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KR101010155B1 - 실장 방법 및 실장 장치 - Google Patents

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KR101010155B1
KR101010155B1 KR1020047017137A KR20047017137A KR101010155B1 KR 101010155 B1 KR101010155 B1 KR 101010155B1 KR 1020047017137 A KR1020047017137 A KR 1020047017137A KR 20047017137 A KR20047017137 A KR 20047017137A KR 101010155 B1 KR101010155 B1 KR 101010155B1
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KR
South Korea
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joined
holding means
local chamber
movable wall
local
Prior art date
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KR1020047017137A
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English (en)
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야마우찌아끼라
데라다가쯔미
나라바사또루
하레다까시
Original Assignee
토레이 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드
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Filing date
Publication date
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Abstract

피접합물끼리를 위치 맞춤한 후, 주위에 위치하는 가동벽을 한 쪽 피접합물 보유 지지 수단에 접촉할 때까지 이동시켜 국부적인 밀폐 공간을 갖는 로컬 챔버를 형성하는 동시에 상기 챔버 내에 양피접합물을 폐입하고, 상기 챔버 내를 감압하는 공정 후, 챔버의 용적을 축소하는 방향으로 피접합물 보유 지지 수단을 이동하는 동시에 그것에 추종시키고 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합하는 실장 방법 및 실장 장치이다. 접합부와 그 주변을 주위로부터 국부적으로 효율 좋게 밀폐할 수 있고, 또한 접합시에도 그 밀폐 상태를 유지하면서 접합 동작으로 연동하여 밀폐 공간의 형상을 적절하게 가변시키는 로컬 챔버를 형성할 수 있으므로, 소형의 장치에서 쉽게 소망의 실장을 행할 수 있다.
실장 장치, 가동벽, 로컬 챔버, 피접합물, 밀봉재

Description

실장 방법 및 실장 장치{MOUNTING METHOD AND MOUNTING DEVICE}
본 발명은, 칩이나 기판 등으로 이루어지는 피접합물끼리를 접합하는 실장 방법 및 실장 장치에 관한 것으로, 특히 접합부를 주위로부터 국부적으로 밀폐하는 가동벽을 가진 로컬 챔버 구조를 형성하여 실장하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
피접합물끼리의 접합, 예를 들어 칩을 페이스 다운의 형으로 기판에 근접시키고, 칩과 기판의 전극끼리 압착하여(필요에 따라서 가열을 수반함) 양 피접합물을 접합하도록 한 실장 방법은 잘 알려져 있다. 또한, 이 실장시에 챔버로 실장부를 둘러싸 실질적으로 밀폐하고, 챔버 내를 특수한 분위기로 하여 각종 처리를 행한 후, 혹은 챔버 내를 감압하여 소정의 진공 상태로 한 후, 실장을 행하는 방법도 알려져 있다.
그런데, 종래, 상기와 같은 챔버 구조를 채용하는 경우, 내부를 감압하는 챔버의 실질적으로 전체를 강체 구조로 하고 있고, 이 챔버 내에서 실장을 행하기 위해, 실장 장치의 전체, 혹은 그 대부분을 챔버로 덮는 구조로 되어 있었다. 그로 인해, 챔버를 포함하는 장치 전체가 대규모인 것이 되어 장치의 대형화나 비용 증가를 초래하게 되는 문제를 갖고 있다. 또한, 챔버 내용적이 커지기 때문에 소정의 진공도로 감압하거나, 특수 가스로 치환하거나 하는 데 시간을 필요로 하는 동 시에, 고진공도의 달성이 곤란해지는 경우가 생기게 되는 문제도 있다.
그래서, 본 발명의 목적은 접합부와 그 주변을 주위로부터 국부적으로 효율적으로 밀폐 가능하고, 또한 접합시에도 그 밀폐 상태를 유지하면서 접합 동작에 연동하여 밀폐 공간의 형상을 적절하게 가변할 수 있는 로컬 챔버 구조를 제공하고, 그것을 이용하여 소정의 진공도나 특수 가스 분위기 등을 소형의 장치로 신속하고 또한 용이하게 달성할 수 있도록 하고, 그것에 의해 각종 요구 처리 조건이나 실장 조건을 용이하고 또한 저렴하게 만족시킬 수 있도록 한 실장 방법 및 실장 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 실장 방법은 간격을 갖고 마주 대하는 양 피접합물의 상대 위치 맞춤을 행한 후, 양 피접합물의 주위에 위치하는 가동벽을 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단에 접촉할 때까지 이동시켜 국부적인 밀폐 공간을 갖는 로컬 챔버 구조를 형성하는 동시에 상기 로컬 챔버 내에 양 피접합물을 폐입하고, 상기 로컬 챔버 내를 감압하여 소정의 진공 상태로 하는 공정을 경유한 후, 상기 로컬 챔버의 용적을 축소하는 방향으로 상기 피접합물 보유 지지 수단을 이동하는 동시에 피접합물 보유 지지 수단에 추종시켜서 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다.
