KR20140043045A - 실장방법 및 실장장치 - Google Patents

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가쓰미 데라다
미키오 가와카미
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도레 엔지니아린구 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
필러범프 등의 미세한 솔더범프가 형성된 칩을 기판에 열압착하는 실장방법에 있어서, 필러범프가 기판의 전극에 양호하게 열압착되어 있는지 여부를 판정할 수 있는 실장방법 및 실장장치를 제공하는 것.
(해결수단)
칩을 열압착툴에 의하여 지지하여 기판측으로 하강시키는 공정과, 칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에, 칩을 지지하는 열압착툴의 온도를 솔더 용융온도로 승온하는 공정과, 미리 설정되어 있는 압입량만큼 칩을 기판측으로 압입하고, 압입이 완료되었을 때 기판의 전극으로부터의 반력을 측정하는 제1반력측정공정과, 필러범프에 형성된 솔더가 용융하였을 때의 기판의 전극으로부터의 반력을 측정하는 제2반력측정공정과, 상기 제1반력측정공정의 측정결과와, 상기 제2반력측정공정의 측정결과로부터, 용융된 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 반력판정공정을 구비하는 실장방법 및 실장장치를 제공한다.

Description

실장방법 및 실장장치{MOUNTING METHOD AND MOUNTING DEVICE}
본 발명은, 플립칩(flip chip)에 형성된 기둥모양의 필러(pillar)의 선단(先端)에 솔더(solder)가 형성된 필러범프(pillar bump)가 부착된 플립칩을 기판에 열압착(熱壓着)하는 실장방법 및 실장장치에 관한 것이다.
최근, 고밀도실장(高密度實裝)의 요구로부터 솔더범프(solder bump)도 전극간격을 좁히고, 범프의 구조도 둥근모양을 띤 볼범프(ball bump)로부터 기둥모양의 형상의 것이 사용되도록 되어 있다. 특허문헌1에는 범프피치(bump pitch)를 초미세(超微細)하게 한 기둥모양의 필러범프가 개시되어 있다. 필러범프는, 협피치(狹pitch)로 세워 형성한 Ｃｕ 등의 필러(원기둥모양)의 선단에 반구(半球)모양의 솔더를 형성하고 있다. 선단의 솔더는 반구모양의 경우도 있고 선단부를 타원모양으로 평탄화시킨 것도 있다. 그 때문에 범프피치를 종래의 솔더 볼 타입의 솔더범프에 비하여 미세하게 할 수 있다. 또 고밀도실장에 대응할 수 있다. 이들의 솔더 부분은 필러(원기둥)의 저면(底面)의 면적이 미소면적이기 때문에, 종래의 솔더 볼 타입의 솔더범프에 비하여 매우 적은 양의 솔더로 솔더 접합부분이 형성되어 있다.
특허문헌1 : 일본국 공개특허 특개 2006-245288호 공보
이러한 필러범프가 형성된 칩을 기판에 열압착하여 접합상태를 검사하려고 하면 다음과 같은 문제가 있다.
칩과 기판의 얼라인먼트는, 칩 및 기판에 형성된 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 화상인식(畵像認識)하고, 화상인식 데이터에 의거하여 칩을 지지하는 열압착툴(熱壓着tool) 혹은 기판을 지지하는 기판 스테이지(基板stage)를 구동하여 얼라인먼트 하고 있다. 그 때문에 얼라인먼트 마크에 의거하여 칩과 기판이 얼라인먼트 되어 있어도, 필러범프와 기판의 전극의 센터 위치가 소정의 범위를 넘으면, 칩을 가압할 때에 필러범프가 전극으로부터 어긋나서 떨어지는 문제가 있다(특히, 범프피치가 미세화된 필러범프에서는 얼라인먼트의 마진이 좁고, 필러범프와 전극의 얼라인먼트가 곤란한 상황이 되어 있다). 필러범프가 전극으로부터 어긋나서 떨어진 상태의 칩과 기판의 접합은, 회로의 쇼트 등 불량을 초래하는 요인이 된다.
또한 필러범프의 선단에 형성되어 있는 솔더의 양이 종래의 볼범프에 비해서 적기 때문에, 히터에 의한 솔더의 가열과 칩의 압력의 균형에 따라서는, 필러와 전극의 사이에서 용융(溶融)된 솔더가 눌려져 전극의 접합면에서 밀려나와 버리는 문제도 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 필러범프 등의 미세한 솔더범프가 형성된 칩을 기판에 열압착하는 실장방법에 있어서, 필러범프가 기판의 전극에 양호하게 열압착되어 있는지의 여부를 판정할 수 있는 실장방법 및 실장장치를 제공하는 것으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항1에 기재되어 있는 발명은,
칩에 형성된 필러범프를 기판에 형성된 전극에 가압하면서 가열하여 열압착하는 실장방법으로서,
칩을 열압착툴로 지지하여 기판측으로 하강시키는 공정과,
칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에,
칩을 지지하는 열압착툴의 온도를 솔더 용융온도로 승온(昇溫)하는 공정과,
미리 설정되어 있는 압입량만큼 칩을 기판측으로 압입하고, 압입이 완료되었을 때 기판의 전극으로부터의 반력(反力)을 측정하는 제1반력측정공정(第1反力測定工程)과,
필러범프에 형성된 솔더가 용융하였을 때의 기판의 전극으로부터의 반력을 측정하는 제2반력측정공정과,
상기 제1반력측정공정의 측정결과와 상기 제2반력측정공정의 측정결과로부터, 용융된 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부(良否)를 판정하는 반력판정공정(反力判定工程)을 구비하는 실장방법(實裝方法)이다.
