JPH0832296A - 電子部品を実装する際の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像認識装置等のような高価かつ複雑な装置
を用いることなく、簡単にかつ確実に位置合わせができ
る電子部品の位置合わせ方法を提供する。 【構成】 第１の工程では、回路基板としてのセラミッ
クス基板２上の実装エリアに対応する位置に開口部７が
形成された位置合わせ用マスク３を重ね合わせる。第２
の工程では、マスク３の開口部７に、底面に複数のはん
だバンプ４を備える電子部品としてのベアチップ１を上
面側から係合させる。第３の工程では、ベアチップ１を
ツール１０で保持する。第４の工程では、マスク３をセ
ラミックス基板２とベアチップ１との間から引き抜く。
この後、ツール１０でベアチップ１を熱圧着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の位置合わせ
方法に関するものである。より詳細には、本発明は、半
導体チップを搭載してなる回路基板の底面に複数のバン
プ等を備える半導体パッケージや、底面に同様のバンプ
等を備える半導体チップ等を位置合わせする方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年における電子機器の小型化や高性能
化に伴って、半導体チップ（ベアチップ）等を搭載した
半導体パッケージ等をマザーボードに対して表面実装す
ることが多くなってきている。

【０００３】この種の表面実装タイプのパッケージとし
ては、ＱＦＰ（Quad flat gullwing-leaded package ）
等のように、リードフレームを利用した外部接続端子を
持つものが現在の主流を占めている。しかしながら、半
導体チップの高集積化とともに多ピン・狭ピッチ化が進
むと、スタンピング等によって形成されるリードフレー
ムではその要求に充分に対応することが困難になる。そ
こで、多ピン・狭ピッチ化に適したパッケージとして、
回路基板の底面に多数のバンプを形成したＢＧＡ（Ball
grid array ）等が注目されている。

【０００４】また、前記回路基板自身の上にベアチップ
を実装する方法についても同様の傾向がある。即ち、従
来までのワイヤボンディングによる接続法に代えて、ベ
アチップ底面に形成されたバンプによる接続法（いわゆ
るフリップチップ）を採用したパッケージが増えてきて
いる。

【０００５】ところで、バンプによってＢＧＡやベアチ
ップを実装する場合、電子部品側のバンプと被実装物側
の接続パッド等とをあらかじめ正確な位置に合わせてお
く必要がある。このときの位置合わせは、例えば実装装
置に付帯して設けられている画像認識装置等によって行
われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の位置
合わせ方法を実施する場合、高価かつ複雑な画像認識装
置を購入したり、同装置のための演算プログラムを作成
したりすること等が必要になる。従って、低コスト化を
達成することが難しくなる。

【０００７】また、画像認識による位置合わせ方法の場
合、バンプや接続パッドに汚れや変形があると、位置合
わせ精度が悪化したり位置合わせが不能になるおそれが
ある。さらに、電子部品ごとに位置合わせを行うこの方
法の場合、１ボード中における実装部品点数が増える
と、必然的にその分だけ実装に要する時間も長くなる。
このような実装効率の低下は、全体の生産性の低下にも
つながってしまう。

【０００８】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、画像認識装置等のような
高価かつ複雑な装置を用いることなく、簡単にかつ確実
に位置合わせを行うことができる電子部品の位置合わせ
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、回路基板上の実装エ
リアに対応する位置に開口部が形成された位置合わせ用
マスクの前記開口部に、底面に複数の外部接続端子を備
える電子部品を上面側から係合させる工程を有する電子
部品を実装する際の位置合わせ方法をその要旨としてい
る。

【００１０】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて、前記電子部品の外部接続端子がバンプである場
合、前記複数のバンプの側面と前記マスクの開口部の内
壁面とを用いて位置合わせを行うことをその要旨として
いる。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明によると、例えば第１の
工程で回路基板の上面にマスクを重ね合わせると、実装
エリア上に開口部が位置した状態となる。第２の工程で
開口部に電子部品を係合すると、電子部品側の外部接続
端子と回路基板側の外部接続端子との相対位置がほぼ一
致した状態となる。第３の工程で電子部品をツールによ
り保持することによって、回路基板と電子部品との間の
好適な相対位置関係が維持される。第４の工程で回路基
板と電子部品との間からマスクを引き抜くと、両者が接
続可能な状態となる。

