JP2012243951A - マスクを用いてワークに導電性ボールを搭載する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの反りを矯正し、導電性ボールを精度よく搭載できる装置を提供する。
【解決手段】ボール搭載装置１は、ワーク１００に導電性ボールＢを搭載するための複数の開口１２を備えたマスク１０と、ワーク１００の少なくとも下面側を支持し、ワーク１００のマスク１０に対する位置を制御する保持テーブル３１と、マスク１０の上面１１に沿って移動し、マスク１０の複数の開口１２のそれぞれに導電性ボールを充填する充填ヘッド５と、充填ヘッド５の移動経路と干渉しない位置からマスクを冷却する冷却装置６０とを含む。このボール搭載装置１においては、保持テーブル３１によりワーク１００を加熱した状態で吸引支持しながらマスク１０と位置合わせし、冷却装置６０でマスク１０を冷却しながら充填ヘッド５により導電性ボールをワーク１００に搭載する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクを用いてワークに導電性ボールを搭載する方法に関するものである。

特許文献１には、基板の上面にチップを封止する合成樹脂モールド体を形成するとともにこの基板の下面にバンプを形成して成る電子部品のバンプを、プリント基板の電極に接合させて加熱溶融させ固着するようにした電子部品の実装方法において、電子部品の反りによる固着不良品の発生を解消できる電子部品の実装方法を提供することが記載されている。特許文献１には、基板とモールド体の熱膨張率の差異に起因する電子部品の反りの大きさと加熱温度の相関関係を求めるとともに、反りの大きさとバンプとプリント基板の電極の接合不良率の相関関係を求め、この相関関係から電子部品の反りに起因する接合不良が発生しない加熱温度を求め、この加熱温度以上に電子部品を加熱してバンプを溶融させて電極に固着することが記載されている。

特開平０８−２３６９１８号公報

積層型半導体装置（半導体デバイス）は、搭載された各半導体装置（チップ）の不均一性および／またはチップを搭載しているインターポーザの配線密度などに起因する不均一性による反りを有する。

積層型の半導体デバイスあるいは複数の半導体デバイスが連結された基板の反りは、リフローなどにより半導体デバイスをプリント基板などにより実装する際のみならず、マスクを用いて半田ボールなどの導電性ボールを搭載（実装）して半導体デバイスを製造する際にも問題となりつつある。すなわち、半導体デバイスの製造過程において、近年、導電性ボールを搭載するための複数の開口を備えたテンプレートとして機能するマスクにより、微小な導電性ボール、例えば直径が１ｍｍ以下、具体的には、１０〜５００μｍ程度の導電性ボールを基板の表面に搭載する方法を採用することが検討されている。その際、半導体デバイスあるいは基板（以降においては基板と総称する）に微小な反りがあるだけで基板とマスクとの間の隙間の制御が難しくなり、マスクと基板との間に形成される隙間に導電性ボールが入り込む可能性がある。それらのボールは、迷いボールとなって、基板上の所望の位置に対してずれた位置に配置されたり、不要な位置に配置される（ダブルボールとなる）などの問題を生じさせるおそれがある。

さらに、近年、コアレス、または基板レスと称される半導体のパッケージング技術が開発されている。コアレスの１つのタイプは、従来のパッケージ基板（インターポーザ）などのガラスエポキシ層をコアとして含む基板の代わりに、コアを廃止し、複数の配線層（ビルドアップ層）のみを積み重ねた構造を基板としてシリコンチップを搭載し、封止樹脂（モールド樹脂）によりパッケージングするものである。支持体であるコア層がないために反りやすいが、電源雑音の抑制、製造コストの低下などの様々なメリットが認められつつある。

基板レスの１つのタイプは、ウェハー・レベル・パッケージ（ＷＬＰ）であり、チップ面積を超える広い領域に再配線層を形成するファインアウト型のＷＬＰである。ファインアウト型のＷＬＰにおいては、銅などの配線材料により形成された再配線層がシリコンチップとともにパッケージングされるので、パッケージ全体としては反りを低減することが難しい。

したがって、これらの基板またはパッケージをワーク（ワークピース）とし、それらに導電性ボールを搭載するために、ワークが反ることを前提とした、導電性ボールを搭載する技術が求められている。

本発明の一態様は、導電性ボールを搭載するための複数の開口を備えたマスクを介してワークに導電性ボールを搭載することを含む方法であって、搭載することは、ワークの少なくとも下面側を支持する移動体であって、ワークを加熱する機構を含む移動体によりワークを加熱しながらマスクの下面に対峙させ、さらに、冷却装置により前記マスクを冷却しながら、マスクの上面に沿って充填ヘッドを移動してマスクの複数の開口のそれぞれに導電性ボールを充填することを含む。

