KR20180095864A - 땜납 범프의 수정 방법 - Google Patents

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KR20180095864A
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히데키 나카무라
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센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

실리콘 웨이퍼 상에 형성된 패턴은 미세하여, 형성된 땜납 범프도 미세하므로, 문제가 발생하면 수정할 수 없어, 워크의 실리콘 웨이퍼째 버려지고 있었다.
수정 방법으로서, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 땜납 범프 상에, 상기 땜납 범프와 동일 패턴으로 천공한 마스크를 땜납 범프 상에 씌운 후, 상기 마스크 상으로부터 용융 땜납을 접촉시켜서, 상기 마스크의 천공부에 용융 땜납을 충전한다.

Description

땜납 범프의 수정 방법
본 발명은, 기판 및 반도체 등의 전자부품의 워크 상에 형성한 땜납 범프의 형성 결손, 및/또는, 땜납량이 부족한 부분에 땜납을 보충하는 수정 방법에 관한 것이다.
전자기기의 프린트 기판에의 반도체 등의 전자부품의 실장이나 반도체 등의 전자부품의 조립에는, 땜납이나 접착제가 이용되고 있다. 특히, 세라믹 등으로 형성된 전자부품은 그대로로는 납땜할 수 없다. 그래서, 전자부품의 워크의 표면에 도금 피막으로 이루어지는 패드를 마련하고, 당해 패드 상에 땜납 범프(돌기)를 형성한다. 그 후, 범프를 개재한 납땜이 행해진다.
땜납 범프 형성 방법으로서 종래 많이 이용되고 있는 것은, 땜납 페이스트를 이용하는 방법이다. 인쇄기나 디스펜서에 의해 땜납 페이스트를 워크의 도금 피막 상에 도포한 후, 땜납 페이스트를 리플로우 가열하여 용융시켜, 범프를 형성시킨다. 이 방법은, 비용이 저렴하다. 그러나, 인쇄에는 인쇄할 수 있는 한계가 있으며, 미세한 회로 패턴에 대응한 범프는 형성할 수 없다.
땜납볼을 이용한 범프 형성 방법도 있다. 전자부품의 워크 상에 미세한 땜납볼을 탑재하고, 이를 리플로우 가열함으로써 범프를 형성시킨다. 이 방법은, 미세한 회로 패턴에 대응한 범프를 형성할 수 있다. 그러나, 땜납볼 자체의 비용이 비싸기 때문에, 전체로서 고비용으로 된다.
저비용으로 미세 회로 패턴에 대응할 수 있는 범프를 형성하는 방법으로서, 용융 땜납을 토출(吐出)하여 땜납 범프를 형성하는, 소위, 용융 땜납법이 주목을 받고 있다. 용융 땜납법을 실현하는 장치로서, 예를 들면, 하기 특허문헌 1에 기재된 땜납 부착 장치가 알려져 있다. 이 땜납 부착 장치는, 용융 땜납을 수용하는 용기의 노즐 개구부를 수평 방향으로 주사시킴으로써, 복수 개소에 용융 땜납을 효율적으로 공급한다. 또한, 작업 종료 후에 노즐 헤드를 냉각한 후에 노즐 헤드를 마스크로부터 들어 올리는 기구를 가지는 범프 형성 장치도 알려져 있다(예를 들면, 하기 특허문헌 2).
일본국 공개특허 특개평2-015698호 공보 WO 2013/058299 A
실리콘 웨이퍼 등의 워크에의 땜납 범프의 형성은, 땜납 페이스트, 땜납볼, 용융 땜납을 사용하는 방법 모두가, 워크 전체 또는 워크의 부분을 일괄하여 땜납 범프를 형성하는 것이 일반적이다. 그런데, 일괄하여 형성된 땜납 범프의 일부에 결손, 및/또는, 땜납량 부족이 있으면, 땜납 범프에 의해 형성된 땜납 접합부에 문제가 발생해버린다. 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 패턴은 미세하여, 형성된 땜납 범프도 미세하므로, 문제가 발생하면 수정할 수 없어, 워크의 실리콘 웨이퍼째 버려지고 있었다. 본 발명은, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 땜납 범프의 일부에 결손, 및/또는, 땜납량 부족이 있을 경우에, 땜납 범프를 수정하는 방법을 제공한다.
