JPH09275109A - ボール搭載容器及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップ等の電極に対応した多数の配列
孔を持つボール配列基板に微小導電性ボールを高精度に
効率よく吸引保持させる。 【解決手段】 搭載した微小導電性ボール１を跳躍させ
る平坦部分１５と平坦部分よりも高い位置にある容器外
辺部１６との間にある傾斜部分１７を持つボール搭載容
器２と、微小導電性ボール１に振動を与え、跳躍させる
ための振動源１０より成る。 【効果】 半導体チップ等の電極に対応した多数の配列
孔を持つボール配列基板に微小導電性ボールを高精度に
効率よく吸引保持させることができ、接続接点として信
頼性の高い導電性ボールバンプを形成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子又は基
板等の電極部に対応する位置に、多数の微小導電性ボー
ルを効率よく配列保持させるための微小導電性ボールの
搭載容器及び跳躍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、半導体
素子の電極部（電極パッド）と基板の電極部等との接続
や、ＢＧＡ（Ball Grid Array ）等のようなパッケージ
の外部電極とプリント基板等の電極とを接続するために
は、微小導電性ボールで形成されたバンプを介して両者
を結合する方法がある（ボールバンプ法）。

【０００３】このボールバンプ法では、例えば半導体素
子の電極パッドにバンプを形成させる場合、ボール搭載
容器に機械的に振動を加える等を行って微小導電性ボー
ルを跳躍させ、真空吸引等の方法により配列基板の裏側
を減圧して配列孔に微小導電性ボールを吸引させて保持
する。そしてその状態でバンプ接合用ステージまで搬送
する。その後、接合用ステージにて電極パッドに微小導
電性ボールを熱圧着させることによってバンプを形成す
る。

【０００４】或いは、プリント配線板等の電極部に低融
点金属より成るバンプを形成させる場合は、電極部に予
めフラックスを供給しておき、微小導電性ボールを電極
部に配列した後、リフローする方法が一般的である。

【０００５】上記ボール搭載容器は、例えば特開平５−
２５９２２４号公報に記載のような振動付加装置に接続
し、微小導電性ボールを跳躍させるもの、或いは多孔質
材を用い、その下方から気流を噴出させることにより微
小導電性ボールを半ば浮遊状態にするものである。

【０００６】この微小導電性ボールを配列基板上に保持
する工程は、数百個のボールが仮に１個でも欠けること
は許されないものであり、配列基板上のすべての配列孔
に１個ずつの微小導電性ボールが確実に吸引されるもの
でなければならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法における機
械的振動によるボールの跳躍や、気流によるボールを浮
遊させる方法においては、例えば、図３に示すような一
般的な形状のボール搭載容器を用いた場合、ボール搭載
容器からの微小導電性ボールの飛散が激しく、それを防
止するためには容器縁を高くする必要があった。そのた
め容器自身が大型化してしまい、生産設備としてはコス
トアップの要因となり、大きなボール搭載容器ではボー
ルの使用量も多く、効率が悪かった。

【０００８】更に、振動による跳躍の場合は、ボール搭
載容器の重量増のために振動源から伝わる振動が抑制さ
れてボールが上手く跳躍しないという問題もあった。ま
た、容器の大型化は、跳躍或いは半ば浮遊するボールの
面密度の低下をもたらし、ボールの吸引もれが発生する
等の問題がある。このボールの吸引もれを無くするた
め、吸引時間を長くする方法もあるが、この場合吸引時
間の増長は生産効率の低下をもたらしていた。

【０００９】本発明はかかる実情に鑑み、装置をコンパ
クトに構成しながら、効率的且つ的確にボールを吸引保
持し得るボール搭載容器及び装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のボール搭載容器
は、微小導電性ボールを跳躍させて半導体チップ或いは
基板の電極に対応する位置に吸引配列して保持した後、
対応する被接合部へ前記微小導電性ボールを転写するよ
うにした装置に使用するボール搭載容器であって、前記
微小導電性ボールを跳躍させる平坦部分と、この平坦部
分よりも高い位置にある容器外辺部分と、前記平坦部分
及び前記容器外辺部分間に設定される傾斜を持った面
と、を含むことを特徴とする。

