(57)【要約】【課題】本発明は、効率的かつ的確に配列板上に導電性ボールを吸着させる装置を提供する。【解決手段】基板に形成された複数の電子部品の電極上に、吸着ツールによって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記複数の電極が形成された基板を位置決めする搭載部と、複数の前記導電性ボールを収容した導電性ボール供給部と、前記導電性ボールを帯電せしめる帯電装置と、真空源に接続され、吸着面に前記基板に形成された複数の接続端子と同じ配列で複数の吸着穴が形成され、前記導電性ボール供給部から前記吸着穴に導電性ボールを吸着して取出し、前記搭載部に位置決めされた基板の接続端子上に導電性ボールを搭載する配列板とを少なくとも備えたことを特徴とする導電性ボール搭載装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された複数の電子部品の電極上に、吸着ツールによって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記複数の電極が形成された基板を位置決めする搭載部と、複数の前記導電性ボールを収容した導電性ボール供給部と、前記導電性ボールを帯電せしめる帯電装置と、真空源に接続され、吸着面に前記基板に形成された複数の電極と同じ配列で複数の吸着孔が形成され、前記導電性ボール供給部から前記吸着孔に導電性ボールを吸着して取出し、前記搭載部に位置決めされた基板の電極上に導電性ボールを搭載する配列板とを少なくとも備えたことを特徴とする導電性ボール搭載装置。
【請求項２】
前記導電性ボール供給部は、振動により前記導電性ボールを跳躍させる手段を備えた請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項３】
前記帯電装置は、前記導電性ボール供給部中に導入されている前記導電性ボールを帯電させるイオナイザーを備えている請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項４】
前記帯電装置は、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に電位差を印加する手段を備えている請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項５】
前記電位差の最大値が１０〜１０００Ｖの範囲内である請求項４記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項６】
前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される電位差は、直流電圧又は交流電圧の一方又は双方である請求項４又は５に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項７】
前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される前記直流電圧の大きさを時間と共に変化させることができる手段を備えた請求項６記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項８】
前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される前記交流電圧の大きさ及び周波数を時間と共に変化させることができる手段を備えた請求項６記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項９】
前記導電性ボール供給部と前記配列板との間の電気的接続を任意に解除する手段を備えた請求項４〜８の何れか１項に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項１０】
前記導電性ボールの搭載が、一括搭載である請求項１記載の導電性ボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボール搭載装置に関し、特に、微細な導電性ボールを配列板上に保持して、プリント基板あるいはチップ等の電子部品の電極上に一括で配列搭載させる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、半導体チップの電気的接続に微小金属ボールを用いたボールバンプが用いられるようになってきている。ボールバンプを用いることにより、パッケージの小型化、多ピン化等の数々のメリットを得ることができる。このような微小金属ボールを用いたバンプ形成技術は、例えば、（特許文献１）に記載されている。前記文献に記載されているバンプ形成方法は、少なくとも半導体チップ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板を用いる。このボール配列板に微小金属ボールを吸着保持した後、前記ボール配列板を搭載用ステージまで搬送して、被搭載部に搭載するようにしている。この方法によれば、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搭載することができるので、ばらつきが少なく、形状精度の高いボールバンプを容易かつ効率的に形成することができる。
