JP3589195B2

JP3589195B2 - 微小金属球の選別方法

Info

Publication number: JP3589195B2
Application number: JP2001149321A
Authority: JP
Inventors: 則彦長谷川; 晃市田
Original assignee: ALMT Corp
Current assignee: ALMT Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP2002343821A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を搭載する半導体装置において、電極として用いられる微小金属球の選別方法とそれにより製造された微小金属球を用いた半導体パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パッケージ（ＰＫＧ）の高密度化が進む中で、特に内部電極（インナーバンプ）の特性、性能は大切である。接続長の短尺化（狭ピッチ化に対応する工法の一つ）に対し、１５０若しくは１００μｍ程度の精密なボールはその製造方法もさることながら、実用に供するには精密選別は欠かせぬ課題である。中でも異形状の選別は、微小ボール同士の干渉による付着や反発により、僅かな転がり性の差だけでは選別が出来なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
具体的には、精密篩や一方向傾斜選別では、良品の精密検査を行えば少なからず異形状品の混入が避けられず完全には実用に供し得ない。前者は線材を編んだ篩では勿論の事、パンチングメタルにより作製された篩によっても、付着ボール、例えば、異形状ボール２個が、自然の力では剥がれない付着ボールとして在った場合は、除去出来ない上、５０〜１５０μｍの微小なボールでも表面の凹凸、即ち異形状品には充分選別する事は困難である。
【０００４】
加えて光学的手法をもっても、微小ボールの選別は困難な現状である。
【０００５】
実用に供する場合には、数百万個や数千万個レベルの数量を処理出来るプロセスで考えなければ不都合である。凡そ０．５〜数％の異形状品の混入が避けられず不十分であった。具体的には、本発明者らが、実際に検査した場合、１，０００個中、十個〜３００個程度の異形状品が混入していたので、正に不十分であった。
【０００６】
ＰＫＧの内部電極として利用するのは、この程度のサイズが採用されるＰＫＧでは、凡そ数百から数万のボールがひとつのデバイスに搭載され、不良があれば直ちに電気的不具合の発生が予測される。
【０００７】
そこで、本発明の技術的課題は、簡単な構成又は簡便な方法でその制御が達成出来る且つ精度良く良品を選別できる微小金属球の選別方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、傾斜面を備えた傾斜テーブル、当該傾斜面に振動を与える直進フィーダー装置、前記傾斜面の端部に設けられたボール供給部、及び前記ボール供給部と対向する前記傾斜面の端部位置に設けられたボール回収部とを使用して、直径５０〜１５０μｍの金属球を形状選別する方法において、前記直進フィーダー装置によって、前記傾斜テーブルを予め定められた振動方向に振動させ、前記傾斜面に沿って前記ボール供給部からのボールを前記ボール回収部に導く段階と、前記振動方向に対する前記傾斜面とグランド面との間の傾斜角度Ａと、当該振動方向と垂直方向の前記傾斜面と前記グランド面との間の傾斜角度Ｂとを調整する段階とを含み、前記傾斜角度Ｂは、前記ボール供給部から前記ボール回収部に向かって前記ボールが転がるような角度の範囲内で調整されると共に、前記傾斜角度Ａは、前記ボール供給部から供給されるボールが前記振動方向に前記傾斜面を競り上がった後、前記ボール回収部方向に向かって広がるように、調整されることを特徴とする微小金属球の選別方法。
【０００９】
