JP2743058B2 - 微小球除去方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、好適にはフィルムキャ
リアのインナーリード、電極又は半導体チップの電極等
に微小金属球で成るバンプを接合する際、その微小金属
球を配列・固定しておくための配列基板から余剰の微小
金属球を除去するための微小球除去方法及びその装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】所謂フィルムキャリアのインナーリード
と半導体チップの電極の接合媒体となるバンプとして、
ウェハバンプ，スタッドバンプ及び転写バンプ等が知ら
れている。ウェハバンプは、半導体製造後、ウェハの形
態で電極パッド上にバリアメタルを形成し、その上にＡ
ｕ等のバンプをメッキにより形成するものである。とこ
ろが、このウェハバンプは、プロセスの工程数を増加さ
せ、半導体装置の歩留り低下の原因となるばかりか、特
に少量多品種品に対してはコスト的に見合わない等の問
題がある。

【０００３】スタッドバンプは、半導体チップの電極パ
ッドに１つずつワイヤボンディングの１次接合時のボー
ルボンディングを行い、接合後にワイヤのネック部を切
断することによって、スタッドバンプを形成するが、こ
の切断部にワイヤの残りが凸形状且つ不均一に残る。こ
のためかかるバンプを用いた場合、接合信頼性はかなり
低いものになってしまう。また１ピンずつバンピングす
るために時間がかからざるを得ない。

【０００４】更に、フィルムキャリアのインナーリード
にバンプを接合する方法として、基板にメッキ成長させ
たバンプをインナーリードに接合するようにした転写バ
ンプにおいては、メッキ成長によるバンプは半球状のバ
ンプであるため、接合に必要となるバンプ高さに対して
バンプ幅が大きくなってしまい、特に１００μｍ以下の
狭ピッチ接合には適当なものではない。

【０００５】なお、このような問題に対処するため、微
小金属球を予め半導体の電極パッドと同一座標に配列さ
せ、それを一括で電極上に接合するようにしたバンプの
形成方法が検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バンプ接合もしくは形成方法において、微小金属球を配
列基板上に配列させるとき、静電気等の原因により基板
上に余分な金属球が付着し、または金属球同士が付着し
てしまうという問題があった。かかる余分な微小金属球
は、その基板から確実に除去しなければならないが、微
小でしかも多数の金属球を使用しているため、余分なも
のだけを的確に除去することは困難であった。

【０００７】本発明は、かかる実情に鑑み、配列基板に
おける配列時、余分な微小金属球を確実かつ迅速に除去
し得る微小球除去方法及びその装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による微小球除去
方法は、好適には、例えば微小金属球で成るバンプに適
用されるが、多数の微小球を配列基板の所定位置に配列
し、この配列基板に超音波振動を付与することにより、
前記配列基板に付着した余分な微小球を除去するように
したものである。この微小球除去方法において、特に前
記微小球は、真空吸着により前記配列基板に固定され
る。

【０００９】本発明による微小球除去装置は、微小球を
配列・固定するための多数の配列孔を有する配列基板に
対して、超音波振動を付与する超音波振動源を備え、前
記超音波振動源を作動させて、前記配列基板を超音波振
動させるようにしたものである。この微小球除去装置に
おいて、特に超音波振動源としての超音波振動子は、配
列基板に内蔵され、或いは配列基板の外部に設けられて
いる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、微小球を配列・固定するため
の配列基板に対して超音波振動を付与し得る超音波振動
源として、超音波振動子を備えている。この超音波振動
子を作動させることにより、余分な微小金属球が付着し
た配列基板、又はこの配列基板を固定している部材に超
音波振動が付与される。この結果、配列基板に付着した
余分な微小球が瞬間的に除去される。従って、配列基板
の所定位置に、多数の微小球を適正且つ確実に配列する
ことができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明による微小球
除去方法及びその装置の好適な実施例を説明する。

【００１２】図１は、本発明の微小球除去装置１の代表
的構成例を示している。この実施例では、超音波振動源
としての超音波振動子２を備えている。この超音波振動
子２は、配線３を介して、その超音波振動を制御するた
めの制御装置４に接続されている。なお、本実施例にお
いて、本発明を適用すべき微小球として、好適には例え
ばバンプを構成する微小金属球Ｂとする。

