特許 6283218 基板の反り矯正装置及び基板の反り矯正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6283218

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】基板の反り矯正装置及び基板の反り矯正方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/22 20060101AFI20180208BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/22 C

   H05K3/34 511

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-264875(P2013-264875)

(22)【出願日】2013年12月24日

(65)【公開番号】特開2014-195042(P2014-195042A)

(43)【公開日】2014年10月9日

【審査請求日】2016年8月31日

(31)【優先権主張番号】特願2013-36842(P2013-36842)

(32)【優先日】2013年2月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091672

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 啓三

(72)【発明者】

【氏名】萬年 冬竜

(72)【発明者】

【氏名】上條 聡

【審査官】 内田 勝久

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−０５３４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００１８０８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０２−１１６５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４８７２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ ３／１０ 〜 ３／２２

Ｈ０５Ｋ ３／３２ 〜 ３／３４

Ｈ０５Ｋ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹部を備えた下側部材と、
前記下側部材の凹部内に配置された環状の下側スペーサと、
前記下側スペーサの上に配置された基板と、
前記下側部材の上に配置され、ガス供給穴を備えた上側部材と、
前記下側スペーサの直上に前記基板を介して配置されると共に、前記基板と前記上側部材との間に配置され、前記基板と前記上側部材との間の空間を密封する環状の上側密封部材と
を有し、
前記基板、前記上側密封部材及び前記上側部材とによってガス供給空間が設けられることを特徴とする基板の反り矯正装置。

【請求項2】

凹部を備えた下側部材と、
前記下側部材の凹部内に配置された下側スペーサと、
前記下側スペーサの上に配置された基板と、
前記下側部材の上に配置され、ガス供給穴を備えた上側部材と、
前記下側スペーサの直上に前記基板を介して配置されると共に、前記基板と前記上側部材との間に配置され、前記基板と前記上側部材との間の空間を密封する上側密封部材と
を有し、
前記下側スペーサは、環状の突出部に囲まれた凹部を備えていることを特徴とする基板の反り矯正装置。

【請求項3】

凹部を備えた下側部材と、
前記下側部材の凹部内に配置された下側スペーサと、
前記下側スペーサの上に配置された基板と、
前記下側部材の上に配置され、ガス供給穴を備えた上側部材と、
前記下側スペーサの直上に前記基板を介して配置されると共に、前記基板と前記上側部材との間に配置され、前記基板と前記上側部材との間の空間を密封する上側密封部材と
を有し、
前記上側部材と前記上側密封部材の間に上側スペーサが介在していることを特徴とする基板の反り矯正装置。

【請求項4】

前記上側部材の下面に前記ガス供給穴に繋がる凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板の反り矯正装置。

【請求項5】

前記下側部材及び前記上側部材にヒータがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板の反り矯正装置。

【請求項6】

凹部を備えた下側部材と、
前記下側部材の凹部内に配置された下側スペーサと、
前記下側スペーサの上に配置された基板と、
前記下側部材の上に配置され、ガス供給穴を備えた上側部材と、
前記下側スペーサの直上に前記基板を介して配置されると共に、前記基板と前記上側部材との間に配置され、前記基板と前記上側部材との間の空間を密封する上側密封部材と
を有し、
前記下側部材は前記凹部に繋がるガス供給穴を備えており、
前記基板と前記下側スペーサとの間に下側密封部材が配置されることを特徴とする基板の反り矯正装置。

【請求項7】

凹部を備えた下側部材を用意し、前記凹部内に環状の下側スペーサを配置する工程と、
前記下側スペーサの上に基板を配置する工程と、
前記下側スペーサの直上に前記基板を介して上側密封部材を配置する工程と、
ガス供給穴を備えた上側部材を用意し、前記上側密封部材を介して前記下側部材の上に前記上側部材を配置する工程と、
前記ガス供給穴から前記基板にガスを供給する工程と
を有することを特徴とする基板の反り矯正方法。

【請求項8】

前記下側部材の上に前記上側部材を配置する工程において、
前記上側密封部材と前記上側部材との間に上側スペーサが介在することを特徴とする請求項７に記載の基板の反り矯正方法。

【請求項9】

前記上側部材の下面に前記ガス供給穴に繋がる凹部が形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の基板の反り矯正方法。

【請求項10】

前記ガスを供給する工程において、常温から９０℃の温度雰囲気で行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の基板の反り矯正方法。

【請求項11】

前記基板は配線基板であり、
前記配線基板に前記ガスを供給して反りを矯正した後に、前記配線基板の上面に半導体チップがフリップチップ接続されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の基板の反り矯正方法。

【請求項12】

前記下側スペーサの上に基板を配置する工程において、
前記下側部材は前記凹部に繋がるガス供給穴を備えており、前記基板は、前記下側スペーサの上に下側密封部材を介して配置され、
前記ガス供給穴から前記基板にガスを供給する工程は、
前記上側部材のガス供給穴及び前記下側部材のガス供給穴から前記基板にガスを供給することを含むことを特徴とする請求項７に記載の基板の反り矯正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は基板の反り矯正装置及び基板の反り矯正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体チップなどを搭載するための配線基板がある。そのような配線基板では、接続パッドに半導体チップのバンプ電極がフリップチップ接続される。

