(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＳＩに付着したはんだバンプを除去するはんだバンプレベリング方法において、
上記ＬＳＩのはんだバンプ形成面にフラックスを供給し、
ヒータ上に載置したＣｕ板上に、フラックスの供給されたバンプ形成面を下にして上記ＬＳＩを置き、
上記ＬＳＩの上に錘を載せ、
窒素雰囲気中で上記ヒータを加熱し、
上記Ｃｕ板及び上記ＬＳＩを加熱してはんだを溶融して上記Ｃｕ板に転写させ、
吸着ヘッドを錘に対して所望の距離となるまで近づけて上記錘と上記ＬＳＩを吸着し、上記ＬＳＩを上記Ｃｕ板から分離することを特徴とするはんだバンプレベリング方法。
【請求項２】
請求項１記載のはんだバンプレベリング方法において、
上記Ｃｕ板の表面に凹凸形状を形成するとともに、この凹凸形状のピッチを、上記はんだバンプのピッチ以下としたことを特徴とするはんだバンプレベリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ（ＬＳＩ）に形成されたはんだバンプをレベリングするはんだバンプレベリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線基板の上に、ＬＳＩを接続する際に、はんだバンプを用いたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）接続が用いられることがある。しかしながら、例えば、２０ｍｍ角のＬＳＩにおいては、接続に用いられるはんだバンプの個数は、約５０００個あり、多層配線基板とＬＳＩの接続端子間の未接続による接続不良が発生する場合がある。このような接続不良が発生すると、一旦、ＬＳＩを配線基板から外した上で、再接続するリペア作業が必要となる。この際、配線基板から外されたＬＳＩの接続面には、はんだが付着しているため、このはんだは、はんだ除去装置により除去し、改めてはんだバンプを形成するようにしている。
【０００３】
ここで、従来のはんだ除去装置としては、例えば、特開２００１−７５０９号公報に記載されたものが知られている。この装置では、窒素雰囲気中でベースヒータを加熱し、Ｃｕ板をベースヒータ上に載せる。吸着機構付きヘッドヒータでＬＳＩを吸着し、ヘッドヒータを上昇させてＬＳＩを保持させ、ＬＳＩを予備加熱する。次に、ヘッドヒータを下降させ、Ｃｕ板にＬＳＩのはんだバンプが形成されている面を押し付ける。この状態が暫くの間維持されると、ＬＳＩのはんだバンプが溶けてＣｕ板に転写される。その後、ＬＳＩを吸着した状態のままヘッドヒータを上昇させることにより、Ｃｕ板からＬＳＩが分離され、ＬＳＩのはんだバンプを除去することができるものである。なお、ここで用いているＬＳＩは、パッケージタイプのＬＳＩである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それに対して、近年、ベアチップタイプのＬＳＩを直接、基板上に接続することが行われている。このベアチップのリペア作業において、例えば、特開２００１−７５０９号公報に記載された装置を使用して、はんだバンプの除去を試みたところ、ベアチップをヘッドヒータによってＣｕ板に押し付ける際にヘッドヒータによる機械的負荷がかかり、チップの欠けやクラックが発生したり、チップに形成されているパッシベーション膜やメタライズにダメージを与えるという問題が生じることが判明した。また、ベアチップに形成されているはんだバンプに対するはんだ除去が一様に行われず、除去作業後のはんだ体積がばらつき、チップに対してはんだバンプを再形成した場合の各バンプ体積もばらつき、バンプ高さが許容できる程度に均一とはならないという問題が生じることが判明した。
【０００５】
