JPH08162455A - 球状電極形成方法および形成装置 - Google Patents

球状電極形成方法および形成装置

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JPH08162455A
JPH08162455A JP30222794A JP30222794A JPH08162455A JP H08162455 A JPH08162455 A JP H08162455A JP 30222794 A JP30222794 A JP 30222794A JP 30222794 A JP30222794 A JP 30222794A JP H08162455 A JPH08162455 A JP H08162455A
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JP
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ball
electrode
support
spherical
jig
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English (en)
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Kuniaki Tsurushima
邦明 鶴島
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、パッケージ上の電極パッドにボール
電極を形成するボール電極形成方法および形成装置にお
いて、半田ボールと電極パッドとの位置合わせを高精度
化でき、処理の省力化が図れるようにすることを最も主
要な特徴とする。 【構成】たとえば、半田ボールＨＢを真空吸着して支持
するボール用治具１１を、透明な耐熱ガラスを用いて形
成する。このボール用治具１１を透かして、半田ボール
ＨＢとパッケージ１５上の電極パッドとを位置合わせし
て接触させる。この後、ボール用治具１１を通して、光
ビーム照射筒１６から光ビームを照射して、電極パッド
上の半田ペーストを順に溶融させる。こうして、半田ボ
ールＨＢと電極パッドとを固着させることで、ボール電
極を形成する構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば半導体基板
上の電極パッドにボール形状の球状電極を形成する球状
電極形成方法および形成装置に関するもので、特にＢＧ
Ａ（ＢａｌｌＧｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプの半導体外
囲器における外部電極の形成に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＢＧＡタイプの外囲器におけるボ
ール電極の形成方法としては、たとえば図７に示すよう
に、グラファイト材で形成される治具１に、真空吸着に
より半田ボール２を支持させるとともに、パッド上に半
田ペースト３の塗布された外囲器４を治具５を用いてセ
ットする。この場合、治具１と外囲器４との外形を基準
に位置合わせが行われて、治具５が治具１上に固定され
る。
【０００３】そして、これらを、図示していないコンベ
ア炉内に入れ、熱処理によって上記半田ペースト３を溶
融させ、さらに、そのまま冷却することにより、上記半
田ボール２をパッドに固着させるようになっていた。
【０００４】しかしながら、上記した従来の形成方法に
おいては、次のような問題点があった。たとえば、治具
１は不透明なグラファイト材により構成されるものであ
ったため、実際に、半田ボール２とパッドとの位置が正
しく合わされたかを確認することができない。
【０００５】特に、上記半田ボール２は、外囲器４のパ
ッドに対応する位置にそれぞれ設けられた、真空供給用
の孔１ａにつながる治具１の表面に形成されたテーパ部
１ｂに真空吸着により支持されるようになっている（図
８参照）が、外囲器４をセットした後においては真空吸
着が停止される、つまり半田ボール２は治具１に支持さ
