(57)【要約】【課題】ワーク上の所定位置に効率よく且つ的確にはんだボールを搭載するはんだボールの搭載方法及び搭載装置を提供する。【解決手段】マスク３の周辺部分をボール保持穴３ａの形成領域よりも高くし、マスク３のボール保持穴３ａの下部にワーク１を配置し、ボール保持穴３ａとワーク１の電極とを位置合わせし、マスク３上にはんだボールＢを投入し、その状態でマスク３に振動を加えて、はんだボールＢをマスク３表面で移動させて、はんだボールＢをボール保持穴３ａに落とし込み、マスク３の周辺部分をボール保持穴３ａよりも低くして、はんだボールＢの余剰分をマスク３上から回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだボールが通過可能な複数のボール保持穴を有するマスクを用い、少なくとも複数の電極表面にフラックスが塗布されたワーク上に、前記はんだボールを搭載するためのはんだボールの搭載方法であって、
前記マスクの周辺部分を前記ボール保持穴の形成領域よりも高くする工程と、
前記マスクのボール保持穴の下部に前記ワークを配置し、前記ボール保持穴と前記ワークの電極とを位置合わせする工程と、
前記マスク上に前記はんだボールを投入する工程と、
その状態で前記マスクに振動を加えて、前記はんだボールを前記マスク表面で移動させて、前記はんだボールを前記ボール保持穴に落とし込む工程と、
前記マスクの周辺部分を前記ボール保持穴よりも低くして、前記はんだボールの余剰分を前記マスク上から回収する工程とを少なくとも有することを特徴とするはんだボールの搭載方法。
【請求項２】
請求項１に記載のはんだボールの搭載方法において、前記マスクに加える振動の振動数が２０Ｈｚ以上であることを特徴とするはんだボールの搭載方法。
【請求項３】
請求項１に記載のはんだボールの搭載方法において、前記マスクの周辺部分の上下動が前記ボール保持穴に対して０．４ｍｍ以上であることを特徴とするはんだボールの搭載方法。
【請求項４】
請求項１に記載のはんだボールの搭載方法において、前記フラックスを均一に塗布した前記ワークを用いることを特徴とするはんだボールの搭載方法。
【請求項５】
はんだボールが通過可能な複数のボール保持穴を有するマスクを用い、ワーク上に前記はんだボールを搭載するためのはんだボールの搭載装置であって、
前記ワークを搭載するステージと、
該ステージを上下させるステージ上下動機構と、
前記マスクを固定する複数のマスク用フレームと、
前記ボール保持穴に対して外側の前記マスク用フレームを上下させるマスク上下動機構と、
前記マスク上に前記はんだボールを投入するはんだボール投入機構と、
前記ボール保持穴と前記ワークの電極とを一致させる位置決め機構と、
前記マスクに振動を加えるマスク振動機構と、
余剰はんだボールを前記マスク上から回収するはんだボール回収機構とを少なくとも備えることを特徴とするはんだボールの搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板や半導体ウエハ等の表面に形成された電極に、はんだボールを搭載するためのはんだボールの搭載方法及び搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板や半導体素子（以下、「ワーク」と言う。）等の表面に形成された電極に、はんだボールを搭載するためのはんだボールの搭載方法及び搭載装置としては、種々のものが提案され、また、実施されている。中でも、落とし込み法と呼ばれる方法、即ち、はんだボールが通過可能な複数のボール保持穴を有するマスクでワーク表面を覆い、複数のボール保持穴をワークの複数の電極に対応させる位置決めを行い、はんだボールをマスク表面で移動させて、はんだボールをボール保持穴に落とし込んでいくボール搭載方法については、例えば特許文献１〜特許文献４等により開示されている。
【０００３】
これらは、マスク上のはんだボールをスキージ、ブラシ、ブレード及びワイヤ等により移動させて、ボール保持穴に落とし込んでいくボール搭載方法である。また、従来からマスクを傾斜あるいは揺動させることにより保持穴に落としこむ方法が行われている。
【０００４】
更に、特許文献５に開示されているように、スキージでボールの移動を規制しながら、マスクとワークを一体として揺動させる方法も提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６２５３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１２６０４６号公報
【特許文献３】特開２００１−２６７７３１号公報
【特許文献４】特開２００５−２４４００６号公報
