(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ１０の電極膜１２側にフラックス２４を塗布する工程と、前記半導体チップ１０をホルダ１３にセットし、この半導体チップ１０のフラックス２４の上に半田ボール用スクリーン２１を載せ、半田ボール位置合わせ孔２３を通して半田ボール２０を搭載する工程と、前記半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外す工程と、前記半導体チップ１０をホルダ１３に嵌合したまま加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着する工程とからなることを特徴とする半田ボール搭載方法。
【請求項２】
ボール端子が未生成の半導体チップ１０の電極膜１２面にエアゾール式のフラックス２４をスプレーし、電極膜１２側にフラックス２４を塗布する工程と、フラックス２４を塗布した半導体チップ１０の電極膜１２側を上向きにしてホルダ１３の半導体チップセット凹部１５にセットし、次いで、電極膜１２の上に半田ボール２０の直径以下のギャップをもってホルダ１３のスクリーン位置合わせ凹部１４に半田ボール用スクリーン２１を載せ、半田ボール用スクリーン２１の上に半田ボール２０を供給し、この半田ボール２０を半田ボール位置合わせ孔２３に落下させ、残った半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１における半田ボール位置合わせ孔２３のないスペースに寄せる工程と、前記ホルダ１３を水平に固定した状態で、スクリーン枠２２の把手２５側の下端部がスクリーン位置合わせ凹部１４の角部分から動かないように押し下げて半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外す工程と、半導体チップ１０をホルダ１３にセットしたままリフロー半田付け装置にて加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着して電極膜１２の上に半田ボール２０を形成した後、半導体チップ１０をホルダ１３から取り出す工程とからなることを特徴とする半田ボール搭載方法。
【請求項３】
リード端子として半田ボール２０を採用した半導体チップ１０と、この半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する半田ボール位置合わせ孔２３を穿設した半田ボール用スクリーン２１と、前記半導体チップ１０を下段にセットする半導体チップセット凹部１５とこのセットされた半導体チップ１０の上に半田ボール２０の直径以下のギャップを持ってセットするスクリーン位置合わせ凹部１４とを形成したホルダ１３とからなり、前記半田ボール用スクリーン２１は、全周をスクリーン枠２２で包囲するようにして固着するとともに、このスクリーン枠２２の一端下部のスクリーン位置合わせ凹部１４との係止点を支点として他端側を持ち上げるための把手２５を一体に形成してなることを特徴とする半田ボール搭載装置。
【請求項４】
リード端子として半田ボール２０を採用した半導体チップ１０と、この半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する半田ボール位置合わせ孔２３を穿設した半田ボール用スクリーン２１と、前記半導体チップ１０を下段にセットする半導体チップセット凹部１５とこのセットされた半導体チップ１０の上に半田ボール２０の直径の半分程度のギャップを持ってセットするスクリーン位置合わせ凹部１４とを形成したホルダ１３とからなり、前記半田ボール用スクリーン２１は、半田ボール２０の直径ｄよりも１０％程度大きくして半田ボール２０が容易に落下できるような多数の半田ボール位置合わせ孔２３を穿設し、全周を４角形のスクリーン枠２２の下面に固着し、半田ボール用スクリーン２１の外周囲の半田ボール位置合わせ孔２３のない部分は、余分な半田ボール２０を溜めておくための十分なスペースとし、このスクリーン枠２２に、このスクリーン枠２２の一端下部のスクリーン位置合わせ凹部１４との係止点を支点として他端側を持ち上げるための把手２５を一体に形成してなることを特徴とする半田ボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）等におけＬＳＩのリード端子として採用されている半田ボールの搭載方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用通信端末機、ノート型パソコンの小型化等、ＣＰＵを構成するＬＳＩの多ピン化、パッケージの小型化に伴い、リード端子として半田ボール２０を採用する方式が多くなってきた。
半導体チップ１０の電極膜１２に半田ボール２０を搭載する従来の方法を図６により説明する。