【００１３】また図１において、配列基板１０は、微小
金属球Ｂを吸着・固定するための吸着孔１１を有し、ま
た基材１２は、吸引管１４を介して真空ポンプ等の真空
源（図示せず）と接続した吸引孔１３を有しいる。配列
基板１０は、吸着孔１１及び吸引孔１３が整合するよう
に、正確に位置合わせして基材１２に固定される。具体
的には、吸着孔１１の穴径は３０μｍであり、所定のピ
ッチ及び配列パターンにて例えば３２８個設けられてい
る。なお、本実施例において配列基板１０と基材１２と
は、別体構成となっているが、これらを一体形成して全
体として１つの配列基板（一体配列基板）が構成される
ようにしてもよい。超音波振動子２は、基材１２内に埋
設するかたちで組み込まれ、即ち内蔵されている。超音
波振動子２が発生すべき超音波振動の振動数及び振幅等
は、制御装置４によって適宜制御されるようになってい
る。

【００１４】次に、上述の構成で成る本発明装置を用い
た微小球除去方法を説明する。上記真空源により吸引管
１４を介して真空引きすると、微小金属球Ｂが吸着孔１
１に吸着される。本実施例では、球径４０μｍのＡｕ
（金）の微小金属球Ｂが用いられるが、基本的に１つの
吸着孔１１に対して１つの微小金属球Ｂが吸着されるこ
とが好ましい。ところで、静電気等の原因で図１に示さ
れるように、配列基板１０の表面、または既に吸着孔１
１に適正に吸着されている微小金属球Ｂに余分な微小金
属球Ｂ′が付着する場合がある。この余分な微小金属球
Ｂ′は、吸引孔１１に適正に吸着されるべき微小金属球
Ｂの全数等にもよるが、本実施例では５〜１０個程度の
余分な微小金属球Ｂ′が付着する。

【００１５】前記制御装置４により超音波振動子２を作
動させると、基材１２、そして配列基板１０に対して超
音波振動が付与される。この超音波振動の振動数は、好
ましくは５０ｋＨｚである。このように配列基板１０を
超音波振動させることにより、配列基板１０に付着して
いる余分な微小金属球Ｂ′はすべて瞬間的に配列基板１
０から離脱し、その配列基板１０の下方に設置されてい
る回収皿（図示せず）内に落下する。そして微小金属球
Ｂ′が完全に配列基板１０から除去されたことを確認し
て、超音波振動子２の作動が停止される。上記の場合、
超音波振動子２を作動させるタイミングは、微小金属球
Ｂの吸着と同期して、即ち配列基板１０への微小金属球
Ｂの吸着の際に常時作動させるようにしてよい。この場
合には、微小金属球Ｂが吸引孔１１に吸着されるのと同
時に、余分な微小金属球Ｂ′が付着され得ないようにす
ることができる。

【００１６】ここで、超音波振動子２は、図２に示した
ように基材１２の裏面に固着するようにしてもよい。こ
の場合、超音波振動子２は、ビス等を用いて基材１２の
適所に固定される。このように超音波振動子２を基材１
２もしくは一体配列基板に対して所謂、外付けした場合
でも、上記と同様に配列基板１０に対して超音波振動を
付与し、余分な微小金属球Ｂ′を完全に除去することが
できる。特にこの場合には、基材１２を大型化しないで
済む。

【００１７】また超音波振動子２は、図３に示したよう
に、例えば適宜の接着剤５を用いて基材１２に固着する
こともできる。そして、接着剤５によって超音波振動子
２を基材１２に密着させる。なお、接着剤５の代わりに
ゴム材又は高粘性のグリース等を基材１２及び超音波振
動子２間に介在させてその超音波振動子２を固定するよ
うにしてもよい。

【００１８】上記の説明において、超音波振動子２が、
配列基板１０及び基材１２（もしくは一体配列基板）に
内蔵され（図１）、又は外付けされる例（図２及び図
３）を示したが、超音波振動源を配列基板１０及び基材
１２と切離して別体に設け、一定の媒体（例えば水）を
介して配列基板１０に超音波振動を付与するようにして
もよい。この場合、超音波振動源にて発生した超音波振
動がその媒体中を伝播し、これにより配列基板１０に対
して超音波振動を付与するというものである。

【００１９】更に配列基板１０に対する超音波振動の付
与の仕方としては、超音波振動源を配列基板１０に対し
て機械的に当接させることにより、超音波振動を付与す
ることも可能である。即ち、例えば図４に示したよう
に、微小金属球Ｂが吸着されている配列基板１０を所定
のステージ６上に載置・固定し、配列基板１０の中心部
に対して、超音波振動源１′としての例えばワイヤボン
ダのキャピラリー７を一定の荷重（１００ｇｆ程度）を
かけながら当接させ、このキャピラリー７を超音波振動
させる。

