(57)【要約】      （修正有）【課題】ボールマウント方法及び同ボールマウント方法を利用したボールマウントシステムを提供する。【解決手段】半田ボール２２を基板プレート２０上に塗布されたフラックスにマウントした後、当該基板プレート２０に所定の力である振動外力を印加することにより、基板プレート２０のボールパッド２０４の位置に合致していない半田ボール２２が、振動外力の作用により、基板プレート２０上に被覆されたソルダーマスク層２０３に形成された、基板プレート２０のボールパッド２０４を露出させるための開口に搭載されて、次いで、リフローが行われることで、基板プレート２０上のボールマウント工程が完了する。この方法により、半田ボール２２を基板プレート２０上のボールパッド２０４の位置に合致させることができるため、ミッシングボールの問題を効果的に解決することができ、リワークする必要を回避でき、製品の信頼性が向上する。【選択図】図２Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板ユニットからなる基板プレートを準備し、前記基板プレート上にソルダーマスク層を有し、前記ソルダーマスク層に基板プレートに形成された複数のボールパッドを露出させるための開口が形成される工程と、
フラックスを前記複数のボールパッドに塗布する工程と、
複数の半田ボールを前記フラックス上にマウントする工程と、
前記基板プレートに所定の力を有する振動外力を印加することにより、前記ボールパッド上に位置決めされていない一部の半田ボールが前記振動外力及びそれ自体の重力により前記開口に転がることでボールパッド上に位置決めされる工程と、
リフローを行う工程と、
を備えていることを特徴とするボールマウント方法。
【請求項２】
前記複数の基板ユニットからなる基板プレートは、第１の表面及び第２の表面を有していることを特徴とする請求項１に記載のボールマウント方法。
【請求項３】
前記第１の表面上の前記基板ユニットのそれぞれがチップと前記チップを被覆する封止材とを有していることを特徴とする請求項２に記載のボールマウント方法。
【請求項４】
前記第２の表面にソルダーマスク層が塗布されていることを特徴とする請求項２に記載のボールマウント方法。
【請求項５】
前記振動外力の振動方向は、左右揺動、上下振動又はその組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のボールマウント方法。
【請求項６】
複数の基板ユニットからなる基板プレートを搭載するためのキャリアであって、前記基板プレート上にソルダーマスク層が形成され、前記ソルダーマスク層に基板プレートに設けられた複数のボールパッドを露出させるための複数の開口が形成されているキャリアと、
フラックスを前記複数のボールパッドに塗布するためのフラックス塗布ユニットと、
半田ボールを前記フラックスにマウントするための半田ボールマウントユニットと、
前記基板プレートに所定の力を有する振動外力を印加するための外力印加ユニットと、
半田ボールを前記基板プレート上に半田付けするためのリフローユニットと、
を備えていることを特徴とするボールマウントシステム。
【請求項７】
前記外力印加ユニットは、超音波振動器又は機械式振動器を含むことを特徴とする請求項６に記載のボールマウントシステム。
【請求項８】
前記外力印加ユニットを前記半田ボールマウントユニットと同時に使用することを特徴とする請求項６に記載のボールマウントシステム。
【請求項９】
前記外力印加ユニットを前記リフローユニットと同時に使用することを特徴とする請求項６に記載のボールマウントシステム。
【請求項１０】
前記基板プレートは、フリップチップ基板プレート、ボールグリッドアレイ基板プレート又はウィンドウ型ボールグリッドアレイ基板プレートであることを特徴とする請求項６に記載のボールマウントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールマウント（ｂａｌｌ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）方法及び該ボールマウント方法を利用したボールマウントシステムに関し、特に半田ボールを基板のボールパッド上にマウントするボールマウント方法及び該ボールマウント方法を利用したボールマウントシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実装コストを低減させ、スループットを向上させるために、適用された条件下において、実装業者は、アレイ状に配設された複数の基板ユニット（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｕｎｉｔ）を有する基板プレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｐｌａｔｅ）を使用している。