JP4118285B2 - Solder ball mounting apparatus and solder ball mounting method - Google Patents
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Description
本発明は、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板に搭載するための半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法に関するものである。 The present invention relates to a solder ball mounting apparatus and a solder ball mounting method for mounting solder balls to be solder bumps on a printed wiring board.
パッケージ基板とＩＣチップとの電気接続のために半田バンプが用いられている。半田バンプは、以下の工程により形成されている。
（１）パッケージ基板に形成された接続パッドにフラックスを印刷する工程。
（２）フラックスの印刷された接続パッドに、半田ボールを搭載する工程。
（３）リフローを行い半田ボールから半田バンプを形成する工程。
Solder bumps are used for electrical connection between the package substrate and the IC chip. The solder bump is formed by the following process.
(1) A step of printing flux on connection pads formed on the package substrate.
(2) A step of mounting solder balls on connection pads on which flux is printed.
(3) A step of reflowing to form solder bumps from the solder balls.
上述した半田ボールを接続パッドに搭載する工程では、例えば、特許文献１に示されている印刷技術が用いられている。この印刷技術では、図１３（Ａ）に示すようにプリント配線板３０上に接続パッド７５と対向した位置に開口１１６ａの設けられたボール整列用マスク１１６を載置し、スキージ１２４で半田ボール７８ｓを接続パッド７５上に落下させていた。
ＩＣの高集積化に伴い、パッケージ基板の半田バンプは更に小径化、狭ピッチ化が求められている。このため、半田ボールは直径２００μｍΦ未満の砂粒よりも小径となり、上述したボール整列用マスクとスキージを併用する方法では、半田バンプの高さのばらつきがでて品質が低下していた。 As ICs are highly integrated, the solder bumps on the package substrate are required to be further reduced in diameter and pitch. For this reason, the solder balls have a smaller diameter than sand grains having a diameter of less than 200 μmΦ, and the method of using the above-described ball alignment mask and squeegee together causes variations in the height of the solder bumps, resulting in a reduction in quality.
即ち、半田ボールが小径化すると、表面積に対する重量比が小さくなり、分子間力による半田ボールの吸着現象が生じる。従来技術では、凝集しやすい半田ボールをスキージを接触させて送るため、半田ボールを傷つけ一部に欠けが生じる。半田ボールの一部が欠けると、各接続パッド上で半田バンプの体積が異なるようになるので、上述したように半田バンプの高さにばらつきが生じる。体積の小さい半田バンプが存在すると、その半田バンプに熱応力が集中するために、接続信頼性が低下する。 That is, when the diameter of the solder ball is reduced, the weight ratio with respect to the surface area is reduced, and the phenomenon of adsorption of the solder ball due to intermolecular force occurs. In the prior art, solder balls that tend to agglomerate are sent in contact with the squeegee, so that the solder balls are damaged and some of them are chipped. If a part of the solder ball is missing, the volume of the solder bump differs on each connection pad, so that the height of the solder bump varies as described above. If there is a solder bump having a small volume, thermal stress concentrates on the solder bump, resulting in a decrease in connection reliability.
また、プリント配線板の表面は平坦ではない。特に、ビルドアップ多層配線板では表面の凹凸が大きい。プリント配線板にボール整列用マスクを載置すると、プリント配線板の凹凸に沿って、ボール整列用マスクにも窪んだ部分ができる。直径２００μｍΦ未満の半田ボールを扱う際には、図１３（Ｂ）に示すように窪んだ部分ができたボール整列用マスク１１６上では、スキージ１２４が窪みに追従できずに半田ボール７８ｓを上から押すようになって潰してしまい、搬送できなくなる。この対策のためにスキージを柔らかい材質で構成したとしても、図１３（Ｃ）に示すように、スキージ１２４の先端部分が曲がり、その部分に半田ボール７８ｓが入り込み潰れてしまう。このようにスキージを用いる方法では、直径２００μｍΦ未満の半田ボールを接続パッド上に正常な半田ボリュームで搭載することが困難になった。
Further, the surface of the printed wiring board is not flat. In particular, the build-up multilayer wiring board has large surface irregularities. When the ball alignment mask is placed on the printed wiring board, a recessed portion is formed in the ball alignment mask along the unevenness of the printed wiring board. When a solder ball having a diameter of less than 200 μmΦ is handled, the
本発明の目的は、直径２００μｍ未満の半田ボールを接続パッドへ確実に搭載することができる半田ボール搭載装置及び半田ボール搭載方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solder ball mounting apparatus and a solder ball mounting method capable of reliably mounting a solder ball having a diameter of less than 200 μm on a connection pad.
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッド領域の各接続パッドに搭載する半田ボール搭載装置であって、
プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる移動機構と、を備え、前記筒部材の開口部が略矩形であって、
当該開口部の筒部材移動方向に平行な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に平行な辺の長さに対して１．１〜４倍とし、
前記開口部の筒部材移動方向に垂直な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に垂直な辺の長さに対して１．１〜４倍としたことを技術的特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
A ball alignment mask having a plurality of openings corresponding to connection pads of the printed wiring board;
A cylindrical member that is located above the ball alignment mask and collects solder balls directly under the opening by sucking air from the opening;
A moving mechanism for moving the cylindrical member in a horizontal direction, and moving the solder ball assembled on the ball alignment mask by moving the cylindrical member, through the opening of the ball alignment mask, A movement mechanism for dropping the solder ball onto the connection pad of the printed wiring board, and the opening of the cylindrical member is substantially rectangular,
The length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the opening is 1.1 to 4 times the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the connection pad region,
A technical feature is that the length of the side of the opening perpendicular to the direction of movement of the cylindrical member is 1.1 to 4 times the length of the side of the connection pad region perpendicular to the direction of movement of the cylindrical member. To do.
請求項４の発明は、プリント配線板の接続パッド領域の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクを用い、半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の接続パッドに搭載するための半田ボール搭載方法であって、
開口部が略矩形であって、当該開口部の筒部材移動方向に平行な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に平行な辺の長さに対して１．１〜４倍とし、前記開口部の筒部材移動方向に垂直な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に垂直な辺の長さに対して１．１〜４倍とした筒部材を、ボール整列用マスクの上方に位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを技術的特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a ball alignment mask having a plurality of openings corresponding to connection pads in a connection pad region of a printed wiring board, and mounting solder balls serving as solder bumps on the connection pads of the printed wiring board. A solder ball mounting method,
The opening has a substantially rectangular shape, and the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the opening is 1.1 to 4 with respect to the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the connection pad region. A cylindrical member in which the length of the side perpendicular to the cylindrical member moving direction of the opening is 1.1 to 4 times the length of the side perpendicular to the cylindrical member moving direction of the connection pad region The solder balls are gathered on the ball alignment mask directly below the cylindrical member by being positioned above the ball alignment mask and sucking air with the cylindrical member.
By moving the cylindrical member in the horizontal direction, the solder balls assembled on the ball alignment mask are moved, and the solder balls are dropped onto the connection pads of the printed wiring board through the openings of the ball alignment mask. Is a technical feature.
