JP2021041375A - 導電性流体用吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置を実装し易い導電性流体用吐出ヘッドを提供する【解決手段】実施形態の導電性流体用吐出ヘッドは、中央に第1ノズルと、第1ノズルの外側に複数の第2ノズルと、第1ノズル及び第2ノズルの流体出口側に凹型の流体保持容器を備え、第2ノズルは、第1ノズルよりも前記流体出口側に50μm以上150μm以下突出している。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。
半導体装置を基板等に実装する際に、導電性流体を基板上に複数箇所スポットし、スポットされた導電性流体上に半導体装置を載置することができる。
近年、環境への影響を軽減するために高融点鉛はんだの代替材としてシンタリングペーストが用いられている。
本発明の一実施形態は、半導体装置を実装し易い導電性流体用吐出ヘッドを提供するものである。
本実施形態によれば、中央に第1ノズルと、第1ノズルの外側に複数の第2ノズルと、第1ノズル及び第2ノズルの流体出口側に凹型の流体保持容器を備え、第2ノズルは、第1ノズルよりも前記流体出口側に50μm以上150μm以下突出している導電性流体用吐出ヘッドが提供される。
以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
以下、図面を用いて実施形態を説明する。なお、図面中、同一又は類似の箇所には、同一又は類似の符号を付している。
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
(第1実施形態)
第1実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。図1に実施形態の導電性流体用吐出ヘッド100の断面図を示す。図1の導電性流体用吐出ヘッド100の断面図は、導電性流体用吐出ヘッド100の要部を表している。
第1実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。図1に実施形態の導電性流体用吐出ヘッド100の断面図を示す。図1の導電性流体用吐出ヘッド100の断面図は、導電性流体用吐出ヘッド100の要部を表している。
図1の導電性流体用吐出ヘッド100は、第1ノズル1、第2ノズル2及び流体保持容器3を備える。導電性流体用吐出ヘッド100の筐体4はステンレスなどの加工精度に優れた部材である。
実施形態において、導電性流体とは、導電性接着剤やシンタリングペーストなどに代表される導電材料が用いられる。
第1ノズル1は、導電性流体用吐出ヘッド100の中央に設けられている。第1ノズル1の外側には、複数の第2ノズル2が設けられている。第1ノズル1及び第2ノズル2は、円筒形のノズルであることが好ましい。第1ノズル1(第2ノズル2)の流体入口A側には、図示しない導電性流体供給機構が取り付けが可能であり、導電性流体供給機構が第1ノズル1及び第2ノズル2に導電性流体を供給することができる。
第1ノズル1及び第2ノズル2の流体出口B側には、流体保持容器3が備えられている。流体保持容器3は、第1ノズル1及び第2ノズル2から流れ出た導電性流体が保持される空間である。流体保持容器3の第1ノズル1及び第2ノズル2とは反対側は、全体的に開口している。導電性流体が流体保持容器3に溜ってから、開口している側を基板等に当てることで、基板側に流体保持容器3に溜った導電性流体を転写することができる。第1ノズル1及び第2ノズル2とは反対側の流体保持容器3の開口面Cは、平坦面であることが好ましい。開口面Cが平坦面であることで、流体保持容器3の形状を崩さずに基板側に導電性流体を転写することができる。
第1ノズル1及び第2ノズル2の直径は、特に限定されない。第1ノズル1と第2ノズル2の直径は、同じでもよいし、異なってもよい。
流体保持容器3は、破線(仮想線)で仕切られたように錐台形状の領域3Aと角柱形状又は円柱形状の領域3Bを含むことが好ましい。
流体保持容器3の開口面Cの形状は、楕円を含む円形又は多角形である。実装させる半導体装置の形状と大きさに合わせて、開口面Cの形状とノズルの配置を適宜選択することができる。流体保持容器の開口面Cの形状は、実装させる半導体装置の形状と相似又は実装させる半導体装置のパッドの形状に相似していることが好ましい。第1実施形態では、図2の断面図に示すように、流体保持容器3の開口面Cは、正方形状になっており、正方形状の半導体装置を実装するために用いることが適している。
一般に半導体装置を実装するために用いられる導電性流体は、非常に高い精度で基板上に滴下等されるため、複数の同一高さで同じ量を滴下するノズルを有する吐出ヘッドのノズル高さは、誤差が10μm以下程度の高い精度を有する。