この方法においては、マスクの開口に導電性ボールを充填することによりワークに導電性ボールを搭載する際に、ワークを支持する移動体によりワークを加熱することでワークの反りを緩和できる。ワークの反りが抑制されることによりワークとマスクとの間の距離（隙間）の制御は容易となるが、その一方、加熱されたワークがマスクの近傍に存在したり、加熱されたワークがマスクに接触したりするのでマスクの温度が上がる。マスクの温度が上昇すると熱膨張によりマスクの精度が低下したり、マスクにゆがみが発生する可能性があり、導電性ボールを搭載する位置の精度が低下したり、マスクとワークとの間の距離の制御が難しくなる。したがって、この方法においては、マスクにより導電性ボールを充填する際に、ワークを加熱しながら所定の温度を維持し、さらに、マスクを冷却しながらマスクの温度上昇を抑制することにより、マスクとワークとの間の距離の制御を容易にするとともにマスクの精度を維持するようにしている。したがって、迷いボールやダブルボールという充填ミスの発生を抑制できる。

充填することは、冷却装置によりマスクの下面に送風することを含むことが望ましい。マスクの下面に送風して冷却することにより、マスクの上面を移動する充填ヘッドと冷却装置、典型的にはファンまたはブロワーとの干渉を避けることができる。また、マスクの下面においては、マスクの複数の開口はワークおよび移動体により塞がれるので、マスクの上面を移動する導電性ボールが送風の影響を受けることを抑制できる。

さらに、充填することは、移動体によりワークを吸引支持することを含むことが望ましい。特許文献１に示されているように、ワークを加熱することにより反りを矯正しようとすると、材質や反りの程度に依存するが２００℃を超える温度、典型的には２４０℃以上に加熱することが望ましい。一方、ワークが高温になるとマスクを適当な温度に冷却することは容易ではなく、マスクの温度分布が大きくなり、ゆがみなどが発生する要因となる。

この方法では、ワークとしてパッケージングされている部材、たとえば、インターポーザ、エポキシ樹脂などを用いたコアレス基板、さらには搭載されているチップが、比較的容易に変形する温度、典型的には５０〜１００℃程度に加熱するとともに、移動体によりワークを吸引支持することにより機械的に反りを矯正する。したがって、比較的低温でワークの反りを矯正でき、マスクの温度上昇を抑制できる。

さらに、充填することの前に、移動体に搭載されたワークを加熱しながら、ワークの少なくとも一部を上方から矯正治具により加圧してワークの反りを矯正することを含むことが望ましい。矯正治具で加圧することによりワークの反りをさらに効率よく矯正できる。また、導電性ボールを充填する際は、移動体によりワークを加熱して５０〜１００℃程度に維持し、さらに吸引支持することにより、矯正治具により矯正された状態を維持しやすい。

本発明の他の態様の１つは、ワークに導電性ボールを搭載するための複数の開口を備えたマスクと、ワークの少なくとも下面側を支持し、ワークのマスクに対する位置を制御する移動体であって、ワークを加熱する機構を含み、ワークを加熱した状態でマスクの下面に対峙させる移動体と、マスクの上面に沿って移動し、マスクの複数の開口のそれぞれに導電性ボールを充填する充填ヘッドと、充填ヘッドの移動経路を避けた位置からマスクを冷却する装置とを含むボール搭載装置である。このボール搭載装置においては、充填ヘッドの移動経路と干渉しないようにマスクを冷却する装置を設けているので、移動体によりワークを加熱しつつ、冷却する装置によりマスクを冷却しながら、充填ヘッドを移動させてマスクの開口に導電性ボールを充填できる。したがって、ワークの反りを矯正し、マスクのゆがみの発生を抑制しながら導電性ボールをワークに搭載でき、迷いボールやダブルボールの発生を抑制できる。

冷却する装置は、マスクの下面に向けて送風するファンを含むことが望ましい。また、移動体は、ワークを吸引支持する機能を含むことが望ましい。さらに、ボール搭載装置は、移動体に搭載されたワークの少なくとも一部を上方から移動体に加圧する反り矯正治具を含むことが望ましい。

ボール搭載装置の一例を示す斜視図。 保持テーブル（移動体）の概要を示す斜視図。 充填ヘッドの概要を示す断面図。 ボール搭載装置によりワークに導電性ボールを搭載する過程を示すフローチャート。 ワークを移動している状態を模式的に示す図。 ワークの反りを矯正する状態を模式的に示す図。 ワークとマスクとを位置合わせし、マスクの開口に導電性ボールを充填している状態を模式的に示す図。

図１に、ボール搭載装置（搭載装置、ボールマウントシステム、ボールマウンタ）１の概要を示している。ボール搭載装置１は、ワーク１００上の所定の位置にマスク１０を介して充填ヘッド５により導電性ボール（導電性微小粒子）を搭載するための装置である。マスク１０は、ワーク１００の所定の位置に導電性ボールを搭載するための複数の開口（開口パターン）１２を備えたテンプレートとして機能する。

