JP4899125B2 - 導電性ボールの搭載方法及び搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する方法及び装置に関するものである。

被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する装置や方法として、特許文献１に示されるように多数の導電性ボールを収容するボール溜まりが、配列治具上を移動することにより導電性ボールを配列する装置や方法が存在した。

しかし、特許文献１記載の導電性ボールの搭載方法及び搭載装置で採用されるボールカップの移動による落とし込み方式では、どうしてもボールカップと配列マスクとの間に導電性ボールの噛み込みが発生してしまうものであった。また、導電性ボールの径が小さくなればなるほどボールカップと配列マスクとの間隙、配列マスクの平面度、ボールカップの水平移動等に高精度が要求され、精度が悪いとボールカップと配列マスクの間から導電性ボールが漏れ出て落とし込みできなくなるという危険もあった。

そこで、導電性ボールの噛み込みの発生を防止するため、特許文献２に示されるように、ボールカップ（特許文献２では筒部材）の水平移動中にエアの流れによってボールカップ内のボール集合体がボールカップに接触しないようにする装置及び方法が提供された。

しかし、導電性ボールの集合体がボールカップに接触しないようにボールカップを移動させなければいけないので、ボールカップの移動速度をあまり高速にはできず、このため搭載工程に要する時間が長くなるという問題があった。また、配列マスクとボールカップとの間から流入する気流を高速度にする方法も考えられるが、流入気流速度を上げると導電性ボールは配列マスク上に集合せず、ボールカップ内で舞い上がってしまい、搭載抜けが発生することがあった。

特開２００６−３１８９９４号公開特許公報 特開２００６−７３９９９号公開特許公報

本発明は、導電性ボールを配列マスクの貫通孔に落とし込み、被搭載物上に搭載するに際し、導電性ボールを配列マスク上方に存在するボール吸着体に吸着させることにより、ボールカップやボール吸着体の移動で、これらと配列マスクとの間に導電性ボールが噛み込むことを防止することを目的とする。これにより導電性ボールを供給するボールカップの移動速度を上げ、生産性の向上に寄与する。

本発明は、上記課題を解決するため、被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて、導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載方法及び搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、前記配列マスクを前記被搭載物上に保持するマスク保持手段と、内部が空間で下端面が開口部とされるボールカップと、ボールカップ内に設けられ、配列マスクの上方に設けられて真空源と接続されて下面に導電性ボールを吸着可能なボール吸着体と、真空源によるボール吸着体の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段と、ボールカップを配列マスクの上面に沿って移動可能にする移動ユニットとを備える。
第２に、真空切り換え手段により、ボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボールカップと配列マスクとの間に形成される気体流通路から気体を流入させることによりボール吸着体下方に存在する導電性ボールをボール吸着体に吸着させる吸着工程及び吸着動作と、前記ボールカップを所定の搭載位置に移動させる移動工程及び移動動作と、前記所定の搭載位置においてボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた導電性ボールを落下させることにより、導電性ボールを被搭載物上に搭載する搭載工程及び搭載動作とを複数回繰り返すことにより、前記被搭載物上に形成される搭載箇所へ導電性ボールを搭載する。

本発明は、真空切り換え手段により、ボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボール吸着体下方に存在する導電性ボールをボール吸着体に吸着させた後、ボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた導電性ボールを落下させることにより、導電性ボールを搭載するものであるので、ボール吸着体やそれに付属するボールカップなどと配列マスクとの間に導電性ボールの噛み込みが発生することを防止することが可能となった。その結果、ボール吸着体やボールカップなどの移動速度を上げ、生産性の向上が図れることになった。

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。本発明において、導電性ボールの被搭載物としては、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、セラミック基板などがあり、それらの導電性ボール搭載箇所として電極が形成されている。実施例では導電性ボールは半田ボール１、被搭載物はウエハ２とする半田ボールマウンタを用いる。

