JP3589195B2 - 微小金属球の選別方法 - Google Patents
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Description
【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 (3)
- 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。
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