(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少量の液体をターゲット表面上に再現可能に塗布するためのアセンブリ（１０）であって、
（ａ）  開口部（５０）が前記ターゲット表面上に位置決めされる液体リザーバ（２８、３８）と、
（ｂ）  開口方向に可動であるプランジャ（５２、６０）と、
（ｃ）  前記プランジャを移動させるためのアクチュエータ（１４）とを含み、
（ｄ）  前記開口部（５０）は、下方向に円錐状に尖った中央ボア孔を有する吐出部分（４８）の形における、突出する円錐状の先端または吐出口によって形成され、
（ｅ）前記プランジャ（５２）は下方向に円錐形に尖ったプランジャであり、
（ｆ）同じく円錐形に狭い薄い環状空間が吐出部分（４８）の内側壁部と前記プランジャ（５２）との間に形成され、
（ｇ）  前記プランジャ（５２、６０）は、前記液体リザーバ（２８、３８）に存在する全液体（７０）を通って下方向に前記先端または吐出口（２４）内へと延在し、それによって、前記液体の部分が、前記プランジャによって、前記開口部の方向におけるプランジャ運動によって、前記開口部を通って外方向に移動され、前記液体の移動は、前記プランジャの端面からのみならず、本質的に側方表面によっても行なわれることにおいて特徴付けられる、アセンブリ（１０）。
【請求項２】
（ａ）  前記液体ははんだ材料または室温において固形である任意の他の材料であり、
（ｂ）  前記液体リザーバ（２８、３８）は前記材料の融点より上の温度に加熱可能であることにおいて特徴付けられる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記開口部の範囲に向かって照射（７１）を発するレーザをさらに含む、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記プランジャ（５２、６０）は中空であり、前記レーザ照射（７１）は前記プランジャを通って前記開口部の範囲に案内されることにおいて特徴付けられる、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記開口部の範囲内に案内されるガスがガス源に与えられることにおいて特徴付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記ガスは窒素または他の不活性ガスまたはガス混合物であることにおいて特徴付けられる、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記ガスは加熱されることにおいて特徴付けられる、請求項５または６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記ガスは外側チャネル（３６）を通って前記ガス源から前記開口部の範囲に案内され、それによって、熱が前記液体リザーバから吸収される、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記液体リザーバは、チャネル（６４）によって前記液体リザーバ（２８、３８）に接続される別のリザーバ（６２）から充填されることにおいて特徴付けられる、請求項１〜８のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記材料はボールまたは他の軟材料の形態で存在し、活性化で前記ボールまたは軟材料を前記チャネル（６４）を通して前記液体リザーバ（２８、３８）内に案内するようにされるバイブレータ（６６）が設けられることにおいて特徴付けられる、請求項２または請求項９に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、
少量の液体をターゲット表面上に再現可能に塗布するためのアセンブリに関し、
（ａ）  開口部がターゲット表面上に位置決めされる液体リザーバと、
（ｂ）  開口部の方向に可動であるプランジャと、
（ｃ）  プランジャを移動させるためのアクチュエータとを含む。
【０００２】
このようなアセンブリによって、液体は、プランジャを移動させることによって、選択されたターゲット表面に位置決めされ得る。
【背景技術】
【０００３】
先行技術
液体がピストンまたはプランジャによって開口部を通して押される注入装置のような分注システムが公知である。ピストンまたはプランジャは液体リザーバの一方側上に座し、開口部は典型的には対向する端部に位置決めされる。ピストンまたはプランジャが移動されると、全液体が移動される。それによって、再現性が制限される。ピストンまたはプランジャは液体リザーバにおいて封止するように案内される。液体が使い切られると、液体リザーバは、出口開口部を介してか、または充填のためにピストンもしくはプランジャを除去することによって充填される態様で、再充填される。