【特許文献５】特開２０００−２９４６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術の場合、はんだボールはブラシ、スキージ、ブレード及びワイヤ等のボール移動手段が接触し、これにより押されることにより移動する。このためマスクの保持穴に落とし込まれる際に、ボールが損傷したり、ボールが切断されたりすることがある上、ボール移動手段からの異物混入が生じていた。特に、直径２００μｍ以下の小さいはんだボールを搭載する場合、これらの方法ではボールの損傷や切断が頻繁に生じるため、実用的には直径２００μｍ超の比較的大きなはんだボールしか搭載できないという欠点があった。
【０００７】
一方、マスク単体あるいはマスクとワークを一体として、傾斜及び揺動させる場合にも、特に直径２００μｍ以下の小さいはんだボールでは、はんだボールの自重が軽いために、均一分散が困難で、はんだボールを全ての保持穴に落とし込むのに長時間を要し、実用的ではないという欠点があった。
【０００８】
また、落とし込み法では、はんだボールを過不足なく落とし込んで保持するためには、マスクとワーク表面の距離を均一に保つことが重要である。ところが、スキージやワイヤ等をマスク表面に押し当てて移動させる方法では、その圧力のためマスクがワーク表面に接触する欠点がある。このため特許文献２に開示されているように、マスクとワーク表面の距離を均一に保つためのスペーサを設けることが行われている。
【０００９】
しかしながら、直径の小さいはんだボールの場合のように、マスクとワークが接近している場合には、スペーサをワーク内、例えばチップとチップの境界部に設ける必要がある。このためフラックスをワーク全面に塗布することができず、電極位置のみに塗布する必要があった。更には、電極のみに塗布したフラックスがにじみ拡がると、スペーサにフラックスが付着するため、塗布するフラックスにも種々の制限があった。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、はんだボールをマスク上で均一に分散させると共に移動させ、よって短時間で確実にはんだボールをマスクに設けた全てのボール保持穴に落とし込めるようにしたはんだボールの搭載方法及び搭載装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するための請求項１に係る本発明は、はんだボールが通過可能な複数のボール保持穴を有するマスクを用い、少なくとも複数の電極表面にフラックスが塗布されたワーク上に、前記はんだボールを搭載するためのはんだボールの搭載方法であって、  前記マスクの周辺部分を前記ボール保持穴の形成領域よりも高くする工程と、前記マスクのボール保持穴の下部に前記ワークを配置し、前記ボール保持穴と前記ワークの電極とを位置合わせする工程と、前記マスク上に前記はんだボールを投入する工程と、その状態で前記マスクに振動を加えて、前記はんだボールを前記マスク表面で移動させて、前記はんだボールを前記ボール保持穴に落とし込む工程と、前記マスクの周辺部分を前記ボール保持穴よりも低くして、前記はんだボールの余剰分を前記マスク上から回収する工程とを少なくとも有することを特徴とするはんだボールの搭載方法である。
【００１２】
また、請求項２に係る本発明は、請求項１に記載のボール搭載方法において、前記マスクに加える振動の振動数が２０Ｈｚ以上であることを特徴とするはんだボールの搭載方法である。
また、請求項３に係る本発明は、請求項１に記載のボール搭載方法において、前記マスクの周辺部分の上下動が前記ボール保持穴に対して０．４ｍｍ以上であることを特徴とするはんだボールの搭載方法である。
また、請求項４に係る本発明は、請求項１に記載のボール搭載方法において、前記フラックスを均一に塗布した前記ワークを用いることを特徴とするはんだボールの搭載方法である。
【００１３】
また、請求項５に係る本発明は、はんだボールが通過可能な複数のボール保持穴を有するマスクを用い、ワーク上に前記はんだボールを搭載するためのはんだボールの搭載装置であって、前記ワークを搭載するステージと、該ステージを上下させるステージ上下動機構と、前記マスクを固定する複数のマスク用フレームと、前記ボール保持穴に対して外側の前記マスク用フレームを上下させるマスク上下動機構と、前記マスク上に前記はんだボールを投入するはんだボール投入機構と、前記ボール保持穴と前記ワークの電極とを一致させる位置決め機構と、前記マスクに振動を加えるマスク振動機構と、余剰はんだボールを前記マスク上から回収するはんだボール回収機構とを少なくとも備えることを特徴とするはんだボールの搭載装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のはんだボール搭載方法及び装置によれば、マスクを振動させることにより、はんだボールをマスク上で均一に分散且つ移動させ、よって短時間で確実にはんだボールを全てのボール保持穴に落とし込むことができる。