（１）図６（ａ）のように、ホルダ１３の半導体チップセット凹部１５に、半導体チップ１０の電極膜１２に形成された電極膜１２を上向きにしてセットする。この半導体チップ１０は、基板から取り外したものであって、半田ボール２０の一部又は全部が消滅したものを半田クリーナできれいに吸い取ったものである。勿論、新品の半導体チップ１０であって、まだ半田ボール２０を搭載していないものであってもよい。
【０００３】
（２）図６（ａ）のように、ホルダ１３の上面の浅いスクリーン位置合わせ凹部１４に、スクリーン枠１８の下面に張設されたクリーム半田用スクリーン１７を嵌合して、電極膜１２の上に載せる。クリーム半田用スクリーン１７の網目は、予め電極膜１２と完全に一致させた状態にあるから、クリーム半田用スクリーン１７の上からクリーム半田１９を刷毛やへらで塗込むことにより、電極膜１２の上にクリーム半田１９の層が形成される。
【０００４】
（３）図６（ｂ）のように、クリーム半田用スクリーン１７に代えて半田ボール用スクリーン２１をホルダ１３のスクリーン位置合わせ凹部１４に嵌め込む。そして、スクリーン枠２２の中に多数の半田ボール２０を入れ、半田ボール用スクリーン２１の上を筆などで半田ボール２０を軽く転がしながら、半田ボール用スクリーン２１の半田ボール位置合わせ孔２３に供給する。残った半田ボール２０は、スクリーン枠２２の排出孔２９から排出する。
半田ボール２０をクリーム半田１９の上に載せるには、クリーム半田用スクリーン１７の代わりに、真空吸着器具で半田ボール２０を吸着し、ＸＹ軸装置で正確に位置決めして搬送搭載する場合もある。
【０００５】
（４）ホルダ１３に半導体チップ１０とともに半田ボール用スクリーン２１を載せたままで、リフロー装置に入れ、上側又は下側から熱風を送って設定温度２２０℃、約２分間加熱し、半田ボール２０を溶融し、図６（ｃ）のように電極膜１２の上に固着する。
（５）半田ボール用スクリーン２１を外し、超音波洗浄器で洗浄して再生を終了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の方法では、以下のような問題があった。
（１）ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＭＣＭなどの半導体チップ１０のパッケージにクリーム半田１９を印刷するには、それぞれの半導体チップ１０に合せた印刷用のクリーム半田用スクリーン１７を必要とし、また、作業工程が煩雑である。
（２）真空吸着器具で半田ボール２０を搬送搭載する器具は、大掛かりで、作業も難しく、再実装する場合のような小規模な半田ボール２０搭載作業には不向きである。
（３）半田ボール用スクリーン２１をガイドにしたまま半田ボール２０を搭載して半導体チップ１０の上側または下側から熱風を送って半田ボール２０を半田付けすると、ステンレスなど温度変形の大きな材料からなる半田ボール用スクリーン２１では、半田ボール２０の搭載位置が電極膜１２からずれてしまう。また半田ボール用スクリーン２１に半田ボール２０が当って半田ボール２０が変形する。
【０００７】
（４）通常の半田（融点１８３℃）の半田ボール２０では、半田ボール用スクリーン２１をつけたままでは、その外側と内側で温度が異なり、半田ボール２０の表面に皺など歪ができて端子として品質が劣化する。
（５）半田ボール用スクリーン２１を加熱半田付けする前に半田ボール２０から外すには、半田ボール２０を定位置からずらさないように半導体チップ１０を下側に固定し、半田ボール用スクリーン２１を真上に引き上げる器具を必要とし作業が煩雑で専用の器具が必要である。
（６）クリーム半田１９は、半田ボール２０が溶けると直径が大きくなり易く、十分なピッチ間隔が得られなくなったり、また、固形化するときに酸化皮膜ができ、半田ボール２０の表面にしわができやすい。
【０００８】
本発明は、作業工程が簡単で、小規模な半田ボールの搭載作業に適し、半田付けするときの半田ボールの位置ずれや変形がなく、端子としての品質にすぐれ、半田ボール用スクリーンの除去作業が簡単かつ正確であるという半田ボール搭載方法およびその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】
本発明は、リード端子として半田ボール２０を採用した半導体チップ１０と、この半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する半田ボール位置合わせ孔２３を穿設した半田ボール用スクリーン２１と、前記半導体チップ１０を下段にセットする半導体チップセット凹部１５とこのセットされた半導体チップ１０の上に半田ボール２０の直径以下のギャップを持ってセットするスクリーン位置合わせ凹部１４とを形成したホルダ１３とからなり、前記半田ボール用スクリーン２１は、全周をスクリーン枠２２で包囲するようにして固着するとともに、このスクリーン枠２２の一端下部のスクリーン位置合わせ凹部１４との係止点を支点として他端側を持ち上げるための把手２５を一体に形成してなることを特徴とする半田ボール搭載装置である。