ワーク（ワークピース）１００の典型的なものは、プリント配線板、半導体基板、積層型の半導体装置などである。積層型の半導体基板は、インターポーザにチップ（半導体集積回路装置）が搭載された状態でエポキシ樹脂などの適当なモールド樹脂により一体でパッケージングされたもの、コアレス基板にチップが搭載された状態でパッケージングされたもの、さらには、ＷＬＰなどを含む。以下の説明のワーク１００は積層型半導体装置であり、ワーク１００の表面（実装面）１０１には複数の電極１０２が所定のパターンで形成されており、ボール搭載装置１は、それらの複数の電極１０２の上に、その所定のパターンに合わせて導電性ボールを搭載する。

ワーク１００の電極１０２の上に搭載される導電性ボールは、電気的な接続を得るための電極（バンプ）として機能するものであり、その直径は、例えば１ｍｍ以下、具体的には、１０〜５００μｍ程度である。このような導電性ボールは、微小ボール、マイクロボール、微小粒子などと呼ばれることもある。導電性ボールには、半田ボール（銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）などを含む、主成分が錫（Ｓｎ）からなるボール）、金あるいは銀などの金属製のボール、セラミックス製のボールあるいはプラスチック製のボールに導電性のメッキなどの処理が施されたもの、さらに、光−電気変換に使用される球状シリコンボールなどが含まれる。近年、導電性ボールは直径１００μｍ程度あるいはそれ以下、たとえば、直径６０μｍの半田ボールである。

ワーク１００の片面または両面には複数の半導体チップが実装されており、ワーク１００の一方の面１０１には、それぞれの半導体チップに接続するための複数の電極１０２が、所定の区画１０３にマトリックス状（アレイ状）にグループ化して設けられている。したがって、マスク１０には、ワーク１００の電極の配置に対応した位置に複数の開口１２が、同様に複数のグループ（開口グループ）１３に分かれて形成されている。ワーク１００はボール搭載装置１により導電性ボールが搭載された後、リフロー炉などにより導電性ボールがワーク１００に固定される。ワーク１００が所定の構成を複数含む場合は、その後、ワーク１００が切断（ダイジング）され、半導体装置として提供される。

ボール搭載装置１は、ベース２０と、上述したような複数の開口１２を備えたマスク１０と、ベース２０に対してマスク１０を保持するためのフレーム２１と、ワーク１００を搭載し、ワーク１００の位置決めをするための移動ステージ３０と、マスク１０の上面１１に沿って導電性ボールを移動してマスク１０の複数の開口１２のそれぞれに導電性ボールを充填する（振り込む）充填ヘッド５と、マスク１０に設けられたマスク側の基準マーク１５ａおよび１５ｂ、さらに、ワーク１００に設けられたワーク側の基準マーク１０５ａおよび１０５ｂを観察する観察用カメラ５０ａおよび５０ｂと、マスク１０を冷却する冷却装置（ファン）６０と、移動ステージ３０の保持テーブル（支持台、移動体）３１に搭載されたワーク１００の反りを矯正する矯正治具７０とを含む。

図１では、冷却装置６０および矯正治具７０を見やすいようにマスク１０の外側に記載しているが、このボール搭載装置１においては、冷却装置６０および矯正治具７０はマスク１０の下側に位置するようにフレーム２１に固定されている（図５〜７を参照）。矯正治具７０は板状で、マトリクス状に配置された複数の電極１０２を避けてワーク１００を上方から加圧できるように複数の窓（開口）７１が設けられている。さらに、矯正治具７０は、以下で説明するように、観察用カメラ５０ａおよび５０ｂによりワーク１００の基準マーク１０５ａおよび１０５ｂをそれぞれ観察できるように、観察用窓７７ａおよび７７ｂを備えている。

冷却装置（送風装置）６０は、冷却用の空気６５をマスク１０の下側からマスク１０の下側（下面）１４に向けて供給するように配置されている。冷却装置６０は送風を行うファンであってもよく、ダクト、配管などの適当な供給路を用いて冷却用の空気６５または気体をマスク１０の下面１４に向けて放出する機構を備えた装置であってもよい。冷却装置６０は、マスク１０の下面１４でワーク１００を移動する移動ステージ３０、マスク１０の上面１１でマスク１０を用いてワーク１００に導電性ボールを搭載するために移動する充填ヘッド５、さらに、図１に記載していないがマスク１０の下面１４をクリーニングする機構などのボール搭載装置１の他の機構と干渉しない位置に配置される。すなわち、送風装置６０は、充填ヘッド５の移動経路などを避けた位置に配置され、その位置から空気をマスク１０に送る。

