JP4347487B2 - 微小球体整列方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球体保持パレットの表面に形成された複数のピットに微小球体をそれぞれ保持させる方法およびその装置に関し、特に基板などに設けられる電極バンプ形成用のはんだボールに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
あらかじめフラックスが塗布された半導体チップや回路基板などのバンプ形成部にはんだボール（以下、便宜的に半田ボールと記述する場合がある）を載置し、この半田ボールを溶融させて電極バンプを形成する場合、微小な半田ボールを半導体チップや回路基板などのバンプ形成部に正確に載置する必要があり、例えば特開平５−１２９３７４号公報などに開示されているように、移載対象物に形成されるべき電極バンプと同一配列のピットが形成されたテンプレート、すなわちボール保持パレットを用い、このボール保持パレットのピットにあらかじめ半田ボールを保持させておき、この状態のまま半田ボールを真空引きにより吸着ヘッドに一括吸引させ、この吸着ヘッドに吸引保持された半田ボールの下端がバンプ形成部のフラックスに接するように、吸着ヘッドを半導体チップや回路基板などの移載対象物の直上に位置決めした状態で半田ボールの吸着を解除し、半田ボールをバンプ形成部のフラックス上に移載する方法が知られている。
【０００３】
この場合、ボール保持パレットのピットに過不足なく半田ボールが保持される必要があるが、一般に電極バンプ形成用の半田ボールは微小な寸法を持っているため、ボール保持パレットにこれらを過不足なく保持させることは容易ではない。
【０００４】
このようなことから、特開平１１−８２７２号公報においては、シリコンウェハにて形成されたボール保持パレットをエタノール中に浸漬し、その上から半田ボールをボール保持パレット上に落下させ、エタノール中のボール保持パレット上で半田ボールを転動させ、個々のピットに半田ボールを落とし込んで保持させるようにした技術が開示されている。この方法は、揮発性の高いエタノールを用いることにより、ボール保持パレットの乾燥を迅速かつ容易に行うことが可能であり、後に続く工程を遅延させる要因にはならないという利点もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
空気中で半田ボールの整列を行う乾式法は、静電気や湿気などの影響で半田ボールが相互に付着したり、半田ボールがボール保持パレットの表面に付着するなどの不具合が起こり、安定した整列作業を行うことが困難である。
【０００６】
これに対し、特開平１１−８２７２号公報に開示された湿式法は、エタノール中にボール保持パレットおよび半田ボールを浸漬して整列作業を行うことにより、空気中において発生する静電気や湿気などによる悪影響を受けず、ボール保持パレットのピットに対して半田ボールを安定して整列させることができる点で優れているけれども、揮発性の高いエタノールを液体キャリアとして使用しているため、揮発に伴うエタノールの補充を頻繁に行う必要があり、安定した作業を続けるためには大量のエタノールを準備しなければならない。しかも、ボール保持パレットはその厚さが一般的に薄く、これをエタノールに浸漬した状態でハンドリングすることは相当な困難を伴う作業となる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、湿式法において用いられる揮発性の高い液体キャリアの減損を抑制し得ると共にボール保持パレットのピットに対して半田ボールなどの微小球体を容易に保持させ得る微小球体整列方法およびこの方法を実現し得る装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、球体保持パレットの表面に形成された複数のピットに微小球体をそれぞれ保持させる微小球体整列方法であって、前記球体保持パレットを整列容器に取り付けて前記球体保持パレットの表面が臨む第１の密閉空間を形成するステップと、第２の密閉空間内に貯溜された微小球体が分散する液体キャリアを可撓性の配管を介して前記第１の密閉空間に供給して前記球体保持パレットの前記ピットに前記微小球体をそれぞれ保持させるステップと、前記第１の密閉空間から前記配管を介して余分な前記微小球体を前記液体キャリアと共に前記第２の密閉空間に戻すステップと、前記整列容器から前記球体保持パレットを取り出すステップとを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の第２の形態は、微小球体をそれぞれ保持する複数のピットが表面に形成された球体保持パレットと、この球体保持パレットを保持するパレットホルダと、このパレットホルダがシール状態で嵌合されて密閉空間を形成する整列容器と、微小球体が分散する液体キャリアを貯溜する給排タンクと、この給排タンクに配管を介して前記整列容器に連通し、当該給排タンク内の微小球体を液体キャリアと共に前記密閉空間に供給して余分な微小球体を液体キャリアと共に給排タンク内に戻す給排手段とを具えたことを特徴とする微小球体整列装置にある。
【００１０】
本発明によると、球体保持パレットが保持されたパレットホルダを整列容器にシール状態で嵌合して第１の密閉空間を形成し、この状態にて第２の密閉空間を形成する給排タンク内の微小球体を給排手段によって液体キャリアと共に第１の密閉空間に供給し、球体保持パレットの表面に形成された個々のピットに微小球体をそれぞれ落とし込ませる。そして、給排手段により余分な微小球体を液体キャリアと共に第１の密閉空間から再び給排タンク内に戻し、液体キャリアが空となった第１の密閉空間を形成する整列容器から個々のピットに微小球体を保持している球体保持パレットと共にパレットホルダを取り外す。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による微小球体整列方法において、微小球体が分散する液体キャリアを第１の密閉空間に供給した状態で球体保持パレットに振動を与えるステップをさらに具えてもよく、第１の密閉空間と第２の密閉空間との間での微小球体および液体キャリアの移動をこれらの鉛直方向の相対位置の変更によって行うようにしてもよい。また、液体キャリアが導電性を有するものであってもよく、この場合、液体キャリアがアルコールであってもよい。さらに、微小球体がはんだボールであってもよい。