【0003】

半導体チップの反り方向と配線基板の反り方向とが異なっている場合、半導体チップを信頼性よく配線基板にフリップチップ接続できなくなるため、配線基板の反りを矯正する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２２２５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

後述する予備的事項の欄で説明するように、凸状に反った配線基板をポンチで押圧して反りを矯正する方法がある。この方法では、配線基板のチップ実装領域が大きい場合などでは、ポンチで押圧する領域が配線基板の端部に制限されてしまうため、配線基板の反りを十分に矯正することは困難である。

【0006】

各種の基板の反りを十分に矯正できる基板の反り矯正装置及び基板の反り矯正方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以下の開示の一観点によれば、凹部を備えた下側部材と、前記下側部材の凹部内に配置された環状の下側スペーサと、前記下側スペーサの上に配置された基板と、前記下側部材の上に配置され、ガス供給穴を備えた上側部材と、前記下側スペーサの直上に前記基板を介して配置されると共に、前記基板と前記上側部材との間に配置され、前記基板と前記上側部材との間の空間を密封する環状の上側密封部材とを有し、前記基板、前記上側密封部材及び前記上側部材とによってガス供給空間が設けられる基板の反り矯正装置が提供される。

【0008】

また、その開示の他の観点によれば、凹部を備えた下側部材を用意し、前記凹部内に環状の下側スペーサを配置する工程と、前記下側スペーサの上に基板を配置する工程と、前記下側スペーサの直上に前記基板を介して上側密封部材を配置する工程と、ガス供給穴を備えた上側部材を用意し、前記上側密封部材を介して前記下側部材の上に前記上側部材を配置する工程と、前記ガス供給穴から前記基板にガスを供給する工程とを有する基板の反り矯正方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

以下の開示によれば、基板の反り矯正方法では、凹部を備えた下側部材の上に凹部を覆うように基板が配置され、基板上の周縁部に環状の密封部材が配置される。さらに、密封部材を介して下側部材の上にガス供給穴を備えた上側部材が配置される。

【0010】

そして、上側部材のガス供給穴からガスを供給して基板を下側に押圧して反りを矯正する。反り矯正装置内のガス供給空間は密封部材の作用で密封されるため、基板がガスで十分に押圧され、基板の反りの矯正を行うことができる。

【0011】

また、基板にガスを供給して反りを矯正するので、ポンチで押圧する方法と違って基板の押圧領域が制限されることがなく、各種の基板の反りを十分に矯正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１（ａ）〜（ｅ）は予備的事項に係る配線基板の反りを矯正する様子を示す断面図（その１）である。

【図2】図２（ａ）及び（ｂ）は予備的事項に係る配線基板の反りを矯正する様子を示す断面図（その２）である。

【図3】図３（ａ）及び（ｂ）は予備的事項に係る配線基板の反りを矯正する様子を示す断面図（その３）である。

【図4】図４は反りが矯正される配線基板の一例を示す断面図である。

【図5】図５は第１実施形態の基板の反り矯正装置を示す断面図である。

【図6】図６は図５の下側部材及び上側部材を上側から透視的にみた平面図である。

【図7】図７は第１実施形態の基板の反り矯正装置で配線基板の反りを矯正する様子を示す断面図である。

【図8】図８は第１実施形態の変形例の基板の反り矯正装置を示す断面図である。

【図9】図９は矯正前、矯正後及び再加熱後の配線基板の反り量の温度依存性を示すものである。

【図10】図１０は図９の配線基板の反り量の各データをグラフ化したものである。

【図11】図１１は図９の配線基板の反り量のデータにおいて矯正後と再加熱後の反り量の差分をグラフ化したものである。

【図12】図１２は比較例の基板の反り矯正装置を示す断面図である。

【図13】図１３は第１実施形態の基板の反り矯正装置と比較例の基板の反り矯正装置との間で配線基板の反り矯正効果を比較したものである。

【図14】図１４は図１３の配線基板の反り量の各データをグラフ化したものである。

【図15】図１５は反りが矯正された配線基板の上に半導体チップが実装された半導体装置を示す断面図である。

【図16】図１６は第２実施形態の基板の反り矯正装置を示す断面図である。

【図17】図１７は第２実施形態の変形例の基板の反り矯正装置を示す断面図である。

【図18】図１８は第２実施形態の基板の反り矯正方法のガス供給方法を示す図である。

【図19】図１９（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の基板の反り矯正装置を使用して基板を矯正する方法を示す断面図である。

【図20】図２０（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の基板の反り矯正装置において基板にかかる矯正力を調整する方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

【0014】

実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。図１（ａ）に示すように、配線基板１００は、その製造工程での加熱処理などの影響により凸状の反りが発生している。

