JP3733775B2 - Projection electrode forming device - Google Patents
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Description
【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】
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for forming a protruding electrode and an electrode forming component, and in particular, a protrusion that does not require a flux when forming the protruding electrode and has no restriction such as providing a common electrode for forming the protruding electrode. The present invention relates to an electrode forming method, a forming apparatus, and an electrode forming component.
[0002]
[Prior art]
When mounting an electrical component on a target object, a projection may be formed in a connection conductive portion of the electrical component, and the electrical component and the target object may be connected via the projection.
[0003]
As an example of the above, a case where the electrical component is an integrated circuit and the object is a printed board will be described.
[0004]
FIG. 13 is an explanatory cross-sectional view showing the configuration of the integrated circuit. As shown in the figure, in the
[0005]
Further, as a second example of forming protrusions on the connecting conductive parts of the electrical component, there is a bump forming method on the chip in the TAB manufacturing technique. The bumps are provided to prevent the inner leads from coming into contact with the periphery of the chip when connecting the inner leads to the chip and to connect only the electrodes of the chip. Such bumps are formed by forming a barrier metal (multilayer metal film) on a chip electrode and performing a plating process thereon, or by a wire bump method.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first example in which the protrusion is formed in the connection conductive portion of the electrical component, it is necessary to melt the solder ball 6 in order to join the solder ball 6 to the
[0007]
Further, in the second example in which protrusions are formed in the conductive parts for connecting electrical parts, a large number of masks are required for bump formation by the plating process, and since common plating is used, a common electrode is required and wiring is restricted. was there. In addition, due to the characteristics of the alloy, there is a problem that different metals having adhesion and barrier properties must be formed in multiple layers.
[0008]
The present invention pays attention to the above-mentioned conventional problems, and does not require a flux at the time of forming the protruding electrode, and there is no restriction such as providing a common electrode for forming the protruding electrode. It aims at providing an electrode formation component.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the bump electrode forming apparatus according to
[0024]
According to the protruding electrode forming apparatus according to
[0025]
According to the protruding electrode forming apparatus of the first aspect, halogen can be added to at least one surface of the connecting conductive portion or the conductive member. Since the bonding conductive portion and the conductive member are brought into close contact with the surface halogenated in the bonding processing portion as an interface, the conductive member can be bonded to the connection conductive portion without melting the conductive member. it can. Further, since the conductive member is not melted, it is not necessary to use a flux, and the step of cleaning the flux can be eliminated. In addition, since bonding is possible without melting the bonding interface, it is not necessary to apply a high temperature to the bonding interface and its surroundings, so that a film that deteriorates electrical contact characteristics is formed on the surface of the protruding electrode. Undesirable alteration of electrodes and electrical components can be avoided.
[0026]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a projection electrode forming apparatus comprising a halogen gas supply chamber and a halogen gas supply chamber provided with an inlet and an outlet for a conductive member. It is characterized by the formation of a slope between the two.
[0027]
According to the bump electrode forming apparatus of the second aspect, the conductive member moves while rolling from the inlet to the outlet in the chamber filled with the halogen gas, so that the surface of the conductive member is uniformly halogenated. In addition, the conductive member can be continuously charged and the supply amount of the halogen gas can be reduced.
[0028]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a projection electrode forming apparatus comprising: a halogen treatment unit including a halogen gas supply chamber; and a cover that can be placed in the halogen gas supply chamber and that can surround an electrical component. An exposure hole corresponding to the conductive portion is provided so that the connection conductive portion can contact the atmosphere of the halogen gas supply chamber.
[0029]
According to the projection electrode forming apparatus of the third aspect, only the connection conducting portion is in contact with the atmosphere of the halogen gas supply chamber, and the other parts of the electrical components are not in contact with the atmosphere of the halogen gas supply chamber. For this reason, it is possible to prevent discoloration or the like from occurring in portions other than the connection conducting portion in the electrical component. Since the exposure range is only the connection conducting portion, the supply amount of halogen gas can be reduced.
[0030]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the protruding electrode forming apparatus, wherein the bonding processing portion is provided with the conductive member storage portion and the conductive member storage portion provided above the conductive member storage portion and can be pressed against the conductive member storage portion. The electrical component pressing portion is provided, and a recess corresponding to the connection conducting portion is provided in the conductive member housing portion, and the recess depth is set so that the conductive member protrudes from the recess.