【００２０】このようにキャピラリー７を介して超音波
振動を付与することにより、余分な微小金属球Ｂ′を完
全に配列基板１０から除去することができるが、この場
合、特に配列基板１０の上表面に所定量のエアブローを
適用し、配列基板１０から浮遊する余分な微小金属球
Ｂ′を強制的に排除する。なお、配列基板１０を図４の
場合とは上下反転させて固定する場合には、特にエアブ
ローを適用する必要はなく、その場合、余分な微小金属
球Ｂ′は自然落下する。

【００２１】次に、本発明の具体的な適用例について、
特にフィルムキャリアのインナーリード又は半導体チッ
プの電極チップ等に対して、微小金属球Ｂを接合する工
程を例にとって説明する。

【００２２】先ず図５に示すように、この接合工程にて
使用される接合装置は、主要構成として、微小球配列機
構１００と、基板搬送機構２００と、微小球認識手段３
００と、接合用ステージ４００とを備えている。なお、
この装置は、例えばインナーリードボンダ等の接合機構
を有する装置に微小金属球を配列・接合する機能を付加
させることによって構成することができる。

【００２３】次に、微小球配列機構１００においては、
図６に示すように、微小球ストック皿１０１に振動が与
えられている。即ち、金属製の微小球ストック皿１０１
に微小金属球Ｂを入れ、パーツフィーダー等の振動発生
機１０２により振動させる。これにより微小金属球Ｂは
効果的に浮遊する。この時の振動周波数は微小金属球Ｂ
の大きさ等に応じて０〜１ｋＨｚまで可変とし、また、
微小球ストック皿１０１は振動発生機１０２からの脱着
が可能とする。

【００２４】次に、本発明に係る配列基板１０及び基材
１２に微小金属球Ｂを吸着させる。基材１２は、前述の
ように球径よりも小さい吸着孔１１が所定位置に配列さ
れた配列基板１０を有しており、吸着孔１１は半導体チ
ップ複数分で設けられているのが好ましい。そして、基
材１２を逆さにし、微小球ストック皿１０１の近傍まで
下降させ、上下に振幅させながら微小金属球Ｂを配列基
板１０の吸着孔１１に真空吸着させる。ここで、基材１
２の下降距離及び振幅距離は０．１ｍｍ単位で制御可能
とし、振幅回数の制御も可能とする。また、このとき、
基材１２を水平方向に微振動させると、余剰に吸着され
る微小金属球Ｂの数が最小限度に抑制され、より効果的
に吸着させることができる。

【００２５】さて、基材１２を上昇させて、制御装置４
により超音波振動子２を作動させると、配列基板１０に
対して超音波振動が付与される。これにより余分な微小
金属球Ｂ′は、図示されているようにすべて瞬間的に配
列基板１０から離脱し落下する。なお、超音波振動子２
を作動させるタイミングは、微小金属球Ｂの吸着と同時
に配列基板１０を超音波振動させるように設定してもよ
い。

【００２６】次に、図７に示すように、余剰の微小球除
去後の基材１２を認識位置に移動させ、微小球認識手段
３００により微小球欠落、微小球余剰の有無を画像認識
させる。仮に微小球認識時に不良が発生していた場合、
真空リークと機械的除去により、吸着させている微小金
属球Ｂを全て回収し、微小球吸着を再度行う。

【００２７】次に、図５に示した基板搬送機構２００に
より、基材１２を接合ステージ４００まで搬送する。こ
の搬送時には、振動等により微小金属球Ｂが欠落するこ
とがないようにする。

【００２８】次に、図７に示すように、搬送された基材
１２を反転させて、接合ステージ４００上に装着し固定
する。接合ステージ４００は接合装置本体ステージと共
用し、ステージ固定は真空吸着とする。接合ステージ４
００にセットされた基材１２の配列基板１０の微小金属
球Ｂと、フィルムキャリアのインナーリード２０とのア
ライメントを行う。これは本体装置のアライメント機構
を用いることができる。そして、アライメント後、微小
金属球Ｂをインナーリード２０に接合（転写）する。こ
の接合はインナーリードボンダ装置本体の機能を用いて
行うことができる。