청구항2에 기재되어 있는 발명은, 청구항1의 발명에 있어서,
칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에,
칩을 지지하고 있는 열압착툴의 승강위치를 측정하는 제1높이측정공정과,
미리 설정되어 있는 압력으로 미리 설정되어 있는 시간 동안 칩을 기판측으로 가압한 후에,
칩을 지지하고 있는 열압착툴의 승강위치를 측정하는 제2높이측정공정과,
상기 제1높이측정공정의 측정결과와 상기 제2높이측정공정의 측정결과로부터, 칩을 가압한 것에 의한 칩과 기판의 간격의 변화를 구하고, 솔더 용융(solder 溶融)전의 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 침강량 판정공정(沈降量 判定工程)을 구비하는 실장방법이다.
청구항3에 기재되어 있는 발명은,
필러범프가 형성된 칩을 지지하는 열압착툴과,
칩의 필러범프가 접합되는 전극을 구비한 기판을 지지하는 기판 스테이지와,
칩을 지지한 열압착툴을 기판을 지지한 기판 스테이지 측으로 승강시키는 구동수단(驅動手段)과,
칩을 지지한 열압착툴의 승강위치를 검출하는 높이검출수단과,
칩을 지지한 열압착툴이 기판을 가압할 때의 압력을 검출하는 하중검출수단(荷重檢出手段)과,
열압착툴의 온도를 승온시키는 히터(heater)와,
상기 높이검출수단에 의하여 칩 높이위치정보를 측정하고, 상기 하중검출수단에 의하여 칩으로의 압력을 측정하고, 상기 구동수단과 상기 히터를 제어하는 제어수단(制御手段)을 구비한 실장장치(實裝裝置)로서,
상기 제어수단이,
상기 히터를 솔더 용융온도로 승온하고, 상기 구동수단을 구동하여 열압착툴을 기판측으로 미리 설정되어 있는 압입량만큼 압입했을 때의 상기 하중검출수단에 의하여 측정한 검출하중과, 필러범프에 형성된 솔더가 용융했을 때의 검출하중으로부터, 용융된 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 기능을 구비하는 실장장치이다.
청구항4에 기재되어 있는 발명은, 청구항3의 발명에 있어서,
상기 제어수단이,
칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에,
미리 설정되어 있는 압력으로 미리 설정되어 있는 시간 동안 칩을 기판측으로 가압하고, 가압한 것에 의한 칩과 기판의 간격의 변화로부터, 용융전의 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 기능을 구비하는 실장장치다.
청구항1에 기재되어 있는 발명에 의하면, 필러범프를 구비한 칩을 열압착툴로 지지하여 기판측으로 하강하고 있다. 그리고 칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에, 칩을 지지하는 열압착툴의 온도를 솔더 용융온도로 승온하고 있다. 그리고 열압착툴의 온도가 필러범프에 전달되는 사이에, 칩을 기판측으로 미리 설정되어 있는 압입량만큼 압입하고 있다.
그리고 칩의 압입이 완료되었을 때, 기판의 전극으로부터의 반력을 열압착툴에 설치된 하중검출수단에 의하여 측정하고, 제어수단에 제1반력측정결과로서 기억하고 있다(제1반력측정공정). 한편 열압착툴의 온도가 필러범프에 전달됨으로써 필러범프에 형성된 솔더의 용융이 진행되어 간다. 그 때문에 미리 설정된 압입량의 상태에서, 열압착툴이 승강위치를 지지하고 있어도 필러범프의 솔더가 용융하면, 기판의 전극으로부터의 반력은 조금씩 내려간다.
그 때문에 청구항1의 발명에서는, 필러범프에 형성된 솔더가 용융할 때까지, 미리 설정되어 있는 시간(필러범프의 솔더의 용융이 완료하는 시간)이 경과한 후에 기판의 전극으로부터의 반력을 측정하고, 제어수단에 제2반력측정결과로서 기억하고 있다(제2반력측정공정). 그리고 제어수단에 기억된 제1반력측정결과와 제2반력측정결과로부터, 용융된 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하고 있다(반력판정공정).
필러범프와 전극의 위치 어긋남이 발생하고 있으면, 용융된 필러범프의 솔더가 기판의 전극의 접합면에서 밀려나온 상태가 된다. 용융된 솔더 전체를 전극의 접합면에 의하여 지탱하는 경우에 비하여, 전극으로부터 밀려나와 있는 만큼 전극으로부터의 반력은 저하한다.
