(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
1個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板であって、粗加工された貫通穴を有するベース基板にメッキ、蒸着、塗布等により表面処理が施され、ベース基板のその表面処理層が、前記ベース基板の貫通穴と同位置に精密穴成形されていることを特徴とする微細ボール配列用基板。
【請求項２】
ベース基板がガラスあるいはセラミックス、あるいはそれらを含む複合材料または線膨張率が9×10-6/K(常温)以下である金属からなることを特徴とする請求項１に記載の微細ボール配列用基板。
【請求項３】
ベース基板が感光性ガラスであり、貫通穴がエッチングにより加工されたことを特徴とする請求項１に記載の微細ボール配列用基板。
【請求項４】
表面処理層の精密穴の穴径は、その表側とベース基板側で異なることを特徴とする請求項１に記載の微細ボール配列用基板。
【請求項５】
表面処理層の厚みが、1μm以上で150μm以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細ボール配列用基板。
【請求項６】
微細ボールを被接合部に転写接合する装置であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細ボール配列用基板と、
微細ボール配列用基板を上下駆動可能に支持する基板ヘッドと、
微細ボール配列用基板の吸着穴に接続し、表面処理層の精密穴にて微細ボールを吸引保持させる吸引手段と、を備えたことを特徴とするボール配列装置。
【請求項７】
1個又は複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板の製造方法であって、
ベース基板に前記吸着穴を形成するための貫通穴を粗加工する工程と、
ベース基板に表面処理層を形成する工程と、
表面処理層にベース基板の前記貫通穴と同位置に精密穴を加工する工程と、を備えたことを特徴とする微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項８】
ベース基板がガラスあるいはセラミックス、あるいはそれらを含む複合材料または線膨張率が9×10-6/K(常温)以下である金属からなることを特徴とする請求項７に記載の微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項９】
ベース基板が感光性ガラスであり、その貫通穴がエッチングにより加工されることを特徴とする請求項７に記載の微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項１０】
表面処理層の精密穴の穴径は、その表側とベース基板側で異なることを特徴とする請求項７に記載の微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項１１】
ベース基板および表面処理層の穴加工後、それらの最表面に導電性薄膜が形成されたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか1項に記載の微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項１２】
表面処理層の厚みが、1μm以上で150μm以下であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項１３】
1個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板の製造方法であって、
ベース基板に前記吸着穴を形成するための貫通穴を粗加工する工程と、
ベース基板の前記貫通穴位置に微細ボール等の精密表面穴型を密着固定する工程と、
ベース基板に表面処理層を形成する工程と、
前記精密表面穴型を除去する工程と、を備えたことを特徴とする微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項１４】
前記精密表面穴型が樹脂ボールもしくは表面がメッキ液中で安定なアルミニウム、クロム等の酸化膜で覆われたボールでなり、表面処理層を電解または無電解メッキにより形成することを特徴とする請求項１３に記載の微細ボール配列用基板の製造方法。
【請求項１５】
1個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板の製造方法であって、
ベース基板に前記吸着穴を形成するための貫通穴を粗加工する工程と、
ベース基板の前記貫通穴位置に微細ボール等の精密表面穴型を密着固定する工程と、
ベース基板に樹脂もしくはペースト等を塗布して硬化させる工程と、
