(57)【要約】【課題】  はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料を、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給する。【解決手段】  はんだ材料供給装置１０は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料Ｓを、貯留手段１１、撹拌手１２段及び供給手段１３を含む手段によってワークＷ上に供給するものである。そして、貯留手段１１は、はんだ材料Ｓを一時的に貯留する。撹拌手段１２は、貯留手段１１を回転させることによってはんだ材料Ｓを撹拌する。供給手段１３は、貯留手段１１からワークＷ上へはんだ材料Ｓを供給する。【選択図】  図１
2006136935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り前記液体中で前記はんだ粒子が沈降するはんだ材料を、貯留手段、撹拌手段及び供給手段を含む手段によってワーク上に供給する、はんだ材料供給装置であって、
前記貯留手段は、前記はんだ材料を一時的に貯留し、
前記撹拌手段は、前記貯留手段を回転させることによって前記はんだ材料を撹拌し、
前記供給手段は、前記貯留手段から前記ワーク上へ前記はんだ材料を供給する、
ことを特徴とするはんだ材料供給装置。
【請求項２】
前記撹拌手段は、前記貯留手段を回転させる際の回転中心軸が水平方向である、
請求項１記載のはんだ材料供給装置。
【請求項３】
前記撹拌手段は、前記貯留手段を回転させる際の回転中心軸が水平方向に対して斜め方向である、
請求項１記載のはんだ材料供給装置。
【請求項４】
前記貯留手段は、前記はんだ材料を収容するとともに、当該はんだ材料を送出する送出口を有する容器から成り、
前記供給手段は、前記はんだ材料を吸込する吸込口と、当該はんだ材料を吐出する吐出口と、当該はんだ材料を前記吸込口から前記吐出口へ移送する移送部とを有するポンプから成り、
前記撹拌手段は、前記容器を取り付ける取付部材と、この取付部材を介して前記容器を回転させるモータとから成り、
前記容器の送出口と前記ポンプの吸込口とが連結管及び管継手を介して接続され、前記管継手の少なくとも一つが回転式の管継手である、
請求項２又は３記載のはんだ材料供給装置。
【請求項５】
前記撹拌手段は、前記貯留手段を回転させる際に正方向及び逆方向に交互に回転させる、
請求項１乃至３のいずれかに記載のはんだ材料供給装置。
【請求項６】
前記貯留手段は、前記はんだ材料を収容するとともに、当該はんだ材料を送出する送出口を有する容器から成り、
前記供給手段は、前記はんだ材料を吸込する吸込口と、当該はんだ材料を吐出する吐出口と、当該はんだ材料を前記吸込口から前記吐出口へ移送する移送部とを有するポンプから成り、
前記撹拌手段は、前記容器を取り付ける取付部材と、この取付部材を介して前記容器を回転させるモータとから成り、
前記容器の送出口と前記ポンプの吸込口とが、可撓性を有する素材から成る連結管及び固定式の管継手を介して接続された、
請求項５記載のはんだ材料供給装置。
【請求項７】
前記貯留手段を水平面に載置したときに当該貯留手段の中心を通る鉛直方向の軸を当該貯留手段の中心軸としたとき、
前記撹拌手段は、前記貯留手段を回転させる際の回転中心軸が当該貯留手段の中心軸に対して斜め方向である、
請求項１記載のはんだ材料供給装置。
【請求項８】
前記ポンプは一軸偏心ねじポンプであり、
前記移送部は、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、前記はんだ材料を前記吸込口から前記吐出口へ移送する、
請求項４又は６記載のはんだ材料供給装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のはんだ材料供給装置を用い、はんだ材料供給工程及びはんだ材料撹拌工程を含む工程によって前記はんだ材料を前記ワーク上に供給する、はんだ材料供給方法であって、
前記はんだ材料供給工程では、前記供給手段によって前記ワーク上に前記はんだ材料を供給し、
前記はんだ材料撹拌工程では、次の前記ワーク上に前記はんだ材料を供給するまでの待ち時間に、前記撹拌手段によって前記はんだ材料を撹拌する、
ことを特徴とするはんだ材料供給方法。
【請求項１０】
前記はんだ材料供給工程の前に、前記ワークを所定位置に配置するワーク配置工程を有し、
前記はんだ材料供給工程の後に、前記ワークを前記所定位置から取出すワーク取出し工程を有する、
請求項９記載のはんだ材料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体基板、インターポーザ基板、プリント配線板等の上に突起状のはんだバンプを形成してＦＣ（flip chip）やＢＧＡ（ball grid array）を製造する際に好適な、はんだ材料供給装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なはんだバンプの形成方法は、スクリーン印刷法やディスペンス法などを用いて基板のパッド電極上にはんだペーストを塗布し、このはんだペーストを加熱してリフローする、というものであった。
【０００３】
一方、特許文献１には、特殊なはんだ粉末とフラックスとの混合物からなるはんだペーストが記載されている。このはんだ粉末は、はんだ粒子を空気中で流動させることにより、はんだ粒子の表面に酸化膜を形成したものである。この強制的に形成した酸化膜は、リフロー時にフラックスの作用に抗して、はんだ粒子同士の合体を抑える働きをするという。そのため、このはんだペーストを基板上にベタ塗りしてリフローすると、パッド電極間ではんだブリッジが発生にくくなるので、パッド電極の高密度化及び微細化に適する、ということである。なお、パッド電極間のはんだブリッジは、はんだ粒子同士が合体して大きな塊となって、隣接するパッド電極の両方に接してしまうために起こる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９４１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のはんだバンプの形成方法には、次のような問題があった。