【0015】

搭載される半導体チップに凹状の反りが発生している場合、配線基板１００に凸状の反りが発生していると、半導体チップを信頼性よくフリップチップ接続できなくなるため、配線基板１００の反りを矯正する必要がある。

【0016】

図１（ｂ）〜（ｄ）は、図１（ａ）の配線基板１００が反り矯正装置に配置された様子を示す図である。図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）をＡ方向からみた側面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）をＢ方向からみた側面図である。

【0017】

図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、反り矯正装置は、下側部材２００及び上側部材３００を備えている。下側部材２００は、両端側に対向して配置された基板受け２２０を備えている。下側部材２００の基板受け２２０の上に図１（ａ）の配線基板１００が配置される。図１（ｂ）に示すように、配線基板１００はその中央部にチップ実装領域Ｍを備えている。

【0018】

図１（ｂ）及び（ｄ）に注目すると、上側部材３００は下面の両端部にポンチ３２０を備えており、ポンチ３２０は配線基板１００の両端部に対応する位置に配置されている。

【0019】

そして、図１（ｅ）に示すように、上側部材３００のポンチ３２０で配線基板１００を下側に押圧することにより、配線基板１００を水平又は凹状になるように反りを矯正する。

【0020】

このとき、上側部材３００のポンチ３２０で配線基板１００を押圧する際に、配線基板１００のチップ実装領域Ｍに損傷を与えないように、チップ実装領域Ｍを避けた領域を押圧する必要がある。

【0021】

図１（ｂ）〜（ｅ）の例のように、配線基板１００のチップ実装領域Ｍが小さい場合は、配線基板１００の押圧する領域が比較的制限されない。このため、配線基板１００の端側から内側までの広い領域を上側部材３００のポンチ３２０で押圧することができるので、十分に反りの矯正を行うことができる。

【0022】

図２（ａ）及び（ｂ）には、中央主要部に大きなチップ実装領域Ｍを備えた配線基板１００の反りを矯正する場合について示されている。図１（ｂ）及び（ｃ）と同様に、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）をＡ方向からみた側面図である。

【0023】

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、配線基板１００のチップ実装領域Ｍが大きい場合は、上側部材３００のポンチ３２０で押圧する配線基板１００の領域が端部に制限されてしまう。このため、配線基板１００を十分に押圧することができず、反りの矯正を十分に行うことができなくなる。

【0024】

また、図３（ａ）及び（ｂ）には、中央主要部に２つのチップ実装領域Ｍを備えた配線基板１００の反りを矯正する場合について示されている。図１（ｂ）及び（ｃ）と同様に、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）をＡ方向からみた側面図である。

【0025】

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、配線基板１００が２つのチップ実装領域Ｍを備える場合においても、それらの大きさや位置関係によっては、上側部材３００のポンチ３２０で押圧する配線基板１００の領域が端部に制限されてしまう。このため、同様に、配線基板１００の反りの矯正を十分に行うことができなくなる。

【0026】

以下に説明する実施形態では、前述した不具合を解消することができる。

【0027】

（第１実施形態）
図４は第１実施形態に係る反りの矯正を行う配線基板の一例を示す断面図、図５は第１実施形態の基板の反り矯正装置を示す断面図、図６は図５の反り矯正装置の下側部材及び上側部材を上側から透視的にみた平面図である。

【0028】

図４に示すように、第１実施形態で使用する配線基板５は、上面側にチップ実装領域Ｍを備えており、平面視して四角状の形状を有する。そして、配線基板５には、全体にわたって凸状に反りが発生している。図４の部分拡大図に示すように、配線基板５は、厚み方向の中央部にガラスエポキシ樹脂などから形成されるコア基板１０を備えている。

【0029】

コア基板１０には厚み方向に貫通するスルーホールＴＨが設けられており、その中に貫通電極ＴＥが形成さている。コア基板１０の両面には貫通電極ＴＥを介して相互接続される第１配線層１１がそれぞれ形成されている。

【0030】

なお、コア基板１０のスルーホールＴＨの側壁に形成されたスルーホールめっき層を介して両面側の第１配線層１１が相互接続され、スルーホールＴＨ内の残りの孔が樹脂で充填されていてもよい。

【0031】

また、コア基板１０の両面側に、第１配線層１１に到達するビアホールＶＨが設けられた層間絶縁層１４がそれぞれ形成されている。さらに、両面側の層間絶縁層１４の上にはビアホールＶＨ内のビア導体を介して第１配線層１１に接続される第２配線層１２がそれぞれ形成されている。

【0032】

また、両面側の層間絶縁層１４の上には第２配線層１２の接続部を露出させるソルダレジスト１６がそれぞれ形成されている。図４の例では、コア基板１０の両面側に２層の第１、第２配線層１１,１２が形成されているが、配線層の積層数は任意に設定することができる。