본 실장 방법에서는 상기 소정의 진공 상태로 하는 공정을 경유한 후, 직접 접합을 수반하는 실장 공정으로 들어가는 것도 가능하지만, 실장 공정으로 들어가기 전에 각종 처리 공정이나, 각종 조건을 구비하는 공정을 개재시킬 수도 있다.
예를 들어, 상기 실장 방법에 있어서는 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압한 후, 로컬 챔버 내에서 에너지파 혹은 에너지 입자에 의해 피접합물의 접합면을 세정하고, 그 후에 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합할 수 있다.
이 경우, 상기 에너지파 혹은 에너지 입자에 의한 세정을 상기 소정의 진공 상태 하에서 행할 수 있다. 또한, 에너지파 혹은 에너지 입자에 의한 세정을, 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압하여 행하고, 세정 후 접합 전에 로컬 챔버 내를 대기압의 불활성 가스 또는 비산화 가스로 치환할 수도 있다. 에너지파 혹은 에너지 입자로서는, 플라즈마, 이온 빔, 원자 빔, 래디컬 빔, 레이저 등을 이용할 수 있지만, 그 중에서도 취급의 용이함, 장치의 비용이나 구조의 간이성의 면으로부터 플라즈마를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실장 방법에 있어서는 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압하기 전 또는 후에 한 쪽 피접합물의 접합면에 밀봉재를 도포하고, 상기 밀봉재를 도포한 상태이고 또한 상기 소정의 진공 상태 하에서 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물의 접합부를 상기 밀봉재 중에서 압착하여 접합할 수도 있다. 밀봉재로서는, 예를 들어 비도전성 접착제(페이스트 및 필름의 양 형태를 포함함) 또는 이방 도전성 접착제(페이스트 및 필름의 양 형태를 포함함)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 실장 방법에 있어서는 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압한 후에 상기 로컬 챔버 내를 특정한 가스 분위기로 하고, 그 가스 분위기 하에서 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합할 수도 있다. 이 경우, 로컬 챔버 내를 대기압의 특정한 가스 분위기로 할 수도 있다. 특정한 가스로서는 불활성 가스(예를 들어, 아르곤 가스), 비산화 가스(예를 들어, 질소 가스), 환원 가스(예를 들어, 수소 가스), 치환 가스(예를 들어, 불소기 치환용 가스) 등 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 땜납 범프에 의한 가열 접합을 행하는 경우, 질소 가스로 치환한 환경 하에서 무플랙스의 접합을 행할 수 있다.
또한, 상기 실장 방법에 있어서는 상기 가동벽의 작동력을 그 때의 동작에 따라서 적절한 힘으로 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 소정의 진공 상태로 하는 공정에 있어서는 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력에 의해 로컬 챔버 내를 외부에 대해 밀봉함으로써 확실하게 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 할 수 있다.
또한, 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동할 때, 로컬 챔버 내압에 의해 상기 피접합물 보유 지지 수단에 작용하는 힘과, 상기 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력을 실질적으로 밸런스시킴으르써 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 가동벽의 이동에 필요로 하는 힘을 낮게 억제하는 것이 가능해져 보다 원활한 동작이 가능해진다.
또한, 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 가동벽을 이동하고, 또한 한 쪽 피접합물을 다른 쪽 피접합물에 대해 가압할 때, 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력을 저하시키고, 로컬 챔버 내압을 이용하여 가압하도록 할 수 도 있다. 예를 들어 상측의 피접합물을 외팔보 지시 구조의 헤드로 보유 지지하는 경우, 헤드측으로부터 가압하는 방법에 비해 상기와 같은 방법에서는 헤드측 가압에 의한 모멘트가 걸리지 않도록 하는 것이 가능해져 고정밀도의 실장이 가능해진다. 따라서, 이와 같은 방식을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명에 관한 실장 장치는 간격을 갖고 마주 대하는 양 피접합물의 상대 위치 맞춤을 행한 후, 양 피접합물을 압착하여 접합하는 실장 장치에 있어서, 양 피접합물의 주위에 위치하여 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단에 접촉할 때까지 이동하여 내부에 양 피접합물을 폐입하는 국부적인 밀폐 공간을 갖는 로컬 챔버 구조를 형성하는 것이 가능하고, 또한 상기 피접합물 보유 지지 수단의 이동에 추종하여 로컬 챔버의 용적을 축소하는 방향으로 이동 가능한 가동벽과, 상기 로컬 챔버 내를 감압하여 소정의 진공 상태로 하는 진공 흡입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것으로 이루어진다.