【００１２】
本発明の第２の形態による微小球体整列装置において、整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに振動を与える加振手段をさらに具えてもよい。また、給排手段は、パレットホルダを嵌合した状態の整列容器に対する給排タンクの鉛直方向位置を相対的に変更することによって、液体キャリアの移動を行うものであってもよく、整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに保持された球体保持パレットの表面を水平面に対して傾斜させるものであってもよい。
【００１３】
【実施例】
本発明による微小球体整列装置を電極バンプを形成するための半田ボールに応用した実施例について、図１〜図１４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１４】
この半田ボール整列装置の概略構造を図１に示し、その平面形状を図２に示す。すなわち、本実施例による半田ボール整列装置は、ボール整列容器１１と、このボール整列容器１１の底部に設けられた開口部１２に対して着脱自在に嵌合されて内部に密閉空間１３を形成するパレットホルダ１４と、このパレットホルダ１４と共にボール整列容器１１を保持してこれを操作するマニプレータ１５と、パレットホルダ１４が着脱自在に搭載されるホルダ交換テーブル１６と、例えば、直径が０.１mm程度の多数の微小な半田ボールＷを分散させた液体キャリアとしてのエタノール（以下、単にキャリアと記述する）Ｃが貯溜される給排タンク１７とを具えている。
【００１５】
パレットホルダ１４を嵌合した状態におけるボール整列容器１１の概略構造を図３に示す。すなわち、開口部１２が形成された本実施例におけるボール整列容器１１の上端部には、マニプレータ１５に対して一体的に装着するための連結部１８が突設されている。また、このボール整列容器１１の外縁部に１８０度隔てて突設された一対のブラケット１９には、開口部１２に嵌合されたパレットホルダ１４がこの開口部１２から抜け落ちるのを防止するためのロックアーム２０の中央部がそれぞれ回動自在に枢支されている。一対のロックアーム２０の先端側は、パレットホルダ１４の下端外周縁に形成した円錐面２１に当接し、パレットホルダ１４をボール整列容器１１側に押し付けるような保持力を発生する。また、各ロックアーム２０の上部とボール整列容器１１との間には、ロックアーム２０の先端側がパレットホルダ１４の円錐面２１から離れる方向に付勢する引っ張りばね２２が介装されている。さらに、このボール整列容器１１には、パレットホルダ１４とで形成される密閉空間１３の下端部に開口する連通孔２３が形成され、ここに継手２４を介して可撓性の配管２５の一端部が連結されている。
【００１６】
本実施例におけるマニプレータ１５は、配管２５などと共に本発明の給排手段として機能する多関節ロボットであり、ボール整列容器１１の連結部１８を把持するためのチャック２６がその先端部に設けられている。このチャック２６には、上述した引っ張りばね２２のばね力に抗してロックアーム２０の基端部に押し当たる一対のロック用シリンダ２７が１８０度隔てて相互に逆向きに突設されており、これらロック用シリンダ２７のピストンロッド２８をロックアーム２０側にそれぞれ伸長させることにより、一対のロックアーム２０の先端部をパレットホルダ１４の下端外周縁に形成した円錐面２１に当接させ、パレットホルダ１４をボール整列容器１１側に押し付けてパレットホルダ１４をボール整列容器１１に対し一体的に固定できるようになっている。
【００１７】
本実施例におけるパレットホルダ１４の断面構造および平面形状をそれぞれ図４および図５に示し、ここに載置されるボール保持パレット２９の断面構造を模式的に図６に示す。すなわち、パレットホルダ１４に形成された平滑な上端面３０には、表面に半田ボールＷを収容するための円錐状のピット３１をそれぞれ所定のパターンで形成した複数（図示例では９枚）のボール保持パレット２９が整列状態で載置される。ボール保持パレット２９に形成されるピット３１は、このボール保持パレット２９の表面から半田ボールＷが半分よりも多少多めに以上入り込む程度の寸法に設定され、このボール保持パレット２９として例えばシリコンウェハを用い、これを半導体製造におけるエッチング技術を転用することによって、所定配列パターンのピット３１を正確に形成することができる。
【００１８】
前記パレットホルダ１４の上端面３０は、ボール整列容器１１に正しく嵌合した状態において、ボール整列容器１１の底面３２と同一平面を構成するように設定されており、ボール整列容器１１の開口部１２と対向するパレットホルダ１４の嵌合面３３は、ボール整列容器１１の開口部１２の内周面との隙間が可能な限り小さくなるように加工され、これらの隙間に半田ボールＷが挟まってしまうことがないように配慮している。なお、密閉空間１３に供給されたキャリアＣがこれらの隙間から外部に漏出するのを確実に防止するため、Ｏリングなどのシールリングを例えばボール整列容器１１の下端面に当接するボール整列容器１１の段面３４に組み込むようにしてもよい。
【００１９】
パレットホルダ１４の下部中央に形成された凹部３５には、このパレットホルダ１４をホルダ交換テーブル１６に固定するための円錐状の係止面３６が形成されている。
【００２０】
ホルダ交換テーブル１６の破断構造を図７に示す。すなわち、本実施例のホルダ交換テーブル１６は、ベッド３７上を図７中、左右方向に往復移動可能であり、この移動方向に沿って一対のホルダ受け３８が取り付けられている。パレットホルダ１４が載置されるホルダ受け３８には、上端部がパレットホルダ１４の凹部３５に入り込む一対のクランプアーム３９が１８０度隔ててそれぞれ回動自在に枢支されており、これらは先端部が係止面３６に押し当たるように付勢する引っ張りばね４０により相互に連結されている。また、ホルダ交換テーブル１６内には、シリンダロッド４１の先端部が引っ張りばね４０のばね力に抗して一対のクランプアーム３９の基端部を押し拡げ、クランプアーム３９の先端部を係止面３６から離すことにより、ホルダ受け３８に対するパレットホルダ１４の固定状態を解除し得るクランプ解除用シリンダ４２が組み込まれている。
【００２１】