【０００６】
近年の更なる多電極化、高密度化及び微細化に対して、スクリーン印刷法やディスペンス法では対応できなくなりつつある。すなわち、スクリーン印刷法では、メタルマスクの開口を微細化する必要があるので、メタルマスクの機械的強度が低下したり、メタルマスクの開口からはんだペーストが抜け難くなったりする、という問題が生じてきた。ディスペンス法では、多数のパッド電極の上に一つずつはんだペーストを載せていくので、パッド電極が多くなるほど量産には向かなくなる。
【０００７】
一方、特許文献１のはんだペーストでは、はんだ粒子の酸化膜の膜厚を、精度良く形成しなければならなかった。なぜなら、厚すぎるとパッド電極にはんだが濡れなくなり、薄すぎるとはんだ粒子同士が合体してしまうからである。しかも、フラックスの状態や種類によってもフラックスの作用が変化するので、これらに合わせて酸化膜の膜厚を精度良く制御する必要があった。また、適切な膜厚の酸化膜を形成できなければ、パッド電極の高密度化及び微細化を達成できないことになる。したがって、特許文献１のはんだペーストでは、精密なマスクを不要とするベタ塗りが可能になるといっても、近年の高密度化及び微細化の要求に応えることは難しかった。
【０００８】
このような状況において、本発明者は、はんだバンプの高密度化及び微細化の要求に応えるべく、「はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料」を発明した（未公開）。ただし、このはんだ材料には、液体中ではんだ粒子が沈降するため、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給することが難しい、という問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料を、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給することができる、はんだ材料供給装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るはんだ材料供給装置は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料を、貯留手段、撹拌手段及び供給手段を含む手段によってワーク上に供給するものである（請求項１）。そして、貯留手段は、はんだ材料を一時的に貯留する。撹拌手段は、貯留手段を回転させることによってはんだ材料を撹拌する。供給手段は、貯留手段からワーク上へはんだ材料を供給する。
【００１１】
本発明で用いるはんだ材料は、何もしないで放置しておくと、時間とともにはんだ粒子が液体中で沈降してしまう。その状態ではんだ材料をワーク上に供給すると、液体中のはんだ粒子の割合が不均一となり、例えばはんだバンプを形成する場合にはんだパンプの大きさが不揃いになったりはんだブリッジが発生したりする。そのため、駆動軸に連結された羽根車（インペラ）をはんだ材料中に浸漬し、羽根車を回転させることにより、はんだ材料を撹拌する技術が考えられる。しかし、そのような技術では、高速で回転する羽根がはんだ粒子に衝突することによりはんだ粒子が損傷する、駆動軸と軸受けとの間にはんだ粒子が挟まれることによりはんだ粒子が変形したり駆動手段が故障したりする、などの不具合が起きやすい。なお、はんだ粒子の損傷や変形は、はんだバンプの品質に悪影響を与える。そこで、本発明者は、発想を逆転させ、貯留手段内で羽根車を回転させるのではなく、貯留手段そのものを回転させることにした。その結果、高速で回転する部材や駆動軸と軸受けとの構造が、はんだ材料に接触することが無くなった。したがって、はんだ粒子の損傷や撹拌手段の故障を引き起こすことなく、液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料をワーク上へ供給することができる。
【００１２】
撹拌手段は、貯留手段を回転させる際の回転中心軸が水平方向である、としてもよい（請求項２）。この場合は、はんだ材料の鉛直方向への落下を利用できるので、回転中心軸が鉛直方向であるときに比べて、液体中にはんだ粒子をより均一に分散させることができる。
【００１３】
撹拌手段は、貯留手段を回転させる際の回転中心軸が水平方向に対して斜め方向である、としてもよい（請求項３）。この場合は、攪拌中のはんだ材料の流れがより複雑になるので、液体中にはんだ粒子をより一層均一に分散させることができる。なお、回転中心軸と水平方向とのなす角は、はんだ材料の流れを複雑にするためにはある程度大きいことが好ましく、はんだ材料の鉛直方向への落下を利用するためにある程度小さいことが好ましい。
【００１４】
本発明に係るはんだ材料供給装置を更に具体化すると、次のような構成となる（請求項４）。貯留手段は、はんだ材料を収容するとともに、はんだ材料を送出する送出口を有する容器から成る。供給手段は、はんだ材料を吸込する吸込口と、はんだ材料を吐出する吐出口と、はんだ材料を吸込口から吐出口へ移送する移送部とを有するポンプから成る。撹拌手段は、容器を取り付ける取付部材と、取付部材を介して容器を回転させるモータとから成る。そして、容器の送出口とポンプの吸込口とが連結管及び管継手を介して接続され、その管継手の少なくとも一つが回転式の管継手である。例えば、連結管と送出口及び吸込口の少なくとも一方とが回転式の管継手で接続されている。また、複数の連結管を回転式の管継手で直列に繋いでも良い。
【００１５】
容器内に蓄えられたはんだ材料は、容器がモータによって回転することにより、撹拌される。これにより液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料は、容器の送出口→連結管→ポンプの吸込口→ポンプの吐出口→ワーク、と供給される。なお、連結管と容器の送出口とが回転式の管継手で接続されているときは、容器の回転中に連結管は回転しない。一方、連結管とポンプの吸込口とが回転式の管継手で接続されているときは、容器の回転中に連結管も回転する。
