(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体エポキシを個々のチップのアンダーフィルに分配する装置であって、
ノズルと、
放出口を有する液体エポキシリザーバと、
前記リザーバの放出口と接続されていて、前記ノズルを介して前記チップのアンダーフィルに至る可変量の前記液体エポキシを計量するためのオーガバルブと、
前記ノズルを前記チップの表面付近で所定のパターンに沿って動かすためのポジショナ手段と、
前記チップ付近に設けられており、前記ノズルからの計量された量の前記液体エポキシを受け取って、所定の時間間隔の間に分配される前記液体エポキシの重量を表す信号を発生する計量器と、
前記所定のパターンに沿う前記ポジショナ手段の移動速度を調節し、前記計量器からの信号に基づいて所望量の前記液体エポキシを前記ノズルから前記チップのアンダーフィルに供するために排出させる制御手段と、を備え、
前記制御手段による前記ポジショナ手段の移動速度の調節及び前記オーガバルブによる前記液体エポキシの量の制御は、前記オーガバルブにより得られた前記液体エポキシの粘度を補償するために行われることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記オーガバルブは、容積式ポンプと前記ポンプを駆動するモータとを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記粘性物質リザーバは、シリンジからなり、前記シリンジは、その上端部を介して圧力空気源によって加圧されることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
更にニードルを有し、前記ニードルは前記ノズルと接続され、前記粘性物質は前記ニードルより前記基板上に分配されることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ノズルに接続され、これらを通過する計量後の粘性材料の温度をほぼ一定の所定温度に保持するための手段を更に備えることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記温度を一定に保持する手段は、ヒートシンクであることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記オーガバルブによる移送速度調節することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項８】
前記温度を一定に保持する手段は、加熱手段、冷却手段及び温度検知手段を含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項９】
前記粘性材料の粘度を感知する手段を更に含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、粘性物質を分配する際に使用される自動機器に関する。より詳細に言えば、本発明は、好ましい実施例において、ＦＲ４又は同様な積層基板から成るプリント回路（”ＰＣ”）基板にシリコンチップを直接取り付けるために使用されるアンダーフィル・エポキシを自動的に分配するために使用することのできる装置及び方法に関する。
【０００２】
ＰＣ基板を製造する際には、少量の粘性物質（すなわち、５０センチポイズよりも大きな粘度を有する物質）を塗布する必要がある場合が多い。そのような物質としては、特に限定するものではないが、例えば、汎用接着剤、ソルダペースト、ソルダフラックス、ソルダマスク、グリース、オイル、カプセル材、ポッティング樹脂、エポキシ、ダイ接着ペースト、シリコーン、ＲＴＶ及びシアノアクリレートを挙げることができる。これまでの一般的な塗布方法は、スクリーン印刷法、ピントランスファ法、及び、シリンジ又はバルブからの分配法を含んでいた。スクリーン印刷法は、テンプレートを必要とし、塗布パターンを容易に変更することができない。ピントランスファ法は、比較的高速であるが、設備が高価であり且つ柔軟性がなく、線ではなく点しか形成することができない。シリンジ分配法は、広く使用されており、空気圧機構、電気機械的機構、又は、容積式バルブで実行される。
【０００３】
回路素子を更に小型化するために、フリップチップ技術として知られる製造プロセスが開発された。この技術は、直接的なチップ接着又は”ＤＣＡ”としても知られている。この技術は、「フリップチップ」ボンディング、基板に直接接着されたダイ、ワイヤボンディング、被覆されたダイ、及び、カプセル化されたダイを含んでいる。広く使用されているそのようなプロセスの一つは、ＩＢＭ社（International Business Machines Corporation）が所有する複数の米国特許によって保護されている、制御型柱状圧潰接続（controlled columnar collapsed connection：”Ｃ４”）と呼ばれている。