図１中、左側に位置する一方のホルダ受け３８に搭載されるパレットホルダ１４に載置されたボール保持パレット２９に対して半田ボールＷの整列作業を行っている間、図１中、右側に位置する他方のホルダ受け３８では整列作業の済んだボール保持パレット２９から図示しない移載装置の吸引ヘッドを用いて半田ボールＷを吸引し、これを半導体チップや回路基板などの移載対象物のバンプ形成部に移載する。これらの作業を左右両方のホルダ受け３８で交互に行うが、ホルダ受け３８に対するパレットホルダ１４の着脱作業や、移載装置による移載作業を常に一定位置で行うため、ホルダ交換テーブル１６を移動して所定のパレットホルダ１４が保持されたホルダ受け３８を所定位置に位置決めする。
【００２２】
給排タンク１７の主要部を抽出拡大した図８に示すように、給排タンク１７は可撓性の配管２５により継手４３を介してボール整列容器１１に連結されており、スタンド４４の上端部にピン４５を介して揺動可能に保持されている。給排タンク１７の上端中央部には、半田ボールＷおよびキャリアＣを必要に応じて補充するための開口部４６が形成され、この開口部４６に対して着脱可能に装着される蓋部材４７により内部が密閉された状態となっている。この給排タンク１７は、パレットホルダ１４からボール整列容器１１を引き上げた場合、半田ボールＷと共にキャリアＣが給排タンク１７から流出しないように、ホルダ受け３８に載置されたパレットホルダ１４よりも鉛直方向下方に設置されている。
【００２３】
従って、ホルダ受け３８上の新しいパレットホルダ１４をボール整列容器１１に嵌合して密閉空間１３を形成した直後は、この密閉空間１３内には半田ボールＷおよびキャリアＣが存在しない状態となっているので、ホルダ受け３８からパレットホルダ１４を持ち上げ、さらにホルダ交換テーブル１６と干渉しない位置までその側方にずらし、図９に示すように給排タンク１７よりも密閉空間１３が鉛直方向下方に位置するようにマニプレータ１５を作動させる。これにより、給排タンク１７内の半田ボールＷがキャリアＣと共に配管２５を介して密閉空間１３内に流れ込むが、この場合、ボール整列容器１１の継手２４が上向きとなるようにマニプレータ１５によりボール整列容器１１を傾けると共に配管２５を介して給排タンク６の継手４３が下向きとなるようにし、すべての半田ボールＷおよびキャリアＣが円滑に流動するように配慮する。
【００２４】
すべての半田ボールＷおよびキャリアＣが密閉空間１３内に流れ込んだならば、ボール整列容器１１が揺動および回動してキャリアＣ中の半田ボールＷが均一に分散するようにマニプレータ１５を駆動し、ボール保持パレット２９のピット３１に半田ボールＷを落とし込んでその整列作業を行う。本実施例ではマニプレータ１５を用いているため、すべてのピット３１に対して半田ボールＷを円滑に整列させるのに適したボール整列容器１１の動きを容易に実現可能である。また、半田ボールＷがキャリアＣ中に混入しているため、静電気や湿気の影響を受けることがなく、安定した整列作業が可能である。
【００２５】
このようにして整列作業を行った後、余分な半田ボールＷをキャリアＣと共に給排タンク１７に戻すため、図１０に示すようにボール整列容器１１を給排タンク１７１よりも鉛直方向上方に変位させ、さらにボール整列容器１１の継手２４が下向きとなるようにボール整列容器１１を傾斜させると共に配管２５の撓み変形を利用して給排タンク１７の継手４３が上向きとなるようにピン４５を中心に給排タンク１７を傾け、密閉空間１３内の余分な半田ボールＷをキャリアＣと共にすべて給排タンク１７に戻す。この場合、ピット３１に保持された半田ボールＷがピット３１から抜け外れないように配慮して作業を行う必要があることは言うまでもない。
【００２６】
しかる後、図１１に示す待機中の空のホルダ受け３８に対し、図１２に示すようにパレットホルダ１４を戻し、クランプ解除用シリンダ４２の作動を停止して引っ張りばね４０のばね力によりクランプアーム３９の先端部をパレットホルダ１４の係止面３６に係止させ、ホルダ受け３８に対してパレットホルダ１４を固定する。次いで、一対のロック用シリンダ２７の作動を停止して引っ張りばね２２のばね力によりパレットホルダ１４の円錐面２１からロックアーム２０の先端部を退避させ、ボール整列容器１１に対するパレットホルダ１４の固定を解除する。そして、マニプレータ１５を作動してボール整列容器１１を上方に移動させてパレットホルダ１４との嵌合状態を解除し、パレットホルダ１４をボール整列容器１１から分離させた後、図１３に示すように、ホルダ交換テーブル１６を移動して隣接する他方のホルダ受け３８に保持された新たなパレットホルダ１４をボール整列容器１１の直下に移動する。次に、図１４に示すようにマニプレータ１５を再び下降してこの他方のホルダ受け３８に保持されたパレットホルダ１４にボール整列容器１１を嵌合させ、ロック用シリンダ２７を駆動してパレットホルダ１４をボール整列容器１１に固定し、さらにクランプ解除用シリンダ４２を作動してホルダ受け３８に対するパレットホルダ１４の固定を解除した後、ホルダ受け３８からパレットホルダ１４を持ち上げ、さらにホルダ交換テーブル１６と干渉しない位置までその側方にずらし、図９に示すように給排タンク１７よりも密閉空間１３が鉛直方向下方に位置するようにマニプレータ１５を作動させ、上述した操作を繰り返し、新たなパレットホルダ１４に対する半田ボールＷの整列作業を行う。
【００２７】
この間に、図示しない移載装置を用いて一方のホルダ受け３８に保持されたパレットホルダ１４上のボール保持パレット２９から半田ボールＷを吸引し、これを半導体チップや回路基板などの移載対象物に移載する。半田ボールＷが吸引されたパレットホルダ１４は、次の整列作業のために待機状態となり、このようにして２つのホルダ受け３８に保持されたパレットホルダ１４に対し交互に半田ボールＷの整列作業を行う。なお、上述した作業に伴って、半田ボールＷの消費やキャリアＣの蒸発が起こるため、必要に応じて蓋部材４７を給排タンク１７から取り外し、半田ボールＷやキャリアＣの補充を行えばよい。
【００２８】
本実施例では、揮発性の高いキャリアＣを密閉状態の給排タンク１７に貯溜し、ボール整列容器１１とパレットホルダ１４とで形成される密閉空間１３との間を配管２５を介して移動させるようにしているため、その揮発に伴う液量の減少を最小限に抑えることができる。
【００２９】