【０００４】
さらに、開口部がたとえばシャッタで閉じられる分注システムが公知である。液体の残りがシャッタの範囲または開口部に残って、分注の再現性を低減する危険性がある。
【０００５】
最後に、はんだ材料からなる個々のボールが先端で取上げられるアセンブリが公知である。ボールは配置され、レーザビームが開口部を通してはんだ材料に照射され、それによって、はんだは溶解し、はんだ付けを形成する。そのようなアセンブリでは、液体リザーバはない。
ＵＳ２００９／０９５８２５Ａ１には、流体チャンバとノズルアセンブリとを有する、流体のためのディスペンサが開示されている。ノズルアセンブリは流体チャンバに対して解放可能に接続される。
ＷＯ２００８／１０８０９７Ａ１には、たとえばはんだペーストなどのような材料を充填するための放出装置が開示されている。この装置においては、それは、プランジャが液体出口に向かって移動される場合にはプランジャの前端セクションが液体チャンバの内側壁部の付近において停止されることを決定する位置によって規制される。
ＤＥ  １０  ２０１１  １０８７９９  Ａ１には、少なくとも１つの動作要素と出口開口部を伴う吐出口とを含む作動システムを伴う粘性分注材料に対する液体のための分注システムが開示されている。
ＵＳ２０１１／３１５７４７Ａ１には、ホッパと、取付ヘッドと、ホッパおよび取付ヘッド内に挿入可能な押圧ピンとを伴う、はんだボールのための取付ヘッドが開示されている。取付ヘッドは、はんだボールの移動を規制する内径を有する。はんだ付けボールを供給するために、押圧ピンははんだボールを押圧する。それによって、はんだボールはターゲット表面上に次々と塗布される。
ＵＳ２００６／０２１９７６Ａ１には、はんだ付けのための方法および装置、接続方法、接続装置、ならびに吐出ユニットが開示されている。ＵＳ６３３６５８１Ｂ１には、はんだ付けボールを接続するための装置、およびこの目的のための毛管が開示されている。ＷＯ０３００６１９７には、はんだ付け材料を、固形状態において位置決めし、溶融し、最終的に、加圧されたガスによって基板上に送ることによって塗布するための装置が開示されている。ＷＯ０３／０２４６５３Ａ１には、はんだ付け接続を形成するための方法が開示されている。ＪＰ２００２０５７４５０には、はんだ付け装置が開示されている。ＥＰ０７５２２９４Ａ２には、液体はんだ付け材料を放出するための装置が開示されている。ＦＲ２０４０６８１Ａ５には、小さな要素を把持し移送し溶接するための装置が開示されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の開示
この発明の目的は、上記の種類のアセンブリに高い再現性を与えることである。この発明に従うと、この目的は、
（ｄ）  開口部は、突出する円錐状の先端または吐出口によって形成され、
（ｅ）  プランジャは、液体リザーバに存在する全液体を通って下方向に先端または吐出口内へと延在し、それによって、液体の部分が、プランジャによって、開口部の方向におけるプランジャ運動によって、開口部を通って外方向に移動されることにおいて達成される。
【０００７】
プランジャは必ずしも開口部を閉じなければならないということはない。そのような態様では、液体は、シャッタなしに、および開口部を完全に閉じる必要なしに、分注される。開口部の範囲に存在するそのような液体の部分がプランジャによって移動される。それによって、ピストンを動かして液体を上から押すことでよりも高い再現性が達成され得ることが示された。液体の移動は、プランジャの前端表面によって行なわれるだけではなく、本質的に側方表面からも行なわれる。
【０００８】
環状のチャネルが、先端または吐出口の範囲において、先端または吐出口の内側壁部とプランジャの側方表面との間に形成される。液体は、環状開口部を通って外方向に流れる。狭められた流れ断面に従って、液体は、側方表面によって引きずられ、開口部を通して外方向に押される。
【０００９】
分注は、粘性、先端または吐出口におけるプランジャの貫通深さ、プランジャの上方向および下方向運動の周期、ならびに先端または吐出口の形状および開口断面によって調整され、それにより、用途に対して適合され得る。
【００１０】
特にこの発明の利点は、高い再現性が達成されるのみならず、液体リザーバがその上側範囲において自由な断面を有するということである。これによって、液体は、分注プロセスを中断させる必要なく、連続的に充填および再充填され得る。
【００１１】