【０００４】
図面を参照すると、半導体ダイ又はフリップチップ１０（図１）の下側すなわち回路側には、複数のソルダバンプ又はソルダボール１２があるパターンで設けられている。ソルダボール１２は、ＰＣ基板又は他の基板１６上のメッキされたソルダパッド１４に整合されている。チップ１０の下側は、チップのイメージ側とも呼ばれている。フラックス（図示せず）は、通常、ソルダボール１２とソルダパッド１４との間に供給される。ＰＣ基板又は基板１６上のソルダパッド１４は、加熱されるとリフローを起こして、チップ１０の下側のソルダボール１２に物理的に接続される。ソルダボール１２は、一般的に、高い融点を有しており、従って、リフローを起こさない。上記接続状態は、変形したソルダパッド１４’がソルダボール１２と結合している状態として、図２に図解的に示されている。これにより、ワイヤボンディングを行う必要性は排除される。
【０００５】
フリップチップ１０は、プラスチック又はセラミックのパッケージの中に必ずしもカプセル封入されないので、ＰＣ基板１６とチップ１０との間の接続部が腐食することがある。この腐食を防止するために、特殊な液体エポキシ１８（図３）を流して、上記チップの下側を完全に覆う。この作業を本明細書では「アンダーフィル（下側充填）作業」と呼ぶ。その結果生じたカプセル封入物は、硬化すると、非吸湿性のバリヤを形成し、湿分が、ＰＣ基板１６とチップ１０との間の電気的な相互接続部に接触して、これら電気的な相互接続部を腐食するのを防止する。上記エポキシ１８は、また、熱応力緩和を行うことによって、すなわち、異なる熱膨張率及び熱収縮率を許容することによって、変形したソルダパッド１４’とソルダボール１２との間の結合部を保護する役割も果たす。換言すれば、エポキシ１８は、一旦硬化すると、ある熱膨張係数（”ＣＴＥ”）を有し、この熱膨張係数は、当該エポキシのボンディング特性と共に、シリコンチップ１０のＣＴＥとＦＲ４ＰＣ基板１６のＣＴＥとの間の差によって生ずる熱応力を最小限にする。
【０００６】
フリップチップ・オンボード構造（flip chip on board architecture）を用いる利点としては、（１）チップの下のダイの全面積を接続に使用することができるので、入出力（”Ｉ／Ｏ”）が増大する可能性があり、（２）伝送線路の長さが短いので、電子的処理速度が増大し、（３）ヒートシンクをチップの頂部に取り付けることができ、（４）チップのプロフィールが大幅に低減され、（５）ＰＣ基板の面積をより効率的に使用できる、という事柄を挙げることができる。
【０００７】
図面の図３を参照すると、上記アンダーフィル作業を完了した後に、十分な量の液体エポキシを設けて総ての電気接続部をカプセル封入し、これにより、チップ１０の側縁部に沿ってフィレット１８ａを形成するのが望ましい。適正なフィレット１８ａが形成されると、十分な量のエポキシが設けられて、チップ１０とＰＣ基板又は基板１６との間の結合部の機械的強度が最大限になっていることを保証する。過剰のエポキシが設けられた場合には、マウンド１８ｂ（図４）が形成されることになり、このマウンドは、チップ１０の側縁部を取り囲んで該チップの上面に沿って伸長するので、望ましくない。
【０００８】
上述のアンダーフィル作業は、正確な量の液体エポキシ１８を、半導体チップ１０の少なくとも一方の側縁部に沿って概ね連続的に設けることを必要とする。上記液体エポキシは、チップ１０の下側とＰＣ基板又は基板１６の上面との間の小さなギャップに起因して毛細管作用が生ずる結果、チップ１０の下を流れる。エポキシを設ける量が少なすぎると、電気的な相互接続部の幾つかはカプセル封入されないことになる。その結果、腐食が生じ、また、熱応力が緩和されなくなる。エポキシを設ける量が多すぎると、そのようなエポキシは、チップの下側を越えて流れて、他の半導体デバイス及び相互接続部を阻害する。過剰のエポキシは、また、図４に参照符号１８ｂで示すように、チップ１０の上側に侵入して、ヒートシンクの適正な熱消散を阻害する。
【０００９】
上述のアンダーフィル作業の間には、上記液体エポキシ又は他の液体の接着剤の温度を正確に制御する必要がある。使用される液体は、凝固した状態で保管されることが多い。そのような液体は、その後、融解され、分配シリンジと関連して使用される。しかしながら、そのようなタイプの接着剤の粘度は、硬化するにしたがって時間経過と共に急速に変化し、融解されている４時間の間に、二倍になることがある。これは、適正量の流体を分配する作業を煩雑にする。その理由は、そのような流体の粘度が大きくなりすぎると、上記流体がチップの下を完全に流れるようにする毛細管作用が不十分になるからである。従って、液体接着剤が、アンダーフィル作業に使用することができない所定の粘度に到達した時点を決定する必要がある。