【００１２】あるいは、第１の工程で開口部に電子部品
を係合した後、第２の工程で回路基板上にマスクを重ね
合わせると、電子部品側の外部接続端子と回路基板側の
外部接続端子との相対位置がほぼ一致した状態となる。
第３の工程で電子部品をツールにより保持すると、回路
基板と電子部品との間の好適な相対位置関係が維持され
る。第４の工程で回路基板と電子部品との間からマスク
を引き抜くと、両者が接続可能な状態となる。

【００１３】さらに、まず電子部品及び回路基板のうち
の少なくともいずれかを回路基板の厚さ方向に移動させ
ることによって、電子部品と回路基板とをいったん離間
させる。このときでも電子部品はツールによって保持さ
れているため、電子部品と回路基板との間の好適な相対
位置関係（詳細にはＺ方向を除いたＸ，Ｙ，θ方向の相
対位置関係）は維持される。そして、役目を終えたマス
クを電子部品と回路基板との間から引き抜く。この後、
移動させていた電子部品及び前記回路基板のうちの少な
くともいずれかを元の位置に復帰させる。すると、電子
部品の外部接続端子と回路基板の外部接続端子とが当接
し合った状態となり、各々の外部接続端子が接続可能に
なる。

【００１４】請求項２に記載の発明によると、比較的正
確な位置に形成されたバンプを基準とする位置合わせ方
法であるため、位置合わせをするときの誤差がより小さ
くなる。さらに、位置合わせがなされた電子部品をツー
ルによって保持したまま熱圧着が行われるため、位置ず
れ等を起こすことなく電子部品を確実に回路基板上に実
装することができる。

【００１５】

【実施例】

〔実施例１〕以下、本発明を半導体パッケージ（いわゆ
る MCM: Multi-chip module ）を構成するセラミックス
基板上にベアチップを実装する方法に具体化した一実施
例を図１〜図７に基づき詳細に説明する。まず最初に、
ベアチップ１、セラミックス基板２及び位置合わせ用マ
スク３の構成について簡単に説明する。

【００１６】図３，図６に示されるように、電子部品と
してのベアチップ１は、略正方形状をしたシリコンウェ
ハ（５．０mm角，厚さ約０．７mm）からなる。ベアチッ
プ１の底面には、外部接続端子としての、球状をした多
数のはんだバンプ４が規則的に形成されている。この実
施例の場合、はんだバンプ４の高さは約７０μｍ〜８０
μｍである。

【００１７】図１，図６に示されるように、回路基板と
してのセラミックス基板２の表面において複数の箇所に
は、ベアチップ１を取り付けるための実装エリアがＲ1
が設けられている。この実施例では、３つの実装エリア
Ｒ1 が存在している。各々の実装エリアＲ1 内には、外
部接続端子としての接続パッド５が前記はんだバンプ４
と同様に規則的に形成されている。セラミックス基板２
の表面には、図示しない配線パターン等も形成されてい
る。また、セラミックス基板２の４つのコーナー部のう
ちの２箇所には、位置合わせ用のマーク６がシルクスク
リーン印刷されている。

【００１８】図１，図３に示されるように、位置合わせ
用マスク３は、セラミックス基板２の外形にほぼ等しい
金属（例えばステンレス等）製の板材である。マスク３
の厚さははんだバンプ４の高さとほぼ等しく設定されて
いる。このマスク３は、略正方形状をした開口部７を３
つ備えている。各々の開口部７は、セラミックス基板２
上の実装エリアＲ1 に対応する位置に設けられている。