이 실장 장치에 있어서는 상기 가동벽을 이동시키기 위한 수단으로서 실린더 수단을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 실린더 수단에 있어서의 각 포트에의 공급압을 제어함으로써 가동벽을 용이하게 이동시킬 수 있는 동시에, 가동벽의 작동력을 용이하고 또한 정밀도 좋게 제어할 수 있게 된다. 이 가동벽의 선단부에는 탄성 변형 가능한 밀봉재가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 밀봉재에 의해 용이하게 가동벽의 선단부를 피접합물 보유 지지 수단에 밀착시킬 수 있고, 그것에 의해 로컬 챔버 내를 주위로부터 보다 확실하게 밀봉할 수 있게 된다. 또한, 칩과 기판의 평행도 조정이나 얼라이먼트 위치 조정을 행하는 경우에도 이 밀봉에 의한 탄성 변형에 의해 이들 조정분을 흡수할 수 있다.
또한, 이 실장 장치는 상기 로컬 챔버 내에서 에너지파 혹은 에너지 입자에 의해 피접합물의 접합면을 세정하는 수단을 가질 수 있다. 또한, 이 에너지파 혹은 에너지 입자에 의한 세정시 및/또는 세정 후에 상기 로컬 챔버 내를 불활성 가스 분위기 또는 비산화 가스 분위기로 하는 가스 공급 수단을 가질 수도 있다.
에너지파 혹은 에너지 입자는 전술한 바와 같이 플라즈마인 것이 바람직하고, 플라즈마를 이용하는 경우에는 양 피접합물 보유 지지 수단이 플라즈마 발생용 전극을 구비하고 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용이하게 로컬 챔버 내에서 소정의 플라즈마 세정을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실장 장치는 한 쪽의 피접합물의 접합면에 밀봉재를 도포하는 수단을 갖는 구성으로 할 수도 있다. 밀봉재로서는 비도전성 접착제 또는 이방 도전성 접착제를 이용할 수 있다.
또한, 상기 실장 장치는 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압한 후에 상기 로컬 챔버 내를 특정한 가스 분위기로 하는 특정 가스 공급 수단을 갖는 구성으로 할 수도 있다. 특정한 가스로서는, 전술한 바와 같이 불활성 가스, 비산화 가스, 환원 가스, 치환 가스 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 상기 실장 장치는 적어도 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단이 가열 수단을 구비한 구성으로 할 수도 있다. 가열을 수반하는 실장이 요구되는 경우, 이 가열 수단에 의해 접합부를 가열할 수 있다.
또한, 상기 실장 장치에 있어서는 적어도 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단 이 피접합물을 정전기적으로 보유 지지하는 정전 척 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 정전 척 수단은 진공 중에서도 정전 보유 지지력을 발휘할 수 있으므로, 로컬 챔버 내가 감압되었을 때에도 문제없이 피접합물의 보유 지지 상태를 유지할 수 있다. 이 보유 지지 수단으로서는, 후술의 도1에 도시한 바와 같이 정전 척, 플라즈마 전극, 히터의 3층의 전극 패턴을 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 관한 실장 방법 및 장치에 있어서는 가동벽을 이용하여 로컬 챔버 구조를 형성하므로, 마주 대하는 피접합물 부분만을 효율적으로, 국부적으로 밀폐하는 것이 가능해져 대형의 챔버를 사용하는 일이 없고, 따라서 장치 전체를 대형화하는 일 없이, 간단하고 또한 저렴하게 목표로 하는 진공 상태를 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 이 가동벽은 한 쪽 피접합물 보유 지지 수단의 이동에 추종하여 이동되고, 그것에 수반하여 로컬 챔버의 용적도 적절하게 축소되므로, 양 피접합물은 목표로 하는 분위기 조건으로 유지된 상태에서 압착되어 소정의 접합이 행해지게 된다. 그 결과, 소형의 장치이면서 효율적으로 신뢰성이 높은 접합 상태를 얻을 수 있어 신뢰성이 높은 실장을 행할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 실장 장치의 종단면도이다.
