3にキャピラリー6を移動させる。以上により
半田ボール3と金メッキ電極16の金属接合を終了す
る。なお、実施例では半導体装置1上の金メッキ電極1
6に対する接合であるが、ガラスエポキシ樹脂やセラミ
ック製の回路基板上の金メッキ電極にも同様な半田ボー
ル接合が可能である。また作業環境を90%Ar+10
%H2 還元ガス雰囲気にすると接合強度がより増大す
る。
【0020】以下、本発明の第2の実施例を説明する。
この実施例の接合装置は図1、図2に示す第1の実施例
で仕様した装置と同じものである。しかし第1の実施例
で使用しなかったガスブロー装置とレーザー光照射装置
9とレーザー光10を使用し、超音波装置を使用しな
い。またヒータ11を用いたステージ2の加熱は行わな
い。
【0021】本実施例で図4で示す回路基板19は4層
400μm厚、銅電極20は18μm、半田ボール3は
径140μmの使用とした。図中21は還元ガスであ
る。まず回路基板19上の銅電極20に、キャピラリー
6により吸着された半田ボール3を接触させる。つぎに
半田ボール3の吸着を終了し、90%Ar+10%H2
の還元ガス21をブローしながらキャピラリー6を約1
0μm上昇させる。つぎに還元ガス21をブローしなが
ら、レーザー光照射装置9よりYAGレーザー光10を
照射し、半田ボール3と銅電極20を200℃以上加熱
し、半田ボール3を溶融し、電極20と金属溶融接合を
行う。つぎにレーザー光下の照射を止め、キャピラリー
6を上昇させ、次の半田ボール3にキャピラリー6を移
動させる。以上により半田ボール3と銅電極20の金属
溶融接合を終了する。本実施例ではガラスエポキシ樹脂
製の回路基板19上の銅電極20への半田ボールの接合
であるが、セラミック製の回路基板上の銅電極や半導体
装置1上の金メッキ電極16にも同様な半田ボール溶融
接合が可能である。また銅電極よりも金電極の方が、電
極表面酸化の影響を受けにくいので接合歩留まりが向上
する。
【0022】
【発明の効果】本発明は前記実施例の説明より明らかな
ように、半田ボールを1つ1つ個別に移動接合する方法
によるので、半導体装置および回路基板上の電極が狭い
間隔になっても安定した半田供給が可能となる。また同
時にレーザー光照射装置や超音波装置など、局部にエネ
ルギーを加える装置を持つために、局部加熱および15
0度以下の加熱による半田の接合が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半田ボール接合装置の斜視
【図2】同半田ボール接合装置の断面図
【図3】同半田ボール接合装置の要部断面図
【図4】本発明の他の実施例の半田ボール接合装置の要
部断面図
【図5】従来の半田接合装置の構成図
【図6】従来の他の半田接合装置の構成図
【符号の説明】
1 半導体装置 2 ステージ 3 半田ボール 4 メタルマスク 5 半導体装置吸着板 6 キャピラリー 7 超音波ホーン 8 吸着兼ブローホース 9 レーザー光照射装置 10 レーザー光 11 加熱ヒータ 12 位置決めピン 13 真空吸着ポンプ 14 アルミニウム電極 15 バリアメタル 16 金メッキ電極 17 超音波方向 18 吸着・ブロー方向 19 回路基板 20 銅電極 21 還元ガス

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子部品を保持する手段と、球形の半田
    ボールを前記電子部品の電極上に移送する手段と、前記
    半田ボールを昇温溶融して電極に接合する手段を有する
    半田ボール接合装置。
  2. 【請求項2】 半田ボールを移送する手段は吸着機能を
    もつキャピラリーとした請求項1記載の半田ボール接合
    装置。
  3. 【請求項3】 半田ボールを昇温溶融して電極に接合す
    る手段は、前記半田ボール部にレーザー光を照射するレ
    ーザー光照射装置である請求項1記載の半田ボール接合
    装置。
  4. 【請求項4】 半田ボールを昇温溶融して電極に接合す
    る手段は、前記半田ボール部に超音波を与える超音波装
    置である請求項1記載の半田ボール接合装置。
  5. 【請求項5】 電子部品を保持する手段は、加熱手段お
    よび吸着手段を有するステージと、半田ボールを保持す
    る穴と電子部品を表出保持する穴をもつメタルマスクよ
    りなる請求項1記載の半田ボール接合装置。
  6. 【請求項6】 半田ボールを電極に接合する手段は、半
    田ボールに荷重を加える手段を有する請求項3または4
    に記載の半田ボール接合装置。
  7. 【請求項7】 キャピラリーにより真空吸着保持した球
    形の半田ボールを、台上に保持された電子部品の電極部
    に移動する工程と、半田ボールを昇温溶融して接合する
    工程よりなる半田ボール接合方法。
  8. 【請求項8】 半田ボールの接合工程において、還元ガ
    スを供給する請求項7に記載の半田ボール接合方法。
JP5176392A 1993-07-16 1993-07-16 半田ボール接合装置およびその接合方法 Pending JPH0737890A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5828031A (en) * 1996-06-27 1998-10-27 International Business Machines Corporation Head transducer to suspension lead termination by solder ball place/reflow
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DE19739481C2 (de) * 1997-04-11 2001-02-22 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotkugeln auf ein Substrat
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