JP4814756B2 - はんだボール搭載方法 - Google Patents

Description

本発明ははんだボール搭載方法に係り、特にはんだボール搭載用マスクを用いて微細なはんだボールを基板に搭載するはんだボール搭載方法に関する。

近年、携帯端末装置等に代表される電子機器は小型化・薄型化が急速に進んでおり、これらの電子機器に搭載される半導体装置等の電子部品も小型化・薄型化が要求されている。一方、これらの電子部品は高密度化が進んでおり、接続端子数が増大する傾向にある。

これらの要求に対応する電子部品の実装方法として、はんだボールを外部接続端子として用い、これを基板に対してフリップチップ（ＦＣ：Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）実装する実装方法が多く用いられるようになってきている。このフリップチップ実装方法は、電子部品の基板に設けられた電極に予めはんだボールを搭載しておき、このはんだボールを実装基板の電極に直接接合することにより実装を行う方法である。

このため、フリップチップ実装方法を用いる場合には、電子部品の基板に予めはんだボールを搭載しておく必要がある。このはんだボールを基板に搭載するはんだボール搭載方法は、一般には基板の半田ボールが搭載される電極上にフラックスを配設し、次にこのフラックス上に半田ボールを配設し、その後にこの半田ボールを加熱し溶解して電極に接合する方法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

図６及び図７は、従来のはんだボール搭載方法の具体例を説明するための図である。図６（Ａ）は、基板１００を示している。この基板１００は、基板本体１０２の上面にソルダーレジスト１０４が形成されると共に、下面には絶縁膜１０５が形成されている。また、基板１００の上面には複数の電極１０３が形成されており、ソルダーレジスト１０４の電極１０３と対向する一には開口部１０６が形成されている。

この基板１００にはんだボール１１５を搭載するには、基板１００（ソルダーレジスト１０４）の上にフラックス用マスク１０８を配設する。このフラックス用マスク１０８は、開口部１０６と対向する位置に開口が形成されている。そして、このフラックス用マスク１０８を用いて開口部１０６内にフラックス１０９を印刷等により配設する。図６（Ｂ）は、開口部１０６内にフラックス１０９が配設された状態を示している。

開口部１０６に対するフラックス１０９の配設が終了すると、フラックス用マスク１０８は取り外され、続いて図６（Ｃ）に示すように、基板１００（ソルダーレジスト１０４）上にボール搭載用マスク１１０が配設される。このボール搭載用マスク１１０は、はんだボール１１５をフラックス１０９上に搭載する（振込む）ための複数のボール振込み開口１１２が形成されている。

基板１００上にボール搭載用マスク１１０が配設されると、このボール搭載用マスク１１０上にはんだボール１１５を供給し、図６（Ｄ）に示すようにこのはんだボール１１５をスキージ１１４を用いてボール振込み開口１１２内に振込む。図６（Ｅ）は、開口１１２内にはんだボール１１５が振込まれた状態を示している。この状態で、各はんだボール１１５は粘性を有するフラックス１０９の上部に搭載（仮止め）された状態となる。

フラックス１０９の上部にはんだボール１１５が搭載されると、ボール搭載用マスク１１０は基板１００から取り外される。続いて、検査カメラ（図示せず）を用いて、全ての電極１０３（フラックス１０９）上にはんだボール１１５が搭載されているかどうかを調べる検査が実施される。

この検査工程において、はんだボール１１５が搭載されていない電極１０３が検出されると、図７（Ｂ）に示すように、リペア治具１２６を用いて未搭載の電極１０３（フラックス１０９）上にはんだボール１１５を個別に搭載する。このリペア工程を実施することにより、図７（Ｃ）に示すように、全ての電極１０３上にはんだボール１１５が搭載される。

続いて、リフロー処理等の加熱処理を行い、はんだボール１１５を電極１０３に接合する。これにより、図７（Ｄ）に示すように、はんだボール１１５は基板１００に搭載される（はんだボール１１５が搭載された基板１００をボール搭載基板という）。
特開２００６−００５２７６号公報

しかしながら、従来のはんだボール搭載方法では、図７（Ｂ）に示したリペア工程において、はんだボール１１５が搭載されていない１０３に対してリペア治具１２６を用いて個々にはんだボール１１５を搭載する方法を用いていた。このため、搭載されていない電極１０３の個数が多い場合には、これらの全てに個別にリペア治具１２６を用いてはんだボール１１５を搭載するため、リペア工程に長時間を要してしまうという問題点があった。