더 구체적으로는, 제1반력측정공정에서는 필러범프의 솔더는 완전하게 용융되어 있지 않기 때문에, 전극의 접촉면(필러범프가 접촉하는 면)에 필러범프가 얼라인먼트 되어 있으면, 전극의 접촉면에서 다소 밀려나와 있어도, 소정의 압입량만큼 칩을 압입해도 소정의 범위의 반력을 전극으로부터 받을 수 있다. 그러나 필러범프의 솔더가 용융된 상태에서는, 전극의 접촉면의 전체에 의하여, 필러범프의 솔더가 전극의 접합면 전체에 의하여 지탱되고 있는 경우와, 필러범프의 솔더의 일부가 전극으로부터 밀려나와 있는 경우에는 반력의 차이가 발생한다. 제2반력측정공정은 필러범프의 솔더가 용융된 상태가 되기 때문에, 전극의 접합면에서 솔더가 밀려나와 있는 경우에는, 칩을 압입하는 것에 의한 전극으로부터의 반력이 전극의 접촉면의 전체에 의하여 지탱하고 있는 경우에 비하여 저하되어 검출된다.
이들의 반력의 측정결과(제1반력측정공정의 측정결과와 제2반력측정공정의 측정결과)로부터, 칩의 필러범프와 기판의 전극이 양호하게 얼라인먼트 되어 열압착되었는지를 판정할 수 있다(반력판정공정).
청구항2에 기재되어 있는 발명에 의하면, 청구항1에 기재되어 있는 발명에 있어서, 필러범프를 구비한 칩을 열압착툴에 의하여 지지하여 기판측으로 더 하강하고, 칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에, 칩을 지지하고 있는 열압착툴의 승강위치를 측정하고 있다(제1높이측정공정).
그리고 미리 설정되어 있는 압력에, 미리 설정되어 있는 시간만큼, 칩을 기판측으로 가압한 후에 칩을 지지하고 있는 열압착툴의 승강위치를 측정하고 있다(제2높이측정공정).
그리고 제1높이측정공정의 측정결과와 제2높이측정공정의 측정결과로부터, 가압한 것에 의한 칩과 기판의 간극의 변화를 구하여, 솔더 용융전의 필러범프와 전극의 얼라인먼트를 판정하고 있다(침강량 판정공정).
칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 상태에서는, 열압착툴이 승온하고 있지 않기 때문에, 필러범프의 솔더는 용융하지 않은 고상상태(固相狀態)가 된다. 그 때문에 기판의 전극의 접합면의 범위에 필러범프의 솔더의 접촉위치가 얼라인먼트 되어 있으면, 필러범프의 선단의 솔더가 전극의 접합면에 접한 상태가 된다. 이 상태에서, 미리 설정되어 있는 압력과 미리 설정되어 있는 시간만큼 칩을 기판에 가압하여도, 가압에 따른 필러범프의 솔더의 변형분만이 칩과 기판의 간극 변화가 된다. 그러나 필러범프의 솔더의 접촉위치가 전극의 접촉면에서 벗어나게 되어 전극의 접촉면의 단부(端部)에 한쪽으로 치우쳐 접한 경우에는, 칩을 소정의 압력으로 소정의 시간 동안 가압하면, 전극의 접촉면에서의 반력이 충분하지 않기 때문에, 가압량에 따라 칩이 기판측으로 침강(沈降)하게 된다. 그 때문에 칩과 기판의 간극은, 필러범프의 선단의 솔더가 전극의 접합면 내에 얼라인먼트 되어 있는 경우에 비하여 좁아지게 된다.
따라서, 필러범프가 전극에 접촉한 열압착툴의 승강위치인 제1높이측정공정의 측정결과와, 소정의 압력으로 소정의 시간 동안 칩을 가압한 후의 열압착툴의 승강위치인 제2높이측정공정의 측정결과로부터, 칩과 기판의 간극의 변화를 구함으로써 용융전의 필러범프의 솔더와 전극의 얼라인먼트가 양호하게 이루어지고 있는지 판정할 수 있다(침강량 판정공정).
청구항3에 기재되어 있는 발명에 의하면, 실장장치가 필러범프를 구비한 칩을 지지하는 열압착툴과, 기판을 지지하는 기판 스테이지와, 칩을 지지한 열압착툴을 기판을 지지한 기판 스테이지 측으로 승강시키는 구동수단과, 칩을 지지한 열압착툴의 승강위치를 검출하는 높이검출수단과, 칩을 지지한 열압착툴이 기판을 가압할 때의 압력을 검출하는 하중검출수단과, 열압착툴의 온도를 승온시키는 히터와, 높이검출수단에 의하여 검출된 칩 높이위치와 하중검출수단에 의하여 검출한 열압착툴의 압력에 의거하여 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비하고 있다.
또한 제어수단은, 히터를 솔더 용융온도로 승온하고, 미리 설정되어 있는 압입량만큼 구동수단을 구동하고, 기판의 전극에 접촉하고 있는 필러범프를 구비한 칩을 기판측으로 압입하고, 하중검출수단에 의하여 필러범프에 형성된 솔더가 용융하기 전의 전극으로부터의 반력과, 솔더가 용융한 후의 전극으로부터의 반력을 측정하고, 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 기능을 구비하고 있다.
