(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性接合材料を円形のモールドの複数のキャビティに射出成形する方法であって、
充填ヘッドを、複数のキャビティを含む円形のモールドと位置合わせするステップと、
前記充填ヘッドを、前記円形のモールドと接触するように配置するステップと、
前記充填ヘッドが前記円形のモールドと接触している状態で、前記円形のモールド又は前記充填ヘッドに回転運動を与えるステップと、
前記充填ヘッドから導電性接合材料を前記円形のモールドに向けて押し出すステップと、
少なくとも１つの前記キャビティが前記充填ヘッドに近接するのと同時に、前記導電性接合材料を、前記複数のキャビティのうちの前記少なくとも１つのキャビティに与えるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記充填ヘッド内に配置された少なくとも１つの熱電対から温度フィードバックを受け取るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記導電性接合材料がはんだである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記充填ヘッドを位置合わせするステップが、前記充填ヘッドを前記円形のモールドの半径に沿って位置合わせすることを含み、前記充填ヘッドは、前記円形のモールドの半径よりも長く、前記回転運動が、前記充填ヘッドと前記円形のモールドとの間に３６０度までの相対的回転を与えて、前記導電性接合材料を前記複数のキャビティの前記少なくとも１つのキャビティの中に与える、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記充填ヘッドが前記円形のモールドの直径よりも長く、前記充填ヘッドは、前記導電性接合材料を前記複数のキャビティに二方向に与えるように構成され、前記回転運動が、前記充填ヘッドと前記円形のモールドとの間に１８０度までの相対的回転を与えて、前記導電性接合材料を前記複数のキャビティの前記少なくとも１つのキャビティの中に与える、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記回転運動を与えるステップが、
前記円形のモールドに回転運動を与えている間、前記充填ヘッドを固定位置に維持すること、および、
前記充填ヘッドに回転運動を与えている間、前記円形のモールドを固定位置に維持すること、
のうちの１つを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記充填ヘッドを前記円形のモールドから移行させることをさらに含み、前記充填ヘッドが前記円形のモールドから隣接する円形のモールドに移行する際に、前記充填ヘッドは前記円形のモールドに結合されたアダプタ上を通って隣接する円形のモールドに移行し、それにより前記移行している充填ヘッドからの導電性接合材料の流出を防止する、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記充填ヘッドの第１縁部付近に第１ガスを通すステップであって、前記第１ガスは、前記導電性接合材料の融点より高い温度を有し、それにより前記導電性接合材料と少なくとも前記第１ガスが互いに近接するときに前記導電性接合材料を溶融状態に維持する、ステップと、
前記充填ヘッドの第２縁部付近に第２ガスを通すステップであって、前記第２ガスは、前記導電性接合材料の融点より低い温度を有し、それにより前記少なくとも１つのキャビティが少なくとも前記第２ガスを伴う前記充填ヘッドの第２領域の下を通る際に前記少なくとも１つのキャビティ内の前記導電性接合材料を固化する、ステップと、
をさらに含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記充填ヘッドが、前記円形のモールドの外周の湾曲に適合する湾曲した構成を有し、前記充填ヘッドが前記円形のモールドの半径に対して位置合わせされる、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
円形のモールドの複数のキャビティの中に導電性接合材料を射出成形するためのシステムであって、
少なくとも１つのキャビティを含む少なくとも１つの円形のモールドと、
前記導電性接合材料を前記少なくとも１つの円形のモールドの前記少なくとも１つのキャビティの中に与えるための少なくとも１つの導電性接合材料配置デバイスであって、
前記少なくとも１つの円形のモールドと位置合わせし、前記少なくとも１つの円形のモールドと接触するように配置するための充填ヘッドと、
前記導電性接合材料を前記充填ヘッドに供給するために前記充填ヘッドに機械的に結合される導電性材料容器と、
を含む導電性接合材料配置デバイスと、
前記充填ヘッドが前記少なくとも１つの円形のモールドと接触している状態で、前記充填ヘッド及び前記少なくとも１つの円形のモールドの少なくとも一方に回転運動を与えるための手段と、
を含むシステム。
【請求項１１】
前記導電性材料容器内の前記導電性接合材料に背圧がかけられて、前記充填ヘッドから導電性接合材料が前記少なくとも１つの円形のモールドに向けて押し出され、前記少なくとも１つのキャビティが前記充填ヘッドに近接するのと同時に、前記導電性接合材料が前記少なくとも１つの円形モールドの前記少なくとも１つのキャビティの中に与えられる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記充填ヘッドが、前記円形のモールドの半径に沿って前記充填ヘッドと位置合わせ可能なサイズ及び形状であり、前記充填ヘッドは前記円形のモールドの半径よりも長く、前記回転運動が、前記充填ヘッドと前記円形のモールドとの間に３６０度までの相対的回転を与えて、前記導電性接合材料を前記少なくとも１つのキャビティの中に与える、請求項１０又は１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記充填ヘッドが、前記円形のモールドの直径に沿って前記充填ヘッドと位置合わせ可能なサイズ及び形状であり、前記充填ヘッドは、前記導電性接合材料を前記少なくとも１つのキャビティに二方向に与えるように構成され、前記回転運動が、前記充填ヘッドと前記円形のモールドとの間に１８０度までの相対的回転を与えて、前記導電性接合材料を前記少なくとも１つのキャビティの中に与える、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記円形のモールドに回転運動を与えている間、前記充填ヘッドを固定位置に維持すること、