도2는 도1의 실장 장치를 이용하여 실시하는 본 발명의 제1 실시예에 관한 실장 방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
도3은 도1의 실장 장치를 이용하여 실시하는 본 발명의 제2 실시예에 관한 실장 방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
도4는 도1의 실장 장치를 이용하여 실시하는 본 발명의 제3 실시예에 관한 실장 방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
도5는 도1의 실장 장치를 이용하여 실시하는 본 발명의 제4 실시예에 관한 실장 방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
이하에 본 발명의 바람직한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 실장 장치(1)를 도시하고 있다. 도1에서는 간격을 갖고 마주 대하는 피접합물로서, 한 쪽은 칩(2)이고 다른 쪽은 기판(3)인 경우를 예시하고 있다. 칩(2) 상에는 복수의 범프(4)[도1에는 2개의 범프(4)를 도시하고 있음]가 설치되어 있고, 기판(3)에는 대응하는 패드(5)(예를 들어 전극 등)가 설치되어 있다. 칩(2)은 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단으로서의 칩 보유 지지 수단(6)에 보유 지지되어 있고, 기판(3)은 다른 쪽의 피접합물 보유 지지 수단으로서의 기판 보유 지지 수단(7)에 보유 지지되어 있다. 본 실시 형태에서는, 칩 보유 지지 수단(6)은 Z방향(상하 방향)으로 위치 조정할 수 있도록 되어 있고, 기판 보유 지지 수단(7)은 X, Y방향(수평 방향) 및/또는 회전 방향(θ방향)으로 위치 조정할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기에 있어서, 칩(2)이라 함은, 예를 들어 IC칩, 반도체칩, 광소자, 표면 실장 부품, 웨이퍼 등 종류나 크기에 관계없이 기판(3)과 접합시키는 측의 전부를 말한다. 범프(4)라 함은, 예를 들어, 땜납 범프, 스터드 범프 등 기판(3)에 설치된 패드(5)와 접합하는 모든 것을 말한다. 또한, 기판(3)이라 함은, 예를 들 어 수지 기판, 유리 기판, 필름 기판, 칩, 웨이퍼 등 종류나 크기에 관계없이 칩(2)과 접합되는 측의 전부를 말한다. 패드(5)라 함은, 예를 들어 전기 배선을 수반하는 전극, 전기 배선에 연결되어 있지 않은 더미 전극 등 칩(2)에 설치된 범프(4)와 접합하는 모든 것을 말한다.
또한, 본 실시 형태에서는 칩 보유 지지 수단(6)에 있어서 직접 칩(2)을 보유 지지하는 부분 및 기판 보유 지지 수단(7)에 있어서 직접 기판(3)을 보유 지지하는 부분은 전극 공구(8, 9)에 구성되어 있고, 각각 플라즈마 발생용 전극으로서 기능 가능하게 구성되어 있는 동시에, 히터가 내장되어 적어도 한 쪽의 전극 공구를 거쳐서 피접합물을 가열 가능하게 되어 있고, 또한 정전 척 수단을 구비하여 적어도 한 쪽의 피접합물을 정전기적으로 보유 지지할 수 있도록 되어 있다. 히터 및 정전 척 수단에 대해서는 도시를 생략하고 있지만, 모두 시판의 주지의 것을 채용할 수 있다. 도1에 있어서의 부호 10a는 기판 보유 지지 수단(7)측에 내장된 정전 척용 전극 단자, 11a는 플라즈마 전극용 단자, 12a는 히터용 단자를 각각 나타내고 있고, 전극 커넥터(13)를 거쳐서 급전되도록 되어 있다. 패턴으로서는 표층으로부터 정전 척, 플라즈마 전극, 히터로 되어 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 부호 10b는 칩 보유 지지 수단(6)측에 내장된 정전 척용의 전극 단자, 11b는 플라즈마 전극용 단자, 12b는 히터용 단자를 각각 나타내고 있다.
양 피접합물(2, 3)의 주위에는 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단[본 실시 형태에서는 칩 보유 지지 수단(6)]에 접촉할 때까지 이동하여 내부에 양 피접합물(2, 3)을 폐입하는 국부적인 밀폐 공간을 갖는 로컬 챔버 구조[도1에 2점쇄선으로 로컬 챔버(14)를 나타냄]를 형성하는 것이 가능하고, 또한 상기 접촉 상태에서 상기 피접합물 보유 지지 수단[본 실시 형태에서는 칩 보유 지지 수단(6)]의 이동에 추종하여 로컬 챔버(14)의 용적을 축소하는 방향(본 실시 형태에서는 하강 방향에의 이동)으로 이동 가능한 가동벽(15)이 설치되어 있다. 이 가동벽(15)은 통형의 강체벽 구조로 구성되어 있고, 가동벽 상승 포트(16), 가동벽 하강 포트(17) 및 내부 밀봉 기구(18)를 구비한 실린더 수단(19)에 의해 도1의 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 가동벽(15)의 선단부에는 탄성 변형 가능한 밀봉재(20)가 설치되어 있고, 상기 접촉 상태에서 로컬 챔버(14) 내부를 외부에 대해 보다 확실하게 밀봉, 밀폐할 수 있도록 되어 있다.