半田ボールマウンタは、一般的に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しているが、本発明にかかる導電性ボールの搭載方法及び搭載装置は、ボール搭載部に関するものである。

第１実施例のボール搭載部には、半田ボール供給装置４と、ウエハ２上の電極のパターンに合わせて配列された貫通孔３１が形成されたボール配列マスク３と、半田ボール１を貫通孔３１に落とし込むためのボールカップ５と、ボールカップ５の駆動機構とが存在する。

ボール配列マスク３の厚みは、実施例では供給される半田ボール１の径と略同等であり、貫通孔３１の径は半田ボールの径より若干大きく形成してある。但し、貫通孔３１は、ボール配列マスク３に、ウエハ２に印刷されたフラックスが付着しないように、下部の開口径を上部の開口径よりも大きなものとしている。この開口径の拡大のかわりに、ボール配列マスク３とウエハ２との間に、フラックス付着防止間隙を設けてもよい。尚、ボール配列マスク３は、型枠３３に張り付けられ、フレームなどの固定部に保持されている。

ボールカップ５は、内部が空間で、下端面が開口部５１とされ、内部空間が、ボール吸着体５２により上部空間５３と下部空間５４とに仕切られている。このためボールカップ５のボール吸着体５２の取付位置より上部が、ボール吸着体５２のケーシングとなっている。ボール吸着体５２は、半田ボール１が通過せず、気体が通過可能なステンレスメッシュ等の金網で製作されている。尚、ボールカップ５は図示の実施例では一個の矩形のものであるが、その数や形状及び大きさは被搭載物であるウエハ２の形状や搭載効率を考慮して決められる。例えば、下端の開口部５１を円形にしたり、ボール吸着体５２を備えたボールカップ５を複数設けたりしてもよい。

ボールカップ５の上部空間５３は、真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７と気体の圧力や流量を調節可能なレギュレータ５８を介して吸引通路５５により真空源５９に接続されており、ボール配列マスク３との間で図２中矢印で示すような気体流通路を形成している。尚、真空源によるボールカップ５内の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開くことで、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてボールカップ５下方に存在する半田ボール１をボール吸着体５２に吸着させた後、電磁開閉弁５７を閉じることでボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体５２に吸着していた半田ボール１を落下させることにより、半田ボール１をウエハ２に搭載する。
尚、ボールカップ５及びボール吸着体５２は導電性材料から構成され、図２乃至５に示されるようにアース６０により接地されている。これにより静電気を帯びた半田ボール１がボールカップ５の内面やボール吸着体５２に付着することを防止している。更に、ボールカップ５の外側には微小な振動をボールカップ５に付与するバイブレータ６１が取り付けられており、少なくともボールカップ５内の吸引状態がＯＦＦのときに振動し、ボールカップ５に取り付けられているボール吸着体５２に振動を伝え、半田ボール１の落下を促進するようになっている。

半田ボール供給装置４は、多数の半田ボール１を貯留したボールホッパからボールカップ５へボール供給路５６を介して供給する。尚、ボールホッパは、半田ボール１のサイズと材料により交換される。

ボールカップ５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動して、ウエハ２の全面をカバーする。このボールカップ５の水平面での移動手段となる移動ユニット１０は、図１に示すようにＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を備えており、Ｘ軸の駆動モータ１３で回転するボールねじ１４によりＸ軸ガイド１１に沿ってＸ軸方向に移動し、Ｘ軸駆動機構と共にＹ軸の駆動モータ１５で回転するボールねじ１６によりＹ軸ガイド１２に沿ってＹ軸方向に移動する。

