(57)【要約】【課題】面内の厚さが一様ではない基板に形成されたバンプであっても、コイニング後のバンプ頂部の高低差と径の大きさの差を許容範囲内に抑えることができるコイニング装置を提供すること。【解決手段】基板に形成した複数のバンプの頂部を押圧して平坦な面にするコイニングヘッドを備えたコイニング装置であって、前記コイニングヘッドは、複数のコイニングヘッドからなり、前記複数のコイニングヘッドは、各々独立して前記バンプの一部を押圧する機構を備え、前記コイニング装置は、前記複数のバンプの前記基板表面からの高さを測定する機構と、測定した前記基板表面からの高さを基に前記複数のコイニングヘッドの押圧力を決定する機構と、を備えるコイニング装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成した複数のバンプの頂部を押圧して平坦な面にするコイニングヘッドを備えたコイニング装置であって、
前記コイニングヘッドは、複数のコイニングヘッドからなり、
前記複数のコイニングヘッドは、各々独立して前記バンプの一部を押圧する機構を備え、前記コイニング装置は、前記複数のバンプの前記基板表面からの高さを測定する機構と、測定した前記基板表面からの高さを基に前記複数のコイニングヘッドの押圧力を決定する機構と、を備えることを特徴とするコイニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等を実装する基板の表面に形成された複数のバンプの頂部を平坦な面に加工するコイニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にＩＣチップを搭載する基板の表面には、導体回路を保護するためにソルダーレジスト層が形成されている。チップ搭載面のソルダーレジスト層には導体回路の一部となるソルダーレジスト開口部が配置されている。ソルダーレジスト開口部底面の導体上には、ニッケルめっき層や金めっき層等が設けられ、更に半球状のバンプが設けられる。
【０００３】
バンプは、一般に次の方法で形成することができる。メタルマスクを介してはんだペーストを転写させるはんだぺースト印刷法、はんだボールを直接搭載させるボール搭載方法、化学反応を利用してはんだを析出させる方法、めっきではんだを析出させる方法などである。このように形成されたバンプを介してＩＣチップを基板に搭載することにより、ＩＣチップ側と基板が電気的に接続されるようになる。
【０００４】
ところで、微小なはんだバンプを多数形成すると、バンプ頂部の高さがばらつきやすくなる。頂部が低いバンプにおいてはＩＣチップ側の端子との接触が不十分になり、結果としてＩＣチップ側と基板側との間に高い接続信頼性を確保することが困難になる。
【０００５】
そこでバンプを形成した後、バンプ頂部を平坦化して均等な高さに揃えるとともに、ＩＣチップ側の端子との接触面積を広げるために、バンプ形成領域に熱を加えながら基板の厚さ方向に押圧する方法が採られる。このような処理工程はコイニング工程、またはフラッタニング工程と呼ばれている（特許文献１参照。以下、コイニング工程と呼称する）。
【０００６】
図５に従来のコイニング装置５００の全体的な構成の概略図を示す（特許文献２参照）。支柱部８０にコイニングヘッド５０（以下、バンプ頂部を押圧するための一連の部位をコイニングヘッドと呼称する）が連結されている。コイニングヘッド５０は、大別して圧力源５１、加圧部５２、押圧板５３からなる。
【０００７】
圧力源５１は、圧縮空気出入口５１ａから導入または排出する空気圧によってコイニングヘッド５０を粗動し昇降させる。圧力源５１は図示しないが調圧弁、流量制御器、エアフィルタ等を備える。加圧部５２は、図示しないがステッピングモーター、超音波振動子等を備え、押圧板５３を微動し昇降させ、適正な押圧力をバンプに加える。
【０００８】
コイニング工程には、シート状態の基板に対して行う「シートコイニング」と、個片化した基板に対して行う「個片コイニング」がある。図６（ａ）はシートコイニングの模式平面図であり、８ｘ６面付けされたシート状の基板６２に対し、２ｘ２面ずつ、位置を変えて３回コイニングした段階を示している。図６（ｂ）は個片コイニングの模式平面図であり、個片化した基板６４の全面に１回でコイニングを行う。尚、個片化した基板６４にも通常、バンプは複数個存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１―２０３４４５号公報