また、本発明によれば、前記微小金属球の選別方法において、更に，直径精度の確度を高める為に、二本の精密加工されたローラーの隙間を高精度に隙間を制御したローラー外径選別機により選別することを前工程若しくは後工程に備えていることを特徴とする高精度を有する微小金属球の選別方法が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、前記いずれかの微小球の選別方法において、前記金属球は銅、コバルト、ニッケルの内の一種から成る事を特徴とする微小金属球であることを特徴とする微小金属球の選別方法が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、半導体素子を搭載するＰＫＧの高実装密度品であって、基板と素子の間隔が５０μｍ以上で１５０μｍ以下の接続電極から成る半導体パッケージにおいて、請求項１記載の微小金属球の選別方法によって得られた高精度な金属球をフリップチップ工法のマイクロボールとして半導体チップと基板との接続に用いたことを特徴とする接続信頼性の高い半導体パッケージが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態による形状選別機の概略構成を示す図である。図２及び図３は図１の形状選別機のローラー外径選別機の構成を示す斜視図及び断面図である。
【００１４】
図１に示すように、形状選別機１０は、ボール供給部８と、傾斜面５を備えた傾斜テーブル７と、傾斜面５に設けられた直進フィーダー装置４と、傾斜テーブルの下方に設けられた回収部６とを備えている。また、ボール１は、銅、コバルト、ニッケルのいずれでも良い。尚、白抜きの矢印３は、振動方向を示している。
【００１５】
図２及び図３に示すように、ローラー外径選別機２０は、選別するボール１の外径にほぼ等しい隙間を備えた回転する一対の平行に設けられたローラー２１，２２と、ローラー２１，２２の下部に設けられ、ローラー２１，２２の隙間から落下した径の小さなボールを収容する小径収容容器２３と、矢印２５に示すように、ボールの進行方向に沿って移動し、ローラーの端部から落下した径の大きなボールを収容する大径収容容器２４とを備えて構成されている。
【００１６】
図３に最も良く示されるように、径の小さなボール１ｃはローラー２１，２２の隙間から落下し、隙間よりも径の大きなボールはローラの隙間上を、傾斜したローラーの動きに従って移動して、端部から大径ボール収容容器２４に収容される。従って、径に応じて高精度な微小金属球を得ることができる。
【００１７】
図１を再び参照して、本発明の実施の形態による形状選別機１０は、ボール供給部８から、傾斜テーブル７に選別するボール１を、ボール１，１同士が干渉し過ぎない程度に供給する。傾斜テーブル７には、直進フィーダ装置４から矢印３に示す振動方向の振動を与えて、ボール１がテーブル７の表面を容易に移動出来るようにし、合わせて傾斜テーブル７の傾斜角度を、直進振動フイーダー装置４と固定された傾斜テーブル７のグランド（本選別機の設置床面をグランドとする）との間に振る角度を角度Ａ・２ａ、それと直角の方向でグランドとの間に振る角度を角度Ｂ・２ｂとする。スムーズに転がれば近くに到達し、回収部６にて回収される。良く転がらなければ、直進振動により遠くに到達・回収される。
【００１８】
ここで、通常はボールの回転モーメントが第一の支配因子と思われるが、本発明による微小ボールは、寧ろボール同士の干渉を開放させれば、異形状ボールと充分良好な球状を有するボールとは、そのサイズと角度Ａ・２ａ、角度Ｂ・２ｂの相互作用により、充分な選別可能な領域が存在することが得られた。
【００１９】
図１に示す図面において、右側ほど異形状の不良品が回収される動きとなる。また、振動は、テーブルの上のボールの運搬そのものを支配する。
【００２０】
本発明の実施の形態において、当該ボールが良好に搬送される条件は、振幅で２０から１５０μｍ凡そ１００μｍが良好だった。これに準ずる振動は５０から７０ヘルツ（Ｈｚ）が良く、６０Ｈｚ近傍が最適であった。
【００２１】
本発明の条件は、この振動条件を一定にしての角度Ａ，Ｂの適正領域を設定したものである。
【００２２】
当然これら数値は、絶対的な数値では無いが、同一装置での条件設定には欠かせぬ要因である。
【００２３】
図４は、微小金属球として、銅ボール、コバルトボール、ニッケルボールの何れかで、実際に選別可能領域のエリアを限定する実験結果を示す図である。図５は図４のボールの直径軸の３点についての、選別可否結果を示す図である。図４および図５において、黒丸が選別出来た領域である。
【００２４】
直径サイズ依存は大きいが、サイズの変化と一律に選別可能領域は変化せず、大直径の場合は、異形部分のサイズや特にその直径に対する比率が小さい為、角度、振動域の制御だけでは良い領域を広く採れず狭い範囲で良好エリアが在り、一方５０μｍ程度の領域ではボール同士の干渉により選別可能領域が限定される事が得られた。
【００２５】
しかし、この領域は実に再現性があり、少なくても銅、コバルト、ニッケルの５０μｍ〜１５０μｍの範囲の微小ボールの形状選別には充分実用的に利用可能と分った。
【００２６】
鋭意検討した結果、この領域は下記表１に纏めた通りであり、予め定められた領域に該当する。
【００２７】
【表１】