【００１１】また、本発明のボール搭載容器は、微小導
電性ボールを半ば浮遊させて半導体チップ或いは基板の
電極に対応する位置に吸引配列して保持した後、対応す
る被接合部へ前記微小導電性ボールを転写する装置に使
用するボール搭載容器であって、前記微小導電性ボール
を跳躍させる平坦部分と、この平坦部分よりも高い位置
にある容器外辺部分と、前記平坦部分及び前記容器外辺
部分間に設定される傾斜を持った面と、を含み、且つ前
記微小導電性ボールよりも小さな複数の気流噴出孔を持
つことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のボール搭載容器において、
アルミニウム及び比重がアルミニウム以下の金属を主成
分とする合金から成ることを特徴とする。

【００１３】また、本発明のボール搭載容器において、
多孔質材より成ることを特徴とする。

【００１４】また、本発明のボール跳躍装置は、微小導
電性ボールを跳躍させるための振動源と請求項１に記載
のボール搭載容器を含むことを特徴とする。

【００１５】また、本発明のボール跳躍装置は、微小導
電性ボールを半ば浮遊させるための気流源と請求項２に
記載のボール搭載容器を含むことを特徴とする。

【００１６】本発明のボール搭載容器及び装置は、搭載
した微小導電性ボールを振動或いは気流によって跳躍又
は半ば浮遊させ、配列孔に効率よく吸引保持させ得るよ
うになっている。特に、微小導電性ボールを跳躍或いは
半ば浮遊させる平坦部分と容器外辺部分との間に傾斜を
もたせることで容器外周へのボールの飛散を抑制するこ
とができる。これによりボール配列基板の配列孔付近に
ボールを集中させ、吸引効率を格段に向上させることが
できる。

【００１７】また、ボール搭載容器の大型化を抑えるこ
とにより、この部位及び周辺の空間的な設計が有利にな
っている。また、振動による微小導電性ボールの跳躍に
おいて、ボール搭載容器の主材をアルミニウム及びこれ
を主成分とする合金とすることにより、ボール搭載容器
の小型化と併せて更に軽量化することができる。そして
振動源からの振動を効率よくボール搭載容器に伝えるこ
とができ、微小導電性ボールを安定かつ確実に跳躍させ
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
るボール搭載容器及び装置の好適な実施の形態を説明す
る。ここで先ず、ボール搭載容器の重量を抑えてボール
の飛散を防止する方法として図４（ａ）のように、搭載
容器縁２０に薄い箔のようなものを使用して高くしたも
のも考えられる。しかしこの場合、跳躍又は半ば浮遊す
る微小導電性ボール１が到達する高さまで配列基板５を
下降させる必要があるため、配列ヘッド２１を長くしな
ければならない。このため配列ヘッドが大型化してしま
い、生産設備としてはコストアップ要因となるので望ま
しくない。

【００１９】逆に配列ヘッドの大型化を防ぐために微小
導電性ボールの跳躍又は半ば浮遊する高さを大きくする
方法も考えられるが、ボール密度の低下を招くので好ま
しくない。配列基板及び配列ヘッドはボールを配列する
半導体チップやプリント基板等に依存してその大きさ、
形状が変化する可能性があるため、ボール搭載容器もそ
れに対して柔軟に対応できるものが望まれる。

【００２０】図４（ｂ）に示した本発明によるボール搭
載容器を使用した場合の一例と比較すると、ボール搭載
容器の外辺部分と平坦面との間に傾斜を持たせることに
よりボール搭載容器の縁を高くすることなくボールの飛
散を抑えることができる。このため配列ヘッド２１を大
型化することなく微小導電性ボールを吸引保持すること
ができる。また、配列ヘッド２１の大型化を抑えて配列
基板をボール搭載容器の平坦面へ接近させることがきる
ので、図４（ａ）の場合よりもボール密度が高い状態で
吸引することができ、効率がよい。また、配列基板とボ
ール搭載容器の縁が接触する恐れがないことから配列基
板の多少の大きさの変動にも有効に対応することができ
る。

【００２１】次に、図５（ａ）に従来のボール搭載容
器、図５（ｂ）及び（ｃ）に本発明のボール搭載容器断
面の一例を示す。（ｂ）及び（ｃ）に示すように傾斜部
分の形状は直線でも曲線でも良い。どちらの場合も平坦
部と容器外辺部を結ぶ線と平坦部の成す角の角度が２°
〜４５°の範囲が望ましい。つまり、２°以下の角度で
はボールの平坦部分への集中が不十分であり、ボールが
跳躍時に飛散する恐れがある。また、４５°以上の角度
の場合はボール配列基板と容器の縁が接触する可能性が
あり容器の大型化が必要となる。

