JP4233190B2 - はんだボールの搭載方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板や半導体ウエハなどの表面に形成された接続用のパッド上に塗布されたフラックスにはんだボールを搭載するはんだボールの搭載方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボールグリッドアレイ法(以下、BGA法という。)では、ワーク表面に配置されたパッドに対応させて、はんだボールよりも小径の穴をマスクに形成しておく。そして、この穴にはんだボールを吸着し、はんだボールの下端をフラックス槽に僅かに漬けて、はんだボールの表面にフラックスを塗布する。その後、はんだボールをパッドに押しつけ、塗布したフラックスを介してはんだボールをパッド上に搭載する。この結果、1回の工程で、多数のはんだボールをパッド上に搭載することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記BGA法の場合、はんだボールの外径にはばらつきがあるから、小径のはんだボールに合わせてフラックスを塗布すると、マスクにフラックスが付着することがあり、吸着を停止してもはんだボールがマスクから離れない場合があった。このため、ボールの外径の公差を小さく、また、フラックス表面の高さおよび平坦度を常に管理する必要があり、作業能率を向上させることができなかった。また、1回の工程で搭載できるはんだボールの数は1000個程度までであった。
【0004】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、1回の工程で2〜3万個のはんだボールをワーク上に搭載させることができ、作業能率を向上させることができるはんだボールの搭載方法およびその装置を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すため、請求項1の発明は、フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載方法において、前記マスクと前記ワークを相対的に位置決めした後、両者を予め定める角度傾斜させ、前記マスクの高くなった側の前記穴が配置された領域の外側の表面に前記穴の数よりも多い前記はんだボールを供給し、スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制して、前記はんだボールを前記表面上で移動させ、前記はんだボールの少なくとも一部が低くなった側の前記領域の外側に移動した後、前記両者をこれまでとは逆の方向に傾斜させ、前記穴に係合しなかった前記はんだボールを前記マスク上から除去することを特徴とする。
【0006】
また、請求項2の発明は、フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載装置において、前記マスクの表面側に、1組の対向する2辺が平行で、前記穴が配置された領域を囲う壁を形成すると共に、水平面に対して両方向に傾斜可能なチルトテーブルと、両端が前記2辺に嵌合し、下端が前記マスクの表面と予め定める距離を隔てるようにして前記領域を前記2辺の方向に移動自在のスキージと、前記スキージの移動手段とを設け、前記ワークと前記マスクを前記2辺の方向を傾斜方向にして前記チルトテーブルに支持させ、前記スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。先ず、全体構成を説明する。
【0008】
図1は、本発明に係るはんだボール搭載装置の平面図、図2は、図1のA−A断面図である。チルトテーブル4の両側には1対のチルトピン3が固定されている。チルトピン3は、1対のブラケット1に保持された軸受け2に回転自在に係合している。ブラケット1はベース100に固定されている。図2に示すように、チルトテーブル4にはテーブル11が固定されている。テーブル11には、ワーク14が保持されている。また、マスク治具15が、2対のガイドピン18を介してチルトテーブル4に位置決めされている。
【0009】
マスク治具15の下面には、多数の穴21が形成されたマスク20が固定されている。また、マスク治具15の中央の穴部には複数のリブ17がX方向(図1の上下方向)に配置され、複数の矩形の穴16を形成している。マスク治具15の上側には、1対のガイドレール30が固定されている。ホルダ32は、ガイドレール30に係合する直動軸受31に固定され、X方向に移動自在である。ホルダ32の側面には、溝33が形成されている。ホルダ32は、穴16に嵌合する幅で、穴16と同数のスキージ34を支持している。スキージ34で仕切られたワーク14と反対側の穴16には、はんだボール19が収納される。ガイドレール35は、ガイドレール30と平行になるようにして、チルトテーブル4に固定されている。溝33に嵌合するドライビングフック37が、ガイドレール35に係合する直動軸受36に固定されている。
【0010】
チルトテーブル4の側面には、ブラケット51が固定されている。ブラケット51に固定された軸52には、チルトシリンダ53のピストンロッドが回転自在に嵌合している。チルトシリンダ53のシリンダはチルトシリンダ54のシリンダに固定され、チルトシリンダ54のピストンロッドは、スタンド55に固定された軸56に回転自在に嵌合している。スタンド55はベース100に固定されている。そして、チルトシリンダ53、54のピストンロッドのうちいずれか一方が伸び、他方が縮んだとき、軸52の軸心とチルトピン3の軸心が鉛直線上に並ぶように構成されている。
【0011】
ベース100に固定されたブラケット60には、ストッパシリンダ61が固定されている。ストッパシリンダ61は先端に固定されたストッパ62をXと直角のY方向に移動させる。
【0012】