更に、落とし込み穴を有するマスク中央部に対して、マスク周辺部を上下させるだけで、はんだボールの集散を容易ならしめ、はんだボールを傷めることがない。従って、良質のはんだボールを短時間で確実にワークの電極上に搭載でき、高品質のはんだボール搭載ワークを高効率で製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明によるはんだボールの搭載方法及び搭載装置の好適な実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図９に、本発明に係るはんだボールの搭載工程の一例を示す。図１は、はんだボールの搭載装置における工程初期状態を示している。本発明が取り扱うはんだボールＢ（図５等参照）の好ましいサイズは、直径が６０μｍ〜７６０μｍ程度の球形である。なお、以下の説明では、ワークがウエハ１（図３等参照）である場合を用いて説明しているが、ワークが基板である場合も全く同様である。
【００１６】
ここで、本発明のはんだボールの搭載装置を、主に図１を参照して概略説明する。ワーク（ウエハ１）は、ワークステージ２上に搭載される（図３）。ワークステージ２は典型的には概略円形を呈し、その上に例えばバキューム等の方法でウエハ１を吸着固定するようになっている。また、ワークステージ２を支持するステージ上下動機構４を備え、このステージ上下動機構４が例えば送りネジ機構を介してワークステージ２を所望の高さに上下動させることができる。
【００１７】
更に、ステージ上下動機構４には、ワークステージ２を水平直交２軸Ｘ，Ｙ方向及び回転θ方向に微調整可能な位置決め機構（図示せず）が付帯されている。この位置決め機構によってワークステージ２（ウエハ１の電極）と後述するマスク３のボール保持穴との位置合せを行うことができる。なお、位置合せの際の位置決め確認方法として、画像処理等の方法を用いることができる。
【００１８】
ワークステージ２の上方至近には、マスク３を搭載支持するためのマスク用フレーム５が水平配置される。マスク用フレーム５はリング状もしくは環状に構成され、ワークステージ２と実質的に同芯で且つこれを囲繞するように配置される。なお、マスク用フレーム５の支持部５ａがワークステージ２の側近に立設される。マスク３は接着剤等によりマスク用フレーム５の頂部に固定され、ウエハ１の電極に対応する複数のボール保持穴３ａを有する。ボール保持穴３ａは典型的には円形とするが、矩形（正方形等）とすることも可能である。
【００１９】
マスク用フレーム５の外側には更に、マスク３の外周縁部を支持するためのマスク用フレーム６が水平配置される。マスク用フレーム６は典型的にはリング状もしくは環状（なお、矩形であってもよい）に構成され、マスク用フレーム５と実質的に同芯に配置される。マスク用フレーム６はその支持部６ａを介して、マスク上下動機構７によって上下動可能に支持される。このマスク上下動機構７は例えば送りネジ機構を備え、マスク用フレーム６を所望の高さに上下動させることができる。
【００２０】
ここで、マスク用フレーム５は支持部５ａを介して、ベースプレート８上に固定支持される。このベースプレート８は更に、マスク振動機構９を介して装置基台１０に支持される。即ち、マスク振動機構９の作動により、マスク用フレーム５を加振することができるようになっている。なお、マスク振動機構９として例えば、組立ライン等で用いるパーツフィーダ等で使用される振動子と板バネからなる加振機構により構成することができる。
【００２１】
更に、はんだボールを装置に投入するためのはんだボール投入機構を備え、はんだボールのストッカー（図示せず）から例えば図５のようにシュート１１によりマスク３上にはんだボールを投入することができる。
また、はんだボールを回収するためのボール回収機構を備え、例えば図７のようにリング状受け皿１２内にはんだボールＢを回収することができる。
【００２２】
上記のように構成されたはんだボール搭載装置において、次に本発明方法の工程に沿ってはんだボール搭載動作を説明する。
図１の工程初期状態に次いで図２は、マスク用フレーム５に対してマスク用フレーム６を上げた状態を示す。前述のようにマスク３を接着剤等により固定したマスク用フレーム５，６を用いる。先ず、マスク上下動機構７により、マスク用フレーム５に対してマスク用フレーム６を上昇させる。なお、マスク用フレーム５は固定されている。これによりマスク３の周辺部分が、ボール保持穴３ａの形成領域よりも適度に持ち上がり、皿状になる。
【００２３】