【００１０】
過去においては、ＰＣ基板は、ランプあるいは対流熱（すなわち、ガス流）と機械的に直接的に接触させることによって、熱伝導によって加熱されていた。そのような加熱作業は、一連の空気ゾーンを有するベルト式オーブンの中で実行されることが多く、上記一連の空気ゾーンの温度は、任意の加熱プロフィールを達成するように別個に制御することができる。また、従来においては、微量の接着剤及び他の粘性物質を分配する際には、分配ニードル及び／又はバルブ、並びに、その中の粘性物質の温度を所定レベルに維持するためのヒータを用いていた。しかしながら、ＰＣ基板の通常の組み立てにおいて温度を制御する従来技術の方法は、粘度の正確な制御を行うことができなかった。
【００１１】
従って、分配される物質の量を、その物質自体の粘度の変動を考慮して、正確に制御することができる、粘性物質自動分配装置及び分配方法を提供することが望ましい。
【００１２】
発明の概要
本発明は、粘性物質を基板上に分配する装置を提供する。この装置は、分配要素と、粘性物質リザーバと、計量装置とを備えており、該計量装置は、上記リザーバと上記分配要素との間に接続されていて、上記分配要素を通る可変量の粘性物質を計量する。上記分配要素及び計量装置は、ポジショナによって動かされ、基板表面付近で所定のパターンに沿って移動することができる。基板付近に位置する計量器すなわち秤が、計量された量の上記粘性物質を受け取り、所定の時間間隔の間に分配された上記物質の可変重量を表す信号を発生する。これにより、物質の流量を正確に決定することができる。制御装置が、上記所定パターンに沿う上記ポジショナの移動速度を調節し、計算した流量に基づいて、上記分配要素に所望量の物質を分配させる。別の実施例においては、上記制御装置は、上記計算した流量に基づいて、上記計量装置の排出速度を調節し、上記分配要素に上記所望量の物質を上記所定パターンに沿って分配させる。上記分配要素及び／又は上記基板のための閉ループ型温度制御装置を設けて、実質的に一定の粘度、及び、実質的に一定の流量を確保することができる。プライム／パージ・ステーションを上記基板の付近に設けて、上記分配要素及び上記計量装置から気泡を吸引することができる。
【００１３】
好ましい実施例の詳細な説明
係属中の米国特許出願シリアルＮｏ．０８／１９２，７０９（出願日：１９９４年２月７日、発明の名称：”COMPUTER CONTROLLED VISCOUS FLUID DISPENSING SYSTEM”）の開示全体が、参考として特に本明細書に組み込まれる。
【００１４】
図５を参照すると、本発明の装置は、流体リザーバを備えており、この流体リザーバは、ニードル（針）２２の形態の分配要素に接続された使い捨て型の通常のプラスチックシリンジ２０の形態を有している。上記ニードル２２は、ヒートシンク２４によって包囲されており、このヒートシンクは、別個の抵抗加熱要素及び温度感知要素（図示せず）を備えている。ヒートシンク２４は、また、ペルチェダイオードの如き冷却要素（図示せず）も備えている。別の実施例においては、ヒートシンクは、圧縮空気源に接続することのできる小型の冷却渦発生器（後に説明する）を備えることもできる。適宜な渦発生器は、Exair Corp. から商業的に入手可能な部品Ｎｏ．３２０２である。
【００１５】
シリンジ２０（図５）は、通常のオーガバルブ２５の形態の計量装置を介して、分配ニードル２２に接続されている。上記バルブは、容積式ポンプとして作動し、シリンジの中の粘性物質の可変量を計量してニードル２２を通すためのモータ駆動型のスクリューを備えている。上記オーガバルブ２５の中のモータは、バルブ制御回路２７によって制御され、一方、このバルブ制御回路は、上記オーガバルブ２５を間接的に制御するシステムコンピュータ３０に接続されている。ヒートシンク２４の加熱要素、冷却要素及び温度感知要素は、ニードル加熱／冷却制御回路２６に接続されている。
【００１６】
シリンジ２０は、システムコンピュータ３０によって作動される圧縮空気源２８によって、その上方端を通して加圧され、粘性物質をバルブ２５に送る。システムコンピュータ３０は、記憶された運転プログラムに従って、エポキシ接着剤の如き粘性物質の分配作業を制御する。これにより、微量の接着剤又は他の粘性物質を、シリンジ２０の本体からニードル２２を通して、ＰＣ基板又は基板１６の上面に分配することができる。
【００１７】