れる際には真空吸着されるが、コンベア炉に送られる際
には真空吸着が停止されるため、熱処理時に半田ボール
２が動き、パッドに対する半田ボール２の位置精度が悪
化する。
【０００６】なお、半田ボールを支持することなく、半
田ペーストの表面張力によるセルフアライメントで半田
ボールとパッドとの位置を合わせる方法も提案されてい
るが、この方法の場合、位置精度はさらに悪く、また、
外囲器の反りの影響で半田ボールの平坦性（高さ位置）
を確保するのが難しい。
【０００７】また、上記図７に示した従来方法の場合、
治具１と外囲器４とを位置合わせし、治具５がずれない
ように固定し、また、溶融された半田ペースト３が冷却
した後にコンベア炉内から治具１，５を取り出し、治具
１，５より外囲器４を取り外すといった、人手と時間と
を要する。
【０００８】さらには、コンベア炉内で、熱容量の大き
い治具１，５ごと加熱および冷却処理を行うようになっ
ているため、大きな炉が必要であり、加熱および冷却処
理に時間がかかる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、半田ボールとパッドとの位置が正しく合わ
されたかを確認することができない、治具の着脱などに
人手と時間とを要する、大型の設備が必要で、処理に時
間がかかるなどの問題があった。
【００１０】そこで、この発明は、球状電極を形成する
ための球状体と半導体基板上の電極パッドとの位置合わ
せを高精度化でき、それを容易に確認できるとともに、
自動化および設備の縮小化が図れて、球状電極の形成に
要する人手や時間さらには経費を大幅に軽減することが
可能な球状電極形成方法および形成装置を提供すること
を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の球状電極形成装置にあっては、あらか
じめボール形状に形成された球状体を真空圧により吸着
して支持する支持体を有し、この支持体によって支持さ
れた前記球状体を半導体基板上の電極パッドに固着する
ことによって球状電極を形成するものにおいて、前記支
持体を透光性を有する部材によって構成し、この支持体
を透視した状態で、前記支持体により支持された前記球
状体と前記電極パッドとの位置合わせ、および前記支持
体を介して、前記球状体の前記電極パッドへの固着を行
う構成とされている。
【００１２】また、この発明の球状電極形成装置にあっ
ては、あらかじめボール形状に形成された球状体を真空
圧により吸着し、その位置にて前記球状体を支持する、
透光性を有する部材からなる支持体と、この支持体を透
視した状態で、前記支持体により支持された前記球状体
を、半導体基板上の電極パッドとの位置合わせを行って
後、前記半導体基板上の電極パッドにあらかじめ設けら
れた固着剤に接触させる接触機構と、この接触機構によ
って前記球状体の接触された前記固着剤を、前記支持体
を介して溶融する熱源とから構成されている。
【００１３】さらに、この発明の球状電極の形成方法に
あっては、透光性を有する部材からなる支持体によっ
て、あらかじめボール形状に形成された球状体を真空吸
着して、その位置で支持させ、前記支持体を透視した状
態で、前記支持体により支持された前記球状体を、半導
体基板上の電極パッドとの位置合わせを行って後、前記
半導体基板上の電極パッドにあらかじめ設けられた固着
剤に接触させ、その球状体の接触された前記固着剤を、
前記支持体を介して熱源により溶融するようになってい
る。
【００１４】
【作用】この発明は、上記した手段により、球状体を支
持体に吸着させたままの状態で、電極パッドとの位置合
わせを可視しながら行うことができるとともに、溶融す
べき電極パッド上の固着剤を直接的に加熱できるように
なるため、処理の高精度化および省力化が可能となるも
のである。
【００１５】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかるボール電極形
成装置の概略構成を示すものである。すなわち、支持体
としてのボール用治具１１は、ボール容器１２内にあら
かじめ収容された多数の半田ボールＨＢのうち、所定数