図３は、ワークステージ２にワーク（ウエハ１）を設置した状態を示す。ウエハ１には、予め少なくとも電極位置に、図示しないフラックスを塗布しておく。このフラックスは、ウエハ１に搭載されたはんだボールＢを溶融凝固するまでの間、簡便にウエハ１の電極上に該はんだボールＢを保持しておくことができる。
【００２４】
本発明の方法では、マスク３をウエハ１に押し付ける操作がないので、結果、マスク３とウエハ１の間にスペーサを設ける必要がない。そのためフラックスをウエハ１全面に塗布することができる。フラックスを、例えば印刷機によりステンシルを用いて、電極部に点状に塗布すると、はんだを溶融凝固させて球状のバンプにするリフロー処理時に、点状のフラックスが軟化流動する。このため、その上に搭載されたはんだボールもフラックスの流動によって移動することがあり、ブリッジ等の欠陥の原因となることがある。
【００２５】
本発明ではフラックス塗布は、吹き付け法やスピンコート法等の厚みが均一でワーク全体に塗布できる方法が適用可能である。リフロー時にフラックスが軟化しても流動そのものが発生しないため、欠陥が発生しないことから、フラックスを均一に塗布したワークを用いることはより好ましい。更には印刷法では、印刷の品質として、フラックスがにじみ拡がる恐れがあるため、フラックスの種類や成分が限定されるが、本発明法ではフラックスに適した塗布方法を選択すればよい。
【００２６】
図４は、ステージ上下動機構４によりワークステージ２を、所定の高さまで上昇させた状態を示している。その際、前述した位置決め機構によってワークステージ２を上下左右方向に移動及び水平回転させ、マスク３のボール保持穴３ａとウエハ１の電極との位置合わせが行われる。
【００２７】
図５は、はんだボール投入機構によりシュート１１から、はんだボールＢを投入した状態を示す。投入するはんだボールＢの個数は、短い時間で全てのボール保持穴３ａにはんだボールＢを落とし込むために、ボール保持穴３ａの数の２倍超が好ましい。
【００２８】
ここで、マスク３とウエハ１の距離（上下方向）は、搭載するはんだボールの大きさによって適切な値にする。落とし込み時には、はんだボールＢの頭頂部がマスク３の上面と同じか又はボール直径の０．５倍程度まで高くすることが好ましい。これにより１つのボール保持穴３ａに２つ以上のはんだボールＢが入ることを防止できる。ブラシやスキージを使用してはんだボールを落とし込む方法では、はんだボールＢの頭頂部がマスク３上面より上に出ていると、ブラシやスキージによりはんだボールが損傷を受けるが、本発明法ではこの問題がない。
【００２９】
また、マスク用フレーム５に対してマスク用フレーム６を上げる高さは、使用するはんだボールＢの直径や加える振動の強度にもよるが、使用するはんだボールＢの直径が６０μｍ以上、７６０μｍ以下の範囲では、振動を加えた際にはんだボールＢがマスク３上に留まるように０．４ｍｍ超にすることが好ましい。また、マスク３の変形を防止するため３ｍｍ以下が好ましい。直径の小さいはんだボール用のマスクは、一般的にはメッキ法によって製作されるが、本方法ではマスク３の変形が小さいので、安価な１枚の平板のマスクを使用することができる。
【００３０】
なお、マスク３に形成するボール保持穴３ａは、はんだボールＢを落とし込み易くするため、使用するはんだボールＢの直径よりも大きく、具体的には１．５倍以下の直径であることが好ましい。また、マスク３に形成されたボール保持穴３ａの位置は、ウエハ１上に形成されている電極位置と一致させているが、ウエハ１のワークステージ２への載置状況によっては、ワークステージ２の移動機構で微調整可能である。
【００３１】
図６は、マスク振動機構９によりマスク３を振動させて、そのボール保持穴３ａにはんだボールＢを落とし込んだ状態を示す。マスク振動機構９の仕様として、使用するはんだボールＢやマスク用フレーム５の構造等に応じて、効率よくはんだボールＢが均一分散・移動する周波数を選択する。
【００３２】
通常、直径２００μｍ以下の小さなはんだボールは、自重が軽いため均一分散が困難である。本発明法では、はんだボールＢの大きさに適した振動により、６０μｍのはんだボールＢでも、均一分散と落とし込みが可能である。なお、マスク３が上下に大きく振動すると、ウエハ１の表面に接触する可能性があるため、上下振動は小さいことが好ましい。
【００３３】
搭載装置により好適な振動数は変化するが、直径２００μｍ以下のはんだボールＢを用いた場合には、周波数は２０Ｈｚ以上であればはんだボールＢの分散と移動が生じる。なお、振幅については、目視ではんだボールＢが跳躍しない程度にすることで、はんだボールＢに対するダメージを防止するように設定される。
【００３４】