上述した実施例では、ボール整列容器１１と給排タンク１７との間の半田ボールＷおよびキャリアＣの移動をマニプレータ１５を用いてこれらの鉛直方向の位置をずらすことにより行うようにしたが、ポンプなどを用いて強制的に圧送するようにしてもよい。また、可撓性の配管２５の撓み変形を利用して給排タンク１７をピン４５を中心に傾けるようにしたが、動力を利用して給排タンク１７の傾きを切り換えるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によると、球体保持パレットを整列容器に取り付けて球体保持パレットの表面が臨む密閉空間を形成し、給排タンク内に貯溜された微小球体が分散する液体キャリアを配管を介して密閉空間に供給し、球体保持パレットのピットに微小球体をそれぞれ保持させた後、この密閉空間から配管を介して余分な微小球体を液体キャリアと共に給排タンクに戻すようにしたので、揮発性の高い液体キャリアの減損を抑制することができる上、液体キャリアの液量がほぼ一定に維持されることによって給排保持パレットのピットに対する微小球体の整列作業を安定して行うことができる。また、球体保持パレットをパレットホルダに装着してこれを整列容器に対し着脱するようにしたので、球体保持パレットのハンドリングが極めて容易となり、整列作業を自動化して作業能率を高めることができる。
【００３１】
整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに振動を与える加振手段を設けた場合には、個々のピットに対して微小球体をより迅速かつ確実に保持させることができる。
【００３２】
パレットホルダを嵌合した状態の整列容器に対する給排タンクの鉛直方向位置を相対的に変更することによって、液体キャリアの移動を行うようにした場合には、微小球体による目詰まりなどの悪影響を受ける可能性の高いポンプなどを使用する必要がない。
【００３３】
整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに保持された球体保持パレットの表面を水平面に対して傾斜させるようにした場合には、球体保持パレットの表面に残留する液体キャリアの量を最小限に抑えてその減損を抑制することができる。
【００３４】
液体キャリアとして、アルコールなどの導電性を有するものを使用した場合には、個々のピットに対して微小球体をより確実に保持させることができる上、微小球体をピットに保持した状態において球体保持パレットの乾燥を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による微小球体整列装置の一実施例の概略構造を表す正面図である。
【図２】図１に示した実施例の平面図である。
【図３】図１に示した実施例における整列容器の部分の拡大断面図である。
【図４】図１に示した実施例に用いられるパレットホルダの断面図である。
【図５】図４に示したパレットホルダの平面図である。
【図６】図４に示したパレットホルダに装着される球体保持パレットの概略構造を表す破断図である。
【図７】図１に示した実施例における給排タンクの部分の拡大断面図である。
【図８】図１に示した実施例におけるホルダテーブルの概略構造を表す破断断面図である。
【図９】給排タンクから整列容器側へ微小球体と共に液体キャリアを供給している状態を表す作業概念図である。
【図１０】整列容器側から給排タンクへ微小球体と共に液体キャリアを戻している状態を表す作業概念図である。
【図１１】図１２〜図１４と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【図１２】図１１,図１３および図１４と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【図１３】図１１,図１２および図１４と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【図１４】図１１〜図１３と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【符号の説明】
Ｗ 半田ボール
Ｃ エタノール（キャリア）
１１ ボール整列容器
１２ 開口部
１３ 密閉空間
１４ パレットホルダ
１５ マニプレータ
１６ ホルダ交換テーブル
１７ 給排タンク
１８ 連結部
１９ ブラケット
２０ ロックアーム
２１ 円錐面
２２ 引っ張りばね
２３ 連通孔
２４ 継手
２５ 配管
２６ チャック
２７ ロック用シリンダ
２８ ピストンロッド
２９ ボール保持パレット
３０ 上端面
３１ ピット
３２ 底面
３３ 嵌合面
３４ 段面
３５ 凹部
３６ 係止面
３７ ベッド
３８ ホルダ受け
３９ クランプアーム
４０ 引っ張りばね
４１ シリンダロッド
４２ クランプ解除用シリンダ
４３ 継手
４４ スタンド
４５ ピン
４６ 開口部
４７ 蓋部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、球体保持パレットの表面に形成された複数のピットに微小球体をそれぞれ保持させる方法およびその装置に関し、特に基板などに設けられる電極バンプ形成用のはんだボールに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
あらかじめフラックスが塗布された半導体チップや回路基板などのバンプ形成部にはんだボール（以下、便宜的に半田ボールと記述する場合がある）を載置し、この半田ボールを溶融させて電極バンプを形成する場合、微小な半田ボールを半導体チップや回路基板などのバンプ形成部に正確に載置する必要があり、例えば特開平５−１２９３７４号公報などに開示されているように、移載対象物に形成されるべき電極バンプと同一配列のピットが形成されたテンプレート、すなわちボール保持パレットを用い、このボール保持パレットのピットにあらかじめ半田ボールを保持させておき、この状態のまま半田ボールを真空引きにより吸着ヘッドに一括吸引させ、この吸着ヘッドに吸引保持された半田ボールの下端がバンプ形成部のフラックスに接するように、吸着ヘッドを半導体チップや回路基板などの移載対象物の直上に位置決めした状態で半田ボールの吸着を解除し、半田ボールをバンプ形成部のフラックス上に移載する方法が知られている。
【０００３】
この場合、ボール保持パレットのピットに過不足なく半田ボールが保持される必要があるが、一般に電極バンプ形成用の半田ボールは微小な寸法を持っているため、ボール保持パレットにこれらを過不足なく保持させることは容易ではない。
