JP2006066413A - 導電性ボールの搭載方法及び搭載装置並びにバンプ形成方法及びバンプ形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載するにあたり、その粘着膜の厚みを比較的精度よく計測して所定厚みの粘着膜に導電性ボールを載置する導電性ボールの搭載方法および搭載装置を提供することを第１の目的としている。
【解決手段】本発明の一態様は、透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載方法であって、前記粘着膜の色を確認しその色に基づいて該粘着膜の厚みを計測する工程を含む導電性ボールの搭載方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ又はＦＣ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）タイプなどエリアアレイ型の接続バンプ構造を有する半導体部品又は基板、パッケージなどの電子部品に導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載方法及び搭載装置、並びにそれら電子部品に半田ボールを搭載しバンプを形成するバンプ形成方法及びバンプ形成装置に関するものである。

近年、携帯端末機器やノート型パソコンの高速化と高機能化、及び軽量化、小型化と薄型化が進むにつれ、それらに内蔵される半導体部品や半導体部品を実装する基板に対してもその小型化、薄型化と接続端子数の増加という相反する性能が要求されている。その要求に応ずるものとして、ＢＧＡタイプ或いはＦＣタイプなどエリアアレイ型の接続バンプをパッド状の電極に形成した半導体部品又は基板、それらが組み合わされたパッケージが採用されている。

例えば半田や銅など導電材を用いて接続バンプを形成する方法としては、導電材を含んだペーストを印刷するペースト方式、導電材で一体形成された或いは外周が被覆されたボール（導電性ボールと総称する）を搭載する導電性ボール方式、導電材をメッキや蒸着する膜付け方式などがある。多端子化のため電極の配列は高密度化し、それに伴い接続バンプの大きさも小型化する傾向にあり、これに対しては、接続バンプの配列精度や生産性の面で有利な導電性ボール方式が採用される場合が多い。

導電性ボール方式による接続バンプは、所定の配列位置にある電極上に半田付け用フラックス、又は半田付け用フラックスに導電材を混合したペースト（以下、フラックスと総称する）などの粘着材を塗布し、その上に導電性ボールを載置し、次いでリフローなどで導電性ボールを電極に電気的、機械的に接合することで形成される。フラックスを電極に塗布する方法としては、メタルマスクやスクリーンマスクを用いる印刷法が一般的である。印刷法は、ワークの上に密着させたマスクの上に適量のフラックスを置き、該フラックスをスキージで掻き、マスクの開口穴にフラックスを充填し、その後マスクを引き上げることで、開口穴に充填されたフラックスを電極部に付着させるものである。

印刷法に用いるフラックスは、マスクの開口穴に容易に挿入され、かつマスクを外す際にはマスクに曳かれて持ち去られないという印刷特性と、搭載された導電性ボールを脱落させないように保持するという粘着特性が優れていなければならないが、これらの特性には相反する面がある。通常、半田付け用フラックスは、ロジン等の樹脂、チキソ材、活材等の固形成分を溶材で溶解して製造されており、前記特性がバランスよく得られるように添加量が調整されている。従って、印刷法でフラックスを塗布する上で重要になるのが、フラックス厚さであり、例えば１０〜２０μｍとすることが好ましいとされている。これは、厚さが１０μｍ以下になると、粘着性が悪くなりその後の搬送等において該フラックス上の導電ボールが脱落し、２０μｍ以上になるとリフロー時に該導電性ボールと電極の間に残って導通不良が生じてしまう恐れがあるからである。