しかし、基板上に同じ量の導電性流体を複数箇所に規則的に滴下して半導体装置を実装すると、半導体装置を基板側に押しつけた際に、ボイドが発生し易く、また、導電性流体を押しつけた際に重なって広がる部分と広がらない(広がりにくい)部分が存在するため、半導体装置の基板側のパッドの一部と基板との間には空気が残存しボイドが発生してしまうことがある。ボイドが発生すると大電流を流しにくく、また、パッドからの放熱性が低下する。
また、基板上に厚さが均一な膜上の導電性流体が転写されるような吐出ヘッドを用い、半導体装置の大きさに合わせて、ボイドが発生しにくい適切な量の導電性流体を基板に転写すると、半導体装置の外周側に導電性が広がり易い。すると、半導体装置の上面側(基板側とは反対側)に導電性流体が這い上がり易い。低抵抗化のために半導体装置が薄型化しており、半導体装置の上面にさらに這い上がり易い。大電流を半導体装置の上面から下面に流す形態の半導体装置を実装させる場合では、這い上がりによって、半導体装置がショートしてしまう。
転写される導電性流体の中心の導電性流体が厚く、外周方向に向かって厚さが低くなるようにすることで、ボイド及び這い上がりを防ぐことができる。転写される導電性流体の厚さは、中心から外側に向かって、厚さが薄くなるように傾斜していることが好ましい。そこで、第2ノズル2は、第1ノズル1よりも流体出口B側に突出していることが好ましい。第2ノズル2が第1ノズル1よりも大幅に流体出口B方向に突出していると、転写される導電性流体は、中心が多すぎて縁側が少なすぎるため、ボイドが発生し易い。厚さの傾斜を適切にするために、第2ノズル2は、第1ノズル1よりも流体出口B側に50μm以上150μm以下突出していることが好ましい。
第2ノズル2が第1ノズル1に対して突出している長さのばらつきが大きいと、転写される導電性流体の形状に対称性がなくなり、ボイドが発生したり、這い上がってしまったりし易くなる。そこで、第2ノズル2が第1ノズル1に対して突出している長さは、第2ノズル2が第1ノズル1に対して突出している長さの平均値の±5μm以内であることが好ましい。
第2ノズル2は、第1ノズル1の外側に複数配置されている。第2ノズル2がランダムに配置されていると、流体保持容器3内に溜まる導電性流体が偏り易い。そこで、図2の導電性流体用吐出ヘッド100の断面図に示すように、第2ノズル2は、第1ノズル1を中心とする円周上に配置されていることが好ましい。図2は、図1の導電性流体用吐出ヘッド100のA−A’の位置の断面図である。同観点から、各第2ノズル2と第1ノズル1との距離は同じであることが好ましい。
この円周は、第1ノズル1を中心とする各円周上に配置され、各円周上に配置された第2ノズル2と第1ノズル1の距離は同じであることが好ましい。そして、第2ノズル2の数をnとするとき、第2ノズル2と流体保持容器3は、第1ノズル1の円筒軸方向を中心にn回対象になることが好ましい。
図1の断面図では、ノズル側と流体保持容器3側が同様に長方形の形状を有するが、図1の断面形状の様に、ノズル側と流体保持容器3側が同様の形状を有する形態に限定されるものではない。例えば、ノズル側が円柱形状で円柱形状の先端に長方形状の流体保持容器3が接続している形態などが含まれる。なお、流体保持容器3側にもノズルが位置しているため、実施形態では、ノズル側と流体保持容器3側の境界を明確に定めない。
上述した形状の導電性流体を転写する観点から、流体保持容器3は、錐台形状の領域3Aを有し、流体保持容器3の上面の中央は、第1ノズル1の先端の中心に位置することが好ましい。錐台形状の上面が流体保持容器3の上面であって、流体保持容器3は、第1ノズル1側から開口面Cに向かって広がっていることが好ましい。錐台形状3Aは、円錐台又は角錐台のどちらかである。錐台形状は、厳密な錐台形状に限られない。実施形態では、上面の底面の形状が異なる場合も錐台形状として取り扱う。
錐台形状の斜辺と底面とがなす角度αは、0度以上60°度以下であることが好ましい。殆ど角度が無い様な錐台形状が好ましい。角度が大きいと、転写される導電性流体の中央の厚さと縁側の厚さの差が大きくなり、半導体装置を実装した際に縁側にボイドが発生し易くなってしまう。また、角度が小さすぎると転写される導電性流体の中央の厚さと縁側の厚さの差が小さくなり過ぎて、ボイドの発生を防ぐ程度の量の導電性流体を転写すると、半導体装置の縁から導電性流体が這い上がり易い。また、角度が小さすぎると、中央付近の導電性流体が広がりにくいため、ボイドが発生し易い場合がある。従って、錐台形状の斜辺と底面とがなす角度αは、0度以上60度以下であることがより好ましい。
第2ノズル2の先端は、斜めの切欠けを有する円筒形のノズルであり、錐台形状の領域3Aの斜辺は、斜めの切欠けを有する第2ノズル2の先端に沿っていることが好ましい。つまり、錐台形状の領域3Aの斜面が平坦面であることが好ましい。錐台形状の領域3Aの斜面に加工によって生じる小さな凹凸は許容されるが、錐台形状の領域3Aではなく、斜面に明らかな凹凸がある階段ピラミッドの様な形状であると、段差の角の部分がボイドの原因になり易く、また、非常に浅い角度の錐台形状であるため、このような複雑な形状を形成することは困難である。