前記充填ヘッドに回転運動を与えている間、前記円形のモールドを固定位置に維持すること、
のいずれかを行う、請求項１０乃至１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの円形のモールドと付加的な円形のモールドに結合されて、前記充填ヘッドからの導電性接合材料の漏れを防止しながら、前記充填ヘッドが前記少なくとも１つの円形のモールドから前記付加的な円形のモールドに移行できるようにするアダプタをさらに含む、請求項１０乃至１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記充填ヘッドが、
前記充填ヘッドの第１出力領域の付近に第１ガスを通すための少なくとも第１ガスチャネルであって、前記第１ガスは、前記導電性接合材料の融点より高い温度を有し、それにより前記導電性接合材料と前記少なくとも第１ガスが互いに近接するときに前記導電性接合材料を溶融状態に維持する、少なくとも第１ガスチャネルと、
前記充填ヘッドの第２出力領域の付近に第２ガスを通すための少なくとも第２ガスチャネルであって、前記第２ガスは、前記導電性接合材料の融点より低い温度を有し、それにより前記少なくとも１つのキャビティが前記少なくとも第２ガスをとともに前記充填ヘッドの第２領域の下を通る際に前記少なくとも１つのキャビティ内の前記導電性接合材料を固化する、少なくとも第２ガスチャネルと、
をさらに含む、請求項１０乃至１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記充填ヘッドが前記少なくとも１つのキャビティに近接している間、前記充填ヘッドの前記第２出力領域の付近に前記第２ガスが流されて、前記導電性接合材料を固化する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１ガスチャネルに機械的に結合され、前記充填ヘッドの前記第１出力領域とは異なる前記充填ヘッドの第３領域の付近に配置された、前記第１ガスを流すための第３ガスチャネルと、
前記第２ガスチャネルに機械的に結合され、前記充填ヘッドの前記第２出力領域とは異なる前記充填ヘッドの第４領域の付近に配置された、前記第２ガスを流すための第４ガスチャネルと、
をさらに含む、請求項１６又は１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電極パッド上のはんだのような導電性接合材料の配置の分野に関し、より具体的には、集積回路チップ・パッド上のはんだの射出成形のための充填技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の半導体デバイスにおいて、増え続けるデバイス密度及び減り続けるデバイス寸法は、このようなデバイスのパッケージング又は相互接続技術のより厳しい要件を求める。従来、フリップチップ接続方法がＩＣチップのパッケージングで使用されてきた。フリップチップ接続方法において、ＩＣダイをパッケージ内のリードフレームに接続する代わりに、ダイの表面上にはんだボールのアレイが形成される。はんだボールを形成するための１つのプロセスが、所望のはんだボールを製造するためのマスクを介して鉛及びスズの蒸着方法によって実行される。
【０００３】
マスクを介する蒸着に伴う１つの問題は、材料が非常に非効率的に使用されることである。超低アルファ鉛及びＰｂフリー・ドライブのような最近の材料要件が材料の費用を増加させているので、材料の使用効率が次第に重要になってきている。マスクを介する蒸着に伴う別の問題は、バンプピッチが２２５μｍよりも下がるときに、蒸着に伴う歩留まりが低下し始めることである。さらに、Ｐｂフリーのはんだでは、より長い蒸着時間が要求される。蒸着方法に伴うさらなる問題は、３００ｍｍウェハに使用される３００ｍｍ蒸着マスクがそれほど安定又は堅牢ではないことである。
【０００４】
例えば、はんだめっき及びはんだペースト・スクリーニングといった、種々の基板をはんだバンピングすることができる、他のはんだボール形成技術も提案されている。はんだめっきにおいては、はんだ層が導電体パターンに直接付着される。はんだコーティングをエッチマスクとして使用することができる。これらの技術は、最小サイズを上回るはんだ構造体を含む半導体構造体をバンピングする（ｂｕｍｐｉｎｇ）際にはかなり良い仕事をする。さらに一般に使用される技術のひとつが、８インチウェハの領域全体を覆うのに使用できるはんだペースト・スクリーニング技術である。しかしながら、デバイス寸法の小型化及びバンプ間の間隔（又はピッチ）の減少という最近の傾向では、はんだペースト・スクリーニング技術は非実用的となっている。例えば、はんだペースト・スクリーニング技術を現在のＩＣデバイスに適用する際の問題の１つが、ペースト自体の組成である。ペーストは、一般的には、フラックスとはんだ合金粒子からなる。はんだバンプ体積の減少に伴って、はんだペースト組成の粘稠性及び均質性を制御するのがさらに困難となる。
【０００５】
この問題に対する可能な解決法が、極めて小さく均質なはんだ粒子を含むはんだペーストの利用である。しかしながら、これは高コストの代償の下でのみ成すことができる。現在の高密度デバイスにはんだペースト・スクリーニング技術を使用する際の別の問題は、バンプ間の減少したピッチである。スクリーニングされたペーストから結果として生じるはんだバンプに至るのに体積の大きな減少があるので、スクリーンの孔の直径は最終バンプよりもかなり大きくなければならない。バンプの厳しい寸法制御が、はんだペースト・スクリーニング技術を、高密度デバイスでの用途には非実用的なものにする。
【０００６】
