JPH1065056A - バンプ・グリッド・アレイの作製方法および作製装置 - Google Patents
バンプ・グリッド・アレイの作製方法および作製装置Info
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- JPH1065056A JPH1065056A JP9167256A JP16725697A JPH1065056A JP H1065056 A JPH1065056 A JP H1065056A JP 9167256 A JP9167256 A JP 9167256A JP 16725697 A JP16725697 A JP 16725697A JP H1065056 A JPH1065056 A JP H1065056A
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 成型はんだ被覆金属球を含むソケット式バン
プ・グリッド・アレイを有する電子部品を提供する。 【解決手段】 この方法は、アレイに対応する複数の開
口２０を有する位置合せ装置１７内ではんだ被覆金属球
１６を位置決めする操作を含み、開口２０は、円錐の基
部が位置合せ装置１７の上面にあり、はんだ被覆金属球
１６よりも直径が大きな円錐台の形にテーパ１９が付け
られることが好ましい。この開口２０は、開口内で位置
決めされた球の一部分が位置合せ装置１７の上面よりも
上に延びるように構成される。次に、基板１１のパッド
１２を位置決めした球１６と接触させ、はんだ１４をリ
フローさせると、はんだが、金属球と基板上の導電体層
の間にボンドを形成しつつ、位置合せ装置１７の形をと
り、金属球の表面全体にはんだ被覆を維持する。
プ・グリッド・アレイを有する電子部品を提供する。 【解決手段】 この方法は、アレイに対応する複数の開
口２０を有する位置合せ装置１７内ではんだ被覆金属球
１６を位置決めする操作を含み、開口２０は、円錐の基
部が位置合せ装置１７の上面にあり、はんだ被覆金属球
１６よりも直径が大きな円錐台の形にテーパ１９が付け
られることが好ましい。この開口２０は、開口内で位置
決めされた球の一部分が位置合せ装置１７の上面よりも
上に延びるように構成される。次に、基板１１のパッド
１２を位置決めした球１６と接触させ、はんだ１４をリ
フローさせると、はんだが、金属球と基板上の導電体層
の間にボンドを形成しつつ、位置合せ装置１７の形をと
り、金属球の表面全体にはんだ被覆を維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ある電子
部品を別の電子部品に電気接続する技術に関し、より詳
細には、接続する電子部品のソケットに差し込むことが
できる成型はんだ被覆金属球を部品の一方に取り付けた
ソケット式（ソケット差し込み可能な）バンプ・グリッ
ド・アレイを提供する技術に関する。
部品を別の電子部品に電気接続する技術に関し、より詳
細には、接続する電子部品のソケットに差し込むことが
できる成型はんだ被覆金属球を部品の一方に取り付けた
ソケット式（ソケット差し込み可能な）バンプ・グリッ
ド・アレイを提供する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路チップなどの電子部品をカー
ド、ボードなどの基板、別のチップまたは任意の他の電
子部品に電気接続する電子パッケージを形成する技術
は、当技術分野において周知である。表面実装技術（Ｓ
ＭＴ）は、特にハイエンド・コンピュータにおいて、電
子デバイスを接合する好ましい手段として受け入れられ
ている。セラミック・モジュールの裏側に取り付けたピ
ンをボードの穴に押し込む従来のピン接続方法と比べ
て、ＳＭＴを利用すると同じボード面積に２倍の数のモ
ジュールを配置することができる。
ド、ボードなどの基板、別のチップまたは任意の他の電
子部品に電気接続する電子パッケージを形成する技術
は、当技術分野において周知である。表面実装技術（Ｓ
ＭＴ）は、特にハイエンド・コンピュータにおいて、電
子デバイスを接合する好ましい手段として受け入れられ
ている。セラミック・モジュールの裏側に取り付けたピ
ンをボードの穴に押し込む従来のピン接続方法と比べ
て、ＳＭＴを利用すると同じボード面積に２倍の数のモ
ジュールを配置することができる。
【０００３】ある電子構造を別の電子構造に表面実装す
るために、無数のはんだ構造が提案されてきた。代表的
な表面実装の方法は、第１の電子構造または基板の表面
に露出した導電性で一般に金属製のパッド上に、はんだ
ペーストをスクリーン印刷することによって、はんだ構
造を形成する。接触マスクをパッドと位置合せするため
に、スクリーン印刷を使用する。次いで、基板上のスク
リーン印刷されたはんだペーストの領域を、接続する電
子構造またはボード上の対応するパッドに位置合せす
る。位置合せ後、基板とボードをリフロー工程にかけて
はんだペーストを溶融させ、基板とボード上の対応する
パッドの間にはんだボンドを作成させる。
るために、無数のはんだ構造が提案されてきた。代表的
な表面実装の方法は、第１の電子構造または基板の表面
に露出した導電性で一般に金属製のパッド上に、はんだ
ペーストをスクリーン印刷することによって、はんだ構
造を形成する。接触マスクをパッドと位置合せするため