【００２９】また、半導体チップの電極パッドに微小金
属球Ｂを接合する場合は、図８に示すように、接合用ス
テージ４００上に半導体チップ３０を載置する。そし
て、微小金属球を反転させずに下降させて、微小金属球
Ｂを半導体チップ３０の電極パッドに接触させ、加熱ツ
ール５００により基板１２を押圧して、微小金属球Ｂを
電極パッドに接合する。

【００３０】更に、プリント回路基板（ＰＣＢ）におい
て本発明を適用し、定量的に半田供給を行う場合の例を
説明する。ところで、ＱＦＰ，ＴＳＯＰ，ＴＣＰ等をＰ
ＣＢ上に表面実装する際、接合されるＰＣＢのパッド上
には半田がメッキ或いは印刷されている。例えば、多ピ
ンパッケージを小面積に実装する場合、そのパッケージ
のアウターリードのピッチが０．３ｍｍ以下のものもあ
る。ところが、従来の例えばレベラー法では実装するの
が実質的に不可能であり、また他の方法でもコスト的及
び品質的に多くの問題点が残っている。

【００３１】さて、プリント回路基板４０は、例えば図
９に示したように、基板４１上に多数のパッド４２が所
定のピッチ（０．１５ｍｍ）及びパターンで配列されて
いるものとする。また配列基板１０′は、図１０に示し
たようにパッド４２に対応して多数の吸着孔１１′を有
している。この吸着孔１１′は、上記パッド４２のピッ
チや長さ（２．０ｍｍ）を考慮して形成されるが、この
例では孔径５０μｍである。配列基板１０′はまた、板
厚０．２ｍｍでステンレス鋼もしくはガラス材料等によ
り形成される。

【００３２】この適用例では、微小球として球径７０μ
ｍの半田球とするが、図１１に示すように、かかる微小
金属球Ｂを入れた微小球ストック皿１０１が振動発生機
１０２にセットされる。そしてこの微小球ストック皿１
０１を４００Ｈｚ程度の振動数で振動させることによ
り、微小金属球Ｂは効果的に浮遊する。次に、配列基板
１０′を下方に向けて基材１２′を下降させ、浮遊して
いる微小金属球Ｂを配列基板１０′の吸着孔１１′に吸
着させる。この後、基材１２′を上昇させて、制御装置
４により超音波振動子２を作動させて、配列基板１０′
に対して超音波振動させることにより、余分な微小金属
球Ｂ′はすべて瞬間的に配列基板１０′から除去され、
この工程により配列基板１０′において微小金属球Ｂを
確実且つ正確に配列させることができる。

【００３３】次に、図１２に示すように、微小球認識手
段３００により微小球欠落、微小球余剰の有無を画像認
識し、接合ステージ４００上の所定位置に固定されてい
るプリント回路基板４０との位置合わせ（アライメン
ト）を行う。なお、プリント回路基板４０のパッド４２
上には、後のリフロー工程において該パッド４２への半
田漏れ性を良くするために、予めフラックス４３が塗布
されている。次にアライメント完了後、基材１２′をプ
リント回路基板４０まで下降させ、パッド４２に対して
微小金属球Ｂを接合もしくは接着する。そしてプリント
回路基板４０を熱処理することにより、その半田がパッ
ド４２に漏れて、最終的に半田量が均一になったプリン
ト回路基板４０が得られる。このようにプリント回路基
板４０の場合においても、定量的な半田供給を実現する
ことができる。

【００３４】また、上記の微小球除去方法の応用例とし
て、リペア後の半田供給に有効に適用することができ
る。例えば図１３に示したように、プリント回路基板４
０上に複数の半導体パッケージ５０，５１，５２が実装
されている場合（図１３（ａ））、それらのうちの例え
ば半導体パッケージ５１を取り除き、このリペア後にプ
リント回路基板４０上に残留する半田が除去される。そ
して、図１３（ｂ）に示されるように、プリント回路基
板４０上の半導体パッケージ５０及び５２間で、上述の
定量的な半田供給を行うものである。即ち、図示のよう
に微小金属球Ｂを吸着した配列基板１０′を有する基材
１２′がアライメントされ、この場合にも定量的に半田
供給を行うことができる。