본 발명자들은, 범프의 일부에 결손, 및/또는, 땜납량 부족이 있을 경우에, 땜납 범프 상에, 땜납 범프의 패턴과 같은 마스크를 씌우고, 그 위에서 용융 땜납을 접촉시키면, 결손, 및/또는, 땜납량 부족이 있는 부분에 용융 땜납이 충전되어, 땜납 범프를 수정하는 것이 가능한 것을 발견했다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 워크 상에 형성된 땜납 범프의 수정을 행하는 수정 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 땜납 범프 상에, 상기 땜납 범프와 동일 패턴으로 천공한 마스크를 땜납 범프 상에 씌운 후, 상기 마스크 상으로부터 용융 땜납을 접촉시켜서, 상기 마스크의 천공부에 용융 땜납을 충전함으로써, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 땜납 범프를 수정한다. 범프의 일부에 결손, 및/또는, 땜납량 부족이 있을 경우에, 당해 일부의 땜납 범프에 땜납을 보충함으로써, 완전한 땜납 범프를 얻을 수 있다.
이 실시형태에 의하면, 수정하는 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 마스크의 두께에 의해, 충전되는 땜납량을 컨트롤할 수 있다. 이 방법은, 땜납볼으로의 땜납 범프 형성 방법 등 높이 컨트롤이 어려운 땜납 범프의 형성 방법으로 제조한 땜납 범프의 높이를 정렬하고, 범프의 높이를 수정하기 위해서도 사용가능하다. 본 실시형태에 사용하는 마스크는, 땜납 범프와 동일 패턴으로 천공부가 형성된 두께가 일정한 마스크이면 무엇을 사용하여도 된다. 폴리이미드 등의 내열 수지 필름을 사용하여도 되고, 실리콘 웨이퍼에 직접 레지스트로 마스크를 형성하여도 수정 용도로 사용가능하다.
본 실시형태의 땜납 범프의 수정 방법을 이용함으로써, 범프의 일부에 결손 및/또는, 땜납량 부족이 있을 경우에, 당해 땜납 범프를 가지는 실리콘 웨이퍼에, 수정을 행할 수 있다. 이 때문에, 종래는 버려졌던 실리콘 웨이퍼를 재이용할 수 있어, 대폭적인 재료비 및 공정의 저감이 가능하다. 본 방법에서는, 마스크에 의해 땜납 범프의 높이가 결정되므로, 본 방법은, 땜납볼으로의 땜납 범프 형성 방법 등 높이 컨트롤이 어려운 땜납 범프의 형성 방법으로 제조한 땜납 범프의 높이를 정렬하고, 범프의 높이를 수정하기 위해서도 사용할 수 있으며, 종래는 프리폼 등으로 땜납을 보충하고 있었던 공정을 본 방법의 공정으로 치환하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 사용하는 땜납 범프의 수정 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 수정 장치 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시형태의 땜납 범프의 수정 방법의 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시형태의 땜납 범프의 수정 방법의 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시형태의 땜납 범프의 수정 방법의 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3d는 본 발명의 일 실시형태의 땜납 범프의 수정 방법의 공정을 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 수정 장치의 구성을 설명한다. 도 1이 본 발명의 일 실시형태에 의한 수정 장치의 헤드부(1)를 나타내는 도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 의한 수정 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 헤드부(1)는, 용융 땜납 등을 수용가능한 탱크(2)와 하단에 마련한 수정 헤드(3)를 구비한다. 용융 땜납 등 온도 컨트롤이 필요한 유체에 이용할 때는, 유체 탱크(2)의 복부에 히터(4)를 감는 등, 가열 수단을 부착할 수도 있다. 수정 헤드(3)에는, 헤드 하단에 마련한 수정 노즐(5)과 흡인구(6)를 가지며, 흡인구(6)는 수정 노즐(5)보다도 진행 방향을 향하여 먼저 흡인 공정이 실시될 수 있도록 부착되어 있다. 수정 노즐(5) 및 흡인구(6)에도 온도 컨트롤이 필요한 유체에 이용할 때는, 수정 헤드(3) 하단에도 히터(4)를 부착하는 것이 가능하게 된다.