請求項１の半田ボール搭載装置及び請求項４の半田ボール搭載方法によれば、ボール整列用マスクの上方に筒部材を位置させ、該筒部材の開口部から空気を吸引することで半田ボールを集合させ、筒部材を水平方向に移動させることで、集合させた半田ボールをボール整列用マスクの上を移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる。このため、微細な半田ボールを確実にプリント配線板の全ての接続パッドに搭載させることができる。また、半田ボールを非接触で移動させるため、スキージを用いる場合とは異なり、半田ボールに傷を付けることなく接続パッドに搭載でき、半田バンプの高さを均一にすることができる。更に、ビルドアップ多層配線板の様に、表面に起伏の多いプリント配線板でも半田ボールを接続パッドに適切に載置させることができる。また、非接触のため、半田ボールの凝集が起こり難いので、接続パッド上に確実に１個の半田ボールを搭載できる。
According to the solder ball mounting apparatus of
また、筒部材の開口部を略矩形としてあるため、半田ボールを略矩形状に集合させ、略矩形形状の接続パッド領域内の接続パッドに半田ボールを効率的に搭載することができる。ここで、筒部材の開口部の筒部材移動方向に平行な辺の長さを、接続パッド領域の筒部材移動方向に平行な辺の長さに対して１．１〜４倍とし、開口部の筒部材移動方向に垂直な辺の長さを、接続パッド領域の筒部材移動方向に垂直な辺の長さに対して１．１〜４倍としてあるので、プリント配線板の接続パッド領域に半田ボールを集めることができる。ここで、１．１倍未満となると、接続パッド領域の外周部の接続パッドに半田ボールを搭載できなくなる。４倍を越えると、筒部材の中央部に半田ボールが集まらず、接続パッド領域の中心部の接続パッドに半田ボールを搭載できなくなる。 Further, since the opening of the cylindrical member is substantially rectangular, the solder balls can be assembled into a substantially rectangular shape, and the solder balls can be efficiently mounted on the connection pads in the connection pad region having a substantially rectangular shape. Here, the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the opening of the cylindrical member is 1.1 to 4 times the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the connection pad region. The length of the side perpendicular to the cylinder member movement direction is 1.1 to 4 times the length of the side perpendicular to the cylinder movement direction of the connection pad area. Solder balls can be collected. Here, when it is less than 1.1 times, it becomes impossible to mount solder balls on the connection pads in the outer peripheral portion of the connection pad region. If it exceeds four times, the solder balls are not collected at the center of the cylindrical member, and the solder balls cannot be mounted on the connection pads at the center of the connection pad region.
請求項２の半田ボール搭載装置によれば、（開口部の筒部材移動方向に平行な辺の長さ）／（接続パッド領域の筒部材移動方向に平行な辺の長さ）を、（開口部の筒部材移動方向に垂直な辺の長さ）／（接続パッド領域の筒部材移動方向に垂直な辺の長さ）よりも大きくしてある。このため、略矩形形状の接続パッド領域に対して、筒部材の移動方向に長くなるように半田ボールを集めることができ、略矩形形状の接続パッド領域内の接続パッドに半田ボールを効率的に搭載することができる。
According to the solder ball mounting device of
請求項３の半田ボール搭載装置では、筒部材とボール整列用マスクとの間の風速を５〜３５m／secにしてあるため、接続パッド領域上に適切に半田ボールを集め、接続パッドに半田ボールを効率的に搭載することができる。ここで、風速が５m／sec未満では、筒部材の外周部に半田ボールが集中するため、接続パッド領域の中心部に位置する接続パッド領域上に半田ボールを搭載することが難しくなる。一方、風速が３５m／secを越えると、筒部材の中心部に半田ボールが集中するため、接続パッド領域の外周部に位置する接続パッド領域上に半田ボールを搭載することが難しくなる。ここで、接続パッド領域は、図８中の７５Ａの領域であって、最外層に位置する接続パッドを含み、その面積が最小となる矩形領域を言う。なお、図９（Ｃ）に示すように接続パッド７５が矩形状に配置されていない場合、最外周の接続パッドを含み接続パッド領域７５Aの矩形面積が最小となるように接続パッド領域を設定する。
In the solder ball mounting apparatus according to
先ず、本発明の実施例に係る半田ボール搭載方法及び搭載装置を用いて製造する多層プリント配線板１０の構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、該多層プリント配線板１０の断面図を、図７は、図６に示す多層プリント配線板１０にＩＣチップ９０を取り付け、ドータボード９４へ載置した状態を示している。図６に示すように多層プリント配線板１０では、コア基板３０の両面に導体回路３４が形成されている。コア基板３０の上面と裏面とはスルーホール３６を介して接続されている。
First, the structure of the multilayer printed
更に、コア基板３０の導体回路３４の上に層間樹脂絶縁層５０を介して導体回路層を形成する導体回路５８が形成されている。導体回路５８は、バイアホール６０を介して導体回路３４と接続されている。導体回路５８の上に層間樹脂絶縁層１５０を介して導体回路１５８が形成されている。導体回路１５８は、層間樹脂絶縁層１５０に形成されたバイアホール１６０を介して導体回路５８に接続されている。
Furthermore, a
バイアホール１６０、導体回路１５８の上層にはソルダーレジスト層７０が形成されており、該ソルダーレジスト層７０の開口７１にニッケルめっき層７２及び金めっき層７４を設けることで、接続パッド７５が形成されている。上面の接続パッド７５上には半田バンプ７８Ｕが、下面の接続パッド７５上にはＢＧＡ（ボールグリッドアレー）７８Ｄが形成されている。
A solder resist
図７中に示すように、多層プリント配線板１０の上面側の半田バンプ７８Ｕは、ＩＣチップ９０のランド９２へ接続される。一方、下側のＢＧＡ７８Ｄは、ドータボード９４のランド９６へ接続されている。
As shown in FIG. 7, the solder bumps 78 </ b> U on the upper surface side of the multilayer printed
図８は、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａの平面図である。多層プリント配線板１０Ａは、マトリクス状に接続パッド７５が配列された接続パッド領域７５Ａを備える個々の多層プリント配線板１０を、図中の一点鎖線で切断することで切り分ける。図５は、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａに半田バンプを形成する工程の説明図であり、図８中のＹ１−Ｙ１断面図に相当する。図５（Ａ）に示すように表面のソルダーレジスト層７０の開口７１に接続パッド７５を形成した多層プリント配線板１０Ａの表面にフラックス８０を印刷する。図５（Ｂ）に示すように多層プリント配線板１０Ａの上側の接続パッド７５上に後述する半田ボール搭載装置を用いて微少な半田ボール７８ｓ（例えば日立金属社製、タムラ社製、直径４０μｍ以上、２００μｍ未満）を搭載する。ファイン化対応のため直径２００μｍΦ未満の半田ボールが望ましい。直径４０μｍΦ未満では半田ボールが軽すぎるため接続パッド上に落下しない。一方、直径２００μｍΦ以上になると逆に重すぎるため筒部材内に半田ボールを集合させることができず、半田ボールが載っていない接続パッドが存在するようになる。本発明では、直径４０μｍΦ以上直径２００μｍΦ未満の半田ボールを使う意義が高い。この範囲ではファイン化に有利である。また、吸着ヘッドで半田ボールを吸着して接続パッド上に半田ボールを搭載する方法では、半田ボールが小さいので吸着するのが困難になるため、実施例の方法の優位性が明らかになる。