【０００４】
このようなことから、特開平１１−８２７２号公報においては、シリコンウェハにて形成されたボール保持パレットをエタノール中に浸漬し、その上から半田ボールをボール保持パレット上に落下させ、エタノール中のボール保持パレット上で半田ボールを転動させ、個々のピットに半田ボールを落とし込んで保持させるようにした技術が開示されている。この方法は、揮発性の高いエタノールを用いることにより、ボール保持パレットの乾燥を迅速かつ容易に行うことが可能であり、後に続く工程を遅延させる要因にはならないという利点もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
空気中で半田ボールの整列を行う乾式法は、静電気や湿気などの影響で半田ボールが相互に付着したり、半田ボールがボール保持パレットの表面に付着するなどの不具合が起こり、安定した整列作業を行うことが困難である。
【０００６】
これに対し、特開平１１−８２７２号公報に開示された湿式法は、エタノール中にボール保持パレットおよび半田ボールを浸漬して整列作業を行うことにより、空気中において発生する静電気や湿気などによる悪影響を受けず、ボール保持パレットのピットに対して半田ボールを安定して整列させることができる点で優れているけれども、揮発性の高いエタノールを液体キャリアとして使用しているため、揮発に伴うエタノールの補充を頻繁に行う必要があり、安定した作業を続けるためには大量のエタノールを準備しなければならない。しかも、ボール保持パレットはその厚さが一般的に薄く、これをエタノールに浸漬した状態でハンドリングすることは相当な困難を伴う作業となる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、湿式法において用いられる揮発性の高い液体キャリアの減損を抑制し得ると共にボール保持パレットのピットに対して半田ボールなどの微小球体を容易に保持させ得る微小球体整列方法およびこの方法を実現し得る装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、球体保持パレットの表面に形成された複数のピットに微小球体をそれぞれ保持させる微小球体整列方法であって、前記球体保持パレットを整列容器に取り付けて前記球体保持パレットの表面が臨む第１の密閉空間を形成するステップと、第２の密閉空間内に貯溜された微小球体が分散する液体キャリアを可撓性の配管を介して前記第１の密閉空間に供給して前記球体保持パレットの前記ピットに前記微小球体をそれぞれ保持させるステップと、前記第１の密閉空間から前記配管を介して余分な前記微小球体を前記液体キャリアと共に前記第２の密閉空間に戻すステップと、前記整列容器から前記球体保持パレットを取り出すステップとを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の第２の形態は、微小球体をそれぞれ保持する複数のピットが表面に形成された球体保持パレットと、この球体保持パレットを保持するパレットホルダと、このパレットホルダがシール状態で嵌合されて密閉空間を形成する整列容器と、微小球体が分散する液体キャリアを貯溜する給排タンクと、この給排タンクに配管を介して前記整列容器に連通し、当該給排タンク内の微小球体を液体キャリアと共に前記密閉空間に供給して余分な微小球体を液体キャリアと共に給排タンク内に戻す給排手段とを具えたことを特徴とする微小球体整列装置にある。
【００１０】
本発明によると、球体保持パレットが保持されたパレットホルダを整列容器にシール状態で嵌合して第１の密閉空間を形成し、この状態にて第２の密閉空間を形成する給排タンク内の微小球体を給排手段によって液体キャリアと共に第１の密閉空間に供給し、球体保持パレットの表面に形成された個々のピットに微小球体をそれぞれ落とし込ませる。そして、給排手段により余分な微小球体を液体キャリアと共に第１の密閉空間から再び給排タンク内に戻し、液体キャリアが空となった第１の密閉空間を形成する整列容器から個々のピットに微小球体を保持している球体保持パレットと共にパレットホルダを取り外す。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による微小球体整列方法において、微小球体が分散する液体キャリアを第１の密閉空間に供給した状態で球体保持パレットに振動を与えるステップをさらに具えてもよく、第１の密閉空間と第２の密閉空間との間での微小球体および液体キャリアの移動をこれらの鉛直方向の相対位置の変更によって行うようにしてもよい。また、液体キャリアが導電性を有するものであってもよく、この場合、液体キャリアがアルコールであってもよい。さらに、微小球体がはんだボールであってもよい。
【００１２】
本発明の第２の形態による微小球体整列装置において、整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに振動を与える加振手段をさらに具えてもよい。また、給排手段は、パレットホルダを嵌合した状態の整列容器に対する給排タンクの鉛直方向位置を相対的に変更することによって、液体キャリアの移動を行うものであってもよく、整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに保持された球体保持パレットの表面を水平面に対して傾斜させるものであってもよい。
【００１３】
【実施例】
本発明による微小球体整列装置を電極バンプを形成するための半田ボールに応用した実施例について、図１〜図１４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１４】
この半田ボール整列装置の概略構造を図１に示し、その平面形状を図２に示す。すなわち、本実施例による半田ボール整列装置は、ボール整列容器１１と、このボール整列容器１１の底部に設けられた開口部１２に対して着脱自在に嵌合されて内部に密閉空間１３を形成するパレットホルダ１４と、このパレットホルダ１４と共にボール整列容器１１を保持してこれを操作するマニプレータ１５と、パレットホルダ１４が着脱自在に搭載されるホルダ交換テーブル１６と、例えば、直径が０.１mm程度の多数の微小な半田ボールＷを分散させた液体キャリアとしてのエタノール（以下、単にキャリアと記述する）Ｃが貯溜される給排タンク１７とを具えている。