観察用カメラ５０ａおよび５０ｂは、マスク側の基準マーク１５ａおよび１５ｂと、ワーク側の基準マーク１０５ａおよび１０５ｂとをそれぞれ観察する。観察用カメラ５０ａは、ワーク側の基準マーク１０５ａを、矯正治具７０に設けられた観察用窓７７ａおよびマスク１０に設けられた観察用窓１７ａを介して観察する。観察用カメラ５０ｂは、ワーク側の基準マーク１０５ｂを、矯正治具７０に設けられた観察用窓７７ｂおよびマスク１０に設けられた観察用窓１７ｂを介して観察する。これらの観察用窓１７ａおよび１７ｂは、マスク１０の複数の開口１２から離れた位置に設けられている。また、矯正治具７０は、マスク１０の複数の開口１２またはマスク１０の開口１２の下側にセットされたときにワーク１００と干渉しないように配置されている。矯正治具７０をフレーム２１に対して水平方向に動くように取り付け、マスク１０の開口１２の下側にワーク１００をセットするときに矯正治具７０が退避できるようにしてもよい。

移動ステージ３０は、ワーク１００を搭載する保持テーブル（移動体）３１と、ベース２０に対する保持テーブル３１の高さ方向の位置を制御するＺテーブル３２と、ベース２０に対する保持テーブル３１のθ方向（水平方向）の角度（回転角度）を制御するためのθテーブル３３と、ベース２０に対する保持テーブル３１の前後方向（Ｙ方向）の位置を制御するためのＹテーブル３４と、ベース２０に対する保持テーブル３１の左右方向（Ｘ方向）の位置を制御するためのＸテーブル３５とを備えている。Ｚテーブル３２、θテーブル３３、Ｙテーブル３４およびＸテーブル３５は、それぞれ駆動用のモータを備えており、移動方法は、ボールねじなどの公知の方法およびメカニズムを使用できる。したがって、移動ステージ３０は、搭載したワーク１００の位置および水平方向の向きθをベース２０に対して自由に設定することができ、ワーク１００の位置決めをすることができる。

図２に、保持テーブル３１の一例を示している。保持テーブル３１は、ワーク１００の下側（裏面）１０４を支持し、移動ステージ３０によりワーク１００をベース２０に対して所定の位置に移動させる移動体である。この保持テーブル３１は、ワーク１００の裏面を吸着支持する吸引機構３６を含む。吸引機構３６は、吸引孔３６ａが内部に配置された吸引溝３６ｂと、吸引孔３６ａに接続された配管３６ｃとを含み、吸引配管３６ｃを不図示の真空ポンプにより接続することによりワーク１００を吸着支持できるようになっている。さらに、吸引機構３６は保持テーブル３１の表面３１ａに沿っていくつかの区画（区域）３６ｄに分割されており、ワーク１００を吸着支持から解放する際に、端の区画３６ｄから順番にワーク１００を解放することによりワーク１００に搭載された導電性ボールが移動するのを抑制できるようになっている。全ての区画３６ｄを同時に解放してもよい。

さらに、保持テーブル３１はワーク１００を加熱し、所定の温度で保持する加熱装置としての機能を含む。保持テーブル３１は、搭載されたワーク１００をほぼ一定の温度に加熱（加温）するために、アルミニウムまたは銅などの熱伝導度の高い部材で、適当な熱容量を確保できるサイズで形成されている。さらに、保持テーブル３１の長手方向に沿って１または複数のヒーター挿入孔３８を備え、それらの孔３８に電気ヒーター３７が挿入されている。

また、保持テーブル３１の表面３１ａに設けられた吸引機構３６は各区画３６ｄの中心から外側に放射状に広がるように形成された吸引用の溝３６ｂを備えている。したがって、溝３６ｂに沿ってワーク１００の下面を吸引することによりワーク１００の全体を吸引支持するとともに、溝３６ｂ以外の保持テーブル３１の表面３１ａとワーク１００とを密着させることにより、保持テーブル３１とワーク１００との接触面積を確保してワーク１００を全体的に均一な温度に維持できるようにしている。

保持テーブル３１により移動可能に支持されるワーク１００は、適当な位置に、位置決め用の２つの基準マーク１０５ａおよび１０５ｂを備えている。したがって、保持テーブル３１にワーク１００を搭載し、移動ステージ３０によりワーク１００をそれらの基準マーク１０５ａおよび１０５ｂが観察用カメラ５０ａおよび５０ｂにより観察できる位置に移動し、観察用カメラ５０ａおよび５０ｂによりワーク１００の基準マーク１０５ａおよび１０５ｂをそれぞれ認識することにより、移動ステージ３０の基準位置に対するワーク１００の位置（Ｘ、Ｙ）および姿勢（回転角）が判明する。いったん移動ステージ３０に対するワーク１００の相対的な位置および姿勢、すなわちＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の差分が判明すれば、移動ステージ３０のＸ方向、Ｙ方向およびθ方向を制御することによりワーク１００のＸ方向、Ｙ方向およびθ方向を自由に制御できる。