また、はんだボール１１５の電極１０３に対する未搭載数が非常に多い場合には、洗浄処理を伴う再生工程後に、改めてボール搭載用マスク１１０を基板１００に搭載してスキージ１１４を用いてはんだボール１１５を搭載する工程を行う必要があり、はんだボール搭載処理の効率が著しく低下するという問題点もあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、微細なはんだボールを効率よくかつ確実に基板に搭載しうるはんだボール搭載方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、基板に形成された電極にはんだボールを搭載するはんだボール搭載方法において、
前記基板の電極上にフラックスを配設するフラックス配設工程と、
前記電極と対向する位置にボール振込み開口が形成されたはんだボール搭載用マスクを前記基板に配設し、該はんだボール搭載用マスクを用いて前記ボール振込み開口に前記はんだボールを振込むことにより、該はんだボールを前記電極に搭載するはんだボール搭載工程と、
前記基板に前記はんだボール搭載用マスクを配設した状態のままで、前記はんだボールの搭載状態を検査する検査工程と、
該検査工程で前記はんだボールの前記電極への未搭載個数が既定未搭載個数より多いと判断された場合に実施され、前記はんだボール搭載用マスクを用いて前記はんだボールが未搭載である前記ボール振込み開口に前記はんだボールを振込む第１のはんだボールリペア工程と、
該検査工程で前記はんだボールの前記電極への未搭載個数が既定未搭載個数より少ないと判断された場合に実施され、前記はんだボールが未搭載である前記電極に個別に前記はんだボールを搭載する第２のはんだボールリペア工程と、を有しており、
前記検査工程で撮像装置を用いて前記はんだボールの搭載状態を検査すると共に、前記はんだボール搭載用マスクの前記撮像装置と対向する面に反射止め処理を施しておくことを特徴とするものである。

また、上記発明において、前記フラックス配設工程の前に、前記基板に形成された電極と対向する位置に開口部を有する絶縁材の層を、前記基板上面に形成する工程を有してもよく、前記絶縁材をソルダーレジストとしてもよい。

また、上記発明において、前記フラックスに蛍光剤を混入しても良い。

本発明によれば、検査工程において基板にはんだボール搭載用マスクを配設した状態のままではんだボールの搭載状態を検査するため、はんだボールの電極への未搭載個数が既定未搭載個数より多い判断された場合には、既に配設されているはんだボール搭載用マスクを用いて、はんだボールが未搭載であるボール振込み開口に直ちにはんだボールを振込む処理（第１のはんだボールリペア工程）を実施する。

これにより、はんだボールの電極への未搭載数が多い場合には、多数個のはんだボールの搭載が可能なはんだボール搭載用マスクを用いた搭載方法を直ちに実施できるため、効率よく短時間ではんだボールを未搭載電極に搭載することが可能となる。

これに対して、未搭載個数が既定未搭載個数より少ない場合には、ボール搭載用マスクを用いてはんだボールを搭載する方法に比べ、個々にはんだボールを搭載した方が短時間で搭載を行うことができる。よって、未搭載個数が既定未搭載個数より少ない場合には、個々にはんだボールを搭載する処理（第２のはんだボールリペア工程）を実施する。

このように、はんだボールの電極への未搭載数に応じて第１のはんだボールリペア工程と第２のはんだボールリペア工程を選択的に実施することにより、短時間で確実にはんだボールを電極に搭載することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１乃至３は、本発明の一実施例であるはんだボール搭載方法を処理手順に沿って説明するための図である。図１（Ａ）は、基板１を示している。この基板１は、基板本体２と、基板本体２の上面に形成されたソルダーレジスト４と、基板本体２の下面に形成された絶縁膜５とにより構成されている。

基板本体２は、樹脂基板、セラミック基板、ウェハ、ビルトアップ基板等の種々のタイプの基板の適用が可能である。この基板本体２の上面には、複数の電極３が形成されている。

尚、本実施例では、基板本体２としてウェハを用いた例につい説明するものとする。また、ウェハには多数個の素子領域が形成されるが、図１乃至図３の各図においては、基板本体２としてウェハの１個の素子領域のみを拡大して示すものとする。

ソルダーレジスト４は、はんだ付け処理時においてはんだショートを押さえるために設けられる絶縁材であり、例えば印刷法を用いて基板本体２の上面全面に所定の厚さ（例えば、３０〜４０μｍ）で形成されている。このソルダーレジスト４の電極３と対向する位置には、開口部６が形成されている。よって、開口部６の形成位置においては、電極３は露出した状態となっている。