FIG. 8 is a plan view of a multilayer printed
その後、図５（Ｃ）に示すように多層プリント配線板１０Ａの下側の接続パッド７５上に、従来技術（例えば、特許１９７５４２９号）に係る吸着ヘッドで通常径（直径２５０μｍΦ）の半田ボール７８Ｌを吸着して載置する。その後、リフロー炉で過熱し、図６に示すように多層プリント配線板１０Ａの上側に６０μｍ以上２００μｍ未満のピッチで半田バンプ７８Ｕを、例えば５００〜３００００個（接続パッド数に相当）、下側に２mmピッチでＢＧＡ７８Ｄを、例えば２５０個形成する。特に接続パッド数が２０００〜３００００以上になると、接続パッド領域が大きくなるため、本発明の方法を適用する意義が高い。これは、非接触のためバンプの高さが安定し、高さの低い半田バンプが発生し難いので、接続信頼性の高いプリント配線板にすることができる。なお、６０μｍピッチ未満となると、そのピッチに適した半田ボールを製造するのが困難になる。２００μｍピッチ以上になると、本方法においても何ら問題なく製造できるが、従来技術の方法でも製造可能である。更に、図７に示すように、多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａを個片の多層プリント配線板１０に切り分けてから、リフローにより半田バンプ７８Ｕを介してＩＣチップ９０を搭載させた後、ＩＣチップ９０を搭載した多層プリント配線板１０を、ＢＧＡ７８Ｄを介してドータボード９４へ取り付ける。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, a
図５（Ｂ）を参照して上述した多層プリント配線板の接続パッド上に微少（直径２００μｍΦ未満）な半田ボール７８ｓを搭載する半田ボール搭載装置について、図１を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る半田ボール搭載装置の構成を示す構成図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の半田ボール搭載装置を矢印Ｂ側から見た矢視図である。
With reference to FIG. 5, a solder ball mounting apparatus for mounting a small (less than 200 μm diameter)
FIG. 1A is a configuration diagram showing a configuration of a solder ball mounting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating the solder ball mounting device of FIG. FIG.
半田ボール搭載装置２０は、多層プリント配線板１０Ａを位置決め保持するＸＹθ吸引テーブル１４と、該ＸＹθ吸引テーブル１４を昇降する上下移動軸１２と、多層プリント配線板の接続パッド７５に対応する開口を備えるボール整列用マスク１６と、ボール整列用マスク１６上を移動する半田ボールを誘導する搭載筒（筒部材）２４と、搭載筒２４に負圧を与える吸引ボックス２６と、余剰の半田ボールを回収するための吸着ボール除去筒６１と、該吸着ボール除去筒６１に負圧を与える吸引ボックス６６と、回収した半田ボールを保持する吸着ボール除去吸引装置６８と、ボール整列用マスク１６をクランプするマスククランプ４４と、搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１をＸ方向へ送るＸ方向移動軸４０と、Ｘ方向移動軸４０を支持する移動軸支持ガイド４２と、多層プリント配線板１０を撮像するためのアライメントカメラ４６と、搭載筒２４下にある半田ボールの残量を検出する残量検出センサ１８と、残量検出センサ１８により検出された残量に基づき半田ボールを搭載筒２４側へ供給する半田ボール供給装置２２と、を備える。図１に示す半田ボール搭載装置２０では、搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１をＸ方向へ送るＸ方向移動軸４０のみ示したが、Ｙ方向へ送る移動機構を備えることも可能である。
The solder
図９（Ａ）は、図８中の多層プリント配線板１０Ａの接続パッド領域７５Ａと搭載筒２４とを拡大して示す説明図である。
搭載筒２４は、下端開口部２４Ａ（図２（Ｂ）参照）が矩形に形成してある。このため、半田ボールを略矩形状に集合させ、略矩形形状の接続パッド領域７５Ａ内の接続パッド７５に半田ボールを効率的に搭載することができる。ここで、当該開口部の搭載筒移動方向（Ｘ方向）に平行な辺（内壁の長さ）２４Ｘの長さａｘを、接続パッド領域７５Ａの搭載筒移動方向に平行な辺７５Ｘの長さｘに対してａ（１．１〜４）倍に設定してある。一方、開口部の搭載筒移動方向に垂直（Ｙ方向）な辺（内壁長さ）２４Ｙの長さｂｙを、接続パッド領域７５Ａの搭載筒移動方向に垂直な辺７５Ｙの長さｙに対してｂ（１．１〜４）倍に設定してある。このため、プリント配線板の接続パッド領域７５Ａ上（接続パッド領域上に位置するボール整列用マスク上）に半田ボールを集めることができる。ここで、１．１倍未満となると、図１０（Ａ）に示すように半田ボール群（半田ボールの集合体）７８Ｇが内側に集まり過ぎ、接続パッド領域７５Ａの外周部の接続パッド７５に半田ボールを搭載できなくなる。４倍を越えると、図１０（Ｂ）に示すように搭載筒２４の中央部に半田ボールが集まらず、接続パッド領域７５Ａの中心部の接続パッド７５に半田ボールを搭載できなくなる。ここで、図９（Ｃ）に示すように接続パッド７５が矩形状に配置されていない場合のx、yは、最外周の接続パッドを含み接続パッド領域７５Aの矩形面積が最小となるように設定する。
FIG. 9A is an explanatory view showing, in an enlarged manner, the
The mounting
また、実施例では、（搭載筒２４の開口部の筒部材移動方向（Ｘ方向）に平行な辺２４Ｘの長さ）／（接続パッド領域７５Ａの搭載筒移動方向に平行な辺７５Ｘの長さ）＝ａを、（開口部の搭載筒移動方向に垂直な辺２４Ｙの長さ）／（接続パッド領域７５Ａの搭載筒移動方向に垂直な辺７５Ｙの長さ）＝ｂよりも大きくしてある（ａ＞ｂ）。このため、図９（Ｂ）に示すように略矩形形状の接続パッド領域７５Ａに対して、搭載筒２４の移動方向（Ｘ方向）に長くなるように半田ボール群７８Ｇを形成することができ、搭載筒２４をＸ方向へ移動させた際に、矩形形状の接続パッド領域７５Ａ内の接続パッド７５に半田ボールを効率的に搭載することができる。
In the embodiment, (the length of the
図８の平面図に示すように多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａの上に、半田ボール搭載装置２０の搭載筒２４及び吸着ボール除去筒６１は、個々の接続パッド領域７５Ａに対応させてＹ方向へ複数並べてある。なお、ここでは、１の接続パッド領域７５Ａに１の搭載筒２４を対応させたが、搭載筒２４を複数の接続パッド領域７５Ａに対応した大きさにしてもよい。ここで、Ｙ方向は便宜的であり、Ｘ方向に並べても良い。ＸＹθ吸引テーブル１４は、半田ボールの搭載される多層プリント配線板１０を位置決め、吸着、保持、補正する。アライメントカメラ４６は、ＸＹθ吸引テーブル１４上の多層プリント配線板１０のアライメントマークを検出し、検出された位置に基づき、多層プリント配線板１０とボール整列用マスク１６との位置が調整される。残量検出センサ１８は光学的な手法により半田ボールの残量を検出する。
As shown in the plan view of FIG. 8, the mounting
引き続き、半田ボール搭載装置２０による半田ボールの搭載工程について図２〜図４を参照して説明する。
（１）多層プリント配線板の位置認識、補正
図２（Ａ）に示すように多数個取り用の多層プリント配線板１０Ａのアライメントマーク３４Ｍをアライメントカメラ４６により認識し、ボール整列用マスク１６に対して多層プリント配線板１０Ａの位置をＸＹθ吸引テーブル１４によって補正する。即ち、ボール整列用マスク１６の開口１６ａがそれぞれ多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５に対応するように位置調整する。
Next, a solder ball mounting process by the solder
(1) Position Recognition and Correction of Multilayer Printed Wiring Board As shown in FIG. 2 (A), the
（２）半田ボール供給
図２（Ｂ）に示すように半田ボール供給装置２２から半田ボール７８ｓを搭載筒２４側へ定量供給する。なお、予め搭載筒内に供給しておいても良い。
(2) Solder Ball Supply As shown in FIG. 2B, the
（３）半田ボール搭載
図３（Ａ）に示すように、ボール整列用マスク１６の上方に、該ボール整列用マスクとの所定のクリアランス（例えば、ボール径の０．５〜４倍）を保ち搭載筒２４を位置させ、吸引部２４ｂから空気を吸引することで、搭載筒とプリント配線板間の隙間の流速を５m/sec〜３５m/secにして、当該搭載筒２４の開口部２４Ａ直下のボール整列用マスク１６上に半田ボール７８ｓを集合させた。