ボールカップ５の昇降装置１８は、移動ユニット１０に装備されたＺ軸の駆動モータ１７により回転するボールねじに、ボールカップ５が装着された昇降ベースを、ナット部材を介して取り付け、該昇降ベースがガイドレールに沿って上下動することによりボールカップ５を上下動させる。尚、ボールカップ５の下端とボール配列マスク３の上面とはボール吸着動作時に所定の気体流がえられるような間隙であれば半田ボール１の径より大きくてもよい。また、半田ボール供給装置4は、ボールカップ５と一体に移動し、ボールカップ５内に半田ボール１を供給するようになっているが、ボールカップ５とは別に設けてもよく、更に、ボールカップ５の外側のボール配列マスク３上に半田ボール１を一旦供給し、その半田ボール１をボール吸着体５２で吸着しながらボールカップ５を移動することにより半田ボール１を搭載位置に供給することも可能である。

以下、第１実施例の動作について説明する。先ず、ウエハ２が、ボール搭載部に移送される前工程として、フラックス印刷部にてウエハ２上のボール搭載箇所には予めフラックスが塗布されている。

ウエハ２がボール搭載部に移送されると、図２及び図３に示されるように、ウエハ載置ステージ６にウエハ２が載置され、該ウエハ２上にボール配列マスク３が配置される。尚、実施例ではボール配列マスク３の貫通孔３１の形状によりフラックスがボール配列マスク３に付着しないようにされているので、ボール配列マスク３とウエハ２は接しているが、フラックス付着防止を上下間の間隙で行おうとする場合は両者は接触しない。

次に真空切り換え手段としての電磁開閉弁５７を開いてボールカップ５内の吸引状態をＯＮにしてから、移動ユニット１０によりボールカップ５を最初の搭載位置に移動させる。ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにすることによりボールカップ５とボール配列マスク３との間には図２内の矢印で示される気体流通路が形成される。この吸引力によりボールカップ５下方に存在する半田ボール１は、浮上しボール吸着体５２に吸着する。この状態が、ボールカップ５の移動可能状態である。吸引状態がＯＦＦの状態では、ボールカップ５を移動させない。

ボールカップ５が、最初の搭載位置に移動した後、電磁開閉弁５７を閉じてボールカップ５内の吸引状態をＯＦＦにすると共にバイブレータ６１を振動させる。吸引が停止すると、ボールカップ５は大気開放されるため、図３に示すようにボール吸着体５２に付着していた半田ボール１が落下し、ボール配列マスク３の貫通孔３１に入り込み、ウエハ２に搭載される。貫通孔３１への半田ボール１の落とし込み、すなわちウエハ２への搭載を確実なものにするため複数回吸引状態ＯＮ（吸引）とＯＦＦ（停止）を繰り返すと共に、バイブレータ６１は電磁開閉弁５７の開閉に合わせて振動の停止と発生を繰り返す。
尚、ボール吸着体５２はボール配列マスク３の上方に配置してあるため、吸着された半田ボール１は位置エネルギを有することになり、半田ボール１がフラックス上に落下したときに電極と密着することになる。

搭載完了後、真空切り換え手段により、ボールカップ５内の吸引状態をＯＮにし、再度吸引を行う。ウエハ２に搭載された半田ボール１はフラックスと接触して粘着力が生じることにより上昇せず、フラックスに接触していない半田ボール１は全て吸い上げられ、浮上し、ボール吸着体５２に吸着することになる。この状態でボールカップ５は、次の搭載位置に移動する。尚、次の搭載位置への移動は、ボールカップ５の吸引状態をＯＮにするのと同時に開始してもよい。

最後の搭載位置での搭載動作を完了したら、ボールカップ５から漏れ出てボール配列マスク３の上に散乱している半田ボール１を回収する。具体的には、吸引状態のボールカップ５をボール配列マスク３上面に沿って移動させる。これにより容易に回収できるが、専用の吸引回収手段を設けてもよい。

尚、上記第１実施例ではボール吸着体５２の吸引状態のＯＦＦにより、大気開放され、半田ボール１はバイブレータ６１の振動を受けて落下するものであるが、吸引状態をＯＦＦとした後、吸引通路５５を通じて加圧して強制的に半田ボール１を落下させるようにしても良い。