半導体チップを基板プレート上の対応する基板ユニットに実装し電気的に接続した後、モールドプロセス（ｍｏｌｄｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を行うことで、当該基板プレートに半導体チップが実装された頂面上に１枚（２枚又は３枚でもよい）型の封止材（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）を形成することにより半導体チップを被覆し、次いで、当該基板プレートの底面に半田ボールをマウントしてリフローを行い、基板ユニット単位で個片化（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を行うことにより、複数の半導体パッケージを形成することができる。
【０００３】
このように１枚、２枚又は３枚型封止材を形成する方法では、一括（ｂａｔｃｈ）工程により一度に複数の半導体パッケージを形成することができ、基板ユニット毎にモールディングを行う必要がないため、実装コストを低減し、単位時間のスループットを向上させることができる。ただし、封止材、基板プレート、半導体チップ等の材料のいずれも熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ＣＴＥ）が異なっているため、図１Ａ、図１Ｂに示すように、実装プロセスにおける温度サイクル（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｙｃｌｅ）で生じた熱応力により基板プレートの長手方向に沿った両側に反り（ｗａｒｐａｇｅ）現象が発生するおそれがある。
【０００４】
しかも、スループットをさらに向上させ、実装コストをさらに低減させるためには、基板プレートをできる範囲内でより大きくし、基板プレート毎の基板ユニットの数量を増加させることにより、一度により多くの半導体パッケージを生産する必要がある。従って、基板プレートの寸法が大きいほど、反り現象が顕著となる。
【０００５】
ただし、基板プレート上のボールパッドに対してフラックスのフィーダー及び半田ボールのマウンタが行うフラックスのシート材及び半田ボールのマウント位置は、いずれも予め位置決めされているため、基板プレート１２の長手方向に沿った両側１０ａ、１０ｂに反りが発生し基板プレート１３となった場合、図１Ｂにおけるボールパッドの所定の位置中心線１６ａ、１６ｂに示すように、反り現象が生じた両側１５ａ、１５ｂにおけるボールパッド１１が所定のボールパッド１１の位置よりずれても、それに伴ってフラックスのフィード位置決め及び半田ボールのマウント位置決めが変更され又は調整されることはないため、図２Ｂに示すように、フラックス２１の基板における対応するボールパッド２０４への塗布や半田ボール２２の対応するフラックス２１へのマウントにおいて、いずれも所定の位置よりずれる現象が生じている。即ち、図２Ｃに示すように、フラックス２１及び半田ボール２２が、ボールパッド２０４の中心位置よりずれているため、半田ボール２２をボールパッド２０４に合わせて配置することができなくなる。このように、リフローが完了した後、半田ボール２２が十分なフラックス２１により保持されず、完成した半導体パッケージに半田ボールのミッシングボールの問題が生じやすくなり、製品のイールド
に影響を及ぼす恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、大寸法の基板プレートを維持した一括モールド工程において、リフロー済み半田ボールのミッシングボール現象により製品のイールドに影響を及ぼすことのないボールマウント方法を提供することが解決が待たれる極めて重要な課題となっている。
【０００７】
従って、本発明は、基板プレートに反りが発生した状況において、基板プレート上にマウントされた半田ボールを基板プレート上のボールパッドの位置に合わせられるようにすることにより、ミッシングボールの問題を回避し、製品のイールドを向上させるためのボールマウント方法及び同ボールマウント方法を利用したボールマウントシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るボールマウント方法は、フラックスを複数の基板ユニットからなる基板プレート上に露出した複数のボールパッド上に塗布する工程と、複数の半田ボールを対応するフラックス上にマウントする工程と、前記基板プレートに所定の力を有する振動外力を印加することにより、基板プレートの反り部位に位置し且つ前記基板プレートのボールパッドの位置に合致していない半田ボールが、前記振動外力及びそれ自体の重力作用により前記ボールパッド上の所要の位置に搭載される工程と、リフローを行うことにより半田ボールが、前記フラックスにより前記該基板プレート上にマウントされる工程と、を備えている。
【０００９】