に、スクリーン印刷を使用する。次いで、基板上のスク
リーン印刷されたはんだペーストの領域を、接続する電
子構造またはボード上の対応するパッドに位置合せす
る。位置合せ後、基板とボードをリフロー工程にかけて
はんだペーストを溶融させ、基板とボード上の対応する
パッドの間にはんだボンドを作成させる。
【０００４】他の既知の表面実装技術は、はんだペース
トではなくはんだボールを利用して、はんだ接続構造を
提供する。はんだボールを使用することにより、スクリ
ーン印刷よりも正確にやや大量のはんだを付着させるこ
とができる。はんだボールを、基板に位置合せして保持
し、溶融して、基板の導電性パッド上にはんだ接合を形
成させる。前と同じように、新しくはんだボールを接合
した基板を、接続するボードと位置合せし、次いでハン
ダボールをリフローさせて、基板とボードの間にはんだ
結合を形成させる。はんだボール・コネクタは、本発明
の譲受人に譲渡されたミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）による米
国特許第３４０１１２６号および第３４２９０４２号で
この方法と構造が最初に記載され特許が取得されて以
来、いわゆるＣ−４（崩壊制御チップ接続：controlled
collapse chip connection）技術を使用する集積回路
チップの取り付けに利用されてきた。
トではなくはんだボールを利用して、はんだ接続構造を
提供する。はんだボールを使用することにより、スクリ
ーン印刷よりも正確にやや大量のはんだを付着させるこ
とができる。はんだボールを、基板に位置合せして保持
し、溶融して、基板の導電性パッド上にはんだ接合を形
成させる。前と同じように、新しくはんだボールを接合
した基板を、接続するボードと位置合せし、次いでハン
ダボールをリフローさせて、基板とボードの間にはんだ
結合を形成させる。はんだボール・コネクタは、本発明
の譲受人に譲渡されたミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）による米
国特許第３４０１１２６号および第３４２９０４２号で
この方法と構造が最初に記載され特許が取得されて以
来、いわゆるＣ−４（崩壊制御チップ接続：controlled
collapse chip connection）技術を使用する集積回路
チップの取り付けに利用されてきた。
【０００５】多層セラミック部品用のはんだボール・コ
ネクタ（ＳＢＣ）技術は、低コストで低誘導の表面実装
相互接続用に設計されたが、現在第２レベルのソケット
には差し込むことができない。ＳＢＣは、特に、ソケッ
トが一般に、ＳＢＣ上にある軟質はんだではなく、（ピ
ン上にあるような）硬質のはめ合い面を必要とするた
め、表面実装手順用に設計されている。
ネクタ（ＳＢＣ）技術は、低コストで低誘導の表面実装
相互接続用に設計されたが、現在第２レベルのソケット
には差し込むことができない。ＳＢＣは、特に、ソケッ
トが一般に、ＳＢＣ上にある軟質はんだではなく、（ピ
ン上にあるような）硬質のはめ合い面を必要とするた
め、表面実装手順用に設計されている。
【０００６】しかし、ＳＢＣのソケット機能は２つの理
由で望ましい、その第１は、半導体デバイスのモジュー
ル・レベルのバーンインを提供することである。第２
は、ピン・グリッド・アレイ（ＰＧＡ）と同様に現場ア
ップグレード可能なパッケージを提供することである。
ＳＢＣ様の実装は、Ｘ−８６型およびＰｏｗｅｒ ＰＣ
型のマイクロプロセッサ用に考慮されており、プラグ接
続性の欠如が、この技術を利用する大きな障害になって
いる。
由で望ましい、その第１は、半導体デバイスのモジュー
ル・レベルのバーンインを提供することである。第２
は、ピン・グリッド・アレイ（ＰＧＡ）と同様に現場ア
ップグレード可能なパッケージを提供することである。
ＳＢＣ様の実装は、Ｘ−８６型およびＰｏｗｅｒ ＰＣ
型のマイクロプロセッサ用に考慮されており、プラグ接
続性の欠如が、この技術を利用する大きな障害になって
いる。
【０００７】ＩＢＭテクニカル・デスクロージャ・ブル
テンＡＴ−８８５−０２３５（１９８６年９月）におい
て、共晶はんだで囲まれた銅ボールの使用が、ボールが
スタンドオフとして機能する、多層セラミック（ＭＬ
Ｃ）構造をＰＣ積層物に取り付けるための接合構造とし
て示されている。同様の概念が、トッタ（Ｔｏｔｔａ）
とソファー（Ｓｏｐｈｅｒ）の論文「SLT Device Metal
lurgy and Its Monolithic Extensions」 、ＩＢＭ
ＪＲＤ、Ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．３、２２６〜２３８ペー
ジ（１９６９年５月）に、ＳＬＴ技術に関して述べられ
ている。どちらの技術でも、２つの別個の部品のはんだ
付けを使用する。日本国特許第７０９９３８５号は、は
んだの溶融によるはんだボール全体のつぶれを防ぐ製造
方法を記載し、予めはんだで被覆した金属球を使用して
接続端子間の隙間に簡単な接続構造を提供する。ＳＢＣ
の基本的な構造および方法は、米国特許第５０６０８４
４号および第５１１８０２７号に記載されており、これ
らの特許を、参照により本発明に組み込む。
テンＡＴ−８８５−０２３５（１９８６年９月）におい