ワーク１００を位置合わせするマスク１０は薄板、たとえば、導電性ボールの直径（この例では６０μｍ）と同じ程度の厚みまたは直径より薄い金属製の薄板であり、周囲が補強材（図示略）で補強され、さらにマスクフレーム１９に固定されている。マスク１０は、ベース２０と一体になったベースフレーム２２に固定されたフレーム（マスクホルダー）２１に保持される。このため、マスク１０は、いったんマスクホルダー２１に取り付けられるとベース２０に対する位置（Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθ）は固定される。マスク１０には、ボール搭載（ボール充填）用の開口１２に加え、マスク１０の位置決め用の基準マーク（ターゲットマーク）１５ａおよび１５ｂを備えており、観察用カメラ５０ａおよび５０ｂにより基準マーク１５ａおよび１５ｂを観察することによりベース２０に対するマスク１０の位置が判明する。

図３に充填ヘッド５の一例を拡大して断面図により示している。この充填ヘッド（ボールディスペンサ）５は回転式であり、ディスク５ｄの円周に沿って適当なピッチで配置されたワイヤースキージ５ａをマスク１０に垂直な軸５ｓにより回転し、マスク１０の表面１１の限られた面積の区域（動区域）１８に導電性ボールＢを保持するものである。充填ヘッド５を回転させながら適当な方向、たとえば、長手方向（Ｘ方向）に移動することにより導電性ボールＢの集団を充填ヘッド５の下側に保持できる。このため、充填ヘッド５とともに動く動区域１８から導電性ボールＢが逃げないように導電性ボールＢを限られた範囲に保持しながら、導電性ボールＢをマスク１０の表面１１で移動できる。したがって、マスク１０の表面１１のうち、開口１２が設けられた限られた領域（面積）に導電性ボールＢを集中して管理でき、保持テーブル３１に搭載されマスク１０の下面１４の所定の位置に位置合わせされたワーク１００の電極１０２に効率よく導電性ボールＢを配置できる。

なお、充填ヘッド５は回転式に限定されず、スキージを振動させて導電性ボールＢを移動させるタイプ、マスク１０の上面１１の一部を覆うカップ状の部材を備えたタイプ、さらに、空気などの気体を用いて導電性ボールＢの動きを制御するタイプなどであってもよい。

ボール搭載装置１は、さらに、移動ステージ３０、充填ヘッド５、カメラ５０ａおよび５０ｂ、さらに、ファン６０などを制御する制御ユニット８０を有する。制御ユニット８０はＣＰＵおよびメモリを含み、ワーク１００を製造する際に、ボール搭載装置１によりワーク１００に導電性ボールを搭載する処理を、プログラムを用いて制御することが可能である。制御ユニット８０は、ワーク１００を保持テーブル３１に搭載し、ワーク１００を移動ステージ３０によりマスク１０の下側の所定の位置へ移動する機能８１と、保持テーブル３１のヒーター３７により保持テーブル３１および保持テーブル３１に搭載されたワーク１００の温度を制御する機能８２と、保持テーブル３１に搭載されたワーク１００の反り矯正を行う機能８３と、カメラ５０ａおよび５０ｂを用いて保持テーブル３１に搭載されたワーク１００の位置を確認する機能８４と、充填ヘッド５を用いて導電性ボールＢをマスク１０の開口１２に充填する機能８５とを含む。充填する機能８５は、保持テーブル３１のヒーター３７を用いてワーク１００を加熱しながらマスク１０の下面１４に対峙させ、さらに、冷却装置６０によりマスク１０を冷却しながら、マスク１０の上面１１に沿って充填ヘッド５を移動してマスク１０の複数の開口１２のそれぞれに導電性ボールＢを充填する。

図４に、ボール搭載装置１を用いてワーク１００に導電性ボールＢを搭載し、ワーク１００を製造する工程を示している。また、図５ないし図７に幾つかの工程におけるボール搭載装置１の動きを示している。

まず、ステップ９１において、図５に示すように、移動を制御する機能８１により保持テーブル３１にワーク１００を搭載し、保持テーブル３１によりワーク１００の下面１０４を支持しながら移動ステージ３０によりマスク１０の下側の矯正治具７０の下側へワーク１００を移動する。ボール搭載装置１がワーク１００の電極１０２にフラックスを塗布する装置とともにワーク１００を製造するシステムに組み込まれている場合は、移動ステージ３０は塗布装置よりワーク１００を受け取る。また、ボール搭載装置１が単独で処理を行うシステムであれば、ワーク１００を搬送または運搬するラインあるいはボックスから、ロボットなどによりワーク１００をピックアップして移動ステージ３０の保持テーブル３１に搭載する。