기판 보유 지지 수단(7)측에는 상기와 같이 형성되는 로컬 챔버(14)에 대해 상기 로컬 챔버(14) 내를 감압하여 소정의 진공 상태로 하는 진공 흡입 수단으로서의 진공 펌프(21)가 접속되어 있다. 로컬 챔버(14) 내의 공기 혹은 가스는 흡입로(22)를 통해 진공 펌프(21)에 의해 흡입된다. 또한, 이 흡입로(22)와는 별도로, 혹은 이 흡입로(22)와 겸용시켜 기판 보유 지지 수단(7)측에는 아르곤 가스(Ar 가스) 등의 특정한 가스를 로컬 챔버(14) 내에 공급하는 가스 공급로(23)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 실장 장치(1)를 이용하여 본 발명에 관한 실장 방법은 다음과 같은 각종 형태로 실시할 수 있다. 도2 내지 도5에 대표적인 형태를 나타낸다.
우선 도2에 나타내는 제1 실시예에 관한 실장 방법에서는 피접합물 세트 공 정에 있어서 칩 보유 지지 수단(6)측에 칩(2)을 보유 지지하고, 기판 보유 지지 수단(7)측에 기판(3)을 보유 지지한다. 다음에, 얼라이먼트 공정에서 양 피접합물(2, 3) 사이에 인식 수단(24)(예를 들어, 상하 2시야의 인식 수단)을 삽입하고, 위치 맞춤용 상하의 인식 마크를 판독하고, 그 판독 정보를 기초로 하여 기판 보유 지지 수단(7)을 X, Y방향, 또한 필요에 따라서 θ방향으로 조정하고, 양 피접합물(2, 3) 사이의 상대 위치를 소정의 정밀도 범위 내로 억제한다.
얼라이먼트 후, 가동벽 상승 포트(16)를 거쳐서 실린더 수단(19)에 가동벽(15)의 상승 이동을 위한 압력을 공급하고, 가동벽(15)의 선단부가 칩 보유 지지 수단(6)의 하면에 접촉할 때까지 가동벽(15)을 이동시키다. 이에 의해, 주위에 대해 실질적으로 밀폐된 로컬 챔버(14)가 형성되고, 양 피접합물(2, 3)이 이 국부적인 밀폐 공간 내에 폐입된다. 로컬 챔버(14)를 형성한 상태에서 흡입로(22)를 통해 진공 펌프(21)에 의해 흡입함으로써 로컬 챔버(14) 내가 감압되어(탈기됨) 소정의 진공 상태가 된다. 소정의 진공 상태로서는, 예를 들어 130 × 10－1 ㎩ 이하의 진공도가 된다. 칩(2)이나 기판(3)의 보유 지지에 정전 척을 사용하고 있으므로, 고진공도가 되어도 문제없이 피접합물의 보유 지지 상태가 유지된다. 또한, 이 이후, 이 진공도의 로컬 챔버(14)에 유지하는 경우에는, 가동벽(15)의 칩 보유 지지 수단(6)에의 접촉력을 적절한 크기로 보유 지지해 둠으로써 로컬 챔버(14) 내를 외부로부터 확실하게 밀봉하여 내부를 소정의 진공 상태로 유지할 수 있다.
다음에, 피접합물의 접합면을 에너지파 혹은 에너지 입자에 의해 세정한다. 이 세정은 상기한 고진공 상태 중에도 가능하지만, 본 실시 형태에서는 에너지파 혹은 에너지 입자로서 플라즈마를 이용하므로, 효율적으로 용이하게 플라즈마를 발생시키므로, 로컬 챔버(14) 내를 소정의 진공도로 감압한 후, 가스 공급로(23)를 거쳐서 로컬 챔버(14) 내에 필요량의 Ar 가스를 공급하고, 로컬 챔버(14) 내를 소정의 진공도를 유지하면서 Ar 가스 분위기로 한다.
이 상태에서, 로컬 챔버(14) 내에서 상하의 전극(전극 공구(8, 9)) 사이에서 플라즈마를 발생시키고, 발생한 플라즈마에 의해 피접합물의 접합면 상의 유기물이나 이물질을 불어내어 접합면을 세정한다. 이 세정에 의해, 접합면의 표면은 활성화된 상태가 된다. 이 Ar 가스 분위기 하에서의 플라즈마 세정에 있어서는 상하의 전극의 극성을 교대로 절환함으로써 플라즈마의 조사 방향을 교대로 절환할 수 있고, 칩(2)측 및 기판(3)측의 양 접합면의 세정을 효과적으로 행하는 것이 가능해진다.