[0031]
According to the protruding electrode forming apparatus of the fourth aspect, when the electric component pressing portion is lowered, the connection conducting portion presses the conductive member. The connecting conductive portion is pressed against the conductive member until the electrical component pressing portion comes into contact with the conductive member storage portion. At this time, the conductive member is uniformly deformed according to the depth of the recess. The height from the conductive part for connection to the top of the conductive member can be made uniform.
[0034]
The protruding electrode forming apparatus according to claim 5 is characterized in that the electrical component is a bare chip, and the conductive member to be brought into close contact with the connection conductive portion is for bump formation in the bare chip.
[0035]
According to the protruding electrode forming apparatus of the fifth aspect, it is not necessary to provide a mask or a common electrode for forming a bump, so that restrictions for wiring routing can be eliminated. Furthermore, it is possible to eliminate the restriction of forming different kinds of metals in multiple layers.
[0052]
In the protruding electrode forming apparatus, the conductive member is a metal particle made of a metal material for forming an electrical contact. The metal particles are preferably solder balls.
[0053]
According to this protruding electrode forming apparatus, since the conductive member is a metal particle made of a metal material for forming an electrical contact, the protruding electrode of the electrical component is easily joined to the terminal of the other electrical member, An electrical contact can be constructed. As such metal particles, there can be used solder having various alloy compositions (lead-containing solder, lead-free solder), or particles containing metals or alloys that do not interfere with electrical contact properties such as gold and gold-tin. However, solder balls are particularly common. In this case, it is possible to join the electrical component and the printed circuit board etc. by mounting the electrical component to which the solder ball is joined on a printed circuit board or the like and through a normal reflow process.
[0054]
In the protruding electrode forming apparatus, it is preferable that the connection conducting portions are arranged in a lattice pattern on the surface of the electrical component.
[0055]
According to this protruding electrode forming apparatus, the heat applied to the electrical component is less than the melting point of the conductive member, so that thermal damage is reduced. For this reason, it becomes possible to ease the heat resistance conditions of the electrical component itself, and for example, the selection of the package member can be expanded.
[0056]
In the protruding electrode forming apparatus, the bonding processing section preferably has a heating means capable of heating the interface to a temperature lower than any melting point of the connection conducting section and the conductive member.
[0057]
According to this protruding electrode forming apparatus, the reaction during bonding can be promoted, bonding can be performed in a short time, and bonding strength can be increased.
[0058]
The protruding electrode forming apparatus is characterized in that the heating means substantially heats the interface after a time point when the connecting conductive portion and the conductive member are brought into contact with each other. As a specific configuration in this case, a heat insulating member is disposed between the heat source and at least one of the connecting conductive portion and the conductive member before the connecting conductive portion and the conductive member are in contact with each other. It is a structure which can move or exclude the said heat insulation member after the time when the conduction | electrical_connection part and a conductive member contact. Moreover, it is a structure which can start the heat_generation | fever of a heating means after the time of the connection conduction | electrical_connection part and a conductive member contacting.
[0059]
In this projection electrode forming apparatus, the bonding processing unit transfers heat to the surface so that the halogenated surface is not substantially heated before the connection conducting part and the conductive member are brought into contact with each other. It has the heat-transfer suppression means which suppresses. In this case, the heat transfer suppressing means includes a heat insulating member arranged in a heat path from a heat source to the connection conducting portion and / or the conductive member. This heat insulating member may reduce either heat radiation or heat conduction, or may reduce both.
[0060]
In the protruding electrode forming apparatus, it is preferable that the bonding processing section has a pressurizing means for increasing the contact pressure at the interface.
[0061]
According to this protruding electrode forming apparatus, by increasing the contact pressure, the adhesion between the connecting conductive portion and the conductive member is improved, and the bonding strength can be further increased.
[0062]
In the protruding electrode forming apparatus, the bonding processing section includes an inert gas supply chamber in which an electric component and a conductive member are arranged and an inert gas is supplied.
[0063]
According to this protruding electrode forming apparatus, when bonding is performed in the inert gas supply chamber, oxidation of the connecting conductive portion and the conductive member can be prevented, and the bonding strength can be improved.
[0064]
Preferably, the protruding electrode forming apparatus is configured to be able to hold the surface in an inert gas atmosphere from the halogenation of the surface to the contact between the connecting conductive portion and the conductive member. .
[0065]
By carrying out like this, since the alteration of the halogenated surface can be suppressed by maintaining in the atmosphere of the inert gas until the surface is contacted after being halogenated, the bonding state can be improved. In this case, it is possible to further improve the bonding state by holding in the inert gas until the bonding is completed after the contact as described in claim 8.