温度制御する機能８２は、保持テーブル３１に内蔵されたヒーター３７によりワーク１００を加熱し、ワーク１００の温度を５０〜１００℃に維持する。ガラスエポキシ樹脂製などのインターポーザに半導体チップが積層されたワーク（プリモールドワーク）１００は、さまざまな要因により反りが発生する。さらに、上述したコアレス基板あるいは基板レスのパッケージングが採用されたワーク１００は反りを含むものである。ワーク１００の反りはワーク１００を加熱することによりある程度矯正できる。たとえば、ワーク１００に含まれる素材のガラス転移温度近傍まで加熱したり、リフローの際にワーク１００が加熱される温度、たとえば、２００〜２４０℃程度まで加熱することによりワーク１００の反りを矯正できる。しかしながら、ワーク１００を構成するエポキシ樹脂などのモールド樹脂のガラス転移温度（１６０〜１７０℃）を超えることは推奨されず、さらに、１２０℃を超えるとワーク１００の電極１０２に予め塗布されているフラックスが軟化して導電性ボールＢの搭載に障害が発生する可能性がある。したがって、ボール搭載中のワーク１００の温度は１２０℃以下に維持することが好ましく、１００℃以下に保持することがさらに好ましい。

一方、１００℃以下であるとワーク１００を構成するインターポーザおよびチップなどの部材はある程度軟化するが、ワーク１００の反りが自律的に矯正されることは少なく、ワーク１００を保持テーブル３１に吸着する程度の力でワーク１００の反りを矯正することは容易ではない。

したがって、このボール搭載装置１においては、図４のステップ９２において、反り矯正機能８３が、図６に示すように、保持テーブル３１に搭載されたワーク１００を上記の温度に加熱しながら、板状で剛性の高い矯正治具７０に押し付ける。ワーク１００は矯正治具７０により上方から加圧されるので、ワーク１００の反りが機械的に矯正される。さらに、反りが矯正されたワーク１００を加熱しながら、ワーク１００の下側を保持テーブル３１の吸引機構３６により吸引支持することにより、反りが矯正された状態にワーク１００を維持できる。

このボール搭載装置１では、矯正治具７０は、マスク１０の下側でマスク１０の下面１４から若干の距離を隔てて対峙するように配置されている。本例の矯正治具７０は、アルミニウムなどの金属製であり、図１に示すように、ワーク１００の電極１０２が配置された区画１０３を避けてワーク１００を加圧できるように開口７１が設けられている。したがって、矯正治具７０によりワーク１００を加圧しても、ワーク１００の電極１０２が傷ついたり、電極１０２に予め塗布されているフラックスの形状が損なわれたりすることはない。

次に、図４のステップ９３において、位置を確認する機能８４が、図６に示すように、左右の観察用カメラ５０ａおよび５０ｂを用いて、反りが矯正されたワーク１００の位置を確認する。矯正治具７０は、その観察用窓７７ａおよび７７ｂがマスク１０の観察用窓１７ａおよび１７ｂとそれぞれ一致するように配置されており、このステップ９３においては、カメラ５０ａおよび５０ｂにより基準マーク１０５ａおよび１０５ｂの画像をマスク１０の観察用窓１７ａおよび１７ｂ、および矯正治具７０の観察用窓７７ａおよび７７ｂを介して取得する。

観察用カメラ５０ａおよび５０ｂはそれぞれ、図１に示すように、ベース２０と一体になったベースフレーム２２にＸＹＺテーブル５１を介して取り付けられており、マスク１０の上方をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に動くように配置されている。したがって、ＸＹＺテーブル５１により左右の観察用カメラ５０ａおよび５０ｂを、マスク１０に設けられたマスク側の左右の基準マーク１５ａおよび１５ｂが上から見える位置へ移動し、左右の基準マーク１５ａおよび１５ｂの画像を取得することによりベースフレーム２２に対するマスク１０の位置（ＸおよびＹ方向の相対的な位置、あるいは差分）および向き（θ方向の相対的な角度、あるいは差分）を確認できる。マスク１０の位置確認は、マスクホルダー２１にマスク１０を取り付けたときに行えばよく、その後、適当なインターバルで、マスク１０の位置および向きを確認するために行ってもよい。

このステップ９３においては、図６に示すように、ＸＹＺテーブル５１により左右の観察用カメラ５０ａおよび５０ｂをワーク１００の基準マーク１０５ａおよび１０５ｂが見える位置、すなわち、マスク１０の観察用窓１７ａおよび１７ｂの上に動かし、移動ステージ３０に対するワーク１００の位置（ＸおよびＹ方向の相対的な位置、あるいは差分）および向き（θ方向の相対的な角度、あるいは差分）を確認する。図６には、一方の基準マーク１０５ａを観察用窓７７ａおよび１７ａを介してカメラ５０ａにより取得する状態を示している。移動ステージ３０の位置（移動量）とベースフレーム２２との関係は予め分かっているので、このステップ９３により、マスク１０の位置および方向とワーク１００の位置および方向との関係が判明し、移動ステージ３０により、ワーク１００をマスク１０に対し、任意の位置および向きとなるように精度よく移動できる。

なお、矯正治具７０に観察用窓７７ａおよび７７ｂを設ける代わりに、ワーク１００の基準マーク１０５ａおよび１０５ｂの画像をマスク１０の観察用窓１７ａおよび１７ｂを介して取得する際に、矯正治具７０をマスク１０の観察用窓１７ａおよび１７ｂと干渉しない位置に退避させてもよい。また、このステップ９３は、矯正治具７０によりワーク１００の反りを矯正しているときに行ってもよく、矯正した後、矯正治具７０からワーク１００を離した状態で行ってもよい。また、ステップ９３は、移動ステージ３０により新しいワーク１００がマスク１０の下側に搬送される都度行われる。