다음에, 상기 플라즈마 세정에 의해 접합면의 표면이 활성화된 칩(2)과 기판(3)을 접합한다. 접합 공정에서는 칩 보유 지지 수단(6)을 하강시키고, 그것에 추종시켜 칩 보유 지지 수단(6)에 접촉하고 있는 가동벽(15)도 하강시키지만, 그 동안에 가동벽(15)은 항시 칩 보유 지지 수단(6)의 하면에 접촉된 상태로 유지되므로, 로컬 챔버(14)의 용적은 축소되지만, 로컬 챔버(14) 내의 밀폐 상태는 그대로 양호하게 유지된다. 단, 이 때, 로컬 챔버(14)의 내압(진공압)에 의해 칩 보유 지지 수단(6)에 작용하는 힘[칩 보유 지지 수단(6)을 하강시키고자 하는 힘]과, 가동벽(15)의 칩 보유 지지 수단(6)에의 접촉력을 일정 관계가 되도록 제어하면 칩 보유 지지 수단(6)의 하강력을 작게 억제하는 것이 가능해지고, 또한, 칩(2)과 기판(3)이 접촉한 후의 칩 보유 지지 수단(6)에 의한 접합을 위한 가압력의 제어가 용이해진다.
또한, 로컬 챔버(14)의 내압(진공압)에 의해 칩 보유 지지 수단(6)에 작용하는 힘[칩 보유 지지 수단(6)을 하강시키고자 하는 힘]과, 가동벽(15)의 칩 보유 지지 수단(6)에의 접촉력을 실질적으로 밸런스시키도록 하면 헤드가 외팔보 지지 구조인 경우에는 모멘트가 발생하지 않고, 평행도, 위치 정밀도상에서 유리하다. 여기서,「실질적으로 밸런스시킨다」라 함은, 상하 방향에 다소의 차가 있어도 헤드 승강축은 보유 지지할 수 있으므로 지장이 없다는 것이다. 또한, 밸런스시킨 상태라도 접촉력에 변화가 없으므로, 확실한 밀봉 상태는 그대로 유지할 수 있다.
칩(2)의 범프(4)와 기판(3)의 패드(5)가 접촉되어 접합되지만, 양 표면이 상기 플라즈마 세정에 의해 활성화되어 있고, 또한 접합면으로부터 유기물이나 산화물이 제거된 상태로 되어 있으므로, 진공 중에서의 상온 접합이 가능해진다.
도3은 제2 실시예에 관한 실장 방법을 나타내고 있다. 본 실시예에 있어서, 피접합물 세트로부터 Ar 가스 분위기 하에서의 전극 절환을 수반하는 플라즈마 세정까지의 공정은 실질적으로 도2에 나타낸 제1 실시예와 동일하다. 본 제2 실시예에 있어서는 소정의 진공 하에서 Ar 가스 분위기 하에서의 전극 절환을 수반하는 플라즈마 세정을 행한 후, 로컬 챔버(14) 내에 가스 공급로(23)를 거쳐서 더욱 Ar 가스를 공급하고, 로컬 챔버(14) 내를 대기압의 Ar 가스(대기압의 불활성 가스)로 치환한다. 또한, 그것에 수반하는 챔버벽 상승 포트의 압력도 밀봉을 유지할 수 있을 정도로 하강시킨다.
그리고, 대기압의 Ar 가스 분위기 상태에서 칩 보유 지지 수단(6)을 하강시키고, 또한 그것에 추종시켜 칩 보유 지지 수단(6)에 접촉하고 있는 가동벽(15)도 하강시키고, 칩(2)의 범프(4)와 기판(3)의 패드(5)를 압착하여 접합한다. 전술한 진공 중에서는, 챔버벽 밀봉부에서는 압력이 가해져 있고, 상하 보유 지지 수단에 미묘한 기울기가 있는 경우에는 모멘트가 발생하여 수㎛ 오더에서의 실장 위치 어긋남의 가능성이 있다. 그러나, 대기압으로 복귀시킨 후 실장을 행하면, 모멘트는 발생하지 않아 보다 고정밀도인 실장을 행할 수 있다. 이 때 본 실시예에 있어서는, 또한 가열을 수반하여 접합한다. 가열은 전술한 내장 히터에 의해 행할 수 있다. 이 접합 공정에 있어서는 칩(2)과 기판(3)의 접합면은 선행 공정에서 Ar 가스 분위기 하 플라즈마 세정에 의해 표면이 활성화되어 있으므로, 비교적 저온의 가열로 원하는 접합을 행할 수 있다. 즉, 칩(2)의 범프(4)와 기판(3)의 패드(5)와의 소정의 금속 접합을 저온 가열로 달성할 수 있다.