【００２２】ボール搭載容器の平坦部の形状は多角形で
も円形でも良いが、跳躍の対称性を考慮すると円形が望
ましい。図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に本発明の容器
形状の例を示す。図６（ａ）において、ボール搭載容器
及び装置が円形の場合、その平坦部分の直径は微小導電
性ボールを吸引させる配列基板の最大外形と同等、もし
くはそれ以上の大きさが必要である。配列基板よりも若
干平坦面を広げることにより、吸着もれの発生し易い配
列基板中心から離れた位置の配列孔にも安定してボール
を吸引することができる。図６（ｂ）又は（ｃ）のよう
なその他の形状においても同様である。

【００２３】本発明のボール搭載容器は振動源、又は乾
燥空気供給源を有する装置からの脱着が可能である。実
施形態ではネジで固定しているが、その他にも嵌め込み
治具等に固定する方法も考えられる。搭載容器を脱着可
能とすることにより、あらゆる大きさの配列基板に対応
したボール搭載容器の交換を容易にできる。

【００２４】また、微小導電性ボールの跳躍を機械的振
動によって行う場合、振動源には電磁弁、カム機構及び
ピエゾ素子等によるものが考えられる。これらにおい
て、効率よく微小導電性ボールを跳躍させるためには振
動源とボール搭載容器の接触面積、搭載位置或いは振動
周波数等を考慮しなければならない。例えばピエゾ素子
を用いた振動源として後述の第１実施例にあげるような
パーツフィーダが考えられる。パーツフィーダは時計等
の微細部品の選別に一般に用いられている。この種のパ
ーツフィーダを振動源に用いた場合、電磁弁やカム機構
による振動に比べて高周波振動を発生させ易く、装置の
他の部分に対して振動による悪影響を及ぼすことを低減
することができ、極めて安定したボール跳躍高さの維持
が実現可能である。

【００２５】ボール搭載容器の重さや形状によって共振
周波数が異なるため、共振周波数をはずれるとボール搭
載容器は振動しないのでボール搭載容器を交換した場合
振動数を調節する必要がある。また、振動源にボール搭
載容器を取り付ける場合、図７（ａ）に示すように振動
が効率よく伝わるようにするために、ボール搭載容器は
パーツフィーダ内に設置されているピエゾ素子１１の直
上で接触するように取り付けることが望ましい。特にボ
ール搭載容器の重量が１００ｇ以上の場合、或いはボー
ル搭載容器の外径がパーツフィーダとの接触面径の２倍
以上となる場合に有効である。このような場合には、ボ
ール搭載容器にパーツフィーダの振動が充分に伝わるよ
うにボール搭載容器を軽量化させるため、本発明のアル
ミニウムもしくは比重がアルミニウム以下の金属を主成
分とする合金から成るボール搭載容器を用いることが有
効である。

【００２６】ボール搭載容器が比較的小型である場合、
図７（ｂ）及び（ｃ）に示すようにピエゾ素子１１直上
に接触面がなくともかまわない。第１実施例で用いるも
ので、重さが約３０ｇの場合１３０〜１５０Ｈｚ付近で
あるが、１３５〜１４５Ｈｚが望ましい。また、重さが
約１４０ｇの平坦部分の面積が広いボール搭載容器を用
いた場合１１０〜１３０Ｈｚ付近であるが、１１５〜１
２５Ｈｚが望ましい。その他、振動源としては、安定し
た振動供給が可能であればパーツフィダ以外のものであ
っても差し支えない。

【００２７】また、気流によってボールを半ば浮遊状態
とする場合、そのガスとして乾燥空気にＡｒ、Ｎ₂ 等を
用いてもよい。不活性ガスを用いることにより微小導電
性ボールの酸化を押さえることができる。また、イオン
化されたガスを用いてボール同士に発生する静電気を防
止してもよい。これらのガスを導入する際、フィルタを
通過させ、気流導入孔に埃等が目詰まりしないようにす
ることが望ましい。気流導入孔は微小導電性ボールのサ
イズよりも小さければ機械加工で開けてもよいし、多孔
質材を用いてもよい。ボール搭載容器に用いる多孔質材
の孔径は、図８に示すように搭載する導電性ボールの径
よりも小さく、気流の噴出を止めても微小導電性ボール
が孔に入らないようにしてある。また、孔はボール搭載
容器の平坦部分一面に設けられており、微小導電性ボー
ルを一様に分布させるため、均一に孔を配置させること
が望ましい。