前記基板プレート上にソルダーマスク層が形成され、且つソルダーマスク層にソルダーマスク層下にあるボールパッドを露出させるための複数の開口が形成されている。さらに、前記フラックスがリフローされる前は非硬化状態であるため、半田ボールがフラックスにマウントされたもののボールパッドの位置には合致していない場合、基板プレートに所定の力を有する振動外力を印加することにより、半田ボールを当該振動外力によりフラックスの塗布された範囲内において転がし、半田ボールが対応するボールパッド上のソルダーマスク層の開口に転がって来た際に、半田ボール自体の動きにより半田ボールが当該開口に転がり込んで当該開口により動きが制限され、当該半田ボールが当該開口より離脱しなくなるため、対応するボールパッド上に正確に位置決めすることができ、リフローが完了した後、半田ボールを強固に基板プレート上に位置決めすることができるため、ミッシングボールが発生するおそれがない。
【００１０】
所定の力を有する振動外力としては、超音波振動器、機械式振動器（ｖｉｂｒａｔｏｒ）等の従来の設備によるものであってよく、基板プレートを振動させ、所定の力に制御できるものであればよい。その振動方向は左右揺動、上下振動又はその組み合わせであってよく、特に制限されるものではない。
【００１１】
本発明に係る前記ボールマウント方法を利用したボールマウントシステムは、複数の基板ユニットからなる基板プレートを搭載するためのキャリアであって、当該基板プレート上にソルダーマスク層が形成され、当該ソルダーマスク層に基板プレートに設けられた複数のボールパッドを露出させるための複数の開口が形成されているキャリアと、フラックスを前記複数のボールパッドに塗布するためのフラックス塗布ユニットと、半田ボールを前記フラックスにマウントするための半田ボールマウントユニットと、前記基板プレートに所定の力を有する振動外力を印加するための外力印加ユニットと、半田ボールを前記基板プレート上に半田付けするためのリフローユニットと、を備えている。
【００１２】
上述のように、当該ボールマウントシステムにより半田ボールが対応するボールパッド上のフラックス層中の開口に転がり込んで、当該開口によって動きが制限されることにより、当該半田ボールが当該開口より離脱しなくなるため、対応するボールパッド上に正確に位置決めすることができ、リフローが完了した後、半田ボールを強固に基板プレート上に位置決めすることができ、ミッシングボールが発生するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】両側に反りが発生した基板プレートを模式的に示した図である。
【図１Ｂ】両側に反りが発生した基板プレートを模式的に示した図である。
【図２Ａ】本発明に係る実施例のボールマウント方法の実施工程を模式的に示した図である。
【図２Ｂ】本発明に係る実施例のボールマウント方法の実施工程を模式的に示した図である。
【図２Ｃ】本発明に係る実施例のボールマウント方法の実施工程を模式的に示した図である。
【図２Ｄ】本発明に係る実施例のボールマウント方法の実施工程を模式的に示した図である。
【図２Ｅ】本発明に係る実施例のボールマウント方法の実施工程を模式的に示した図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施例のボールマウントシステムを模式的に示した図である。
【図３Ｂ】本発明に係る実施例のボールマウントシステムを模式的に示した図である。
【図３Ｃ】本発明に係る実施例のボールマウントシステムを模式的に示した図である。
【図３Ｄ】本発明に係る実施例のボールマウントシステムを模式的に示した図である。
【図３Ｅ】本発明に係る実施例のボールマウントシステムを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
下記において特定の具体的な実施例により本発明の実施形態を説明する。本明細書に記載の内容は、この技術分野に精通した者なら簡単に本発明のその他の利点や効果が理解できる。本発明は、その他の異なる実施例によって施行や応用を加えることが可能であり、本明細書に記載の内容も異なる観点や応用に基づき、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な修飾や変更が可能であり、そうした修飾や変更は本発明の特許請求範囲に入るものである。
【００１５】
以下、添付図面を用いながら本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部材間の構造や位置関係、又は組立や製造上の順序関係を説明するものに過ぎず、そこで示された寸法や比率などは、本発明を実施するための必要条件ではなく、実際の実施の形態及び本発明の特許請求範囲を制限するものではない。
【００１６】
［実施例：ボールマウント方法］
図２Ａないし図２Ｅは、本発明に係る実施例におけるボールマウント方法の実施工程を模式的に示した図である。
【００１７】
図２Ａは、複数の基板ユニット２００を有する基板プレート２０を示す。基板プレート２０は、第１の表面２０１及び第２の表面２０２を有し、第１の表面２０１上において基