フラックスの厚みは、基本的にはマスクの厚さで規定されるが、同じマスク厚さであっても、フラックスの印刷特性、粘着特性やスキージ条件の変動等によって変化し、同一基板内でもばらつくことがある。このため、導電性ボールの載置に先立ち、印刷されたフラックスの厚さを検査して確認することが好ましい。特許文献１には、電子部品を基板の電極に半田付けするためのフラックスの厚さを計測する技術が開示されている。これは、電極上に形成された半田プリコート上に塗布したフラックスの塗布量の良否を判定することを目的としたもので、光照射式の高さ計測器を用い、フラックスが塗布される前後の半田プリコート部の高さを計測し、その高さの差でフラックスの厚さを算出し、塗布量を判定するものである。
特開平８−２５０８４６号公報（段落番号０００７、図１）

特許文献１に記載された技術は、フラックス塗布前後の２回にわたって高さ計測が必要であり、多数の電極が形成されている基板に対しては、全数のフラックス膜の高さを計測すると計測時間が非常に長くなってしまう。このため、少数のサンプル部分だけを選択して計測するようにしており、検査の信頼性が問題である。これは、ウエハのように膨大な数の電極が形成された基板に対しては大きな問題である。また、フラックスの塗布装置に、半田プリコート部の高さを計測する高さ計測器を備えなければならず、設備的にも複雑となる。

さらに、そのフラックス膜の高さの測定方法としては、例えば直接フラックスに接触する触針式の厚み計や非接触で計測するレーザなど光学式厚み計などが周知である。しかしながら、フラックス膜は半透明で比較的柔らかいため接触式の場合にはフラックス膜が変形し、光学式の場合にはフラックス膜の表面を光が透過するため精度よくその厚さを測定することが困難であった。

本発明は、上記従来の技術の問題点を鑑みてなされたものであり、粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載するにあたり、その粘着膜の厚みを比較的精度よく計測して所定厚みの粘着膜に導電性ボールを載置する導電性ボールの搭載方法および搭載装置を提供することを第１の目的としている。また、その粘着膜が多数個、被配列体に形成されている場合であっても短時間で厚みを計測する導電性ボールの搭載方法および搭載装置を提供することを第２の目的としている。さらに、その搭載方法及び搭載装置を用いて電子部品に半田ボールを搭載し、特性が良好なバンプを形成するバンプ形成方法及びバンプ形成装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載方法であって、前記粘着膜の色を確認しその色に基づいて該粘着膜の厚みを計測する工程を含む導電性ボールの搭載方法である。かかる搭載方法によれば、粘着膜の色に基づいて非接触で粘着膜の膜厚が計測され、粘着膜の厚みと色の関係のみに基づいて粘着膜の膜厚が計測されるので粘着膜の厚みが比較的精度よく計測され、所定の厚みにある粘着膜に導電性ボールが搭載される。また、複数個の粘着膜の色を同時に確認することでそれぞれの粘着膜の厚みは同時に計測される。

なお、上記粘着膜の厚みを計測する工程においては、予め収集した該粘着膜の厚みに係わる色情報と形成された粘着膜の色を比較し、形成された粘着膜の厚みを推定するようにするとよい。
さらに、上記搭載方法において、前記配列位置に透光性を有する有色の粘着膜を形成する工程、前記厚みを計測する工程において全ての粘着膜が所定の厚みであると判断されたときに導電性ボールを被配列体に載置する工程、または粘着膜の厚みを計測する工程で所定の厚みであると判断された粘着膜のみに導電性ボールを載置する工程とを追加することができる。前記粘着膜は印刷法で形成すれば効率的である。
さらに加えて、上記搭載方法において、上記粘着膜の厚みを計測する工程で所定の厚みにないと推定された不良の粘着膜がある場合には、少なくとも該不良の粘着膜を除去し、その後前記粘着膜を形成する工程とを追加することができる。

本発明の別の態様は、透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記粘着膜を撮像する撮像部と前記撮像された粘着膜の色に基づいて該粘着膜の膜厚を計測する膜厚推定部とを備えた膜厚計測手段と、少なくとも一の導電性ボールを前記配列位置に載置可能な載置手段とを有し、特に上記搭載方法を好適に実施可能な導電性ボールの搭載装置である。

