(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に真空室が形成されているとともに、その吸着面には上記真空室に連通するボール吸着孔が複数個形成されている微細ボール配列基板を保持している微細ボール配列ヘッドにおいて、
上記真空室の周辺部に空気吸入孔を形成するとともに、上記空気吸入孔と上記真空室の中央部との間に区画壁を形成し、
上記各ボール吸着孔のそれぞれから吸引されて上記空気吸入孔に至る空気の流れを上記区画壁により制御可能にしたことを特徴とする微細ボール配列ヘッド。
【請求項２】
内部に真空室が形成されているとともに、その吸着面には上記真空室に連通するボール吸着孔が複数個形成されている微細ボール配列基板を保持している微細ボール配列ヘッドを用い、上記複数のボール吸着孔に微細ボールを一括吸着して所定の位置に複数の微細ボールを配列するようにした微細ボール配列方法において、
上記真空室の周辺部に空気吸入孔が形成されるとともに、上記空気吸入孔と上記真空室の中央部との間に区画壁が形成されている微細ボール配列ヘッドを用い、上記各ボール吸着孔のそれぞれから吸引される空気の流れが上記区画壁により所定の流れとなるように制御し、上記ボール吸着孔に複数の微細ボールを一括吸着させて所定の状態に配列させることを特徴とする微細ボールの配列方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細ボール配列ヘッド及びそれを用いた微細ボール配列方法に係わり、特に、ボール吸着孔が複数個形成されている配列基板上に複数の微細ボールを一括保持して、プリント基板及び半導体チップ等の電子部品の電極上に一括配列させる装置及び方法に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体チップ等の電極に形成するバンプとして、蒸着バンプやスタッドバンプが知られている。上記蒸着バンプは、ウエハ段階の半導体素子上にバンプを形成するものであり、ウエハプロセスとして複雑な工程を何回も繰り返し行う必要がある。このため、真空プロセスであるためコスト高になるので、少量多品種製品には適用できない問題があった。
【０００３】
それに対して、スタッドバンプは半導体チップの電極パッド等に１つずつワイヤボンディングの一次接合時のボールボンディングを行い、接合後に上記ワイヤのネック部を切断して形成するものである。
【０００４】
したがって、上記スタッドバンプの場合には、切断部において上記ワイヤの残りが凸形状となる上に、上記ワイヤの高さが不均一に残ってしまう問題があった。また、ワイヤのボールボンディングを用いるために、ボール径はワイヤ径の２〜３倍の大きさとなるので、微小なバンプを形成するのは困難であった。
【０００５】
これに対し、メッキでバンプ形成する方法がある。しかし、この方法もウエハ単位で実行されるため、少量多品種製品には適用が困難である。そこで、均一でかつ微細なバンプを形成することができるようにする技術として、微小金属ボールを用いたバンプ形成技術が、例えば、特開平７−１５３７６５号公報にて提案されている。
【０００６】
上記公報にて提案されているバンプ形成方法は、少なくとも半導体チップの１つ分の金属ボール群を吸着保持するようにしている。そして、複数の金属ボール群を吸着保持するために、半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸着孔が形成されているボール配列基板を用い、上記ボール配列基板に微小金属ボールを吸着保持した後、上記ボール配列基板を接合用ステージまで搬送して被接合部に接合するようにしている。
【０００７】
したがって、この場合は均一に形成された微小金属ボールをバンプ形成位置に一括接合することができるので、高い信頼性が得られるボールバンプを容易に、かつ効率的に形成することができる。
【０００８】
ところで、最近は、半導体装置の微細化が益々進み、電極の配線ピッチは非常に小さくなってきている。そのため、上記電極上にボールバンプを形成する場合に用いられる金属ボールは、電極の配線ピッチの微細化に応じて非常に微細になってきている。狭ピッチかつ多ピンの接続の信頼性を向上するために、従来の辺配置のピンから面配置のピンに変えることは有効な方法である。しかしながら、面配置のピンを対象として、上記配列基板上に複数の金属ボールを一括して吸着保持する際には、以下に示すような問題が生じていた。
【０００９】
すなわち、ボール配列基板３１を用いてボールバンプを形成する場合には、図６に示すように、まず、微細金属ボール３５が収容されている容器３６上に配列ヘッド３９に保持されたボール配列基板３１が移動される。