（本実施例では１６個）の半田ボールＨＢを真空吸着し
て支持するようになっている。
【００１６】上記ボール用治具１１は、透光性を有する
部材、たとえば耐熱ガラスによって形成されている。こ
のボール用治具１１には、たとえば図２に示すように、
上記半田ボールＨＢを支持するための１６個のテーパ部
１１ａと、それぞれのテーパ部１１ａを接続する真空圧
供給用の供給路１１ｂとが設けられている。
【００１７】ボール用治具１１に設けられる上記各テー
パ部１１ａは、たとえば、後述するＢＧＡ（Ｂａｌｌ
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプの半導体パッケージにお
ける外部電極の形成位置、つまりボール電極を形成する
電極パッドの位置にそれぞれ対応されている。
【００１８】ボール用治具１１は、Ｘ−θロボット１３
のアーム１３ａの先端に、上記テーパ部１１ａを下向き
にして取り付けられている。Ｘ−θロボット１３は、上
記アーム１３ａをＸ，Ｙ軸平面に沿う図示矢印Ａ方向に
回動することにより、上記ボール用治具１１の、上記ボ
ール容器１２とＸ−Ｙロボット１４との間での水平移動
を制御できるようになっている。
【００１９】また、Ｘ−θロボット１３は、Ｚ軸方向の
上下（垂直）移動を制御できるようになっており、上記
ボール用治具１１と上記ボール容器１２との間の距離、
および上記ボール用治具１１と上記Ｘ−Ｙロボット１４
との間の距離を調整することが可能となっている。
【００２０】上記Ｘ−θロボット１３には、上記ボール
用治具１１に真空圧を供給するための供給装置（図示し
ていない）が設けられている。一方、上記ボール容器１
２には、その半田ボールＨＢを収容するための受け皿に
振動を与えるための振動機構（図示していない）が設け
られている。
【００２１】すなわち、半田ボールＨＢの吸着時には、
たとえば上記ボール容器１２に振動を与えることによっ
て半田ボールＨＢの位置を少しずつ変え、その際に、上
記ボール用治具１１に真空圧を与えることにより、半田
ボールＨＢがそれぞれのテーパ部１１ａに吸い付けられ
て、各々の位置で支持される。
【００２２】上記Ｘ−Ｙロボット１４には、ＢＧＡタイ
プのパッケージ１５をセットするための外囲器用治具１
４ａと、この外囲器用治具１４ａの、たとえばＸ方向へ
の移動が可能なアーム１４ｂとが設けられている。この
アーム１４ｂは、レール１４ｃ上を自由に移動できるよ
うになっている。
【００２３】上記アーム１４ｂには、上記外囲器用治具
１４ａ上にセットされたパッケージ１５に、このパッケ
ージ１５上に移動された上記ボール用治具１１を介して
光ビームを照射する光ビーム照射筒（熱源）１６が設け
られている。この光ビーム照射筒１６は、上記アーム１
４ｂに沿う方向、つまり上記アーム１４ｂの移動方向と
直交する上記外囲器用治具１４ａのＹ方向に移動自在に
設けられている。
【００２４】光ビーム照射筒１６は、たとえば光ビーム
を発生するハロゲンランプおよびこのランプからの光を
集光する凸レンズ（いずれも図示していない）を収納し
てなり、これに接続された光源１７によって駆動される
ようになっている。
【００２５】上記外囲器用治具１４ａ上にセットされる
パッケージ１５はセラミックやガラスエポキシなどによ
って構成されてなり、その上面には、たとえば図３に示
すように、複数（ここでは、４×４の１６個）の電極パ
ッド１５ａが配置されている。各電極パッド１５ａ上に
は、固着剤としての、たとえば半田ペースト１８があら
かじめ塗布されている。
【００２６】この半田ペースト１８は、上記光ビーム照
射筒１６からの光ビームによって加熱されて溶融され、
冷却される際に、上記パッケージ１５上の電極パッド１
５ａと上記ボール用治具１１によって支持されている半
田ボールＨＢとを固着するようになっている。
【００２７】上記ボール容器１２と上記Ｘ−Ｙロボット
１４との間の、上記ボール用治具１１の移動経路の途中
には、上記ボール用治具１１における全テーパ部１１ａ
での半田ボールＨＢの吸着不良をチェックする検査装置
１９が設けられている。
【００２８】この検査装置１９は、たとえば上記ボール