本発明のさらに別の態様は、透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された電子部品の該粘着膜の色を検査しその色に基づいて該粘着膜の膜厚を計測する検査工程と、前記検査工程において前記粘着膜が所定の膜厚を有すると判断されたとき半田ボールを前記配列位置に載置する搭載工程と、前記半田ボールを加熱溶融しバンプを形成するバンプ形成工程を含むバンプ形成方法である。かかる形成方法によれば、電子部品の所定の配列位置に形成された粘着膜の色に基づいて該粘着膜の厚みが計測され、粘着膜が所定の厚みである場合にのみ半田ボールは該粘着膜に載置され、その結果、形成されたバンプの欠落や導通不良の発生が抑制される。

本発明のさらに加えて別の態様は、透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された電子部品の該粘着膜を撮像する撮像部と前記撮像された粘着膜の色に基づいて該粘着膜の膜厚を計測する膜厚推定部とを備えた膜厚計測手段と、少なくとも一の半田ボールを前記配列位置に載置可能な載置手段と、前記導電性ボールを加熱溶融するバンプ形成手段とを有し、上記バンプ形成方法を特に好適に実施可能なバンプ形成装置である。

本発明の一態様によれば、粘着膜は光透過性を有する有色体であるので、粘着膜の色の違いによりその塗布厚さを推定することができ、塗布箇所が多数ある場合でも短時間で粘着膜の厚さの検査をすることができる。したがって、所定の厚さで粘着膜が形成された被配列体に導電性ボールを載置することができるので、導電性ボールの抜けや導通不良を生じるバンプが形成される恐れが極めて少なく、生産性を高めることができる。

本発明について、その実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一態様の搭載装置の概略構成図である。図２は、図１の搭載装置の変形例である。図３は、図１の搭載装置の動作フロー図である。図４は、図１の搭載装置に内蔵されたデータの形態を説明する図である。なお、以下の実施形態の説明においては導電性ボールとして半田ボールを対象としているが、例えば、Ｓｎ又はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌなど金属を主体とした導電性ボールは本発明に含まれる。同様に、ポリプロピレン又はポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、酢酸セルロース、ポリエステル系などの樹脂を主体としたボールの表面に半田などの導電性金属をコーティングした導電性ボールは本発明に含まれる。さらに、被配列体として基板を対象としているが、例えば、半導体装置（チップ）、基板、ウエハ又はパッケージ、その他電子部品など接続バンプとして導電性ボールが採用される電子部品は本発明の被配列体に含まれる。また、電子部品に接続バンプを形成するための部材、例えば導電性ボールを電子部品に搭載するため該導電性ボールが配置される部材も本発明で言う被配列体に含まれる。

図１に示すように、本態様の搭載装置１は、半田ボールＢが配列される所定の配列位置である電極Ｐを有する基板Ｗに半田ボールＢを搭載するものであり、該電極Ｐには透光性を有する有色の粘着膜であるフラックス膜ｆが形成されている。このフラックス膜ｆを形成するフラックスとしては、ロジン等の樹脂を主体とした半田付け用フラックス或いは半田付け用フラックスを含むペーストなどを用いることができるが、好ましくは経時的な色変化が生じにくい染料や顔料を混合して有色半透明としている。このフラックスは透光性を有しているので、塗布されたフラックス膜ｆは、含有する染料色に背景の電極色と光源色が加わった色となって見えるが、厚みが異なると、透過光距離及び拡散透過光量が変わるため光学濃度が変化して例えば図４に示すようにフラックス膜ｆの厚みによりその明度が変化する。即ち、例えば基板Ｗのフラックス膜ｆの厚みがばらついているとその明度がばらついて見える。本願発明者らは、この半透明のフラックス膜（粘着膜）の厚みと色の相関関係について長年の間研究し、その相関関係に基づいて粘着膜の厚みを計測するという知見を得た。以下、それを実現するための一態様の搭載装置について説明する。

