(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品に設けた接続用導通部と導電性部材との少なくとも一方の表面をハロゲン化するハロゲン化処理部を設けるとともに、ハロゲン化された表面を界面として前記接続用導通部と前記導電性部材とを密着させる接合処理部を設けた突起電極の形成装置であって、
前記ハロゲン処理部を内側管、外側管からなる２重管で構成し、前記内側管の開先位置を前記外側管の開先位置より引き込ませるよう段違いに配置するとともに、前記内側管の径を前記接続用導通部の径に対応させ、前記内側管よりハロゲンガスを送気可能にしたことを特徴とする突起電極の形成装置。
【請求項２】
前記ハロゲン処理部をハロゲンガス供給チャンバで構成するとともに、このハロゲンガス供給チャンバに前記導電性部材の投入口と排出口とを設け、前記投入口と前記排出口との間に斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の突起電極の形成装置。
【請求項３】
前記ハロゲン処理部はハロゲンガス供給チャンバと、このハロゲンガス供給チャンバに投入可能であるとともに前記電気部品を包囲可能なカバーとで構成し、前記カバーには前記接続用導通部に対応した露出孔を設け、前記接続用導通部が前記ハロゲンガス供給チャンバの雰囲気に接触可能としたことを特徴とする請求項１に記載の突起電極の形成装置。
【請求項４】
前記接合処理部を、導電性部材収納部と、この導電性部材収納部の上方に設けられ前記接続用導通部を前記導電性部材収納部に押付可能な電気部品押付部とで構成し、前記導電性部材収納部に前記接続用導通部に対応する窪みを設けるとともに、前記導電性部材が前記窪みから突出するように当該窪み深さを設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の突起電極の形成装置。
【請求項５】
前記電気部品はベアチップであり、前記接続用導通部に密着させる前記導電性部材は前記ベアチップにおけるバンプ形成用であることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の突起電極の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、突起電極の形成方法および形成装置ならびに電極形成部品に係り、特に突起電極の形成時においてフラックスを必要とせず、また突起電極の形成のために共通電極を設けるなどの制約のない突起電極の形成方法および形成装置ならびに電極形成部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気部品を対象物に実装する際、電気部品の接続用導通部に突起を形成し、当該突起を介して電気部品と対象物とを接続する場合がある。
【０００３】
上記の一例として電気部品を集積回路とし、対象物をプリント基板としたときの場合を説明する。
【０００４】
図１３は集積回路の構成を示す断面説明図である。同図に示すように、集積回路１ではチップ２の電極２Ａより金ワイヤ３が引き出されており、この金ワイヤ３の先端が集積回路１の底面に設けたランド４に接続されることで、チップ２とその外部との間の導通を図れるようにしている。ところでこのようなランド４はその周囲がレジスト５によって囲われていることから、ランド４と接続対象物となるプリント基板との間を直に接続させることができず、このためランド４にあらかじめ導電性部材となる半田ボール６を接続させておき、当該半田ボール６の突出によって（半田ボール６を介して）プリント基板側との接続を行うようにしている。
【０００５】
また電気部品の接続用導通部に突起を形成させる第２の例としては、ＴＡＢ製造技術におけるチップへのバンプ形成方法が挙げられる。当該バンプはチップにインナーリードを接続する際、当該インナーリードがチップの周囲に接触するのを防止し、チップの電極のみ接続を図るために設けられたものである。そしてこのようなバンプは、チップの電極上にバリアメタル（多層金属膜）を形成しこの上にメッキプロセスを施すことで形成されたり、あるいはワイヤーバンプ方式によって形成されたりしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気部品の接続用導通部に突起を形成させる第１の例においては、ランド４に半田ボール６を接合させるために当該半田ボール６を溶融させることが必要であった。このためフラックスを使用しなければならず、さらに接合後に当該フラックスを除去させるために洗浄工程が必要であった。
【０００７】
また電気部品の接続用導通部に突起を形成させる第２の例においては、メッキプロセスによるバンプ形成のためマスクを多数必要としたり、電解メッキを用いることから共通電極を必要とし配線の引き回しに制約があった。さらに合金の特性から、密着性、バリア性の異種金属を多層に形成しなくてはならないという問題点もあった。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点に着目し、突起電極の形成時においてフラックスを必要とせず、また突起電極の形成のために共通電極を設けるなどの制約のない突起電極の形成方法および形成装置ならびに電極形成部品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】
上記目的を達成するために請求項１に記載の突起電極の形成装置は、電気部品に設けた接続用導通部と導電性部材との少なくとも一方の表面をハロゲン化するハロゲン化処理部を設けるとともに、ハロゲン化された表面を界面として接続用導通部と導電性部材とを密着させる接合処理部を設け、ハロゲン処理部を内側管、外側管からなる２重管で構成し、内側管の開先位置を外側管の開先位置より引き込ませるよう段違いに配置するとともに、内側管の径を接続用導通部の径に対応させ、内側管よりハロゲンガスを送気可能にしたことを特徴としている。
【００２４】
請求項１に記載の突起電極の形成装置によれば、すでに接続用導通部に幾つかの導電性部材が接合されていても、これら導電性部材に干渉することなく確実に空きの接続用導通部に新規の導電性部材を接合することができる。またハロゲンガスは内側管から導入され、外側管と内側管との間より排出されることから、ハロゲン化の対象となる接続用導通部以外にハロゲンガスは触れることがない。このため他の部分に変色等の障害が発生するのを防止することができる。