て、共晶はんだで囲まれた銅ボールの使用が、ボールが
スタンドオフとして機能する、多層セラミック（ＭＬ
Ｃ）構造をＰＣ積層物に取り付けるための接合構造とし
て示されている。同様の概念が、トッタ（Ｔｏｔｔａ）
とソファー（Ｓｏｐｈｅｒ）の論文「SLT Device Metal
lurgy and Its Monolithic Extensions」 、ＩＢＭ
ＪＲＤ、Ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．３、２２６〜２３８ペー
ジ（１９６９年５月）に、ＳＬＴ技術に関して述べられ
ている。どちらの技術でも、２つの別個の部品のはんだ
付けを使用する。日本国特許第７０９９３８５号は、は
んだの溶融によるはんだボール全体のつぶれを防ぐ製造
方法を記載し、予めはんだで被覆した金属球を使用して
接続端子間の隙間に簡単な接続構造を提供する。ＳＢＣ
の基本的な構造および方法は、米国特許第５０６０８４
４号および第５１１８０２７号に記載されており、これ
らの特許を、参照により本発明に組み込む。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点およ
び欠陥を念頭に置いた上で、本発明の目的は、はんだボ
ール・コネクタ技術を使って、電子部品を別の電子部品
に電気接続するための成型ソケット式バンプ・グリッド
・アレイを有する電子部品を作成することである。
び欠陥を念頭に置いた上で、本発明の目的は、はんだボ
ール・コネクタ技術を使って、電子部品を別の電子部品
に電気接続するための成型ソケット式バンプ・グリッド
・アレイを有する電子部品を作成することである。
【０００９】本発明の他の目的は、電子部品上にソケッ
ト式バンプ・グリッド・アレイを作製する装置を提供す
ることである。
ト式バンプ・グリッド・アレイを作製する装置を提供す
ることである。
【００１０】本発明の他の目的は、ソケット式はんだバ
ンプ・グリッド・アレイを作成する方法を提供すること
である。
ンプ・グリッド・アレイを作成する方法を提供すること
である。
【００１１】本発明のその他の目的および利点は、以下
の説明から容易に明らかになるであろう。
の説明から容易に明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記その他の目的は、当
業者には明らかであり、本発明において達成される。本
発明は、第１の態様において、基板の表面上の複数の導
電性パッド上にバンプ・グリッド・アレイを作製する方
法であって、金属球よりも低い融点を有するはんだで被
覆した複数の金属球を提供する段階と、位置合せ装置が
上面と下面を有し、位置合せキャビティが前記基板上の
導電性パッドのパターンに対応するパターンで配置さ
れ、前記位置合せキャビティが、前記位置合せ装置の上
面の方がキャビティのサイズが大きいテーパ状側面を有
し、前記はんだ被覆金属球を前記位置合せキャビティ内
で位置決めしたときに前記はんだ被覆金属球の一部分が
前記位置合せ装置の上面よりも上に延びるように、キャ
ビティの前記テーパとその反対側端部の大きさが設定さ
れている、前記位置合せ装置内の複数の前記位置合せキ
ャビティ内に前記はんだ被覆金属球を位置決めする段階
と、各前記はんだ被覆金属球の少なくとも一部分が、前
記基板上の対応する導電性パッドに接触するように、導
電性パッドを有する基板を、前記位置決めした前記はん
だ被覆金属球と位置合せして配置する段階と、前記はん
だをリフローさせて、前記基板上の導電性パッドに前記
はんだ被覆金属球を結合させ、バンプを形成する段階と
を含み、各前記バンプの基部が、前記はんだによって前
記基板の対応する導電性パッドに接続され、バンプが前
記位置合せキャビティの前記テーパの形状に対応する形
状のはんだ被覆した壁を有し、各バンプの上部が、前記
金属球の形状に実質的に従う形状のはんだの被覆を有す
ることを特徴とする方法を対象とする。
業者には明らかであり、本発明において達成される。本
発明は、第１の態様において、基板の表面上の複数の導
電性パッド上にバンプ・グリッド・アレイを作製する方
法であって、金属球よりも低い融点を有するはんだで被
覆した複数の金属球を提供する段階と、位置合せ装置が
上面と下面を有し、位置合せキャビティが前記基板上の
導電性パッドのパターンに対応するパターンで配置さ
れ、前記位置合せキャビティが、前記位置合せ装置の上
面の方がキャビティのサイズが大きいテーパ状側面を有
し、前記はんだ被覆金属球を前記位置合せキャビティ内
で位置決めしたときに前記はんだ被覆金属球の一部分が
前記位置合せ装置の上面よりも上に延びるように、キャ
ビティの前記テーパとその反対側端部の大きさが設定さ
れている、前記位置合せ装置内の複数の前記位置合せキ
ャビティ内に前記はんだ被覆金属球を位置決めする段階
と、各前記はんだ被覆金属球の少なくとも一部分が、前
記基板上の対応する導電性パッドに接触するように、導
電性パッドを有する基板を、前記位置決めした前記はん
だ被覆金属球と位置合せして配置する段階と、前記はん
だをリフローさせて、前記基板上の導電性パッドに前記
はんだ被覆金属球を結合させ、バンプを形成する段階と
を含み、各前記バンプの基部が、前記はんだによって前
記基板の対応する導電性パッドに接続され、バンプが前