シリンジ２０、バルブ２５及びニードル２２は、図５においてポジショナ３２として集合的に称する電気機械的な構成要素によって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って運動可能なように取り付けられている。上記電気機械的な構成要素は、運動制御回路３４によって駆動され、この運動制御回路は、システムコンピュータ３０にも接続されている。シリンジ２０をＸ軸及びＹ軸に沿って迅速に動かすための機構が、米国特許第４，９６７，９３３号（発明の名称：”METHOD ANDAPPARATUS FOR DISPENSING VISCOUS MATERIALS”）に開示されており、この米国特許の開示全体は、本明細書に参考として組み込まれている。上記シリンジをかなり遅い速度ではあるがＺ軸に沿って動かすための機構も、上述の米国特許第４，９６７，９３３号に開示されている。
【００１８】
高さセンサ３６（図５）が、Ｘ−Ｙ−Ｚポジショナ３２に取り付けられており、これにより、ニードル２２を、ＰＣ基板又は基板１６の加工面の上方の所定の分配高さ（あるいは、該加工面から離れたある距離）に位置させることができる。上記高さセンサ３６は、垂直方向に往復運動することのできる高さ感知アーム３６ａを備えている。このアーム３６ａの上方端は、上記シリンジがポジショナ３２によってＰＣ基板１６に向かって下方に移動される時に、光ビームを遮断する。これにより、上記所定の分配高さに達したという情報が運動制御回路３４に与えられる。上記アーム３６ａは、上記高さセンサ３６の一部を構成するソレノイド機構（図示せず）によって、後退させることができる。上記高さセンサ３６は、また、必要に応じて分配高さを調節するための手動調節可能な親ネジ機構（図示せず）を備えている。上述のタイプの高さセンサは、周知であり、これ以上本明細書で説明する必要はない。
【００１９】
ＰＣ基板又は他の装着基板１６は、図５に水平方向の矢印で示すように、自動コンベア３８によって、ニードル２２の下方で水平方向に搬送される。上記コンベア３８は、通常の構成のものであって、必要に応じて異なるサイズのＰＣ基板を受け入れるように調節可能な幅を有している。上記コンベア３８は、また、空気圧作動型のリフト／ロック機構（図示せず）を備えている。コンベア制御装置４０が、コンベア３８に接続されている。上記コンベア制御装置４０は、運動制御装置３４とコンベア３８との間に接続されていて、上記コンベア３８の幅の調節を行うと共に、上記コンベアのリフト／ロック機構を制御する。コンベア制御装置４０は、更に、本装置へのＰＣ基板１６の進入を制御すると共に、接着剤又は他の粘性物質のＰＣ基板の上面への分配作業が完了した時に、上記ＰＣ基板の本装置からの退出を制御する。
【００２０】
上記システムコンピュータ３０は、ディスク、又は、コンピュータ集積製造作業（ＣＩＭ）制御装置（図示せず）からのコンピュータ自動設計（”ＣＡＤ”）データを用い、運動制御装置３４を通じて、ポジショナ３２及び分配ニードル２２の運動を制御することができる。これにより、ＰＣ基板１６の上面に分配されている接着剤又は他の粘性物質は、必要とされる正確な量として、正確に定置される。ＣＡＤを使用することができない用途においては、システムコンピュータ３０によって使用されるソフトウエアが、分配位置及び分配量を直接プログラムすることを可能にする。また、本発明の装置は、後に説明するカメラ／ビジョン回路を用いて、ニードル２２をチップ１０の縁部に対して正確に位置決めするのが好ましい。
【００２１】
システムコンピュータ３０は、Ｘ位置及びＹ位置、構成要素のタイプ、及び、構成要素の向きを用いて、どの程度の量の接着剤又は他の粘性物質をＰＣ基板又は基板１６の上面のどの位置に分配すべきかを決定する。システムコンピュータ３０には、完全に自動化されたＰＣ基板組み立てラインに使用される大部分のタイプの他の自動機器と適合性を有する、標準的なＲＳ２３２及びＳＭＥＭＡ通信バスを設けるのが好ましい。
【００２２】
複数の赤外線電球４４の如き放射熱源が、ＰＣ基板ヒータ制御回路４６によって、通電される。それぞれの別個のゾーンにおけるＰＣ基板又は基板１６の実際の局部的な加熱量は、ＰＣ基板又は基板の温度を正確に検知するように位置決めされたＩＲ感知型の熱電対の如き複数の熱センサ４７によって感知される。熱シールドすなわち遮熱板４８が、電球４４からの熱を、ニードル２２、ヒートシンク２４及びオーガバルブ２５から離れる方向に偏向させる。上記遮熱板４８は、ポジショナ３２によって担持され且つ水平方向に配置された黒い陽極処理アルミニウム板から構成することができる。上記遮熱板４８は、ニードル２２が貫通する穴を有している。ファン又はブロア４９が、ファン制御装置５０を通じてシステムコンピュータ３０によって制御され、ＰＣ基板１６を横断して空気を搬送する。
【００２３】