前記精密表面穴型を除去する工程と、を備えたことを特徴とする微細ボール配列用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体部品、電子機器部品および組立装置等において、微細ボールを配列して被接合部に転写接合するための微細ボール配列用基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体素子の電極部（電極パッド）と、プリント配線板等の電極部あるいはＴＡＢテープのインナーリード等とを接続するための方法として、微小導電性ボールで形成されたバンプを介して両者を接合する方法が知られている（所謂ボールバンプ法）。このバンプを形成する際に、半導体素子の電極部に対応する多数の配列孔を有し、各配列孔に微小導電性ボールを列設配置するようにした配列用基板が使用される。
【０００３】
このバンプ形成において、たとえば半導体素子の電極にバンプを形成する場合、真空吸引等の方法により配列基板を下側にしてその配列孔に微小導電性ボールを吸引させて保持し、その状態でバンプ接合用ステージまで搬送する。その後、接合用ステージにて電極に微小導電性ボールを熱圧着させることによってバンプを形成する。あるいはまた、プリント配線板等の電極部に低融点金属から成るバンプを形成する場合は、電極部に予めフラックスを供給しておき、微小導電性ボールを電極部に配列した後リフローする方法が一般的である。
【０００４】
従来の配列用基板では、たとえば特開平４−２５０６４３号公報に記載されているようにステンレス等の金属あるいはセラミック等を材料とし、各配列孔が精密放電加工、レーザー照射、エレクトロフォーミング、エッチング等によって加工形成される。この場合、配列孔を作る貫通孔を予め大きめに形成しておき、メッキを施すことによって径を小さくする。
【０００５】
また、特公平７−２７９２９号公報に記載の微細金属球の配列装置によれば、基板の表側と裏側とで穴径を異ならせたものが知られている。つまり基板の表面側の貫通穴を微細金属球の直径よりも僅かに大きく形成し、各貫通穴には１個の微細金属球しか入ることができないようにするというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の配列基板において配列基板のボール配列孔に微小導電性ボールを配列して転写する際に、ボールもしくは金属球がボール配列孔の開口縁に食いついてしまい、ボール転写時に配列基板からのボール離脱性を確保するのが難しい場合があった。また、ボールを電極部に対して圧接させる際ボール結晶粒の滑り面に沿って変形し、不規則的な偏平形状になってしまう場合があった。この結果、バンプ高さがばらついてしまう等の問題があった。
【０００７】
さらに、配列基板の製造において、たとえば特に精密放電加工等によりボール配列孔を形成するには多くの加工時間を要し、一方エッチング加工では精度確保が難しい場合があった。
【０００８】
本発明はかかる実情に鑑み、微細ボールを適正に配列・転写可能にし、優れた特性の一括接合性を保証する微細ボール配列用基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細ボール配列用基板は、１個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板であって、粗加工された貫通穴を有するベース基板にメッキ、蒸着、塗布等により表面処理が施され、ベース基板のその表面処理層が、前記ベース基板の貫通穴と同位置に精密穴成形されている。
【００１０】
また、本発明の微細ボール配列用基板において、ベース基板がガラスあるいはセラミックス、あるいはそれらを含む複合材料または線膨張率が9×10-6/K(常温)以下である金属からなることを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板において、ベース基板が感光性ガラスであり、貫通穴がエッチングにより加工されたことを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板において、表面処理層の精密穴の穴径は、その表側とベース基板側で異なることを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板において、表面処理層の厚みが、1μm以上で150μm以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のボール配列装置は、微細ボールを被接合部に転写接合する装置であって、上記いずれかの微細ボール配列用基板と、微細ボール配列用基板を上下駆動可能に支持する基板ヘッドと、微細ボール配列用基板の吸着穴に接続し、表面処理層の精密穴にて微細ボールを吸引保持させる吸引手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法は、１個