【００１９】開口部７の寸法は、ベアチップ１の外形寸
法よりもひとまわり小さくなっている。その代わり図３
に示されるように、開口部７の相対する内壁面の離間距
離Ｌ1 と、はんだバンプ４のうち最外列に位置するはん
だバンプ４Ａの側面の離間距離Ｌ2 とがほぼ等しくなっ
ている。また、マスク３の４つのコーナー部のうち２箇
所には、断面円形状の貫通孔８が形成されている。

【００２０】次に、前記マスク３による位置合わせ方法
について順を追って説明する。第１の工程を行うにあた
り、まず実装装置のテーブル（図示略）上にセラミック
ス基板２をあらかじめ確実に固定しておく。次に、２つ
のマーク６に向けて真上方向（セラミックス基板２の厚
さ方向＝Ｚ方向）からスポット光９等を照射しながら、
マスク３をセラミックス基板２の上方に移送する。そし
て、図１に示されるように、マスク３を微動させながら
位置合わせを行い、位置が合った時点でマスク３をセラ
ミックス基板２の上面に重ね合わせる。すると、各々の
実装エリアＲ1 上に各開口部７が位置した状態となり、
かつその開口部７の中に接続パッド５が位置した状態と
なる。

【００２１】第２の工程では、図２，図３に示されるよ
うに、作業者等が開口部７に対してベアチップ１をマス
ク３の上面側から係合させる。このとき、図３に示され
るように、ベアチップ１の底面周縁部がマスク３の開口
部７の上面周縁部によって支持される。一方、ベアチッ
プ１の底面のはんだバンプ４は、開口部７の上面周縁部
によって支持されることなく、いずれも開口部７の内側
に位置した状態となる。そして、最外列に位置するはん
だバンプ４Ａの側面と開口部７の内壁面とが互いに接す
る状態となり、はんだバンプ４と接続パッド５との相対
位置がほぼ一致する。即ち、各接続パッド５の上面に対
して、各はんだバンプ４の下面が接触した状態になる。

【００２２】第３の工程では、図４に示されるように、
実装装置のヘッド（図示略）に設けられたツール１０を
下降させ、そのツール１０の有する図示しない真空吸着
手段によってベアチップ１を確実に保持する。従って、
セラミックス基板２とベアチップ１との間の好適な相対
位置関係は依然として維持される。なお、この実施例の
実装装置のヘッドには、上記のようなツール１０が複数
個設けられている。各ツール１０は、個々のベアチップ
１をほぼ同時に吸着する。

【００２３】第４の工程では、図５，図６に示されるよ
うに、ベアチップ１を保持したツール１０を上方向に移
動させることによって、ベアチップ１とセラミックス基
板２とをいったん離間させる。このときでもベアチップ
１はツール１０によって保持されているため、ベアチッ
プ１とセラミックス基板２との間の好適な相対位置関係
（詳細にはＺ方向を除いたＸ，Ｙ，θ方向の相対位置関
係）は維持される。

【００２４】ここで、役目を終えたマスク３をベアチッ
プ１とセラミックス基板２との間から引き抜く。この
後、上方に移動させていたツール１０を下降させること
によって、ベアチップ１を元の位置に復帰させる。する
と、図７に示されるように、はんだバンプ４と接続パッ
ド５とが当接し合った状態となり、ベアチップ１とセラ
ミックス基板２との位置合わせが終了する。

【００２５】さらに、ベアチップ１を保持しているツー
ル１０にパルスヒートを加え、はんだバンプ４と接続パ
ッド５とを熱圧着させる。以上のような手順を経て、セ
ラミックス基板２に対するベアチップ１の実装が完了す
る。

【００２６】さて、本実施例の位置合わせ方法は、基本
的に位置合わせ用マスク３のみを必要とし画像処理を必
要としないものである。このため、画像認識装置を購入
したり、同装置のための演算プログラムを作成したりす
ること等も不要になる。従って、従来に比べて低コスト
化を達成することができる。また、画像処理のときとは
異なり、はんだバンプ４や接続パッド５に多少の汚れや
変形があっても、位置合わせ精度が悪化したり位置合わ
せが不能になることはない。つまり、この実施例の方法
によると、高価かつ複雑な装置を用いることなく、簡単
にかつ確実に位置合わせを行うことができるという利点
がある。