【００１５】
パレットホルダ１４を嵌合した状態におけるボール整列容器１１の概略構造を図３に示す。すなわち、開口部１２が形成された本実施例におけるボール整列容器１１の上端部には、マニプレータ１５に対して一体的に装着するための連結部１８が突設されている。また、このボール整列容器１１の外縁部に１８０度隔てて突設された一対のブラケット１９には、開口部１２に嵌合されたパレットホルダ１４がこの開口部１２から抜け落ちるのを防止するためのロックアーム２０の中央部がそれぞれ回動自在に枢支されている。一対のロックアーム２０の先端側は、パレットホルダ１４の下端外周縁に形成した円錐面２１に当接し、パレットホルダ１４をボール整列容器１１側に押し付けるような保持力を発生する。また、各ロックアーム２０の上部とボール整列容器１１との間には、ロックアーム２０の先端側がパレットホルダ１４の円錐面２１から離れる方向に付勢する引っ張りばね２２が介装されている。さらに、このボール整列容器１１には、パレットホルダ１４とで形成される密閉空間１３の下端部に開口する連通孔２３が形成され、ここに継手２４を介して可撓性の配管２５の一端部が連結されている。
【００１６】
本実施例におけるマニプレータ１５は、配管２５などと共に本発明の給排手段として機能する多関節ロボットであり、ボール整列容器１１の連結部１８を把持するためのチャック２６がその先端部に設けられている。このチャック２６には、上述した引っ張りばね２２のばね力に抗してロックアーム２０の基端部に押し当たる一対のロック用シリンダ２７が１８０度隔てて相互に逆向きに突設されており、これらロック用シリンダ２７のピストンロッド２８をロックアーム２０側にそれぞれ伸長させることにより、一対のロックアーム２０の先端部をパレットホルダ１４の下端外周縁に形成した円錐面２１に当接させ、パレットホルダ１４をボール整列容器１１側に押し付けてパレットホルダ１４をボール整列容器１１に対し一体的に固定できるようになっている。
【００１７】
本実施例におけるパレットホルダ１４の断面構造および平面形状をそれぞれ図４および図５に示し、ここに載置されるボール保持パレット２９の断面構造を模式的に図６に示す。すなわち、パレットホルダ１４に形成された平滑な上端面３０には、表面に半田ボールＷを収容するための円錐状のピット３１をそれぞれ所定のパターンで形成した複数（図示例では９枚）のボール保持パレット２９が整列状態で載置される。ボール保持パレット２９に形成されるピット３１は、このボール保持パレット２９の表面から半田ボールＷが半分よりも多少多めに以上入り込む程度の寸法に設定され、このボール保持パレット２９として例えばシリコンウェハを用い、これを半導体製造におけるエッチング技術を転用することによって、所定配列パターンのピット３１を正確に形成することができる。
【００１８】
前記パレットホルダ１４の上端面３０は、ボール整列容器１１に正しく嵌合した状態において、ボール整列容器１１の底面３２と同一平面を構成するように設定されており、ボール整列容器１１の開口部１２と対向するパレットホルダ１４の嵌合面３３は、ボール整列容器１１の開口部１２の内周面との隙間が可能な限り小さくなるように加工され、これらの隙間に半田ボールＷが挟まってしまうことがないように配慮している。なお、密閉空間１３に供給されたキャリアＣがこれらの隙間から外部に漏出するのを確実に防止するため、Ｏリングなどのシールリングを例えばボール整列容器１１の下端面に当接するボール整列容器１１の段面３４に組み込むようにしてもよい。
【００１９】
パレットホルダ１４の下部中央に形成された凹部３５には、このパレットホルダ１４をホルダ交換テーブル１６に固定するための円錐状の係止面３６が形成されている。
【００２０】
ホルダ交換テーブル１６の破断構造を図７に示す。すなわち、本実施例のホルダ交換テーブル１６は、ベッド３７上を図７中、左右方向に往復移動可能であり、この移動方向に沿って一対のホルダ受け３８が取り付けられている。パレットホルダ１４が載置されるホルダ受け３８には、上端部がパレットホルダ１４の凹部３５に入り込む一対のクランプアーム３９が１８０度隔ててそれぞれ回動自在に枢支されており、これらは先端部が係止面３６に押し当たるように付勢する引っ張りばね４０により相互に連結されている。また、ホルダ交換テーブル１６内には、シリンダロッド４１の先端部が引っ張りばね４０のばね力に抗して一対のクランプアーム３９の基端部を押し拡げ、クランプアーム３９の先端部を係止面３６から離すことにより、ホルダ受け３８に対するパレットホルダ１４の固定状態を解除し得るクランプ解除用シリンダ４２が組み込まれている。
【００２１】
図１中、左側に位置する一方のホルダ受け３８に搭載されるパレットホルダ１４に載置されたボール保持パレット２９に対して半田ボールＷの整列作業を行っている間、図１中、右側に位置する他方のホルダ受け３８では整列作業の済んだボール保持パレット２９から図示しない移載装置の吸引ヘッドを用いて半田ボールＷを吸引し、これを半導体チップや回路基板などの移載対象物のバンプ形成部に移載する。これらの作業を左右両方のホルダ受け３８で交互に行うが、ホルダ受け３８に対するパレットホルダ１４の着脱作業や、移載装置による移載作業を常に一定位置で行うため、ホルダ交換テーブル１６を移動して所定のパレットホルダ１４が保持されたホルダ受け３８を所定位置に位置決めする。
【００２２】
給排タンク１７の主要部を抽出拡大した図８に示すように、給排タンク１７は可撓性の配管２５により継手４３を介してボール整列容器１１に連結されており、スタンド４４の上端部にピン４５を介して揺動可能に保持されている。給排タンク１７の上端中央部には、半田ボールＷおよびキャリアＣを必要に応じて補充するための開口部４６が形成され、この開口部４６に対して着脱可能に装着される蓋部材４７により内部が密閉された状態となっている。この給排タンク１７は、パレットホルダ１４からボール整列容器１１を引き上げた場合、半田ボールＷと共にキャリアＣが給排タンク１７から流出しないように、ホルダ受け３８に載置されたパレットホルダ１４よりも鉛直方向下方に設置されている。
【００２３】