本態様の搭載装置１は、図１に示すように、上記基板Ｗにおいてフラックス膜ｆが配置された領域を撮像可能な撮像部１１１と撮像されたフラックス膜ｆの色に基づいてフラックス膜ｆの膜厚を推定する膜厚推定部１１２とを備えた膜厚計測手段１１と、電極Ｐの配列に対応し前記半田ボールＢを挿通可能な位置決め開口部１３２が形成されたマスク１３１を備え膜厚計測手段１２の下流側に配設された載置手段１３という基本的な構成を有するとともに、バンプ形成について一連の工程を自動的に処理するため電極Ｐにフラックス膜ｆを形成する粘着膜形成手段１２が膜厚計測手段１１の上流側に、電極Ｐに載置された半田ボールＢを加熱溶融し冷却してバンプを形成（バンプ化処理）するバンプ形成手段である加熱炉１５が搭載手段１３の下流側に組み込まれている。ここで、基板Ｗは、紙面において水平方向に移動可能な移動テーブル１４に電極Ｐを上方に向けて水平な姿勢で載置されており、その移動テーブル１４で、粘着膜形成手段１２のある粘着膜形成位置、膜厚計測手段１１のある検査位置および載置手段１３のある載置位置に位置決めされる。

なお、上記粘着膜形成手段１１と加熱炉１５は必要に応じ組み込まれる物であり、例えば予めフラックス膜ｆが形成されている基板Ｗが準備されている場合には粘着膜形成手段１２は不要である。また、膜厚計測手段１１は、単独の膜厚検査装置として構成し使用することもできる。

図１に示す粘着膜形成手段１２は、印刷法を用いて全ての電極Ｐについて一括でフラックスを印刷する物であり、電極Ｐの配列に対応し貫通孔１２２が形成された印刷マスク１２１と、印刷マスク１２１の上面に適量供給されたフラックスを塗り広げて前記貫通孔１２２に充填するスキージ１２３とから構成されている。このように一括してフラックスを塗布する粘着膜形成手段としてはスプレー法や蒸着法などを使用した物を組み込むことができる。また、電極Ｐについて個別に例えば一箇所ずつフラックスを塗布する粘着膜形成手段を組み込むこともでき、例えば図２（ｂ）に示すように、適量のフラックスを下方に注出するディスペンサ２２１とそのディスペンサ２２１を３軸方向に移動させる不図示の移動手段とから構成された粘着膜形成手段２２を組み込んでもよい。また、一括してフラックスを塗布する物と併せ、後述するフラックスの補充用に個別に塗布する物を組み込むこともできる。

膜厚計測手段１１の撮像部１１１は例えば光学式カメラやＣＣＤカメラなど周知の撮像機器からなり、複数のフラックス膜ｆの配置された領域全体を撮像できるように配設されている。ここで、撮像部１１１の撮像エリアが狭くフラックス膜ｆの配置された領域の一部しか撮像できない場合には、撮像部１１１が水平方向に移動しながらその領域の全体を撮像するように構成してもよい。

撮像部１１１で撮像した撮像データが送られる膜厚推定部１１２はいわゆるパーソナルコンピュータであり、撮像データにおける個々のフラックス膜ｆの色について定量性のある色度や明度に基づいて解析し、解析して得られたデータから個々のフラックス膜ｆの膜厚を推定する。ここで、フラックス膜ｆの色の解析手法としては公知の色認識技術を応用した種々の手法をとることが可能であるが、本態様ではフラックス膜ｆの画像データの明度について白黒濃淡処理で２５６階調にしグレースケール変換したデータとしている。