【００２５】
請求項１に記載の突起電極の形成装置によれば、接続用導通部か導電性部材の少なくとも一方の表面にハロゲンを添加することができる。そして接合処理部にてハロゲン化された表面を界面として接合用導通部と導電性部材とを密着させるので、導電性部材を溶融させなくとも当該導電性部材を接続用導通部に接合させることができる。さらに導電性部材を溶融させないことから、フラックスを用いる必要が無くなるとともに、当該フラックスを洗浄する工程も削除することができる。また、接合界面を溶融させることなく接合可能であることから、接合界面及びその周囲部分に高温を加える必要がないため、突起電極の表面に電気コンタクト特性を悪化させる皮膜が形成されるなど、突起電極や電気部品の不所望な変質を回避することができる。
【００２６】
請求項２に記載の突起電極の形成装置は、ハロゲン処理部をハロゲンガス供給チャンバで構成するとともに、このハロゲンガス供給チャンバに導電性部材の投入口と排出口とを設け、投入口と排出口との間に斜面を形成したことを特徴としている。
【００２７】
請求項２に記載の突起電極の形成装置によれば、ハロゲンガスが充填されたチャンバ内を導電性部材が投入口から排出口へと転がりながら移動するので、導電性部材の表面を均一にハロゲン化することが可能になるとともに、導電性部材の連続投入ができ、またハロゲンガスの供給量を少なくすることができる。
【００２８】
請求項３に記載の突起電極の形成装置は、ハロゲン処理部はハロゲンガス供給チャンバと、このハロゲンガス供給チャンバに投入可能であるとともに電気部品を包囲可能なカバーとで構成し、カバーには接続用導通部に対応した露出孔を設け、接続用導通部がハロゲンガス供給チャンバの雰囲気に接触可能としたことを特徴としている。
【００２９】
請求項３に記載の突起電極の形成装置によれば、接続用導通部のみハロゲンガス供給チャンバの雰囲気に触れ、電気部品における他の部分はハロゲンガス供給チャンバの雰囲気に触れることがない。このため電気部品における接続用導通部以外の部分に変色等が発生するのを防止することができる。なお露出範囲が接続用導通部のみになるので、ハロゲンガスの供給量を少なくすることができる。
【００３０】
請求項４に記載の突起電極の形成装置は、接合処理部を、導電性部材収納部と、この導電性部材収納部の上方に設けられ接続用導通部を導電性部材収納部に押付可能な電気部品押付部とで構成し、導電性部材収納部に接続用導通部に対応する窪みを設けるとともに、導電性部材が窪みから突出するように当該窪み深さを設定したことを特徴としている。
【００３１】
請求項４に記載の突起電極の形成装置によれば、電気部品押付部を下降させれば、接続用導通部が導電性部材を押し付ける。接続用導通部の導電性部材への押し付けは、電気部品押付部が導電性部材収納部に当接するまで行われるが、この際導電性部材は窪みの深さに倣って一様に変形するので、接続用導通部から導電性部材の頂上までの高さを均一にすることができる。
【００３４】
請求項５に記載の突起電極の形成装置は、電気部品はベアチップであり、接続用導通部に密着させる導電性部材はベアチップにおけるバンプ形成用であることを特徴としている。
【００３５】
請求項５に記載の突起電極の形成装置によれば、バンプ形成のためのマスクや共通電極を設ける必要がなくなるので、配線引き回しのための制約を無くすることができる。さらに異種金属を多層に形成するという制約も無くすることが可能になる。
【００５２】
前記突起電極の形成装置は、導電性部材は電気コンタクト形成用の金属素材からなる金属粒であることを特徴とする。この金属粒としては半田ボールであることが好ましい。
【００５３】
この突起電極の形成装置によれば、導電性部材が電気コンタクト形成用の金属素材からなる金属粒であるので、電気部品の突起電極を他の電気部材の端子等に対して容易に接合させ、電気コンタクトを構成することが可能になる。このような金属粒としては、各種合金組成を有する半田（鉛含有半田、鉛非含有半田）や金、金錫などの電気コンタクト性に支障のない金属や合金を含有する粒子を用いることができるが、特に半田ボールが一般的である。この場合、半田ボールが接合された電気部品をプリント基板等に実装し通常のリフロー工程を通すことにより電気部品とプリント基板等を接合させることが可能となる。
【００５４】
前記突起電極の形成装置は、接続用導通部は前記電気部品の表面に格子状に配列されていることが好ましい。
【００５５】
この突起電極の形成装置によれば、電気部品に加わる熱は導電性部材の融点以下であることから熱的ダメージが小さくなる。このため電気部品自体の耐熱条件を緩和させることが可能となり、例えばパッケージ部材の選択を広げることもできる。
【００５６】
前記突起電極の形成装置は、接合処理部は、接続用導通部と導電性部材のいずれの融点より低い温度に界面を加熱可能な加熱手段を有していることが好ましい。
【００５７】
この突起電極の形成装置によれば、接合の際の反応を促進でき、短時間で接合が可能であるとともに、接合強度を高めることができる。
【００５８】
前記突起電極の形成装置は、前記加熱手段は、前記接続用導通部と前記導電性部材とを接触させる時点以降に前記界面を実質的に加熱することを特徴とする。この場合の具体的構成としては、接続用導通部と導電性部材とが接触する前には、熱源と、接続用導通部及び導電性部材の少なくとも一方との間に断熱部材を配置し、接続用導通部と導電性部材とが接触した時点以降に当該断熱部材を移動若しくは排除することの可能な構造である。また、接続用導通部と導電性部材とが接触した時点以降に加熱手段の発熱を開始させることの可能な構造である。
【００５９】
この突起電極の形成装置は、前記接合処理部は、前記接続用導通部と前記導電性部材とを接触させる前にハロゲン化された前記表面が実質的に加熱されないように前記表面への熱伝達を抑制する熱伝達抑制手段を有することを特徴とする。この場合の熱伝達抑制手段としては、熱源から前記接続用導通部及び／又は前記導電性部材までの熱経路に配置される断熱部材がある。この断熱部材は熱放射、熱伝導のいずれを低減するものであってもよく、双方を低減するものであってもよい。
【００６０】
前記突起電極の形成装置は、接合処理部は、界面の接触圧を高める加圧手段を有していることが好ましい。