次に、図3、4によりさらに詳細に説明する。
【0013】
図3は、図2におけるB部拡大図、図4は、図3におけるワーク14とマスク20の関係を示す拡大図である。テーブル11の上面には、複数の真空吸着ポケット12が形成されており、それぞれ通路13を介して真空供給源に接続されている。ワーク14の表面には、フラックスFが予め塗布されている。マスク20に設けられた穴21の直径は、はんだボール19よりも僅かに大径である。マスク20の底面(ワーク14側の面)のリブ17に対応する位置には、フラックスFの塗布厚さよりも厚いリブ22が配置されている。
【0014】
スキージ34の下端とマスク20の表面(ワーク14と反対側の面)との間隔は、はんだボール19の半径より十分小さく、かつ、マスク20の表面に接触しない大きさに形成されている。また、スキージ34とリブ17との間の隙間は、はんだボール19の半径よりも十分小さく形成されている。
【0015】
次に、マスク治具15とチルトテーブル4との関係をさらに詳しく説明する。図5は、図2におけるC−C断面図である。チルトテーブル4には2対のアームピン23が固定されている。アームピン23はリンクアーム24を回転自在に支持している。リンクアーム24にはアームロッド25が固定されている。アームロッド25は平行リンク26を回転自在に支持している。そして、チルトテーブル4とリンクアーム24および平行リンク26は平行四辺形リンクを構成している。
【0016】
チルトテーブル4の一方の端部にはブラケット27が固定されている。ブラケット27には、モータ28が固定されている。モータ28は一方のリンクアーム24に当接するロッド29をモータ28の軸方向に移動させる。そして、ロッド29が最も縮んだとき、すなわち、平行リンク26が移動領域の下端にある時、一方の端部がマスク治具15に固定されたガイドピン18の他端と平行リンク26との間には若干の隙間が形成されるように構成されている。また、ロッド29が最も伸びたとき、マスク治具15はガイドピン18を介してhだけ上昇する。
【0017】
次に、チルトテーブル4を傾斜させる手段について説明する。
【0018】
図6は図1の側面図、図7は図6のD矢視図である。図6に示すようにチルトテーブル4が水平の時、チルトシリンダ53はピストンロッドを伸ばした状態、チルトシリンダ54はピストンロッドを縮めた状態である。また、ストッパ62は、図7中に2点鎖線で示す突出し端にあり、上面がブラケット5に当接する。この状態で、チルトシリンダ54のピストンロッドを伸ばすと、図6に2点鎖線で示すように、チルトテーブル4は右上がりに角度θ傾く。一方、ストッパ62を引込み端に移動させて、チルトシリンダ53のピストンロッドを縮めると、チルトテーブル4は右下がりに角度α傾く。
【0019】
次に、本発明の動作を説明する。なお、ホルダ32は図1に示す位置(以下、待機位置という。)にあり、ドライビングフック37は溝33に嵌合している。図8〜11は、はんだボールの搭載工程の各工程を示す図である。チルトテーブル4を水平にした状態でモータ28を動作させ、マスク治具15をh(手動もしくは自動搬送手段によりワーク14を容易に搬入、搬出ができる距離で、6〜10mm程度である。)上昇させ、ワーク14をテーブル11に位置決めする。テーブル11の上面には、ワーク14の外形を拘束して水平方向の位置決めを行うための溝あるいはワーク14に形成された切り欠きなどの特徴点を利用して回転方向に位置決めを行う位置決め手段が設けられており、総てのフラックスFが穴21に対向するように位置決めされる。この状態で、真空供給手段によりワーク14をテーブル11に固定した後、モータ28を動作させ、ロッド29を最も縮んだ位置にする。すると、マスク治具15およびマスク治具15に搭載された他の部材の重量により、マスク15は下降し、リブ22の下端がワーク14の表面に当接する。
【0020】
次に、スキージ34で仕切られたワーク14と反対側の穴16に、穴21の2ないし3倍の数のはんだボール19を供給する。そして、チルトテーブル4を角度θ傾斜させると、図8に示すように、テーブル11とマスク治具15も同時に傾斜する。このとき、はんだボール19はスキージ34に支えられているため、自重によって落下することはない。なお、角度θは、マスク上をはんだボールがその自重で転がり落ち、かつ穴21に落下しやすい角度(たとえば、20度ないし40度程度)に設定される。
【0021】
この状態で、図示を省略するベルトにより、ドライビングフック37を+X方向に予め定める速度で移動させる。スキージ34を移動させる速度としては、マスク20上を自重により転がり落ちるはんだボール19がマスク20の穴21内に確実に落下できる速度に設定する。すなわち、たとえば、角度θが25度で、はんだボール19の直径が0.3mmの場合、スキージ34の移動速度を、5〜30mm/秒に設定する。すると、図9に示すように、スキージ34の近傍のはんだボール19は重なり合った状態になるが、後側は穴16内に広がり一層の状態でマスク20の表面上を転がり落ち、はんだボール19は確実に穴21に落下し、フラックスFの粘着力によって保持されワーク14上に搭載される。穴21に1個のはんだボール19が入ると、後続のはんだボール19は、穴21に入っているはんだボール19を乗り越えて転がり落ちる。
【0022】
図10に示すように、スキージ34が穴21の領域を越えたら(以下、移動終了位置という。)、スキージ34の移動を停止させる。そして、ストッパ62を引込み端に移動させた後、図11に示すように、チルトテーブル4を角度α傾斜させる。すると、穴21に入りきらなかったはんだボール19が自重により待機位置側に移動する。なお、角度αとしては、穴21内のはんだボール19が、移動するはんだボール19によって回転させられない大きさ(例えば25度〜45度)に設定する。そして、待機位置側に移動したはんだボール19を、図示を省略する手段により回収する。