【００１０】
以上のような構成において、第１工程で、半導体チップ１０の電極膜１２側にフラックス２４を塗布し、第２工程で、前記半導体チップ１０をホルダ１３にセットし、この半導体チップ１０のフラックス２４の上に半田ボール用スクリーン２１を載せ、半田ボール位置合わせ孔２３を通して半田ボール２０を搭載し、第３工程で、前記半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外し、第４工程で、前記半導体チップ１０をホルダ１３に嵌合したまま加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着することにより、半田ボールを搭載する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による半田ボール搭載方法およびその装置は、つぎの工程による。
第１工程：半導体チップ１０の電極膜１２側全面にフラックス２４を塗布する。
第２工程：半導体チップ１０をホルダ１３に嵌合セットし、この半導体チップ１０のフラックス２４の上に半田ボール用スクリーン２１を載せ、半田ボール用スクリーン２１のすべての半田ボール位置合わせ孔２３に半田ボール２０を搭載する。
第３工程：半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として押し下げることにより他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外す。
第４工程：半導体チップ１０をホルダ１３にセットしたまま加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着し、固着後に半導体チップ１０をホルダ１３から取り出す。
【００１２】
以上のような工程とすることにより、煩雑なクリーム半田１９のクリーム半田用スクリーン１７による印刷を省略して作業を簡単にし、また、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として押し下げて他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外すことにより、半田ボール２０から半田ボール用スクリーン２１を外し、半導体チップ１０全体を均一に加熱はんだ付けでき、半田ボール２０のずれや半田ボール２０の変形など品質の低下する要因を取り除き、簡単に、かつ、確実に半田ボール２０の搭載ができる。
【００１３】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
本発明による半田ボール搭載装置は、半導体チップ１０と半田ボール用スクリーン２１を位置決めしてセットするホルダ１３と、半田ボール２０を正しく電極膜１２の上に位置合わせする半田ボール用スクリーン２１と、半導体チップ１０の電極膜１２側に塗布するフラックス２４で構成する。
【００１４】
前記半田ボール２０は、一般に、図１（ｃ）に示すように、直径ｄ＝０．８９ｍｍ、０．７６ｍｍ、０．５ｍｍ、０．４ｍｍ等があり、溶融温度は、１８３℃、２９０℃等である。
前記半田ボール用スクリーン２１は、ステンレス板からなり、その厚さｔは、０．１５ｍｍ、０．１３ｍｍ等で、また、大きさは、半導体チップ１０の大きさ（６×６〜５０×５０ｍｍ）に応じてそれより１０〜２０ｍｍ程度大きく作られる。
この半田ボール用スクリーン２１に穿設された半田ボール位置合わせ孔２３の直径ｈは、半田ボール２０の直径ｄよりも約１０％程度大きくして半田ボール２０が容易に落下できるようにする。この半田ボール位置合わせ孔２３のピッチは、半導体チップ１０にもよるが、０．５〜１．５ｍｍ程度である。
このように形成された半田ボール用スクリーン２１は、図２に示すように、４角形のスクリーン枠２２の下面に接着剤などで固着する。また、このスクリーン枠２２の一辺部分には、ホルダ１３への着脱及び押し下げ用に把手２５が一体に設けられる。
このようにして形成された半田ボール用スクリーン２１の外周囲の半田ボール位置合わせ孔２３のない部分を十分に大きくとることにより、余分な半田ボール２０を溜めておくためのスペースとなる。
【００１５】
前記ホルダ１３は、半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載したままリフロー半田付け装置に入れて加熱するので耐熱性があるアルミニューム、マグネシューム、カーボン樹脂等が用いられる。このホルダ１３には、図２に示すように、上面側から、スクリーン位置合わせ凹部１４と半導体チップセット凹部１５と押出し孔１６とが形成されている。