[0066]
It is preferable that the protruding electrode forming apparatus has a flattening means for flattening a surface of the conductive member to be bonded to the connection conducting portion.
[0067]
This protruding electrode forming apparatus has an array holding member that holds and arranges a plurality of the conductive members in correspondence with the arrangement state of the plurality of connecting conductive portions arranged, and holds the arrangement holding members. It is preferable that the surface of the conductive member is flattened in a state where it is formed, and then bonded to the connection conducting portion while being held by the array holding member.
[0068]
In this way, it is possible to perform a flattening process and a bonding process while holding the conductive members on the array holding member, so that it is not necessary to perform a rearrangement operation of the conductive members. The joining process can be easily performed without the need to arrange the portions.
[0069]
The protruding electrode forming apparatus is preferably configured to flatten the surface of the conductive member and then to halogenate the surface before joining the conductive portion for connection.
[0070]
In this case, since the halogenation process is also performed on the array holding member, the process can be further easily performed, and the bonding process can be easily performed without the necessity of aligning the halogenated surface portions.
[0071]
In the protruding electrode forming apparatus, the surface of the recess is preferably made of an aluminum material.
[0072]
According to this projection electrode forming apparatus, since the aluminum material is difficult to be halogenated, the bonding force between the conductive member and the connecting conductive portion is stronger than the bonding force between the conductive member and the inner wall of the recess. It is preferable to prevent the sex member from remaining in the recess.
[0073]
The protruding electrode forming apparatus attaches a marking for alignment to the surface of the electrical component having the connection conductive portion, and provides a marking detection means on the conductive member storage portion side, and the electrical component pressing portion has a marking detection means. It is preferable to provide moving means connected to the.
[0074]
According to this protruding electrode forming apparatus, since the relative position between the electric component pressing portion and the conductive member storage portion is detected, it is possible to improve the alignment accuracy of both.
[0075]
The protruding electrode forming apparatus provides a single recess in the central region of the conductive member storage portion, and provides a clearance hole having a diameter larger than that of the conductive member at the position of the connecting conductive portion corresponding to the periphery of the recess. It is preferable.
[0076]
According to this projection electrode forming apparatus, even if several conductive members are already joined to the connecting conductive portion, it is possible to ensure that the new conductive portion is securely connected to the empty connecting conductive portion without interfering with these conductive members. The adhesive member can be joined.
[0077]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method and apparatus for forming a protruding electrode and a component for forming a protruding electrode according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0078]
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a protruding electrode forming apparatus according to the present embodiment.
This apparatus forms a protruding electrode by bonding a solder ball to an IC connection conducting portion. As shown in the figure, the protruding electrode forming apparatus 10 (hereinafter referred to as forming apparatus 10) is a halogenated element. It has the 1st
[0079]
An HF
[0080]
Then, a solder ball can be continuously supplied from the
[0081]
When the conductive part for connecting a solder ball or IC is exposed to a mixed gas of HF gas and water vapor, HF and H 2 O on these surfaces,
[0082]
[Chemical 1]
[0083]
Of the fluorine ion (F - ) Reacts with the solder ball or the connecting conductive portion of the IC, and the surface is fluorinated. By the way, since the conductive part for connecting the solder ball and the IC is a metal, the surface is covered with a natural oxide film. - And the surface is fluorinated, or a surface having a mixed composition of fluorine and oxygen is formed.
[0084]
The apparatus 10 has a conveying means (not shown) so that a fluorinated solder ball or IC can be carried into the
[0085]
In the
[0086]
Further, a
[0087]
Here, the specific form of the joining
[0088]
FIG. 2 is a schematic view showing a specific form of the first
[0089]
FIG. 3 is a schematic view showing a specific form of the second fluorination processing unit 14. As shown in FIG. 1A, when the
[0090]
Further, as shown in FIG. 2B, the
[0091]
FIG. 4 is a schematic view showing a specific form of the joining
[0092]
If the joining
[0093]
Further, the alignment of the connecting
[0094]
It can be applied to a so-called repair process in which the
[0095]
FIG. 6A is an explanatory diagram showing a state of the
[0096]
FIG. 7 (1) shows the mode of the repair process, and FIG. 7 (2) shows the form of the joining
[0097]
As described above, the specific forms and functions of the bonding jigs 42U and 42D in the first
[0098]
The
[0099]
In the above-described embodiment, the IC and the solder ball are used as the object for forming the protruding electrode. However, as another application example, it may be used for forming a bump in a bare chip. That is, conventionally, bump formation on a bare chip requires a large amount of masks and common electrodes. However, if this apparatus is applied, it is not necessary to route the pattern for forming the aforementioned mask or common electrode. For this reason, the protruding electrode can be easily formed on the bare chip.