本発明の目的は、ベアチップタイプのＬＳＩに対して、はんだバンプの除去時に、ベアチップにダメージを与えることなく、また、除去後のはんだ高さが許容できる程度に均一にできるはんだレベリング方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ＬＳＩに付着したはんだバンプを除去するはんだバンプレベリング方法において、上記ＬＳＩのはんだバンプ形成面にフラックスを供給し、ヒータ上に載置したＣｕ板上に、フラックスの供給されたバンプ形成面を下にして上記ＬＳＩを置き、上記ＬＳＩの上に錘を載せ、窒素雰囲気中で上記ヒータを加熱し、上記Ｃｕ板及び上記ＬＳＩを加熱してはんだを溶融して上記Ｃｕ板に転写させ、吸着ヘッドを錘に対して所望の距離となるまで近づけて上記錘と上記ＬＳＩを吸着し、上記ＬＳＩを上記Ｃｕ板から分離するようにしたものである。
かかる方法により、ベアチップタイプのＬＳＩに対して、はんだバンプの除去時に、ベアチップにダメージを与えることなく、また、除去後のはんだ高さが許容できる程度に均一にできるものとなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１を用いて、本発明の一実施形態によるはんだレベリング方法の内容について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるはんだレベリング方法の作業内容を示す工程図である。
【０００８】
はんだレベリング作業の前提として、まず、リペア作業の必要なＬＳＩを、このＬＳＩが搭載されている配線基板から取り外す作業を行う。この作業は、周知の方法を用いて行われる。本実施形態においては、ＬＳＩとしてベアチップを想定している。取り外されたＬＳＩには、配線基板との接続に使用されたはんだバンプが、凡そ不均一な状態で付着している。
【０００９】
本実施形態によるはんだレベリング方法においては、最初に、図１（Ａ）に示すように、配線基板から取り外されたＬＳＩ１０のうち、はんだバンプ１２が付着している面に、適量のフラックスＦを供給する。このように、はんだレベリング作業にあたって、最初に、はんだバンプ１２に付着している面に、フラックスＦを供給することが、本実施形態における第１の特徴である。配線基板から取り外されたＬＳＩ１０に付着しているはんだバンプ１２の表面には、酸化膜が形成されているため、はんだバンプを溶融する際に溶融しにくいものである。それに対して、はんだバンプ１２の付着している面にフラックスＦを供給することにより、はんだバンプ１２の表面の酸化膜が除去され、はんだバンプ１２が溶融し易くなり、また、均一に溶融できるため、後述する工程で、Ｃｕ板に溶融したはんばを転写する際に、均一に転写して、ＬＳＩの面からのはんだバンプの除去を均一に行い、結果として、ＬＳＩの面に付着して残存するはんだバンプの高さを均一化（レベリング）できるものである。また、フラックスＦを供給することにより、溶融したはんだの拡がり性を向上できるので、後述する工程で、Ｃｕ板に溶融したはんばを転写する際に、均一に転写して、ＬＳＩの面からのはんだバンプの除去を均一に行い、結果として、ＬＳＩの面に付着して残存するはんだバンプの高さを均一化（レベリング）できるものである。
【００１０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、はんだ除去装置のベースヒータ３０上に、Ｃｕ板２０を載せ、その上にフラックスＦが供給されたバンプ付着面を下にしてＬＳＩ１０を載置する。
【００１１】
はんだが転写されるＣｕ板２０の表面には、Ｎｉ及びＡｕメッキが施されている。また、Ｃｕ板２０の表面形状は、所定のピッチで形成された凹凸の平行な溝が互いに直交するように配置されたメッシュ形状としている。Ｃｕ板２０の表面を凹凸のあるメッシュ形状とすることにより、Ｃｕ板２０の表面積を大きくして、溶融したはんだの濡れ面積を大きくできるので、はんだ除去性が向上するものである。