【００１６】
撹拌手段は、貯留手段を回転させる際に正方向及び逆方向に交互に回転させる、としてもよい（請求項５）。この場合のはんだ材料供給装置を更に具体化すると、次のような構成となる（請求項６）。貯留手段は、はんだ材料を収容するとともに、はんだ材料を送出する送出口を有する容器から成る。供給手段は、はんだ材料を吸込する吸込口と、はんだ材料を吐出する吐出口と、はんだ材料を吸込口から吐出口へ移送する移送部とを有するポンプから成る。撹拌手段は、容器を取り付ける取付部材と、取付部材を介して容器を回転させるモータとから成る。そして、容器の送出口とポンプの吸込口とが、可撓性を有する素材から成る連結管及び固定式の管継手を介して接続されている。
【００１７】
また、貯留手段を水平面に載置したときに貯留手段の中心を通る鉛直方向の軸を貯留手段の中心軸としたとき、撹拌手段は、貯留手段を回転させる際の回転中心軸が貯留手段の中心軸に対して斜め方向である、としてもよい（請求項７）。この場合も、攪拌中のはんだ材料の流れがより複雑になるので、液体中にはんだ粒子をより一層均一に分散させることができる。
【００１８】
容器内に蓄えられたはんだ材料は、容器がモータによって正方向及び逆方向に交互に回転することにより、撹拌される。これにより液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料は、容器の送出口→連結管→ポンプの吸込口→ポンプの吐出口→ワーク、と供給される。ここで、容器が正方向又は逆方向に回転すると、連結管と容器の送出口及びポンプの吸込口とが固定式の管継手で接続されているので、連結管が捩れることになる。しかし、その捩れは連結管の有する可撓性によって吸収される。このようにすれば、回転式の管継手を使わなくて済むという効果がある。効果となる理由は、回転式の管継手は、固定式の管継手に比べて、ベアリング等が内蔵された複雑な構造になっているので高価であるとともに、擦れ合うシール構造が不可欠となるのでその部分から液漏れが発生しやすいからである。なお、容器を正方向又は逆方向に回転するときの回転角は、液体中にはんだ粒子を均一に分散させるために半回転以上とすることが好ましく、連結管の捩れを少なくするために数回転以下とすることが好ましい。
【００１９】
供給手段は、一軸偏心ねじポンプとしてもよい（請求項８）。一軸偏心ねじポンプの移送部は、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、はんだ材料を吸込口から吐出口へ移送する。一軸偏心ねじポンプによれば、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出が可能となる。
【００２０】
本発明に係るはんだ材料供給方法は、本発明に係るはんだ材料供給装置を用い、はんだ材料供給工程及びはんだ材料撹拌工程を含む工程によってはんだ材料を前記ワーク上に供給するものである（請求項９）。そして、はんだ材料供給工程では、供給手段によってワーク上にはんだ材料を供給する。はんだ材料撹拌工程では、次のワーク上にはんだ材料を供給するまでの待ち時間に、撹拌手段によってはんだ材料を撹拌する。
【００２１】
本発明で用いるはんだ材料は、何もしないで放置しておくと、時間とともにはんだ粒子が液体中で沈降してしまう。その状態ではんだ材料をワーク上に供給すると、液体中のはんだ粒子の割合が不均一となり、例えばはんだバンプを形成する場合にはんだパンプの大きさが不揃いになったりはんだブリッジが発生したりする。そこで、本発明では、はんだ材料をワーク上に供給してから次のワーク上に供給するまでの待ち時間に、はんだ材料を撹拌する。これにより、はんだ材料をワーク上に供給する時は、常に、液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態となる。また、はんだ材料の撹拌は、次のワーク上にはんだ材料を供給するまでの待ち時間に実施される。そのため、撹拌するための時間を別途設ける必要がないので、生産効率が良い。これに加え、はんだ材料の供給時に、撹拌による振動が伝わらないので、正確な定量供給が可能である。
【００２２】
また、はんだ材料供給工程の前にワークを所定位置に配置するワーク配置工程を有し、はんだ材料供給工程の後にワークを所定位置から取出すワーク取出し工程を有する、としてもよい（請求項１０）。これは、ワークを搬送するいわゆる枚葉式であり、ロボットによる自動化に適する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るはんだ材料供給装置によれば、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料を、貯留手段に一時的に貯留し、かつ貯留手段を回転させてはんだ材料を撹拌することにより、高速で回転する部材や駆動軸と軸受けとの構造が、はんだ材料に接触する機会を無くすことができる。したがって、はんだ粒子の損傷や撹拌手段の故障を引き起こすことなく、液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料をワーク上へ供給できるので、高品質のはんだバンプを形成できる。
【００２４】
貯留手段を回転させる際の回転中心軸を水平方向とした場合は、はんだ材料の鉛直方向への落下を利用できるので、液体中にはんだ粒子をより均一に分散できる。
【００２５】
貯留手段を回転させる際の回転中心軸を水平方向に対して斜め方向とした場合は、攪拌中のはんだ材料の流れをより複雑化できるので、液体中にはんだ粒子をより一層均一に分散できる。また、貯留手段を回転させる際の回転中心軸を貯留手段の中心軸に対して斜め方向とした場合も、同様の効果を奏する。
【００２６】
貯留手段を回転させる際に正方向及び逆方向に交互に回転させる場合は、安価で高信頼性である固定式の管継手を使うことができる。
【００２７】
供給手段を一軸偏心ねじポンプとした場合は、切れ目の無い無限のピストン運動によって、はんだ材料を高精度かつ無脈動で定量吐出できるので、より高品質のはんだバンプを形成できる。
【００２８】