より最近に開発された射出成形はんだ（「ＩＭＳ；ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｌｄｅｄ  ｓｏｌｄｅｒ」）技術は、はんだペーストの代わりに溶融はんだを送出することによってこれらの問題を解決しようと試みた。しかしながら、その技術がウェハ形状の基板に実装されるときに問題が観察された。特許文献１は、射出成形はんだ技術を開示している。ＩＭＳ技術の利点の１つは、溶融はんだと結果として生じるはんだバンプとの間の体積変化が非常に小さいことである。ＩＭＳ技術は、ほとんどのシングルチップ・モジュールを覆うのに十分に広い、ホウケイ酸塩ガラス、シリコン、ポリマー、金属などのような、種々の材料のモールドを充填するはんだヘッドを利用する。過剰なはんだは、はんだヘッドがモールドの周りを動く際に除去される。次に、はんだ接合のためのＩＭＳ方法は、転写（ｔｒａｎｓｆｅｒ）プロセスにおいて溶融はんだを基板に付着させることによって実行される。より小さい基板、すなわちチップスケール又はシングルチップ・モジュールにあたっては、はんだが充填されたモールド及び基板の面積が比較的小さく、従って、いくつかの構成で容易に位置合わせして接合することができるので、転写ステップは容易に達成される。例えば、分割光学位置合わせ（ｓｐｌｉｔ−ｏｐｔｉｃ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）プロセスが、チップを基板に接合するのに頻繁に使用される。同じプロセスはまた、チップスケールＩＭＳモールドを、バンプされる基板（チップ）に接合するのに使用することができる。現在のＩＭＳシステムに伴う１つの問題は、それらが矩形モールドへのはんだの線形の堆積に限定されたことである。つまり、モールド及びはんだヘッドは、互いに対して直線的に動かされ、キャビティがはんだヘッド内のスリットに対して垂直に動いて、それらが通過する際にキャビティを充填する。モールドは矩形構成に限定される。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，２４４，１４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、上述したような従来技術の問題を克服する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
簡単に言うと、本発明に従って、導電性接合材料を非矩形（ｎｏｎ−ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ）のモールドの複数のキャビティに射出成形するためのシステム及び方法が開示される。この方法は、充填ヘッドを非矩形のモールドと位置合わせすることを含む。非矩形のモールドは複数のキャビティを含む。充填ヘッドは、非矩形のモールドと実質的に接触するように配置される。充填ヘッドが非矩形のモールドに実質的に接触している状態で、非矩形のモールド及び充填ヘッドの少なくとも一方に回転運動が与えられる。充填ヘッドから導電性接合材料が非矩形のモールドに向けて押し出される。少なくとも１つのキャビティが充填ヘッドに近接するのと同時に、導電性接合材料が、複数のキャビティのうちの少なくとも１つのキャビティに提供される。
【００１０】
本発明の別の実施形態において、非矩形のモールドの複数のキャビティの中に導電性接合材料を射出成形するためのシステムが開示される。システムは、少なくとも１つのキャビティを含む少なくとも１つの非矩形のモールドを備える。導電性接合材料を少なくとも１つの非矩形のモールドの少なくとも１つのキャビティの中に供給するための、少なくとも１つの導電性接合材料の配置デバイスも含まれる。
【００１１】
導電性接合材料配置デバイスは、少なくとも１つの非矩形のモールドと位置合わせするための充填ヘッドを備える。デバイスはまた、充填ヘッドを少なくとも１つの非矩形のモールドと実質的に接触する状態で配置する。導電性材料容器（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）も配置デバイスに含まれる。容器は、材料容器から充填ヘッドに導電性接合材料を供給するために充填ヘッドに機械的に結合される。システムはまた、充填ヘッドが少なくとも１つの非矩形のモールドに実質的に接触する状態で、充填ヘッド及び少なくとも１つの非矩形のモールドの少なくとも一方に回転運動を与えるための手段を備える。
【００１２】
本発明の前述の実施形態の利点は、非矩形のモールド又は基板がＩＭＳシステムを使用して充填できることである。本発明は、使用されるその関連したウェハにさらによく似ているモールドを可能にする。さらに、本発明の充填ヘッドは、導電性接合材料を溶融したままにするための、ならびに、より制御された正確な様式で導電性接合材料を固化するために、ガスを充填ヘッドの中に通してチャネルで運ぶための手段を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
同じ参照番号が別個の図面を通して同一の又は機能的に類似した要素を示し、以下の詳細な説明と共に本明細書に組み込まれその一部を形成する添付の図面は、本発明に係る種々の実施形態をさらに例示し、種々の原理及び利点の全てを説明するのに役立つ。
【００１４】
本発明の詳細な実施形態がここに開示されるが、開示される実施形態は本発明の単に例示的なものであって、種々の形態で具現化することができることが理解される。それゆえに、ここに開示される特定の構造的及び機能的な詳細は、制限するものとして解釈されず、単に請求項のための基準として、ならびに、事実上いずれかの適切に詳細な構造体において本発明を様々に使用することを当業者に教示するための代表的な基準として解釈される。さらに、ここで使用される用語及び句は、制限することを意図するものではなく、むしろ、本発明を理解することができる説明を提供することを意図する。
【００１５】
ここに使用される「複数」という語は、２つ又は２つより多いとして定義される。ここに使用される「別の」という語は、少なくとも第２の又はそれ以上のとして定義される。ここに使用される「含む」及び／又は「有する」という用語は、備える（すなわち、包括的な言葉（ｏｐｅｎ  ｌａｎｇｕａｇｅ））として定義される。ここに使用される「結合される」という用語は、必ずしも直接にではなく、必ずしも機械的にではなく、接続されるとして定義される。
【００１６】