分配ニードル２２を、システムコンピュータ３０によって制御される真空源５１ｂに接続されたプライム／パージ・ステーション５１ａ（図５）へ移動させることができる。このプライム／パージ・ステーション５１ａは、バルブ形状の弾性的なブーツ（図示せず）を備えている。このブーツは、ニードル２２によって穿刺されて内側チャンバ（図示せず）に連通され、この時に、真空源５１ｂによって真空引きされる。この真空引きは、ニードル先端の外側を清掃する役割も果たす。上記弾性的なブーツは、バスケットボールの弾性的なバルブと同様なものである。バルブの機能をもたない締まり嵌めされたシールでも十分である。上記プライム／パージ作業は、分配作業の前に行われて、バルブ２５及びニードル２２の中の総ての気泡を確実に除去する。そのような気泡は、このタイプの装置においては特に望ましくなく、その理由は、量的な意味において分配精度に大きな影響を与えるからである。
【００２４】
本発明の装置の好ましい実施例は、プラテン５３を有する精密電子計量器（精密電子秤）５２も備えている。この計量器５２からの出力信号は、電子計量器回路５４に送られる。この回路５４は、システムコンピュータ３０に接続されている。例えば、計量器５２、プラテン５３及び電子計量器回路５４は、Denver Instrumentsから商業的に入手可能なModel No. DI-100分析計量器の形態として、集合的に設けることができる。このタイプの計量器は、微小重量を高精度で測定するためのデジタル回路を用いていると共に、ＲＳ２３２インターフェースを備えている。必要な場合には、計量器５２に弾性的な振動取付具（図示せず）を設けて、正確な重量測定を確保することが望ましい。ニードル２２は、ポジショナ３２によって計量器５２まで動かすことができ、また、微量の接着剤をプラテン５３に設けることができる。システムコンピュータ３０は、電子計量器回路５４を通じて、計量された粘性物質の正確な量を、単位時間当たりに供給された重量として決定する。その後、上記計算された流量は、後に説明するように分配作業で使用される。
【００２５】
電荷結合素子（”ＣＣＤ”）ビデオカメラ５６（図５）が、分配ニードル２２と共に移動するＸ−Ｙ−Ｚポジショナ３２に機械的に接続されている。上記ビデオカメラのレンズは、ＰＣ基板又は他の基板１６の上面又は他の加工面が視野に入るように、下方を向いている。カメラ５６は、システムコンピュータ３０に接続されている通常のビジョン回路５８に電気的に接続されている。エッジ検知アルゴリズムが、システムコンピュータ３０によって実行されて、ＰＣ基板１６上のチップ１０のエッジすなわち縁部を検出する助けを行い、これにより、ニードル２２の先端をＰＣ基板の少なくとも１つの側縁部付近に位置決めする作業を容易にする。ニードル２２は、一つの連続動作でＬ型パターンに沿って移動して、隣接する２つの側縁部に沿って液体エポキシを分配するのが好ましい。ニードル２２は、残りの２つの側縁部に沿って、第２のＬ型パターンの移動を行う。この作業は、ペリメータフィル（周辺充填）と呼ばれ、ダイ１０の全周の周囲に適正なフィレット１８ａを伸長させる。この完全なフィレット１８ａは、チップ対基板の機械的な結合強度を支援する。
【００２６】
図５にブロック図の形態で示されている本発明の装置の好ましい実施例は、機械的、電子的及び電気機械的な複数の構成要素を備えており、これらの構成要素は、上述の係属中の米国特許出願シリアルＮｏ．０８／１９２，７０９の図１にその全体が示されている、直立した開放型の矩形状のスチールフレームに取り付けられるのが好ましい。このフレームは、最近の任意のＰＣ基板全自動組み立てラインに挿入することができる。システムコンピュータ３０は、本明細書に記載する所要のインターフェース機能及び命令機能を迅速に実行するために十分なメモリ（記憶装置）及び処理能力を有する、商業的に入手可能な任意の拡張業界標準アーキテクチャ（”ＥＩＳＡ”）パーソナルコンピュータとすることができる。
【００２７】
本発明の粘性流体分配装置の好ましい実施例は、以下に説明する本発明の方法の好ましい実施例を実行するために使用することができる。ヒートシンク２５の閉ループ温度が安定した後に、システムコンピュータ３０は、ポジショナ３２を起動して、ニードル２２をプライム／パージ・ステーション５１ａへ移動する。ニードル２２は、ステーション５１ａの弾性バルブ又は締まり嵌めシールの中に押し込まれる。真空源５１ｂが起動されて、オーガバルブ２５及びニードル２２の内部の粘性物質から総ての気泡を吸い出す。次に、システムコンピュータ３０は、ポジショナ３２を起動させて、ニードル２２をプライム／パージ・ステーション５１ａから引き抜き、計量器５２の中に入れる。少量の粘性物質が、計量器５２のプラテン５３の上に堆積される。オーガバルブ２５を所定の速度で所定の時間間隔にわたって作動させることができるが、上記少量の粘性物質の量は、粘度に応じて変動する。オーガバルブ２５のモータが励起される時間で示される上記堆積の継続時間を用いて、体積流量を計算する。