容器１２上より回動されてきた上記ボール用治具１１を
撮像するカメラ１９ａと、このカメラ１９ａで撮像され
た画像をもとに、上記ボール用治具１１のすべてのテー
パ部１１ａに半田ボールＨＢが支持されているかを画像
処理により検査する検査機１９ｂとからなっている。
【００２９】この検査装置１９の検査によって、上記ボ
ール用治具１１による半田ボールＨＢの吸着不良が確認
された場合、上記ボール容器１２での半田ボールＨＢの
再吸着が行われる。この動作は、上記ボール用治具１１
の全テーパ部１１ａで半田ボールＨＢが支持されるま
で、繰り返される。
【００３０】次に、上記したボール電極形成装置による
ボール電極の形成動作について説明する。まず、Ｘ−θ
ロボット１３のアーム１３ａの先端に取り付けられたボ
ール用治具１１が、ボール容器１２のところに移動され
る。そして、ボール容器１２内の半田ボールＨＢとの距
離が調整された後、上記ボール用治具１１に上記Ｘ−θ
ロボット１３から真空圧が与えられる。
【００３１】このとき、上記ボール容器１２の受け皿が
振動されて、そこに収容されている半田ボールＨＢのい
くつかが上記ボール用治具１１のそれぞれのテーパ部１
１ａで吸い付けられる。こうして、上記ボール用治具１
１の各テーパ部１１ａで半田ボールＨＢが真空吸着され
て、それぞれに支持される。
【００３２】半田ボールＨＢの吸着を終えた上記ボール
用治具１１は、真空圧による吸着を継続したまま、上記
Ｘ−θロボット１３のアーム１３ａの上昇および回動に
よって検査装置１９の位置に移動される。そして、ここ
での検査によって、半田ボールＨＢの吸着不良が確認さ
れた場合には、上記ボール用治具１１が上記ボール容器
１２の位置に戻されて、再度、上記した吸着動作が行わ
れる。
【００３３】全テーパ部１１ａでの半田ボールＨＢの支
持が確認されると、上記ボール用治具１１は、上記Ｘ−
θロボット１３のアーム１３ａの回動によって、Ｘ−Ｙ
ロボット１４上の外囲器用治具１４ａにセットされたパ
ッケージ１５の上に移動される。また、上記アーム１３
ａの降下によって、上記ボール用治具１１に支持されて
いる半田ボールＨＢと上記パッケージ１５上の電極パッ
ド１５ａとの間の距離が２ｍｍ程度となる位置で、上記
ボール用治具１１が停止される。
【００３４】そして、たとえば上記ボール用治具１１上
からの目視によって、上記ボール用治具１１の各半田ボ
ールＨＢと上記パッケージ１５上の各電極パッド１５ａ
との位置を確認しつつ、さらに、上記ボール用治具１１
の位置が下げられて、上記ボール用治具１１の各半田ボ
ールＨＢが上記電極パッド１５ａのそれぞれにあらかじ
め塗布されている半田ペースト１８に接触される。
【００３５】この後、上記Ｘ−Ｙロボット１４のアーム
１４ｂがレール１４ｃに沿って移動され、また、そのア
ーム１４ｂ上を光ビーム照射筒１６が移動される。これ
により、上記光ビーム照射筒１６が、上記パッケージ１
５上に位置する上記ボール用治具１１の上部に移動され
る。
【００３６】そして、上記光ビーム照射筒１６から光ビ
ームを照射しつつ、上記光ビーム照射筒１６の位置を移
動させることにより、上記光ビーム照射筒１６からの光
ビームによって、上記パッケージ１５上の電極パッド１
５ａのすべてが順にスキャンされる。
【００３７】この場合、たとえば図４に示すように、上
記ボール用治具１１を介して、上記パッケージ１５上の
電極パッド１５ａまたはその周辺に、上記光ビーム照射
筒１６からの光ビーム１６ａが照射される。この光ビー
ム１６ａの照射によって、上記各電極パッド１５ａ上の
半田ペースト１８は溶融され、しばらくして後、冷えて
固まる。
【００３８】こうして、一旦は溶融された半田ペースト
１８が冷えて固まることにより、上記ボール用治具１１
に支持されている半田ボールＨＢと上記パッケージ１５
上の電極パッド１５ａとがそれぞれ固着されて、各電極
パッド１５ａ上に半田ボールＨＢを固着してなるボール
電極が形成される。
【００３９】ボール電極を形成した後においては、上記
Ｘ−θロボット１３から上記ボール用治具１１への真空
圧の供給が停止され、さらに、上記ボール用治具１１が
上記ボール容器１２の位置に移動されて、次のボール電