도4는 제3 실시예에 관한 실장 방법을 나타내고 있다. 본 실시예에 있어서는 피접합물 세트의 단계에서, 혹은 얼라이먼트 후의 단계에서 한 쪽의 피접합물[본 실시예에서는 기판(3)]의 접합면에 밀봉재(31)[본 실시예에서는 비도전성 접착제〔이하, NCP(Non-Conductive Paste)라 약칭하는 경우도 있음〕)를 도포하고, 얼라이먼트 후에 가동벽(15)을 상승시켜 로컬 챔버(14)를 형성하여 그 내부를 진공화한다. 우선 이 단계에서 접착제에 포함되는 에어는 탈포된다. 로컬 챔버(14) 내를 소정의 진공 상태로 하여 칩 보유 지지 수단(6) 및 가동벽(15)을 하강시켜 칩(2)의 범프(4)를 기판(3)의 패드(5)에 압착시킨다. 이 때, 도포되어 있던 밀봉재(31)는 외측을 향해 압박되어 확대되지만, 소정의 진공 상태 하에서의 밀봉재(31)의 유동이므로, 공기의 잔류가 억제된다. 그리고, 이와 동시에, 혹은 이 직후에 가열을 수반하여 칩(2)의 범프(4)와 기판(3)의 패드(5)를 접합하고, 동시에 밀봉재(31)를 경화시킨다. 이 밀봉재(31)의 경화시에 공기가 잔류되어 있으면, 가열에 의한 체적 증가에 의해 보이드가 되어 남을 우려가 있지만, 소정의 진공 상태 하에서의 가열 접합이므로, 보이드가 없는 접합이 가능해진다.
도5는 제4 실시예에 관한 실장 방법을 나타내고 있다. 본 실시예에 있어서는 칩(2)의 범프로서 가열 용융 접합이 가능한 땜납 볼 범프(4a)가 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 피접합물 세트로부터 진공화까지의 공정은 실질적으로 도2에 나타낸 제1 실시예와 동일하다. 본 제4 실시예에 있어서는 로컬 챔버(14) 내를 소정의 진공 상태로 한 후, 상기 로컬 챔버(14) 내를 특정한 가스 분위기로 치환한다. 본 실시예에 있어서는 특정한 가스로서 비산화 가스, 특히 대기압의 질소 가스(N2 가스)를 사용하고 있다. 로컬 챔버(14) 내를 대기압의 질소 가스로 치환한 후, 칩 보유 지지 수단(6) 및 가동벽(15)을 하강시키고, 칩(2)의 땜납 볼 범프(4a)를 기판(3)의 패드(5)에 압착시켜 가열 접합한다. 질소 가스 분위기 속에서의 가열 접합이므로, 가열에 수반하는 2차 산화를 억제할 수 있어 무플랙스에서 범프(4a)와 패드(5)의 신뢰성이 높은 접합이 가능해진다.
도2 내지 도5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 각종 조건에 있어서 의 실장 형태를 채용할 수 있다. 어느 한 쪽의 형태에 있어서도 가동벽(15)의 상하 이동에 의해 효율적으로 로컬 챔버(14)를 형성할 수 있고, 가동벽(15)을 실린더 수단(19)으로 상하 이동시키는 동시에 칩 보유 지지 수단(6)에 추종하여 하강할 수 있도록 하고, 접합 동작시에도 로컬 챔버(14) 내를 목표로 하는 분위기로 유지할 수 있도록 하였으므로, 신뢰성이 높은 접합 상태를 달성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 관한 실장 방법 및 실장 장치에 따르면, 가동벽에 의해 간단하게 효율적으로 로컬 챔버를 형성하여 상기 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 하는 공정을 경유한 후, 로컬 챔버 내를 목표로 하는 분위기로 하여 그 상태를 유지하면서 로컬 챔버의 용적을 축소하는 방향으로 피접합물 보유 지지 수단과 가동벽을 이동시켜 소정의 접합을 실시할 수 있도록 하였으므로, 소형의 장치이면서 효율적으로 신뢰성이 높은 접합 상태를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 실장 방법 및 실장 장치는 소정의 분위기 하에서 행해지는 모든 실장에 적용할 수 있고, 특히 장치의 소형화나 소량의 가스에 의해 특정한 실장용 분위기의 형세가 요구되는 경우에 적합하다.

Claims (26)

  1. 간격을 갖고 마주 대하는 양 피접합물의 상대 위치 맞춤을 행한 후, 양 피접합물의 주위에 위치하는 가동벽을 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단에 접촉할 때까지 이동시켜 국부적인 밀폐 공간을 갖는 로컬 챔버 구조를 형성하는 동시에 상기 로컬 챔버 내에 양 피접합물을 폐입하고, 상기 로컬 챔버 내를 감압하여 소정의 진공 상태로 하는 공정을 경유한 후, 상기 로컬 챔버의 용적을 축소하는 방향으로 상기 피접합물 보유 지지 수단을 이동하는 동시에 상기 피접합물 보유 지지 수단에 추종시켜서 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합하고,
    상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동할 때, 로컬 챔버 내압에 의해 상기 피접합물 보유 지지 수단에 작용하는 힘과, 상기 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력을 실질적으로 밸런스시키는 실장 방법.