本発明に係るはんだ材料供給方法によれば、はんだ材料をワーク上に供給してから次のワーク上に供給するまでの待ち時間に、はんだ材料を撹拌することにより、常に液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態で、はんだ材料をワーク上に供給できる。これにより、高品質のはんだバンプを形成できる。また、はんだ材料の撹拌は、次のワーク上にはんだ材料を供給するまでの待ち時間に実施される。そのため、撹拌するための時間を別途設ける必要がないので、製造工程を効率化できる。これに加え、はんだ材料の供給時に、撹拌による振動が伝わらないので、正確な定量供給を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１［１］は本発明に係るはんだ材料供給装置の一実施形態を概念的に示すブロック図である。図１［２］は撹拌手段の比較例を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、はんだ材料を構成する液体及びはんだ粒子については、図示しないので、図２等を参照のこと。
【００３０】
本実施形態のはんだ材料供給装置１０は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料Ｓを、貯留手段１１、撹拌手１２段及び供給手段１３を含む手段によってワークＷ上に供給するものである。そして、貯留手段１１は、はんだ材料Ｓを一時的に貯留する。撹拌手段１２は、貯留手段１１を回転させることによってはんだ材料Ｓを撹拌する。供給手段１３は、貯留手段１１からワークＷ上へはんだ材料Ｓを供給する。
【００３１】
また、はんだ材料供給装置１０の動作は、はんだ材料供給工程とはんだ材料撹拌工程とに分けられる。はんだ材料供給工程では、供給手段１３がワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給する。一方、はんだ材料撹拌工程では、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間に、撹拌手段１２が貯留手段１１を回転させてはんだ材料Ｓを撹拌する。
【００３２】
次に、はんだ材料供給装置１０の作用について説明する。はんだ材料Ｓは、何もしないで放置しておくと、時間とともにはんだ粒子が液体中で沈降してしまう。その状態ではんだ材料ＳをワークＷ上に供給すると、液体中のはんだ粒子の割合が不均一となり、例えばはんだバンプを形成する場合にはんだパンプの大きさが不揃いになったりはんだブリッジが発生したりする。
【００３３】
そのため、図２［２］に示すような撹拌手段１００を考えてみる。まず、モータ１０１の駆動軸１０２に連結された羽根車１０３を、容器１０４中のはんだ材料Ｓ中に浸漬する。そして、羽根車１０３を回転させることにより、はんだ材料Ｓを撹拌する。しかし、撹拌手段１００では、高速で回転する羽根車１０３がはんだ粒子に衝突することによりはんだ粒子が損傷する、駆動軸１０３と軸受け１０５との間にはんだ粒子が挟まれることによりはんだ粒子が変形したり撹拌手段１００が故障したりする、などの不具合が起きやすい。
【００３４】
そこで、本実施形態では、貯留手段１１内で羽根車１０３を回転させるのではなく、貯留手段１１そのものを回転させることにした。その結果、高速で回転する羽根車１０３や駆動軸１０２と軸受け１０５との構造が、はんだ材料Ｓに接触することが無くなった。したがって、はんだ粒子の損傷や撹拌手段１２の故障を引き起こすことなく、液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料ＳをワークＷ上へ供給することができる。
【００３５】
次に、本実施形態で使用するはんだ材料Ｓについて説明する。図２は、はんだ材料Ｓを用いたはんだバンプ形成方法の一例を代表的に示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図２は、基板上にはんだ材料を塗布した状態であり、上下方向は左右方向よりも拡大して示している。
【００３６】
はんだ材料Ｓは、多数のはんだ粒子Ｓ１と脂肪酸エステルからなる液体Ｓ２との混合物からなり、パッド電極２２にはんだバンプを形成するために用いられる。そして、液体Ｓ２は、常温の状態で基板２０に滴下すると自重で広がって均一な厚みになる粘度と、はんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱された状態ではんだ粒子Ｓ１によるはんだ濡れをパッド電極２２に引き起こすフラックス作用とを有する。はんだ粒子Ｓ１は、液体Ｓ２とともに基板２０に滴下した際に液体Ｓ２とともに広がって均一に分散する、混合比及び粒径を有する。
【００３７】
また、はんだ粒子Ｓ１は表面に自然酸化膜（図示せず）のみを有する。液体Ｓ２は、脂肪酸エステルであるので、有機酸の一種である遊離脂肪酸を元々含んでいる。遊離脂肪酸は、はんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱された状態で、はんだ粒子Ｓ１同士の合体を抑制しつつ、はんだ粒子Ｓ１とパッド電極２２とのはんだ付けを促進するとともに、パッド電極上２２に形成されたはんだ皮膜とはんだ粒子Ｓ１との合体を促進する作用を有する。
【００３８】
液体Ｓ２に含まれる有機酸は、必要に応じて添加しても良い。つまり、はんだ粒子Ｓ１の酸化度合いや分量に応じて、液体Ｓ２の有機酸含有量を調整する。例えば、多量のはんだバンプを形成する場合は、はんだ粒子Ｓ１も多量になるので、全てのはんだ粒子Ｓ１の酸化膜を還元するのに十分な有機酸を含有する必要がある。一方、バンプ形成に使用される以上の過剰なはんだ粒子Ｓ１を加える場合は、有機酸の含有量を少なくして液体Ｓ２の活性力を落とすことにより、はんだ粉末粒度分布でいうところの微細な側のはんだ粒子Ｓ１を溶かさないようにして、比較的大きなはんだ粒子Ｓ１のみで最適なバンプ形成を行うことも可能である。この際、溶けずに残った微細なはんだ粒子Ｓ１は、はんだ粒子Ｓ１同士の合体を防ぐことにより、パッド電極２２のショートを低減させる効果も持つ。
【００３９】