第１実施例でのボールカップ５の開口部５１の下端面は、ボール配列マスク３と平行な平面形状に形成されており、ボールカップ５の下端面とボール配列マスク３の上面とは、ボール吸着動作時に所定の気体流がえられるような間隙が形成される位置に、ボールカップ５を配置しているが、図４に示す第２実施例では、ボールカップ５の開口部５１の下端面に、気体流がえられるようなスリット６２を形成したものである。このスリット６２は、開口部５１に放射状に形成したものや、一方向に方向性を持たせた螺旋状に形成したものが好ましい。このスリット６２を形成することにより、ボールカップ５とボール配列マスク３との間隙での気体流の流れをコントロールすることができ、ボール配列マスク３の浮き上がりを防止することができる。勿論、スリット６２の大きさにより、ボールカップ５の開口部５１をボール配列マスク３に接触することもできる。

また、ボール吸着体５２からのボール配列マスク３への半田ボール１の落下の範囲を限定するため、図５に示す第３実施例のように、ボールカップ５のボール吸着体５２の下方に、上部が広く開口され、下方が搭載範囲に合わせて狭く開口されたボールガイド６３を設けたり、図６に示す第４実施例のように、ボールカップ５内の形状を変更して、ボール吸着体５２を搭載範囲に合わせた小型なものにしたりすることが考えられる。

更に、第５実施例として、図７に示すようにボールカップ５を覆う気体供給カップ６４を気体供給路６５と接続して設け、気体供給路６５より、エアや窒素などの気体を供給する。例えば、窒素を供給すれば、半田ボール１の酸化防止の効果をえることができる。尚、気体供給路６５からの気体の供給は、ボール吸着体５２の吸引状態がＯＮのとき供給がＯＮとされ、ボール吸着体５２の吸引状態がＯＦＦのとき、供給がＯＦＦにされるようコントロールされる。尚、図７中ボールカップ５及び気体供給カップ６４の中央部を貫通するパイプは、半田ボール１のボール供給路５６である。

また、第１乃至第５実施例はボールカップ５を備えたものであるが、図８及び図９に示されるようにボールカップ５のボール吸着体５２の取付位置により下方部分をなくしてもよい。つまりボールカップ５の代わりにケーシング６６の下端にボール吸着体５２を設けてケーシング６６に、吸引通路５５が接続され、ボール吸着体５２により半田ボール１の吸着を行うものとすることができる。図８に示される第６実施例では、ボール吸着体５２を貫通してボール供給路５６が接続し、ボール吸着体５２の下方のボール配列マスク３上に半田ボール１が供給される。このボールカップ５を有しない第６実施例ではボール吸着体５２の位置は、他の実施例と比較して低い位置に設定されている。

図９に示す第７実施例では、ボール吸着体５２を覆いボール供給路５６と接続されているボール供給カップ６７が装備されている。このボール供給カップ６７は、半田ボール１の供給と共に散乱防止の機能も有している。尚、図９中符号６８は、ボール吸着体５２を上下動させるための昇降装置であり、第７実施例ではエアシリンダが用いられている。ボール吸着体５２は、ボール吸着時にはボール配列マスク３に近い下方に位置させられ、ボール落下時には、半田ボール１に位置エネルギを与えるためボール配列マスク３の上方に上昇して位置させられている。

第１実施例にかかるボール搭載部の全体を示す平面図説明図 第１実施例での導電性ボールを吸着させた状態のボールカップの説明図 第１実施例での導電性ボールの落下途中の状態を示すボールカップの説明図 第２実施例でのボールカップを示す説明図 第３実施例でのボールカップを示す説明図 第４実施例でのボールカップを示す説明図 第５実施例でのボールカップと気体供給カップとの関係を示す説明図 第６実施例でのボール吸着体の説明図 第７実施例でのボール供給カップ付きボール吸着体の説明図