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板の製造方法であって、ベース基板に前記吸着穴を形成するための貫通穴を粗加工する工程と、ベース基板に表面処理層を形成する工程と、表面処理層にベース基板の前記貫通穴と同位置に精密穴を加工する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法において、ベース基板がガラスあるいはセラミックス、あるいはそれらを含む複合材料または線膨張率が９×１０-6／Ｋ（常温）以下である金属からなることを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法において、ベース基板が感光性ガラスであり、その貫通穴がエッチングにより加工されることを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法において、表面処理層の精密穴の穴径は、その表側とベース基板側で異なることを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法において、ベース基板および表面処理層の穴加工後、それらの最表面に導電性薄膜が形成されたことを特徴とする。
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法において、表面処理層の厚みが、１μｍ以上で１５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法は、1個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板の製造方法であって、ベース基板に前記吸着穴を形成するための貫通穴を粗加工する工程と、ベース基板の前記貫通穴位置に微細ボール等の精密表面穴型を密着固定する工程と、ベース基板に表面処理層を形成する工程と、前記精密表面穴型を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法において、前記精密表面穴型が樹脂ボールもしくは表面がメッキ液中で安定なアルミニウム、クロム等の酸化膜で覆われたボールでなり、表面処理層を電解または無電解メッキにより形成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の微細ボール配列用基板の製造方法は、１個または複数個の吸着穴を有する微細ボール配列用基板の製造方法であって、ベース基板に前記吸着穴を形成するための貫通穴を粗加工する工程と、ベース基板の前記貫通穴位置に微細ボール等の精密表面穴型を密着固定する工程と、ベース基板に樹脂もしくはペースト等を塗布して硬化させる工程と、前記精密表面穴型を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、配列用基板の吸着穴を形成するために貫通穴と精密穴を有する。つまり配列用基板の表層部分のみを精密加工することにより、加工が容易になる上、高い加工精度を確保することができる。
本発明の微細ボール配列用基板を用いてボールを転写接合する際、ボールは精密穴成形部のみに接触するためボールを配列基板から被接合部へと離脱させ易い。また、表面処理層の精密穴がテーパ状等に形成される場合、ボール変形後の形状はテーパ加工部で拘束されるため狭ピッチ接合に極めて有利である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に基づき、本発明による微細ボール配列用基板およびその製造方法の好適な実施の形態を説明する。
この実施形態において、半導体デバイスあるいはプリント回路基板等の電極等にボール状のバンプを接合する場合に本発明を適用するものとする。この場合、本発明に係るボール配列装置と基板搬送機構とボール認識手段と接合用ステージとを備えた装置を使用する。
【００１９】
本発明のボール配列装置は、微細ボールを被接合部に転写接合する装置において、後述する微細ボール配列用基板と、この微細ボール配列用基板を上下駆動可能に支持する基板ヘッドと、微細ボール配列用基板の吸着穴に接続し、表面処理層の精密穴にて微細ボールを吸引保持させる吸引手段と、を備える。
【００２０】
微細ボール配列用基板のボール配列部に微細ボールを吸着することにより仮配列させた後、これらのボールを接着あるいは接合すべき所定の対象部に位置合わせして転写するようになっている。微細ボールを仮配列させた微細ボール配列用基板は、基板搬送機構によってボール認識手段を経て接合用ステージまで搬送され、その接合用ステージで微細ボールを被接合部に転写接合する。
【００２１】