また、膜厚推定部１１２には、図４に示すようなフラックス膜ｆの色についてグレースケール変換された明度とフラックス膜ｆの厚みとの相関関係がデータテーブルなどの形態で基本データとして保存されている。この基本データは、実際の生産に使用されるのと同様な電極に既知の厚みを有するフラックス膜ｆを形成したサンプルをフラックス膜ｆの厚み別に複数個準備しておき、そのサンプルのフラックス膜ｆの色を事前に膜厚計測手段１１で確認し作成することができる。

この膜厚推定部１１２は次の処理を実行する。膜厚推定部１１２は、内蔵した基本データにおいて図４において符号ａで示す管理すべきフラックス膜ｆの厚さの寸法範囲に対応する明度の範囲ｂを検査基準データとする。また、膜厚推定部１１２は、撮像部１１１から送られたフラックス膜ｆの撮像データを解析し、その明度をグレースケールに変換して検査データとし、検査データと検査基準データとを比較する。そして、その検査データが検査基準データの範囲内にあるときフラックス膜ｆが所定の厚さの範囲ａにあると判断する。このように、撮像部１１１で同時に撮像された多数個のフラックス膜ｆの撮像データは、膜厚推定部１１２においてその個々の色が解析された検査データが生成され、個々のフラックス膜ｆの検査データと検査基準データが比較され、個々にその膜厚が判断される。なお、膜厚推定部１１２は、その検査データを基本データに対応づけフラックス膜ｆの厚みそのものを推定し、例えばその値を表示させることもできる。

さらに、膜厚推定部１１２は、上記の基本的な機能に加え周知の画像処理技術により画像データの位置を演算することもでき、例えば所定の厚みの範囲にない不良のフラックス膜ｆがある場合にはその位置情報を算出する。

載置手段１３はすべての電極Ｐに一括して半田ボールＢを載置する物であり、マスク１３１と、マスク１３１の上面に供給された半田ボールＢを位置決め開口部１３２へ充填する振込部材１３３とから構成されている。マスク１３１は、その位置決め開口部１３２が電極Ｐとほぼ一致するように基板Ｗに対し人手または機械的に位置合わせされる。マスク１３１の上面に供給された半田ボールＢは振込部材１３３により位置決め開口部１３２を通して電極Ｐに載置される。なお、一括して半田ボールＢを載置する載置手段としては、図２（ｂ）において符号２３で示すように、電極Ｐの配列に対応した吸着孔２３１と、不図示の減圧装置に接続される接続口２３３と、減圧室２３２とを備えた函状の吸着ヘッドを用いることもできる。また、電極Ｐに個別に半田ボールＢを載置する載置手段としては、図２（ｃ）において符号３３で示すように、下端部で半田ボールＢを脱着可能な真空ピンセット３３１と真空ピンセット３３１を３軸方向に移動させる移動手段とを備えた物を用いることもできる。

上記搭載装置１の動作について図１および図３を参照して説明する。

（粘着膜形成工程：Ｓ１）
電極Ｐを上に向けて移動テーブル１４に基板Ｗを載置し、搭載装置１の動作を開始する。移動テーブル１４が粘着膜形成位置へ移動したのちに電極Ｐに対し貫通孔１２２がほぼ一致するようにマスク１２１を基板Ｗに位置決めする。そのマスク１２１の上にフラックスを供給し、そのフラックスをスキージ１２３で押し広げ貫通孔１２２に充填しフラックス膜ｆを形成する。その後、マスク１２１を基板Ｗから取り外す。

（検査工程：Ｓ２）
粘着膜形成位置から検査位置へ移動テーブル１４が移動した後に、基板Ｗに形成されたフラックス膜ｆの全体を一度に撮像部１１１で撮像し、撮像した撮像データを膜厚推定部１２１で解析し個々のフラックス膜ｆの明度についてグレースケールに変換した検査データを生成し、その検査データと検査基準データとを比較し、個々のフラックス膜ｆの厚みが所定範囲にあるか否かを全てのフラックス膜ｆについて判断する。