記位置合せキャビティの前記テーパの形状に対応する形
状のはんだ被覆した壁を有し、各バンプの上部が、前記
金属球の形状に実質的に従う形状のはんだの被覆を有す
ることを特徴とする方法を対象とする。
【００１３】本発明のもう１つの態様においては、基板
の表面上の複数の導電性パッド上にバンプ・グリッド・
アレイを作製するための装置であって、上面と下面を有
し、複数のはんだ被覆金属球を前記基板上の導電性パッ
ドのパターンに対応するパターンで適切な場所に位置決
めし固定するための開口を有する位置合せ装置を備え、
前記位置合せ装置内の前記開口がテーパ状側面を有し、
前記開口の上部が前記はんだ被覆金属球の直径よりも大
きい直径を有し、前記テーパの底部が、前記はんだ被覆
金属球の直径よりも小さな直径を有し、前記開口が、前
記はんだ被覆金属球を前記開口内に位置決めしたときに
前記はんだ被覆金属球の一部分が前記位置合せ装置の上
面よりも上に延びるようなサイズであり、さらに、前記
対応する導電性パッドと前記はんだ被覆金属球とを接触
させるように前記基板を前記位置合せ装置に対して位置
決めする手段と、前記導電性パッドに前記はんだ被覆金
属球を結合させてバンプを形成するため、前記はんだを
リフローさせる手段とを備え、各バンプの基部がはんだ
によって導電性パッドに接続され、各バンプの壁が前記
テーパの形状に対応し、各バンプの上部が、前記金属球
の形状にほぼ従う形状を形成するはんだ被覆を有する、
装置が提供される。
の表面上の複数の導電性パッド上にバンプ・グリッド・
アレイを作製するための装置であって、上面と下面を有
し、複数のはんだ被覆金属球を前記基板上の導電性パッ
ドのパターンに対応するパターンで適切な場所に位置決
めし固定するための開口を有する位置合せ装置を備え、
前記位置合せ装置内の前記開口がテーパ状側面を有し、
前記開口の上部が前記はんだ被覆金属球の直径よりも大
きい直径を有し、前記テーパの底部が、前記はんだ被覆
金属球の直径よりも小さな直径を有し、前記開口が、前
記はんだ被覆金属球を前記開口内に位置決めしたときに
前記はんだ被覆金属球の一部分が前記位置合せ装置の上
面よりも上に延びるようなサイズであり、さらに、前記
対応する導電性パッドと前記はんだ被覆金属球とを接触
させるように前記基板を前記位置合せ装置に対して位置
決めする手段と、前記導電性パッドに前記はんだ被覆金
属球を結合させてバンプを形成するため、前記はんだを
リフローさせる手段とを備え、各バンプの基部がはんだ
によって導電性パッドに接続され、各バンプの壁が前記
テーパの形状に対応し、各バンプの上部が、前記金属球
の形状にほぼ従う形状を形成するはんだ被覆を有する、
装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例を説明す
るにあたり、以下に、図１ないし図４の図面を参照す
る。図面で同じ番号は本発明の同じフィーチャを示す。
本発明の各フィーチャは、図面において必ずしも実寸に
比例して示されていない。
るにあたり、以下に、図１ないし図４の図面を参照す
る。図面で同じ番号は本発明の同じフィーチャを示す。
本発明の各フィーチャは、図面において必ずしも実寸に
比例して示されていない。
【００１５】本発明を用いて、ＳＢＣ技術を利用して基
板を別の部品に接続するためのはんだ接合を基板上に提
供することができる。実装の分野では、他の類似の電子
構造または他の実装段への接続を必要とする電子構造は
極めて多数ある。たとえば、集積回路チップをメタライ
ズされたセラミック基板に取り付けることがあり、いく
つかの集積回路チップを表面実装したカードを、メイン
・フレーム・コンピュータへの相互接続回路を提供する
ボードに後で表面実装する。説明を分かりやすくし一貫
させるために、本発明のはんだボール接合は、多層セラ
ミック基板上に作成され、その後回路板など他の電子部
品に差し込むことができるものとして説明する。
板を別の部品に接続するためのはんだ接合を基板上に提
供することができる。実装の分野では、他の類似の電子
構造または他の実装段への接続を必要とする電子構造は
極めて多数ある。たとえば、集積回路チップをメタライ
ズされたセラミック基板に取り付けることがあり、いく
つかの集積回路チップを表面実装したカードを、メイン
・フレーム・コンピュータへの相互接続回路を提供する
ボードに後で表面実装する。説明を分かりやすくし一貫
させるために、本発明のはんだボール接合は、多層セラ
ミック基板上に作成され、その後回路板など他の電子部
品に差し込むことができるものとして説明する。
【００１６】本発明で使用するはんだ被覆金属球は、は
んだの被覆を有する金属球を含む。本発明の方法では、
はんだが金属球よりも低い融点を有し、はんだをリフロ
ーさせるときに金属球が溶融しないことだけが必要であ
る。銅やニッケルなどのはんだで濡れる任意の金属球が
使用できるが、球形の銅ボールを使用することが好まし
い。好ましいはんだの例は、鉛／すずが３７／６３重量
パーセントの共晶はんだである。ただし、本発明に適し
ており、はんだ接続分野で周知のはんだ材料には広い範
囲のものがある。
んだの被覆を有する金属球を含む。本発明の方法では、
はんだが金属球よりも低い融点を有し、はんだをリフロ
ーさせるときに金属球が溶融しないことだけが必要であ