솔더 용융온도로 히터를 승온한 후, 열압착툴에 지지된 칩의 필러범프의 선단에 형성된 솔더가 용융되어 갈 때까지 시간경과를 필요로 한다. 그 사이, 높이검출수단의 검출 결과에 의거하여 정밀하게 칩을 압입하고, 압입에 따른 전극으로부터의 반력을 하중검출수단에 의하여 검출하고 있다. 필러범프의 솔더 부분이 전극의 접합면에 얼라인먼트 되어 있어도, 부분적으로 튀어나와있는 경우에는, 소정의 시간경과 후의 전극으로부터의 반력이 튀어나와있지 않는 경우에 비하여 적어진다. 이들의 반력의 미묘한 차이를 하중검출수단이 정확하게 검출함으로써 필러범프의 위치 어긋남을 검출할 수 있다.
청구항4에 기재되어 있는 발명에 의하면, 제어수단이 칩의 필러범프가 기판의 전극의 접합면에 접촉한 후에, 소정의 압력으로 소정의 시간 동안 칩을 기판측으로 가압한다. 가압한 것에 의한 칩과 기판의 간극의 변화를 높이검출수단에 의하여 측정하고, 용융전의 필러범프의 솔더와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 기능을 구비하고 있다.
열압착툴을 하강시킴으로써, 열압착툴에 지지된 칩의 필러범프가 접촉한 위치를 높이검출수단에 의하여 측정하고, 하중검출수단에 의하여 칩의 압력을 소정의 값으로 유지하면서 소정의 시간 동안 가압하고 있다. 가압이 완료되었을 때의 열압착툴의 위치를 높이검출수단에 의하여 측정함으로써 칩과 기판의 간극의 변화를 측정할 수 있다.
칩의 필러범프가 전극의 접합면에 얼라인먼트 되어 있으면, 솔더 용융전의 필러범프의 솔더는 고상상태이므로 가압량에 따라 변형하고, 변형량이 칩과 기판의 간극의 변화가 된다. 그러나 필러범프와 전극의 얼라인먼트에 있어서, 필러범프가 전극의 접합면의 끝에 위치되어 있으면, 압력에 따라 칩은 기판측으로 침강하여 버린다. 이러한 경우에, 가압 완료시에는 칩과 기판의 간극은 필러범프와 전극이 얼라인먼트 되어 있는 경우에 비하여 좁아져 버린다. 칩과 기판의 간극의 변화로부터 얼라인먼트의 양부를 판정하는 제어수단을 사용하고 있으므로, 용융전의 필러범프의 위치 어긋남을 양호하게 검출할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 솔더범프가 기판의 전극에 양호하게 열압착되어 있는지 여부를 판정할 수 있다.
[도1]본 발명에 관한 실장장치의 개략적인 측면도이다.
[도2]칩과 기판의 관계를 나타내는 개략적인 측면도이다.
[도3]본 발명에 관한 실장방법을 설명하는 플로우차트이다.
[도4]Z축 헤드 높이와 검출하중을 나타내는 차트이다.
[도5]칩과 기판의 상태를 나타내는 측면도와, 검출하중, Z축 헤드 높이의 관계를 설명하는 도이다.
본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 실시형태의 실장장치의 측면도, 도2는 실장장치에서 사용하는 칩(2)과 기판(6)의 측면도이다. 도1에 있어서, 실장장치(1)를 향해서 좌우방향을 X축, 전후방향을 Y축, X축과 Y축으로 구성되는 ＸＹ평면에 직교하는 축을 Z축, Z축을 회전중심으로 하는 축을 θ축이라고 한다.
실장장치(1)는 칩(2)을 흡착하여 지지하는 헤드(8), 기판(6)을 흡착하여 지지하는 기판 스테이지(11), 칩(2)과 기판(6)에 형성된 얼라인먼트 마크를 인식하는 2시야 카메라(2視野 camera)(13), 실장장치(1) 전체를 제어하는 제어부(20)로 구성되어 있다.
헤드(8)에는 칩(2)에 부여되어 있는 가압력을 검출하는 로드셀(10)이 내장되어 있다. 헤드(8)의 하측(下側)에는 칩(2)을 흡착하여 지지하는 툴(9)이 장착되어 있다. 툴(9)에는 히터(16)와 열전대(18)가 내장되어 있으며, 제어부(20)로부터의 지령에 의거하여 칩(2)을 가열할 수 있도록 구성되어 있다(도1에서 히터(16)는 점선으로 표기하였다). 헤드(8)는 서보모터(14)와 서보모터(14)에 연결된 볼나사(15)를 구동제어함으로써 Z방향 상하로 승강한다. 본 발명의 구동수단은 서보모터(14)와 볼나사(15)로 구성되어 있다.
또한 헤드(8)는, 제어부(20)로부터의 지령에 의거하여 압력을 제어하는 하중제어(荷重制御)와 Z축 높이위치를 제어하는 위치제어의 제어가 가능하도록 구성되어 있다. 본 발명의 열압착툴은 헤드(8)와 툴(9)로 구성되어 있다.
헤드(8)의 압력은 모터의 토크에 의하여 제어되는 것이 바람직하지만, 보이스코일 모터(voice coil motor)나 공기압 실린더(空氣壓 cylinder) 등 가압력을 발생하는 것이면 어떤 수단이더라도 좋다.