【００２７】特にこの位置合わせ方法では、比較的正確
な位置に形成されたはんだバンプ４を基準として用いて
いるため、位置合わせの誤差が極めて小さい。従って、
簡単な方法であるにもかかわらず、精度のよい位置合わ
せが可能であるという利点がある。

【００２８】また、一括して位置合わせが可能なこの方
法によると、１ボード上に実装すべきベアチップ１の数
や種類が増えたとしても、実装に要する時間がそれほど
長くなることはない。よって、全体の生産性を低下させ
るおそれもない。

【００２９】そして、この実施例の実装方法によると、
位置合わせがなされたベアチップ１をツール１０によっ
て保持したままの状態で熱圧着が行われる。このため、
ベアチップ１に位置ずれ等が生じることもなく、ベアチ
ップ１を確実にセラミックス基板２上に実装することが
できる。 〔実施例２〕次に、本発明をマザーボードであるプリン
ト配線板上にＢＧＡを実装する方法に具体化した実施例
２を図８〜図１３に基づき詳細に説明する。まず最初
に、ＢＧＡ１１、プリント配線板１２及び位置合わせ用
マスク１３の構成について簡単に説明する。

【００３０】図８，図１０に示されるように、電子部品
としてのＢＧＡ１１は、いわゆる一種の半導体搭載装置
である。ＢＧＡ１１を構成するセラミックス基板１４の
上面には、ベアチップ１５が搭載されている。ベアチッ
プ１５側とセラミックス基板１４側とは、ボンディング
ワイヤ１６を介して電気的に接続されている。ワイヤボ
ンディングされたベアチップ１５は、キャップ１７によ
って封止されている。

【００３１】ＢＧＡ１１の底面には、外部接続端子とし
ての、球状をした多数のはんだバンプ４が規則的に形成
されている。この実施例の場合、はんだバンプ４の高さ
は約７０μｍ〜８０μｍである。

【００３２】図９，図１０に示されるように、回路基板
としてのプリント配線板１２の表面において複数の箇所
には、ＢＧＡ１１を取り付けるための実装エリアがＲ1
が設けられている。各々の実装エリアＲ1 内には、外部
接続端子としての接続パッド５が前記はんだバンプ４と
同様に規則的に形成されている。

【００３３】図８，図１０に示されるように、位置合わ
せ用マスク１３は、プリント配線板１２の外形にほぼ等
しいステンレス製の板材からなる。このマスク１３は、
実施例１のマスク３と同様に、略正方形状をした開口部
１８を３つ備えている。各々の開口部１８は、プリント
配線板１２上の実装エリアＲ1 に対応する位置に設けら
れている。

【００３４】図１０に示されるように、開口部１８の内
壁面には、全周にわたって段部１８ａが形成されてい
る。開口部１８の相対する内壁面上部の離間距離Ｌ3
と、ＢＧＡ１１の一辺の長さＬ4 とは、ほぼ等しくなっ
ている。

【００３５】なお、実施例１のときと同様に、プリント
配線板１２には位置合わせ用のマーク６がシルクスクリ
ーン印刷されており、マスク１３には貫通孔８が形成さ
れている。

【００３６】次に、前記マスク１３による位置合わせ方
法について順を追って説明する。第１の工程を行うにあ
たり、まず実装装置のテーブル（図示略）上にプリント
配線板１２をあらかじめ確実に固定しておく。

【００３７】第１の工程では、図８，図１０に示される
ように、作業者等が開口部１８に対してＢＧＡ１１をマ
スク１３の上面側から係合させる。このとき、ＢＧＡ１
１の底面周縁部がマスク１３の段部１８ａ上面によって
支持される。一方、ＢＧＡ１１の底面のはんだバンプ４
は、段部１８ａ上面によって支持されることなく、いず
れも開口部１８の内側に位置した状態となる。このと
き、開口部１８の内壁面上部とＢＧＡ１１の側面とは互
いに接した状態となる。