この発明のある変形においては、
（ａ）  液体ははんだ材料または室温において固形である任意の他の材料であり、
（ｂ）  液体リザーバは材料の融点より上の温度に加熱可能であることが規定される。
【００１２】
このようなアセンブリでは、はんだ材料などのような固形材料は上から再充填され得る。その塊は加熱されたリザーバにおいて溶融することになる。材料は下側端部においては液体であり、上記の態様で分注され得る。
【００１３】
好ましくは、開口部の範囲に向かって照射を発するレーザが設けられる。そのようなアセンブリにおける先端または吐出口は外方向に向かって自由に突出し得る。この範囲は温度が低過ぎて、固形のはんだ材料が実際の分注前に冷却されるおそれがある。これは望ましくない。冷たいはんだ付け点が形成され得、はんだ材料は酸化し得る。レーザの照射が、したがって、開口部範囲に向かって向けられ、さらなる加熱を与える。
【００１４】
この発明の特に有利な変形においては、プランジャは中空であり、レーザ照射はプランジャを通して開口部の範囲に案内される。そのような態様では、レーザ照射がまさに開口部範囲に適用されるコンパクトなアセンブリが達成されるだけではない。レーザはたとえばウェハ上の位置決めに干渉しない。
【００１５】
この発明のさらなる修正物では、開口部の範囲内に案内されるガスを与えられるガス源が提供される。そのようなガスは窒素または任意の他の不活性ガスまたはガス混合物であってもよい。不活性ガスを用いれば、液体が早期に酸化して、望ましくない影響を引起すことが回避される。ガスは、代替的または付加的な加熱として加熱されてもよい。これにより、外方向に突出する吐出口または先端の付加的な加熱が達成される。
【００１６】
この発明の好ましい実施の形態では、ガスは外側チャネルを通ってガス源から開口部の範囲に案内され、それによって、熱が液体リザーバから吸収され得る。液体リザーバは、たとえば、加熱された金属シリンダにおいてボア孔によって形成され得る。螺旋形状の溝がその外側に設けられ得、それは、金属シリンダ上に移動され封止される管状のカバーによってチャネルを形成するよう閉じられる。ガスは頂部からチャネル内に挿入され、それが吐出口または先端の方向に流れる態様で、その下側端部から出ることができる。これによって、熱が伝達され、外側範囲が冷却され、それによって取扱いの容易化が達成される。加えて、ガスによって吸収される熱を吐出口または先端を加熱するために用いてもよいことが達成される。
【００１７】
ガスは、液体リザーバ内における液体より上の範囲内に案内されてもよい。それは、液体が常に下方向に流れることを確実にするために、増大された圧力を有し得る。さらに、不活性ガスが液体の酸化を防止し得る。
【００１８】
好ましくは、液体リザーバは、傾斜されたチャネルによって液体リザーバに接続される別のリザーバから充填される。高い再現性および分注精度を達成するためには、液体リザーバをあまり大きくないように選択することが推奨される。大きな液体リザーバよりも、一様な加熱が実現され得る。特に、はんだ材料での場合のように、液体が室温よりも上の融点を有する場合には、材料が固形で存在する別のリザーバを提供することが望ましい。材料はボールまたは他の緩いバルク材料の形式で存在してもよく、バイブレータが、活性化で、ボールまたは緩い材料を、チャネルを通して液体リザーバ内に案内するようにされるよう設けられてもよい。高い精度は必要ではなく、なぜならば、液体リザーバは充填または再充填されるのみであるからである。好ましくは、充填レベルセンサが液体リザーバの上側範囲に設けられ、その信号をバイブレータの制御のために用いることができる。センサレベルに到達した場合には、バイブレータは遮断される。レベルが下側しきい値より下に落ちる場合、または選択された時間の後、バイブレータは再び活性化される。
【００１９】
この発明のさらなる修正物は従属請求項の主題である。ある実施の形態を、以下において、さらに詳細に、添付の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ターゲット表面上にはんだ材料を塗布するためのアセンブリの斜視図である。
【図２】図１のアセンブリを異なる視点から示す。
【図３】図１のアセンブリの垂直長手方向断面図である。
【図４】図１のアセンブリの上面図である。
【図５】図３に関して９０度回転された断面に沿った図１のアセンブリの垂直長手方向断面図である。
【図６】図３の詳細である。
【図７】はんだボールのための再充填方法の動作の態様を示すための概略断面図である。
【図８】図１のアセンブリのためのステンレス鋼シリンダの部分的な断面の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態の説明
