JP4883508B2 - 導電性ボール搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ボール搭載装置の改良に関するもので、詳しくは、被搭載物の搭載箇所に対応してボール挿入用の挿入孔が形成された配列マスクを用いて導電性ボールを搭載する装置において、配列マスクに振動を付与して、導電性ボールを挿入部に落としやすくした導電性ボール搭載装置に関する。

配列マスクの上面に沿って多数の導電性ボールを収容したボールカップを移動させることによって、導電性ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで、被搭載物上に搭載する導電性ボールの搭載装置において、ボールカップ内の導電性ボール（半田ボール１）は、図６に示されるように、ボールカップ５の進行方向後側に集まってしまい、導電性ボール（半田ボール１）の挿入部への落とし込みがスムーズに行われないことがあった。

そこで、配列マスクを用いた導電性ボールを落とし込み方式の導電性ボール搭載装置においては、従来より導電性ボールを配列マスクの挿入部に落としやすくするため、特許文献１に示されるように配列マスクに加振器（振動源）を設けていた例があった。配列マスクに振動を付与すると、図７に示すように導電性ボール（半田ボール１）は、ボールカップ５内で分散し、挿入部への落とし込みがスムーズになっていた。

しかし、導電性ボール搭載装置において、被搭載物である半導体ウエハの種類が変更された場合には、導電性ボールが搭載される電極の配列が変わり、導電性ボールの径も変わるため、配列マスクを交換する必要がある。このような場合、特許文献１記載のような導電性ボール搭載装置では、配列マスクに加振器（振動源）を直接取り付けているので、加振器を配列マスク毎に用意するか、配列マスク交換毎に加振器の取り外しと取り付けとを行うかする必要があった。更に、振動源として、単に圧電素子を配列マスクに接触させただけでは、たとえ配列マスクに張力をかけても、配列マスクは撓む性質を有するため配列マスクに振動が適正に伝わらないことがあった。

特開２００２−２３１７５２号公開特許公報

本発明は、振動手段によって、配列マスクをしっかりと吸着保持して、振動手段の振動を配列マスクに確実に伝達させることにより、ボールカップ内の片側などに導電性ボールが集まることを防止し、ボールカップの移動によって、導電性ボールを配列マスクの挿入部に確実に落とし込み、ミッシングボールの発生やボールカップと配列マスクの間隙で導電性ボールを噛み込むことを防止することのできる導電性ボール搭載装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記課題を解決するため、導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、導電性ボールの挿入部が搭載領域に所定の配列パターンで形成された配列マスクと被搭載物の上方に配列マスクを支持するマスク支持手段と配列マスクに振動を付与する振動手段とを備え、振動手段による配列マスクの振動中に、配列マスクの上面に沿って多数の導電性ボールを収容したボールカップを移動させることによって導電性ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで被搭載物上に搭載する導電性ボールの搭載装置とする。
第２に、上記振動手段は、振動源と、振動源が連結されるとともに吸引口が設けられた当接面とを備え、当接面に配列マスクを吸着させて振動源の振動を当接面を介して配列マスクに伝達することを特徴とする導電性ボール搭載装置とする。

第２の発明は、第１の発明に、上記当接面は、配列マスクの挿入部の形成されていない非搭載領域に当接するものであるという限定を加えた導電性ボール搭載装置であり、第３の発明は、第１の発明または第２の発明に、前記当接面は、配列マスクの挿入部が形成された搭載領域を囲むように設けられたものであるという限定を加えた導電性ボール搭載装置である。

第４の発明は、第１乃至第３の発明のうちのいずれかに、前記マスク支持手段は、配列マスクとの当接面に吸引口を設け、該吸引口からの吸引力により配列マスクを支持するものであって、マスク支持手段の当接面が振動手段の当接面を兼ねたものであるという限定を加えた導電性ボール搭載装置である。

本発明では、振動手段が、振動源と、振動源が連結されるとともに吸引口が設けられた当接面とを備え、当接面に配列マスクを吸着させて振動源の振動を当接面を介して配列マスクに伝達することを特徴とするものであるので、振動手段が、配列マスクをしっかりと吸着保持し、振動手段の振動を確実に配列マスクに伝達させることができるものとなった。