【００２８】
次に、システムコンピュータ３０は、コンベア３８によって、ＰＣ基板１６を赤外線ランプ４４の上方の所定の経路に沿って引っ張る。ＰＣ基板１６の下面は、所定の高い温度まで加熱される。この温度は、熱センサ４７によってそれぞれのゾーンにおける表面温度を監視するＰＣ基板ヒータ制御装置４６を通じて、システムコンピュータ３０によって制御されるのが好ましい。これに応じて、ＰＣ基板の上面は、基板を通る伝熱によって、別個のゾーンの中で加熱される。予めプログラムされた構成要素位置データ及び／又はビジョン・サブシステム、並びに、予めプログラムされたパターン及び分配量データを用いて、システムコンピュータ３０は、アンダーフィル作業を受けるべきチップ１０の一つの側縁部へ分配ニードル２２を移動させる。高さセンサ３６及びＸ−Ｙ−Ｚポジショナ３２を用いて、ニードル２２を降下させ、該ニードルの下端部をＰＣ基板１６の上面から上方の所定の分配高さ（例えば、０．０２５ｍｍ（７ミル））に位置させる。システムコンピュータ３０は、次に、チップ１０の隣接する２つの側縁部に沿って、ニードル２２を動かす。同時に、分配オーガバルブ２５が瞬間的に作動されて、エポキシ接着剤の形態の粘性物質をＰＣ基板１６の上に分配し、これにより、上記粘性物質はチップ１０の下に位置する。Ｘ軸線及びＹ軸線に沿うシリンジ２０及びニードル２２の移動速度は正確に制御され、上記計算された流量に基づいて、望ましい所定量の接着剤を堆積又は定置させる。この所望量の接着剤は、フリップチップ１０のソルダボール／ソルダパッド間の各々の接続部を液体エポキシでカプセル封入するのに十分な量である。上記接着剤の量は、フィレット１８ａ（図３）を形成するのに十分であるが、望ましくないマウンド１８ｂ（図４）を形成しないような量である。
【００２９】
本発明の装置は、ニードル２２をプライム／パージ・ステーション５１ａへ周期的に移動させ、所定のアイドル時間の後に、ニードルの中の粘性物質を排出するのが好ましい。この物質は、過剰に硬化している場合がある。また、本発明の装置は、ニードル２２を計量器５２へ周期的に移動させ、これにより、必要に応じて所望量の物質を確実に排出するように、流量の再計算を行うと共に、ニードルの移動速度を調節するのが好ましい。質量流量は、閉ループに基づいて決定される。
【００３０】
従って、本発明の装置においては、ヒートシンク２４が、閉ループ型のシリンジヒータ／クーラー制御回路２６によって、実質的に一定の所定温度に維持されている間に、オーガバルブ２５の流量が最初に決定される、ことは理解されよう。これにより、物質の粘度は実質的に一定に保持される。システムコンピュータ３０は、オーガバルブ２５が作動している間に、所定の流量が生ずるようにする。オーガバルブ２５の駆動速度、従って、該オーガバルブからの流量は、実質的に一定に維持され、従って、連続的に調節されるものではない。その代わりに、システムコンピュータ３０は、ニードル２２のＸ−Ｙ方向の並進速度を調節して、最適なアンダーフィルを達成する適正量の液体エポキシを分配させる。そうではなく、ＰＣ基板の上方におけるニードル２２の並進速度を所定の一定値に維持しながら、オーガバルブ２５の速度を連続的に調節することができる。
【００３１】
本発明の装置は、計量器５２において最初の測定を行って、分配流量を決定する。バルブ２５を調節する必要はないが、Ｘ−Ｙ平面における分配ニードル２２の移動速度を調節して、所望量の接着剤を確実に分配させるようにする。ＰＣ基板１６の特定の表面領域を電球４４で最適に加熱することにより、エポキシ接着剤は、チップ１０の下側全体に流れるようになる。上記電球４４は、コンベア３８によって適所に移動された後に、ＰＣ基板の下面を急速に加熱する。
【００３２】
ＰＣ基板１６は、３０秒間よりも短い時間の間に、約８０°Ｃの設定値まで加熱され、その温度に維持されるのが好ましい。液体エポキシ接着剤に接触することになるＰＣ基板１６の任意の点の温度は、厳密に、すなわち、上述の設定値の±５°Ｃの範囲内に維持する必要がある。赤外線（”ＩＲ”）加熱真空電球４４を用いて、ＰＣ基板１６を加熱し、本発明の総ての装置が上記目的を達成することができるようにするのが好ましい。そのような電球は、約１．４秒間の間に十分な温度まで上昇し、従って、例えば、３０秒間又はそれ以下の時間の間に、上記設定値を迅速に達成することが望ましい閉ループで使用することができる。非接触型の熱センサ４７は、ＰＣ基板１６の閉ループ型温度制御の重要な構成要素である。ＰＣ基板ヒータ制御回路４６の構造は、当業者によって容易に理解されるものであり、従って、本明細書でその詳細を説明する必要はない。