【００６１】
この突起電極の形成装置によれば、接触圧を高めることで接続用導通部と導電性部材との密着性が向上してより接合強度を大きくすることができる。
【００６２】
前記突起電極の形成装置は、接合処理部は、電気部品と導電性部材とが配置されるとともに不活性ガスが供給される不活性ガス供給チャンバを有していることを特徴としている。
【００６３】
この突起電極の形成装置によれば、不活性ガス供給チャンバ内で接合すると、接続用導通部および導電性部材の酸化を防止でき、接合強度の向上を図ることができる。
【００６４】
前記突起電極の形成装置は、前記表面をハロゲン化してから前記接続用導通部と前記導電性部材とを接触させるまで前記表面を不活性ガスの雰囲気中に保持可能に構成されていることが好ましい。
【００６５】
こうすることにより、表面をハロゲン化してから接触させるまで不活性ガスの雰囲気中に保持することにより、ハロゲン化された表面の変質を抑制することができるので、接合状態を向上させることができる。この場合、さらに請求項８に記載されているように接触させた後に接合が完了するまで不活性ガス中に保持することにより、より接合状態を向上させることが可能である。
【００６６】
前記突起電極の形成装置は、前記導電性部材における前記接続用導通部に対して接合されるべき表面を平坦化させる平坦化手段を有することが好ましい。
【００６７】
この突起電極の形成装置は、配列された複数の前記接続用導通部の配列状態に対応させて複数の前記導電性部材を配列して保持する配列保持部材を有し、当該配列保持部材に保持された状態で前記導電性部材の前記表面を平坦化し、しかる後に、前記配列保持部材に保持された状態で前記接続用導通部に接合させることが好ましい。
【００６８】
こうすると、配列保持部材上に導電性部材を保持したまま、平坦化処理を行い、さらに接合処理を行うことができるので、導電性部材の再配列作業を行う必要がなくなり、平坦化された表面部を揃える必要もなく、容易に接合処理を行うことができる。
【００６９】
前記突起電極の形成装置は、前記導電性部材の前記表面を平坦化した後に当該表面をハロゲン化してから前記接続用導通部に接合させるように構成されていることが好ましい。
【００７０】
こうすると、ハロゲン化処理についても配列保持部材上で行われるため、さらに処理を容易に行い、ハロゲン化された表面部を揃える必要もなく、容易に接合処理を行うことができる。
【００７１】
前記突起電極の形成装置は、窪みの表面はアルミ材で構成されていることが好ましい。
【００７２】
この突起電極の形成装置によれば、アルミ材はハロゲン化しづらいことから導電性部材と窪みの内壁との接合力よりも、導電性部材と接続用導通部との接合力が強いことから、導電性部材は窪み内に残留することを防止することが好ましい。
【００７３】
前記突起電極の形成装置は、電気部品における接続用導通部を有する面に位置合わせ用のマーキングを付すとともに、導電性部材収納部側にマーキング検出手段を設け、電気部品押付部にはマーキング検出手段に接続される移動手段を設けたことが好ましい。
【００７４】
この突起電極の形成装置によれば、電気部品押付部と導電性部材収納部との相対位置を検出するようにしたので、両者の位置合わせの精度を向上させることができる。
【００７５】
前記突起電極の形成装置は、導電性部材収納部における中央領域に単一の窪みを設けるとともに、この窪みの周囲に対応する接続用導通部の位置に導電性部材より径大な逃げ孔を設けることが好ましい。
【００７６】
この突起電極の形成装置によれば、すでに接続用導通部に幾つかの導電性部材が接合されていても、これら導電性部材に干渉することなく確実に空きの接続用導通部に新規の導電性部材を接合することができる。
【００７７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る突起電極の形成方法および形成装置ならびに突起電極の形成部品を図面を参照して詳細に説明する。
【００７８】
図１は、本実施の形態に係る突起電極の形成装置の構成を示す説明図である。
同装置はＩＣの接続用導通部に半田ボールを接合させることで突起電極を形成するものであり、同図に示すように突起電極の形成装置１０（以下形成装置１０と称す）は、ハロゲン化処理部である第１フッ化処理部１２および第２フッ化処理部１４と、接合処理部１６とを有している。第１フッ化処理部１２および第２フッ化処理部１４は、接合対象物、すなわちＩＣの接続用導通部および半田ボールの表面にフッ素（Ｆ）を添加するためのもので、これらの表面にフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給するハロゲンガス供給チャンバとなる反応室１８を有している。
【００７９】
そして、反応室１８には、配管２０、２２を介してＨＦガス供給部２４と蒸気発生部２６とが接続してあり、ＨＦガスと水蒸気との混合ガスが供給されるようになっている。また第１フッ化処理部１２の前段には半田ボール保管庫２８が設けられ、第２フッ化処理部１４の前段にはマガジンローダ３０が設けられている。
【００８０】
そしてボール保管庫２８から第１フッ化処理部１２には半田ボールを、またマガジンローダ３０から第２フッ化処理部１４にはＩＣをそれぞれ連続供給できるようにしている。ところで本装置１０では、第１フッ化処理部１２と第２フッ化処理部１４とを設け、半田ボールとＩＣの接続用導通部とのフッ化処理をそれぞれ行うこととしたが、この形態にこだわることも無く、いずれか一方だけフッ化処理を行うようにしてもよい。
【００８１】
半田ボールやＩＣの接続用導通部がＨＦガスと水蒸気との混合ガスにさらされると、ＨＦとＨ2Ｏとがこれらの表面において、
【００８２】
【化１】
0003733775.tif 000002
【００８３】
の反応を生じ、フッ素イオン（Ｆ-）が半田ボールやＩＣの接続用導通部と反応し、表面をフッ化する。ところで半田ボールやＩＣの接続用導通部は金属であるので、表面が自然酸化膜によって覆われており、この酸化膜の酸素とＦ-との置換反応が生じて表面がフッ化され、またはフッ素と酸素の混合した組成を有する表面が形成される。
【００８４】