【００１２】
更に、ＬＳＩ１０の上に錘４０を載せる。本実施形態においては、錘４０は、中心部分に孔４４が形成された薄板の円筒形状である。また、中央部下面には、円筒形状の外周を有する凸部が形成され、この凸部にシリコンゴム製のリング４２が装着されている。
【００１３】
錘４０は、ＬＳＩ１０に所定の荷重を加えて、溶融したはんだのＣｕ板２０への転写性を向上するものである。従来の装置においては、吸着ヘッドによってＬＳＩをＣｕ板に押しつけるようにしていたが、この場合にパッケージタイプのＬＳＩに荷重は、ＬＳＩに過度の応力を及ぼさない程度のものであったが、ベアチップタイプのＬＳＩに対しては、応力が大きすぎるため、吸着ヘッドであるヘッドヒータによる機械的負荷がかかり、チップの欠けやクラックが発生したり、チップに形成されているパッシベーション膜やメタライズにダメージを与えるという問題が生じることが判明した。そこで、本実施形態では、図１（Ｄ）を用いて後述するように、吸着ヘッドは、ベアチップに押しつけることなく、浮かせた状態としている。しかしながら、この場合、ＬＳＩとＣｕ板の間の溶融はんだに及ぶ力は、ＬＳＩの自重のみとなり、溶融したはんだの転写が十分に行われないことが判明したため、転写性を向上するために、錘４０を用いて、溶融はんだに加わる荷重を調整するようにしている。すなわち、錘４０を用いる点が、本実施形態における第２の特徴である。
【００１４】
また、錘４０はプラスチック製の軽量のものを用いるが、ＬＳＩ表面に対する傷つけ等を防止するため、緩衝材として、シリコンゴム製のリング４２を用いている。
【００１５】
なお、錘４０の形状としては、図示した形状に限られることはなく、その他の任意の形状にすることができる。また、錘の中心部分の孔は、吸着ヘッドにより錘とＬＳＩを一緒に吸着する際に、吸着ヘッドの吸引力をＬＳＩに及ぼすために形成されているが、孔は必ずしも中心部分にある必要は無く、ＬＳＩ全体をバランスよく吸着できればその他の位置に孔が形成されていてもよいものである。また、その他にＬＳＩを吸着するための手段があれば、孔は形成されていなくてもよいものである。
【００１６】
次に、図１（Ｃ）に示すように、錘４０をＬＳＩ１０に載せた状態で、または載せる以前の状態からはんだ除去装置内部を窒素雰囲気とし、ベースヒータ３０を加熱し、ベースヒータ３０の上に載置されたＣｕ板２０，ＬＳＩ１０及び錘４０を加熱する。この加熱によって、ＬＳＩ１０に付着しているはんだバンプ１２が溶融して、Ｃｕ板２０に転写される。
【００１７】
次に、図１（Ｄ）に示すように、吸着ヘッド５０の先端部分を、錘４０の上面に対して所望の距離Ｈとなるまで近づけて、吸引を開始する。すると、錘４０と、錘４０に形成された孔４４を通してＬＳＩ１０が吸引され、錘４０とＬＳＩ１０とが一緒に吸着ヘッド５０に吸着される。このとき、吸着ヘッド５０の先端部分を錘４０の上面に接触させると、錘４０を介してＬＳＩ１０に機械的負荷を与える可能性があるため、吸着ヘッド５０と錘４０の上面の間を距離Ｈだけ離した状態で吸引を行うようにしている。すなわち、吸着ヘッド５０を、錘４０から離した状態で、ＬＳＩ１０を吸引するようにしていることが、本実施形態の第３の特徴である。このように吸着を行うことによって、ＬＳＩに不要な荷重やダメージを与えることなく、また、ＬＳＩから溶融したはんだを適度に分離することができる。その後、吸着ヘッド５０を上昇させて、ＬＳＩ１０をＣｕ板２０から完全に離して、はんだ除去作業を終了する。
【００１８】
ここで、本実施形態によるはんだバンプのレベリング時の種々の条件について検討した。
【００１９】