【０００３】
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極めて小さくなってきている。そのため、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、極めて微細になってきている。このような状況において、半導体チップ１つ分（チップ単位）の配列を行うことは、工程の繰り返し回数が多くなり、コスト面、時間的にもデメリットが大きい。このため、ウエハを個々のチップ毎に切断する前、即ち、ダイシング工程を行う前に、ウエハ上の複数のチップに相当する全ての電極上にボールバンプを形成することが行われている。
【０００４】
図４は、一技術例である、ウエハ上の複数のチップに相当する全ての電極上にボールバンプを搭載するための装置を横から見た概略図である。ボール供給装置２２上のボール収納容器１６に導電性ボール１４が導入され、ボール搭載ヘッド１２に接続された図示しない駆動装置によって、ボール収納容器１６との間の距離を任意に調節することができる。図示しない真空源により、配列板の吸着孔１２ｂを通して、ボール収納容器１６側からボール搭載ヘッド１２内側への吸引を行いながら、ボール搭載ヘッド１２をボール収納容器１６側に向かって接近させる。導電性ボール１４は、配列板の吸着孔１２ｂからの真空排気による吸引力により、配列板１２ａ上に配列される。導電性ボール１４が配列板１２ａに搭載された後、ボール搭載ヘッド１２をガイドレール１０に沿って、ボール搭載部３０上に移動する。ボール搭載部３０は、ボール搭載ステージ２８とその上部に設置されるシリコンウェハ等のボール搭載基板２６より構成される。ボール搭載基板２６は、例えば、真空吸着等の方法によって、ボール搭載ステージ２８上に固定されている。また、ボール搭載基板２６上に配置される上部電極には、図示しないフラックス等の固定材が塗布されており、一度上部電極上に搭載されたボールは、その箇所に仮固定されるようになっている。導電性ボール１４が搭載基板２６上の所定の電極上に搭載されるよう、ボール搭載部３０において水平方向の位置決めがなされた後、ボール搭載部３０と搭載基板２６を近づけ、配列板１２ａ上に配置された導電性ボール１４を搭載基板２６上の所定の電極上に押し付ける。その後、ボール搭載ヘッド１２内部における吸引を停止させ、ボール搭載ヘッド１２内部を大気圧もしくは大気圧より大きい圧力になるよう調節する。さらに、その後、ボール搭載ヘッド１２を搭載基板２６から引き離すことで、搭載基板２６上への導電性ボール１４の搭載は完了する。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５３７６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のボール配列搭載技術のように、搭載ヘッド内部へ排気することによりボールを配列板の吸着孔に固定する方法においては、吸着力を高めるために搭載ヘッド内部への排気速度を増加させると、配列板とボール供給部間の空間において気流の乱れが生じるため、むしろボールの吸着孔への吸着効率が低下するという現象がみられ、その結果として、配列板中の全吸着孔へのボール配列が完了するまでに長時間を要するということが問題になっている。この現象は、配列板の面積が大きくなるほど顕著に現れる。
【０００７】
さらに、加えて導電性ボールの配列板への搭載過程において、図５に示すような、吸着孔以外に導電性ボール（１４ａ）が付着するという、所謂余剰ボールの発生が問題となっている。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み、効率的かつ的確に配列板上に導電性ボールを吸着させる装置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】
本発明の導電性ボール搭載装置は、基板に形成された複数の電子部品の電極上に、吸着ツールによって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記複数の電極が形成された基板を位置決めする搭載部と、複数の前記導電性ボールを収容した導電性ボール供給部と、前記導電性ボールを帯電せしめる帯電装置と、真空源に接続され、吸着面に前記基板に形成された複数の接続端子と同じ配列で複数の吸着穴が形成され、前記導電性ボール供給部から前記吸着穴に導電性ボールを吸着して取出し、前記搭載部に位置決めされた基板の接続端子上に導電性ボールを搭載する配列板とを少なくとも備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記導電性ボール供給部は、振動により前記導電性ボールを跳躍させる手段を備えていることが好ましい。