流体保持容器3の開口側には、角柱形状又は円柱形状の領域3Bを含むことが好ましい。錐台形状の領域3Aは、浅い角度に起因して、容積の小さな領域である。半導体装置を実装するために十分な量の導電性流体を流体保持容器3が保持するために角柱形状又は円柱形状の領域3Bを含むことが好ましい。
流体保持容器3の中央の高さをH1とすると、H1は、錐台形状の領域3Aの高さと角柱形状又は円柱形状の領域3Bの高さの和を表している。流体保持容器3の縁側の高さをH2とすると、H2は、角柱形状又は円柱形状の領域3Bの高さを表している。錐台形状の領域3Aの高さであるH1−H2は、0μm以上9000μm以下であることが好ましい。このような中央が少しの高さによって、ボイドと這い上がりを防ぐことができる。
また、H1とH2は、0≦(H1−H2)/H1≦1を満たすことが好ましい。この範囲を満たすことで、半導体装置を良好に接着し、ボイドと這い上がりを防ぐことができる。
次に、図3から図5の工程断面図を参照して、実施形態の導電性流体用吐出ヘッド100を用いて半導体装置10を基板11に実装する方法について説明する。図3から図5の断面図において、(a)は導電性流体用吐出ヘッド100の断面図である。(b)は、基板11の上面図である。(c)は、基板11の断面図である。
図3の左側(図3(a))は、導電性流体用吐出ヘッド100の断面図である。図3の右側(図3(b))は、基板11の上面図である。導電性流体用吐出ヘッド100の流体保持容器3には、導電性流体12が保持されている。導電性流体12が流体保持容器3に溜るように図示しない導電性流体供給機構によって、ノズルに導電性流体を流す。そして、流体保持容器3が満たされると、導電性流体供給機構の動作を停止させる。
そして、図4の断面図に示すように導電性流体用吐出ヘッド100の導電性流体12を基板11に転写させる。図4(b)は、導電性流体12が転写された基板11の上面図である。図4(c)は、導電性流体12が転写された基板11の断面図である。導電性流体用吐出ヘッド100の流体保持容器3は、空隙になる。そして、図4(b)、(c)のように基板11側には、中央が少し高くなった導電性流体12が形成される。這い上がりを防ぐために導電性流体12は、半導体装置10よりも一回り小さな面積を有することが好ましい。
次に、図5の断面図に示すように、半導体装置10を導電性流体12上に載置する。図5(b)は、導電性流体12が転写された基板11に半導体装置10が載置された上面図である。図5(c)は、導電性流体12が転写された基板11に半導体装置10が載置された断面図である。図5(b)に示すように、載置の際に半導体装置10を基板11側に押圧を印可することで、元の破線の領域に形成されていた導電性流体12が広がって、導電性流体12が半導体装置10の縁側まで広がる。押圧が大きくなると這い上がりため、少ない押圧で半導体装置10又はパッドの形状に近い形状に広がることが好ましい。少ない押圧でも導電性流体12厚さが等しくなるように広がることが好ましい。導電性流体12の中央が少し厚くなるように傾斜していることで、導電性流体12があまり広がらなくとも、図5(c)の断面図に示すようにボイドの発生と導電性流体12の這い上がりを抑えることができる。そして、必要に応じて、焼結するなどして導電性流体12を硬化させて、半導体装置10を基板11に良好に実装することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。第2実施形態は、第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッドの変形例である。第2実施形態と第1実施形態で共通する構成や方法などについては、その説明を省略する。
第2実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。第2実施形態は、第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッドの変形例である。第2実施形態と第1実施形態で共通する構成や方法などについては、その説明を省略する。
図6に第2実施形態の導電性流体用吐出ヘッド101の断面図を示す。第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッド100は正方形状の導電性流体12を転写できるように流体保持容器3の開口面Cの形状が正方形状を採用していた。第2実施形態では、半導体装置が長方形状のパッドを有している。そこで、第2実施形態では、半導体装置のパッドの形状に合わせて、長方形状の開口面Cを長方形状にし、かつ、第2ノズル2の配置が第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッド100から変更されている。