本発明の微細ボール配列用基板は、１個または複数個の吸着穴を有し、たとえば図１の例のように多数の吸着穴に微細ボールＢを吸着することができる。後述するように粗加工された貫通穴を有するベース基板にメッキ、蒸着、樹脂、ペーストなどの塗布等により表面処理が施され、ベース基板のその表面処理層が、前記ベース基板の貫通穴と同位置に精密穴成形されている。
【００２２】
図２は、本発明による微細ボール配列用基板の製造方法の主要工程を示している。
図２（Ａ）において、ベース基板１に吸着穴を形成するための貫通穴２が粗加工される。この実施形態においてベース基板１は、感光性ガラスが好適である。この場合、吸着穴を形成すべき所定位置を露光し、ついで所定のエッチャントを用いてエッチングにより貫通穴２を加工する。
【００２３】
なお、ベース基板１として、セラミックス、あるいはそれらを含む複合材料または線膨張率が９×１０-6／Ｋ（常温）以下である金属を用いることもできる。さらに、これらの材料の他に、ダイヤモンド（線膨張率；１．０×１０-6／Ｋ）を用いてダイヤモンドライクコーティングを行うことで熱膨張を抑制することができる。なお、微細ボールを被接合部に常温付近の温度で転写する場合、たとえば半田ボールをフラックスの粘着力等により転写する場合には、線膨張率に関係なくベース基板の材料を金属、セラミックス、ガラス、樹脂あるいはそれらの複合材料の中から選択することができる。
【００２４】
図２（Ａ）においてまた、貫通穴２の加工後、密着用金属層３が形成される。この密着用金属層３として、クロム（Ｃｒ）等が好適である。その形成方法としては、たとえばスパッタ蒸着により行うことができ、０．１μｍ程度の膜厚とする。
【００２５】
つぎに図２（Ｂ）において、ベース基板１に密着用金属層３の上に表面処理層４を形成する。この表面処理層４として、ニッケル（Ｎｉ）もしくはその合金等が好適である。その形成方法としては、たとえばメッキにより行うことができ、５μｍ程度の厚さとする。メッキを行う場合、電解または無電解メッキいずれでもよい。また、ニッケルの他にたとえば、チタンあるいはチタンタングステン等の金属であってもよい。表面処理層４の厚さの範囲としては、２〜２０μｍ程度が好ましい。
【００２６】
つぎに図２（Ｃ）において、表面処理層４にベース基板１の貫通穴２と同位置に精密穴５が加工される。この精密穴５の形成方法としては、たとえば放電加工が好適である。放電加工を行うために、表面処理層４は導電性物質とする。精密穴５の穴径は、その表側とベース基板１側で異なる。この実施形態において図３に示すように、たとえば表面処理層４の厚さｔ＝５μｍとし、ベース基板１側の穴径ｄ＝３０μｍ、表側の穴径ｄ＝４０μｍである。この例では精密穴５をテーパ状に形成し、そのテーパ角θ＝２０〜７０°程度とする。
【００２７】
なお、ベース基板１に表面処理層４を形成する場合、ニッケル層の代わりにクロムまたはその合金層を１０μｍ程度で厚さでメッキにより形成してもよい。
【００２８】
図４および図５は、本発明による微細ボール配列用基板の製造方法の別の実施形態における主要工程を示している。
この方法は、ベース基板１に吸着穴を形成するための貫通穴２を粗加工する工程と、ベース基板１の貫通穴２に後述する非メッキ性の微細ボールを密着固定する工程と、ベース基板１に表面処理層４を形成する工程と、非メッキ性の微細ボールを除去する工程と、を備える。
【００２９】
図４において先ず、前述の実施形態と同様にベース基板１に貫通穴２が粗加工し、貫通穴２の加工後、密着用金属層３が形成される。つぎに、ベース基板１に密着用金属層３の上から精密表面穴型である非メッキ性の微細ボールｂが密着固定される。この微細ボールｂは好適には、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、またはアルミニウム酸化膜もしくはクロム酸化膜等のメッキ液中で安定な表面の材料とする。微細ボールｂを埋め込んだ後、電解または無電解メッキにより５〜１００μｍ程度で厚さでニッケル層を形成する。
【００３０】
なお、微細ボールｂはアルミニウムもしくはアルミニウム合金の場合の他に、プラスチック製のものでもよい。たとえば、ポリスチレン等の微細ボールｂを用いることができる。
【００３１】
つぎに図５において、上記のように貫通穴２に取り付けた非メッキ性の微細ボールｂが除去される。微細ボールｂを除去する場合、配列用基板をアルミニウムの融点以上に加熱し、微細ボールｂを溶かし出すことで除去することができる。また、切削ドリル等を用いて機械的に除去してもよい。あるいはアルミニウムを化学処理によって選択的に溶出除去することもできる。このように微細ボールｂを除去することで、図５のように微細ボールｂの形状に倣った精密穴５が形成される。この例のように微細ボールｂは、精密穴５を形成するための型、すなわち精密表面穴型として機能する。
【００３２】
ここで、精密表面穴型である微細ボールは非メッキ性でなく、つまりメッキされる場合や、後述するように樹脂等の塗布でボール表面が表面処理層で覆われた場合は、図６のように研磨して余分な表面処理層を除くことができ、目的とする形状が得られる。