また、絶縁膜５は基板本体２の背面を保護するために設けられている。尚、この絶縁膜５は、必ずしも設ける必要はないものであり、絶縁膜５が存在しなくても本願発明方法は実現可能である。

上記の構成とされた基板１には、フラックス用マスク８が配設される。このフラックス用マスク８は金属製のマスクであり、開口部６に対応した開口部を有し、よってソルダーレジスト４はフラックス用マスク８により覆われた状態となる。

フラックス用マスク８が基板１に配設されると、このフラックス用マスク８を用いて開口部６内にフラックス９を配設する（フラックス配設工程）。開口部６内にフラックス９を配設する方法としては、例えば印刷法を用いることができる。図１（Ｂ）は、開口部６にフラックス９を配設した状態を示している。

フラックス９の配設処理が終了するとフラックス用マスク８は基板１から取り外され、続いて図１（Ｃ）に示すように、基板１上にボール搭載用マスク１０が配設される。このボール搭載用マスク１０は金属製のマスクであり、はんだボール１５を基板１に搭載するための複数のボール振込み開口１２が形成されている。

このボール振込み開口１２の直径は、はんだボール１５の直径よりも若干大きく設定されており、その直径差は振込みが適正に行いうる値に設定されている。また、開口部６はフラックス用マスク８の厚さ分だけ、ソルダーレジスト４の表面から突出した状態となっている。

基板１上にボール搭載用マスク１０が配設されると、このボール搭載用マスク１０上にはんだボール１５を供給し、図１（Ｄ）に示すように、このはんだボール１５をスキージ１４を用いてボール振込み開口１２内に振込む（はんだボール搭載工程）。これにより、図１（Ｅ）に示すように、はんだボール１５はボール振込み開口１２内に振込まれた状態となる。また、この状態で各はんだボール１５は、粘性を有するフラックス９に搭載（仮止め）された状態となる。

しかしながら、スキージ１４を用いたボール振込み処理では、全てのボール振込み開口１２内にはんだボール１５を振込むことは困難で、はんだボール１５が搭載されないボール振込み開口１２がある程度は発生する。図１（Ｅ）に矢印Ａで示す箇所は、はんだボール１５が搭載されなかったボール振込み開口１２を示している。

上記のはんだボール搭載工程が終了すると、図２（Ａ）に示すようにボール搭載用マスク１０を基板１から取り外すことなく、即ち基板１にボール搭載用マスク１０を配設したままの状態で、検査カメラ２５を用いて、ボール振込み開口１２内へのはんだボール１５の搭載状態が検査される（検査工程）。検査カメラ２５は、例えばＣＣＤカメラであり、素子領域内におけるはんだボール１５が未搭載位置を検出しうる構成とされている。

具体的には、はんだボール１５の搭載位置と未搭載位置では反射率が異なるため、この相違を利用して画像処理により搭載位置と未搭載位置の判別を行っている。この際、ボール搭載用マスク１０の正面を粗面化したり、また光吸収率の高い色（黒色等）の着色したりする処理（これらの処理を反射止め処理という）を行っておくことにより、金属光沢を有するはんだボール１５との光の反射率差を大きくすることができ、検査精度を高めることができる。

この検査工程を実施することにより、はんだボール１５の搭載数（或いは全電極数に対する未搭載電極数の割合である未搭載率）が求められる。そして、この検査工程ではんだボール１５の電極３への未搭載個数が既定未搭載個数より多いと判断された場合は、図２（Ｂ）に示すように、ボール搭載用マスク１０及びスキージ１４を用いてはんだボール１５が未搭載であるボール振込み開口１２にはんだボール１５を振込む処理を行う（第１のはんだボールリペア工程）。

この第１のはんだボールリペア工程は、図１（Ｄ）で示したはんだボール搭載工程と同様の処理である。但し、前記のようにボール搭載用マスク１０は基板１に配設されたままの状態であるため、ボール搭載用マスク１０の配設処理を行うことなく、直ちにスキージ１４を用いてはんだボール１５の搭載処理を開始することができる。

この第１のはんだボールリペア工程が終了すると、再び検査カメラ２５を用いて、ボール振込み開口１２に対するはんだボール１５の搭載状態が検査される。そしてこの検査の結果、はんだボール１５の電極３への未搭載個数が依然として既定未搭載個数より多いと判断された場合には、再び図２（Ｂ）に示すはんだボール１５の振込み処理が実施される。この検査処理及び振込み処理は、はんだボール１５の電極３への未搭載個数が既定未搭載個数より少なくなるまで実施される。