【００１０】
上記ボール配列基板３１は、ボールバンプを形成する半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸着孔が形成されているものであり、それを保持する配列ヘッド３９の内部には真空室が形成されている。上記真空室は真空系３８を介して真空装置（図示せず）に接続されており、上記真空装置によってその内部が減圧される。
【００１１】
上記容器３６はパーツフィーダー等の振動発生機３７上に固定されており、上記振動発生機３７が振動することにより微細金属ボール３５は跳躍する。なお、上記振動発生機７により行われる振動の周波数は微細金属ボール３５の大きさ等に応じて、例えば０〜１ｋＨｚまで可変に成されており、また、容器３６は振動発生機３７からの脱着が可能と成されている。なお、ボールを跳躍させるには容器の下方から気体を流してもよい。
【００１２】
次に、ボール配列基板３１に微細金属ボール３５を吸着させるために、ボール配列基板３１を容器３６の近傍まで下降させて振幅させ、跳躍している微細金属ボール３５をボール配列基板３１のボール吸着孔に真空吸着させる。ここで、ボール配列ヘッド３９の下降距離及び振幅距離は、例えば０．１ｍｍ単位で制御可能とし、振幅回数の制御も可能としている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにして、ボール配列基板３１のボール吸着孔に微細金属ボール３５を真空吸着させるときに、図６に示したように、ボール配列基板３１の中央部に微細金属ボール３５が団子状に吸着されてしまうことがある。これは、上記ボール配列基板３１を上記容器３６に接近させて微細金属ボール３５を吸着するときに、上記ボール配列基板３１の周辺部から流入してきた空気が、上記ボール配列基板３１と容器３６との対向空間の中心に寄りやすいからである。
【００１４】
上述のようにして、ボール配列基板の中央部に複数の金属ボールを真空吸着してしまうと、ボール吸引工程を最初からやり直さなければならなくなるので、ボールバンプの製造効率が低下してしまうので好ましくなかった。
【００１５】
そこで、ボール配列基板３１の中央部の吸引力が大きくなり過ぎないようにすると、ボール配列基板３１の周辺部においては吸引力が不足してしまい、微細金属ボール３５を万遍なく吸着できなくなる場合があった。
【００１６】
すなわち、真空圧を調整するだけでは、ボール配列基板３１の中心部及び周辺部の双方の吸引力及び吸引タイミングを最適に調整することは困難であった。
本発明は上述の問題点にかんがみ、ボール配列基板の中央部に微細ボールが集中的に吸引されるのを防止して、微細ボールをボール配列基板の全面に万遍なく真空吸着できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細ボール配列基板は、内部に真空室が形成されているとともに、その吸着面には上記真空室に連通するボール吸着孔が複数個形成されている微細ボール配列基板を保持している微細ボール配列ヘッドにおいて、上記真空室の周辺部に空気吸入孔を形成するとともに、上記空気吸入孔と上記真空室の中央部との間に区画壁を形成し、上記各ボール吸着孔のそれぞれから吸引されて上記空気吸入孔に至る空気の流れを上記区画壁で制御可能にしたことを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の微細ボール配列方法は、内部に真空室が形成されているとともに、その吸着面には上記真空室に連通するボール吸着孔が複数個形成されている微細ボール配列基板を保持している微細ボール配列ヘッドを用い、上記複数のボール吸着孔に微細ボールを一括吸着して所定の位置に複数の微細ボールを配列するようにした微細ボール配列方法において、上記真空室の周辺部に空気吸入孔が形成されるとともに、上記空気吸入孔と上記真空室の中央部との間に区画壁が形成されている微細ボール配列ヘッドを用い、上記各ボール吸着孔のそれぞれから吸引される空気の流れが上記区画壁により所定の流れとなるように制御し、上記ボール吸着孔に複数の微細ボールを一括吸着させて所定の状態に配列させることを特徴としている。
【００１９】
【作用】