【0033】

配線基板として、コア基板を有さないコアレスタイプの配線基板を使用してもよい。

【0034】

配線基板５では、そのチップ実装領域Ｍの第２配線層１２に半導体チップがフリップチップ接続される。

【0035】

コア基板１０に樹脂フィルムを貼付して加熱処理を行って層間絶縁層１４を形成する工程などを繰り返すと、内部に発生する熱応力に対してコア基板１０が耐えることができず、配線基板５に反りが発生しやすい。

【0036】

配線基板５に凸状の反りが発生すると、凹状に反った半導体チップを信頼性よくフリップチップ接続することが困難になるため、配線基板５の反りを矯正する必要がある。

【0037】

次に、第１実施形態の基板の反り矯正装置について説明する。図５の断面図に示すように、第１実施形態の基板の反り矯正装置１は、下側部材２０とその上に配置された上側部材３０とを備えている。

【0038】

図６の透視的にみた平面図を加えて参照すると、下側部材２０の上面側の中央部に四角状の凹部Ｃ１が形成されている。また、基板の反り矯正装置１は、下側部材２０の凹部Ｃ１の周縁部に配置された環状のスペーサ４０を備えている。

【0039】

下側部材２０及び上側部材３０は、例えば、スチール（鋼鉄）などの金属から形成される。スペーサ４０は、例えば、ステンレス鋼から形成される。

【0040】

そして、前述した図４の配線基板５の周縁部がスペーサ４０の上に配置されている。各種の配線基板５の大きさに合わせて大きさの異なるスペーサ４０を用意しておくことにより、スペーサ４０を変更することで各種の配線基板５に容易に対応することができる。下側部材２０の凹部Ｃ１の大きさは最大の配線基板の面積に対応するように形成される。

【0041】

上側部材３０は、その下面側の中央部に凹部Ｃ２が設けられている。上側部材３０の凹部Ｃ２は配線基板５の主要部に対応する領域に配置されている。また、上側部材３０は、その中心部に厚み方向に貫通するガス供給穴３２を備えている。

【0042】

上側部材３０のガス供給穴３２は下面側の凹部Ｃ２の中央部に連通して繋がっている。上側部材３０のガス供給穴３２にはガス配管３４が取り付けられており、ガスコンプレッサ（不図示）からガスが所定の圧力で供給される。

【0043】

例えば、下側部材２０及び上側部材３０の面積が３ｃｍ×３ｃｍの場合は、ガス供給穴３２の直径は３ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

【0044】

また、スペーサ４０の上に配置された配線基板５上の周縁部に環状の密封部材５０が配置されている。そして、配線基板５上の周縁部に配置された密封部材５０を介して上側部材３０が下側部材２０の上に配置されている。

【0045】

また、図５の例のように、上側部材３０及び下側部材２０がクランプ治具７０などにより固定されていてもよい。

【0046】

密封部材５０は、下側部材２０と上側部材３０とを密着させる際に、配線基板５及び上側部材３０に隙間なく密着する弾性材料から形成される。そのような密封部材５０の好適な一例としては、フッ素系ゴムなどから形成されるゴムパッキンを使用することができる。

【0047】

また、下側部材２０及び上側部材３０の中にはヒータ６０が設けられており、配線基板５を所望の温度に加熱することができる。ヒータ６０は、例えば、電熱線ヒータなどが使用される。

【0048】

次に、配線基板５の反りを矯正する方法について説明する。図５に示したように、まず、凸状の反りが発生した配線基板５を下側部材２０の凹部Ｃ１に配置されたスペーサ４０の上に配置する。これにより、配線基板５は、下側部材２０の凹部Ｃ１を覆うようにスペーサ４０を介して下側部材２０の上に配置される。

【0049】

続いて、配線基板５上の周縁部に密封部材５０を配置し、密封部材５０を介して上側部材３０を下側部材２０の上に配置する。さらに、下側部材２０及び上側部材３０の端部をクランプ治具７０で挟んで固定する。

【0050】

これにより、配線基板５、密封部材５０及び上側部材３０の凹部Ｃ２の内面によってガス供給空間Ｓが形成される。ガス供給空間Ｓは、密封部材５０の作用によりガス供給穴３２からガスを供給する際にガス漏れのない密封空間となる。

【0051】

次いで、図７に示すように、上側部材３０のガス供給穴３２からガスを所定の圧力でガス供給空間Ｓに供給することにより、凸状に反った配線基板５をガスの圧力によって下側に押圧して変形させる。ガスとしては、好適に空気（エア）が使用されるが、窒素（Ｎ₂）ガス、酸素（Ｏ₂）ガス、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを使用してもよい。

【0052】

このとき、ガス供給空間Ｓでは密封部材５０の作用でガス漏れが発生せず密封空間となるため、配線基板５に効率よく押圧力をかけることができる。これにより、凸状に反った配線基板５が水平又は凹状に反りが矯正される。配線基板５はスペーサ４０よりも内側の領域がガスの押圧力によって下側に撓んで反りが矯正される。