本発明は、一実施形態により、射出成形はんだ（ＩＭＳ）システムを使用して非矩形のモールド又は基板を充填する技術を提供することによって、従来技術の問題を克服する。本発明は、使用されるそれらの関連したウェハにさらによく似ているモールドを与える。さらに、本発明の充填ヘッドは、導電性接合材料を溶融し固化するためのガスを充填ヘッドの中に通してチャネルで運ぶための手段を提供する。非矩形のモールドは、モールド材料及び処理技術における柔軟性を与える。例えば、シリコンは、非常に正確にエッチングすることができるといった製造性の利点を有する。さらに、非矩形のモールドの使用は、製品に導電性接合材料を直接堆積することを可能にする。
【００１７】
回転充填技術を実施するための例示的なＩＭＳシステム
本発明の実施形態により、図１−図５は、回転充填技術を利用する例示的なＩＭＳシステム１００の進行順序を示す。例示的なＩＭＳシステム１００は、非矩形のモールド１０２を含む。１つの実施形態において、非矩形のモールド１０２は円形であるが、しかしながら、他の非矩形構成もまた本発明に従って使用できる。例えば、モールド１０２は、楕円形、六角形、三角形、星型又はこれらの形状のいずれかの組み合わせを含むことができる。１つの実施形態において、非矩形のモールド１０２はシリコン・ウェハに対応する。１つの実施形態において、非矩形のモールド１０２は、ガラス、シリコン、金属などからなる。例えば、ホウケイ酸塩ガラスは、シリコン・ウェハと同じ熱膨張係数を有する。別の実施形態において、モールドとウェハとの間の熱膨張係数の不一致を補正するために、バイアスがかけられたモリブデンのような材料をモールドに使用することができる。
【００１８】
非矩形のモールド１０２は、ウェハ（図示せず）上の湿潤パッド（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｐａｄ）（図示せず）に対応する複数のキャビティ１０４を備える。正方形の境界１０６は、単なる例示の目的上、チップの境界を表す。１つの実施形態において、キャビティ１０４は、ホウケイ酸塩ガラスの表面にポリイミドを塗布することによって形成される。次に、ポリイミド層が、ポリイミド層のみにキャビティ１０４を形成するためにレーザ処理される。別の実施形態において、キャビティ１０４を形成するためにウェットエッチングが使用される。しかしながら、本発明は、本説明に照らして当業者によってよく理解されるであろうこれら２つのキャビティ形成プロセスに限定されるものではない。
【００１９】
充填ヘッド１０８もＩＭＳシステム１００に含まれる。１つの実施形態において、充填ヘッド１０８は、ガラス、金属、グラファイトなどから作られる。充填ヘッド１０８は、非矩形のモールド１０２の表面１１０の上を滑らかに走査するように構成される。例示的な充填ヘッド１０８は、充填ヘッド１０８のモールド１０２に対面する充填ヘッド１０８表面上に、非矩形のモールド１０２の上の滑らかな走査を保証するべく低い摩擦係数をもつ滑らかなコーティング（図示せず）を有する。例えば、滑らかな表面は、滑らかな走査を可能にするＯリング又はその他の表面とすることができる。充填ヘッド１０８を介してキャビティ１０４に供給される材料を保持するために、充填ヘッド１０８に容器（図示せず）が結合される。例えば、導電性エポキシ、はんだペースト、導体（例えば、金属粒子）入り接着剤などのような導電性有機材料が容器（図示せず）内に保持される。
【００２０】
この開示の全体を通して、はんだという用語は、キャビティ１０４に付着されるタイプの材料の例として使用される。充填ヘッド１０８はまた、はんだ材料が容器（図示せず）からキャビティ１０４の中に流れることを可能にする送出スロット（又はスリット）１１２を含む。１つの実施形態における充填ヘッド１０８はまた、はんだの融点より高い温度を有するガスを含む少なくとも１つのガスチャネル（図示せず）を備える。これは、充填ヘッド１０８からのはんだを、より完全に液化（溶融）させ、キャビティ１０４に流入させる。充填ヘッド１０８は以下により詳細に説明される。
【００２１】
１つの実施形態において、任意の充填ブレード（図示せず）もまた、充填ヘッド１０８に結合される。任意の充填ブレード（図示せず）は、モールドの表面１１０に接触する充填ヘッド１０８の部分に配置される。任意の充填ブレード（図示せず）は、キャビティ１０４が任意の充填ブレード（図示せず）の下を通過する前に充填されるように配置される。任意の充填ブレード（図示せず）は、はんだがキャビティ１０４に供給される際に送出スロット（又はスリット）１１２を越えて漏れることを防ぐ。任意の充填ブレード（図示せず）が非矩形のモールド１０２の表面１１０に接触して配置されたときには、キャビティ内部の空気を逃がすシールが形成される。任意の充填ブレード（図示せず）は、可撓性材料又は剛性材料のいずれかからなる。別の実施形態において、充填ブレードは要求されない。例えば、別の実施形態において、充填ヘッド１０８自体が充填ブレードの役割を果たす。この実施形態において、１つの例では平坦で滑らかな、充填ヘッド１０８の底面は、モールド１０２全体にわたってスキージ（ｓｑｕｅｅｇｅｅ）効果を呈するのに十分な圧力でモールドにあてられる。
【００２２】
図１−図５は、非矩形のモールド１０２の半径に沿って配置された充填ヘッド１０８を示す。１つの実施形態において、充填ヘッド１０８は非矩形のモールド１０２の半径よりわずかに長い。図２−図５は、９０度単位で、充填ヘッド１０８がモールド１０２の中央部を中心として回転される、非矩形のモールド１０２がその中央部を中心として回転される、又はその両方である、ＩＭＳシステム１００を示す。回転運動は、非矩形のモールド１０２及び充填ヘッド１０８の一方又は両方に与えることができることに留意されたい。例えば、１つの実施形態において、非矩形のモールド１０２が３６０度まで回転され、その間充填ヘッド１０８は静止したままである。別の実施形態において、充填ヘッド１０８が３６０度まで回転され、その間非矩形のモールド１０２は静止したままである。さらに別の実施形態において、非矩形のモールド１０２と充填ヘッド１０８との両方が互いに対して回転される。
【００２３】
１つの実施形態において、非矩形のモールド１０２及び／又は充填ヘッド１０８が停止することなく滑らかに回転するように、回転運動が連続する。別の実施形態において、回転力が段階的に加えられる。回転は反時計回りの形式で示されているが、回転運動は時計回りの形式で行うこともできる。この開示全体を通して、充填ヘッド１０８は静止したままであり、そのあいだ非矩形のモールド１０２が回転される、例示的な実施形態が説明される。さらに、この実施例において、単一の非矩形のモールド１０２と単一の充填ヘッド１０８が示されているが、本発明に従って多数の非矩形のモールド１０２及び／又は多数の充填ヘッド１０８をシステムに組み合わせることができることが、ここでの説明に照らせば当業者には理解されるであろう。さらに、非矩形のモールド１０２は、本発明に従って充填ヘッド１０８の上又は下に配置することができることが理解されるであろう。