【特許文献２】特開２００２―２７０６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図７は、従来のコイニング装置を用いたコイニング工程を示す模式断面図である。尚、図７では、シートコイニングと個片コイニングを一括して表現しており、符号６６は、シートコイニングでは１回でコイニングされる基板の一部、個片コイニングでは個片化した基板に相当する。
【００１１】
従来装置によるコイニングにおいて、図７（ａ）のように、コイニングヘッドで押圧する領域の基板６６の厚さが略一様であり、基板上のバンプ６７の頂部高さも略一様であれば、図７（ｂ）のように通常のコイニングを行えば、コイニング後のバンプ６９の頂部の高さ、及びバンプ径の大きさも略一様となり望ましい（図７（ｃ）参照）。
【００１２】
しかしながら、現実の基板は積層基板であるため積層工程による累積の結果、特に基板周辺部で中央部よりも基板厚さが小さくなっていることがある。その結果、図８（ａ）のように、厚さが一様でない部分の基板６６ｂ上に形成されたバンプ６７ｂ、６７ｃには、厚さが一様な部分の基板６６ａ上に形成されたバンプ６７ａと頂部の高低差が生じる。そこで図８（ｂ）のように通常のコイニングを行うと、周辺部の基板の薄い領域ほどコイニング量が少なくなり、バンプ頂部の径が小さくなる（図８（ｃ）参照）。ここで、バンプ径を近づけるためにコイニング量を多くすると、元々頂部が高いバンプ６７ａでは径が過大になり隣り合うバンプと接触して短絡（ショート）が起こるリスクが高まる。
【００１３】
前記のように、基板面内の厚さの差に起因してバンプ頂部の径の大きさに差が生じ許容範囲を越えると、ＩＣチップ側の端子との接触が不安定になり、結果としてＩＣチップ側と基板側との間に高い接続信頼性を確保することが困難になる。
【００１４】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、面内の厚さが一様ではない基板に形成されたバンプであっても、コイニング後のバンプ頂部の高低差と径の大きさの差を許容範囲内に抑えるコイニング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、基板に形成した複数のバンプの頂部を押圧して平坦な面にするコイニングヘッドを備えたコイニング装置であって、
前記コイニングヘッドは、複数のコイニングヘッドからなり、
前記複数のコイニングヘッドは、各々独立して前記バンプの一部を押圧する機構を備え、前記コイニング装置は、前記複数のバンプの前記基板表面からの高さを測定する機構と、測定した前記基板表面からの高さを基に前記複数のコイニングヘッドの押圧力を決定する機構と、を備えることを特徴とするコイニング装置としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のコイニング装置によれば、基板厚さが一様でない基板であっても、コイニング後のバンプ頂部の高さと径の大きさを許容範囲内にできるので、ＩＣチップ側の端子との接触が安定し、ＩＣチップ側と基板側との間に高い接続信頼性を確保することができる。また、シートコイニングにおいては、１回でコイニングできる面積の総和が大きくなり、スループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のコイニング装置における、コイニングヘッドの（ａ）模式正面図（ｂ）模式底面図である。
【図２】本発明のコイニング装置の全体構成と、特にバンプ高さを測定し、押圧領域、押圧力を制御する機構を説明するための模式正面図である。
【図３】本発明のコイニング装置を用いて、（ａ）シートコイニングを行う例（ｂ）個片コイニングを行う例を示す平面図である。
【図４】本発明のコイニング装置を用いたコイニング工程を説明するための模式断面図である（基板厚が一様でない場合）。
【図５】従来のコイニング装置の全体構成を示す模式正面図である。