【0053】

このように、第１実施形態では、スペーサ４０の上に配置された配線基板５を密封部材５０を介して上側部材３０で固定し、上側部材３０のガス供給穴３２からガスを供給して配線基板５を下側に押圧している。

【0054】

このため、予備的事項で説明したポンチで押圧する方法と違って、配線基板５のチップ実装領域Ｍの大きさや配置位置を考慮する必要はなく、配線基板５の押圧領域が制限されることはない。従って、各種の仕様の配線基板の反りを容易に矯正することができる。

【0055】

また、配線基板の反りが大きな場合であっても、ガスの圧力を調整することにより配線基板の反りを容易に矯正することができる。

【0056】

なお、配線基板５と上側部材３０との間隔を十分に得るために上側部材３０の下面側に凹部Ｃ２を形成することが好ましいが、上側部材３０の凹部Ｃ２を省略することも可能である。この場合は、大きな直径の密封部材５０を使用して上側部材３０の配置高さを高くすることにより、配線基板５と上側部材３０とが接触しないようにすればよい。

【0057】

図８には第１実施形態の変形例の基板の反り矯正装置１ａが示されている。図８の変形例の基板の反り矯正装置１ａのように、同じ大きさの配線基板５のみを処理する場合は、前述した図５においてスペーサ４０を省略してもよい。

【0058】

この形態では、下側部材２０の凹部Ｃ１の外側領域Ｐに配線基板５の周縁部が配置される。このようにして、図８の例では、配線基板５が下側部材２０の凹部Ｃ１を覆うようにして下側部材２０の上に直接配置される。

【0059】

そして、配線基板５上の周縁部に配置された密封部材５０を介して上側部材３０が下側部材２０の上に配置され、それらがクランプ治具７０で固定される。

【0060】

変形例の基板の反り矯正装置１ａにおいても、同様な方法でガス供給穴３２からガスを供給して配線基板５を下側に押圧することにより、配線基板５の反りを矯正することができる。

【0061】

なお、図５及び図８の基板の反り矯正装置１，１ａにおいて、下側部材３０にも同様なガス供給穴が形成されていてもよい。さらに、図５において、密封部材５０は配線基板５と上側部材３０との間だけではなく、スペーサ４０と配線基板５との間に配置されていてもよい。また、図８において、密封部材５０は配線基板５と上側部材３０との間だけではなく、下側部材２０と配線基板５との間に配置されていてもよい。

【0062】

スペーサ４０と配線基板５とが密封部材５０を介して密着する場合は、スペーサ４０の材料は金属でよいが、スペーサ４０と配線基板５とが直接接触する場合は、スペーサ４０の材料は樹脂などの柔らかい材料が使用される。

【0063】

本願発明者は、前述した基板の反り矯正装置１で配線基板の反りを矯正する方法において、配線基板の反り量の温度依存性について実験を行った。

【0064】

配線基板の温度を常温（１５℃）、３０℃〜１４０℃まで１０℃刻みで変化させ、配線基板のチップ実装領域の反り量について、矯正前、矯正後、及び再加熱後に調査した。再加熱は、配線基板のチップ実装領域に半導体チップをフリップチップ接続する際のリフロー加熱を想定した処理であり、加熱温度を２５０℃に設定した。

【0065】

評価基板としてはＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプに適用されるコア基板を有する配線基板を使用した。サンプル数は、各条件において１ピースとした。

【0066】

また、各条件において、ガスの圧力を０．５ＭＰａに設定し、処理時間を１秒に設定した。

【0067】

その結果が図９〜図１１に示されている。図１０は図９の各温度での反り量のデータについて、矯正前、矯正後、再加熱後の反り量をグラフ化したものである。また、図１１は図９の各温度での反り量のデータについて、「（矯正後の反り量）―（再加熱後の反り量）」から反り量の差分を算出し、その値をグラフ化したものである。

【0068】

配線基板の反り量がプラス値の場合は凸状の反りが発生しており、逆に反り量がマイナス値の場合は凹状の反りが発生していることを意味する。

【0069】

図９及び図１０に示すように、矯正前の各配線基板の反り量は概ね２０μｍ〜２２μｍであり、凸状の反りが発生していた。これに対して、前述した図５の反り矯正装置１で配線基板を処理すると、全ての各温度において配線基板の反り量がマイナス値になっており、凸状の反りから凹状の反りに矯正されたことが確認された。

【0070】

また、配線基板の温度を常温から１４０℃まで昇温するにつれて、マイナス値の絶対値が大きくなっていることから凹方向に大きく反りが矯正されることが分かった。

【0071】

また、再加熱後の配線基板の反り量に注目すると、常温から８０℃までの温度範囲では、矯正後と比較すると再加熱後の方がマイナス値の絶対値が大きくなっている。このことから、常温から８０℃までの温度範囲では、矯正後に再加熱すると、さらに凹方向に反り、凹状の反りから凸状の反りに戻らないことが分かった。これは、図１０のグラフの常温〜８０℃のデータを加えて参照すると分かりやすい。