はんだ粒子Ｓ１は液体Ｓ２中に均一に分散している必要があるので、はんだ材料Ｓは使用直前に撹拌しておくことが望ましい。はんだ粒子Ｓ１の材質は、錫鉛系はんだ又は鉛フリーはんだ等を使用する。隣接するパッド電極２２同士の周端間の最短距離ａよりも、はんだ粒子Ｓ１の直径ｂを小さくするとよい。この場合、隣接する二つのパッド電極２２上のはんだ皮膜にそれぞれ到達したはんだ粒子Ｓ１同士は、接触しないため合体してはんだブリッジを形成することがない。
【００４０】
はんだ材料Ｓは、パッド電極２２を有する基板２０上に、常温において自然落下により滴下させる。これだけで、基板２０上に均一な厚みのはんだ材料Ｓを塗布できる。つまり、スクリーン印刷を用いることなく、均一な膜厚のはんだ材料Ｓの塗布膜を基板２０上に形成することができる。塗布の均一性ははんだバンプのばらつきに影響を及ぼすため、できる限り均一に塗布する。その後、基板２０全体を均一に加熱することにより、はんだバンプの形成が可能となる。加熱は短時間ではんだ融点以上まで昇温する。短時間で昇温することにより、プロセス中での有機酸活性力の低下を抑えることができる。
【００４１】
次に、基板２０について説明する。基板２０はシリコンウエハである。基板２０の表面２１には、パッド電極２２が形成されている。パッド電極２２上には、はんだバンプが形成される。基板２０は、はんだバンプを介して、他の半導体チップや配線板に電気的及び機械的に接続される。パッド電極２２は、形状が例えば円であり、直径ｃが例えば４０μｍである。隣接するパッド電極２２の中心間の距離ｄは、例えば８０μｍである。はんだ粒子１４の直径ｂは、例えば３〜１５μｍである。
【００４２】
パッド電極２２は、基板２０上に形成されたアルミニウム電極２４と、アルミニウム電極２４上に形成されたニッケル層２５と、ニッケル層２５上に形成された金層２６とからなる。ニッケル層２５及び金層２６はＵＢＭ（under barrier metal又はunder bump metallurgy）層である。基板２０上のパッド電極２２以外の部分は、保護膜２７で覆われている。
【００４３】
次に、パッド電極２２の形成方法について説明する。まず、基板２０上にアルミニウム電極２４を形成し、アルミニウム電極２４以外の部分にポリイミド樹脂又はシリコン窒化膜によって保護膜２７を形成する。これらは、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。続いて、アルミニウム電極２４表面にジンケート処理を施した後に、無電解めっき法を用いてアルミニウム電極２４上にニッケル層２５及び金層２６を形成する。このＵＢＭ層を設ける理由は、アルミニウム電極２４にはんだ濡れ性を付与するためである。
【００４４】
はんだ粒子Ｓ１の材質としては、例えばＳｎ−Ｐｂ（融点１８３℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（融点２１８℃）、Ｓｎ−Ａｇ（融点２２１℃）、Ｓｎ−Ｃｕ（融点２２７℃）等を使用する。
【００４５】
加熱手段４０は、例えばブロワと電熱ヒータとからなり、熱風４１を当てて基板２０側（下側）からはんだ材料Ｓを加熱する。
【００４６】
図３及び図４は、はんだ材料Ｓを用いたはんだバンプ形成方法の一例を工程順に示す断面図である。図３は滴下工程であり、図３［１］〜図３［３］の順に工程が進行する。図４は、リフロー工程であり、図４［１］〜図４［３］の順に工程が進行する。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図２と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
図３では、基板２０上のパッド電極２２の図示を略している。まず、図３［１］に示すように、受け容器３０に基板２０を入れる。そして、注ぎ容器３１中で必要に応じはんだ材料Ｓを撹拌した後、注ぎ口３２からはんだ材料Ｓを基板２０上に滴下させる。すると、はんだ材料Ｓが自重で広がって均一な厚みになる。このときは、常温でよく、しかも、はんだ材料Ｓの自然落下を利用できる。なお、印刷機や後述する吐出機を用いてはんだ材料Ｓを基板２０上に塗布してもよい。
【００４８】
なお、受け容器３０は、リフロー工程で基板２０とともに加熱するので、耐熱性があって熱伝導が良く、かつはんだ粒子Ｓ１によるはんだ濡れが生じない金属例えばアルミニウムからなる。また、受け容器３０は、平板状の基板２０を載置する平らな底面３３と、はんだ材料Ｓの横溢を防止する周壁３４とを有する。この場合は、受け容器３０の底面３３上に基板２０が密接するので、熱伝導が向上する。なお、図２及び図４では受け容器３０の図示を略している。
【００４９】
また、滴下工程の途中又は後に、基板２０を水平に回転させることによって、基板２０上のはんだ材料Ｓを均一な厚みにしてもよい。基板２０を水平に回転させるには、市販のスピンコート装置を用いればよい。
【００５０】
滴下工程の終了は、はんだ材料Ｓ中に基板２０が浸漬されるまで、はんだ材料Ｓを滴下するか否かによって二通りに分かれる。図３［２］は、はんだ材料Ｓ中に基板２０を浸漬しない場合である。この場合、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みｔ１は、はんだ材料Ｓの主に表面張力及び粘性によって決まる値である。一方、図３［３］は、はんだ材料Ｓ中に基板２０を浸漬する場合である。この場合、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みｔ２は、滴下するはんだ材料Ｓの量に応じた所望の値に設定できる。
【００５１】
以上の滴下工程によって、図２に示すように、複数のパッド電極２２が離間して設けられた基板２０上に、はんだ材料Ｓがベタ塗りによって載置されたことになる。このとき、複数のバンブ電極２２上及びこれらの間隙の保護膜２７上を含む面に、全体的にはんだ材料Ｓが載置される。はんだ材料Ｓは、ちょうどインクのような状態である。
【００５２】
続いて、リフロー工程で、基板２０及びはんだ材料Ｓの加熱が始まると、液体Ｓ２の粘性が低下する。すると、図４［１］に示すように、はんだ粒子Ｓ１は、液体Ｓ２よりも比重が大きいので、沈降してパッド電極２２上及び保護膜２７上に積み重なる。