(3) Solder ball mounting As shown in FIG. 3A, a predetermined clearance (for example, 0.5 to 4 times the ball diameter) with the ball alignment mask is maintained above the
その後、図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図８に示すように、図１（Ｂ）及び図１（Ａ）に示す多層プリント配線板１０ＡのＹ軸沿って並べられた搭載筒２４を、Ｘ方向移動軸４０を介してＸ軸に沿って水平方向へ送る。これにより、ボール整列用マスク１６の上に集合させた半田ボール７８ｓを搭載筒２４の移送に伴い移動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５へ落下、搭載させて行く。これにより、半田ボール７８ｓが多層プリント配線板１０Ａ側の全接続パッド上に順次整列される。
Thereafter, as shown in FIGS. 3B, 4A, and 8, the mounting
（４）付着半田ボール除去
図４（Ｂ）に示すように、搭載筒２４により余剰の半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６上に開口１６ａの無い位置まで誘導した後、吸着ボール除去筒６１により吸引除去する。
(4) Removal of Adhering Solder Balls As shown in FIG. 4B, after the
（５）基板取り出し
ＸＹθ吸引テーブル１４から多層プリント配線板１０Ａを取り外す。
(5) Removing the multilayer printed
本実施例の半田ボール搭載方法、半田ボール搭載装置２０によれば、ボール整列用マスク１６の上方に搭載筒２４を位置させ、該搭載筒２４の吸引部２４Ｂ（図２（Ｂ）参照）から空気を吸引することで半田ボール７８ｓを集合させ、搭載筒２４を水平方向に移動させることで、集合させた半田ボール７８ｓをボール整列用マスク１６の上を移動させ、ボール整列用マスク１６の開口１６ａを介して、半田ボール７８ｓを多層プリント配線板１０Ａの接続パッド７５へ落下させる。このため、微細な半田ボール７８ｓを確実に多層プリント配線板１０Ａの全ての接続パッド７５に搭載させることができる。また、半田ボール７８ｓを非接触で移動させるため、スキージを用いる場合とは異なり、半田ボールを傷を付けることなく接続パッド７５に搭載でき、半田バンプ７８Ｕの高さを均一にすることができる。このため、ＩＣ等の電子部品の実装性、実装後のヒートサイクル試験、高温・高湿試験等の耐環境試験に優れる。更に、製品の平面度に依存しないので、表面に起伏の多いプリント配線板でも半田ボールを接続パッドに適切に載置させることができる。また、微少な半田ボールを確実に接続パッド上に載置することができるので、接続パッドピッチが６０〜１５０μｍピッチでソルダーレジストの開口径が４０〜１００μｍのプリント配線板においても全てのバンプにおいてバンプ高さが安定した半田バンプとすることができる。
According to the solder ball mounting method and the solder
更に、吸引力により半田ボールを誘導するため、半田ボールの凝集、付着を防止することができる。更に、搭載筒２４の数を調整することで、種々の大きさのワーク（ワークシートサイズの多層プリント配線板）に対応することができるので、多品種、少量生産にも柔軟に適用することが可能である。
Further, since the solder balls are guided by the suction force, the solder balls can be prevented from aggregating and adhering. Furthermore, by adjusting the number of mounting
本実施例の半田ボール搭載装置では、図１（Ｂ）に示すように搭載筒２４をワーク（ワークシートサイズの多層プリント配線板）の幅に対応させてＹ方向へ複数並べてあるため、複数の搭載筒２４を、列方向に対して垂直方向（Ｘ方向）へ送るだけで、半田ボールを確実に多層プリント配線板１０Ａの全ての接続パッド７５に搭載させることができる。
In the solder ball mounting apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1B, a plurality of mounting
更に、吸着ボール除去筒６１によりボール整列用マスク１６上に残った半田ボール７８ｓを回収できるので、余剰の半田ボールが残り、故障等の障害の原因となることがない。
Further, since the
[実施例]
（１）プリント配線板の作製
出発材料として両面銅張積層板（例えば、日立化成工業株式会社製 ＭＣＬ−Ｅ−６７）を用い、この基板に周知の方法でスルーホール導体及び導体回路を形成した。その後、周知の方法（例えば、２０００年６月２０日 日刊工業新聞社発行の「ビルドアップ多層プリント配線板」（高木清著）で層間絶縁層と導体回路層とを交互に積層し、最外層の導体回路層において、ＩＣへ電気的に接続するための接続パッド群を形成した。接続パッド群は、１２０μｍΦの接続パッドを接続パッド領域（７０mm2 :１０mm×７mm）内に２０００個形成し、その大半が１５０μｍピッチで格子状に配置されている。ここで、バイアホールから成る接続パッド（バイアホールの直上に半田バンプを形成）は、フィルドビアが好ましく、その凹み量、凸量（図１４参照）は、導体回路１５８の導体厚さに対し−５〜５μｍの範囲が望ましい。フィルドビアの凹み量が５μｍ（−５μｍ）を越えると、半田ボールとフィルドビアからなる接続パッドの接点が少なくなるので、半田バンプとするとき濡れ性が悪くなり、半田内にボイドを巻き込んだり、未搭載（ミッシングバンプ）になりやすい。一方、５μｍを越えると導体回路１５８の厚みが厚くなるので、ファイン化に向かない。
その上に市販のソルダーレジストを形成し（膜厚２０μｍ）、接続パッドを露出させるため、接続パッド上のソルダーレジストに、写真法で９０μｍΦの開口を形成した。
[Example]
(1) Preparation of printed wiring board A double-sided copper-clad laminate (for example, MCL-E-67 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was used as a starting material, and through-hole conductors and conductor circuits were formed on this substrate by a well-known method. . Thereafter, interlayer insulation layers and conductor circuit layers are alternately laminated by a well-known method (for example, “Build-Up Multilayer Printed Wiring Board” published by Nikkan Kogyo Shimbun on June 20, 2000). In the conductor circuit layer, a connection pad group for electrical connection to the IC was formed, and the connection pad group was formed with 2000 connection pads of 120 μmΦ in the connection pad region (70 mm 2 : 10 mm × 7 mm), Most of them are arranged in a grid pattern with a pitch of 150 μm, and the via pads (the solder bumps are formed immediately above the via holes) are preferably filled vias, and the dents and protrusions (see FIG. 14). ) Is preferably in the range of −5 to 5 μm with respect to the conductor thickness of the
A commercially available solder resist was formed thereon (
（２）半田ボール搭載
（１）で作製したプリント配線板の表面（ＩＣ実装面）に市販のロジン系フラックスを塗布した。その後上述した本願発明の半田ボール搭載装置の吸着テーブルに搭載し、プリント配線板およびボール整列用マスクのアライメントマークをＣＣＤカメラを用いて認識し、プリント配線板とボール整列用マスクを位置合わせした。ここで、ボール整列用マスクは、プリント配線板の接続パッドに対応した位置に１１０μｍΦの開口を有するＮｉ製のメタルマスクを用いた。メタルマスクの厚みは、半田ボールの１／４〜３／４が好ましい。ここでは、Ｎｉ製のメタルマスクを用いたが、ＳＵＳ製やポリイミド製のボール整列用マスクを用いることも可能である。尚、ボール整列用マスクに形成する開口径は、使用するボールの径に対して１．１〜１．５倍が好ましい。次に、接続パッド領域に対応した大きさ（接続パッドが形成されている領域に対して１．１〜４倍）で、高さ２００mmのＳＵＳ製の搭載筒を半田ボール径の０．５〜４倍のクリアランスを保ってメタルマスク（ボール整列用マスク）上に位置させ、その周囲近辺のボール整列用マスク上にボール直径８０μｍΦのＳｎ６３Ｐｂ３７半田ボール（日立金属社製）を載せた。実施例では、半田ボールにＳｎ／Ｐｂ半田を用いたが、ＳｎとＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎ等の群から選ばれるＰｂフリー半田であってもよい。