【００２４】
非矩形のモールド１０２がその中央部を中心として回転される際に、キャビティ１０４が送出スロット（又はスリット）１１２の下を通過する。例えば、窒素又はアルゴンのようなガスを容器（図示せず）に注入することによって、容器（図示せず）内のはんだに背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）がかけられる。背圧は、溶融はんだを、容器（図示せず）から送出スロット（又はスリット）１１２に流れるように押し出し、それによって溶融はんだが非矩形のモールド１０２の表面１１０に出る。充填ヘッド１０８は、非矩形のモールド１０２が回転する際に非矩形のモールド１０２の表面１１０に実質的に接触したままである。１つの実施形態において、溶融はんだは、モールド１０２を使用することなく回路支持基板のような基板自体に直接付着される。この実施形態において、基板は非矩形であり、モールド１０２上のキャビティ１０４に類似したキャビティを有する。モールド１０２に関して上述したのと同じ手順を、非矩形の基板にはんだを直接付着する場合にも適用することができる。
【００２５】
同じく表面１１０と実質的に接触する充填ブレード（図示せず）は、スキージ効果を示し、溶融はんだを非矩形のモールド１０２のキャビティ１０４の中に誘導する。充填されたキャビティは図２−図５の暗い（黒い）円で表される。１つの実施形態によれば、充填ヘッド１０８はまた、はんだの融点より低い温度のガスを含む少なくとも１つのガスチャネル（図示せず）を備える。これは、キャビティが充填ヘッド１０８の後縁部１１４の下を通過する際に、溶融又は液化はんだをキャビティ１０４内で固化させる。充填ヘッド１０８は以下により詳細に説明される。
【００２６】
本発明の１つの利点は、はんだを非矩形のモールドに充填する機能である。現在のＩＭＳシステムは、線形方式で動作する。すなわち、モールド及び充填ヘッドが互いに対して直線（線形）方向に動く。円形のモールドのような非矩形のモールドが、円形のウェハでの使用においては望ましい。本発明の回転充填技術は、アダプタなしで充填される円形モールドのような非矩形のモールドを与える。例えば、従来技術は円形のモールドの上に矩形のアダプタを配置し、モールド全体にわたり直線方向に充填ヘッドを走査する。
【００２７】
非矩形のモールド１０２が３６０度まで回転した後、全てのキャビティ１０４が充填される。次に、充填ヘッド１０８が隣接するモールド（図示せず）に移行することができる。１つの実施形態において、充填ヘッド１０８がモールドからモールドへと移行する際に、背圧が解放され、それにより、はんだが送出スロット（又はスリット）１１２から後退することになる。しかしながら、或る場合には、充填ヘッド１０８又は充填ヘッド１０８の一部が非矩形のモールド１０２を越えて延びて、移行する際に送出スロット（又はスリット）１１２が露出することがある。これは、結果として充填ヘッドからはんだが漏れて、キャビティの充填及び／又ははんだの浪費のいずれかにつながる。この問題を避けるために、１つの実施形態において、充填ヘッド１０８が次の非矩形のモールド１０２に移行する非矩形のモールド１０２の縁部に、パーキング・ブレード６４４が結合される。
【００２８】
図６−図９は、パーキング・ブレード６４４が非矩形のモールド１０２に結合される実施形態を例示する。非矩形のモールド１０２上のキャビティ１０４がはんだで充填されると、非矩形のモールド１０２が往復移動されて、充填ヘッド１０８が次のモールド（図示せず）に移行する。非矩形のモールド１０２が往復移動される際に、充填ヘッド１０８の一部又は充填ヘッド１０８の全体が、図８及び図９に示されるように非矩形のモールド１０２を越えて延びる。充填ヘッド１０８は、パーキング・ブレード６４４に実質的に接触したままであり、それによりはんだの流出を防ぐ。
【００２９】
第２のタイプの充填ヘッドを利用する例示的なＩＭＳシステム
図１０−図１２は、充填ヘッド１００８が非矩形のモールド１００２の直径よりわずかに長い、本発明の別の実施形態を例示する。図１０−図１２は、１８０度まで回転される非矩形のモールド１００２の９０度間隔での進行順序を示す。充填ヘッド１００８は、非矩形のモールド１００２の直径に沿って位置合わせされる。非矩形のモールド１００２がその中央部を中心として回転する際に、溶融はんだが送出スロット１０１２から非矩形のモールドの表面１０１０上に流れる。非矩形のモールド１００２が回転する際に、充填ブレード（図示せず）が溶融はんだをキャビティ１００４の中に誘導する。この実施形態において、充填ヘッド１００８は二方向性である。言い換えると、充填ヘッド１００８は二方向にキャビティ１００４を充填する。例えば、非矩形のモールド１００２の上半分１０１６に位置するキャビティ１００４は、非矩形のモールド１００２の下半分１０１８に位置するキャビティ１００４とは反対の方向から充填される。
【００３０】
非矩形のモールド１００２は、キャビティ１００４の全てが充填されるために１８０度まで回転されることのみを必要とする。それゆえに、本発明の１つの利点は、キャビティ１００４の充填時間が異なる充填ヘッド１０８、１００８を使用することによって制御可能なことである。１つの実施形態において、充填ヘッド１００８は、充填ヘッド１００８の第１の縁部１０１４及び第２の縁部１０２０上にガスチャネル１１２２、１１２４、１１２６、１１２８（図１１）の組を含む。例えば、図１１−１２は、充填ヘッド１００８の第１の縁部１０１４上の第１のガスチャネル１１２２及び第２のガスチャネル１１２４、ならびに、非矩形のモールド１００２の後縁部１０２０上の第３のガスチャネル１１２６及び第４のガスチャネル１１２８を示す。１つの実施形態において、第１及び第４のガスチャネル１１２２、１１２８は、はんだの融点より高い温度のガスを含み、第２及び第３のガスチャネル１１２６は、はんだの融点より低い温度のガスを含む。ガスチャネル１１２２、１１２４、１１２６、１１２８のこの構成は、キャビティ１００４が反時計回りの方向に充填され、充填ヘッド１００８の反対側の縁部の下を通過する場合にキャビティ内で溶融はんだが固化されるようにする。ガスチャネル１１２２、１１２４、１１２６、１１２８は、回転が時計回りの場合には反対になる。別の実施形態において、第１及び第４のガスチャネル１１２２、１１２８、ならびに、第２及び第３のガスチャネル１１２６、１１２８が、それぞれ機械的に互いに結合される。