ワーク１００の位置確認が終了すると、図４のステップ９４において、移動を制御する機能８１により、ワーク１００をマスク１０の開口１２の下の導電性ボールＢを搭載する位置に移動し、マスク１０とワーク１００とを位置合わせする。ワーク１００の上面１０１はマスク１０の下面１４に密着するか、または、ワーク１００の上面１０１とマスク１０の下面１４との隙間が導電性ボールＢが流出しない程度、たとえば、数μｍから数１０μｍになるようにセットされる。

ワーク１００の位置確認をマスク１０の下側で行うことにより、位置確認のステップ９３から位置決めのステップ９４の間にワーク１００の移動する距離が短縮される。また、ワーク１００の位置確認とマスク１０の位置確認とに同じ観察用カメラ５０ａおよび５０ｂを使用できるのでワーク１００の位置精度が向上し、ステップ９４においてマスク１０に対するワーク１００の位置をさらに精度よく決定できる。この方法により、位置合わせ誤差を確実に数μｍ（例えば５μｍ）以下にすることができる。

次に、図４のステップ９５において、図７に示すように、充填する機能８５により、充填ヘッド５をマスク１０の上面１１に沿って移動し、マスク１０の開口１２に導電性ボールＢを充填する。この導電性ボールＢを充填する処理（ステップ９５）は、ワーク１００を保持テーブル３１のヒーター３７で加熱しながら、ワーク１００を保持テーブル３１に吸着支持した状態で行われる。さらに、この処理はマスク１０を冷却装置６０により冷却しながら行われる。保持テーブル３１に温度を管理するために熱電対などの温度センサーを内蔵し、温度制御する機能８２により保持テーブル３１の温度を管理してもよい。保持テーブル３１の熱容量をワーク１００などの熱容量に対して十分に大きくすることにより、ワーク１００の有無、あるいはワーク１００がマスク１０に接しているか否かにかかわらず、ワーク１００の温度を適当な範囲に保持することも可能である。

導電性ボールＢを配列するためのマスク１０は厚みが導電性ボールＢの直径以下、たとえば５０μｍ程度であり、典型的にはＮｉ−Ｃｏ合金などによる電着金属を用いて形成される。極薄いマスク１０は、常温においてワーク１００の表面１０１に密着するように調整されているが、周囲より温度が高いワーク１００が密着したり、ワーク１００が接近すると、ワーク１００からの熱を受けて温度が上がり、マスク１０の温度分布が変わることにより変形する可能性がある。また、マスク１０は、導電性ボールＢを振り込むようにパターン化された複数の開口１２を含み、場所により厚みや形状が異なるので温度分布が発生して変形する可能性がある。そして、マスク１０が撓んだり、歪んだりすると、ワーク１００の反りを矯正してもワーク１００とマスク１０との間に導電性ボールＢが入り込む隙間が発生する可能性がある。

このボール搭載装置１においては、冷却装置６０によりマスク１０を冷却しながら導電性ボールＢの充填を行うことにより、マスク１０の歪みや撓みの発生を抑制できる。このため、ワーク１００を加熱しながらマスク１０に密着させたり、マスク１０に接近させても、迷いボールやダブルボールという充填ミスの発生を抑制できる。マスク１０に熱電対などの温度センサーを取り付け、マスク１０の温度を監視しながら冷却装置６０の冷却能力を制御してもよい。マスク１０に熱源となるワーク１００が接近したときに冷却装置６０がマスク１０の冷却を開始してもよい。また、冷却装置６０により温度管理された空気をマスク１０に吹き付け、定常的にマスク１０の温度が一定になるように管理してもよい。

さらに、このボール搭載装置１においては、冷却装置６０によりマスク１０の下面１４に冷却用の空気６５を吹き付けることによりマスク１０を冷却する。導電性ボールＢを充填する工程（ステップ９５）においては、マスク１０の開口１２はワーク１００により塞がれている。このため、マスク１０の下面１４に空気６５を吹き付けても、マスク１０の上面１１に供給される導電性ボールＢへの空気６５の影響は防止できる。また、マスク１０の開口１２に充填された導電性ボールＢに対する空気６５の影響も防止できる。したがって、マスク１０を冷却するのに十分な風量の空気６５を冷却装置６０からマスク１０に供給できる。マスク１０は上述したように十分に薄いので、マスク１０の下面１４を冷却することによりマスク１０の全体の温度上昇を抑制でき、マスク１０がワーク１００により部分的に加熱されることによる歪みや撓みを抑制できる。