【００５３】
続いて、図４［２］に示すように、はんだ材料Ｓがはんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱される。ここで、基板２０上のはんだ材料Ｓを基板２０側から加熱しているので、はんだ材料Ｓは表面になるほど温度が低く基板２０側になるほど温度が高くなる。すると、パッド電極２２に近い下方のはんだ粒子Ｓ１は、先に溶融し始め、溶融すればパッド電極２２に濡れ広がる。その時、パッド電極２２から遠い上方のはんだ粒子Ｓ１は、まだ十分に溶融していない。したがって、はんだ粒子Ｓ１同士で合体する機会を減少させることができるので、はんだブリッジの発生も抑制される。換言すると、リフロー工程では、最初にパッド電極２２をはんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱し、パッド電極２２に接触しているはんだ粒子Ｓ１を溶融して、パッド電極２２に濡れ広がったはんだ皮膜２３’を形成し、はんだ皮膜２３’に更にはんだ粒子Ｓ１を合体させる。
【００５４】
また、このとき、液体Ｓ２に含まれる有機酸の作用によって、次のような状態が引き起こされる。まず、はんだ粒子Ｓ１同士は合体が抑えられる。ただし、図４［２］では図示していないが、一部のはんだ粒子Ｓ１同士は合体して大きくなる。つまり、はんだ粒子Ｓ１同士は合体しても一定の大きさ以下であれば問題ない。一方、はんだ粒子Ｓ１は、パッド電極２０上に広がって界面に合金層を形成する。その結果、パッド電極２０上にはんだ皮膜２３’が形成され、はんだ皮膜２３’に更にはんだ粒子Ｓ１が合体する。すなわち、はんだ皮膜２３’は成長して、図４［３］に示すようなはんだバンプ２３となる。
【００５５】
なお、図４［３］において、はんだバンプ２３の形成に使用されなかったはんだ粒子Ｓ１は、残った液体Ｓ２とともに後工程で洗い落とされる。
【００５６】
また、リフロー工程では、はんだ材料Ｓにその表面側が低く基板２０側が高くなるような温度差を設けることにより、基板２０側に近いはんだ粒子Ｓ１から先に沈降させてもよい。はんだ材料Ｓの表面側が低くはんだ材料Ｓの基板２０側が高くなるような温度差を設けると、液体Ｓ２は温度が高いほど粘度が低下するので、パッド電極２２に近い下方のはんだ粒子Ｓ１は、先に沈降かつ溶融し始め、パッド電極２２に接触すると濡れ広がる。その時、パッド電極２２から遠い上方のはんだ粒子Ｓ１は、まだ十分に沈降かつ溶融していない。したがって、はんだ粒子Ｓ１同士で合体する機会をより減少させることができるので、はんだブリッジの発生もより抑制される。また、このような加熱状態は、例えば基板２０上のはんだ材料Ｓを基板２０側から加熱するとともにはんだ材料Ｓの表面側から加冷したり、液体Ｓ２の粘度の温度依存性とはんだ粒子Ｓ１の融点との関係を調整したりすることにより、実現される。
【００５７】
更に、リフロー工程では、液体Ｓ２の対流を利用してはんだ粒子Ｓ１をパッド電極２２へ供給するようにしてもよい。はんだ材料Ｓを基板２０側から加熱すると、液体Ｓ２に対流が発生し、これによりはんだ粒子Ｓ１が液体Ｓ２中を動く。そのため、パッド電極２２上に載置されなかったはんだ粒子Ｓ１もパッド電極２２上へ移動してはんだバンプ２３の一部になる。したがって、はんだ粒子Ｓ１が有効に利用される。
【実施例１】
【００５８】
次に、図１のはんだ材料供給装置１０を更に具体化した実施例１について説明する。図５乃至図７は本実施例のはんだ材料供給装置５０を示し、図５ははんだ材料供給工程であり、図６及び図７ははんだ材料撹拌工程である。以下、図１及び図５乃至図７に基づき説明する。
【００５９】
図１における供給手段１３は、図５における一軸偏心ねじポンプ６０である。以下同様に、貯留手段１１は容器７０であり、撹拌手段１２はモータ８０及び取付部材８１である。また、容器７０と一軸偏心ねじポンプ６０とは、連結管５１で接続されている。容器７０の送出口７３と連結管５１とは、固定式の管継手５２で接続されている。一軸偏心ねじポンプ６０の吸込口６０Ａと連結管５１とは、回転式の管継手（「ロータリージョイント」とも呼ばれる。）５３で接続されている。連結管５１は、この状態で回転するので、曲げ応力に耐え得る可撓性が必要である。容器７０は、取付部材８１によってモータ８０に回転自在に取り付けられている。モータ８０及び一軸偏心ねじポンプ６０は、それぞれ固定部材５４，５５によって動かないように固定されている。モータ８０の駆動軸８２は、支持部材８３によってぶれないように固定されている。容器７０は、はんだ材料Ｓを一時的に貯留する。モータ８０は、容器７０を回転させることによってはんだ材料Ｓを撹拌する。一軸偏心ねじポンプ６０は、容器７０からワークＷ上へはんだ材料Ｓを吐出する。
【００６０】
次に、図５及び図７［１］に基づき、はんだ材料供給工程におけるはんだ材料供給装置５０の動作を説明する。ただし、図７［１］において容器７０は静止しているものとする。
【００６１】
容器７０は、はんだ材料Ｓを貯留する本体部７１と、本体部７１の開口部分に嵌合する蓋部７２とから成り、全体として円筒状を呈している。図７［１］に示すように、容器７０の送出口７３には、容器７０内に向かって送出管７４が固定されている。送出管７４は、本体部７１の底面に残った僅かなはんだ材料Ｓも取り出せるように、曲がっている。
【００６２】
一軸偏心ねじポンプ６０は、はんだ材料Ｓを吸込する吸込口６０Ａと、はんだ材料Ｓを吐出する吐出口６０Ｂと、はんだ材料Ｓを吸込口６０Ａから吐出口６０Ｂへ移送する移送部（後述するノズル部６１、筒部６２、接続部６３及び駆動源６４）とを有する。
【００６３】
はんだ材料供給工程では、容器７０内のはんだ材料Ｓが既に十分に撹拌されている。ここで、一軸偏心ねじポンプ６０を駆動すると、液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料Ｓは、容器７０の送出口７３→連結管５１→一軸偏心ねじポンプ６０の吸込口６０Ａ→一軸偏心ねじポンプ６０の吐出口６０Ｂ→ワークＷ、と供給される。
【００６４】