【００３１】
図１３−図１５は、非矩形のモールド１００２がはんだの流出なしに隣接する非矩形のモールド（図示せず）に移行できるように、パーキング・ブレード１３４４が非矩形のモールド１００２に結合された、本発明の別の実施形態を示す。パーキング・ブレード１３４４は充填ヘッド１００８より大きい幅を有する。非矩形のモールド１００２がシャトル（往復）移動されて非矩形のモールド１００２のより狭い部分が充填ヘッド１００８の下を通過する際に、充填ヘッド１００８が非矩形のモールド１００２の縁部を越えて延びる。パーキング・ブレード１３４４なしでは、はんだが充填ヘッド１００８から溢れ出て、不良品をもたらしたり、充填されたキャビティ１００４の品質が損なわれたりする。パーキング・ブレード１３４４は、充填ヘッド１００８との実質的な接触を保つことによって、充填ヘッド１００８が次の非矩形のモールド１００２に滑らかに移行できるようにする。
【００３２】
第３のタイプの充填ヘッドを利用する例示的なＩＭＳシステム
図１６−図２０は、本発明の実施形態に従った、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８を実装するＩＭＳシステム１６００を示す。図１６−図２０は、３６０度回転する間に溶融はんだを充填される非矩形のモールド１０２の９０度単位の進行順序を示す。１つの実施形態において、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８は、非矩形のモールド１６０２の外周１６３０の湾曲に対して実質的に湾曲される。実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８は非矩形のモールド１６０２の半径に沿って位置合わせされる。非矩形のモールド１６０２が３６０度まで回転される際に、キャビティ１６０４が送出スロット１６１２の下を通過する。容器（図示せず）に背圧がかけられて、溶融はんだが充填ヘッド１６１２から非矩形のモールド１６０２の上面１６１０に流れ出る。任意の充填ブレード（図示せず）が溶融はんだをキャビティ１６０４の中に押し込む。溶融はんだを有するキャビティ１６０４が実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８の後縁１６１４の下を通過する際に、溶融はんだが固化される。
【００３３】
キャビティ１６０４が充填された後、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８がピボット運動することによって、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８が次の非矩形のモールド１６０２に移行される。例えば、図２１−図２２は、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８が非矩形のモールド１０２の外周１６３０を通過するようにピボット運動されている、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８を示す。送出スロット１６１２は、図２１−図２２に示されるように、外周１６３０に位置合わせされる。実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８は、パーキング・ブレードの使用なしで、隣接するモールド（図示せず）への移行の間中、非矩形のモールド１６０２との実質的な接触を維持することができる。この実施形態において、非矩形のモールド１６０２は、モールド１６０２間に最小のギャップが形成されるように互いに対して配置される。別の実施形態において、次の非矩形のモールド（図示せず）が実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８の下に移行する際に、実質的に湾曲した充填ヘッド１６０８は静止したままである。
【００３４】
例示的な充填ヘッド
図２３及び図２４は、本発明の実施形態に係る充填ヘッド２３０８のそれぞれ断面図及び平面図を示す。充填ヘッド２３０８は、モールドのキャビティに付着される導電性接合材料を保持するための導電性接合材料容器２３４６を有する。ガスを背圧ポート２３４８に通して容器２３４６に注入することによって、背圧がかけられる。はんだのような導電性接合材料が加熱されて、容器２３４６からチャネル２３３２を通って送出スロット（又はスリット）２３１２に流れる。送出スロット（又はスリット）２３１２は、溶融はんだが非矩形のモールドの上面に流れるようにする。充填ヘッド２３１２はまた、任意の充填ブレード（図示せず）を含む。任意の充填ブレード（図示せず）が、溶融はんだを非矩形のモールドのキャビティの中に誘導し、溶融はんだの漏れを防ぐ。
【００３５】
充填ヘッド２３０８はまた、ガスポート２３４０によって供給されるガスを保持するためのガスチャネル２３３４、２３３６を含む。各ガスチャネルは充填ヘッド２３０８の縁部２３１４、２３２０に沿って配置される。ガスポート２３４０に結合されるガスライン２３３８は、ガスをガスチャネル２３３４、２３３６に運ぶ。非矩形のモールド及び／又は充填ヘッド２３０８に加えられる回転の方向に応じて、ガスチャネル２３３４、２３３６の１つが、材料容器２３４６の材料の融点より高い温度を有するガスを保持する。「高温」ガスを運ぶガスチャネル２３３４、２３３６が充填ヘッド２３０８に配置されて、はんだがキャビティ１０２に送出される際に溶融したままであるようにされる。他のガスチャネル２３３４、２３３６は、材料の融点より低い温度のガスを保持する。これは、キャビティ１０４が「低温」ガスをチャネルで運ぶ充填ヘッド１０８の領域の下を通過する際にキャビティ内の溶融材料を固化させる。
【００３６】
別の例示的な充填ヘッド