極の形成にそなえられる。
【００４０】図５は、上記ボール電極形成時の、上記ボ
ール用治具１１のガラス厚と上記光ビーム照射筒１６に
よるスキャン速度との関係を示すものである。ここで、
上記ガラス厚とは、ボール用治具１１の真空圧供給用の
供給路１１ｂから下の厚さであり、ボール電極を形成す
るための他の条件は下記の表１に示す通りである。
【００４１】
【表１】
【００４２】すなわち、パッケージ１５の反り（１００
μｍ程度）を補償すべく半田ペースト１８を１５０μｍ
の厚さで塗布し、これに径が０．７ｍｍとされた半田ボ
ールＨＢを１．５ｍｍのピッチ間隔で固着する場合にお
いては、上記表１に示した条件のもとでは、ガラス厚が
２ｍｍのときには約１０ｍｍ／ｓｅｃのスキャン速度
で、ガラス厚が３ｍｍのときには約４ｍｍ／ｓｅｃのス
キャン速度で、ガラス厚が６ｍｍのときには約１ｍｍ／
ｓｅｃのスキャン速度で、それぞれボール電極を形成す
ることができた。
【００４３】この場合、径が０．５ｍｍの光ビームを照
射するようにしたが、もっと小径の光ビームを照射する
ようにした場合にも、処理の効果からいって、上記ボー
ル用治具１１は２ｍｍ程度の厚さをもって形成するのが
望ましい。
【００４４】上記のような構成のボール電極形成装置に
よれば、上記ボール用治具１１に支持された半田ボール
ＨＢと上記パッケージ１５上の電極パッド１５ａとの位
置合わせを目視により直接的に行うことが可能になると
ともに、上記電極パッド１５ａに固着されるまで、上記
半田ボールＨＢは上記ボール用治具１１に真空吸着によ
り支持されるようになっている。このため、両者を高い
精度をもって固着することが可能となり、パッドピッチ
の２０％あった位置ずれを５％以下にまで低下できた。
【００４５】また、半田ペースト１８の近傍だけを短時
間に加熱して溶融させることで、ワークの昇温が小さ
く、すぐに室温に戻せるようになるために冷却時間が短
くて済む。これにより、ワークの自動搬送を容易に実現
し得、かつ次工程への連続した投入が可能となる。
【００４６】さらに、人手による治具の着脱が不要とな
るなど、ボール電極形成の自動化や省力化が容易に可能
となるものである。なお、上記実施例においては、半田
ボールを半田ペースト（共晶半田）を用いて固着する場
合を例に説明したが、これに限らず、たとえば図６に示
すように、パッケージ１５上の電極パッド１５ａと半田
ボールＨＢとをフラックス２１を用いて固着するように
してもよい。この場合、半田ボールＨＢの底部はソルダ
レジスト１５ｂの表面に露出する上記電極パッド１５ａ
の全面にとけて広がるが、その表面張力で丸くなり、半
田ペーストを用いる場合と同様にボール電極を形成する
ことができる。
【００４７】半田ボールとしては、半田ペースト中の半
田よりも融点が高ければ他の組成のものも使用できる。
また、鉄−ニッケル合金や銅合金など、半田にわずかに
しかとけない金属製のボールを作り、この表面に半田メ
ッキや錫メッキまたは貴金属メッキなどの半田易溶性の
表面処理を施したものを、半田ボールの代替品として使
用することも可能である。
【００４８】また、熱源としては、ハロゲンランプの
他、キセノンランプやレーザなどを用いることも可能で
ある。また、ボール用治具は、必ずしもテーパ部を形成
しなくともある程度の効果は期待できる。また、耐熱ガ
ラス以外の、たとえば石英を用いて形成することも可能
である。
【００４９】また、光ビームをスキャンさせる代わり
に、外囲器用治具をＸ−Ｙステージ上に搭載し、パッケ
ージを自由に移動できるように構成することも可能であ
る。また、電極パッドと半田ボールとの位置合わせを画
像処理を用いて光学的に行うことが、自動化にとっては
より望ましい。
【００５０】さらには、半田ペーストを電極パッド上に
塗布した後、ホットエアーを吹き付けてプレヒートを施
すとフラックス中の溶媒が揮発し、電極パッドと半田ボ
ールとの固着を良好に行うことができるが、プレヒート
はヒータブロックを用いて行うようにした場合にも同等
の効果が期待できる。その他、この発明の要旨を変えな
い範囲において、種々変形実施可能なことは勿論であ
る。