（搭載工程：Ｓ３）
工程Ｓ２において、全てのフラックス膜ｆが所定の厚さ範囲にあると判断されると、移動テーブル１４は検査位置から載置位置へ移動する。次に、電極Ｐに対し位置決め開口部１３２がほぼ一致するように基板Ｗに対してマスク１３１を位置決めし、マスク１３１の上面に半田ボールＢを供給し、振込部材で位置決め開口部１３２を通して電極Ｐに載置する。

（除去工程：Ｓ４またはＳ４´）
工程Ｓ２において、所定の厚みにない不良のフラックス膜ｆがあると判断された場合には、移動テーブルＳ４をラインオフさせてフラックス膜ｆを除去するか、別に設けた除去手段で機械的にフラックス膜ｆを除去し、基板Ｗを粘着膜形成工程へ戻す。このとき、すべてのフラックス膜ｆを除去してもよい（工程Ｓ４）。しかし、不良のフラックス膜ｆの個数が少ない場合には不良のフラックス膜ｆのみを除去してもよい（工程Ｓ４´）。後者の場合、図２（ａ）で示した個別にフラックスを塗布できる粘着膜形成手段２２を工程Ｓ１において用いれば機械的にフラックスが塗布できるので都合がよい。さらに、膜厚推定手段１１２は、不良のフラックス膜ｆの位置情報を算出できるので、その位置情報に基づいてフラックスが除去された電極Ｐにのみにその粘着膜形成手段２２で自動的にフラックスを塗布することもできる。

（バンプ化工程：Ｓ５）
このようにして電極Ｐに載置された半田ボールＢを加熱炉１５で加熱溶融し、冷却凝固させるバンプ形成処理をしてバンプを形成する。ここで、半田ボールＢは、所定厚さのフラックスｆに載置されその粘着力で保持されているので基板搬送時の振動や衝撃に対しても脱落することなく保持されるとともに、半田ボールＢが溶融した時に電極Ｐと十分に濡れて接続され良好なバンプが信頼性高く形成される。

本発明に係る導電性ボール搭載装置の概略構成図である。 図１の搭載装置の変形例について示す構成図である。 本発明に係る導電性ボール搭載方法のフロー図である。 粘着膜の色の濃さと膜厚の関係の例を示す図である。

符号の説明

１ 搭載装置
１１ 膜厚計測手段、１１１ 撮像部、１１２ 膜厚推定部
１２ 粘着膜形成手段、１２１ 印刷マスク、１２２ スキージ
１３ 載置手段、１３１ マスク、１３３ 振込部材
１４ 移動テーブル
１５ 加熱炉
Ｂ 半田ボール
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載方法であって、前記粘着膜の色を検査しその色に基づいて該粘着膜の厚みを計測する工程を含む導電性ボールの搭載方法。
2. 透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された被配列体に該粘着膜を介して導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記粘着膜を撮像する撮像部と前記撮像された粘着膜の色に基づいて該粘着膜の膜厚を計測する膜厚推定部とを備えた膜厚計測手段と、少なくとも一の導電性ボールを前記配列位置に載置可能な載置手段とを有する導電性ボールの搭載装置。
3. 透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された電子部品の該粘着膜の色を検査しその色に基づいて該粘着膜の膜厚を計測する検査工程と、前記検査工程において前記粘着膜が所定の膜厚を有すると判断されたとき半田ボールを前記配列位置に載置する搭載工程と、前記半田ボールを加熱溶融しバンプを形成するバンプ形成工程を含むバンプ形成方法。
4. 透光性を有する有色の粘着膜が所定の配列位置に形成された電子部品の該粘着膜を撮像する撮像部と前記撮像された粘着膜の色に基づいて該粘着膜の膜厚を計測する膜厚推定部とを備えた膜厚計測手段と、少なくとも一の半田ボールを前記配列位置に載置可能な載置手段と、前記導電性ボールを加熱溶融するバンプ形成手段とを有するバンプ形成装置。

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