【００３３】
上記構成において、配列用基板の吸着穴を形成するために貫通穴２と精密穴５を有する。ところで、この種の吸着穴の穴径は通常、数十μｍから数百μｍの範囲になる。数十μｍ以上のエッチング加工は一般には、その加工面が荒れるためそのままでは加工精度を確保するのが難しい。また放電加工によれば加工精度を確保することはできるものの、加工時間が長くなるばかりか放電加工用電極の消耗等の問題があり、生産性が著しく劣化する。本発明によれば、上記のように配列用基板の表層部分のみを精密加工することにより、加工が容易になる上、高い加工精度を確保することができる。
【００３４】
また、本発明の微細ボール配列用基板の実使用において、真空吸引等の吸引手段により配列基板の吸着穴にて微細ボールＢを吸引して保持する。この場合、微細ボールＢが精密穴５にのみぴったりと密着し、吸引手段によるボール吸引時の真空漏れを防止するとともに、吸引配列された微細ボールＢのボール高さを一定高さに均一化する。このようにボール高さを均一化することで、一括接合性を高めることができる。
【００３５】
被接合部に微細ボールＢを転写接合する際、精密穴５の穴形状によってボール変形の異方性を制御する。つまり微細ボールＢの結晶粒がその滑り面に沿って加圧変形されるのを適度に規制し、変形量もしくは変形度を均一化することができる。また、微細ボールＢは精密穴５の成形部のみに接触し、すなわち貫通穴２の開口縁に食いつくことがないので配列用基板から被接合部へと離脱させ易い。さらに、表面処理層４の精密穴５がテーパ状に形成される場合、ボール変形後の形状はテーパ加工部で拘束されるため狭ピッチ接合に極めて有利である。
【００３６】
本発明による微細ボール配列用基板の製造方法のさらに別の実施形態において、ベース基板１に吸着穴を形成するための貫通穴２を粗加工する工程と、ベース基板１の貫通穴位置に微細ボール等の精密表面穴型を密着固定する工程と、ベース基板１に樹脂もしくはペースト等を塗布して硬化させる工程と、精密表面穴型を除去する工程と、を備える。
【００３７】
この実施形態では、ガラス繊維を含む樹脂板にボール配列位置に表と裏で同一径の穴を開け、その位置に直径0.3mm程度の金属ボール(精密表面穴型)を密着固定する。この後、厚さ0.15mmの樹脂を全面に塗布する。そして樹脂を硬化させた後、表面を平坦化するために研磨し(図6参照)、金属ボールを化学処理により除去した。
【００３８】
なお、上記実施形態において半導体装置を製造する際、微細ボールを配列して被接合部に転写接合する場合の例を説明したが、その他電子機器部品や組立装置等において、この種の微細ボールを配列接合する場合においても本発明を有効に適用可能である。たとえば、プリンタのインクジェット用ノズルとして、本発明の配列用基板を使用することができる。
また、上記実施形態において説明した数値例等は、本発明に好適な典型的な例を示すものであり、本発明を限定するものではなく本発明の範囲内で変更可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種の微細ボール配列用基板において多数の微細ボールを適正にかつ効率よく配列・転写することができ、極めて優れた特性の一括接合性を実現することができる。また、配列用基板の表層部分のみを精密加工することで、基板全体としての加工が格段に容易になり、生産効率の向上と実質的なコスト削減を図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】本発明の微細ボール配列用基板の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の微細ボール配列用基板の製造工程を順に示すそれぞれ部分断面図である。
【図３】本発明の微細ボール配列用基板における精密穴まわりを示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明の微細ボール配列用基板の別の製造方法の主要工程を示す部分断面図である。
【図５】本発明の微細ボール配列用基板の別の製造方法の主要工程を示す部分断面図である。
【図６】本発明の微細ボール配列用基板のさらに別の製造方法の主要工程を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１    ベース基板
２    貫通穴
３    密着用金属層
４    表面処理層
５    精密穴
【図１】
0003706481.tif 000002
【図２】
0003706481.tif 000003
【図３】
0003706481.tif 000004
【図４】
0003706481.tif 000005
【図５】
0003706481.tif 000006
【図６】
0003706481.tif 000007