【００３８】第２の工程では、図９，図１０に示される
ように、実施例１のときと同じくマーク６に向けてスポ
ット光９等を照射しながらマスク１３の位置合わせを行
う。そして、位置が合った時点でマスク１３をプリント
配線板１２の上面に重ね合わせる。すると、各々の実装
エリアＲ1 上に各開口部１８が位置した状態となり、は
んだバンプ４と接続パッド５との相対位置がほぼ一致す
る。即ち、各接続パッド５の上面に対して、各はんだバ
ンプ４の下面が接触した状態になる。

【００３９】第３の工程以降については、基本的に実施
例１のときと同様である。即ち、第３の工程では、図１
１に示されるように、下降させた複数のツール１０で個
々のＢＧＡ１１を確実にかつほぼ同時に保持する。第４
の工程では、図１２に示されるように、ツール１０を上
方向に移動させることによって、ＢＧＡ１１とプリント
配線板１２とをいったん離間させる。ここで、役目を終
えたマスク１３を引き抜いた後、ツール１０を下降させ
てＢＧＡ１１を元の位置に復帰させる。すると、図１３
に示されるように、はんだバンプ４と接続パッド５とが
当接し合った状態となり、ＢＧＡ１１とプリント配線板
１２との位置合わせが終了する。さらに、ＢＧＡ１１を
保持しているツール１０にパルスヒートを加え、はんだ
バンプ４と接続パッド５とを熱圧着させると、ＢＧＡ１
１の実装が完了する。

【００４０】以上述べたような実施例２の方法であって
も、実施例１のときと同様の作用効果を奏する。即ち、
基本的に位置合わせ用マスク１３のみを必要とし画像処
理を必要としない等の理由から、高価かつ複雑な装置を
用いることなく、簡単にかつ確実に位置合わせを行うこ
とができる。

【００４１】特にこの実施例では、はんだバンプ４を基
準とする位置合わせではなく、電子部品であるＢＧＡ１
１の側面を基準とする位置合わせを行っている。従っ
て、仮にＢＧＡ１１側にはんだバンプ４がなくても位置
合わせができるという利点がある。

【００４２】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ることはなく、例えば次のように変更することが可能で
ある。 （１） 実施例２の位置合わせ方法は、ＢＧＡ１１側に
はんだバンプ５がある場合ばかりでなく、プリント配線
板１２側にはんだバンプ５がある場合の位置合わせにつ
いても同様に可能である。

【００４３】（２） 実施例１，２のようなはんだバン
プ４に代えて、例えば金等といった他の金属によるバン
プにしてもよい。また、バンプの形状は必ずしも球形状
に限られず、例えばストレートウォール状等にすること
もできる。

【００４４】（３） 第４の工程において、電子部品
１，１１を保持するツール１０側をＺ方向に移動するこ
とに代え、回路基板２，１２を固定しているテーブル側
をその反対方向に移動（下降）させることとしてもよ
い。勿論、ツール１０及びテーブルの両方を移動させて
もよい。

【００４５】（４） 実施例１，２において、回路基板
２，１２上にマスク３，１３を重ね合わせる場合、その
位置合わせを、例えば貫通孔８と位置合わせ用ピンとの
係合によって行ってもよい。この方法であると、スポッ
ト光９を照射する必要がなくなるので、装置の構成をよ
り簡略化することができる。

【００４６】（５） 図１４，図１５に示される別例の
ような位置合わせ用マスク１９を用いた位置合わせ方法
としてもよい。このマスク１９は、実施例１にて説明し
たマスク３とほぼ同様の基本構成を有している。ただ
し、このマスク１９の場合、開口部７の一部が切り欠か
れている。従って、第３の工程において図１４のように
ベアチップ１を保持したまま、図１５のようにマスク１
９を引き抜くことが可能である。このため、ベアチップ
１の上下方向への移動を省略することができる。また、
ツール１０による熱圧着を行った後にマスク１９を引き
抜くことも可能である。