하중제어 중에 압력을 일정하게 유지하기 위해서 Z방향으로 상하로 변동한 이동량은, 서보모터(14)의 인코더(encoder)(19)에 의한 위치검출수단에 의하여 위치정보를 취득할 수 있도록 구성되어 있다. 위치검출수단은 Z방향의 위치를 측정할 수 있는 것이면, 외부에 리니어 스케일(linear scale) 등을 사용해도 좋다.
기판 스테이지(11)는, 도면에 나타내지 않고 있는 구동기구에 의하여 X, Y, θ방향으로 이동가능하고, 흡착하여 지지된 기판(6)을 소정의 위치에 위치결정할 수 있도록 구성되어 있다.
2시야 카메라(13)는, 툴(9)에 흡착하여 지지된 칩(2)과 기판 스테이지(11)에 흡착하여 지지된 회로기판(6) 사이에 삽입되어, 칩(2) 및 기판(6)에 붙여진 얼라인먼트 마크의 화상(畵像)을 인식할 수 있다. 보통은, 대기위치(도1의 점선표기 부분)에서 대기하고 있으며, 화상인식시에 화상인식위치(칩(2)과 기판(6) 사이)로 이동할 수 있도록 되어 있다.
도2(a)에 나타나 있는 바와 같이 칩(2)은, 칩 이면(chip 裏面)(2b)에 Ｃｕ제(銅製)의 필러(4)(구리로 만든 지주)가 형성되어 있다. 필러(4)의 선단에는 솔더(5)가 형성되어 있다. 필러(4)와 솔더(5)로 필러범프(3)를 형성하고 있다. 기판(6)에는 전극(7)이 형성되어 전극(7)의 표면은 솔더 도금(7a)이 실시되어 있다. 기판(6)의 전극(7) 주위에는 비도전성 열경화수지(非導電性 熱硬化樹脂)인 접착제(17)가 충전되어 있다. 전극(7)에는 필러범프(3)와 접합되는 평탄한 접합면(7b)이 형성되어 있다.
Ｃｕ제의 필러(4)의 형상은 원기둥모양의 것이 사용되고 있다. 또, 필러(4)는 원기둥모양에 한하지 않고 다각형의 기둥이나 원추모양의 기둥이더라도 좋고, 기둥의 선단에 솔더(5)가 형성된 것이면 좋다. 예를 들면 도2(b)와 같은 형상이더라도 좋다.
이러한 실장장치(1)를 사용해서 칩(2)을 기판(6)에 실장하는 실장방법에 대해서, 도3의 플로우차트와 도4의 실장상태를 설명하는 그래프를 사용하여 설명한다. 도4는 가로축에 시간을 표기하고, 세로축에 헤드(8)의 Z축 방향의 높이 및 로드셀(10)의 검출하중을 표기하고 있다.
우선, 헤드(8)의 툴(9)에 칩(2)이 흡착되어 지지되고 있으며, 기판 스테이지(11)에 기판(6)이 흡착되어 지지되고 있는 상태에서, 헤드(8)가 기판(6) 측에 소정의 높이(서치 높이(search 높이))로 하강한 상태로부터 시작한다. 미리 칩(2)의 얼라인먼트 마크와 기판(6)의 얼라인먼트 마크는 2시야 카메라에 의하여 화상이 인식되고, 화상인식 데이터에 의거하여 기판 스테이지(11)가 X, Y, θ방향으로 얼라인먼트 되어 있다. 또한 툴(9)의 히터(16)는 예열온도(T1)로 따뜻하게 되어 있다. 예열온도(T1)에서는 솔더가 고상상태에서 용융상태로 변하는 연화(軟化)된 상태가 된다(예를 들면 160도 등). 헤드(8)의 구동제어는, 높이검출수단인 인코더(19)의 검출위치에 의거하여 서보모터(14)가 구동되고 위치제어되고 있다(스텝(ＳＴ00)).
다음에 헤드(8)를 저속으로 소정의 높이만큼 하강시킨다. 전극(7) 주위의 접착제(17)를 밀어 젖히면서 필러범프(3)가 하강한다. 이 상태는 도4의 ｔ0의 타이밍이 된다. 필러범프(3)가 전극(7)의 근방까지 근접한 상태가 된다. 헤드(8)가 서서히 하강하고, 필러범프(3)의 선단의 솔더(5)가 전극(7)에 접촉하는 타이밍을 검출하는 서치동작(search동작)을 한다(스텝(ＳＴ01)).
다음에 로드셀(10)에 의하여 하중(P1)이 검출된다(스텝(ＳＴ02)). 하중(P1)을 서치하중(search 荷重)이라고 한다. 도4의 타이밍(t1)이 필러범프(3)의 솔더(5)가 전극(7)에 접촉한 타이밍이다. 헤드(8)의 구동제어를 로드셀(10)의 검출하중에 의거하는 하중제어로 전환한다.
필러범프(3)의 솔더(5)가 전극(7)에 접촉하면, 예열온도(T1)로 따뜻하게 되어 있는 툴(9)의 온도가 기판(6) 측에 전달되게 된다.
또한 기판(6)에 미리 충전되어 있는 접착제(17)는, 칩(2)이 기판(6)에 서치하중(P1)으로 눌리어지면 필러범프(3)와 전극(7)이 접촉한 부분으로부터 밀어내어진다. 이 공정은, 접착제(17)가 필러범프(3)와 전극(7)의 사이에 잔류하고 있으면 뒤의 공정에서 제품불량이 되기 때문에 이루어지고 있다.