수정 헤드(3)의 노즐 개구의 형상으로서는, 환(丸) 형상, 슬릿 형상 및 그 외의 공지된 것을 채용할 수 있다. 특히, 노즐 개구의 형상으로서 슬릿 형상을 이용하면 복수의 워크(7) 상의 토출 대상으로 동시에 유체를 토출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 수정 헤드(3)에 부착된 흡인구(6)의 형상도 환 형상, 슬릿 형상 및 그 외의 공지된 것을 채용할 수 있지만, 개구의 형상으로서 슬릿 형상을 이용함으로써, 실리콘 웨이퍼나 프린트 기판 등의 워크(7)에 대하여 복수의 개소를 동시에 마스크(8) 내의 공기를 제거하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 전체의 구성을 설명한다. 도면에는 나타내지 않았지만, 수정 장치는, 수정해야 할 전자부품의 워크(7)에 대하여 접근 및 이간하도록 상하 방향(Y)으로 이동 가능한 것과 함께, 수평 방향(X)으로도 이동 가능하다. 워크(7)의 상부에는, 필요에 따라, 폴리이미드나 레지스트에 의해 형성된 마스크(8)를 두도록 되어 있다. 수정 헤드(3)는, 수정 시에는, 수정 토출 노즐(5)이 워크(7)에 접촉하는 위치까지 하강한다. 수정 헤드(3)에는, 수정 토출 노즐(5)이 워크(7)에 접촉한 시점부터, 워크(7)를 이탈하는 시점까지 하방을 향하여 압력이 가해지고 있다.
수정 노즐(5)과 워크(7)의 접촉 상태가 유지된 채 액체 수정 헤드(3)는 수평으로 이동한다. 수정 헤드(3)가 수평으로 이동하면, 우선 진행 방향을 향하여 먼저 흡인 공정이 실시되도록 부착된 흡인구(6)로부터, 워크(7) 상에 설치된 마스크(8) 내의 공기가 흡인된다. 복수 번째의 토출로, 마스크(8) 내에 토출된 유체도 이 단계에서 흡인하는 것이 가능하게 된다. 가열 수단이 필요한 유체는, 수정 헤드(3) 하부에 설치된 히터(4)로 가열됨으로써, 흡인 가능하게 된다. 그 후, 액체 수정 헤드(3)가 수평 이동하면, 수정 노즐(5)의 개구로부터 유체가 토출되어, 워크(7) 상의 마스크(8) 중에는 유체가 도포된다. 유체의 도포가 종료하면, 액체 수정 헤드(3)는 워크(7)로부터 멀어지도록 들어 올려진다. 마스크(8)를 사용하지 않는 경우에도, 같은 공정이 가능하다.
수정 장치(1)는, 탱크(2) 내의 유체를 소망하는 온도로 유지하기 위한 히터(4)를 구비한다. 히터(4)는, 탱크(2)의 벽부에 내장된 것으로 할 수 있다. 히터(4)는, 탱크(2) 내의 용융 땜납 등의 유체(9)가 수정 조건에 최적인 점도를 유지하는 것에 적절한 온도로 가열되도록, 관리 제어되어 있다.