前記スクリーン位置合わせ凹部１４は、半田ボール用スクリーン２１と略同一厚さ程度の深さを有する。前記半導体チップセット凹部１５は、半導体チップ１０を固定的にセットし、半田ボール用スクリーン２１と半導体チップ１０における端子板１１の電極膜１２との間に半田ボール２０の直径ｄの半分程度のギャップｇを維持して、半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１の半田ボール位置合わせ孔２３から落下させて搭載するためのものである。前記押出し孔１６は、リフロー半田付け後に半導体チップ１０をホルダ１３より押し出すためのものである。
【００１６】
以上のように構成された半田ボール搭載装置による作用を工程毎に分けて説明する。
第１工程：ボール端子が未生成のＢＧＡ、ＣＳＰ、ＭＣＭ等の半導体チップ１０において、図１（ａ）に示すように、電極膜１２（ラウンド）面にエアゾール式のフラックス２４をスプレーする。このとき、電極膜１２に塗布するのではなく、スクリーン等を用いずに、電極膜１２を形成した端子板１１の全面にフラックス２４を塗布する。
【００１７】
第２工程：図１（ｂ）に示すように、フラックス２４を塗布した半導体チップ１０の電極膜１２側を上向きにしてホルダ１３の半導体チップセット凹部１５に嵌合セットする。さらに、このホルダ１３のスクリーン位置合わせ凹部１４に半田ボール用スクリーン２１を載せる。すると、電極膜１２と半田ボール用スクリーン２１との間にギャップｇが生じる。この状態で、半田ボール用スクリーン２１の上に半田ボール位置合わせ孔２３の数より十分多い（端子総数の数倍程度）の半田ボール２０を供給し、ホルダ１３と半田ボール用スクリーン２１のスクリーン枠２２を抑えながら前後、左右、水平方向等に何回か振って半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１の全ての半田ボール位置合わせ孔２３に落下させる。全ての落下を確認したら、ホルダ１３に、半田ボール用スクリーン２１を一体に抑えたまま、スクリーン枠２２の把手２５側が低くなるように傾斜して残った半田ボール２０を半田ボール用スクリーン２１における半田ボール位置合わせ孔２３のないスペースにに寄せる。
【００１８】
第３工程：図１（ｄ）に示すように、ホルダ１３を水平なテーブル等に置いた状態で、スクリーン枠２２の把手２５側の一端下部がスクリーン位置合わせ凹部１４の角部分から動かないように押し下げることにより、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外す。このように一点を支点としながら回転して半田ボール用スクリーン２１を外すことにより、半田ボール２０がずれることなく余分な半田ボール２０は、半田ボール用スクリーン２１とともに除かれる。
【００１９】
第４工程：半導体チップ１０をホルダ１３にセットしたままリフロー半田付け装置にて加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着して電極膜１２の上に半田ボール２０を形成する。形成した後、半導体チップ１０をホルダ１３から取り出す。
【００２０】
前記実施例では、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として回転して他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外す場合において、半田ボール用スクリーン２１を一時的に固定して回転するため、スクリーン位置合わせ凹部１４は、半田ボール用スクリーン２１と略同一厚さ程度の凹部としたが、この例に限られるものではなく、図３に示すように、スクリーン枠２２の一端部と他端部の下面にそれぞれ突条２６を設け、スクリーン位置合わせ凹部１４は、これらの突条２６が嵌合するだけの溝状としてもよい。また、逆に、ホルダ１３の上面に突条２６を形成し、スクリーン枠２２の下面に溝状のスクリーン位置合わせ凹部１４を形成するようにしてもよい。要するに、スクリーン枠２２の把手２５側の下端部が動かないように押し下げて半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として回転して他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を半田ボール２０から外すものであればよい。
【００２１】
前記実施例では、半導体チップ１０に端子板１１を一体に設け、この端子板１１に電極膜１２を形成したものを例としたが、この例に限られるものではなく、半導体チップ１０は、図４に示すように、端子板１１を有せず、半導体チップ１０に直接電極膜１２を形成したものである場合であっても、前記同様にしてこの電極膜１２に半田ボール２０を搭載することができる。この場合、半導体チップセット凹部１５の大きさと深さは、半導体チップ１０の形状に応じて形成されることは勿論である。