다음에 소정의 시간(ｔｍ1)만큼 서치하중(P1)을 유지한다(스텝(ＳＴ03)). 칩(2)에는 복수의 필러범프(3)가 형성되어 있다. 각각의 필러범프(3)의 높이는 미묘하게 다르다. 그 때문에 소정의 시간(ｔｍ1)만큼 서치하중(P1)을 유지함으로써 필러범프(3) 전체를 전극(7)의 접합면(7b)에 접지시키도록 하고 있다.
다음에 헤드(8)의 높이검출수단인 인코더(19)에 의하여, 헤드(8)의 높이위치(H1)를 계측하고 제어부(20)에 기억한다(스텝(ＳＴ04)). 계측은 도4의 타이밍(t2)에서 이루어진다. 높이위치(H1)의 계측은 본 발명의 제1높이측정공정에 대응한다.
다음에 헤드(8)의 설정하중을 P2로 변경한다(스텝(ＳＴ05)). 예열상태(예를 들면 160도 정도의 상태)에서는, 필러범프(3)의 선단에 형성된 솔더(5)는 용융하지 않는다. 솔더(5)는 고상상태에서 액상상태로 변하는 단계로서 연화된 상태가 된다. 그 때문에 헤드(8)가 설정하중(P2)으로 하중제어됨으로써, 연화된 솔더(5)가 전극(7)에 압입되어 형상이 변형한다.
다음에 도4의 타이밍 t3에서 t4까지의 소정의 시간(ｔｍ2) 동안, 헤드(8)를 설정하중(P2)으로 하중제어 한다.
다음에 헤드(8)의 높이검출수단인 인코더(19)로 헤드(8)의 높이위치(H2)를 계측하고, 제어부(20)에 기억한다(스텝(ＳＴ06)). 높이위치(H2)의 계측은 본 발명의 제2높이측정공정에 대응한다.
헤드(8)의 하중제어의 설정하중 P1으로부터 P2로 변경함으로써 필러범프(3)가 전극(7)에 압입된다. 이때, 필러범프(3)와 전극(7)의 접합면(7b)이 위치 어긋남이 있을 경우에, 스텝(ＳＴ04)와 스텝(ＳＴ06)에서 계측된 헤드(8)의 높이 변위량(H1-H2)이, 미리 설정되어 있는 허용값(Ｈａ)을 오버(over)하게 된다. 그 때문에 설정하중(P2)으로 소정의 시간(ｔｍ2) 동안 하중제어를 한 후에, 헤드(8)의 높이 변위량(H1-H2)이 허용값(Ｈａ)의 범위내인가 아닌가 판정한다(스텝(ＳＴ07)). 판정은 도4의 타이밍(t4)에서 이루어진다. 헤드(8)의 높이 변위량(H1-H2)은 칩(2)과 기판(6)의 간극의 변화에 대응하고, 허용값(Ｈａ)의 범위내인가 아닌가의 판정은, 본 발명의 용융전의 솔더범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 침강량 판정공정에 대응한다. 허용값(Ｈａ)을 넘는 헤드(8)의 높이 변위량(H1-H2)이 검출된 경우에는, 제어부(20)에 작업중 기판(6)에 솔더(5)와 전극(7)의 위치 어긋남 불량이 있는 것을 기억한다(스텝(ＳＴ07 ＮＧ)).
허용값(Ｈａ)은, 필러범프(3)의 솔더(5)가 전극(7)의 접합면(7b)의 중심 부근에 얼라인먼트 되어 있는 경우를 기준으로 설정된다. 솔더(5)와 접합면(7b)의 접촉위치에 어긋남이 발생하여 전극(7)의 단부에 한쪽으로 치우쳐 접한 경우는, 설정하중(P2)으로 소정의 시간(ｔｍ2)만큼 칩(2)을 가압하면 전극(7)으로부터의 반력이 충분하지 않기 때문에, 가압량에 따라 칩(2)이 기판(6) 측으로 침강하게 된다.
따라서, 허용값(Ｈａ)을 넘는 헤드(8)의 높이 변위량을 검출함으로써 필러범프(3)의 솔더(5)와 전극(7)의 접합면(7b)의 얼라인먼트가 양호하게 이루어지고 있는지 판정할 수 있다.
또 설정하중(P2)은 미리 솔더(5)를 예열온도(T1)로 가열하여 연화된 상태에서 찌그러지는 경우가 없는 하중을 측정하여 제어부(20)에 기억시켜, 실제의 공정에서 사용하고 있다. 그 때문에 솔더(5)가 하중(P2)에 견디지 못하고 찌그러져 버리는 경우가 없다.
다음에 헤드(8)의 구동제어를, 로드셀(10)의 검출하중에 의거하는 하중제어로부터 높이검출수단인 인코더(19)의 검출위치에 의거하는 위치제어로 전환한다. 이에 따라 필러범프(3)와 전극(7)의 간격이 일정하게 유지되도록 위치제어가 이루어진다. 다음에 히터(16)의 설정온도를 T2로 변경한다. 온도(T2)에서는 필러범프(3)의 선단부의 솔더(5)가 솔더 용융온도에 도달한다(예를 들면 240∼280도).