一方、検査の結果、はんだボール１５の電極３への未搭載個数が既定未搭載個数より少ないが、全てのボール振込み開口１２にはんだボール１５が搭載されてはいないと判断された場合には、図３（Ａ）に示すように、リペア治具２６を用いて未搭載のボール振込み開口１２内の電極３（フラックス９）上にはんだボール１５を１個ずつ個別に搭載する（第２のはんだボールリペア工程）。

リペア治具２６はノズルであり、吸引することによりはんだボール１５を装着する構成とされている。そして、はんだボール１５が未搭載のボール振込み開口１２内に挿入された時点で吸引を停止することにより、はんだボール１５を電極３（フラックス９）上に搭載することができる。

このリペア工程を実施することにより、図３（Ｂ）に示すように、全ての電極３上にはんだボール１５が搭載される。続いて、リフロー処理等の加熱処理を行い、はんだボール１５を電極３に接合する。これにより、図３（Ｃ）に示すように、はんだボール１５は基板１に搭載される。

尚、上記の既定未搭載個数は基板１に配設されるはんだボール１５の個数やはんだボール１５の直径等により異なる数となる。この既定未搭載個数を未搭載率に換算した場合、規定未搭載率は例えば９５〜９８％程度となる。また、第１のはんだボールリペア工程において全ての電極３（ボール振込み開口１２）にはんだボール１５が搭載された場合には、第２のはんだボールリペア工程を実施する必要がないことは勿論である。

上記のように本実施例によるはんだボール搭載方法によれば、検査工程において基板１にボール搭載用マスク１０を配設した状態のままで、はんだボール１５の電極３への搭載・未搭載を検査する。よって、はんだボール１５の未搭載個数が既定未搭載個数より多い判断された場合には、既に配設されているボール搭載用マスク１０を用いて直ちに第１のはんだボールリペア工程（スキージ１４を用いてはんだボール１５の振込みを行う処理）を実施することができる。

これにより、従来のように洗浄処理を伴う再生工程後に改めてボール搭載用マスクを基板に搭載してはんだボールの振込みを行う処理を行う方法に比べ、効率よく短時間ではんだボール１５を全ての電極３に搭載することが可能となる。

また、未搭載個数が既定未搭載個数より少ない場合には、個々に電極３に対してはんだボール１５を搭載する第２のはんだボールリペア工程を実施する。未搭載個数が少ない場合には、スキージ１４を用いてはんだボール１５の振込みを行う処理に比べ、個々にはんだボール１５を搭載した方が短時間で確実に全ての電極３にはんだボール１５を搭載することができる。

このように本実施例に係るはんだボール搭載方法によれば、はんだボール１５の電極３への未搭載数に応じて第１のはんだボールリペア工程と第２のはんだボールリペア工程を選択的に実施することにより、短時間で確実にはんだボールを電極に搭載することができる。

図４は、前記した実施例の変形例であるボール搭載方法を説明するための図である。本変形例では、開口部６に配設するフラックスとして蛍光剤を混入した蛍光剤入りフラックス３０を用いたことを特徴とするものである。尚、図４に示す構成で、図１乃至図３に示した構成と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図４は、先に説明した図１（Ｂ）に対応するものであり、基板１にフラックス用マスク８を配設し、このフラックス用マスク８を用いて開口部６内に蛍光剤入りフラックス３０を配設した状態を示している（フラックス配設工程）。この開口部６内に蛍光剤入りフラックス３０を配設する方法は、先に説明した蛍光剤が混入されていないフラックス９の配設処理と同様に、印刷法等を用いることができる。

蛍光剤入りフラックス３０の配設処理が終了するとフラックス用マスク８は基板１から取り外され、続いて図４（Ｂ）に示すように、基板１上にボール搭載用マスク１０が配設される。そして、このボール搭載用マスク１０上にはんだボール１５を供給し、スキージ１４を用いてボール振込み開口１２内にはんだボール１５振込む（はんだボール搭載工程）。これにより、図４（Ｃ）に示すように、はんだボール１５はボール振込み開口１２内に振込まれ、粘性を有する蛍光剤入りフラックス３０に搭載（仮止め）された状態となる。