【００３３】
本発明の装置は、分配される流体の重量を厳密に制御することができるのが好ましく、例えば、与えられたチップに関する目標値の±１０パーセント以内にすることができる。分析計量器５２を用いて、オーガバルブ２５からの流量を定期的に測定する。分配ニードル２２のＸ−Ｙ平面における速度が正確に制御され、これにより、所望重量（所望量）のエポキシ接着剤を堆積させる。
【００３４】
バルブ２５は、モータを用いて、オーガスクリュを回転させ、一方、このオーガスクリュは、粘性流体又は粘性物質を分配ニードル２２に押し込む。オーガスクリュバルブのモータのトルクを測定することによって、流体の粘度の表示を得ることができる。流体は、バルブ及びオーガスクリュの壁部に接触しているので、流体の粘度は、抵抗トルクに影響を与える。このトルクを監視し、物質の粘度がチップをアンダーフィルするには高くなり過ぎた（例えば、部分的な硬化によって）ことを表示することができる。モータコイルの逆起電力（”ＥＭＦ”）を感知することによってモータトルクを監視するために、バルブ制御回路２７に組み込むことのできる回路は、周知であり、従って、本明細書で詳細に説明する必要はない。
【００３５】
オーガバルブ２５は、焼き入れ鋼製のオーガスクリュを有する回転型の容積式ポンプであるのが好ましく、使い捨て型のニードル２２と、自動清掃装置とを備えており、この自動清掃装置は、バルブの取り外し及び分解を行う必要性を排除する。一つの適宜なバルブは、本件出願の譲受人であるAsymptotic Technologies, Inc.（カリフォルニア州Carisbad）から商業的に入手可能なＡＳＹＭＴＥＫ（登録商標）Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．ＤＶ−０６である。本装置は、分配作業の前に、バルブ２５及びニードル２２を動かし、これにより、高さセンサ３６がニードル先端の高さを自動的に決定することができるようにする。装置は、次に、ニードル２２をプライム／パージ・ステーション５１ａへ移動させる。
【００３６】
バルブ２５は、直結型のモータを備えている。バルブ２５に作用する逆起電力（逆ＥＭＦ）が、バルブ制御回路２７によって、連続的に監視される。これにより、バルブを動的に調節することができる。流体は、その粘度が変化するに連れて、モータを減速させる傾向を有している。バルブ制御回路２７は、逆ＥＭＦを測定することにより、モータへの電力を増大させて、１パーセント以内の一定のモータ速度を維持し、これにより、実質的に一定の流体流量を達成する。
【００３７】
本発明の装置は、ＰＣ基板１６を３つの位置、すなわち、（１）予熱ゾーン、（２）分配加熱ゾーン、及び、（３）事後加熱ゾーンに定置するのが好ましい。コンベア３８は、種々のサイズのＰＣ基板を受け入れるための、自動幅調節機能を有している。薄い基板のための基板下側のサポートレール（図示せず）をコンベア３８に組み込むことができる。コンベア３８の幅、速度及び停止時間は、完全にプログラム可能である。
【００３８】
アンダーフィル・プロセスの反復的な成功は、ＰＣ基板又は基板１６、流体、及び、一般的な装置環境の正確な熱管理に依存する。総てのゾーンにおける基板の加熱作業は、２秒間の間に最高温度まで上昇することのできる超急速ＩＲ加熱電球４４を用いることにより、実行されるのが好ましい。各々の加熱ゾーンは、各々の２つの電球を用いる３つの加熱セクタから構成されるのが好ましい。これらのゾーンは、対応する３つのＩＲ熱電対によって監視されるのが好ましい。各々の熱電対は、ほぼ１インチ（約２５．４ｍｍ）の直径を有するＰＣ基板の下の領域の平均温度を感知することができる。閉ループ型の基板温度制御が、ソフトウエアで監視される熱センサ４７によって実行される。
【００３９】
本発明における温度制御は、１秒間当たり４°Ｃを超えるプログラム可能な勾配速度を達成することができる。ＰＣ基板又は他の基板１６は、下方から加熱されるので、ＰＣ基板の頂部における温度勾配速度、並びに、頂部から底部までの勾配は、基板の厚さ及び熱伝導率に依存する。従って、約０．４５７ｍｍ（０．１８インチ）の厚さを有するＦＲ−４基板の如き薄いＰＣ基板に関しては、ＰＣ基板の頂部は、約２０秒間の間に最適に加熱され、一方、約１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）の厚さを有するＦＲ−４ＰＣ基板の如きより厚い材料は、より長い時間（すなわち、約４０秒間）を要することになる。ＰＣ基板の分配された領域にわたって測定される温度の均一性は、±５°Ｃであるのが好ましい。
【００４０】