유체 토출 장치(1)는, 탱크(2)로부터 연장 관로(10)를 통하여, 유체 연통(連通)가능한 압력 공급 수단(11)과 연결되어 있으며, 흡인구(6)로부터 이어지는 흡인관 연장 관로(12)를 통하여, 유체 연통가능한 감압 공급 수단(13)과 연결된다. 압력 공급 수단(11)은, 예를 들면, 0.06 내지 0.1㎫(이에 한정되지 않는다)의 압력의 질소 가스를 발생시키는 압력 발생원(14)을 가지고 있다. 압력 발생원(14)은, 게이트 밸브(15) 및 3방 밸브(16)를 개재하여 탱크(2) 내에 압력을 공급한다. 탱크(2) 내에 보지(保持)되어 있었던 용융 땜납은, 압력 발생원(14)으로부터의 압력을 받아서 수정 노즐(5)의 개구로부터 사출된다.
감압 공급 수단(13)은, 감압 발생 장치인 마이크로 이젝터(16)를 가지고 있다. 감압 발생 장치(16)는, 예를 들면, 레귤레이터(17) 및 스로틀 밸브(18)를 개재하여 , 0.4㎫(이에 한정되지 않는다)의 압력의 질소 가스를 발생시키는 압력 발생원(19)과 연결되며, 흡인관 연장 관로(12)를 개재하여 흡인구(6)에 부압(負壓)을 공급한다.
수정 장치는, 압력센서(20)와 제어장치(21)를 가진다. 압력센서(20)는, 탱크(2) 내와 유체 연통하는 연장 관로(17)에 마련된 스로틀 밸브(18)에 연결되며, 탱크(2) 내의 압력을 감시한다. 탱크(2) 내의 압력을 나타내는 신호는, 압력센서(20)로부터 제어장치(21)에 보내진다. 제어장치(21)는, 작업 공정의 진척에 맞춰서 압력 발생원(14), 감압 발생 장치(16), 레귤레이터(17), 압력 발생원(19) 및 각 밸브를 조작하여, 탱크(2) 내에 압력을 공급한다. 공급해야 할 적절한 압력값은, 압력센서(20)로부터의 신호에 의거하여 결정된다. 탱크(2) 내의 용융 땜납을 수정 노즐(5)의 개구로부터 사출할 경우, 탱크(2) 내와 압력센서(20)가 유체 연통되도록 조작된다. 탱크(2) 내에 공급되는 정압(正壓)의 크기는, 예를 들면, 압력 발생원(14)에서 발생되는 압력값을 제어장치(21)에 의해 조정함으로써 변화시킬 수 있다. 또는, 압력 공급 수단(11)에 마련한 조정 밸브(도시 생략)를 제어장치(21)가 조정함으로써, 압력값을 변화시켜도 된다.
다음으로, 수정 장치의 동작을 설명한다. 우선, 도 3a와 같이 워크(7)의 수정 개소에 필요에 따라 마스크를 씌운다. 본 실시예에서는, 수정 개소와 같은 개소에 천공부가 마련된 시트 형상의 폴리이미드 시트를 사용하였다. 씌워진 마스크는, 수정 개소와 천공부의 위치 맞춤이 행해지고, 고정된다.
준비가 끝나면, 도 3b와 같이, 수정 장치의 수정 헤드(1)를 워크 상에 재치하고, 수정 공정에 들어간다. 수정 헤드(1)는, 워크(7)로부터 멀어진 정위치에 고정되어 있지만, 유체 토출 시에는, 수정 헤드(1)가 상하 방향, 수평 방향으로도 이동하고, 수정 헤드(1)는 워크(7) 상의 마스크(8)의 토출 부분에 접촉하는 위치까지 하강한다. 수정 장치의 수정 헤드(1)는, 상시 압력이 가해지고 있으며, 수정 헤드(3)가 하강 시에 수정 토출 노즐(5)은 워크(7)에 접촉되어 있다.