【0072】

一方、９０℃〜１３０℃の温度範囲では、矯正後と比較すると再加熱後の方がマイナス値の絶対値が小さくなっていることから、矯正後の凹状の反りから凸方向に反りが多少戻ったことになる。これは、図１０のグラフの９０〜１３０℃のデータを加えて参照すると分かりやすい。

【0073】

また、図１１を参照すると、太線で囲まれたデータで示されるように、矯正後から再加熱後での反り量の変化量は７０℃〜９０℃の温度範囲で最小値になることが分かった。

【0074】

半導体チップは凹状に反っているため、半導体チップがフリップチップ接続される前の状態の配線基板のチップ実装領域内の反り形状は凹状である必要がある。この観点からは、配線基板の設定温度は常温〜９０℃の範囲であることが好ましい。

【0075】

また、矯正後から再加熱後での反り量の変化量に注目すると、７０℃〜９０℃の温度範囲が最小値になるため好ましい。半導体チップを実装した後に、配線基板の反りが凸方向に大きく戻ると、半導体チップの接続の信頼性が得られなくなるためである。

【0076】

また、常温（１５℃）においても、配線基板の反りの矯正を十分に行うことができる。この場合は、図５の基板の反り矯正装置１においてヒータ６０を省略できるため、反り矯正装置の構成を簡略化することができる。

【0077】

また、本願発明者は、前述した図５のように配線基板の反りを密封空間で矯正する場合と、比較例としてオープンの状態で矯正する場合とにおいて、矯正効果を比較する実験を行った。

【0078】

図１２に示すように、比較例の基板の反り矯正装置２は、図５の基板の反り矯正装置１において密封部材５０が省略されており、上側部材３０の凹部Ｃ２の外側領域が配線基板５の周縁部に直接接触する構造とした。図１２のその他の要素は図５と同一である。

【0079】

評価基板のサンプル数は、各条件において３ピースとした。処理時間は、各条件において、１秒、５秒、１０秒で変化させた。また、各条件において、ガスの圧力を０．５ＭＰａに設定した。

【0080】

その結果が図１３及び図１４に示されている。図１４は図１３の反り量のデータについて、矯正前、矯正後のデータをグラフ化したものである。

【0081】

図１３及び図１４に示すように、図５の基板の反り矯正装置１のように密封空間で行う場合は、全ての条件において、矯正前にプラス値であった反り量がマイナス値の反り量に変化しており、前述の実験結果と同様に十分な反り矯正効果が得られている。具体的には、矯正前の反り量が１５μｍ〜２３μｍ程度であり、矯正後には−１８μｍ〜−３０μｍ程度の反りに矯正されている。

【0082】

これに対して、図１２の比較例の基板の反り矯正装置２のようにオープンの状態で行うと、矯正前にプラス値であった反り量が多少小さくなっているだけであり、十分な反り矯正効果は得られなかった。具体的には、矯正前の反り量が１６μｍ〜２４μｍ程度であり、矯正後の反り量は１４μｍ〜２３μｍ程度であり、僅かな反り矯正効果しか得られなかった。

【0083】

図１１の比較例の基板の反り矯正装置２は、密封部材５０が省略されている。このため、ガスを供給して配線基板５を押圧する際に、配線基板５と上側部材３０との微細な隙間からガスが漏れるため、配線基板５を十分に押圧できないためである。

【0084】

このように、図５の基板の反り矯正装置１のように、密封部材５０を使用してガス供給空間Ｓを密封した状態で配線基板５をガスで押圧することが必要である。

【0085】

以上にようにして、凸状の反った配線基板５を水平又は凹状に反りになるように矯正することができる。そして、図１５に示すように、配線基板５のチップ実装領域Ｍの第２配線層１２の上に半導体チップ８０のはんだバンプ８２を配置し、２３０℃〜２５０℃の温度でリフロー加熱する。これにより、半導体チップ８０のはんだバンプ８２が配線基板５にフリップチップ接続される。

【0086】

このとき、前述したように、半導体チップ８０は凹状に反っているため、配線基板５が凹方向に反るように矯正する必要がある。このようにすることにより、半導体チップ８０をより信頼性よく配線基板５にフリップチップ接続することができる。

【0087】

その後に、半導体チップ８０と配線基板５との隙間にアンダーフィル樹脂８４を充填する、さらに、配線基板５の下面側の第２配線層１２にはんだボールを搭載するなどして外部接続端子８６を形成する。これにより、半導体装置３が製造される。

【0088】

前述したように、半導体チップ８０をフリップチップ接続する際に、再加熱となるリフロー加熱を行うとしても、矯正後に凹状に反った配線基板５は凸状の反りに戻らないため、半導体装置３の高い信頼性が得られる。