また、前記帯電装置は、前記導電性ボール供給部中に導入されている前記導電性ボールを帯電させるイオナイザーを備えているか、又は、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に電位差を印加する手段を備えていることが好ましい。さらに、前記電位差の最大値が１０〜１０００Ｖの範囲内であること、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される電位差は、直流電圧又は交流電圧の一方又は双方であること、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される前記直流電圧の大きさを時間と共に変化させることができる手段を備えたこと、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される前記交流電圧の大きさ及び周波数を時間と共に変化させることができる手段を備えたこと、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間の電気的接続を任意に解除する手段を備えたこと、がより好ましい。
また、前記導電性ボールの搭載が、一括搭載であることが、より好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、ボール供給装置に導入されている導電性ボールに対する帯電装置を有する。帯電装置としては、図１に示すように、ボール供給装置上のボール収納容器と配列板の間に電圧を与えるシステムや、図２に示すように、ボール供給装置上の導電性ボールに対してイオナイザーにて正又は負イオンを照射するシステムがある。
【００１２】
まず、図１について説明する。図１は、本発明の第一例として示した導電性ボール搭載装置を横から見た概略図である。ボール供給装置２２上のボール収納容器１６に、直流電源２４によって正の直流電圧が印加されており、配列板１２ａを含むボール搭載ヘッド１２に負電圧が与えられている。図１では、直流電源を用いているが、本発明はこれに限定するものではなく、交流電圧や、直流と交流を重畳した電圧を用いても良く、ボール収納容器１６とボール搭載ヘッド１２の間に電位差を印加できる電源であれば良い。このボール搭載ヘッド１２とボール収納容器１６との間の距離は、図示しない駆動装置によって任意に調節することができる。前記駆動装置は、ボール搭載ヘッド１２とボール収納容器１６の内の少なくとも一方において接続されている。なお、直流電源２４の負極側はアースされており、接地電位となっている。ボール収納容器１６上の導電性ボール１４は、ボール収納容器１６と同じ大きさの正の電位を有しており、配列板１２ａからは電気的な引力を受けている。しかしながら、その電気的引力は、導電性ボール１４に加わる重力を超えない範囲で、直流電源２４の電圧の値が設定されている。即ち、電位差の最大値が１０〜１０００Ｖの範囲内であることが望ましい。
【００１３】
次に、加振機２０にてボール収納容器１６に適当な振動を継続的に与えると、導電性ボール１４がボール収納容器１６から配列板１２ａに向かって継続的に跳躍する。導電性ボール１４が跳躍した状態で、図示しない真空源により、配列板の吸着孔１２ｂを通してボール収納容器１６側からボール搭載ヘッド１２内側への吸引を行う。継続的な振動を加えられることにより跳躍された導電性ボール１４は、配列板１２ａに接近するが、導電性ボール１４と配列板１２ａの間隔が一定距離以下になると、導電性ボール１４と配列板１２ａ間の電気的引力が強まり、さらに配列板１２ａの吸着孔１２ｂからの真空排気による吸引力が加わる効果により、効率的に導電性ボール１４が配列板１２ａ上に配列される。吸着孔１２ｂの直径は、導電性ボール１４の直径よりも小さく設定されており、図３に示すように、導電性ボール１４は、配列板１２ａ表面で吸着された状態で静止する。しかしながら、上で述べた過程で、図５に示されるような余剰ボール１４ａが存在する場合があるため、これらを除去する必要がある。
【００１４】
以下、余剰ボールを除去するための方法を述べる。導電性ボール１４が配列板１２ａに搭載された後、ボール搭載ヘッド１２への加振を止め、ボール搭載ヘッド１２とボール収納容器１６との間に直流電圧を印加しながら、ボール搭載ヘッド１２とボール収納容器１６との間隔を一定値まで変化させる。これにより余剰ボール１４ａに対して、ボール収納容器１６方向への重力と静電気力のバランスが変化する。この効果により、余剰ボール１４ａのみが配列板１２ａから取り去られ、ボール収納容器１６へ落下する。この際、配列板１２ａの吸着孔１２ｂに吸着されている導電性ボール１４ｂにも同様の力が働くが、吸着孔１２ｂからの吸引力のため、配列板１２ａより離脱することはない。さらに、ボール収納容器１６上に存在する導電性ボール１４ｃに対しては、ボール搭載ヘッド１２側への電気的引力が生じるが、ボール搭載ヘッド１２とボール収納容器１６との間に印加されている電圧による電気的引力を導電性ボール１４ｃ自体の重力を越えない程度に設定しているため、ボール収納容器１６上に存在する導電性ボール１４ｃが配列板１２ａに新たに吸着されることはない。また、搭載ヘッドとボール収納容器との距離を変化させる手段以外の手段として、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される前記直流電圧の大きさを時間と共に変化させることができる手段を備えたり、前記導電性ボール供給部と前記配列板との間に印加される前記交流電圧の大きさ及び周波数を時間と共に変化させることができる手段を備えたりしても、同様に余剰ボールを除去することができる。