  2. 제1항에 있어서, 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압한 후, 로컬 챔버 내에서 에너지파 혹은 에너지 입자에 의해 피접합물의 접합면을 세정하고, 그 후에 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합하는 실장 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에너지파 혹은 에너지 입자에 의한 세정을 상기 소정의 진공 상태 하에서 행하는 실장 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 에너지파 혹은 에너지 입자에 의한 세정을, 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압하여 행하고, 세정 후 접합 전에 로컬 챔버 내를 대 기압의 불활성 가스 또는 비산화 가스로 치환하는 실장 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 에너지파 혹은 에너지 입자가 플라즈마인 실장 방법.
  6. 제1항에 있어서, 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압하기 전 또는 후에 한 쪽 피접합물의 접합면에 밀봉재를 도포하고, 상기 밀봉재를 도포한 상태이고 또한 상기 소정의 진공 상태 하에서 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물의 접합부를 상기 밀봉재 중에서 압착하여 접합하는 실장 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밀봉재가 비도전성 접착제 또는 이방 도전성 접착제인 실장 방법.
  8. 제1항에 있어서, 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압한 후에 상기 로컬 챔버 내를 특정한 가스 분위기로 하고, 그 가스 분위기 하에서 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동하여 양 피접합물을 압착하여 접합하는 실장 방법.
  9. 제8항에 있어서, 로컬 챔버 내를 대기압의 특정한 가스 분위기로 하는 실장 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 특정한 가스로서 불활성 가스, 비산화 가스, 환원 가스, 치환 가스 중 어느 하나를 이용하는 실장 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 소정의 진공 상태로 하는 공정에 있어서는 상기 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력에 의해 로컬 챔버 내를 외부에 대해 밀봉하는 실장 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동하고, 또한 한 쪽 피접합물을 다른 쪽 피접합물에 대해 가압할 때, 상기 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력을 저하시키고, 로컬 챔버 내압을 이용하여 가압하는 실장 방법.
  14. 간격을 갖고 마주 대하는 양 피접합물의 상대 위치 맞춤을 행한 후, 양 피접합물을 압착하여 접합하는 실장 장치에 있어서, 양 피접합물의 주위에 위치하여 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단에 접촉할 때까지 이동하고 내부에 양 피접합물을 폐쇄하는 국소적인 밀폐 공간을 갖는 로컬 챔버 구조를 형성하는 것이 가능하고, 또한 상기 피접합물 보유 지지 수단의 이동에 추종하여 로컬 챔버의 용적을 축소하는 방향으로 이동 가능한 가동벽과, 상기 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 하는 진공 흡입 수단을 포함하고, 상기 피접합물 보유 지지 수단 및 그것에 추종하는 상기 가동벽을 이동할 때, 로컬 챔버 내압에 의해 상기 피접합물 보유 지지 수단에 작용하는 힘과, 상기 가동벽의 피접합물 보유 지지 수단에의 접촉력을 실질적으로 밸런스시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가동벽을 이동시키는 실린더 수단을 갖는 실장 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 가동벽의 선단부에 탄성 변형 가능한 밀봉재가 설치되어 있는 실장 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 로컬 챔버 내에서 에너지파 혹은 에너지 입자에 의해 피접합물의 접합면을 세정하는 수단을 갖는 실장 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 에너지파 혹은 에너지 입자에 의한 세정시 및 세정 후 중 하나 이상에 상기 로컬 챔버 내를 불활성 가스 분위기 또는 비산화 가스 분위기로 하는 가스 공급 수단을 갖는 실장 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 에너지파 혹은 에너지 입자가 플라즈마인 실장 장치.
  20. 제19항에 있어서, 양 피접합물 보유 지지 수단이 플라즈마 발생용 전극을 구비하고 있는 실장 장치.
  21. 제14항에 있어서, 한 쪽 피접합물의 접합면에 밀봉재를 도포하는 수단을 갖는 실장 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 밀봉재가 비도전성 접착제 또는 이방 도전성 접착제인 실장 장치.
  23. 제14항에 있어서, 로컬 챔버 내를 소정의 진공 상태로 감압한 후에 상기 로컬 챔버 내를 특정한 가스 분위기로 하는 특정 가스 공급 수단을 갖는 실장 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 특정한 가스가 불활성 가스, 비산화 가스, 환원 가스, 치환 가스 중 어느 하나인 실장 장치.
  25. 제14항에 있어서, 적어도 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단이 가열 수단을 구비하고 있는 실장 장치.
  26. 제14항에 있어서, 적어도 한 쪽의 피접합물 보유 지지 수단이 피접합물을 정전기적으로 보유 지지하는 정전 척 수단을 구비하고 있는 실장 장치.
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