수정 헤드(1)가, 흡인 노즐(5)이 설치되어 있는 쪽에서부터 먼저 수평으로 이동하고, 워크(7) 상의 마스크(8)의 개구부의 공기를 감압한 후에 수정 노즐(5)로 탱크(2) 내의 가열한 용융 땜납에 접촉하도록, 워크(7)의 마스크(8) 상을 덧써서 수정 헤드(3)는 이동한다. 압력 발생원(14)으로부터 공급된 압력은, 게이트 밸브(15)를 개재하여 탱크(2) 내에 정의 압력을 공급한다. 탱크(2) 내에 보지되어 있었던 용융 땜납(9)은, 압력 발생원(14)으로부터의 압력을 받아서 토출 노즐(5)의 개구에서 워크의 땜납 범프에 접촉하기 때문에, 땜납 범프가 결락되어 있는 부분(및/또는, 땜납량이 부족한 부분. 도 3b의 점선 부분 참조)에 용융 땜납을 충전하여(도 3c 참조), 땜납 범프를 완성되게 한다(도 3d참조). 본 실시형태에 의하면, 이미 땜납 범프가 완성되어 있는 부분에 수정 노즐(5)이 접촉하여도, 마스크가 용융 땜납량을 조정하므로, 마스크의 내용량 이상으로 용융 땜납이 땜납 범프에 부착되지 않는다. 이 때문에, 수정 전의 땜납 범프는 그대로 유지된다. 수정 헤드(1)가 워크 상을 1회 이동하는 것으로, 땜납 범프의 수정은 완성된다. 수정 헤드(1)는, 탱크(2) 내에 공급되는 압력을 감압 발생 장치(16)로부터 발생되는 부의 압력으로 전환하고 나서 상승시킨다. 방랭(放冷) 후, 워크(7) 상에서 마스크(8)를 제거한다.
1 헤드부
2 탱크
3 수정 헤드
4 히터
5 수정 노즐
6 흡인구
7 워크
8 마스크
9 용융 땜납
10 연장 관로
11 압력 공급 수단
12 흡인관 연장 관로
13 감압 공급 수단
14 압력 발생원
15 게이트 밸브
16 감압 발생 장치
17 연장 관로
18 스로틀 밸브
19 압력 발생원
20 압력센서
21 제어장치
22 유체 공급 장치

Claims (3)

  1. 워크 상에 형성된 땜납 범프의 수정을 행하는 수정 방법에 있어서, 땜납을 수용가능한 탱크와 수정 헤드로 이루어지는 수정 헤드부를 가지고, 상기 수정 헤드부의 폭은 워크의 폭보다 작으며, 상기 토출 헤드의 일단에는, 워크 상의 마스크 중의 공기를 흡인하기 위한 흡인구와 유체를 토출하기 위한 토출 노즐이 형성되어 있으며, 또한 흡인구는, 토출 헤드의 진행 방향에 설치되어 있으며,
    땜납 범프 수정 준비 시에는, 상기 토출 헤드가 상기 워크에 접촉할 때까지 당해 워크에 대하여 접근 이동하고, 땜납 범프 수정 시에는, 상기 수정 헤드가 상기 워크에 접촉한 상태에서 상기 땜납 탱크에 정의 압력을 가하고, 땜납 범프 수정후에 상기 땜납 탱크에 부의 압력을 가한 상태에서 상기 수정 헤드를 상승시키는 것을 특징으로 하는 워크 상에 형성된 땜납 범프의 수정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정 헤드에는 수정 노즐 및 흡인구의 형상으로서 슬릿 형상의 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 수정 헤드를 이용한 것을 특징으로 하는 워크 상에 형성된 땜납 범프의 수정 방법.
  3. 워크 상에 형성된 땜납 범프의 수정 방법에 있어서,
    상기 땜납 범프 결손, 및/또는, 땜납량 부족이 있는 결함 부분을 가지는 워크 상에, 상기 땜납 범프의 패턴과 같은 마스크를 씌우는 공정과,
    상기 땜납 범프를 형성하기 위한 유체를 토출하는 수정 헤드를 상기 마스크 상에서 주사시키면서 상기 수정 헤드로부터 상기 유체를 토출함으로써, 상기 마스크 중의 상기 결함 부분에 대응하는 부분 내에 상기 유체를 토출하는 공정을 구비하는 땜납 범프의 수정 방법.
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