上記のはんだボール搭載工程が終了すると、図４（Ｄ）に示すようにボール搭載用マスク１０を基板１から取り外すことなく、即ち基板１にボール搭載用マスク１０を配設したままの状態で、検査カメラ２５を用いて、ボール振込み開口１２内へのはんだボール１５の搭載状態が検査される（検査工程）。

この際、紫外線ランプ３１を用いて蛍光剤入りフラックス３０に紫外線を照射する。これにより、はんだボール１５が搭載されておらず、よって蛍光剤入りフラックス３０が露出している状態のボール振込み開口１２では、強い蛍光が発生する。これにより、はんだボール１５が搭載されている搭載位置と、はんだボール１５が搭載されていない未搭載位置で発光量が大きく異なるため、検査カメラ２５によるはんだボール１５の搭載・未搭載の検査精度を高めることができる。

また、一般にボール搭載用マスクにフラックスが付着した場合、このボール搭載用マスクを基板から取り外す場合に、はんだボールがフラックスによりボール搭載用マスクに付着してしまい、電極から離脱することが知られている。これを防止するためには、ボール搭載用マスクにフラックスが付着しているか否かを検出することが重要である。

本変形例では、フラックスとして蛍光剤入りフラックス３０を用いているため、ボール搭載用マスク１０に蛍光剤入りフラックス３０が付着した場合、図５に示すように紫外線ランプ３１により紫外線を照射することにより、蛍光剤入りフラックス３０の存在を容易に検査カメラ２５で検出することができる。これにより、未然に蛍光剤入りフラックス３０のボール搭載用マスク１０への付着を検知することができ、ボール搭載用マスク１０の離脱を未然に防止することが可能となる。

図１は、本発明の一実施例であるはんだボール搭載方法を説明するための図である（その１）。 図２は、本発明の一実施例であるはんだボール搭載方法を説明するための図である（その２）。 図３は、本発明の一実施例であるはんだボール搭載方法を説明するための図である（その３）。 図４は、本発明の一実施例の変形例であるはんだボール搭載方法を説明するための図である。 図５は、ボール搭載用マスクに付着したフラックスを検出する方法を説明するための図である。 図６は、従来の一例であるはんだボール搭載方法を説明するための図である（その１）。 図７は、従来の一例であるはんだボール搭載方法を説明するための図である（その２）。

符号の説明

１ 基板
２ 基板本体
３ 電極
４ ソルダーレジスト
６ 開口部
８ フラックス用マスク
９ フラックス
１０ ボール搭載用マスク
１２ ボール振込み開口
１５ はんだボール
２５ 検査カメラ
２６ リペア治具
３０ 蛍光剤入りフラックス
３１ 紫外線ランプ

Claims (3)

1. 基板に形成された電極にはんだボールを搭載するはんだボール搭載方法において、
   前記基板の電極上にフラックスを配設するフラックス配設工程と、
   前記電極と対向する位置にボール振込み開口が形成されたはんだボール搭載用マスクを前記基板に配設し、該はんだボール搭載用マスクを用いて前記ボール振込み開口に前記はんだボールを振込むことにより、該はんだボールを前記電極に搭載するはんだボール搭載工程と、
   前記基板に前記はんだボール搭載用マスクを配設した状態のままで、前記はんだボールの搭載状態を検査する検査工程と、
   該検査工程で前記はんだボールの前記電極への未搭載個数が既定未搭載個数より多いと判断された場合に実施され、前記はんだボール搭載用マスクを用いて前記はんだボールが未搭載である前記ボール振込み開口に前記はんだボールを振込む第１のはんだボールリペア工程と、
   該検査工程で前記はんだボールの前記電極への未搭載個数が既定未搭載個数より少ないと判断された場合に実施され、前記はんだボールが未搭載である前記電極に個別に前記はんだボールを搭載する第２のはんだボールリペア工程と、を有しており、
   前記検査工程で撮像装置を用いて前記はんだボールの搭載状態を検査すると共に、前記はんだボール搭載用マスクの前記撮像装置と対向する面に反射止め処理を施しておくことを特徴とするはんだボール搭載方法。
2. 前記フラックス配設工程の前に、前記基板に形成された電極と対向する位置に開口部を有する絶縁材の層を、前記基板上面に形成する工程を有し、
   前記絶縁材はソルダーレジストであることを特徴とする請求項１記載のはんだボール搭載方法。
3. 前記フラックスに蛍光剤を混入したことを特徴とする請求項１又は２記載のはんだボール搭載方法。

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