第４の発明の効果ではあるが、マスク支持手段は、配列マスクとの当接面に吸引口を設け、該吸引口からの吸引力により配列マスクを支持するものであって、マスク支持手段の当接面が振動手段の当接面を兼ねたものとしたので配列マスクへの装着物を減らすことができ、装置の簡素化に役立つことができた。

以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。
実施例は、半田ボール搭載装置に関するものである。勿論、本発明は、搭載対象物上に所定の配列パターンで形成された各電極に、導電性ボールを搭載するその他の導電性ボール搭載装置においても利用可能である。また、本発明において、ボールには、半田ボール等の導電性ボール、ボールの搭載対象物には、半導体ウエハ（以後、単にウエハと表記する）や、電子回路基板や、セラミックス基板などがあるが、実施例ではボールとして半田ボール１、ボールの搭載対象物としてウエハ２を用いている。

通常、半田ボール搭載装置は、搬入用のウエハ受渡部、フラックス印刷部、ボール搭載部、搬出用のウエハ受渡部を有するものであるが、本発明にかかる導電性ボール搭載装置は、ボール搭載部に特徴を有するものである。このボール搭載部には、ウエハ２上の電極のパターンに合わせて配列された挿入孔３が形成された配列マスク４、半田ボール供給装置、ウエハ２を吸着保持して上下動可能であるウエハ載置テーブル６とが配備されている。

半田ボール供給装置は、図１に示されるように、多数の半田ボール１を貯留したボールホッパ７と、配列マスク４の挿入孔３内に落とし込む半田ボール１を収容したボールカップ５と、ボールカップ５をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動装置８を有しており、配列マスク４上を、ボールカップ５が移動して、配列マスク４の挿入孔３に半田ボール１を落として、ウエハ２上の搭載箇所にある電極に半田ボール１を搭載する。ボールカップ５が半田ボール１を挿入孔３へ落とし込むための進行方向は、図１においては図中上下方向で、図３においては図中前後方向である。

配列マスク４には、図４に示されるように、ウエハ２の搭載箇所に対応してボール挿入用の挿入孔３が設けられている。この挿入孔３は、ウエハ２に形成された搭載箇所の所定の配列パターンに対応している。図１や図５で、中央に現れた多数の矩形図形はダイサイズ領域１０を誇張して図示したもので、該ダイサイズ領域１０内に多数の挿入孔３が存在する。

図１で点線で示した符号１１が、挿入孔３が形成される搭載領域であり、配列マスク４には、搭載領域１１、及び、その搭載領域１１を囲む非搭載領域１２が存在する。搭載領域１１の配列マスク４の裏面側（ウエハ２との対面側）は、該搭載領域１１の全域を包含する凹部１３として厚さが薄く形成され、該凹部１３に上記挿入孔３が設けられている。配列マスク４の挿入孔３の径は、半田ボール１の径より若干大きく形成してある。

この搭載領域１１に形成された凹部１３は全体として、ウエハ２の外形より若干大きく、凹部１３全体の外周形状は略円状に形成されている。配列マスク４を矩形のマスクフレーム１６に張力をかけて貼り付けた場合、配列マスク４は左右前後方向（図１及び２中上下左右方向）に引っ張られるが、配列マスク４の凹部１３全体の外周形状を略円状に形成してあるため、左右前後方向への張力が円形外方向への平均的張力に変換され、張力による歪みが発生し難くなった。

凹部１３の凹み量は、使用される半田ボール１の径により異なる。実施例では、約１００ミクロメートルの半田ボール１を用いているので、８０ミクロメートルの板厚の配列マスク４に２０〜４０ミクロメートルの凹部１３を形成している。

また、凹部１３には、図３及び図５に示されるように手前側の非搭載領域１２から他方側の非搭載領域１２まで連続する凸部１４が設けられている。すなわち、凸部１４は、形成する方向の凹部１３の前後の縁部と接続されている。該凸部１４は、ウエハ２の一方向へのダイシングライン上に対応する位置で、ボールカップ５が半田ボール１を挿入孔３へ落とし込むための進行方向と同方向に形成されている。ここでボールカップ５の進行方向は、図３においては図中前後方向、図１及び図２においては図中上下方向を意味する。尚、凸部１４は配列マスク４と同質材料で形成されている。この凸部１４を設けることにより、薄くなった配列マスク４の強度を上げることができ、配列マスク４が撓み難くなった。また、配列マスク４の厚みに関しては、凹部１３が形成された搭載領域１１の板厚と凸部１４の突出厚を合わせた総厚みが使用する半田ボール１の径より薄くされている。尚、配列マスク４の厚みは、凹部１３が形成された搭載領域１１の板厚と凸部１４の突出厚の和と等しくてもよいし、この和より厚いものであってもよい。