図２５−図２６は、本発明の別の実施形態に係る充填ヘッド２５０８を示す。図２５及び図２６の充填ヘッド２５０８は、図２３及び図２４の充填ヘッド２３０８と類似した、容器２５４６、背圧ポート２５４８及び送出スロット２５１２を含む。しかしながら、少なくとも２つのガスチャネル２５２２、２５２４、２５２６、２５２８が、充填ヘッド２５０８の各縁部２５１４、２５２０に含められる。例えば、充填ヘッド２５０８の第１の縁部２５１４は、図１１に関して説明されるように、充填ヘッド１００８に類似した第１のガスチャネル２５２２及び第２のガスチャネル２５２４を含む。充填ヘッド２５０８の第２の端部２５２０は、図１１に対して説明されるように、充填ヘッド１００８に類似した第３のガスチャネル２５２６及び第４のガスチャネル２５２８を含む。充填ヘッド２５０８の第１の縁部２５１４の第１のガスチャネル２５２２は、第１の結合チャネル２５４２を介して、充填ヘッド２５０８の第２の端部２５２０の第４のガスチャネル２５２８に結合される。同様に、充填ヘッド２５０８の第１の縁部２５１４の第２のガスチャネル２５２４は、第２の結合チャネル２５４４を介して、充填ヘッド２５０８の第２の端部２５２０の第３のガスチャネル２５２６に結合される。簡単にするために、図２５は結合チャネル２５４２、２５４４の一部のみを示す。しかしながら、図２６に示されるように、１つの実施形態において、結合チャネル２５４２、２５４４は、第１のガスチャネル２５２２を第３のガスチャネル２５２８に、ならびに、第２のガスチャネル２５２４を第４のガスチャネル２５２６にそれぞれ接続するために、互いの上／下で交差する。結合チャネル２５４２、２５４４は、異なるガスが充填ヘッド２５０８の異なる領域に置かれるようにする。
【００３７】
例えば、図１１の充填ヘッド１００８に関して説明されるように、非矩形のモールド１００２の直径にわたる充填ヘッド１００８が使用されるときには、はんだが２つの異なる方向に付着される。図２５及び図２６のように構成されたガスチャネルを有することにより、はんだが１つのガスに近接することになり、それによりはんだの溶融が保たれる。ガスチャネルの構成はまた、キャビティ１０４が「低温」ガスをチャネルで運ぶ充填ヘッド２５０８の領域の下を通過する際に、溶融はんだがキャビティ１０４内で固化されるようにする。結合チャネル２４５２、２５４４を介してガスチャネルを結合することはまた、モールド１０２及び／又は充填ヘッド１０８の回転に従って冷却及び加熱ガスが異なるチャネルに配置されるようにする。
【００３８】
充填ヘッド２５０８を通して（少なくとも充填ヘッド２５０８の特定の領域で）高温ガス及び低温ガスをチャネルで運ぶことは、充填ヘッド２５０８及びはんだの温度に対するさらなる制御を可能にする。例えば、モールド１０２からの加熱／冷却負荷が、はんだの温度を変化させることができる。ガスをチャネルで運ばないのであれば、はんだが時期尚早に固化しないように、容器がさらに高温で加熱される必要がある。別の実施形態において、熱電対プローブ（図示せず）が、正確な温度の監視及びフィードバックを提供するために、充填ヘッド２５０８の縁部２５２４、２５２０の少なくとも１つに配置される。
【００３９】
図２３−図２６に示されるような充填ヘッド２３０８及び２５０８は、非矩形のモールドと共に使用するのに有利なだけでなく、矩形のモールドと共に使用するのにも有利である。現在の充填ヘッドは、ヘッド内部に抵抗ヒータを有する。ヒータは、ヘッドが充填されるモールドに接触する、充填ヘッド表面に設けられる。熱がライン内で発生され、次にヘッドに伝導されるのにかかる時間のために、時間遅延が経験される。さらに、これらの充填ヘッドは、キャビティ内部ではんだを冷却するためのいずれかの手段も有さない。本発明の充填ヘッドは上述のような時間遅延を経験しない。さらに、本発明の充填ヘッドは、キャビティが充填ヘッドの下を通過する際に溶融はんだを冷却するための手段を提供する。
【００４０】
はんだにより非矩形のモールドを充填する例示的なプロセス
図２７は、回転充填技術を使用して非矩形のモールド内のキャビティを充填する例示的なプロセスを示す動作流れ図である。図２７の動作流れ図は、ステップ２７０２で開始し、ステップ２７０４に直接移行する。ステップ２７０４では、充填ヘッドは非矩形のモールド１０２に位置合わせされる。例えば、充填ヘッド１０８は、使用される充填ヘッドのタイプに応じて半径又は直径に沿って位置合わせされる。ステップ２７０６では、充填ヘッド１０８は、非矩形のモールド１０２に実質的に接触するように配置される。ステップ２７０８では、回転力が非矩形のモールド１０２又は充填ヘッド１０８のいずれかもしくは両方にかけられる。ステップ２７１０では、はんだが充填ヘッド１０８から非矩形のモールド１０２に押し出される。例えば、容器２３４６に背圧がかけられ、はんだをチャネル２３４８に流して充填ヘッド１０８から流出させる。はんだの融点より高い温度を有するガスを伴うガスチャネルが、充填ヘッド１０８の端部に含められる。これは、はんだがガスに接触する際にはんだが液化又は溶融したままであるようにする。
【００４１】
ステップ２７１２では、はんだは、少なくとも１つのキャビティが充填ヘッド１０８の下を通過する際に、非矩形のモールド１０２上の少なくとも１つのキャビティに供給される。任意の充填ブレード（図示せず）がスキージ効果を示し、溶融はんだをキャビティの中に誘導する。ステップ２７１４では、少なくとも１つのキャビティ内のはんだは、はんだがはんだの融点より低い温度を有する第２のガスと接触する際に固化される。ステップ２７１６では、充填ヘッド１０８が隣接する非矩形のモールド１０２の上に移行される。いくつかの例において、はんだの流出を避けるように移行を助けるためにパーキング・ブレードを使用する必要がある。次に、制御フローがステップ２７１８で終了する。
【００４２】
限定ではない実施例
本発明の前述の実施形態は、ＩＭＳシステムを使用して導電性接合材料により非矩形のモールド又は基板を充填するための技術を提供するため、利点を有する。本発明は使用される関連したウェハにさらによく似ているモールドを可能にする。さらに、本発明の充填ヘッドは、モールドのキャビティに付着される材料を溶融し、キャビティ内の材料を固化する、ガスをヘッドに通して運ぶための手段を提供する。
【００４３】