【0089】

第１実施形態では、配線基板５の反りを矯正する例を示したが、各種の基板の反りを矯正することができる。

【0090】

（第２実施形態）
図１６及び図１７は第２実施形態の基板の反り矯正装置を示す断面図、図１８及び図１９は第２実施形態の基板の反り矯正方法を説明するための図である。

【0091】

前述した第１実施形態の基板の反り矯正装置１，１ａは、上側部材３０にガス供給穴３２を形成しているため、凸状に反った基板を凹状に矯正することができる。

【0092】

しかし、基板の反り形状として凸形状及び凹形状が混在する場合、凹状に反った基板を矯正するとさらに凹状側に反りが発生し、過剰矯正となり品質を満たすことができなくなる。

【0093】

そこで、第２実施形態では、基板の反り矯正装置の下側部材にもガス供給穴を形成して、基板を表面側からだけではなく、裏面側からも矯正できるようにしている。

【0094】

図１６に示すように、第２実施形態の基板の反り矯正装置２は、下側部材２０とその上に配置される上側部材３０とを備えている。下側部材２０の上面側の中央部に四角状の凹部Ｃ１が形成されている。

【0095】

また、下側部材２０の凹部Ｃ１の底面の中央には厚み方向に貫通して凹部Ｃ１に繋がるガス供給穴２２が形成されている。下側部材２０のガス供給穴２２にはガス配管２４が取り付けられており、ガスコンプレッサ（不図示）からガスが所定の圧力で供給される。

【0096】

下側部材２０の凹部Ｃ１の内面には、下側部材２０のガス供給穴２２の上に開口部４２ａが設けられた下側スペーサ４２が配置されている。下側スペーサ４２は、下側部材２０の凹部Ｃ１の側壁に沿って上側に突き出る環状の突出部４２ｘを備えている。

【0097】

これにより、下側スペーサ４２は下側部材２０の凹部Ｃ１に沿った凹部Ｃ３が内面に形成されている。そして、下側スペーサ４２の突出部４２ｘの上面に環状の下側密封部材５２が配置される。

【0098】

また、上側部材３０は平板状であり、その中央部に厚み方向に貫通するガス供給穴３２が形成されている。上側部材３０の下面にはガス供給穴３２の下に開口部４４ａが設けられた上側スペーサ４４が配置されている。

【0099】

上側スペーサ４４は、下側スぺ―サ４２の突出部４２ｘに対応するように下側に突き出る環状の突出部４４ｘを備えて形成されている。これにより、上側スペーサ４４の内面に凹部Ｃ４が形成されている。

【0100】

上側スペーサ４４の突出部４４ｘの下面には環状の上側密封部材５４が配置される。

【0101】

上側部材３０のガス供給穴３２にはガス配管３４が取り付けられており、ガスコンプレッサ（不図示）からガスが所定の圧力で供給される。

【0102】

なお、下側スペーサ４２及び上側スペーサ４４として、第１実施形態の図５及び図６の環状のスペーサ４０と同様に、本体が環状に形成されたスペーサを使用してもよい。

【0103】

そして、下側部材２０と上側部材３０との間に反りの矯正が行われる基板６が配置される。下側部材２０及び上側部材３０の中にはヒータ６０が設けられており、基板６を所望の温度に加熱することができる。

【0104】

このように、第２実施形態の基板の反り矯正装置２では、上側部材３０にガス供給穴３２が形成されているだけではなく、下側部材２０にもガス供給穴２２が形成されている。これにより、配線基板５の表面側及び裏面側の両方からガスを供給して基板６の反りを矯正することができる。これにより、凸状に反った基板６は上側部材３０のガス供給穴３２からガスを供給することにより、所望の凹状の反り量に矯正することができる。

【0105】

また逆に、過剰に大きく凹状に反った基板６は下側部材２０のガス供給穴２２からガスを供給することにより、凹状の反りを凸状側に矯正して所望の凹状の反り量に矯正することができる。

【0106】

図１７には、第２実施形態の変形例の基板の反り矯正装置２ａが示されている。図１７の変形例の基板の反り矯正装置２ａのように、図１６の下側スペーサ４２及び上側スペーサ４４を省略してもよい。

【0107】

この形態の場合は、下側部材２０の凹部Ｃ１の周囲の上面に下側密封部材５２が配置される。また、上側部材３０の下面側に凹部Ｃ５が形成され、凹部Ｃ５の周囲の下面に上側密封部材５４が配置される。このようにして、基板６の周縁部の両面が下側密封部材５２及び上側密封部材５４を介して下側部材２０及び上側部材３０に密着する。

【0108】

図１８は、比較例の反り矯正方法と第２実施形態の反り矯正方法とを比較した図である。

【0109】

比較例では、上側部材のみにガス供給穴を備えた反り矯正装置が使用される。図１８に示すように、比較例及び第２実施形態の反り矯正方法の例では、共に、反り矯正前の複数の基板６の反り量は＋３０μｍ〜−３０μｍの範囲であり、凸状の反り（プラス値）と凹状の反り（マイナス値）が混在している。