板ユニット２００のそれぞれにチップ及び当該チップを被覆するための封止材を有している。これは従来のものであり、図面や説明を簡略化するために、ここでは図示を省略している。第２の表面２０２上にはソルダーマスク層２０３が形成され、当該ソルダーマスク層２０３には、基板プレート２０上に形成され且つソルダーマスク層２０３の下方に設けられた複数のボールパッド２０４を露出させるための複数の開口２０３ａが形成されている。また、基板プレート２０は、一般的なフリップチップ基板プレート、ボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ，ＢＧＡ）基板プレート又はウィンドウ型ボールグリッドアレイ（ｗｉｎｄｏｗ  ＢＧＡ）基板プレートであってもよい。
【００１８】
図２Ｂに示すように、フラックス２１を従来のフラックスフィーダー（図示せず）により、基板プレート２０に露出されたボールパッド２０４上に塗布する。基板プレート２０の長手延在方向（図において矢印で示す）の両側には、前作業の温度サイクルにおいて反り現象が生じているため、フラックス２１の塗布位置が固定されたフラックスフィーダーによって、反り現象の発生した基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂ上に塗布されたフラックス２１は、ボールパッド２０４の中心位置よりずれることになる。
【００１９】
次に、図２Ｃに示すように、複数の半田ボール２２を従来の半田ボールマウント機器（図示せず）により、基板プレート２０上に塗布されたフラックス２１上にマウントする。半田ボールマウント機器が半田ボール２２をマウントする位置が予め設定されているため、上述したフラックス２１を基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂ上に塗布する位置がずれるのと同様、半田ボール２２を基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂ上にマウントする位置もずれるため、半田ボール２２を、開口２０３ａに露出されたボールパッド２０４上に位置決めできなくなる。
【００２０】
そして、図２Ｄに示すように、上述したボールマウントが完了した後、基板プレート２０に所定の力を有する振動外力Ｆを超音波振動器により印加し、当該基板プレートが振動した際、フラックス２１が硬化しておらず粘稠状態であるため、ボールパッド２０４よりずれた半田ボール２２が振動により、フラックス２１が塗布された範囲内において転がり、さらに半田ボール２２自体の重量により、半田ボール２２がソルダーマスク層２０３の開口２０３ａの範囲内に転がった際に、半田ボール２２の動きにより半田ボール２２が開口２０３ａ内に落下し、開口２０３ａにより動きが制限され、開口２０３ａの範囲外に転がり出ることはないため、ずれた半田ボール２２がボールパッド２０４に位置決めされるようになる。このうち、振動外力Ｆの振動方向は、左右揺動、上下振動又はその組み合わせであってもよい。ここでは、基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂ外の領域においてボールパッド２０４上に位置決めされた半田ボール２２は、ソルダーマスク層２０３の開口２０３ａにより位置が制限されているため、基板プレート２０に印加した振動外力に伴って転がることはない。従って、振動外力の印加により、位置ずれした半田ボール２２は、いずれもボールパッド２０４に位置決めされた位置に搭載可能である。
【００２１】
最後に、図２Ｅに示すように、半田ボール２２がマウントされた基板プレート２０に対してリフローを行うことで、半田ボール２２が強固に基板プレート２０上に半田付けされる。各半田ボール２２のそれぞれがボールパッド２０４上に位置決めされているため、リフローが完了した後、ミッシングボールが発生するおそれはなく、製品の信頼性及び製造プロセスのイールドが向上する。
【００２２】
［実施例：ボールマウントシステム］
図３Ａないし図３Ｅは、本発明に係る実施例のボールマウントシステムを模式的に示した図である。より分かりやすくするために、前述したボールマウント方法の実施例と同一の素子には同一の符号を付する。
【００２３】
図３Ａに示すように、ボールマウントシステムは、キャリア３０と、フラックス塗布ユニット３１と、半田ボールマウントユニット３２と、外力印加ユニット３３と、リフローユニット３４及び前述したキャリア３０上に搭載された、複数の基板ユニット２００を有する基板プレート２０とを備え、当該基板プレート２０上にソルダーマスク層２０３を有し、ソルダーマスク層２０３には、基板プレート２０に形成された複数のボールパッド２０４を露出させるための複数の開口２０３ａが形成されている。ここで、基板プレート２０は一般的なフリップチップ基板プレート、ボールグリッドアレイ基板プレート又はウィンドウ型ボールグリッドアレイ基板プレートであってもよい。