さらに、図５に示すように、半導体チップ１０に、絶縁皮膜２８を介して放熱基板２７を取り付けたものであって、絶縁皮膜２８に電極膜１２を形成したものであってもよい。この場合、半田ボール用スクリーン２１の中央部分には、半導体チップ１０が突出するための逃げ孔３０が形成される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、フラックス２４を半導体チップ１０の電極膜１２側に全面に塗布するようにしたので、従来のような半導体チップ１０に合せた印刷用のクリーム半田用スクリーン１７を必要とせず、また、作業工程が簡単になる。
【００２３】
真空吸着器具で半田ボール２０を搬送搭載する必要がなく、半田ボール用スクリーン２１で半田ボール２０を搭載できるので、装置が小型化され、作業性にすぐれ、特に、再実装する場合のような小規模な半田ボール２０搭載作業には適している。
【００２４】
半田ボール用スクリーン２１を取り除いてからリフロー半田付け装置にて加熱して半田ボール２０を電極膜１２に固着するので、半田ボール用スクリーン２１が熱変形を生じることがなく、半田ボール２０の正確な搭載が長期間可能であるとともに、耐熱性のない材料であっても半田ボール用スクリーン２１を長期間使用できる。
【００２５】
半田ボール用スクリーン２１を取り除いてからリフロー半田付け装置にて加熱溶融するので、通常の半田（融点１８３℃）の半田ボール２０であっても外側と内側の温度差がなく、品質のすぐれた端子となる。
【００２６】
スクリーン枠２２の一端下部のスクリーン位置合わせ凹部１４との係止点を支点として他端側を持ち上げるための把手２５を一体に形成したので、半田ボール用スクリーン２１を加熱半田付けする前に半田ボール２０から外すのに特殊な装置を用いなくとも、、半田ボール２０を定位置からずらさないようにして外すことができる。
【００２７】
クリーム半田１９に代えてフラックス２４を塗布したので、半田ボール２０が溶けるときに直径の変化がなく、また、加熱時にフラックス２４の上記が半田ボール２０の表面を被覆し、固形化するときに酸化皮膜ができにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半田ボール搭載方法及びその装置の一実施例を示すもので、（ａ）は、半導体チップ１０の電極膜１２側にフラックス２４を塗布する工程の説明図、（ｂ）は、半田ボール用スクリーン２１の半田ボール位置合わせ孔２３を通して半田ボール２０を搭載する工程の説明図、（ｃ）は、半田ボール２０と半田ボール用スクリーン２１の部分拡大図、（ｄ）は、半田ボール用スクリーン２１の一端下部を支点として他端側を持ち上げつつ半田ボール用スクリーン２１を外す工程の説明図である。
【図２】本発明による半田ボール搭載装置の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明による半田ボール搭載装置の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明による半田ボール搭載装置により異なる形状の半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する例を示す断面図である。
【図５】本発明による半田ボール搭載装置によりさらに異なる形状の半導体チップ１０に半田ボール２０を搭載する他の例を示す断面図である。
【図６】従来の半田ボール搭載方法を示すもので、（ａ）は、半導体チップ１０の電極膜１２にクリーム半田用スクリーン１７によりクリーム半田１９を塗布する工程の説明図、（ｂ）は、クリーム半田１９を塗布した半導体チップ１０に半田ボール用スクリーン２１により半田ボール２０を搭載する工程の説明図、（ｃ）は、半導体チップ１０に半田ボール２０を固着した状態の部分拡大図である。
【符号の説明】
１０…半導体チップ、１１…端子板、１２…電極膜、１３…ホルダ、１４…スクリーン位置合わせ凹部、１５…半導体チップセット凹部、１６…押出し孔、１７…クリーム半田用スクリーン、１８…スクリーン枠、１９…クリーム半田、２０…半田ボール、２１…半田ボール用スクリーン、２２…スクリーン枠、２３…半田ボール位置合わせ孔、２４…フラックス、２５…把手、２６…突条、２７…放熱基板、２８…絶縁皮膜、２９…排出孔、３０…逃げ孔。
【図１】
0004253093.tif 000002
【図２】
0004253093.tif 000003
【図３】
0004253093.tif 000004
【図４】
0004253093.tif 000005
【図５】
0004253093.tif 000006
【図６】
0004253093.tif 000007