다음에 소정의 시간(ｔｍ3)이 경과한 후에, 헤드(8)를 압입량(Ｈｂ)만큼 기판(6) 측으로 더 하강하고, 필러범프(3)를 전극(7)에 압입한다(스텝(ＳＴ08)). 압입은 도4의 타이밍(t5)에서 이루어진다. 필러범프(3)가 전극(7)에 압입됨으로써 반력이 발생한다. 반력은 압입이 완료되었을 때(도4의 타이밍(t6)), 로드셀(10)에 의하여 헤드(8)의 검출하중(P3)으로서 측정된다(스텝(ＳＴ09)). 검출하중(P3)의 측정은 본 발명의 제1반력측정공정에 대응한다.
다음에 소정의 시간(ｔｍ4)이 경과 한 후에, 로드셀(10)에 의하여 헤드(8)의 검출하중(P4)을 측정한다. 검출하중(P4)의 측정은, 헤드(8)의 하중변동이 발생하여 안정된 단계(도4의 타이밍(t7))에서 솔더(5)가 용융된 단계에서 이루어진다(스텝(ＳＴ10)). 검출하중(P4)의 측정은 본 발명의 제2반력측정공정에 대응한다. 헤드(8)는 압입량(Ｈｂ)을 유지하도록 위치제어되어 있기 때문에, 필러범프(3)가 전극(7)에 압입됨으로써 발생한 반력(검출하중(P3))은 솔더(5)의 용융에 따라 저하한다. 솔더(5)는 온도(T2)로 가열되고 있으므로 솔더(5)가 용융온도에 도달하고 있다. 또한 칩(2)과 기판(6)의 사이에 충전되어 있는 접착제(17)가 경화한다.
필러범프(3)와 전극(7)의 얼라인먼트가 정밀하게 잘 이루어지고 있을 경우에, 용융된 솔더(5)와 전극(7)에서 발생하는 반력(검출하중(P4))은 소정의 값을 유지한다. 그러나 필러범프(3)와 전극(7)의 얼라인먼트에 어긋남이 발생하고 있을 경우에, 전극(7)으로부터의 반력이 필러범프(3)에 작용하지 않기 때문에, 검출하중(P4)은 얼라인먼트가 정밀하게 잘 이루어지고 있을 경우에 비해 낮아진다. 이 특성에 의거하여 검출하중(P3)과 검출하중(P4)으로부터, 그 차이(P3-P4)가 미리 설정되어 있는 허용값(Ｈｂ)의 범위내인가 아닌가를 판정한다(스텝(ＳＴ11)). P3-P4가 허용값(Ｈｂ)의 범위내이면 필러범프(3)와 전극(7)의 얼라인먼트는 정밀하게 잘 이루어지고 있다고 판정하고, 범위 밖이면 필러범프(3)와 전극(7)의 얼라인먼트에 어긋남이 발생하고 있다고 판정한다. 이 양부판정은, 본 발명의 용융된 필러범프(3)와 전극(7)의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 반력판정공정에 대응한다. 허용값(Ｈｂ)을 넘는 경우에는, 제어부(20)에 필러범프(3)와 전극(7)의 위치 어긋남 불량이 있는 것을 기억한다(스텝(ＳＴ11 ＮＧ)).
다음에 히터(16)를 ＯＦＦ하고, 툴(9)에 의한 칩(2)의 흡착지지를 해제하고, 헤드(8)를 상승하고, 기판(6)에 대한 칩(2)의 실장을 종료한다(스텝(ＳＴ12)).
반력판정공정에 대해서, 칩(2)의 솔더(5)와 기판(6)의 전극(7)의 상태를 도5를 사용해서 상세하게 설명한다. 스텝(ＳＴ01)로부터 스텝(ＳＴ10)까지의 공정에 있어서, 칩(2)과 기판(6)의 위치관계를 도5에 나타낸다. 칩(2)의 필러범프(3)가 전극(7)에 접촉한 상태(스텝(ＳＴ02))를 도5(a)에 나타내고 있다. 이 상태의 칩(2)의 이면(2b)과 기판(6)의 거리를 h0이라고 한다. 검출하중은 P1에서 헤드(8)의 높이(H1)가 유지되고 있다.
칩(2)의 필러범프(3)가 전극(7)에 소정의 하중(필러(4)와 전극(7)이 접촉하지 않은 하중)에서 가압된 상태(스텝(ＳＴ06))를 도5(b)에 나타내고 있다. 이 상태의 칩(2)의 이면(2b)과 기판(6)의 거리를 h1이라고 한다. 검출하중은 P2에서 헤드(8)의 높이(H2)가 유지되고 있다.
칩(2)의 필러범프(3)가 전극에 소정의 압입량(Ｈｂ)만큼 압입되고(스텝(ＳＴ09)), 솔더(5)가 용융온도에 도달한 상태(스텝(ＳＴ10))를 도5(c)에 나타내고 있다. 이 상태에서는 솔더(5)와 전극(7)의 얼라인먼트가 정밀하게 잘 이루어지고 있다. 그 때문에 솔더(5)와 전극(7)에서 발생하는 반력은, 솔더 용융상태에서도 소정치(所定値)를 유지한다.