本装置１０は、図示しない搬送手段を有しており、フッ化された半田ボールやＩＣを接合処理部１６に搬入できるようにしてある。接合処理部１６は、アルゴンガス供給部３４が接続されたチャンバ３２を備えており、当該チャンバ３２内をアルゴンガス（不活性ガス）で充填可能にしている。
【００８５】
またチャンバ３２内にはテーブル３６と抑え板３８とが上下に重なるように設けられるとともに、当該抑え板３８には加圧用の上下シリンダ４０が接続される。ここでテーブル３６と抑え板３８とには、接合治具４２Ｕ、４２Ｄが設けられ、この両者を密着させることで、ＩＣに対する半田ボールの接合を行えるようにしている。なお密着動作に加え、上下シリンダ４０を稼働させれは界面が加圧されるので両者の接合が促進される。またチャンバ３２の下部には、加熱手段としてのヒータ４４が設けてあって、半田ボールやＩＣを所定の温度に加熱制御し、両者の接合を促進できるようにしている。
【００８６】
また接合処理部１６の後段にはマガジンアンローダ４６が設けられ、半田ボールが接合されたＩＣを再び収納可能にしている。
【００８７】
ここで第１フッ化処理部１２、第２フッ化処理部１４、接合処理部１６における接合治具４２Ｕ、４２Ｄの具体的形態を示す。
【００８８】
図２は第１フッ化処理部１２の具体的形態を示した概略図である。同図（１）に示すように反応室１８を管状に形成するとともに、これを傾かせる。このように第１フッ化処理部１２を形成すると、半田ボール４８は管状端部の投入口から出口の間を転がりながらフッ化処理がなされるので、半田ボール４８の表面を均一にフッ化処理することが可能になるとともに、半田ボール４８の連続投入ができ、さらにＨＦガスの供給量を少なくすることができる。なお同図（１）では管状の反応室１８としたが、同図（２）に示すように矩形状の反応室１８としてもよい。
【００８９】
図３は第２フッ化処理部１４の具体的形態を示した概略図である。同図（１）に示すように反応室１８にＩＣ５０を投入する際には、当該ＩＣ５０のモールド５１側を包むようにカバー５２を装着する。このためＩＣ５０は接続用導通部５４側のみ露出した形態となるので、フッ化処理に用いるＨＦガスの供給量を少なくすることができる。さらにＨＦガスとの接触によって背面側のモールド５１に変色等が発生するのを防止することができる。
【００９０】
また同図（２）に示すようにＩＣ５０をカバー５２にて完全に覆うとともに、カバー５２に設けた露出孔５６から接続用導通部５４を露出させるようにしてもよい。このようにＨＦガス雰囲気中で接触用導通部５４のみ露出させれば、ＩＣ５０における他の部分はＨＦガスに全く触れることがないので、ＨＦガスの更なる使用量低減化と、変色等の発生を防止することができる。
【００９１】
図４は接合治具４２Ｕ、４２Ｄの具体的形態を示した概略図である。同図に示すように接合治具４２Ｕには真空吸着手段５８が備えられており、図示しない搬送手段によって移送されたＩＣ５０の背面側（モールド５１側）に密着させることでＩＣ５０の保持をなせるようにしている。また接合治具４２Ｕの下方には、接合対象となる半田ボール４８を保持可能とする接合治具４２Ｄが設けられている。当該接合治具４２Ｄは、接合治具４２Ｕに対面する平面にマスク６０を載せた形態となっており、このマスク６０には接続用導通部５４の位置に対応するように複数の貫通穴６２が形成されている。このため接合治具４２Ｄは上方より見ると多数の窪みが形成された形態となっている。ところで貫通穴６２はその内径が半田ボール４８の直径よりも大きく形成され、またその深さは半田ボール４８を入れた際、当該半田ボール４８が貫通穴６２の開口より突出するだけの寸法に設定される。そしてその寸法は、半田ボール４８を接続用導通部５４に接合させる際、当該半田ボール４８を押しつぶさすだけの寸法に設定される。
【００９２】
このように接合治具４２Ｕ、４２Ｄを構成すれば、半田ボール４８は貫通穴６２の深さに倣って一様に変形するので、接続用導通部５４から半田ボール４８の頂上までの高さを均一にすることができる。ここでマスク６０の材質にアルミを用いれば、当該アルミ材はフッ化しづらいことから半田ボール４８と貫通穴６２における内壁との接合力より、半田ボール４８と接続用導通部５４との接合力が強いことから、半田ボール４８が窪み内に残留することを防止することができる。またＩＣ５０におけるモールド５１の形状は接続用導通部５４の範囲において一定の厚みであることが望ましい。モールド５１の厚みを一定にすることで加圧時にＩＣ５０に反りが生じるのを防止することが可能となり、このため半田ボール４８を確実に接続用導通部５４に接合させることができる。
【００９３】
またＩＣ５０における接続用導通部５４と半田ボール４８（および貫通穴６２）との位置合わせは、接合用治具４２Ｕ側に付した目印を基準に位置合わせを行えばよい。図５は接続用治具４２Ｕ、４２Ｄの位置合わせを行うための構成を示した構成図である。同図によれば、ＩＣ５０における対角状に配置されたダミーの接続用導通部を目印６４とする。また接続用治具４２Ｄ側には前記目印６４を検出するためのマーキング検出手段となるＣＣＤ６６が設けられており、このＣＣＤ６６が検出した位置情報は接続用治具４２Ｕに設けられた図示しない移動手段に送られ、当該移動手段の稼働によって目印６４を移動させ、接続用導通部５４と半田ボール４８との位置合わせをなすようにしている。このように接続用治具４２Ｕ、４２Ｄの相対位置を検出するようにしたので、両者の位置合わせの精度を向上させることができる。
【００９４】
上述した第２フッ化処理部１４、接合治具４２Ｕ、４２Ｄの形態を応用することでＩＣ５０に半田ボール４８をつけ直す、いわゆるリペア工程にも適用することができる。
【００９５】
図６（１）は接続用導通部５４から半田ボール４８が欠落しているＩＣ５０の状態を示す説明図である。同図に示すように接続用導通部５４に半田ボール４８を接合したのち振動や衝撃等何らかの要因によって半田ボール４８が接続用導通部５４より脱落する可能性がある（図中ハッチング部）。図６（２）は周囲の半田ボール４８と干渉することなく単一の接続用導通部５４のみをフッ化処理する第２フッ化処理部１４の形態を示す。同図に示すように第２フッ化処理部１４は、内側管６８、外側管７０の２重管で構成する。そして内側管６８の開先位置を外側管７０の開先位置より引き込ませるよう段違いに配置するとともに、内側管６８の径を接続用導通部５４の径に対応させ、内側管６８よりＨＦガスを送気可能にした。このように第２フッ化処理部１４を構成したことにより、たとえ接続用導通部５４に幾つかの半田ボール４８が接合されていても、これら半田ボール４８に干渉することなく確実にリペア対象となる（再接合対象となる）接続用導通部５４にフッ化処理を行うことができる。またフッ化の対象となる接続用導通部５４以外にＨＦガスは触れることがないので当該ＨＦガスの使用量低減を行うことができる。