【００２８】その他、孔をボール搭載容器平坦部だけで
なく、傾斜部にもその斜面に対して垂直に開孔し、気流
がやや容器中心へ向かうようにしてボールの飛散を防ぐ
こともできる。ボール搭載容器に用いる多孔質材はセラ
ミックス以外にも微細柱状組織から成るものや、編目状
のものでもかまわないし、平坦部のみに多孔質材を用い
て傾斜部には他の物質を用いて組み合わせても良い。

【００２９】また、図４（ａ）のようなボール搭載容器
の縁を高くしようとした場合、配列ヘッド外形とボール
搭載容器縁の内径が近いと、微小導電性ボールを半ば浮
遊させるために噴出させている気流の流れが抑制され、
ボールが浮遊しなくなる恐れがある。従ってボール搭載
容器縁と配列ヘッドの間には気流が流れるように充分な
間隔が必要である。

【００３０】

【実施例】ここで、図１において本発明によるボール搭
載容器及び装置を用いた微小導電性ボールバンプの製造
法の一実施例を示す。以下に図面を参照しながら詳細に
説明する。

【００３１】図１は、ボール搭載容器２に機械的振動を
加えることによって微小導電性ボール１の跳躍を行う方
式の例を示している。振動を付加させるための振動源に
パーツフィーダ１０を用い、微小導電性ボール１を搭載
したボール搭載容器２を接続した。パーツフィーダ１０
の振動数は１４０Ｈｚである。配列孔６を有する配列基
板５上に微小導電性ボール１を吸引保持する工程を示し
ている。

【００３２】図１において、ボール搭載容器２の平坦面
１５の直径は２５ｍｍ、容器外辺部分１６の直径は４０
ｍｍ、傾斜部分１７の角度は約８°である。平坦面の直
径は微小導電性ボールを吸引させる配列基板の最大外形
と同等、もしくはそれ以上の大きさが必要であり、５％
以上が望ましい。この実施例では平坦面直径を配列基板
の最大外形よりも約１０％大きくした。微小導電性ボー
ル１は、直径４０μｍの金である。

【００３３】このボール搭載容器２の上方から減圧吸引
部４を備えたボール配列基板５を接近させて微小導電性
ボール１を所定の配列孔６に吸引保持させた。配列基板
５は１６ｍｍ×１６ｍｍで、そこに形成された配列孔６
は配列基板５にボールバンプを形成させる半導体チップ
の電極位置に対応して配列されており、１枚の配列基板
上には合計３００個の配列孔が形成されている。

【００３４】配列基板に微小導電性ボールを吸引保持し
た後、半導体チップのＡｌ電極パッドにその微小導電性
ボールを熱圧着させてボールバンプ付きの半導体チップ
を作製した。パーツフィーダの振動をボール搭載容器に
伝え、微小導電性ボールを跳躍させる装置を使用したこ
とにより、ボール搭載容器からの微小導電性ボールの飛
散なく配列基板への微小導電性ボールの吸引が確実に行
われ、半導体チップ上に効率良くボールバンプを形成さ
せることができた。

【００３５】図３に示すような従来技術によるボール搭
載容器を用いた場合、この第１実施例と同様の実験を行
った結果、実験中ボールの飛散が激しく、搭載したボー
ルが著しく減少した。また、搭載容器上のボールの跳躍
も不均一であるため吸着毎に５〜１０個程度の吸着もれ
が発生した。また、第１実施例で用いた配列基板と配列
ヘッドを使用し、図４（ａ）のような縁の高いボール搭
載容器を用いて同様の実験を行った結果、ボール跳躍高
さを高くしても１０個以上の吸着もれが発生した。この
吸着もれをなくすためには第１実施例の５倍以上の吸着
時間を必要とし、バンプ生産行程において問題であるこ
とがわかった。

【００３６】次に、図２は本発明の第２実施例を示して
いる。ここでは、図２に示すように気流導入方式を用い
たボール搭載容器２を使用した。微小導電性ボール１
は、直径１００μｍの半田（Ｓｎ；６３／Ｐｂ；３７）
ボールである。微細多孔質材１２はセラミックスから成
る多孔質材で形成されたディスクであり、容器のボール
搭載部に設置されている。気流源１３と流量微調整機構
１４により発生させたドライな空気の流れはボール搭載
容器２の下部に設けた気流通路３を通して微細多孔質材
で形成されたボール搭載容器２上から噴出し、微小導電
性ボール１へ導かれ、ボールが浮遊する状態になるよう
にした。