한편 솔더(5)와 전극(7)의 얼라인먼트에 어긋남이 발생하고 있는 경우를 도5(d)에 나타내고 있다. 용융된 솔더(5)와 전극(7)의 위치가 어긋나고 있기 때문에, 전극(7)으로부터의 반력이 솔더(5)에 전달되지 않는다. 그 때문에 검출하중(P4)이 정밀하게 잘 얼라인먼트 된 상태에 비해서 낮아진다.
구체적으로는, 칩(2)과 기판(6)의 생산 로트(生産 lot)별로, 압입량(Ｈｂ)에 대한 검출하중 P3 및 P4의 값이 제어부(20)에 미리 기억되어 있다. 또한 위치 어긋남이 발생하였을 경우의 검출하중(P4)에 대해서도 설정치(設定値)가 제어부(20)에 기억되어 있다. 이들의 데이터에 의거하여 칩(2)과 기판(6)의 접합별로 검출하중(P3, P4)을 비교하고 접합의 양부판단을 한다.
1 : 실장장치
2 : 칩
2b : 칩 이면
3 : 필러범프
4 : 필러
5 : 솔더
6 : 기판
7 : 전극
7a : 솔더 도금
7b : 접합면
8 : 헤드
9 : 툴
10 : 로드셀
11 : 기판 스테이지
13 : 2시야 카메라
14 : 서보모터
15 : 볼나사
16 : 히터
17 : 접착제
18 : 열전대
19 : 인코더
20 : 제어부
T1 : 예열온도
T2 : 솔더 용융온도

Claims (4)

  1. 칩(chip)에 형성된 필러범프(pillar bump)를 기판에 형성된 전극에 가압하면서 가열하여 열압착하는 실장방법(實裝方法)으로서,
    칩을 열압착툴(熱壓着tool)에 의하여 지지하여 기판측으로 하강시키는 공정과,
    칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에, 칩을 지지하는 열압착툴의 온도를 솔더 용융온도로 승온하는 공정과,
    미리 설정되어 있는 압입량만큼 칩을 기판측으로 압입하고, 압입이 완료되었을 때에, 기판의 전극으로부터의 반력을 측정하는 제1반력측정공정(第1反力測定工程)과,
    필러범프에 형성된 솔더가 용융하였을 때에 기판의 전극으로부터의 반력을 측정하는 제2반력측정공정과,
    상기 제1반력측정공정의 측정결과와 상기 제2반력측정공정의 측정결과로부터, 용융된 필러범프와 전극의 얼라인먼트(alignment)의 양부를 판정하는 반력판정공정(反力判定工程)을
    구비하는 실장방법.
  2. 제1항에 있어서,
    칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에, 칩을 지지하고 있는 열압착툴의 승강위치를 측정하는 제1높이측정공정과,
    미리 설정되어 있는 압력으로 미리 설정되어 있는 시간 동안 칩을 기판측으로 가압한 후에, 칩을 지지하고 있는 열압착툴의 승강위치를 측정하는 제2높이측정공정과,
    상기 제1높이측정공정의 측정결과와 상기 제2높이측정공정의 측정결과로부터, 칩을 가압한 것에 의한 칩과 기판의 간격의 변화를 구하여, 솔더 용융전의 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 침강량 판정공정을
    구비하는 실장방법.
  3. 필러범프가 형성된 칩을 지지하는 열압착툴과,
    칩의 필러범프가 접합되는 전극을 구비한 기판을 지지하는 기판 스테이지(基板 stage)와,
    칩을 지지한 열압착툴을 기판을 지지한 기판 스테이지 측으로 승강시키는 구동수단(驅動手段)과,
    칩을 지지한 열압착툴의 승강위치를 검출하는 높이검출수단과,
    칩을 지지한 열압착툴이 기판을 가압할 때의 압력을 검출하는 하중검출수단(荷重檢出手段)과,
    열압착툴의 온도를 승온시키는 히터(heater)와,
    상기 높이검출수단에 의하여 칩 높이위치정보를 측정하고, 상기 하중검출수단에 의하여 칩으로의 압력을 측정하고, 상기 구동수단과 상기 히터를 제어하는 제어수단(制御手段)을
    구비한 실장장치(實裝裝置)로서,
    상기 제어수단이,
    상기 히터를 솔더 용융온도로 승온하고, 상기 구동수단을 구동하여 열압착툴을 기판측으로 미리 설정되어 있는 압입량만큼 압입했을 때의, 상기 하중검출수단에 의하여 측정한 검출하중과, 필러범프에 형성된 솔더가 용융했을 때의 검출하중으로부터, 용융된 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 기능을
    구비하는 실장장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어수단이,
    칩의 필러범프가 기판의 전극에 접촉한 후에,
    미리 설정되어 있는 압력으로 미리 설정되어 있는 시간 동안 칩을 기판측으로 가압하고, 가압한 것에 의한 칩과 기판의 간격의 변화로부터 용융전의 필러범프와 전극의 얼라인먼트의 양부를 판정하는 기능을
    구비하는 실장장치.
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