[0100]
The bonding mechanism is considered as follows. The atoms of the surface portion that are bonded to the fluorine of the member to be bonded are disconnected from the fluorine by coming into contact with the other member to be bonded, and the bonding is performed by combining with the atoms of the other bonding member. Then, it is considered that the fluorine whose bond has been broken diffuses into the inside of the member to be bonded that easily takes in fluorine. In the above embodiment, the case where the fluorination treatment is performed using HF gas has been described. However, the fluorination treatment may be performed by applying hydrofluoric acid or immersing in hydrofluoric acid.
[0101]
In the embodiment described above, Ar gas is used as the inert gas. However, the inert gas may be a rare gas such as helium or neon or a nitrogen gas. Furthermore, although the case where the halogen is fluorine has been described in the above embodiment, the halogen may be chlorine, iodine, bromine, or the like depending on the compatibility and surface state of the partner to be bonded.
[0102]
Next, embodiments in which the above embodiment is further embodied and improved will be described. In this embodiment, a fluorination treatment section corresponding to the first
[0103]
In this embodiment, as shown in FIG. 8 (1),
[0104]
Next, the inside of the
[0105]
When the
[0106]
As an advantage of the flattening treatment, the contact area is increased to improve the joining state and the joining strength is enhanced. In addition, the
[0107]
Next, the
[0108]
In addition, as a planarization process, it can also carry out by removing the part which should become a joint surface of a metal grain and forming a flat surface other than the process by pressurization as mentioned above. Also in this case, since the formed flat surface is obtained by removing the outer skin of the metal grains, halogenation is promoted.
[0109]
In the case of solder balls, the above halogenation treatment can be performed, for example, at a processing time of 30 to 90 seconds, a fluoride concentration of 4400 ppm of hydrogen fluoride, and a solder ball surface temperature of 90 ° C. The treatment time is adjusted within the above range in consideration of the bonding conditions described later.
[0110]
FIG. 9 (2) shows another
[0111]
FIGS. 9 (3) and 9 (4) show examples of metal particle shapes that can be used in place of the spherical metal particles such as the
[0112]
Next, a process for bonding the
[0113]
A table 96 having a flat surface is disposed below the joining
[0114]
In this joining processing unit, first, the
[0115]
Further, in this state, the heat radiated from above and below can be blocked by the
[0116]
Next, the upper
[0117]
Next, after the lower
[0118]
When the joining process is completed, the
[0119]
In this bonding processing method, heat can be applied collectively to a set of a large number of solder balls and connection conducting portions, and the heat source is controlled at a constant temperature, so that heating to the bonding interface is uniform. Can be ensured, and the joining state can be made uniform. As another heating method, it is possible to individually heat by irradiating a laser beam or the like, but this embodiment is superior from the viewpoint of ensuring the uniformity of the heating state.
[0120]
Note that at least the upper part (flat surface) of the
[0121]
Next, another bonding processing method will be described with reference to FIG. In this bonding processing method, an apparatus having basically the same structure as the bonding processing apparatus shown in FIG. 10 can be used, but the heating method in the bonding process is different. First, the
[0122]
In this heating method (pulse heat method), unlike the above heating method (constant heat method), the halogenated surface (the surface of the
[0123]
FIG. 12 (1) shows the temperature change between the control temperature of the heater and the workpiece (in this case, the bonding interface) by such a pulse heat type heating method. In this case, the heat generation time (pulse width) of the heater is determined by confirming empirically or by measurement that the workpiece temperature reaches the desired bonding temperature and is maintained for a required time. Before and after the bonding process, excessive heating is not applied to the bonding interface as shown in the figure. On the other hand, as shown in FIG. 12 (2), in the case of the constant heat method, the temperature before and after the joining process is sufficiently reduced because the workpiece is heated by being brought into contact with a heating medium heated to a predetermined temperature in advance. Requires heat transfer suppression means such as the above-mentioned heat insulating plate. Without such heat transfer suppression means, it becomes more difficult to suppress the temperature before and after the bonding process than the illustrated characteristics. In particular, if the halogenated surface is heated before the bonding treatment, the bonding state deteriorates even if the heating temperature is low, so that bonding defects may occur frequently.