【００２８】
また、異形状検査の頻度は、良品選別された中からランダムに採取したポール２０，０００個を全数外表皮検査して、不良の無いエリアを条件設定の領域とした。先述した通り高密度実装するＰＫＧは、内部電極の数として数百以上になることは自明であり、検査数も２００００個とした。一方２百万個を選別し、２００００個を３回（個別に３度）抜き取り検査したが、良品中に異形状品は全く見出せなかった。
【００２９】
また、異形状の定義であるが、ＰＫＧ実装に実質的に支障のあると思われる形状の定義を表２にした。
【００３０】
【表２】

ここで、表２において、（ａ）は真球、（ｂ）は一部異形、（ｃ）は面荒れ，即ち、転がりが極めて良好とは言えないが、定常的な転がり性を有する上、めっきやはんだ被覆に対し全く支障無いので良品の範疇とした。
【００３１】
また、上記表２の不良のものは絵にも示したが、パッケージング（ＰＫＧ′ｉｎｇ）において、基板とチップとの一定な距離が得られない上、基板の所望の位置に整置させることも困難であった。実用上使用に耐えられない。
【００３２】
更に、一方、金属球に半田などを均一に被覆した微小ボールの形状選別にも当然応用出来ることは言うまでも無い。
【００３３】
更に、また、直径精度も従来のＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）用ボールのサイズ、即ち、５００μｍから８５０μｍまで各種あり、主流は７００μｍから７５０μｍ直径のボールであり、本発明のボールに比べ巨大である。
【００３４】
当然本発明に関わる形状選別の精度を高めるには、球体の直径選別を合わせ持つ処理を行えば、更に精度を向上させる事が出来る。具体的には、この形状選別に、更に、直径精度の確度を高めるために、図２及び図３に示した二本の精密加工されたローラーの隙間を高精度に隙間を制御したローラー外径選別機の装置を組み合わせて選別することにより、高精度な微小金属球が得られた。
【００３５】
今後の高密度実装化に対し、実質何処まで精度の向上が欠かせぬかは現状明確になっていないが、本発明はその場合の対応も可能になる発明であり、実用上有用な発明と言える。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で且つ精度良く良品を選別できる微小金属球の選別方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態による形状選別機の概略構成を示す図である。
【図２】図１の形状選別機のローラー外径選別機の構成を示す斜視図である。
【図３】図１の形状選別機のローラー外径選別機の構成を示す断面図である。
【図４】微小金属球として、銅ボール、コバルトボール、ニッケルボールの何れかで、実際に選別可能領域のエリアを限定する実験結果を示す図である。
【図５】図４のボールの直径軸の３点についての、選別可否結果を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃボール
２ａ，２ｂ角度
４直進フィーダー装置
５傾斜面
６回収部
７傾斜テーブル
８ボール供給部
１０形状選別機
２０ローラー外径選別機
２１，２２ローラー
２３小径収容容器
２４大径収容容器

Claims

傾斜面を備えた傾斜テーブル、当該傾斜面に振動を与える直進フィーダー装置、前記傾斜面の端部に設けられたボール供給部、及び前記ボール供給部と対向する前記傾斜面の端部位置に設けられたボール回収部とを使用して、直径５０〜１５０μｍの金属球を形状選別する方法において、前記直進フィーダー装置によって、前記傾斜テーブルを予め定められた振動方向に振動させ、前記傾斜面に沿って前記ボール供給部からのボールを前記ボール回収部に導く段階と、前記振動方向に対する前記傾斜面とグランド面との間の傾斜角度Ａと、当該振動方向と垂直方向の前記傾斜面と前記グランド面との間の傾斜角度Ｂとを調整する段階とを含み、
前記傾斜角度Ｂは、前記ボール供給部から前記ボール回収部に向かって前記ボールが転がるような角度の範囲内で調整されると共に、前記傾斜角度Ａは、前記ボール供給部から供給されるボールが前記振動方向に前記傾斜面を競り上がった後、前記ボール回収部方向に向かって広がるように、調整されることを特徴とする微小金属球の選別方法。
請求項１記載の微小金属球の選別方法において、更に，直径精度の確度を高める為に、二本の精密加工されたローラーの隙間を高精度に隙間を制御したローラー外径選別機により選別することを前工程若しくは後工程に備えていることを特徴とする高精度を有する微小金属球の選別方法。
請求項１又は２記載の微小金属球の選別方法において、前記金属球は銅、コバルト、ニッケルの内の一種から成ることを特徴とする微小金属球の選別方法。