【００９６】
図７（１）はリペア工程の態様を示し、図７（２）はリペア工程に用いる接合治具４２Ｕ、４２Ｄの形態を示す。同図に示すように接合治具４２Ｄ側に設けられる穴マスク６０は、その中央に半田ボール４８を保持する貫通穴６２が一箇所設けられており、当該貫通穴６２の周囲、すなわち穴マスク６０における半田ボール４８が接合された接続用導通部５４と対面する位置には、半田ボール４８との干渉を避けるための逃げ穴７２が設けられている。また接合治具４２Ｕは図示しない移動手段によって、接合治具４２Ｄに対して平面方向に移動が可能となっている。このためＩＣ５０における半田ボール４８の欠落場所と貫通穴６２との位置を合わせ、対象となる接続用導通部５４と半田ボール４８とを合わせれば、接続用導通部５４に半田ボール４８を接合させることが可能になる。なおＩＣ５０に２箇所以上、半田ボール４８が欠落していれば、その都度接合治具４２Ｕを平面移動させ、１個ずつ半田ボール４８を接合させるようにすればよい。このように穴マスク６０に逃げ穴７２を設け、接合時に穴マスク６０とＩＣ５０に接続用導通部５４とを全面密着させたことから、ＩＣ５０に局部的な力が加わるのを防止することができ、このためＩＣ５０における加熱の片寄り、あるいはＩＣ５０の変形を防止することができる。
【００９７】
上記のごとく第１フッ化処理部１２、第２フッ化処理部１４、接合処理部１６における接合治具４２Ｕ、４２Ｄの具体的形態とその働きを示したが、これらを適時組み合わせることで、接続用導通部５４に半田ボール４８を接合させることができ、このためＩＣ５０に突起電極を形成することができる。
【００９８】
なお突起電極として半田ボール４８を用いたが、これは突起電極が形成されたＩＣ５０をさらに基板等にリフロー工程を用いて取り付けるためである。突起電極が形成されたＩＣ５０を上述の方法（フッ化処理し接合）で基板側に接合させるならば、突起電極を半田ボール４８にする必要は無く、例えば配線パターンが這わされたガラスの面上に突起電極を形成する場合などは、電気特性向上のため金ボールを用いるようにしてもよく、さらにその形状も球形だけでなく円柱状など用途に応じた様々な形態を用いるようにすればよい。
【００９９】
また上述した実施の形態では、突起電極の形成の対象物としてＩＣと半田ボールとしたが、その他の応用例として、ベアチップにおけるバンプ形成用に用いるようにしてもよい。すなわち従来においては、ベアチップにおけるバンプ形成は、多量のマスクや共通電極を必要としていた。しかし本装置を適用すれば、前述のマスクや共通電極形成のためのパターンを引き回す必要がない。このためベアチップに対して容易に突起電極を形成することができる。
【０１００】
なおこの接合のメカニズムは、次のように考えられる。被接合部材のフッ素と結合している表面部の原子は、他の被接合部材と接触することによりフッ素との結合が切れ、他の接合部材の原子と結合することにより接合が行なわれる。そして、結合が切れたフッ素は、フッ素を取り込みやすい被結合部材の内部に拡散して行くものと思われる。また前記実施の形態においては、ＨＦガスを用いてフッ化処理をする場合について説明したが、フッ酸を塗布したりフッ酸に漬けてフッ化処理を行なってもよい。
【０１０１】
そして、前記実施の形態においては、不活性ガスとしてＡｒガスを用いた場合について説明したが、不活性ガスはヘリウムやネオンなどの希ガスまたは窒素ガスであってもよい。さらに、前記実施の形態においては、ハロゲンがフッ素である場合について説明したが、ハロゲンは、接合する相手の相性や表面状態により、塩素やヨウ素、臭素などであってもよい。
【０１０２】
次に、上記実施形態をさらに具体化し、改良した実施形態について説明する。この実施形態において、先の上記実施形態に記載された第１フッ化処理部１２に対応するフッ化処理部が形成され、このフッ化処理部には図８に示すフッ化処理チャンバー１８０が設けられている。また、上記実施形態に記載された接合処理部１６に対応する接合処理部が形成され、この接合処理部には、図１０及び図１１に示す接合処理チャンバー１９０が設けられている。上記実施形態の第２フッ化処理部１４は設けられていてもいなくてもよい。
【０１０３】
この実施形態では、図８（１）に示すように、予め電気コンタクト用の金属粒である半田ボール４８を接合治具８０の表面上に形成された凹部８０ａ内に一つずつ収容することにより、上記のＩＣ５０に形成された接続用導通部５４の配列と対応するように配列した状態に保持し、上記フッ化処理チャンバー１８０内に導入する。ここで、接合治具８０は板状部材の表面に切削加工によって凹部８０ａを形成しているが、上述のように板状部材に貫通孔を形成したマスク部材を貼着することによって構成してもよい。接合治具８０の材質としては、ハロゲン耐性、半田との非反応性などの観点からステンレス鋼、セラミック、窒化アルミニウムなどが好ましい。凹部８０ａの深さは半田ボール４８の外径よりも浅く形成されており、半田ボール４８を凹部８０ａに収容したとき、半田ボール４８が接合治具８０の表面上から突出するように構成されている。本実施形態では接合治具８０をそのまま後述する接合工程においても用いるので、この場合凹部８０ａの深さは、後述する接合処理において充分に半田ボール４８をＩＣ５０の接続用導通部５４に加圧下において接合させることができるように半田ボール４８の外径よりも或る程度浅く形成する必要がある。
【０１０４】
次に、フッ化処理チャンバー１８０内を不活性ガスによって置換し、図８（２）に示すように、接合治具８０の上方から加圧板８１を降下させ、加圧板８１により半田ボール４８を加圧することにより、半田ボール４８の上部を平坦化する。この場合、半田ボール４８は加圧板８１により加圧されるので、図９（１）に示すように上部が平坦化され平坦面４８ａが形成される。なお、本実施形態のように加圧処理を施す場合、平坦面４８ａが形成されると同時に、凹部８０ａの内底面に接触している下部もまた平坦化され平坦面４８ｂが形成される。