【００５１】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、球状電極を形成するための球状体と半導体基板上の
電極パッドとの位置合わせを高精度化でき、それを容易
に確認できるとともに、自動化および設備の縮小化が図
れて、球状電極の形成に要する人手や時間さらには経費
を大幅に軽減することが可能な球状電極形成方法および
形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかるボール電極形成装
置を概略的に示す構成図。
【図２】同じく、ボール用治具の概略を示す構成図。
【図３】同じく、パッケージの一例を示す構成図。
【図４】同じく、ボール電極の形成動作について説明す
るために示す要部の断面図。
【図５】同じく、ボール用治具のガラス厚と光ビームの
スキャン速度との関係を説明するために示す図。
【図６】この発明の他の実施例を説明するために示す要
部の断面図。
【図７】従来技術とその問題点を説明するために示すボ
ール電極形成装置の要部の断面図。
【図８】同じく、従来のボール電極形成装置で用いられ
るボール用治具の概略を示す構成図。
【符号の説明】
１１…ボール用治具（支持体）、１２…ボール容器、１
３…Ｘ−θロボット、１３ａ…アーム、１４…Ｘ−Ｙロ
ボット、１４ａ…外囲器用治具、１４ｂ…アーム、１４
ｃ…レール、１５…ＢＧＡタイプのパッケージ（半導体
基板）、１５ａ…電極パッド、１６…光ビーム照射筒
（熱源）、１７…光源、１８…半田ペースト（固着
剤）、１９…検査装置、１９ａ…カメラ、１９ｂ…検査
機、ＨＢ…半田ボール（球状体）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 あらかじめボール形状に形成された球状
    体を真空圧により吸着して支持する支持体を有し、この
    支持体によって支持された前記球状体を半導体基板上の
    電極パッドに固着することによって球状電極を形成する
    球状電極形成装置において、 前記支持体を透光性を有する部材によって構成し、この
    支持体を透視した状態で、前記支持体により支持された
    前記球状体と前記電極パッドとの位置合わせ、および前
    記支持体を介して、前記球状体の前記電極パッドへの固
    着を行うようにしたことを特徴とする球状電極形成装
    置。
  2. 【請求項２】 あらかじめボール形状に形成された球状
    体を真空圧により吸着し、その位置にて前記球状体を支
    持する、透光性を有する部材からなる支持体と、 この支持体を透視した状態で、前記支持体により支持さ
    れた前記球状体を、半導体基板上の電極パッドとの位置
    合わせを行って後、前記半導体基板上の電極パッドにあ
    らかじめ設けられた固着剤に接触させる接触機構と、 この接触機構によって前記球状体の接触された前記固着
    剤を、前記支持体を介して溶融する熱源とを具備したこ
    とを特徴とする球状電極形成装置。
  3. 【請求項３】 前記支持体は、前記球状体の真空圧によ
    る吸着を、前記球状体の電極パッドへの固着が完了する
    まで継続することを特徴とする請求項２に記載の球状電
    極形成装置。
  4. 【請求項４】 前記熱源は、溶融すべき固着剤とその近
    傍のみを加熱するものであることを特徴とする請求項２
    に記載の球状電極形成装置。
  5. 【請求項５】 透光性を有する部材からなる支持体によ
    って、あらかじめボール形状に形成された球状体を真空
    吸着して、その位置で支持させ、 前記支持体を透視した状態で、前記支持体により支持さ
    れた前記球状体を、半導体基板上の電極パッドとの位置
    合わせを行って後、前記半導体基板上の電極パッドにあ
    らかじめ設けられた固着剤に接触させ、 その球状体の接触された前記固着剤を、前記支持体を介
    して熱源により溶融するようにしたことを特徴とする球
    状電極の形成方法。
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