【0110】

比較例の基板の反り矯正装置では、上側部材のみにガス供給穴が設けられているため、凹状側にしか反りを矯正できない。このため、各基板に反り矯正処理を行うと、複数の基板６の反り量は−５０μｍ〜−８０μｍの範囲の反り量となり、基板によっては凹状側に過剰矯正となり品質を満たすことができなくなる。

【0111】

これに対して、第２実施形態の基板の反り矯正装置２では、図１９（ａ）を加えて参照すると、最初に、下側部材２０のガス供給穴２２から各基板６の裏面に第１のガスを所定の圧力で供給する。これにより、図１８に示すように、複数の基板６の反り量は＋２５μｍ〜＋６０μｍの範囲となり、反り量の狙い値（−２５μｍ程度）とは逆の反り量になるようにする。

【0112】

次いで、図１９（ｂ）を加えて参照すると、上側部材３０のガス供給穴３２から各基板６の表面に第２のガスを所定の圧力で供給する。これにより、図１８に示すように、複数の基板６の反り量は−２５μｍ前後の値となり、反り量の狙い値に調整することができる。

【0113】

第１のガスを供給した後では、複数の基板６の反り量は＋２５μｍ〜＋６０μｍの範囲でばらついている。このため、各基板６ごとに、ガスの圧力及び処理時間などを調整することにより、反り量が−２０μｍ前後の値になるようにする。

【0114】

このように、凸状及び凹状の反りが混在している複数の基板６を一旦凸状の反りになるようにし、その後に、凹状の反りになるように矯正することにより、複数の基板６を所望の凹状の反り量の範囲に設定することができる。

【0115】

この例の他に、例えば、凹状に大きく過剰に反った基板６に対しては、最初に、下側部材２０のガス供給穴２２から第１のガスを供給して凹状の反りをゼロ付近まで矯正する。その後に、上側部材３０のガス供給穴３２から基板６に第２のガスを供給して狙い値の凹状の反り量に設定してもよい。

【0116】

あるいは、上側部材３０のガス供給穴３２及び下側部材２０のガス供給穴２２から同時にガスを供給してもよい。この場合は、上下からの供給されるガスの圧力を変えることで、上下からのガス圧の差が基板６の反り矯正圧力となるため、細かい圧力の調整が可能になり、基板６の反りを精度よく矯正することができる。

【0117】

さらには、上側部材３０のガス供給穴３２及び下側部材２０のガス供給穴２２から交互にガスを供給するステップを多数回で繰り返してもよい。

【0118】

このように、第２実施形態の基板の反り矯正装置２では、上側部材３０側及び下側部材２０側の両側から矯正用のガスを供給できる。これにより、基板６の両面に様々なタイミングでガスを供給することにより、基板６を凹状側ばかりではなく凸状側にも矯正することができると共に、基板６を所望の反り量に精度よく調整することができる。

【0119】

また、基板６にかかる矯正力の調整方法として、下側スペーサ４２及び上側スペーサ４４の各凹部Ｃ１，Ｃ４のサイズを変更する方法がある。

【0120】

図２０（ａ）では、前述した図１６と同様に、基板６の最外周部を下側密封部材５２及び上側密封部材５４で挟み込んでいる。

【0121】

これに対して、図２０（ｂ）に示すように、下側スペーサ４２及び上側スペーサ４４の各凹部Ｃ１，Ｃ４のサイズを小さくすることにより、下側スペーサ４２の突出部４２ｘの間隔、及び上側スペーサ４４の突出部４４ｘの間隔をそれぞれ狭く設定する。これにより、基板６の中央側に近い部分を下側密封部材５２及び上側密封部材５４で挟み込むことができる。

【0122】

図２０（ｂ）の構造では、図２０（ａ）でのガス圧力と同じガス圧力をかけても図２０（ａ）よりも基板６の変形量を小さくできるため、基板６にかかる矯正力を小さく調整することができる。

【0123】

一般的なコンプレッサは、低いガス圧を印加する際に圧力が不安定になる傾向があるため、種々の圧力調整方法を併用することにより矯正精度を向上させることができる。

【符号の説明】

【0124】

１，１ａ，２，２ａ…基板の反り矯正装置、３…半導体装置、５…配線基板、６…基板、１０…コア基板、１１…第１配線層、１２…第２配線層、１４…層間絶縁層、１６…ソルダレジスト、２０…下側部材、３０…上側部材、３２…ガス供給穴、３４…ガス配管、４０…スペーサ、４２…下側スペーサ、４４…上側スペーサ、４２ａ，４４ａ…開口部、４２ｘ，４４ｘ…突出部、５０…密封部材、５２…下側密封部材、５４…上側密封部材、６０…ヒータ、７０…クランプ治具、８０…半導体チップ、８２…はんだバンプ、８４…アンダーフィル樹脂、８６…外部接続端子、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５…凹部、Ｍ…チップ実装領域、Ｓ…ガス供給空間、ＴＥ…貫通電極、ＴＨ…スルーホール、ＶＨ…ビアホール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】