【００４７】（６） １ボード内に大きさや種類の異な
る電子部品１，１１が実装される場合には、実装される
べき電子部品１，１１に応じて、マスク３，１３，１９
の厚さを部分的に変更してもよい。また、１枚のマスク
３，１３，１９において、例えば段部１８ａのある開口
部１８と段部１８ａのない開口部７とを混在させても勿
論よい。

【００４８】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施例及び別例によって把握
される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） 請求項１，２において、マスクの開口部内壁面
に段部を形成しておくとともに、電子部品の側面と開口
部の内壁面上部とを用いて位置合わせを行う電子部品を
実装する際の位置合わせ方法。この方法であると、電子
部品側にバンプがなくても位置合わせができる。

【００４９】（２） 請求項１，２において、複数のツ
ールを備えたヘッドを用いて一括して熱圧着を行うこ
と。この方法によると、短時間に効率よく実装でき、全
体の生産性が向上する。

【００５０】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「電子部品： 底面に複数の外部接続端子が形成された
半導体チップをいうほか、例えば底面に複数の外部接続
端子が形成されたＢＧＡやバットジョイントＰＧＡ等の
パッケージ及びＭＣＭ等の半導体搭載装置や、さらには
底面に複数の外部接続端子が形成された表面実装タイプ
のコネクタ等の受動部品もいう。」

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２に記
載の発明によれば、上記のマスクによる位置合わせであ
るため、画像認識装置等のような高価かつ複雑な装置を
用いることなく、簡単にかつ確実に電子部品の位置合わ
せを行うことができる。

【００５２】請求項２に記載の発明によれば、バンプを
基準として用いているため、精度のよい位置合わせを実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のベアチップの実装方法において、
第１の工程を示す概略斜視図である。

【図２】 同じく、第２の工程を示す概略斜視図であ
る。

【図３】 同じく、第２の工程を示す要部拡大概略断面
図である。

【図４】 同じく、第３の工程を示す概略斜視図であ
る。

【図５】 同じく、第４の工程を示す概略斜視図であ
る。

【図６】 同じく、第４の工程を示す要部拡大概略斜視
図である。

【図７】 同じく、ベアチップを元の位置に復帰させた
状態を示す概略斜視図である。

【図８】 実施例２のＢＧＡの実装方法において、第１
の工程を示す概略斜視図である。

【図９】 同じく、第２の工程を示す概略斜視図であ
る。

【図１０】 同じく、第２の工程を示す要部拡大概略断
面図である。

【図１１】 同じく、第３の工程を示す要部拡大概略断
面図である。

【図１２】 同じく、第４の工程を示す要部拡大概略断
面図である。

【図１３】 同じく、ＢＧＡを元の位置に復帰させた状
態を示す概略斜視図である。

【図１４】 別例のベアチップの実装方法において、第
３の工程を示す概略斜視図である。

【図１５】 同じく、第４の工程を示す概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…電子部品としてのベアチップ、１１…電子部品とし
てのＢＧＡ、２…回路基板としてのセラミックス基板、
１２…回路基板としてのプリント配線板、３，１３，１
９…（位置合わせ用）マスク、４…外部接続端子として
のはんだバンプ、５…外部接続端子としての接続パッ
ド、７，１８…開口部、Ｒ1 …実装エリア。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板上の実装エリアに対応する位置に
   開口部が形成された位置合わせ用マスクの前記開口部
   に、底面に複数の外部接続端子を備える電子部品を上面
   側から係合させる工程を有する電子部品を実装する際の
   位置合わせ方法。
2. 【請求項２】前記電子部品の外部接続端子がバンプであ
   る場合、前記複数のバンプの側面と前記マスクの開口部
   の内壁面とを用いて位置合わせを行う請求項１に記載の
   電子部品を実装する際の位置合わせ方法。