【００３７】微細多孔質材１２の形状は、厚み３ｍｍで
第１実施例と同形状のものであり、公称濾過精度が５μ
ｍのものを使用した。空気流量は１〜３Ｌ／ｍｉｎとし
た。この第２実施例においても第１実施例の場合と同様
に、ボール搭載容器２からの微小導電性ボール１の飛散
なく、各配列孔６に１個ずつの微小半田ボールを能率良
く吸着させることができた。なお、図２において、８は
真空ポンプ、７はアクチュエータ、９は真空レギュレー
タである。

【００３８】なお、実施例ではボール搭載容器に微小導
電性ボールを搭載したまま持ち運ぶ等したときの転がり
防止のため、ボール搭載容器の外辺部に縁２０を持たせ
ているが、この縁２０は設けなくとも差し支えない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ボ
ール搭載容器及び装置による配列基板上への微小導電性
ボールの吸引配列において、ボール搭載容器からの微小
導電性ボールの飛散がなく、１個の配列孔に確実に１個
の微小導電性ボールが吸引、保持される。これにより吸
引保持できない配列孔が残ったり、２個以上の微小導電
性ボールを吸引してしまう配列孔が発生したりしないの
で、従来より格段に効率よく多数の微小導電性ボールを
配列保持させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における振動発生源を利用
したボール搭載容器、並びにこのボール搭載容器を用い
て微小導電性ボールを吸引保持する工程を示す図であ
る。

【図２】本発明の第２実施例における微細多孔質材を利
用したボール搭載容器、並びにこのボール搭載容器を用
いて微小導電性ボールを吸引保持する工程を示す図であ
る。

【図３】本発明に対する従来例としての一般的形状のボ
ール搭載容器の例を示す図である。

【図４】（ａ）は本発明に対する比較例を、（ｂ）は本
発明の実施形態におけるボール搭載容器の例を示す図で
ある。

【図５】（ａ）は本発明に対する比較例を、（ｂ）及び
（ｃ）は本発明の実施形態におけるボール搭載容器の形
状例を示す図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の
実施形態におけるボール搭載容器の形状例を示す図であ
る。

【図７】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の
実施形態におけるボール搭載容器を振動源に取り付ける
場合の例を示す図である。

【図８】本発明の実施形態における気流導入孔を有する
ボール搭載容器の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 微小導電性ボール ２ ボール搭載容器 ３ 気流通路 ４ 減圧吸引部 ５ 配列基板 ６ 配列孔 ７ アクチュエータ ８ 真空ポンプ ９ 真空レギュレータ １０ パーツフィーダ（振動源） １１ ピエゾ素子 １２ 微細多孔質材 １３ 気流源 １４ 流量微調整機構 １５ 平坦面 １６ 容器外辺部 １７ 傾斜部分 １９ 振動源 ２０ 縁 ２１ 配列ヘッド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小導電性ボールを跳躍させて半導体チ
   ップ或いは基板の電極に対応する位置に吸引配列して保
   持した後、対応する被接合部へ前記微小導電性ボールを
   転写するようにした装置に使用するボール搭載容器であ
   って、 前記微小導電性ボールを跳躍させる平坦部分と、この平
   坦部分よりも高い位置にある容器外辺部分と、前記平坦
   部分及び前記容器外辺部分間に設定される傾斜を持った
   面と、を含むことを特徴とするボール搭載容器。
2. 【請求項２】 微小導電性ボールを半ば浮遊させて半導
   体チップ或いは基板の電極に対応する位置に吸引配列し
   て保持した後、対応する被接合部へ前記微小導電性ボー
   ルを転写する装置に使用するボール搭載容器であって、 前記微小導電性ボールを跳躍させる平坦部分と、この平
   坦部分よりも高い位置にある容器外辺部分と、前記平坦
   部分及び前記容器外辺部分間に設定される傾斜を持った
   面と、を含み、且つ前記微小導電性ボールよりも小さな
   複数の気流噴出孔を持つことを特徴とするボール搭載容
   器。
3. 【請求項３】 アルミニウム及び比重がアルミニウム以
   下の金属を主成分とする合金から成ることを特徴とする
   請求項１に記載のボール搭載容器。
4. 【請求項４】 多孔質材より成ることを特徴とする請求
   項２に記載のボール搭載容器。
5. 【請求項５】 微小導電性ボールを跳躍させるための振
   動源と請求項１に記載のボール搭載容器を含むことを特
   徴とするボール跳躍装置。
6. 【請求項６】 微小導電性ボールを半ば浮遊させるため
   の気流源と請求項２に記載のボール搭載容器を含むこと
   を特徴とするボール跳躍装置。