次に、図６及び図７に基づき、はんだ材料撹拌工程におけるはんだ材料供給装置５０の動作を説明する。
【００６５】
図６ははんだ材料供給装置５０の正面図であり、図６［１］は容器７０の回転角が０度、図６［２］は容器７０の回転角が９０度、図６［３］は容器７０の回転角が１８０度の状態である。図７は容器７０の断面図であり、図７［１］は容器７０の回転角が０度、図７［２］は容器７０の回転角が１８０度の状態である。
【００６６】
モータ８０は、容器７０を回転させることによってはんだ材料Ｓを撹拌する。このとき、容器７０を回転させる際の回転中心軸は、水平方向に対して斜め方向になっている。図７において、回転中心軸と水平方向とのなす角θは、はんだ材料Ｓの流れを複雑にするために例えば５°以上とすることが好ましく、はんだ材料Ｓの鉛直方向への落下を利用するために例えば４５°以下とすることが好ましい。
【００６７】
チューブ５１と容器７０とが固定式の管継手５２で接続され、チューブ５１と一軸偏心ねじポンプ６０とが回転式の管継手５３で接続されているので、容器７０の回転中はチューブ５１も回転する。
【００６８】
はんだ材料撹拌工程では、モータ８０で容器７０を回転させてはんだ材料Ｓを撹拌することにより、高速で回転する部材や駆動軸と軸受けとの構造が、はんだ材料Ｓに接触する機会を無くすことができる。したがって、はんだ粒子Ｓの損傷やモータ８０等の故障を引き起こすことなく、液体中にはんだ粒子が均一に分散したはんだ材料Ｓを得ることができる。
【００６９】
図８ははんだ材料供給装置５０の動作を自動化した場合を示し、図８［１］は制御系のブロック図であり、図８［２］は制御のタイミングチャートである。以下、図５乃至図８に基づき、はんだ材料供給装置５０の全体の動作を説明する。
【００７０】
図８［１］に示すように、はんだ材料供給装置５０の制御系は、制御手段９０が一軸偏心ねじポンプ６０、撹拌用のモータ８０及びワーク搬送手段９１を制御する構成である。制御手段９０は、例えばマイクロコンピュータ及びそのプログラムから成る。ワーク搬送手段９１は、ワークＷを取出し及び配置する例えば多関節ロボットである。
【００７１】
図８［２］に示すように、はんだ材料供給装置５０の動作は、はんだ材料供給工程Ａ→ワーク取出し工程Ｂ→はんだ材料撹拌工程Ｃ→ワーク配置工程Ｄで１サイクルとなる。この動作は、制御手段９０のコンピュータプログラムによって制御される。
【００７２】
まず、はんだ材料供給工程Ａでは、一軸偏心ねじポンプ６０がワークＷ上にはんだ材料Ｓを吐出する（図５）。このとき、一軸偏心ねじポンプ６０はオン（動作）し、モータ８０及びワーク搬送手段９１はオフ（停止）する。
【００７３】
続いて、ワーク取出し工程Ｂでは、はんだ材料Ｓが吐出されたワークＷが所定位置から取出される。このとき、一軸偏心ねじポンプ６０及びモータ８０はオフし、ワーク搬送手段９１はオンする。
【００７４】
続いて、はんだ材料撹拌工程Ｃでは、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間に、モータ８０が容器７０を回転させ続ける。これにより、当該待ち時間においてはんだ粒子が液体中で沈降してしまうことを防止できるので、はんだ材料ＳをワークＷ上に供給する時は、常に、液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態となる。はんだ材料撹拌工程Ｃでは、モータ８０はオンし、一軸偏心ねじポンプ６０及びワーク搬送手段９１はオフする。
【００７５】
最後に、ワーク配置工程Ｄでは、次のワークＷが所定位置に配置される。このとき、一軸偏心ねじポンプ６０及びモータ８０はオフし、ワーク搬送手段９１はオンする。
【００７６】
本実施例において、はんだ材料Ｓの撹拌は、次のワークＷ上にはんだ材料を供給するまでの待ち時間に実施される。そのため、撹拌するための時間を別途設ける必要がないので、製造工程を効率化できる。これに加え、はんだ材料Ｓの供給時に、撹拌による振動が伝わらないので、正確な定量供給を実現できる。
【００７７】
図９［１］は一軸偏心ねじポンプ６０の一例を示す断面図、図９［２］は図９［１］におけるIX−IX線断面図である。以下、図５乃至図７及び図９に基づき、はんだ材料供給装置５０の主な構成要素について説明する。
【００７８】
図５に示すように、一軸偏心ねじポンプ６０は、先端から吐出口６０Ｂ、ノズル部６１、筒部６２、接続部６３（吸込口６０Ａを含む。）及び駆動源６４を備える。接続部６３は、吸込口６０Ａからはんだ材料Ｓを導入する。駆動源６４は、モータ、減速機等から成り、駆動軸６９（図９［１］）へ動力を伝達する。また、筒部６２は、図９［１］［２］に示すように、筒体６５に収容された雌ねじ形ステータ６６内に、雄ねじ形ロータ６７が回動自在に嵌挿されたものである。そして、雄ねじ形ロータ６７の基端は、偏心自在継手６８を介して駆動軸６９に連結されている。雌ねじ形ステータ６６は、どの断面も長円形を呈し、弾性材料から成る。雄ねじ形ロータ６７は、どの断面も円形を呈し、金属から成る。
【００７９】
雌ねじ形ステータ６６内に雄ねじ形ロータ６７を装着すると、両者の間に接線によって厳密にシールされた連続する螺旋状の空間６０ａが生ずる。この状態で、雄ねじ形ロータ６７を回転させると、雄ねじ形ロータ６７は雌ねじ形ステータ６６内を回転しながら往復運動をする。その結果、空間６０ａに満たされていたはんだ材料Ｓは、無限のピストン運動によって、吸込側から吐出側へ向かって、無脈動かつ定量で移送される。
【００８０】
このように、一軸偏心ねじポンプ６０は、雄ねじ形ロータ６７を雌ねじ形ステータ６６内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、はんだ材料Ｓを移送する。一軸偏心ねじポンプ６０によれば、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出が可能となる。なお、仮にはんだ粒子が雌ねじ形ステータ６６と雄ねじ形ロータ６７とに挟まれたとしても、雌ねじ形ステータ６６が弾性材料から成るので、はんだ粒子が変形するおそれは無い。
【実施例２】
【００８１】