図面は概略的に参照番号１０で指定される自動はんだアセンブリを示す。ウェハ上のコンタクトがそのようなはんだアセンブリで自動的にはんだ付けされる。この目的のために、ウェハがアセンブリ下で移動されるか、またははんだアセンブリがスキャナのようにウェハ上に可動に取付けられる。はんだ材料のターゲット表面上における塗布は連続的な動作で行なわれ、１０００点／秒の範囲の割合で達成され得る。
【００２２】
はんだアセンブリ１０は、参照番号１２で示されるプレート形状のホルダを含む。以下により詳細に記載されるピエゾアクタ１４が、ホルダ１２の上側範囲に対して、ホルダプレート１８によって固定される。冷却リブを伴う下側冷却体１６がホルダ１２の下側範囲に固定される。上側冷却体２０が、ピエゾアクタ１４と下側冷却体１６との間の範囲に設けられる。下側冷却体１６は、図１において番号２２で示される吐出ヘッドを冷却する。突出する吐出口２４は吐出ヘッド２２の下側端部に設けられる。図において十分に認識され得るさまざまなシリンダヘッドねじは構成要素をホルダに固定するよう働く。
【００２３】
吐出ヘッド２２は、本質的に、大きくて重いステンレス鋼シリンダ２６からなる。ステンレス鋼シリンダは同軸の中央ボア孔２８を設けられる。ステンレス鋼シリンダは図８において別途示される。中央ボア孔は液体リザーバを形成する。４つのさらなるボア孔３０が中央ボア孔２８に周りにおいて円形に設けられる。吐出ヘッド２２をたとえば５００℃〜６００℃の温度に加熱する加熱要素が、そのようなボア孔３０に配置される。ステンレス鋼シリンダ２６は管形状のリング３２に座し、それに対して封止される。螺旋形状の溝３６が、ステンレス鋼シリンダ２６の外側壁に切込まれる。溝３６の上側端部は窒素源に接続される。溝３６の下側端部は、図６においてよく見ることができる径方向ボア孔３４に延在する。リング３２がステンレス鋼シリンダ２６上に移動される場合には、溝は環状の冷却チャネルを形成し、そこにおいて、冷却窒素がボア孔３４に向かって流される。そのような態様では、吐出ヘッド２２の外側は、うまく取扱うことができる低い温度を有する。チャネルにおいて加熱された窒素は、ボア孔から、下方向に向かって自由に突出する吐出口２４の方向に流され、それのさらなる加熱を与える。
【００２４】
中央ボア孔２８はその下側端部３８に向かって円錐状に尖らされる。雄ねじ４２を伴うねじ切りされたピン４０がステンレス鋼シリンダの下側端部において統合される（図６）。調整可能なヘッド部分４４がその下に配置される。ヘッド部分４４は、その位置において、ねじ切りされたピン４０上に螺着されるナット４６によって保持される。ヘッド部分４４は、下方向に向かって円錐状に尖らされる中央ボアを設けられる。吐出口２４を形成する吐出部分４８はそのような中央ボアに座し、吐出口は下方向に向けられる開口部を有する。典型的には、吐出口開口部は数十ミクロン〜数百ミクロンの範囲の直径を有する。吐出部分４８は、ヘッド部分４４に緊密に座し、管形状の上側範囲を有し、中央ボア孔２８の円錐状の尖った範囲３８へと延在する。これは図６においてよく認識され得る。
【００２５】
その下側端部において下方向に円錐形状であるプランジャ５２は吐出部分４８内に緩く挿入される。同様に円錐形である狭い環状空間が吐出部分４８の内側壁部とプランジャ５２との間に形成される。プランジャ５２は内側が中空である。毛管がプランジャ５２内にその上側端部からねじ込まれ、中央ボア孔全体を通って、つまり液体リザーバ全体を通って延在する。この実施の形態では、毛管６０はタングステンカーバイドから形成される。しかしながら、ステンレス鋼からなる毛管も用いられてもよい。毛管６０の上側端部はピエゾアクタ１４に接続される。このような態様では、プランジャ５２は、上方向および下方向に、選択された周期、たとえば２００〜１５００Ｈｚの間で移動され得る。毛管６０は、上側範囲において、中央ボア孔２８内において、案内部５４で案内される。液体リザーバの範囲において高温に晒される毛管６０は、ピエゾアクタ１４への上側遷移範囲において、環状冷却部２０で冷却される。
【００２６】
ねじ切りされたピン４０、ナット４６、ヘッド部分４４および吐出口２４は、ステンレス鋼シリンダを越えて下方向に自由に突出する。ボア孔３４は、下方向に傾斜されたチャネル５６で終わり、それは、ねじ切りされたピンとヘッド部分４４との間の範囲において環状空間５８で終わる。外側からの熱をステンレス鋼シリンダから吸収する高温の窒素が、ここで、突出する範囲を加熱し、先端における温度は非常に高く、吐出ヘッドにおけるよりも高い。
【００２７】