る。銅やニッケルなどのはんだで濡れる任意の金属球が
使用できるが、球形の銅ボールを使用することが好まし
い。好ましいはんだの例は、鉛／すずが３７／６３重量
パーセントの共晶はんだである。ただし、本発明に適し
ており、はんだ接続分野で周知のはんだ材料には広い範
囲のものがある。
【００１７】一般に、はんだ被覆金属球は、直径が約
０．５１〜１．２７ｍｍ（０．０２０〜０．０５０イン
チ）の範囲であり、１．０５ｍｍ（０．０４１インチ）
が好ましい。通常、金属球は、約０．５１〜０．０８８
９ｍｍ（０．０２０〜０．０３５インチ）であり、０．
０１３〜０．１３ｍｍ（０．０００５〜０．００５イン
チ）のはんだ被覆を有する。好ましいはんだ被覆金属球
は、直径約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の銅金
属球と、０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）のはんだ
被覆を有し、したがって、はんだ被覆金属球の直径は約
１．０５ｍｍ（０．０４１インチ）になる。金属球は、
約±０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）公差で均一な
サイズであることが好ましい。銅球の作成は、前述のト
ッタとソファーの論文に記載されており、一般に、銅球
は、多少不揃いな銅の偏球を溶融することによって作成
され、表面張力により、それぞれの塊がほぼ完全な球に
再形成される。銅の粒子は、通常、溶融工程中に銅の多
くを分離しておく助けとなるアルミナ粉末と一緒に溶融
する。アルミナは、ふるい分けによって銅から容易に分
離され、再利用される。銅球は、粉末金属ふるいによっ
てふるい分けされ、必要に応じて適切なサイズの分画に
分離される。所望の範囲の球サイズを、回転し徐々に広
がる２つのローラで構成されたマイクロメータ分離器に
送ることが好ましく、球は、ローラから０．００２５ｍ
ｍ（０．０００１インチ）の分粒能力をもつ選別容器に
落ちる。
０．５１〜１．２７ｍｍ（０．０２０〜０．０５０イン
チ）の範囲であり、１．０５ｍｍ（０．０４１インチ）
が好ましい。通常、金属球は、約０．５１〜０．０８８
９ｍｍ（０．０２０〜０．０３５インチ）であり、０．
０１３〜０．１３ｍｍ（０．０００５〜０．００５イン
チ）のはんだ被覆を有する。好ましいはんだ被覆金属球
は、直径約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の銅金
属球と、０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）のはんだ
被覆を有し、したがって、はんだ被覆金属球の直径は約
１．０５ｍｍ（０．０４１インチ）になる。金属球は、
約±０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）公差で均一な
サイズであることが好ましい。銅球の作成は、前述のト
ッタとソファーの論文に記載されており、一般に、銅球
は、多少不揃いな銅の偏球を溶融することによって作成
され、表面張力により、それぞれの塊がほぼ完全な球に
再形成される。銅の粒子は、通常、溶融工程中に銅の多
くを分離しておく助けとなるアルミナ粉末と一緒に溶融
する。アルミナは、ふるい分けによって銅から容易に分
離され、再利用される。銅球は、粉末金属ふるいによっ
てふるい分けされ、必要に応じて適切なサイズの分画に
分離される。所望の範囲の球サイズを、回転し徐々に広
がる２つのローラで構成されたマイクロメータ分離器に
送ることが好ましく、球は、ローラから０．００２５ｍ
ｍ（０．０００１インチ）の分粒能力をもつ選別容器に
落ちる。
【００１８】同様に、金属球にはんだの被覆を付着さ
せ、その球を上記の公差に基づいて分粒することによ
り、はんだで被覆した銅や他の金属球が作成される。い
くつかのはんだ付着方法が可能であるが、好ましい方法
にはバレルめっき法があり、これは、適切な電気メッキ
漕に浸した回転するバレルへの間欠的接触により、金属
球に電流を加えるものである。
せ、その球を上記の公差に基づいて分粒することによ
り、はんだで被覆した銅や他の金属球が作成される。い
くつかのはんだ付着方法が可能であるが、好ましい方法
にはバレルめっき法があり、これは、適切な電気メッキ
漕に浸した回転するバレルへの間欠的接触により、金属
球に電流を加えるものである。
【００１９】バンプ・グリッド・アレイ基板の製造中に
球を位置決めするために使用される位置合せ装置は、上
面と下面を備え所望のバンプ・グリッド・アレイに対応
する穴を有するほぼ平坦な装置である。この装置は、任
意の適切な材料から作成することができるが、好ましい
材料は、良好な熱導電率を有し熱膨張率がセラミック基
板と同等である、グラファイトである。グラファイトは
熱伝導率が高いため、炉の熱をはんだ接合に伝えてリフ
ロー・プロセスを加速する。また、基板全体にわたって
一貫したリフロー温度を維持するのに役立つ。これは、
接合の組成を均一に維持するのに重要である。いくつか
のセラミック材料は、位置合せ装置に適合しているが、
製造コストが極めて高い。また、セラミック材料は壊れ
やすいが、グラファイトははるかに頑丈で壊れにくい。
