JP4647007B2 - 半田ボール搭載装置 - Google Patents
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Description
(1)整列用マスクの開口をプリント配線板のパッドに位置合わせする。
(2)筒部材で空気を吸引し、筒部材下の整列用マスク上に半田ボールを集合させる。
(3)筒部材を移動し、半田ボールを整列用マスクの開口を介してプリント配線板のパッドに半田ボールを搭載する。
プリント配線板の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、開口部から不活性ガス又は還元ガス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、
少なくとも前記筒部材の開口部の周囲に不活性ガス又は還元ガスを供給するガス供給器と、
前記筒部材、又は、前記ボール整列用マスク及びプリント配線板を移動させる移動機構であって、前記筒部材又は該ボール整列用マスク及びプリント配線板を移動させることで、前記筒部材直下に集合させた半田ボールを、ボール整列用マスクの開口を介してプリント配線板のパッドへ落下させる移動機構と、を備え、
前記筒部材の外周に、前記不活性ガス又は還元ガスを供給する外筒を設けたことを技術的特徴とする。
図6(A)に示すように表面のソルダーレジスト層70の開口71にパッド75を形成した多層プリント配線板10の表面にフラックス80を印刷する。図6(B)に示すように多層プリント配線板10の上側のパッド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200μm未満の半田ボールが望ましい。直径40μm未満では半田ボールが軽すぎるためパッド上に落下し難くなる。一方、200μm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パッドが存在し易くなる。
図1(A)は、実施例1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。
搭載筒24は、不活性ガスを供給するための供給筒26と、供給された不活性ガスを吸引するための吸引筒25とから構成され、吸引筒25の外周に供給筒26が設けられ、図1中に示す不活性ガスボンベ28から管路26Bを介して供給された不活性ガスが、供給筒26の開口26Aと吸引筒25の下端外周25Cとの間から放出される。一方、図1に示す吸引ボックス27により発生された負圧により、搭載筒24の開口部25Aから、不活性ガスが吸引される。なお、実施例1では、不活性ガスとして、N2を用いた。不活性ガスとしては、例えばArを用いることもでき、不活性ガスの代わりに、H2等の還元ガスを用いることもできる。
(1)多層プリント配線板の位置認識、補正
図3(A)に示すように多層プリント配線板10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10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10のパッド75に対応するように位置調整する。なお、ここでは、図示の便宜上、1枚分の多層プリント配線板10のみを示しているが、実際には、複数枚の多層プリント配線板を構成するワークシートサイズの多層プリント配線板に対して半田ボールが搭載され、半田バンプの形成後に個片の多層プリント配線板に切り分けられる。
図3(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。
図4(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100%〜300%)を保ち搭載筒24を位置させ、吸引部25Bから不活性ガス又は還元ガスを吸引することで、吸引筒25とプリント配線板間の隙間の流速を5m/sec〜50m/secにして、当該吸引筒25の開口部25A直下のボール整列用マスク16上に半田ボール78sを集合させた後、図4(B)及び図5(A)、並びに図1(B)及び図1(A)に示すようにプリント配線板10及びボール整列用マスク16を、XYθ吸引テーブル14によりX軸に沿って水平方向へ送る。これにより、搭載筒24直下に集合させた半田ボール78sを、ボール整列用マスク16及びプリント配線板10の移送に伴い移動させ、ボール整列用マスク16の開口16aを介して多層プリント配線板10のパッド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10側の全パッド上に順次整列される。
半田ボール78sの下側は、パッド75内に塗布されたフラックス80で包まれることで、半田ボール78sの下部が空気と触れなくなり、酸化が防がれる。ここで、実施例では、不活性ガス又は還元ガスを用いるため、半田ボールの表面に酸化膜を形成させることなく、プリント配線板のパッド75へ搭載できる。これにより、リフローの際に、例え、半田ボール78sのフラックス80から露出した上部に酸化被膜が形成されていても、半田ボール78sの下部には酸化被膜が無いため素早く溶融し、ボイド(気泡)が残ることなく半田バンプを形成できる。
図5(B)に示すように、プリント配線板10及びボール整列用マスク16を移送することにより、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、ボール除去筒61により吸引除去する。
XYθ吸引テーブル14から多層プリント配線板10を取り外す。
図9は実施例2に係る搭載筒125を示している。図2を参照して上述した搭載筒は、2重構造を採用し、吸引筒25の外側の供給筒26から不活性ガスを供給した。これに対して、実施例2では、搭載筒125の開口125A周囲に不活性ガスを供給するためのノズル126が備えられている。この実施例2の構成でも、実施例1と同様に半田バンプでのボイドの巻き込みを防止できる。
[実施例1]
(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と電気的に接続するための直径150μm、150μmピッチ、50×50個(格子状配置)からなるパッド群を形成した。その上に市販のソルダーレジストを形成し、パッド上に、写真法で直径100μmの開口を形成した。ここで、バイアホールからなる接続パッド(バイアホールの直上に半田バンプを形成)は、フィルドビアとし、表面の凹み量、凸量は、導体回路158の導体厚さに対し、図10(A)に示すように凹み量(上端面からの窪み量)P1が−5μm以下、及び、図10(B)に示すように凸量(上部平坦面からの突出量)P2が+5μm以下の範囲が望ましい。フィルドビアの凹み量が5μmを越える(−5μm)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。
(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搭載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搭載用マスクを位置合わせした。ここで、ボール搭載用マスクは、プリント配線板のパッドに対応した位置に直径110μmの開口を有する25μm〜50μm厚みのNi製のメタルマスクを用いた。その他SUS製やポリイミド製のボール搭載用マスクを用いることも可能である。尚、ボール搭載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、パッド領域に対応した大きさ(パッド領域に対して1.2〜3倍)で、高さ200mmの搭載筒を半田ボール径の2倍のクリアランスを保ってプリント配線板上に位置させ、その周囲近辺のボール搭載用マスク上にボール直径80μmのSn63Pb37半田ボール(日立金属社製)を載せた。
参考例では、半田ボールをパッドに供給する方法を変更させた以外は実施例1と同様である。
つまり、吸引筒25により空気を吸引して空気中で半田ボールを移動させ、ボール搭載用の開口部から半田ボールを落下させてパッドに半田ボールを搭載した。
実施例と参考例の半田バンプをX線検査装置(名古屋電気工業(株)NLX3500F)で観察した。この結果、実施例の半田バンプにはボイドが見られなかったが、参考例では半田バンプ内にボイドが観察された。
Claims (3)
- 半田バンプとなる半田ボールをプリント配線板の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、開口部から不活性ガス又は還元ガス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、
少なくとも前記筒部材の開口部の周囲に不活性ガス又は還元ガスを供給するガス供給器と、
前記筒部材、又は、前記ボール整列用マスク及びプリント配線板を移動させる移動機構であって、前記筒部材又は該ボール整列用マスク及びプリント配線板を移動させることで、前記筒部材直下に集合させた半田ボールを、ボール整列用マスクの開口を介してプリント配線板のパッドへ落下させる移動機構と、を備え、
前記筒部材の外周に、前記不活性ガス又は還元ガスを供給する外筒を設けたことを特徴とする半田ボール搭載装置。 - 前記筒部材をプリント配線板の幅に対応させて複数並べたことを特徴とする請求項1の半田ボール搭載装置。
- 前記筒部材の少なくとも半田ボール接触部位を導電性部材により構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2の半田ボール搭載装置。
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