従って、ホルダ受け３８上の新しいパレットホルダ１４をボール整列容器１１に嵌合して密閉空間１３を形成した直後は、この密閉空間１３内には半田ボールＷおよびキャリアＣが存在しない状態となっているので、ホルダ受け３８からパレットホルダ１４を持ち上げ、さらにホルダ交換テーブル１６と干渉しない位置までその側方にずらし、図９に示すように給排タンク１７よりも密閉空間１３が鉛直方向下方に位置するようにマニプレータ１５を作動させる。これにより、給排タンク１７内の半田ボールＷがキャリアＣと共に配管２５を介して密閉空間１３内に流れ込むが、この場合、ボール整列容器１１の継手２４が上向きとなるようにマニプレータ１５によりボール整列容器１１を傾けると共に配管２５を介して給排タンク６の継手４３が下向きとなるようにし、すべての半田ボールＷおよびキャリアＣが円滑に流動するように配慮する。
【００２４】
すべての半田ボールＷおよびキャリアＣが密閉空間１３内に流れ込んだならば、ボール整列容器１１が揺動および回動してキャリアＣ中の半田ボールＷが均一に分散するようにマニプレータ１５を駆動し、ボール保持パレット２９のピット３１に半田ボールＷを落とし込んでその整列作業を行う。本実施例ではマニプレータ１５を用いているため、すべてのピット３１に対して半田ボールＷを円滑に整列させるのに適したボール整列容器１１の動きを容易に実現可能である。また、半田ボールＷがキャリアＣ中に混入しているため、静電気や湿気の影響を受けることがなく、安定した整列作業が可能である。
【００２５】
このようにして整列作業を行った後、余分な半田ボールＷをキャリアＣと共に給排タンク１７に戻すため、図１０に示すようにボール整列容器１１を給排タンク１７１よりも鉛直方向上方に変位させ、さらにボール整列容器１１の継手２４が下向きとなるようにボール整列容器１１を傾斜させると共に配管２５の撓み変形を利用して給排タンク１７の継手４３が上向きとなるようにピン４５を中心に給排タンク１７を傾け、密閉空間１３内の余分な半田ボールＷをキャリアＣと共にすべて給排タンク１７に戻す。この場合、ピット３１に保持された半田ボールＷがピット３１から抜け外れないように配慮して作業を行う必要があることは言うまでもない。
【００２６】
しかる後、図１１に示す待機中の空のホルダ受け３８に対し、図１２に示すようにパレットホルダ１４を戻し、クランプ解除用シリンダ４２の作動を停止して引っ張りばね４０のばね力によりクランプアーム３９の先端部をパレットホルダ１４の係止面３６に係止させ、ホルダ受け３８に対してパレットホルダ１４を固定する。次いで、一対のロック用シリンダ２７の作動を停止して引っ張りばね２２のばね力によりパレットホルダ１４の円錐面２１からロックアーム２０の先端部を退避させ、ボール整列容器１１に対するパレットホルダ１４の固定を解除する。そして、マニプレータ１５を作動してボール整列容器１１を上方に移動させてパレットホルダ１４との嵌合状態を解除し、パレットホルダ１４をボール整列容器１１から分離させた後、図１３に示すように、ホルダ交換テーブル１６を移動して隣接する他方のホルダ受け３８に保持された新たなパレットホルダ１４をボール整列容器１１の直下に移動する。次に、図１４に示すようにマニプレータ１５を再び下降してこの他方のホルダ受け３８に保持されたパレットホルダ１４にボール整列容器１１を嵌合させ、ロック用シリンダ２７を駆動してパレットホルダ１４をボール整列容器１１に固定し、さらにクランプ解除用シリンダ４２を作動してホルダ受け３８に対するパレットホルダ１４の固定を解除した後、ホルダ受け３８からパレットホルダ１４を持ち上げ、さらにホルダ交換テーブル１６と干渉しない位置までその側方にずらし、図９に示すように給排タンク１７よりも密閉空間１３が鉛直方向下方に位置するようにマニプレータ１５を作動させ、上述した操作を繰り返し、新たなパレットホルダ１４に対する半田ボールＷの整列作業を行う。
【００２７】
この間に、図示しない移載装置を用いて一方のホルダ受け３８に保持されたパレットホルダ１４上のボール保持パレット２９から半田ボールＷを吸引し、これを半導体チップや回路基板などの移載対象物に移載する。半田ボールＷが吸引されたパレットホルダ１４は、次の整列作業のために待機状態となり、このようにして２つのホルダ受け３８に保持されたパレットホルダ１４に対し交互に半田ボールＷの整列作業を行う。なお、上述した作業に伴って、半田ボールＷの消費やキャリアＣの蒸発が起こるため、必要に応じて蓋部材４７を給排タンク１７から取り外し、半田ボールＷやキャリアＣの補充を行えばよい。
【００２８】
本実施例では、揮発性の高いキャリアＣを密閉状態の給排タンク１７に貯溜し、ボール整列容器１１とパレットホルダ１４とで形成される密閉空間１３との間を配管２５を介して移動させるようにしているため、その揮発に伴う液量の減少を最小限に抑えることができる。
【００２９】
上述した実施例では、ボール整列容器１１と給排タンク１７との間の半田ボールＷおよびキャリアＣの移動をマニプレータ１５を用いてこれらの鉛直方向の位置をずらすことにより行うようにしたが、ポンプなどを用いて強制的に圧送するようにしてもよい。また、可撓性の配管２５の撓み変形を利用して給排タンク１７をピン４５を中心に傾けるようにしたが、動力を利用して給排タンク１７の傾きを切り換えるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によると、球体保持パレットを整列容器に取り付けて球体保持パレットの表面が臨む密閉空間を形成し、給排タンク内に貯溜された微小球体が分散する液体キャリアを配管を介して密閉空間に供給し、球体保持パレットのピットに微小球体をそれぞれ保持させた後、この密閉空間から配管を介して余分な微小球体を液体キャリアと共に給排タンクに戻すようにしたので、揮発性の高い液体キャリアの減損を抑制することができる上、液体キャリアの液量がほぼ一定に維持されることによって給排保持パレットのピットに対する微小球体の整列作業を安定して行うことができる。また、球体保持パレットをパレットホルダに装着してこれを整列容器に対し着脱するようにしたので、球体保持パレットのハンドリングが極めて容易となり、整列作業を自動化して作業能率を高めることができる。
【００３１】
整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに振動を与える加振手段を設けた場合には、個々のピットに対して微小球体をより迅速かつ確実に保持させることができる。
【００３２】