実施例での配列マスク４の裏面には、図５に示されるように、配列マスク４の搭載領域１１相当部分が空部に形成された補強用薄板２２が接着されている。これにより配列マスク４の強度をより向上でき歪みや撓みを抑制できるものとなっている。尚、補強用薄板２２には適宜開口穴が形成されており、接着時の気泡や余分な接着剤が除去できるようになっている。

配列マスク４は、可撓性のある樹脂製シートであるコンビネーション１５に貼り付けられた上、矩形状のマスクフレーム１６に張力を加えられて貼り付けられており、マスクフレーム１６は、クランプ用エアシリンダ１７により装置のボール搭載部構成枠等に固定されている。尚、固定箇所は数カ所に及ぶ。

本発明のマスク支持手段に相当する配列マスク４の支持装置は、超音波振動子９が取り付けられたマスク押さえプレート３１と、マスク押さえプレート保持具３２と、マスク押さえプレート３１を上下動させるエアシリンダ３３と図示されていない吸引装置及び配列マスク４の支持部材２１とによりなる。支持部材２１は、マスク押さえプレート３１の当接面１８の下方に配置され、配列マスク４は、支持部材２１上に配列マスク４の補強用薄板２２下面が当接した状態で載置され、上方より上面がマスク押さえプレート３１により吸着保持されている。このとき、配列マスク４は、搭載領域１１の凹部１３内に形成された凸部１４がウエハ２の表面に接触しない状態で、マスク押さえプレート３１に支持されている。

マスク押さえプレート３１は、中央が配列マスク４の搭載領域１１に相応する大きさの矩形状中空部とされた矩形枠状体である。マスク押さえプレート３１の枠の下面は、配列マスク４の搭載領域１１を囲む非搭載領域１２への当接面１８とされ、平坦面に形成されている。この当接面１８には配列マスク４を吸着するための吸着溝１９が形成されている。吸着溝１９が、本発明における吸引口となる。更に、この吸着溝１９は、吸引パイプ２０により図示されていない外部吸引装置と連結されている。この吸着溝１９からの吸引力により配列マスク４を吸着支持する。

尚、マスク押さえプレート３１は、左右の複数箇所に設置されたマスク押さえプレート保持具３２を介して上下用のエアシリンダ３３に保持され、マスク押さえプレート３１の中空部が配列マスク４の搭載領域１１に対応し、マスク押さえプレート３１の当接面１８が、搭載領域１１の全域を囲む非搭載領域１２上面に当接するよう配置されている。このマスク押さえプレート３１の当接面１８に吸着支持された配列マスク４は、少なくとも当接面１８の内側において歪みのない状態となる。

ボールカップ５の進行方向前後のマスク押さえプレート３１には、本発明における振動手段の振動源となる超音波振動子９が装着されている。振動源としては超音波振動子９に限定されるものではなく、マスク押さえプレート３１に振動を付与できるものであればよい。超音波振動子９は、図１及び図２に示されるように、進行方向前方のマスク押さえプレート３１の枠材３１Ａの上面左右に所定間隔離れて２個装着され、且つ、進行方向後方のマスク押さえプレート３１の枠材３１Ｂの上面で枠材３１Ａに装着された超音波振動子９との向かい合った位置に２個装着されている。

超音波振動子９は、ボールカップ５の進行方向後側の超音波振動子９を動作させて、マスク押さえプレート３１の当接面１８を介して、配列マスク４に対して、ボールカップ５の進行方向に向けて超音波振動を付与する。勿論、前後の超音波振動子９を同時に超音波振動させてもよい。配列マスク４が超音波振動子９の振動を受けることにより、ボールカップ５内の半田ボール１は、特定箇所に集まることなく、図７に示すように分散した状態を保つことになる。