【図６】従来のコイニング装置を用いて、（ａ）シートコイニングを行う例（ｂ）個片コイニングを行う例を示す平面図である。
【図７】従来のコイニング装置を用いたコイニング工程を説明するための模式断面図である（基板厚が一様な場合）。
【図８】従来のコイニング装置を用いたコイニング工程を説明するための模式断面図である（基板厚が一様でない場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のコイニング装置の実施の形態に係る、装置構成と機能、及びコイニング方法と実施した場合のバンプの断面形状を図１〜図４を用いて説明する。尚、説明において、同一の構成要素については同一の符号を付ける。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
本発明のコイニング装置の全体的な構成は、後述するコイニングヘッド、及びバンプ高さを測定し押圧領域と押圧力を決定する制御機構を除けば、従来のコイニング装置（図５参照）と同様である。
【００２０】
図１は、本発明のコイニング装置における、コイニングヘッド１０の（a）模式正面図（ｂ）模式底面図である。図１（ａ）のように、本発明のコイニング装置は、従来１式のみであったコイニングヘッドが分割され、複数（図１の例では５ｘ５に配置）のコイニングヘッド１０を備えている。さらに、コイニングヘッド１０は、各々独立した圧力源１１、加圧部１２、及び押圧板１３を（図１の例ではいずれも５ｘ５）備えている。図１（ｂ）の底面図は５ｘ５に配置した押圧板１３を示している。
【００２１】
コイニングヘッド１０（従って押圧板１３）における配置数は、特に決まりはないが、奇数ｘ奇数の配置であれば、中心となるコイニングヘッドが存在するので、バンプ頂部高さの分布が中心付近でピーク（あるいはボトム）形状を有する同心円状である場合に本発明のコイニング装置の有効性が高まる。
【００２２】
本発明のコイニング装置は、図２のように（図２の全体構成では簡略化のため、複数のコイニングヘッドを１式で図示している）、バンプ面を上面として基板２１をステージ１４に載置したとき、基板表面（上面）からの各バンプ頂部の高さを測定するセンサ１５、及び測定した基板表面からの高さの情報を加圧制御部１６へ送る機構を備えている。
【００２３】
加圧制御部１６は、受信した各バンプ頂部の基板表面からの高さの情報を基に、各コイニングヘッドの押圧板１３で押圧する領域、及び各押圧板に加える押圧力を決定する機能を有している。さらに加圧制御部１６は、決定した押圧領域の情報をステージ制御部（図示せず）、押圧力の情報を圧力源１１及び加圧部１２へ伝える。
【００２４】
ステージ制御部は加圧制御部から受信した押圧領域の情報を基にステージを駆動して押圧領域とコイニングヘッドの押圧板１３の位置を合わせ、圧力源１１と加圧部１２は加圧制御部から受信した押圧力の情報を基に各コイニングヘッド及び押圧板１３を昇降する。これにより、目的とする押圧領域に適正な押圧力が加えられ、押圧板１３によりコイニングが実施される。
【００２５】
このとき、本発明のコイニング装置では複数（図１では５ｘ５）のコイニングヘッドを備えているので、より頂部が高いバンプ群を有する押圧領域ほどより大きな押圧力を加えるように各コイニングヘッドの押圧力に変化をもたせることができる。このため、５ｘ５のコイニングヘッドで１回のコイニングにより高いスループットでコイニングを実施することができる。
【００２６】
図３（ａ）は、本発明のコイニング装置により、シートコイニングを行う例を示す平面図である。ここでは５ｘ５に配置されたコイニングヘッドの押圧板を用いて、縦横２か所ずつ位置を変えて４回のコイニングを行った段階を示している。尚、ここで基板２２は、比較のため、図６（ａ）の従来のコイニング装置によるシートコイニングの際の基板６２と同じとしている。
【００２７】
図６（ａ）の従来のコイニング装置によるシートコイニングと比較すると、本発明のコイニング装置では、コイニングヘッドが５ｘ５に配置されているため、全体としての１回あたりのコイニング領域２３は、従来のコイニング装置による１回あたりのコイニング領域６３よりも大きくスループットで有利となるとともに、各コイニングヘッドは各々独立した押圧力を有するため、より小さい単位でのコイニングを行うことができる。