球を位置決めするために使用される位置合せ装置は、上
面と下面を備え所望のバンプ・グリッド・アレイに対応
する穴を有するほぼ平坦な装置である。この装置は、任
意の適切な材料から作成することができるが、好ましい
材料は、良好な熱導電率を有し熱膨張率がセラミック基
板と同等である、グラファイトである。グラファイトは
熱伝導率が高いため、炉の熱をはんだ接合に伝えてリフ
ロー・プロセスを加速する。また、基板全体にわたって
一貫したリフロー温度を維持するのに役立つ。これは、
接合の組成を均一に維持するのに重要である。いくつか
のセラミック材料は、位置合せ装置に適合しているが、
製造コストが極めて高い。また、セラミック材料は壊れ
やすいが、グラファイトははるかに頑丈で壊れにくい。
【００２０】位置合せ装置は、適切な厚さのものでよ
く、一般に厚さ約２．５４〜１２．７ｍｍ（０．１００
〜０．５００インチ）である。後でさらに詳しく考察す
るように、位置合せ装置は、基板上のパッドに接続して
バンプ・グリッド・アレイを形成するために、はんだ被
覆金属球を位置決めする、複数の開口またはキャビティ
を有する。このキャビティは、基本的に、キャビティの
直径の大きな方の側が装置の上面になる円錐台の形状の
テーパのついた側面を有する。キャビティの底部の直径
は、球の直径よりも小さく、キャビティのサイズは、は
んだ被覆金属球をその中で位置決めしたときに、球の上
端の一部が位置合せ装置の上面よりも上に延びるような
サイズである。キャビティの底部には、キャビティ内に
球を固定するために真空をかけるための開口部がある。
この真空開口部またはスルーホールの直径は、金属球を
適切な場所に保持するのに十分な真空力を金属球上で維
持できる限り重要ではない。
く、一般に厚さ約２．５４〜１２．７ｍｍ（０．１００
〜０．５００インチ）である。後でさらに詳しく考察す
るように、位置合せ装置は、基板上のパッドに接続して
バンプ・グリッド・アレイを形成するために、はんだ被
覆金属球を位置決めする、複数の開口またはキャビティ
を有する。このキャビティは、基本的に、キャビティの
直径の大きな方の側が装置の上面になる円錐台の形状の
テーパのついた側面を有する。キャビティの底部の直径
は、球の直径よりも小さく、キャビティのサイズは、は
んだ被覆金属球をその中で位置決めしたときに、球の上
端の一部が位置合せ装置の上面よりも上に延びるような
サイズである。キャビティの底部には、キャビティ内に
球を固定するために真空をかけるための開口部がある。
この真空開口部またはスルーホールの直径は、金属球を
適切な場所に保持するのに十分な真空力を金属球上で維
持できる限り重要ではない。
【００２１】位置合せキャビティは、はんだ被覆金属球
のわずかな部分だけが、位置合せ装置の上面より約０．
１０〜０．２５ｍｍ（０．００４〜０．０１０イン
チ）、好ましくは０．１８ｍｍ（０．００７インチ）だ
け先に延びるように構成される。キャビティのテーパ角
度は、広い範囲で変わり、一般に、約６０〜８０度、好
ましくは７０〜７５度である。はんだ被覆金属球を位置
合せ装置のキャビティに装填するのは、振動手段などの
適切な技術を利用して行うことができるが、一般に、ス
キージを使って行い、過剰な量の球を位置合せ装置の表
面上に置き、スキージを装置の表面全体を横切って移動
させて、各キャビティをはんだ被覆金属球で充填する。
スキージを、位置合せ装置の上面と接触した状態で横方
向に移動させ、余分な金属球を拭い取る。
のわずかな部分だけが、位置合せ装置の上面より約０．
１０〜０．２５ｍｍ（０．００４〜０．０１０イン
チ）、好ましくは０．１８ｍｍ（０．００７インチ）だ
け先に延びるように構成される。キャビティのテーパ角
度は、広い範囲で変わり、一般に、約６０〜８０度、好
ましくは７０〜７５度である。はんだ被覆金属球を位置
合せ装置のキャビティに装填するのは、振動手段などの
適切な技術を利用して行うことができるが、一般に、ス
キージを使って行い、過剰な量の球を位置合せ装置の表
面上に置き、スキージを装置の表面全体を横切って移動
させて、各キャビティをはんだ被覆金属球で充填する。
スキージを、位置合せ装置の上面と接触した状態で横方
向に移動させ、余分な金属球を拭い取る。
【００２２】本発明の位置合せ装置を使用すると、極め
て高効率でかつ信頼性の高いソケット式バンプ・グリッ
ド・アレイを作成する方法が提供される。本発明を使用
するとプロセス欠陥はほとんど発生しなくなり、位置合
せ装置の正確な機械加工によってボールとボールの中心
位置を高精度で維持することができる。本発明の方法に
より、基板をはんだ被覆金属球に最低限の力で押し当て
る限り、はんだブリッジやはんだ欠損は実質上発生しな
い。
て高効率でかつ信頼性の高いソケット式バンプ・グリッ
ド・アレイを作成する方法が提供される。本発明を使用
するとプロセス欠陥はほとんど発生しなくなり、位置合
せ装置の正確な機械加工によってボールとボールの中心
位置を高精度で維持することができる。本発明の方法に
より、基板をはんだ被覆金属球に最低限の力で押し当て
る限り、はんだブリッジやはんだ欠損は実質上発生しな
い。
【００２３】次に、図１を参照すると、ソケット式バン
プ・グリッド・アレイ・アセンブリが全体的に１０で示
してある。このアセンブリは、一方の面に導電性パッド