【0023】
次に、チルトテーブル4を水平に戻し、ストッパ62を突出し端に移動させ、ストッパ62によりチルトテーブル4を固定する。その後、スキージ34を待機位置に戻す。この際、スキージ34は、マスク20の表面に残っている余剰のはんだボール19を待機位置へと戻すとともに、穴21内のはんだボール19をフラックスFに押し込む。この結果、はんだボール19はフラックスFに確実に保持される。
【0024】
スキージ34が待機位置に戻った後、マスク治具15を上昇させ、ワーク14を取り出す。
【0025】
なお、スキージ34を移動終了位置に停止させた状態で、チルトテーブル4を角度α傾斜させ、余剰のはんだボール19を待機位置側に移動させるのは、以下の理由によるものである。すなわち、はんだボール19がマスク20上に残っている状態でスキージ34を待機位置に戻すと、図12に示すように、余剰のはんだボール19がスキージ34に支えられて回転し、穴21内のはんだボール19を回転させることがある。穴21内のはんだボール19が回転すると、フラックスFが穴21の側面に付着し(図中f)、マスク治具15を上昇させる際、はんだボール19が穴21に付着してワーク14から外れることがある。一方、上記した手順とすることにより、このような不具合の発生を防止できる。
【0026】
この実施の形態では、モータ28によりリンクアーム24を動作させるようにしたから、マスク20をワーク14から離間させる際、マスク20の移動速度を遅くすることが可能であり、はんだボール19と穴21の内周面が接触していても、はんだボール19を移動させることなく確実にマスク20を離間させることができる。また、マスク20がはんだボール19から離間した後、モータ28の速度を速くすることにより、マスク治具15の移動時間を短縮できる。また、マスク20をワーク14に接触させる際、ワーク14に不要な衝撃を与えることもない。
【0027】
なお、チルトテーブル4を傾斜させるとき、あるいは水平状態に戻すとき、チルトシリンダ53、54に供給する圧力流体の供給量を制御することにより、傾斜開始時と停止時における加減速を円滑に行うようにするとよい。
【0028】
また、マスク20をワーク14から離間させる際、マスク治具15に微小の振動を加えることによりマスク20とはんだボール19を確実に離間させるようにしてもよい。
【0029】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、1回の工程で2〜3万個のはんだボールをワーク上に搭載させることができ、例えばワークが8インチのウエハであっても、全領域を1回の工程ではんだボールを確実に搭載させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るはんだボール搭載装置の平面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図2におけるB部拡大図である。
【図4】図3におけるワーク14とマスク20の関係を示す拡大図である。
【図5】図2におけるC−C断面図である。
【図6】図1の側面図である。
【図7】図6のD矢視図である。
【図8】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図9】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図10】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図11】本発明におけるはんだボールの搭載工程を示す図である。
【図12】本発明の特徴を説明するための図である。
【符号の説明】
3 チルトピン
4 チルトテーブル
14 ワーク
16 穴
19 はんだボール
20 マスク
21 穴
34 スキージ
Claims (2)
- フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載方法において、
前記マスクと前記ワークを相対的に位置決めした後、両者を予め定める角度傾斜させ、前記マスクの高くなった側の前記穴が配置された領域の外側の表面に前記穴の数よりも多い前記はんだボールを供給し、スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制して、前記はんだボールを前記表面上で移動させ、前記はんだボールの少なくとも一部が低くなった側の前記領域の外側に移動した後、前記両者をこれまでとは逆の方向に傾斜させ、前記穴に係合しなかった前記はんだボールを前記マスク上から除去することを特徴とするはんだボール搭載方法。 - フラックスを表面の所定の位置に塗布したワークと、はんだボールが通過できる径の穴を前記フラックスの塗布位置に対応する位置に形成したマスクとをマスクが上側になるようにして対向させ、前記マスクの表面側から前記穴を通して前記はんだボールを前記フラックスに搭載するはんだボールの搭載装置において、
前記マスクの表面側に、1組の対向する2辺が平行で、前記穴が配置された領域を囲う壁を形成すると共に、水平面に対して両方向に傾斜可能なチルトテーブルと、両端が前記2辺に嵌合し、下端が前記マスクの表面と予め定める距離を隔てるようにして前記領域を前記2辺の方向に移動自在のスキージと、前記スキージの移動手段とを設け、前記ワークと前記マスクを前記2辺の方向を傾斜方向にして前記チルトテーブルに支持させ、前記スキージではんだボールを支えながら、該スキージを予め定める速度で移動させることにより前記はんだボールの落下する速度を予め定める速度に規制することを特徴とするはんだボール搭載装置。
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