本発明は上記技術手段よりなるので、内部に形成されている真空室内における空気の流れが区画壁によって妨げられ、これにより、ボール配列基板の表面に形成されている複数のボール吸着孔の位置によって微細ボールの吸引タイミング及び吸引力を異ならすことが可能となり、空気吸入孔に近い周辺部に位置するボール吸着孔においては早いタイミングで微細ボールの吸着を開始するとともに大きな吸引力が得られるようにすることが可能となる。また、ボール配列基板の中央部に形成されているボール吸着孔においては吸引タイミングを遅くし、かつ吸引力を小さくすることが可能となり、ボール配列基板の中央部に微細ボールが集中的に吸着されてしまう不都合が防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微細ボール配列ヘッド及び微細ボール配列方法の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１はボール配列ヘッド１がボール配列基板５を保持する側から見た図であり、図２はボール配列基板５の表面図である。図２に示したように、本実施形態のボール配列基板５は、複数個の微細金属ボール２（図３参照）を一括して吸着することができるように、複数個のボール吸着孔３が形成されている。
【００２２】
上記ボール配列ヘッド１は、図３の部分断面図に示すように、ヘッド４とボール配列基板５とで構成されている。上記ボール配列基板５は、ボールを吸引する系とは別の吸引系で真空吸引されることにより上記ヘッド４に保持されている。なお、上記ボール配列基板５は接着等により上記ヘッド４に一体に構成されていてもよい。
【００２３】
上記ヘッド４と上記ボール配列基板５との間に真空室６が形成されている。また、上記ヘッド４の周辺部に空気吸入孔７が形成されており、ここに真空系を介して真空装置（図示せず）が接続されている。これにより、上記真空装置の吸引力によって真空室６内の空気が吸引されると上記真空室６内の圧力が低下することにより、上記ボール吸着孔３のそれぞれから真空室６内に空気が吸引され、その吸引力によって微細金属ボール２が上記ボール吸着孔３に真空吸着される。
【００２４】
このようなボール配列ヘッド１において、上述した不都合を解決するために本実施形態においては、上記真空室６内に区画壁８ａ〜８ｃを設け、上記真空室６内における空気の流れを、上記ボール吸着孔３が形成されている位置に応じて制御できるようにしている。
【００２５】
すなわち、図１に示す例の場合には、開口部が１ヵ所だけ形成された４角形状の区画壁８ａ〜８ｃを設けて上記真空室６内を、第１の真空室６ａ〜第４の真空室６ｄの４つに区画している。
【００２６】
上記真空室６内をこのように区画することにより、微細金属ボール２を吸引するタイミング及び吸引力が第１の真空室６ａ〜第４の真空室６ｄ毎に異なることになる。
【００２７】
すなわち、真空装置が動作することにより上記真空室６内の空気が上記空気吸入孔７から吸引されると、先ず、第１の真空室６ａ内の空気圧が低下する。これにより、上記第１の真空室６ａに対応する位置に形成されているボール吸着孔３から空気が吸引されるようになるので、この部分では微細金属ボール２の吸着が開始される。
【００２８】
一方、上記第１の区画壁８ａに開口部が形成されているので、上記第１の真空室６ａと上記第２の真空出力６ｂとは連通している。このため、上記第１の真空室６ａ内の圧力が低下するに従って第２の真空室６ｂ内の圧力も低下して行くので、第２の真空室６ｂに対応する位置に形成されているボール吸着孔３からも空気が吸引されるようになる。
【００２９】
したがって、上記第１の真空室６ａに対応する位置に形成されているボール吸着孔３よりは若干遅れるが、第２の真空室６ｂに対応する位置に形成されているボール吸着孔３においても微細金属ボール２の吸着が開始される。
【００３０】
さらに、上記第２の区画壁８ｂに形成されている開孔部を介して空気が吸引されるので、上記第２の真空室６ｂ内の圧力の低下に連れて第３の真空室６ｃ内の圧力が低下して行き、第３の真空室６ｃに対応する位置に形成されているボール吸着孔３からも空気が吸引されるようになる。
【００３１】
次に、上記第３の真空室６ｃ内の圧力が低下して行くと、上記第３の区画壁８ｃに形成されている開孔部を介して空気が吸引されるので、第４の真空室６ｄ内の圧力が低下して行き、第４の真空室６ｄに対応する位置に形成されているボール吸着孔３からも空気が吸引されるようになる。
【００３２】
したがって、本実施形態のボール配列ヘッド１の場合には、第１の真空室６ａに対応する位置に形成されているボール吸着孔３→第２の真空室６ｂに対応する位置に形成されているボール吸着孔３→第３の真空室６ｃに対応する位置に形成されているボール吸着孔３→第４の真空室６ｄに対応する位置に形成されているボール吸着孔３の順番に微細金属ボール２の吸着が行われるようになる。
【００３３】