符号の説明

１．．．．．．半田ボール
２．．．．．．ウエハ
３．．．．．．ボール配列マスク
４．．．．．．半田ボール供給装置
５．．．．．．ボールカップ
６．．．．．．ウエハ載置ステージ
１０．．．．．移動ユニット
１１．．．．．Ｘ軸ガイド
１２．．．．．Ｙ軸ガイド
１３，１５，１７．．．．．駆動モータ
１４，１６．．．．．ボールねじ
１８．．．．．昇降装置
３１．．．．．．貫通孔
３３．．．．．型枠
５１．．．．．開口部
５２．．．．．ボール吸着体
５３．．．．．上部空間
５４．．．．．下部空間
５５．．．．．吸引通路
５６．．．．．ボール供給路
５７．．．．．電磁開閉弁
５８．．．．．レギュレータ
５９．．．．．真空源
６０．．．．．アース
６１．．．．．バイブレータ
６２．．．．．スリット
６３．．．．．ボールガイド
６４．．．．．気体供給カップ
６５．．．．．気体供給路
６６．．．．．ケーシング
６７．．．．．ボール供給カップ
６８．．．．．昇降装置

Claims (6)

1. 被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて、導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載方法において、
   前記配列マスクを前記被搭載物上に保持するマスク保持手段と、
   内部が空間で下端面が開口部とされるボールカップと、
   ボールカップ内に設けられ、配列マスクの上方に設けられて真空源と接続されて下面に導電性ボールを吸着可能なボール吸着体と、
   真空源によるボール吸着体の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段と、
   ボールカップを配列マスクの上面に沿って移動可能にする移動ユニットとを備え、
   真空切り換え手段により、ボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボールカップと配列マスクとの間に形成される気体流通路から気体を流入させることによりボール吸着体下方に存在する導電性ボールをボール吸着体に吸着させる吸着工程と、前記ボールカップを所定の搭載位置に移動させる移動工程と、前記所定の搭載位置においてボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた導電性ボールを落下させることにより、導電性ボールを被搭載物上に搭載する搭載工程とを複数回繰り返すことにより、前記被搭載物上に形成される搭載箇所へ導電性ボールを搭載することを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
2. 上記搭載工程において、ボール吸着体の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の導電性ボールの搭載方法。
3. 被搭載物上に所定のパターンで形成されている搭載箇所に合わせて貫通孔が設けられた配列マスクを用いて、導電性ボールを被搭載物の搭載箇所に搭載する導電性ボールの搭載装置において、
   前記配列マスクを前記被搭載物上に保持するマスク保持手段と、
   内部が空間で下端面が開口部とされるボールカップと、
   ボールカップ内に設けられ、配列マスクの上方に設けられて真空源と接続されて下面に導電性ボールを吸着可能なボール吸着体と、
   真空源によるボール吸着体の吸引状態のＯＮ及びＯＦＦを切り換える真空切り換え手段と、
   ボールカップを配列マスクの上面に沿って移動可能にする移動ユニットとを備え、
   真空切り換え手段により、ボール吸着体の吸引状態をＯＮにしてボールカップと配列マスクとの間に形成される気体流通路から気体を流入させることによりボール吸着体下方に存在する導電性ボールをボール吸着体に吸着させる吸着動作と、前記ボールカップを所定の搭載位置に移動させる移動動作と、前記所定の搭載位置においてボール吸着体の吸引状態をＯＦＦにしてボール吸着体に吸着していた導電性ボールを落下させることにより、導電性ボールを被搭載物上に搭載する搭載動作とを複数回繰り返すことにより、前記被搭載物上に形成される搭載箇所へ導電性ボールを搭載することを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
4. ボールカップは、導電性材料からなり、接地されている請求項３に記載の導電性ボールの搭載装置。
5. 上記搭載動作において、真空切り換え手段はボール吸着体の吸引状態のＯＮ／ＯＦＦを複数回繰り返す請求項３又は４に記載の導電性ボールの搭載装置。
6. ボール吸着体を振動させる振動手段を設けた請求項３から５のいずれかに記載の導電性ボールの搭載装置。
   

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