【００２８】
また、図３（ａ）の本発明のコイニング装置によるシートコイニングでは、４回のコイニングを互いに異なる（離反した）領域に施しているが、測定した各バンプ高さの情報によっては、一部を重複して施してもよい。すなわち、一部のバンプ（群）のコイニングを２回以上に分け多段で実施してもよい。その場合、多段で行う必要がない部分のバンプを押圧するコイニングヘッドについては、押圧力を０（ゼロ）として実施すればよい。このような方法はバンプ形状のより細かな調整に有効である。
【００２９】
図３（ｂ）は本発明のコイニング装置による個片コイニングの模式平面図である。図６（ｂ）の従来のコイニング装置によるシートコイニングと比較すると、シートコイニングの場合と同様、コイニングヘッドが５ｘ５に配置されており、各コイニングヘッドは各々独立した押圧力を有するため、より小さい単位でのコイニングを行うことができる。
【００３０】
図４は、基板周辺部で中央部よりも基板厚さが小さくなっている基板に対する本発明のコイニング装置を用いたコイニング工程を示す模式断面図である。尚、図４も図７同様、シートコイニングと個片コイニングを一括して表現しており、符号２６ａ、２６ｂはシートコイニングでは１回でコイニングされる基板の一部、個片コイニングでは個片化した基板を示している。
【００３１】
本発明のコイニング装置は、図１の符号１０のように、複数のコイニングヘッドを備えるが、図４では簡略化のため、２個のコイニングヘッドに付属した押圧板２８ａ、２８ｂによりコイニングが行われる場合について説明する。
【００３２】
図４で、厚さが一様でない部分の基板２６ｂ上に形成されたバンプ２７ｂ、２７ｃには、厚さが一様な部分の基板２６ａ上に形成されたバンプ２７ａと頂部の高低差が生じている。このような場合、本発明のコイニング装置では、個別の押圧板２８ａ、２８ｂにより異なる押圧力を加えてコイニングを行うことができる。すなわち、バンプ頂部がより高い領域（基板２６ａに相当する部分）の押圧板２８ａに、低い領域（基板２６ｂに相当する部分）の押圧板２８ｂよりも大きな押圧力を加えてコイニングを行うことにより、コイニング後のバンプ頂部の高低差を許容範囲内に緩和するとともに、径の大きさの差を許容範囲内に抑えることができる。
【００３３】
ここで、径の大きさの差の許容範囲は、搭載するＩＣチップの用途、形状に依存して決定されるが、バンプ頂部の高低差の許容範囲（ｄＨ）は、概ね１０μｍ以内であることが望ましい。
【００３４】
図４では２個のコイニングヘッドによる場合について説明したが、実際はより多くのコイニングヘッドを用いて、既述のように部分的な重複（多段）コイニングと組み合わせ、押圧領域と押圧力の条件を最適化することで、本発明のコイニング装置の汎用性（適用性）を高めることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０、５０・・・コイニングヘッド
１１、５１・・・圧力源
１１ａ、５１ａ・・・圧縮空気出入口
１２、５２・・・加圧部
１３、５３・・・押圧板
１４・・・ステージ
１５・・・バンプ高さ測定センサ
１６・・・加圧制御部
２１、２２、２４、６２、６６・・・基板
２３、２５、６３、６５・・・１回あたりのコイニング領域
２４、６４・・・個片化した基板
２６ａ、６６ａ・・・厚さが一様な部分の基板
２６ｂ、６６ｂ・・・厚さが一様でない部分の基板
２７ａ、６７、６７ａ・・・厚さが一様な部分の基板上のバンプ
２７ｂ、２７ｃ、６７ｂ、６７ｃ・・・厚さが一様でない部分の基板上のバンプ
２８ａ、２８ｂ、６８・・・押圧板
２９ａ、６９、６９ａ・・・厚さが一様な部分の基板上のコイニングされたバンプ
２９ｂ、２９ｃ、６９ｂ、６９ｃ・・・厚さが一様でない部分の基板上のコイニングされたバンプ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・コイニング予定線
３０、８０・・・支柱部
１００・・・本発明のコイニング装置
５００・・・従来のコイニング装置
【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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