これにより、本実施形態のボール配列ヘッド１の場合には、吸着の開始直後において、中央部のボール吸着孔３（すなわち、第４の真空室６ｄに対応する位置に形成されているボール吸着孔３）の部分に微細金属ボール２が集中的に吸着されてしまう不都合が生じ難くなる。
【００３４】
また、真空出力６内の圧力勾配が、第１の真空室６ａ→第２の真空室６ｂ→第３の真空室６ｃ→第４の真空室６ｄのようになるので、微細金属ボール２を吸引する力もボール配列ヘッド１の周辺部が一番大きく、次に第２の真空室６ｂが大きく、次に第３の真空室６ｃが大きくなり、第４の真空室６ｄに対応する位置の吸引力が一番小さくなっている。
【００３５】
したがって、従来は微細金属ボール２を吸引しにくかった周辺部においても微細金属ボール２を良好に吸引することができるようになるとともに、微細金属ボール２を吸引し過ぎていた中央部における過吸着を防止することができる。
【００３６】
これにより、本実施形態のボール配列ヘッド１の場合には、ボール配列基板５の表面に微細金属ボール２を満遍なく吸着することが可能となり、高い信頼性が得られるボールバンプを形成するために行う微細金属ボール２の配列工程の作業効率を大幅に向上させることができる。
【００３７】
上記真空室６内に形成する区画壁８の形状は、図１に示した例の外に種々の形状が考慮される。例えば、図４に示すように、空気吸入孔７を真空室６内の両側にそれぞれ形成した場合には、直線状の区画壁９を平行に複数個並設するようにしても、周辺部から微細金属ボール２の吸着が開始されるようにすることができる。また、周辺部から中央部に行くに従って圧力勾配が低くなるようにすることができる。
【００３８】
図５は、図１に示したボール配列ヘッド１を用いて微細金属ボール２を吸着している様子を示す図である。
図５に示したように、ボール配列ヘッド１においては真空系２８を介して真空室６内の空気が吸引されると、ボール配列基板５の周辺部に位置するボール吸着孔３から空気の吸着が開始されるので、振動発生機２７上に載置された容器２６内に収容されている微細金属ボール２は、ボール配列基板５の周辺部に位置するボール吸着孔３から吸着、若しくはボール配列基板５の中央部及び周辺部において微細金属ボール２を同時に吸着する。
【００３９】
また、ボール配列基板５の中央部及び周辺部において、吸引力がバランスしているので、従来のようにボール配列基板５の中央部のみに微細金属ボール２が集中的に吸着されるてしまう不都合が生じ難く、ボール配列基板５の全面に渡って微細金属ボール２を良好に吸着することができる。なお、微小振動（例えば、超音波振動）よりなる余剰ボールを除去する手段を配列基板５に含めてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は上述したように、本発明によれば、内部に形成されている真空室の周辺部に空気吸入孔を形成するとともに、上記空気吸入孔と上記真空室の中央部との間に区画壁を形成し、各ボール吸着孔から上記真空室内に吸引されて上記空気吸入孔に向かう空気の流れを上記区画壁により制御可能にしたので、ボール配列基板の表面に複数形成されたボール吸着孔の位置に応じて、吸引タイミング及び吸引力を異ならせるようにし、上記空気吸入孔に近いボール配列基板の周辺部に形成されているボール吸着孔においては早いタイミングで微細ボールの吸着を開始するとともに吸引力を大きくし、その反対に、ボール配列基板の中央部に形成されているボール吸着孔では吸引タイミングを遅く、かつ吸引力が小さくなるようにして、ボール配列基板の全面に渡って微細ボールを良好に吸着できるようにすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、ボール配列ヘッド内に区画壁を設けた一例を示す図である。
【図２】ボール配列基板の一例を示す図である。
【図３】ボール配列基板の一例を示す図である。
【図４】第２の本実施形態を示し、ボール配列ヘッド内に設ける区画壁の他の例を示す図である。
【図５】本実施形態のボール配列基板を用いて微細金属ボールを吸着している様子を示す図である。
【図６】従来のボール配列基板により微細金属ボールを吸着している様子を示す図である。
【符号の説明】
１  ボール配列ヘッド
２  微細金属ボール
３  ボール吸着孔
４  ヘッド
５  ボール配列基板
６  真空室
７  空気吸入孔
８ａ〜８ｃ  区画壁
９  区画壁
【図１】
0003684033.tif 000002
【図２】
0003684033.tif 000003
【図３】
0003684033.tif 000004
【図４】
0003684033.tif 000005
【図５】
0003684033.tif 000006
【図６】
0003684033.tif 000007