１２を有する多層セラミック（ＭＬＣ）基板１１を含
む。１３として全体的に示したソケット式バンプは、金
属球１５の上にはんだ層１４を有する。図では、バンプ
１３は、導電性パッド１２に取り付けられ固着したフィ
レットの形のベース１４ａを有する。バンプは、べース
１４ａから内側に傾斜し、金属球１５の形状にほぼ従う
湾曲した形状の上部１４ｃで終わる壁１４ｂを有する。
プ・グリッド・アレイ・アセンブリが全体的に１０で示
してある。このアセンブリは、一方の面に導電性パッド
１２を有する多層セラミック（ＭＬＣ）基板１１を含
む。１３として全体的に示したソケット式バンプは、金
属球１５の上にはんだ層１４を有する。図では、バンプ
１３は、導電性パッド１２に取り付けられ固着したフィ
レットの形のベース１４ａを有する。バンプは、べース
１４ａから内側に傾斜し、金属球１５の形状にほぼ従う
湾曲した形状の上部１４ｃで終わる壁１４ｂを有する。
【００２４】図２ないし図４を参照して、本発明のプロ
セスを説明する。図２においては、ほぼ均一なはんだ被
覆１４で覆われた金属球１５を含むはんだ被覆金属球が
全体的に１６で示してある。図３においては、はんだ被
覆金属球１６は、金属球１６の一部が、位置合せ装置１
７の上面１８より上に延びるように、位置合せ装置１７
中で位置決めされているはんだ被覆金属球を適切な場所
に保持するために、開口２０を通して真空をかける。導
電性パッド１２を有する基板１１が、はんだ被覆金属球
１６の基部部分１４ａと接触した状態で示されている。
この場合、導電性パッドと金属球の精密な位置合せは不
要である。球１６の側壁１４ｂは、位置合せ装置１７の
傾斜した壁１９と接線方向に接触するように示されてい
る。はんだ被覆金属球１６の上端部分１４ｃは、位置合
せ装置１７の開口２０中に延びるように示されている。
はんだ被覆金属球と、対応する導電性パットとを接触さ
せるように基板を位置合せ装置１７に対して配置し位置
決めする機構としては任意の機構を使用できる。
セスを説明する。図２においては、ほぼ均一なはんだ被
覆１４で覆われた金属球１５を含むはんだ被覆金属球が
全体的に１６で示してある。図３においては、はんだ被
覆金属球１６は、金属球１６の一部が、位置合せ装置１
７の上面１８より上に延びるように、位置合せ装置１７
中で位置決めされているはんだ被覆金属球を適切な場所
に保持するために、開口２０を通して真空をかける。導
電性パッド１２を有する基板１１が、はんだ被覆金属球
１６の基部部分１４ａと接触した状態で示されている。
この場合、導電性パッドと金属球の精密な位置合せは不
要である。球１６の側壁１４ｂは、位置合せ装置１７の
傾斜した壁１９と接線方向に接触するように示されてい
る。はんだ被覆金属球１６の上端部分１４ｃは、位置合
せ装置１７の開口２０中に延びるように示されている。
はんだ被覆金属球と、対応する導電性パットとを接触さ
せるように基板を位置合せ装置１７に対して配置し位置
決めする機構としては任意の機構を使用できる。
【００２５】導電性パッド１２とはんだ被覆金属球１６
との接触を最低限の力で維持した状態で、過熱リフロー
手段により、図３に示すように装填したはんだ被覆金属
球をリフローさせると、はんだが溶融し（金属球は溶融
しない）、図４に示したようなテーパのついた形状を有
するバンプ１３が形成される。この図から分かるよう
に、バンプの下部１４ａは、導電性パッド１２の形状に
従いフィレットを形成する。バンプの壁１４ｂは、位置
合せ装置１７のテーパ壁１９の形状に従う。バンプの上
部１４ｃは、はんだで覆われ、金属球１５を被覆し、上
部１４ｃは金属球の形状にほぼ従う形状を有する。はん
だをリフローさせると、はんだの表面張力および導電性
パッド１６に対するぬれ作用により、はんだ被覆金属球
１６と導電性パッド１６との間の正確な位置合せが自動
的に達成される。
との接触を最低限の力で維持した状態で、過熱リフロー
手段により、図３に示すように装填したはんだ被覆金属
球をリフローさせると、はんだが溶融し（金属球は溶融
しない）、図４に示したようなテーパのついた形状を有
するバンプ１３が形成される。この図から分かるよう
に、バンプの下部１４ａは、導電性パッド１２の形状に
従いフィレットを形成する。バンプの壁１４ｂは、位置
合せ装置１７のテーパ壁１９の形状に従う。バンプの上
部１４ｃは、はんだで覆われ、金属球１５を被覆し、上
部１４ｃは金属球の形状にほぼ従う形状を有する。はん
だをリフローさせると、はんだの表面張力および導電性
パッド１６に対するぬれ作用により、はんだ被覆金属球
１６と導電性パッド１６との間の正確な位置合せが自動
的に達成される。
【図１】多層セラミック基板のメタライゼーション・パ
ッド上のソケット式バンプ成型はんだ被覆金属球の構造
を示す図である。
ッド上のソケット式バンプ成型はんだ被覆金属球の構造
を示す図である。
【図２】本発明の位置合せ装置を使用して基板の導電性
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
【図３】本発明の位置合せ装置を使用して基板の導電性
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
【図４】本発明の位置合せ装置を使用して基板の導電性