エポキシ接着剤の熱管理は、２つの箇所、すなわち、（１）バルブの内側、及び、（２）分配点において、エポキシ接着剤の温度を制御する工程を含む。バルブ２５の中の粘性流体は、周囲温度近くに維持されなければならず、通常は、２７°Ｃに維持される。これは、バルブ２５を包囲する金属製の熱シールド４８と、ニードル２２の下端部を除いて該ニードルを総て包囲するフェノール樹脂製の熱シールド６０と、ファン４９を介してバルブの周囲を冷却する層流とを用いることによって、部分的に行われる。上記層流は、装置の全体的な環境を冷却する役割も果たす。分配点（ニードル２２）における粘性流体は、上述の閉ループ型フィードバックを有するヒートシンクによって、加熱又は冷却される。
【００４１】
分配される流体の質量を正確に且つ一定して制御することが、アンダーフィル・プロセスを最適に実行するために重要なことである。流体が多すぎると、流体はチップ１０の上部まで延在する（オーバートップ）ことになり、また、流体が不十分な場合には、不完全なアンダーフィルが生ずることになる。液体エポキシは比較的短いポットライフを有しているので、分配作業及びアンダーフィル作業は更に煩雑になる。液体エポキシの粘度は、部分的な硬化のために、４時間の間に１００パーセント程度増大することがある。正確な分配作業を確実に行うために、本発明の装置は、２つの特徴、すなわち、質量流量校正特性（計量器５２及び計量器回路５４）、精密な容積式ポンプ（オーガバルブ２５）を備えている。
【００４２】
上記質量流量校正計量器５２は、プライム／パージ・ステーション５１ａの次に設けるのが好ましい。上記計量器は、所定の時間間隔にわたって分配される可変量の粘性流体を計量し、±１／２ミリグラムの精度を有している。サンプルを計量した後に、分配パラメータを調節して、分配パターンを実行するに必要な時間にわたって所望量の流体を分配する。上記流量は、粘度の変化と共に変化する。従って、上記流量を、ユーザが指定したインターバル（時間間隔）で自動的に測定して、ニードル２２のＸ−Ｙ方向の速度、及び／又は、バルブ２５の速度を調節し、これにより、粘度の変化を補償する。
【００４３】
アンダーフィル作業において、ニードル２２は、所定のパターンに沿って粘性物質を分配し、例えば、チップ１０の２つの側部に沿うＬ字型のフィレットを形成する。毛細管作用が、粘性流体をチップの下に吸引する。接着剤がチップを完全にアンダーフィルする適正な停止時間の後に、チップの両側部を少量の流体でペリメータフィル（周辺充填）するのが好ましい。
【００４４】
システムコンピュータ３０は、信頼性のある自動整合を実行することができる。アンダーフィル・プロセスは、チップ１０を正確に定置するための追加のビジョン機能、及び、プロセス制御、並びに、正確な分配作業を必要とする。この作業は、チップの裏側の色及び反射率により大きく変動し、また、ＰＣ基板によっては構成要素の外観がソルダマスクに類似しているので、煩雑になる。チップ１０をＰＣ基板１６から識別するために、特殊な照明（図示せず）を本発明の装置に導入して、視覚的なコントラストを高めることができる。
【００４５】
本発明の分配装置及び分配方法の好ましい実施例を上に説明したが、当業者がそのような実施例の変更例及び適応例を着想することができることを理解する必要がある。例えば、本発明の分配装置は、ＰＣ基板及び基板以外の電子産業で使用される他の被加工物に関連して利用することができる。従って、本発明の保護範囲は、以下の請求の範囲の記載によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に従ってＰＣ基板のソルダパッドに整合されたソルダボールを有する半導体フリップチップの一部を図解的に示す側面図である。
【図２】従来技術に従ってリフローの後に対応するソルダボールと相互接続されている図１の変形されたソルダパッドの１つを大きく拡大して図解的に示す部分的な側面図である。
【図３】図１のチップ及びＰＣ基板の一部を幾分拡大して示す側面図であって、従来技術に従って液体でアンダーフィルされているチップの側縁部付近に接着剤のフィレットが適正に形成されている状態を示している。
【図４】図１のチップ及びＰＣ基板の一部を幾分拡大して示す側面図であって、通常のアンダーフィル作業の間に過剰量の接着剤が設けられた場合に、上記チップの頂縁部の上に望ましくない液体接着剤のマウントが形成される状態を示している。
【図５】本発明の粘性物質分配装置の好ましい実施例のブロック図である。破線で示す接続線は、機械的な接続を示しており、また、実線で示す接続線は、電気的な接続を示している。
【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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