図７は、どのようにしてはんだ材料が塗布されるかがわかる、アセンブリ１０の単純化された表現である。アセンブリ１０の外側に設けられるリザーバ６２は、固形のはんだ材料からなるボールを充填される。ボールはパイプ６４を通ってアセンブリ１０内に移送される。パイプは、さらなる手段がなければボールがその中に固着して留まるであろう直径を有する。したがって、超音波バイブレータ６６が設けられる。バイブレータ６６はリザーバ６２を高い周期で前後に動かす。これにより、ボールは動かされ、アセンブリ１０において下方向に移送される。
【００２８】
パイプ６４の下側端部は、加熱されたステンレス鋼シリンダ２６の中央ボア孔２８にて終わる。中央ボア孔２８は液体リザーバを形成する。ここにおいてボールの形状で供給されたはんだ材料は溶解し、さらなる使用のために液体リザーバ２８において液体の形で利用可能である。はんだ材料は、たとえばワイヤの形状など任意の他の形状で挿入されてもよい。
【００２９】
充填レベルセンサ６８が中央ボア孔２８の上側範囲において設けられる。充填レベルセンサ６８は、液体リザーバ内に十分なはんだ材料があるかどうかを検出する。充填レベルセンサ６８に達しない限り、バイブレータ６６は動作され、さらなるはんだ材料が充填される。充填レベルセンサ６８に到達すると、バイブレータ６６は、選択された動作期間の間、オフに切換えられる。
【００３０】
液体はんだ材料は、図７において番号７０で示される。それは吐出口２４へと下に延在することが認識され得る。粘度は、材料が吐出部分４８の開口部を通って出ない選択された温度で、依然として十分に高い。プランジャ５２は、ピエゾアクタ１４によって、垂直方向において上方向および下方向に移動される。プランジャ５２の最も下側の先端は吐出部分４８の円錐形範囲において移動される。吐出部分４８の内側壁部とプランジャ５２との間における環状空間に存在するはんだ材料は、下方向移動中に吐出開口部２４を通って押され、外側に放出される。はんだ材料は、同時に、壁と壁との間において潤滑材として作用する。放出される材料は、ピエゾアクタ１４でプランジャ運動の周期を調整すること、および運動の振幅を調整することによって調整され得る。しかしながら、放出される材料をステンレス鋼シリンダ２６における加熱温度を調整することによって調整することも可能である。より高い温度は、より低い粘性を引起し、それによって、より大きな放出塊をもたらし、逆の場合も同様である。
【００３１】
プランジャ５２および毛管６０は中空である。レーザビーム７１は、プランジャ５２および毛管６０を通って吐出口２４へと下に案内される。たとえばダイオードレーザからのそのようなレーザビーム７１で、放出されるはんだ材料はたとえば３００℃〜９００℃に加熱され、それによって、それは、塗布手順の終了後にのみ冷却および硬化する。加えて、窒素ガスが窒素リザーバからパイプ７２を通って毛管６０およびプランジャ５２内に流される。これにより、所望されない酸化およびはんだ点の離隔が回避される。窒素は、液体より上の空間にも流され、増大された圧力にまで加圧される。これによって、常に同じ量のはんだ材料が吐出部分４８内の環状空間に存在することが確実にされる。放出されるはんだ材料の量は、空間における圧力によっても影響を受け得る。高い圧力はより大きな量を与えることになる。
【００３２】
レーザビーム７１の光路は、反射される赤外線放射を検出するよう、ビームスプリッタによっても用いられる。塗布されるはんだ材料の温度はそれから導き出され得る。
【００３３】
記載されるアセンブリは、特に、ウェハバンピング、基板バンピング、さまざまな寸法におけるはんだ付け、および微細ピッチウェハバンピングなどのような方法に対して特に好適である。形成されるはんだ点の量は、現在、約５〜１０点／秒〜１０００点／秒以上に増大され得る。記載されるアセンブリでは、再現性が本質的に増大される。
【００３４】
上記のアセンブリを詳細に記載した。しかしながら、これは、特許請求の範囲によって専ら定められる特許の範囲を限定しないことが理解される。この発明の概念を逸脱することなく用いられ得る数多くの代替例および均等な手段が当業者には理解される。特に、幾何学的構成、材料、径および量はこの発明の基本概念から逸脱することなく変動され得る。
【図１】
0006411473.tif 000002
【図２】
0006411473.tif 000003
【図３】
0006411473.tif 000004
【図４】
0006411473.tif 000005
【図５】
0006411473.tif 000006
【図６】
0006411473.tif 000007
【図７】
0006411473.tif 000008
【図８】
0006411473.tif 000009