【００３５】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されることなく、本発明
の技術的思想に基づいて各種の有効な変更並びに応用が
可能である。例えば、特に微小球として、バンプ又は半
田球である微小金属球Ｂの例を説明したが、導電性ゴム
材料で成る微小球を用いて、この種の接合を行う場合に
おいても、上記実施例の場合と同様に配列基板を超音波
振動させることにより、配列基板に付着した余分なその
微小球を完全に除去することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
この種の微小球の接合工程において、その配列基板に超
音波振動を付与することにより、配列基板から余分な微
小球を完全に除去することができる。特に極めて微小な
多数の金属球にあっては、僅かな静電気力だけで簡単に
配列基板、或いは相互に付着してしまう場合がある。こ
のような微小金属球に対しては超音波振動が極めて有効
であり、この振動エネルギを与えることで例えば、バン
プとして微小金属球を用いる場合、フィルムキャリアの
インナーリード、電極又は半導体チップ上の電極パッド
等に接合されるべきバンプを確実且つ正確に配列し、品
質や生産性を有効且つ大幅に向上させることができる等
の利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微小球除去装置の代表的構成例を示す
断面図である。

【図２】本発明の微小球除去装置の変形例を示す断面図
である。

【図３】本発明の微小球除去装置の他の変形例を示す断
面図である。

【図４】本発明の微小球除去装置の別の変形例を示す断
面図である。

【図５】本発明の具体的適用例における微小金属球の接
合装置全体の構成を示す概略平面図である。

【図６】本発明に係る上記接合装置における微小球配列
機構による微小球配列動作を示す概略図である。

【図７】本発明に係る上記接合装置におけるフィルムキ
ャリアのリードへの微小球接合を示す概略図である。

【図８】本発明に係る上記接合装置における半導体チッ
プの電極パッドへの微小球接合を示す概略図である。

【図９】本発明の具体的適用例に係るプリント回路基板
の概略平面図である。

【図１０】本発明の微小球除去装置に係る上記プリント
回路基板のための配列基板の概略平面図である。

【図１１】本発明の上記プリント回路基板への適用例に
おける微小球配列機構による微小球配列動作を示す概略
図である。

【図１２】本発明の上記プリント回路基板への適用例に
おけるパッドに対する半田供給を示す概略図である。

【図１３】本発明の上記プリント回路基板への適用例に
おける応用例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 微小球除去装置 ２ 超音波振動子 ３ 配線 ４ 制御装置 ５ 接着剤 ６ ステージ ７ キャピラリー １０ 配列基板 １１ 吸着孔 １２ 基材 １３ 吸引孔 １４ 吸引管 ２０ インナーリード ３０ 半導体チップ ４０ プリント回路基板 ４１ 基板 ４２ パッド ５０，５１，５２ 半導体パッケージ １００ 微小球配列機構 ２００ 基板搬送機構 ３００ 微小球認識手段 ４００ 接合用ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−15057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−7043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−130810（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の微小球を配列基板の所定の位置に
   ある吸着孔に真空吸着によって配列担持し、前記配列基
   板に超音波振動を付与することにより、前記配列担持さ
   れた微小球以外の余分な微小球を除去することを特徴と
   する微小球除去方法。
2. 【請求項２】 前記微小球は金属又は導電性ゴム材料か
   ら成ることを特徴とする請求項１に記載の微小球除去方
   法。
3. 【請求項３】 微小球を所定の位置にある吸着孔に真空
   吸着によって配列担持するための多数の配列孔を有する
   配列基板と、 前記配列基板に配列担持された微小球以外の余分な微小
   球を除去するように前記配列基板に超音波振動を付与す
   る超音波振動源と、 を備えたことを特徴とする微小球除去装置。
4. 【請求項４】 前記微小球は金属又は導電性ゴム材料か
   ら成ることを特徴とする請求項３に記載の微小球除去装
   置。
5. 【請求項５】 超音波振動子が前記配列基板に内蔵され
   ていることを特徴とする請求項３に記載の微小球除去装
   置。
6. 【請求項６】 超音波振動子が前記配列基板の外部に設
   けられていることを特徴とする請求項３に記載の微小球
   除去装置。
7. 【請求項７】 前記超音波振動源は、一定の媒体を介し
   て前記配列基板に超音波振動を付与することを特徴とす
   る請求項３に記載の微小球除去装置。
8. 【請求項８】 前記超音波振動源を前記配列基板に当接
   させることにより、前記配列基板に超音波振動を付与す
   ることを特徴とする請求項３に記載の微小球除去装置。
9. 【請求項９】 前記配列基板の外部に接着固定された超
   音波振動子から、接着固定材料を介して前記配列基板に
   超音波振動が伝達されることを特徴とする請求項７に記
   載の微小球除去装置。