本発明の特定の実施形態が開示されているが、当業者は、本発明の精神及び範囲から離れることなく変更を特定の実施形態に対してなすことができることを理解するであろう。それゆえに、本発明の範囲は特定の実施形態に制限されず、添付の請求項は、本発明の範囲内にあるいずれか及び全てのこのような適用、変更及び実施形態に及ぶことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る、第１のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、第１のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、第１のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、第１のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、第１のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第１のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第１のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第１のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第１のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る、第２のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る、第２のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る、第２のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第２のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第２のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールドのキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第２のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る、第３のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る、第３のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る、第３のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る、第３のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る、第３のタイプの充填ヘッドを実装する回転充填技術を使用して導電性接合材料により非矩形のモールドのキャビティを充填する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールド内のキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第３のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る、導電性接合材料によりモールド内のキャビティを充填した後、非矩形のモールドから第３のタイプの充填ヘッドを移行する進行順序を例示するＩＭＳシステムの平面図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る、ＩＭＳ充填ヘッドの断面図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る、図２３のＩＭＳ充填ヘッドの平面図である。
【図２５】本発明の実施形態に係る、別のＩＭＳ充填ヘッドの断面図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る、図２５のＩＭＳ充填ヘッドの平面図である。
【図２７】回転充填技術を使用して非矩形のモールドを充填する例示的なプロセスを例示する動作流れ図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００：射出成形はんだ（ＩＭＳ）システム
１０２：非矩形のモールド
１０４：キャビティ
１０６：正方形の境界
１０８：充填ヘッド
１１０：表面
１１２：送出スロット（又はスリット）
１１４：充填ヘッドの後縁部
【図１】
0005243728.tif 000002
【図２】
0005243728.tif 000003
【図３】
0005243728.tif 000004
【図４】
0005243728.tif 000005
【図５】
0005243728.tif 000006
【図６】
0005243728.tif 000007
【図７】
0005243728.tif 000008
【図８】
0005243728.tif 000009
【図９】
0005243728.tif 000010
【図１０】
0005243728.tif 000011
【図１１】
0005243728.tif 000012
【図１２】
0005243728.tif 000013
【図１３】
0005243728.tif 000014
【図１４】
0005243728.tif 000015
【図１５】
0005243728.tif 000016
【図１６】
0005243728.tif 000017
【図１７】
0005243728.tif 000018
【図１８】
0005243728.tif 000019
【図１９】
0005243728.tif 000020
【図２０】
0005243728.tif 000021
【図２１】
0005243728.tif 000022
【図２２】
0005243728.tif 000023
【図２３】
0005243728.tif 000024
【図２４】
0005243728.tif 000025
【図２５】
0005243728.tif 000026
【図２６】
0005243728.tif 000027
【図２７】
0005243728.tif 000028