【００２４】
図３Ｂに示すように、フラックス塗布ユニット３１は、フラックス２１を供給部３１ａにより、基板プレート２０に露出されたボールパッド２０４上に塗布する。基板プレート２０は前作業の温度サイクルにおいて反り現象が生じているため、フラックス２１の塗布位置が固定されたフラックス塗布ユニットによって、反り現象の発生した基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂ上に塗布されたフラックス２１は、所定のボールパッド２０４の中心位置よりずれることになる。
【００２５】
次に、図３Ｃに示すように、複数の半田ボール２２を半田ボールマウントユニット３２により、基板プレート２０上に塗布されたフラックス２１上にマウントする。上述のように半田ボール２２のマウント位置が予め設定されているため、上述したフラックス２１を基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂに塗布する位置がずれるのと同様、半田ボール２２を基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂにマウントする位置もずれるため、半田ボール２２を、開口２０３ａに露出されたボールパッド２０４上に位置決めできなくなる。
【００２６】
そして、図３Ｄに示すように、ボールマウントが完了した後、基板プレート２０に所定の力を有する振動外力Ｆを外力印加ユニット３３により印加し、当該基板プレートが振動した際、フラックス２１が硬化しておらず粘稠状態であるため、ボールパッド２０４よりずれた半田ボール２２が振動により、フラックス２１が塗布された範囲内において転がり、さらに半田ボール２２自体の重量により、半田ボール２２がソルダーマスク層２０３の開口２０３ａの範囲内に転がった際に、半田ボール２２の動きにより半田ボール２２が開口２０３ａ内に落下し、開口２０３ａにより動きが制限され、開口２０３ａの範囲外に転がり出ることはないため、ずれた半田ボール２２がボールパッド２０４に位置決めされるようになる。このうち、振動外力Ｆの振動方向は、左右揺動、上下振動又はその組み合わせであってもよい。ここでは、基板プレート２０の両側２０ａ、２０ｂ外の領域においてボールパッド２０４上に位置決めされた半田ボール２２は、ソルダーマスク層２０３の開口２０３ａにより位置が制限されているため、基板プレート２０に印加した振動外力に伴って転がることはない。従って、振動外力の印加により、位置ずれした半田ボール２２は、いずれもボールパッド２０４に位置決めされた位置に搭載可能である。
【００２７】
最後に、図３Ｅに示すように、半田ボール２２がマウントされた基板プレート２０に対してリフローをリフローユニット３４により行うことにより、半田ボール２２が強固に基板プレート２０上の開口２０３ａ内に半田付けされる。各半田ボール２２のそれぞれがボールパッド２０４上に位置決めされているため、リフローが完了した後、ミッシングボールが発生するおそれはなく、製品の信頼性及び製造プロセスのイールドが向上する。
【００２８】
その他の実施例において、本発明に係るボールマウントシステムの外力印加ユニット３３を半田ボールマウントユニット３２と同時に使用することができる。
【００２９】
さらに、他の実施例において、本発明に係るボールマウントシステムの外力印加ユニット３３をリフローユニット３４と同時に使用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０ａ、１０ｂ  両側、１１  ボールパッド、１２  基板プレート、１３  基板プレート、１４  ソルダーマスク層、１５ａ、１５ｂ  両側、１６ａ、１６ｂ  ボールパッド所定位置中心線、２０  基板プレート、２０ａ、２０ｂ  両側、２００  基板ユニット、２０１  第１の表面、２０２  第２の表面、２０３  ソルダーマスク層、２０３ａ  開口、２０４  ボールパッド、２１  フラックス、２２  半田ボール、３０  キャリア、３１  フラックス塗布ユニット、３１ａ  供給部、３２  半田ボールマウントユニット、３３  外力印加ユニット、３４  リフローユニット。
【図１Ａ】
2010153849.tif 000003
【図１Ｂ】
2010153849.tif 000004
【図２Ａ】
2010153849.tif 000005
【図２Ｂ】
2010153849.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2010153849.tif 000008
【図２Ｅ】
2010153849.tif 000009
【図３Ａ】
2010153849.tif 000010
【図３Ｂ】
2010153849.tif 000011
【図３Ｃ】
2010153849.tif 000012
【図３Ｄ】
2010153849.tif 000013
【図３Ｅ】
2010153849.tif 000014