尚、超音波振動子９に印加する電気エネルギを大きくすると振動エネルギも大きくなる。半田ボール１の径に応じて振動エネルギを調整する必要がある。半田ボール１の径が大きい場合には振動エネルギも大きくする。半田ボール１の径が小さくて振動エネルギを大きくすると半田ボール１が、ボールカップ５内で、はねすぎて挿入孔３に落ちてこないことがあり、逆に、半田ボール１の径が大きいのに振動エネルギを小さくすると半田ボール１が振動せず、ボールカップ５の片側に集まってしまった半田ボールの塊が分散できないこととなる。

更に、超音波振動子９の発振周波数は、半田ボール１の径及び配列マスク４の厚みにより決定される。実施例では１００ミクロメートルの径の半田ボール１の場合、１５ｋＨｚの周波数で、２００ミクロメートルの径の半田ボールの場合は、２４ｋＨｚの周波数を用いている。

以上の実施例では、マスク支持手段たる支持装置３０は、その主たる構成であるマスク押さえプレート３１の配列マスク４との当接面１８に吸引口たる吸着溝１９を設け、該吸着溝１９の吸引力により配列マスク４を支持するものであって、マスク押さえプレート３１の当接面１８が、振動手段の当接面を兼ねたものであるが、マスク押さえプレート３１の当接面１８とは別に振動手段独自の当接面を形成することもできる。

本実施例にかかる半田ボール搭載装置におけるボール搭載部の平面説明図 同要部平面説明図 ボールカップと配列マスクと振動源を有する支持装置の関係を示す正面説明図 同要部正面説明図 マスク支持手段の当接面と配列マスクの関係を示す分解斜視説明図 振動付与なしの状態のボールカップ内の半田ボールの平面説明図 振動付与ありの状態のボールカップ内の半田ボールの平面説明図

符号の説明

１．．．．．．半田ボール
２．．．．．．ウエハ
３．．．．．．挿入孔
４．．．．．．配列マスク
５．．．．．．ボールカップ
６．．．．．．ウエハ載置テーブル
７．．．．．．ボールホッパ
８．．．．．．Ｙ軸移動装置
９．．．．．．超音波振動子
１０．．．．．ダイサイズ領域
１１．．．．．搭載領域
１２．．．．．非搭載領域
１３．．．．．凹部
１４．．．．．凸部
１５．．．．．コンビネーション
１６．．．．．マスクフレーム
１７．．．．．クランプ用エアシリンダ
１８．．．．．当接面
１９．．．．．吸着溝
２０．．．．．吸引パイプ
２１．．．．．支持部材
２２．．．．．補強用薄板
３０．．．．．支持装置
３１．．．．．マスク押さえプレート
３２．．．．．マスク押さえプレート保持具
３３．．．．．エアシリンダ

Claims (4)

1. 導電性ボールの挿入部が搭載領域に所定の配列パターンで形成された配列マスクと被搭載物の上方に配列マスクを支持するマスク支持手段と配列マスクに振動を付与する振動手段とを備え、
   振動手段による配列マスクの振動中に、配列マスクの上面に沿って多数の導電性ボールを収容したボールカップを移動させることによって導電性ボールを配列マスクの挿入部に落とし込んで被搭載物上に搭載する導電性ボールの搭載装置において、
   前記振動手段は、振動源と、振動源が連結されるとともに吸引口が設けられた当接面とを備え、当接面に配列マスクを吸着させて振動源の振動を当接面を介して配列マスクに伝達することを特徴とする導電性ボール搭載装置。
   
2. 上記当接面は、配列マスクの挿入部の形成されていない非搭載領域に当接するものである請求項1記載の導電性ボール搭載装置。
   
3. 上記当接面は、配列マスクの挿入部が形成された搭載領域を囲むように設けられたものである請求項１または２記載の導電性ボール搭載装置。
   
4. 上記マスク支持手段は、配列マスクとの当接面に吸引口を設け、該吸引口からの吸引力により配列マスクを支持するものであって、マスク支持手段の当接面が振動手段の当接面を兼ねたものである請求項１乃至３のいずれかに記載の導電性ボール搭載装置。

Images