導電性流体用吐出ヘッド101において、第2ノズル2は、中央の第1ノズル1を挟むように2部備えられている。各第2ノズル2と第1ノズル1間の距離が等しくなるように第2ノズル2を配置することで、第1実施形態と同様に第1ノズル1を中心とする円周上に第2ノズル2を配置させることができる。そして、流体保持容器3の開口側とは反対側の領域3Aが縦横比が比較的大きな図6の様な長方形状を底面とする四角錐台形状であることで、縦横比が比較的大きな長方形状の導電性流体12を基板に転写でき、ボイドと這い上がりを抑制してこの長方形状に相似する半導体装置を実装することができる。
(第3実施形態)
第3実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。第3実施形態は、第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッドの変形例である。第2実施形態と第1実施形態で共通する構成や方法などについては、その説明を省略する。
第3実施形態は、導電性流体用吐出ヘッドに関する。第3実施形態は、第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッドの変形例である。第2実施形態と第1実施形態で共通する構成や方法などについては、その説明を省略する。
図7に第3実施形態の導電性流体用吐出ヘッド102の断面図を示す。第3実施形態では、半導体装置が第1実施形態よりも大きな正方形状のパッドを有している。そこで、第3実施形態では、第2ノズル2の配置が第1実施形態の導電性流体用吐出ヘッド100から変更されている。
導電性流体用吐出ヘッド102において、第2ノズル2は、中央の第1ノズル1を中心とする2つの円周上に配置されている。第2ノズル2A、2B、2C、2Dは、内側の破線(仮想線)の円周上に配置されている。そして、第2ノズル2E、2F、2G、2Hは、外側の一点長鎖線(仮想線)の円周上に配置されている。1つの円周上に第2ノズルを配置した場合に、第2ノズル2を同周円上に配置することで、流体保持容器3の開口面Cの面積が大きくても流体保持容器3の形状に合わせて導電性流体を溜めることができる。同周円上に第2ノズル2を配置した場合でも、中央部分が少し厚くなっている導電性流体12を基板11に転写することができ、他の実施形態と同様にボイドと這い上がりを抑制して半導体装置10を実装することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100、101、102…導電性流体用吐出ヘッド、1…第1ノズル、2…第2ノズル、3…流体保持容器、10…半導体装置、11…基板、12…導電性流体、A…流体入口、B…流体出口、C…開口面
Claims (6)
- 中央に第1ノズルと、
前記第1ノズルの外側に複数の第2ノズルと、
前記第1ノズル及び前記第2ノズルの流体出口側に凹型の流体保持容器を備え、
前記第2ノズルは、前記第1ノズルよりも前記流体出口側に50μm以上150μm以下突出している導電性流体用吐出ヘッド。 - 前記第2ノズルは、前記第1ノズルを中心とする円周上に配置されている請求項1に記載の導電性流体用吐出ヘッド。
- 前記流体保持容器は、錐台形状を有し、
前記流体保持容器の上面の中央は、前記第1ノズルの先端の中心に位置する請求項1又は2に記載の導電性流体用吐出ヘッド。 - 前記流体保持容器は、錐台形状を有し、
前記錐台形状の斜辺と底面とがなす角度は、0度以上60度以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の導電性流体用吐出ヘッド。 - 前記第2ノズルの先端は、斜めの切欠けを有する円筒形のノズルであり、
前記流体保持容器は、錐台形状を有し、
前記錐台形状の斜辺は、前記斜めの切欠けを有する第2ノズルの先端に沿っている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の導電性流体用吐出ヘッド。 - 前記流体保持容器の中央の高さがH1であり、
前記流体保持容器の縁側の高さがH2であり、
H1とH2は、0≦(H1−H2)/H1≦1を満たす請求項1ないし5のいずれか1項に記載の導電性流体用吐出ヘッド。
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---|---|---|---|---|
JPH01179437U (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-22 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210082719A1 (en) | 2021-03-18 |
CN112495602A (zh) | 2021-03-16 |
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