【０１０５】
このようにして平坦面４８ａが形成されると、半田ボール４８の厚さ（高さ）ｄ1は、球状の元の半田ボール４８の高さ（＝外径）ｄ0よりも小さくなる。半田ボール４８のように球状の金属粒を導電部材として用いる場合、平坦化処理前後の厚さの比ｄ1／ｄ0は、０．６〜０．９の範囲内であることが好ましく、特に、０．７〜０．８８の範囲内であることが望ましい。これらの範囲を下回ると金属粒がつぶれすぎて後の接合処理が困難になり、突起電極としての形状も得られなくなる。これらの範囲を上回ると平坦化によって形成される平坦面の面積が小さくなり、平坦化処理による接合状態の向上、接合状態のばらつき低減、接合不良の低減などの効果が得られなくなる。具体的には、外径０．３５ｍｍの半田ボールの場合には平坦化処理後の厚さを約０．３ｍｍ、外径０．７６ｍｍの半田ボールの場合には平坦化処理後の厚さを約０．６ｍｍとする。なお、接合治具８０は後述するようにそのまま接合処理においても用いられるため、凹部８０ａの深さｄ2は平坦化処理後の半田ボール４８の厚さｄ1よりもさらに小さくなっている。すなわち、平坦化処理後においても半田ボール４８の上部は接合治具８０の表面（凹部８０ａの開口縁部）から突出している。
【０１０６】
なお、平坦化処理の利点としては接触面積が増大して接合状態が向上し、接合強度が高められる他に、上記のように複数配列された半田ボール４８を一括して平板などにより塑性変形させて平坦化する場合の利点として、複数の半田ボール４８の平坦面４８ａが相互に同じ高さになり、同一平面上に配置されるので、接合処理の際に加圧力が均等に加わり、接合状態のばらつきが低減され、接合不良などが発生しにくくなるという点がある。
【０１０７】
次に、このように平坦化処理が施された半田ボール４８の平坦面４８ａに対して図８（３）に示すようにフッ化処理を施す。このフッ化処理は、上記のようにフッ化水素（ＨＦ）と水蒸気とを混合したガスをフッ化処理チャンバー１８０内に導入し、このガスを平坦面４８ａに接触させることにより行われる。平坦面４８ａは加圧によって平坦化されているため、元の半田ボールの外皮が破壊され内部が露呈していることにより、上述のハロゲン化反応が促進され、より効果的に処理が行われる。また、平坦面４８ｂが形成されることにより、フッ化処理時から接合処理時まで、半田ボール４８を凹部８０ａ内にて転動しないため、ハロゲン化された平坦面４８ａが確実に後述する接続用導通部に接触し、確実且つ強力に接合されるという利点も有する。
【０１０８】
なお、平坦化処理としては、上記のように加圧による処理の他に、金属粒の接合面となるべき部分を除去して平坦面を形成することによって行うこともできる。この場合にも、形成された平坦面は金属粒の外皮が除去されたものであるため、ハロゲン化が促進される。
【０１０９】
上記のハロゲン化処理は、半田ボールの場合、例えば、処理時間として３０〜９０秒、フッ化物の濃度としてフッ化水素が４４００ｐｐｍ、半田ボールの表面温度を９０℃で行うことができる。処理時間は後述する接合条件との兼ね合いで上記の範囲で調整して行う。
【０１１０】
図９（２）は上記接合治具８０に形成される別の凹部８０ｂを示したものである。この凹部８０ｂの内底面には、半田ボール４８の外面（球面）とほぼ合致した凹曲面８０ｃが形成されており、半田ボール４８によって形成される突起電極の頂部形状を平坦化することなく、すなわち、平坦面４８ｂを形成することなく、平坦面４８ａのみを形成することができる。したがって、この場合には、上記の接続用導通部との接触面積の増大、ハロゲン化反応の促進、凹部内における半田ボールの転動防止などの効果の他に、突起電極の頂部の形状を元の半田ボール４８の外面形状を損なうことなく形成できるという利点がある。
【０１１１】
図９（３）及び（４）は、上記半田ボール４８のような球状の金属粒の代わりに用いることのできる金属粒の形状例を示すものである。図９（３）に示すものは円柱状の金属粒であり、図９（４）に示すものは直方体（立方体でもよい。）の金属粒である。このような形状の金属粒を用いることによって、上記の平坦化処理は不要となる。
【０１１２】
次に、上記のようにしてハロゲン化された表面を備えた半田ボール４８をＩＣ５０に接合させる工程について説明する。この工程は、図１０に示す接合処理チャンバー１９０内にて実施される。接合処理チャンバー１９０には窒素ガスなどの不活性ガスが充填されている。上述のように半田ボール４８を配列保持した接合治具８０は、接合処理チャンバー１９０内のホルダ９１に取り付けられる。ホルダ９１は上下に伸びるガイドロッド９２に沿ってスライド可能に構成され、図示しない駆動装置により昇降動作するようになっている。接合治具８０の上方には、図示しない駆動機構によって昇降動作する加圧ヘッド９３が配置されている。加圧ヘッド９３の内部にはヒータ９４が設けられている。加圧ヘッド９３の下部には真空吸着手段などで構成される把持部９５が設けられ、ＩＣ５０が把持されている。ＩＣ５０は上述のものと全く同様のものであり、その下面に露出した接続用導通部５４が格子状に配列された状態に設けられている。
【０１１３】
また、接合治具８０の下方には、平坦な表面を備えたテーブル９６が配置されており、このテーブル９６の内部にはヒータ９７が設けられている。さらに、接合治具８０と上方の加圧ヘッド９３との間には断熱板９８が配置され、接合治具８０と下方のテーブル９６との間にも断熱板９９が配置されている。これらの断熱板９８，９９は、いずれも図示のように接合治具８０の上下の遮蔽位置と、接合治具８０の上下位置からずれた待避位置との間において、略水平方向に移動可能に構成されている。
【０１１４】
この接合処理部においては、まず、断熱板９８，９９を図示のように接合治具８０の上下位置に配置し、ヒータ９４，９７を用いて予め加圧ヘッド９３及びテーブル９６を加熱しておく。半田ボール４８を用いる場合には、加圧ヘッド９３の加熱設定温度は１００〜１８０℃、テーブル９６の加熱設定温度は０〜１８０℃である。このとき、テーブル９６は補助的な加熱を行うように設定されているが、加圧ヘッド９３とテーブル９６を共に同程度に加熱してもよく、テーブル９６を主体的な加熱手段とし、加圧ヘッド９３側を補助的な加熱手段としてもよい。なお、これらの加熱設定温度は、上述と同様に、接合される半田ボール４８と接続用導通部５４のいずれの融点よりも低い温度に設定される。本実施形態の接合態様は固体接合であり、接合界面を溶融させることなく接合することができるからである。