(2) Solder ball mounting (1) A commercially available rosin flux was applied to the surface (IC mounting surface) of the printed wiring board. Thereafter, the printed circuit board was mounted on the suction table of the solder ball mounting apparatus of the present invention described above, the alignment marks of the printed wiring board and the ball alignment mask were recognized using a CCD camera, and the printed wiring board and the ball alignment mask were aligned. Here, as the ball alignment mask, a Ni metal mask having an opening of 110 μmφ at a position corresponding to the connection pad of the printed wiring board was used. The thickness of the metal mask is preferably 1/4 to 3/4 of the solder ball. Although a Ni metal mask is used here, a ball alignment mask made of SUS or polyimide can also be used. The opening diameter formed in the ball alignment mask is preferably 1.1 to 1.5 times the diameter of the ball used. Next, a mounting tube made of SUS having a size corresponding to the connection pad area (1.1 to 4 times the area where the connection pad is formed) and a height of 200 mm is 0.5 to 0.5 times the solder ball diameter. A Sn63Pb37 solder ball (manufactured by Hitachi Metals Co., Ltd.) having a ball diameter of 80 μm was placed on the ball alignment mask in the vicinity of the periphery of the metal mask (ball alignment mask) while maintaining a 4-fold clearance. In the embodiment, Sn / Pb solder is used for the solder balls, but Pb-free solder selected from the group consisting of Sn and Ag, Cu, In, Bi, Zn, or the like may be used.
そして、搭載筒上部の吸引部（５〜２０mmΦ）２４Ｂ（図２（Ｂ）参照）より空気を吸引し、次関係式を満たすことで、半田ボールを搭載筒内のボール整列用マスク上に集合させた。
「搭載筒とボール整列用マスク間の隙間の流速＞搭載筒内の風速、かつ、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速（吸引部の風速は除く）」
上述の関係式を満足させるため、以下の主パラメーターを調整した。
パラメーター(1)：搭載筒上部の吸引部からの吸引量（２Ｌ／ｍｉｎ〜５００Ｌ／ｍｉｎ）
パラメーター(2)：搭載筒とボール整列用マスク間の隙間（半田ボール径の０．５〜２．５倍）
パラメーター(3)：搭載筒の下端開口部２４（Ａ）の面積（図２（Ｂ）、図９参照）
Then, air is sucked from the suction portion (5 to 20 mmΦ) 24B (see FIG. 2B) at the top of the mounting cylinder, and the solder balls are gathered on the ball alignment mask in the mounting cylinder by satisfying the following relational expression. I let you.
“Flow velocity in the gap between the mounting cylinder and ball alignment mask> Wind speed in the mounting cylinder and the natural falling speed of the solder ball> Wind speed in the mounting cylinder (excluding the wind speed of the suction part)”
In order to satisfy the above relational expression, the following main parameters were adjusted.
Parameter (1): Suction amount from the suction part at the top of the mounting cylinder (2L / min to 500L / min)
Parameter (2): Gap between the mounting cylinder and the ball alignment mask (0.5 to 2.5 times the solder ball diameter)
Parameter (3): Area of the lower end opening 24 (A) of the mounting cylinder (see FIGS. 2B and 9)
ここで、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を５〜３５ｍ／sec、搭載筒内の風速は、０．１ｍ／sec〜２ｍ／secとすることができる。また、搭載筒の大きさ（図９参照）は、接続パッド領域（電子部品搭載領域）を等倍に拡大した大きさにする必要はない。接続パッド領域に対する搭載筒の拡大倍率は、移動方向側が大きいほうが好ましい。このように、搭載筒が移動方向に対して大きくなると、図９（Ｂ）を参照して上述したように半田ボールが移動方向に対して幅広に存在することとなるため、複数の半田ボールがボール整列用マスクの開口部に落下するチャンスが発生するので、半田ボールの搭載率が向上する。 Here, the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask can be 5 to 35 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder can be 0.1 m / sec to 2 m / sec. Further, the size of the mounting cylinder (see FIG. 9) does not have to be a size obtained by enlarging the connection pad region (electronic component mounting region) at the same magnification. The enlargement magnification of the mounting cylinder relative to the connection pad area is preferably larger on the moving direction side. As described above, when the mounting cylinder becomes larger in the moving direction, the solder balls exist wider in the moving direction as described above with reference to FIG. Since a chance of dropping to the opening of the ball alignment mask occurs, the solder ball mounting rate is improved.