パレットホルダを嵌合した状態の整列容器に対する給排タンクの鉛直方向位置を相対的に変更することによって、液体キャリアの移動を行うようにした場合には、微小球体による目詰まりなどの悪影響を受ける可能性の高いポンプなどを使用する必要がない。
【００３３】
整列容器に嵌合された状態のパレットホルダに保持された球体保持パレットの表面を水平面に対して傾斜させるようにした場合には、球体保持パレットの表面に残留する液体キャリアの量を最小限に抑えてその減損を抑制することができる。
【００３４】
液体キャリアとして、アルコールなどの導電性を有するものを使用した場合には、個々のピットに対して微小球体をより確実に保持させることができる上、微小球体をピットに保持した状態において球体保持パレットの乾燥を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による微小球体整列装置の一実施例の概略構造を表す正面図である。
【図２】図１に示した実施例の平面図である。
【図３】図１に示した実施例における整列容器の部分の拡大断面図である。
【図４】図１に示した実施例に用いられるパレットホルダの断面図である。
【図５】図４に示したパレットホルダの平面図である。
【図６】図４に示したパレットホルダに装着される球体保持パレットの概略構造を表す破断図である。
【図７】図１に示した実施例における給排タンクの部分の拡大断面図である。
【図８】図１に示した実施例におけるホルダテーブルの概略構造を表す破断断面図である。
【図９】給排タンクから整列容器側へ微小球体と共に液体キャリアを供給している状態を表す作業概念図である。
【図１０】整列容器側から給排タンクへ微小球体と共に液体キャリアを戻している状態を表す作業概念図である。
【図１１】図１２〜図１４と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【図１２】図１１,図１３および図１４と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【図１３】図１１,図１２および図１４と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【図１４】図１１〜図１３と共にパレットホルダの交換手順を表す作業概念図である。
【符号の説明】
Ｗ 半田ボール
Ｃ エタノール（キャリア）
１１ ボール整列容器
１２ 開口部
１３ 密閉空間
１４ パレットホルダ
１５ マニプレータ
１６ ホルダ交換テーブル
１７ 給排タンク
１８ 連結部
１９ ブラケット
２０ ロックアーム
２１ 円錐面
２２ 引っ張りばね
２３ 連通孔
２４ 継手
２５ 配管
２６ チャック
２７ ロック用シリンダ
２８ ピストンロッド
２９ ボール保持パレット
３０ 上端面
３１ ピット
３２ 底面
３３ 嵌合面
３４ 段面
３５ 凹部
３６ 係止面
３７ ベッド
３８ ホルダ受け
３９ クランプアーム
４０ 引っ張りばね
４１ シリンダロッド
４２ クランプ解除用シリンダ
４３ 継手
４４ スタンド
４５ ピン
４６ 開口部
４７ 蓋部材
Claims (10)
- 球体保持パレットの表面に形成された複数のピットに微小球体をそれぞれ保持させる微小球体整列方法であって、
前記球体保持パレットを整列容器に取り付けて前記球体保持パレットの表面が臨む第１の密閉空間を形成するステップと、
第２の密閉空間内に貯溜された微小球体が分散する液体キャリアを可撓性の配管を介して前記第１の密閉空間に供給して前記球体保持パレットの前記ピットに前記微小球体をそれぞれ保持させるステップと、
前記第１の密閉空間から前記配管を介して余分な前記微小球体を前記液体キャリアと共に前記第２の密閉空間に戻すステップと、
前記整列容器から前記球体保持パレットを取り出すステップと
を具えたことを特徴とする微小球体整列方法。 - 前記微小球体が分散する前記液体キャリアを前記第１の密閉空間に供給した状態で前記球体保持パレットに振動を与えるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の微小球体整列方法。
- 前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間との間での前記微小球体および前記液体キャリアの移動は、これらの鉛直方向の相対位置の変更によって行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小球体整列方法。
- 液体キャリアが導電性を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の微小球体整列方法。
- 液体キャリアがアルコールであることを特徴とする請求項４に記載の微小球体整列方法。
- 微小球体がはんだボールであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の微小球体整列装置。
- 微小球体をそれぞれ保持する複数のピットが表面に形成された球体保持パレットと、
この球体保持パレットを保持するパレットホルダと、
このパレットホルダがシール状態で嵌合されて密閉空間を形成する整列容器と、
微小球体が分散する液体キャリアを貯溜する給排タンクと、
この給排タンクに配管を介して前記整列容器に連通し、当該給排タンク内の微小球体を液体キャリアと共に前記密閉空間に供給して余分な微小球体を液体キャリアと共に給排タンク内に戻す給排手段と
を具えたことを特徴とする微小球体整列装置。 - 前記整列容器に嵌合された状態の前記パレットホルダに振動を与える加振手段をさらに具えたことを特徴とする請求項７に記載の微小球体整列装置。
- 前記給排手段は、前記パレットホルダを嵌合した状態の前記整列容器に対する前記給排タンクの鉛直方向位置を相対的に変更することによって、前記液体キャリアの移動を行うことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の微小球体整列装置。
- 前記給排手段は、前記整列容器に嵌合された状態の前記パレットホルダに保持された球体保持パレットの表面を水平面に対して傾斜させることを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の微小球体整列装置。
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