ここで、マスク振動機構の別の例としては、図１０中に示した振動子１３を用いる方法もある。即ち、図示のようにマスク用フレーム５に直接、あるいはマスク用フレーム５の至近位置の支持部５ａの適所に振動子１３を搭載し、マスク用フレーム５を加振するようにする。この場合は、２０ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下の超音波領域の振動を加えるのに適している。
【００３５】
図７は、余剰となったはんだボールＢをマスク３上から除去するため、マスク用フレーム５に対してマスク用フレーム６を下げた状態を示す。これによりマスク３以外のスキージ等にボールを接触させることなく、図示のようにマスク用フレーム６の外側に設けたボール回収機構の受け皿１２内にはんだボールＢを回収することができる。余剰のはんだボールＢを回収することで、はんだボールＢの無駄をなくすことができると共に、ボール保持穴３ａに落とし込まれたはんだボールＢに損傷を与えることがない。
【００３６】
上記の場合、はんだボールＢの回収時には、マスク振動機構９による振動を利用できる。また、マスク用フレーム５に対してマスク用フレーム６を下げる高さは、使用するはんだボールＢの直径や加える振動の強度にもよるが、使用するはんだボールＢの直径が例えば６０μｍ以上、７６０μｍ以下の範囲では、振動を加えた際にマスク３上のはんだボールＢが排除されるように０．２ｍｍ超にすることが好ましく、また、マスク３の変形を防止するため３ｍｍ以下が好ましい。
【００３７】
図８は、余剰ボールを取り去った後、マスク用フレーム６をマスク用フレーム５と同じ高さになるように戻し、全てのボール保持穴３ａにはんだボールＢが落とし込まれた状態を示す。落とし込まれたはんだボールＢは、ウエハ１表面に塗布されたフラックスの粘着力によって、ウエハ１の電極上に保持される。
【００３８】
図９は、ワークステージ２を降下させ、はんだボールＢが搭載されたウエハ１を取り外し可能な状態を示す。この後で、はんだを溶融凝固させて球状のバンプにするリフロー処理をウエハ１に行うことでバンプが形成される。
【００３９】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、この例にのみ限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更可能である。
例えば、はんだボールＢのサイズやマスク振動機構の加振周波数等は、本発明の技術的範囲内で好適なものが採用される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態におけるワーク及びはんだボールを搭載する前の搭載装置の状態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるマスク用フレームを上昇させた状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるワークステージにウエハを設置した状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるワークステージを上昇させ位置決めした状態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるウエハに搭載するはんだボールをマスク上に投入した状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態におけるはんだボールをマスクからウエハに落とし込む状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における余剰はんだボールを回収する状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態におけるウエハにはんだボールを搭載した状態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態におけるウエハを取り出す状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態における 振動子を取り付けた搭載装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ウエハ
２  ワークステージ
３  マスク
４  ステージ上下動機構
５  マスク用フレーム
６  マスク用フレーム
７  マスク上下動機構
９  マスク振動機構
１１  シュート
１２  受け皿
Ｂ  はんだボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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