その後、搭載筒を移動速度２０mm／secで送って半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口部から半田ボールを落下させて接続パッド上に半田ボールを搭載した。次に、ボール整列用マスクの余分な半田ボールを除去したのち、半田ボール整列用マスクとプリント配線板を半田ボール搭載装置から別個に取り外した。最後に、前記で作製したプリント配線板を２３０度に設定してあるリフローに投入して半田ボール付きプリント配線板とした。 Thereafter, the mounting ball was sent at a moving speed of 20 mm / sec to move the solder ball, and the solder ball was dropped from the opening of the ball alignment mask to mount the solder ball on the connection pad. Next, after removing excess solder balls from the ball alignment mask, the solder ball alignment mask and the printed wiring board were separately removed from the solder ball mounting apparatus. Finally, the printed wiring board produced above was put into a reflow set at 230 degrees to obtain a printed wiring board with solder balls.
[実施例１]
実施例１は実施例に準じて作成し、半田ボールは直径８０μｍΦのものを用いた。なお、パッド数は、２０００から４０００に変更した。その結果、接続パッド領域が１３０（７５Ｘ＝１３mm、７５Ｙ＝１０mm、図９（Ａ）参照）mm２となった。また、ボール搭載において、上述した主パラメーターを以下のように調整した。
(1) 吸引量＝２５Ｌ／ｍｉｎ（吸引部の径：６．５mmΦ）
(2) 隙間＝０．２〜０．３mm
(3) 開口面積＝１１７０mm２（２４Ｘ＝３９：ａ＝３、２４Ｙ＝３０：ｂ＝３）
この結果、搭載筒とボール整列用マスク間の風速が１１〜１７ｍ／secであり、搭載筒内の風速が０．６５ｍ／sec以下となった。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、搭載筒内の風速は半田ボールの自然落下速度未満（半田ボールの自然落下速度未満＞搭載筒内の風速）あることも確認できた。
[Example 1]
Example 1 was prepared according to the example, and solder balls having a diameter of 80 μmΦ were used. The number of pads was changed from 2000 to 4000. As a result, the connection pad area was 130 (75X = 13 mm, 75Y = 10 mm, see FIG. 9A) mm 2 . Moreover, in the ball mounting, the main parameters described above were adjusted as follows.
(1) Suction amount = 25 L / min (suction part diameter: 6.5 mmΦ)
(2) Gap = 0.2-0.3mm
(3) Opening area = 1170 mm 2 (24X = 39: a = 3, 24Y = 30: b = 3)
As a result, the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was 11 to 17 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. In addition, since no solder ball was sucked from the suction part, the wind speed in the mounting cylinder must be less than the natural falling speed of the solder ball (less than the natural falling speed of the solder ball> the wind speed in the mounting cylinder). Was also confirmed.
[実施例２]
実施例２は、実施例１において、ａ，ｂをａ＝ｂ＝１．１とした。パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 2]
In Example 2, a and b were set to a = b = 1.1 in Example 1. Parameter (1) was adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was set to 11 to 17 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was set to 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例３]
実施例３は、実施例１において、ａ，ｂをａ＝ｂ＝４とした。パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７ｍ／sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 3]
In Example 3, a and b were set to a = b = 4 in Example 1. Parameter (1) was adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was set to 11 to 17 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was set to 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例４]
実施例４は、実施例１においてａ，ｂをａ＝３、ｂ＝１．１とした。また、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を５〜１０ｍ／sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 4]
In Example 4, a and b were set to a = 3 and b = 1.1 in Example 1. In addition, parameter (1) was adjusted within the range of the example so that the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was 5 to 10 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例５]
実施例５は、実施例１においてａ，ｂをａ＝４、ｂ＝１．１とした。また、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を２０〜２５m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 5]
In Example 5, a and b in Example 1 were set to a = 4 and b = 1.1. In addition, parameter (1) was adjusted within the range of the example so that the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was 20 to 25 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例６]
実施例６は、実施例１においてａ，ｂをａ＝４、ｂ＝３とした。また、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を３０〜３５m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 6]
In Example 6, a and b in Example 1 were set to a = 4 and b = 3. In addition, parameter (1) was adjusted within the range of the example so that the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was 30 to 35 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例７]
実施例７は、実施例１において、ａ＝２、ｂ＝１．１とし、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 7]
In Example 7, a = 2 and b = 1.1 in Example 1, and parameter (1) is adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 11 to 17 m. / sec, the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例８]
実施例８は、実施例１において、ａ＝３、ｂ＝１．１とし、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自無落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 8]
In Example 8, a = 3 and b = 1.1 in Example 1, parameter (1) is adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 11 to 17 m. / sec, the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the self-falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例９]
実施例９は、実施例１において、ａ＝４、ｂ＝１．１とし、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 9]
In Example 9, a = 4 and b = 1.1 in Example 1, parameter (1) is adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 11 to 17 m. / sec, the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例１０]
実施例１０は、実施例１において、ａ＝４、ｂ＝３とし、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Example 10]
In Example 10, a = 4 and b = 3 in Example 1, parameter (1) is adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 11 to 17 m / sec. The wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[参考例１]
参考例１は、実施例１において、ａ，ｂをａ＝ｂ＝１とした。パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５ｍ／sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Reference Example 1]
In Reference Example 1, a and b were set to a = b = 1 in Example 1. The parameter (1) was adjusted within the range of the example, so that the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was 11 to 17 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[参考例２]
参考例２は、実施例１において、ａ，ｂをａ＝ｂ＝５とした。パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Reference Example 2]
In Reference Example 2, a and b were set to a = b = 5 in Example 1. Parameter (1) was adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was set to 11 to 17 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was set to 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[参考例３]
参考例３は、実施例１においてａ，ｂをａ＝ｂ＝３とした。また、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を５m/sec未満、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Reference Example 3]
In Reference Example 3, a and b were set to a = b = 3 in Example 1. In addition, parameter (1) was adjusted within the range of the example so that the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask was less than 5 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[参考例４]
参考例４は、実施例１においてａ，ｂをａ＝ｂ＝３とした。また、パラメ一夕ー(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を４０〜４５m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Reference Example 4]
In Reference Example 4, a and b were set to a = b = 3 in Example 1. Further, the parameter (1) is adjusted within the range of the embodiment so that the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 40 to 45 m / sec, and the wind speed in the mounting cylinder is 0.65 m / sec or less. did. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[参考例５]
参考例５は、実施例１において、ａ＝１、ｂ＝１．１とし、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Reference Example 5]
In Reference Example 5, a = 1 and b = 1.1 in Example 1, parameter (1) is adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 11 to 17 m. / sec, the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[参考例６]
参考例６は、実施例１において、ａ＝５、ｂ＝１．１とし、パラメーター(1)を実施例の範囲内で調整して、搭載筒とボール整列用マスク間の風速を１１〜１７m/sec、搭載筒内の風速を０．６５m/sec以下とした。また、吸引部から１個も半田ボールが吸引されることがなかったので、半田ボールの自然落下速度＞搭載筒内の風速であることも確認できた。
[Reference Example 6]
In Reference Example 6, a = 5 and b = 1.1 in Example 1, parameter (1) is adjusted within the range of the example, and the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask is 11 to 17 m. / sec, the wind speed in the mounting cylinder was 0.65 m / sec or less. Further, since no solder balls were sucked from the suction portion, it was confirmed that the natural falling speed of the solder balls> the wind speed in the mounting cylinder.