【０１１５】
また、この状態では、断熱板９８，９９によって上方及び下方から放射される熱を遮断することができるので、ハロゲン化処理を施された半田ボール４８の表面が加熱されてハロゲン化された表面からハロゲンが離脱したり、酸化反応などにより表面状態が接合に適さない状態に変質したりすることを防止できる。なお、断熱板９８，９９は放射熱により加熱されるので、内部に液体通路や空気通路などを設け、液体冷却若しくは空冷などを施すことが好ましい。特に加圧ヘッド９３又はテーブル９６と接合治具８０との間の距離が短くなると、断熱板９８，９９自体が過熱して放射熱源となってしまうからである。逆に、当該距離を長くとると、加圧ヘッド９３や接合治具８０の移動距離が長くなり、移動機構の精度が低下して接合面方向の位置ずれが発生しやすくなる。したがって、断熱板はなるべく近距離でも充分に熱の遮断ができるようになっていることが好ましい。
【０１１６】
次に、上方の断熱板９８を図示矢印▲１▼に示すように待避させ、加圧ヘッド９３を図示矢印▲２▼に示すように降下させてＩＣ５０の接続用導通部５４を半田ボール４８に接触させる。ここで、接合治具８０の凹部８０ａは、予めＩＣ５０の表面（図示下面）に配列された接続用導通部５４の配列状態に対応させた状態に配列形成されているため、ＩＣ５０を降下させ、接触させるだけで各接続用導通部５４と半田ボール４８とが接触する。加圧ヘッド９３は、この時点で既に接合治具８０に対して或る程度の加圧力を及ぼすように構成してもよく、また、この時点ではまだ、充分な加圧力を及ぼさないようにしてもよい。
【０１１７】
次に、下方の断熱板９９を図示矢印▲３▼に示すように待避させた後に、ホルダ９１をガイドロッド９２に沿って降下させる。そして、接合治具８０の下面をテーブル９６の表面に接触させて、熱伝導によって間接的に半田ボール４８と接続用導通部５４との界面を加熱する。この状態により、上下の部材に挟持された半田ボール４８と接続用導通部５４とは安定した加圧力及び加熱を受けるので、両者の接合が進む。例えば、加圧力は半田ボール４８が外径０．３５ｍｍの場合、２００ｇ／個であり、接合に要する時間は１５秒以下である。
【０１１８】
接合処理が完了すると、ホルダ９１は上昇し、加圧ヘッド９３はＩＣ５０を解放して上方へ待避する。そして、断熱板９８，９９が繰り出して放射熱を遮断する。したがって、接合処理後にも余分な加熱を行わずに迅速に処理を終了することができる。
【０１１９】
この接合処理方法では、多数の半田ボールと接続用導通部の組に対して一括して熱を加えることができ、しかも、熱源は一定の温度に制御されているため、接合界面に対する加熱の均一性を確保することができ、接合状態を均一化することができる。他の加熱方法としては、レーザー光などを照射して個別的に加熱することも可能であるが、加熱状態の均一性を確保するという観点から見ると本実施形態の方が優れている。
【０１２０】
なお、図８（３）に示すハロゲン化処理を施された後、図１０に示す接合処理を行うまでの間は、少なくともハロゲン化された半田ボール４８の上部（平坦面）を大気に曝さないように、不活性ガス中に保持することが好ましい。また、ハロゲン化処理から接合処理までの時間はなるべく短い方が好ましく、例えばハロゲン化処理が終了してから３０分以内に接合を完了させることが望ましい。このようにすると、接合不良を著しく低減することができる。ちなみに、ハロゲン化処理から接合処理までの間に大気中（酸素を含む雰囲気中）に曝したり、３０分を越える時間が経過したりすると、接合不良が発生しやすくなることが確認されている。
【０１２１】
次に、図１１を参照して別の接合処理方法について説明する。この接合処理方法では、基本的に図１０に示す接合処理装置と同様の構造を備えた装置を用いることができるが、接合処理における加熱の方法が異なる。まず、加熱ヘッド９３のヒータ９４及びテーブル９６のヒータ９７は当初電力供給が行われず、発熱していない。この状態で、図示矢印▲１▼に示すように加圧ヘッド９３を降下させて接合治具８０に配置された半田ボール４８に接続用導通部５４を圧接させる。そして、さらに図示矢印▲２▼に示すように加圧ヘッド９３と接合治具８０を一体的に降下させて、接合治具８０をテーブル９６にも接触させる。そして、この状態で、ヒータ９４，９７に通電し、発熱を開始する。
【０１２２】
この加熱方法（パルスヒート方式）では、上記の加熱方法（コンスタントヒート方式）とは異なり、接合前に接合界面となるハロゲン化された表面（本実施形態の例では半田ボール４８の表面）を加熱してしまうことがないため、ハロゲン化された表面を変質させることなく、接合処理を行うことができる。ただし、このパルスヒート方式ではコンスタントヒート方式よりも接合界面を加熱するまでにタイムラグが発生するので、サイクルタイムが長くなる場合があり、また、加熱温度の均一性を得るために接合処理面積よりも大きめの加熱手段が必要となる場合もある。
【０１２３】
図１２（１）には、このようなパルスヒート方式の加熱方法によるヒータの制御温度とワーク（この場合には接合界面）との温度変化を示す。この場合、ワークの温度が所望の接合温度に到達し、必要な時間だけ接合温度が維持されることを経験的に若しくは測定などによって確認してヒータの発熱時間（パルス幅）を決定する。接合処理の前後においては図示のように接合界面には余分な加熱が施されない。一方、図１２（２）に示すように、コンスタントヒート方式の場合には、予め一定温度に加熱された熱媒に接触させることによってワークを加熱するため、接合処理前後の温度を充分に低減するには上述の断熱板のような熱伝達抑制手段が必要となる。このような熱伝達抑制手段を設けなければ、図示の特性よりもさらに接合処理前後の温度抑制が困難になる。特に、接合処理前にハロゲン化された表面を加熱してしまうと、加熱温度が低くても接合状態が悪化するので、接合不良が頻発する可能性がある。
【０１２４】
なお、上記各実施形態は本発明を実現するための例示に過ぎず、本発明は上記図示例に限定されることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更することが可能である。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【０１２６】