[0124]
The above embodiments are merely examples for realizing the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated examples, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.
[0125]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exists an effect as described below.
[0126]
According to the method for forming a protruding electrode according to
[0127]
According to the protruding electrode forming apparatus of the eighth aspect, the halogenated portion is provided, and the halogenated portion for halogenating at least one surface of the conductive portion for connection and the conductive member provided in the electric component is provided. As described above, it is possible to eliminate the need for a flux and to eliminate the cleaning process as well. Can do. Further, it is possible to eliminate the necessity of forming a mask or wiring pattern in order to form the protruding electrode.
[0128]
Further, according to the protruding electrode forming component of claim 14, the protruding electrode forming component is obtained by bonding the conductive member to the connection conducting portion provided in the electric component, and at least one surface of the bonding electrode is halogenated. Since the height of the conductive member from the connecting conductive portion is uniform due to the close contact between the conductive member and the connecting conductive portion, and the pressurization required for the close contact, the formed component is, for example, a substrate When placed on the substrate, there is no gap between the conductive member and the substrate. For this reason, even if it inputs into a reflow process, it can prevent that a connection defect generate | occur | produces between an electroconductive member and a board | substrate etc., and can improve the reliability of formation component mounting.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a protruding electrode forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a specific structure (1) and (2) of the first
FIG. 3 is a schematic view showing a specific structure (1) and (2) of a second fluorination treatment unit 14;
FIG. 4 is a schematic view showing specific modes (1), (2), and (3) of a joining process using joining
FIGS. 5A and 5B are configuration diagrams (1) and (2) illustrating a configuration for aligning the connection jigs 42U and 42D. FIGS.
FIG. 6 is an explanatory diagram (1) showing a state of the
FIG. 7 is an explanatory diagram (1) showing a state in which a repair process is performed, and an explanatory diagram (2) showing a form of joining
FIGS. 8A and 8B are schematic explanatory views (1) to (3) schematically showing a method and an apparatus configuration of a planarization process and a halogenation process in another embodiment according to the present invention.
9 is an enlarged explanatory view (1) showing a deformation state of solder balls arranged in the joining jig shown in FIG. 8, an enlarged explanatory view (2) showing a structure of another joining jig, and another metal particle of FIG. It is an expansion perspective view (3) and (4) which show a shape.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a bonding processing method and a structure of a bonding processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating a bonding processing method and a structure of a bonding apparatus according to still another embodiment of the present invention.
12 is a graph showing temporal changes in the heater temperature and the workpiece temperature by the heating method in the bonding processing method shown in FIGS. 10 and 11. FIG.
FIG. 13 is an explanatory cross-sectional view illustrating a configuration of an integrated circuit.
[Explanation of symbols]
1 Integrated circuits
2 chips
2A electrode
3 Gold wire
4 Land
5 resists
6 Solder balls
10. Projection electrode forming apparatus
12 First fluorination treatment section
14 Second fluorination treatment section
16 Bonding processing part
18 reaction chamber
20 Piping
22 Piping
24 HF gas supply unit
26 Steam generator
28 Solder ball storage
30 Magazine loader
32 chambers
34 Argon gas supply unit
36 tables
38 Retaining plate
40 Vertical cylinder
42U, D Joining jig
44 Heater
46 Magazine Unloader
48 Solder balls
50 IC
51 mold
52 Cover
54 Conducting part for connection
56 Exposed hole
58 Vacuum suction means
60 hole mask
62 Through hole
64 Placemark
66 CCD
68 inner tube
70 outer tube
72 Relief Hole
80 Joining jig
80a recess
91 Holder
92 Guide rod
93 Pressure head
94, 97 Heater
95 Gripping part
96 tables
180 Fluorination chamber
190 Bonding chamber
Claims (5)
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。Provided with a halogenation treatment portion for halogenating at least one surface of the connection conductive portion and the conductive member provided in the electrical component, and the connection conductive portion and the conductive member with the halogenated surface as an interface A protruding electrode forming apparatus provided with a bonding processing portion for closely attaching
The halogen treatment section is composed of a double pipe consisting of an inner pipe and an outer pipe, and the groove position of the inner pipe is arranged in a step so as to be drawn from the groove position of the outer pipe, and the diameter of the inner pipe is set. An apparatus for forming a protruding electrode, characterized in that a halogen gas can be supplied from the inner tube so as to correspond to the diameter of the connecting conductive portion.
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