図１０は、図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例２を示す正面図（はんだ材料撹拌工程）である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図５と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００８２】
本実施例のはんだ材料供給装置５０’で用いるモータ８０’は、容器７０を回転させる際に正方向及び逆方向に交互に回転させるものである。モータ８０’としては、例えばステッピングモータが好ましい。ステッピングモータであれば、正方向及び逆方向の回転の切り替えが容易である。
【００８３】
また、連結管５１’は、可撓性を有する素材、例えばポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂から成る。連結管５１’と容器７０及び一軸偏心ねじポンプ６０とは、それぞれ固定式の管継手５２，５３’を介して接続されている。
【００８４】
ここで、モータ８０’で容器７０を正方向又は逆方向に回転させると、連結管５１’が捩れることになる。しかし、その捩れは連結管５１’の有する可撓性によって吸収される。また、連結管５１’は、捩れを吸収するために、図示するように弛ませておくことが望ましい。本実施例によれば、回転式の管継手を使わなくて済むという利点がある。
【実施例３】
【００８５】
図１１は、図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例３を示す正面図（はんだ材料撹拌工程）である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図５と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００８６】
本実施例のはんだ材料供給装置５０''では、モータ８０の駆動軸８２が水平になるように固定具５４''によってモータ８０が固定され、連結管５１''も水平に配置されている。そして、取付部材８１''には、容器７０を斜めに傾けた状態で固定する固定具８４が設けられている。したがって、容器７０を回転させる際の回転中心軸（水平方向）が、容器７０の中心軸７５に対して斜め方向になっている。また、連結管５１''と容器７０とは固定式の管継手５２''によって接続されている。そのため、連結管５１''は、容器７０の回転とともにも回転するが、常に水平を保つので、可撓性が不要である。
【００８７】
本実施例でも、実施例１，２と同じように、攪拌中のはんだ材料Ｓの流れがより複雑になるので、液体中にはんだ粒子をより一層均一に分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係るはんだ材料供給装置の一実施形態を概念的に示すブロック図である。
【図２】本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を代表的に示す断面図である。
【図３】本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を示す断面図（滴下工程）であり、図３［１］〜図３［３］の順に工程が進行する。
【図４】本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を示す断面図（リフロー工程）であり、図４［１］〜図４［３］の順に工程が進行する。
【図５】図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例１を示す正面図（はんだ材料供給工程）である。
【図６】図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例１を示す正面図（はんだ材料撹拌工程）であり、図６［１］は容器の回転角が０度、図６［２］は容器の回転角が９０度、図６［３］は容器７０の回転角が１８０度の状態である。
【図７】図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例１を示す断面図（はんだ材料撹拌工程）であり、図７［１］は容器の回転角が０度、図７［２］は容器の回転角が１８０度の状態である。
【図８】図５乃至図７のはんだ材料供給装置の動作を自動化した場合を示し、図８［１］は制御系のブロック図であり、図８［２］は制御のタイミングチャートである。
【図９】図９［１］は一軸偏心ねじポンプの一例を示す断面図、図９［２］は図９［１］におけるIX−IX線断面図、図９［３］はスタティックミキサの一例を示す断面図である。
【図１０】図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例２を示す正面図（はんだ材料撹拌工程）である。
【図１１】図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した実施例３を示す正面図（はんだ材料撹拌工程）である。
【符号の説明】
【００８９】
１０，５０，５０’，５０''  はんだ材料供給装置
１１  貯留手段
１２  撹拌手段
１３  供給手段
５１，５１’  連結管
６０  一軸偏心ねじポンプ（供給手段）
７０  容器（貯留手段）
８０，８０’  モータ（撹拌手段）
８１  取付部材（撹拌手段）
Ｓ  はんだ材料
Ｓ１  はんだ粒子
Ｓ２  液体
Ｗ  ワーク
【図１】
2006136935.tif 000003
【図２】
2006136935.tif 000004
【図３】
2006136935.tif 000005
【図４】
2006136935.tif 000006
【図５】
2006136935.tif 000007
【図６】
2006136935.tif 000008
【図７】
2006136935.tif 000009
【図８】
2006136935.tif 000010
【図９】
2006136935.tif 000011
【図１０】
2006136935.tif 000012
【図１１】
2006136935.tif 000013