請求項１に記載の突起電極の形成方法によれば、電気部品に設けた接続用導通部の表面に導電性部材を接合する突起電極の形成方法であって、前記接続用導通部と前記導電性部材との少なくとも一方の表面をハロゲン化し、これを前記接続用導通部と前記導電性部材との界面に位置するよう接触させ、固体接合させ前記電気部品に突起電極を形成することとしたので、２つの接合部材を溶融させずに接合させることができる。このためフラックスを不要とすることができ、さらに洗浄工程も削除することができる。また突起電極を形成するためにマスクや配線パターンの引き回しを形成する必要を無くすことができる。
【０１２７】
また請求項８に記載の突起電極の形成装置によれば、電気部品に設けた接続用導通部と導電性部材との少なくとも一方の表面をハロゲン化するハロゲン化処理部を設けるとともに、ハロゲン化された表面を界面として前記接続用導通部と前記導電性部材とを密着させる接合処理部を設けるように構成したので、上記と同様、フラックスを不要とすることができ、さらに洗浄工程も削除することができる。また突起電極を形成するためにマスクや配線パターンの引き回しを形成する必要を無くすことができる。
【０１２８】
さらに請求項１４に記載の突起電極の形成部品によれば、導電性部材を電気部品に設けた接続用導通部に接合させた突起電極の形成部品であって、接合は少なくとも一方の表面がハロゲン化された導電性部材と接続用導通部との密着によってなされるとともに、密着に要する加圧により接続用導通部からの導電性部材の高さが均一であることから、形成部品を例えば基板等に載せた際、導電性部材と基板等との間に隙間が生じることがない。このためリフロー工程に投入しても導電性部材と基板等との間に接続不良が発生するのを防止でき、形成部品実装の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態である突起電極の形成装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１フッ化処理部１２の具体的構造（１）及び（２）を示した概略図である。
【図３】第２フッ化処理部１４の具体的構造（１）及び（２）を示した概略図である。
【図４】接合治具４２Ｕ、４２Ｄを用いた接合過程の具体的態様（１）、（２）及び（３）を示した概略図である。
【図５】接続用治具４２Ｕ、４２Ｄの位置合わせを行うための構成を示した構成図（１）及び（２）である。
【図６】接続用導通部５４から半田ボール４８が欠落しているＩＣ５０の状態を示す説明図（１）及び周囲の半田ボール４８と干渉することなく単一の接続用導通部５４のみをフッ化処理する第２フッ化処理部１４の形態を示す構成図（２）である。
【図７】リペア工程を行う状態を示す説明図（１）及びリペア工程に用いる接合治具４２Ｕ、４２Ｄの形態を示す説明図（２）である。
【図８】本発明に係る別の実施形態における平坦化処理及びハロゲン化処理の方法並びに装置構成を模式的に示す概略説明図（１）〜（３）である。
【図９】図８に示す接合治具に配列された半田ボールの変形状態を示す拡大説明図（１）、別の接合治具の構造を示す拡大説明図（２）、別の金属粒の形状を示す拡大斜視図（３）及び（４）である。
【図１０】本発明に係る別の実施形態における接合処理の方法及び接合処理装置の構造を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係るさらに別の実施形態における接合処理の方法及び接合装置の構造を示す概略構成図である。
【図１２】図１０及び図１１に示す接合処理方法における加熱方式によるヒータ温度及びワーク温度の経時変化を示すグラフである。
【図１３】集積回路の構成を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１            集積回路
２            チップ
２Ａ          電極
３            金ワイヤ
４            ランド
５            レジスト
６            半田ボール
１０            突起電極の形成装置
１２            第１フッ化処理部
１４            第２フッ化処理部
１６            接合処理部
１８            反応室
２０            配管
２２            配管
２４            ＨＦガス供給部
２６            蒸気発生部
２８            半田ボール保管庫
３０            マガジンローダ
３２            チャンバ
３４            アルゴンガス供給部
３６            テーブル
３８            抑え板
４０            上下シリンダ
４２Ｕ、Ｄ      接合治具
４４            ヒータ
４６            マガジンアンローダ
４８            半田ボール
５０            ＩＣ
５１            モールド
５２            カバー
５４            接続用導通部
５６            露出孔
５８            真空吸着手段
６０            穴マスク
６２            貫通穴
６４            目印
６６            ＣＣＤ
６８            内側管
７０            外側管
７２            逃げ穴
８０            接合治具
８０ａ          凹部
９１            ホルダ
９２            ガイドロッド
９３            加圧ヘッド
９４、９７      ヒータ
９５            把持部
９６            テーブル
１８０          フッ化処理チャンバー
１９０          接合処理チャンバー
【図１】
0003733775.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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