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
パッド上にソケット式はんだ被覆金属球接合を形成する
本発明の方法を示す図である。
１０ ソケット式バンプ・グリッド・アレイ １１ 多層セラミック基板 １２ 導電性パッド １３ ソケット式パッド １４ はんだ層 １５ 金属球 １６ はんだ被覆金属球 １７ 位置合せ装置 １８ 上面 １９ テーパ壁 ２０ 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バララム・ゴーサル アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州フ ィッシュキル ルート 52 フィッシュキ ル・グレン２ディー (72)発明者 キャスリーン・アン・リデストリ アメリカ合衆国12533 ニューヨーク州ホ ープウェル・ジャンクション デール・ロ ード 20 (72)発明者 レイモンド・アラン・ジャクソン アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州フ ィッシュキル ルドン・ドライブ 16−３ ジー (72)発明者 カール・ジェイ・パトリッツ アメリカ合衆国12590 ニューヨーク州ウ ァピンガーズ・フォールズ セントラル・ アベニュー 21 (72)発明者 ウィリアム・エドワード・サブリンスキ アメリカ合衆国12508 ニューヨーク州ビ ーコンモネル・プレース 15
Claims (6)
- 【請求項１】基板の表面上の複数の導電性パッド上にバ
ンプ・グリッド・アレイを作製する方法であって、 金属球よりも低い融点を有するはんだで被覆した複数の
金属球を提供する段階と、 位置合せ装置が上面と下面を有し、位置合せキャビティ
が前記基板上の導電性パッドのパターンに対応するパタ
ーンで配置され、前記位置合せキャビティが、前記位置
合せ装置の上面の方がキャビティのサイズが大きいテー
パ状側面を有し、前記はんだ被覆金属球を前記位置合せ
キャビティ内で位置決めしたときに前記はんだ被覆金属
球の一部分が前記位置合せ装置の上面よりも上に延びる
ように、キャビティの前記テーパとその反対側端部の大
きさが設定されている、前記位置合せ装置内の複数の前
記位置合せキャビティ内に前記はんだ被覆金属球を位置
決めする段階と、 各前記はんだ被覆金属球の少なくとも一部分が、前記基
板上の対応する導電性パッドに接触するように、導電性
パッドを有する基板を、前記位置決めした前記はんだ被
覆金属球と位置合せして配置する段階と、 前記はんだをリフローさせて、前記基板上の導電性パッ
ドに前記はんだ被覆金属球を結合させ、バンプを形成す
る段階とを含み、 各前記バンプの基部が、前記はんだによって前記基板の
対応する導電性パッドに接続され、バンプが前記位置合
せキャビティの前記テーパの形状に対応する形状のはん
だ被覆した壁を有し、各バンプの上部が、前記金属球の
形状に実質的に従う形状のはんだの被覆を有することを
特徴とする方法。 - 【請求項２】前記位置合せキャビティが、前記位置合せ
装置の上部と下部との間に、真空をかけて前記はんだ被
覆金属球を適切な場所に保持するための開口を有する円
錐台の形状であることを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】基板の表面上の複数の導電性パッド上にソ
ケット式バンプ・グリッド・アレイを作製するための装
置であって、 上面と下面を有し、複数のはんだ被覆金属球を前記基板
上の導電性パッドのパターンに対応するパターンで適切
な場所に位置決めし固定するための開口を有する位置合
せ装置を備え、 前記位置合せ装置内の前記開口がテーパ状側面を有し、
前記開口の上部が前記はんだ被覆金属球の直径よりも大
きい直径を有し、前記テーパの底部が、前記はんだ被覆
金属球の直径よりも小さな直径を有し、前記開口が、前
記はんだ被覆金属球を前記開口内に位置決めしたときに
前記はんだ被覆金属球の一部分が前記位置合せ装置の上
面よりも上に延びるようなサイズであり、 さらに、前記対応する導電性パッドと前記はんだ被覆金
属球とを接触させるように前記基板を前記位置合せ装置
に対して位置決めする手段と、 前記導電性パッドにを前記はんだ被覆金属球を結合させ
てバンプを形成するため、前記はんだをフローさせる手
段とを備え、 各バンプの基部がはんだによって導電性パッドに接続さ
れ、各バンプの壁が前記テーパの形状に対応し、各バン
プの上部が、前記金属球の形状にほぼ従う形状を形成す
ることを特徴とする装置。 - 【請求項４】前記はんだ被覆金属球の一部分が前記位置
合せ装置の上面よりも上に延びるように、前記位置合せ
装置の前記開口のサイズが設定されることを特徴とする
請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】前記テーパの角度が６０〜８０度であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】前記位置合せ装置がグラファイトからなる
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
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