このボール搭載装置１の充填ヘッド５は図３に示したように回転型であり、回転するスキージ５ａの内部の動区画１８に導電性ボールＢが保持される。したがって、マスク１０の下面１４に加えて、または下面１４の代わりに、マスク１０の上面１１に冷却用の空気６５を吹き付けてマスク１０を冷却することが可能である。一方、充填ヘッド５は、導電性ボールＢを保持しながらマスク１０の複数の開口１２が設けられた区画１３の全体を移動する。したがって、冷却用の空気６５を供給する冷却装置６０、たとえば、ファンおよび／またはダクトは、充填ヘッド５の移動経路を避けて配置される。冷却装置６０をマスク１０の下側に配置し、マスク１０の下面１４に冷却用空気を供給する構成は、充填ヘッド５との干渉を未然に防止できるので、好適な実施例の１つである。

マスク１０の開口１２に充填された導電性ボールＢは、マスク１０をテンプレートとしてワーク１００の電極１０２の上に搭載され、移動ステージ３０によりワーク１００をマスク１０から離すと、それぞれの電極１０２の上に導電性ボールＢが配置されたワーク１００を得ることができる。したがって、リフローなどの処理を行い、ワーク１００に導電性ボールＢを固定することにより導電性ボールＢが配置されたワーク１００を製造できる。

このように、このボール搭載装置１においては、ワーク１００を加熱し、いったん矯正治具７０により反りを矯正した後、保持テーブル３１でワーク１００を加熱しながら吸着支持する。したがって、ワーク１００をフラックスなどに大きな影響を与えない適当な温度、たとえば１２０℃以下、望ましくは１００℃以下まで加熱することによりワーク１００の反りを矯正でき、矯正された状態を維持できる。その後、保持テーブル３１でワーク１００を加熱しながら、また、吸引支持しながらマスク１０と位置合わせし、さらにマスク１０を冷却しながら導電性ボールＢをワーク１００に搭載する。したがって、ワーク１００が加熱されていることによるマスク１０への熱影響を抑制でき、マスク１０の歪みや撓みによる不具合を未然に防止できる。このため、積層型半導体などの比較的反りが発生しやすいワーク１００に対しても、１００μｍ以下という微細な導電性ボールＢを精度よく搭載でき、信頼性の高いワーク１００を製造できる。

なお、上記のボール搭載装置１は、移動ステージ３０によりＸＹＺ方向に移動可能となった保持テーブル３１を移動体としてワーク１００を支持しているが、ベルトコンベアーなどの移動システムによりワーク１００をマスク１０の下側に搬送し、マスク１０の下側を移動する移動体でワーク１００を移動する装置であってもよい。移動体の形状は図２に示したプレート状のものに限定されず、ワーク１００を受けるように凹部が形成されたものであってもよく、また、移動体にワーク１００をロード・アンロードするためのベルトやプーリーなどを備えているものであってもよい。

１ ボール搭載装置、
１０ マスク、 １２ 開口
３０ 移動ステージ、 ３１ 保持テーブル（移動体）
６０ 冷却装置、 ７０ 矯正治具
１００ ワーク

Claims (8)

1. 導電性ボールを搭載するための複数の開口を備えたマスクを介してワークに導電性ボールを搭載することを含む方法であって、
   前記搭載することは、ワークの少なくとも下面側を支持する移動体であって、前記ワークを加熱する機構を含む移動体により前記ワークを加熱しながら前記マスクの下面に対峙させ、さらに、冷却装置により前記マスクを冷却しながら、前記マスクの上面に沿って充填ヘッドを移動して前記マスクの前記複数の開口のそれぞれに導電性ボールを充填することを含む、方法。
2. 請求項１において、前記充填することは、前記冷却装置により前記マスクの下面に送風することを含む、方法。
3. 請求項１または２において、前記充填することは、前記移動体により前記ワークを吸引支持することを含む、方法。
4. 請求項３において、前記充填することの前に、前記移動体に搭載された前記ワークを加熱しながら、前記ワークの少なくとも一部を上方から矯正治具により加圧して前記ワークの反りを矯正することを含む、方法。
5. ワークに導電性ボールを搭載するための複数の開口を備えたマスクと、
   前記ワークの少なくとも下面側を支持し、前記ワークの前記マスクに対する位置を制御する移動体であって、前記ワークを加熱する機構を含み、前記ワークを加熱した状態で前記マスクの下面に対峙させる移動体と、
   前記マスクの上面に沿って移動し、前記マスクの前記複数の開口のそれぞれに導電性ボールを充填する充填ヘッドと、
   前記充填ヘッドの移動経路を避けた位置から前記マスクを冷却する装置とを含むボール搭載装置。
6. 請求項５において、前記冷却する装置は、前記マスクの下面に向けて送風するファンを含む、ボール搭載装置。
7. 請求項５または６において、前記移動体は、前記ワークを吸引支持する機能を含む、ボール搭載装置。
8. 請求項６において、前記移動体に搭載された前記ワークの少なくとも一部を上方から加圧する反り矯正治具を含む、ボール搭載装置。

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