[実施例１１〜２０、参考例７〜１２]
実施例１〜１０，参考例１〜６において、使用した半田ボールを４０μｍΦとした。その変更に伴い、ソルダーレジストの膜厚を１０μｍ、ソルダーレジストの開口を４５μｍΦ、ボール整列用マスクの開口を５０μｍΦとした。また、搭載用筒内の風速を０．１m/secに調整した。それ以外は、各実施例、各参考例に準じ作製した。
[Examples 11 to 20, Reference Examples 7 to 12]
In Examples 1 to 10 and Reference Examples 1 to 6, the solder balls used were 40 μmΦ. With this change, the film thickness of the solder resist was 10 μm, the opening of the solder resist was 45 μmΦ, and the opening of the ball alignment mask was 50 μmΦ. The wind speed in the mounting cylinder was adjusted to 0.1 m / sec. Other than that, it produced according to each Example and each reference example.
[実施例２１〜３０、参考例１３〜１８]
実施例１〜１０，参考例１〜６において、使用した半田ボールを１５０μｍΦとした。その変更に伴い、接続パッドを２００μｍΦ、ソルダーレジストの開口を１７０μｍΦ、ボール整列用マスクの開口を２００μｍΦとした。また、接続パッドは、大半を２５０μｍピッチで、接続パッド数を減らして接続パッド領域を１３０mm２以内に形成した。それ以外は各実施例、各参考例に準じ作成した。
[Examples 21-30, Reference Examples 13-18]
In Examples 1 to 10 and Reference Examples 1 to 6, the solder balls used were 150 μmΦ. Along with this change, the connection pad was 200 μmΦ, the solder resist opening was 170 μmΦ, and the ball alignment mask opening was 200 μmΦ. The connection pads were mostly formed at a pitch of 250 μm, the number of connection pads was reduced, and the connection pad area was formed within 130 mm 2 . Other than that, it created according to each Example and each reference example.
[実施例３１〜４０、参考例１９〜２４]
実施例１〜１０，参考例１〜６において、使用した半田ボールを１８０μｍΦとした。その変更に伴い、接続パッドを２５０μｍΦ、ソルダーレジストの開口を２２０μｍΦ、ボール整列用マスクの開口を２５０μｍΦとした。また、接続パッドは、大半を３００μｍピッチで、接続パッド数を減らして接続パッド領域を１３０mm２以内に形成した。それ以外は各実施例に準じ作成した。
[Examples 31 to 40, Reference Examples 19 to 24]
In Examples 1 to 10 and Reference Examples 1 to 6, the solder balls used were 180 μmΦ. Along with this change, the connection pad was 250 μmΦ, the solder resist opening was 220 μmΦ, and the ball alignment mask opening was 250 μmΦ. The connection pads were mostly formed at a pitch of 300 μm and the number of connection pads was reduced to form a connection pad area within 130 mm 2 . Other than that, it created according to each Example.
[比較例１]
実施例１において、半田ボール搭載方法を変更し、８０μｍΦの半田ボールを、従来技術の如くボール整列用スキージを用いてプリント配線板に搭載した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the solder ball mounting method was changed, and 80 μmφ solder balls were mounted on a printed wiring board using a ball alignment squeegee as in the prior art.
[比較例２]
実施例１１において、半田ボール搭載方法を変更し、４０μｍΦの半田ボールを、従来技術の如くボール整列用スキージを用いてプリント配線板に搭載した。
[Comparative Example 2]
In Example 11, the solder ball mounting method was changed, and 40 μmφ solder balls were mounted on a printed wiring board using a ball alignment squeegee as in the prior art.
[比較例３]
実施例２１において、半田ボール搭載方法を変更し、１５０μｍΦの半田ボールを、従来技術の如くボール整列用スキージを用いてプリント配線板に搭載した。
[Comparative Example 3]
In Example 21, the solder ball mounting method was changed, and 150 μmφ solder balls were mounted on a printed wiring board using a ball alignment squeegee as in the prior art.
[比較例４]
実施例３１において、半田ボール搭載方法を変更し、１８０μｍΦの半田ボールを、従来技術の如くボール整列用スキージを用いてプリント配線板に搭載した。
[Comparative Example 4]
In Example 31, the solder ball mounting method was changed, and 180 μmφ solder balls were mounted on a printed wiring board using a ball alignment squeegee as in the prior art.
[比較例５]
比較例５では、実施例１において、半田ボールの代わりに半田ペーストを用いて半田バンプを形成した。
[Comparative Example 5]
In Comparative Example 5, solder bumps were formed using solder paste instead of solder balls in Example 1.
（評価試験）
各実施例、参考例及び比較例の半田ボール付きプリント配線板を１００個作成し、各プリント配線板の全接続パッド上の半田バンプの有無を確認した（×１０倍の顕微鏡）。そして、全接続パッドに半田バンプが形成されていたプリント配線板を良品とし、半田バンプが形成されていない接続パッドがあったプリント配線板は不良とした。良品のプリント配線板数を数えて、収率とした（良品のプリント配線板数／１００×１００％）。この結果を図１１及び図１２中の図表に示す。
(Evaluation test)
100 printed wiring boards with solder balls of each example, reference example and comparative example were prepared, and the presence or absence of solder bumps on all connection pads of each printed wiring board was confirmed (× 10 magnification microscope). A printed wiring board having solder bumps formed on all connection pads was regarded as a good product, and a printed wiring board having connection pads not formed with solder bumps was regarded as defective. The number of non-defective printed wiring boards was counted and used as the yield (number of non-defective printed wiring boards / 100 × 100%). The results are shown in the charts in FIGS.