【００１５】
以上のようにして、余剰ボール１４ａを配列板１２ａより除去した後、ボール搭載ヘッド１２をガイドレール１０に沿ってボール搭載部３０上に移動する。ボール搭載部３０は、ボール搭載ステージ２８と、その上部に設置されるシリコンウェハ等のボール搭載基板２６より構成される。ボール搭載基板２６は、例えば、真空吸着等の方法によってボール搭載ステージ２８上に固定されている。また、ボール搭載基板２６上の図示しない上部電極には、図示しないフラックス等の固定材が塗布されており、一度上部電極上に搭載されたボールは、その箇所に仮固定されるようになっている。導電性ボール１４が搭載基板２６上の所定の電極上に搭載されるように、ボール搭載部３０において水平方向の位置決めがなされた後、ボール搭載ヘッド１２と搭載基板２６を近づけ、配列板１２ａ上に配置された導電性ボール１４が、搭載基板２６上の所定の電極上に押し付けられる。その後、ボール搭載ヘッド１２内部における吸引を停止させ、ボール搭載ヘッド１２内部を大気圧もしくは大気圧より大きい圧力になるよう調節する。そして、その後、ボール搭載ヘッド１２を搭載基板２６から引き離すことで、搭載基板２６上への導電性ボール１４の搭載が完了する。
【００１６】
次に、図２について説明する。図２は、本発明の第二の例として示した導電性ボール搭載装置を横から見た概略図である。本例では、ボール供給装置２２上のボール収納容器１６に対して、静電気を帯電させるイオナイザー３２が配置されている。以下、負の静電気を与えるイオナイザー３２が配置されているとして説明するが、仮にこれが正の静電気を与えるイオナイザーであったとしても、その効果は全く同様である。加振機２０とボール収納容器１６の間には、絶縁体１８が配置され、ボール収納容器１６に与えられた静電気による電荷が加振機２０側に流れない構造になっている。一方、ボール搭載ヘッド１２はアースされ、接地電位となっている。イオナイザー３２からのイオン照射により、ボール収納容器１６上及び導電性ボール１４は、負の静電気を帯び、接地電位である配列板１２ａからは電気的な引力を受けている。しかしながら、イオナイザーより照射されるイオン照射量を調節することにより、その電気的引力は、導電性ボール１４の重力を超えない範囲となっている。次に、ボール収納容器１６に適当な振動を継続的に与えると、導電性ボール１４がボール収納容器１６から配列板１２ａに向かって継続的に跳躍する。導電性ボール１４が跳躍した状態で、図示しない真空源により、配列板の吸着孔１２ｂを通してボール収納容器１６側からボール搭載ヘッド１２内側への吸引を行う。継続的な振動を加えられることにより、跳躍された導電性ボール１４は配列板１２ａに接近するが、導電性ボール１４と配列板１２ａの間隔が一定距離以下になると、導電性ボール１４と配列板１２ａ間の電気的引力が強まり、さらに配列板の吸着孔１２ｂからの真空排気による吸引力が加わる効果により、効率的に導電性ボール１４が配列板１２ａ上に配列される。吸着孔１２ｂの直径は導電性ボール１４の直径よりも小さく設定されており、図３に示すように、導電性ボール１４は配列板１２ａ表面で吸着された状態で静止する。しかしながら、以上述べた過程で、図５に示されるような余剰ボール１４ａが存在する場合があるため、これらを除去する必要がある。
【００１７】
以下、余剰ボールを除去するための方法を述べる。導電性ボール１４が配列板１２ａに搭載された後、ボール搭載ヘッド１２への加振を止め、ボール搭載ヘッド１２とボール収納容器１６との間隔を一定値まで接近させる。これにより、接地電位である余剰ボール１４ａに対して、負電位であるボール収納容器１６方向への静電気力が働く。この静電気力に余剰ボール自体の重力が加わる効果により、余剰ボールのみが配列板１２ａから取り去られ、ボール収納容器１６へ落下する。この際、配列板の吸着孔１２ｂに吸着されている導電性ボール１４ｂにも同様の力が働くが、吸着孔からの吸引力のため配列板１２ａより離脱することはない。さらに、ボール収納容器１６上に存在する負電位に帯電した導電性ボール１４ｃに対しては、ボール搭載ヘッド１２側への電気的引力が生じるが、この電気的引力は、導電性ボール１４ｃ自身に加わる重力よりも小さいため、ボール収納容器１６上に存在する導電性ボール１４ｃが配列板１２ａに吸着されることはない。