最初に、供給するフラックスの供給量Ｗについて、供給量を種々変えながら、そのときのはんだバンプの除去状態について検討した結果、フラックス供給量Ｗ＝０．５×Ｑ〜Ｑ〔ｇ〕の範囲が好適であることが判明した。ここで、Ｑ＝（バンプエリア面積Ｓ×バンプ平均高さｈ−全バンプ体積Ｖ）×フラックス比重ｋ）である。Ｑは、はんだバンプが付着しているＬＳＩの面からはんだバンプの高さまでの範囲に、フラックスを充填する充填量に相当する。即ち、フラックス供給量Ｗ＝Ｑとは、はんだバンプが付着しているＬＳＩの面からはんだバンプの高さまでの空間を、フラックスで満たした場合である。
【００２０】
フラックス供給量Ｗ＜０．５×Ｑの場合には、はんだバンプの除去性が悪く、均一に除去できないものであった。すなわち、フラックス供給量Ｗ＜０．５×Ｑの場合には、フラックスの供給量が相対的に少ないため、はんだバンプの酸化膜の除去が均一かつ十分に行えず、また、溶融したはんだが十分に広がらないためである。一方、フラックス供給量Ｗ＞Ｑの場合には、はんだバンプの除去が均一に除去できないものであった。図１（Ｄ）に示したように、はんだバンプの除去したＬＳＩ１０は、吸着ヘッドで吸引され、Ｃｕ板から離されるが、この際、多量にあるフラックスの表面張力により、吸引がバランスよく行われないためである。
【００２１】
次に、Ｃｕ板２０の表面に形成されている凹凸のメッシュ形状のピッチｐ１について検討を行った。結果としては、例えば、ＬＳＩ１０に固着したはんだバンプ１２の配列ピッチｐ２以下のピッチで、凹凸が縦横に有り、メッシュ形状になっているものが望ましいことが判明した。例えば、はんだバンプ１２のピッチｐ２が０．３ｍｍの場合、Ｃｕ板２０の表面に形成された凹凸のピッチｐ１は、０．３ｍｍ以下とする。具体的には、凹部の幅を０．１５ｍｍとし、凸部の幅を０．１５ｍｍとする。例えば、はんだバンプ１２のピッチｐ２よりも、Ｃｕ板２０の表面に形成された凹凸のピッチｐ１を大きく、すなわち、ｐ１＞ｐ２とすると、溶融したはんだがＣｕ板２０とヌレる所とヌレないところがあるため、溶融したはんだのＣｕ板２０への転写が不均一となり、ＬＳＩ１０に残存するはんだバンプの高さが不均一となる。
【００２２】
また、Ｃｕ板２０の表面に形成されている凹凸の深さｈ１は、はんだバンプの高さｈ２以下が望ましいことが判明した。例えば、はんだバンプの高さｈ２が０．２ｍｍの場合、Ｃｕ板２０の表面に形成されている凹凸の深さｈ１は、０．０５ｍｍとしている。
【００２３】
次に、錘４０によってＬＳＩ１０に掛かる荷重について検討を行った。ＬＳＩ１０に掛かる荷重は、ＬＳＩの自重も含めて１つのはんだバンプあたり、０．５２×１０−３〔ｇｆ〕〜２．２×１０−３〔ｇｆ〕であることが好適である。錘４０を用いない場合、ベアチップタイプのＬＳＩ１０の自重は、０．５５ｇであった。このとき、ＬＳＩ１０に形成されているはんだバンプ１２の個数は、４０８６個であったため、１つのはんだバンプあたりの荷重は、０．１３×１０−３〔ｇｆ〕であった。この状態で、上述の図１（Ａ）〜（Ｄ）の工程ではんだレベリングをしたところ、溶融したはんだのＣｕ板２０への転写が十分に行われず、ＬＳＩ１０に残存するはんだバンプ１２の高さが高くなりすぎたものである。はんだバンプのレベリング後、新しいはんだバンプが供給されるため、はんだバンプの残存量が多いと、ＬＳＩを再接続するリペア作業時の接続不良が生じることになる。また、１つのはんだバンプあたりの荷重が大きくなると、Ｃｕ板２０側への溶融はんだの転写が多くなり、結果的に、残存するはんだ量が少なくなる。
【００２４】
次に、はんだの溶融条件について検討を行った。ベースヒータ３０による加熱温度は、例えば、はんだ融点温度＋１０℃以上が望ましいものであった。ベースヒータ３０の表面上の温度ムラは極力少なくなるようにしているが、それでも、多少存在する。また、ＬＳＩ１０に付着しているはんだバンプは、ＬＳＩ１０を配線基板から離すときに、一旦溶融した後、再固化しているため、高さの不均一があり、はんだバンプ１２とＣｕ板２０の接触状態も必ずしも、均一でないものである。それらの点を考慮して、複数のはんだバンプをもれなく溶融するには、はんだ融点温度＋１０℃以上としている。本実施形態では、ヌレ性改善のため、フラックスを使用しているため、加熱温度を極端に高温にすることなく、全てのはんだバンプを溶融することが可能である。