ａ及びｂを１．１〜４倍とすることで収率を高め得ることが分かった。また、ａをｂよりも大きくすることで、収率を更に高め得ることが明らかになった。一方、搭載筒とボール整列用マスクとの間の風速を５〜３５m／secに調整することで、接続パッドに半田ボールを効率的に搭載できることができることが分かった。 It turned out that a yield can be raised by making a and b 1.1 to 4 times. It was also found that the yield can be further increased by making a larger than b. On the other hand, it was found that the solder balls can be efficiently mounted on the connection pads by adjusting the wind speed between the mounting cylinder and the ball alignment mask to 5 to 35 m / sec.
比較例の収率と本発明の収率を比較すると、半田ボール４０〜１５０μｍΦのとき、本発明の意義が高いことが分かる。 Comparing the yield of the comparative example and the yield of the present invention, it can be seen that the present invention is highly significant when the solder balls are 40 to 150 μmΦ.
実施例１と比較例５の半田バンプの高さ（ソルダーレジストから突出している高さ）をビーコ社製WYKO「NT2000」で５００測定し、そのバラツキ（σ）を算出した。その結果は以下の通りであった。
σ
実施例１ １．２６
比較例５ ２．８４
The height of the solder bump of Example 1 and Comparative Example 5 (height protruding from the solder resist) was measured with a WYKO “NT2000” manufactured by Beco Co., Ltd., and the variation (σ) was calculated. The results were as follows.
σ
Example 1 1.26
Comparative Example 5 2.84
また、実施例１と比較例５のプリント配線板にＩＣを実装し、ＩＣとプリント配線板間にアンダーフィルを充填してＩＣ搭載プリント配線板とした。その後、ＩＣ搭載プリント配線板の裏面（ＩＣ実装面とは反対側）からＩＣを介して再びＩＣ搭載プリント配線板の裏面に繋がっている特定回路の接続抵抗を測定し初期値とした。初期値測定後、８５℃×８０％の雰囲気中に１５hr放置したのち、−５５℃×５分⇔１２５℃×５分を１サイクルとするヒートサイクル試験を１０００回継続して行い、再度接続抵抗を測定して接続信頼性を調べた。なお、接続抵抗の変化量は、（（ヒートサイクル後の接続抵抗値−初期値の接続抵抗値）／初期値の接続抵抗値）×１００で表され、その値が±１０％以内なら合格、それを越えると不良である。結果は、実施例１が「合格」、比較例５が「不良」であった。 Further, an IC was mounted on the printed wiring boards of Example 1 and Comparative Example 5, and an underfill was filled between the IC and the printed wiring board to obtain an IC-mounted printed wiring board. Thereafter, the connection resistance of a specific circuit connected to the back surface of the IC-mounted printed wiring board from the back surface (the side opposite to the IC mounting surface) of the IC-mounted printed wiring board was measured again as an initial value. After the initial value measurement, the sample was left in an atmosphere of 85 ° C. × 80% for 15 hours, and then a heat cycle test with one cycle of −55 ° C. × 5 minutes to 125 ° C. × 5 minutes was repeated 1000 times, and the connection resistance was measured again. We measured the connection reliability. The amount of change in connection resistance is represented by ((connection resistance value after heat cycle−initial connection resistance value) / initial connection resistance value) × 100, and if the value is within ± 10%, it is acceptable. Beyond that, it is bad. As a result, Example 1 was “pass” and Comparative Example 5 was “bad”.
１０ プリント配線板
１６ ボール整列用マスク
１６ａ 開口
２０ 半田ボール搭載装置
２２ 半田ボール供給装置
２４ 搭載筒（筒部材）
２４Ａ 開口部
２４Ｘ、２４Ｙ 辺
４２ 移動軸支持ガイド
６１ 吸着ボール除去筒
６８ 吸着ボール除去吸引装置
７５ 接続パッド
７５Ａ 接続パッド領域
７５Ｘ、７５Ｙ 辺
７８ｓ 半田ボール
７８Ｇ 半田ボール群
DESCRIPTION OF
Claims (4)
プリント配線板の接続パッドに対応する複数の開口を備えるボール整列用マスクと、
ボール整列用マスクの上方に位置し、開口部から空気を吸引することで開口部直下に半田ボールを集合させる筒部材と、
前記筒部材を水平方向に移動させる移動機構であって、該筒部材を移動させることで前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させる移動機構と、を備え、前記筒部材の開口部が略矩形であって、
当該開口部の筒部材移動方向に平行な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に平行な辺の長さに対して１．１〜４倍とし、
前記開口部の筒部材移動方向に垂直な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に垂直な辺の長さに対して１．１〜４倍としたことを特徴とする半田ボール搭載装置。 A solder ball mounting device for mounting a solder ball to be a solder bump on each connection pad in a connection pad area of a printed wiring board,
A ball alignment mask having a plurality of openings corresponding to connection pads of the printed wiring board;
A cylindrical member that is located above the ball alignment mask and collects solder balls directly under the opening by sucking air from the opening;
A moving mechanism for moving the cylindrical member in a horizontal direction, and moving the solder ball assembled on the ball alignment mask by moving the cylindrical member, through the opening of the ball alignment mask, A movement mechanism for dropping the solder ball onto the connection pad of the printed wiring board, and the opening of the cylindrical member is substantially rectangular,
The length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the opening is 1.1 to 4 times the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the connection pad region,
Solder characterized in that the length of the side of the opening perpendicular to the direction of movement of the cylindrical member is 1.1 to 4 times the length of the side of the connection pad region perpendicular to the direction of movement of the cylindrical member. Ball mounting device.
開口部が略矩形であって、当該開口部の筒部材移動方向に平行な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に平行な辺の長さに対して１．１〜４倍とし、前記開口部の筒部材移動方向に垂直な辺の長さを、前記接続パッド領域の筒部材移動方向に垂直な辺の長さに対して１．１〜４倍とした筒部材を、ボール整列用マスクの上方に位置させ、該筒部材で空気を吸引することで、当該筒部材直下のボール整列用マスク上に半田ボールを集合させ、
前記筒部材を水平方向に移動させることで、前記ボール整列用マスクの上に集合させた半田ボールを移動させ、ボール整列用マスクの開口を介して、半田ボールをプリント配線板の接続パッドへ落下させることを特徴とする半田ボール搭載方法。
A solder ball mounting method for mounting a solder ball to be a solder bump on a connection pad of a printed wiring board using a ball alignment mask having a plurality of openings corresponding to the connection pads in the connection pad area of the printed wiring board ,
The opening has a substantially rectangular shape, and the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the opening is 1.1 to 4 with respect to the length of the side parallel to the cylindrical member moving direction of the connection pad region. A cylindrical member in which the length of the side perpendicular to the cylindrical member moving direction of the opening is 1.1 to 4 times the length of the side perpendicular to the cylindrical member moving direction of the connection pad region The solder balls are gathered on the ball alignment mask directly below the cylindrical member by being positioned above the ball alignment mask and sucking air with the cylindrical member.
By moving the cylindrical member in the horizontal direction, the solder balls assembled on the ball alignment mask are moved, and the solder balls are dropped onto the connection pads of the printed wiring board through the openings of the ball alignment mask. A solder ball mounting method characterized by comprising:
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