【００１８】
以上のようにして、余剰ボール１４ａは配列板１２ａより除去される。その後のボール搭載ヘッド１２のボール搭載部３０上への移動から搭載基板２６上への導電性ボール１４の搭載までの手順は、第一例と同様である。
【００１９】
また、上記導電性ボールの搭載基板への搭載は、シリコンウェハ等に形成されたチップ毎に行っても良いが、スループットの観点から、シリコンウェハ上に形成された電極全てに一括で搭載することが望ましい。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例ついて、第１図を用いて説明する。
【００２１】
ボール供給装置２２上のステンレス製のボール収納容器１６に、直流電源２４によって１０００Ｖの直流電圧が印加されており、一方、負電極側の配列板１２ａを含むボール搭載ヘッド１２は、アースされている。配列板１２ａは、ステンレス製であり、直径６０μｍの円形の吸着孔が約１０万個規則的な間隔で配列されている。このボール搭載ヘッド１２には、図示しない駆動装置が接続されており、垂直方向に任意に位置を調節できる。ボール収納容器１６上に、図示しない装置により、直径１００μｍの半田ボールからなる導電性ボール１４が約１００万個程度導入される。次に、ボール収納容器１６に加振機２０により超音波振動を継続的に与え、導電性ボール１４をボール収納容器１６から配列板１２ａに向かって継続的に跳躍させる。導電性ボール１４が跳躍した状態で、図示しない真空ポンプにより、配列板の吸着孔１２ｂを通してボール収納容器１６側からボール搭載ヘッド１２内側へ、相対圧力−１００ｍｍＨｇを保ちながら吸引を行う。最初、配列板１２ａとボール収納容器１６との間隔は１００ｍｍに設定されているが、そこから徐々に間隔を近づけて、配列板１２ａとボール収納容器１６との間隔を１０ｍｍになるようにし、そのまま３０秒間静止させる。これにより、配列板のほぼ全数の吸着孔１２ｂに対して、導電性ボール１４が吸着する。その後、加振機２０を停止し、配列板１２ａとボール収納容器１６との間隔を５ｍｍに接近させる。これにより、配列板の吸着孔１２ｂ以外に付着した導電性ボール１４が配列板１２ａより除去される。その後、ボール搭載ヘッド１２を上昇させ、直流電源２４とボール搭載ヘッド１２との電気的接続を切り離す。ボール搭載ヘッド１２は、ガイドレール１０に沿って、ボール搭載部３０上に移動する。ボール搭載部３０上には、ボール搭載基板２６としてシリコンウェハが、真空吸着によって配置固定されている。ボール搭載基板２６上に形成されている上部電極には、図示しない装置によりフラックスが塗布されている。ボール搭載部３０を所定の位置になるように、水平方向に位置決めがなされた後、ボール搭載部３０を下降させ、ボール搭載基板２６に近づけ、配列板１２ａ上に配置された導電性ボール１４を搭載基板２６上の所定の電極上に押し付ける。その後、ボール搭載ヘッド１２内部における吸引を停止させ、ボール搭載ヘッド１２内部を大気圧にする。さらにその後、ボール搭載ヘッド１２を搭載基板２６から引き離すことで、ボール搭載基板２６上への導電性ボール１４の搭載は完了する。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種のボール配列装置において、特に、シリコンウェハへの一括搭載のような大面積の搭載基板への多数の微細導電性ボール搭載に対して、配列板からの吸引量を一定値以下にとどめても、余剰ボールを発生させることなく効率よく短時間で配列板上に導電性ボールを配列でき、これにより、導電性ボール搭載歩留および生産性を大幅に向上させ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】本発明の第一の例である、直流電源を帯電装置として用いた導電性ボール搭載装置の概略図である。
【図２】本発明の第二の例である、イオナイザーを帯電装置として用いた導電性ボール搭載装置の概略図である。
【図３】導電性ボールのボール収納容器から配列板への吸着状況を示す図である。
【図４】従来の導電性ボール搭載装置の概略図である。
【図５】配列板上への余剰ボールの付着状況を示す図である。
【符号の説明】
１０    ガイドレール
１２    ボール搭載ヘッド
１２ａ    配列板
１２ｂ    吸着孔
１４    導電性ボール
１４ａ    余剰ボール
１４ｂ    吸着孔に吸着された導電性ボール
１４ｃ    ボール収納容器上に残存する導電性ボール
１６    ボール収納容器
１８    絶縁体
２０    加振機
２２    ボール供給装置
２４    直流電源
２６    ボール搭載基板
２８    ボール搭載ステージ
３０    ボール搭載部
３２    イオナイザー
【図１】
2005044978.tif 000003
【図２】
2005044978.tif 000004
【図３】
2005044978.tif 000005
【図４】
2005044978.tif 000006
【図５】
2005044978.tif 000007