【００２５】
また、はんだを溶融させてＣｕ板に転写させる為の時間は、３０秒以上が望ましいものであった。転写に要する時間が短いと、例えば、時間を１０秒としたときは、転写されるはんだ量が不均一となり、ＬＳＩ１０に残存したはんだバンプの高さの不均一のバラツキが大きくなったものである。
【００２６】
次に、吸着ヘッド５０と錘４０との間の距離Ｈについて検討を行った。吸着ヘッド５０と錘４０との間に距離がありすぎると、吸着ヘッド５０によってＬＳＩ１０を吸着した時に、錘４０を介してＬＳＩ１０が吸着ヘッド５０に衝突する際の衝撃が大きくなり、ＬＳＩにダメージを与えることになる。一方、ベースヒータを加熱したまま、即ち、はんだが溶融している状態でＬＳＩを吸着するため、吸着後のＬＳＩとＣｕ板との間の距離が短いと、溶融したはんだがＬＳＩから離れずに引っ張られて、Ｃｕ板への転写が不十分になる。
【００２７】
吸着ヘッド５０と錘４０との間の距離Ｈを、０．３ｍｍ，０．５ｍｍ，０．７ｍｍ，０．９ｍｍ，１．１ｍｍと変えて実験したところ、０．３ｍｍでは、ＬＳＩに残存したはんだバンプの高さのバラツキが大きくなっている。また、１．１ｍｍでは、ＬＳＩを吸引するとき、ＬＳＩがばたつくため、ＬＳＩが傾いて吸引されることもあり、バンプ間ショートが生じ、ＬＳＩに残存したはんだバンプの高さのバラツキが大きくなっている。結果的に、０．５ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲が好適で、０．７ｍｍのとき、はんだバンプの高さのバラツキが最も小さくなっている。レベリング作業前に、ＬＳＩに残存しているはんだバンプの高さの平均は、１３０μｍであり、高さの最大値は、２１０μｍであった。すなわち、吸着ヘッド５０と錘４０との間の距離Ｈは、残存しているはんだバンプの高さの最大値の２．４倍〜４．３倍の範囲内のときが好適であった。
【００２８】
また、吸着ヘッド５０により吸引する圧力としては、０．５ＭＰａ以上が望ましいことが判明した。吸引する圧力が０．５ＭＰａより小さい場合には、ＬＳＩの吸引時のばたつきが発生し、ＬＳＩが傾くため、残存しているはんだバンプの高さの不均一が発生した。
【００２９】
以上説明したような条件で吸着を行うことによって、ＬＳＩに不要な荷重やダメージを与えることなく、また、ＬＳＩから溶融したはんだを適度に分離することができる。具体的には、作業後にＬＳＩに付着したバンプ高さのばらつきを平均±２５μｍとでき、はんだバンプの高さを凡そ均一にすることができた。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、ベアチップタイプのＬＳＩに対して、はんだバンプの除去時に、ベアチップにダメージを与えることなく、また、除去後のはんだ高さが許容できる程度に均一にできる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ベアチップタイプのＬＳＩに対して、はんだバンプの除去時に、ベアチップにダメージを与えることなく、また、除去後のはんだ高さが許容できる程度に均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるはんだレベリング方法の作業内容を示す工程図である。
【符号の説明】
１０…ＬＳＩ
２０…Ｃｕ板
３０…ベースヒータ
４０…錘
４２…リング
４４…孔
【図１】
0004509430.tif 000002